JP2016112661A - 電動ハンド - Google Patents

Abstract

【課題】小型の電動ハンドを提供する。【解決手段】電動ハンド１０は、２つのフィンガー２１，２２を電動モータ２７により開閉させてワークを把持する。電動モータ２７により回転駆動されるねじ軸３１にねじ結合されるナット３７がハウジング１１に軸方向に往復動自在に収容され、駆動軸４３がナット３７のガイド孔４２に軸方向に往復動自在に収容される。フィンガー２１は、揺動アーム５１により駆動軸４３に係合され、フィンガー２２は揺動アーム５２により駆動軸４３に係合される。圧縮コイルばね６１は、フィンガー２１，２２がワークに当接するまでは駆動軸４３をナット３７とともに駆動し、フィンガー２１，２２がワークを把持したときには弾性変形してフィンガー２１，２２にばね力を付勢する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを把持するための電動ハンドに関する。

量産品の製造ラインにおいては、被加工物等のワークを把持して製造ラインに投入したり、搬出したりするために、電動ハンドが使用されている。

特許文献１には、ワークを把持するための２つの指部材つまりフィンガーを、電動モータにより相互に接近離反移動させるようにした電動チャックが記載されている。この電動チャックは、モータの出力軸の回転運動を第１摺動軸の直線往復動に変換する第１直動部と、第１摺動軸により圧縮コイルばねを介して第２摺動軸を直線往復動する第２直動部とを有している。指部材に設けられた従節が第２摺動軸に設けられたカム溝に係合し、第２摺動軸の往復動により指部材が開閉駆動される。フィンガーが閉じてワークを把持した状態と、フィンガーが全開となった状態とを検出するために、ハウジング内には棒状電極が配置されている。

特許文献２には、ワークを把持するための２つのフィンガーを、電動モータにより揺動させるようにしたハンド装置が記載されている。このハンド装置は、ボールねじにより駆動されるナットの外周部にブロックが取り付けられ、フィンガーに設けられたカムフォロワーがブロックに係合している。フィンガーがワークを把持した状態を保持するために、モータ主軸を固定するブレーキを有している。

特開２００２−２９２５８８号公報 特開２００９−２０２３３２号公報

特許文献１に記載される電動チャックにおいては、雄ねじ部が前進後退する構造であるから、特に雄ねじ部の移動ストロークが長い場合には、移動方向に長大なスペースを必要とするので、電動チャックを小型化には適さない。さらに、指部材はスイングする構造であって、直線運動しないから、様々な大きさのワークを適切に把持することができない。また、ワークに対して把持力を加えるコイルばねが外部に露出しており、外部から混入する異物がコイルばねに付着すると、コイルばねの軸方向の弾性変形動作が確実に行われなくなる。一方、特許文献２に記載されるように、ナットの外側とブロックとの間にスプリングを配置すると、ハンド装置を小型化することができない。また、フィンガーをワーク把持状態に保持するためにブレーキを設ける必要がある。このように、従来の電動チャックやハンド装置はいずれも小型化することができないという問題点を有している。

本発明の目的は、小型の電動ハンドを提供することである。

本発明の他の目的は、給電を停止してもワーク把持状態を維持する電動ハンドを提供することである。

本発明の電動ハンドは、第１と第２のフィンガーを電動モータにより開閉させてワークを把持する電動ハンドであって、第１と第２の前記フィンガーを案内するガイドレールが設けられたハウジングと、前記ハウジングの摺動孔に軸方向に往復動自在に収容され、前記電動モータにより回転駆動されるねじ軸にねじ結合されるナットと、前記ナットのガイド孔に軸方向に往復動自在に収容され、ばね室を形成する駆動軸と、前記ハウジング内に揺動自在に支持され、一端が前記駆動軸に係合し、他端が前記第１のフィンガーに係合する第１の揺動アームと、前記ハウジング内に揺動自在に支持され、一端が前記駆動軸に係合し、他端が前記第２のフィンガーに係合する第２の揺動アームと、前記ばね室内に収容され、前記フィンガーがワークに当接するまでは前記駆動軸を前記ナットとともに駆動し、前記フィンガーがワークを把持するときには弾性変形して前記フィンガーにばね力を付勢するばね部材と、を有する。

