JPH0885088A - 回転機構付把持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正確な角度設定を要さず、安全で、高効率
で、かつコンパクトな回転機構付把持装置を、磁気ネジ
を利用して提供すること。 【構成】 直進運動手段による直進運動を回転運動に変
換し、その回転運動により対象物を回転させるチャック
を有する回転機構付把持装置であって、運動の変換が、
直進運動手段から直進運動を受ける可動ブロック体と、
可動ブロック体に固定され内面に螺旋着磁を施された外
筒磁石と、フレームに軸回りに回転可能に保持されると
ともにチャックに固定された回転ロッドと、回転ロッド
に固定して設けられ外面に螺旋着磁を施された内筒磁石
とを有する磁気ネジによりなされることとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直進運動から回転運動
への変換を行う回転機構付把持装置に関し、更に詳細に
は、螺旋形状に着磁した部材を組み合わせてなる磁気ネ
ジを利用した、高効率かつ安全な回転機構付把持装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】組立工場においては製品の部品等の物品
を工程間で搬送する装置を使用している。ここで、搬送
の途中で搬送方向を変える等のために物品を回転させる
場合があり、その場合には物品をチャックで保持し、そ
のチャックを回転させるのが普通である。そのチャック
を回転させる方法として、モータやロータリシリンダで
発生した回転運動で直接チャックを回転させる方法と、
リニアシリンダ等で発生した直進運動を回転運動に変換
してチャックに入力する方法とがある。そして後者の場
合の直進運動を回転運動に変換する機構としては、例え
ばラックピニオン等が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
には、以下のような問題点があった。即ち、直接回転運
動を発生する場合でも直進運動を回転運動に変換する場
合でも、動力源として用いるのは電動モータやエアシリ
ンダ等の機械的要素である。これらの駆動源の動きには
剛性があるためにチャックが物体に衝撃を与える場合が
あり、これを防ぐためには動きの正確な角度設定を必要
とする。しかも、搬送対象である物品はいつも正確に配
置されているとは限らないのに、対象物に倣ったフレキ
シブルな動きをすることができない。このため、衝撃に
より対象物に傷をつけたり破壊したりする場合があっ
た。

【０００４】また、チャックの回転のために要する動力
はさほど大きくないが、電動モータ等の出力は必要以上
に大きいため、無駄なエネルギーが消費されることとな
る。更に、物品搬送装置は、作業員が接近しうる場所で
も使用されるため、かかる衝撃と大きな動力とにより万
一の際に人間にも危険が及ぶおそれがあった。更に、直
進運動を回転運動に変換して使用する場合にはその特有
の問題点もあった。まず、ラックピニオン等の運動変換
装置における摩擦損失が大きくエネルギーの無駄が大き
いことが挙げられる。また、入力した直進運動に対する
回転運動の比を大きくとることが困難なため、少しの回
転運動を得るにも直進運動のストロークを長く確保する
必要があり、装置全体の大形化を招いていた。

【０００５】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、磁気ネジの機構を利用し
て直進運動を回転運動に変換することにより、正確な角
度設定を要さず、安全で、高効率で、かつコンパクトな
回転機構付把持装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の回転機構付把持装置は、フレームと、フレーム
に固定され直線的に伸縮する直進運動手段と、直進運動
手段による直進運動を回転運動に変換する運動変換手段
と、運動変換手段により回転駆動されて対象物を回転さ
せるチャックとを有する回転機構付把持装置であって、
前記運動変換手段が、前記直進運動手段から直進運動を
受ける可動ブロック体と、前記可動ブロック体に固定さ
れ内面に螺旋着磁を施された外筒磁石と、前記フレーム
に軸回りに回転可能に保持されるとともに前記チャック
に固定された回転ロッドと、前記回転ロッドに固定して
設けられ外面に螺旋着磁を施された内筒磁石とを有する
磁気ネジにより構成されることを特徴とする構成とされ
る。

