JP2018030186A - クランプ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品点数を削減するとともにクランプアームの回動位置を直接的且つ高精度に検出することがき、クランプアームの回動角度範囲の変更作業を容易に行うことができるクランプ装置を提供する。【解決手段】クランプ装置10は、駆動部12の作用下にクランプアーム18と一体的に回動する回動軸90に設けられ、回動軸90の軸線回りに沿って延在した金属製の検出体20と、検出体20に対向するように配設され、検出体20の磁気損失を検出する1つの近接センサ22とを備える。検出体20は、近接センサ22の検出面124に対向するセンサ対向部126の面積が回動軸90の回転に伴って変化するように形成されている。【選択図】図3

Description

本発明は、回動するクランプアームによってワークをクランプするクランプ装置に関する。
従来から、例えば、自動車等の自動組立ラインにおいて、プレス成形された複数の板材をクランプ装置でクランプした状態で互いに溶接する溶接工程が行われている。
このクランプ装置では、流体圧の作用下にシリンダ部のピストンを軸線方向に変位させることにより、ピストンロッドに連結されたトグルリンク機構を介してクランプアームを回動させている。これにより、クランプアームがクランプ位置とアンクランプ位置とに切り替わる。
特許文献1には、ピストンロッドとともにストローク変位する金属製の保持部材の位置を2つの誘導型の近接センサによって検出することにより、クランプアームの回動位置(クランプ状態及びアンクランプ状態)を検出するクランプ装置が開示されている。このクランプ装置では、複数の互いに異なる形状の保持部材を取り換えることによってクランプアームの回動角度範囲の変化に対応している。
特許文献2には、ピストンロッドの位置をスイッチ保持部に取り付けられた2つのリミットスイッチにより検出するクランプ装置が開示されている。スイッチ保持部には、リミットスイッチを装着するための取付孔がピストンロッドの軸線方向に沿って複数設けられており、リミットスイッチの取付位置が変更可能になっている。
特開2001−113468号公報 欧州特許出願公開第0636449号明細書
特許文献1の場合、ピストンロッドとともにストローク変位する保持部材の位置を検出することにより、クランプアームの回動位置(回転角度)を間接的に検出している。そのため、クランプアームの位置の検出精度には、トグルリンク機構の加工精度や組付精度等が影響する。よって、クランプアームの回動位置の検出精度を向上させることは容易ではない。
また、特許文献1のクランプ装置は2つの近接センサを備えているため部品点数が増加する。さらに、クランプアームの回動角度範囲を変更する場合、保持部材を交換する必要があるため作業が煩雑である。
特許文献2において、クランプアームの回動角度範囲を変更する場合、リミットスイッチをアーム開度に対応した取付孔の位置に変更する必要があるため作業が煩雑である。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、部品点数を削減するとともにクランプアームの回動位置を直接的且つ高精度に検出することがき、クランプアームの回動角度範囲の変更作業を容易に行うことができるクランプ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るクランプ装置は、回動するクランプアームによってワークをクランプするクランプ装置において、クランプボディと、前記クランプボディに設けられた駆動部と、前記駆動部の作用下に前記クランプアームと一体的に回動する回動軸と、前記回動軸に設けられ、前記回動軸の軸線回りに沿って延在した金属製の検出体と、前記検出体に対向するように配設され、前記検出体に渦電流を発生させるとともに磁気損失を検出する1つの近接センサと、を備え、前記検出体は、当該検出体における前記近接センサの検出面に対向するセンサ対向部の面積が前記回動軸の回転に伴って変化するように形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、回動軸の回転に伴うセンサ対向部の面積の変化を1つの近接センサによって検出している。そのため、部品点数を削減するとともにクランプアームの回動位置を直接的且つ高精度に検出することができる。また、クランプアームの回動角度範囲を変更する際に、検出体を交換したり近接センサの位置を変更したりする必要がないため、クランプアームの回動角度範囲の変更作業を容易に行うことができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体は、板状に形成されていてもよい。
このような構成によれば、検出体をプレス成形によって容易に製造することができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体には、前記センサ対向部の面積が前記回動軸の回転に伴って変化するように、前記検出体の延在方向に沿って長溝が形成されていてもよい。
このような構成によれば、長溝によってセンサ対向部の面積を容易に変更することができる。
上記のクランプ装置において、前記長溝の側辺は、前記検出体の延在方向と交差する方向に直線状に延在していてもよい。
このような構成によれば、近接センサの共振インピーダンスやインダクタンスを非線形に変化させることができる。
上記のクランプ装置において、前記長溝の側辺は、曲線状に延在していてもよい。
このような構成によれば、近接センサの共振インピーダンスやインダクタンスを線形に変化させることができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体には、1つの前記長溝が形成され、前記センサ対向部は、前記長溝の両側に跨って設けられていてもよい。
このような構成によれば、検出体の構成を簡素化することができるとともに剛性の低下を抑えることができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体には、当該検出体の幅方向に2つの前記長溝が並設され、前記センサ対向部は、2つの前記長溝の間に設けられていてもよい。
このような構成によれば、回動軸の回転によってセンサ対向部の面積を確実に変化させることができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体には、2つの前記長溝の端部同士を互いに連通する連通溝が形成され、前記連通溝の溝幅は、前記検出面の直径以上であってもよい。
