JP2021164977A - クランプ装置及びワークの保持方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ワークの向きを変化させることなく3点でワークを保持する。【解決手段】ワークが載置されるステージ20と、第1保持爪31及び第2保持爪32の少なくとも一方を第1方向D1へ移動させて、第1保持爪31に設けられた2つの第1当接部33と第2保持爪32に設けられた第2当接部34との間でステージ20に載置されたワークを保持する保持部30と、第1方向D1に垂直な第2方向D2の所定位置にワークを位置決めする位置決め部40と、を備え、位置決め部40によって第2方向D2の所定位置にワークを位置決めした後、保持部30が2つの第1当接部33と第2当接部34との間でワークを保持する。【選択図】図1

Description

本発明は、クランプ装置及びワークの保持方法に関する。
ワーク(被固定物)を加工する際にワークをクランプ(保持固定)するクランプ装置として、一対の保持爪をワークに対して近接移動させてワークを一対の保持爪の間で保持するものが知られている(例えば、下記特許文献1参照)。
このようなクランプ装置では、一対の保持爪が曲面部分においてワークを保持する場合、安定的にワークを保持するため、一対の保持爪の一方が2つの当接部においてワークと接触し、他方が1つの当接部においてワークと接触して、ワークを3点で保持するように一対の保持爪が設けられていることがある。
特開平6−126553号公報
しかしながら、クランプ装置がワークを保持する際にワークの固定位置からズレた位置にワークがあると、一対の保持爪に設けられた3つの当接部によってワークを押圧するタイミングにずれが生じる。その結果、最初にワークに当接した当接部から受ける力によってワークの向きが変化することがあり、ワークを保持固定した後の工程に支障が出ることがある。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ワークの向きを変化させることなく3点でワークを保持することができるクランプ装置及びワークの保持方法を提供することを目的とする。
本発明にかかるクランプ装置は、ワークが載置されるステージと、第1保持爪及び第2保持爪の少なくとも一方を第1方向へ移動させて、前記第1保持爪に設けられた2つの第1当接部と前記第2保持爪に設けられた第2当接部との間で前記ステージに載置された前記ワークを保持する保持部と、前記第1方向に垂直な第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めする位置決め部と、を備え、前記位置決め部によって前記第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めした後、前記保持部が2つの前記第1当接部と前記第2当接部との間で前記ワークを保持するものである。
本発明にかかるワークの保持方法は、第1保持爪及び第2保持爪の少なくとも一方を第1方向へ移動させて、前記第1保持爪に設けられた2つの第1当接部と前記第2保持爪に設けられた第2当接部との間で前記ステージに載置されたワークを保持する前記ワークの保持方法において、前記第1方向に垂直な第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めした後、2つの前記第1当接部と前記第2当接部との間で前記ワークを保持する方法である。
本発明によれば、ワークの向きを変化させることなく3点でワークを保持することができる。
本発明の一実施形態にかかるクランプ装置の一部切り欠き斜視断面図 図1のクランプ装置の駆動部を示すエアー回路図 ワークをステージに載置した状態を示す図1のクランプ装置の平面図 ワークを位置決めした状態を示す図1のクランプ装置の平面図 ワークを保持した状態を示す図1のクランプ装置の平面図 本発明の変更例にかかるクランプ装置の平面図
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
(1)クランプ装置10
