JPH05220684A - チャック機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被挟持物を保持する際の電動モータの負荷を
軽くする。 【構成】 電動モータＭの出力軸11_UPに楕円形のカムＣ
を取り付け、カムＣの周面を転動するローラ６を備えた
フィンガーＦをベースｂに回動自在に軸支する。フィン
ガーＦをその長手方向に二分割し、分割した各部Ｆ_UP,
Ｆ_LOをバネ板７で連結する。電動モータＭによりカムＣ
を回転させてフィンガーＦを開姿勢から閉姿勢に移行さ
せる。その途中でフィンガーＦが被挟持物ｍと接触する
と、バネ板７が曲がり、そのバネ板７の復元力で被挟持
物ｍはフィンガーＦに保持される。電動モータＭに負荷
が加わるのは、バネ板７を曲げるときだけであり、被挟
持物ｍの保持状態において負荷は加わらない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は物を挟持するチャック
機構に関する。このチャック機構は、物を掴んで搬送す
る自動搬送装置やロボットアームなどの末端部品として
利用されている。

【０００２】

【従来の技術】現在、チャック機構には多種多様のもの
がある。例えば、空気圧を利用してフィンガーを往復移
動させて物を挟持するものや、空気の吸引による負圧作
用を利用して物を吸着保持するもの、あるいは電動モー
タの回転力をフィンガーの直線運動に変換して物を挟持
するものなど、様々な形態のチャック機構が提案され、
また実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、空気圧を利用
するチャック機構では動作時に排気音が伴い、チャック
機構を利用する環境によってはその排気音が騒音となる
ことがある。また、真空装置等の設備が別途必要であ
り、利用に際しての設置スペース確保や設備費などの点
で困難がある。

【０００４】これに対し、電動モータを利用したチャッ
ク機構においては、上記のような騒音を伴ったり、設置
スペースの拡大等を招くことはないが、電動モータのト
ルクにより被挟持物の保持力が決定されるため、比較的
重い物を挟持している間中、多大な負荷が電動モータに
加わり、電動モータの寿命あるいは電動モータの駆動力
をフィンガーに伝達する機構（ギア等）の寿命低下が著
しい。また、被挟持物を保持しているときに、停電等が
起きて電動モータへの通電が遮断されると、保持力が無
くなって被挟持物を落下させるため、信頼性の点で難が
あった。

【０００５】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、被挟持物を保持している間、電動モ
ータに負荷をかけずに済むチャック機構を提供すること
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために次のような構成をとる。すなわち、この
発明のチャック機構は、電動モータにより回転するカム
と、このカムの周面を転動するローラを取り付けてベー
スに揺動自在に軸支される複数本のフィンガーとで構成
され、前記少なくとも１本のフィンガーの一部分に弾性
体を介在させてあることを特徴とする。

【０００７】

【作用】この発明の構成による作用は、次のとおりであ
る。電動モータの駆動によりカムが回転すると、カムの
周面に沿って各ローラが転動し、ベースに軸支されてい
る各フィンガーは揺動して開閉動作を行う。各ローラが
カムの短径位置から長径位置にまで転動すると、各フィ
ンガーは開姿勢から閉姿勢に移行する。この間に、フィ
ンガーが被挟持物と接触すると、フィンガーの一部分に
介在されている弾性体が曲がる。弾性体の復元力によっ
て被挟持物は各フィンガーに保持され、また、各ローラ
はカムの回転中心に向かって付勢される。この付勢力は
カムを回転させる力とはならず、よって、電動モータを
停止してカムをフリーな状態にしても、被挟持物の保持
姿勢は持続される。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。図１はチャック機構の正面図である。２枚の
円板1a,1b を複数本の支柱２で上下に配備した篭状のも
のが本チャック機構のケーシングになっている。下方の
円板1a（以下、これをベースｂに代えて記載する）に
は、被挟持物ｍを掴む２本のフィンガーＦ_1,Ｆ₂ （以
下、総称する場合はフィンガーＦと記す）と、これらフ
ィンガーＦ_1,Ｆ₂ を開閉動作させるカムＣを取り付けた
電動モータＭが支持されている。

【０００９】図２の簡略図に示すように、フィンガーＦ
_1,Ｆ₂ はベースｂの径方向に対向するように形成された
切り欠き部３内において、切り欠き部３の両側に設置さ
れた一対のブロック４を通る軸５により揺動自在に支持
されている。フィンガーＦは縦方向（図の上下方向）に
二分割された構造となっており、軸５に支持される部分
を下部Ｆ_LOとすると、上部Ｆ_UPには図１のカムＣの周面
を転動するローラ６が取り付けられている。

