JP3568851B2 - クランプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームを介してワークをクランプすることが可能なクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、自動車等の構成部品を溶接する際、その構成部品をクランプするためにクランプシリンダが用いられ、このクランプシリンダは、例えば、米国特許第４４５８８８９号公報等に開示されている。
【０００３】
この米国特許第４４５８８８９号公報に開示されたクランプシリンダでは、図２２および図２３に示されるように、分割された一組のボデイ１ａ、１ｂの間にピストンロッド２が進退自在に配設され、前記ピストンロッド２の一端部にはカップリング３が連結されている。前記カップリング３の両側部には、第１シャフト４を介して一組のリンク５ａ、５ｂおよび一組のローラ６ａ、６ｂがそれぞれ軸着され、さらに、前記一組のリンク５ａ、５ｂの間には、第２シャフト７を介してアーム８が所定角度回動自在に連結される。
【０００４】
この場合、前記一組のローラ６ａ、６ｂは、孔部に装着された複数のニードル９ａを介して摺動自在に設けられ、前記ピストンロッド２は、ボデイ１ａ、１ｂにそれぞれ形成されたトラック溝９ｂに沿って摺動する前記ローラ６ａ、６ｂの案内作用下に、該ローラ６ａ、６ｂと一体的に変位するように設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に係る米国特許第４４５８８８９号公報に開示されたクランプシリンダでは、アーム８によって図示しないワークをクランプした際、前記アーム８の回動角度が変化することによりクランプ力が低下するという不具合がある。
【０００６】
また、前記クランプシリンダでは、アーム８によってワークをクランプした際に発生する反力が第１シャフト４に付与されるため、面圧および強度等を考慮して第１シャフト４の直径を設定する必要があり、前記第１シャフト４の直径が大きくなるという不具合がある。
【０００７】
さらに、トラック溝９ｂに沿って摺動する一組のローラ６ａ、６ｂの面圧および強度を考慮して該ローラ６ａ、６ｂの肉厚および直径を設定する必要があるため、前記一組のローラ６ａ、６ｂの形状が大きくなることにより、それに伴ってボデイ１ａ、１ｂが大型化するという不具合がある。
【０００８】
本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、ワークをクランプした際のアームの回動角度が変化してもクランプ力を略一定に保持することができるとともに、ナックルピンの直径を小さくし、しかもボデイを小型化することが可能なクランプ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、直方体状に形成されたボデイと、
前記ボデイの内部に設けられたロッド部材を該ボデイの軸線方向に沿って変位させる駆動手段と、
ナックルジョイントを介して前記ロッド部材の自由端に連結されるリンクプレートと、前記ボデイに形成された一組の開口部に回動自在に軸支される支持レバーとを含み、前記ロッド部材の直線運動を回動運動に変換するトグルリンク機構と、
前記支持レバーの軸受部に連結され、前記駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームと、
前記ボデイに支持され、前記リンクプレートが接触することにより回動自在に設けられた回動部材と、
を備え、
前記リンクプレートには所定間隔離間する一組の孔部が形成され、該リンクプレートは、前記一方の孔部に軸着されるナックルピンを介して前記ナックルジョイントに連結され、前記他方の孔部に軸着されるリンクピンを介して前記支持レバーに連結されることを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記回動部材を、ボデイに固定されたピン部材によって回動自在に軸支されたガイドローラによって構成し、あるいは、軸受部材を介して回動自在に設けられたピン部材によって構成するとよい。また、前記リンクプレートの一端部に、回動部材に接触し所定の曲率半径からなる断面円弧状の曲面を形成するとよい。前記断面円弧状の曲面は、ワークをクランプするときのアームの回動角度が変化したときであっても、該アームによってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θを一定に保持するように設定された所定の曲率半径とするとよい。なお、駆動手段には、少なくともシリンダが含まれている。
【００１１】
さらに、前記アームの回動角度に拘わらず、前記リンクプレートと前記回動部材との接触部位を一定の位置に保持する接触位置保持手段を設けるとよい。その際、前記リンクプレートと前記回動部材との接触点は、アームの回動中心または回動部材の回動中心を原点とするＸ座標およびＹ座標によって定められた一定の位置に保持される。なお、前記接触位置保持手段としては、例えば、リンクプレートに形成され、ロッド部材の一端側に設けられたナックルピンが係合する長円状の長孔によって構成するとよい。この場合、前記長孔の長軸は、前記リンクプレートと前記回動部材との接触部位を一定の位置に保持するように設定された所定の向きに形成される。
【００１２】
本発明によれば、アームによってワークがクランプされた際、その反力がボデイに支持された回動部材に伝達されるように設けられている。このため、ワークをクランプするアームの回動角度が変化した場合であっても、アームのクランプ力が一定に保持される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るクランプ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係るクランプ装置を示す。このクランプ装置１０は、扁平状に形成されたボデイ１２と、前記ボデイ１２の下端部に気密に連結されたシリンダ部（駆動手段）１４と、前記ボデイ１２に形成された略円形状の一組の開口部１６ａ、１６ｂ（図５参照）を介して外部に突出する矩形状の軸受部１８に連結されるアーム２０とを備える。
【００１５】
シリンダ部１４は、上面部に楕円形状の図示しない凹部が形成されたエンドブロック２４と、断面楕円形状の筒体からなり、その一端部が前記エンドブロック２４の凹部に気密に連結され他端部がボデイ１２の底面に気密に連結されたシリンダチューブ２６とを含む。
【００１６】
さらに、シリンダ部１４は、図３に示されるように、前記シリンダチューブ２６内に収装されシリンダ室２８に沿って往復動作するピストン３０と、前記ピストン３０の中央部に連結されて該ピストン３０と一体的に変位するロッド部材３２と、前記ピストン３０とロッド部材３２との連結部位に設けられ、孔部を介してロッド部材３２に外嵌されるリング状のスペーサ３３とを有する。前記スペーサ３３は、アルミニウム等の金属製材料からなり、ピストン３０の変位終端位置においてシリンダ室２８の上部を形成する突出部５０の壁面に当接することにより、該ピストン３０の変位を規制するストッパとしての機能を営む。なお、前記ピストン３０とスペーサ３３とを一体的に形成してもよい。
【００１７】
前記ピストン３０の外周面には、図３に示されるように、ウェアリング３４およびシールリング３６がそれぞれ装着されている。また、エンドブロック２４の四隅角部には図示しない取付用孔部が穿孔され、前記取付用孔部に挿通された４本のシャフト４０を介してエンドブロック２４およびシリンダチューブ２６がボデイ１２に気密に組み付けられる（図１および図２参照）。ボデイ１２およびエンドブロック２４には、それぞれシリンダ室２８に圧力流体（例えば、圧縮空気）を導入・導出するための一組の圧力流体出入ポート４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂがそれぞれ相互に対向して形成されている（図３参照）。
【００１８】
なお、実際に使用する場合には、いずれか一方の圧力流体出入ポート４２ａ、４４ａ（４２ｂ、４４ｂ）に図示しない盲栓がねじ込まれることにより、前記一方の圧力流体出入ポート４２ａ、４４ａ（４２ｂ、４４ｂ）が閉塞された状態で使用される。
【００１９】
ボデイ１２は、図５に示されるように、非対称からなる第１ケーシング４６と第２ケーシング４８が一体的に組み付けられて構成される。前記第１ケーシング４６の下端部には、略水平方向に向かって突出し、ロッドカバーとして機能する突出部５０が一体的に形成され、前記第２ケーシング４８の長手方向の寸法は、第１ケーシング４６と比較して前記突出部５０の厚さ分だけ短縮して形成されている。この場合、図５に示されるように、シリンダ部１４を分解することなしに、第１ケーシング４６から第２ケーシング４８を取り外すことにより、簡便にボデイ１２を分解することができる。