図3〜図5に示すように、本実施形態にかかるクランプ装置10は、コネクタ等の略円柱状のワーク1を保持固定する装置である。このクランプ装置10は、図1に示すように、ワーク1が載置されるステージ20と、ステージ20に載置されたワーク1を保持固定する保持部30と、ステージ20に載置されたワーク1をステージ20の所定位置に位置決めする位置決め部40と、保持部30を駆動する保持駆動部50と、位置決め部40を駆動する位置決め駆動部70とを備える。
なお、本明細書では、保持部30が有する一対の保持爪31、32の移動方向を第1方向D1、位置決め部40が有する一対の挟持爪42、42の移動方向を第2方向D2、第1方向D1及び第2方向D2に垂直な方向を上下方向D3とする。
ステージ20は、ガラス板やアクリル板など光透過を有する板状体を備える。ステージ20の下側には、ステージ20全体を下方から照明する面照明装置22が設けられており、面照明装置22から照射された照明光が透明なステージ20を透過してステージ20に載置されたワーク1を下方から照明する。
ステージ20の上面には、開口部25が設けられたプレート24が重ねて設けられ、プレート24の上方に間隔をあけて保護板26が設けられている。
プレート24は、ステンレスなどの光を透過しない板状体からなり、開口部25の内側にステージ20が露出しワーク1が載置される。プレート24に設けられた開口部25は、例えば、図3に示すような平面視において円形をなしており、その中心位置Cにワーク1の中心が位置するようにワーク1が位置決めされる。
保護板26は、プレート24との間に設けられた保持爪31、32及び一対の挟持爪42、42の先端部を上方から覆い保護する。保護板26の中央部には、プレート24の開口部25と上下に重なるように開口部27が設けられている。
保護板26に設けられた開口部27は、例えば、図3に示すような平面視において略矩形状をなしており、開口部27の辺の長さがプレート24の開口部25の直径と略同一に設けられている。
また、保護板26には、開口部27を挟んで対向する位置(例えば、図3では第1方向D1に対向する位置)に保護板26を貫通する一対の切欠部28が設けられている。切欠部28は、開口部27と連通し、切欠部28が対向する方向に開口部27が広がっている。
ワーク1は、プレート24の開口部25と保護板26の開口部27とを通ってステージ20に載置される。ステージ20に載置されたワーク1は、プレート24の上面より上方に突出し、当該突出する部分の外周部に位置決め部40の一対の挟持爪42、42や保持部30の保持爪31、32が当接する。
位置決め部40は、プレート24の開口部25を第2方向D2に挟んで対向するように設けられた一対の挟持爪42、42を備える。一対の挟持爪42、42は、上下方向D3においてプレート24と保護板26との間に設けられている。
一対の挟持爪42、42は、位置決め駆動部70に接続されており、開口部25の内方の所定位置(例えば、開口部25の中心位置C)を中心として第2方向D2に沿って互いに近接離隔移動する。
一対の挟持爪42、42は、その先端に第2方向D2に垂直な第1方向D1に沿って延びる平面状の先端面43、43を有している。一対の挟持爪42、42は、先端面43、43が、図3に示すような保護板26に設けられた開口部27や切欠部28の外側位置(この位置を第2待避位置ということもある)と、ステージ20に載置されたワーク1の外周面に当接する位置(この位置を位置決め位置ということもある)との間を、第2方向D2に沿って互いに近接離隔移動する。
一対の挟持爪42、42の先端は、第2待避位置において保護板26の下方に位置し、保護板26の開口部27や切欠部28から上方に露出せず保護板26によって保護される。一対の挟持爪42、42が、第2待避位置から互いに近接移動して位置決め位置に達すると、一対の挟持爪42、42の先端がワーク1の外周面に当接する。これにより、ワーク1の中心がプレート24の開口部25の中心位置Cを通る第1方向D1に平行な直線(この直線を第1直線ということもある)L1上に位置するように、一対の挟持爪42、42は、ステージ20に載置されたワーク1を第2方向D2に位置決めする。
