JP4189734B2

JP4189734B2 - クランプ装置

Info

Publication number: JP4189734B2
Application number: JP2003007352A
Authority: JP
Inventors: 俊夫佐藤; 晃唯野
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: US6969056B2; US20040150150A1; JP2004216514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の加工を施すためにワークをクランプするクランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車産業の自動組立ライン等においては、ワークに溶接やその他の各種加工を施すため、該ワークをクランプ装置でクランプするようにしている。このようなクランプ装置として、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３等に記載されたものが既に知られている。これらのクランプ装置は、一般に、駆動源によりクランプアームを回転駆動させて予め設定された所定のクランプ位置まで移動させ、その後、トグル機構によりクランプのための大きなクランプ力を発生させるように構成されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来のクランプ装置においては、ワークの大きさに合わせてクランプ装置を調整することにより、クランプアームによるワークのクランプ位置を予め設定しておかなければならない。また、クランプ位置がワークの大きさに合わせて設定されているため、大きさの異なるワークをクランプする場合には、クランプ装置を一旦停止させ、ワークの大きさに合わせてクランプ位置を設定し直す必要性がある。さらに、上記トグル機構等、駆動源からの駆動力をクランプアームに伝達する機構を構成する各部材が動作の繰り返しにより摩耗した場合にも、クランプ位置がずれてワークを正確にクランプすることができなくなるため、定期的にクランプ装置を調整し直してクランプ位置を再設定する必要性がある。
【０００４】
このように、従来から知られているクランプ装置においては、クランプアームによってワークをクランプ位置で正確にクランプさせるために、上述のような煩雑なクランプ位置の設定作業が必要とされ、作業効率が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１０５３３２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１０２２５号公報
【特許文献３】
特開２００１−００９７４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、上記問題を解消し、ワークの大きさや各構成部品の摩耗等に応じて煩雑なクランプ位置の設定作業を行う必要性が無く、作業効率をより向上させることが可能なクランプ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、一対のクランプアームのうち少なくとも一方の第１クランプアームを駆動、回転させ、他方の第２クランプアームとの間にワークをクランプするクランプ装置であって、クランプボディに回転自在に支持されて、上記第１クランプアームが取り付けられたアーム回転軸、該アーム回転軸に取り付けられたウォームホイールと、このウォームホイールに噛合するウォームと、このウォームを駆動する第１駆動源とを有するクランプアーム駆動機構、上記ウォームと第１駆動源とを担持し、上記アーム回転軸を中心にして該アーム回転軸とは別個に回動自在なるように配設された中継フレーム、この中継フレームにクランプ時の反力とは逆向きの回転力を作用させることにより、噛合する上記ウォームとウォームホイールとを介して上記アーム回転軸にクランプ方向の回転力を発生させ、それによって上記第１クランプアームにクランプ力を付与するクランプ力付与機構、上記第１クランプアームがワークに当接したことを検知して信号を出力し、上記第１駆動源を停止させると共に、上記クランプ力付与機構を動作させるように機能するセンサー、を有することを特徴とするクランプ装置が提供される。
【０００８】
上記構成を有するクランプ装置において、上記第１クランプアームが、ウォームとウォームホイールとにより駆動、回転させられて第２クランプアームとの間にワークをクランプすると、センサーからの信号により第１駆動源が停止し、上記第１クランプアームはそのクランプ位置に停止する。そして、上記クランプ力付与機構が動作し、中継フレームにクランプ時の反力とは逆向きの回転力が加えられることにより、該中継フレームに担持された上記ウォームからウォームホイールを介して上記アーム回転軸にクランプ方向の回転力が作用し、上記第１クランプアームに必要なクランプ力が付与される。
