JP3098124U

JP3098124U - クランプ装置

Info

Publication number: JP3098124U
Application number: JP2003003068U
Authority: JP
Inventors: 黒田　一徹; 川上　孝幸
Original assignee: Pascal Engineering Corp
Current assignee: Pascal Engineering Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2009-05-28

Abstract

【課題】出力ロッドの進退動作の一部を回転動作に変換する際にボールからカム溝に作用する接触面圧を小さくしてカム溝に圧痕が形成されにくくすること。
【解決手段】出力ロッド３の進退動作の一部をクランプ本体２に対する回転動作に変換する変換機構は、クランプ本体２側に保持されたボール３０と、出力ロッド３の外周部に形成され前記ボール３０が部分的に係合するカム溝３１とを有し、カム溝３１の断面形状が、ゴシックアーチ状に形成されたので、ボール３０がカム溝３１の内面に面接触に近い状態で接触することになり、接触面圧が小さくなる。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【考案の属する技術分野】本考案は、クランプ装置に関し、特に、出力ロッドを所定角度回転させることによりクランプアームを旋回させてからクランプ対象物をクランプするように構成されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、機械加工に供するワーク等のクランプ対象物を固定するクランプ装置としては、種々の型式のものが提案され、あるいは実用化されている。その中でも、クランプ本体と、このクランプ本体に進退可能に装着された出力ロッドとを有し、出力ロッドを所定角度回転させてこの出力ロッドの先端部に固定されたクランプアームを旋回させてから、クランプアームでクランプ対象物をクランプするように構成したものがある。このようなクランプ装置においては、クランプアームをクランプ対象物から退避した位置とクランプ対象物をクランプする位置との間で旋回させて切換えることができるため、クランプ対象物を所定の固定位置にセットする際などにクランプアームが邪魔にならず、クランプ対象物の取り外しが容易である。
【０００３】
ところで、このようなクランプ装置では、出力ロッドを進退動作させると同時に所定角度回転させる必要あるため、出力ロッドの進退動作の一部をクランプ本体に対する回転動作に変換する変換機構が設けられている。この変換機構としては、例えば、米国特許第５８２０１１８号公報に記載されたクランプ装置のように、クランプ本体に保持されたボールと、出力ロッドの外周部に形成され前記ボールと係合するカム溝とを備えたものがある。
【０００４】
ここで、図６に示すように、出力ロッド１０１側のカム溝１０３は、その断面形状が、クランプ本体１００側のボール１０２の半径よりもやや大きい曲率半径を有する１つの円弧や、あるいは、Ｖ溝で構成されていることが多いが、その他、前記米国特許公報に記載されたカム溝のように、ボールとカム溝との接触面積を大きくするために、ボールの外周面と略同様の形状の円弧とこの円弧の両端から接線方向へ延びる直線部とで構成したものもある。
【０００５】
【考案が解決しようとする課題】しかし、図６に示すような、カム溝の断面形状を１つの円弧のみで構成した場合には、ボールがカム溝の内面と点Ｐの１点で点接触することになる。溝の断面形状をＶ溝で形成した場合でも、２点で点接触することになる。そのため、クランプ装置の作動時にボールからカム溝に局所的に力が作用してしまうため、クランプアームの旋回動作が繰り返し行われることにより、カム溝にボールの圧痕がついてしまいボールがカム溝をスムーズに転動できなくなったり、出力ロッドのがたつきが大きくなって、クランプ装置が正常に動作しなくなる虞がある。特に、ワーク等をセッティングする際に、誤ってクランプアームが旋回途中にワーク等に干渉してしまった場合に、その衝撃力がボールからカム溝に作用して、カム溝に大きな圧痕が生じることになる。
