インデックスプランジャとは移動台などの可動部品の位置決めに用いられ、ピンの位置決めの割り出し用の穴またはV溝にはめあう機械要素部品である。

構造・用途・使用事例

構造

インデックスプランジャは、ノブの押し引きによって、その方向にピンが移動動作を行う。その外観と構造を図1に示す。

図1.インデックスプランジャ外観と構造

図1.インデックスプランジャ外観と構造
  • ノブを引けばピンが引っ込み、ノブを押せばピンが飛び出す動作が可能な構造となっている。
  • ノブの飛び出し動作は、ばねによるピンの押し出し機能が付加されている製品が多い。
  • ピンの直径サイズ、ピンの長さ、ノブ形状など、用途によって各種存在する。

図2.インデックスプランジャの動作

図2.インデックスプランジャの動作

用途

ステージなどの移動機構は移動動作と停止動作を繰り返して搬送作業を行う。位置決めのためにステージを所定の場所に停止する必要があり、それらを行う際にインデックスプランジャを用いる。

使用事例

移動ステージとして直線ステージと回転ステージにインデックスプランジャのピンを溝に入れて固定する事例を図3に示している。直線ステージの位置決めの事例は、ステージの移動台にインデックスプランジャを取り付けている。固定板には溝が加工された割り出し板が取付けられており、溝にプランジャのピンを抜き差しすることにより、その位置決めを可能としている。さらに、回転ステージの位置決めの事例は、固定側にインデックスプランジャを取り付けている。回転ステージの割り出し板には溝が加工されており、溝にプランジャのピンを抜き差しすることにより、その位置決めを可能としている。

図3.インデックスプランジャによる移動ステージの位置決め

図3.インデックスプランジャによる移動ステージの位置決め

選定ポイント

選定のポイントは下記の5点となる。

ピン先端形状の選定

インデックスプランジャのピン先端形状は、主に「球面」「テーパ面」があり、位置決めのための部品の形状に見合った形状で選定する。先端形状が「球面」の場合は位置決め用の相手部品にV溝加工を施す。また「テーパ面」の場合は相手部品に穴をあけて対応する。図4にテーパ面と球面に関する割り出し板の位置決め形状について示している。

図4.インデックスプランジャのピン先端形状と位置決め

先端形状 テーパ面 球面形状
位置決め前の状態
位置決め後の状態
内容
  • 穴上方向から接近したピンが、穴と嵌合し、穴とピンのすき間により位置決めを行う
  • 穴にピンの勘合を容易とするため、ピンの先端は、テーパ形状となっている
  • 位置決めの精度は、穴と軸のすき間で決まり、この隙間量のガタツキが発生する
  • ピンと穴のはめあい操作を容易とするため、穴の入り口を面取り構造とする
  • 割り出し板上方向から接近したピンが、V溝のセンター位置でV面に接触して停止する
  • ピンの先端とV溝の接触面にピンを軸方向に押し込む、インデックスプランジャ内のばねによる力が加わり、インデックスプランジャによるガタが発生しない構造となる

動作による選定

インデックスプランジャを用いた直線ステージの位置決めは、直線ステージの移動動作とインデックスプランジャの連動動作が必要となる。動作位置を保持する機能について表1に示す。

表1.リターンタイプとレストポジションタイプの特徴

動作 内容
リターンタイプ ノブを引くとピンが引っ込み、ノブを離すとピンが飛び出る構造なので、ピンを引っ込める場合、常にノブを引っ張っておかなければならない。
レストポジションタイプ ノブを引いた状態で、そのピンの位置が保持可能な構造で、ピンが引っ込んだ状態を保持したい場合はノブを回転させ、その引っ込み位置を保持する。この時、ノブから手を放してもその位置が保持可能である。ピンを出す場合、ノブの回転動作を行えば、内蔵するばねによって、ピンが飛び出る。

