JP2004223662A - バネロック式クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バネによって強力にロックするバネ式クランプ装置を提供する。
【解決手段】ハウジング３に環状ピストン５を保密状に挿入し、そのピストン５に出力ロッド８を保密状に挿入する。そのピストン５の下側のバネ１４が上記ピストン５を上方へロック移動させ、上記ピストン５の上側に形成したリリース室１２の圧油が上記ピストン５を下方へリリース移動させる。上記ピストン５の上面に押圧面３８を設け、上記リリース室１２の周壁の内周に上向きに狭まる第１テーパ面４１を設け、前記の出力ロッド８の外周に下向きに狭まる第２テーパ面５２を設ける。上記の押圧面３８と第１テーパ面４１と第２テーパ面５２との間に複数のボール５５を周方向へ間隔をあけて挿入する。これにより、前記のバネ１４が上記ピストン５を上方へロック移動させるときに、そのピストン５の移動ストロークよりも上記の出力ロッド８の移動ストロークを大きくする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、バネの付勢力によってロックする形式のクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のクランプ装置には、例えば、日本国・特開平１０−２７７８５８号公報に記載されたものがある。
上記の従来技術は、ロック駆動時に、複数枚の皿バネからなる圧縮バネが、複数のボールを係合解除位置から係合位置へ移動させて、その後、上記の圧縮バネが上記の係合位置のボールを介して挿入ピンを軸心方向へロック駆動するように構成したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の圧縮バネの付勢力は全圧縮したときが最大であり、そのバネが伸張するにつれて上記の付勢力が低下していく。
このため、上記の従来技術では、上記ボールを係合解除位置から係合位置へ移動させる空走ストロークだけ圧縮バネの付勢力が低下する。その結果、ロック駆動時の付勢力が小さくなって、ロック力が小さくなる。この問題は、上記の空走ストロークが大きい形式のクランプ装置ほど顕著な弊害となって現れる。
本発明の目的は、強力なロック力を備えたバネ式クランプ装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、例えば、図１から図３、又は図４に示すように、バネロック式クランプ装置を次のように構成した。
ハウジング３に環状ピストン５を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入し、その環状ピストン５に出力部材８を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入する。上記の環状ピストン５と上記ハウジング３の基端壁３ａとの間にロック室１１を形成すると共に、上記の環状ピストン５と上記ハウジング３の先端壁３ｂとの間にリリース室１２を形成する。上記ロック室１１に装着したバネ１４が上記の環状ピストン５を先端方向へロック移動させ、上記リリース室１２へ供給した圧力流体が上記の環状ピストン５を基端方向へリリース移動させるように構成する。上記の環状ピストン５の先端部に押圧面３８を設け、上記リリース室１２の周壁の内周に、先端方向へ向うにつれて軸心へ近づく第１傾斜面４１を設け、前記の出力部材８の外周に、基端方向へ向うにつれて軸心へ近づく第２傾斜面５２を設け、上記の押圧面３８と上記の第１傾斜面４１と上記の第２傾斜面５２との間に複数の転動体５５を周方向へ間隔をあけて挿入する。前記のバネ１４が上記の環状ピストン５を先端方向へロック移動させるときには、上記の押圧面３８が上記の第１傾斜面４１を介して上記の各転動体５５を先端方向かつ半径方向の内方へ移動させる共に、各転動体５５が前記の第２傾斜面５２を介して前記の出力部材８を先端方向へ移動させ、これにより、上記ロック移動時の上記の環状ピストン５の移動ストロークＳ１よりも上記の出力部材８の移動ストロークＳ２を大きくする。引き続いて、前記バネ１４が上記の押圧面３８と上記の転動体５５とを介して前記の出力部材８の外周の入力面５３を先端方向へ押圧するように構成する。
