JP4241100B2

JP4241100B2 - クランプ装置

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Publication number: JP4241100B2
Application number: JP2003061326A
Authority: JP
Inventors: 孝幸川上
Original assignee: Pascal Engineering Corp
Current assignee: Pascal Engineering Corp
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2003-03-07
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: JP2004268187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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てからクランプ側に駆動してワーク等のクランプ対象物をクランプするものに関する。
【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あるが、その中でも、クランプ本体に進退自在に装着された出力ロッドを有し、クランプ時に、この出力ロッドを所定角度回転させて、出力ロッドの先端部に連結されたクランプアームを旋回させてから、出力ロッドを退入駆動してクランプアームを介してクランプ対象物をクランプするように構成されたものがある。このようなクランプ装置においては、クランプアームが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移動できるため、クランプ対象物をセットする際にクランプ対象物がクランプアームと干渉しない。
【０００３】
この型式のクランプ装置に関し、本願出願人は、次のようなクランプ装置を既に提案済みである（例えば、特許文献１参照）。このクランプ装置は、出力ロッドに外嵌されたナット部材と、このナット部材の出力ロッドに対する相対移動を出力ロッドの回転動作に変換するボールネジ機構と、クランプ本体に固定的に設けられた複数の球体と、出力ロッドに設けられ前記複数の球体が係合可能な複数の円弧溝及び複数の縦溝を有する。そして、出力ロッドの回転動作時には、複数の球体が複数の円弧溝に夫々係合して出力ロッドの進退動作が規制され、逆に、出力ロッドの進退動作時には、複数の球体が複数の縦溝に夫々係合して出力ロッドの回転が規制される。
【０００４】
ところで、ナット部材には、このナット部材の回転を規制する球体が設けられており、クランプ本体には、出力ロッドの進退方向に平行で球体が係合する係合溝が形成されている。そして、クランプ時には、球体が係合溝に係合してナット部材の回転が規制された状態で、ナット部材が出力ロッドに対して相対移動し、さらに、その相対移動がボールネジ機構により出力ロッドの回転動作に変換されて、出力ロッドが確実に所定角度回転することになる。さらに、出力ロッドが所定角度回転した後には、出力ロッドの複数の縦溝に複数の球体が係合して出力ロッドの回転動作が規制されるとともに、出力ロッドの進退動作が許容されて、出力ロッドが所定ストローク退入してクランプ対象物がクランプされる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８７０３６号公報（第３−６頁、図１〜６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１のクランプ装置においては、ナット部材に設けられた球体がクランプ本体の係合溝に係合してナット部材の回転が規制されているが、その状態で、さらに、出力ロッドの進退動作時には出力ロッドの回転を規制するために、クランプ本体に設けられた複数の球体が出力ロッドに設けられた複数の縦溝に夫々係合する必要がある。しかし、前記係合溝や複数の縦溝等の製作誤差により、出力ロッドが所定角度回転した状態で複数の縦溝と複数の球体の周方向の位置（位相）が少しずれていると、複数の球体が複数の縦溝に係合する際に、クランプ力により球体が無理に縦溝に押し込まれて球体と縦溝との間で大きな摩擦が生じてしまい、クランプ対象物に作用するクランプ力が低下してしまう虞がある。つまり、係合溝や縦溝等、出力ロッドを所定角度回転させる為の構成に関する製作誤差を厳しく管理する必要があり、製作コスト的に不利である。
【０００７】
本発明の目的は、出力ロッドを所定角度回転させる為の構成に関する製作公差を緩和しても確実なクランプ動作が可能なクランプ装置を提供することである。
【０００８】