このような構成によれば、検出面が連通溝に対向した際に近接センサの共振インピーダンスやインダクタンスを不連続にする(急激に変化させる)ことができる。これにより、クランプ装置の使用環境の温度変化によって近接センサの共振インピーダンスやインダクタンスが変動した場合であっても、クランプ状態又はアンクランプ状態を確実に検出することができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体は、ねじ部材によって前記回動軸に対して固定されていてもよい。
このような構成によれば、検出体を回動軸に強固に固定することができる。そのため、回動軸が回転する際にセンサ対向面と検出面との間の距離が変動することを抑えることができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体の延在方向の少なくとも一方の端部には、前記ねじ部材が挿通する挿通孔が形成された取付部が設けられていてもよい。
このような構成によれば、簡易な構成で検出体を回動軸に固定することができる。
上記のクランプ装置において、前記検出体の延在方向の両端部には、前記回動軸の外周面を径方向外方から挟持する保持部が設けられていてもよい。
このような構成によれば、検出体を回動軸に対してより高精度且つ強固に固定することができる。
上記のクランプ装置において、前記回動軸の外周面うち前記検出面に対向する部位には、凹部が形成されていてもよい。
このような構成によれば、回動軸を金属で構成した場合であっても、近接センサによって回動軸に渦電流が発生することを抑えることができる。
本発明によれば、回動軸の回転に伴うセンサ対向部の面積の変化を1つの近接センサによって検出しているため、部品点数を削減するとともにクランプアームの回動位置を直接的且つ高精度に検出することができ、クランプアームの回動角度範囲の変更作業を容易に行うことができる。
本発明の一実施形態に係るクランプ装置の斜視図である。 前記クランプ装置の一部分解斜視図である。 前記クランプ装置のクランプ状態を示す縦断面図である。 前記クランプ装置を構成する支持レバー及び検出体の分解斜視図である。 前記検出体の展開図である。 前記クランプ装置の要部ブロック図である。 前記クランプ装置のアンクランプ状態を示す縦断面図である。 センサ対向部の面積と検出共振インピーダンスとの関係を示すグラフである。 図9Aは第1変形例に係る検出体の斜視図であり、図9Bは当該検出体の展開図であり、図9Cは当該検出体におけるセンサ対向部の面積と検出共振インピーダンスとの関係を示すグラフである。 図10Aは第2変形例に係る検出体の斜視図であり、図10Bは当該検出体の展開図であり、図10Cは当該検出体におけるセンサ対向部の面積と検出共振インピーダンスとの関係を示すグラフである。 図11Aは第3変形例に係る検出体の斜視図であり、図11Bは当該検出体の展開図であり、図11Cは当該検出体におけるセンサ対向部の面積と検出共振インピーダンスとの関係を示すグラフである。 図12Aは第4変形例に係る検出体の斜視図であり、図12Bは当該検出体の展開図であり、図12Cは当該検出体におけるセンサ対向部の面積と検出共振インピーダンスとの関係を示すグラフである。 第5変形例に係る検出体が回動軸に取り付けられた状態を示す斜視図である。 図14Aは図13の検出体の斜視図であり、図14Bは図14Aの検出体の展開図である。
以下、本発明に係るクランプ装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
本発明の一実施形態に係るクランプ装置10は、例えば、自動車等の自動組立ラインにおいて、プレス成形された複数の鋼板等の板材を互いに溶接する際にクランプするためのものである。
図1〜図3に示すように、クランプ装置10は、駆動部12と、駆動部12に連結されたクランプボディ14と、クランプボディ14内に配設されたリンク機構(動力伝達機構)16と、駆動部12の作用下にリンク機構16を介して回動動作するクランプアーム18と、検出体20と、近接センサ22と、コントロールユニット24とを備えている。
駆動部12は、流体圧シリンダとして構成されており、扁平筒状に構成されたシリンダチューブ26を有している。ただし、駆動部12は、電動アクチュエータとして構成されていてもよい。図3において、シリンダチューブ26の一端側(矢印A方向)の開口はエンドブロック28により閉塞され、シリンダチューブ26の他端側(矢印B方向)の開口はロッドカバー30により閉塞されている。シリンダチューブ26内には、その軸線方向に沿って変位可能にピストン32が配設され、ピストン32には、ピストンロッド34が連結されている。
シリンダチューブ26は、扁平筒状に限定されるものではなく、真円筒状又は楕円筒状等の任意の形状を採用し得る。シリンダチューブ26には、エンドブロック28及びピストン32の間に形成される第1シリンダ室36に連通する第1ポート38と、ピストン32及びロッドカバー30の間に形成される第2シリンダ室40に連通する第2ポート42とが形成されている。
第1ポート38及び第2ポート42には、ピストン32を往復運動させるための圧縮流体(駆動流体)の供給及び排出を行うための図示しないチューブが接続されている。エンドブロック28、シリンダチューブ26及びロッドカバー30は、複数の締結ボルト44によって一体的に連結されている。
エンドブロック28の略中央部には、ピストン32のストロークを調節することによってクランプアーム18の回動角度範囲(アーム開度)を調整する調整ボルト46が螺合されている。調整ボルト46は、その螺回作用下に第1シリンダ室36の突出長を調整可能となっており、その第1シリンダ室36内に位置する頭部には、ピストン32の衝撃や衝突音を緩和するためのダンパ48が装着されている。
ピストン32の外周面には、環状のピストンパッキン50が環状溝を介して装着されている。また、ピストン32の中央には、ピストンロッド34の一端側が固定されている。ロッドカバー30の中央部には、ピストンロッド34が挿通するロッド孔が形成されている。ロッド孔を構成する壁面には、環状のロッドパッキン52が環状溝を介して装着されている。
クランプボディ14は、ロッドカバー30の他端側に接続されており、例えば、鉄、ステンレス鋼又はアルミニウム等の金属材料を含んで構成されている。クランプボディ14には、クランプ装置10を図示しない固定部材に取り付けるためのブラケット53が設けられている(図1参照)。
図1及び図2に示すように、クランプボディ14は、横断面がU字状の一対のカバー部54、56を有している。これらカバー部54、56は、略左右対称に構成されており、リンク機構16が収容される室58(図3参照)が形成されるように複数のねじ部材60によって互いに締結されている。