【０００７】また、本発明の回転機構付把持装置は、前
記の回転機構付把持装置であって、前記可動ブロック体
を摺動可能に貫通する、前記直進運動手段の直進運動の
方向と平行に前記フレームに固定して設けられたスライ
ドロッドを有することを特徴とする構成とされる。 ま
た、本発明の回転機構付把持装置は、前記の回転機構付
把持装置であって、前記フレームに高さ調整可能に設け
られた、前記可動ブロック体の直進運動を規制する停止
手段を有することを特徴とする構成とされる。また、本
発明の回転機構付把持装置は、前記の回転機構付把持装
置であって、前記内筒磁石が、複数の螺旋着磁管状磁石
を縦方向に連ねてなることを特徴とする。また、本発明
の回転機構付把持装置は、前記の回転機構付把持装置で
あって、前記外筒磁石が、複数の螺旋着磁管状磁石を縦
方向に連ねてなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記の構成よりなる本発明の回転機構付把持装
置では、直進運動手段が伸縮運動して可動ブロック体を
フレームに対し直線的に駆動すると、可動ブロック体に
固定された外筒磁石も直線的に運動する。このため、外
筒磁石の内面の螺旋着磁と内筒磁石の外面の螺旋着磁と
の磁気相互作用により内筒磁石がフレームに対し回転
し、この回転により回転ロッドが回転する。かくして、
回転ロッドに固定されたチャックが回転して対象物を回
転させる。

【０００９】また、本発明の回転機構付把持装置では、
回転ロッドの回転により可動ブロック体に加わる反力に
スライドロッドが対処する。また、本発明の回転機構付
把持装置では、可動ブロック体が直進運動手段の伸縮運
動により直進して停止手段に当接すると、回転ロッドの
回転が停止されチャックの位置決めがなされる。この停
止手段の高さを調節するとチャックの停止位置を調節で
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面に
基づいて詳細に説明する。図１に回転機構付把持装置１
の構成を示す。図１の回転機構付把持装置１は、上方に
設けられたエアシリンダ１６と、エアシリンダ１６の下
方に設けられた箱型のフレーム２と、フレーム２の下方
に設けられたハンドリングチャック９とを有している。
エアシリンダ１６からは、シリンダロッド１３がフレー
ム２の内部に延設されている。シリンダロッド１３は、
エアシリンダ１６の空気圧操作により伸縮する。シリン
ダロッド１３の先端には、可動ブロック７が取り付けら
れている。可動ブロック７はシリンダロッド１３の伸縮
とともに上下動する。可動ブロック７には、内面に螺旋
着磁を施された円筒磁石５が固設されている。円筒磁石
５の内部は、上下に貫通する孔となっている。

【００１１】円筒磁石５の内部孔を貫通して、回転ロッ
ド１４が設けられている。回転ロッド１４の両端は、ベ
アリングホルダ３、３、及びベアリング４、４により、
軸まわりに回転可能にフレーム２に取り付けられてい
る。回転ロッド１４の中腹部分には、外面に螺旋着磁を
施された円筒磁石６が覆装されている。円筒磁石５と円
筒磁石６とで磁気ネジを構成する。

【００１２】回転ロッド１４の下端には、固定ナット８
を介してハンドリングチャック９が取り付けられてい
る。ハンドリングチャック９は、２本のツメ１５、１５
を有している。ハンドリングチャック９の内部には、空
気圧シリンダが内蔵されており、ツメ１５、１５の一方
を平行移動させてその間隔を変えることにより対象物を
チャックする。対象物をチャックした状態で回転ロッド
１４を回転させると、これに伴ってハンドリングチャッ
ク９が回転し、ツメ１５、１５の間に保持したチャック
対象物の向きを変える。なお、フレーム２には、ストッ
プネジ１２が備えられている。可動ブロック７は、スト
ップネジ１２との当接により移動範囲の下端停止位置を
規制される。ストップネジ１２を調節することにより、
可動ブロック７の停止位置を微調節することができる。

