JP2008023695A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体圧の無い状態で、常時、クランプ力を保持可能な、コンパクトで構造簡単な、安価に製作できるクランプ装置を提供する。
【解決手段】本体１内にコイルばね５の先端部をフリーの状態とし、他端部５ｂを本体に固定した状態で配設される。コイルばね５の内側にクランプアーム３と一体化された回転軸６がコイルばね５のばね力により、アンクランプ方向の回転がロックされた状態で挿通される。クランプ状態を保持しているコイルばね５の先端部をコイルばね５を開く方向に押してロックを解除すると、クランプアームをアンクランプ方向に戻す復帰ばね２が本体内に配設される。
【選択図】図１

Description

本発明はたとえば自動車及び自動車用電池製造ライン、及び電子基板製造ラインにおけるワークステーション間の移送時のワーク保持に適したクランプ装置に関するものである。

従来、自動車及び自動車用電池製造ライン、及び電子基板製造ラインでは多くの加工、組立、検査等の一貫自動化ワークステーションがあり、各ワークステーションではワークのクランプ、アンクランプの切換を行い作業をし、次のワークステーションにワークをクランプした状態で移送する。ワークのクランプは特開２００１−１６２４７２号公報のように空気圧シリンダの出力でクランプしたり、特開２００４−９０１６３号公報のように空気圧シリンダの直進運動をトグル機構により回動運動に変換してワークのクランプを行っている。
特開２００１−１６２４７２号公報 特開２００４−９０１６３号公報

しかし、従来のクランプ装置では空気圧シリンダの出力でクランプする場合は次のワークステーションにワークをクランプした状態で移送するため空気圧シリンダに空気圧を加圧しておく必要があり、クランプ装置に空気圧を配管した状態で、配管がワークと一緒に移動し、配管移動スペースが必要となり、また、移動配管の破損等危険があった。また、空気圧シリンダの直進運動をトグル機構により変換してクランプする場合はトグル機構の変位点を越した状態では空気圧シリンダに加圧していなくてもクランプは保持できるが、トグル機構の場合クランプ位置によってクランプ力が大きく変化するために安定したクランプ力を得ることができない。また、トグル機構を使用する場合は構造が複雑になり、構成部品点数も多くなるため、全体が大きくなり、コストも高くなる。

本発明は上述の課題を解決するものであり、非常にコンパクトでワークのワークステーション間の移送時にも確実なクランプと安定したクランプ力を提供することを目的とする。

このために本発明の請求項１のクランプ装置はコイルばねの一端をケースに固定し、他端部をフリーの状態として、コイルばねの内径にクランプアームと一体化された回転軸がコイルばねのばね力により締め付けられてクランプアームの回転軸の一方向の回転（アンクランプ方向への回転）がロックされた状態で挿通されているため、クランプ時、クランプアームは保持され、次に、コイルばねの他端部をコイルばねを開く方向に押し、または引いて回転軸のロックを解除した時にクランプアームが元に戻るように復帰ばねが配設されたことを特徴とする。

クランプ装置は一端がケースに固定され、他端部をフリーの状態となっているため、クランプアームと一体化された回転軸を巻き込む方向、即ち、クランプアームが元に戻るアンクランプ方向には回転できないが、クランプ方向への回転はコイルばねを開く方向となり、ロックされないため外力によりクランプ方向に回転しクランプでき、外力を取り除いてもアンクランプ方向はロックされているためクランプした状態を保持し、コイルばねの他端部のフリー端をコイルばねを広げる方向に押しあるいは引くことにより締付力がなくなり、復帰ばねによりクランプアームはアンクランプ方向に戻ることができる。

また、この場合において請求項２に記載のようにクランプ押圧部に押圧付勢ばねが配設されたことにより、クランプ力が押圧付勢ばねのばね力により決まるため、ばね力及びばね定数の異なる押圧付勢ばねに替えることによりクランプ力を自由に設定することができる。

請求項３はクランプアーム復帰ばねとしてねじりコイルばねの一端をクランプアームに固定し、他端をねじりコイルばねを回転方向に縮めた状態でケースに固定したもので、回転軸をロックしているコイルばねの他端部のフリー端をコイルばねを広げる方向に押しあるいは引くことにより締付力がなくなり、ねじりコイルばねの復帰力でクランプアームは復帰できる。