【０００５】
なお、上記の第１傾斜面４１は、一つのテーパ面によって構成する場合と、周方向へ間隔をあけて設けた複数の傾斜面によって構成する場合とが考えられる。
また、前記の第２傾斜面５２も、一つのテーパ面によって構成する場合と、周方向へ間隔をあけて設けた複数の傾斜面によって構成する場合とが考えられる。
さらには、前記の押圧面３８は、平面の場合と、傾斜面の場合と、上記の平面と傾斜面とを組合わせた場合とが考えられる。また、上記の傾斜面は、一つのテーパ面によって構成する場合と、周方向へ間隔をあけて設けた複数の傾斜面によって構成する場合とが考えられる。
【０００６】
上記の請求項１の発明は、次の作用効果を奏する。
上記クランプ装置をリリース状態からロック状態へ切換えるときには、前記のリリース室の圧力流体を排出して、前記バネの付勢力によって前記の環状ピストンを先端方向へ移動させればよい。すると、その環状ピストンの前記の押圧面が前記の第１傾斜面と前記の転動体と前記の第２傾斜面とを介して前記の出力部材を先端方向へ移動させることにより、上記の環状ピストンの移動ストロークよりも上記の出力部材の移動ストロークを大きくする。このため、その出力部材の移動ストロークと比べて上記バネの伸張量が少なくなる。引き続いて、上記の伸張量の少ないバネが前記の押圧面と上記の転動体とを介して上記の出力部材の前記の入力面を先端方向へ強力にロック駆動する。
【０００７】
上述したように、上記の出力部材を先端方向へロック移動させるときに、その出力部材の移動ストロークと比べてバネの伸張量が少なくなるので、そのバネの付勢力が大きい時点でワーク等をロックできる。これにより、強力なロック力を備えたバネ式クランプ装置を提供できる。
しかも、上記の第１傾斜面と転動体と第２傾斜面からなるストローク拡大機構を前記リリース室に設けたので、そのリリース室に給排される圧力流体を利用して上記ストローク拡大機構の摺接部分を潤滑することが可能となる。このため、上記のストローク拡大機構のために専用の潤滑手段を設ける必要がなくなる。なお、その長所は、前記の圧力流体が圧油の場合に顕著な長所となって現れる。
【０００８】
請求項２の発明（図１から図３、又は図４を参照）に示すように、上記の請求項１の発明においては、前記の第１傾斜面４１をテーパ内周面によって構成し、前記の第２傾斜面５２をテーパ外周面によって構成し、前記の転動体５５をボール又はコロによって構成することが好ましい。この場合、前記のストローク拡大機構を簡素な構成で安価に造れる。
【０００９】
請求項３の発明に示すように、上記の請求項１または２の発明には次の構成を加えることが好ましい。
例えば、図１と図２に示すように、前記ハウジング３の前記の先端壁３ｂに前記の出力部材８を保密状に挿入し、その先端壁３ｂにおける上記の出力部材８の封止部分８ｂの断面積を、前記の環状ピストン５における上記の出力部材８の封止部分８ａの断面積よりも小さい値に設定したものである。
上記の請求項３の発明は、前記リリース室へ供給した圧力流体の圧力が、上記の二つの封止部分の断面積差に相当する環状断面積に作用して上記の出力部材を基端方向へリリース駆動できるので、その駆動手段を簡素に構成できる。
【００１０】
請求項４の発明に示すように、上記の請求項１から３のいずれかの発明には次の構成を加えることが好ましい。
例えば、図１と図２に示すように、前記のハウジング３の前記の先端壁３ｂの外方にクランプアーム２２を配置し、そのクランプアーム２２の長手方向の途中部にリンク部材２３の先端部を回転自在に連結すると共に、そのリンク部材２３の基部を上記の先端壁３ｂに回転自在に連結し、上記クランプアーム２２の入力部２２ａを前記の出力部材８の先端の出力部２８に回転自在に連結したものである。
