JPH0643038B2 - ワークチャックの着脱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は産業用ロボットなどにより部品を一定の場所
から他の場所へ自動的に搬送する場合に、部品を掴む爪
を有するチャック部分を作業アームに対して着脱自在に
したワークチャックの着脱装置に関する。

（従来の技術） 多数の部品を、集積場所から他の場所に自動的に搬送す
るには、自動搬送装置の作業腕の先端で部品をつかんだ
り解放したりすることになり、作業腕の先端部のチャッ
クの爪が、圧縮空気により開放されるようになってい
る。

部品が二種類以上であると、それに応じた爪を用いるこ
とになり、チャックが二種類以上になる。そのような場
合、部品に応じてチャックを交換する必要があり、作業
腕の先端基部はチャック保持部分となり、その部分に対
して二種以上のチャックを着脱自在に装着することにな
り、チャックの交換を遠隔操作で空気圧を用いて行うも
のが種々存在する。

その一例は、「実開昭62-154134号公報（ワークチャッ
ク装置）」であり、これについて要部を説明するとつぎ
のとおりとなる。以下の説明では、チャックが下向きに
下方に位置した状態についてであり、上下はその状態に
おいての方向となる。

作業腕（アーム）の下端に固着された本体の内部の上方
部にはシリンダー部が形成され、その内部にピストンが
収容され、シリンダー部の上下端側部に圧縮空気の導入
口があり、圧縮空気の導入排出によってピストンが上下
動するようになっている。

ピストンから下方に延びるピストンロッドは本体のシリ
ンダー部の下方内部で気密状態にされ、その下端には逆
コップ状のピン溝が形成され、その内部にはチャックの
上端の大径頭部が嵌め込まれてボール式着脱係合関係と
なっている。

すなわち、逆コップ状ピン溝の下端開放部付近の壁内に
は半径方向に孔が設けられ、ボールが孔内に収容されて
半径方向に移動可能になっている。

ピストンロッドとそれに続く逆コップ状ピン溝の外周は
本体のシリンダー部の下方内周壁と密接状態で摺動自在
であり、ピン溝のボールの一側が本体の内周壁に接した
状態でボールの反対側はピン溝の内方にわずかに突出す
ことになる。本体の内周壁とピン溝が密接している部分
の下方では本体の内周壁は直径の大きな大径部となり、
ピストンが下動してピン溝のボールが大径部に達する
と、ボールは外方に移動できるようになっている。

一方、チャックの上端部の軸状結合ピンの上端には大径
頭部が形成され、その下面は斜視面となっている。この
チャックの下方部には爪の開閉部がり、複数のチャック
の爪は異なっているが、爪以外の部分は同じ構造となっ
ている。チャックの大径頭部の直径は逆コップ状ピン溝
の内径と同径であり、大径頭部はピン溝内に出入自在と
なっている。

以上のとおりであり、チャックが台上などに載置された
状態でその直上に作業アームが位置し、ピストンが下動
してピン溝が最下位置となり、ボールが大径部に位置し
ている状態で作業アームが下降すると、ピン溝のボール
は大径頭部に押されて外方に移動させられ、ボールはチ
ャックの大径頭部の外側を通過して下降し、大径頭部は
ピン溝の最奥部に達する。その状態でつぎにピストンが
上動させられると、ピン溝は上昇してその外周は本体の
内周壁と密接状態となり、ボールはピン溝の内方に移動
させられ、ボールの一部が溝内に突出し、チャックの大
径頭部の斜面に接触する。その結果、チャックの重量は
その接触を介して、ピストンにより支持されることにな
り、その状態でチャックの下端の爪で部品を掴むことに
なる。

チャックの交換のためにチャックを外すには、チャック
を台などの上に位置させた状態でピストンを下動させる
と、ピン溝のボールが大径部に下り、ボールが外方に移
動可能な状態となる。そこで作業アームを上方に移動さ
せると、チャックは自重により台上に静止状態を続け、
ピン溝のボールはチャックの大径頭部の傾斜面に押され
て外側に移動させられ、ボールと大径頭部の係合が開放
され、ピン溝は大径頭部の外側を通過して上昇し、チャ
ックは作業アームから外れて離脱する。

