JP2020066060A - クランプ装置およびピストン駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンを作動させるための圧力流体によって異常状態の検出も可能なクランプ装置を提供する。【解決手段】圧力流体がロック室（２３）に供給されることにより、出力部材（２１）および楔部（３４）を有するクランプロッド（２８）が下方へ移動される。クランプ対象物の孔に挿入された係合部材（１７）が、楔部（３４）の移動により半径方向に拡径され、クランプ対象物をクランプする。出力部材（２１）の移動に伴って操作される弁機構（５０）は、出力部材（２１）が終期ストローク領域に移動したときに、または、係合部材（１７）が予め定めた範囲を超えて移動したときに、ロック室（２３）に供給される圧力流体の一部を排出させる。圧力流体の状態の変化を検出することにより、クランプ装置の動作が異常であることを検出できる。【選択図】図１

Description

この発明は、ワークや金型等のクランプ対象物に形成された孔の内周面をグリップすることによって上記のクランプ対象物をテーブル等の固定側部材にクランプする装置、およびそのクランプ装置を構成するのに好適であり、また他の装置への応用も可能な、ピストンによって駆動力を発生させるピストン駆動装置に関し、より詳しくいえば、そのクランプ装置およびピストン駆動装置に異常状態の検出機構を設ける技術に関する。

この種のクランプ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特許第４２９７５１１号公報）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。

ハウジング内にクランプロッドとピストンとが上下に配置され、そのクランプロッドの上部の外周に複数の係合部材（グリッパ）が周方向へ配置される。上記係合部材は、環状受圧部材に作用させた上向きの油圧力によって上昇位置に保持される。

ロック駆動時には、まず、上記の複数の係合部材に対してワークを下降させて当該ワークの孔を係合部材に外嵌めする。引き続いて、上記ピストンがクランプロッドを下降させる。すると、クランプロッドの上部に設けた楔面が、環状受圧部材によって上昇位置に保持された係合部材を半径方向の外方へ移動させ、上記係合部材の上部に設けた薄肉のグリップ部がワークの孔の内周面を強力にグリップする。次いで、そのグリップ状態で、ピストンがクランプロッドの楔面を介して上記係合部材および環状受圧部材を一体的に下降させ（ロックストローク）、その係合部材がワークを下方へ引っ張って固定側部材に固定する。そのロック状態のピストンには、上記ロックストロークの下側にロック余裕ストロークが形成されている。

上記構成の従来技術では、クランプロッドのロック下降時において、ワークの孔の内周面に対して係合部材のグリップ部が下方へスリップした場合には、その係合部材に楔係合したクランプロッドおよびピストンがロックストロークの領域を超えてロック余裕ストロークの領域へ下降し、上記の係合部材および環状受圧部材も一体となって下降する。これにより、その環状受圧部材の上部に設けた鍔部が弁部材を下方へ押し開き、これと同時に、上記の鍔部が、ハウジングに設けたストッパ部によって受け止められる（特許文献１の図５および図６を参照）。

上述した弁部材の開弁によって検出用の加圧エアの圧力が低下するので、その圧力低下を圧力スイッチで検出することにより、上記スリップによる異常状態が検出される。

なお、加圧エアの圧力低下によって異常状態を検出するクランプ装置としては、特許文献２（日本国・特開２０１４−８５９８号公報）に記載されたものもある。

特許第４２９７５１１号公報 特開２０１４−８５９８号公報

上記のようなクランプ装置においては、ピストンやクランプロッドなどからなる出力部材を作動させるための圧力流体（圧油）と、異常状態を検出するための圧力流体（加圧エア）とを、別系統で備えている。この点に着目し、これらの共通化が可能であることを見出すことにより、本発明がなされた。

本発明の目的は、出力部材を作動させるための圧力流体によって異常状態の検出も可能なクランプ装置およびピストン駆動装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１Ａから図８に示すように、クランプ装置を次のように構成した。

クランプ対象物１０の孔１０ａに挿入可能な係合部材１７が、上記ハウジング１よりも先端側へ突設し、かつ半径方向に移動可能となるように上記ハウジング１に設けられる。楔部３４が上記係合部材１７と係合しつつ軸方向へ移動することにより上記係合部材１７を半径方向に移動させる。上記楔部３４を軸方向へ移動させる出力部材２１が、ピストン２１ａと当該ピストン２１ａから先端側へ突出されたピストンロッド２１ｂとを有する。上記出力部材２１を軸方向へ移動させる圧力流体が給排される作動室が、上記ピストン２１ａの基端側および先端側にそれぞれ形成された第１作動室２２および第２作動室２３を含む。上記出力部材２１の移動に伴って操作されるように上記ハウジング１内に設けられた弁機構５０，６０，７０が、上記出力部材２１の全ストロークのうちのロック方向の終期ストローク領域に当該出力部材２１が移動したときに、または、上記出力部材２１のロック方向への移動に伴い上記係合部材１７が同方向へ予め定めた範囲を超えて移動したときに、上記作動室に供給される圧力流体の一部を排出させる。

本発明は、上記のように構成されることから、次の作用効果を奏する。

ワーク等のクランプ対象物が未搬入の状態でクランプ装置をロック駆動した異常動作の場合（以下、「空クランプ」ともいう。）では、係合部材は、楔部によって半径方向の外方へ移動されるものの、クランプ対象物の孔の内周面に受け止められないので、過度に拡径する。その過度な拡径状態では、上記の出力部材は上記の係合部材との係合が解かれて基端側へ移動していく。

そして、上記出力部材が、ロック方向の終期ストローク領域としての異常ストローク領域へ移動したときに、出力部材の移動に伴って弁機構が操作され、出力部材を作動させるための圧力流体が排出される。

すると、圧力流体において、その圧力が設定圧力よりも低下するなどの状態の変化が生じることになるので、その状態の変化を検出することにより、クランプ装置が上記の異常動作をしたことを検出できる。