【００１３】図２は回転機構付把持装置１の図１中Ａ−
Ａ’で示す位置の断面図である。図２に見るように、フ
レーム２には可動ブロック７の上下動をガイドするため
のスライドロッド１０、１０が、シリンダロッド１３の
両側にシリンダロッド１３と平行に固定して２本設けら
れている。可動ブロック７には、回転ロッド１４の回転
に伴うトルク反力が加わるのでこれに対処するためであ
る。このスライドロッド１０は、可動ブロック７を貫通
している。なお、図１は、図２中Ｂ−Ｂ’で示す位置の
断面図に相当する。図３は、回転機構付把持装置１を図
１と同じ方向からみた外観図であり、スライドロッド１
０の周辺のみ、図２中Ｃ−Ｃ’で示す位置の断面図とし
て示している。可動ブロック７には、スライドロッド１
０との摺動抵抗を軽減するためのブッシング１１が設け
られている。

【００１４】ここで、磁気ネジを構成する円筒磁石５、
６について説明する。円筒磁石５の断面斜視図を図４に
示す。円筒磁石５は円筒形状の磁石であって、その内面
に螺旋状に形成された偶数本の着磁帯１７を有してい
る。隣接する着磁帯１７同士は着磁の極性が逆向きとな
っている。即ち、ある着磁帯１７においてＮ極が着磁さ
れていれば、その隣の着磁帯１７においてはＳ極が着磁
されている。円筒磁石６の斜視図を図５に示す。円筒磁
石６は、円筒磁石５とほぼ同様の円筒形状の磁石である
が、着磁帯１８が外面に形成されている。また、円筒磁
石５の内径よりやや小さい外径を有している。円筒磁石
５と円筒磁石６とで相互に逆極性の着磁帯が対向するよ
うに螺旋着磁のアジマス角θが調整されており、両者で
磁気ネジを構成する。

【００１５】また、円筒磁石５、６とも、円筒の高さ
（図４、５中ｈで示す）を数ｃｍ程度の短寸のものと
し、これらを多数個縦に連ねて配置するようにしてもよ
い。これにより、円筒磁石５、６の設計上の自由度を大
きく取ることができる。

【００１６】回転機構付把持装置１の作用を説明する。
まず、エアシリンダ１６に空気圧が印加されていないと
きは、シリンダロッド１３がエアシリンダ１６に吸引さ
れている。このためシリンダロッド１３は図１中では短
縮し、これにより可動ブロック７は上方位置で停止して
いる。このとき、回転ロッド１４は、可動ブロック７の
円筒磁石５と回転ロッド１４の円筒磁石６との間の磁気
相互作用により、円筒磁石５と円筒磁石６との間で互い
に逆極性の着磁帯が対向する位置で停止している。

【００１７】エアシリンダ１６に空気圧を印加すると、
シリンダロッド１３がエアシリンダ１６から押し出され
る。このためシリンダロッド１３は伸張し、可動ブロッ
ク７が下方に向かって移動する。このとき、可動ブロッ
ク７の円筒磁石５と回転ロッド１４の円筒磁石６との間
で互いに逆極性の着磁帯が対向する状態を維持するよう
に、回転ロッド１４が回転する。即ち磁気ネジの作用に
より、シリンダロッド１３の直進運動が回転ロッド１４
の回転運動に変換されるのである。これに伴い、ハンド
リングチャック９が回転し、ツメ１５、１５の間に保持
したチャック対象物の向きを変える。可動ブロック７が
ストップネジ１２に当接すると、ハンドリングチャック
９の回転が停止する。ストップネジ１２の微調整により
ハンドリングチャック９の位置決めをすることができ
る。印加した空気圧を開放すると、シリンダロッド１３
は再びエアシリンダ１６に吸引され短縮し、ハンドリン
グチャック９は逆回転して元の向きに戻る。