以上のものではピストンの上下面に圧縮空気を供給する
ことによりチャックを着脱することになっているため、
圧縮空気の供給が続く間は安全な作業が行われる。

ところが、工場内の故障などにより圧縮空気の供給が停
止することがあり、その場合、チャックの自重のために
ピストンが下方に下ることになり、その結果ボールと大
径頭部との接触係合が外れ、チャックが脱落する結果と
なり、極めて危険である。

前記のような自然脱落を防止するための手段は実際に種
々な装置で実用されているところであり、ばねの作用を
利用したものも多い。

前記の「ワークチャック装置」において、最も簡単にチ
ャックの脱落防止を行うには、ピストンの下面に圧縮ば
ねを配置することである。そうすると、圧縮空気の停止
時にピストンが下降しても圧縮ばねによりピストンの下
端のボールとチャックの大径頭部の係合が保持されてチ
ャックの脱落は防止される。そしてチャックの取外しの
際はピストンの上面に圧縮空気を導入して圧縮ばねを押
し下げることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 脱落防止機構を有する装置で作業を行っている間に、工
場内での移動物が過失によりチャックの爪などに衝突し
て変形することがあり、その場合にはチャックをその取
外し位置に戻した上でチャックを取外すことになるが、
取外し位置における静止状態が異常であるため、取外し
のための圧縮空気の供給タイミングが不整となり、圧縮
空気による取外しが不可能となる。

そこで人出による操作を行うことになるが、危険がある
ので電源および圧縮空気源を遮断することになり、その
状態で操作をしなければならない。

そのようになると手動によりチャックの取外しが可能に
なるようにしておく必要があり、前記の場合に手動取外
し手段を設けるのはつぎのようにすればよい。

ピストンの上面に別に押し棒を固着し、その上端部を本
体のシリンダー部の上端壁面から外方に気密状態で突出
させておくことである。このようにすると、その押し棒
の上端を外部で押し下げ、ピストンを下動させればチャ
ックの取外しが可能である。

しかしながら、脱落防止の圧縮ばねはチャックの重量を
直接支持するため、それに応じた強さのものが使用され
るので、その強さに抗してピストンを手動で押し下げる
には相当の力を必要とすることになり、作業が困難であ
る。

ところで、手動によるチャックの取外し作業について検
討するのに、ピストンを下動させるには大きな力を必要
とするが、相対的に考えるとピン溝を下動させる代わり
にシリンダー部の大径部を上動させてボールを大径頭部
に位置させればチャックの取外しができることが判るの
であり、このようにすると、シリンダー部の上動はボー
ルとの接触摩擦に抗すればよいわけであり、わずかな力
で上動が行われるはずである。

しかしながら、前記のものにおいて、シリンダーの一部
と大径部とをスリーブ状にした上でシリンダー内部にお
いて摺動自在とし、かつそのスリーブをシリンダーの外
部から手動で動かすようにするには相当な設計変更が必
要となり、簡単な実現は望めない。

そこで、手動でチャックの取外しを行うために、ボール
とチャックの上端部との係合を解放するに際して、チャ
ックの重量を支持している部分を直接移動させることを
止め、前記のようにボールとチャックの上端との係合状
態を保持するためのボールの係合部分の他方側に接触す
る部分を移動させるようにするとともに、その移動を行
わせる部分を本体のシリンダー内部に設けるようにし、
それにより小さな手動力でチャックの取外しが行える装
置を実現することを考えた。その結果、脱落防止状態で
はチャックの重量をボールを介して本体側に支持させ、
その状態を持続するためにボールを外方に突出した状態
を維持するようにボールの内側に接触する押し出し棒を
設け、押し出し棒とボールとを接触状態にするために押
し出し棒を押し出す弱いばねを用いるようにし、それに
より脱落防止状態が継続されるとともに、手動でのチャ
ックの取外しは弱いばねに抗して押し出し棒をボールと
の接触から外すことにより簡単に行えるようにした。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記の目的を達成するため、作業ロボット
などのアームに取付けられる本体１と、本体１の基部の
第１シリンダ３内に収納されていてばね７で前に押し出
されて空気圧やレバー８の操作でそのばね７に抗して引
き戻される第１ピストン６と、第１シリンダ３の前の第
２シリンダ４内に収納されていて空気圧で前後に移動す
る第２ピストン９と、ワークチャック１８から本体１側
に向けて突出されるボールホルダ１６を備え、第２ピス
トン９の中央にはボールホルダ１６が前から押し込まれ
る室１０が設けられ、ボールホルダ１６の中央には第１
ピストン６の先端の押出棒５が後から押し込まれる中央
室１６ａが設けられ、押出棒５の上記の押し込みでボー
ルホルダ１６のボール１７の一部がその外周外に押出さ
れるように設けられ、第２ピストン９の室１０は入口の
小径室１０ａと奥の大径室１０ｂで構成されてその境界
に上記の押出されたボール１７の一部が接触する斜面１
０ｃが設けられ、押出棒５とボール１７とはボールホル
ダ１６が第２ピストン９の室１０に押込まれるときにボ
ール１７が押出棒５をばね７に抗して押動かして小径室
１０ａから大径室１０ｂに移るように設けられているこ
とを特徴とするワークチャックの着脱装置とした。