【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を有し、クランプ時に出力ロッドを所定角度回転後に退入方向へ駆動し且つクランプ解除時に出力ロッドを進出方向へ復帰駆動後に前記所定角度逆回転させるように構成したクランプ装置において、前記クランプ本体内に出力ロッドの進退方向へ相対移動可能に配設され且つ出力ロッドに相対移動可能に外嵌されたナット部材と、前記ナット部材を前記退入方向へ駆動可能なクランプ駆動手段、およびこのクランプ駆動手段によるクランプ状態を解除するためにナット部材を進出方向へ駆動可能なクランプ解除駆動手段と、前記出力ロッドに対するナット部材の相対移動を出力ロッドの回転動作に変換する変換機構と、前記出力ロッドの回転時には出力ロッドの進退動作を規制し且つ出力ロッドの進退時にはその出力ロッドの回転動作を規制するロッド動作規制機構と、前記クランプ本体に対するナット部材の回転を規制する回転規制機構とを備え、前記回転規制機構は、クランプ本体とナット部材の一方に出力ロッドの軸心と平行に形成された第１溝部と、この第１溝部の前記進出方向側の端部に連なり第１溝部と平行な第２溝部と、クランプ本体とナット部材の他方に固定的に設けられ且つ出力ロッドの回転動作時には第１溝部に係合すると共に出力ロッドの進退動作時には第２溝部に係合する回転規制部材とを有し、前記第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
このクランプ装置において、ワーク等のクランプ対象物を固定する場合には、まず、クランプ駆動手段によりナット部材が出力ロッドの退入方向へ駆動される。このとき、出力ロッドはロッド動作規制機構によりその進退動作を規制されるため、ナット部材は出力ロッドに対して相対的に前記退入方向へ移動する。このとき、回転規制機構において、クランプ本体とナット部材の一方に設けられた回転規制部材が第１溝部に係合しているため、ナット部材のクランプ本体に対する回転が規制される。そして、変換機構により、この出力ロッドに対するナット部材の相対移動が出力ロッドの回転動作に変換されて、出力ロッドが所定角度回転する。
【００１０】
出力ロッドが所定角度回転すると、ロッド動作規制機構により出力ロッドの進退動作が許容されると共に出力ロッドの回転動作が規制されて、クランプ駆動手段によりナット部材と出力ロッドとが一体的に退入方向に駆動される。このとき、回転規制機構においては、クランプ本体とナット部材の一方に設けられた回転規制部材が第１溝部から第２溝部に係合して、引き続いてクランプ本体に対するナット部材の回転が規制されることになる。ここで、第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されているので、回転規制部材は第２溝部に容易に係合でき、出力ロッドが所定角度回転した後に、ナット部材が出力ロッドと共にクランプ本体に対してスムーズに相対移動できる。
【００１１】
例えば、ロッド動作規制機構を構成する各構成要素の製作誤差が大きい等の原因により、出力ロッドの前記所定角度回転後の位相が、ロッド動作規制機構によりその進退動作が許容される状態の位相から少しずれていた場合でも、第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されているので、出力ロッドとナット部材がクランプ本体に対してその位相のずれの分だけ回転して第２溝部において前記の位相のずれを吸収できる。
【００１２】
逆に、クランプ対象物のクランプ状態を解除する場合には、クランプ解除手段によりナット部材を出力ロッドの進出方向へ駆動する。すると、ロッド動作規制機構により出力ロッドの回転動作が規制された状態でナット部材と出力ロッドが所定ストロークだけ前記進出方向へ移動する。出力ロッドが所定ストローク進出すると、次に、ロッド動作規制機構により出力ロッドの回転動作が許容されるとともに出力ロッドの進退動作が規制されるため、ナット部材が出力ロッドに対して相対的に前記進出方向に移動することになり、そのナット部材の相対移動が変換機構により出力ロッドの回転動作に変換されて、前記のクランプ時とは逆方向に出力ロッドが所定角度回転する。
【００１３】
請求項２のクランプ装置は、請求項１の発明において、前記第１、第２溝部を接続する接続溝部が、第１溝部から第２溝部に向かって拡大するテーパ溝に形成されたことを特徴とするものである。クランプ解除時には、クランプ時とは逆に、出力ロッドはナット部材とともに進出方向へ所定ストローク移動した後に、ロッド動作規制機構によりその進出動作が規制されて所定角度逆回転する。その際、回転規制部材は第２溝部から第１溝部に係合して引き続きナット部材の回転を規制することになるが、第１、第２溝部を接続する接続溝部が、第１溝部から第２溝部に向かって拡大するテーパ溝に形成されているため、溝幅の大きい第２溝部から溝幅の小さい第１溝部に回転規制部材が引き続いて係合するのがさらに容易になる。
【００１４】
請求項３のクランプ装置は、請求項１又は２の発明において、前記回転規制部材は球体からなることを特徴とするものである。従って、回転規制部材が第１溝部及び第２溝部に係合している状態では、ナット部材がクランプ本体に対してスムーズに相対移動できるし、さらに、回転規制部材が溝幅の異なる第１溝部と第２溝部との間を移動するのも容易である。
【００１５】
