(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを持ち上げ目的の位置へ配置するために使用するピックアップユニットであって、
ピックアップユニットの機体に設定した１本の主軸線に沿ってスライド軸と円筒溝カムが、スライド軸のスライド方向中心軸線と円筒溝カムの回転中心軸線を前記主軸線に一致させ、スライド軸を下方、円筒溝カムを上方として配置されており、
スライド軸は上下方向の移動を機体に案内されると共に、下端部に吸着ノズルを備え、上端の円周上一箇所から円筒溝カムの方向へ延びた連結部を備え、
前記連結部の上端部にカムフォロアが主軸線と直交する方向に貫通して配置され、
円筒溝カムは周面に螺旋状のカム溝が形成されたものであって機体の定位置において回転可能に軸支されており、
機体とスライド軸及び円筒溝カムは、前記カムフォロアの一端を円筒溝カムのカム溝に案内させ、他端を機体の周面に設けた主軸線に沿う上下方向の直線ガイド孔に案内させることで結合されており、
円筒溝カムに回転駆動力が伝達されるとともに、円筒溝カムの回転に伴なって前記カムフォロアと連結部を介してスライド軸が前記主軸線方向に変位されることを特徴としたピックアップユニット。
【請求項２】
ジョイント部がスライド軸に取付けられる別部材によって構成されていることを特徴とした請求項１に記載のピックアップユニット。
【請求項３】
機体の上端にステッピングモータが取付けられ、円筒溝カムに前記ステッピングモータから回転駆動力が伝達されることを特徴とした請求項１又は２に記載のピックアップユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動組立てラインのローディングユニットなどにおいて使用されるピックアップユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動組立てラインのローディング（部品の搬送組み付けなど）では、ＰＰＵ（ピックアンドプレースユニット）やロボットのアーム先端部にピックアップユニットを取付けて利用することがある。
ピックアップユニットには先端に吸着パッドなどワーク吸着部を備え、これでワークを吸着し、持ち上げ、所定位置に移動させ、次いで下降させ、設定した所定の位置で吸着を解く作動を行って、ワークを目的の位置に配置する。この置換作業は高速かつ繰り返し精度の高いことが要求される。高速かつ繰り返し精度を高めるにはピックアップユニットを移動させるときの慣性も考慮する必要がある。
【０００３】
また、ピックアップユニットには、本体部と先端にワーク吸着部を備えた移動部を備え、本体部に対する移動部の駆動をエア圧で行うものが多い。しかし、エアの場合は移動部の上下移動開始時と停止時に圧縮エアの弾性によるエア圧機構独特の揺れがあり、動作が高速になると作動の俊敏さと確実性に不満がある。
【０００４】
特許文献１は、その図４にこの出願当時の従来例として、水平ハンドラーの一部であって、本願でいうピックアップユニットに相当する部分を開示している。この部分は、シリンダーＡ１にリニアガイドＡ３を介してガイドＡ４を上下（シリンダーの上下軸方向）に移動可能とし、シリンダーＡ１のピストンロッド下端と前記リニアガイドＡ３とを結合してエア圧によりガイドＡ４を上下に駆動する。ガイドＡ４の下面部に吸引エアによる吸着部が設けられている。
【０００５】
このピックアップユニットは、シリンダーＡ１やリニアガイドＡ３を介したガイドＡ４及びピストンロッドなどを備え、シリンダーＡ１の軸線（すなわち、ピストンロッドの軸線）とガイドＡ４の軸線および吸着部が上下移動するときの軸線（軌跡）の３本が平行に並置されている。このため、このピックアップユニットは軸線が並置されている方向に幅が大きくなり、小型化が困難である。また、シリンダーやピストンなどのストローク付与手段が大きくなるので吸着部を移動させる起動、停止の際の慣性が大きく、高速かつ正確なピックアップ作業を得にくい。また、シリンダーのピストンロッドはエア圧で駆動されるので、作動の俊敏さに欠けるところがある。