また、楔部が係合部材に先端側から係合され、ロック方向が基端方向となる構成では、クランプ装置でクランプ対象物を固定したロック状態において、例えば、金属疲労などによって、楔部とピストンとを繋ぐ部分が破断した場合には、その破断部の基端側の部分とピストンが係合部材を置き残して移動（異常動作）していく。上記出力部材が、ロック方向の終期ストローク領域としての異常ストローク領域へ下降したときに、上記の空クランプ時と同様に、出力部材を作動させるための圧力流体が排出されるので、クランプ装置が上記の異常動作したことを検出できる。

さらには、係合部材の摩耗や欠損された状態で、又は、搬入されたクランプ対象物の孔の内径寸法が許容範囲（例えば、最も拡径側へ移動したときの係合部材の外形寸法）よりも大きい状態で、クランプ装置をロック駆動すると、係合部材は、クランプ対象物の孔の内周面に受け止められるが上記孔の内周面にグリップ力を殆ど作用させないグリップ異常状態となることがある。この場合、出力部材のピストンロッドが基端側へ移動されるのに連動して、係合部材の外周面がクランプ対象物の孔の内周面に沿って基端側へスリップしながら移動される（異常動作）。本構成の場合、係合部材が予め定めた範囲を超えて基端側へ移動したときに弁機構を開弁させることにより、出力部材を作動させるための圧力流体が排出されるので、クランプ装置が異常動作したことを検出できる。

以上のとおり、本発明のクランプ装置では、出力部材を作動させるための圧力流体によって異常動作の検出も可能となる。

上記の本発明は、下記（１）から（３）のとおり構成することが好ましい。

（１）上記ロック方向は基端方向であり、上記第１作動室および第２作動室はそれぞれリリース室２２およびロック室２３である。

（２）上記係合部材１７を基端側から支持し、かつ先端側へ付勢されている支持部材１４，７２が、上記弁機構５０，６０，７０を開弁させるために、上記出力部材２１に連動して基端方向に移動する。

（３）上記弁機構５０，６０，７０から排出された圧力流体を上記リリース室側へ流す連通路５１ｃ，６１ｃ，７４を備える。本構成の場合、弁機構によって排出された圧力流体を、リリース室からの排出経路を利用して排出することができ、別途の排出経路を設ける必要がない。

また、上記の本発明は、例えば図１Ａから図４に示すように、下記（４）のとおり構成することが好ましい。

（４）操作部材５６が、上記支持部材１４と連動して移動し、上記弁機構５０を開弁させる。上記弁機構５０は、上記ロック室２３への圧力流体の給排路２３ａ側と上記連通路５１ｃ側とを開閉するものであって、上記給排路２３ａ側へ付勢される弁部材５４と、当該弁部材５４が接当される弁座５２ａと、上記弁部材５４を上記弁座５２ａへ付勢する閉じバネ５５とを備え、上記操作部材５６によって上記弁部材５４が上記弁座５２ａから離間されることにより開弁される。

また、上記の本発明は、例えば図５Ａから図６に示すように、下記（５）のとおり構成することが好ましい。

（５）上記弁機構６０は、上記ロック室２３への圧力流体の給排路２３ａおよび上記連通路６１ｃとそれぞれ通じる弁孔６１と、上記支持部材１４と連動して移動するように上記弁孔６１に挿入された弁部材６２を備える。そして、上記弁機構６０は、上記弁孔６１の内周および上記弁部材６２の外周の一方に閉じ面６４ａ、他方に閉じ面６２ｂを形成する。上記弁機構６０は、上記仕切り面６２ｂが上記仕切り面６４ａに対面した位置から離間されることにより開弁され、上記給排路２３ａと上記連通路６１ｃとの間を開通させる。

また、上記の本発明は、例えば図７から図８に示すように、下記（６）のとおり構成することが好ましい。

（６）上記ハウジング１と上記ピストンロッド２１ｂとの間、かつ上記ロック室２３の先端側に上記連通路７４へ通じる環状空間を形成すると共に、上記支持部材７２を筒状に形成する。上記支持部材７２の外周および上記ハウジング１の内周の一方に仕切り面７３ａ、他方に閉じ面７２ｂを形成する。上記環状空間に対して、上記支持部材７２を、軸方向へ移動可能、かつ上記仕切り面７３ａおよび閉じ面７２ｂによって保密状となるように挿入する。上記弁機構７０は、上記仕切り面７３ａおよび閉じ面７２ｂによって構成され、上記閉じ面７２ｂが上記仕切り面７３ａに対面した位置から離間されることにより開弁され、上記ロック室２３と上記環状空間との間を開通させる。本構成の場合、主に支持部材およびハウジングによって弁機構を構成することができるため、別途に弁機構を設ける構成と比べて部品点数を削減できる。

また、上記の本発明は、例えば図１Ａから図６に示すように、下記（７）のとおり構成することが好ましい。

（７）バネ部材１３が、上記ハウジング１内において上記支持部材１４に対して基端側に配置され、上記支持部材を先端側へ付勢する。

また、上記の本発明は、例えば図７から図８に示すように、下記（８）のとおり構成することが好ましい。

（８）上記ハウジング１と上記ピストンロッド２１ｂとの間、かつ上記ロック室２３の先端側に環状空間を形成すると共に、上記支持部材（７２）を筒状に形成する。上記環状空間に上記支持部材７２を軸方向へ移動可能、かつ保密状となるように挿入することにより、上記支持部材２１は上記ロック室２３に供給される圧力流体によって先端側へ付勢される。本構成の場合、バネ部材を使用することなく、支持部材を先端側へ付勢することができる。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１Ａから図８に示すように、ピストン駆動装置を次のように構成した。

上記ハウジング１内に軸方向に移動可能に設けられた出力部材２１が、ピストン２１ａから先端側へ突出されたピストンロッド２１ｂを有する。上記出力部材２１を軸方向へ移動させる圧力流体が給排される作動室が、上記ピストンの一方の側および他方の側にそれぞれ形成された第１作動室２２および第２作動室２３を含む。上記出力部材２１の移動に伴って操作されるように上記ハウジング１内に設けられた弁機構５０，６０，７０が、上記出力部材２１の全ストロークのうち、上記第１作動室２２へ圧力流体が供給されるときの上記出力部材２１の移動方向における終期ストローク領域に当該出力部材２１が移動したときに、上記作動室に供給される圧力流体の一部を排出させる。