【００１８】かかるシリンダロッド１３の直進運動から
回転ロッド１４の回転運動への変換は、円筒磁石５と円
筒磁石６との磁気ネジを介しているので、以下のような
特徴を有している。第１に、回転ロッド１４の回転運動
に柔軟性がある。機械的手段による運動変換でないから
である。回転ロッド１４の回転運動の柔軟性を図６、７
を参照して説明する。図６は、円筒磁石５が外力Ｆを受
け、円筒磁石６に対し変位Δｘを生じる様子を示す図で
ある。円筒磁石５は、力Ｆを受けていない状態を実線で
示し、力Ｆを受けている状態を破線で示している。

【００１９】力Ｆと変位Δｘとの関係を図７と図８とに
より説明する。図７は、力Ｆと変位Δｘとの関係を示す
グラフである。図８は、円筒磁石５と円筒磁石６との着
磁帯が対向している様子を示す概念図である。図８中に
ｐで示すように、着磁帯１本の軸方向の幅を１ピッチと
いう。図７に示すように、原点付近では力Ｆは、変位Δ
ｘに対し反対方向に働き、その大きさは変位Δｘととも
に増加する。即ち、磁気ネジのバネ性を示している。そ
して、変位Δｘの大きさが０．５ｐに達すると力Ｆの大
きさが最大となるので、磁気ネジがバネ性を発揮するの
は変位Δｘが±０．５ｐの範囲内にあるときであること
がわかる。かかる磁気ネジのバネ性により回転運動に柔
軟性があるため、ハンドリングチャック９は、チャック
する対象物に倣った動きをすることができる。このた
め、ツメ１５、１５の衝撃により対象物に傷をつけたり
破壊したりすることがなく、ソフトにチャックできる。

【００２０】第２に、磁気ネジのトルクリミッタ機能が
ある。図７のグラフに示されるように、変位Δｘの大き
さが０．５ｐを超えると、力Ｆの大きさは逆に減少す
る。そして変位Δｘの大きさが１ｐになると０となる。
変位Δｘが１ｐを超えると、変位Δｘと同じ方向に力Ｆ
が生ずる。このため、円筒磁石５は更にずれが大きくな
る方向に引き込まれ、２ｐの位置で安定する。このとき
円筒磁石５と円筒磁石６とは、ずれ始めと比べて着磁帯
が１組ずれた状態で対向し安定状態となっている。この
ため、ハンドリングチャック９が何らかの障害物に当た
って動きが妨げられた場合でも、当該障害物には、図７
中のＦ_max に相当するトルクを超えるトルクが加わるこ
とはない。従って安全であり、特に、障害物が人である
場合にはこの安全性が重要である。

【００２１】第３に、磁気ネジを駆動するエアシリンダ
１６は、電動モータ等により直接回転駆動する場合と比
較して低出力で済み、エネルギーの浪費がない。このた
め、エアシリンダ１６の駆動源として過大な空気圧を要
しない。第４に、円筒磁石５と円筒磁石６とは直接には
接していないので、余計な機械的摩擦による損失がな
い。第５に、円筒磁石５、６における着磁帯のアジマス
角θを小さくとれば、シリンダロッド１３の直進運動に
対する回転ロッド１４の回転運動の比を大きくとること
ができる。これにより、エアシリンダ１６としてストロ
ークの小さいものを用いることができ、装置の小型化が
できる。第６に、ストップネジ１２の位置を調節するこ
とにより、可動ブロック７の停止角度を任意に設定する
ことができる。

【００２２】上記の構成及び作用を有する回転機構付把
持装置１は、左右・上下に移動する搬送装置に備え付け
られて使用される。回転機構付把持装置１を搬送装置２
０に備え付けた状態を図９に示す。図９に示すもので
は、搬送装置２０が左右動及び上下動を行って回転機構
付把持装置１を移動させる。回転機構付把持装置１は、
搬送装置２０により移動されたその場所で、所定の回転
動作を行う。

