JP4737456B2

JP4737456B2 - グリッパ機構

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Publication number: JP4737456B2
Application number: JP2007302760A
Authority: JP
Inventors: 喜弘深野; 正一馬門
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Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2011-08-03
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Description

本発明は、回転駆動源の駆動作用下に変位部材を変位させることによりワークを押圧可能な駆動機構を備えるグリッパ機構に関する。

従来から、モータ等の回転駆動源の駆動作用下に変位部材を変位させることによりワークを押圧可能な駆動機構として、例えば、工作機械の軸部等の先端に取り付けられ、開閉自在なグリッパ部の開閉動作を前記モータの駆動力を用いて行い、種々の部品等（ワーク）を把持する電動グリッパ（電動チャック）が知られている。

このような電動グリッパとして、特許文献１には、モータの回転駆動力が伝達されることによりグリッパ部を構成するマスタージョーを駆動し、ソフトジョーとの間にワークを把持する構成が記載されている。

特開平８−１５０５３１号公報

ところで、一般に、モータは非常停止時や通電遮断時には、電気エネルギを保存しない限り発生した力（回転トルク）を喪失する。このため、グリッパ部でワークを把持した後、その把持状態を維持するためには連続通電を行う必要があり、保持時間が長いほど電気エネルギを消費することになる。一方、ワークを把持した状態でモータへの通電を停止等すると、グリッパ部からワークが脱落する可能性がある。

本発明は上記従来の課題を考慮してなされたものであり、回転駆動源が非常停止された場合や通電が停止された場合等、当該回転駆動源から押圧部材への駆動力の伝達が停止された場合であっても、ワークへの押圧部材の押圧状態を維持することができ、電気エネルギの消費を低減することが可能なグリッパ機構を提供することを目的とする。

本発明に係るグリッパ機構は、回転駆動源と、軸線方向に変位可能な変位部材に前記回転駆動源からの回転駆動力を伝達する送りねじ部と、前記変位部材に連結され、該変位部材の変位に連動して互いに接近及び離間して開閉することでワークを把持する一組の把持部材を有するグリッパ部とを備えるグリッパ機構であって、前記送りねじ部は、前記変位部材が前進されて前記グリッパ部により前記ワークを把持した場合に、該ワークから前記グリッパ部が受ける反力によっては前記変位部材が後退しないセルフロック機構を構成すると共に、前記セルフロック機構は、前記回転駆動源からの回転駆動力が該送りねじ部に伝達されることで解除可能であり、さらに、前記セルフロック機構は、前記回転駆動力を前記変位部材の進退駆動力へと変換するために前記送りねじ部に設けられた雄ねじと雌ねじとの間の噛み合い部分での摩擦係数をμと称し、前記把持部材により前記ワークを把持した場合に前記送りねじ部が受ける軸力の方向と、前記雄ねじ及び前記雌ねじの噛み合い方向に対する垂直抗力の方向との間の角度をθと称した場合に、μ≧ｓｉｎθ／ｃｏｓθの関係式を満たすように設定されており、さらに、前記回転駆動源を手動によって回転操作可能な操作部を、前記送りねじ部の軸線上の一端側に設けたことを特徴とする。

また、前記セルフロック機構は、前記回転駆動力を前記変位部材の進退駆動力へと変換するために前記送りねじ部に設けられた雄ねじと雌ねじとの間の噛み合い部分での摩擦係数をμと称し、前記把持部材により前記ワークを把持した場合に前記送りねじ部が受ける軸力の方向と、前記雄ねじ及び前記雌ねじの噛み合い方向に対する垂直抗力の方向との間の角度をθと称した場合、μ≧ｓｉｎθ／ｃｏｓθの関係式を満たすように設定されていると、当該セルフロック機構によって前記把持部材によるワークへの把持状態を確実に維持することが可能となる。この場合、前記角度θと前記摩擦係数μとの関係を上式に基づき定量的に管理・設定することにより、例えば、ワークＷを高速で押圧した際に受ける衝撃力によって当該送りねじ部を構成する雄ねじと雌ねじとの間にかじりを生じることを有効に防止して、セルフロック機構の解除不良の発生を回避することができる。

