(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】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】ワーク把持装置
(51)【国際特許分類】
B23P 19/00 20060101AFI20241008BHJP
【FI】
B23P19/00 304C
(21)【出願番号】P 2021101134
(22)【出願日】2021-06-17
【審査請求日】2024-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100085361
【氏名又は名称】池田 治幸
(74)【代理人】
【識別番号】100147669
【氏名又は名称】池田 光治郎
(72)【発明者】
【氏名】伊東 義治
(72)【発明者】
【氏名】宮田 絵理
【審査官】板澤 敏明
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-199176(JP,A)
【文献】特開2013-094869(JP,A)
【文献】特開2005-028490(JP,A)
【文献】特開2002-046005(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23P 19/00-21/00
B23B 31/00-33/00
B25J 1/00-21/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
リング状のワークの内周面を押圧することにより前記ワークを把持するワーク把持装置であって、
前記ワークの把持状態で前記ワークの径方向で内周側に配置され、前記ワークの径方向に移動可能に構成されているチャック爪と、前記ワークの径方向で前記チャック爪の内周側に配置されて前記チャック爪に形成された傾斜面に当接可能なテーパ部を有するシャフトと、前記シャフトの軸方向の一端に当接し、前記シャフトを前記シャフトの軸方向で前記テーパ部が前記傾斜面を押圧する方向に向かって付勢するスプリングと、前記スプリングの前記シャフトの軸方向で前記シャフトに当接する側とは反対側の端部に当接して前記スプリングを保持するスプリング受部品と、を備え、
前記スプリング受部品は、前記チャック爪に対する前記シャフトの軸方向の相対位置を調整可能に設けられている
ことを特徴とするワーク把持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リング状のワークを把持するワーク把持装置の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、空気圧で押し出されたダイヤフラム上のバネによってテーパコーンが押し出され、チャックリングが径方向に開いて対象物(ディスク)の内径部を把持する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、特許文献1では、空気圧によるダイヤフラムの変位とコイルバネの伸長力によって対象物を把持する把持力を得ているため、この双方を調整しないと把持力を適切に調整できないという問題があった。
【0005】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、ワークを把持するに当たって把持力を適切に調整できるワーク把持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
第1発明の要旨とするところは、(a)リング状のワークの内周面を押圧することにより前記ワークを把持するワーク把持装置であって、(b)前記ワークの把持状態で前記ワークの径方向で内周側に配置され、前記ワークの径方向に移動可能に構成されているチャック爪と、前記ワークの径方向で前記チャック爪の内周側に配置されて前記チャック爪に形成された傾斜面に当接可能なテーパ部を有するシャフトと、前記シャフトの軸方向の一端に当接し、前記シャフトを前記シャフトの軸方向で前記テーパ部が前記傾斜面を押圧する方向に向かって付勢するスプリングと、前記スプリングの前記シャフトの軸方向で前記シャフトに当接する側とは反対側の端部に当接して前記スプリングを保持するスプリング受部品と、を備え、(c)前記スプリング受部品は、前記チャック爪に対する前記シャフトの軸方向の相対位置を調整可能に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
