JP2004130453A - クランプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部電源の設置作業および外部配線作業をそれぞれ不要とすることが可能なクランプ装置を提供することにある。
【解決手段】回転駆動源６２により付勢・滅勢される圧油吸入・吐出手段１６を有するポンプ機構１８と、圧油が供給されることにより軸線方向に沿って変位するピストン１１２が設けられたシリンダ機構２０と、前記シリンダ機構２０によって駆動されるピストンロッド１１４の直線運動をクランプアーム１６０の回動動作に変換するトグルリンク機構１６２とを備え、前記ボディ部１２と反対側のポンプ機構１８の側部には、燃料電池からなる直流電源部２１が一体的に組み付けられて設けられる。
【選択図】図２
【解決手段】回転駆動源６２により付勢・滅勢される圧油吸入・吐出手段１６を有するポンプ機構１８と、圧油が供給されることにより軸線方向に沿って変位するピストン１１２が設けられたシリンダ機構２０と、前記シリンダ機構２０によって駆動されるピストンロッド１１４の直線運動をクランプアーム１６０の回動動作に変換するトグルリンク機構１６２とを備え、前記ボディ部１２と反対側のポンプ機構１８の側部には、燃料電池からなる直流電源部２１が一体的に組み付けられて設けられる。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動組立ライン等において、台車上に位置決めされて搬送されるワークをクランプすることが可能なクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、自動車の自動組立ラインでは、エンジン等のワークが台車によって搬送され、それぞれのステーションにおいて種々の加工工程または組立工程が行われている。
【０００３】
それぞれのステーションでは、ワークを治具に固定するために所定の位置に位置決めする必要があり、近年では、台車自体にクランプ装置を設けておき、ワークを台車にクランプしたままの状態で搬送し、それぞれのステーションにおいて台車のみの位置決めを行うようにした方式が採用されている。
【０００４】
この方式では、このクランプ装置を駆動させるための駆動源として、例えば、モータ等の回転駆動源が使用されている。
【０００５】
このクランプ装置では、ボディに一体的に設けられ、電気信号によって駆動される回転駆動源の回転駆動力がギヤ機構を介してボールねじへと伝達され、前記回転駆動力は、ボディの内部を回転することにより軸線方向に沿って変位するボールねじの直線運動へと変換される。そして、前記ボールねじの直線運動がナックルジョイントを介してトグルリンク機構へと伝達され、前記トグルリンク機構を構成する支持レバーの回動作用下にクランプアームが回動してワークをクランプしている。すなわち、回転駆動源の回転駆動力によってクランプアームのクランプ力が付勢されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３１０２２５号公報（第４〜５頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術に係るクランプ装置においては、回転駆動源を駆動させるために、直流または交流の電流を供給する直流電源または交流電源等が必要となり、前記クランプ装置の使用環境に応じて前記直流電源または交流電源等を設置することが困難な場合がある。
【０００８】
また、前記直流電源または交流電源等と回転駆動源との配線作業が煩雑である。
【０００９】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、外部電源の設置および外部配線作業をそれぞれ不要とすることが可能なクランプ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、回動するクランプアームによってワークを把持するクランプ装置であって、
本体部と、
前記本体部と一体的に組み付けられた内部直流電源と、
前記内部直流電源によって回転駆動する回転駆動源と、
前記回転駆動源の駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、
前記駆動力伝達手段によって伝達される直線運動をクランプアームの回動動作に変換するトグルリンク機構と、
を備え、
前記内部直流電源は、燃料電池からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、本体部と一体的に組み付けられ燃料電池からなる内部直流電源によって回転駆動源が回転される。前記回転駆動源の駆動力は、駆動力伝達手段を介してトグルリンク機構に伝達されてクランプアームの回転動作に変換され、前記クランプアームによってワークがクランプされる。
【００１２】
本発明では、燃料電池からなる内部直流電源を用いることにより、従来から使用されていた外部電源等が不要となり、設置環境に影響されることがなく利便性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るクランプ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１および図２において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るクランプ装置を示す。
【００１５】
このクランプ装置１０は、幅狭で扁平なボディ部１２と、前記ボディ部１２の側部に一体的に連結された回転駆動部１４と、前記回転駆動部１４の下部に設けられ、前記回転駆動部１４により付勢・滅勢される圧油吸入・吐出手段１６を有するポンプ機構（駆動力伝達手段）１８と、前記ボディ部１２の略中央部に設けられ、圧油が供給されることにより軸線方向に沿って変位するピストン１１２およびピストンロッド１１４（後述する）が設けられたシリンダ機構（駆動力伝達手段）２０と、前記ボディ部１２の内部に設けられ、前記圧油を所定量保持しておくアキュムレータ２２と、前記シリンダ機構２０によって駆動されるピストンロッド１１４の直線運動を後述するクランプアーム１６０の回動動作に変換するトグルリンク機構１６２（後述する）とを備える。
【００１６】
前記ボディ部１２と反対側のポンプ機構１８の側部には、燃料電池からなる直流電源部（内部直流電源）２１が一体的に組み付けられて設けられる。前記直流電源部２１の上部には、例えば、コントローラ等の外部機器（図示せず）から制御信号が導入され、リード線２３を介して後述する回転駆動源６２に制御信号を送給することにより前記回転駆動源６２を制御するインタフェース部２５が設けられる。
【００１７】
前記直流電源部２１は、例えば、固体高分子型燃料電池からなり、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、図示しない電解質・電極構造体およびセパレータを所定の数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【００１８】
前記直流電源部２１において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主として水素を含有するガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極へと移動する。その間に生じた電子は図示しない外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【００１９】
なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主として酸素を含有するガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。前記水は、例えば、燃料ガスの加湿用として、あるいは燃料電池の冷却用として利用される。
【００２０】
ボディ部１２は、幅狭で扁平な上部側ボディ２４と、前記上部側ボディ２４の下側にスペーサボディ２６を介して一体的に連結される扁平状の下部側ボディ２８と、前記下部側ボディ２８の下部に一体的に連結され、圧油が流通する第１および第２流体通路３０、３２が内部に形成されるエンドボディ３４と、前記エンドボディ３４と下部側ボディ２８との間に挟持される連結ボディ３６とからなる。なお、連結ボディ３６の上面には、上方に所定長だけ突出した突出部３８が形成され、下部側ボディ２８の略中央部に形成される貫通孔４０に挿入されている。なお、前記上部側ボディ２４の頂部には、後述するカバー部材４２が装着されている。
【００２１】
エンドボディ３４の側面には、外部に設けられる図示しない圧油供給源から図示しない配管を介して圧油が供給される充填口４４が形成され、前記充填口４４は、前記エンドボディ３４の内部に略水平に形成される供給通路４６と連通している。
【００２２】
なお、前記充填口４４には、圧油を供給した後に前記充填口４４を閉塞するように蓋部材４８が装着され、前記蓋部材４８によって前記充填口４４から圧油が外部に漏出することが防止される。
【００２３】