前記グリッパ機構において、前記送りねじ部は、前記変位部材が前進されて前記グリッパ部により前記ワークを把持した場合に、該ワークから前記グリッパ部が受ける反力によっては前記変位部材が後退しないセルフロック機構を構成していると、前記グリッパ部でワークを把持した状態で、回転駆動源へのエネルギ供給を遮断した場合等であっても、ワークの把持状態を保持することができる。すなわち、このようなエネルギ供給遮断時であっても、前記セルフロック機構により、変位部材の変位とこれに伴う把持部材の開放方向への変位を有効に防止して、余分なエネルギ消費を抑えながらワークの把持状態を維持することが可能となる。

本発明に係るグリッパ機構によれば、回転駆動源が非常停止された場合や回転駆動源へのエネルギ供給が遮断された場合等であっても、送りねじ部を構成するセルフロック機構のロック作用下に、把持部材によるワークの把持状態を保持することができる。このため、ワークの把持状態を維持する際、回転駆動源へのエネルギ供給を停止しておくことができるため、エネルギ消費量を大幅に低減することができる。

以下、本発明に係るグリッパ機構について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るグリッパ機構としての電動グリッパ１０の概略斜視図であり、図２は、図１に示す電動グリッパ１０の軸線方向に沿う概略断面側面図である。電動グリッパ（電動チャック）１０は、本実施形態に係る駆動機構１２を備えると共に、ワーク（把持対象物）Ｗを把持するグリッパ部（チャック部）１４を有し、例えば、工作機械や産業ロボット等の軸部の先端に取り付けられて使用される。

この電動グリッパ１０は、ワークＷを把持する前記グリッパ部１４と、該グリッパ部１４を開閉するための駆動源であるモータ（回転駆動源）１６と、グリッパ部１４を開閉させるリンク機構１８と、モータ１６からの回転駆動力をリンク機構１８を構成する一対のリンク部材２０ａ、２０ｂへと伝達する送りねじ部２２とを備える駆動機構１２と、筐体２４とから構成されている。

筐体２４は、上面側にモータ１６が配設される一方、下面側にグリッパ部１４が配設され、前記駆動機構１２を構成する他の要素（リンク機構１８や送りねじ部２２）等を内部に収容した箱状に形成される。図１中、筐体２４の各側面を貫通する複数（本実施形態の場合、４個）の貫通孔２５は、例えば、当該電動グリッパ１０を工作機械等に固定する際に用いられる取り付け用孔部である。

駆動機構１２において、モータ１６は、例えば、ステッピングモータやサーボモータ等により構成され、駆動軸２６が筐体２４内に挿入された状態で、筐体２４の上部を閉塞する矩形リング状の上部プレート２７に対して縦置きに固定されている。図１中、参照符号２９は、前記駆動軸２６をモータ１６の後端側（図１中の上端側）へと延伸させた操作部であり、例えば、モータ１６への通電が遮断された場合等に、図示しない工具等を介して手動による駆動軸２６の回転操作を可能とするものである。

送りねじ部２２は、一端側が駆動軸２６に対して同軸上に外嵌され、その外周面に雄ねじ２８ａが形成されたねじ軸２８と、内周側に雌ねじ３０ａが形成され、ねじ軸２８の他端側に螺合される送りナット（変位部材、摺動ナット）３０と、送りナット３０を軸線方向（矢印Ｙ１、Ｙ２方向）に摺動自在に収納したガイド筒３１とを有する。ねじ軸２８及び駆動軸２６は、互いに嵌め合わせられる周面の一部に形成された平面部３２と、直径方向に螺入された止めねじ３４とにより互いに回り止めがなされている。

送りナット３０は、ガイド筒３１の内周面との間で図示しない平面部等を介してその回転が規制されることで、軸線方向（矢印Ｙ１、Ｙ２方向）に沿ってのみ変位（摺動）可能に配置されている。なお、ガイド筒３１の内周面に軸線方向に沿って延びる溝部を設け、送りナット３０に、該溝部に係合するガイド部等を設けることで、当該送りナット３０の回転を規制し、軸線方向にのみ変位可能とすることもできる。そして、送りナット３０の下部（軸線方向でモータ１６側と反対側）の外周面には、一対のリンク部材２０ａ、２０ｂと係合するピン３６が突設されている。