【０００９】
かくして本発明によれば、ウォームとウォームホイールとで第１クランプアームを駆動、回転させ、ワークをクランプした位置で中継フレームに回転力を与えることにより、上記ウォーム及びウォームホイールを介して上記第１クランプアームに必要なクランプ力を付与するようにしているため、上記第１クランプアームの停止位置即ちクランプ位置がどの位置であっても、必要なクランプ力を発生させてワークをクランプすることができる。換言すれば、ワークをその大きさに拘らずクランプすることができる。従って、従来のようにワークの大きさや各構成部品の摩耗等に応じて煩雑なクランプ位置の設定作業を行う必要がなく、作業効率が向上する。
【００１０】
本発明においては、上記クランプ力付与機構が、上記中継フレームにばね力を作用させて回転力を発生させるクランプばねと、このクランプばねをコントロールする第２駆動源とを含み、この第２駆動源で上記クランプばねを、上記中継フレームにばね力が作用する位置とばね力が作用しない位置とに変移させるように構成されている。
【００１１】
本発明において好ましくは、上記クランプ力付与機構がさらに、上記中継フレームに対して進退動する伝達軸を含み、この伝達軸が、クランプ時には、上記クランプばねで前進させられることによって上記中継フレームにばね力を作用させ、非クランプ時には、上記第２駆動源で後退させられることによって上記クランプばねを非作動位置に変移させるように構成されていることである。
【００１２】
本発明の具体的な構成態様によれば、上記クランプばねが、互いに重合する複数の皿ばねで構成されていて、この皿ばね列の中心を上記伝達軸が貫通し、該皿ばね列の一端は上記クランプボディ上のばね受けに当接し、他端は上記伝達軸の先端の軸頭部に当接している。これらの皿ばねは、その「撓み−ばね力」の特性曲線が、撓みの変化に対してばね力が略一定となる領域を有していて、この領域内のばね力を上記中継フレームに作用させるように構成されていることが望ましい。
【００１３】
本発明の好ましい構成態様によれば、上記第２駆動源が、コイルへの通電により電磁吸引力を発生させるソレノイドと、このソレノイドに吸着されるプランジャとを有していて、このプランジャに上記伝達軸の基端部が連結されている。
【００１４】
また、上記中継フレームが、クランプ時の反力に抗する方向に復帰ばねで弾発され、上記センサーが、上記クランプボディ上の上記中継フレームに対向する位置に取り付けられていて、クランプ時の反力の作用で上記中継フレームが復帰ばねに抗して変移したことを検出するように構成されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜図４は本発明に係るクランプ装置の好ましい一つの実施形態を示すものである。このクランプ装置は、クランプボディ１と、このクランプボディ１に回転自在に支持された第１クランプアーム２と、固定的に支持された第２クランプアーム３とを有していて、上記第１クランプアーム２を回転させることにより、この第１クランプアーム２と上記第２クランプアーム３との間にワークＷをクランプするものであり、その具体的な構成は以下の通りである。
【００１６】
即ち、上記クランプボディ１には、アーム回転軸５が回転自在なるように支持され、このアーム回転軸５に上記第１クランプアーム２の基端部が固定的に取り付けられている。また、上記クランプボディ１の内部には、上記アーム回転軸５を介して上記第１クランプアーム２をクランプ位置（図４参照）と非クランプ位置（図２参照）とに駆動、回転させるクランプアーム駆動機構６と、クランプ位置でワークＷに当接した上記第１クランプアーム２に必要なクランプ力を付与するクランプ力付与機構７とが内蔵されている。
【００１７】
上記クランプアーム駆動機構６は、上記アーム回転軸５に固定的に取り付けられたウォームホイール１０と、このウォームホイール１０と噛合するウォーム１１と、このウォーム１１を駆動する第１駆動源１２と、この第１駆動源１２の回転力をウォーム１１に伝達する伝動機構１３とを含んでいて、上記ウォーム１１と第１駆動源１２と伝動機構１３とが、中継フレーム１４に担持されている。この中継フレーム１４は、上記アーム回転軸５を中心にして該アーム回転軸５とは別個に回動自在なるように設置されたもので、この中継フレーム１４上に上記ウォーム１１と第１駆動源１２とが互いに隣合うように載置され、該第１駆動源１２の出力軸１２ａと上記ウォーム１１の回転軸１１ａとが、上記伝動機構１３を構成する複数の平歯車１３ａによって連結されている。