保持部30は、プレート24の開口部25を第1方向D1に挟んで対向するように設けられた第1保持爪31及び第2保持爪32を備える。第1保持爪31及び第2保持爪32は、上下方向D3においてプレート24と保護板26との間に設けられ、本実施形態では、位置決め部40の一対の挟持爪42、42と同じ高さに位置している。
第1保持爪31及び第2保持爪32は、保持駆動部50に接続されており、開口部25の内方の所定位置(例えば、開口部25の中心位置C)を中心として第2方向D2に垂直な第1方向D1に沿って互いに近接離隔移動する。つまり、保持部30の第1保持爪31及び第2保持爪32は、位置決め部40の一対の挟持爪42、42の移動方向に垂直な方向に移動する。
第1保持爪31の先端側(第2保持爪32側)には、ワーク1の外周面に当接する2つの第1当接部33、33が設けられている。第1当接部33、33は、第1保持爪31の第2方向D2の中央部(幅方向中央部)に向かうほど先端側から遠ざかるように傾斜する一対の傾斜面からなり、平面視において先端側から離れる方向へ凹んだ略V字状をなしている。第1当接部33、33を構成する一対の傾斜面は、プレート24の開口部25の中心位置Cを通る第1方向D1に平行な第1直線L1に関して対称に設けられていることが好ましい。
第1保持爪31と第1方向D1に対向するように配置される第2保持爪32の先端側(第1保持爪31側)には、第2方向D2に沿って延びる平面からなる第2当接部34が設けられている。
このような保持部30は、第1保持爪31の一対の第1当接部33、33及び第2保持爪32の第2当接部34が、図3に示すような保護板26に設けられた開口部27や切欠部28の外側位置(この位置を第1待避位置ということもある)と、ステージ20に載置されたワーク1の外周面に当接する位置(この位置を保持位置ということもある)との間を、第1方向D1に沿って互いに近接離隔移動する。
第1当接部33、33及び第2当接部34は、第1待避位置において保護板26の下方に位置し、保護板26の開口部27や切欠部28から上方に露出せず保護板26によって保護される。第1保持爪31及び第2保持爪32が、第1待避位置から互いに近接移動して保持位置に達すると、第1保持爪31は2つの第1当接部33、33においてワーク1の外周面に当接し、第2保持爪32は1つの第2当接部34においてワーク1の外周面に当接してワーク1を3点で保持する。
保持駆動部50は、図2に示すように、エアーシリンダー機構52と、エアーシリンダー機構52にエアーを供給するエアー供給手段53を備える。エアーシリンダー機構52は、シリンダー54と、該シリンダー54内に摺動可能に配設されたピストン55と、該ピストン55に連結されたピストンロッド56を備える。
シリンダー54は、ピストン55の両側にそれぞれ端壁541、542との間に作動室54a、54bが形成される。また、シリンダー54の両端壁541、542には、それぞれ作動室54a、54bに連通する給排気ポート544、545が形成されている。上記シリンダー54内に摺動可能に配設されたピストン55に連結されたピストンロッド56は、一方の端壁541を挿通して配設され、その先端部に不図示のラック及びピニオン機構を介して第1保持爪31と第2保持爪32が互いに近接離隔移動するように接続されている。
エアーシリンダー機構52にエアーを供給するエアー供給手段53は、エアー供給源61と、該エアー供給源61に接続された供給管62と、上記エアーシリンダー機構52を構成するシリンダー54に設けられた給排気ポート544、545にそれぞれ接続された給排気管63、64と、供給管62と給排気管63、64との間に配設され供給管62と給排気管63または64を選択的に連通する電磁制御弁65を備える。
一方の給排気ポート544に接続された給排気管63には、逆止弁と絞り弁とを並列に接続した速度制御弁67が設けられ、他方の給排気ポート545に接続された給排気管64には、減圧レギュラー68と速度制御弁69が直列に設けられている。
電磁制御弁65が除勢(OFF)している状態では、供給管62と給排気管63、64との連通が遮断される。
電磁制御弁65が第1の電磁ソレノイド651を付勢(ON)すると、供給管62と給排気管63とが連通するとともに給排気管64と排気管66とが連通する。これにより、第1保持爪31及び第2保持爪32が互いに離隔移動する。