【０００６】
前記公報のカム溝においては、精度良くカム溝を形成することができれば、ボールとカム溝との接触面積が大きくなるため、ボールからカム溝に作用する面圧を下げることができる。しかし、実際上は、ボールの外周面と密着するような円弧とこの円弧から延びる直線部を機械加工により形成することは非常に困難であり、高い加工精度が要求されるため、製作コスト的に不利である。
本考案の目的は、ボールからカム溝に作用する接触面圧を低下させること、カム溝の断面形状を加工が容易で且つ圧痕が形成されにくい形状にすること、等である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１のクランプ装置は、クランプ本体と、このクランプ本体に進退可能に装着された出力ロッドと、この出力ロッドの進退動作の一部をクランプ本体に対する回転動作に変換する変換機構とを備えたクランプ装置において、前記変換機構は、出力ロッドとクランプ本体のうちの一方に保持されたボールと、出力ロッドとクランプ本体のうちの他方に形成され前記ボールが部分的に係合するカム溝とを有し、前記カム溝の断面形状が、ゴシックアーチ状に形成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
このクランプ装置においては、クランプ状態あるいはクランプ解除状態へ移行するために出力ロッドがクランプ本体に対して進退動作を行う際に、その進退動作の一部が変換機構によりクランプ本体に対する回転動作に変換される。そして、その出力ロッドの回転動作に連動して、出力ロッドに設けられてワーク等のクランプ対象物にクランプ力を出力する為のクランプアームも所定角度旋回し、クランプアームが、クランプ対象物から退避した退避位置と、クランプ対象物をクランプするクランプ位置とに亙って切換えられることになる。
【０００９】
ところで、変換機構は、出力ロッドとクランプ本体のうちの一方に保持されたボールと、出力ロッドとクランプ本体のうちの他方に形成され前記ボールが部分的に係合するカム溝とを有し、出力ロッドが進退動作を行う際には、ボールが、カム溝に部分的に係合した状態でカム溝に沿って転動するため、出力ロッドの進退動作の一部がクランプ本体に対する回転動作に変換される。
【００１０】
ここで、カム溝の断面形状は、ゴシックアーチ状、つまり、カム溝に係合するボールの半径よりも曲率半径の大きい円弧であって、ボールの中心よりもカム溝の外側へずれた位置を中心とする２つの円弧をつなぎ合わせた形状に形成されている。このように、カム溝の断面形状をゴシックアーチ状とすることで、ボールがカム溝に係合した状態では、ボールは前記２つの円弧に夫々接触するため、ボールがカム溝の内面において面接触に近い状態で接触することになる。従って、クランプ対象物をクランプする際などにボールからカム溝に作用する力が分散されて接触面圧が低下するため、カム溝に圧痕がつきにくくなる。尚、このゴシックアーチ状の溝形状は、ボールネジやベアリング等の他の技術分野でも用いられている形状であり、このような断面形状のカム溝を形成することは比較的容易である。
【００１１】
請求項２のクランプ装置は、請求項１の考案において、前記変換機構は、クランプ本体側に保持された３つのボールと、出力ロッドの外周部に形成され前記３つのボールが夫々部分的に係合する３本のカム溝とを有することを特徴とするものである。従って、出力ロッドが進退動作を行う際には、クランプ本体側の３つのボールが、出力ロッド側の３本のカム溝に部分的に係合しながら相対的に転動して、出力ロッドの進退動作の一部がクランプ本体に対する回転動作に変換される。
【００１２】
【考案の実施の形態】本考案の実施の形態について説明する。本実施形態は、機械加工に供するワークをクランプするクランプ装置に本考案を適用した一例である。