【００２０】
前記ボデイ１２内には、図５に示されるように、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８にそれぞれ形成された凹部５２ａ、５２ｂ（但し、凹部５２ｂは凹部５２ａと同一構成のため、図示を省略している）によって室５４が形成され、前記室５４内にはロッド部材３２の自由端が臨むように設けられる。この場合、ロッド部材３２は、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の内壁面にそれぞれ形成され、後述するナックルブロック５６が摺動可能に設けられたガイド溝５８によって直線状に往復自在に案内される。なお、突出部５０に形成された貫通孔には、ロッド部材３２の外周面を囲繞するロッドパッキン６０（図３参照）が設けられている。
【００２１】
図５に示されるように、ロッド部材３２の一端部には、ナックルジョイント６２を介して、該ロッド部材３２の直線運動をアーム２０の回動運動に変換するトグルリンク機構６４が設けられる。前記ナックルジョイント６２は、所定間隔離間し略平行に分岐する二股部を有するナックルブロック５６と、前記二股部に形成された孔部に軸着されるナックルピン７０とから構成される。
【００２２】
前記ナックルブロック５６の底面部には、図５に示されるように、ロッド部材３２の円盤状の突起部６６に係合する断面Ｔ字状の溝部６８が略水平方向に延在するように形成される。この場合、ロッド部材３２と一体的に形成された突起部６６と前記溝部６８との間およびナックルブロック５６とガイド溝５８との間には所定のクリアランスが形成され、前記ナックルブロック５６が前記溝部６８に沿って略水平方向に摺動自在に設けられることにより、ロッド部材３２に対する横方向の荷重の伝達が阻止される。換言すると、ナックルブロック５６に自由度を設けることにより、例えば、ワークをクランプする際に、ロッド部材３２、ロッドパッキン６０等に横荷重が付与されることがなく、ロッド部材３２のストロークをトグルリンク機構６４に効率良く伝達することができる。
【００２３】
トグルリンク機構６４は、図５に示されるように、ナックルピン７０を介してナックルジョイント６２の二股部の間に連結されるリンクプレート（リンク部材）７２と、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８に形成された略円形状の一組の開口部１６ａ、１６ｂにそれぞれ回動自在に軸支される支持レバー７４とを有する。
【００２４】
前記リンクプレート７２は、前記ナックルジョイント６２と支持レバー７４との間に介装され、前記ナックルジョイント６２と支持レバー７４とをリンクする機能を営む。すなわち、前記リンクプレート７２には、所定間隔離間する一組の孔部７６ａ、７６ｂが形成され、一方の孔部７６ａに軸着されるナックルピン７０およびナックルジョイント６２を介してロッド部材３２の自由端に連結され、他方の孔部７６ｂに軸着されるリンクピン７８を介して支持レバー７４の二股部に連結される。また、前記一方の孔部７６ａに近接するリンクプレート７２の一端部には、後述するガイドローラ（回動手段）７９と接触する湾曲面８１が形成されている。
【００２５】
支持レバー７４は、図５に示されるように、リンクピン７８が軸着される孔部が形成された二股部と、ロッド部材３２の軸線と略直交する方向に突出形成され、開口部１６ｂを介してボデイ１２から外部に露呈する断面矩形状の軸受部１８と、前記二股部を間にして隣接して形成されボデイ１２の略円形状の開口部１６ａ、１６ｂにそれぞれ嵌合する一組の円周部８０ａ、８０ｂと、前記円周部８０ａ、８０ｂから横方向に僅かだけ突出して形成され開口部１６ｂを介してボデイ１２から外部に露呈する一組の円弧状突起部８２ａ、８２ｂとを有する。前記軸受部１８には、図示しないワークをクランプするアーム２０が着脱自在に装着される。
【００２６】
前記支持レバー７４はアーム２０と一体的に回動動作するように設けられ、該支持レバー７４に形成された前記円弧状突起部８２ａ、８２ｂは、ボデイ１２に固定されたプレート８４ａ、８４ｂに当接することにより該アーム２０の回動動作を停止させるストッパとしての機能を営む。
【００２７】
前記ロッド部材３２の直線運動は、ナックルジョイント６２およびリンクプレート７２を介して支持レバー７４に伝達され、前記支持レバー７４はボデイ１２に形成された一組の開口部１６ａ、１６ｂに支持される円周部８０ａ、８０ｂを回動中心として所定角度だけ回動自在に設けられている。
【００２８】
図５に示されるように、ボデイ１２を構成する第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の側面には長方形状の凹部８６がそれぞれ形成され、前記凹部８６は一組のカバー部材８８ａ、８８ｂによって閉塞される。前記カバー部材８８ａ、８８ｂは、ねじ部材８９によって着脱自在に装着される。この場合、支持レバー７４の軸受部１８は、カバー部材８８ｂの略中央部に形成された略円形状の開口部９０を通じて外部に露呈するように設けられる。
【００２９】
また、前記凹部８６の壁面には、支持レバー７４の円弧状突起部８２ａ、８２ｂが当接することにより、アーム２０の回動動作を停止させるプレート８４ａ、８４ｂがねじ部材９２を介して固定される。
【００３０】
前記プレート８４ｂ（８４ａ）は、図５に示されるように、円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の一端面９４が当接する第１当接面９６と、前記円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の他端面９８が当接する第２当接面１００とを有し、前記第１当接面９６と第２当接面１００との間には、支持レバー７４を囲繞する湾曲面１０２が形成されている。前記支持レバー７４の一端面９４と他端面９８は、約９０度の角度だけ離間するように形成されている。なお、前記支持レバー７４の一端面９４と他端面９８の離間角度は９０度に限定されるものではないことは勿論である。
【００３１】
この場合、ボデイ１２から一組のカバー部材８８ａ、８８ｂをそれぞれ取り外し、ねじ部材９２を緩めることにより前記一組のプレート８４ａ、８４ｂを他のプレート（後述する）と簡便に交換することができる。なお、ボデイ１２から一組のカバー部材８８ａ、８８ｂをそれぞれ取り外した場合、図２に示されるように、前記支持レバー７４に形成された円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の一端面９４および他端面９８は、外部に露呈するように設けられている（但し、一端面９４は図示していない）。
【００３２】
ボデイ１２を構成する第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の内壁面の上部側には、図５に示されるように、断面円弧状の凹部１０６がそれぞれ形成され、前記凹部１０６には、前記リンクプレート７２の湾曲面８１に接触することにより所定角度だけ回動するガイドローラ７９が設けられる。前記第１ケーシング４６および第２ケーシング４８に形成された孔部１０８には、ガイドローラ７９を回動自在に軸支するピン部材１１０が固着され、またガイドローラ７９の貫通孔には周方向に沿って複数のニードルベアリング１１２が装着される。前記ニードルベアリング１１２の転動作用下にガイドローラ７９が円滑に回動するように設けられている。
【００３３】
なお、図６および図７に示されるように、リンクプレート７２の湾曲面８１にピン部材１１４が直接接触するように設け、前記ピン部材１１４の両端部をそれぞれキャップ部材１１６ａ、１１６ｂに装着された短小な複数のニードルベアリング１１８によって回動自在に軸支するように構成してもよい。
【００３４】
第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の内壁面には、角溝からなり上下方向に沿って延在する一組のガイド溝５８が相互に対向して設けられる。前記一組のガイド溝５８の間にはナックルブロック５６が介装され、前記ナックルブロック５６は、前記ガイド溝５８の案内作用下に上下方向に沿って摺動自在に設けられる。
【００３５】
本発明の実施の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、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３６】