図2及び図3において、ピストンロッド34の他端部には、ナックルジョイント62が連結されている。ナックルジョイント62は、ピストンロッド34の他端部を保持する孔64が形成されたベース部66と、ベース部66から矢印B方向に向かって突出した2つの側板部68、70と、これら側板部68、70を繋ぐナックルピン72とを有している。2つの側板部68、70は、クランプボディ14の厚さ方向に互いに対向している。ナックルピン72には、軸受74を介して円環部材76が設けられている。
円環部材76は、クランプアーム18によりワークをクランプした際、クランプボディ14に設けられたリリース用の押圧部材78に接触し、押圧部材78をクランプボディ14の外方(矢印B方向)に所定長だけ突出させる。押圧部材78は、ピストンロッド34の軸線方向に沿って延在したピン部材であって、その両端部が中間部よりも大径に形成されることによりクランプボディ14から抜け出ることが阻止されている。ユーザが押圧部材78をハンマー等の工具を用いて矢印A方向に押圧することにより、ワークのクランプ状態を解除する(アンクランプ状態にする)ことができる(図7参照)。
リンク機構16は、ピストン32の往復運動を後述する回動軸90の回動動作に変換する。このリンク機構16は、2つのリンクプレート80、82、リンクピン84及び支持レバー86を有している。リンクプレート80は円環部材76と側板部68との間に位置し、リンクプレート82は円環部材76と側板部70との間に位置している。
各リンクプレート80、82は、円弧状(半円弧状)に延在している。各リンクプレート80、82の一端部に形成された孔にはナックルピン72が挿通され、各リンクプレート80、82の他端部に形成された孔にはリンクピン84が挿通されている。つまり、各リンクプレート80、82は、ナックルピン72及びリンクピン84のそれぞれに対して回動自在に支持されている。
図3及び図4に示すように、支持レバー86は、例えば、金属材料によって構成されている。ただし、支持レバー86は、渦電流が発生しない樹脂材料等で構成してもよい。支持レバー86は、リンクピン84に対して回動自在に支持された支持部88と、支持部88に一体的に設けられてピストンロッド34の軸線と直交する方向に延出した回動軸90と、回動軸90の両端部に設けられたアーム取付部92、94とを有する。
支持部88は、回動軸90の軸線方向の中央に設けられており、リンクピン84が挿通する孔が形成された支持部本体96と、支持部本体96から回動軸90を跨ぐように延出した2つの脚部98、100とを含む。脚部100の側面には、ピストンロッド34とは反対側に突出した突起102と、検出体20を取り付けるためのねじ孔104とが形成されている。
回動軸90の外周面のうち軸線方向の中央には、回動軸90の軸線Axと直交する断面が半円形状の凹部106が形成されている。凹部106は、支持部88の反対側に位置している。回動軸90の軸線方向に沿った凹部106の寸法は、検出体20の幅寸法よりも小さく近接センサ22の後述する検出面124の直径よりも大きい。回動軸90の両端部は、クランプボディ14に設けられた軸受107、109によって回転自在に支持されている(図1及び図2参照)。アーム取付部92、94は、クランプアーム18が着脱可能に構成されている。
図4及び図5に示すように、検出体20は、純鉄、鋼、銅、アルミニウム等の金属材料によって構成されている。換言すれば、検出体20は、近接センサ22の作用によって渦電流が発生する材料で構成されている。検出体20は、金属製の薄板をプレス成形することによって一体的に形成されている。
検出体20は、回動軸90の軸線回りに延在した本体部108と、本体部108のR1方向の端部に設けられた取付部110とを有している。本体部108は、略矩形状の金属板を略半円弧状に曲げることによって成形され、回動軸90の凹部106を覆うように設けられている。本体部108の幅方向の中央には、回動軸90の軸線回り(本体部108の延在方向)に沿って延在した長溝(長孔)112が形成されている。
長溝112は、略三角形状に形成されている。長溝112の各側辺112a、112bは、本体部108の延在方向と交差する方向に直線状に延在している。換言すれば、長溝112の各側辺112a、112bは、矢印R1方向に向かって互いに近接するように直線状に延在している。すなわち、長溝112の溝幅は、本体部108の一端側から他端側に(矢印R2方向)向かって徐々に広くなっている。取付部110は、本体部108の一端部の幅方向中央から四角形状に延出しており、検出体20を支持レバー86(回動軸90)に対して固定するためのねじ部材114が挿通するねじ挿通孔116が形成されている。
図6に示すように、近接センサ22は、誘導型近接センサとして構成されており、検出体20の本体部108に近接して設けられた検出コイル118と、検出コイル118に電気的に接続された発振回路部120と、発振回路部120に電気的に接続された検出回路部122とを有している。検出コイル118は、その検出面(コイル面)124が本体部108に対向するように配設されている。具体的には、検出コイル118は、本体部108のうち検出面124に対向するセンサ対向部126(図5参照)が長溝112の両側に位置するようにクランプボディ14に位置決め固定されている。
発振回路部120は、検出コイル118を所定の発振周波数で発振駆動する。検出回路部122は、発振回路部120の出力信号に基づいて共振インピーダンス(並列共振インピーダンス)を検出する。すなわち、近接センサ22は、回動軸90の回動に伴うセンサ対向部126の面積の変化を共振インピーダンスの変化として検出することにより、クランプアーム18の回動位置(回転角度)を検出する。
図3及び図6において、コントロールユニット24は、クランプボディ14に設けられた筐体内に収容されており、近接センサ22がリード線128によって電気的に接続されている。筐体には、ユーザが外部から押圧操作可能な設定ボタン130と、外部機器(電源等)に接続されたケーブルが接続可能なコネクタ132と、外部から視認可能な表示部134と設けられている。図6に示すように、表示部134は、電源灯136、クランプ灯138、アンクランプ灯140を含む。