請求項４のクランプ装置は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記ロッド動作規制機構は、クランプ本体に固定的に設けられた複数の球体と、前記出力ロッドに設けられ前記複数の球体が夫々係合して出力ロッドの回転動作を許容しつつ出力ロッドの進退動作を規制する環状溝と、この環状溝から夫々出力ロッドの軸心に平行に形成された複数の回転規制溝であって、前記複数の球体が夫々係合して出力ロッドの進退動作を許容しつつ出力ロッドの回転動作を規制する複数の回転規制溝とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
クランプ本体に設けられた複数の球体が出力ロッドに設けられた環状溝に係合している状態では、出力ロッドは、その進退動作が規制された状態で、所定角度回転できるようになる。一方、複数の球体が環状溝から夫々出力ロッドの軸心に平行に形成された複数の回転規制溝に夫々係合している状態では、出力ロッドは、その回転動作が規制された状態で、クランプ本体に対して進退できるようになる。ここで、前述のように、回転規制機構の第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されているため、出力ロッドが所定角度回転した後にナット部材と一体的に退入動作を行う際に、例えば、出力ロッドの所定角度回転後の位相が、複数の球体が複数の回転規制溝に係合可能となる位相から少しずれていた場合でも、回転規制部材が第１溝部よりも溝幅の大きい第２溝部に係合する際に前記の位相のずれを吸収できるため、複数の球体が複数の回転規制溝に容易に係合することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明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ワークパレットに固定するクランプ装置に本発明を適用したものである。尚、便宜上、図１の上下左右を上下左右として以下説明する。
【００１８】
図１、図２、図５、図８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、クランプ本体２内に上下方向（出力ロッド３の進退方向）へ相対移動可能に配設され且つ出力ロッド３に相対移動可能に外嵌されたナット部材５と、ナット部材５を下方へ駆動可能な第１油圧シリンダ６（クランプ駆動手段）と、この第１油圧シリンダ６によるクランプ状態を解除するためにナット部材５を上方へ駆動可能な第２油圧シリンダ７（クランプ解除駆動手段）と、出力ロッド３に対するナット部材５の相対移動を出力ロッド３の回転動作に変換する変換機構８と、出力ロッド３の回転時には出力ロッド３の進退動作を規制し且つ出力ロッド３の進退時にはその出力ロッド３の回転動作を規制するロッド動作規制機構９と、クランプ本体２に対するナット部材５の回転を規制する回転規制機構１０とを備えている。
【００１９】
このクランプ装置１において、ワークＷをクランプする際には、図１のクランプ解除状態から、出力ロッド３を上下方向の所定の高さ位置において図２のａの方向に９０度回転させて、図５に示すように、クランプアーム４をワークＷと干渉しない退避位置からワークＷに当接可能なクランプ位置まで水平に旋回させてから、図８に示すように、出力ロッド３を退入方向へ駆動してクランプアーム４を介してワークＷにクランプ力を作用させる。一方、ワークＷのクランプ状態を解除する際には、図８の状態から出力ロッド３を進出方向へ復帰駆動させて、図４に示すように、クランプアーム４をワークＷから離間させた後、図１に示すように、図２のｂの方向に出力ロッド３を９０度回転させてクランプアーム４を退避位置へ退避させる。
【００２０】
まず、クランプ本体２について説明する。
図１、図２、図５、図８に示すように、クランプ本体２は、４本のボルトでワークパレット１１に固定されている。このクランプ本体２は、上部本体１２と、この上部本体１２の下端部に内嵌状に装着された下部本体１３とを有する。
【００２１】
図２に示すように、上部本体１２は、平面視矩形状の略ブロック状の部材であり、上部本体１２の上側略１／３の部分は、下側略２／３の部分よりも水平方向に突出している。そして、この上部本体１２の下側略２／３の部分がワークパレット１１の収容穴に内嵌され、上側略１／３の部分の径方向に突出する部分によりクランプ本体２のワークパレット１１に対する位置が決められた状態で、クランプ本体２がワークパレット１１に固定される。
【００２２】
上部本体１２の上端部には、出力ロッド３が挿通されるロッド挿通孔１４が形成され、このロッド挿通孔１４の上側には、クランプ本体２内に切削屑等の異物が侵入するのを防止するダストシール１５が装着されている。上部本体１２の内部には、ロッド挿通孔１４の下端に連なるシリンダ穴１６と、このシリンダ穴１６の下端に連なりシリンダ穴１６よりも穴径の大きいシリンダ穴１７とが形成されている。２つのシリンダ穴１６，１７の間には段部１８も形成されている。シリンダ穴１６の右側部分において段部１８のすぐ上側の部分には、後述のナット部材５の回転を規制する為の球体１９が固定されている。シリンダ穴１７の下端には、略同径の筒状穴２０も形成され、この筒状穴２０に下部本体１３の大径筒部１３ｂが内嵌されている。