また、電磁制御弁65が第2の電磁ソレノイド652を付勢(ON)すると、供給管62と給排気管64とが連通するとともに給排気管63と排気管66とが連通する。これにより、第1保持爪31及び第2保持爪32が互いに近接移動する。
位置決め駆動部70は、保持駆動部50と同様、エアーシリンダー機構72と、エアーシリンダー機構72にエアーを供給するエアー供給手段73を備える。エアーシリンダー機構72は、シリンダー74と、該シリンダー74内に摺動可能に配設されたピストン75と、該ピストン75に連結されたピストンロッド76を備える。
シリンダー74は、ピストン75の両側にそれぞれ端壁741、742との間に作動室74a、74bが形成される。また、シリンダー74の両端壁741、742には、それぞれ作動室74a、74bに連通する給排気ポート744、745が形成されている。上記シリンダー74内に摺動可能に配設されたピストン75に連結されたピストンロッド76は、一方の端壁741を挿通して配設され、その先端部に不図示のラック及びピニオン機構を介して一対の挟持爪42、42が互いに近接離隔移動するように接続されている。
エアーシリンダー機構72にエアーを供給するエアー供給手段73は、エアー供給源61と、該エアー供給源61に接続された供給管62と、上記エアーシリンダー機構72を構成するシリンダー74に設けられた給排気ポート744、745にそれぞれ接続された給排気管83、84と、供給管62と給排気管83、84との間に配設され供給管62と給排気管83または84を選択的に連通する電磁制御弁85を備える。
一方の給排気ポート744に接続された給排気管83には、逆止弁と絞り弁とを並列に接続した速度制御弁87が設けられ、他方の給排気ポート745に接続された給排気管84には、減圧レギュラー88と速度制御弁89が直列に設けられている。
電磁制御弁85が除勢(OFF)している状態では、供給管62と給排気管83、84との連通が遮断される。
電磁制御弁85が第1の電磁ソレノイド851を付勢(ON)すると、供給管62と給排気管83とが連通するとともに給排気管84と排気管66とが連通する。これにより、一対の挟持爪42、42が互いに離隔移動する。
また、電磁制御弁85が第2の電磁ソレノイド852を付勢(ON)すると、供給管62と給排気管84とが連通するとともに給排気管83と排気管66とが連通する。これにより、一対の挟持爪42、42が互いに近接移動する。
(2)クランプ装置10の動作
次に上記のようなクランプ装置10がワーク1を保持固定する動作について説明する。
まず、図3に示すように、保持部30の第1保持爪31及び第2保持爪32が第1待避位置に位置し、位置決め部40の一対の挟持爪42、42が第2待避位置に位置する状態で、プレート24の開口部25と保護板26の開口部27とを通ってワーク1をステージ20に載置する。
ワーク1がステージ20に載置されると、位置決め駆動部70の電磁制御弁85が第2の電磁ソレノイド852を付勢(ON)することにより、開口部25の中心位置Cを中心として一対の挟持爪42、42を互いに近接移動させて、ステージ20に載置されたワーク1の外周面に一対の挟持爪42、42の先端面43、43を当接させる。これにより、ワーク1の中心が第1直線L1上に位置するように、ワーク1が第2方向D2に位置決めされる。本実施形態のようにワーク1の平面形状が円形である場合、ワーク1が第1直線L1に関して対称に配置される(図4参照)。
ワーク1が第2方向D2に位置決めされると、位置決め駆動部70の電磁制御弁85が第1の電磁ソレノイド851を付勢(ON)して、一対の挟持爪42、42を第2待避位置へ移動させる。
その後、保持駆動部50の電磁制御弁65が第2の電磁ソレノイド652を付勢(ON)することにより、第1待機位置にある第1保持爪31及び第2保持爪32を互いに近接移動させ、第1保持爪31に設けられた2つの第1当接部33、33と第2保持爪32に設けられた第2当接部34とを、ワーク1の外周面に当接させる。これにより、ワーク1の中心が開口部25の中心位置Cに一致するように、ワーク1が位置決めされた状態で第1保持爪31と第2保持爪32との間で保持される。
