特許 7335208 工作機械用ハンド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-21

(45)【発行日】2023-08-29

(54)【発明の名称】工作機械用ハンド

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/06 20060101AFI20230822BHJP

   B23Q 7/04 20060101ALI20230822BHJP

【ＦＩ】

B23Q3/06 303C

B23Q7/04 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020115692

(22)【出願日】2020-07-03

(65)【公開番号】P2021028111

(43)【公開日】2021-02-25

【審査請求日】2022-05-17

(31)【優先権主張番号】P 2019147321

(32)【優先日】2019-08-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(74)【代理人】

【識別番号】100142789

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100163050

【弁理士】

【氏名又は名称】小栗 眞由美

(74)【代理人】

【識別番号】100201466

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】越智 伊

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２００８０２０４８９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】登録実用新案第３２０６０２０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０４０５７３４８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００２－９６２８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ ３／０６、３／０８

Ｂ２３Ｑ ７／０４

Ｂ２３Ｂ １５／００

Ｂ２５Ｊ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機械の主軸に着脱可能に装着され、該主軸に形成されたクーラント液供給路に接続される流路を備える本体部と、
該本体部に、少なくとも１つが所定の軸線回りに揺動可能に取り付けられた２以上のハンド部材であって、閉じられることにより間に物体を把持可能なハンド部材とを備え、
前記流路が、前記クーラント液供給路から供給されたクーラント液を、前記本体部から吐出させ、該本体部の外部に露出する前記ハンド部材の表面に衝突させる吐出口を備え、
前記表面に衝突する前記クーラント液から生じる圧力により、前記ハンド部材を開動作または閉動作させる工作機械用ハンド。

【請求項2】

工作機械の主軸に着脱可能に装着され、該主軸に形成されたクーラント液供給路に接続される流路を備える本体部と、
該本体部に、少なくとも１つが所定の軸線回りに揺動可能に取り付けられた２以上のハンド部材であって、閉じられることにより間に物体を把持可能なハンド部材とを備え、
前記流路が、前記クーラント液供給路から供給されたクーラント液を、外部に露出する前記ハンド部材の表面に向けて吐出させる吐出口を備え、
前記流路内の前記吐出口近傍に前記流路に沿って移動可能に配置され前記ハンド部材を押圧する可動体を備え、
前記クーラント液の圧力により、前記ハンド部材を開動作または閉動作させる工作機械用ハンド。

【請求項3】

前記可動体が球体である請求項２に記載の工作機械用ハンド。

【請求項4】

前記ハンド部材を、弾性復元力によって前記クーラント液の圧力による動作方向とは逆方向に付勢する付勢部材を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載の工作機械用ハンド。

【請求項5】

前記吐出口から吐出され前記ハンド部材を動作させた前記クーラント液を、前記ハンド部材の内面に沿って流動するよう導くガイド手段を備える請求項１から請求項４のいずれかに記載の工作機械用ハンド。

【請求項6】

前記ガイド手段が、前記吐出口から吐出される前記クーラント液の吐出方向と、前記内面に沿う前記クーラント液の流動方向とのなす角度を、９０°よりも大きな角度とする形状に前記流路を形成することにより構成されている請求項５に記載の工作機械用ハンド。

【請求項7】

工作機械の主軸に着脱可能に装着され、該主軸に形成されたクーラント液供給路に接続される流路を備える本体部と、
該本体部に、一方向に移動可能に支持された可動部材と、
該可動部材に、少なくとも１つが所定の軸線回りに揺動可能に取り付けられた２以上のハンド部材であって、閉じられることにより間に物体を把持可能なハンド部材とを備え、
前記流路が、前記クーラント液供給路から供給されたクーラント液を、外部に露出する前記可動部材の表面に向けて吐出させることにより、前記ハンド部材を開動作または閉動作させる位置に配置された吐出口を備える工作機械用ハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、工作機械用ハンドに関するものである。

【背景技術】

【0002】

マシニングセンタの主軸に供給されるクーラント液を利用して複数のハンド部材を開閉駆動する把持装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この把持装置は、主軸に供給されるクーラント液を圧入されるシリンダと、シリンダ内に移動可能に配置されクーラント液の圧力によって移動させられるピストンと、ピストンに揺動可能に連結された複数のハンド部材とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実用新案登録第３２０６０２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