【００２３】
下部本体１３は、その上端部に形成された小径筒部１３ａと、この小径筒部１３ａの下端に連なり小径筒部１３ａよりも径が大きい大径筒部１３ｂと、この大径筒部１３ｂの下側の端壁部１３ｃとを一体形成したものである。小径筒部１３ａと大径筒部１３ｂの内径は同径に形成されており、これら小径筒部１３ａと大径筒部１３ｂの内面側には、出力ロッド３の大径軸部３ｂを部分的に収容する収容穴１３ｄが形成されている。
【００２４】
図１、図４に示すように、小径筒部１３ａには、径方向に貫通する３つの貫通孔１３ｅが周方向３等分位置に形成され、これら３つの貫通孔１３ｅには、ロッド動作規制機構９の３つの球体２１が圧入されている。小径筒部１３ａの外周面と筒状穴２０との間には、３つの球体２１が貫通孔１３ｅから径方向外側へ移動するのを防止する環状部材２２が設けられ、この環状部材２２は小径筒部１３ａの上端部に装着された止め輪２３により上方へ移動するのを係止されている。
大径筒部１３ｂは上部本体１２の筒状穴２０に内嵌され、その状態で端壁部１３ｃが上部本体１２に複数のボルト（図示略）により固定される。
【００２５】
次に、出力ロッド３について説明する。
図１、図２、図５、図８に示すように、出力ロッド３は、上部本体１２のロッド挿通孔１４に挿通されてクランプ本体２に上下に進退可能に装着されている。この出力ロッド３は、上側略２／３部分の小径軸部３ａと、この小径軸部３ａの下端に一体的に設けられ小径軸部３ａよりもやや径の大きい大径軸部３ｂとを備えている。
【００２６】
小径軸部３ａの上端部にはネジ部（図示略）が形成され、このネジ部にクランプアーム４が螺合されてナット３０で固定されている。一方、小径軸部３ａの下端部の外周部には、後述の変換機構８の一部を構成する複数条のネジ溝３ｃが形成されている。
大径軸部３ｂは、下部本体１３に形成された収容穴１３ｄに上下摺動自在に装着されている。図３に示すように、この大径軸部３ｂの外周部には、ロッド動作規制機構９の一部を構成する、環状溝３ｄと、この環状溝３ｄから夫々出力ロッド３の軸心に平行に形成された３つの回転規制溝３ｅとが形成されている。
【００２７】
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。このクランプアーム４は先端程平面視で先細りのテーパ状に形成され、このクランプアーム４の先端部にはボルト３１が装着されており、図８に示すように、ワークＷのクランプ状態では、このボルト３１の下端がワークＷの上端面に当接してワークＷをクランプするようになっている。尚、ボルト３１の高さ位置を調節することにより、異なる高さを有する種々のワークＷをクランプすることが可能である。
【００２８】
次に、ナット部材５について説明する。
ナット部材５は、出力ロッド３の小径軸部３ａの下半部に相対移動可能に外嵌され且つクランプ本体２のシリンダ穴１６，１７に摺動自在に装着されている。ナット部材５は、上側の筒状部５ａと、この筒状部５ａの下端に一体形成された環状ピストン部５ｂとを有し、環状ピストン部５ｂは２つのシリンダ穴１６，１７の間の段部１８と係合して、ナット部材５は、それ以上に上方へ移動しないように係止される。ナット部材５の内側部分には、出力ロッド３の複数条のネジ溝３ｃと対応する複数条のネジ溝５ｃも形成されている。
【００２９】
図１、図３に示すように、筒状部５ａの右側部分の外周部には、上下方向に（出力ロッド３の軸心３３と平行に）形成された第１溝部５ｄと、この第１溝部５ｄの上端に連なり第１溝部５ｄと平行な第２溝部５ｅとが形成されている。これら第１、第２溝部５ｅは、回転規制機構１０の一部を構成しており、後述するように、これら第１、第２溝部５ｅにクランプ本体２に固定された球体１９が係合してクランプ本体２に対するナット部材５の回転が規制される。
【００３０】
第１油圧シリンダ６は、上部本体１２に形成されたシリンダ穴１６，１７と、ナット部材５の環状ピストン部５ｂと、環状ピストン部５ｂの上側においてシリンダ穴１６，１７とナット部材５との間に形成された油室４０などを有する。油室４０には、上部本体１２に形成された油圧給排口４１を介して図示外の油圧供給装置との間で油圧が給排される。この油室４０に油圧が供給されると、油室４０にはナット部材５を下方へ駆動するクランプ力が発生する。
【００３１】
第２油圧シリンダ７は、上部本体１２に形成されたシリンダ穴１７と、ナット部材５の環状ピストン部５ｂと、この環状ピストン部５ｂの下側においてシリンダ穴１７と出力ロッド３の大径軸部３ｂとの間に形成された油室４２などを有する。油室４２には、上部本体１２に形成された油圧給排口４３を介して図示外の油圧供給装置との間で油圧が給排される。この油室４２に油圧が供給されると、油室４２にはナット部材５を上方へ駆動してワークＷのクランプ状態を解除するクランプ解除力が発生する。
【００３２】
次に、変換機構８について説明する。