（作用） 第１ピストン６と第２ピストン９が収納された本体１
が、産業用ロボットなどのアームに取付けられている。
また、ワークチャック１８からボールホルダ１が突出
し、これが上向に置かれている。

このワークチャック１８を本体１に装着するときは、第
２ピストン９を下に向けて本体１をワークチャック１８
の真上に移動させたのち、これを下げる。

すると、ボールホルダ１６が第２ピストン９の室１０内
に押し込まれる。このとき、ボール１７は、ボールホル
ダ１６の中心寄に位置してその外周面の外には出ていな
いのでその小径室１０ａを滑らかに通る。そして、ボー
ル１７が大径室１０ｂに達する前にその内側が押出棒５
の先端に当り、この押出棒５をばね７に抗して押し込
む。つづいて、ボール１７が大径室１０ｂに達すると、
ボール１７は外方へ移動可能な状態となり、ボール１７
の周面に接触している押出棒５の下端面がばね７の弾力
によりボール１７を押圧して外方に移動させ、その結果
押出棒５はさらに進んでボール１７の周面と押出棒５の
外周面が接触した状態となる。

ここで、空気圧で第２ピストン９を上（図では右）に移
動させる。すると、ボール１７の突出した面が大径室１
０ｂと小径室１０ａとの境界の斜面１０ｃに当り、ボー
ル７を上（右）に引き寄せるので、ボールホルダ１６す
なわちワークチャック１８が上（右）に移動して本体１
に結合する。

つぎに、ワークチャック１８を本体１から取外すとき
は、第１ピストン６を空気圧でばね７に抗して上（右）
に移動させる。すると、押出棒５が中央室１６ａ内を上
（右）に移動してボール１７から離れ、ボール１７が中
央に移動してボールホルダ１６の外周から外に突出しな
くなるので、このボール１７が小径室１０ａを円滑に通
ってボールホルダ１６が小径室１０ａから引き抜かれ
る。

以上において、ワークチャック１８を装着した状態での
作業中に圧縮空気源が故障した場合、第２ピストンが下
降するが、押出棒５とボール１７との接触が維持される
間に第２ピストン９の下降は止まり、したがってボール
１７は大径室１０ｂ内に位置し、ワークチャック１８の
重量はボール１７と斜面１０ｃとの接触を介して本体に
支持され、ワークチャック１８の脱落は防止される。

また、手動でワークチャック１８を取り外すには、レバ
ー８を手動でばね７に抗して移動させると、押出棒５が
ボール１７との接触から外れる結果、ワークチャック１
８は本体から離脱させられる。

（実施例） つぎに、図面に示すこの発明の実施例を説明する。図面
は横向きに記載されているが実際では縦向きに使用され
るのであって、以下の説明中の左は下、右は上の意味と
なる。

ロボットのアーム（図示しない）に、内部がシリンダー
となった本体１がその孔２で降り取付けられるようにな
っている。この本体１には、基部から前にかけて第１シ
リンダ３とそれよりやや大径の第２シリンダ４とが連続
して設けられている。左端に押出棒５を備える第１ピス
トン６が第１シリンダ３にばね７で左に押されるように
設けられている。この第１ピストン６は、右端に一対の
レバー８が固定され、本体１の孔ａを通ってその先が外
に出ている。