クーラント液には切削による切粉や空気が混じることがあり、密封されたシリンダ内にクーラント液を供給する特許文献１の把持装置では、切粉あるいは空気がシリンダ内に流入して動作不良を生ずる可能性がある。したがって、切粉や空気が混じることがあるクーラント液を使用しても動作不良を発生させずにワークのハンドリング等を行うことができる工作機械用ハンドが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、工作機械の主軸に着脱可能に装着され、該主軸に形成されたクーラント液供給路に接続される流路を備える本体部と、該本体部に、少なくとも１つが所定の軸線回りに揺動可能に取り付けられた２以上のハンド部材であって、閉じられることにより間に物体を把持可能なハンド部材とを備え、前記流路が、前記クーラント液供給路から供給されたクーラント液を、前記本体部から吐出させ、該本体部の外部に露出する前記ハンド部材の表面に衝突させる吐出口を備え、前記表面に衝突する前記クーラント液から生じる圧力により、前記ハンド部材を開動作または閉動作させる工作機械用ハンドである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本開示の一実施形態に係る工作機械用ハンドであって、一対のハンド部材が閉じられた状態を示す正面図である。

【図2】図１の工作機械用ハンドであって、一対のハンド部材が開かれた状態を示す正面図である。

【図3】図１の工作機械用ハンドによりワークを把持した状態を示す正面図である。

【図4】図２の工作機械用ハンドを示す縦断面図である。

【図5】図２の工作機械用ハンドにおけるクーラント液の流れを示す拡大縦断面図である。

【図6】図１の工作機械用ハンドの第１の変形例であって、一対のハンド部材が閉じられた状態を示す拡大縦断面図である。

【図7】図６の工作機械用ハンドであって、一対のハンド部材が開かれた状態を示す拡大縦断面図である。

【図8】図１の工作機械用ハンドの第２の変形例であって、一対のハンド部材が開かれた状態を示す正面図である。

【図9】図８の工作機械用ハンドであって、一対のハンド部材が閉じられた状態を示す正面図である。

【図10】図９の工作機械用ハンドを示す縦断面図である。

【図11】本開示の他の実施形態に係る工作機械用ハンドであって、一対のハンド部材が閉じられた状態を示す正面図である。

【図12】図１１の工作機械用ハンドであって、一対のハンド部材が開かれた状態を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示の一実施形態に係る工作機械用ハンド１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る工作機械用ハンド１は、図１および図２に示されるように、本体部２と、２個一対のハンド部材３とを備えている。

【0008】

本体部２は、直方体ブロック状に形成された先端部４と、先端部４よりも基端側に配置され工作機械の主軸１００に着脱可能に装着するための円筒状のシャフト部５とを備えている。シャフト部５には、図４に示されるように、一端の開口部６から中心軸に沿って延びる流路７が設けられている。シャフト部５が主軸１００に装着されたときには、主軸１００に設けられたクーラント液供給路１１０に開口部６が接続され、クーラント液供給路１１０から供給されるクーラント液が流路７内に流入させられる。

【0009】

２個一対のハンド部材３は、本体部２の先端部４を挟んだ両側に配置され、それぞれ、シャフト部５の中心軸に直交する平面に沿って延びる平行な２つの揺動軸線（軸線）Ａ，Ｂ回りに揺動可能に本体部２に取り付けられている。

【0010】

本体部２に設けられた流路７は、図４に示されるように、先端部４において２方向の分岐流路８に分岐している。分岐流路８は、それぞれ、各ハンド部材３に向かう方向に分岐している。分岐流路８は、先端部４の側面のそれぞれ２箇所に開口する吐出口９を有している。４つの分岐流路８および吐出口９の開口面積の合計は、シャフト部５における流路７の横断面積と略同等に設定されている。

【0011】

各ハンド部材３には、揺動軸線Ａ，Ｂ回りに回転する歯車１０が固定されている。２つのハンド部材３に固定された歯車１０は相互に噛み合っている。

【0012】

また、２つのハンド部材３の間には、弾性復元力によってハンド部材３を閉じる方向に付勢するコイルスプリング（付勢部材）１１が掛け渡されている。
本実施形態においては、一対のハンド部材３の対向する側面が、本体部２の先端部４に設けられた吐出口９を閉塞する位置に対向して配置されている。

【0013】

一対のハンド部材３が閉じられた図１に示される状態で、各ハンド部材３の側面が吐出口９に最も近接して、各吐出口９をほぼ閉塞する位置に配置される。そして、一対のハンド部材３が開かれた図２に示される状態では、各ハンド部材３が揺動軸線Ａ，Ｂ回りに揺動することにより、各ハンド部材３の側面が若干傾斜して吐出口９から離間し、本体部２とハンド部材３との間に隙間が形成される。