本発明は、上記のように構成されることから、次の作用効果を奏する。

ピストンによって駆動力を発生させるピストン駆動装置においては、ピストンを含む出力部材の全ストロークのうち、予め定めたストローク領域を超えて出力部材が移動したときに、それを異常として検出可能とすることが求められる場合がある。

上記構成の場合、第１作動室へ圧力流体が供給されるときの出力部材の移動方向における終期ストローク領域としての異常ストローク領域へ出力部材が移動したときに、出力部材の移動に伴って弁機構が操作され、出力部材を作動させるための圧力流体が排出される。

すると、圧力流体において、その圧力が設定圧力よりも低下するなどの状態の変化が生じることになるので、その状態の変化を検出することにより、ピストン駆動装置の動作が異常であることを検出できる。

以上のとおり、本発明のピストン駆動装置では、出力部材を作動させるための圧力流体によって異常状態の検出も可能となる。

図１Ａは、本発明の第１実施形態を示し、クランプ装置のアンクランプ状態の立面視の断面図である。図１Ｂは、上記クランプ装置に設けた弁機構の拡大図である。 図２は、上記クランプ装置のクランプ状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図３は、上記クランプ装置の異常状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図４は、上記クランプ装置の他の異常状態を示し、上記図１Ａに類似する図である。 図５Ａは、本発明の第２実施形態を示し、クランプ装置のアンクランプ状態の立面視の断面図である。図５Ｂは、上記クランプ装置に設けた弁機構の拡大図である。 図６は、上記クランプ装置の異常状態を示し、上記図５Ａに類似する図である。 図７は、本発明の第３実施形態を示し、クランプ装置のアンクランプ状態の立面視の断面図である。 図８は、上記クランプ装置の異常状態を示し、上記図７に類似する図である。

図１Ａから図４は、本発明の第１実施形態を示している。まず、アンクランプ状態を示す図１Ａおよび図１Ｂに基づいて上記クランプ装置の構造を説明する。

固定台としてのテーブルＴにハウジング１が固定され、そのハウジング１は、下側から順に形成された下ハウジング２と上ハウジング３とを有する。上ハウジング３が下ハウジング２にボルト（図示しない）によって連結され、下ハウジング２がテーブルＴにボルト（図示しない）によって固定される。

上記の上ハウジング３に収容孔５が形成され、その収容孔５に支持筒６が半径方向および上下方向（軸方向）に移動可能に挿入される。その支持筒６が下側から順に形成されたフランジ部６ａと周壁６ｂと頂部６ｃとを有する。その周壁６ｂと頂部６ｃとが、上ハウジング３の上端面（先端面、クランプ対象物着座面）３ａから上方へ突設され、クランプ対象物としてのワーク１０（その他クランプ対象物としてのパレット等）の孔１０ａに挿入可能となっている（図２を参照）。頂部６ｃの外周壁が上方に向うにつれて狭まるようにテーパ状に形成される。

支持筒６は、後述する進出機構１２によって上方に付勢される。進出機構１２は、基端側が下ハウジング２によって受け止められているバネ部材（進出バネ）１３と、バネ部材１３によって先端側へ付勢される支持部材１４と、支持部材１４と支持筒６との間に介在する中間部材１５とによって構成される。支持筒６のフランジ部６ａの上面は、収容孔５の内周壁の上端部から半径方向の内方に突設された突起部に受け止められている。

支持筒６の周壁６ｂに案内孔１６が周方向に所定の間隔をあけて半径方向に３つ形成される（図１Ａから図４には、案内孔１６を１つだけ示す）。その案内孔１６に係合部材１７が半径方向に移動可能に挿入される。各係合部材１７の外周部に鋸刃状の突起１７ａが上下方向に複数形成される。その突起１７ａがワーク１０の孔１０ａの内周面に係合可能となっている。

上記の収容孔５に連通するようにシリンダ孔２０が、下ハウジング２に形成される。そのシリンダ孔２０は、下側から順に形成された大径孔２０ａと小径孔２０ｂと中径孔２０ｃとを有する。そのシリンダ孔２０の大径孔２０ａには、ピストン２１ａが上下方向に移動可能で保密状に挿入される。シリンダ孔２０の小径孔２０ｂには、ピストン２１ａから先端側へ突出されたピストンロッド２１ｂが上下方向に移動可能で保密状に挿入される。ピストン２１ａとピストンロッド２１ｂによって出力部材２１が構成される。

ピストン２１ａの下側に、第１作動室としてのリリース室（アンクランプ室）２２が形成されると共に、ピストン２１ａの上側に、第２作動室としてのロック室（クランプ室）２３が形成される。そのリリース室２２に圧油（圧力流体）を供給および排出する給排路２２ａが、テーブルＴに形成される。ロック室２３に圧油を供給および排出する別の給排路２３ａが、下ハウジング２に形成される。ピストン２１ａとリリース室２２とロック室２３とによって駆動手段が構成される。

上記のピストンロッド２１ｂの外周には、部分的にその径が小さくなるくびれ２１ｃが形成される。そのくびれ２１ｃに止め輪２４が嵌め込まれる。その止め輪２４の外周面と中間部材１５の内周面との間に環状隙間が形成されている。ピストンロッド２１ｂが止め輪２４を介して支持部材１４に当接可能となっている（図３を参照）。

ピストンロッド２１ｂの上端部にＴ溝２１ｄが形成される。そのＴ溝２１ｄに、クランプロッド２８の下端部に形成されたＴ脚２８ａが装着される。

上記のクランプロッド２８が支持筒６の内周孔に上下方向に移動可能に挿入される。クランプロッド２８の上端部に楔部３４が上方に向うにつれて広がるように形成される。その楔部３４が、前記の係合部材１７の内側壁に形成された受け面３５に上方から楔係合する。

上記の係合部材１７の外周部に溝１７ｂが周方向に形成されると共に、その溝１７ｂに対応する高さ位置で支持筒６の周壁６ｂの外周部に溝６ｄが周方向に形成される。係合部材１７の溝１７ｂと支持筒６の溝６ｄとに、ゴム等の弾性体からなる薄肉のリング３６が装着される。そのリング３６の弾性力が係合部材１７を半径方向の内方へ付勢する。

