(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台部分から延びたアームロボットの先端部分に取り付けられたベース部材と、
前記ベース部材に組み付けられ、作動油を供給および排出する伸長側ポートおよび収縮側ポートが形成されたシリンダ本体と、
ロッド部分が突き出た状態で前記シリンダ本体内に挿入され、前記伸長側ポートまたは前記収縮側ポートに連通する一対の加圧室内の油圧により変位するロッド付ピストンと、
前記ロッド付ピストンが保圧用シリンダ本体となり、その中に保圧用ピストンが挿入され、前記保圧用シリンダ本体に形成された保圧用ポートに連通する保圧用加圧室内の油圧により、前記保圧用ピストンが前記ロッド部分の先端側へ変位する保圧用シリンダと、
前記保圧用加圧室側へ前記保圧用ピストンを付勢するように前記保圧用シリンダ本体内の先端側空間に入れられた付勢部材と、
前記シリンダ本体から突き出した前記ロッド部分に連結され、前記ロッド付ピストンの変位により複数のチャック爪を開閉作動させるチャック機構と
を有するアームロボットのロボットハンド用チャック装置。
【請求項２】
前記ロッド付ピストンは、前記シリンダ本体内を摺動するピストン部分と、円筒形状の側面部に前記保圧用ポートが形成され、前記シリンダ本体から突き出した先端面部に通気口が形成された前記ロッド部分とを備えたものである請求項１に記載のアームロボットのロボットハンド用チャック装置。
【請求項３】
前記ロッド付ピストンは、前記ロッド部分とは反対側に形成された開口部が蓋部材によって閉じられて気密な状態の前記保圧用シリンダが形成されたものであり、
前記蓋部材は、前記保圧用ピストンの凹部に嵌り込む凸部が形成されたピストンガイド部が形成されたものである請求項２に記載のアームロボットのロボットハンド用チャック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、工作機械などとワークの受渡しを行うためアームロボットの先端部分に組み込まれたロボットハンド用チャック装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  複数の工作機械によってワークの加工が行われる場合、複数ある工作機械の各々にワークを搬送するためのワーク自動搬送機が使用される。ワーク自動搬送機は、各工作機械の間を移動するための走行装置や、工作機械とワークの受渡しを行うための搬送用ロボットなどによって構成されている。例えばその搬送用ロボットは、アームロボットの先端部分にロボットハンドが備えられたものであり、ロボットハンドで把持したワークをアームロボットの伸縮動作によって工作機械内の加工位置まで運び、そこでワークの受け渡しが行われる。【０００３】  ロボットハンドは、例えば複数のチャック爪をチャックシリンダで開閉させるチャック装置によって構成されている。そのチャック装置は、作動油がチャックシリンダに供給され、油圧が作用した状態でチャック爪によってワークが把持される。そのため、ワークを把持し続けるにはチャックシリンダに油圧が作用した状態が維持されなければならない。そこで、チャック装置の油圧回路にはチェック弁が設けられ、電源が落ちたような場合であってもチャック装置の油圧が低下しない構成がとられている。しかし、油圧ポンプの停止状態が長く続くと、僅かな作動油の漏れが生じてしまいチャック装置の把持力が低下してしまう。この点、同じく把持力を維持するものとして、下記特許文献１には工作機械の主軸チャックに関する開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２６５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  前記文献の主軸チャックは、チャックシリンダのピストンから延びたピストンロッド先端にチャックの開閉機構が連結されている。その主軸チャックは、ワークを把持しながら回転するため、その作業中に油圧を低下させずにワーク把持力を維持する必要がある。そこで、そのピストンにはピストンロッドの周囲にピストン軸と平行な軸方向孔が８箇所設けられ、そのうちの６箇所に保圧部が構成されている。しかし、こうした従来例では保圧部の構成が大きくなってしまい、前述したアームロボットの先端部分に構成されるチャック装置（ロボットハンド）には使用が困難である。ロボットハンドが大きくなれば、それ自体が工作機械内の狭い加工室内に進入することが困難になるだけではなく、重いロボットハンドを支えるアームロボットが大型化してしまうからである。