【０００６】
本願に添付の図３は、エア圧を利用するピックアップユニットの典型的な構造を示したものである。ピックアップユニット１は、概略、シリンダー２とピストン３及びピストン３の先端に取付けた吸着ノズル４とからなる。ピストン３はシリンダー２の内部をポート５から供給されるエア圧によって上方の初期位置から下方へ押し下げられ、圧縮ばね６によって初期位置に戻される。ノズル４にはピストンのロッド７の先端部に設けたポート８からエア通路９を経由してエア圧（吸着）が供給される。ポート５とポート８は制御装置１０のコントロール下にある弁装置１１に接続され、一定のアルゴリズムのもとにエア圧が供給・排出される。
ピストン３のロッド７は、ロッド７の軸と平行に配置されたガイド１２によって直線案内される。ピックアップユニット１は、これを操作するＰ＆Ｐ（ピックアップアンドプレース）側のヘッド１３に取付けられている。
【０００７】
この構造は、ピストン３の駆動がエア圧と圧縮ばねとの協働で行われるため、吸着ノズル４の上端部、下端部での起動・停止時に作動が不安定になりやすい。また、吸着ノズル４用のポート８が高速で上下に移動するロッド７の先端部に形成されているので、ポート８につながるエア圧用のチューブも激しく揺られ、吸着位置を定めるときに位置決めの精度を高めにくい。
【０００８】
特許文献２の保持搬送機構は、保持部駆動機構４０（符号はこの文献における符号）、可動保持手段１０、ターンテーブル３１及び工程処理機構２０を備える。保持部駆動機構４０はモーター４１と円筒カム４３及びロッド４４を備え、ターンテーブル３１によって搬送されてくる可動保持手段１０を上方から押圧して可動保持手段下端の吸着ノズル１１を下方の工程処理機構２０へ向けて移動させる構造である。
【０００９】
保持部駆動機構４０はモーター４１で（減速機構を介して）円筒カム４３を回転駆動し、そのカム面に上端が接するロッド４４で前記の可動保持手段１０及び吸着ノズル１１を上下に駆動する。円筒カム４３はその下面のカム面にカム曲線を利用する一種の傾斜板カムである。
この保持搬送機構は、保持部駆動機構４０と可動保持手段１０が分離しており、定位置の保持部駆動機構４０に対して可動保持手段１０がターンテーブル３１で運ばれてきて、所定の可動保持手段１０と対向する。なお、吸着ノズル１１へエア圧を供給する吸着エアの供給経路は省略されている。
【００１０】
このように、特許文献２の保持搬送機構は、円筒カム４３を利用しているが、ピックアップユニットのように保持部駆動機構４０に相当する部分と可動保持手段１０に相当する部分とが一体に組み付け構成されたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２１２７８６号公報
【特許文献２】特開２００７−３５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
小型化が容易で作動の起動時、停止時の慣性が小さく、ピックアップ作動を高速に、かつ、正確に行え、作動が俊敏なピックアップユニットの提供。
【発明の効果】
【００１３】
自動組立てラインのローディング作業を高速に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例を一部断面で示した正面図。
【図２】実施例が採用するカムのカム曲線。
【図３】従来例を概略で示した正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１において、符号２１は、この出願の発明によるピックアップユニットである。
ピックアップユニット２１はＰ＆Ｐ（図示していない）あるいは産業用ロボットのヘッド２２の先端に、この実施例において作動方向を上下として取付けられている。