グリッパ部１４は、筐体２４の下部を閉塞する下部プレート３８に装着されたレール部材４０に係合され、該レール部材４０に沿って矢印Ｘ１、Ｘ２方向に変位自在、すなわち、互いに接近及び離間が可能な一対の把持部材（押圧部材）４２ａ、４２ｂを有する。把持部材４２ａ、４２ｂは断面略Ｔ字状に形成され、その下方に突出した一対の爪部（押圧部材）４３ａ、４３ｂがワークＷを把持する把持部として機能する。爪部４３ａ、４３ｂには、その開閉方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に複数の孔部４５が貫通しており、該孔部４５を介して適宜所望の形状からなる把持部を連結することもできる。

リンク機構１８を構成する一対のリンク部材２０ａ、２０ｂは、それぞれ断面略Ｌ字状に形成され、その折曲した略中央部が筐体２４に設けられた一対のリンクピン４４ａ、４４ｂを介してそれぞれ矢印Ａ１、Ａ２方向に揺動（回動）自在に軸支されている。また、リンク部材２０ａ、２０ｂの一端側には、それぞれ半円状に切り欠かれた切欠部４６ａ、４６ｂが形成され、該切欠部４６ａ、４６ｂが送りナット３０下部の前記ピン３６に係合されている。一方、リンク部材２０ａ、２０ｂの他端側は、図２に示す側面視で先細りに形成され、下部プレート３８に形成された一対の孔部４８ａ、４８ｂを挿通すると共に、図示しないピン等を介して把持部材４２ａ、４２ｂの上部に設けられた溝部５０ａ、５０ｂ内でそれぞれ軸支されている。

従って、電動グリッパ１０では、送りナット３０の軸線方向（矢印Ｙ１又はＹ２方向）に沿った変位作用下に、ピン３６に係合された一対のリンク部材２０ａ、２０ｂがリンクピン４４ａ、４４ｂを支点として所定角度だけ矢印Ａ１又はＡ２方向に回動し、このリンク部材２０ａ、２０ｂの回動作用下に、一対の把持部材４２ａ、４２ｂがレール部材４０の軸線方向に沿って接近・離間する方向（矢印Ｘ１又はＸ２方向）に変位する。

次に、基本的には以上のように構成される本実施形態に係る電動グリッパ１０の動作について説明する。

先ず、グリッパ部１４を構成する把持部材４２ａ、４２ｂは、予め互いに離間した位置、すなわち爪部４３ａ、４３ｂが開かれた状態にあるものとする。この場合、図２に示すように、送りナット３０は矢印Ｙ２方向に下降した位置にある。

次いで、図示しない電源より電気エネルギをモータ１６へと供給し、該モータ１６の回転駆動作用下に駆動軸２６を回転させることにより、送りねじ部２２を構成するねじ軸２８を一体的に回転させる。そうすると、軸線方向を中心とする回転が規制された送りナット３０は、ねじ軸２８の雄ねじ２８ａと雌ねじ３０ａとの螺合作用下に、軸線方向に沿って上方（矢印Ｙ１方向）へと変位する。

このように送りナット３０が上方へと変位すると、該送りナット３０下部のピン３６に一端側が係合されたリンク部材２０ａ、２０ｂは、リンクピン４４ａ、４４ｂに軸支された略中央部（折曲部）を支点として、把持部材４２ａ、４２ｂに軸支された他端側を互いに接近させる方向（矢印Ａ１方向）に回動する。従って、リンク部材２０ａ、２０ｂの矢印Ａ１方向への回動作用下に、グリッパ部１４を構成する把持部材４２ａ、４２ｂがレール部材４０に沿って互いに接近する方向（矢印Ｘ１方向）に変位し、一対の爪部４３ａ、４３ｂの間にワークＷを把持することができる（図３参照）。

ところで、上記のようにグリッパ部１４でワークＷを把持した後、その把持した状態を維持しようとした場合、すなわち、ワークＷを所定位置に移動させる必要がある場合やワークＷを所定時間クランプしておく必要がある場合等には、従来構成に係る電動グリッパでは、上記したように、モータへの通電を継続しておく必要があった。通電を停止すると、当該モータはその発生したトルクを失い、結果としてワークがグリッパ部から脱落してしまうからである。