またその動作手順を図5に示す。

図5.インデックスプランジャの動作手順

図5.インデックスプランジャの動作手順
リターンタイプ
①通常は、ノーズが突き出た状態です。
②ノブを引くと、ノーズが引っ込みます。
③ノブを話すと、内蔵スプリングの力で、ノーズが突き出た状態に戻ります。
レストポジションタイプ
①通常は、ノーズが突き出た状態です。
②ノブを引くと、ノーズが引っ込みます。
③ノブを引いたまま90度回転させると、ノーズを引っ込めたままロックできます。
④ロックを解除するには、ノブをわずかに引きながら90度回転させます。
⑤ノブを話すと、内蔵スプリングの力で、ノーズが突き出た状態に戻ります。

形状他による選定

インデックスプランジャはユーザーの製作する移動台との連動動作が必要となるので下記の項目について、特徴のある構造の製品があり、ユーザーはその中から設計する機器に合わせた製品を選定する。

図.6インデックスプランジャの種類

取付形状 ねじ(ショート) フランジ ねじ ねじ ねじ
ノブ形状 標準(キノコ) 標準(キノコ) レバー 標準(キノコ) 標準(キノコ)
長さ 標準 標準 標準 ロング コンパクト
外観
(写真)
外観(写真) 外観(写真) 外観(写真) 外観(写真) 外観(写真)

穴による位置決め

インデックスプランジャのピンを穴にはめ合わせてその位置決めを行う場合、両部品のはめあい操作を容易とする目的で、ピンの先端の形状が複数あるが、穴の形状にも工夫が必要である。特にピンと穴のスキマを0.05mm以下とする場合、穴の入り口を0.5~1mmの面取り構造とすれば、そのはめあい動作が容易となる。

穴形状および荷重

インデックスプランジャを使用する際、ピンの移動方向と直角方向の荷重を支える使い方をする場合は、ピンのせん断荷重が、ピンの直角方向の支持すべき荷重以下であることを確認して使用する。

部品の位置決め法

機械装置における部品の位置出しは加工における工具と被加工物、測定における測定器と被測定部品など多くのプロセスで必要とされる。この位置決めの1つの方法としてインデックスプランジャを用いた方法を示した訳であるが、このほかにもその部品の位置決め法は存在する。図7に部品の位置決め法について代表的な方法を示す。

図.7位置決め法とその特徴

割り出し板
インデックスプランジャ
2辺3点基準押し付け 基準穴はめあい 2V溝1フラット面基準ピン
位置決め法 位置決め法 位置決め法 位置決め法
  • 割り出し板の基準穴(溝)を移動台の位置に転写して、移動台の位置決めを行う方法
  • この転写動作のキー部品がインデックスプランジャである
  • インデックスプランジャの基準軸(ノブ)は上下に移動することで基準穴からピンの出し入れ動作を行う
  • インデックスプランジャは、位置決めに使用し、移動台に作用する例えば、加工力(過大な力)を支えることはできない
  • 角形状の被位置決め部品の2辺を3ヶ所の基準に押し当て、当該部品の平面内の位置決めを行う方法
  • 固定規準板の3ヶ所の基準は、その硬度、形状精度を加味して鋼球を用いる
  • 被固定部品は基準となる対辺から基準に押し付ける動作を必要とする
  • 位置決めのセッティングを行う際、その上部と右部に取り付ける空間を確保する必要がある。
  • 被位置決め部品に加工された軸と固定基準の穴のはめあいで平面内で当該部品の位置決めを行う方法
  • 穴と軸のはめあい寸法が、小さい場合、その取付に技量を要する操作となる
  • 軸と穴は、加工が容易で、最も汎用的に使用される方法である
  • 被位置決め部品の3次元空間での位置を決める方法で、2ヶ所に配置したV溝と1ヶ所に配置したフラット面に球R形状の軸を押し当て、3本1セットで使用する
  • この3本のピンで。平面内での位置と高さ方向の位置を決める
  • 被位置決め部品は重力方向から取付け、取り外しを行う

最も汎用的に用いられる位置決めはその簡便さから穴と軸のはめあいである。ただしこの方法では、軸の回転方向の位置決めができないので、軸対称品の中心軸を合わせる場合には特に有効となる。角形状部品についてはその辺を用いたVフラット方式などがあり、機械装置に採用されている。

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