上記の請求項４の発明によれば、他の形式のクランプ装置と比べて空走ストロークが比較的に大きいリンク式クランプに本発明を適用して、前記のロック用のバネの背丈を大幅に小さくすることが可能となるので、そのリンク式クランプをコンパクトに造れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、本発明の一実施形態を示している。この実施形態では、本発明をリンク式クランプに適用した場合を例示してある。
まず、図１と図２によって上記リンク式クランプの全体構造を説明する。図１は、上記クランプのリリース状態の立面視の断面図である。図２は、上記クランプのロック状態を示し、上記の図１に類似する図である。
【００１２】
工作機械のテーブル１の取付け穴１ａに上記クランプ２のハウジング３が挿入され、そのハウジング３が複数のボルト（図示せず）によって上記テーブル１の上面に固定される。
上記ハウジング３の筒孔４に環状ピストン５が第１封止具６を介して軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される。また、その環状ピストン５の筒孔５ａに出力ロッド８の下封止部分８ａが第２封止具９を介して軸心方向へ移動可能で保密状に挿入される。
【００１３】
上記ハウジング３の下端壁（基端壁）３ａと上記の環状ピストン５との間にロック室１１が形成されると共に、上記ハウジング３の上端壁（先端壁）３ｂと上記の環状ピストン５との間にリリース室１２が形成される。上記ロック室１１には圧縮コイルバネ１４が装着され、そのバネ１４が上記の環状ピストン５を上方（先端方向）へロック移動させるように構成してある。また、上記リリース室１２に圧油の給排口１６が連通される。そのリリース室１２へ供給した圧油（圧力流体）が上記の環状ピストン５を下方（基端方向）へリリース移動させるように構成してある。
【００１４】
前記の出力ロッド８の下半部は、上記ロック室１１に配置したパイプ１８に挿入されている。そのパイプ１８の内部空間が、前記の下端壁３ａに形成した呼吸路１９を介して上記ハウジング３の外部へ連通される。その呼吸路１９にトラップ弁２０が設けられる。そのトラップ弁２０は、前記リリース室１２から上記ロック室１１へ漏れた圧油を上記ハウジング３の外部へ排出する機能を備えたものであり、ここでは、上記トラップ弁２０をバネ閉弁式の逆止弁によって構成してある。
【００１５】
上記の出力ロッド８の上部が上記ハウジング３の前記の上端壁３ｂに保密移動可能に挿入される。その上端壁３ｂにおける上記の出力ロッド８の上封止部分８ｂの断面積を、前記の環状ピストン５における前記の下封止部分８ａの断面積よりも小さい値に設定してある。
また、上記ハウジング３の上方にクランプアーム２２が配置される。そのクランプアーム２２の長手方向の途中部にリンク部材２３の上端部を上ピン２４を介して回転自在に連結し、そのリンク部材２３の下部を上記の上端壁３ｂに下ピン２５を介して回転自在に連結してある。そして、上記クランプアーム２２の入力部２２ａを上記の出力ロッド８の上端の出力部２８に出力ピン２９を介して回転自在に連結してある。上記クランプアーム２２の先端の出力部２２ｂに押ボルト３１をネジ止め固定してある。
【００１６】
上記のリリース室１２内にストローク拡大機構３５が設けられる。そのストローク拡大機構３５を、上記の図１および図２を参照しながら図３によって説明する。その図３は、上記の図１の要部を拡大した作動説明図であ。その図３において、実線図はリリース状態を示し、二点鎖線図はロック状態を示している。
【００１７】
前記の環状ピストン５の上端部から環状の押圧面３８が上向きに突出される。また、上記リリース室１２の周壁を構成するスリーブ３９の内周に、上方へ狭まる第１テーパ面（第１傾斜面）４１と円弧面４２と上下方向へ延びるガイド面４３とが上向きに順に設けられる。さらに、前記の出力ロッド８の中間高さ部に円錐台状の入力部４６が設けられる。その入力部４６の外周には、下方へ狭まる第２テーパ面（第２傾斜面）５２と、同様に下方へ狭まるテーパ形の入力面５３とが下向きに順に設けられる。そして、図３中の実線図（及び図１）に示すリリース状態において、上記の押圧面３８と上記の第１テーパ面４１と上記の第２テーパ面５２との間に複数のボール（転動体）５５を周方向へ間隔をあけて挿入してある。
