(57)【要約】【課題】回転モータを用いずに各把持爪を独立駆動することが可能な把持機構等を提供すること。【解決手段】把持機構は、円盤状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記リング状磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークのそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、前記第２ヨークの軸方向と交差する方向に可動する爪部と、前記コイルの軸方向の動力を爪部に伝達するリンク構造とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークのそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、前記第２ヨークの軸方向と交差する方向に可動する爪部と、前記コイルの軸方向の動力を爪部に伝達するリンク構造と
を備えることを特徴とする把持機構。
【請求項２】
前記リンク構造は、
前記コイルの前記第１ヨーク側端部の反対側端部に嵌合する嵌合部材と、
該嵌合部材及び前記爪部を連結するリンク部材と
を備え、
前記リンク部材の一端部は、前記リンク部材を前記第２ヨークの軸方向と交差する方向を軸方向として回転可能に前記嵌合部材に結合し、
前記リンク部材の他端部は、前記リンク部材を前記第２ヨークの軸方向と交差する方向を軸方向として回転可能に前記爪部に結合してある
ことを特徴とする請求項１に記載の把持機構。
【請求項３】
板状をなし、前記爪部が貫通し前記爪部の可動方向を規制する規制溝を有する規制板
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の把持機構。
【請求項４】
前記規制溝の断面は、前記規制板の中心部から外周部に向かう方向に長い
ことを特徴とする請求項３に記載の把持機構。
【請求項５】
円盤状の第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークを、磁石の複数の孔部、及び、第３ヨークの前記磁石の前記孔部と周方向で同じ位置にある複数の孔部に貫装してなる固定子と、可動方向を規制する規制板に嵌め込まれた複数の爪部と、複数のコイルを含む可動子と、複数のリンク部材とを用意し、
前記リンク部材の一端に前記コイルを第１の結合軸により、軸回りに回転可能に結合し、
前記リンク部材の他端に前記爪部を第２の結合軸により、軸回りに回転可能に結合し、
前記コイルが移動可能に前記第２ヨークに貫装すべく、前記可動子を前記固定子に対して配置することを特徴とする把持機構の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の把持爪を閉鎖又は開放させることにより、対象物を把持する把持機構等に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の把持爪を閉鎖又は開放させることにより、対象物を把持する把持機構が提案されている。特許文献１には単一モータの回転運動を複数の把持爪の開閉運動に変換する把持機構が開示されている。特許文献２には、３つのサーボモータを用い３つの把持爪を独立して開閉できる把持機構が開示されている。
【０００３】
従来の把持機構では、回転モータの回転運動を把持爪の開閉運動に変換する変換機構が必要になる。そのため、把持機構全体を小型化するのが困難という問題や把持爪の開閉に時間が掛かってしまうという問題がある。また、特許文献２に記載の把持機構では、サーボモータの回転運動を対応する把持爪の開閉運動に変換する変換機構が、サーボモータと把持爪との組ごとに必要となる。そのため、把持機構全体を小型化するのがさらに困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７４０６６号公報
【特許文献２】特開平５−３０５５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、小型な駆動部で把持爪を駆動することが可能な把持機構等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る把持機構は、円盤状の第１ヨークと、該第１ヨークの一面に設けられた複数の円柱状の第２ヨークと、該第２ヨークが貫装される複数の孔部を有する磁石と、前記第２ヨークが貫装される複数の孔部を前記磁石の前記孔部と周方向で同じ位置に有する第３ヨークと、前記第２ヨークのそれぞれが貫装される複数の円筒状のコイルと、前記第２ヨークの軸方向と交差する方向に可動する爪部と、前記コイルの軸方向の動力を爪部に伝達するリンク構造とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にあっては、各把持爪を小型な駆動部で駆動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】把持機構の斜視図である。