【００２３】図９に示すような搬送装置に備え付けた回
転機構付把持装置１により、直交する２つのコンベアー
間で、物品を９０゜回転させて移し変えることができ
る。図１０によりこれを説明する。図１０においては、
コンベアー２１により治具２５に載置されて運搬されて
きた部材２３を、回転機構付把持装置１によりコンベア
ー２２に移し変え、部材２４と組み合わせる。まず、回
転機構付把持装置１を部材２３の上方から搬送装置によ
り下降させ、ツメ１５、１５の間に部材２３が位置する
状態にする。ここで、治具２５の工作精度等の問題のた
めに、部材２３の載置角度には若干の誤差がある。しか
し、回転機構付把持装置１の磁気ネジのバネ性によりツ
メ１５、１５は軸回りの動きに関し柔軟性を持っている
ので、部材２３に倣って動き、部材２３を破壊したり傷
つけたりすることがない。

【００２４】そしてその位置で、ツメ１５、１５を操作
して部材２３をチャックする。このチャックする際に
も、磁気ネジのバネ性が作用するので、部材２３はソフ
トにチャックされる。部材２３をチャックしたら、搬送
装置により回転機構付把持装置１を部材２３ごと上昇さ
せる。そして、搬送装置により回転機構付把持装置１を
左右移動してコンベアー２２の治具２６に載置されてい
る部材２４の上方に移動させる。ここで、回転機構付把
持装置１のエアシリンダ１６を駆動して、ツメ１５、１
５を９０゜回転させる。コンベアー２１とコンベアー２
２とでは搬送方向が９０゜異なることから、部材２３も
これに合わせるためである。そして、搬送装置により回
転機構付把持装置１を下降させる。部材２４には、部材
２３の寸法に合わせた窪み２７が形成されているので、
部材２３は部材２４の窪み２７に挿入される。かくして
部材２３は部材２４と組み合わせられる。

【００２５】ここで、治具２５の場合と同様に治具２６
にも工作精度等の問題があり、部材２４の載置角度には
若干の誤差がある。しかし、回転機構付把持装置１の磁
気ネジのバネ性により軸回りの動きに関し柔軟性を持っ
ているので、部材２３は部材２４の窪み２７に倣って動
く。このため、部材２３、２４を破壊したり傷つけたり
することなく組合せがなされる。なお、部材２４の窪み
２７は、図１１に示すように面を取られており、部材２
３が窪み２７に倣い易いようにされている。ツメ１５、
１５を操作して部材２３のチャックを解除し、搬送装置
により回転機構付把持装置１を上昇させると部材２３は
部材２４上に残る。そしてコンベアー２２により部材２
３ごと部材２４が搬送される。かかる動きが繰り返さ
れ、部材２３は次々にコンベアー間で移動される。

【００２６】以上詳細に説明したように、前記実施例の
回転機構付把持装置１によれば、螺旋着磁を施された円
筒磁石５、６により構成される磁気ネジを用いてエアシ
リンダ１６の直進運動を回転ロッド１４の回転運動に変
換し、ハンドリングチャック９を回転駆動することとし
たので、磁気ネジのバネ性によりハンドリングチャック
９の動きに柔軟性を有している。このため、対象物をチ
ャックする際にツメ１５、１５が対象物に倣って動くこ
とができ、対象物の配置が多少不正確でも破壊したり傷
つけたりすることなくソフトにチャックできる。また、
磁気ネジはトルクリミッタ機能をも有しているので、ハ
ンドリングチャック９が何らかの障害物に当たった場合
でも安全である。