第1発明によれば、チャック爪に対するスプリング受部品の軸方向の相対位置を調整することで、テーパ部およびチャック爪の傾斜面を介してチャック爪がワークを径方向に押し付けるワークの把持力を調整することができる。このように、スプリング受部品の位置を調整するのみで把持力を調整することができるため、把持力の調整が容易となり操作性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【
図1】本発明が適用されたワーク把持装置の全体構造を説明するための断面図である。
【
図2】スプリングのたわみ量とワークの把持力との関係を示す図である。
【
図3】
図1においてスプリング受部品の周辺の構造を拡大した断面図である。
【
図4】
図3を第2円筒ケースの外側から見た図である。
【
図5】本発明の他の実施例に対応するワーク把持装置の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
ここで、好適には、ワーク把持装置は、前記シャフトの軸方向で前記テーパ部に隣接する位置に設けられ、前記シャフトを軸方向で前記テーパ部と前記チャック爪の傾斜面との押圧が解除される位置まで移動させるスプリング抑制機構をさらに備えている。このようにすれば、スプリング抑制機構によってスプリングが圧縮されてテーパ部とチャック爪の傾斜面との押圧が解除されることで、チャック爪が径方向内側に収縮することができるため、ワークをチャック爪の外周側に設置することが可能になる。
【0010】
また、好適には、前記スプリング抑制機構は、カムまたはねじ機構から構成されている。これより、例えばスプリング抑制機構がカムから構成される場合には、カムを回動させることで、カムに隣接するシャフトを軸方向に移動させて、テーパ部とチャック爪の傾斜面との押圧を解除することができる。また、スプリング抑制機構がねじ機構が構成される場合には、ねじを回転させることでねじ機構に隣接するシャフトを軸方向に移動させて、テーパ部とチャック爪の傾斜面との押圧を解除することができる。
【0011】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例1】
【0012】
図1は、本発明が適用されたワーク把持装置10の全体構造を説明するための断面図である。ワーク把持装置10は、リング状に形成されたワーク12の形状等を検査するに当たって、ワーク12を固定する装置である。ワーク把持装置10は、ワーク12の内周面を押圧することでワーク12を把持するように構成されている。
【0013】
ワーク把持装置10は、ワーク12の把持状態でワーク12の径方向で内周側に配置され、ワーク12の径方向に移動可能に構成されているチャック爪14と、ワーク12の径方向でチャック爪14の内周側に配置されてチャック爪14に形成された後述する傾斜面32に当接可能なテーパ部16を有するシャフト18と、シャフト18の軸方向の一端に当接し、シャフト18をシャフト18の軸方向でテーパ部16が傾斜面32を押圧する方向に向かって付勢するスプリング20と、シャフト18の軸方向でスプリング20のシャフト18と当接する側とは反対側の端部に当接してスプリング20を保持するスプリング受部品22と、シャフト18の軸方向でテーパ部16に隣接する位置に設けられ、シャフト18をそのシャフト18の軸方向でテーパ部16とチャック爪14の傾斜面32との押圧が解除される位置まで移動させるためのカム24と、カム24を収容する第1円筒ケース26と、シャフト18の一部、スプリング20、およびスプリング受部品22を収容する第2円筒ケース28と、を備えている。
【0014】
チャック爪14は、シャフト18の軸方向で第1円筒ケース26と第2円筒ケース28との間に介挿されている。また、チャック爪14は、ワーク12の周方向で等角度間隔に複数個配置され、それぞれ第1円筒ケース26および第2円筒ケース28に対してワーク12の径方向に相対移動可能とされている。チャック爪14のワーク12の径方向で外周側には、ワーク12の把持状態においてワーク12の内周面と面接触するワーク押圧面30が形成されている。ワーク押圧面30は、ワーク12の内周面と面接触可能な曲面に形成されている。各チャック爪14の各々のワーク押圧面30がワーク12の内周面を押圧することで、ワーク12を把持する把持力Fが発生する。チャック爪14のワーク12の径方向で内周側には、シャフト18のテーパ部16に当接可能な傾斜面32が形成されている。傾斜面32は、テーパ部16のテーパ面16aに面接触可能な勾配に形成されている。