請求項４はクランプ時、回転軸をロックしているコイルばねの他端部のフリー端をコイルばねを広げる方向に押しあるいは引くことにより締付力がなくなったとき、圧縮コイルばねがラックを押すように配設されており、ラックはクランプアームの回転軸に同軸上に固定されたピニオンを回転し、クランプアームを戻すことを特徴としたクランプ装置。この場合、コイルばねによりラックを押し、ピニオンによってクランプアームを回転するため、ラックの移動量により回転角度を自由に設定できる。

請求項５のクランプ装置は流体圧回転アクチュエータのケーシングの外側にコイルばねの一端をケースに固定し、他端をフリーの状態として、コイルばねの内径には流体圧回転アクチュエータの回転軸がコイルばねのばね力により締め付けられて回転軸の一方向の回転がロックされた状態で挿通されて、コイルばねのフリー端にはロック解除用アクチュエータが配設されたロックユニットを回転アクチュエータのケーシングに固定し、回転アクチュエータの回転軸の端部には回転軸と一体となって回転するクランプアームが備えられたことを特徴としている。

上記クランプ装置はクランプ方向には回転軸をロックしているコイルばねは開く方向に働くため、ロックされずに流体圧により流体圧回転アクチュエータを作動でき、クランプアームが固定された回転軸を回転させてクランプできる。ワークステーションへの移送時に流体圧を排出しても、コイルばねによりアンクランプ方向回転はロックされているため、クランプアームが戻ることなくクランプは保持される、次に、クランプを解除する場合は、コイルばねのフリーな他端に取り付けられたロック解除用のアクチュエータにより、コイルばねを広げる方向に押し、あるいは引いて締付力をなくした状態となり、流体圧回転アクチュエータがアンクランプ方向へ作動するように回転アクチュエータの供給口より流体圧を加圧することでアンクランプ方向に戻ることができる。

上記のように請求項１のクランプ装置によれば、クランプアームの回転軸をコイルばねの締め付けばね力により一方向の回転をロックし、ロックの解除はコイルばねの他端部を押しまたは引いてコイルばねの締め付けばね力を緩めてロックを解除したとき、クランプアームを元に戻す方向に配設された復帰ばねによりクランプアームを元に戻すことができる。そのため、従来のようにクランプしたワークのワークステーション間移送時にクランプ装置へ空気圧を配管しておく必要がなく、また１個のコイルばねで回転軸のロックをし、ロック解除時はコイルばねの他端部を開く方向に押しまたは引くのみでアンロックされるから、従来の空気圧シリンダに比べてロック解除作動に大きな力を必要としない。したがってクランプ装置を小型化でき、ローコスト化を図ることができる。

また、請求項２のクランプ装置によればクランプ押圧部に押圧付勢ばねを配設することにより、押圧力を安定させ、必要に応じては、ばね力、及びばね定数の異なる押圧付勢ばねに取り替えることにより押圧力を自由に変更することもできる。

更に、請求項５のクランプ装置によれば流体圧回転アクチュエータのケーシングの外側に配設したコイルばねにより一方向の回転をロックし、ロックの解除はコイルばねの他端部に解除用アクチュエータを一体配設しているため、クランプ時に他の外力によりクランプ作動させる必要もなく、またアンクランプ時に復帰ばねによりアンクランプ作動させる必要もなく、ワークステーションで流体圧回転アクチュエータに流体圧を供給、排出するだけでクランプ、アンクランプ作動ができる。コイルばねを広げ、締め付け力をなくすためのロック解除用アクチュエータとしては流体圧シリンダ、あるいは電動アクチュエータ、手動ピン、手動ねじ等がある。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のクランプ装置の正面図を示し、図２はその右側面図、図３は左側面図を示している。１は矩形形状の箱型に形成された本体で、本体１の両側面には、クランプアーム３が一体固定された回転軸６が挿通され、本体１の両側面に配設されたブッシュ９により回転可能に支持されている。回転軸６の片側は本体１より突き出て、端部にはクランプ動作時に回転軸６を外力により回転駆動するためのクランプレバー４が軸と直角方向に固定されている。