そこで、本実施形態に係る電動グリッパ１０では、モータ１６への通電を遮断した場合やモータ１６が非常停止された場合等であっても把持部材４２ａ、４２ｂ（爪部４３ａ、４３ｂ）の開閉状態を維持し、ワークＷの把持状態を保持することができる構造、いわゆるセルフロック機構を駆動機構１２（送りねじ部２２）に備えている。

図４は、本実施形態に係る駆動機構１２を構成する送りねじ部２２に設けられるセルフロック機構を説明するための模式説明図である。

図４において、領域Ｒ１は、送りナット３０の雌ねじ３０ａについてそのリードに対応するねじ山を展開して模式的に図示したものであり、その高さＬは、雌ねじ３０ａのリードＬを示し、その幅Ｃは、雌ねじ３０ａの有効径の円周長Ｃを示し、角度αはリード角αを示している。すなわち、前記円周長Ｃは、雌ねじ３０ａの有効径（有効直径）をＤとし、円周率をπとした場合、Ｃ＝π・Ｄとして算出される。一方、領域Ｒ２は、前記雌ねじ３０ａと螺合するねじ軸２８の雄ねじ２８ａを模式的に図示したものである。これら雌ねじ３０ａと雄ねじ２８ａとの関係は、図４において互いに置換して考えてもよい。

なお、本実施形態に係る電動グリッパ１０では、グリッパ部１４でのワークＷの把持状態を維持するためには、送りナット３０が矢印Ｙ２方向に下降し図２に示されるような状態となることを防止して、当該送りナット３０をグリッパ部１４がワークＷを把持した状態での位置（図３参照）に保持しておく必要がある。そこで、本実施形態に係る駆動機構１２に設けられるセルフロック機構は、グリッパ部１４でワークＷを把持した状態での送りナット３０の変位（下降）を防止するために、送りねじ部２２を構成する雌ねじ３０ａと雄ねじ２８ａとの関係を規定している。

すなわち、図４に示すように、ワークＷを確実に把持した状態で送りナット３０及びねじ軸２８に作用する軸線方向の力を軸力Ｆ（Ｎ）と称し、雌ねじ３０ａ及び雄ねじ２８ａの噛み合い方向（接線方向）での力を接線力Ｆｓ（Ｎ）と称し、接線力Ｆｓと直交する方向での力を垂直抗力Ｆｎ（Ｎ）と称し、接線力Ｆｓと反対方向に作用する噛み合い部分での摩擦力をＦｍ（Ｎ）と称し、雌ねじ３０ａ及び雄ねじ２８ａの噛み合い部分（互いに当接するフランク部分間）での摩擦係数をμと称し、軸力Ｆと垂直抗力Ｆｎとがなす角度をθと称すると、前記セルフロック機構が有効に機能する条件（セルフロック条件）は、接線力Ｆｓ＜摩擦力Ｆｍ、の関係を満たす必要がある。

この場合、図４より、Ｆｓ＝Ｆ・ｓｉｎθ、Ｆｍ＝μ・Ｆｎ＝μ・Ｆ・ｃｏｓθ、との関係が得られることから、上記した接線力Ｆｓ＜摩擦力Ｆｍ、の関係式は、Ｆ・ｓｉｎθ≦μ・Ｆ・ｃｏｓθ、と変形することができる。これにより、前記セルフロック条件は、次式（１）のように得ることができる。
μ≧ｓｉｎθ／ｃｏｓθ （１）

従って、本実施形態に係る駆動機構１２では、上式（１）に基づき、送りねじ部２２でのセルフロック機構のセルフロック条件を設定することにより、モータ１６への通電が遮断等された場合であっても、送りナット３０が変位してグリッパ部１４が開いてしまうことを有効に回避することができ、ワークＷの脱落を防止することができる。

なお、グリッパ部１４でワークＷを高速で把持した際の衝撃力等により、送りねじ部２２でかじりが生じると、モータ１６によるセルフロック機構の電気的な解除が困難となり、外力によって解除する必要を生じることになる。そこで、上記関係式（１）に基づき、摩擦係数μと角度θとの関係を定量的に管理することにより、送りねじ部２２（雌ねじ３０ａ及び雄ねじ２８ａ間）でかじりを生じることを有効に回避することができるようになる。