【００１０】そして、上部Ｆ_UPと下部Ｆ_LOとをバネ板７
でネジ止め連結している。また、図１に示すように、フ
ィンガーＦ_1,Ｆ₂ の上部Ｆ_UP同士をコイルバネ８で連結
しており、コイルバネ８の引張力により、フィンガーＦ
のローラ６がカムＣの周面に接触するようになってい
る。なお、下部Ｆ_LOの端には被挟持物ｍを保持するため
のシリコーンゴム等を貼り付けてなる爪部９が一体的に
付設されている。

【００１１】電動モータＭはベースｂの中央付近に立設
された複数本の柱10により浮上支持されている。電動モ
ータＭの上側に突出した出力軸11_UPには長径位置に窪み
が形成された楕円形のカムＣが取り付けられ、下側に突
出した出力軸11_LOにはスリットが形成された円板12が取
り付けられている。円板12を挟むようにしてスリットの
通過光を検出する２つの光電センサ13,14 （光電センサ
14は便宜上、図１では省略している）が90度間隔で配置
されており、各光電センサ13,14 の出力は電動モータＭ
の駆動を制御する制御装置（図示せず）に接続されてい
る。

【００１２】次に、上記構成のチャック機構の動作を図
３ないし図６を参照しながら説明する。図３(a),(b) お
よび図５(a),(b) には説明の便宜上、電動モータＭの出
力軸11_UPと11_LOとに取り付けられているカムＣと円板12
の平面図をそれぞれ独立して示しており、図１の正面図
と図３の平面図、および図４の正面図と図５の平面図と
が対応関係にある。

【００１３】まず、図３(a) に示すように、カムＣの短
径ｒの位置にフィンガーＦのローラ６が接触している状
態では、図１の正面図のようにフィンガーＦは開姿勢に
なっている。このとき、図３(b) のように光電センサ13
が円板12に形成されたスリットＳを検出するように、光
電センサ13の位置およびスリットＳの位置が設定されて
いるとする。

【００１４】その姿勢から、電動モータＭを駆動してカ
ムＣを回転させる。フィンガーＦの上部Ｆ_UPはコイルバ
ネ８により互いに引っ張られているので、フィンガーＦ
のローラ６は回転するカムＣの周面に沿って転動し、フ
ィンガーＦはベースｂに取り付けられている軸５を中心
に揺動する。すなわち、軸５を支点としてフィンガーＦ
_1,Ｆ₂ は互いに接近する方向に揺動し、図４に示した閉
姿勢に移行する。

【００１５】閉姿勢に移行する途中で、被挟持物ｍにフ
ィンガーＦの爪部９が接触すると、フィンガーＦの上部
Ｆ_UPと下部Ｆ_LOとを連結しているバネ板７が曲がる。閉
姿勢への移行が完結すれば、図４のように、バネ板７が
曲がった状態で被挟持物ｍがフィンガーＦにホールドさ
れる。このとき、図５(a),(b) に示すように、フィンガ
ーＦのローラ６は互いにカムＣの長径Ｒの位置に形成さ
れた窪み15（図３(a)参照) にはまって位置決めされ、
光電センサ14がスリットＳを検出する。図示省略した制
御装置は、光電センサ14の出力信号に応答して電動モー
タＭの駆動を停止する。

【００１６】図４に示す閉姿勢においては、電動モータ
Ｍの回転トルクではなく、バネ板７の復元力でもって被
挟持物ｍがフィンガーＦに保持される。因みに、ここま
での動作過程における電動モータＭの出力特性を図示す
ると概ね図６のようになる。図６のＡ領域は電動モータ
Ｍが始動してから定常運転に至るまでを示している。定
常運転後、電動モータＭの出力特性は平坦になってカム
Ｃが定回転し、フィンガーＦのローラ６は図３(a) の初
期位置Ｐ₀ からＰ₁ に向かって移動する。これが図６の
Ｂ領域である。

【００１７】フィンガーＦの爪部９が被挟持物ｍと接触
するとバネ板７が曲がり、バネ板７の復元力に抗するだ
けの出力で電動モータＭは回転する（図６のＣ領域）。
そして、ローラ６がカムＣのＰ₁ の位置にくると電動モ
ータＭの出力は最大となり、ローラ６がカムＣの窪み15
にはまると電動モータＭの出力は若干低くなる（図６の
Ｄ領域）。その後、電動モータＭは停止され出力は下降
していく（図６のＥ領域）。このように、電動モータＭ
に大きな負荷が加わるのは、バネ板７を曲げるときだけ
であり、実際に被挟持物ｍを保持しているときには負荷
が加わっていない状態である。このことが、電動モータ
Ｍの寿命向上につながる。

【００１８】また、バネ板７の弾性力を適宜に選択する
ことで所要の保持力を確保でき、カムＣの短径ｒおよび
長径Ｒの長さを適宜に代えることで、フィンガーＦの開
閉ストロークを調整できる。