図１、図５、図８に示すように、変換機構８は、出力ロッド３に形成された複数条のネジ溝３ｃと、ナット部材５に形成された複数条のネジ溝５ｃと、これらネジ溝３ｃ，５ｃの間に介装された多数のボール５０とを備えている。この変換機構８は、一般的なボールネジと同様の原理により出力ロッド３に対するナット部材５の相対移動を出力ロッド３の回転動作に変換するものであり、出力ロッド３とナット部材５の間の摩擦を低減でき変換の効率が高いという利点がある。
【００３３】
図１に示すように、ナット部材５の環状ピストン部５ｂが上部本体１２内の段部１８と係合してナット部材５が上限位置にある状態から、第１油圧シリンダ６によりナット部材５が出力ロッド３に対して下方へ駆動されると、ナット部材５は後述の回転規制機構１０によりクランプ本体２に対する回転が規制されているため、複数条のネジ溝３ｃ，５ｃと多数のボール５０により、一般的なボールネジと略同様の作用が得られて、出力ロッド３が図２におけるａの方向に回転する。
【００３４】
そして、図５に示すように、環状ピストン部５ｂの下端が出力ロッド３の小径軸部３ａと大径軸部３ｂとの間の段部３ｆに係合すると、それ以上ナット部材５が出力ロッド３に対して相対的に下方へ移動できなくなるため、出力ロッド３の回転動作が終了する。
逆に、図４に示すように、ナット部材５が段部３ｆに係合し且つ後述のロッド動作規制機構９により出力ロッド３の進退動作が規制されている状態から、第２油圧シリンダ７によりナット部材５が上方へ駆動されると、複数条のネジ溝３ｃ，５ｃと多数のボール５０により、出力ロッド３に対するナット部材５の相対移動が出力ロッド３の回転動作に変換されて、図１に示すように、出力ロッド３が図２におけるｂの方向に回転する。
【００３５】
次に、ロッド動作規制機構９について説明する。
ロッド動作規制機構９は、クランプ本体２の下部本体１３に固定的に設けられた３つの球体２１と、出力ロッド３の小径軸部３ａに設けられ３つの球体２１が夫々係合して出力ロッド３の回転動作を許容しつつ出力ロッド３の進退動作を規制する環状溝３ｄと、この環状溝３ｄから夫々出力ロッド３の軸心３３に平行に形成された３つの回転規制溝３ｅであって、３つの球体２１が夫々係合して出力ロッド３の進退動作を許容しつつ出力ロッド３の回転動作を規制する複数の回転規制溝３ｅとを有する。
【００３６】
図１、図４に示すように、３つの球体２１は、周方向に３等分した位置において下部本体１３の３つの貫通孔１３ｅに夫々圧入され、これら３つの球体２１は、収容穴１３ｄよりも内側へ部分的に突出している。一方、図３、図４に示すように、３つの回転規制溝３ｅも、小径軸部３ａの外周部の周方向に３等分した位置において、夫々環状溝３ｄから上方へ延びるように形成されている。従って、出力ロッド３が小径軸部３ａに対して相対的に回転して所定の位置に達すると、３つの球体２１が３つの回転規制溝３ｅに係合するように構成されている。
【００３７】
図１、図３、図４に示すように、３つの球体２１が夫々環状溝３ｄに係合している状態では、出力ロッド３は下部本体１３の小径筒部１３ａに対して相対的に回転できるようになり、出力ロッド３の回転動作は許容されるが、出力ロッド３の進退動作は規制される。一方、図５〜図７に示すように、３つの球体２１が３つの回転規制溝３ｅに係合している状態では、出力ロッド３は下部本体１３に対して上下方向に相対移動可能となるため、出力ロッド３の進退動作は許容されるが、逆に出力ロッド３の回転動作は規制される。
【００３８】
次に、回転規制機構１０について説明する。
図１、図３に示すように、回転規制機構１０は、ナット部材５の外周部に出力ロッド３の軸心３３に平行に形成された第１溝部５ｄと、この第１溝部５ｄの上端に連なり第１溝部５ｄと平行な第２溝部５ｅと、上部本体１２内に固定的に設けられ且つ出力ロッド３の回転動作時には第１溝部５ｄに係合すると共に出力ロッド３の進退動作時には第２溝部５ｅに係合する球体１９（回転規制部材）とを有する。
【００３９】
図１、図３に示すように、ナット部材５の第１溝部５ｄにクランプ本体２側の球体１９が係合している状態では、ナット部材５は出力ロッド３に対して上下に相対移動可能で且つナット部材５のクランプ本体２に対する回転が規制され、出力ロッド３に対するナット部材５の上下方向の相対移動が変換機構８により確実に出力ロッド３の回転動作に変換できるようになる。一方、図８、図９に示すように、ナット部材５の第２溝部５ｅに球体１９が係合している状態においても、ナット部材５のクランプ本体２に対する回転は規制される。さらに、図３、図６、図９に示すように、第１、第２溝部５ｅを接続する接続溝部５ｆは、第１溝部５ｄから第２溝部５ｅに向かって拡大するテーパ溝に形成されている。
【００４０】