すなわち、μ＞ｓｉｎθ／ｃｏｓθ、との関係を設定すると共に、さらに、ｓｉｎθ／ｃｏｓθ、を可及的に摩擦係数μに近づけることにより、ワークＷの高速把持時の衝撃力等による前記かじりの発生の回避が可能となる。この場合、摩擦係数μが大きくなりすぎると、セルフロックを解除することができなくなることは言うまでもない。

このようなセルフロック機構を構成する送りねじ部２２の構成例として、本実施形態では、例えば、雌ねじ３０ａ及び雄ねじ２８ａの材質をステンレス鋼にフッ素及びモリブデンコーティングを用いたすべりねじ（摩擦係数μ＝０．１２）を用いると共に、角度θ＝５．５９°、５．７２°、６．１６°の３種類の台形ねじの任意の一つを用いることができる。このような台形ねじとしては、例えば、Ｔｒ（梯形）７×１×２条であって、ねじ有効径がΦ６．５×リード２（θ＝５．５９°）のもの、Ｔｒ８×１．２５×２条であって、ねじ有効径がΦ７．３７５×リード２．５（θ＝６．１６°）のもの、Ｔｒ１２×１．７５×２条であって、ねじ有効径がΦ１１．１２５×リード３．５（θ＝５．７２°）のもの等が例示できる。

以上のように、本実施形態に係る電動グリッパ１０では、上記関係式（１）に基づき設定されたセルフロック機構を備える駆動機構１２（送りねじ部２２）を設けたことにより、グリッパ部１４でワークＷを把持した状態で、モータ１６への通電を遮断した場合やモータ１６が非常停止された場合等であっても、ワークＷの把持状態を保持することができる。すなわち、送りナット３０とねじ軸２８との間のセルフロック機能により、送りナット３０の変位、これに伴う把持部材４２ａ、４２ｂの開放方向への変位を有効に防止することができる。換言すれば、本実施形態に係る電動グリッパ１０では、把持部材４２ａ、４２ｂがワークＷを押圧する押圧部材として機能すると共に、その押圧状態を駆動機構１２に設けられたセルフロック機構で保持することができる。

従って、電動グリッパ１０（駆動機構１２）では、グリッパ部１４でワークＷを把持（押圧）しておく際、モータ１６への通電を遮断することができるため、電気エネルギの消費量を大幅に低減することができる。また、連続通電によるモータ１６の発熱も低減することができ、当該モータ１６の長寿命化等も可能となる。さらに、送りナット３０に対して、別途ブレーキ機構等を付加する必要がないため、装置構成の簡素化や低コスト化も図ることができる。

また、本実施形態では、セルフロック機構として、雌ねじ３０ａと雄ねじ２８ａとの間の摩擦抵抗を利用していることから、上記したように、式（１）に基づき摩擦係数μと角度θとの関係を定量的に管理することにより、ワークＷを高速で把持した際に把持部材４２ａ、４２ｂやリンク機構１８を介して送りねじ部２２に伝達される衝撃力等によって、当該送りねじ部２２でかじりを生じることを有効に回避して、セルフロック機構の解除不良を確実に防止することができる。すなわち、本実施形態によれば、送りねじ部２２の駆動速度に左右されることなく、セルフロック機構を確実に作用させ、さらに確実に解除することができる。

なお、電動グリッパ１０では、モータ１６がどの位置で停止しているか又はどのように回転しているか等を検出する位置センサ（図示せず）を、例えばモータ１６の駆動軸２６近傍に設け、該位置センサで検出した位置情報等を図示しないコントローラを介してモータ側に返送（フィードバック）することもできる。この場合、モータ１６と前記位置センサとは別電源とされ、非常停止時等にはモータ１６側の電源のみ遮断されるため、位置センサは再起動時にも電気的な復帰が可能となる。つまり、位置センサの検出結果（位置情報等）はメモリーされており消去されない。

すなわち、電動グリッパ１０の非常停止時等では、モータ１６側への電気エネルギのみ遮断し、位置センサ側へは位置情報を監視・更新するための電力を供給し続けることで、非常停止状態から動作状態へ移行する際に、電気的な復帰を行うことができる。なお、このような位置センサはモータ１６の一機能として該モータ１６に内蔵することもできる。