コントロールユニット24は、判定部142、閾値設定部144及び出力部146を有している。判定部142は、近接センサ22の検出回路部122にて検出される共振インピーダンス(以下、検出共振インピーダンスと称する)とクランプ閾値Zaとの比較に基づいてクランプ状態であるか否か(クランプアーム18がクランプ位置にあるか否か)を判定する。また、判定部142は、検出共振インピーダンスとアンクランプ閾値Zbとの比較に基づいてアンクランプ状態であるか否か(クランプアーム18がアンクランプ位置にあるか否か)を判定する。
閾値設定部144は、設定ボタン130が第1操作されたときの検出回路部122の出力信号(検出共振インピーダンス)に基づいてクランプ閾値Zaを設定する。また、閾値設定部144は、設定ボタン130が第2操作されたときの検出共振インピーダンスに基づいてアンクランプ閾値Zbを設定する。閾値設定部144にて設定されたクランプ閾値Za及びアンクランプ閾値Zbは、コントローラに記憶される。出力部146は、電源灯136、クランプ灯138及びアンクランプ灯140を点灯又は消灯させる。
本実施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、次にその動作について説明する。なお、図7に示すアンクランプ状態を初期状態として説明する。
まず、ユーザは、クランプ装置10のブラケット53を図示しない固定部材に対して取り付ける。また、ケーブルをコネクタ132に接続することによりクランプ装置10と外部機器(電源等)とを接続する。これにより、コントロールユニット24に電源が供給され、電源灯136が点灯する。
なお、初期状態では、アンクランプ灯140が点灯するとともにクランプ灯138が消灯し、ピストン32はシリンダチューブ26のエンドブロック28側の端側に位置してダンパ48に接触している。このとき、図5に示すように、近接センサ22の検出面124は、長溝112の矢印R2方向の端部に対向する位置P2にあり、本体部108のうち検出面124に対向するセンサ対向部126はS1の面積を有している。
ワークをクランプする場合、第2ポート42を大気開放した状態で第1ポート38に圧縮流体を供給する。そうすると、図3に示すように、ピストン32がロッドカバー30側(矢印B方向)に変位する。このピストン32の直線運動は、ピストンロッド34及びナックルジョイント62を介してリンク機構16へと伝達され、回動軸90の回転作用下にクランプアーム18が一体的に矢印R2方向(図3では時計回り)に回転する。
このとき、支持レバー86に固定された検出体20も回動軸90と一体的に回転するため、検出面124が本体部108に対して矢印R1方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が大きくなり、検出共振インピーダンスが非線形に小さくなる(図5及び図8参照)。
検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaよりも大きくアンクランプ閾値Zbよりも小さい場合、判定部142は中間状態(アンクランプ状態からクランプ状態への移行状態)であると判定する。このとき、出力部146はアンクランプ灯140及びクランプ灯138の両方を消灯させる。これにより、ユーザは、アンクランプ灯140及びクランプ灯138の消灯を目視することにより中間状態であることを確認できる。
そして、検出面124が長溝112の矢印R1方向の端部に対向する位置P1まで変位すると、センサ対向部126の面積はS2になる。なお、面積S2は面積S1よりも大きい。このとき、検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaに到達するため、判定部142はクランプ状態であると判定する。また、出力部146はアンクランプ灯140を消灯させたままクランプ灯138を点灯させる。これにより、ユーザは、クランプ灯138を目視することによりクランプ状態であることを確認できる。この際、ピストン32のロッドカバー30側への変位が停止する。
一方、ワークのクランプ状態を解除する場合には、第1ポート38を大気開放した状態で第2ポート42に圧縮流体を供給する。そうすると、図7に示すように、ピストン32がエンドブロック28側に変位する。このピストン32の直線運動は、ピストンロッド34及びナックルジョイント62を介してリンク機構16へと伝達され、回動軸90の回転作用下にクランプアーム18が一体的に矢印R1方向(図7では時計回り)に回転する。
このとき、支持レバー86に固定された検出体20も回動軸90と一体的に回転するため、検出面124が本体部108に対して矢印R2方向に向かって相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が小さくなり、検出共振インピーダンスが非線形に大きくなる(図8参照)。
検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaよりも大きくアンクランプ閾値Zbよりも小さい場合、判定部142は中間状態(クランプ状態からアンクランプ状態への移行状態)であると判定する。このとき、出力部146はアンクランプ灯140及びクランプ灯138の両方を消灯させる。
そして、検出面124が長溝112の矢印R2方向の端部に対向する位置P2まで変位すると、センサ対向部126の面積はS1になる。このとき、検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbに到達するため、判定部142はアンクランプ状態であると判定する。また、出力部146はクランプ灯138を消灯させたままアンクランプ灯140を点灯させる。この際、ピストン32がダンパ48に接触することにより、ピストン32のエンドブロック28側への変位が停止されるとともに回動軸90及びクランプアーム18の回転が停止される。
このようなクランプ装置10では、ワークの形状や大きさに応じて、アーム開度の調整やクランプ閾値Za及びアンクランプ閾値Zbの設定が行われる。
アーム開度の設定を行う場合、調整ボルト46を螺回することにより調整ボルト46の第1シリンダ室36内への突出長を変更する。これにより、ピストン32のストローク長が変更されるため、ピストン32の直線運動の作用下にリンク機構16を介して回動するクランプアーム18のアーム開度が変更される。なお、アーム開度を広げたい場合には、調整ボルト46の第1シリンダ室36内への突出長を小さくし、アーム開度を狭くしたい場合には、調整ボルト46の第1シリンダ室36内への突出長を大きくする。
また、クランプ閾値Zaを変更する場合、流体圧の作用下にピストン32をロッドカバー30側に変位させることによりクランプアーム18をワークに接触させてワークをクランプする。そして、この状態で、ユーザが設定ボタン130を所定時間(例えば、3秒)以上継続して押圧する(第1操作する)ことにより、この時の検出共振インピーダンスの値が新たなクランプ閾値Zaとして再設定されてコントロールユニット24のメモリに記憶される。