上記の上ハウジング３の収容孔５の先端側の周壁にはダストシール３８が装着される。そのダストシール３８の弾性力が、上記クランプロッド２８及び係合部材１７を、出力部材２１の軸心へ向けて半径方向の内方へ付勢する。ダストシール３８によって、係合部材１７が支持筒６の外周面よりも半径方向の内方へ移動される。その結果、ワーク１０の孔１０ａを支持筒６に外嵌めするときに、ワーク１０が係合部材１７に衝突するのを防止できる。

収容孔５の内周面と、リング３６、係合部材１７または支持筒６の外周面との間に形成された隙間を封止するように、薄肉状に形成されたダストシール３８の半径方向の内端部が、リング３６、係合部材１７または支持筒６の外周面に摺動可能に当接する。これにより、上記の隙間に切粉などの異物が侵入することを防止できる。

上ハウジング３には、着座検出用の加圧エアを供給する第１エア供給路４１が形成される。その第１エア供給路４１は、上ハウジング３の上端面３ａに達し、検出孔４０として開口される。その検出孔４０がワーク１０の下面によって塞がれると、第１エア供給路４１の加圧エアの圧力が変化するので、着座を検出することができる。

下ハウジング２には、エアブロー用の加圧エアを供給する第２エア供給路４３が形成される。その第２エア供給路４３は、下ハウジング２と上ハウジング３との間に形成される、支持部材１４の鍔部の収容スペースに開口される。第２エア供給路４３へ供給されたエアブロー用の加圧エアは、支持部材１４の鍔部に形成された貫通孔を通り、中間部材１５とピストンロッド２１ｂとの間に形成された隙間や、中間部材１５と支持筒６との接触面などを通って、ダストシール３８の半径方向の内端部側からハウジング１の外側へ排出される。

上記構成のクランプ装置に異常状態（クランプ不良）の検出機構が設けられる。その検出機構は、図１Ａから図４に示すように、次のように構成される。

下ハウジング２には、弁孔５１が形成される。その弁孔５１は、シリンダ孔２０の中径孔２０ｃよりもピストンロッド２１ｂの軸心からみて半径方向外側の位置に、ピストンロッド２１ｂの軸方向に平行に形成される。弁孔５１の基端側は、シリンダ孔２０の大径孔２０ａに達しない深さに底部が形成される。弁孔５１の底部側の空間は、下ハウジング２に形成された連通路５１ｃを介してリリース室２２に通じる。弁孔５１の先端側は、上ハウジング３および支持部材１４の鍔部に向かって開口される。

弁孔５１の内周面には、ロック室２３に圧油を供給および排出する上記の給排路２３ａのうち、圧油の供給元に連通する開口部５１ａと、ロック室２３に連通する開口部５１ｂとが形成される。給排路２３ａのうち、開口部５１ｂからロック室２３に通じる部分は、弁孔５１を避けるように迂回して形成され、図１Ａから図４においては、紙面に対して奥側へ迂回している。

弁孔５１内には、開口部５１ａ，５１ｂよりも下側および上側に、それぞれ下壁部材５２および上壁部材５３が挿入される。下壁部材５２および上壁部材５３と弁孔５１の内周面とは保密状となっている。

下壁部材５２の下面には、弁座５２ａが形成される。下壁部材５２の下方には、弁座５２ａに当接される弁部材５４が設けられる。弁部材５４は、弁座５２ａに当接する部分に、例えば樹脂からなる封止部材５４ａを有する。弁部材５４は、その下方に配置される閉じバネ５５により、弁座５２ａへ付勢される。

下壁部材５２および上壁部材５３には、ピストンロッド２１ｂの軸方向に平行、かつ下壁部材５２および上壁部材５３において同心となる、貫通孔５２ｂ，５３ｂがそれぞれ形成される。貫通孔５２ｂ，５３ｂには、支持部材１４の鍔部に取り付けられ、支持部材１４と連動して移動する操作部材５６が挿入される。貫通孔５２ｂの内周面と操作部材５６の下半部分に形成される小径部の外周面との間には、圧油が通過する隙間が形成されると共に、操作部材５６の上半部分に形成される大径部が、貫通孔５３ｂに保密状に挿入されている。その操作部材５６が、貫通孔５２ｂ,５３ｂに供給される圧油によって上限位置へ移動されて支持部材１４に上方から受け止められている。

上記の弁部材５４と、弁座５２ａと、閉じバネ５５とによって、ポペット式の弁機構５０が構成される。その弁機構５０は、操作部材５６によって弁部材５４が弁座５２ａから離間されることにより開弁される。

上記構成のクランプ装置は、図１Ａから図２に示すように、正常時には以下のように動作する。

図１Ａのリリース状態（アンクランプ状態）では、ロック室２３の圧油が排出されると共に、リリース室２２に圧油が供給される。これにより、ピストン２１ａとクランプロッド２８とが上昇位置に移動され、支持筒６がバネ部材１３によって上昇位置に保持される。このとき、係合部材１７がリング３６の弾性力によって縮径状態に切り換えられている。

クランプ装置を図１Ａのリリース状態から図２のロック状態（クランプ状態）へ切り換えるときには、リリース室２２の圧油を排出すると共に、ロック室２３に圧油を供給する。すると、まず、バネ部材１３の付勢力によって上昇位置に保持された支持筒６に対して、クランプロッド２８が下降していく。次いで、クランプロッド２８の楔部３４によって係合部材１７が縮径状態から拡径され（半径方向の外方へ移動され）、当該係合部材１７の突起１７ａがワーク１０の孔１０ａの内周面に係合する。引き続いて、ワーク１０の孔１０ａの内周面を押圧した状態の係合部材１７が、上記の孔１０ａを介してワーク１０を下向きに引っ張る。これと同時に、係合部材１７が支持筒６をバネ部材１３の付勢力に抗して下方へ押圧する。これにより、ワーク１０が上ハウジング３の上端面３ａに強力に押圧される。その結果、クランプ装置は、図２のクランプ状態に切り換えられる。