【００２７】更に、電動モータ等により直接回転駆動す
る場合と比較して低出力で済み、エアシリンダ１６の駆
動源として過大な空気圧を要さず、また余計な機械的摩
擦による損失がない。そして、直進運動に対する回転運
動の比を大きくとることが容易で、装置の小型化ができ
る。また、ストップネジ１２の位置を調節することによ
り、可動ブロック７の停止角度を任意に設定することが
できる。以上本発明の回転機構付把持装置について実施
例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されることなく、色々な変形が可能である。例えば
前記実施例では、直進運動手段としてエアシリンダを用
いたが、油圧シリンダや、あるいは電磁石装置等を用い
てもよい。また、ハンドリングチャックにおけるツメの
動きも、空気圧シリンダ以外のものを用いてもよく、２
つのツメが均等に動くこととしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように本発
明によれば、磁気ネジ機構を利用して直進運動を回転運
動に変換するので、磁気ネジのバネ性により、対象物に
倣った柔軟な動きが可能な回転機構付把持装置が提供さ
れるものである。また、磁気ネジのトルクリミッタ機能
により、障害に対する安全性も確保される。更に、磁気
ネジが機械的接触によらずに運動の変換を行うので、摩
擦損失がなく高効率で装置のコンパクト化が可能であ
る。また、スライドロッドを設けたので、磁気ネジの回
転により可動ブロック体に加わるトルク反力に対処でき
る。また、停止手段を設けたので、チャックの停止角度
を容易に調整できる。また、外筒磁石や内筒磁石を、複
数個のものを縦方向に連ねて用いることにより、設計上
の自由度を大きく取ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る回転機構付把持装置の構成を示
す断面図である。

【図２】本実施例に係る回転機構付把持装置の構成を示
す横断面図である。

【図３】本実施例に係る回転機構付把持装置の構成を示
す図である。

【図４】円筒磁石の断面斜視図である。

【図５】円筒磁石の斜視図である。

【図６】磁気ネジにおいて、変位を生じる様子を説明す
る図である。

【図７】磁気ネジの変位と力との関係を示すグラフであ
る。

【図８】磁気ネジにおける着磁帯の対向関係を示す説明
図である。

【図９】回転機構付把持装置を搬送装置に取り付けた状
態を示す図である。

【図１０】回転機構付把持装置を利用して対象物をコン
ベアー間で移動する様子を説明する図である。

【図１１】図１０おける面取りされた部材の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 回転機構付把持装置 ２ フレーム ５ 外筒磁石 ６ 内筒磁石 ７ 可動ブロック ９ ハンドリングチャック １０ スライドロッド １２ ストップネジ １３ シリンダロッド １４ 回転ロッド １５ ツメ １６ エアシリンダ １７、１８ 着磁帯

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームと、フレームに固定され直線的
   に伸縮する直進運動手段と、直進運動手段による直進運
   動を回転運動に変換する運動変換手段と、運動変換手段
   により回転駆動されて対象物を回転させるチャックとを
   有する回転機構付把持装置において、 前記運動変換手段が、 前記直進運動手段から直進運動を受ける可動ブロック体
   と、 前記可動ブロック体に固定され内面に螺旋着磁を施され
   た外筒磁石と、 前記フレームに軸回りに回転可能に保持されるとともに
   前記チャックに固定された回転ロッドと、 前記回転ロッドに固定して設けられ外面に螺旋着磁を施
   された内筒磁石とを有する磁気ネジにより構成されるこ
   とを特徴とする回転機構付把持装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する回転機構付把持装置
   において、 前記可動ブロック体を摺動可能に貫通する、前記直進運
   動手段の直進運動の方向と平行に前記フレームに固定し
   て設けられたスライドロッドを有することを特徴とする
   回転機構付把持装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載する回転機
   構付把持装置において、 前記フレームに高さ調整可能に設けられた、前記可動ブ
   ロック体の直進運動を規制する停止手段を有することを
   特徴とする回転機構付把持装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
   記載する回転機構付把持装置において、 前記外筒磁石が、複数の螺旋着磁管状磁石を縦方向に連
   ねてなることを特徴とする回転機構付把持装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載する回転機構付把持装置において、 前記内筒磁石が、複数の螺旋着磁管状磁石を縦方向に連
   ねてなることを特徴とする回転機構付把持装置。