【0015】
シャフト18は、ワーク12の径方向に対して垂直に配置されている。シャフト18は、ワーク12の径方向でチャック爪14の内周側に配置されるテーパ部16と、一端がスプリング20に当接する大径軸部34と、テーパ部16と大径軸部34とを連結する小径軸部36と、を備えている。テーパ部16は、円錐状に形成され、小径部がシャフト18の軸方向でスプリング20に対して遠ざかる側となるように配置されている。テーパ部16の小径部側の先端には、カム24に当接可能な中間部材38が設けられている。カム24が中間部材38に当接すると、カム24が中間部材38を介してテーパ部16に隣接した状態となる。テーパ部16のシャフト18の軸方向でスプリング20側、すなわちテーパ部16の大径部側に、小径軸部36が連結されている。
【0016】
大径軸部34は、シャフト18の軸方向の一端が小径軸部36に連結されているとともに、軸方向の他端がスプリング20に当接している。大径軸部34の外径は、第2円筒ケース28の内径と略同じとされ、大径軸部34の外周面が第2円筒ケース28の内周面に摺動可能となっている。シャフト18の軸方向で大径軸部34のスプリング20に当接する側の端部には、スプリング20の端部を収容するための第1凹部40が形成されている。
【0017】
スプリング20は、コイルスプリングから構成され、シャフト18の軸方向で大径軸部34とスプリング受部品22との間に介挿されている。スプリング20は、組付状態において自然長に対して圧縮されており、シャフト18をチャック爪14側に向かって軸方向に付勢している。
【0018】
スプリング受部品22は、環状に形成され、内周側にはスプリング20の他端を収容するための第2凹部42が形成されている。また、スプリング受部品22の外周部には雄ねじ部44が形成されている。雄ねじ部44は、第2円筒ケース28の内周側に形成される雌ねじ部46に螺合している。これより、スプリング受部品22の回転量(螺合量)を調整することで、スプリング受部品22を第2円筒ケース28内でシャフト18の軸方向に相対移動させることができる。なお、スプリング受部品22の第2凹部42が形成される部位の背面側には、図示しないレンチ穴が形成されており、そのレンチ穴にレンチを挿し入れてスプリング受部品22を回転させることができる。
【0019】
カム24は、スプリング20を圧縮させることで、シャフト18を軸方向でテーパ部16とチャック爪14の傾斜面32との押圧が解除される位置まで移動させる、スプリング抑制機構として機能する。カム24は、第1円筒ケース26の内部に収容され、シャフト18の軸方向でスプリング受部品22とは反対側の端部に配置されている。カム24は、繭状に形成された板カムからなり、六角穴48を中心にして回動可能に構成されている。カム24は、六角穴48に不図示の六角レンチを挿し入れて回動させることができる。
【0020】
図1において実線で示すカム24は、六角穴48を中心にして時計回り方向に回動させられた状態を示している。このとき、カム24の頂部が中間部材38に当接させられることで、シャフト18が軸方向でスプリング受部品22側に移動させられ、スプリング20が圧縮されてテーパ部16によるチャック爪14の傾斜面32の押圧が解除される。この状態では、チャック爪14がワーク12の径方向内側に収縮するため、ワーク12をチャック爪14の外周側に設置することができる。なお、チャック爪14には、チャック爪14をワーク12の径方向内側に付勢する図示しないスプリングが内蔵されており、テーパ部16がチャック爪14の傾斜面32を押圧しない状態では、チャック爪14に内蔵されているスプリングによって、チャック爪14がワーク12の径方向内側に収縮するように構成されている。
【0021】