また、エンドボディ３４の内部の供給通路４６には、ポンプ機構１８側へ向かって略直交するように分岐し、前記ポンプ機構１８の後述する圧油充填室７０と連通する分岐通路５０が形成されている。
【００２４】
さらに、前記エンドボディ３４に形成される第１流体通路３０は、一方側がポンプ機構１８の後述する第１ポート８２に連通するとともに、他方側がシリンダ機構２０の後述する第１シリンダ室１１６に連通するように形成されている。
【００２５】
さらにまた、第２流体通路３２は、前記第１流体通路３０と所定間隔離間して略平行に設けられ、一方側がポンプ機構１８の後述する第２ポート８４に連通するとともに、他方側が下部側ボディ２８の内部を介してシリンダ機構２０の後述する第２シリンダ室１２０の側面に連通するように形成されている。
【００２６】
図５に示されるように、エンドボディ３４の内部に形成される第１および第２流体通路３０、３２は、前記第１および第２流体通路３０、３２に対して略直交するように設けられるバイパス通路５２によって連通されている。
【００２７】
前記バイパス通路５２の内部には、前記バイパス通路５２の軸線方向に沿って変位自在なシャトル弁５４が設けられている。前記シャトル弁５４は、バイパス通路５２の軸線に沿った略中央部に配設され、断面略Ｉ字状に形成される弁体５６と、前記バイパス通路５２の内径がテーパ状に縮径して形成される一組の着座部５８とからなる。前記弁体５６の着座部５８に対向する位置には、前記着座部５８と略同一角度に傾斜するテーパ面６０が設けられている。
【００２８】
すなわち、第１流体通路３０または第２流体通路３２のいずれか一方を流通する圧油の油圧が高い場合、前記圧油の圧力差によってシャトル弁５４が油圧の低い側へと押圧され、前記シャトル弁５４の変位作用下にそのテーパ面６０が着座部５８へと着座する。そのため、油圧の高い側の圧油が流通する流体通路から油圧の低い側の圧油が流通する流体通路側へと流通することがなく、バイパス通路５２を流通する圧油の連通を遮断することができる。また、前記バイパス通路５２の略中央部には、前記分岐通路５０が略直交するように連通している。
【００２９】
一方、シリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６と第２シリンダ室１２０とは、圧油が供給される容積が異なっている。詳細には、第１シリンダ室１１６に対して第２シリンダ室１２０は、常にピストンロッド１１４がその内部に挿通されている状態であるため、第１シリンダ室１１６と比較して、その容積は小さくなる。そのため、ポンプ機構１８から吐出され、第１流体通路３０を介して第１シリンダ室１１６に供給される際の圧油の流量と、第２流体通路３２を介して第２シリンダ室１２０に供給される際の圧油の流量とを調整する必要がある。
【００３０】
すなわち、第１流体通路３０に圧油が供給される際には、弁体５６が一方の着座部５８に着座することにより、第１シリンダ室１１６へと供給される圧油の油圧が保持されるとともに、第２流体通路３２に圧油が供給される際には、予め第２シリンダ室１２０の容積に基づいて設定された所定の油圧になるまで弁体５６が他方の着座部５８に着座することがないように設定しておくことにより、第２流体通路３２を流通する圧油の一部が弁開状態のシャトル弁５４を介して第１流体通路３０へと導出されるため、第２シリンダ室１２０へ供給される圧油の流量を調整することができる。
【００３１】
前記下部側ボディ２８の側部に一体的に設けられる回転駆動部１４は、例えば、ブラシレスモータ、ステップモータ等を含むＤＣモータからなり、直流電源によって回転駆動される回転駆動源６２を有する。前記回転駆動源６２の下部には駆動軸６４が下方へと突出するように設けられ、前記回転駆動源６２の回転作用下に一体的に回動する。
【００３２】
ポンプ機構１８は、図３に示されるように、前記回転駆動部１４の下部にスペーサ部材６６を介して一体的に連結され、エンドプレート６８によって密封された圧油充填室７０が内部に設けられたケーシング７２と、前記スペーサ部材６６の内部に配設されるカップリング部材７４を介して回転駆動源６２の駆動軸６４に同軸状に連結され、前記ケーシング７２の内部に設けられた圧油充填室７０を貫通する回転シャフト７６と、前記回転シャフト７６の回転作用下に該回転シャフト７６と一体的に回転する圧油吸入・吐出手段１６とを備える。
【００３３】
図４に示されるように、回転駆動源６２の駆動軸６４に近接する前記回転シャフト７６の一方は、ケーシング７２に並設された第１ベアリング７８および第２ベアリング８０によって回転自在に軸支され、前記回転シャフト７６の他方は、エンドプレート６８に配設された図示しないベアリングによって回転自在に軸支される。
【００３４】
また、エンドプレート６８には、前記圧油吸入・吐出手段１６によって吸入、吐出される圧油が流通する第１および第２ポート８２、８４が所定間隔離間してそれぞれ円弧状に形成されている（図５参照）。そして、前記第１および第２ポート８２、８４は、エンドボディ３４に形成される第１および第２流体通路３０、３２とそれぞれ連通している。
【００３５】
前記圧油吸入・吐出手段１６は、図４に示されるように、前記回転シャフト７６の中間部にスプライン嵌合されて該回転シャフト７６と一体的に回転するシリンダブロック８６と、前記シリンダブロック８６の周方向に沿って所定角度離間するように配置された複数の孔部８８と、前記回転シャフト７６の軸線と平行に変位自在に設けられ、前記シリンダブロック８６の孔部８８に沿って摺動する複数のポンプピストン９０と、前記シリンダブロック８６の下面に形成され、前記孔部８８と連通する圧油孔９１とを有する。
【００３６】
前記ポンプピストン９０には球状に形成された球面部９２と、内部側に向かって切り欠いて形成された凹部９４とが設けられる。前記ポンプピストン９０の凹部９４とシリンダブロック８６の孔部８８の底面との間にばね部材９６が介装され、前記ポンプピストン９０は、前記ばね部材９６のばね力によって、常時、上方に向かって付勢された状態にある。なお、前記シリンダブロック８６の孔部８８と前記ポンプピストン９０の凹部９４とによって閉塞された室９８が設けられ、前記室９８は、後述するように、圧油吸入室および圧油吐出室として機能する。
【００３７】
さらに、前記圧油吸入・吐出手段１６は、貫通孔１００を介して回転シャフト７６と非接触状態に設けられ、ケーシング７２に軸着された図示しないピンを介して傾動可能に設けられた傾斜部材１０２と、前記傾斜部材１０２の一部を下方側に向かって押圧するばね部材１０４とを有する。なお、前記傾斜部材１０２とばね部材１０４とは、吸入量・吐出量を調整する調整手段としても機能する。
【００３８】
前記傾斜部材１０２は、円板部１０６と、前記円板部１０６の底面に固着され前記複数のポンプピストン９０の球面部９２が係合する環状溝１０７を有する保持部１０８とを備え、前記ばね部材１０４のばね力によって水平面に対して所定角度だけ傾斜した状態に設定される。なお、前記環状溝１０７に対する前記球面部９２の摺動部分には、凹部９４に連通する連通路１０９を介して流通する圧油によって潤滑性が保持される。
【００３９】
下部側ボディ２８の略中央部には、軸線方向に沿った貫通孔４０が形成され、前記貫通孔４０の内部にはシリンダ機構２０が配設されている。
【００４０】
前記シリンダ機構２０は、貫通孔４０の内部を軸線方向に沿って挿通自在に設けられるピストン１１２と、一端部が前記ピストン１１２に一体的に連結され、他端部が後述するトグルリンク機構１６２側に臨む長尺状のピストンロッド１１４とからなる。
【００４１】
また、貫通孔４０の下方には、連結ボディ３６の所定長だけ上方に突出した突出部３８が挿入され、前記突出部３８とピストン１１２の下面との間に第１シリンダ室１１６が形成される。
【００４２】
同様に、貫通孔４０内におけるピストン１１２の上面と貫通孔４０の上部に挿入されるエンドブロック１１８の間に第２シリンダ室１２０が形成される。
【００４３】
前記第１シリンダ室１１６は、ポンプ機構１８の第１ポート８２と連通するとともに、連結ボディ３６およびエンドボディ３４の内部に形成される第１流体通路３０と連通し、前記第１流体通路３０を介して第１シリンダ室１１６の圧油が供給・排出される。
【００４４】
前記第２シリンダ室１２０は、ポンプ機構１８の第２ポート８４と連通するとともに、下部側ボディ２８、連結ボディ３６およびエンドボディ３４の内部に形成される第２流体通路３２と連通し、前記第２流体通路３２を介して第２シリンダ室１２０の圧油が供給・排出される。
【００４５】
さらに、前記ピストン１１２の外周面には、図３に示されるように、環状溝を介して一組のピストンパッキン１２２が第１シリンダ室１１６側および第２シリンダ室１２０側にそれぞれ装着され、前記ピストンパッキン１２２が貫通孔４０の内壁面に当接することにより第１シリンダ室１１６と第２シリンダ室１２０との液密性をそれぞれ保持している。また、ピストン１１２の軸線方向に沿った外周面の略中央部には、環状溝を介してウェアリング１２４が装着されている。
【００４６】