【００１８】
上記中継フレーム１４には、上記クランプ力付与機構７側に向けて分岐するレバー１４ａが設けられていて、このレバー１４ａとクランプボディ１に固定されたばね受け１６との間に復帰ばね１７が介設され、この復帰ばね１７で上記中継フレーム１４が、ワークＷのクランプ時にこの中継フレーム１４に作用する反力に対抗する方向に向けて弾発されている。なお、上記第１駆動源１２は電動モーターにより構成されている。
【００１９】
上記クランプアーム駆動機構６において、図２に示す状態から、第１駆動源１２により伝動機構１３を介してウォーム１１を正方向に駆動すると、ウォームホイール１０及びアーム回転軸５が時計方向に回転するので、上記第１クランプアーム２が、図４のクランプ位置に向けて回動し、ワークＷに当接して第２クランプアーム３との間に該ワークＷをクランプする。また、図４の状態から、上記第１駆動源１２でウォーム１１を逆方向に駆動すると、上記ウォームホイール１０及びアーム回転軸５が反時計方向に回転するので、上記第１クランプアーム２が図２の非クランプ位置に向けて回動し、ワークＷを解放する。
【００２０】
そして、上述したように第１クランプアーム２がクランプ位置に回動してワークＷに当接したとき、この第１クランプアーム２はその位置に停止するから、上記ウォーム１１にはウォームホイール１０からの反力が作用し、この反力で、該ウォーム１１とそれを担持する上記中継フレーム１４とが、上記復帰ばね１７を圧縮しながらアーム回転軸５を中心にして反時計回りに回動することになる。
【００２１】
また、上記クランプ力付与機構７は、上記中継フレーム１４のレバー１４ａにばね力を作用させるクランプばね２０と、このクランプばね２０をコントロールする第２駆動源２１と、これらのクランプばね２０と第２駆動源２１とを関係づける伝達軸２２とを有している。上記クランプばね２０は、円環状をした複数の皿ばね２０ａを交互に逆向きに重合することにより構成されたもので、これらの皿ばね列の中心を上記伝達軸２２が貫通し、この伝達軸２２の先端の大径の軸頭部２２ａが該皿ばね列の一端に外側から当接し、該皿ばね列の他端は上記ばね受け１６に当接している。従って、これらの皿ばね列即ちクランプばね２０は、上記伝達軸２２の軸頭部２２ａと上記ばね受け１６との間に挟持されている。上記伝達軸２２は、上記ばね受け１６に摺動自在に支持されていて、上記中継フレーム１４のレバー１４ａに対して進退動するようになっている。
【００２２】
一方、上記第２駆動源２１は、電磁吸引力を利用して上記伝達軸２２を進退動させるもので、Ｕ字形のヨーク２６にコイル２７を巻いて構成したソレノイド２５と、プランジャ２８とを有し、上記コイル２７へ通電することにより発生する電磁吸引力によって上記プランジャ２８をヨーク２６に吸着するように構成されており、このプランジャ２８に上記伝達軸２２の基端部が連結されている。
【００２３】
従って、このクランプ力付与機構７において、上記コイル２７が非通電の状態では、図２に示すように、上記プランジャ２８がヨーク２６から離れ、上記伝達軸２２がクランプばね２０のばね力によって前進する。このときこの伝達軸２２は、上記プランジャ２８がばね受け１６に当接するストローク端の位置まで前進することができる。一方、上記コイル２７に通電すると、図３に示すように、上記プランジャ２８がヨーク２６に吸着されるため、上記伝達軸２２も後退し、軸頭部２２ａとばね受け１６との間でクランプばね２０が圧縮され、このクランプばね２０にクランプ力付与のためのばね力が蓄えられる。
【００２４】
また、上記クランプボディ１には、上記中継フレーム１４のレバー１４ａの先端部と対向する位置に、センサー３０が取り付けられている。このセンサー３０は近接センサーであって、ワークＷをクランプした時の反力の作用で上記中継フレーム１４が半時計回りに一定角度変移したとき、上記レバー１４ａを介してその変移を検出し、検出信号を出力するようになっている。そしてこの出力信号により、上記クランプアーム駆動機構６を停止させると共に、クランプ力付与機構７を作動させるように機能するものである。即ち、上記クランプアーム駆動機構６に対しては、第１駆動源１２である電動モーターへの通電を絶って第１クランプアーム２の駆動を停止させ、上記クランプ力付与機構７に対しては、上記ソレノイド２５への通電を絶つことにより上記プランジャ２８をヨーク２６から離間させ、上記伝達軸２２を介してクランプばね２０のばね力を上記中継フレーム１４に作用させるようにする。
【００２５】