先ず、図示しない固定手段を介してクランプ装置１０を所定位置に固定するとともに、図示しないチューブ等の管体の一端部を一組の圧力流体出入ポート４２ａ、４４ａ（４２ｂ、４４ｂ）にそれぞれ接続し、前記管体の他端部を図示しない圧力流体供給源に接続する。なお、図８はアンクランプ状態を、図１０はクランプ状態をそれぞれ示すものであり、以下、図８のアンクランプ状態を初期位置として説明する。
【００３７】
前記のような準備作業を経た後、図８に示す初期位置において、図示しない圧力流体供給源を付勢して一方の圧力流体出入ポート４４ａからピストン３０の下部側のシリンダ室２８に圧力流体（例えば、圧縮空気）を導入する。前記シリンダ室２８に導入された圧力流体の作用下にピストン３０が押圧され、該ピストン３０がシリンダ室２８に沿って上昇する。
【００３８】
前記ピストン３０の直線運動は、ロッド部材３２およびナックルジョイント６２を介してトグルリンク機構６４に伝達され、前記トグルリンク機構６４を構成する支持レバー７４の回動作用下にアーム２０の回転運動に変換される。
【００３９】
すなわち、ピストン３０の直線運動（上昇）によって、ロッド部材３２の自由端に係合するナックルジョイント６２およびリンクプレート７２を上方に向かって押圧する力が作用する。前記リンクプレート７２に対する押圧力は、ナックルピン７０を支点として該リンクプレート７２を所定角度回動させるとともに、前記リンクプレート７２のリンク作用下に支持レバー７４を矢印Ａ方向に回動させる。
【００４０】
従って、前記支持レバー７４の軸受部１８を支点としてアーム２０が矢印Ｂ方向に向かって所定角度回動することにより、該支持レバー７４と一体的に円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）が所定角度回動する。
【００４１】
このようにしてアーム２０が矢印Ｂ方向に向かって回動している際、図９に示されるように、リンクプレート７２の湾曲面８１がガイドローラ７９に接触し、前記湾曲面８１と接触した状態を保持しながら該ガイドローラ７９がピン部材１１０を中心として回動する。
【００４２】
さらにアーム２０が回動して、図１０に示されるように、円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の一端面９４がボデイ１２に固定されたプレート８４ｂ（８４ａ）の第１当接面９６に当接することにより、該アーム２０が回動動作を停止する。この結果、アーム２０によってワークがクランプされるクランプ状態に至る。
【００４３】
なお、アーム２０が回動動作を停止してクランプ状態となった後、ピストン３０およびロッド部材３２は僅かだけさらに上昇し、前記スペーサ３３が突出部５０の壁面に当接することにより、ピストン３０およびロッド部材３２が停止して変位終端位置となる（図３参照）。
【００４４】
一方、図３に示す状態において、図示しない切換弁の切換作用下に圧力流体出入ポート４２ａに圧力流体を供給することによりピストン３０が下降する。さらにロッド部材３２の下降作用下にリンクプレート７２を介して支持レバー７４が前記とは逆方向に回動することにより、アーム２０がワークから離間する方向に回動する。
【００４５】
前記アーム２０がワークから離間する方向に回動している際、円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の他端面９８がボデイ１２に固定されたプレート８４ｂ（８４ａ）の第２当接面１００に当接することにより、該アーム２０が回動動作を停止する。この結果、クランプ装置１０は、図８に示す初期位置に復帰する。
【００４６】
次に、ワークをクランプした際、クランプ力に対応して発生する反力と、前記反力に釣り合う力とがバランスする場合について以下説明する。
【００４７】
従来技術に係るクランプシリンダでは、図１１に示されるように、ワークをクランプした際、クランプ力と反対方向に反力が発生し、この反力は、アーム８を介して第２シャフト７に伝達され、さらにリンク５ａ、５ｂを介して第１シャフト４に軸着された一組のローラ６ａ、６ｂに伝達され、前記反力とこの反力に釣り合う力とがバランスするように設けられている。従って、従来技術に係るクランプシリンダでは、一組のローラ６ａ、６ｂを軸支する第１シャフト４に対して反力に対応する力が付与されるため、第１シャフト４の直径を大きく設定する必要がある。
【００４８】
これに対して、本実施の形態では、図１２に示されるように、反力がアーム２０を介してリンクピン７８に伝達され、さらにリンクプレート７２の湾曲面８１に接触するガイドローラ７９に伝達されるように設けられている。この場合、ガイドローラ７９は、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の孔部１０８（図５参照）に固定されたピン部材１１０によって回動自在に軸支されており、ガイドローラ７９に伝達された反力は第１および第２ケーシング４６、４８に固定されたピン部材１１０に付与される。
【００４９】
従って、本実施の形態では、ナックルピン７０に対して反力に対応する力が全く付与されないように設けられているため、前記ナックルピン７０の直径を小さくすることができるとともに、ナックルブロック５６とリンクプレート７２の連結部位の耐久性を向上させることができる。
【００５０】
また、従来技術では、トラック溝９ｂに対して摺動する一組のローラ６ａ、６ｂの面圧および強度を考慮して該ローラ６ａ、６ｂの幅および直径を設定する必要があるのに対し、本実施の形態では、そのような必要がないためボデイ１２の小型化を図ることができる。
【００５１】
次に、アームによってワークをクランプした際に力の作用する点がなす角度について検討する。
【００５２】
従来技術に係るクランプシリンダにおいて、略水平状態にあるアーム８によってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度をθ１ とし（図１３参照）、クランプ時におけるアーム８の角度を時計方向に角度θだけ変化させた場合の力の作用する点がなす角度をθ２ としている（図１４参照）。図１３と図１４とを比較して諒解されるように、従来技術では、ワークをクランプする際のアーム８の回動角度を変化させることにより、力の作用する点がなす角度が大きく変化する。
【００５３】
これに対して本実施の形態では、略水平状態にあるアーム２０によってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θ１（図１５参照）から角度θ２（図１６参照）へと、ワークをクランプする際のアーム２０の回動角度を角度θだけ変化させても力の作用する点のなす角度が略一定である。なお、リンクプレート７２の一端部に形成された断面円弧状の湾曲面８１は、ワークをクランプするときのアーム２０の回動角度が変化したときであっても、該アーム２０によってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θを一定に保持するように設定された所定の曲率半径とするとよい。
【００５４】
このことは、図１７から諒解されるように、本実施の形態（実線）ではアーム２０の回動角度を大きくしてもクランプ力は略一定となるのに対し、従来技術（破線）ではアーム８の回動角度を大きくさせることによりクランプ力が急激に低下するという不具合がある。
【００５５】
従って、本実施の形態では、ユーザの使用条件等によってアーム２０が所望の回動角度でワークをクランプするように設定しても、略一定のクランプ力が得られるという効果を有する。
【００５６】
また、本実施の形態では、シリンダ部１４内のピストン３０とロッド部材３２との連結部位に、前記ピストン３０の変位終端位置を規制するスペーサ３３を設けることにより、簡素な構造によって上死点（デッドポイント）への進入を確実に阻止することができる。
【００５７】
次に、アーム２０の回動角度に拘わらず、リンクプレート７２の湾曲面８１とガイドローラ７９との接触部位を略一定の位置で保持する場合を図１８乃至図２０に基づいて説明する。
【００５８】
図１８は、アーム２０がアンクランプ状態の初期位置から回動動作し水平軸に対して角度θ３でワークをクランプした状態を示し、図１９は、アーム２０が図１８の状態からさらに回動動作し水平軸に対して角度θ４でワークをクランプした状態を示し、図２０は、アーム２０が略水平状態でワークをクランプしたときを示している。
【００５９】