【図２】把持機構の分解斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。
【図５】嵌合部材の斜視図である。
【図６】把持爪の斜視図である。
【図７】上プレートの斜視図である。
【図８】把持機構の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施の形態を説明する。
【００１０】
図１は把持機構の斜視図である。図２は把持機構の分解斜視図である。図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。把持機構は固定子、可動子、爪部を含む。
【００１１】
固定子は下ヨーク１（第１ヨーク）、３個のポールヨーク２（第２ヨーク）、２個のリング状磁石３（複数の孔部を有する磁石）、上ヨーク４（第３ヨーク）を含む。下ヨーク１は、円盤状をなしている。下ヨーク１の一面には、３個の円柱状のポールヨーク２が、下ヨーク１の周方向に等配して立設されている。これらの下ヨーク１及びポールヨーク２は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。隣り合うポールヨーク２、２の中間位置には、３個のネジ孔１ａが形成されている。ポールヨーク２には先端から所定の深さの穴２１を設けてある。
【００１２】
リング状磁石３は、周方向に等配された３つのリング磁石の外周面の一部同士が一体接合されたように構成してある。リング状磁石３は平面視でクローバ形状を呈する。リング状磁石３は、周方向に等配して３個の孔部３ａを有する。孔部３ａの位置はポールヨーク２の位置と対応している。リング状磁石３は厚さ方向に磁化されている。
【００１３】
リング状磁石３は、例えば、ＳｍＦｅＮ系合金の磁性粉と樹脂とを混合させた混合物を材料として、３Ｄプリンタを用いた積層成形（３Ｄプリンティング）にて作製された樹脂結合型磁石である。３Ｄプリンティングでは、磁性粉と樹脂との混合物をノズルから積層台に、所望の形状を得るべくノズル及び積層台を相対的に三次元で移動させながら、押出し積層させて、リング状磁石３を作製する。
【００１４】
上ヨーク４は、円盤状をなしている。上ヨーク４には、周方向に等配して３個の孔部４ａが形成されている。孔部４ａの位置は、リング状磁石３の孔部３ａの位置と同じであり、ポールヨーク２の位置に対応している。隣り合う孔部４ａ、４ａの中間位置には、３個の支柱孔４ｂが形成されている。上ヨーク４の中心には中心孔４ｃが形成されている。中心孔４ｃはネジが切られている。上ヨーク４は、例えば珪素鋼板などの軟質磁性体で形成されている。
【００１５】
固定子は下ヨーク１に、リング状磁石３の孔部３ａにポールヨーク２がとおるように、リング状磁石３を重ねる。さらに、上ヨーク４の孔部４ａの位置を孔部３ａと合わせるように、上ヨーク４を重ねる。そして、３本の第１支柱６１で下ヨーク１から上ヨーク４までを固定する。
【００１６】
第１支柱６１は大径部６１ｃ、中径部６１ｂ及び小径部６１ａを同軸上に隣接して結合した段付き円柱状をなす。小径部６１ａは雄ねじが切られている。中径部６１ｂの外径は上ヨーク４の支柱孔４ｂの内径と同じか、小さくしてある。大径部６１ｃの外径は支柱孔４ｂの内径よりも大きくしてある。第１支柱６１の大径部６１ｃには端部から、雌ねじが切られた穴部６１ｄが設けてある。第１支柱６１は非磁性体のものを使用する。磁性体の第１支柱６１も使用可能であるが、第１支柱６１により磁路が短絡されて効率が低下する場合がある。よって、非磁性体のものを用いることが好ましい。
【００１７】
小径部６１aは上ヨーク４の支柱孔４ｂを貫通し、リング状磁石３の脇をとおり、下ヨーク１のネジ孔１ａに嵌め込まれる。小径部６１aがネジ孔１ａに嵌め込まれると、大径部６１ｃと中径部６１ｂとの段差部分が上ヨーク４を押さえつける。それにより、下ヨーク１と上ヨーク４とで、２つのリング状磁石３が挟持固定される。
【００１８】
第２支柱６２は大径部６２ｂ及び小径部６２ａを同軸上に隣接して結合した段付き円柱状をなす。小径部６２ａは雄ねじが切られている。小径部６２aは上ヨーク４の中心孔４ｃに嵌め込まれる。第２支柱６２の大径部６２ｂには端部から、雌ねじが切られた穴部６２ｃが設けてある。第２支柱６２は非磁性体のものを使用する。磁性体の第２支柱６２も使用可能であるが、第２支柱６２により磁路が短絡されて効率が低下する場合がある。よって、非磁性体のものを用いることが好ましい。