【００１８】
上記構成のリンク式クランプ２は次のように作動する。
図１（及び図３中の実線図）のリリース状態では、前記リリース室１２へ圧油を供給してある。これにより、そのリリース室１２の圧油が前記の圧縮コイルバネ１４に抗して前記の環状ピストン５を下降させると共に、その圧油が、前記の出力ロッド８の前記の下封止部分８ａの断面積と上記の出力ロッド８の前記の上封止部分８ｂの断面積との差に相当する環状断面積に作用して、その出力部材８を下降させ、前記の入力部４６が前記ボール５５をリリース位置Ｘに下降させている。このため、前記のクランプアーム２２が前記の上ピン２４の回りに反時計回りの方向へ揺動し、前記の押ボルト３１がワークＷから大きく離間している。
なお、上記の環状ピストン５が所定量以上に下降するのを前記のパイプ１８が阻止してある。
【００１９】
上記の図１のリリース状態をロック状態へ切換えるときには、前記のリリース室１２の圧油を排出すればよい。すると、図２（及び図３中の二点鎖線図）に示すように、前記の圧縮コイルバネ１４が前記の環状ピストン５を上昇させ、前記の押圧面３８が前記の第１テーパ面４１を介して前記ボール５５を上方かつ半径方向の内方へ移動させる共に、そのボール５５が前記の第２テーパ面５２を介して前記の出力ロッド８を上方へ移動させる。これにより、上記の環状ピストン５の上昇ストローク（移動ストローク）Ｓ１よりも上記の出力ロッド８の上昇ストローク（移動ストローク）Ｓ２を大きくするので、その出力ロッド８の上昇ストロークＳ２よりも上記の圧縮コイルバネ１４の伸張量が少なくなる。そして、上記の出力ロッド８の上昇により、前記の出力部２８が前記クランプアーム２２を前記の上ピン２４の回りに時計回りの方向へ揺動させ、前記の押ボルト３１がワークＷの上面に接当する。
【００２０】
引き続いて、伸張量が少なくて付勢力の大きい上記の圧縮コイルバネ１４が前記の押圧面３８とロック位置Ｙの前記のボール５５とを介して上記の出力ロッド８の前記の入力面５３を上方へ押圧し、その出力ロッド８の前記の出力部２８が前記クランプアーム２２と前記の押ボルト３１とを介して前記ワークＷを強力に押圧するのである。
なお、図３中の一点鎖線は、上記ボール５５が前記リリース位置Ｘから上記ロック位置Ｙへ移動する軌跡を示している。
【００２１】
ちなみに、この実施形態では、前記の第１テーパ面４１の傾斜角度Ａを約３０度に設定し、前記の第２テーパ面５２の傾斜角度Ｂを約１３度に設定することにより、上記の環状ピストン５の上昇ストロークＳ１に対する上記の出力ロッド８の上昇ストロークＳ２のストローク拡大比（＝増速比）を約２．９としてある。
なお、ここでは、前記の押圧面３８を平面によって構成してあり、上記の環状ピストン５の上昇ストロークＳ１と前記ボール５５の上昇ストロークＳ３とが同じ値となっている。また、前記の入力面５３の傾斜角度Ｃは約６０度に設定してある。
【００２２】
なお、上記の図２のロック状態から図１のリリース状態への切換えは、上述の手順とほぼ逆の手順で行われる。より詳しくいえば、上記の図２のロック状態において、前記リリース室１２へ圧油を供給すると、図１に示すように、その圧油が前記の環状ピストン５を下降させると共に前記の出力ロッド８を下降させ、その出力ロッド８の前記の入力部４６が前記のボール５５を前記リリース位置Ｘへ切換えるのである。
【００２３】
図４は、前記ストローク拡大機構３５の変形例を示し、上記の図３に類似する図である。この変形例においては、上記の実施形態の構成部材と類似する部材には原則として同一の符号を付けてある。
【００２４】
この図４の変形例は、上記の図３の構造とは次の点が異なる。