ピストン１１２の軸線に沿った略中央部には、長尺なピストンロッド１１４の下部側に形成される縮径部１２６が挿入され、前記ピストン１１２の下面より突出したピストンロッド１１４の一端部をナット１２８で螺合することによりピストン１１２と一体的に連結している。
【００４７】
前記ピストンロッド１１４は、貫通孔４０の上部に装着されたエンドブロック１１８の内部を挿通自在に設けられるとともに、スペーサボディ２６の孔部１３０に設けられたロッドパッキン１３２によって外周面が囲繞されている。その結果、第２シリンダ室１２０の内部の液密性が保持されている。
【００４８】
下部側ボディ２８の内部には、前記シリンダ機構２０より半径外方向に所定間隔離間して軸線方向に沿った孔部１３４が形成され、前記孔部１３４にはアキュムレータ２２が設けられている。前記アキュムレータ２２の内部には、エンドボディ３４の充填口４４より供給される圧油が供給通路４６を介して導入されて貯えられる。
【００４９】
前記アキュムレータ２２は、前記孔部１３４の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられるアキュムレータ用ピストン１３６と、前記孔部１３４の上部を閉塞する閉塞部材１３８と前記アキュムレータ用ピストン１３６の上面との間に介装され、ばね力の作用下に前記アキュムレータ用ピストン１３６を下方に付勢するスプリング１４０と、アキュムレータ用ピストン１３６の下面と孔部１３４とに囲繞され、エンドボディ３４の供給通路４６を介して圧油が充填される充填室１４２とを備える。なお、前記アキュムレータ用ピストン１３６の外周面には環状溝を介してシール部材１４４が装着されている。すなわち、前記アキュムレータ用ピストン１３６は、充填室１４２に導入される圧油の押圧作用下にスプリング１４０のばね力に抗して上方に変位する。
【００５０】
前記充填室１４２は、エンドボディ３４、連結ボディ３６および下部側ボディ２８に形成される供給通路４６と連通し、前記充填室１４２の下部には、連結ボディ３６と下部側ボディ２８との間に挟持されるように前記供給通路４６を流通する圧油を遮断自在なバルブ１４６が装着されている。
【００５１】
バルブ１４６は、連結ボディ３６および下部側ボディ２８側にそれぞれ装着され、内部に圧油が流通する連通路１４８が形成される接続部材１５０と、バルブ１４６の内部を軸線方向に変位自在に設けられる弁体１５２と、前記弁体１５２が着座することにより供給通路４６における圧油の流通が遮断される弁座部１５４と、前記接続部材１５０と弁体１５２との間に介装され、前記弁体１５２をそれぞれ接続部材１５０より離間する方向に付勢するばね部材１５６とを有する。
【００５２】
すなわち、エンドボディ３４側の供給通路４６から圧油が供給される際、前記圧油によって弁体１５２がばね部材１５６のばね力に抗して上方へと押圧される。そのため、前記圧油が連通路１４８を介してバルブ１４６の内部に導入され、さらに、前記バルブ１４６の内部より下部側ボディ２８側に装着された接続部材１５０の連通路１４８を介してアキュムレータ２２の充填室１４２へと充填される。
【００５３】
また、前記とは逆に、前記アキュムレータ２２の内部に充填された圧油が供給通路４６へと導出される際、前記圧油によって弁体１５２をばね部材１５６のばね力に抗して下方へと押圧することにより、前記圧油が前記下部側ボディ２８の供給通路４６から連通路１４８を介してバルブ１４６の内部へと導入される。そして、前記バルブ１４６の内部より連結ボディ３６側に装着された接続部材１５０の連通路１４８を介してエンドボディ３４の供給通路４６へと圧油が導出される。
【００５４】
前記ピストンロッド１１４の上部は、上部側ボディ２４の内部に挿通されるとともに、その他端部には、ナックルジョイント１５８を介して前記ピストンロッド１１４の直線運動をクランプアーム１６０の回動運動に変換するトグルリンク機構１６２が設けられる。
【００５５】
前記ナックルジョイント１５８は、ピストンロッド１１４の一端部に連結された断面略Ｔ字状のナックルピン１６４と、前記ナックルピン１６４の頭部が係合する二股部を有するナックルブロック１６６とから構成される。
【００５６】
なお、前記ナックルブロック１６６の上部には、上部側ボディ２４の開口部から僅かに突出するリリース用突起部１７０が一体的に形成されている。前記上部側ボディ２４には、例えば、ゴム等の可撓性材料によって形成されたカバー部材４２が装着され、前記カバー部材４２を介してリリース用突起部１７０を下部側に向かって押圧することにより、手動操作によってロック状態を解除することができる。
【００５７】
トグルリンク機構１６２は、図１に示されるように、第１ピン部材１７２を介してナックルブロック１６６の上部側に連結されるリンクプレート１７４と、上部側ボディ２４に形成された略円形状の一組の開口部（図示せず）にそれぞれ回動自在に軸支される支持レバー１７６とを有する。
【００５８】
前記リンクプレート１７４は、前記ナックルブロック１６６と支持レバー１７６との間に介装され、前記ナックルジョイント１５８と支持レバー１７６とをリンクする機能を有する。すなわち、前記リンクプレート１７４には、所定間隔離間する一組の孔部１７８ａ、１７８ｂが形成され、一方の孔部１７８ａに軸着される第１ピン部材１７２を介してナックルブロック１６６に連結され、他方の孔部１７８ｂに軸着される第２ピン部材１８０を介して支持レバー１７６に連結される。
【００５９】
支持レバー１７６は、ピストンロッド１１４の軸線と略直交する方向に突出して形成され、図示しない開口部を介して上部側ボディ２４から外部に露呈する断面矩形状の軸受部１８２を有する。前記軸受部１８２には、図示しないワークをクランプするためにクランプアーム１６０が着脱自在に装着される。この場合、前記支持レバー１７６はクランプアーム１６０と一体的に回動動作するように設けられている。
【００６０】
前記ピストンロッド１１４の直線運動は、ナックルジョイント１５８およびリンクプレート１７４を介して支持レバー１７６に伝達され、前記支持レバー１７６は上部側ボディ２４に形成された一組の開口部（図示せず）から突出する軸受部１８２を回動中心として所定角度だけ回動自在に設けられている。
【００６１】
上部側ボディ２４の内壁面には、ナックルブロック１６６を案内する図示しないガイド溝が上下方向に沿って延在するように形成されている。また、前記上部側ボディ２４の内壁面の上部には断面略半円状の凹部１８４が形成され、前記凹部１８４には、リンクプレート１７４の円弧状側面部に係合することにより回転するニードルローラ１８６が設けられている。このニードルローラ１８６は、上部側ボディ２４側に固定されたピン部材１８８と、前記ピン部材１８８を回動中心として所定方向に向かって回動するリング状のローラ１９０と、前記ピン部材１８８の外周面とローラ１９０の内周面との間の周方向に沿って配設された複数のニードル（図示せず）とから構成される。
【００６２】
ナックルブロック１６６にはドグ１９２を介して図示しない金属検出体が連結され、上部側の外部側面には、前記金属検出体の接近作用下にインピーダンスが変化することを利用して該金属検出体の位置を検知する図示しない一組のセンサが設けられる。前記金属検出体を図示しない一方のセンサによって検知することによりクランプアーム１６０の回動位置を検出することができる。
【００６３】
本発明の実施の形態に係るクランプ装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００６４】
先ず、図示しない固定手段を介してクランプ装置１０を所定位置に固定する。なお、以下の説明では、図２中の二点鎖線で示されるように、クランプアーム１６０のクランプ状態が解除されたアンクランプ状態を初期位置として説明する。
【００６５】
まず、図示しない圧油供給源が接続されるエンドボディ３４の充填口４４より供給通路４６を介して圧油がバルブ１４６を介してアキュムレータ２２の充填室１４２の内部へと充填される。
【００６６】
さらに、前記バルブ１４６、供給通路４６および分岐通路５０を介してポンプ機構１８の圧油充填室７０へと供給される。
【００６７】
前記のような準備作業を経た後、初期位置において、図示しない付勢手段を介して直流電源部２１を付勢し、回転駆動源６２に対して直流電源を供給することにより前記回転駆動源６２を回転駆動させる。回転駆動源６２の回転作用下に、駆動軸６４にカップリング部材７４を介して連結されたポンプ機構１８の回転シャフト７６が一体的に回転する。
【００６８】
そして、前記回転シャフト７６の回転作用下にスプライン嵌合されたシリンダブロック８６が一体的に回転し、シリンダブロック８６の孔部８８に変位自在に設けられるポンプピストン９０が回転シャフト７６を中心として回転するとともに、前記ポンプピストン９０の球面部９２が傾斜部材１０２の保持部１０８の環状溝１０７内に保持された状態でばね部材９６のばね力によって軸線方向に変位する。
【００６９】
その際、前記ポンプピストン９０と孔部８８とによって囲繞される室９８には、圧油が充填されているため、前記ポンプピストン９０が傾斜部材１０２による押圧作用下に最も下方である下死点まで変位した際、ポンプピストン９０の下方への変位作用下に室９８の内部に充填されていた圧油が圧油孔９１を介して第１ポート８２へと吐出される。