なお、本実施形態に係る電動グリッパ１０において、ワークＷの把持をした後その把持状態を解除する場合には、モータ１６を把持する際とは逆方向に回転させることでセルフロック機構によるロックを容易に解除することができる。これにより、送りナット３０を矢印Ｙ２方向に下降させて、把持部材４２ａ、４２ｂを容易に開放方向（矢印Ｘ２方向）に変位させることができる。しかも、当該セルフロック機構では、上記のように式（１）の関係に基づき設定されることにより、送りねじ部２２でかじりを生じることを回避することができるため、モータ１６からの回転駆動力により容易にそのロック状態を解除することができる。すなわち、電動グリッパ１０（駆動機構１２）において、送りねじ部２２は、送りナット３０が前進（矢印Ｙ１方向）されてグリッパ部１４によりワークＷを把持した場合に、該ワークＷからグリッパ部１４が受ける反力によっては送りナット３０が後退（矢印Ｙ２方向）しないセルフロック機構を構成すると共に、該セルフロック機構は、モータ１６からの回転駆動力が送りねじ部２２に伝達されることで解除可能とされている。

また、非常停止時等において、強制的にワークＷの把持を解除する必要がある場合には、操作部２９を手動で操作することにより、送りねじ部２２でのセルフロック機構を容易に解除してワークＷを離脱させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る電動グリッパ６０について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るグリッパ機構としての電動グリッパ６０の概略斜視図であり、図６は、図５に示す電動グリッパ６０の軸線方向に沿う概略断面側面図である。なお、電動グリッパ６０について、上記した第１の実施形態に係る電動グリッパ１０と同一又は同様の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

電動グリッパ６０は、上記した駆動機構１２と略同様に機能する駆動機構６２を備え、ワークＷをグリッパ部６４にて把持可能である。この電動グリッパ６０は、上記した電動グリッパ１０と比べて、モータ１６を横置き、つまり、その軸線方向がグリッパ部６４の開閉方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に沿った状態で配置されている点が相違する（図６参照）。

図５及び図６に示すように、電動グリッパ６０は、ワークＷを把持する前記グリッパ部６４と、該グリッパ部６４を開閉するための駆動源であるモータ（回転駆動源）１６と、ベルトプーリ機構６６を介して伝達されるモータ１６からの回転駆動力を受けてグリッパ部６４を矢印Ｘ１、Ｘ２方向に開閉駆動する送りねじ部６８とを備える駆動機構６２と、筐体７０とから構成されている。

筐体７０は、その下面側にグリッパ部６４が配設され、内部空間の上部にモータ１６を収容すると共に、下部に送りねじ部６８を収容し、側部にモータ１６と送りねじ部６８とを連結するベルトプーリ機構６６を収容した箱状に形成される。

駆動機構６２において、モータ１６はその駆動軸２６が矢印Ｘ１、Ｘ２方向に沿った状態で横置きに配置され、筐体７０の上部を閉塞する矩形状の上部プレート７２と筐体７０内を上下２段に仕切る中間プレート７４との間に固定されている。

送りねじ部６８は、筐体７０の下部を閉塞する下部プレート７６と前記中間プレート７４との間に固定された一対の軸受７８ａ、７８ｂにより両端側が軸支されたねじ軸８０を有する。すなわち、ねじ軸８０は、モータ１６の軸線方向と平行した状態で回転可能且つ軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に変位不能に配置されている。ねじ軸８０の外周面には、ねじ山の螺旋方向（つる巻き方向）が相互に逆方向（対称）となる一対の雄ねじ８０ａ、８０ｂが形成されている。換言すれば、雄ねじ８０ａ、８０ｂは、ねじ軸８０の略中央部に設けられた反転位置８２を中心として、互いに逆ねじとして構成されている。

さらに、送りねじ部６８には、内周側にそれぞれ雌ねじ８４ａ、８４ｂが形成され、ねじ軸８０の各雄ねじ８０ａ、８０ｂにそれぞれ螺合される一対の送りナット（変位部材、摺動ナット）８６ａ、８６ｂが設けられている。送りナット８６ａ、８６ｂは、下部プレート７６に設けられた軸線方向に沿って延びるガイド溝８８に対して係合するガイド部９０ａ、９０ｂをそれぞれ有し、軸線方向を中心とした回転が規制されることで、軸線方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に沿ってのみ変位（摺動）可能に配置されている。