上記構成を有するクランプ装置の作用について説明する。図２にはワークＷをクランプする前の状態が示されており、この状態から、第２クランプアーム３上に置かれたワークＷをクランプするに当たっては、先ず、図３に示すように、上記クランプ力付与機構７のソレノイド２５に通電し、上記プランジャ２８をヨーク２６に吸着させることによって上記伝達軸２２を後退させ、クランプばね２０を圧縮してクランプ力付与のためのばね力を蓄積させる。このとき、上記伝達軸２２の先端の軸頭部２２ａは、上記中継フレーム１４のレバー１４ａに形成された接触子３１から離間しているから、この中継フレーム１４にクランプばね２０のばね力は作用しておらず、復帰ばね１７のばね力だけが時計回りに作用している。従ってこの中継フレーム１４は、時計回りに最大限回動した初期位置を占めている。
【００２６】
次に、上記第１駆動源１２に通電してウォーム１１を正方向に駆動すると、ウォームホイール１０が駆動されてアーム回転軸５が時計回りに回転するため、上記第１クランプアーム２は図３の位置を経て図４のクランプ位置まで回動し、ワークＷに当接して第２クランプアーム３との間に該ワークＷをクランプする。そして、上記第１クランプアーム２がそのままクランプ位置に停止すると、上記ウォーム１１にはウォームホイール１０からの反力が作用するため、このウォーム１１を担持する上記中継フレーム１４が、アーム回転軸５を中心にして反力作用方向即ち反時計回りに復帰ばね１７を圧縮しながら回動し、図４に示すように、レバー１４ａの接触子３１が伝達軸２２の軸頭部２２ａに当接するか又は近接する作動位置まで変移する。
【００２７】
このように上記中継フレーム１４が一定角度変移すると、その変移はレバー１４ａを介してセンサー３０により検出され、このセンサー３０からの検出信号により、上記第１駆動源１２が停止して第１クランプアーム２の駆動が中止されると共に、上記クランプ力付与機構７のソレノイド２５への通電が遮断される。これにより、上記プランジャ２８がヨーク２６から解放されるため、上記伝達軸２２を介してクランプばね２０のばね力が上記中継フレーム１４に作用し、このばね力で該中継フレーム１４に、クランプ時の反力とは逆向きの時計回りの回転力が加えられる。このため、上記中継フレーム１４上のウォーム１１からウォームホイール１０を介して上記アーム回転軸５にクランプ方向の回転力が作用し、この回転力によって上記第１クランプアーム２に、ワークＷのクランプに必要なクランプ力が付与される。
【００２８】
ここで、上記クランプばね２０を構成する皿ばね２０ａは、図５（ａ）に示すように、「撓み−ばね力」の特性曲線の中に、撓みの変化に対してばね力が略一定のまま変化しない領域Ａを有していることが望ましく、この領域Ａ内においてばね力を上記中継フレーム１４に作用させることにより、上記クランプ力を、ワークＷに厚さの違いやクランプ時の変形等があったとしても、ほぼ一定に保つことができる。
【００２９】
なお、上記特性曲線は、例えば図５（ｂ）に示すように、皿ばね２０ａを支持板３３，３４で挟んで荷重をかけた場合のもので、上記領域Ａは、皿ばね２０ａの有効高さｈと板厚ｔとがｈ／ｔ＝１．４前後のときに得られることが実験で確かめられている。
【００３０】
なお、一般的に皿ばねは、上記のような条件で形成した場合だけに限らず、並列・直列など、複数の皿ばねを組み合わせることによっても荷重特性を広範囲に調整できるものであり、そのため、たわみに拘わらず荷重一定の条件を適宜選択することができる。
【００３１】
クランプしたワークＷを解放するときは、上記第１駆動源１２でウォーム１１を逆方向に駆動してウォームホイール１０を逆回転させることにより、アーム回転軸５が反時計方向に回転するので、上記第１クランプアーム２が図２の非クランプ位置に向けて回動し、ワークＷが解放される。また、中継フレーム１４も、復帰ばね１７の弾発力で初期位置に復帰する。
【００３２】
かくして、上記構成を有するクランプ装置によれば、ウォーム１１とウォームホイール１０とで第１クランプアーム２を駆動、回転させ、ワークＷをクランプした位置で中継フレーム１４に回転力を作用させることにより、上記ウォーム１１及びウォームホイール１０を介して上記第１クランプアーム２に必要なクランプ力を付与するようにしているため、上記第１クランプアーム２の停止位置即ちクランプ位置がどのような位置であっても、必要なクランプ力を発生させてワークＷをクランプすることができる。換言すれば、ワークＷをその大きさに拘らず一定のクランプ力でクランプすることができる。従って、従来のようにワークＷの大きさや各構成部品の摩耗等に応じて煩雑なクランプ位置の設定作業を行う必要がなく、作業効率が向上する。
【００３３】