【0014】

各ハンド部材３は、コイルスプリング１１の弾性復元力によって閉じる方向に常時付勢されている。すなわち、ハンド部材３間にワーク（物体）Ｗが保持されておらず、かつ、クーラント液が流路７に供給されていない状態では、コイルスプリング１１の弾性復元力によって各ハンド部材３の側面は、本体部２の吐出口９を閉塞している。

【0015】

そして、クーラント液が流路７に供給されたときには、各ハンド部材３は、吐出口９から吐出するクーラント液によって押され、コイルスプリング１１の弾性復元力に抗して相互に離間する方向に揺動させられる。吐出口９からのクーラント液の吐出圧力は、例えば、０．４ＭＰａから２ＭＰａである。

【0016】

図中、符号１２はハンド部材３を開位置において突き当てて弾性変形によってハンド部材３のそれ以上の移動を制限するエンドストッパである。また、符号１３は、ワークＷを把持する際にワークＷに接触して弾性変形させられるスポンジ等の弾性部材である。

【0017】

このように構成された本実施形態に係る工作機械用ハンド１の作用について以下に説明する。以下の説明においては、本実施形態に係る工作機械用ハンド１が左右対称であるため、一側についてのみ説明し、他側の説明を省略する。
本実施形態に係る工作機械用ハンド１は、例えば、工作機械のツールマガジンにツールの１つとして収納されており、必要に応じてあるいは定期的に、工作機械に備えられた図示しない自動ツール交換装置によって工具等の他のツールに代えて主軸１００に装着される。

【0018】

例えば、回転テーブルに備えられたチャックへのワークＷの供給あるいはワークＷの姿勢変更等が必要となったときに、工作機械用ハンド１が主軸１００に装着される。
そして、工作機械用ハンド１のハンド部材３が下向きに主軸１００に装着された状態で、主軸１００の昇降動作によって昇降させられる。

【0019】

図１に示されるように、工作機械用ハンド１の鉛直下方に配置されているワークＷを把持する場合には、主軸１００の下降によって工作機械用ハンド１を下降させるとともに、主軸１００からのクーラント液の供給によって、図２に示されるように一対のハンド部材３を開状態とする。そして、一対のハンド部材３の間にワークＷを配置した状態で、図３に示されるように、クーラント液の供給を停止することにより、一対のハンド部材３を閉状態として、ワークＷを把持することができる。

【0020】

この場合において、本実施形態に係る工作機械用ハンド１によれば、一対のハンド部材３を開状態とするときに、ワークＷの加工時に利用されるクーラント液供給路１１０を利用して、クーラント液供給路１１０から開口部６を介して本体部２の流路７内にクーラント液を供給する。これにより、本体部２内の流路７に供給されたクーラント液が、２方向に開口する吐出口９から吐出され、各ハンド部材３の側面を押圧して、各ハンド部材３を揺動軸線Ａ，Ｂ回りに揺動させることができる。

【0021】

本体部２の流路７は吐出口９において外部に開口しているので、吐出口９から吐出させられたクーラント液は、ハンド部材３の側面を押圧しつつ、ハンド部材３の側面に沿って流動し、ハンド部材３の先端から下方に流れ落ちる。流れ落ちたクーラント液は、加工時と同様にして図示しないクーラントタンクに回収されて循環させられる。

【0022】

このとき、クーラント液には細かい切粉等が混入することとなるが、本実施形態においては、ハンド部材３を開閉するためのクーラント液は、本体部２の流路７の吐出口９から外部に放出され、その放出の際の流動エネルギによってハンド部材３を揺動させる。したがって、クーラント液が閉じた空間に供給されないので、細かい切粉等が混入していても、切粉が詰まることによる動作不良を発生させずにワークＷのハンドリング等を行うことができるという利点がある。

【0023】

また、本実施形態に係る工作機械用ハンド１によれば、コイルスプリング１１の弾性復元力によって、一対のハンド部材３が閉じる方向に常時付勢されているので、クーラント液の供給停止によって、ハンド部材３を簡易に閉状態にすることができる。また、一対のハンド部材３に相互に噛み合う歯車１０が固定されているので、一対のハンド部材３が中心振り分けで同一角度だけ揺動し、ワークＷの把持位置を中心に配置することができるという利点がある。

【0024】

また、一対のハンド部材３が開状態となると、図４および図５に示されるように、ハンド部材３が揺動軸線Ａ，Ｂ回りに揺動して、クーラント液により押される側面が吐出方向に対して９０°よりも大きな角度をなして配置される。これにより、クーラント液のガイド手段が構成され、クーラント液は、側面に沿ってハンド部材３の先端方向に案内されつつ流動させられる。その結果、一対のハンド部材３を開く都度に、ワークＷを把持する部分をクーラント液によって洗浄することができるという利点がある。