なお、図５及び図６中、参照符号９１は、ねじ軸８０を外部から手動で操作可能な操作部であり、前記操作部２９と略同様に、例えば、モータ１６への通電が遮断された場合等に、図示しない工具等を介して手動によるねじ軸８０の回転操作を可能とするものである。

グリッパ部６４は、前記下部プレート７６に装着されて矢印Ｘ１、Ｘ２方向に延びたレール部材９２に係合され、該レール部材９２に沿って変位自在、すなわち、互いに接近及び離間が可能な一対の把持部材（押圧部材、爪部）９４ａ、９４ｂを有する。これら把持部材９４ａ、９４ｂは、それぞれ送りナット８６ａ、８６ｂに連結されている。従って、把持部材９４ａ、９４ｂは互いに接近・離間することにより開閉し、ワークＷを把持する把持部として機能する。

ベルトプーリ機構６６は、モータ１６の駆動軸２６に連結された駆動プーリ９６と、ねじ軸８０の一端に連結された従動プーリ９８と、これら駆動プーリ９６及び従動プーリ９８間に巻き掛けられたベルト１００とを有する。これにより、モータ１６からの回転駆動力が、駆動軸２６からベルトプーリ機構６６を介してねじ軸８０へと伝達され、該ねじ軸８０を回転駆動させることができる。

従って、電動グリッパ６０では、ベルトプーリ機構６６を介して伝達されたモータ１６からの回転駆動力によるねじ軸８０の回転作用下に、相互に逆ねじとされた雄ねじ８０ａ、８０ｂにそれぞれ螺合する送りナット８６ａ、８６ｂが矢印Ｘ１又はＸ２方向に変位することで、一対の把持部材９４ａ、９４ｂがレール部材９２の軸線方向に沿って接近又は離間する方向（矢印Ｘ１又はＸ２方向）に変位する（図６及び図７参照）。

以上のように、本実施形態に係る電動グリッパ６０においても、上記した電動グリッパ１０と略同様にワークＷの把持及び把持解除を容易に行うことができ、すなわち、モータ１６が所定の方向に回転駆動されることで、ベルトプーリ機構６６及び送りねじ部６８を介して把持部材９４ａ、９４ｂを所望の開閉方向（矢印Ｘ１、Ｘ２方向）に変位させることができる。

この際、本実施形態に係る電動グリッパ６０に備えられる駆動機構６２（送りねじ部６８）についても、上記した駆動機構１２（送りねじ部２２）と同様、ねじ軸８０に形成される雄ねじ８０ａ、８０ｂと、送りナット８６ａ、８６ｂに形成される雌ねじ８４ａ、８４ｂとの間に、図４や上式（１）により説明したセルフロック機構を設定しておく。

これにより、電動グリッパ６０においても上記電動グリッパ１０の場合と同様に、グリッパ部６４でワークＷを把持した状態で、モータ１６への通電を遮断した場合やモータ１６が非常停止された場合等であっても、ワークＷの把持状態を保持することができる。すなわち、送りナット８６ａ、８６ｂとねじ軸８０との間のセルフロック機能により、両送りナット８６ａ、８６ｂの変位及びこれに伴う把持部材９４ａ、９４ｂの開放方向への変位を有効に防止することができる。従って、グリッパ部６４でワークＷを把持しておく際、モータ１６への通電を遮断することができるため、電気エネルギの消費量を大幅に低減することができる。当然、連続通電によるモータ１６の発熱の低減や、装置構成の簡素化や低コスト化等の効果も得ることができる。

また、電動グリッパ６０（駆動機構６２）においても、式（１）に基づき摩擦係数μと角度θとの関係を定量的に管理することにより、ワークＷを高速で把持した際に把持部材９４ａ、９４ｂから送りねじ部６８に伝達される衝撃力等によって、当該送りねじ部６８を構成する送りナット８６ａ、８６ｂとねじ軸８０との間でかじりを生じることを有効に回避して、セルフロック機構の解除不良を確実に防止することができる。

従って、電動グリッパ１０（駆動機構１２）の場合と同様に電動グリッパ６０（駆動機構６２）についても送りねじ部６８は、送りナット８６ａ、８６ｂが前進（矢印Ｘ１方向）されてグリッパ部６４によりワークＷを把持した場合に、該ワークＷからグリッパ部６４が受ける反力によっては送りナット８６ａ、８６ｂが後退（矢印Ｘ２方向）しないセルフロック機構を構成すると共に、該セルフロック機構は、モータ１６からの回転駆動力が送りねじ部６８に伝達されることで解除可能とされている。

