JP4273484B2 - 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、ワークを加工等のために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】
自動車産業の自動組立ライン等においては、ワークを加工のためにクランプするクランプ装置が多用されおり、そのようなクランプ装置としては、例えば、以下の特許文献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においては、駆動源とクランプアームとの間に、駆動源からの駆動力をクランプアームに伝達するトグルリンク機構を介在させることにより、クランプアームを回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、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なっている。
【０００３】
ところで、上記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して、クランプアームによるワークのクランプ位置、即ちクランプアームに上記クランプ力を発生させる位置を予め設定しておかなければならず、また、途中でワークの大きさが変化した場合には、それに対して即時に対応することができないため、クランプ装置を一旦停止させて、クランプ位置を設定し直す必要性がある。更に、上記トグルリンク機構等の各構成部品が、動作の繰り返しによって摩耗した場合においても、上記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。
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。
【０００４】
【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
【０００５】
【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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るクランプ装置は、ボディ上で回動可能に支持されたクランプアームを回動させて、該クランプアームにクランプ力を付与することにより、対向するクランプ部材との間にワークをクランプするクランプ装置であって、ボディ上の軸線廻りに回転駆動されるウォームと、クランプアームの回動軸に周設されて、該ウォームに噛合されたウォームホイールと、クランプ部材に支持されたワークに対するクランプアームの当接に応じて作動し、該当接により回転が停止されたウォームに対して上記軸線方向の軸力を付与するクランプ力付与機構とを備えて成り、上記ウォームの回転駆動によりクランプアームを回動させると共に、上記クランプ力付与機構によりウォームに対して付与される上記軸力を、ウォームホイールにその接線方向の押圧力として作用させて、クランプアームに上記クランプ力を付与するように構成され、上記ウォームが、上記軸線上において、初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動可能に設けられ、支持バネにより該初期位置方向に弾発されて支持されており、クランプアームのクランプ動作に伴うウォームホイールからの反力により、上記支持バネに抗して上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移したウォームに対して、上記クランプ力付与機構が上記初期位置方向の軸力を付与するように構成されている、ことを特徴とするものである。
【０００８】
このように、記本発明に係るクランプ装置によれば、回動されたクランプアームのワークに対する当接に感応してクランプ力付与機構が作動し、該クランプアームの当接によって回転が停止されたウォームにその軸線方向の軸力を負荷して、該軸力をウォームホイールにその接線方向の押圧力、即ちクランプアームの回動軸廻りのトルクとして作用させることにより、クランプアームに、ワークを押圧するクランプ部材方向の力であるクランプ力を付与するように構成したため、ワークの大きさや構成部品の摩耗等に応じた煩雑なクランプ位置の設定作業を要すること無く、ワークをクランプアームによって正確にクランプすることが可能となり、作業効率をより向上させることができる。
【０００９】
なお、上記クランプ装置においては、上記クランプ力付与機構が上記軸線上に配置されたバネ材を含み、該バネ材のバネ力を上記軸力としてウォームに対して付与するように構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、上記本発明に係るクランプ装置の好ましい実施態様においては、上記ボディ上で上記軸線廻りには回転自在に、かつ該軸線方向には摺動可能に支持された駆動シャフトと、該駆動シャフトに対して上記軸線廻りの駆動力及び該軸線方向の駆動力を付与するための駆動源と、該駆動源と駆動シャフトとの間に介在され、駆動シャフトに伝達する該駆動源からの駆動力を、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、上記軸線廻りの駆動力から該軸線方向の駆動力に切り替える駆動力切替機構とを備え、上記駆動シャフトには、上記ウォームが上記軸線方向には摺動可能に、かつ該軸線廻りには固定的に外嵌されていると共に、上記軸線方向の駆動力によりウォームを押圧して、該ウォームに対して上記軸力を付与するための係合部が周設されており、クランプアームの回動時には、駆動力切替機構が、駆動シャフトに上記軸線廻りの駆動力を伝達することにより、該駆動シャフトをウォームと共に回転駆動させ、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、上記駆動源と上記駆動シャフトと上記駆動力切替機構とを含む駆動系が上記クランプ力付与機構を形成し、該駆動力切替機構が上記クランプアームの当接により回転が停止された駆動シャフトに上記軸線方向の駆動力を伝達することにより、上記駆動シャフトの係合部がウォームに対して上記軸力を付与するように構成されている。