上記クランプ装置を図２のロック状態から図１Ａのリリース状態へ切り換えるときには、ロック室２３の圧油を排出すると共にリリース室２２へ圧油を供給する。これにより、クランプ装置は、上述したロック状態への切り換え動作（ロック駆動、クランプ動作）とはほぼ逆の手順でリリース状態へ切り換えられる。

上記クランプ装置は、異常状態に次のように動作する。

図３に示すように、ワーク１０の未搬入状態でクランプ装置をロック駆動した場合（空クランプの場合）には、バネ部材１３の付勢力によって上昇位置に保持された複数の係合部材１７は、クランプロッド２８の楔部３４によって半径方向の外方へ移動されるものの、ワーク１０の孔１０ａ（図２を参照）の内周面に受け止められないので、過度に拡径する。その過度な拡径状態では、上記クランプロッド２８、およびピストン２１ａとピストンロッド２１ｂによって構成される出力部材２１は、上記の係合部材１７及び支持筒６を上昇位置に置き残して下限位置へ下降する。

そして、上記出力部材２１が、ロック方向の終期ストローク領域（下限領域）としての異常ストローク領域へ下降したときに、出力部材２１の移動に伴って弁機構５０が操作されることにより、出力部材２１を作動させるための給排路２３ａ内の圧油が、連通路５１ｃおよびリリース室２２と給排路２２ａとを介して外界へと排出される。

弁機構５０の操作について詳細に説明すれば、次のとおりである。ピストン２１ａとピストンロッド２１ｂによって構成される出力部材２１の下降にともない、中間部材１５の内周に対して摺動していた止め輪２４が、支持部材１４の上端部に受け止められる。さらに出力部材２１が下降すると、止め輪２４を受け止めた支持部材１４、および支持部材１４に取り付けられた操作部材５６も下降する。そして、操作部材５６が閉じバネ５５に抗して弁部材５４を押し下げ、弁部材５４が弁座５２ａから離間されることにより、弁機構５０が開弁される。

弁機構５０が開弁され、給排路２３ａの圧油が外界へ排出されると、給排路２３ａ内の圧油の圧力が設定圧力よりも低下するなどの状態の変化が生じることになる。その状態の変化を、圧油の供給側において検出することにより、クランプ装置の動作が異常であることを検出できる。

また、図４に示すように、ワーク１０の孔１０ａの内径寸法が許容範囲（例えば、最も拡径側へ移動したときの係合部材の外形寸法）よりも大きい状態や、係合部材１７が摩耗や欠損している状態において、クランプ装置をロック駆動することがある。この場合に、係合部材１７は、ワーク１０の孔１０ａの内周面を押圧するが、孔１０ａの内周面にグリップ力を殆ど作用させないグリップ異常状態となることがある。グリップ異常状態では、出力部材２１のピストンロッド２１ｂが下方（基端側）へ移動されるのに連動して、係合部材１７の外周面がワーク１０の孔１０ａの内周面に沿って下方へスリップしながら移動される（異常動作）。このとき、係合部材１７が中間部材１５と支持部材１４を介して操作部材５６を下方へ移動させ、操作部材５６が弁機構５０を開弁させることにより、出力部材２１を作動させるための圧油が排出されるので、異常状態であることを検出できる。

このように、図４の異常状態における開弁のメカニズムは、図３の異常状態の場合とは異なる。すなわち、図３の異常状態では、操作部材５６を下方へ移動させるための支持部材１４は、止め輪２４を介してピストンロッド２１ｂにより下方へ移動される。これに対し、図４の異常状態では、支持部材１４は、中間部材１５を介して係合部材１７により下方へ移動される。そのため、支持部材１４等が操作部材５６を介して弁部材５４を開弁方向へ移動させるときに、出力部材２１は、全ストロークのストローク初期からストローク終期直前までの途中位置に移動されており、終期ストローク領域に到達していない。このように、図４の異常状態では、出力部材２１が終期ストローク領域に到達しているかいないかに関係なく、上記異常状態を検出できる。

さらには、クランプ装置でワーク１０を固定したロック状態（図２を参照）において、例えば、金属疲労などによって、クランプロッド２８の途中高さ部で前記楔部３４の下側に形成された細径部が破断した場合には、その破断部よりも基端側の部分と出力部材２１が係合部材１７を置き残して移動していく。出力部材２１が、ロック方向の終期ストローク領域としての異常ストローク領域へ下降したときに、上記の空クランプ時と同様に、出力部材２１を作動させるための圧油が排出されるので、異常状態であることを検出できる。

第１実施形態は次の長所を奏する。

上記異常状態におけるクランプ装置では、出力部材２１が、支持部材１４等を介して弁部材５４を押し下げ、出力部材２１を作動させるための給排路２３ａ内の圧油が外界へ排出される。このため、そのロック室２３の圧力が設定値を下回る。その下降圧力を圧力スイッチ（図示しない）等で検出する。これにより、上記クランプ装置での異常動作（空クランプ、グリップ異常）の検出が可能となる。また、弁機構５０によって排出された圧油は、連通路５１ｃおよびリリース室２２を介して給排路２２ａを利用して排出することができるので、別途の排出経路を設ける必要はない。

図５Ａから図６は、本発明の第２実施形態を示し、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材(または類似する部材)には原則として同一の参照数字を付す。

第２実施形態が上記の第１実施形態と異なる点は次の通りである。

第２実施形態のクランプ装置では、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、上記のポペット式の弁機構５０に代えて、スプール式の弁機構６０が設けられる。スプール式の弁機構６０は次のように構成される。

下ハウジング２には、弁孔６１が形成される。その弁孔６１は、シリンダ孔２０の中径孔２０ｃよりもピストンロッド２１ｂの軸心からみて半径方向外側の位置に、ピストンロッド２１ｂの軸方向に平行に形成される。弁孔６１の基端側は、シリンダ孔２０の大径孔２０ａに達しない深さに底部が形成される。その底部には、ロック室２３に圧油を供給および排出する上記の給排路２３ａのうち、ロック室２３側へ連通する開口部６１ｂが形成される。弁孔６１の先端側は、支持部材１４の鍔部に向かって開口している。