【０００６】  そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、保圧部の構成をコンパクトなものとしたアームロボットのロボットハンド用チャック装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様におけるアームロボットのロボットハンド用チャック装置は、基台部分から延びたアームロボットの先端部分に取り付けられたベース部材と、前記ベース部材に組み付けられ、作動油を供給および排出する伸長側ポートおよび収縮側ポートが形成されたシリンダ本体と、ロッド部分が突き出た状態で前記シリンダ本体内に挿入され、前記伸長側ポートまたは前記収縮側ポートに連通する一対の加圧室内の油圧により変位するロッド付ピストンと、前記ロッド付ピストンが保圧用シリンダ本体となり、その中に保圧用ピストンが挿入され、前記保圧用シリンダ本体に形成された保圧用ポートに連通する保圧用加圧室内の油圧により、前記保圧用ピストンが前記ロッド部分の先端側へ変位する保圧用シリンダと、前記保圧用加圧室側へ前記保圧用ピストンを付勢するように前記保圧用シリンダ本体内の先端側空間に入れられた付勢部材と、前記シリンダ本体から突き出した前記ロッド部分に連結され、前記ロッド付ピストンの変位により複数のチャック爪を開閉作動させるチャック機構とを有する。
【発明の効果】
【０００８】  前記開示の構成によれば、シリンダ本体に作動油が供給されてロッド付きピストンが作動することにより、ロッド部分に連結されたチャック爪が開閉作動してワークが把持および解放される。ワークを把持する際には、シリンダ本体内に供給された作動油がさらに保圧用ポートから保圧用シリンダ内の保圧用加圧室へ供給されて保圧用ピストンが変位する。その際、付勢部材の付勢力が保圧用加圧室内の作動油に作用し、更にはシリンダ本体内でロッド付きピストンに作用する作動油の油圧を保つことができる。そして、このアームロボットのロボットハンド用チャック装置は、その把持動作を行わせるシリンダのロッド付きピストン内にコンパクトに保圧部が構成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】加工機械ラインの一例を示した斜視図である。
【図２】加工機械ラインの内部構造の一部分を示した斜視図である。
【図３】加工モジュールに対するワーク搬送ロボットの作動状態を示した側面図である。
【図４】ロボットハンドのロボットハンド用チャック装置を示した平面図である。
【図５】チャック装置を構成するチャックシリンダを示した伸長状態の断面図である。
【図６】チャック装置を構成するチャックシリンダを示した収縮状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  次に、本発明に係るアームロボットのロボットハンド用チャック装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のアームロボットは、加工機械ラインのワーク自動搬送機を構成するものである。加工機械ラインとは、工作機械などの複数の加工機械に対してワーク自動搬送機によってワークの受け渡しが行われ、各加工機械においてワークに対して所定の加工が実行される加工機械群をいう。図１は、加工機械ラインの一例を示した斜視図である。
【００１１】  加工機械ライン１では、基礎となるベース２の上にモジュール化された旋盤などの加工機械（以下、「加工モジュール」という）５が搭載され、幅方向並べられて互いに近接して配置されている。各々の加工モジュール５は、いずれも同じ幅寸法で製造されたものであり、ベース２の上に敷設されたレールを介して前後方向に移動可能な状態で搭載されている。なお、本実施形態では、加工モジュール５が並んだ機体幅方向をＹ軸方向とし、ベース２上を移動可能な機体前後方向をＺ軸方向、そして上下方向をＸ軸方向として説明する。
【００１２】  加工機械ライン１では、各々の加工モジュール５における工程を経てワークに対して所定の加工が行われる。そのため、加工機械ライン１には、各加工モジュール５との間でワークの受渡しを行うためのワーク自動搬送機が設けられている。加工モジュール５は、旋盤などを構成する各種装置が外装カバー６によって覆われ、その内部にワークを加工するための加工室が設けられている。そして、外装カバー６には開閉可能な前カバー７が一体になって構成されている。この前カバー７は、加工モジュール５毎に設けられているが、加工機械ライン１の全体では一つの搬送空間を構成している。この搬送空間内にワークを搬送するためのワーク自動搬送機が設けられている。
【００１３】  図２は、加工機械ラインの内部構造の一部分を示した斜視図である。具体的には、ベース２の上に搭載された一台の加工モジュール５とワーク自動搬送機が示されている。一つのベース２には、２台の加工モジュール５を搭載することができ、その上には同じ幅で敷設された２組のレール１１が設けられている。一方、加工モジュール５は、車輪を備えた可動ベッド１２に構成され、レール１１の上を移動可能な状態で搭載されている。すなわち、図１に示す加工モジュール５は、それぞれが前後方向に移動することができ、機体幅方向に近接した配置であっても作業者によるメンテナンスや工具交換などが行い易い構成になっている。