【００７０】
また、反対に、前記ポンプピストン９０がばね部材９６のばね力の作用下に最も上方である上死点まで変位した際、ポンプピストン９０の上方への変位作用下に圧油孔９１を介して室９８の内部に圧油が吸入される。
【００７１】
詳細には、前記ポンプピストン９０がエンドプレート６８に形成される第１ポート８２（図５参照）の上方に変位した際、前記ポンプピストン９０が傾斜部材１０２による押圧作用下に最も下方の下死点まで変位して室９８の内部に充填された圧油を圧油孔９１より吐出する。また、前記ポンプピストン９０が第２ポート８４（図５参照）の上方に変位した際、ポンプピストン９０が最も上方の上死点まで変位して室９８の内部に圧油孔９１より圧油を吸入する。すなわち、ポンプピストン９０は、回転シャフト７６の回転作用下に軸線方向に沿った変位を繰り返すことにより室９８の内部へ圧油の吸入・吐出を繰り返しながら、前記回転シャフト７６を中心として回転する。
【００７２】
そして、吐出手段であるポンプピストン９０によって吐出された圧油が、エンドプレート６８に形成された第１ポート８２を介して第１流体通路３０へと導出される。前記圧油は、エンドボディ３４および連結ボディ３６の第１流体通路３０を介してシリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６の内部へと供給される。そして、第１シリンダ室１１６に供給された圧油によってピストン１１２が上方へと押圧され、それに伴ってピストンロッド１１４が一体的に上昇する（図６参照）。
【００７３】
そして、前記ピストンロッド１１４の軸線方向に沿った変位動作は、ナックルジョイント１５８を介してトグルリンク機構１６２に伝達され、前記トグルリンク機構１６２を構成する支持レバー１７６の回動作用下にクランプアーム１６０の回転運動に変換される。
【００７４】
すなわち、ピストンロッド１１４の軸線方向に沿った変位動作によってナックルジョイント１５８およびリンクプレート１７４を上方に向かって押圧する力が作用する。前記リンクプレート１７４に対する押圧力は、第１ピン部材１７２を支点として該リンクプレート１７４を所定角度回動させるとともに、前記リンクプレート１７４のリンク作用下に支持レバー１７６を時計回りに回動させる。
【００７５】
従って、前記支持レバー１７６の軸受部１８２を支点としてクランプアーム１６０が所定角度回動することにより、該クランプアーム１６０がワークを把持するクランプ状態に至る。
【００７６】
前記クランプ状態では、シリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６への圧油の供給状態が継続されているため、クランプアーム１６０によってワークを把持するクランプ力が略一定に保持される。
【００７７】
また、シリンダ機構２０のピストン１１２が変位終端位置に到達する際、シリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６に供給される圧油の油圧が上昇する。その際、所定角度傾斜した状態にある傾斜部材１０２を上方に向かって押圧する力（油圧）が発生する。この場合、前記押圧力の作用下にばね部材９６のばね力に抗して前記傾斜部材１０２が図示しないピンを支点として傾動する。従って、傾斜部材１０２の傾斜角度が徐々に減少して略水平状態となることにより、前記圧油吸入・吐出手段１６から第１シリンダ室１１６への圧油の供給が停止される。そのため、第１シリンダ室１１６に供給される圧油の油圧が過度に上昇することが防止されるとともに、ポンプ機構１８およびシリンダ機構２０に対して過大な負荷が付与されることがない。
【００７８】
次に、前記クランプ状態を解除してアンクランプ状態とするためには、回転駆動源６２に対する電流の極性を逆転することにより、カップリング部材７４を介して駆動軸６４と連結されたポンプ機構１８の回転シャフト７６が前記とは逆方向に回動する。そのため、前記とは反対に、ポンプ機構１８のポンプピストン９０の変位作用下に第１流体通路３０側の圧油が吸入されるとともに、前記ポンプピストン９０の変位作用下に第２ポート８４を介して第２流体通路３２へと圧油が吐出される。
【００７９】
詳細には、エンドボディ３４、連結ボディ３６および下部側ボディ２８の第２流体通路３２へ吐出された圧油が、シリンダ機構２０の第２シリンダ室１２０の内部へと供給され、第２シリンダ室１２０の内部の油圧が上昇する。その際、第１シリンダ室１１６に導入されていた圧油が第１流体流路より排出され、ポンプ機構１８のポンプピストン９０による吸入作用下に圧油充填室７０の内部へと戻る。
【００８０】
そして、第２シリンダ室１２０に供給される圧油の押圧作用下にシリンダ機構２０のピストン１１２が下方へ変位し、前記ピストン１１２の変位作用下にピストンロッド１１４が下降することにより、前記トグルリンク機構１６２を介して連結されたクランプアーム１６０が図示しないワークから離間する方向に変位する。
【００８１】
以上のように、本実施の形態では、燃料電池からなる直流電源部２１をボディ部１２に一体的に組み付けて設けることにより、使用される環境において、外部電源を設置する設置作業が不要となり、あるいは充電式電池を充電する充電作業が不要となるとともに、前記外部電源と回転駆動源６２とを電気的に接続する外部配線作業が不要となる。
【００８２】
また、本実施の形態では、圧油を吸入・吐出するポンプ機構１８と、前記ポンプ機構１８を駆動する回転駆動源６２を下部側ボディ２８の側部に一体的に設けるとともに、供給された圧油を所定量だけ保持するアキュムレータ２２を下部側ボディ２８の内部に一体的に設けることができるため、ボディ部を小型化することができる。
【００８３】
さらに、回転駆動源６２の回転力をポンプ機構１８による圧油の送給力へと変換し、前記送給される圧油によってシリンダ機構２０によるピストンロッド１１４を軸線方向に沿って変位させているため、従来技術に係るクランプ装置において、回転駆動源６２の回転力を伝達するために設けられていたギヤ機構が不要となる。そのため、ギヤ機構およびその占有スペースが排除され、ボディ部の幅方向の寸法を薄肉化することができ、装置全体をより一層小型化することができる。
【００８４】
さらにまた、油圧によって駆動するシリンダ機構２０を介してクランプアーム１６０の回動動作を行っているため、回転駆動源６２への負荷が軽減され耐久性が向上するとともに、図示しないワークをクランプするクランプアーム１６０を油圧力によって駆動しているため、前記ワークをクランプするクランプ力を増大させることができる。
【００８５】
またさらに、ポンプ機構１８において、第１または第２シリンダ室１１６、１２０に供給される圧油の油圧が上昇すると、前記傾斜部材１０２が図示しないピンを支点として傾動し、傾斜部材１０２の傾斜角度が略水平状態となる。そのため、前記圧油吸入・吐出手段１６から第１または第２シリンダ室１１６、１２０への圧油の供給が停止される。その結果、ポンプ機構１８における圧力変動が緩和され、円滑な圧油の供給を遂行することができ、回転駆動源６２の回転駆動力を円滑且つ効率的にポンプ機構１８に伝達することができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００８７】
すなわち、内部直流電源として燃料電池を用いて本体部に一体的に組み付けて構成することにより、使用される環境において、外部電源を設置する設置作業が不要となるとともに、前記外部電源と回転駆動源とを電気的に接続する外部配線作業が不要となる。従って、設置環境等に影響されることなくクランプシリンダ装置を使用することができるとともに、利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプ装置の斜視図である。
【図２】図１に示すクランプ装置の軸線方向に沿った一部縦断面図である。
【図３】下部側ボディの内部の拡大縦断面図である。
【図４】図３におけるポンプ機構の拡大縦断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った横断面図である。
【図６】図１に示すクランプ装置の動作を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…クランプ装置 １２…ボディ部
１４…回転駆動部 １６…圧油吸入・吐出手段
１８…ポンプ機構 ２０…シリンダ機構
２１…直流電源部 ２２…アキュムレータ
２４…上部側ボディ ２５…インタフェース部
２６…スペーサボディ ２８…下部側ボディ
３０…第１流体通路 ３２…第２流体通路
３４…エンドボディ ３６…連結ボディ
４６…供給通路 ５０…分岐通路
５２…バイパス通路 ５４…シャトル弁
６２…回転駆動源 ６４…駆動軸
６６…スペーサ部材 ７０…圧油充填室
７４…カップリング部材 ７６…回転シャフト
８２…第１ポート ８４…第２ポート
９０…ポンプピストン ９２…球面部
９８…室 １０２…傾斜部材
１０６…円板部 １０８…保持部
１１２…ピストン １１４…ピストンロッド
１１６…第１シリンダ室 １２０…第２シリンダ室