【0025】

また、本実施形態においては、本体部２における流路７を４つの分岐流路８に分岐させ、各分岐流路８および吐出口９の横断面積を流路７の横断面積の１／４に設定したので、流路７と分岐流路８とで流通断面積を変化させずに済み、損失を低減することができる。

【0026】

なお、本実施形態においては、吐出口９から吐出されたクーラント液自体によって各ハンド部材３の側面が押圧されることとした。これに代えて、図６および図７に示されるように、吐出口９の近傍の分岐流路８内に移動可能な金属、例えば、鋼鉄製の球体（可動体）１５を配置してもよい。

【0027】

球体１５は、図６に示されるように、分岐流路８の内径よりも小さい直径寸法を有しており、球体１５と分岐流路８の内面との間に、クーラント液を流出させる隙間を形成している。図中、符号１６は、球体１５の可動範囲における分岐流路８の内壁を形成する円筒体、符号１７は、吐出口９に対向する各ハンド部材３の側面に埋め込まれた突き当て部材である。

【0028】

円筒体１６および突き当て部材１７は、本体部２およびハンド部材３をアルミニウム合金等により軽量化する場合に、球体１５との接触による本体部２およびハンド部材３の摩耗を抑えるため、硬質の材料、例えば、鋼鉄により構成されている。突き当て部材１７はネジの着脱により交換可能にハンド部材３に固定されている。

【0029】

また、符号１２は、各ハンド部材３の揺動軸線Ａ，Ｂ回りの揺動角度を制限するエンドストッパである。本実施形態におけるエンドストッパ１２は、球体１５の吐出口９からの吐出量が半球以下となる揺動角度において、ハンド部材３を突き当てることにより、ハンド部材３の揺動を停止させる。図６および図７においてはコイルスプリング１１の図示を省略している。

【0030】

クーラント液供給路１１０から流路７にクーラント液が供給されると、２つの分岐流路８に分岐したクーラント液は、一部が、球体１５を押圧して吐出口９側へと移動させ、残りが球体１５と分岐流路８の内面との隙間を経由して吐出口９から外部に吐出させられる。クーラント液の圧力によって押圧された各球体１５は、各吐出口９から外部に突出することにより、各ハンド部材３の突き当て部材１７を押圧して、各ハンド部材３を揺動軸線Ａ，Ｂ回りに揺動させる。これにより、２つのハンド部材３の先端が開かれる。

【0031】

球体１５の中心が吐出口９よりも内側に維持されるので、分岐流路８の内面と球体１５との隙間によって形成されるクーラント液の流通断面積の最小値は、球体１５の姿勢およびハンド部材３の揺動角度に依存することなく一定に維持される。すなわち、球体１５がクーラント液から受ける圧力がハンド部材３の揺動角度によって変動しないので、クーラント液の圧力を増大させるだけでハンド部材３を安定した大きな力で開くことができる。その結果、コイルスプリング１１のバネ剛性を向上することができ、ワークＷの把持力を向上して、安定したハンドリングを行うことができるという利点がある。

【0032】

また、球体１５の周囲に隙間を設けることにより、クーラント液を流路７内に閉じ込めることなく吐出口９から外部に吐出させることができる。これにより、クーラント液に含まれる切粉等の詰まりによる動作不良を防止することができる。

【0033】

また、流路７に供給されたクーラント液のうち、吐出口９から吐出されるクーラント液の量を球体１５によって制限することができる。これにより、ハンド部材３を開く際に多量のクーラント液が吐出されることを防止して、各ハンド部材３およびワークＷの状態を、作業者の目視によって確認しやすくできるという利点がある。

【0034】

上記態様では、可動体１５の形状として球状を例示したが、これに限定されるものではなく、円柱型や砲弾型等の任意の形状を採用してもよい。円柱型あるいは砲弾型を採用することによっても、可動体１５の姿勢変動を抑えて、分岐流路８の内面と可動体１５との隙間によって形成される流通断面積の最小値をほぼ一定に維持することができる。

【0035】

また、本実施形態においては、２つのハンド部材３の揺動を同期させる歯車１０はなくてもよい。また、２つのハンド部材３の両方を揺動軸線Ａ，Ｂ回りに揺動させる場合を例示したが、一方は固定し、他方のみを揺動させることにしてもよい。これによってもワークＷの把持を行うことができる。

【0036】

また、２個一対のハンド部材３を備える工作機械用ハンド１を例示したが、これに代えて、３以上のハンド部材３を備える工作機械用ハンド１に適用してもよい。
また、分岐流路８を４つ設けたが、これに代えて、２以上のハンド部材３を揺動させるための分岐流路８は２以上あればよい。