フィンガーがワークを把持するときに、ばね部材は弾性変形してフィンガーにばね力を付勢する。電動モータに対する給電を停止しても、ワークは、ばね力による把持力で把持された状態に、保持される。ばね部材は、ナットと駆動軸から形成されるばね室内に収容されているので、電動ハンドを小型化することができる。外部からの異物がばね部材や揺動アームなどの内部構造に付着することなく、長期間に渡ってフィンガーを確実に開閉動させることができ、電動ハンドの耐久性を向上させることができる。

一実施の形態である電動ハンドを示す縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１の左側面図である。 ハウジングとその内部に組み込まれる部材を示す分解斜視図である。 他の実施の形態である電動ハンドを示す縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。電動ハンド１０は、図１〜図４に示されるように、ハウジング１１を有している。ハウジング１１は基端部１２と、基端部１２と一体となった先端部１３とを有する。先端部１３の図４における上下方向の長さ寸法Ｌは、基端部１２の上下方向の長さ寸法Ｍよりも大きい。収容室１４がハウジング１１の内部に形成され、収容室１４はハウジング１１の先端面１５に開口している。ガイドレール１６が先端面１５の幅方向中央部にねじ部材１７により固定される。図３に示されるように、ガイドレール１６の幅寸法Ｎは、先端部１３の幅寸法Ｐよりも小さくなっており、収容室１４はガイドレール１６の両側に開口している。

第１のフィンガー２１と第２のフィンガー２２がガイドレール１６に案内されて摺動自在に装着されている。それぞれのフィンガー２１，２２は、図２に示されるように、横断面形状が門形となってガイドレール１６を跨ぐようにしてガイドレール１６に装着される。２つのフィンガー２１，２２は相互に接近離反移動自在となっている。それぞれのフィンガー２１，２２は、図３に示されるように、表面が四角形となっており、それぞれの対向面２１ａ，２２ａおよび反対面２１ｂ，２２ｂは平坦面となっている。

図２および図３に示されるように、第１のスライドブロック２３がハウジング１１の幅方向の一方側に寄せて収容室１４内に配置されている。第２のスライドブロック２４がハウジング１１の幅方向の他方側に寄せて収容室１４内に配置されている。第１のスライドブロック２３がねじ部材２５により第１のフィンガー２１に固定され、第２のスライドブロック２４がねじ部材２６により第２のフィンガー２２に固定される。図１においては、２つのフィンガー２１，２２が離れた状態となっており、２つのスライドブロック２３，２４によりフィンガー２１，２２を矢印で示すように、閉じる方向に接近移動させると、対向面２１ａ，２２ａの間で図示しないワークが把持される。このように、電動ハンド１０は、円筒形などの形状のワークの外周面を、対向面２１ａ，２２ａの間で把持する。

フィンガー２１，２２を開閉駆動するために、電動モータ２７が連結ケース２８を介してハウジング１１に取り付けられる。ねじ軸３１がハウジング１１の基端部１２に軸受３２により回転自在に装着され、雄ねじ部３３がねじ軸３１の先端部に設けられている。トルクリミッター３４が連結ケース２８内に組み込まれている。ねじ軸３１はトルクリミッター３４によりモータ主軸３５に連結され、モータ主軸３５の回転運動はトルクリミッター３４を介してねじ軸３１に伝達される。ねじ軸３１に過度の負荷が加わると、モータ主軸３５はトルクリミッター３４により空回りして、モータ主軸３５の回転運動はねじ軸３１へ伝達されない。

摺動孔３６がハウジング１１に形成され、ナット３７が摺動孔３６内に収容される。ナット３７は摺動孔３６内を往復動する。ナット３７は端壁部３８が設けられた筒体部３９を有し、端壁部３８に設けられた雌ねじ部４１がねじ軸３１の雄ねじ部３３にねじ結合される。これにより、ナット３７はねじ軸３１の回転により軸方向に往復動する。図４に示されるように、筒体部３９は外周面の一部に平坦面３９ａを有している。摺動孔３６の内周面は平坦面になっており、摺動孔３６の内周面は筒体部３９の平坦面３９ａに対応している。従って、ナット３７は回転することなく、ねじ軸３１の回転により軸方向に駆動される。