そして、ワーク1の中心が開口部25の中心位置Cに一致するように、保持部30の第1保持爪31と第2保持爪32によってワーク1を保持固定した状態で、所定の工程を実行する。保持部30によってワーク1を保持固定した状態で種々の工程を実行することができる。例えば、ワーク1がコネクタの場合、コネクタの所定位置にコンタクトピンを圧入する。
そして、所定の工程が終了すると、保持駆動部50の電磁制御弁65が第1の電磁ソレノイド651を付勢(ON)して、第1保持爪31と第2保持爪32を第1待避位置へ移動させる。
そして、ワーク1をステージ20から取り出し、必要に応じて別のワーク1をステージ20に載置し、再び、位置決め部40によるワーク1の位置決めと、保持部30によるワーク1の保持固定と、所定の工程の実行とを繰り返す。
(3)効果
本実施形態のクランプ装置10では、位置決め部40によってワーク1を第2方向D2の所定位置に位置決めした後、保持部30によってワーク1を保持するため、第1保持爪31に設けられた2つの第1当接部33、33と第2保持爪32に設けられた第2当接部34との間でワーク1を保持する際に、ワーク1が上下方向D3の軸回りに回転するのを抑えることができる。
特に、本実施形態では、第1保持爪31に設けられた2つの第1当接部33が第1直線L1に関して対称に設けられているとともに、保持部30によってワーク1を保持する前に、位置決め部40によってワーク1が第1直線L1に関して対称に配置されるように位置決めされている。これにより、第1保持爪31と第2保持爪32との間でワーク1を保持する際に、ワーク1が第1保持爪31の2つの第1当接部33、33に同時に当接するため、ワーク1を上下方向D3の軸回りに回転させることなく2つの第1当接部33、33と第2当接部34との間で保持することができる。
また、本実施形態では、ワーク1をステージ20に載置したり、ステージ20からワーク1を取り出す際に、保持部30の第1当接部33、33及び第2当接部34や、位置決め部40の一対の挟持爪42、42の先端面43、43が、保護板26によって上方を覆われているため、第1当接部33、33及び第2当接部34や一対の挟持爪42、42の先端面43、43にワーク1が誤って衝突するのを防ぐことができる。
しかも、本実施形態では、保護板26の開口部27を挟んで対向する位置に、開口部27と連通する切欠部28が設けられているため、作業者がステージ20にワーク1を出し入れする際に、ワーク1を保持する指が保護板26に接触しにくくなり、作業しやすくなる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、上記実施形態において下記変更例1〜3のような変更例を適用することができる。
(変更例1)
上記した実施形態では、保持部30や位置決め部40を駆動する保持駆動部50や位置決め駆動部70としてエアーシリンダー機構52、72を用いたが、ボールネジをステッピングモータ等のモータによって回転制御して、ボールネジに螺合する摺動ベースに固定した保持部30や位置決め部40を駆動するリニアアクチュエータなど、種々のアクチュエータによって保持部30や位置決め部40の移動を制御することができる。
モータの回転制御によって保持部30や位置決め部40を駆動するリニアアクチュエータを採用する場合、位置決め部40の一対の挟持爪42、42がワーク1の外周面に当接する位置を、エンコーダなどの位置検出器によって検出し、その検出結果に基づいてステージ20に載置されたワーク1の大きさや種類を検出し、保持部30の第1保持爪31及び第2保持爪32の移動を制御してもよい。
具体的には、一対の挟持爪42、42が第2待避位置からワーク1の外周面に当接する位置までの移動距離をエンコーダで検出し、その結果からワーク1の大きさを検出する。
クランプ装置10には、ワーク1の大きさと保持位置に関する情報が予め対応付けて記憶させてあり、ワーク1の大きさを検出すると、それに対応する保持位置を読み込む。そして、第1保持爪31と第2保持爪32を第1待避位置から保持位置に達する手前の所定位置まで第1速度で高速に移動させた後、当該所定位置から保持位置まで第1速度より低速に移動させる。これにより、ワーク1を保持するまでの時間を短縮しつつ、ワーク1に第1保持爪31及び第2保持爪32が接触する際の衝撃を抑えることができる。