１４２…充填室 １５８…ナックルジョイント
１６０…クランプアーム １６２…トグルリンク機構
１６４…ナックルピン １６６…ナックルブロック
１７４…リンクプレート １７６…支持レバー
１８２…軸受部 １８６…ニードルローラ
１９０…ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動組立ライン等において、台車上に位置決めされて搬送されるワークをクランプすることが可能なクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、自動車の自動組立ラインでは、エンジン等のワークが台車によって搬送され、それぞれのステーションにおいて種々の加工工程または組立工程が行われている。
【０００３】
それぞれのステーションでは、ワークを治具に固定するために所定の位置に位置決めする必要があり、近年では、台車自体にクランプ装置を設けておき、ワークを台車にクランプしたままの状態で搬送し、それぞれのステーションにおいて台車のみの位置決めを行うようにした方式が採用されている。
【０００４】
この方式では、このクランプ装置を駆動させるための駆動源として、例えば、モータ等の回転駆動源が使用されている。
【０００５】
このクランプ装置では、ボディに一体的に設けられ、電気信号によって駆動される回転駆動源の回転駆動力がギヤ機構を介してボールねじへと伝達され、前記回転駆動力は、ボディの内部を回転することにより軸線方向に沿って変位するボールねじの直線運動へと変換される。そして、前記ボールねじの直線運動がナックルジョイントを介してトグルリンク機構へと伝達され、前記トグルリンク機構を構成する支持レバーの回動作用下にクランプアームが回動してワークをクランプしている。すなわち、回転駆動源の回転駆動力によってクランプアームのクランプ力が付勢されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３１０２２５号公報（第４〜５頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術に係るクランプ装置においては、回転駆動源を駆動させるために、直流または交流の電流を供給する直流電源または交流電源等が必要となり、前記クランプ装置の使用環境に応じて前記直流電源または交流電源等を設置することが困難な場合がある。
【０００８】
また、前記直流電源または交流電源等と回転駆動源との配線作業が煩雑である。
【０００９】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、外部電源の設置および外部配線作業をそれぞれ不要とすることが可能なクランプ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、回動するクランプアームによってワークを把持するクランプ装置であって、
本体部と、
前記本体部と一体的に組み付けられた内部直流電源と、
前記内部直流電源によって回転駆動する回転駆動源と、
前記回転駆動源の駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、
前記駆動力伝達手段によって伝達される直線運動をクランプアームの回動動作に変換するトグルリンク機構と、
を備え、
前記内部直流電源は、燃料電池からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、本体部と一体的に組み付けられ燃料電池からなる内部直流電源によって回転駆動源が回転される。前記回転駆動源の駆動力は、駆動力伝達手段を介してトグルリンク機構に伝達されてクランプアームの回転動作に変換され、前記クランプアームによってワークがクランプされる。
【００１２】
本発明では、燃料電池からなる内部直流電源を用いることにより、従来から使用されていた外部電源等が不要となり、設置環境に影響されることがなく利便性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るクランプ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１および図２において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るクランプ装置を示す。
【００１５】
このクランプ装置１０は、幅狭で扁平なボディ部１２と、前記ボディ部１２の側部に一体的に連結された回転駆動部１４と、前記回転駆動部１４の下部に設けられ、前記回転駆動部１４により付勢・滅勢される圧油吸入・吐出手段１６を有するポンプ機構（駆動力伝達手段）１８と、前記ボディ部１２の略中央部に設けられ、圧油が供給されることにより軸線方向に沿って変位するピストン１１２およびピストンロッド１１４（後述する）が設けられたシリンダ機構（駆動力伝達手段）２０と、前記ボディ部１２の内部に設けられ、前記圧油を所定量保持しておくアキュムレータ２２と、前記シリンダ機構２０によって駆動されるピストンロッド１１４の直線運動を後述するクランプアーム１６０の回動動作に変換するトグルリンク機構１６２（後述する）とを備える。
【００１６】
前記ボディ部１２と反対側のポンプ機構１８の側部には、燃料電池からなる直流電源部（内部直流電源）２１が一体的に組み付けられて設けられる。前記直流電源部２１の上部には、例えば、コントローラ等の外部機器（図示せず）から制御信号が導入され、リード線２３を介して後述する回転駆動源６２に制御信号を送給することにより前記回転駆動源６２を制御するインタフェース部２５が設けられる。
【００１７】
前記直流電源部２１は、例えば、固体高分子型燃料電池からなり、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、図示しない電解質・電極構造体およびセパレータを所定の数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【００１８】
前記直流電源部２１において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主として水素を含有するガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極へと移動する。その間に生じた電子は図示しない外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【００１９】
なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主として酸素を含有するガスあるいは空気が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。前記水は、例えば、燃料ガスの加湿用として、あるいは燃料電池の冷却用として利用される。
【００２０】
ボディ部１２は、幅狭で扁平な上部側ボディ２４と、前記上部側ボディ２４の下側にスペーサボディ２６を介して一体的に連結される扁平状の下部側ボディ２８と、前記下部側ボディ２８の下部に一体的に連結され、圧油が流通する第１および第２流体通路３０、３２が内部に形成されるエンドボディ３４と、前記エンドボディ３４と下部側ボディ２８との間に挟持される連結ボディ３６とからなる。なお、連結ボディ３６の上面には、上方に所定長だけ突出した突出部３８が形成され、下部側ボディ２８の略中央部に形成される貫通孔４０に挿入されている。なお、前記上部側ボディ２４の頂部には、後述するカバー部材４２が装着されている。
【００２１】
エンドボディ３４の側面には、外部に設けられる図示しない圧油供給源から図示しない配管を介して圧油が供給される充填口４４が形成され、前記充填口４４は、前記エンドボディ３４の内部に略水平に形成される供給通路４６と連通している。
【００２２】
なお、前記充填口４４には、圧油を供給した後に前記充填口４４を閉塞するように蓋部材４８が装着され、前記蓋部材４８によって前記充填口４４から圧油が外部に漏出することが防止される。
【００２３】
また、エンドボディ３４の内部の供給通路４６には、ポンプ機構１８側へ向かって略直交するように分岐し、前記ポンプ機構１８の後述する圧油充填室７０と連通する分岐通路５０が形成されている。
【００２４】
さらに、前記エンドボディ３４に形成される第１流体通路３０は、一方側がポンプ機構１８の後述する第１ポート８２に連通するとともに、他方側がシリンダ機構２０の後述する第１シリンダ室１１６に連通するように形成されている。
【００２５】
さらにまた、第２流体通路３２は、前記第１流体通路３０と所定間隔離間して略平行に設けられ、一方側がポンプ機構１８の後述する第２ポート８４に連通するとともに、他方側が下部側ボディ２８の内部を介してシリンダ機構２０の後述する第２シリンダ室１２０の側面に連通するように形成されている。
【００２６】
図５に示されるように、エンドボディ３４の内部に形成される第１および第２流体通路３０、３２は、前記第１および第２流体通路３０、３２に対して略直交するように設けられるバイパス通路５２によって連通されている。