ガイド孔４２がナット３７の筒体部３９内に形成され、駆動軸４３が筒体部３９内に軸方向に摺動自在に収容される。図４に示されるように、駆動軸４３は、基端部側の円筒部４４と先端部側の連結部４５とを有し、スリット４６が連結部４５に設けられている。図１に示されるように、第１の揺動アーム５１が支持ピン４７によりハウジング１１に支持されている。第１の揺動アーム５１は支持ピン４７を中心に揺動する。第２の揺動アーム５２が支持ピン４８によりハウジング１１に支持される。第２の揺動アーム５２は支持ピン４８を中心に揺動する。両方の揺動アーム５１，５２は、くの字形状に屈曲しており、揺動アーム５１，５２の一端部はスリット４６内に挿入される。係合溝５３が両方の揺動アーム５１，５２の一端部に形成され、それぞれの係合溝５３は、連結部４５に取り付けられる係合ピン５４に係合する。

係合ピン５５が第１のスライドブロック２３に固定され、係合ピン５５は第１の揺動アーム５１の他端部に形成された係合溝５６に係合する。従って、第１の揺動アーム５１は第１のスライドブロック２３を介して第１のフィンガー２１に係合する。係合ピン５７が第２のスライドブロック２４に固定され、係合ピン５７は第２の揺動アーム５２の他端部に形成された係合溝５８に係合する。従って、第２の揺動アーム５２は第２のスライドブロック２４を介して第２のフィンガー２２に係合する。

ハウジング１１の基端部１２を後端部とし、駆動軸４３の図１における左方向の移動を前進移動とする。駆動軸４３が前進駆動されると、それぞれの揺動アーム５１，５２の他端部は相互に離れる方向に移動し、２つのフィンガー２１，２２は相互に矢印で示す方向に接近移動する。駆動軸４３が後退駆動されると、２つのフィンガー２１，２２は逆方向に離反移動する。

ばね部材としての圧縮コイルばね６１が、駆動軸４３とナット３７により形成されたばね室６２に収容される。つまり、圧縮コイルばね６１は駆動軸４３の底面６３とナット３７の端壁部３８の内方端面６４の間に収容される。圧縮コイルばね６１の一端面はばね室６２の底面６３に当接し、圧縮コイルばね６１の他端面はナット３７の端壁部３８の内方端面６４に当接する。この圧縮コイルばね６１は、駆動軸４３に前進方向のばね力を付勢する。ナット３７内部において、駆動軸４３の前進限位置は、筒体部３９の内周面に固定されるストッパ６５により規制される。

駆動軸４３がナット３７に組み込まれ、圧縮コイルばね６１が駆動軸４３とナット３７により形成されたばね室６２に収容され、外部から隔離された閉鎖空間であるばね室６２に組み込まれているので、外部からの異物が圧縮コイルばね６１に付着することが防止される。また、駆動軸４３とナット３７の摺動面や、駆動軸４３またはナット３７と摺動孔３６の摺動面は、ハウジング１１の内部に設けられているので、外部の塵埃がそれら摺動面に付着しない。したがって、圧縮コイルばね６１の軸方向の弾性変形動作は、長期間に渡って確実に行われるので、電動ハンド１０の寿命を長くすることができる。

ねじ軸３１が回転駆動されて、ナット３７が図１において矢印で示すように前進駆動されると、フィンガー２１，２２がワークに当接するまで、駆動軸４３はナット３７とともに前進駆動される。フィンガー２１，２２がワークに当接してワークを把持すると、フィンガー２１，２２は移動を停止する。フィンガー２１，２２と共に駆動軸４３は移動を停止し、ナット３７だけが軸方向に前進駆動される。このときには、圧縮コイルばね６１が収縮する方向に弾性変形する。これにより、フィンガー２１，２２にばね力が付勢され、フィンガー２１，２２はワークに対してばね力を付勢した状態でワークを把持する。