【0037】

また、ハンド部材３の形状については、任意であり、把持しようとするワークＷの形状に合わせて、異なる形状の工作機械用ハンド１を複数用意してもよい。
また、本実施形態においては、ハンド部材３を開く場合にクーラント液を供給したが、これに代えて、図８から図１０に示されるように、ハンド部材３を閉じる際にクーラント液を供給してもよい。
この場合には、ハンド部材３を開く方向に常時付勢するコイルスプリング（付勢部材）１４を採用すればよい。

【0038】

次に、本開示の他の実施形態に係る工作機械用ハンド２０について、以下に説明する。本実施形態の説明において、上述した実施形態に係る工作機械用ハンド１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

【0039】

本実施形態に係る工作機械用ハンド２０は、図１１に示されるように、本体部２１と、可動部材２２と、２個一対のハンド部材２３とを備えている。
本体部２１の先端部２４は、幅方向中央に、シャフト部５とは反対側の端部から、シャフト部５の中心軸に沿って延びる溝２５を備えている。シャフト部５の一端の開口部６からシャフト部５の中心軸に沿って延びる流路７は、溝２５の溝底に吐出口９を備えている。

【0040】

可動部材２２は、溝２５の内側に配置され、先端部２４に対して、シャフト部５の中心軸に沿う方向にのみ移動可能に支持されている。また、可動部材２２と先端部２４との間には、図示しないコイルスプリング（付勢部材）が架け渡されており、コイルスプリングの弾性復元力によって、可動部材２２は常に吐出口９に近接する方向に付勢されている。可動部材２２は溝底に近接させられることにより吐出口９を閉塞する位置に配置される。

【0041】

一対のハンド部材２３は、それぞれの基端が可動部材２２にシャフト部５の中心軸に直交する揺動軸線（軸線）Ｃ回りに揺動可能に支持されている。また、各ハンド部材２３の中間位置には、それぞれハンド部材２３の先端方向に向かってシャフト部５の中心軸から離れる方向に傾いて延びる長孔状のガイド孔２６が設けられている。
各ガイド孔２６には、先端部２４の側面に、揺動軸線Ｃと平行に延びるピン２７が挿入されている。

【0042】

このように構成された本実施形態に係る工作機械用ハンド２０の作用について、以下に説明する。
流路７にクーラント液が供給されると、クーラント液は、流路７を流動し吐出口９から可動部材２２に向かって吐出される。吐出されたクーラント液は、吐出口９を閉塞する位置に配置されている可動部材２２に吹き付けられる。これにより、可動部材２２は、シャフト部５の中心軸に沿って吐出口９から離れる方向に移動させられる。

【0043】

可動部材２２の移動に対応して、可動部材２２に接続されている各ハンド部材２３は、先端部２４に固定された各ピン２７に対して、それぞれのガイド孔２６の長手方向に沿って移動させられる。これにより、図１２に示されるように、各ハンド部材２３が、揺動軸線Ｃ回りに揺動させられ、各ハンド部材２３の先端が開かれる。

【0044】

また、クーラント液の供給を停止すると、可動部材２２は、コイルスプリングの弾性復元力によって、吐出口９に近接する方向に引き戻される。これにより、可動部材２２の移動に対応して、各ハンド部材２３が先端を閉じる方向に揺動させられる。これにより、ワークＷをハンド部材２３間に把持することができる。

【0045】

このように、本実施形態に係る工作機械用ハンド２０によっても、第１の実施形態に係る工作機械用ハンド１と同様に、吐出口９から吐出させられるクーラント液によって、一対のハンド部材２３を開閉することができる。そして、クーラント液に細かい切粉等が混入していても、吐出口９から外部に放出することにより、切粉等が詰まることによる動作不良を発生させずにワークＷのハンドリング等を行うことができるという利点がある。

【0046】

また、吐出口９から吐出されたクーラント液が、各ハンド部材２３の表面に沿って流動させられることにより、一対のハンド部材２３を開く都度に、クーラント液によって洗浄することができる。
なお、本実施形態においては、クーラント液の吐出によりハンド部材２３を開く場合を例示したが、逆でもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ 工作機械用ハンド
２ 本体部
３ ハンド部材
７ 流路
９ 吐出口
１０ 歯車
１１ コイルスプリング（付勢部材）
１４ コイルスプリング（付勢部材）
１５ 球体（可動体）
２０ 工作機械用ハンド
２１ 本体部
２２ 可動部材
２３ ハンド部材
１００ 主軸
１１０ クーラント液供給路
Ａ，Ｂ，Ｃ 揺動軸線（軸線）
Ｗ ワーク（物体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】