この場合、図１８乃至図２０では、接触位置保持手段として機能する長円状の長孔１１９をリンクプレート７２に形成し、前記長孔１１９にナックルピン７０が係合するように設けられている。前記リンクプレート７２に長孔１１９を形成してナックルピン７０に遊びを設けることにより、前記リンクプレート７２に形成された湾曲面８１とガイドローラ７９との接触部位を、アーム２０の回動角度に拘わらず略一定の位置に保持することができる。この場合、前記長孔１１９の長軸は、前記リンクプレート７２と前記ガイドローラ７９との接触部位を一定の位置に保持するように設定された所定の向きに形成される。
【００６０】
そして、ナックルピン７０の自由度を確保することにより、ナックルピン７０の中心点をロッド部材３２の軸線Ｔの延長線上に設定することができる。この結果、ロッド部材３２の直線精度を有効に保持することにより、シリンダ部１４の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
なお、前記湾曲面８１とガイドローラ７９の接触部位は、実際には線接触であるが、図１８乃至図２０では、説明の便宜上、接触点Ｐとして示している。また、前記接触点Ｐの位置は、アーム２０の回動中心を原点ＯとしてＸ座標およびＹ座標（Ｘ，Ｙ）によってその位置を表示している。
【００６２】
図１８乃至図２０から諒解されるように、アーム２０の回動角度が変化してもリンクプレート７２の湾曲面８１とガイドローラ７９との接触点Ｐは、常に同一で一定の位置（Ｘ，Ｙ）となる。従って、リンクプレート７２の湾曲面８１とガイドローラ７９との接触点Ｐを一定の位置に保持し、リンクプレート７２とガイドローラ７９との接触部位におけるカジリの発生を阻止することにより、アーム２０の回動角度の変化に拘わらずクランプ力が略一定となるような、より一層リニアなクランプ特性を得ることができる。
【００６３】
なお、図１８乃至図２０では、直交座標の原点Ｏをアーム２０の回動中心に設定しているが、ガイドローラ７９の回動中心を原点Ｏとしてもよいことは、勿論である。
【００６４】
次に、他の実施の形態に係るクランプ装置１２０を図２１に示す。なお、図３に示すクランプ装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
このクランプ装置１２０では、ロッド部材１２２が設けられたピストン１２４の反対側に突起部１２６を同軸状に連結し、前記突起部１２６の環状凹部１２８に係合する一組のボール１３０ａ、１３０ｂを用いて前記ピストン１２４をロックするロック機構１３２を設けている点に特徴がある。
【００６６】
このロック機構１３２は、ばね部材１３４ａ、１３４ｂの弾発力の作用下にボール１３０ａ、１３０ｂを環状凹部１２８側に向かって押圧する押圧部材１３６ａ、１３６ｂを有し、アーム２０を初期位置に保持する機能を営む。前記ロック機構１３２を設けることにより、シリンダ室２８から圧力流体を導出してピストン１２４をフリー状態とした場合であっても、ピストン１２４がロック状態にあってその変位が阻止されているため、アーム２０の回動動作を防止して該アーム２０を初期位置にロックすることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、駆動手段としてシリンダを用いているがこれに限定されるものではなく、図示しないリニアアクチュエータ、電動モータ等を用いてロッド部材３２を変位させるように構成してもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００６９】
すなわち、ワークをクランプした際のアームの回動角度が変化してもクランプ力を一定に保持することができる。また、クランプ時に発生する反力がリンクプレートを軸支するナックルピンに伝達されないため、前記ナックルピンの直径を小さくし、しかもボデイの小型化を図ることができる。
【００７０】
さらに、リンクプレートの曲面と回動部材との接触部位を一定の位置に保持することにより、アームの回動角度の変化に拘わらずクランプ力が一定となるような、より一層リニアなクランプ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプ装置の斜視図である。
【図２】前記クランプ装置のボデイからカバー部材を外した状態を示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面構成図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面構成図である。
【図５】前記クランプ装置を構成するボデイの分解斜視図である。
【図６】ガイドローラの変形例を示す一部断面構成図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面構成図である。
【図８】アームが初期位置にあるときの動作説明図である。
【図９】前記初期位置からロッド部材が上昇し、リンクプレートの湾曲面がガイドローラに接触した状態を示す動作説明図である。
【図１０】ワークをクランプした状態の動作説明図である。
【図１１】従来技術に係るクランプシリンダにおいて、反力の伝達経路を説明するための部分拡大図である。
【図１２】本実施の形態に係るクランプ装置において、反力の伝達経路を説明するための部分拡大図である。
【図１３】従来技術に係るクランプシリンダにおいて、力の作用する点がなす角度を示す説明図である。
【図１４】図１３に示す状態からアームが角度θだけ変位した状態を示す説明図である。
【図１５】本実施の形態に係るクランプ装置において、力の作用する点がなす角度を示す説明図である。
【図１６】図１５に示す状態からアームが角度θだけ変位した状態を示す説明図である。
【図１７】アームの回動角度θとクランプ力との関係を示す説明図である。
【図１８】水平軸に対してアームが角度θ３だけ回動した状態におけるリンクプレートの湾曲面とガイドローラとの接触点を示す説明図である。
【図１９】水平軸に対してアームが角度θ４だけ回動した状態におけるリンクプレートの湾曲面とガイドローラとの接触点を示す説明図である。
【図２０】アームが略水平状態にあるときのリンクプレートの湾曲面とガイドローラとの接触点を示す説明図である。
【図２１】本発明の他の実施の形態に係るクランプ装置の部分縦断面図である。
【図２２】従来技術に係るクランプシリンダの要部分解斜視図である。
【図２３】図２２に示すクランプシリンダの一部断面側面図である。
【符号の説明】
１０、１２０…クランプ装置 １２…ボデイ
１４…シリンダ部 １６ａ、１６ｂ、９０…開口部
１８…軸受部 ２０…アーム
２４…エンドブロック ２８…シリンダ室
３０…ピストン ３２…ロッド部材
３３…スペーサ
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ…圧力流体出入ポート
４６、４８…ケーシング ５２ａ、５２ｂ、８６、１０６…凹部
５４…室 ５６…ナックルブロック
６４…トグルリンク機構 ６６、１２６…突起部
７０…ナックルピン ７２…リンクプレート
７４…支持レバー ７８…リンクピン
７９…ガイドローラ ８１…湾曲面
１１０、１１４…ピン部材 １１２、１１８…ニードルベアリング
１１９…長孔 １３２…ロック機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームを介してワークをクランプすることが可能なクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、自動車等の構成部品を溶接する際、その構成部品をクランプするためにクランプシリンダが用いられ、このクランプシリンダは、例えば、米国特許第４４５８８８９号公報等に開示されている。
【０００３】
この米国特許第４４５８８８９号公報に開示されたクランプシリンダでは、図２２および図２３に示されるように、分割された一組のボデイ１ａ、１ｂの間にピストンロッド２が進退自在に配設され、前記ピストンロッド２の一端部にはカップリング３が連結されている。前記カップリング３の両側部には、第１シャフト４を介して一組のリンク５ａ、５ｂおよび一組のローラ６ａ、６ｂがそれぞれ軸着され、さらに、前記一組のリンク５ａ、５ｂの間には、第２シャフト７を介してアーム８が所定角度回動自在に連結される。
【０００４】