【００１１】
具体的には、上記駆動力切替機構が、該駆動シャフトに固定的に周設されて端面に第１摩擦面が形成されて成るフランジ部と、外周には上記駆動源からの駆動力が伝達される歯車が形成され、端面には第１摩擦面に対して接離させる第２摩擦面が形成されて成る歯車ナットとから構成され、該歯車ナットが、第２摩擦面を第１摩擦面に対向させて駆動シャフトに螺合されていると共に、上記ボディ上で上記軸線廻りに回転自在に支持されており、クランプアームの回動時には、駆動力切替機構が、駆動シャフトの第１摩擦面と歯車ナットの第２摩擦面とを互いに当接させて、駆動シャフトに上記軸線廻りの駆動力を伝達し、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、駆動力切替機構が、該クランプアームの当接により回転が停止された駆動シャフトを上記歯車ナットでネジ送りして、該駆動シャフトに上記軸線方向の駆動力を伝達することにより、第１摩擦面が第２摩擦面から離間されると共に、上記駆動シャフトの係合部がウォームに対して上記軸力を付与するように構成されている。
【００１２】
この場合に、上記クランプ力付与機構が、上記軸線上におけるウォームと駆動シャフトの係合部との間に配置されて、該駆動シャフトに伝達される上記軸線方向の駆動力により圧縮されるバネ材を含んでおり、その圧縮されたバネ材のバネ力を上記軸力として、ウォームに対して付与するように構成されていることが好ましい。
なお、上記駆動源としては、電動モータを用いるのが適切である。
【００１３】
更に、上記本発明に係るクランプ装置の好ましい他の実施態様においては、上記ウォームを回転駆動させるためのアーム回動用駆動源と、該アーム回動用駆動源とは別体に上記クランプ力付与機構に設けられた、該クランプ力付与機構を作動させるためのクランプ力発生用駆動源と、上記クランプアームのワークに対する当接を検出して、上記クランプ力発生用駆動源を動作させるための信号を出力する当接センサとを備えており、該当接センサからの出力信号によって上記クランプ力発生用駆動源を動作させて上記クランプ力付与機構を作動させることにより、クランプアームに上記クランプ力を付与するように構成されている。
【００１４】
具体的には、上記ボディ上で上記軸線廻りには回転自在に、かつ該軸線方向には摺動可能に支持され、上記アーム回動用駆動源に連結された駆動シャフトに対して、上記ウォームが固定的に周設され、上記クランプ力付与機構が、上記クランプ力発生用駆動源と、上記軸線上に配置されたバネ材と、該クランプ力発生用駆動源の動作により上記軸線方向に往復動するプランジャと、上記バネ材の中心を貫通して、一端が該プランジャに固定されていると共に、他端に上記バネ材の一端を当接させる軸頭部が形成された摺動軸と、上記バネ材の他端を当接させて上記摺動軸を上記軸線方向に摺動可能に支持するバネ受けとを含んで、上記プランジャの往復動によりバネ材を軸頭部とバネ受けとの間で伸縮させるようになっており、上記当接センサからの出力信号による上記クランプ力発生用駆動源の動作によって、上記軸頭部が、該軸頭部とバネ受けとの間で圧縮されたバネ材のバネ力で、駆動シャフトを上記軸線方向に押圧することにより、該バネ力が上記軸力としてウォームに対して付与れるように構成されている。
【００１５】
また、上記他の実施態様においては、上記アーム回動用駆動源が電動モータであり、上記クランプ力発生用駆動源が電磁吸着力を利用した電磁力駆動装置であることが適切であり、更に、上記ウォームが、上記軸線上において、初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動可能に設けられ、支持バネにより該初期位置方向に弾発されて支持されており、上記当接センサが、上記クランプアームのワークに対する当接に伴ってウォームホイールからウォームに伝達される反力により、該ウォームが上記支持バネに抗して上記クランプ力伝達位置へと変移したことを検知するものであるとより適切である。
【００１６】
なお、本発明に係るクランプ装置ににおいては、上記バネ材が皿バネであり、該皿バネにおける「撓み−バネ力」の特性曲線が、撓みの変化に対してバネ力が略一定となる領域を有し、この領域内のバネ力を上記軸力として、上記ウォームに対して付与するように構成されていると好ましい。
このバネ力が略一定となる領域において皿バネのバネ力を利用することにより、例えばクランプ力の付加によりワークＷが多少変形するような場合であっても、クランプアームに対して安定したクランプ力を付与することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は、本発明に係るクランプ装置の２つの実施例を示している。
そこで、まず本発明に係る実施例を概略的に説明すると、図１に示すように、このクランプ装置１Ａ（１Ｂ）は、ボディ２ａ（２ｂ）上で回動可能に支持されたクランプアーム１１（５１）を回動させて、該クランプアーム１１（５１）にクランプ力を付与することにより、該クランプアーム１１（５１）とボディ２ａ（２ｂ）に固定された対向するクランプ部材３ａ（３ｂ）との間にワークＷをクランプするものである。