図1において、破線で示すカム24は、六角穴48を中心にして反時計回り方向に回動させられた状態を示している。このとき、カム24と中間部材38との当接が解除されることで、カム24によるスプリング20の圧縮が解放されてシャフト18が軸方向でカム24側に移動させられる。従って、テーパ部16がチャック爪14の傾斜面32を押圧し、チャック爪14には、スプリング20の付勢力F1および傾斜面32の傾斜角θに基づくワーク12の径方向外側に作用する押圧力F、すなわちワーク12の内周面を径方向外側に向かって押圧する把持力Fが発生する。なお、把持力Fは、スプリング20の付勢力F1が大きくなるほど大きくなるとともに、傾斜面32の傾斜角θが大きくなるほど大きくなる。
【0022】
ここで、スプリング20の付勢力F1は、スプリング20の圧縮量であるたわみ量Xに比例して大きくなり、ワーク12の把持力Fについても同様に、スプリング20のたわみ量Xに比例して大きくなる。
図2は、スプリング20のたわみ量X[mm]とワーク12の把持力Fとの関係を示している。なお、
図2におけるたわみ量Xに対するワーク12の把持力Fは、スプリング20のバネ定数および傾斜角θを考慮して求められた値である。
図2において、たわみ量Xstは、予め規定されている基準値となる基準たわみ量Xstである。この基準たわみ量Xstにおける把持力Fstは、予め規定されている基準把持力Fstである。また、たわみ量Xmaxは、予め設計的に規定されているたわみ量Xの最大値である最大たわみ量Xmaxであり、たわみ量Xminは、予め設計的に規定されているたわみ量Xの最小値である最小たわみ量Xminである。また、最大たわみ量Xmaxにおける把持力Fmaxは、設計的に規定されている把持力Fの最大値である最大把持力Fmaxであり、最小たわみ量Xminにおける把持力Fminは、設計的に規定されている把持力Fの最小値である最小把持力Fminである。スプリング20のたわみ量Xは、基準たわみ量Xstを基準にして最小たわみ量Xmin~最大たわみ量Xmaxの間で調整され、これに関連して、ワーク12の把持力Fは、基準把持力Fstを基準にして最小把持力Fminから最大把持力Fmaxの間で調整される。
【0023】
例えば、自由長を40mmとするスプリング20がワーク把持装置10に取り付けられたときの取付長が25mmである場合、たわみ量Xは15mm(40mm-25mm)となる。ここで、把持力Fは、係数Kとたわみ量Xとの積(K×X)で算出され、係数Kを2N/mmとしたときの把持力Fは、30N(=2(N/mm)×15(mm))となる。なお、係数Kは、スプリング20のバネ定数および傾斜角θに基づいて求められる値である。また、基準たわみ量Xstが15mm(すなわちスプリング20の取付長25mm)に設定され、最大たわみ量Xmaxが20mm(すなわちスプリング20の取付長20mm)、最小たわみ量Xminが10mm(すなわちスプリング20の取付長30mm)とされた場合、把持力Fを20N~40Nの範囲で調整することが可能になる。また、把持力Fの調整幅を変更するに当たって、スプリング20のバネ定数および傾斜面32の傾斜角θが適宜調整される。
【0024】
上記のように、スプリング20のたわみ量Xを調整することで把持力Fを調整することができる。また、たわみ量Xは、スプリング20の自然長と取付長との差分に対応し、スプリング20の取付長さを変更することでたわみ量Xを調整することができる。ワーク把持装置10では、スプリング20の取付長をスプリング受部品22の位置を調整することで調整することができる。スプリング受部品22は、第2円筒ケース28に螺合し、第2円筒ケース28に対するシャフト18の軸方向への相対移動可能に構成されている。言い換えれば、スプリング受部品22は、チャック爪14に対するシャフト18の軸方向の相対位置を調整可能に設けられている。従って、スプリング受部品22の第2円筒ケース28に対する相対位置、すなわちチャック爪14に対するシャフト18の軸方向の相対位置を調整することで、スプリング20のたわみ量Xを調整してワーク12の把持力Fを調整することができる。
【0025】
図3は、
図1においてスプリング受部品22の周辺を拡大した断面図である。
図3において、実線で示すスプリング受部品22は、たわみ量Xが最大たわみ量Xmaxとなる位置に対応している。また、一点鎖線で示すスプリング受部品22は、たわみ量Xが最小たわみ量Xminとなる位置に対応している。スプリング受部品22は、実線および一点鎖線で示す範囲で第2円筒ケース28に対する相対移動が許容される。すなわち、