この場合、前記一組のローラ６ａ、６ｂは、孔部に装着された複数のニードル９ａを介して摺動自在に設けられ、前記ピストンロッド２は、ボデイ１ａ、１ｂにそれぞれ形成されたトラック溝９ｂに沿って摺動する前記ローラ６ａ、６ｂの案内作用下に、該ローラ６ａ、６ｂと一体的に変位するように設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に係る米国特許第４４５８８８９号公報に開示されたクランプシリンダでは、アーム８によって図示しないワークをクランプした際、前記アーム８の回動角度が変化することによりクランプ力が低下するという不具合がある。
【０００６】
また、前記クランプシリンダでは、アーム８によってワークをクランプした際に発生する反力が第１シャフト４に付与されるため、面圧および強度等を考慮して第１シャフト４の直径を設定する必要があり、前記第１シャフト４の直径が大きくなるという不具合がある。
【０００７】
さらに、トラック溝９ｂに沿って摺動する一組のローラ６ａ、６ｂの面圧および強度を考慮して該ローラ６ａ、６ｂの肉厚および直径を設定する必要があるため、前記一組のローラ６ａ、６ｂの形状が大きくなることにより、それに伴ってボデイ１ａ、１ｂが大型化するという不具合がある。
【０００８】
本発明は、前記の不具合を考慮してなされたものであり、ワークをクランプした際のアームの回動角度が変化してもクランプ力を略一定に保持することができるとともに、ナックルピンの直径を小さくし、しかもボデイを小型化することが可能なクランプ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、直方体状に形成されたボデイと、
前記ボデイの内部に設けられたロッド部材を該ボデイの軸線方向に沿って変位させる駆動手段と、
ナックルジョイントを介して前記ロッド部材の自由端に連結されるリンクプレートと、前記ボデイに形成された一組の開口部に回動自在に軸支される支持レバーとを含み、前記ロッド部材の直線運動を回動運動に変換するトグルリンク機構と、
前記支持レバーの軸受部に連結され、前記駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームと、
前記ボデイに支持され、前記リンクプレートが接触することにより回動自在に設けられた回動部材と、
を備え、
前記リンクプレートには所定間隔離間する一組の孔部が形成され、該リンクプレートは、前記一方の孔部に軸着されるナックルピンを介して前記ナックルジョイントに連結され、前記他方の孔部に軸着されるリンクピンを介して前記支持レバーに連結されることを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記回動部材を、ボデイに固定されたピン部材によって回動自在に軸支されたガイドローラによって構成し、あるいは、軸受部材を介して回動自在に設けられたピン部材によって構成するとよい。また、前記リンクプレートの一端部に、回動部材に接触し所定の曲率半径からなる断面円弧状の曲面を形成するとよい。前記断面円弧状の曲面は、ワークをクランプするときのアームの回動角度が変化したときであっても、該アームによってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θを一定に保持するように設定された所定の曲率半径とするとよい。なお、駆動手段には、少なくともシリンダが含まれている。
【００１１】
さらに、前記アームの回動角度に拘わらず、前記リンクプレートと前記回動部材との接触部位を一定の位置に保持する接触位置保持手段を設けるとよい。その際、前記リンクプレートと前記回動部材との接触点は、アームの回動中心または回動部材の回動中心を原点とするＸ座標およびＹ座標によって定められた一定の位置に保持される。なお、前記接触位置保持手段としては、例えば、リンクプレートに形成され、ロッド部材の一端側に設けられたナックルピンが係合する長円状の長孔によって構成するとよい。この場合、前記長孔の長軸は、前記リンクプレートと前記回動部材との接触部位を一定の位置に保持するように設定された所定の向きに形成される。
【００１２】
本発明によれば、アームによってワークがクランプされた際、その反力がボデイに支持された回動部材に伝達されるように設けられている。このため、ワークをクランプするアームの回動角度が変化した場合であっても、アームのクランプ力が一定に保持される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るクランプ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係るクランプ装置を示す。このクランプ装置１０は、扁平状に形成されたボデイ１２と、前記ボデイ１２の下端部に気密に連結されたシリンダ部（駆動手段）１４と、前記ボデイ１２に形成された略円形状の一組の開口部１６ａ、１６ｂ（図５参照）を介して外部に突出する矩形状の軸受部１８に連結されるアーム２０とを備える。
【００１５】
シリンダ部１４は、上面部に楕円形状の図示しない凹部が形成されたエンドブロック２４と、断面楕円形状の筒体からなり、その一端部が前記エンドブロック２４の凹部に気密に連結され他端部がボデイ１２の底面に気密に連結されたシリンダチューブ２６とを含む。
【００１６】
さらに、シリンダ部１４は、図３に示されるように、前記シリンダチューブ２６内に収装されシリンダ室２８に沿って往復動作するピストン３０と、前記ピストン３０の中央部に連結されて該ピストン３０と一体的に変位するロッド部材３２と、前記ピストン３０とロッド部材３２との連結部位に設けられ、孔部を介してロッド部材３２に外嵌されるリング状のスペーサ３３とを有する。前記スペーサ３３は、アルミニウム等の金属製材料からなり、ピストン３０の変位終端位置においてシリンダ室２８の上部を形成する突出部５０の壁面に当接することにより、該ピストン３０の変位を規制するストッパとしての機能を営む。なお、前記ピストン３０とスペーサ３３とを一体的に形成してもよい。
【００１７】
前記ピストン３０の外周面には、図３に示されるように、ウェアリング３４およびシールリング３６がそれぞれ装着されている。また、エンドブロック２４の四隅角部には図示しない取付用孔部が穿孔され、前記取付用孔部に挿通された４本のシャフト４０を介してエンドブロック２４およびシリンダチューブ２６がボデイ１２に気密に組み付けられる（図１および図２参照）。ボデイ１２およびエンドブロック２４には、それぞれシリンダ室２８に圧力流体（例えば、圧縮空気）を導入・導出するための一組の圧力流体出入ポート４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂがそれぞれ相互に対向して形成されている（図３参照）。
【００１８】
なお、実際に使用する場合には、いずれか一方の圧力流体出入ポート４２ａ、４４ａ（４２ｂ、４４ｂ）に図示しない盲栓がねじ込まれることにより、前記一方の圧力流体出入ポート４２ａ、４４ａ（４２ｂ、４４ｂ）が閉塞された状態で使用される。
【００１９】
ボデイ１２は、図５に示されるように、非対称からなる第１ケーシング４６と第２ケーシング４８が一体的に組み付けられて構成される。前記第１ケーシング４６の下端部には、略水平方向に向かって突出し、ロッドカバーとして機能する突出部５０が一体的に形成され、前記第２ケーシング４８の長手方向の寸法は、第１ケーシング４６と比較して前記突出部５０の厚さ分だけ短縮して形成されている。この場合、図５に示されるように、シリンダ部１４を分解することなしに、第１ケーシング４６から第２ケーシング４８を取り外すことにより、簡便にボデイ１２を分解することができる。
【００２０】
前記ボデイ１２内には、図５に示されるように、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８にそれぞれ形成された凹部５２ａ、５２ｂ（但し、凹部５２ｂは凹部５２ａと同一構成のため、図示を省略している）によって室５４が形成され、前記室５４内にはロッド部材３２の自由端が臨むように設けられる。この場合、ロッド部材３２は、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の内壁面にそれぞれ形成され、後述するナックルブロック５６が摺動可能に設けられたガイド溝５８によって直線状に往復自在に案内される。なお、突出部５０に形成された貫通孔には、ロッド部材３２の外周面を囲繞するロッドパッキン６０（図３参照）が設けられている。
【００２１】
図５に示されるように、ロッド部材３２の一端部には、ナックルジョイント６２を介して、該ロッド部材３２の直線運動をアーム２０の回動運動に変換するトグルリンク機構６４が設けられる。前記ナックルジョイント６２は、所定間隔離間し略平行に分岐する二股部を有するナックルブロック５６と、前記二股部に形成された孔部に軸着されるナックルピン７０とから構成される。