弁孔６１の内周面には、上記の給排路２３ａのうち圧油の供給元側に連通する開口部６１ａと、リリース室２２へ通じる連通路６１ｃに連通する開口部６１ｄとが形成される。

弁孔６１には、支持部材１４の鍔部に取り付けられ、支持部材１４と連動して移動する弁部材６２が挿入される。弁孔６１と弁部材６２との間は、開口部６１ａよりも上方、開口部６１ａと開口部６１ｄとの間、および開口部６１ｄよりも下方において、それぞれ封止部材６３，６４，６５によって保密状となる。弁部材６２は、その下方に配置される閉じバネ６６により、支持部材１４へ付勢される。

弁部材６２の内部には、上記の開口部６１ａ側と開口部６１ｂ側との間で圧油を通過させる孔が形成されており、この孔は給排路２３ａの一部を構成する。また、弁部材６２は、軸方向において部分的に細くなっている括れ部６２ａが形成される。括れ部６２ａは、給排路２３ａへの開口部６１ａに対向する位置に形成される。

弁部材６２における括れ部６２ａよりも下方の外周は、弁機構６０の閉じ面６２ｂを構成する。また、弁孔６１の内周は、封止部材６４の内周面によって弁機構６０の仕切り面６４ａを構成する。

この弁機構６０は、弁部材６２が下降するに伴い閉じ面６２ｂが下降することにより、その閉じ面６２ｂが、仕切り面６４ａに対面した位置から離間されることにより開弁され、給排路２３ａと連通路６１ｃとの間を開通させる。

本実施形態のクランプ装置は、上記第１実施形態のクランプ装置と同様に、ロック状態からリリース状態へロック駆動すると共に、リリース状態からロック状態へリリース駆動する。なお、本実施形態では、支持部材１４等によって弁機構６０が操作されていない正常時においては、閉じ面６２ｂが、仕切り面６４ａに対面した位置にあり、すなわち、弁機構６０が閉弁されており、給排路２３ａに供給された圧油は連通路６１ｃへ排出されることなく、ロック室２３へ供給される。

上記クランプ装置は、図６に示すように、異常状態で次のように動作する。

第１実施形態において説明したワーク未搬入状態や、係合部材１７の欠損状態、クランプロッド２８の破断状態などの異常状態において、上記出力部材２１が下降したときに、出力部材２１の移動に伴って弁機構６０が操作され、出力部材２１を作動させるための圧油が給排路２３ａから排出され、連通路６１ｃおよびリリース室２２を介して給排路２２ａへ排出される。

弁機構６０の操作について具体的に説明すれば、次のとおりである。ピストン２１ａとピストンロッド２１ｂによって構成される出力部材２１の下降にともない、その出力部材２１が支持部材１４の上端部に当接される。次いで、その支持部材１４が弁部材６２を下降させていく。あるいは、出力部材２１の下降にともない、係合部材１７も下降し、中間部材１５および支持部材１４を介して弁部材６２を下降させていく。そして、弁部材６２の閉じ面６２ｂの上端が、弁孔６１の内周に設けられた仕切り面６４ａよりも下降し、仕切り面６４ａには弁部材６２の括れ部６２ａが対面することとなる。そうすると、仕切り面６４ａと弁部材６２との間に隙間が形成されることになり、弁機構６０が開弁された状態となる。この状態では、給排路２３ａへ供給された圧油の一部が、上記弁機構６０による隙間、すなわち、弁部材６２の外周と弁孔６１の内周との隙間を通って、連通路６１ｃへ排出される。

弁機構６０が開弁され、給排路２３ａの圧油が排出されると、給排路２３ａ内の圧油の圧力が設定圧力よりも低下するなどの状態の変化が生じることになる。その状態の変化を、圧油の供給側において検出することにより、上記異常状態でクランプ装置を動作させたことを検出できる。

第２実施形態のクランプ装置は、第１実施形態のクランプ装置と同様に、出力部材２１を作動させるための圧油の圧力変化によって異常状態の検出も可能となる。また、弁機構６０によって排出された圧油は、連通路６１ｃおよびリリース室２２を介して給排路２２ａを利用して排出することができるので、別途の排出経路を設ける必要はない。また、その排出経路に供給する検出用の圧力流体を別途供給する必要もない。

図７から図８は、本発明の第３実施形態を示し、上記の第１および第２実施形態の構成部材と同じ部材(または類似する部材)には原則として同一の参照数字を付す。

第３実施形態が上記の第１および第２実施形態と異なる点は次の通りである。

第３実施形態のクランプ装置では、図７に示すように、ロック室２３に圧油を供給および排出する給排路２３ａに弁機構を設けるのではなく、ロック室２３に弁機構７０を設ける。

そのために、支持筒６を上方に付勢する進出機構７１が第１および第２実施形態の進出機構１２（図１Ａから図６を参照）とは異なる。進出機構７１は、第１および第２実施形態の支持部材１４とは異なる支持部材７２と、第１および第２実施形態と同じ中間部材１５とによって構成される。進出機構７１には、第１および第２実施形態のバネ部材１３は含まれない。支持部材７２は、ロック状態ではロック室２３に供給される圧油により、またリリース状態ではリリース室２２に供給され、後述する連通路７４を介して支持部材７２に作用する圧油により、先端側へ付勢される。

支持部材７２は、下ハウジング２とピストンロッド２１ｂとの間の環状空間（下ハウジング２の中径孔２０ｃおよび小径孔２０ｂに相当）に対し、軸方向へ移動可能に挿入された筒状の部材である。支持部材７２における先端側の部分は、中径孔２０ｃの内周との間、およびピストンロッド２１ｂの外周との間においてそれぞれ保密状となる。支持部材７２における基端側の部分は、小径孔２０ｂとピストンロッド２１ｂとの間の環状空間に達している。

支持部材７２における基端側の部分には、その外径を部分的に拡径した拡径部７２ａが形成される。その拡径部７２ａの外周面が弁機構７０の閉じ面７２ｂを構成する。シリンダ孔２０の中径孔２０ｃの内周には、クランプ装置の正常時において閉じ面７２ｂに対面する位置に、封止部材７３が設けられる。その封止部材７３の内周面が弁機構７０の仕切り面７３ａを構成する。