図１〜図３に示すように、クランプ装置１は、クランプ本体２と、このクランプ本体２に進退可能に装着された出力ロッド３と、この出力ロッド３の先端部に連結されワークＷにクランプ力を出力するクランプアーム４と、出力ロッド３を退入側へ駆動するクランプ用の油圧シリンダ５と、出力ロッド３を進出側へ駆動するクランプ解除用の油圧シリンダ６と、出力ロッド３の進退動作の一部をクランプ本体２に対する回転動作に変換する変換機構７とを備えている。
【００１３】
まず、クランプ本体２について説明する。
クランプ本体２は、その下半部がベース１０の収容穴に収容された状態で、複数のボルトによりベース１０に固定されている。クランプ本体２の内部には、出力ロッド３のロッド部３ａが挿通されるロッド挿通孔１１と、２つのシリンダ穴１２，１３とが上から順に直列的に形成されている。ロッド挿通孔１１の上端付近部には、切削屑等の異物がクランプ本体２内に侵入するのを防ぐダストシール１４が装着されている。クランプ本体２の下端部には、シリンダ穴１３を下方から塞ぐキャップ部材１５が装着されている。
【００１４】
次に、出力ロッド３について説明する。
出力ロッド３は、上側２／３部分のロッド部３ａと、このロッド部３ａの下端に連なりロッド部３ａよりもやや大径の筒部３ｂと、筒部３ｂの下端に連なる環状のピストン部３ｃとを一体形成したものである。ロッド部３ａはロッド挿通孔１１に摺動自在に挿通されており、ロッド部３ａとロッド挿通孔１１との間にはシール部材１６が装着されている。ロッド部３ａの上端部にはクランプアーム４が装着されナット１７で固定されている。筒部３ｂは、シリンダ穴１２に摺動自在に内嵌され、一方、ピストン部３ｃは、シリンダ穴１３に摺動自在に内嵌されている。
【００１５】
クランプアーム４は、出力ロッド３の回転動作に連動して旋回し、出力ロッド３の退入動作の際にワークＷに当接してワークＷをクランプする。図２に示すように、クランプアーム４の先端部の下面部には、クランプ状態でワークＷに当接してワークＷにクランプ力を出力する出力部４ａが設けられている。
【００１６】
次に、油圧シリンダ５，６について説明する。
出力ロッド３を下方へ駆動するクランプ用の油圧シリンダ５は、シリンダ穴１２，１３と、出力ロッド３のピストン部３ｃと、ピストン部３ｃの上側に形成された油室２０とを備えている。そして、油室２０は、クランプ本体２に形成された油圧ポート２１と接続されており、図示外の油圧供給源から油圧ポート２１を介して油室２０に油圧が供給されると、油室２０に出力ロッド３を下方へ駆動するクランプ力が発生する。
【００１７】
一方、出力ロッド３を上方へ駆動するクランプ解除用の油圧シリンダ６は、シリンダ穴１３と、出力ロッド３のピストン部３ｃと、筒部３ｂの内側及びピストン部３ｃの下側に形成された油室２２とを備えている。そして、油室２２には、クランプ本体２に形成された油圧ポート２３が接続されており、図示外の油圧供給源から油圧ポート２３を介して油室２２に油圧が供給されると、油室２２に出力ロッド３を上方へ駆動するクランプ解除力が発生する。
【００１８】
次に、変換機構７について説明する。
変換機構７は、クランプアーム４を水平面内で旋回させるために、出力ロッド３の進退動作の一部をクランプ本体２に対する回転動作に変換するものであり、この変換機構７は、クランプ本体２の保持溝２ａに保持された３つのボール３０と、出力ロッド３の外周部に形成され前記３つのボール３０が夫々部分的に係合する３本のカム溝３１とを有する。
【００１９】
図１、図２に示すように、３つのボール３０は、シリンダ穴１２の、シリンダ穴１３との境界の段部よりもやや上の位置に形成された保持溝２ａにおいて、その位置が変わらないように保持されている。さらに、図４に示すように、３つのボール３０は、シリンダ穴１２の周方向３等分位置に夫々配設されている。
図１〜図４に示すように、３本のカム溝３１は、出力ロッド３の筒部３ｂの外周部において、周方向３等分位置に夫々形成されている。図３に示すように、各カム溝３１は、筒部３ｂの上端の外周部から上下に延びる縦溝３１ａと、この縦溝３１ａの下端から図３における右下の方向へ９０度の螺旋状に筒部３ｂの下端まで延びる螺旋溝３１ｂとを有する。
【００２０】