【００２７】
前記バイパス通路５２の内部には、前記バイパス通路５２の軸線方向に沿って変位自在なシャトル弁５４が設けられている。前記シャトル弁５４は、バイパス通路５２の軸線に沿った略中央部に配設され、断面略Ｉ字状に形成される弁体５６と、前記バイパス通路５２の内径がテーパ状に縮径して形成される一組の着座部５８とからなる。前記弁体５６の着座部５８に対向する位置には、前記着座部５８と略同一角度に傾斜するテーパ面６０が設けられている。
【００２８】
すなわち、第１流体通路３０または第２流体通路３２のいずれか一方を流通する圧油の油圧が高い場合、前記圧油の圧力差によってシャトル弁５４が油圧の低い側へと押圧され、前記シャトル弁５４の変位作用下にそのテーパ面６０が着座部５８へと着座する。そのため、油圧の高い側の圧油が流通する流体通路から油圧の低い側の圧油が流通する流体通路側へと流通することがなく、バイパス通路５２を流通する圧油の連通を遮断することができる。また、前記バイパス通路５２の略中央部には、前記分岐通路５０が略直交するように連通している。
【００２９】
一方、シリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６と第２シリンダ室１２０とは、圧油が供給される容積が異なっている。詳細には、第１シリンダ室１１６に対して第２シリンダ室１２０は、常にピストンロッド１１４がその内部に挿通されている状態であるため、第１シリンダ室１１６と比較して、その容積は小さくなる。そのため、ポンプ機構１８から吐出され、第１流体通路３０を介して第１シリンダ室１１６に供給される際の圧油の流量と、第２流体通路３２を介して第２シリンダ室１２０に供給される際の圧油の流量とを調整する必要がある。
【００３０】
すなわち、第１流体通路３０に圧油が供給される際には、弁体５６が一方の着座部５８に着座することにより、第１シリンダ室１１６へと供給される圧油の油圧が保持されるとともに、第２流体通路３２に圧油が供給される際には、予め第２シリンダ室１２０の容積に基づいて設定された所定の油圧になるまで弁体５６が他方の着座部５８に着座することがないように設定しておくことにより、第２流体通路３２を流通する圧油の一部が弁開状態のシャトル弁５４を介して第１流体通路３０へと導出されるため、第２シリンダ室１２０へ供給される圧油の流量を調整することができる。
【００３１】
前記下部側ボディ２８の側部に一体的に設けられる回転駆動部１４は、例えば、ブラシレスモータ、ステップモータ等を含むＤＣモータからなり、直流電源によって回転駆動される回転駆動源６２を有する。前記回転駆動源６２の下部には駆動軸６４が下方へと突出するように設けられ、前記回転駆動源６２の回転作用下に一体的に回動する。
【００３２】
ポンプ機構１８は、図３に示されるように、前記回転駆動部１４の下部にスペーサ部材６６を介して一体的に連結され、エンドプレート６８によって密封された圧油充填室７０が内部に設けられたケーシング７２と、前記スペーサ部材６６の内部に配設されるカップリング部材７４を介して回転駆動源６２の駆動軸６４に同軸状に連結され、前記ケーシング７２の内部に設けられた圧油充填室７０を貫通する回転シャフト７６と、前記回転シャフト７６の回転作用下に該回転シャフト７６と一体的に回転する圧油吸入・吐出手段１６とを備える。
【００３３】
図４に示されるように、回転駆動源６２の駆動軸６４に近接する前記回転シャフト７６の一方は、ケーシング７２に並設された第１ベアリング７８および第２ベアリング８０によって回転自在に軸支され、前記回転シャフト７６の他方は、エンドプレート６８に配設された図示しないベアリングによって回転自在に軸支される。
【００３４】
また、エンドプレート６８には、前記圧油吸入・吐出手段１６によって吸入、吐出される圧油が流通する第１および第２ポート８２、８４が所定間隔離間してそれぞれ円弧状に形成されている（図５参照）。そして、前記第１および第２ポート８２、８４は、エンドボディ３４に形成される第１および第２流体通路３０、３２とそれぞれ連通している。
【００３５】
前記圧油吸入・吐出手段１６は、図４に示されるように、前記回転シャフト７６の中間部にスプライン嵌合されて該回転シャフト７６と一体的に回転するシリンダブロック８６と、前記シリンダブロック８６の周方向に沿って所定角度離間するように配置された複数の孔部８８と、前記回転シャフト７６の軸線と平行に変位自在に設けられ、前記シリンダブロック８６の孔部８８に沿って摺動する複数のポンプピストン９０と、前記シリンダブロック８６の下面に形成され、前記孔部８８と連通する圧油孔９１とを有する。
【００３６】
前記ポンプピストン９０には球状に形成された球面部９２と、内部側に向かって切り欠いて形成された凹部９４とが設けられる。前記ポンプピストン９０の凹部９４とシリンダブロック８６の孔部８８の底面との間にばね部材９６が介装され、前記ポンプピストン９０は、前記ばね部材９６のばね力によって、常時、上方に向かって付勢された状態にある。なお、前記シリンダブロック８６の孔部８８と前記ポンプピストン９０の凹部９４とによって閉塞された室９８が設けられ、前記室９８は、後述するように、圧油吸入室および圧油吐出室として機能する。
【００３７】
さらに、前記圧油吸入・吐出手段１６は、貫通孔１００を介して回転シャフト７６と非接触状態に設けられ、ケーシング７２に軸着された図示しないピンを介して傾動可能に設けられた傾斜部材１０２と、前記傾斜部材１０２の一部を下方側に向かって押圧するばね部材１０４とを有する。なお、前記傾斜部材１０２とばね部材１０４とは、吸入量・吐出量を調整する調整手段としても機能する。
【００３８】
前記傾斜部材１０２は、円板部１０６と、前記円板部１０６の底面に固着され前記複数のポンプピストン９０の球面部９２が係合する環状溝１０７を有する保持部１０８とを備え、前記ばね部材１０４のばね力によって水平面に対して所定角度だけ傾斜した状態に設定される。なお、前記環状溝１０７に対する前記球面部９２の摺動部分には、凹部９４に連通する連通路１０９を介して流通する圧油によって潤滑性が保持される。
【００３９】
下部側ボディ２８の略中央部には、軸線方向に沿った貫通孔４０が形成され、前記貫通孔４０の内部にはシリンダ機構２０が配設されている。
【００４０】
前記シリンダ機構２０は、貫通孔４０の内部を軸線方向に沿って挿通自在に設けられるピストン１１２と、一端部が前記ピストン１１２に一体的に連結され、他端部が後述するトグルリンク機構１６２側に臨む長尺状のピストンロッド１１４とからなる。
【００４１】
また、貫通孔４０の下方には、連結ボディ３６の所定長だけ上方に突出した突出部３８が挿入され、前記突出部３８とピストン１１２の下面との間に第１シリンダ室１１６が形成される。
【００４２】
同様に、貫通孔４０内におけるピストン１１２の上面と貫通孔４０の上部に挿入されるエンドブロック１１８の間に第２シリンダ室１２０が形成される。
【００４３】
前記第１シリンダ室１１６は、ポンプ機構１８の第１ポート８２と連通するとともに、連結ボディ３６およびエンドボディ３４の内部に形成される第１流体通路３０と連通し、前記第１流体通路３０を介して第１シリンダ室１１６の圧油が供給・排出される。
【００４４】
前記第２シリンダ室１２０は、ポンプ機構１８の第２ポート８４と連通するとともに、下部側ボディ２８、連結ボディ３６およびエンドボディ３４の内部に形成される第２流体通路３２と連通し、前記第２流体通路３２を介して第２シリンダ室１２０の圧油が供給・排出される。
【００４５】
さらに、前記ピストン１１２の外周面には、図３に示されるように、環状溝を介して一組のピストンパッキン１２２が第１シリンダ室１１６側および第２シリンダ室１２０側にそれぞれ装着され、前記ピストンパッキン１２２が貫通孔４０の内壁面に当接することにより第１シリンダ室１１６と第２シリンダ室１２０との液密性をそれぞれ保持している。また、ピストン１１２の軸線方向に沿った外周面の略中央部には、環状溝を介してウェアリング１２４が装着されている。
【００４６】
ピストン１１２の軸線に沿った略中央部には、長尺なピストンロッド１１４の下部側に形成される縮径部１２６が挿入され、前記ピストン１１２の下面より突出したピストンロッド１１４の一端部をナット１２８で螺合することによりピストン１１２と一体的に連結している。
【００４７】
前記ピストンロッド１１４は、貫通孔４０の上部に装着されたエンドブロック１１８の内部を挿通自在に設けられるとともに、スペーサボディ２６の孔部１３０に設けられたロッドパッキン１３２によって外周面が囲繞されている。その結果、第２シリンダ室１２０の内部の液密性が保持されている。
【００４８】
下部側ボディ２８の内部には、前記シリンダ機構２０より半径外方向に所定間隔離間して軸線方向に沿った孔部１３４が形成され、前記孔部１３４にはアキュムレータ２２が設けられている。前記アキュムレータ２２の内部には、エンドボディ３４の充填口４４より供給される圧油が供給通路４６を介して導入されて貯えられる。
【００４９】