【００２２】
前記ナックルブロック５６の底面部には、図５に示されるように、ロッド部材３２の円盤状の突起部６６に係合する断面Ｔ字状の溝部６８が略水平方向に延在するように形成される。この場合、ロッド部材３２と一体的に形成された突起部６６と前記溝部６８との間およびナックルブロック５６とガイド溝５８との間には所定のクリアランスが形成され、前記ナックルブロック５６が前記溝部６８に沿って略水平方向に摺動自在に設けられることにより、ロッド部材３２に対する横方向の荷重の伝達が阻止される。換言すると、ナックルブロック５６に自由度を設けることにより、例えば、ワークをクランプする際に、ロッド部材３２、ロッドパッキン６０等に横荷重が付与されることがなく、ロッド部材３２のストロークをトグルリンク機構６４に効率良く伝達することができる。
【００２３】
トグルリンク機構６４は、図５に示されるように、ナックルピン７０を介してナックルジョイント６２の二股部の間に連結されるリンクプレート（リンク部材）７２と、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８に形成された略円形状の一組の開口部１６ａ、１６ｂにそれぞれ回動自在に軸支される支持レバー７４とを有する。
【００２４】
前記リンクプレート７２は、前記ナックルジョイント６２と支持レバー７４との間に介装され、前記ナックルジョイント６２と支持レバー７４とをリンクする機能を営む。すなわち、前記リンクプレート７２には、所定間隔離間する一組の孔部７６ａ、７６ｂが形成され、一方の孔部７６ａに軸着されるナックルピン７０およびナックルジョイント６２を介してロッド部材３２の自由端に連結され、他方の孔部７６ｂに軸着されるリンクピン７８を介して支持レバー７４の二股部に連結される。また、前記一方の孔部７６ａに近接するリンクプレート７２の一端部には、後述するガイドローラ（回動手段）７９と接触する湾曲面８１が形成されている。
【００２５】
支持レバー７４は、図５に示されるように、リンクピン７８が軸着される孔部が形成された二股部と、ロッド部材３２の軸線と略直交する方向に突出形成され、開口部１６ｂを介してボデイ１２から外部に露呈する断面矩形状の軸受部１８と、前記二股部を間にして隣接して形成されボデイ１２の略円形状の開口部１６ａ、１６ｂにそれぞれ嵌合する一組の円周部８０ａ、８０ｂと、前記円周部８０ａ、８０ｂから横方向に僅かだけ突出して形成され開口部１６ｂを介してボデイ１２から外部に露呈する一組の円弧状突起部８２ａ、８２ｂとを有する。前記軸受部１８には、図示しないワークをクランプするアーム２０が着脱自在に装着される。
【００２６】
前記支持レバー７４はアーム２０と一体的に回動動作するように設けられ、該支持レバー７４に形成された前記円弧状突起部８２ａ、８２ｂは、ボデイ１２に固定されたプレート８４ａ、８４ｂに当接することにより該アーム２０の回動動作を停止させるストッパとしての機能を営む。
【００２７】
前記ロッド部材３２の直線運動は、ナックルジョイント６２およびリンクプレート７２を介して支持レバー７４に伝達され、前記支持レバー７４はボデイ１２に形成された一組の開口部１６ａ、１６ｂに支持される円周部８０ａ、８０ｂを回動中心として所定角度だけ回動自在に設けられている。
【００２８】
図５に示されるように、ボデイ１２を構成する第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の側面には長方形状の凹部８６がそれぞれ形成され、前記凹部８６は一組のカバー部材８８ａ、８８ｂによって閉塞される。前記カバー部材８８ａ、８８ｂは、ねじ部材８９によって着脱自在に装着される。この場合、支持レバー７４の軸受部１８は、カバー部材８８ｂの略中央部に形成された略円形状の開口部９０を通じて外部に露呈するように設けられる。
【００２９】
また、前記凹部８６の壁面には、支持レバー７４の円弧状突起部８２ａ、８２ｂが当接することにより、アーム２０の回動動作を停止させるプレート８４ａ、８４ｂがねじ部材９２を介して固定される。
【００３０】
前記プレート８４ｂ（８４ａ）は、図５に示されるように、円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の一端面９４が当接する第１当接面９６と、前記円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の他端面９８が当接する第２当接面１００とを有し、前記第１当接面９６と第２当接面１００との間には、支持レバー７４を囲繞する湾曲面１０２が形成されている。前記支持レバー７４の一端面９４と他端面９８は、約９０度の角度だけ離間するように形成されている。なお、前記支持レバー７４の一端面９４と他端面９８の離間角度は９０度に限定されるものではないことは勿論である。
【００３１】
この場合、ボデイ１２から一組のカバー部材８８ａ、８８ｂをそれぞれ取り外し、ねじ部材９２を緩めることにより前記一組のプレート８４ａ、８４ｂを他のプレート（後述する）と簡便に交換することができる。なお、ボデイ１２から一組のカバー部材８８ａ、８８ｂをそれぞれ取り外した場合、図２に示されるように、前記支持レバー７４に形成された円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の一端面９４および他端面９８は、外部に露呈するように設けられている（但し、一端面９４は図示していない）。
【００３２】
ボデイ１２を構成する第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の内壁面の上部側には、図５に示されるように、断面円弧状の凹部１０６がそれぞれ形成され、前記凹部１０６には、前記リンクプレート７２の湾曲面８１に接触することにより所定角度だけ回動するガイドローラ７９が設けられる。前記第１ケーシング４６および第２ケーシング４８に形成された孔部１０８には、ガイドローラ７９を回動自在に軸支するピン部材１１０が固着され、またガイドローラ７９の貫通孔には周方向に沿って複数のニードルベアリング１１２が装着される。前記ニードルベアリング１１２の転動作用下にガイドローラ７９が円滑に回動するように設けられている。
【００３３】
なお、図６および図７に示されるように、リンクプレート７２の湾曲面８１にピン部材１１４が直接接触するように設け、前記ピン部材１１４の両端部をそれぞれキャップ部材１１６ａ、１１６ｂに装着された短小な複数のニードルベアリング１１８によって回動自在に軸支するように構成してもよい。
【００３４】
第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の内壁面には、角溝からなり上下方向に沿って延在する一組のガイド溝５８が相互に対向して設けられる。前記一組のガイド溝５８の間にはナックルブロック５６が介装され、前記ナックルブロック５６は、前記ガイド溝５８の案内作用下に上下方向に沿って摺動自在に設けられる。
【００３５】
本発明の実施の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、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３６】
先ず、図示しない固定手段を介してクランプ装置１０を所定位置に固定するとともに、図示しないチューブ等の管体の一端部を一組の圧力流体出入ポート４２ａ、４４ａ（４２ｂ、４４ｂ）にそれぞれ接続し、前記管体の他端部を図示しない圧力流体供給源に接続する。なお、図８はアンクランプ状態を、図１０はクランプ状態をそれぞれ示すものであり、以下、図８のアンクランプ状態を初期位置として説明する。
【００３７】
前記のような準備作業を経た後、図８に示す初期位置において、図示しない圧力流体供給源を付勢して一方の圧力流体出入ポート４４ａからピストン３０の下部側のシリンダ室２８に圧力流体（例えば、圧縮空気）を導入する。前記シリンダ室２８に導入された圧力流体の作用下にピストン３０が押圧され、該ピストン３０がシリンダ室２８に沿って上昇する。
【００３８】
前記ピストン３０の直線運動は、ロッド部材３２およびナックルジョイント６２を介してトグルリンク機構６４に伝達され、前記トグルリンク機構６４を構成する支持レバー７４の回動作用下にアーム２０の回転運動に変換される。
【００３９】
すなわち、ピストン３０の直線運動（上昇）によって、ロッド部材３２の自由端に係合するナックルジョイント６２およびリンクプレート７２を上方に向かって押圧する力が作用する。前記リンクプレート７２に対する押圧力は、ナックルピン７０を支点として該リンクプレート７２を所定角度回動させるとともに、前記リンクプレート７２のリンク作用下に支持レバー７４を矢印Ａ方向に回動させる。