【００１４】  加工モジュール５は、加工室を構成する内部カバー１３が設けられ、その中にワークを把持する主軸チャックや工具を備えたタレット装置などが設けられている。そして、内部カバー１３の前面部には、図３に示すように搬送口１３１が形成され、ワーク搬送ロボット２１によるワークの搬入および排出の際に開閉する搬送用扉１４が設けられている。ここで、図３は、加工モジュール５に対するワーク搬送ロボット２１の作動状態を示した側面図である。加工モジュール５は、搬送用扉１４が図示するように上方へと移動し、内部カバー１３の前面に広い搬送口１３１が開くようになっている。そこで、前カバー７の搬送空間７０内に位置するワーク搬送ロボット２１が、内部カバー１３内の加工室へと入り込んで主軸チャック１６とワークＷの受渡しが行われる。
【００１５】  そのワーク搬送ロボット２１は、関節をもったアームロボットであり、アームの自由端側にはロボットハンド２２が設けられている。このワーク搬送ロボット２１は、図２に示すように走行台２３に搭載され、前カバー７によって構成された搬送空間７０内に入れられている。ベース２には、前面に支持プレート２５が固定され、そこにはＹ軸方向に沿ってレール２６や不図示のラックが固定されている。一方、走行台２３には、レール２６を把持した状態で摺動するスライダが固定され、ラックに噛合したピニオンに回転を与える走行モータが搭載されている。
【００１６】  ワーク搬送ロボット２１は、図３に示すように、走行台２３のテーブル２８に対して起立した一対の第１アーム部材３１が所定の間隔で固定され、その第１アーム部材３１には第１関節３５を介して第２アーム部材３２が連結され、さらに第２アーム部材３２には第２関節３６を介して第３アーム部材３３が連結されている。そして、ワーク搬送ロボット２１には、第３アーム部材３３の先端部分にロボットハンド２２が取り付けられている。
【００１７】  一対の第１アーム部材３１は、それぞれ鉛直方向に延びた起立部分３１１と、加工モジュール５側に折れた前傾部分３１２とから形成された板部材であり、加工モジュール５の内部カバー１３の幅に対応した間隔で配置されている。すなわち、一対の第１アーム部材３１の間に組み付けられた第２アーム部材３２、第３アーム部材３３およびロボットハンド２２が、図３の実線で示すように延びた場合に、搬送口１３１から内部カバー１３内へ進入可能な幅で構成されている。ワーク搬送ロボット２１は、第１及び第２関節３５の駆動により第２アーム部材３２および第３アーム部材３３が、一点鎖線で示す収縮状態から実線で示す伸長状態に形態が変化するように構成されている。
【００１８】  その際、ロボットハンド２２は、一対の第１アーム部材３１の間に位置する退避位置と、主軸チャック１６とワークＷの受渡しを行う受渡し位置との間を移動することとなる。ワーク搬送ロボット２１が収縮した場合には、ロボットハンド２２が第１アーム部材３１の間に収まるほか、第１アーム部材３１の前傾部分３１２によって第２アーム部材３２および第３アーム部材３３がコンパクトに折りたたまれ、ワーク搬送ロボット２１が前カバー７内の搬送空間７０を走行可能な状態になる。第１アーム部材３１の前傾部分３１２は、ワーク搬送ロボット２１が延びた場合には、第２アーム部材３２および第３アーム部材３３を介してロボットハンド２２がより奥へと届くようにした効果もある。
【００１９】  次に、図４は、ロボットハンド２２のロボットハンド用チャック装置を示した平面図である。このロボットハンド２２は、図３に示すように、第３アーム部材３３にベース部材３８が取り付けられ、そのベース部材３８に対してロボットハンド用チャック装置（以下、単に「チャック装置」という）３９が組み付けられている。ロボットハンド２２には、２つのチャック装置３９が向きを９０度変えた状態で重ねて搭載されている。２つのチャック装置３９は同じ構造のものであり、一対のチャック爪４７を開閉してワークＷを把持および解放するようにしたものである。
【００２０】  チャック装置３９は、チャック爪４７を油圧シリンダ（チャックシリンダ）４０によって開閉作動させるものであり、油圧が作用した状態でチャック爪４７がワークＷを把持した状態が維持される。そのため、ワークＷを把持している場合には、仮に電源が落ちたとしても油圧が作用した状態が維持されなければならない。そこで、チャック装置３９には、把持状態を維持するための保圧機能が設けられている。特に、チャック装置３９は、ワーク搬送ロボット２１の先端部分に取り付けられたロボットハンド２２を構成するものであるため、小型軽量であることが求められる。しかも、ロボットハンド２２は２台のチャック装置３９が搭載されている。従って、チャック装置３９に組み込まれた保圧部の構成はコンパクトであることが要求される。