フィンガー２１，２２がワークを把持した状態のときには、圧縮コイルばね６１の高さが自由高さと密着高さの間となるように、ワーク把持時のナット３７の移動ストロークが設定される。ナット３７の軸方向位置を検出するために、マグネット６６がナット３７に取り付けられ、マグネット６６の磁力に感応する磁気センサ６７が位置検出センサとしてハウジング１１に取り付けられる。磁気センサ６７をハウジング１１に取り付けるために、図４に示されるように、ハウジング１１にはセンサ取付溝６８が設けられている。ワークの大きさに合わせてフィンガー２１，２２や駆動軸４３の移動ストロークが調整され、その結果、圧縮コイルばね６１は、自由高さと密着高さの間で収縮変形する。つまり、駆動軸４３が前進駆動されるとフィンガー２１，２２が移動し、ワークを把持する前は、圧縮コイルばね６１は自由高さを維持する。さらにフィンガー２１，２２が移動し、ワークを把持すると、フィンガー２１，２２と駆動軸４３は移動を停止する。さらにナット３７が前進駆動されると、移動を停止した駆動軸４３の底面６３とナット３７の内方端面６４の間の長さが短くなってゆくので、圧縮コイルばね６１は自由高さから圧縮変形される。こうして、ワークはばね力で把持される。

図１は２つのフィンガー２１，２２が離れた状態を示している。２つのフィンガー２１，２２の対向面２１ａ，２２ａの間にワークを把持するには、電動モータ２７によりモータ主軸３５を回転駆動させる。モータ主軸３５の回転によりねじ軸３１がトルクリミッター３４を介して回転駆動され、ナット３７が前進駆動される。駆動軸４３は、圧縮コイルばね６１を介してナット３７により前進駆動される。ワークを把持するまでは、駆動軸４３はナット３７と一体となって前進駆動される。駆動軸４３が前進駆動されると、２つの揺動アーム５１，５２が支持ピン４７，４８を中心に揺動し、それぞれの揺動アーム５１，５２の他端部が相互に離れる方向に移動する。これにより、フィンガー２１，２２は相互に接近する方向に駆動され、フィンガー２１，２２はワークに当接する。

引き続く、モータ主軸３５の回転により、ナット３７は前進駆動されるが、このときにはフィンガー２１，２２がワークに当接しているので、駆動軸４３は軸方向に駆動されることなく、ナット３７が駆動軸４３に向かって前進する。これにより、圧縮コイルばね６１は収縮変形し、ワークに対する把持力がフィンガー２１，２２に加えられる。ナット３７の前進限位置は、磁気センサ６７により検出され、磁気センサ６７からの信号に基づいて電動モータ２７に対する電力供給が停止される。

モータ主軸３５の回転が停止されても、雄ねじ部３３と雌ねじ部４１との間に摩擦があるからねじ軸３１は回転しないので、ナット３７と駆動軸４３との軸方向の相対位置は保持される。これにより、電動モータ２７にブレーキを設けることなく、圧縮コイルばね６１は収縮変形した状態で保持、つまり自己保持される。このように、ワークは、ばね力が付勢された状態のフィンガー２１，２２により把持されるので、電動モータ２７を停止させた状態で、ワークをフィンガー２１，２２により把持して搬送することができる。

ナット３７の前進限位置、つまり電動モータ２７を停止してナット３７の移動を停止する位置は、ワークのサイズに応じて磁気センサ６７の位置を調整することにより設定される。フィンガー２１，２２の間に把持すべきワークよりも大型サイズの異物が入り込んだ場合には、ナット３７が前進限位置まで駆動される前に、フィンガー２１，２２と駆動軸４３は移動を停止してしまう。駆動軸４３が移動を停止しても、さらにナット３７は前進移動し、圧縮コイルばね６１は自由高さから密着高さまで圧縮変形されるから、ナット３７が前進移動する余地はなくなる。このようにして、ねじ軸３１に過度の負荷が加わることになるが、トルクリミッター３４の作動によってモータ主軸３５は空回りするので、電動モータ２７の過熱が防止される。

図１に示す電動ハンド１０は、フィンガー２１，２２が接近移動することにより対向面２１ａ，２２ａの間でワークを把持するようにした形態である。これに対し、円筒形状のワークを内周面で把持するときには、フィンガー２１，２２を開く方向に離反移動させると、反対面２１ｂ，２２ｂがワークの内周面に当接してワークを把持する形態となる。この場合には、駆動軸４３が前進駆動されて揺動アーム５１，５２の他端部が離れる方向に駆動させる際に、フィンガー２１，２２が離反移動するように、揺動アーム５１，５２とスライドブロック２３，２４とを係合させる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