図１のクランプ解除状態においては、クランプ本体２側に保持された３つのボール３０が、夫々対応する３本のカム溝３１の螺旋溝３１ｂの下端部に部分的に係合した状態である。この状態から、油圧シリンダ５により出力ロッド３が下方へ駆動されると、ボール３０が出力ロッド３に対してその周りを螺旋溝３１ｂに沿って転動することになる。その際、ボール３０はクランプ本体２の保持溝２ａに保持されていることから、出力ロッド３の退入動作の一部がクランプ本体２に対する回転動作に変換されて、出力ロッド３がクランプ本体２に対して平面視で時計回りの方向に回転しつつ退入する。
【００２１】
そして、出力ロッド３が９０度回転してボール３０が螺旋溝３１ｂの上端の位置に到達すると、出力ロッド３の回転動作が完了してボール３０は縦溝３１ａに続いて係合し、出力ロッド３は、縦溝３１ａに係合したボール３０により上下方向にガイドされて、図２に示すように、クランプアーム４の出力部４ａがワークＷに当接するまで直線的に下方へ退入する。
【００２２】
一方、図２のクランプ状態から、逆に油圧シリンダ６により出力ロッド３が上方へ駆動されると、まず、出力ロッド３が、縦溝３１ａに係合したボール３０により上下方向にガイドされて直線的に進出する。そして、ボール３０が縦溝３１ａの下端の位置に到達すると、ボール３０が続いて螺旋溝３１ｂに係合して螺旋溝３１ｂに沿って転動するため、出力ロッド３の進出動作の一部がクランプ本体２に対する回転動作に変換されて、図１に示すように、出力ロッド３がクランプ本体２に対して平面視で反時計回りの方向に９０度回転しつつ上方へ進出する。
【００２３】
ところで、図５に示すように、カム溝３１の断面形状はゴシックアーチ状に形成されている。即ち、カム溝３１の断面形状は、カム溝３１に係合するボール３０の中心Ｏに対して、カム溝３１と反対側へ少しずれた点Ｏ_１、Ｏ_２を夫々中心とし、ボール３０の半径ｒよりも大きな曲率半径Ｒを有する、図５における左右２つの円弧４０，４１を合わせた形状になっている。そして、カム溝３１の断面形状がこのようなゴシックアーチ状に形成されているために、ボール３０は２つの円弧４０，４１に対して夫々２つの点Ｐ_１，Ｐ_２においてカム溝３１に接触することになる。
【００２４】
前述のように、出力ロッド３が進退動作を行う際には、３つのボール３０が対応する３本のカム溝３１に夫々部分的に係合しているが、そのときに、カム溝３１には、ボール３０を介して油圧シリンダ５，６の駆動力が作用する。しかし、常に、ボール３０はカム溝３１に対して２点Ｐ_１，Ｐ_２において、面接触に近い状態で、ボール３０を介してカム溝３１に作用する力が分散され、接触面圧が低下するため、カム溝３１の内面に圧痕がつきにくくなる。
【００２５】
以上説明したクランプ装置１の作用及び効果について説明する。
図１のクランプ解除状態から、クランプ用の油圧シリンダ５の油室２０に油圧を供給すると、油室２０に発生したクランプ力によりピストン部３ｃが下方へ駆動される。このとき、まず、ボール３０が出力ロッド３に対してその周りを螺旋溝３１ｂに沿って転動することになるが、その際に、ボール３０はクランプ本体２の保持溝２ａに保持されていることから、出力ロッド３の退入動作の一部がクランプ本体２に対する回転動作に変換されて、出力ロッド３がクランプ本体２に対して回転しつつ下方へ退入する。この出力ロッド３の回転に連動して、クランプアーム４も平面視で時計回りの方向に９０度旋回して、クランプアーム４の出力部４ａがワークＷの上側に位置する。
【００２６】
次に、ボール３０が螺旋溝３１ｂの上端の位置に到達すると、出力ロッド３の回転動作が完了して、ボール３０は続いて縦溝３１ａに係合するため、出力ロッド３は、縦溝３１ａに係合したボール３０によりガイドされて直線的に退入する。そして、クランプアーム４の出力部４ａがワークＷに当接して、出力部４ａからクランプ力がワークＷに出力されてワークＷがクランプされる。
【００２７】