【００２１】  図５及び図６は、チャック装置３９を構成するチャックシリンダを示した断面図であり、図５はワークを解放する場合の伸長状態で、図６はワークを把持する場合の収縮状態である。このチャックシリンダ４０は、円筒形状のシリンダ本体４１内にロッド付ピストン４２が挿入されている。シリンダ本体４１は、一端部が蓋部材４４によって塞がれ、他端側ではロッド付ピストン（以下、単に「ピストン」という）４２のロッド部分４２１が突き出している。そして、シリンダ本体４１とロッド部分４２１との間には、シール部材４３が２重に設けられ、シリンダ本体４１内が気密な状態が保たれるようになっている。
【００２２】  チャックシリンダ４０は、複動型シリンダであり、シリンダ本体４１にはボトム側の伸長側加圧室４１１に連通する伸長側ポート４１２が形成され、ロッド側の収縮側加圧室４１３に連通する収縮側ポート４１４が形成されている。伸長側ポート４１２と収縮側ポート４１４には、それぞれパイプを介して切換え弁、油圧ポンプおび回収タンクなどからなる油圧回路が接続され、作動油の供給および排出が行われるようになっている。従って、チャックシリンダ４０は、伸長側ポート４１２から作動油が供給されることで図５に示すように伸長作動し、収縮側ポート４１４から作動油が供給されることで図６に示すように収縮作動するようになっている。
【００２３】  チャック装置３９は、図４に示すように、ピストン４２（ロッド部分４２１）の中心軸を対称にして、一対のチャック爪４７が開閉するチャック機構が構成されている。チャック機構は、一対のクランク部材４５がベースブロック３７に対して軸支されている。クランク部材４５はＬ字形の部材であり、その角部に軸孔が形成され、ベースブロック３７に対してピン３７１によって揺動可能に支持されている。そして、クランプ部材４５の一端側にはチャック爪４７が固定され、他端側には長孔４５１が形成され、ロッド部分４２１に固定されたピン４６が挿入されている。
【００２４】  チャック装置３９は、チャックシリンダ４０の伸縮作動により、ピストン４２のロッド部分４２１が、図４の実線と一点鎖線とで示す位置に変位する。その際、ピン４６の直線移動がクランプ部材４５の揺動運動に変換され、一対のチャック爪４７の開閉動作が行われることとなる。特に、チャック爪４７がワークＷを把持するのはチャックシリンダ４０が、図６に示すように収縮した状態である。本実施形態では、その収縮状態つまりワークの把持状態が維持できるようにチャックシリンダ４０の特にピストン４２の内部に保圧部が構成されている。
【００２５】  図５及び図６に示すように、ピストン４２は中空形状であり、ピストン側端部の開口部が栓ブロック５１により塞がれている。そして、ロッド部分４２１の先端には通気口４２３が形成されている。このピストン４２は、それ自身が保圧用シリンダであり、内部には保圧用ピストン５２が挿入されている。この保圧用シリンダは単動シリンダであり、ピストン４２の内部にはロッド部分４２１の先端側空間４２５に保圧用スプリング５３が入れられている。従って、保圧用ピストン５２は、栓ブロック５１側に向けて常に付勢されている。
【００２６】  また、ピストン４２は、ピストン部側の保圧用加圧室４２６に作動油が供給されるように保圧用ポート４２８が形成されている。保圧用加圧室４２６は、保圧用ポート４２８を介してシリンダ本体４１の収縮側加圧室４１３と連通している。従って、図６に示す収縮時には、収縮側ポート４１４から収縮側加圧室４１３に作動油が供給されるが、更に保圧用ポート４２８を介して保圧用加圧室４２６にも作動油が供給されるようになっている。
【００２７】  保圧用ピストン５２は筒状に形成され、栓ブロック５１に対して摺動可能な状態で嵌め合わされている。栓ブロック５１は段付きの円柱形状をしたものあり、先端のガイド部分５１１が保圧用ピストン５２の摺動凹部５２１内に挿入されている。ガイド部分５１１と摺動凹部５２１とは摺接しており、その間には気密性を保つためＯリングが設けられている。また、保圧用ピストン５２は、ストロークを制限して保圧用加圧室４２６を出入りする作動油の量を抑えるため、突出した延長部５２２が形成されている。
【００２８】  そこで、以上のような構成のチャック装置３９では、チャックシリンダ４０に伸長側ポート４１２から伸長側加圧室４１１に作動油が供給されると、ピストン４２が加圧されることにより図５に示すような伸長状態となる。このとき、収縮側加圧室４１３内の作動油が排出されて圧力が低下する。そして、ピストン４２内では、保圧用スプリング５３の付勢力により保圧用ピストン５２が変位し、圧力の下がった保圧用加圧室４２６内の作動油が押し出されて収縮側加圧室４１３側へと排出されることとなる。よって、ピストン４２の伸長作動によりピン４６が移動し、それによりクランプ部材４５が揺動して、チャック装置３９は図４の一点鎖線で示すように開いた状態になる。