【００４０】
従って、前記支持レバー７４の軸受部１８を支点としてアーム２０が矢印Ｂ方向に向かって所定角度回動することにより、該支持レバー７４と一体的に円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）が所定角度回動する。
【００４１】
このようにしてアーム２０が矢印Ｂ方向に向かって回動している際、図９に示されるように、リンクプレート７２の湾曲面８１がガイドローラ７９に接触し、前記湾曲面８１と接触した状態を保持しながら該ガイドローラ７９がピン部材１１０を中心として回動する。
【００４２】
さらにアーム２０が回動して、図１０に示されるように、円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の一端面９４がボデイ１２に固定されたプレート８４ｂ（８４ａ）の第１当接面９６に当接することにより、該アーム２０が回動動作を停止する。この結果、アーム２０によってワークがクランプされるクランプ状態に至る。
【００４３】
なお、アーム２０が回動動作を停止してクランプ状態となった後、ピストン３０およびロッド部材３２は僅かだけさらに上昇し、前記スペーサ３３が突出部５０の壁面に当接することにより、ピストン３０およびロッド部材３２が停止して変位終端位置となる（図３参照）。
【００４４】
一方、図３に示す状態において、図示しない切換弁の切換作用下に圧力流体出入ポート４２ａに圧力流体を供給することによりピストン３０が下降する。さらにロッド部材３２の下降作用下にリンクプレート７２を介して支持レバー７４が前記とは逆方向に回動することにより、アーム２０がワークから離間する方向に回動する。
【００４５】
前記アーム２０がワークから離間する方向に回動している際、円弧状突起部８２ｂ（８２ａ）の他端面９８がボデイ１２に固定されたプレート８４ｂ（８４ａ）の第２当接面１００に当接することにより、該アーム２０が回動動作を停止する。この結果、クランプ装置１０は、図８に示す初期位置に復帰する。
【００４６】
次に、ワークをクランプした際、クランプ力に対応して発生する反力と、前記反力に釣り合う力とがバランスする場合について以下説明する。
【００４７】
従来技術に係るクランプシリンダでは、図１１に示されるように、ワークをクランプした際、クランプ力と反対方向に反力が発生し、この反力は、アーム８を介して第２シャフト７に伝達され、さらにリンク５ａ、５ｂを介して第１シャフト４に軸着された一組のローラ６ａ、６ｂに伝達され、前記反力とこの反力に釣り合う力とがバランスするように設けられている。従って、従来技術に係るクランプシリンダでは、一組のローラ６ａ、６ｂを軸支する第１シャフト４に対して反力に対応する力が付与されるため、第１シャフト４の直径を大きく設定する必要がある。
【００４８】
これに対して、本実施の形態では、図１２に示されるように、反力がアーム２０を介してリンクピン７８に伝達され、さらにリンクプレート７２の湾曲面８１に接触するガイドローラ７９に伝達されるように設けられている。この場合、ガイドローラ７９は、第１ケーシング４６および第２ケーシング４８の孔部１０８（図５参照）に固定されたピン部材１１０によって回動自在に軸支されており、ガイドローラ７９に伝達された反力は第１および第２ケーシング４６、４８に固定されたピン部材１１０に付与される。
【００４９】
従って、本実施の形態では、ナックルピン７０に対して反力に対応する力が全く付与されないように設けられているため、前記ナックルピン７０の直径を小さくすることができるとともに、ナックルブロック５６とリンクプレート７２の連結部位の耐久性を向上させることができる。
【００５０】
また、従来技術では、トラック溝９ｂに対して摺動する一組のローラ６ａ、６ｂの面圧および強度を考慮して該ローラ６ａ、６ｂの幅および直径を設定する必要があるのに対し、本実施の形態では、そのような必要がないためボデイ１２の小型化を図ることができる。
【００５１】
次に、アームによってワークをクランプした際に力の作用する点がなす角度について検討する。
【００５２】
従来技術に係るクランプシリンダにおいて、略水平状態にあるアーム８によってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度をθ１ とし（図１３参照）、クランプ時におけるアーム８の角度を時計方向に角度θだけ変化させた場合の力の作用する点がなす角度をθ２ としている（図１４参照）。図１３と図１４とを比較して諒解されるように、従来技術では、ワークをクランプする際のアーム８の回動角度を変化させることにより、力の作用する点がなす角度が大きく変化する。
【００５３】
これに対して本実施の形態では、略水平状態にあるアーム２０によってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θ１（図１５参照）から角度θ２（図１６参照）へと、ワークをクランプする際のアーム２０の回動角度を角度θだけ変化させても力の作用する点のなす角度が略一定である。なお、リンクプレート７２の一端部に形成された断面円弧状の湾曲面８１は、ワークをクランプするときのアーム２０の回動角度が変化したときであっても、該アーム２０によってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θを一定に保持するように設定された所定の曲率半径とするとよい。
【００５４】
このことは、図１７から諒解されるように、本実施の形態（実線）ではアーム２０の回動角度を大きくしてもクランプ力は略一定となるのに対し、従来技術（破線）ではアーム８の回動角度を大きくさせることによりクランプ力が急激に低下するという不具合がある。
【００５５】
従って、本実施の形態では、ユーザの使用条件等によってアーム２０が所望の回動角度でワークをクランプするように設定しても、略一定のクランプ力が得られるという効果を有する。
【００５６】
また、本実施の形態では、シリンダ部１４内のピストン３０とロッド部材３２との連結部位に、前記ピストン３０の変位終端位置を規制するスペーサ３３を設けることにより、簡素な構造によって上死点（デッドポイント）への進入を確実に阻止することができる。
【００５７】
次に、アーム２０の回動角度に拘わらず、リンクプレート７２の湾曲面８１とガイドローラ７９との接触部位を略一定の位置で保持する場合を図１８乃至図２０に基づいて説明する。
【００５８】
図１８は、アーム２０がアンクランプ状態の初期位置から回動動作し水平軸に対して角度θ３でワークをクランプした状態を示し、図１９は、アーム２０が図１８の状態からさらに回動動作し水平軸に対して角度θ４でワークをクランプした状態を示し、図２０は、アーム２０が略水平状態でワークをクランプしたときを示している。
【００５９】
この場合、図１８乃至図２０では、接触位置保持手段として機能する長円状の長孔１１９をリンクプレート７２に形成し、前記長孔１１９にナックルピン７０が係合するように設けられている。前記リンクプレート７２に長孔１１９を形成してナックルピン７０に遊びを設けることにより、前記リンクプレート７２に形成された湾曲面８１とガイドローラ７９との接触部位を、アーム２０の回動角度に拘わらず略一定の位置に保持することができる。この場合、前記長孔１１９の長軸は、前記リンクプレート７２と前記ガイドローラ７９との接触部位を一定の位置に保持するように設定された所定の向きに形成される。
【００６０】
そして、ナックルピン７０の自由度を確保することにより、ナックルピン７０の中心点をロッド部材３２の軸線Ｔの延長線上に設定することができる。この結果、ロッド部材３２の直線精度を有効に保持することにより、シリンダ部１４の耐久性を向上させることができる。
【００６１】
なお、前記湾曲面８１とガイドローラ７９の接触部位は、実際には線接触であるが、図１８乃至図２０では、説明の便宜上、接触点Ｐとして示している。また、前記接触点Ｐの位置は、アーム２０の回動中心を原点ＯとしてＸ座標およびＹ座標（Ｘ，Ｙ）によってその位置を表示している。
【００６２】
図１８乃至図２０から諒解されるように、アーム２０の回動角度が変化してもリンクプレート７２の湾曲面８１とガイドローラ７９との接触点Ｐは、常に同一で一定の位置（Ｘ，Ｙ）となる。従って、リンクプレート７２の湾曲面８１とガイドローラ７９との接触点Ｐを一定の位置に保持し、リンクプレート７２とガイドローラ７９との接触部位におけるカジリの発生を阻止することにより、アーム２０の回動角度の変化に拘わらずクランプ力が略一定となるような、より一層リニアなクランプ特性を得ることができる。