前記アキュムレータ２２は、前記孔部１３４の内部を軸線方向に沿って変位自在に設けられるアキュムレータ用ピストン１３６と、前記孔部１３４の上部を閉塞する閉塞部材１３８と前記アキュムレータ用ピストン１３６の上面との間に介装され、ばね力の作用下に前記アキュムレータ用ピストン１３６を下方に付勢するスプリング１４０と、アキュムレータ用ピストン１３６の下面と孔部１３４とに囲繞され、エンドボディ３４の供給通路４６を介して圧油が充填される充填室１４２とを備える。なお、前記アキュムレータ用ピストン１３６の外周面には環状溝を介してシール部材１４４が装着されている。すなわち、前記アキュムレータ用ピストン１３６は、充填室１４２に導入される圧油の押圧作用下にスプリング１４０のばね力に抗して上方に変位する。
【００５０】
前記充填室１４２は、エンドボディ３４、連結ボディ３６および下部側ボディ２８に形成される供給通路４６と連通し、前記充填室１４２の下部には、連結ボディ３６と下部側ボディ２８との間に挟持されるように前記供給通路４６を流通する圧油を遮断自在なバルブ１４６が装着されている。
【００５１】
バルブ１４６は、連結ボディ３６および下部側ボディ２８側にそれぞれ装着され、内部に圧油が流通する連通路１４８が形成される接続部材１５０と、バルブ１４６の内部を軸線方向に変位自在に設けられる弁体１５２と、前記弁体１５２が着座することにより供給通路４６における圧油の流通が遮断される弁座部１５４と、前記接続部材１５０と弁体１５２との間に介装され、前記弁体１５２をそれぞれ接続部材１５０より離間する方向に付勢するばね部材１５６とを有する。
【００５２】
すなわち、エンドボディ３４側の供給通路４６から圧油が供給される際、前記圧油によって弁体１５２がばね部材１５６のばね力に抗して上方へと押圧される。そのため、前記圧油が連通路１４８を介してバルブ１４６の内部に導入され、さらに、前記バルブ１４６の内部より下部側ボディ２８側に装着された接続部材１５０の連通路１４８を介してアキュムレータ２２の充填室１４２へと充填される。
【００５３】
また、前記とは逆に、前記アキュムレータ２２の内部に充填された圧油が供給通路４６へと導出される際、前記圧油によって弁体１５２をばね部材１５６のばね力に抗して下方へと押圧することにより、前記圧油が前記下部側ボディ２８の供給通路４６から連通路１４８を介してバルブ１４６の内部へと導入される。そして、前記バルブ１４６の内部より連結ボディ３６側に装着された接続部材１５０の連通路１４８を介してエンドボディ３４の供給通路４６へと圧油が導出される。
【００５４】
前記ピストンロッド１１４の上部は、上部側ボディ２４の内部に挿通されるとともに、その他端部には、ナックルジョイント１５８を介して前記ピストンロッド１１４の直線運動をクランプアーム１６０の回動運動に変換するトグルリンク機構１６２が設けられる。
【００５５】
前記ナックルジョイント１５８は、ピストンロッド１１４の一端部に連結された断面略Ｔ字状のナックルピン１６４と、前記ナックルピン１６４の頭部が係合する二股部を有するナックルブロック１６６とから構成される。
【００５６】
なお、前記ナックルブロック１６６の上部には、上部側ボディ２４の開口部から僅かに突出するリリース用突起部１７０が一体的に形成されている。前記上部側ボディ２４には、例えば、ゴム等の可撓性材料によって形成されたカバー部材４２が装着され、前記カバー部材４２を介してリリース用突起部１７０を下部側に向かって押圧することにより、手動操作によってロック状態を解除することができる。
【００５７】
トグルリンク機構１６２は、図１に示されるように、第１ピン部材１７２を介してナックルブロック１６６の上部側に連結されるリンクプレート１７４と、上部側ボディ２４に形成された略円形状の一組の開口部（図示せず）にそれぞれ回動自在に軸支される支持レバー１７６とを有する。
【００５８】
前記リンクプレート１７４は、前記ナックルブロック１６６と支持レバー１７６との間に介装され、前記ナックルジョイント１５８と支持レバー１７６とをリンクする機能を有する。すなわち、前記リンクプレート１７４には、所定間隔離間する一組の孔部１７８ａ、１７８ｂが形成され、一方の孔部１７８ａに軸着される第１ピン部材１７２を介してナックルブロック１６６に連結され、他方の孔部１７８ｂに軸着される第２ピン部材１８０を介して支持レバー１７６に連結される。
【００５９】
支持レバー１７６は、ピストンロッド１１４の軸線と略直交する方向に突出して形成され、図示しない開口部を介して上部側ボディ２４から外部に露呈する断面矩形状の軸受部１８２を有する。前記軸受部１８２には、図示しないワークをクランプするためにクランプアーム１６０が着脱自在に装着される。この場合、前記支持レバー１７６はクランプアーム１６０と一体的に回動動作するように設けられている。
【００６０】
前記ピストンロッド１１４の直線運動は、ナックルジョイント１５８およびリンクプレート１７４を介して支持レバー１７６に伝達され、前記支持レバー１７６は上部側ボディ２４に形成された一組の開口部（図示せず）から突出する軸受部１８２を回動中心として所定角度だけ回動自在に設けられている。
【００６１】
上部側ボディ２４の内壁面には、ナックルブロック１６６を案内する図示しないガイド溝が上下方向に沿って延在するように形成されている。また、前記上部側ボディ２４の内壁面の上部には断面略半円状の凹部１８４が形成され、前記凹部１８４には、リンクプレート１７４の円弧状側面部に係合することにより回転するニードルローラ１８６が設けられている。このニードルローラ１８６は、上部側ボディ２４側に固定されたピン部材１８８と、前記ピン部材１８８を回動中心として所定方向に向かって回動するリング状のローラ１９０と、前記ピン部材１８８の外周面とローラ１９０の内周面との間の周方向に沿って配設された複数のニードル（図示せず）とから構成される。
【００６２】
ナックルブロック１６６にはドグ１９２を介して図示しない金属検出体が連結され、上部側の外部側面には、前記金属検出体の接近作用下にインピーダンスが変化することを利用して該金属検出体の位置を検知する図示しない一組のセンサが設けられる。前記金属検出体を図示しない一方のセンサによって検知することによりクランプアーム１６０の回動位置を検出することができる。
【００６３】
本発明の実施の形態に係るクランプ装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００６４】
先ず、図示しない固定手段を介してクランプ装置１０を所定位置に固定する。なお、以下の説明では、図２中の二点鎖線で示されるように、クランプアーム１６０のクランプ状態が解除されたアンクランプ状態を初期位置として説明する。
【００６５】
まず、図示しない圧油供給源が接続されるエンドボディ３４の充填口４４より供給通路４６を介して圧油がバルブ１４６を介してアキュムレータ２２の充填室１４２の内部へと充填される。
【００６６】
さらに、前記バルブ１４６、供給通路４６および分岐通路５０を介してポンプ機構１８の圧油充填室７０へと供給される。
【００６７】
前記のような準備作業を経た後、初期位置において、図示しない付勢手段を介して直流電源部２１を付勢し、回転駆動源６２に対して直流電源を供給することにより前記回転駆動源６２を回転駆動させる。回転駆動源６２の回転作用下に、駆動軸６４にカップリング部材７４を介して連結されたポンプ機構１８の回転シャフト７６が一体的に回転する。
【００６８】
そして、前記回転シャフト７６の回転作用下にスプライン嵌合されたシリンダブロック８６が一体的に回転し、シリンダブロック８６の孔部８８に変位自在に設けられるポンプピストン９０が回転シャフト７６を中心として回転するとともに、前記ポンプピストン９０の球面部９２が傾斜部材１０２の保持部１０８の環状溝１０７内に保持された状態でばね部材９６のばね力によって軸線方向に変位する。
【００６９】
その際、前記ポンプピストン９０と孔部８８とによって囲繞される室９８には、圧油が充填されているため、前記ポンプピストン９０が傾斜部材１０２による押圧作用下に最も下方である下死点まで変位した際、ポンプピストン９０の下方への変位作用下に室９８の内部に充填されていた圧油が圧油孔９１を介して第１ポート８２へと吐出される。
【００７０】
また、反対に、前記ポンプピストン９０がばね部材９６のばね力の作用下に最も上方である上死点まで変位した際、ポンプピストン９０の上方への変位作用下に圧油孔９１を介して室９８の内部に圧油が吸入される。
【００７１】
詳細には、前記ポンプピストン９０がエンドプレート６８に形成される第１ポート８２（図５参照）の上方に変位した際、前記ポンプピストン９０が傾斜部材１０２による押圧作用下に最も下方の下死点まで変位して室９８の内部に充填された圧油を圧油孔９１より吐出する。また、前記ポンプピストン９０が第２ポート８４（図５参照）の上方に変位した際、ポンプピストン９０が最も上方の上死点まで変位して室９８の内部に圧油孔９１より圧油を吸入する。すなわち、ポンプピストン９０は、回転シャフト７６の回転作用下に軸線方向に沿った変位を繰り返すことにより室９８の内部へ圧油の吸入・吐出を繰り返しながら、前記回転シャフト７６を中心として回転する。
【００７２】