さらに、本体１内にはコイルばね５が回転軸６の外周部に外嵌される状態で配設されている。コイルばね５の先端部５ａは本体取付ベースと水平方向より少し上方に曲折され、外力によりＡ矢印方向、即ちコイルばねを開く方向へ押圧可能な構造としている。また、コイルばね５の他端部５ｂは円周部から外側に略直角に曲折され、図４に示すように本体１の底部に設けられた孔に挿入され固着されている。

さらに、本体内にはクランプを解除方向に戻すねじりコイルばね２が回転軸６の外径より大きい内径寸法で配設され、先端部２１はクランプ時クランプを戻す方向にねじりコイルばね２を回転圧縮した状態でクランプアーム３に固定され、他端部２２は本体ケースの底部に設けられた孔に挿入されている。

コイルばね５の内径は、回転軸６の外径より僅かに小さく形成され、回転軸６の一方向の回転が完全にロックされる。一方、回転軸６の他方向の回転は、コイルばね５と回転軸外径との間に摩擦抵抗が生じるものの、回転可能である。第１実施形態、及び第２実施形態のクランプ装置は電子基板製造ライン、燃料電池製造ラインでの要求仕様であるコンパクト、薄型が必要で、コイルばね５の内径と回転軸６の外径との差は、例えば、回転軸６の外径が６ｍｍの場合、コイルばね５の内径は５．６ｍｍに設定され、回転軸６の外径の約１／２０程度に設定される。

次に、上記構成のクランプ装置の動作を説明する。ワークレバー４をワークステーションに設置された外力、たとえば空気圧シリンダにより図２に示すＢ矢印方向に押すと回転軸６は右方向に回転し、回転軸６と直角上方向に一体固定されたクランプアーム３も右下方向に回転してワークＷを押さえ込む。この場合、コイルばね５は図４に示すように回転軸６の回転が左方向の場合、コイルばねを開く方向に回転するためわずかな力で回転可能となる。ワークをクランプした状態で空気圧シリンダを引込めると、クランプアーム３と本体底部にその両端を固定支持されたねじりコイルばね２は回転圧縮されクランプアーム３をアンクランプ方向に戻そうとする力が働くが、コイルばね５のロック締付方向となり、ロックトルクがねじりコイルばね２の回転圧縮トルクより大きく設定されているため、クランプした状態を保持することが出来る。

次に、クランプを解除する時はコイルばね５の先端部５ａを外力により図２に示すＡ矢印方向に押すとコイルばね５は内径が広がるためロックが解除される。ロックが解除されると回転圧縮されていたねじりコイルばね２の復帰力によりクランプアームはアンクランプ状態に戻る。
即ち、ワークステーションでワークの位置を変えて外力によりクランプレバー４を押しクランプした後、外力をはずしても次のステーションに移動する場合はコイルばね５によりクランプ状態を維持できる。次のワークステーションでクランプを解除する時はコイルばね５の先端部５ａを押すとロックが解除され、ねじりコイルばね２の復帰力でアンクランプ状態に戻すことができる。

さらに、図２に示すようにクランプ押圧部に押圧付勢ばね７をクランプアーム３とクランプヘッド８の間に配設することにより、外力によりクランプレバー４を押しクランプ後、外力をはずしてもクランプ状態が維持され、その時のクランプ力は外力の影響を受けることなく押圧付勢ばね７の反力となる。この場合、押圧付勢ばね７をばね力、及びばね定数の異なるばねに交換することによりクランプ力は自由に設定することができる。

図６、図７は第２実施形態のクランプ装置を示している。このクランプ装置では第１実施形態と同じように矩形形状の箱型に形成された本体４１の両側面に一体固定された回転軸４６が挿通され、本体の両側面に配設されたブッシュ３９により回転可能に支持され、本体内の回転軸４６の外周部には第１実施形態と同一形状のコイルばね４４が回転軸４６の外周部に外嵌された状態で配設されている。第２実施形態では、回転軸４６の回転駆動として本体内に回転軸４６と同軸上にピニオン４２が固定され、回転軸４６の上側直角方向にラック４３がピニオン４２の歯と噛み合うように配設され、さらに、図７のラック４３の右側にはラックを押戻すための圧縮コイルばねからなる復帰ばね４７が圧縮状態で配設されている。