ここで、ワークＷをクランプする際に、図２のａの方向に出力ロッド３が９０度回転すると、前述のロッド動作規制機構９において、出力ロッド３の小径軸部３ａに形成された３つの回転規制溝３ｅが下部本体１３の３つの球体２１と係合可能な位置に到達する。このとき、回転規制機構１０において、クランプ本体２側の球体１９が第１溝部５ｄから第２溝部５ｅに引き続き係合してナット部材５のクランプ本体２に対する回転が規制された状態が維持される。ところで、図３、図６、図９に示すように、第２溝部５ｅの溝幅は、第１溝部５ｄの溝幅よりも大きく形成されているため、回転規制溝３ｅや第１、第２溝部５ｄ，５ｅなどの製作誤差が大きい等の原因により、出力ロッド３の回転動作後の状態において、３つの回転規制溝３ｅの位置が３つの球体２１の真上の位置から少しずれている場合でも、回転規制機構１０の球体１９が第１溝部５ｄよりも溝幅の大きい第２溝部５ｅに係合する際に、出力ロッド３とナット部材５が少しだけクランプ本体２に対して回転して、前記のずれを吸収できる。従って、３つの球体２１が３つの回転規制溝３ｅにスムーズに係合できる。
【００４１】
逆に、ワークＷのクランプ状態を解除する場合には、図５に示すように、出力ロッド３が所定ストローク上方へ進出した後に、３つの球体２１が夫々環状溝３ｄに係合して出力ロッド３の進出動作が規制されて、第２油圧シリンダ７によりナット部材５が出力ロッド３に対して相対的に上方へ駆動されるため、出力ロッド３が図２のｂの方向に所定角度逆回転する。このとき、回転規制機構１０において、クランプ本体２側の球体１９は、ナット部材５の第２溝部５ｅから第１溝部５ｄへ引き続き係合することになるが、第１、第２溝部５ｅを接続する接続溝部５ｆは、第１溝部５ｄから第２溝部５ｅに向かって拡大するテーパ溝に形成されているため、溝幅の大きい第２溝部５ｅから溝幅の小さい第１溝部５ｄに球体１９が容易に係合できる。
【００４２】
次に、クランプ装置１の作用について説明する。
まず、クランプ時におけるクランプ装置１の作用について説明する。図１〜図４に示すクランプ解除状態から、ワークＷをクランプするために、第２油圧シリンダ７の油室４２から油圧を排出するとともに、図示外の油圧供給装置から第１油圧シリンダ６の油室４０に油圧を供給すると、油室４０に発生したクランプ力によりナット部材５が下方へ駆動される。このとき、ロッド動作規制機構９において、出力ロッド３の環状溝３ｄに下部本体１３に設けられた３つの球体２１が係合しており、出力ロッド３の回転動作は許容されつつ出力ロッド３の進退動作は規制されている。さらに、回転規制機構１０においては、ナット部材５の第１溝部５ｄにクランプ本体２側の球体１９が係合してクランプ本体２に対するナット部材５の回転が規制されている。
【００４３】
従って、第１油圧シリンダ６のクランプ力により、ナット部材５は出力ロッド３に対して相対的に下方へ駆動される。そして、この出力ロッド３に対するナット部材５の相対移動は、変換機構８により出力ロッド３の回転動作に変換され、出力ロッド３が図２のａの方向に９０度回転する。
【００４４】
ところで、前述のように出力ロッド３が９０度回転すると、図５〜図７に示すように、３つの球体２１が３つの回転規制溝３ｅのほぼ真下に位置し、出力ロッド３の進退動作が許容されることになる。従って、この状態でさらにナット部材５が下方へ移動すると、出力ロッド３もナット部材５と一体的に下方へ退入駆動され、３つの球体２１が３つの回転規制溝３ｅに係合する。
【００４５】
このとき、回転規制機構１０においては、クランプ本体２側の球体１９が、第１溝部５ｄから第１溝部５ｄよりも溝幅の大きい第２溝部５ｅに引き続き係合する。つまり、出力ロッド３の９０度回転終了後に、図６において、製作誤差等の原因により、回転規制溝３ｅと球体２１の周方向の位置（位相）が多少ずれていても、球体１９が溝幅の大きい第２溝部５ｅに係合する際に、前記のずれを吸収することができるため、球体２１と回転規制溝３ｅとの間及び球体１９と第２溝部５ｅとの間に大きな摩擦力が生じず、球体２１が回転規制溝３ｅにスムーズに係合し、同時に球体１９も第２溝部５ｅにスムーズに係合する。
【００４６】
さらに、第１油圧シリンダ６のクランプ力により出力ロッド３が退入駆動されると、図８に示すように、クランプアーム４に装着されたボルト３１の下端がワークＷの上端面に当接して、クランプ力がワークＷに作用してワークＷがクランプされる。
【００４７】
次に、クランプ解除時におけるクランプ装置１の作用について説明する。図８のクランプ状態から、第１油圧シリンダ６の油室４０から油圧を排出するとともに、第２油圧シリンダ７の油室４２に図示外の油圧供給装置から油圧を供給すると、油室４２にクランプ解除力が発生する。このとき、ロッド動作規制機構９において、出力ロッド３の３つの回転規制溝３ｅに３つの球体２１が係合しているため、出力ロッド３の進退動作は許容されつつ出力ロッド３の回転動作は規制されている。一方、回転規制機構１０においては、ナット部材５の第２溝部５ｅに球体１９が係合している。
【００４８】
従って、油室４２に発生したクランプ解除力によりナット部材５と出力ロッド３が一体的に上方へ駆動されて、図５に示すように、出力ロッド３が上方へ進出し、ワークＷからクランプアーム４のボルト３１が離間する。そして、出力ロッド３が所定ストローク進出すると、ロッド動作規制機構９において、３つの球体２１が環状溝３ｄに係合して、出力ロッド３の進出動作が規制されるとともに出力ロッド３の回転動作が許容されることになる。すると、油室４２のクランプ解除力によりナット部材５が出力ロッド３に対して相対的に上方へ移動し、この相対移動が変換機構８により出力ロッド３の回転動作に変換されて、出力ロッド３が回転する。