下ハウジング２には、中径孔２０ｃとピストンロッド２１ｂとの間の環状空間から、リリース室２２へ通じる連通路７４が形成される。

上記弁機構７０は、支持部材７２が下降するに伴い閉じ面７２ｂが下降することにより、その閉じ面７２ｂが、仕切り面７３ａに対面した位置から離間されることにより開弁され、ロック室２３と、連通路７４へ通じる上記環状空間との間を開通させる。

本実施形態のクランプ装置は、上記第１および第２実施形態のクランプ装置と同様に、ロック状態からリリース状態へロック駆動すると共に、リリース状態からロック状態へリリース駆動する。なお、本実施形態では、弁機構７０が操作されていない正常時においては、閉じ面７２ｂが、仕切り面７３ａに対面した位置にあり、すなわち、弁機構７０が閉弁されており、給排路２３ａに供給された圧油はロック室２３へ供給され、連通路７４へ排出されることはない。

上記クランプ装置は、図８に示すように、異常状態に次のように動作する。

第１実施形態において説明したワーク未搬入状態や、係合部材１７の欠損状態、クランプロッド２８の破断状態などの異常状態で、上記出力部材２１が下降すると、出力部材２１の移動に伴って支持部材７２も下方に移動し、弁機構７０の閉じ面７２ｂが、仕切り面７３ａに対面した位置から離間される。そうすると、閉じ面７２ｂと下ハウジングの内周との間、および仕切り面７３ａと支持部材７２との間に隙間が形成されることになり、弁機構７０が開弁された状態となる。この状態では、給排路２３ａからロック室２３へ供給された圧油の一部が、上記隙間および上記環状空間を通って、連通路７４へ排出される。

弁機構７０が開弁され、ロック室２３から圧油が排出されると、給排路２３ａ内の圧油において、その圧力が設定圧力よりも低下するなどの状態の変化が生じることになる。その状態の変化を、圧油の供給側において検出することにより、クランプ装置の動作が異常であることを検出できる。

第３実施形態のクランプ装置は、第１および第２実施形態のクランプ装置と同様に、出力部材２１を作動させるための圧油の圧力変化によって異常状態の検出も可能となる。また、弁機構７０によって排出された圧油は、連通路７４およびリリース室２２を介して給排路２２ａを利用して排出することができるので、別途の排出経路を設ける必要はない。また、その排出経路に供給する検出用の圧力流体を別途供給する必要もない。さらに、主に支持部材７２および下ハウジング２によって弁機構７０を構成することができるため、別途に弁機構を設ける構成と比べて部品点数を削減できる。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。

本発明が適用されるクランプ対象物は、例示したワーク１０に代えてワークパレットや金型などであってもよい。

上記の係合部材１７は、係合ボールや環状コレットでもよい。その環状コレットは、クランプロッド２８の楔部３４を外嵌めするように支持筒６に支持される。その環状コレットの周壁には、上下方向へスリットが形成される。クランプロッド２８をクランプ駆動すると、環状コレットは、楔部３４によって押圧されて半径方向の外方へ弾性変形し、ワーク１０の孔１０ａの内周面に係合される。

上記のピストンロッド２１ｂとクランプロッド２８とを別体に構成するのに代えて、ピストンロッドとクランプロッドとを一体に構成してもよい。

上記の駆動手段は、例示したように、複動式の油圧シリンダに代えて、単動式の油圧シリンダであってもよく、また、圧縮空気など他の圧力流体を用いる流体圧アクチュエータに変更してもよい。

上記の楔部３４および係合部材１７は、周方向へ所定の間隔を空けて３つ配置する例を示したが、１つまたは２つまたは４つ以上配置してもよい。

上記の楔部３４は、例示したように、上方に向かうにつれて楔面が軸心から遠ざかるように形成されるのに代えて、上方に向かうにつれて楔面が軸心に近づくように形成されてもよい。この場合、クランプ装置の各部を次のように変更すればよい。係合部材１７の内側壁に形成された受け面３５は、上方に向かうにつれて軸心に近づくように形成される。ロック方向は先端方向となり、ピストン２１ａの下側に形成される第１作動室はロック室、ピストン２１ａの上側に形成される第２作動室はリリース室となる。支持部材１４は、クランプ装置の正常時には下降位置にあり、異常動作時には上昇する。この上昇に伴い、開弁するように弁機構を構成する。

第１および第２実施形態では、バネ部材１３と支持部材１４と中間部材１５とによって進出機構１２を構成しているが、第３実施形態と同じく、バネ部材１３の代わりに、ロック状態ではロック室２３に供給される圧油により、またリリース状態ではリリース室２２に供給される圧油により、支持部材７２に対する付勢力を得る構成としてもよい。

また、各実施形態では、ピストンによって駆動するクランプ装置に対し、異常動作検出のための弁機構を設けたが、クランプ装置に限らず、ピストンによって駆動する種々のピストン駆動装置に対して同様の弁機構を設けることにより、そのピストン駆動装置の異常動作を検出できるようにすることも可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１：ハウジング，１０：ワーク，１０ａ：孔，１３：バネ部材，１４，７２：支持部材，１７：係合部材，２１：出力部材，２１ａ：ピストン，２１ｂ：ピストンロッド，２２：リリース室，２３：ロック室，２３ａ：給排路，３４：楔部，５０，６０，７０：弁機構，５１，６１：弁孔，５１ｃ，６１ｃ，７４：連通路，５２ａ：弁座，５４，６２：弁部材，５５：閉じバネ，５６：操作部材，６２ｂ，７２ｂ：閉じ面，６４ａ，７３ａ：仕切り面

Claims (10)