次に、第２実施形態の動作を説明する。ラック４３をワークステーションに設置された外力、たとえば空気圧シリンダにより図７のＢ矢印方向に押すと戻しばね４７に打ち勝って右方向に動き、回転軸４６に固定されたピニオン４２が回転し、第１実施形態の動作と同じようにクランプアーム４５は回転しワークＷをクランプする。クランプ状態で外力を無くした時は、コイルばね４４が第１実施形態と同じように機能しクランプ状態を保つことができる。次に、クランプをアンクランプにする時はコイルばね４４の端部４４ａを押すと、コイルばね４４は回転軸外径より大きく開くため、回転軸４６のロックが解除され、ラック４３の右側に圧縮状態で配設された復帰ばね４７の力によりラック４３が左方向に移動し、ラック４３と噛み合っているピニオン４２が回転するため、回転軸４６と一体のクランプアーム４５はアンクランプ側に戻る。

図８、図９は第３実施形態のクランプ装置を示している。このクランプ装置は、流体圧回転アクチュエータ５０の回転軸５１を被ロック軸としたクランプ装置であり、その回転軸５１の突出端部外周の片側にコイルばね６２が外嵌され、そのコイルばね６２を囲う形状にそのケース６１は形成され、流体圧回転アクチュエータ５０の正面のケーシング６８に取り付けられ、さらに、回転軸５１の突出両先端部にはクランプアーム６５が取り付けられている。

流体圧回転アクチュエータ５０は、図８、図９に示すように、ケーシング６８内に正面形状を略扇形として圧力室５３が形成され、その扇の略中心位置の圧力室５３内に回転軸５１が挿通され、圧力室５３内の回転軸５１には、矩形形状のベーン５２が回転軸５１を軸に、圧力室５３内を約９０°の範囲で回転可能に軸着されている。ベーン５２により分離される圧力室５３の両側壁部にポートが設けられ、各ポートを通して圧力室５３内の何れかの側に流体圧力が印加され、それによりベーン５２に回動力が作用し、回転軸５１が約９０°の範囲で往復回転する。

本クランプ装置のケース６１は、図８、図９に示すように、流体圧回転アクチュエータ５０の正面側にその回転軸５１の外周に外嵌されたコイルばね６２を囲うように、固定される。ケース６１の略中央には円形開口部を含む鍵形開口部が形成され、その円形開口部にはコイルばね６２が、被ロックロッドとなる回転軸５１の外周部に外嵌される状態で配設される。

コイルばね６２は、ばね性金属線材（例えばピアノ線）をコイル状に巻回して形成され、コイルばね６２の先端部６２ａは、円形開口部の外側寄りに突出すると共に軸方向に略直角に曲折され、その先端に押え部６２ｃが嵌着されている。ケース６１の上部には押え部６２ｃを押して、ロックを解除するためのアクチュエータ６３が配設されている。

アクチュエータ６３はケース６１の上部に配設され、アクチュエータ６３のピストンロッド６３ａの先端で、ロック用のコイルばね６２の先端部６２ａに固着された押え部６２ｃを、そのコイルばね６２を開く方向（図８の右方向）に押圧可能な構造としている。また、コイルばね６２の末端部６２ｂは、円周部から外側に突出するように略直角に曲折され、ケース６１の底部に設けた、図９に示すように、リングスペーサ６４とケース６１との間に挟持されている。

コイルばね６２の内径は、回転軸５１の外径より僅かに小さく形成され、回転軸５１の一方向の回転が完全にロックされる。一方、回転軸５１の他方向の回転は、コイルばね６２と回転軸外径との間に摩擦抵抗が生じるものの、コイルばねを開く方向となり回転可能である。第３実施形態のクランプ装置は自動車製造ライン、及び一般機械製造ラインの要求が多く、コイルばね６２の内径と回転軸５１の外径との差は、例えば、回転軸５１の外径が１２ｍｍの場合、コイルばね６２の内径は１１．６ｍｍに設定され、回転軸５１の外径の約１／３０程度に設定される。