【００１９】
可動子はコイル７及び嵌合部材８を含む。コイル７は、例えば銅線を円筒状に巻回して構成されている。コイル７の一端に嵌合部材８が固定される。
【００２０】
図５は嵌合部材８の斜視図である。嵌合部材８は本体部８１、ガイド部８３、及び２つの結合部８４を含む。本体部８１はコイル７の同形の円板状をなす。ガイド部８３は本体部８１の一面から突設してある。ガイド部８３の外径はポールヨーク２の穴２１の径と略等しい。２つの結合部８４は板状をなし、本体部８１の他面から略垂直に立ち上がっている。結合部８４は先端部付近に孔８４１が形成してある。２つの結合部８４は板面が平行となるように、本体部８１の中心を間にして所定の間隔を隔てて形成してある。
【００２１】
嵌合部材８のガイド部８３はコイル７の内部に収納される。嵌合部材８とコイル７とはインロー結合する。ガイド部８３とコイル７とは同軸上にある。
【００２２】
リンクプレート（リンク部材）９は長円形をなす板状の部材である。リンクプレート９の両端付近には孔部が設けてある。
【００２３】
図６は把持爪１１の斜視図である。把持爪１１はベース板１１１、爪１１２、２つの結合部１１３、及びピン１１４を含む。ベース板１１１は矩形板状をなす。爪１１２はやや湾曲した矩形板状をなす。爪１１２はベース板１１１の一面の中央付近から垂直に立ち上がるように形成してある。爪１１２の板面は、ベース板１１１の短手方向の辺と略平行である。また、爪１１２の厚み方向は、ベース板１１１の長手方向と略平行である。結合部１１３は板状をなす。結合部１１３はベース板１１１の他面から略垂直に立ち上がっている。結合部１１３は先端部付近に孔１１３１が形成してある。２つの結合部１１３は板面が平行となるように、ベース板１１１の短手方向に所定の間隔を隔てて形成してある。結合部１１３の板面と爪１１２の板面とは交差する関係となっている。ピン１１４は円柱状をなす。ピン１１４は周面に溝がある。ピン１１４はベース板１１１の他面から略垂直に立ち上がっている。
【００２４】
コイルバネ１２は引張コイルバネである。コイルバネ１２は、ピアノ線や銅線などの線材をコイル状に巻いたものである。
【００２５】
図７は上プレート（規制板）１３の斜視図である。図７Ａは表面から見た斜視図である。図７Ｂは裏面から見た斜視図である。上プレート１３は円板状である。上プレート１３は３つの矩形溝（規制溝）１３１、４つの丸孔１３２、３つの溝部１３３、及び各溝部１３３に設けられた３本のピン１３４を含む。３つの矩形溝１３１は周方向に等配して設けてある。矩形溝１３１の底面は周縁に矩形枠状部分１３１ａを残して、裏面まで貫通する貫通孔１３１ｂが形成してある。４つの丸孔１３２のうち３つは周方向で矩形溝１３１の中間に等配して設けてある。残りの丸孔１３２は、円板の中心に設けてある。溝部１３３は裏面に設けてある。溝部１３３は平面視矩形状をなす。溝部１３３は貫通孔１３１ｂに交差する方向に延在する。溝部１３３の一端は貫通孔１３１ｂと接続している。溝部１３３の他端には、ピン１３４が設けてある。ピン１３４は円柱状をなす。ピン１３４は溝部１３３の底から略垂直に立ち上がっている。矩形溝１３１の幅（円板の接線方向の長さ）は把持爪１１のベース板１１１の幅（短手方向の長さ）と略等しい。矩形溝１３１の奥行き（円板の半径方向の長さ）は把持爪１１のベース板１１１の奥行き（長手方向の長さ）よりも大きい。
【００２６】
上カバー１４は円板状をなす。上カバー１４は３つの矩形孔１４１、４つの丸孔１４２を含む。矩形孔１４１は周方向に等配して設けてある。丸孔１４２の３つは、周方向、矩形孔１４１の中間に、等配して設けてある。残りの丸孔１４２は円板の中心に設けてある。矩形孔１４１は上プレート１３の矩形溝１３１と対応する位置に設けてある。丸孔１４２は上プレート１３の丸孔１３２と対応する位置に設けてある。
【００２７】
可動子と把持爪１１とはリンクプレート９を介して結合してある。嵌合部材８の２つの結合部８４の間に、リンクプレート９の一端が差し込まれ、一端部に設けられた孔と結合部８４の孔８４１とにリベット１０がとおっている。リンクプレート９と嵌合部材８とは、互いにリベット１０を軸（第１の結合軸）にして回転可能に固定してある。すなわち、ポールヨーク２（第２ヨーク）の軸方向と交差する方向を軸方向として回転可能に、リンクプレート９は嵌合部材８に結合している。
【００２８】