一方、図２のクランプ状態から、クランプ解除用の油圧シリンダ６の油室２２に油圧を供給すると、油室２２に発生したクランプ解除力によりピストン部３ｃが上方へ駆動される。このとき、出力ロッド３が、縦溝３１ａに係合したボール３０によりガイドされて直線的に進出し、クランプアーム４の出力部４ａがワークＷから離隔する。さらに、ボール３０が縦溝３１ａの下端の位置に到達すると、ボール３０が続いて螺旋溝３１ｂに係合して螺旋溝３１ｂに沿って転動するため、出力ロッド３がクランプ本体２に対して回転しつつ下方へ退入する。この出力ロッド３の回転に連動してクランプアーム４も平面視で反時計回りの方向にワークＷから退避した退避位置まで９０度旋回し、図１に示すクランプ解除状態となる。
【００２８】
ここで、前述のようにクランプ装置１の作動時には、カム溝３１には、ボール３０を介して油圧シリンダ５，６の駆動力が作用する。しかし、図５に示すように、カム溝３１の断面形状はゴシックアーチ状に形成されているため、ボール３０はカム溝３１の内面に２点Ｐ_１，Ｐ_２近傍で面接触に近い状態で接触する。従って、カム溝３１に局所的に大きな力が作用するのを防止でき、カム溝３１に圧痕がつきにくくなる。
【００２９】
尚、ボール３０を出力ロッド３側に保持するとともに、カム溝３１をクランプ本体２側に形成してもよい。また、ボール３０及びカム溝３１の数は、前記実施形態の３つに限るものではなく、使用条件等に応じて適当な個数にすることができる。さらに、出力ロッド３をクランプ側もしくはクランプ解除側へ駆動する駆動手段としては、前記実施形態の油圧シリンダ５，６の他、皿バネ、コイルバネ等のバネ部材や、高圧の窒素ガス等を封入したガススプリング等を用いることもできる。
【００３０】
【考案の効果】請求項１の考案によれば、出力ロッドの進退動作の一部をクランプ本体に対する回転動作に変換する変換機構は、出力ロッドとクランプ本体のうちの一方に保持されたボールと、出力ロッドとクランプ本体のうちの他方に形成され前記ボールが部分的に係合するカム溝とを有し、このカム溝の断面形状がゴシックアーチ状に形成されたので、ボールがカム溝に係合した状態では、ボールはカム溝の内面に面接触に近い状態で接触し、クランプ装置の作動時にボールからカム溝に作用する力が分散されて接触面圧が小さくなるため、カム溝に圧痕がつきにくくなる。また、ゴシックアーチ状の溝形状は比較的容易に形成できるため、製作コスト的にも有利である。
【００３１】
請求項２の考案によれば、変換機構は、クランプ本体側に保持された３つのボールと、出力ロッドの外周部に形成され前記３つのボールが夫々部分的に係合する３本のカム溝とを有するので、出力ロッドが進退動作を行う際に、クランプ本体側の３つのボールが、出力ロッド側の３本のカム溝に部分的に係合しながらカム溝に沿って転動して、出力ロッドの進退動作の一部が確実にクランプ本体に対する回転動作に変換されるし、進退動作時の出力ロッドのがたつきを極力抑えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案の実施形態に係るクランプ装置（クランプ解除状態）の縦断面図である。
【図２】クランプ装置（クランプ状態）の縦断面図である。
【図３】出力ロッドの斜視図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】従来のクランプ装置におけるカム溝近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
Ｗ　　　　ワーク
１　　　　クランプ装置
２　　　　クランプ本体
３　　　　出力ロッド
７　　　　変換機構
３０　　ボール
３１　　カム溝

Claims

クランプ本体と、このクランプ本体に進退可能に装着された出力ロッドと、この出力ロッドの進退動作の一部をクランプ本体に対する回転動作に変換する変換機構とを備えたクランプ装置において、
前記変換機構は、
出力ロッドとクランプ本体のうちの一方に保持されたボールと、出力ロッドとクランプ本体のうちの他方に形成され前記ボールが部分的に係合するカム溝とを有し、
前記カム溝の断面形状が、ゴシックアーチ状に形成されたことを特徴とするクランプ装置。
前記変換機構は、クランプ本体側に保持された３つのボールと、出力ロッドの外周部に形成され前記３つのボールが夫々部分的に係合する３本のカム溝とを有することを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。