さらに、アンクランプ閾値Zbを変更する場合、クランプアーム18を所定の回転角度(アンクランプ角度)に位置させた状態で、ユーザが設定ボタン130を所定時間未満(例えば、1秒程度)だけ押圧する(第2操作する)ことにより、この時の検出共振インピーダンスの値が新たなアンクランプ閾値Zbとして再設定されてコントロールユニット24のメモリに記憶される。
このように、ワークの形状や大きさを変更した場合であっても、クランプアーム18を所定角度に位置させた状態で設定ボタン130を押圧することでクランプ閾値Za及びアンクランプ閾値Zbを簡単に再設定することができる。また、設定ボタン130の押圧時間を変更することにより、1つの設定ボタン130によってクランプ閾値Za及びアンクランプ閾値Zbの両方を設定することができる。
本実施形態によれば、回動軸90の回転に伴うセンサ対向部126の面積の変化を1つの近接センサ22によって検出している。そのため、部品点数を削減することができるとともにクランプアーム18の回動位置を直接的且つ高精度に検出することができる。また、クランプアーム18の回動角度範囲(アーム開度)を変更する際に、検出体20を交換したり近接センサ22の位置を変更したりする必要がないため、アーム開度の変更作業を容易に行うことができる。
本実施形態では、検出体20が板状であるため、検出体20をプレス成形によって容易に製造することができる。また、検出体20には、センサ対向部126の面積が回動軸90の回転に伴って変化するように、検出体20の延在方向に沿って延在した長溝112が形成されている。そのため、長溝112によってセンサ対向部126の面積を容易に変更することができる。
さらに、長溝112の側辺112a、112bは、検出体20の延在方向と交差する方向に直線状に延在しているため、近接センサ22の共振インピーダンスを非線形に変化させることができる。さらにまた、センサ対向部126が長溝112の両側に跨って設けられているため、検出体20の構成を簡素化することができるとともに剛性の低下を抑えることができる。
本実施形態では、検出体20の延出方向の一端部にねじ部材114が挿通するねじ挿通孔116が形成された取付部110が設けられているため、簡易な構成で検出体20を回動軸90(支持レバー86)に対して強固に固定することができる。これにより、回動軸90が回転する際にセンサ対向部126と検出面124との距離が変動することを抑えることができる。
また、回動軸90のうち回動軸90が回動する際に検出面124に対向する部位に凹部106を形成しているため、回動軸90を金属で構成した場合であっても、近接センサ22によって回動軸90に渦電流が発生することを抑えることができる。
次に、第1変形例に係る検出体150について図9A〜図9Cを参照しながら説明する。この検出体150において、上述した検出体20と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、検出体150において、上述した検出体20と共通する部分については、同一の作用効果が得られる。
図9A及び図9Bに示すように、第1変形例に係る検出体150は、回動軸90の軸線回りに延在した本体部152と、本体部152の矢印R1方向の端部に設けられた取付部110とを有している。本体部152には、回動軸90の軸線回り(本体部152の延在方向)に沿って延在した2つの長溝154、156が本体部152の幅方向に並設されている。
これにより、本体部152には、長溝154、156の外側に位置する四角形状の外枠部158と、長溝154、156の間に位置する中間部160とが形成されることとなる。中間部160は、回動軸90の軸線回りに沿って延在している。中間部160の延在方向の両端部は、外枠部158に連結している。
各長溝154、156は、略三角形状に形成されている。各長溝154、156のうち中間部160側の側辺154a、156aは、本体部152の延在方向と交差する方向に直線状に延在している。換言すれば、各長溝154、156の側辺154a、156aは、矢印R1方向に向かって互いに近接するように直線状に延在している。すなわち、中間部160の幅寸法は、矢印R1方向に向かって狭くなっている。
このような検出体150を用いた場合、初期状態で、近接センサ22の検出面124は、中間部160の矢印R2方向の端部に対向する位置P2にあり、センサ対向部126はS4の面積を有している。なお、クランプ閾値Zaは、アンクランプ閾値Zbよりも大きい。
図9B及び図9Cに示すように、ワークをクランプする場合、検出面124が本体部152に対して矢印R1方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が小さくなり、検出共振インピーダンスが非線形に大きくなる。
検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbよりも大きくクランプ閾値Zaよりも小さい場合、判定部142は中間状態(アンクランプ状態からクランプ状態への移行状態)であると判定する。そして、検出面124が中間部160の矢印R1方向の端部に対向する位置P1まで変位すると、センサ対向部126の面積はS3になる。なお、面積S3は面積S4よりも小さい。このとき、検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaに到達するため、判定部142はクランプ状態であると判定する。
一方、ワークのクランプ状態を解除する場合、検出面124が本体部152に対して矢印R2方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が大きくなり、検出共振インピーダンスが非線形に小さくなる。
検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaよりも小さくアンクランプ閾値Zbよりも大きい場合、判定部142は中間状態(クランプ状態からアンクランプ状態への移行状態)であると判定する。そして、検出面124が中間部160の矢印R2方向の端部に対向する位置P2まで変位すると、センサ対向部126の面積がS4になる。このとき、検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbに到達するため、判定部142はアンクランプ状態であると判定する。