1. ハウジング（１）と、
   クランプ対象物（１０）の孔（１０ａ）に挿入可能な係合部材（１７）であって、上記ハウジング（１）よりも先端側へ突設し、かつ半径方向に移動可能となるように上記ハウジング（１）に設けられた係合部材（１７）と、
   上記係合部材（１７）と係合しつつ軸方向へ移動することにより上記係合部材（１７）を半径方向に移動させる楔部（３４）と、
   上記楔部（３４）を軸方向へ移動させる出力部材（２１）であって、ピストン（２１ａ）と当該ピストン（２１ａ）から先端側へ突出されたピストンロッド（２１ｂ）とを有する出力部材（２１）と、
   上記出力部材（２１）を軸方向へ移動させる圧力流体が給排される作動室であって、上記ピストン（２１ａ）の基端側および先端側にそれぞれ形成された第１作動室（２２）および第２作動室（２３）を含む作動室と、
   上記出力部材（２１）の移動に伴って操作されるように上記ハウジング（１）内に設けられた弁機構（５０，６０，７０）であって、上記出力部材（２１）の全ストロークのうちのロック方向の終期ストローク領域に当該出力部材（２１）が移動したときに、または、上記出力部材（２１）のロック方向への移動に伴い上記係合部材（１７）が同方向へ予め定めた範囲を超えて移動したときに、上記作動室に供給される圧力流体の一部を排出させる弁機構（５０，６０，７０）とを備える、
   ことを特徴とするクランプ装置。
2. 請求項１のクランプ装置において、
   上記ロック方向は基端方向であり、上記第１作動室および第２作動室はそれぞれリリース室（２２）およびロック室（２３）である、
   ことを特徴とするクランプ装置。
3. 請求項２のクランプ装置において、
   上記係合部材（１７）を基端側から支持し、かつ先端側へ付勢されている支持部材（１４，７２）であって、上記弁機構（５０，６０，７０）を開弁させるために、上記出力部材（２１）に連動して基端方向に移動する支持部材（１４，７２）を備える、
   ことを特徴とするクランプ装置。
4. 請求項３のクランプ装置において、
   上記弁機構（５０，６０，７０）から排出された圧力流体を上記リリース室側へ流す連通路（５１ｃ，６１ｃ，７４）を備える、
   ことを特徴とするクランプ装置。
5. 請求項４のクランプ装置において、
   上記支持部材（１４）と連動して移動し、上記弁機構（５０）を開弁させる操作部材（５６）を備え、
   上記弁機構（５０）は、上記ロック室（２３）への圧力流体の給排路（２３ａ）側と上記連通路（５１ｃ）側とを開閉するものであって、上記給排路（２３ａ）側へ付勢される弁部材（５４）と、当該弁部材（５４）が接当される弁座（５２ａ）と、上記弁部材（５４）を上記弁座（５２ａ）へ付勢する閉じバネ（５５）とを備え、上記操作部材（５６）によって上記弁部材（５４）が上記弁座（５２ａ）から離間されることにより開弁される、
   ことを特徴とするクランプ装置。
6. 請求項４のクランプ装置において、
   上記弁機構（６０）は、上記ロック室（２３）への圧力流体の給排路（２３ａ）および上記連通路（６１ｃ）とそれぞれ通じる弁孔（６１）と、上記支持部材（１４）と連動して移動するように上記弁孔（６１）に挿入された弁部材（６２）とを備え、上記弁孔（６１）の内周および上記弁部材（６２）の外周の一方に仕切り面（６４ａ）、他方に閉じ面（６２ｂ）を形成するとともに、上記閉じ面（６２ｂ）が上記仕切り面（６４ａ）に対面した位置から離間されることにより開弁され、上記給排路（２３ａ）と上記連通路（６１ｃ）との間を開通させる、
   ことを特徴とするクランプ装置。
7. 請求項４のクランプ装置において、
   上記ハウジング（１）と上記ピストンロッド（２１ｂ）との間、かつ上記ロック室（２３）の先端側に上記連通路（７４）へ通じる環状空間を形成すると共に、上記支持部材（７２）を筒状に形成し、
   上記支持部材（７２）の外周および上記ハウジング（１）の内周の一方に仕切り面（７３ａ）、他方に閉じ面（７２ｂ）を形成し、
   上記環状空間に対して、上記支持部材（７２）を、軸方向へ移動可能、かつ上記仕切り面（７３ａ）および閉じ面（７２ｂ）によって保密状となるように挿入し、
   上記弁機構（７０）は、上記仕切り面（７３ａ）および閉じ面（７２ｂ）によって構成され、上記閉じ面（７２ｂ）が上記仕切り面（７３ａ）に対面した位置から離間されることにより開弁され、上記ロック室（２３）と上記環状空間との間を開通させる、
   ことを特徴とするクランプ装置。
8. 請求項３から７のいずれか１項のクランプ装置において、
   上記ハウジング（１）内において上記支持部材（１４）に対して基端側に配置され、上記支持部材を先端側へ付勢するバネ部材（１３）をさらに備える、
   ことを特徴とするクランプ装置。
9. 請求項３から７のいずれか１項のクランプ装置において、
   上記ハウジング（１）と上記ピストンロッド（２１ｂ）との間、かつ上記ロック室（２３）の先端側に環状空間を形成すると共に、上記支持部材（７２）を筒状に形成し、上記環状空間に上記支持部材（７２）を軸方向へ移動可能、かつ保密状となるように挿入することにより、上記支持部材（２１）は上記ロック室（２３）に供給される圧力流体によって先端側へ付勢する、
   ことを特徴とするクランプ装置。
10. ハウジング（１）と、
    上記ハウジング（１）内に軸方向に移動可能に設けられた出力部材（２１）であって、ピストン（２１ａ）から先端側へ突出されたピストンロッド（２１ｂ）を有する出力部材（２１）と、
    上記出力部材（２１）を軸方向へ移動させる圧力流体が給排される作動室であって、上記ピストンの一方の側および他方の側にそれぞれ形成された第１作動室（２２）および第２作動室（２３）を含む作動室と、
    上記出力部材（２１）の移動に伴って操作されるように上記ハウジング（１）内に設けられた弁機構（５０，６０，７０）であって、上記出力部材（２１）の全ストロークのうち、上記第１作動室（２２）へ圧力流体が供給されるときの上記出力部材（２１）の移動方向における終期ストローク領域に当該出力部材（２１）が移動したときに、上記作動室に供給される圧力流体の一部を排出させる弁機構（５０，６０，７０）とを備える、
    ことを特徴とするピストン駆動装置。

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