【００４９】
このとき、回転規制機構１０において、球体１９は第２溝部５ｅからこの第２溝部５ｅよりも溝幅の狭い第１溝部５ｄに引き続いて係合して、ナット部材５の回転が規制されることになるが、その際、第１溝部５ｄと第２溝部５ｅとの間の接続溝部５ｆは、第２溝部５ｅに向かって拡大するテーパ溝に形成されているため、第２溝部５ｅから第１溝部５ｄに球体１９が容易に係合する。
【００５０】
この状態で、図１に示すように、環状ピストン部５ｂがシリンダ穴１６，１７の間の段部１８と係合するまで、ナット部材５が出力ロッド３に対して相対的に上方へ移動していくと、出力ロッド３は、図２のｂの方向に９０度回転して、クランプアーム４がワークＷから退避した位置まで旋回する。
【００５１】
以上説明したクランプ装置１によれば、次のような効果が得られる。
１）回転規制機構１０において、第２溝部５ｅの溝幅が第１溝部５ｄの溝幅よりも大きく形成されているため、クランプ時において、出力ロッド３が９０度回転した後、第１油圧シリンダ６により出力ロッド３とナット部材５とが一体的に下方に駆動されたときに、球体１９を第１溝部５ｄから引き続いて第２溝部５ｅに容易に係合させることができる。
【００５２】
その際に、製作誤差等の原因により、回転規制溝３ｅと球体２１の周方向の位置（位相）が多少ずれていても、第１溝部５ｄよりも溝幅の大きい第２溝部５ｅに球体１９が係合する際にそのずれを吸収することができるため、球体２１と回転規制溝３ｅとの間及び球体１９と第２溝部５ｅとの間に大きな摩擦が生じず、ワークＷに作用するクランプ力が低下することもない。従って、これら第１、第２溝部５ｄ，５ｅや回転規制溝３ｅなど、回転規制機構１０やロッド動作規制機構９の構成に関する製作公差を緩くしても、クランプ装置１（特に、ロッド動作規制機構９）を正常に作動させることができるため、製作コスト的に有利である。
【００５３】
２）第１、第２溝部５ｅを接続する接続溝部５ｆが、第１溝部５ｄから第２溝部５ｅに向かって拡大するテーパ溝に形成されたので、クランプ解除時において、出力ロッド３が９０度回転した後に、溝幅の大きい第２溝部５ｅから溝幅の小さい第１溝部５ｄに球体１９がスムーズに係合できる。
【００５４】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１］変換機構としては、前記のボールネジの原理を利用した構成に限られず、出力ロッド３の外周部に形成された雄ネジ部と、ナット部材５の内周部に形成され前記雄ネジ部に螺合可能な雌ネジ部とにより、出力ロッド３に対するナット部材５の相対移動を出力ロッド３の回転動作に変換するようにしてもよい。
【００５５】
２］出力ロッド３の回転角度は９０度に限られるものではなく、ワークＷの形状や作業環境等の条件に応じて適当な回転角度を選択できる。
３］第１、第２溝部５ｄ，５ｅに係合する回転規制部材としては、前記実施形態の球体１９の他、キーなどのクランプ本体２の内側に突出して第１、第２溝部５ｄ，５ｅに係合可能なものであれば種々のものを採用できる。また、前記実施形態とは逆に、第１、第２溝部をクランプ本体２のシリンダ穴１６の内周側に形成するとともに、ナット部材５の外周部にこれら第１、第２溝部と係合する回転規制部材を設けてもよい。
【００５６】
４］ナット部材５を出力ロッド３の退入方向へ駆動するクランプ駆動手段と、このクランプ解除手段によるクランプ状態を解除するためにナット部材５を出力ロッド３の進出方向へ駆動するクランプ解除手段は、ともに油圧シリンダに限られるものではない。即ち、エアシリンダや、窒素等の圧縮ガスを封入したガススプリング、あるいは、コイルバネや皿バネ等のバネ部材等、種々のものを採用できる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、回転規制機構において、第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されているため、出力ロッドが所定角度回転した後に、クランプ駆動手段により出力ロッドとナット部材とが一体的に出力ロッドの退入方向に駆動されたときに、回転規制部材が第１溝部から引き続いて第２溝部に容易に係合させることができ、回転規制部材と第２溝部との間の摩擦が小さくなるため、ナット部材がクランプ本体に対してスムーズに相対移動できる。
【００５８】
また、ロッド動作規制機構や回転規制機構を構成する各構成要素に関する製作誤差が大きい場合に、出力ロッドが所定角度回転した後の位置が、ロッド動作規制機構によりその進退動作が許容される位置から位相が少しずれていても、第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されているので、出力ロッドとナット部材がクランプ本体に対してその位相のずれの分だけ相対的に回転して第２溝部において前記の位相のずれを吸収できる。従って、ロッド動作規制機構や回転規制機構を構成する各構成要素に関する製作公差を緩くしても、ロッド動作規制機構を正常に作動させることができるため、製作コスト的に有利である。