本変形例によれば、2つの長溝154、156の間に位置する中間部160にセンサ対向部126が設けられているため、回動軸90の回転によってセンサ対向部126の面積を確実に変化させることができる。
次に、第2変形例に係る検出体170について図10A〜図10Cを参照しながら説明する。この検出体170において、上述した検出体150と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、検出体170において、上述した検出体150と共通する部分については、検出体150と同一の作用効果が得られる。後述する第3変形例に係る検出体180及び第5変形例に係る検出体200についても同様である。
図10A及び図10Bに示すように、第2変形例に係る検出体170は、回動軸90の軸線回りに延在した本体部172と、本体部172の矢印R1方向の端部に設けられた取付部110とを有している。本体部172には、2つの長溝154、156の矢印R1方向の端部同士を互いに連通した連通溝174が形成されている。連通溝174の溝幅は、検出面124の直径以上である。換言すれば、検出面124は、連通溝174に対向した状態で本体部172に覆われない。
本変形例では、本体部172には、2つの長溝154、156と連通溝174とによって1つの略U字状の溝176が形成されている。これにより、本体部172には、外枠部158と、長溝154、156の間に位置する中間部178とが形成されることとなる。中間部178は、回動軸90の軸線回りに沿って延在している。中間部178の矢印R2方向の端部は外枠部158に連結し、中間部178の矢印R1方向の端部は、外枠部158から離間している。
このような検出体170を用いた場合、初期状態で、近接センサ22の検出面124は、中間部178の矢印R2方向の端部に対向する位置P2にあり、センサ対向部126はS5の面積を有している。
図10B及び図10Cに示すように、ワークをクランプする場合、検出面124が本体部172に対して矢印R1方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が小さくなり、検出共振インピーダンスが大きくなる。
検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbよりも大きくクランプ閾値Zaよりも小さい場合、判定部142は中間状態(アンクランプ状態からクランプ状態への移行状態)であると判定する。そして、検出面124が連通溝174に対向する位置P1まで変位すると、センサ対向部126の面積はゼロになる。このとき、検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaに到達するため、判定部142はクランプ状態であると判定する。
一方、ワークのクランプ状態を解除する場合、検出面124が本体部172に対して矢印R2方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が大きくなり、検出共振インピーダンスが小さくなる。
検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaよりも小さくアンクランプ閾値Zbよりも大きい場合、判定部142は中間状態(クランプ状態からアンクランプ状態への移行状態)であると判定する。そして、検出面124が中間部178の矢印R2方向の端部に対向する位置P2まで変位すると、センサ対向部126の面積がS5になる。このとき、検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbに到達するため、判定部142はアンクランプ状態であると判定する。
本変形例によれば、連通溝174の溝幅が検出面124の直径以上であるため、検出面124が連通溝174に対向する位置P2に変位した際に近接センサ22の検出共振インピーダンスを不連続にする(急激に変化させる)ことができる。これにより、クランプ装置10の使用環境の温度変化によって近接センサ22の検出共振インピーダンスが変動した場合であっても、クランプ状態を確実に検出することができる。
本変形例の検出体170は、上述した構成に限定されない。連通溝174は、2つの長溝154、156の矢印R2方向の端部同士を連通してもよい。この場合、クランプ装置10の使用環境の温度変化によって近接センサ22の共振インピーダンスが変動した場合であっても、アンクランプ状態を確実に検出することができる。
次に、第3変形例に係る検出体180について図11A〜図11Cを参照しながら説明する。図11A及び図11Bに示すように、本変形例に係る検出体180は、回動軸90の軸線回りに延在した本体部182と、本体部182の矢印R1方向の端部に設けられた取付部110とを有している。
本体部182には、回動軸90の軸線回り(本体部182の延在方向)に沿って延在した2つの長溝184、186が本体部182の幅方向に並設されている。これにより、本体部182には、長溝184、186の外側に位置する四角形状の外枠部158と、長溝184、186の間に位置する中間部188とが形成されることとなる。中間部188は、回動軸90の軸線回りに沿って延在している。中間部188の延在方向の両端部は、外枠部158に連結している。
各長溝184、186のうち中間部188側の側辺184a、186aは曲線状に延在している。換言すれば、各長溝184、186の側辺184a、186aは、矢印R1方向に向かって互いに近接するように曲線状に延在している。すなわち、中間部188の幅寸法は、矢印R1方向に向かって狭くなっている。
このような検出体180を用いた場合、初期状態で、近接センサ22の検出面124は、中間部188の矢印R2方向の端部に対向する位置P2にあり、センサ対向部126はS7の面積を有している。
図11B及び図11Cに示すように、ワークをクランプする場合、検出面124が本体部182に対して矢印R1方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が小さくなり、検出共振インピーダンスが線形に大きくなる。そして、検出面124が中間部188の矢印R1方向の端部に対向する位置P1まで変位すると、センサ対向部126の面積はS6になる。なお、面積S6は面積S7よりも小さい。このとき、検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaに到達するため、判定部142はクランプ状態であると判定する。