【００２９】  一方、チャックシリンダ４０に収縮側ポート４１４から収縮側加圧室４１３に作動油が供給されると、ピストン４２が加圧されることにより図６に示すような収縮状態となる。このとき、伸長側加圧室４１１内の作動油が排出され圧力が低下する。そして、ピストン４２内では、収縮側加圧室４１３へ供給された作動油が保圧用加圧室４２６内にも供給され、保圧用ピストン５２が加圧される。加圧された保圧用ピストン５２は、付勢力に抗して保圧用スプリング５３を押し縮めながら変位する。よって、ピストン４２の収縮作動によりピン４６が移動し、それによりクランプ部材４５が揺動して、チャック装置３９は図４の実線で示すように閉じた状態になる。
【００３０】  チャック装置３９では、チャックシリンダ４０が収縮することにより、一対のチャック爪４７によりワークＷが把持される。つまり、ワーク搬送ロボット２１のロボットハンド２２によってワークＷが把持される。そこで、ワーク搬送ロボット２１は、走行台２３により所定の加工モジュール５の前へと移動し、図３に示すようにワーク搬送ロボット２１の駆動によりワークＷの受渡しが行われる。
【００３１】  本実施形態では、加工機械ライン１の電源が落ちたような場合、あるいはワーク搬送ロボット２１がワークＷを把持した状態で加工機械ライン１の稼動を停止させるような場合などでも、チャック装置３９によるワークＷの把持が維持される。通常時は、油圧ポンプが駆動しているため、チャックシリンダ４０の収縮側加圧室４１３内の圧力が保たれている。油圧ポンプが停止してしまったとしも逆止弁によって作動油の排出は止められており、収縮側加圧室４１３内の圧力は保たれるようになっている。しかし、作動油の漏れを完全に止めることはできず、油圧ポンプの停止が長い時間になれば収縮側加圧室４１３内の圧力も低下することで、チャック爪４７によるワークＷの把持力が低下する。チャック爪４７は摩擦抵抗によってワーク４７を保持しているため、把持力低下により摩擦抵抗が下がり、ワークＷがズレたり落下してしまう。
【００３２】
この点、チャック装置３９は、油漏れによって収縮側加圧室４１３内の作動油が減少したとしても、保圧用スプリング５３が保圧用ピストン５２を押して漏れ出した作動油の分だけ保圧用加圧室４２６の容積を減少させている。そのため、収縮側加圧室４１３内の作動油がピストン４２に作用する圧力を一定に保ち、ワークＷを掴む一対のチャック爪４７の把持力が常に保たれている。従って、チャック装置３９は、ピストン４２内部の保圧部により、作動油の漏れが生じたとしても、ピストン４２を収縮方向に変位させる力、つまり一対のチャック爪４７がワークＷを把持する力を一定に保つことができる。
【００３３】
そして、本実施形態のチャックシリンダ４０は、ピストン４２の内部に保圧用ピストン５２を組み込むことで、保圧機能を備えつつ小型および軽量化できた。従って、チャック装置３９からなるロボットハンド２２を小型および軽量化することができ、遠くまで延びる片持ち支持のワーク搬送ロボット２１の先端部分にも搭載することが可能になった。コンパクト設計の加工機械ライン１では、加工モジュール５の内部カバー１３や搬送空間７０は狭いため、ワーク搬送ロボット２１を堅牢かつ大型なものとすることはできない。そうした要望に対応するように、チャック装置３９はワーク搬送ロボット２１を小型化することができ、しかもロボットハンド２２には２つのチャック装置３９を搭載することができた。
【００３４】  以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。  例えば、前記実施形態のチャック装置３９は、チャックシリンダ４０が収縮作動する場合にワークＷを把持するものであるが、伸長作動する場合にワークＷを把持する構成のチャック機構であれば、伸長側加圧室４１１が圧用加圧室４２６に連通する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３５】２１…ワーク搬送ロボット  ２２…ロボットハンド  ３９…ロボットハンド用チャック装置  ４０…チャックシリンダ  ４１…シリンダ本体  ４２…ロッド付きピストン  ５２…保圧用ピストン  ５３…保圧用スプリング     
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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