第２ピストン９が第２シリンダ４内に設けられている。
この第２ピストン９は、第３図のように、円形底板とそ
の直径より小径な筒体が一体となったものであり、底板
の中央には前記押出棒５と同径の開口が設けられ、筒体
の内部１０には開放側の小径部１０ａとそれに続く大径
部１０ｂが形成され、その境界は斜面１０ｃとなってい
る。円形底板の外径は第２シリンダー４の内径と同径で
ある。

第２ピストン９が第２シリンダー４内に挿入されると、
第１図で明らかなように筒体の外周と第２シリンダー４
の内周との間に環状の空間が形成される。また、前記の
押出棒５は第２ピストン９の円形底板の中央開口を気密
に貫通し、その先端は筒体の内部１０内に突入する。

本体１の左端にねじ１１でフランジ１２の筒状部が前記
の環状空間に押し込まれた状態で固定され、フランジ１
２の筒状部の開放端部と第２ピストン９の円形底板との
間にわずかな巾の空間１３が密室状態で形成される。こ
の空間１３は第２ピストン９が左右に移動するストロー
クとなっている。本体１は、通路１ｂおよび１ｃを備
え、圧縮空気が第１ピストン６と第２ピストン９との接
合部および密室１３内に送り込まれるようになってい
る。

チャックホルダ１４の右にボルト１５（第２図）でボー
ルホルダ１６が固定されている。このボールホルダ１６
は、先がコップ状の筒体となっていて、筒体の外径は第
２ピストン９の小径部１０ａと同径であり、また筒体中
央室１６ａの内径は押出棒５の外径と同径であり、この
筒体の解放端近くに複数個のボール１７が取り付けられ
ている。このボール１７は、直径がボールホルダ１６の
筒状部の肉厚よりも大きくなっていて、内外に向って移
動し、その外周および内周よりも外および内に一部が飛
び出し得るようになっている。なお、ボール１７が移動
する孔は、内外の両端が絞られてボール１７がボールホ
ルダ１６から抜け落ちないようになっている。また、押
出棒５の長さは、ボールホルダ１６が室１０内へ左から
右に向けて押し込まれるとき、ボール１７が大径室１０
ｂに達する前で押出棒５の先に当り、この位置から更に
移動すると、ボール１７が押出棒５を押して第１ピスト
ン６がばね７に抗して右に移動し、ボール１７が大径室
１０ｂに達し、つづいて、押出棒５がばね７で押されて
元に戻り、ボール１７の一部が大径室１０ｂ内に飛び出
すようになっていて、押出棒５の先端がボールより突出
する長さは密室１３の巾より大となっている。

ワークチャック１８がチャックホルダ１４の左にボルト
１９で固定されている。第２図のように、このワークチ
ャック１８のシリンダ２０には、ピストン２１が設けら
れていて、その移動で左端の爪２２が作動するようにな
っている。

通路２３ａを有するスリーブ２３が本体１に軸方向に埋
込まれ、チャックホルダ１４からフランジ１２を通して
右に突出したニップル２４が接合するようになってい
る。Ｔ形の通路２５ａを有する継手２５がチャックホル
ダ１４を通してワークチャック１８に放射方向にねじ込
まれ、ニップル２４に通じる通路１４ａをシリンダ２０
に連通させている。

このように構成したワークチャックの装着を説明する。
すなわち、本体１がロボットのアームに取付けられ、ワ
ークチャック１８が本体１から離れている。ロボットの
アームを作動して、第２ピストン９の室１０を、ワーク
チャック１８から突出しているボールホルダ１６に向け
たのち、本体１を左に移動させる。すると、ボール１７
がボールホルダ１６の外に突出していないので、小径室
１０ａ内を右に向って通り、この小径室１０ａから大径
室１０ｂに達する直前にボール１７の内側が中央室１６
ａ内の押出棒５の先に当る。本体１がさらに左に押され
ると、ボール１７が押出棒５を右に押すので、第１ピス
トン６がばね７を圧縮して右に移動し、ボール１７が大
径室１０ｂに達する。すると、このボール１７には、外
側の抵抗がなくなるので、ばね７で押される押出棒５で
放射方向に押し出されて、その一部がボールホルダ１６
の外周から外に突出し、大径室１０ｂ内に入り込む。