次に、上記構成のクランプ装置の動作を説明すると、通常時、つまりアクチュエータ６３の非作動時には、ブレーキオンの状態つまりロック状態であるが、流体圧回転アクチュエータ５０の図８における時計方向の回転はコイルばね６２を開く方向となり、コイルばね６２が回転軸５１を締め付けた状態でも、自由に回転することができる。逆に、反時計方向の回転にはコイルばね６２が締め付けられる方向のため回転軸５１は完全にロックされる。

即ち、図８における回転軸５１と一体に配設されたクランプアーム６５はクランプ方向（時計方向）にはベーン５２の左側室に圧力を加圧し、ベーンの右側室より圧力を排出することにより回転軸は右方向に回転し、クランプ状態となり、この状態でベーンの左側室の圧力を排出しても、反時計方向へはロックされているためクランプを保持することが出来る。

ロックを解除する場合は、アクチュエータ６３に流体圧を印加してピストンロッド６３ａを押出し動作させる。このとき、アクチュエータ６３のピストンロッド６３ａがコイルばね６２の先端部６２ａの押え部６２ｃをコイルを開く方向に押すため、コイルばね６２による回転軸５１の締付力が消失し、左右両方向とも回転可能となる。ロック解除用アクチュエータはソレノイド等の電気駆動でもよく、手動ピン、手動ねじ等機械駆動でもよい。

第３実施形態においても、図８に示すようにクランプ押圧部に押圧付勢ばね６６をクランプアーム６５とクランプヘッド６７の間に配設することにより、押圧力は押圧付勢ばね６６の反力となる。この場合、押圧付勢ばね６６をばね力、及びばね定数の異なるばねに交換することにクランプ力は自由に設定することができる。

本発明の第１実施形態を示すクランプ装置の正面図である。 図１の右側面図である。 図１の左側面図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 コイルばねの正面図である。 本発明の第二実施形態を示すクランプ装置の正面図である。 図６の右側面図である。 本発明の第三実施形態を示すクランプ装置の正面図である。 図８のＩＩ−ＩＩ断面図である。

符号の説明

１、４１−本体
２−ねじりコイルばね
３，４５，６５−クランプアーム
４−クランプレバー
５，４４，６２−コイルばね
６，４６，５１−回転軸
７，４８、６６−押圧付勢ばね
８，４９、６７−クランプヘッド
９，３９−ブッシュ
４２−ピニオン
４３−ラック
４７−復帰ばね
５０−流体圧回転アクチュエータ
５２−ベーン
５３−圧力室
６１−ケース
６３−アクチュエータ
６４−リングスペーサ
６８−ケーシング

Claims (6)

1. コイルばねが、その一端をケースに固定し、他端をフリーの状態として配設され、該コイルばねの内径にクランプアームの回転軸が該コイルばねのばね力により締め付けられて、一方向の回転がロックされた状態で挿通され、該コイルばねのロック解除時に該クランプアームを戻すための復帰ばねが配設されたことを特徴とするクランプ装置。
2. 前記クランプ装置でクランプ押圧部に押圧付勢ばねが配設されたことを特徴とする請求項１記載のクランプ装置。
3. クランプアームを戻すための復帰ばねがねじりコイルばねで、該ねじりコイルばねの一端を該クランプアームに固定し、他端をケースに固定して、該クランプアームを戻すことを特徴とした請求項１または請求項２記載のクランプ装置。
4. クランプアームを戻すための復帰ばねが圧縮コイルばねで該圧縮コイルばねはラックを介して、該クランプアームの回転軸に固定されたピニオンを回転し、該クランプアームを戻すことを特徴とした請求項１または請求項２記載のクランプ装置。
5. 流体圧回転アクチュエータのケーシングの外側にコイルばねがその一端をケースに固定され、他端をフリーの状態として配設され、該コイルばねの内径には該流体圧回転アクチュエータの回転軸が該コイルばねのばね力により締め付けられて一方向の回転がロックされた状態で挿通され、該コイルばねの他端に該コイルばねを開く方向に作動するロック解除用アクチュエータを配設し、該流体圧回転アクチュエータのケーシングに該ケースが固定され、該流体圧回転アクチュエータの回転軸の端部にクランプアームが固定されたことを特徴とするクランプ装置。
6. 前記クランプ装置でクランプ押圧部に押圧付勢ばねが配設されたことを特徴とする請求項５記載のクランプ装置。

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