前記実施例では、ハウジング１１に形成された摺動孔３６の中を、ナット３７が軸方向に自在に往復動するとし、ナット３７の筒体部３９の中を、駆動軸４３が軸方向に自在に摺動するとした。つまり、駆動軸４３はナット３７の内部に収容されるとしたが、この２者の関係は逆でもよい。図５に示すように、ハウジング１１に形成された摺動孔３６の中を、駆動軸４３が軸方向に自在に往復動し、ナット３７は駆動軸４３の内部に収容されてもよい。このように、ばね部材はナットと駆動軸から形成されるばね室内に収容されている。

１０ 電動ハンド
１１ ハウジング
１４ 収容室
１６ ガイドレール
２１ 第１のフィンガー
２２ 第２のフィンガー
２３ 第１のスライドブロック
２４ 第２のスライドブロック
２７ 電動モータ
３１ ねじ軸
３３ 雄ねじ部
３４ トルクリミッター
３５ モータ主軸
３６ 摺動孔
３７ ナット
３９ 筒体部
４１ 雌ねじ部
４２ ガイド孔
４３ 駆動軸
５１ 第１の揺動アーム
５２ 第２の揺動アーム
６１ 圧縮コイルばね
６２ ばね室
６６ マグネット
６７ 磁気センサ

Claims (5)

1. 第１と第２のフィンガーを電動モータにより開閉させてワークを把持する電動ハンドであって、
   第１と第２の前記フィンガーを案内するガイドレールが設けられたハウジングと、
   前記ハウジングの摺動孔に軸方向に往復動自在に収容され、前記電動モータにより回転駆動されるねじ軸にねじ結合されるナットと、
   前記ナットのガイド孔に軸方向に往復動自在に収容され、ばね室を形成する駆動軸と、
   前記ハウジング内に揺動自在に支持され、一端が前記駆動軸に係合し、他端が前記第１のフィンガーに係合する第１の揺動アームと、
   前記ハウジング内に揺動自在に支持され、一端が前記駆動軸に係合し、他端が前記第２のフィンガーに係合する第２の揺動アームと、
   前記ばね室内に収容され、前記フィンガーがワークに当接するまでは前記駆動軸を前記ナットとともに駆動し、前記フィンガーがワークを把持するときには弾性変形して前記フィンガーにばね力を付勢するばね部材と、
   を有する、電動ハンド。
2. 第１と第２のフィンガーを電動モータにより開閉させてワークを把持する電動ハンドであって、
   第１と第２の前記フィンガーを案内するガイドレールが設けられたハウジングと、
   前記電動モータにより回転駆動されるねじ軸にねじ結合されるナットと、
   前記ハウジングの摺動孔に軸方向に往復動自在に収容され、前記ナットを収容し、ばね室を形成する駆動軸と、
   前記ハウジング内に揺動自在に支持され、一端が前記駆動軸に係合し、他端が前記第１のフィンガーに係合する第１の揺動アームと、
   前記ハウジング内に揺動自在に支持され、一端が前記駆動軸に係合し、他端が前記第２のフィンガーに係合する第２の揺動アームと、
   前記ばね室内に収容され、前記フィンガーがワークに当接するまでは前記駆動軸を前記ナットとともに駆動し、前記フィンガーがワークを把持するときには弾性変形して前記フィンガーにばね力を付勢するばね部材と、
   を有する、電動ハンド。
3. 請求項１または２記載の電動ハンドにおいて、前記ねじ軸に過度の負荷が加わったときにモータ主軸を空回りさせるトルクリミッターを、前記モータ主軸と前記ねじ軸との間に設けた、電動ハンド。
4. 請求項１または２記載の電動ハンドにおいて、前記ばね部材は圧縮コイルばねであり、前記フィンガーがワークを把持して前記圧縮コイルばねが収縮変形したときには、前記圧縮コイルばねの高さを自由高さと圧縮高さの間とした、電動ハンド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動ハンドにおいて、前記フィンガーの位置を検出する位置検出センサを有し、前記位置検出センサからの信号に基づいて前記フィンガーがワークを把持したときに前記電動モータを停止させる、電動ハンド。
   

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