つぎに、通路１ｃに圧縮空気を通すと、密室１３内の圧
力で第２ピストン９が右に押され、斜面１０ｃがボール
１７の左の面を右に押し、ボールホルダ１６が右に移動
してチャックホルダ１４をフランジ１２の左の面に引付
け、ワークチャック１８が本体１と一体化される。

本体１に装着されたワークチャック１８を離すときは、
つぎのようにする。すなわち、通路１ｂに圧縮空気を通
す。すると、第１ピストン６がばね７を圧縮して右に移
動し、押出棒５の左端がボール１７から離れる。する
と、このボール１７には、内側の支えが無くなるので、
自由にボール１７が中心に向って移動して小径室１０ａ
を通り、ボールホルダ１６が第２ピストン９から抜け出
し、ワークチャック１８が本体１から離れる。

以上は正常時におけるワークチャックの取付けおよび交
換のための離脱についてである。

つぎに異常時についてであるが、操業中に圧縮空気の供
給が止まると、密室１３内の圧力が低下し、チャック１
８の自重によりチャックおよび第２ピストン９が共に左
方（下方）に移動する。わずかに移動すると第２ピスト
ン９の底板の下面がフランジ１２の円筒部上面に達して
下降は止まる。その状態で押出棒５の外周面はボール１
７と接触を続け、ボール１７と第２ピストン９の斜面１
０ｃとの係合はそのまま保持され、チャック１８は脱落
することはない。

つぎに前記のような状態において手動でチャックを取外
すには、レバー８を右方（上方）に移動させることにな
り、それにより押出棒５はボール１７との接触から離れ
て移動し、チャック１８の自重によりボール１７は第２
ピストンの斜面１０に押され内方に移動する。その結果
自重の場合と同様であり、チャック１８は第２ピストン
９から離脱して取外される。

（効果） 以上のとおりであり、ワークチャックの自動装着では押
出棒がその外周とボールとの接触による摩擦抵抗に抗し
て押し進められることになり、そのためのばねが必要と
なるが、前記の摩擦抵抗の力は小さいのでばねも力の弱
いもので充分である。したがって、自動取外しの際に第
１ピストンを上動させるのに加える圧縮空気の圧力は小
さいもので充分となる。

そして、必要な場合に手動でチャックの取外しを行うこ
とになるが、その際も前記と同様であり、押出棒を移動
させるためにハンドルに加える入力は小さなもので済む
ことになり、取外し作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を施したワークチャックの切断側面
図、第２図はその切断平面図、第３図は第２ピストンの
一部を切開した側面図である。 図中の符号は、つぎの通り。 １……本体、３……第１シリンダ ４……第２シリンダ、５……押出棒 ６……第１ピストン、７……ばね ８……レバー、９……第２ピストン １０……室、１０ａ……小径室 １０ｂ……大径室、１０ｃ……斜面 １６……ボールホルダ、１６ａ……中央室 １７……ボール、１８……ワークチャック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業ロボットなどのアームに取付けられる
   本体１と、本体１の基部の第１シリンダ３内に収納され
   ていてばね７で前に押し出されて空気圧やレバー８の操
   作でそのばね７に抗して引き戻される第１ピストン６
   と、第１シリンダ３の前の第２シリンダ４内に収納され
   ていて空気圧で前後に移動する第２ピストン９と、ワー
   クチャック１８から本体１側に向けて突出されるボール
   ホルダ１６を備え、第２ピストン９の中央にはボールホ
   ルダ１６が前から押し込まれる室１０が設けられ、ボー
   ルホルダ１６の中央には第１ピストン６の先端の押出棒
   ５が後から押し込まれる中央室１６ａが設けられ、押出
   棒５の上記の押し込みでボールホルダ１６のボール１７
   の一部がその外周外に押出されるように設けられ、第２
   ピストン９の室１０は入口の小径室１０ａと奥の大径室
   １０ｂで構成されてその境界に上記の押出されたボール
   １７の一部が接触する斜面１０ｃが設けられ、押出棒５
   とボール１７とはボールホルダ１６が第２ピストン９の
   室１０に押込まれるときにボール１７が押出棒５をばね
   ７に抗して押動かして小径室１０ａから大径室１０ｂに
   移るように設けられていることを特徴とするワークチャ
   ックの着脱装置。