前記の押圧面３８を、半径方向の内方の平面部分６１と半径方向の外方のテーパ部分６２とによって構成して、そのテーパ部分６２を上向きに狭まるように形成してある。ここでは、上記テーパ部分６２の傾斜角度Ｄを約１５度に設定してある。また、前記の第１テーパ面４１の傾斜角度Ａを約４５度に設定してある。これにより、上記テーパ部分６２と上記の第１テーパ面４１との間の挟角Ｅが約３０度に設定される。
【００２５】
上記の図４の構成によれば、前記リリース位置Ｘのボール５５と上記のテーパ部分６２との接触点の外側寸法Ｆを大きくして上記ボール５５を確実に駆動できる。また、前記ロック位置Ｙのボール５５の中心と前記の平面部分６１の内周端との間のロック用押圧寸法Ｇも大きくできので、上記ボール５５を強力にロック駆動できる。さらには、前記リリース位置Ｘのボール５５の中心から前記カイド面４３までの突出寸法を小さくできるので、前記ハウジング３をコンパクトに造れる。
【００２６】
なお、前記の押圧面３８に前記のテーパ部分６２を設けたことにより、前記のボール５５の上昇ストロークＳ３は前記の環状ピストン５の上昇ストロークＳ１よりも大きくなる。これにより、前記の出力ロッド８を上方へロック移動させるときに、その出力ロッド８の移動ストロークと比べて前記バネ１４（図１又は図２を参照）の伸張量がさらに少なくなるので、そのバネ１４の付勢力がさらに大きい時点でワーク等をロックできる。
【００２７】
上記の実施形態や変形例は次のように変更可能である。
前記リリース室１２の周壁の内周には、前記の第１テーパ面４１を設けることに代えて、複数の傾斜面を周方向へ間隔をあけて設けてもよい。また、前記の出力ロッド８の外周には、前記の第２テーパ面５２を設けることに代えて、複数の傾斜面を周方向へ間隔をあけて設けてもよい。さらには、上記の出力ロッド８の外周の入力面５３は、例示したテーパ面に代えて、周方向へ間隔をあけて配置した複数の傾斜面または平面であってもよい。
なお、上述のように複数の傾斜面を設けた場合には、各傾斜面を傾斜溝の底壁によって構成することが好ましい。
前記の転動体は、例示のボール５５に代えて、球面コロ又はストレートコロ等を利用してもよい。
【００２８】
本発明のストローク拡大機構３５は、前記の環状ピストン５の上昇ストロークＳ１よりも前記の出力ロッド８の上昇ストロークＳ２を大きくする構造であればよく、前記の各傾斜角度Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄとして種々の値を選択できることは勿論である。
前記ガイド面４３は、図示したストレート面に代えて、緩やかなテーパ面であってもよい。この場合、前記バネ１４によるロック力を一定にできるという長所が得られる。
前記の円弧面４２は、別の種類の曲面によって代替可能である。
【００２９】
本発明は、例示したリンク式クランプに適用することが好ましいが、これに代えて、旋回式クランプやワークサポート等の他の形式のクランプ装置にも適用可能である。
前記のロック用のバネは、例示の圧縮コイルバネ１４に代えて、上下方向へ積層した複数枚の皿バネ等の別の種類のバネによって構成してもよい。
【００３０】
前記の出力部材８は、例示した中実のロッドに代えて、筒状のロッドであってもよい。その出力部材８は、上方へ突出して前記のハウジング３の前記の上端壁３ｂを保密状に貫通するものに代えて、又はこれに加えて、下方へ突出して上記ハウジング３の前記の下端壁３ａを保密状に貫通するものであってもよい。
前記のリリース用の圧力流体は、例示した圧油に代えて、他の種類の液体であってもよく、さらには、圧縮空気等の気体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示し、本発明を適用したリンク式クランプのリリース状態の立面視の断面図である。
【図２】上記クランプのロック状態を示し、上記の図１に類似する図である。
【図３】上記クランプに設けたストローク拡大機構の作動説明図である。
【図４】上記ストローク拡大機構の変形例を示し、上記の図３に類似する図である。