また、ワーク1のサイズに応じた適切な位置で第1保持爪31と第2保持爪32を停止することができるため、ワーク1が第1保持爪31及び第2保持爪32によって過度に押し込まれることがなく、ワーク1を傾いた状態で保持したり、ワーク1を損傷したりすることがない。更に、ワーク1を第1保持爪31及び第2保持爪32によって保持固定する際の加重を制御することができる。
(変更例2)
上記した実施形態では、第1保持爪31の先端部に設ける2つの第1当接部33、33をV字状に設けたが、例えば、図6に例示するように、第1直線L1を挟んで第2方向D2の両側に設けた突起133、133をワーク1に当接する第1当接部とするなど、当接部として種々の形状を採用することができる。また、上記した実施形態では、2つの当接部を第1直線L1に関して対称に設けたが、2つの当接部を第1直線L1に関して非対称に設けてもよい。その場合において、ワーク1を第1保持爪31と第2保持爪32との間で保持する際に、ワーク1が2つの第1当接部に同時に当接するようにワーク1の形状に応じた形状に第1当接部を設けることが好ましい。
10…クランプ装置、20…ステージ、22…面照明装置、24…プレート、25…開口部、26…保護板、27…開口部、28…切欠部、30…保持部、31…第1保持爪、32…第2保持爪、33…第1当接部、34…第2当接部、40…位置決め部、42…挟持爪、43…先端面、50…保持駆動部

Claims (7)

  1. ワークが載置されるステージと、
    第1保持爪及び第2保持爪の少なくとも一方を第1方向へ移動させて、前記第1保持爪に設けられた2つの第1当接部と前記第2保持爪に設けられた第2当接部との間で前記ステージに載置された前記ワークを保持する保持部と、
    前記第1方向に垂直な第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めする位置決め部と、を備え、
    前記位置決め部によって前記第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めした後、前記保持部が2つの前記第1当接部と前記第2当接部との間で前記ワークを保持するクランプ装置。
  2. 前記保持部が前記ワークを保持する際に2つの前記第1当接部が前記ワークに同時に当接するように、前記位置決め部が前記ワークを位置決めする請求項1に記載のクランプ装置。
  3. 2つの前記第1当接部が、前記第1方向に沿った対称軸に関して対称に設けられている請求項1又は2に記載のクランプ装置。
  4. 前記位置決め部は、前記ワークを前記第2方向の両側から押圧して前記第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めする請求項1〜3のいずれか1項に記載のクランプ装置。
  5. 前記位置決め部が前記ワークを位置決めした時に前記ワークの大きさに関する情報を取得し、
    前記保持部は、取得した情報に基づいて前記第1保持爪及び前記第2保持爪の移動を制御して前記ワークを保持する請求項1〜4のいずれか1項に記載のクランプ装置。
  6. 前記第1保持爪及び前記第2保持爪の上方に設けられた保護板と前記保護板に設けられた開口部とを備え、
    前記ステージに前記ワークを載置する時に前記第1保持爪及び前記第2保持爪が前記開口部の外方に位置し、前記第1保持爪及び前記第2保持爪が前記開口部の内方へ突出して前記ワークを保持する請求項1〜5のいずれか1項に記載のクランプ装置。
  7. 第1保持爪及び第2保持爪の少なくとも一方を第1方向へ移動させて、前記第1保持爪に設けられた2つの第1当接部と前記第2保持爪に設けられた第2当接部との間でステージに載置されたワークを保持するワークの保持方法において、
    前記第1方向に垂直な第2方向の所定位置に前記ワークを位置決めした後、2つの前記第1当接部と前記第2当接部との間で前記ワークを保持するワークの保持方法。
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