さらに、電動グリッパ６０では、モータ１６をねじ軸８０と平行した横置きに収納しているため、電動グリッパ１０に比べて高さ方向の寸法を有効に低減することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

例えば、回転駆動源としてはモータ１６のように電動以外のもの、例えば、エア駆動源等を用いた構成であっても本発明に係るグリッパ機構や駆動機構を構成することができる。なお、エア駆動源を用いた場合には、エアを封じ込めることによりエネルギの蓄積が可能であり、グリッパ部によるワークの把持状態を維持することも可能であるが、このようなエア封じ込めのための密閉構造やバルブ等の部品の増加を考慮すると、本発明のセルフロック機構を適用することにより、その構成や制御を大幅に簡素化することができる点で有効である。

また、本発明に係る駆動機構は、グリッパ機構以外にも、例えば、シリンダ機構やアクチュエータ機構等、送りねじ部を介して、変位部材（送りナット）を変位させ、該変位部材の一端に連結された押圧部材によりワークを押圧するような機構についても適用可能である。この場合にも、上記した式（１）に基づくセルフロック機構を採用することにより、前記押圧部材によるワークへの押圧状態を維持する際、モータへの通電を遮断等してもその押圧状態を保持しておくことができる。なお、この場合の変位部材に連結された押圧部材とは、当該変位部材自体の一端を押圧部材として機能させるものであってもよい。

本発明の第１の実施形態に係るグリッパ機構としての電動グリッパの概略斜視図である。図１に示す電動グリッパの軸線方向に沿う概略断面側面図である。図２に示す状態からグリッパ部を開いた状態を示す概略断面側面図である。実施形態に係る駆動機構を構成する送りねじ部に設けられるセルフロック機構を説明するための模式説明図である。本発明の第２の実施形態に係るグリッパ機構としての電動グリッパの概略斜視図である。図５に示す電動グリッパの軸線方向に沿う概略断面側面図である。図６に示す状態からグリッパ部を開いた状態を示す概略断面側面図である。

符号の説明

１０、６０…電動グリッパ１２、６２…駆動機構
１４、６４…グリッパ部１６…モータ
１８…リンク機構２０ａ、２０ｂ…リンク部材
２２、６８…送りねじ部２４、７０…筐体
２８、８０…ねじ軸２８ａ、８０ａ、８０ｂ…雄ねじ
３０、８６ａ、８６ｂ…送りナット３０ａ、８４ａ、８４ｂ…雌ねじ
４２ａ、４２ｂ、９４ａ、９４ｂ…把持部材
４３ａ、４３ｂ…爪部

Claims

回転駆動源と、
軸線方向に変位可能な変位部材に前記回転駆動源からの回転駆動力を伝達する送りねじ部と、
前記変位部材に連結され、該変位部材の変位に連動して互いに接近及び離間して開閉することでワークを把持する一組の把持部材を有するグリッパ部と、
を備えるグリッパ機構であって、
前記送りねじ部は、前記変位部材が前進されて前記グリッパ部により前記ワークを把持した場合に、該ワークから前記グリッパ部が受ける反力によっては前記変位部材が後退しないセルフロック機構を構成すると共に、
前記セルフロック機構は、前記回転駆動源からの回転駆動力が該送りねじ部に伝達されることで解除可能であり、
さらに、前記セルフロック機構は、前記回転駆動力を前記変位部材の進退駆動力へと変換するために前記送りねじ部に設けられた雄ねじと雌ねじとの間の噛み合い部分での摩擦係数をμと称し、
前記把持部材により前記ワークを把持した場合に前記送りねじ部が受ける軸力の方向と、前記雄ねじ及び前記雌ねじの噛み合い方向に対する垂直抗力の方向との間の角度をθと称した場合に、
μ≧ｓｉｎθ／ｃｏｓθ
の関係式を満たすように設定されており、
さらに、前記回転駆動源を手動によって回転操作することで前記セルフロック機構のロック状態を解除可能な操作部を、前記送りねじ部の軸線上の一端側に設けたことを特徴とするグリッパ機構。