一方、ワークのクランプ状態を解除する場合、検出面124が本体部182に対して矢印R2方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が大きくなり、検出共振インピーダンスが線形に小さくなる。そして、検出面124が中間部188の矢印R2方向の端部に対向する位置P2まで変位すると、センサ対向部126の面積がS7になる。このとき、検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbに到達するため、判定部142はアンクランプ状態であると判定する。
本変形例によれば、長溝184、186の各側辺184a、186aが曲線状に延在しているため、近接センサ22の共振インピーダンスを線形に変化させることができる。これにより、クランプアーム18の回転角度を検出することができる。
次に、第4変形例に係る検出体190について図12A〜図12Cを参照しながら説明する。この検出体190において、上述した検出体180と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、検出体190において、上述した検出体180と共通する部分については、検出体180と同一の作用効果が得られる。
図12A及び図12Bに示すように、本変形例に係る検出体190は、回動軸90の軸線回りに延在した本体部192と、本体部192の両端部に設けられた取付部110とを有している。本体部192には、2つの長溝184、186の矢印R1方向の端部同士を互いに連通した連通溝194が形成されている。連通溝194の溝幅は、検出面124の直径以上である。換言すれば、検出面124は、連通溝194に対向した状態で本体部192に覆われない。
本変形例では、本体部192には、2つの長溝184、186と連通溝194とによって1つの略U字状の溝196が形成されている。これにより、本体部192には、外枠部158と、長溝184、186の間に位置する中間部198とが形成されることとなる。中間部198は、回動軸90の軸線回りに沿って延在している。中間部198の矢印R2方向の端部は外枠部158に連結し、中間部198の矢印R1方向の端部は、外枠部158から離間している。
このような検出体190を用いた場合、初期状態で、近接センサ22の検出面124は、中間部198の矢印R2方向の端部に対向する位置P2にあり、センサ対向部126はS8の面積を有している。
図12B及び図12Cに示すように、ワークをクランプする場合、検出面124が本体部192に対して矢印R1方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が小さくなり、検出共振インピーダンスが線形に大きくなる。そして、検出面124が連通溝194に対向する位置P1まで変位すると、センサ対向部126の面積はゼロになる。このとき、検出共振インピーダンスがクランプ閾値Zaに到達するため、判定部142はクランプ状態であると判定する。
一方、ワークのクランプ状態を解除する場合、検出面124が本体部192に対して矢印R2方向に相対的に変位するとともにセンサ対向部126の面積が大きくなり、検出共振インピーダンスが線形に小さくなる。そして、検出面124が中間部198の矢印R2方向の端部に対向する位置P2まで変位すると、センサ対向部126の面積がS8になる。このとき、検出共振インピーダンスがアンクランプ閾値Zbに到達するため、判定部142はアンクランプ状態であると判定する。
本変形例によれば、本体部192の延在方向の両端部に取付部110を設けているため、検出体190を回動軸90(支持レバー86)に対して一層強固に固定することができる。
次に、第5変形例に係る検出体200について図13〜図14Bを参照しながら説明する。図13〜図14Bに示すように、本変形例に係る検出体200は、本体部192の矢印R1方向の端部に設けられた2つの第1保持部202と、本体部192の矢印R2方向の端部に設けられた2つの第2保持部204とを有している。
2つの第1保持部202は、取付部110を挟むように本体部192の幅方向の両端部に設けられている。各第1保持部202と取付部110との間には所定の隙間が形成されている。各第1保持部202は、回動軸90の径方向(検出体200の厚さ方向)に弾性変形可能に構成されている。つまり、各第1保持部202は、本体部192から回動軸90の延在方向に沿って延出した第1延出部202aと、第1延出部202aの先端から矢印R1方向に向かって回動軸90の径方向外側に延出した第1受入部202bとを含む。
2つの第2保持部204は、本体部192の幅方向の両端部に互いに離間した状態で設けられている。第2保持部204は、上述した第1保持部202と同様に構成されており、本体部192から回動軸90の延在方向に沿って延出した第2延出部204aと、第2延出部204aの先端から矢印R2方向に向かって回動軸90の径方向外側に延出した第2受入部204bとを含む。検出体200が回動軸90に取り付けられていない状態で互いに対向する第1保持部202と第2保持部204の間隔は、回動軸90の外径よりも若干小さく設定されている。
本変形例では、第1保持部202と第2保持部204との間に回動軸90が挿入されると、回動軸90の外周面に接触した第1受入部202bと第2受入部204bとが径方向外方に押圧されて第1保持部202と第2保持部204とが互いに離間する方向(拡開する方向)に弾性変形する。そして、回動軸90に対して検出体200を完全に装着されると、復元力により第1延出部202aと第2延出部204aとが回動軸90の外周面に押し付けられる。
本変形例によれば、第1保持部202と第2保持部204とは、回動軸90の外周面を径方向外方から保持するため、検出体200を回動軸90に対してより強固に固定することができる。
本実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、検出体20、150、170、180、200において、延在方向の両端部に取付部110を設けてもよい。また、検出体20、150、170、180、190において、第1保持部202及び第2保持部204を設けてもよい。また、近接センサ22は、共振インピーダンスではなくインダクタンスの変化に基づいてクランプアーム18の回動位置を検出するようにしてもよい。
上記の検出体20、150、170は、アンクランプ状態からクランプ状態に移行する際にセンサ対向部126の面積が小さくなり、クランプ状態からアンクランプ状態に移行する際にセンサ対向部126の面積が大きくなるように構成されていてもよい。この場合、アンクランプ状態からクランプ状態に移行する際に検出共振インピーダンスが大きくなり、クランプ状態からアンクランプ状態に移行する際に検出共振インピーダンスが小さくなる。