ピックアップユニット２１は、機体２３（本体部）とスライド軸２４（移動部）及び円筒溝カム２５を、スライド軸２４を下方、円筒溝カム２５を上方とした配置で備えている。これらは、機体２３に設定した１本の主軸線２６に沿ってスライド軸２４のスライド方向中心軸線と円筒溝カム２５の回転中心軸線を前記主軸線２６に一致させている。
【００１６】
スライド軸２４は機体２３に対して前記主軸線２６に沿って上下方向で移動可能に案内されると共に下端部に吸着ノズル２７を備える。吸着ノズル２７には機体２３の下部に設けたポート２８からスライド軸２４内部のエア通路２９を通じてエア圧（吸着用）が供給される。ポート２８は機体２３の内部に貫通していてその箇所と対応したスライド軸２４の周面に上下方向に幅広のエアチャネル３０がスライド軸２４を一周して形成されている。エアチャネル３０の上下方向幅ｗは、スライド軸２４の移動にかかわらず、定位置のポート２８側とエア通路２９とが常時連通している大きさである。符号３１はシール材であり、機体２３によるガイド部内面とスライド軸表面との間に配置されている。
【００１７】
円筒溝カム２５は、周面に螺旋状のカム溝３２が形成されたものであって、機体２３の上端部にベアリングを介して軸支され、主軸線２６に沿った回転軸を中心に機体２３の定位置において回転可能に軸支されると共に、破線で示したステッピングモータ３３によって、回転駆動される。符号３４は円筒溝カム２５の受動軸であって、ステッピングモータ３３と連結される。
【００１８】
円筒溝カム２５とスライド軸２４は、ジョイント部３５とカムフォロア３６を介して作動的に結合されている。すなわち、この実施例において、スライド軸２４の上端はその円周上一箇所から円筒溝カム２５の方向へ延びた連結部３７を備え、その上端部にカムフォロア３６が主軸線２６と直交する方向に貫通して配置されている。そして、カムフォロア３６の一端は、円筒溝カム２５のカム溝３２にローラー３８を介して案内され、他端は、ローラー３９を介して、機体２３の周面に設けた直線ガイド孔４０（Ｕ字溝）に案内されている。
直線ガイド孔４０は前記の主軸線２６の方向に形成され、円筒溝カム２５によって定まるスライド軸２４のストロークより十分に長い上下方向寸法を有している。
円筒溝カム２５のカム曲線は図２のようにほぼサインカーブに近いものとする。
【００１９】
このピックアップユニット２１は次のように作動する。なお、図示していないが、ステッピングモータ３３の駆動・停止やポート２８に対するエア圧の供給などは、従来と同様に制御装置のコントロール下にある。制御装置はピックアップユニット２１を取付けたＰ＆Ｐやロボットの作動と関連を持ってピックアップユニット２１のコントロールを行うこともある。
【００２０】
吸着ノズル２７がワークの直上に位置するようにＰ＆Ｐ（ヘッド２２）により位置決めされる（吸着ノズル２７の先端は上鎖線４１の位置にある）。
ステッピングモータ３３が駆動され、円筒溝カム２５を１８０°回転駆動する。
カムフォロア３６は一端のローラー３８がカム溝３２に案内され、他端のローラー３９が直線ガイド孔４０に案内されて下方へ直線移動する。カムフォロア３６はジョイント部３５を貫通しているので、ジョイント部３５を介してスライド軸２４が下端まで移動し、吸着ノズル２７をワーク上面に接する（下鎖線４２の位置）。このとき、カムフォロア３６は、ローラー３８とカム溝３２の溝壁との摩擦によって円筒溝カム２５からジョイント部３５を回転させるようなモーメントを受けるが、他端部が直線ガイド孔４０に案内されるので、このモーメントが抑えられる。これにより、スライド軸２４が回転負荷を受ける不都合を解消できる。
【００２１】
吸着ノズル２７にエア圧が供給されてワークが吸着されるとステッピングモータ３３は円筒溝カム２５を更に１８０°回転させ、ワークを上方に持ち上げる。
ついで、Ｐ＆Ｐが作動してワークを設定した位置に搬送し、その位置で円筒溝カム２５が再び１８０°回転され、ワークが目的の位置に配置される。エア圧を解除してワークを解放すると、円筒溝カム２５が更に回転されて吸着ノズル２７の先端が上鎖線４１の位置とされる。これで、１サイクルのピックアップ作動が終わる。この作動が繰り返される。