【符号の説明】
３…ハウジング、３ａ…基端壁（下端壁）、３ｂ…先端壁（上端壁）、５…環状ピストン、８…出力部材、８ａ…封止部分（下封止部分）、８ｂ…封止部分（上封止部分）、１１…ロック室、１２…リリース室、１４…バネ（圧縮コイルバネ）、２２…クランプアーム、２２ａ…入力部、２３…リンク部材、２８…出力部材８の出力部、３８…押圧面、４１…第１傾斜面（第１テーパ面）、５２…第２傾斜面（第２テーパ面）、５３…出力部材８の入力面、５５…転動体（ボール）、Ｓ１…環状ピストン５の移動ストローク（上昇ストローク）、Ｓ２…出力部材８の移動ストローク（上昇ストローク）。

Claims (4)

1. ハウジング（３）に環状ピストン（５）を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入し、その環状ピストン（５）に出力部材（８）を軸心方向へ移動可能で保密状に挿入し、
   上記の環状ピストン（５）と上記ハウジング（３）の基端壁（３ａ）との間にロック室（１１）を形成すると共に、上記の環状ピストン（５）と上記ハウジング（３）の先端壁（３ｂ）との間にリリース室（１２）を形成し、上記ロック室（１１）に装着したバネ（１４）が上記の環状ピストン（５）を先端方向へロック移動させ、上記リリース室（１２）へ供給した圧力流体が上記の環状ピストン（５）を基端方向へリリース移動させるように構成し、
   上記の環状ピストン（５）の先端部に押圧面（３８）を設け、上記リリース室（１２）の周壁の内周に、先端方向へ向うにつれて軸心へ近づく第１傾斜面（４１）を設け、前記の出力部材（８）の外周に、基端方向へ向うにつれて軸心へ近づく第２傾斜面（５２）を設け、上記の押圧面（３８）と上記の第１傾斜面（４１）と上記の第２傾斜面（５２）との間に複数の転動体（５５）を周方向へ間隔をあけて挿入し、
   前記のバネ（１４）が上記の環状ピストン（５）を先端方向へロック移動させるときには、上記の押圧面（３８）が上記の第１傾斜面（４１）を介して上記の各転動体（５５）を先端方向かつ半径方向の内方へ移動させる共に、各転動体（５５）が前記の第２傾斜面（５２）を介して前記の出力部材（８）を先端方向へ移動させ、これにより、上記ロック移動時の上記の環状ピストン（５）の移動ストローク（Ｓ１）よりも上記の出力部材（８）の移動ストローク（Ｓ２）を大きくし、引き続いて、前記のバネ（１４）が上記の押圧面（３８）と上記の転動体（５５）とを介して前記の出力部材（８）の外周の入力面（５３）を先端方向へ押圧するように構成した、ことを特徴とするバネロック式クランプ装置。
2. 請求項１のバネロック式クランプ装置において、
   前記の第１傾斜面（４１）をテーパ内周面によって構成し、前記の第２傾斜面（５２）をテーパ外周面によって構成し、前記の転動体（５５）をボール又はコロによって構成した、ことを特徴とするバネロック式クランプ装置。
3. 請求項１または２のバネロック式クランプ装置において、
   前記ハウジング（３）の前記の先端壁（３ｂ）に前記の出力部材（８）を保密状に挿入し、その先端壁（３ｂ）における上記の出力部材（８）の封止部分（８ｂ）の断面積を、前記の環状ピストン（５）における上記の出力部材（８）の封止部分（８ａ）の断面積よりも小さい値に設定した、ことを特徴とするバネロック式クランプ装置。
4. 請求項１から３のいずれかのバネロック式クランプ装置において、
   前記ハウジング（３）の前記の先端壁（３ｂ）の外方にクランプアーム（２２）を配置して、そのクランプアーム（２２）の長手方向の途中部にリンク部材（２３）の先端部を回転自在に連結すると共に、そのリンク部材（２３）の基部を上記の先端壁（３ｂ）に回転自在に連結し、上記クランプアーム（２２）の入力部（２２ａ）を前記の出力部材（８）の先端の出力部（２８）に回転自在に連結した、ことを特徴とするバネロック式クランプ装置。

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