上記実施例では、一対のクランプアーム２，３のうち第１クランプアーム２だけが回動し、第２クランプアーム３は固定されているが、この第２クランプアーム３も同様に回動させるか、あるいは直線的に変移させるように構成することもできる。また、回動させる場合には、上述した第１クランプアーム２と同様に、クランプ力付与機構を付設することも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明のクランプ装置によれば、ワークの大きさや各構成部品の摩耗等に応じて煩雑なクランプ位置の設定作業を行う必要性が無く、作業効率に勝れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランプ装置の一実施例を示す正面図である。
【図２】図１の断面図で、非クランプ状態を示すものである。
【図３】図１の断面図で、クランプ途中の状態を示すものである。
【図４】図１の断面図で、クランプ状態を示すものである。
【図５】（ａ）はクランプ力付与機構に用いる皿ばねの特性を示す線図であり、（ｂ）はその特性を示す皿ばねの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗワーク
１クランプボディ
２第１クランプアーム
３第２クランプアーム
５アーム回転軸
６クランプアーム駆動機構
７クランプ力付与機構
１０ウォームホイール
１１ウオーム
１２第１駆動源
１４中継フレーム
１６ばね受け
１７復帰ばね
２０クランプばね
２０ａ皿ばね
２１第２駆動源
２２伝達軸
２２ａ軸頭部
２５ソレノイド
２７コイル
２８プランジャ
３０センサー

Claims

一対のクランプアームのうち少なくとも一方の第１クランプアームを駆動、回転させ、他方の第２クランプアームとの間にワークをクランプするクランプ装置であって、
クランプボディに回転自在に支持されて、上記第１クランプアームが取り付けられたアーム回転軸、
上記アーム回転軸に取り付けられたウォームホイールと、このウォームホイールに噛合するウォームと、このウォームを駆動する第１駆動源とを有するクランプアーム駆動機構、
上記ウォームと第１駆動源とを担持し、上記アーム回転軸を中心にして該アーム回転軸とは別個に回動自在なるように配設された中継フレーム、
上記中継フレームにクランプ時の反力とは逆向きの回転力を作用させることにより、噛合する上記ウォームとウォームホイールとを介して上記アーム回転軸にクランプ方向の回転力を発生させ、それによって上記第１クランプアームにクランプ力を付与するクランプ力付与機構、
上記第１クランプアームがワークに当接したことを検知して信号を出力し、上記第１駆動源を停止させると共に、上記クランプ力付与機構を動作させるように機能するセンサー、
を有することを特徴とするクランプ装置。
上記クランプ力付与機構が、上記中継フレームにばね力の作用で回転力を発生させるクランプばねと、このクランプばねをコントロールする第２駆動源とを含み、この第２駆動源で上記クランプばねを、上記中継フレームにばね力が作用する位置とばね力が作用しない位置とに変移させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
上記クランプ力付与機構がさらに、上記中継フレームに対して進退動する伝達軸を含み、この伝達軸が、クランプ時には、上記クランプばねで前進させられることによって上記中継フレームにばね力を作用させ、非クランプ時には、上記第２駆動源で後退させられることによって上記クランプばねを非作動位置に変移させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
上記クランプばねが、互いに重合する複数の皿ばねで構成されていて、この皿ばね列の中心を上記伝達軸が貫通し、この皿ばね列の一端は上記クランプボディ上のばね受けに当接し、他端は上記伝達軸の先端の軸頭部に当接していることを特徴とする請求項３に記載のクランプ装置。
上記皿ばねにおける「撓み−ばね力」の特性曲線が、撓みの変化に対してばね力が略一定となる領域を有し、この領域内のばね力を上記中継フレームに作用させるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のクランプ装置。
上記第２駆動源が、コイルへの通電により電磁吸引力を発生させるソレノイドと、このソレノイドに吸着されるプランジャとを有していて、このプランジャに上記伝達軸の基端部が連結されていることを特徴とする請求項３から５までの何れかに記載のクランプ装置。
上記中継フレームが、クランプ時の反力に抗する方向に復帰ばねで弾発され、また、上記センサーが、上記クランプボディ上の上記中継フレームに対向する位置に取り付けられていて、クランプ時の反力の作用で上記中継フレームが変移したことを検出するように構成されていることを特徴とする請求項１から６までの何れかに記載のクランプ装置。