図3に示す範囲W(加減圧範囲W)の間でスプリング20のたわみ量Xを調整することができる。
【0026】
ここで、スプリング受部品22が第2円筒ケース28に螺合されると、第2円筒ケース28の外側からスプリング受部品22の位置を見ることができないため、スプリング受部品22の位置の調整がしにくくなる。これに対して、第2円筒ケース28には、周方向の一部に切欠50(
図4参照)が形成されることで、第2円筒ケース28の外側からであってもスプリング受部品22の位置を確認することができる。
図4は、
図3を第2円筒ケース28の外側から見た図に対応している。
図4に示すように、第2円筒ケース28には、シャフト18の軸方向の端部から軸方向に沿って切り欠かれた切欠50が形成されている。これより、切欠50からスプリング受部品22の位置を確認することが可能になる。
【0027】
また、第2円筒ケース28の外周面には、複数本の目盛り52a~52cが記載されている。目盛り52a~52cは、シャフト18の軸方向に複数本(本実施例では3本)記載されている。
図4では、目盛り52aが、たわみ量Xが最小たわみ量Xminとなる位置に設定されている。すなわち、シャフト18の軸方向において、スプリング受部品22の第2凹部42が形成される部位に対する背面である端面54が目盛り52aと一致したとき、最小把持力Fminとなる。また、目盛り52bが、たわみ量Xが基準たわみ量Xstとなる位置に設定されている。すなわち、シャフト18の軸方向において、スプリング受部品22の端面54が目盛り52bと一致したとき、基準把持力Fstとなる。また、目盛り52cが、たわみ量Xが最大たわみ量Xmaxとなる位置に設定されている。すなわち、シャフト18の軸方向において、スプリング受部品22の端面54が目盛り52bと一致したとき、最大把持力Fmaxとなる。これより、スプリング受部品22の位置を調整するに当たり、切欠50から見えるスプリング受部品22の位置を確認しつつスプリング受部品22の位置を調整することができ、さらに目盛り52a~52cを参照しつつ調整することで、ワーク12の把持力Fを所望の値とすることができる。ここで、所望されるワーク12の把持力Fとして、例えばワーク12が把持された状態でワーク12が変形することがなく、且つ、ワーク12とチャック爪14との間での滑りが防止される値に設定される。
【0028】
次に、ワーク12をワーク把持装置10に固定するまでの動作について説明する。先ず、ワーク12の把持力Fを予め設定する。把持力Fは、ワーク12の特性に応じて設定され、例えばワーク12の把持後においてワーク12に変形が生じない範囲であって、且つ、ワーク12の把持後にチャック爪14との間で滑りが生じない値に設定される。把持力Fを設定すると、把持力Fに応じたスプリング20のたわみ量Xとなるようにスプリング受部品22の位置を調整する。このとき、目盛り52a~52cを参照し、把持力Fが得られる位置にスプリング受部品22が移動させられる。スプリング受部品22の位置を調整すると、カム24を時計回りに回転し、カム24を
図1の実線で示す状態とする。このとき、カム24からの押圧力によって、シャフト18が軸方向でスプリング受部品22側に押し込まれてスプリング20が圧縮させられ、シャフト18のテーパ部16とチャック爪14の傾斜面32との間の押圧が解除される。この状態では、チャック爪14がワーク12の径方向で内側に収縮することで、ワーク12をチャック爪14の外周側に設置することが可能になる。これより、カム24を
図1の実線で示す状態まで回転させた後、ワーク12をチャック爪14の外周側に設置する。ワーク12がチャック爪14の外周に設置されると、カム24を反時計回りに回転させ、カム24を
図1の破線で示す状態に切り替える。このとき、スプリング20がカム24から解放されてスプリング20の付勢力F1によってシャフト18が軸方向でカム24側に移動し、テーパ部16がチャック爪14の傾斜面32を押圧する。従って、チャック爪14にワーク12の径方向に作用する把持力Fが伝達され、チャック爪14の外周に設置されるワーク12が把持力Fで把持される。このように、カム24を時計回りに回転させることで、シャフト18を軸方向でスプリング受部品22側に移動させてチャック爪14の外周側にワーク12を設置可能な状態とし、ワーク12が設置されるとカム24を反時計回りに回転させ、スプリング20を解放してチャック爪14に把持力Fを発生させることで、ワーク12を所望の把持力Fで把持することができる。