【００１９】さらに、被挟持物ｍを保持している姿勢で
は、図５(a) に示すように、フィンガーＦのローラ６は
バネ板７の復元力によって、互いにカムＣの長径Ｒの位
置から回転中心Ｏに向かって付勢される。この付勢力は
カムＣを回転させる力として作用せず、よって、付勢力
に抗するための回転力を電動モータＭに与える必要はな
い。

【００２０】この状態（図５(a) の状態) を持続させれ
ば、被挟持物ｍを保持している間、電動モータＭを停止
してもフィンガーＦの保持姿勢は変わらず、被挟持物ｍ
の落下が防止される。カムＣの長径Ｒの位置に形成した
窪み15がその状態を安定化させている。すなわち、図６
の出力特性からも判るように、窪み15の位置（カムＣの
長径Ｒの位置）からローラ６を移動させようとすれば、
図６のＤ領域の特性カーブを逆行するような力でカムＣ
を回転させる必要がある。電動モータＭが停止していれ
ば、何らかの外力が加わらない限り、そのような事態は
起こらない。つまり、カムＣを強制的に回転させる力が
別途加わらない限り、図５(a) の状態は持続する。

【００２１】このことは、カムＣに窪み15を形成する代
わりに、図８に示すようにカムＣの長径Ｒの位置をフラ
ットに形成しても同様である。要は、カムＣの長径Ｒの
位置の左右に、長径Ｒよりも長い距離Ｌ_1,Ｌ₂ を有する
部位があればよく、そのような形状にカムＣを形成すれ
ばよい。

【００２２】なお、上記の実施例では、フィンガーＦを
２本備えた例を示したが、カムＣの形状を適宜に変える
ことで、もっと多数本のフィンガーを備えたチャック機
構を実現できる。例えば、３本のフィンガーを備えるチ
ャック機構では、図７に示すような形状のカムＣ’を用
いることで実施例と同様のチャッキング動作を実現でき
る。

【００２３】また、上記の実施例では２本のフィンガー
Ｆ_1,Ｆ₂ の途中にバネ板７を介在させる構造としている
が、全てのフィンガーＦにバネ板７を介在させる必要は
なく、例えば図９(b) の簡略図に示すように少なくとも
１本のフィンガーＦ₁ （あるいはフィンガーＦ₂ ）だけ
にバネ板７を介在させる構成に代えてもよい。この場
合、図９(a) に示すような形状のカムＣを用いるように
する。すなわち、バネ板７を介在させてあるフィンガー
Ｆ₁ に当接する側の長径Ｒを長めに設定する。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明のチャック機構によれば次の効果が発揮される。 (1) フィンガーの一部分に介在させた弾性体の復元力を
用いて被挟持物を保持するので、電動モータへの負荷が
軽くなり、電動モータの寿命を向上することができる。 (2) 被挟持物の保持力を継続することに起因する寿命は
弾性体だけに現れるため、弾性体だけを交換すればよ
く、経済的である。 (3) 弾性体の復元力によって、フィンガーに取り付けら
れているローラはカムの回転中心に向かって付勢される
ため、電動モータを停止してカムをフリーな状態にして
も、被挟持物の保持姿勢は持続される。したがって、不
意の停電等が起きて電動モータが停止しても被挟持物を
落下させることはなく、信頼性が向上する。 (4) カムの短径距離と長径距離とをそれぞれ設定するこ
とで、フィンガーの開閉ストロークを容易に設定でき
る。 (5) 弾性体の交換により、容易に保持力を変えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係るチャック機構の開姿勢
を示す正面図である。

【図２】図１の一部斜視図である。

【図３】チャック機構が開姿勢のときのカム，ローラ，
スリットの位置関係を示した平面図である。

【図４】チャック機構の閉姿勢を示す正面図である。

【図５】チャック機構が閉姿勢のときのカム，ローラ，
スリットの位置関係を示した平面図である。

【図６】電動モータの出力特性図である。

【図７】フィンガーを３本備えるときのカムの形状を示
した平面図である。

【図８】カムの形状の変形例を示す平面図である。

【図９】その他のチャック機構の構成を示した簡略図で
ある。

【符号の説明】

５・・・軸 ６・・・ローラ ７・・・バネ板 ｂ・・・ベース Ｃ・・・カム Ｆ・・・フィンガー Ｍ・・・電動モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータにより回転するカムと、この
   カムの周面を転動するローラを取り付けてベースに揺動
   自在に軸支される複数本のフィンガーとで構成され、前
   記少なくとも１本のフィンガーの一部分に弾性体を介在
   させてあることを特徴とするチャック機構。