【００６３】
なお、図１８乃至図２０では、直交座標の原点Ｏをアーム２０の回動中心に設定しているが、ガイドローラ７９の回動中心を原点Ｏとしてもよいことは、勿論である。
【００６４】
次に、他の実施の形態に係るクランプ装置１２０を図２１に示す。なお、図３に示すクランプ装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
このクランプ装置１２０では、ロッド部材１２２が設けられたピストン１２４の反対側に突起部１２６を同軸状に連結し、前記突起部１２６の環状凹部１２８に係合する一組のボール１３０ａ、１３０ｂを用いて前記ピストン１２４をロックするロック機構１３２を設けている点に特徴がある。
【００６６】
このロック機構１３２は、ばね部材１３４ａ、１３４ｂの弾発力の作用下にボール１３０ａ、１３０ｂを環状凹部１２８側に向かって押圧する押圧部材１３６ａ、１３６ｂを有し、アーム２０を初期位置に保持する機能を営む。前記ロック機構１３２を設けることにより、シリンダ室２８から圧力流体を導出してピストン１２４をフリー状態とした場合であっても、ピストン１２４がロック状態にあってその変位が阻止されているため、アーム２０の回動動作を防止して該アーム２０を初期位置にロックすることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態では、駆動手段としてシリンダを用いているがこれに限定されるものではなく、図示しないリニアアクチュエータ、電動モータ等を用いてロッド部材３２を変位させるように構成してもよい。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００６９】
すなわち、ワークをクランプした際のアームの回動角度が変化してもクランプ力を一定に保持することができる。また、クランプ時に発生する反力がリンクプレートを軸支するナックルピンに伝達されないため、前記ナックルピンの直径を小さくし、しかもボデイの小型化を図ることができる。
【００７０】
さらに、リンクプレートの曲面と回動部材との接触部位を一定の位置に保持することにより、アームの回動角度の変化に拘わらずクランプ力が一定となるような、より一層リニアなクランプ特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプ装置の斜視図である。
【図２】前記クランプ装置のボデイからカバー部材を外した状態を示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った縦断面構成図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面構成図である。
【図５】前記クランプ装置を構成するボデイの分解斜視図である。
【図６】ガイドローラの変形例を示す一部断面構成図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った横断面構成図である。
【図８】アームが初期位置にあるときの動作説明図である。
【図９】前記初期位置からロッド部材が上昇し、リンクプレートの湾曲面がガイドローラに接触した状態を示す動作説明図である。
【図１０】ワークをクランプした状態の動作説明図である。
【図１１】従来技術に係るクランプシリンダにおいて、反力の伝達経路を説明するための部分拡大図である。
【図１２】本実施の形態に係るクランプ装置において、反力の伝達経路を説明するための部分拡大図である。
【図１３】従来技術に係るクランプシリンダにおいて、力の作用する点がなす角度を示す説明図である。
【図１４】図１３に示す状態からアームが角度θだけ変位した状態を示す説明図である。
【図１５】本実施の形態に係るクランプ装置において、力の作用する点がなす角度を示す説明図である。
【図１６】図１５に示す状態からアームが角度θだけ変位した状態を示す説明図である。
【図１７】アームの回動角度θとクランプ力との関係を示す説明図である。
【図１８】水平軸に対してアームが角度θ３だけ回動した状態におけるリンクプレートの湾曲面とガイドローラとの接触点を示す説明図である。
【図１９】水平軸に対してアームが角度θ４だけ回動した状態におけるリンクプレートの湾曲面とガイドローラとの接触点を示す説明図である。
【図２０】アームが略水平状態にあるときのリンクプレートの湾曲面とガイドローラとの接触点を示す説明図である。
【図２１】本発明の他の実施の形態に係るクランプ装置の部分縦断面図である。
【図２２】従来技術に係るクランプシリンダの要部分解斜視図である。
【図２３】図２２に示すクランプシリンダの一部断面側面図である。
【符号の説明】
１０、１２０…クランプ装置 １２…ボデイ
１４…シリンダ部 １６ａ、１６ｂ、９０…開口部
１８…軸受部 ２０…アーム
２４…エンドブロック ２８…シリンダ室
３０…ピストン ３２…ロッド部材
３３…スペーサ
４２ａ、４２ｂ、４４ａ、４４ｂ…圧力流体出入ポート
４６、４８…ケーシング ５２ａ、５２ｂ、８６、１０６…凹部
５４…室 ５６…ナックルブロック
６４…トグルリンク機構 ６６、１２６…突起部
７０…ナックルピン ７２…リンクプレート
７４…支持レバー ７８…リンクピン
７９…ガイドローラ ８１…湾曲面
１１０、１１４…ピン部材 １１２、１１８…ニードルベアリング
１１９…長孔 １３２…ロック機構
Claims (8)
- 直方体状に形成されたボデイと、
前記ボデイの内部に設けられたロッド部材を該ボデイの軸線方向に沿って変位させる駆動手段と、
ナックルジョイントを介して前記ロッド部材の自由端に連結されるリンクプレートと、前記ボデイに形成された一組の開口部に回動自在に軸支される支持レバーとを含み、前記ロッド部材の直線運動を回動運動に変換するトグルリンク機構と、
前記支持レバーの軸受部に連結され、前記駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームと、
前記ボデイに支持され、前記リンクプレートが接触することにより回動自在に設けられた回動部材と、
を備え、
前記リンクプレートには所定間隔離間する一組の孔部が形成され、該リンクプレートは、前記一方の孔部に軸着されるナックルピンを介して前記ナックルジョイントに連結され、前記他方の孔部に軸着されるリンクピンを介して前記支持レバーに連結されることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記回動部材は、ボデイに固定されたピン部材によって回動自在に軸支されたガイドローラからなることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記回動部材は、軸受部材を介して回動自在に設けられたピン部材からなることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記駆動手段は、少なくともシリンダを含むことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記リンクプレートの一端部には、回動部材に接触する断面円弧状の曲面が形成され、前記断面円弧状の曲面は、ワークをクランプするときのアームの回動角度が変化したときであっても、該アームによってワークをクランプした状態における力の作用する点がなす角度θを一定に保持するように設定された所定の曲率半径からなることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項１記載の装置において、
前記アームの回動角度に拘わらず、前記リンクプレートと前記回動部材との接触部位を一定の位置に保持する接触位置保持手段を設けることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項６記載の装置において、
前記接触位置保持手段は、リンクプレートに形成され、ロッド部材の一端側に設けられたナックルピンが係合する長円状に形成された長孔からなり、前記長孔の長軸は、前記リンクプレートと前記回動部材との接触部位を一定の位置に保持するように設定された所定の向きに形成されることを特徴とするクランプ装置。 - 請求項６記載の装置において、
前記リンクプレートと前記回動部材との接触点は、アームの回動中心または回動部材の回動中心を原点とするＸ座標およびＹ座標によって定められた一定の位置に保持されることを特徴とするクランプ装置。
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