【0029】
上述のように、本実施例によれば、チャック爪14に対するスプリング受部品22の軸方向の相対位置を調整することで、テーパ部16およびチャック爪14の傾斜面32を介してチャック爪14がワーク12を径方向に押し付けるワーク12の把持力Fを調整することができる。このように、スプリング受部品22の位置を調整するのみで把持力Fを調整することができるため、把持力Fの調整が容易となり操作性も向上する。
【0030】
つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【実施例2】
【0031】
図5は、本発明の他の実施例に対応するワーク把持装置80の一部を示す断面図である。なお、
図5では、ワーク把持装置80の紙面右側が省略されているものの、省略されている部位の構造は、前述した実施例のワーク把持装置10と同じとなっている。以下では、前述した実施例のワーク把持装置10と異なる部位について説明する。本実施例のワーク把持装置80では、前述した実施例のワーク把持装置10を構成するカム24が、ねじ機構82に変更されている。このねじ機構82が、スプリング20を圧縮してテーパ部16とチャック爪14の傾斜面32との押圧を解除するスプリング抑制機構として機能する。ねじ機構82は、スプリング抑制ボルト84と、第1円筒ケース86に形成されてスプリング抑制ボルト84が螺合する雌ねじ部88と、から構成されている。
【0032】
スプリング抑制ボルト84は、本体部90と、ねじ軸部92と、六角部94と、から構成されている。本体部90、ねじ軸部92、および六角部94は、互いに連結されている。本体部90は、軸方向の一端が中間部材38に当接可能となっている。ねじ軸部92の外周には雄ねじ部96が形成され、第1円筒ケース86に形成されている雌ねじ部88に螺合されている。六角部94は、シャフト18の軸方向に見ると六角形状に形成されており、六角部94から回転力を作用させてスプリング抑制ボルト84を回転させることができる。
【0033】
上記のように構成されることで、スプリング抑制ボルト84を回転させてスプリング抑制ボルト84をシャフト18の軸方向に移動させることが可能になる。例えば、スプリング抑制ボルト84をシャフト18の軸方向でテーパ部16側に移動させることで、シャフト18が中間部材38を介してスプリング抑制ボルト84に押し付けられ、シャフト18がスプリング20側(紙面右側)に移動させられる。このとき、スプリング20が圧縮されてテーパ部16とチャック爪14の傾斜面32との間の押し付けが解除され、ワーク12をチャック爪14の外周側に設置することができる。また、ワーク12が設置されると、スプリング抑制ボルト84をシャフト18の軸方向でテーパ部16から離れる側に移動させることで、スプリング20の圧縮が解除され、スプリング20の付勢力F1によってテーパ部16がチャック爪14の傾斜面32に押し付けられることによる把持力Fが発生する。
【0034】
このように、前述した実施例1のカム24に代わって、ねじ機構82が設けられても前述の実施例と同様の効果を得ることができる。また、ねじのピッチを調整することで、スプリング抑制ボルト84をシャフト18の軸方向に移動させるに当たって、スプリング抑制ボルト84の回転量を少なくすることもできる。
【0035】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【0036】
例えば、前述の実施例1では、第2円筒ケース28には、スプリング受部品22の位置を外側から確認するための切欠50が形成され、さらに第2円筒ケース28に3本の目盛り52a~52cが記載されるものであったが、目盛りの本数については3本に限定されず適宜変更しても構わない。
【0037】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【0038】
10、80:ワーク把持装置
12:ワーク
14:チャック爪
16:テーパ部
18:シャフト
20:スプリング
22:スプリング受部品
32:傾斜面