そして、吐出手段であるポンプピストン９０によって吐出された圧油が、エンドプレート６８に形成された第１ポート８２を介して第１流体通路３０へと導出される。前記圧油は、エンドボディ３４および連結ボディ３６の第１流体通路３０を介してシリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６の内部へと供給される。そして、第１シリンダ室１１６に供給された圧油によってピストン１１２が上方へと押圧され、それに伴ってピストンロッド１１４が一体的に上昇する（図６参照）。
【００７３】
そして、前記ピストンロッド１１４の軸線方向に沿った変位動作は、ナックルジョイント１５８を介してトグルリンク機構１６２に伝達され、前記トグルリンク機構１６２を構成する支持レバー１７６の回動作用下にクランプアーム１６０の回転運動に変換される。
【００７４】
すなわち、ピストンロッド１１４の軸線方向に沿った変位動作によってナックルジョイント１５８およびリンクプレート１７４を上方に向かって押圧する力が作用する。前記リンクプレート１７４に対する押圧力は、第１ピン部材１７２を支点として該リンクプレート１７４を所定角度回動させるとともに、前記リンクプレート１７４のリンク作用下に支持レバー１７６を時計回りに回動させる。
【００７５】
従って、前記支持レバー１７６の軸受部１８２を支点としてクランプアーム１６０が所定角度回動することにより、該クランプアーム１６０がワークを把持するクランプ状態に至る。
【００７６】
前記クランプ状態では、シリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６への圧油の供給状態が継続されているため、クランプアーム１６０によってワークを把持するクランプ力が略一定に保持される。
【００７７】
また、シリンダ機構２０のピストン１１２が変位終端位置に到達する際、シリンダ機構２０の第１シリンダ室１１６に供給される圧油の油圧が上昇する。その際、所定角度傾斜した状態にある傾斜部材１０２を上方に向かって押圧する力（油圧）が発生する。この場合、前記押圧力の作用下にばね部材９６のばね力に抗して前記傾斜部材１０２が図示しないピンを支点として傾動する。従って、傾斜部材１０２の傾斜角度が徐々に減少して略水平状態となることにより、前記圧油吸入・吐出手段１６から第１シリンダ室１１６への圧油の供給が停止される。そのため、第１シリンダ室１１６に供給される圧油の油圧が過度に上昇することが防止されるとともに、ポンプ機構１８およびシリンダ機構２０に対して過大な負荷が付与されることがない。
【００７８】
次に、前記クランプ状態を解除してアンクランプ状態とするためには、回転駆動源６２に対する電流の極性を逆転することにより、カップリング部材７４を介して駆動軸６４と連結されたポンプ機構１８の回転シャフト７６が前記とは逆方向に回動する。そのため、前記とは反対に、ポンプ機構１８のポンプピストン９０の変位作用下に第１流体通路３０側の圧油が吸入されるとともに、前記ポンプピストン９０の変位作用下に第２ポート８４を介して第２流体通路３２へと圧油が吐出される。
【００７９】
詳細には、エンドボディ３４、連結ボディ３６および下部側ボディ２８の第２流体通路３２へ吐出された圧油が、シリンダ機構２０の第２シリンダ室１２０の内部へと供給され、第２シリンダ室１２０の内部の油圧が上昇する。その際、第１シリンダ室１１６に導入されていた圧油が第１流体流路より排出され、ポンプ機構１８のポンプピストン９０による吸入作用下に圧油充填室７０の内部へと戻る。
【００８０】
そして、第２シリンダ室１２０に供給される圧油の押圧作用下にシリンダ機構２０のピストン１１２が下方へ変位し、前記ピストン１１２の変位作用下にピストンロッド１１４が下降することにより、前記トグルリンク機構１６２を介して連結されたクランプアーム１６０が図示しないワークから離間する方向に変位する。
【００８１】
以上のように、本実施の形態では、燃料電池からなる直流電源部２１をボディ部１２に一体的に組み付けて設けることにより、使用される環境において、外部電源を設置する設置作業が不要となり、あるいは充電式電池を充電する充電作業が不要となるとともに、前記外部電源と回転駆動源６２とを電気的に接続する外部配線作業が不要となる。
【００８２】
また、本実施の形態では、圧油を吸入・吐出するポンプ機構１８と、前記ポンプ機構１８を駆動する回転駆動源６２を下部側ボディ２８の側部に一体的に設けるとともに、供給された圧油を所定量だけ保持するアキュムレータ２２を下部側ボディ２８の内部に一体的に設けることができるため、ボディ部を小型化することができる。
【００８３】
さらに、回転駆動源６２の回転力をポンプ機構１８による圧油の送給力へと変換し、前記送給される圧油によってシリンダ機構２０によるピストンロッド１１４を軸線方向に沿って変位させているため、従来技術に係るクランプ装置において、回転駆動源６２の回転力を伝達するために設けられていたギヤ機構が不要となる。そのため、ギヤ機構およびその占有スペースが排除され、ボディ部の幅方向の寸法を薄肉化することができ、装置全体をより一層小型化することができる。
【００８４】
さらにまた、油圧によって駆動するシリンダ機構２０を介してクランプアーム１６０の回動動作を行っているため、回転駆動源６２への負荷が軽減され耐久性が向上するとともに、図示しないワークをクランプするクランプアーム１６０を油圧力によって駆動しているため、前記ワークをクランプするクランプ力を増大させることができる。
【００８５】
またさらに、ポンプ機構１８において、第１または第２シリンダ室１１６、１２０に供給される圧油の油圧が上昇すると、前記傾斜部材１０２が図示しないピンを支点として傾動し、傾斜部材１０２の傾斜角度が略水平状態となる。そのため、前記圧油吸入・吐出手段１６から第１または第２シリンダ室１１６、１２０への圧油の供給が停止される。その結果、ポンプ機構１８における圧力変動が緩和され、円滑な圧油の供給を遂行することができ、回転駆動源６２の回転駆動力を円滑且つ効率的にポンプ機構１８に伝達することができる。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００８７】
すなわち、内部直流電源として燃料電池を用いて本体部に一体的に組み付けて構成することにより、使用される環境において、外部電源を設置する設置作業が不要となるとともに、前記外部電源と回転駆動源とを電気的に接続する外部配線作業が不要となる。従って、設置環境等に影響されることなくクランプシリンダ装置を使用することができるとともに、利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプ装置の斜視図である。
【図２】図１に示すクランプ装置の軸線方向に沿った一部縦断面図である。
【図３】下部側ボディの内部の拡大縦断面図である。
【図４】図３におけるポンプ機構の拡大縦断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った横断面図である。
【図６】図１に示すクランプ装置の動作を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…クランプ装置 １２…ボディ部
１４…回転駆動部 １６…圧油吸入・吐出手段
１８…ポンプ機構 ２０…シリンダ機構
２１…直流電源部 ２２…アキュムレータ
２４…上部側ボディ ２５…インタフェース部
２６…スペーサボディ ２８…下部側ボディ
３０…第１流体通路 ３２…第２流体通路
３４…エンドボディ ３６…連結ボディ
４６…供給通路 ５０…分岐通路
５２…バイパス通路 ５４…シャトル弁
６２…回転駆動源 ６４…駆動軸
６６…スペーサ部材 ７０…圧油充填室
７４…カップリング部材 ７６…回転シャフト
８２…第１ポート ８４…第２ポート
９０…ポンプピストン ９２…球面部
９８…室 １０２…傾斜部材
１０６…円板部 １０８…保持部
１１２…ピストン １１４…ピストンロッド
１１６…第１シリンダ室 １２０…第２シリンダ室
１４２…充填室 １５８…ナックルジョイント
１６０…クランプアーム １６２…トグルリンク機構
１６４…ナックルピン １６６…ナックルブロック
１７４…リンクプレート １７６…支持レバー
１８２…軸受部 １８６…ニードルローラ
１９０…ローラ
Claims (1)
- 回動するクランプアームによってワークを把持するクランプ装置であって、
本体部と、
前記本体部と一体的に組み付けられた内部直流電源と、
前記内部直流電源によって回転駆動する回転駆動源と、
前記回転駆動源の駆動力を伝達する駆動力伝達手段と、
前記駆動力伝達手段によって伝達される直線運動をクランプアームの回動動作に変換するトグルリンク機構と、
を備え、
前記内部直流電源は、燃料電池からなることを特徴とするクランプ装置。
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-
2002
- 2002-10-10 JP JP2002297989A patent/JP2004130453A/ja active Pending
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