また、上記の検出体180、190は、アンクランプ状態からクランプ状態に移行する際にセンサ対向部126の面積が大きくなり、クランプ状態からアンクランプ状態に移行する際にセンサ対向部126の面積が小さくなるように構成されていてもよい。この場合、アンクランプ状態からクランプ状態に移行する際に検出共振インピーダンスが小さくなり、クランプ状態からアンクランプ状態に移行する際に検出共振インピーダンスが大きくなる。
上述した各検出体20、150、170、180、190は、取付部110に形成されたねじ挿通孔116にねじ部材114を挿通させた状態で支持レバー86のねじ孔104に螺合することにより支持レバー86に対して取り付けられる。換言すれば、各検出体20、150、170、180、190は、同一寸法の取付部110を有している。そのため、検出体20、150、170、180、190を容易に交換することができる。つまり、支持レバー86の構造や近接センサ22を変更することなく、検出体20、150、170、180、190を交換することにより、種々のセンサ特性の要求に容易に対応することができる。
具体的には、例えば、クランプ装置10の用途によってクランプ状態の検出共振インピーダンスを高精度に検出する必要がある場合には、クランプ状態でのセンサ対向部126の面積がゼロになる(検出共振インピーダンスが急激に変化する)検出体150、170、190を用いればよい。
また、例えば、クランプ特性を変更する場合(例えば、動力伝達機構をトグルリンク機構から楔機構に変更する場合)、クランプ力の特性が変化するが、そのクランプ特性に合った検出体を用いることにより、クランプ状態及びアンクランプ状態を簡便且つ高精度に検出することができる。
さらに、クランプアーム18の回動角度範囲を変更する場合には、その回動角度範囲の全範囲に亘ってセンサ対向部126の面積が変化するような検出体を用いることにより、クランプ状態及びアンクランプ状態を簡便且つ高精度に検出することができる。
本発明に係るクランプ装置は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10…クランプ装置 12…駆動部
14…クランプボディ 18…クランプアーム
20、150、170、180、190、200…検出体
22…近接センサ 90…回動軸
106…凹部 110…取付部
112、154、156、184、186…長溝
112a、112b、154a、156a、184a、186a…側辺
124…検出面 126…センサ対向部
202…第1保持部 204…第2保持部

Claims (12)

  1. 回動するクランプアームによってワークをクランプするクランプ装置において、
    クランプボディと、
    前記クランプボディに設けられた駆動部と、
    前記駆動部の作用下に前記クランプアームと一体的に回動する回動軸と、
    前記回動軸に設けられ、前記回動軸の軸線回りに沿って延在した金属製の検出体と、
    前記検出体に対向するように配設され、前記検出体に渦電流を発生させるとともに磁気損失を検出する1つの近接センサと、を備え、
    前記検出体は、当該検出体における前記近接センサの検出面に対向するセンサ対向部の面積が前記回動軸の回転に伴って変化するように形成されている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  2. 請求項1記載のクランプ装置において、
    前記検出体は、板状に形成されている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  3. 請求項2記載のクランプ装置において、
    前記検出体には、前記センサ対向部の面積が前記回動軸の回転に伴って変化するように、前記検出体の延在方向に沿って長溝が形成されている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  4. 請求項3記載のクランプ装置において、
    前記長溝の側辺は、前記検出体の延在方向と交差する方向に直線状に延在している、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  5. 請求項3記載のクランプ装置において、
    前記長溝の側辺は、曲線状に延在している、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  6. 請求項3〜5のいずれか1項に記載のクランプ装置において、
    前記検出体には、1つの前記長溝が形成され、
    前記センサ対向部は、前記長溝の両側に跨って設けられる、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  7. 請求項3〜6のいずれか1項に記載のクランプ装置において、
    前記検出体には、当該検出体の幅方向に2つの前記長溝が並設され、
    前記センサ対向部は、2つの前記長溝の間に設けられる、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  8. 請求項7記載のクランプ装置において、
    前記検出体には、2つの前記長溝の端部同士を互いに連通する連通溝が形成され、
    前記連通溝の溝幅は、前記検出面の直径以上である、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のクランプ装置において、
    前記検出体は、ねじ部材によって前記回動軸に対して固定されている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  10. 請求項9記載のクランプ装置において、
    前記検出体の延在方向の少なくとも一方の端部には、前記ねじ部材が挿通する挿通孔が形成された取付部が設けられている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  11. 請求項9又は10に記載のクランプ装置において、
    前記検出体の延在方向の両端部には、前記回動軸の外周面を径方向外方から挟持する保持部が設けられている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のクランプ装置において、
    前記回動軸の外周面うち前記検出面に対向する部位には、凹部が形成されている、
    ことを特徴とするクランプ装置。
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