【００２２】
この実施例では次の作用効果が発揮される。
機体２３に設定した１本の主軸線２６に沿ってスライド軸２４と円筒溝カム２５が、スライド軸２４のスライド方向中心軸線と円筒溝カム２５の回転中心軸線を前記主軸線２６に一致させて配置されているので、作動時の動力伝達経路にこじれやモーメントが生じにくく、作動を高速化しやすい。また、スライド軸２４の先端が振れるなどの支障が少ないので正確な位置決めができる。
さらに、作動に関連する主たる部材が１本の主軸線２６に沿っているので、横に張り出す部材がなく、機体２３を細く軽量に構成しやすい。このため、起動・停止時の慣性が小さなピックアップユニットとすることができる。
さらに、シール材３１を組み込むことで、スライド軸２４と機体２３との間のわずかな隙間によるガタを無くし、繰り返し動作の安定性を確保することができる。
【００２３】
円筒溝カム２５のカム曲線は図２のようにほぼサインカーブに近いものとすることができるので、スライド軸２４がストロークの上端位置或いは下端位置にあるときの起動・停止時にショックレスとすることができ、ワークの破損や取り落としなどを防止することができる。また、カムによる上下機構であるため、エア圧による場合のように起動・停止時に不都合なクッション性がなく高速、かつ、正確な繰り返し精度を得られる。
カムフォロア３６は、円筒溝カム２５のカム溝３２に案内される一端部と直線ガイド孔４０に案内される他端部とが一体であるため円筒溝カム２５が回転する際の回転負荷が直線ガイド孔４０との係合で打ち消され、スライド軸２４に回転負荷がかからない。このため、吸着ノズル２７の正確な位置決めを容易に行える。
【００２４】
前記の直線ガイド孔４０に替えて、前記図３の従来例のように、ロッド（７）の回転を止めるために、ロッド（７）と平行にガイド（１２）を配置することもできるが、ガイド（１２）の取付け位置はロッドの先端部となるので、ロッドに作用する回転負荷はロッドの先端すなわち、吸着ノズルにまで及びやすい。また、このような場合にガイド（１２）はロッド（７）の軸心と近く、ガイド（１２）がロッドの回転を抑制する能力は低い。一方、本願の前記実施例では、カムフォロア３６はスライド軸２４の基部に配置することができるので、円筒溝カム２５の回転による影響はスライド軸２４の基部で抑止できる。このため、スライド軸２４に作用する回転負荷があったとしても先端吸着ノズル２７まで影響を与えることが少ない。また、カムフォロア３６の一端（ローラー３８）と他端（ローラー３９）間の距離を大きくとることができるので、スライド軸２４の回転負荷を抑制する能力が高い。
【００２５】
以上、一実施例について説明した。
実施例ではピックアップユニット２１を縦方向に配置したので、部材の配置や作動の方向を上下としたが、説明の都合であって、左右あるいは、その他の方向のときもある。
ジョイント部３５は、説明した実施例のように、スライド軸２４の上端に一体に形成するのではなく、スライド軸２４に取付ける部分と円筒溝カム２５の方向に延びる部分とを有する別部材とすることもできる。
円筒溝カム２５におけるカム溝３２のカム曲線は１８０°でスライド軸２４の１ストロークを行わせるものであってもよく、或いは、円筒溝カム２５の往復回転に対応したものであってもよい。
【符号の説明】
【００２６】
２１  ピックアップユニット
２２  ヘッド（Ｐ＆Ｐ或いはロボットの）
２３  機体
２４  スライド軸
２５  円筒溝カム
２６  主軸線
２７  吸着ノズル
２８  ポート
２９  エア通路
３０  エアチャネル
３１  シール材
３２  カム溝
３３  ステッピングモータ
３４  受動軸
３５  ジョイント部
３６  カムフォロア
３７  連結部
３８  ローラー
３９  ローラー
４０  直線ガイド孔
４１  上鎖線
４２  下鎖線
【図１】
0005927643.tif 000002
【図２】
0005927643.tif 000003
【図３】
0005927643.tif 000004