【００５９】
請求項２の発明によれば、第１、第２溝部を接続する接続溝部が、第１溝部から第２溝部に向かって拡大するテーパ溝に形成されたので、クランプ解除時に出力ロッドが所定ストローク進出してから所定角度回転する際に、溝幅の大きい第２溝部から溝幅の小さい第１溝部に回転規制部材が引き続いて係合するのがより容易となる。
【００６０】
請求項３の発明によれば、回転規制部材は球体からなるので、回転規制部材が第１溝部及び第２溝部に係合している状態では、ナット部材がクランプ本体に対してスムーズに相対移動できるし、さらに、回転規制部材が溝幅の異なる第１溝部と第２溝部との間を移動するのも容易である。
【００６１】
請求項４の発明によれば、ロッド動作規制機構は、クランプ本体に設けられた複数の球体と、出力ロッドに設けられた環状溝と、この環状溝から夫々出力ロッドの軸心に平行に形成された複数の回転規制溝を有するので、簡単な構造により、出力ロッドの回転時には出力ロッドの進退動作を規制し且つ出力ロッドの進退時にはその出力ロッドの回転動作を規制することができる。
【００６２】
また、前述のように、回転規制機構の第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成されているため、出力ロッドが所定角度回転した後に出力ロッドがナット部材と一体的に退入動作を行う際には、複数の球体が複数の回転規制溝に容易に係合して出力ロッドの回転動作を確実に規制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明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】クランプ装置の平面図である。
【図３】クランプ解除状態における出力ロッドの下半部とナット部材の右側面図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】出力ロッド９０度回転後の図１相当図である。
【図６】出力ロッド９０度回転後の図３相当図である。
【図７】図６のVII-VII線断面図である。
【図８】クランプ状態における図１相当図である。
【図９】クランプ状態における図３相当図である。
【符号の説明】
１クランプ装置
２クランプ本体
３出力ロッド
３ｄ環状溝
３ｅ回転規制溝
５ナット部材
５ｄ第１溝部
５ｅ第２溝部
５ｆ接続溝部
６第１油圧シリンダ
７第２油圧シリンダ
８変換機構
９ロッド動作規制機構
１０回転規制機構
１８段部
１９球体
２１球体

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を有し、クランプ時に出力ロッドを所定角度回転後に退入方向へ駆動し且つクランプ解除時に出力ロッドを進出方向へ復帰駆動後に前記所定角度逆回転させるように構成したクランプ装置において、
前記クランプ本体内に出力ロッドの進退方向へ相対移動可能に配設され且つ出力ロッドに相対移動可能に外嵌されたナット部材と、
前記ナット部材を前記退入方向へ駆動可能なクランプ駆動手段、およびこのクランプ駆動手段によるクランプ状態を解除するためにナット部材を進出方向へ駆動可能なクランプ解除駆動手段と、
前記出力ロッドに対するナット部材の相対移動を出力ロッドの回転動作に変換する変換機構と、
前記出力ロッドの回転時には出力ロッドの進退動作を規制し且つ出力ロッドの進退時にはその出力ロッドの回転動作を規制するロッド動作規制機構と、
前記クランプ本体に対するナット部材の回転を規制する回転規制機構とを備え、前記回転規制機構は、
クランプ本体とナット部材の一方に出力ロッドの軸心と平行に形成された第１溝部と、この第１溝部の前記進出方向側の端部に連なり第１溝部と平行な第２溝部と、クランプ本体とナット部材の他方に固定的に設けられ且つ出力ロッドの回転動作時には第１溝部に係合すると共に出力ロッドの進退動作時には第２溝部に係合する回転規制部材とを有し、
前記第２溝部の溝幅が第１溝部の溝幅よりも大きく形成された、
ことを特徴とするクランプ装置。
前記第１、第２溝部を接続する接続溝部が、第１溝部から第２溝部に向かって拡大するテーパ溝に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
前記回転規制部材は球体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ装置。
前記ロッド動作規制機構は、クランプ本体に固定的に設けられた複数の球体と、前記出力ロッドに設けられ前記複数の球体が夫々係合して出力ロッドの回転動作を許容しつつ出力ロッドの進退動作を規制する環状溝と、この環状溝から夫々出力ロッドの軸心に平行に形成された複数の回転規制溝であって、前記複数の球体が夫々係合して出力ロッドの進退動作を許容しつつ出力ロッドの回転動作を規制する複数の回転規制溝とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のクランプ装置。