把持爪１１は上プレート１３の矩形溝１３１に嵌め込んである。把持爪１１の結合部１１３は上プレート１３の貫通孔１３１ｂを貫通し、上プレート１３の裏面から突出している。把持爪１１の２つの結合部１１３の間に、リンクプレート９の他端が差し込まれ、他端部に設けられた孔と結合部１１３の孔１１３１とにリベット１０がとおっている。リンクプレート９と把持爪１１とは、互いにリベット１０を軸（第２の結合軸）にして回転可能に固定してある。すなわち、ポールヨーク２（第２ヨーク）の軸方向と交差する方向を軸方向として回転可能に、リンクプレート９は把持爪１１に結合している。把持爪１１のピン１１４と上プレート１３のピン１３４とにコイルバネ１２の両端が固定されている。
【００２９】
把持爪１１とリンクプレート９を介して結合してある可動子のコイル７は、上ヨーク４の孔部４ａ及びリング状磁石３の孔部３ａ内でポールヨーク２を貫装するように配置してある。上カバー１４は上プレート１３に重ねられている。把持爪１１の爪１１２は上カバー１４の矩形孔１４１から突出ている。
【００３０】
固定ネジ１５は上カバー１４の丸孔１４２、上プレート１３の丸孔１３２を貫通し、第１支柱６１の穴部６１ｄ又は第２支柱６２の穴部６２ｃと結合する。それにより、第１支柱６１及び第２支柱６２を介して、コイル７及び嵌合部材８を含む可動子、上カバー１４、上プレート１３並びに把持爪１１が、固定子に固定されている。
【００３１】
カバー５は、薄肉の円筒状をなしており、リング状磁石３の外周面を覆うように配置されている。カバー５は、例えばアルミニウムなどの非磁性の金属から形成されている。このカバー５は、リング状磁石３の保護の機能を果たす。カバー５は、上ヨーク４と上カバー１４とに挟まれ固定されている。
【００３２】
以下、把持機構の製造方法について説明する。
【００３３】
上述したような構成を有する下ヨーク１、２個のリング状磁石３、及び、上ヨーク４をこの順に積層し、上ヨーク４の支柱孔４ｂ及び下ヨーク１のネジ孔１ａに支柱組６を嵌め込んで、固定子は構成される（図２参照）。この際、リング状磁石３の孔部３ａ及び上ヨーク４の孔部４ａ内に、ポールヨーク２が貫装される。第１支柱６１の締め付けにより、リング状磁石３は確実に固定される。第２支柱６２を上ヨーク４の中心に固定する。
【００３４】
一方、３個のコイル７の一端に嵌合部材８を嵌合する。嵌合部材８の２つの結合部８４の間にリンクプレート９を挿入する。この際、結合部８４の孔８４１とリンクプレート９の端部の孔とが一致するようにする。孔８４１とリンクプレート９の孔とにリベット１０を通し、嵌合部材８とリンクプレート９とを結合する。
【００３５】
把持爪１１を上プレート１３の表面から矩形溝１３１に嵌め込む。把持爪１１の結合部１１３は上プレート１３の貫通孔１３１ｂを貫通し、上プレート１３の裏面から突出する。把持爪１１のピン１１４と上プレート１３のピン１３４とにコイルバネ１２の両端を固定する。
【００３６】
リンクプレート９の他端を把持爪１１の２つの結合部１１３の間に挿入する。この際、結合部１１３の孔１１３１とリンクプレート９の端部の孔とが一致するようにする。孔１１３１とリンクプレート９の孔とにリベット１０を通し、把持爪１１とリンクプレート９とを結合する。
【００３７】
上ヨーク４にカバー５を嵌める。コイル７を、上ヨーク４の孔部４ａ及びリング状磁石３の孔部３ａ内でポールヨーク２を貫装するように、カバー５内に配置する。上プレート１３をカバー５に嵌める。上プレート１３に上カバー１４を嵌める。上カバー１４の丸孔１４２と上プレート１３の丸孔１３２に固定ネジ１５を通し、ネジを第１支柱６１の穴部６１ｄ及び第２支柱６２の穴部６２ｃで固定する。以上で把持機構が完成する。
【００３８】
本実施の形態においては、複数の孔部を有する磁石として、平面視クローバ状のリング状磁石で説明したが、必ずしもリング状である必要はないし、平面視クローバ状である必要もない。リング状磁石３に替えて、板状部材（あるいは円盤状部材）に複数の孔部を有する磁石を用いてもよい。また、リング状磁石３を２個、使用することとしたが、リング状磁石３の個数は、２個に限定されず、１個又は３個以上であっても良い。必要な把持力の大きさに応じて、用いるリング状磁石３の個数を決定すれば良い。すなわち、把持力を大きくする場合はリング状磁石３の個数を増やし、把持力を小さくする場合はリング状磁石３の個数を減らせばよい。また、リング状磁石３の個数の増減に伴うポールヨーク２やコイル７などの仕様変更は、当業者であれば適宜なし得るので、説明を省略する。
【００３９】
次に把持機構の動作を説明する。
【００４０】
把持機構において、コイル７に電流を流して発生させた磁場により、コイル７は上プレート１３に近づいたり、離れたりする。このようなコイル７の動きは、リンクプレート９により、把持爪１１に伝達される。ここで、把持爪１１は上プレート１３と上カバー１４とに挟まれているため、コイル７と同じ方向には動けない。そのため、把持爪１１は上プレート１３の矩形溝１３１に沿った（板面と平行な面に沿った）動きに変換される。コイル７が上プレート１３に近づくと、把持爪１１は中心から周縁へ向かう方向に動く。当該動作を開放という。コイル７が上プレート１３から離れると、把持爪１１は周縁から中心へ向かう方向に動く。当該動作を閉鎖という。
【００４１】
続いて、コイルバネ１２の働きについて説明する。コイル７が通電していない（無通電）の場合、把持爪１１には抑制力が働かない。把持爪１１は可動域を自由に動ける状態である。そのため、把持爪１１を動作させる場合には、最初に位置決めが必要となる。位置決めを省略するために、無通電の場合でも把持爪１１が所定の位置にあるようにする。そのために、コイルバネ１２が採用されている。図４などに示すように、コイルバネ１２の一端は把持爪１１に設けられたピン１１４に固定されている。コイルバネ１２の他端は上プレート１３に設けられたピン１３４に固定されている。図４に示す状態は、把持爪１１が可動域の中央付近に位置する状態である。この場合、コイルバネ１２は殆ど延びておらず、ピン１１４及びピン１３４には、コイルバネ１２の復元力は働いていない。図４の状態でコイル７に電流を流し、把持爪１１が中心方向又は周縁方向に動くと、コイルバネ１２は曲がりながら引っ張られ、復元力が発生する。この状態でコイル７に流す電流を止めると、復元力により、把持爪１１は図４の位置に戻る。
【００４２】
上述した把持機構にあっては、動力の発生にボイスコイルモータを使用している。そのため、回転モータを使用する場合のように回転トルクが発生しない。回転運動を把持爪１１の平行運動に変換するためのギアを使用しないので、ギアを用いる場合と比較して動作音が静かである。またギアのメンテナンスが不要となり、ギアを用いる場合と比較してメンテナンス回数が低減可能である。ボイスコイルモータのため、回転モータの場合よりも、応答性が良くなる。３個の磁気回路を並列に配置した構成であるため、長尺とはならずに、部品点数が少ない小型の構造にて、大きな把持力を得ることができる。また、各コイル７に流す電流を個別制御することにより、把持爪１１を個別に制御することが可能となる。さらに、コイルバネ１２により、無通電時でも把持爪１１は所定の位置にあるので、迅速に対象物を把持可能である。さらにまた、無通電時の把持爪１１の位置を可動域の中心付近にしたので、把持爪１１を閉じて爪１１２の内側で対象物を把持する場合でも、把持爪１１を開いて爪１１２の外側で対象物を把持する場合でも、最短時間で把持動作が可能である。
【００４３】
（変形例）
図８は把持機構の変形例を示す斜視図である。変形例の構成は上述と略同様であるが、下ヨーク１及び上カバー１４の構成が異なる。下ヨーク１及び上カバー１４を正六角形状としてある。下ヨーク１及び上カバー１４の取り付けは、平面視で丁度重なるようにする。それにより、把持機構を平面に容易に固定可能となる。平面に固定可能であれば、様々な産業機械において、把持機構を採用することが可能となる。
【００４４】
各実施の形態で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組み合わせ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１          下ヨーク
２          ポールヨーク
３          リング状磁石
４          上ヨーク
５          カバー
６          支柱組
７          コイル
８          嵌合部材
８１        本体部
８３        ガイド部
８４        結合部
９          リンクプレート
１０        リベット
１１        把持爪
１１１      ベース板
１１２      爪
１１３      結合部
１１４      ピン
１２        コイルバネ
１３        上プレート
１３１      矩形溝
１３２      丸孔
１３３      溝部
１３４      ピン
１４        上カバー
１５        固定ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019055442.tif 000005
【図４】
2019055442.tif 000006
【図５】
2019055442.tif 000007
【図６】
2019055442.tif 000008
【図７】
2019055442.tif 000009
【図８】
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