そして、該ボディ２ａ（２ｂ）内には、駆動源としての電動モータ４０（８０）と、該電動モータ４０（８０）に連結されてボディ２ａ（２ｂ）上の軸線ｌ１（ｌ２）廻りに回転駆動されるウォーム２１（６１）と、上記クランプアーム１１（５１）の回動軸１２（５２）に固定的に周設され、上記ウォーム２１（６１）に噛合されたウォームホイール１３（５３）と、上記クランプアーム１１（５１）のワークＷに対する当接に感応して作動し、該クランプアーム１１（５１）の当接により回転が停止されたウォーム２１（６１）に対して、上記軸線ｌ１（ｌ２）方向の力、即ち軸力を負荷するクランプ力付与機構とを備えている。
【００１８】
ここで、上記クランプアーム１１（５１）は、ボディ２ａ（２ｂ）に回動可能に支持された回動軸１２（５２）、具体的には該回動軸１２（５２）の外端に形成された角軸部１４（５４）に対して着脱可能に装着されており、上記ウォームホイール１３（５３）及び回動軸１２（５２）と共に回動し、必要に応じて交換できるようになっている。
そして、上記電動モータ４０（８０）でウォーム２１（６１）を回転駆動させることにより、駆動力がウォーム２１（６１）とウォームホイール１３（５３）との噛合を介してクランプアーム１１（５１）に伝達されて、該クランプアーム１１（５１）が、完全に開いた状態のホームポジション（図３（図６）参照）から上記クランプ部材３ａ（３ｂ）側へと回動される。
その後、該クランプアーム１１（５１）がクランプ部材３ａ（３ｂ）によって支持されたワークＷに当接すると、その当接に感応して上記クランプ力付与機構が作動し、該クランプアーム１１（５１）の当接により回転が停止されたウォーム２１（６１）に対して上記軸力が負荷される。そうすると、該軸力が、ウォーム２１（６１）に噛合されて同じく回転が停止された上記ウォームホイール１３（５３）に対して、その接線方向の押圧力、即ち上記回動軸１２（５２）廻りのトルクとして作用する。その結果、クランプアーム１１（５１）に上記クランプ力、即ち上記クランプ部材３ａ（３ｂ）によって支持されたワークＷを押圧する該クランプ部材３ａ（３ｂ）方向の力を付与するようになっている。
【００１９】
具体的には、上記ウォーム２１（６１）は、上記軸線ｌ１（ｌ２）上において、クランプアーム１１（５１）が上記ホームポジションに在る時に位置する初期位置（図３（図６）参照）と、クランプアーム１１（５１）に上記クランプ力を付与する時に位置するクランプ力伝達位置（図５（図８）参照）との間で往復動可能に設けられている。また、該ウォーム２１（６１）は支持バネ２６（６６）により上記初期位置方向に弾発されて支持されている。
そうすることで、該ウォーム２１（６１）は、上記電動モータ４０（８０）によって回転駆動されながら、クランプアーム１１（５１）のクランプ動作（クランプ部材３ａ（３ｂ）側への回動やワークＷに対する当接）に伴いウォームホイール１３（５３）から伝達される反力により、上記支持バネ２６（６６）に抗して上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移し、該クランプ力伝達位置において上記クランプ力付与機構により該初期位置方向（上記反力とは逆方向）の軸力が負荷されるようになっている。
なお、上記クランプ力付与機構は、上記軸線ｌ１（ｌ２）上に配設されたバネ材としての皿バネ２２（７４）を含んでおり、該クランプ力付与機構の作動により、圧縮された該皿バネ２２（７４）のバネ力が、上記軸力としてウォーム２１（６１）に対して負荷される。また、上記支持バネ２６（６６）は、上記クランプアーム１１（５１）のクランプ動作に伴って上記ウォームホイール１３（５３）からウォーム２１（６１）に伝達される反力により、圧縮される程度の弾性係数を有しており、皿バネであることが好ましい。
【００２０】
ここで、上記皿バネ２２（７４）は、図９（ａ）に示すように、「撓み−バネ力」の特性曲線の中に、撓みの変化に対してバネ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内においてバネ力を上記軸力として上記ウォーム２１（６１）に対して負荷させることにより、上記クランプ力を、ワークＷに厚さの違いやクランプ力の付加による変形が多少あったとしても、ほぼ一定に保つことができる。なお、上記特性曲線は、例えば図５（ｂ）に示すように、皿バネ１００を支持板１０１，１０２で挟んで荷重をかけた場合のもので、上記領域Ａは、皿バネ１００の有効高さｈと板厚ｔとの比が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。また、一般的に皿バネは、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、複数の皿バネ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、撓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。
【００２１】
なお、本実施例では、クランプアーム１１（５１）のみを回動させ、クランプ部材３ａ（３ｂ）をボディ２ａ（２ｂ）に固定しているが、このクランプ部材３ａ（３ｂ）も同様に回動させるか、又は直線的に駆動させるように構成することも可能である。
【００２２】
次に、図２〜図５を用いて本発明に係るクランプ装置の第１実施例について具体的に説明する。なお、上記実施例の概略において説明した事項については、重複を避けるため、ここでは詳しい説明を省略する。
クランプ装置１Ａは、駆動源としての電動モータ４０と、ボディ２ａ上で回動可能に支持された回動軸１２に、クランプアーム１１が装着されると共に、ウォームホイール１３が周設されて成るアーム部１０と、該ウォームホイール１３に噛合された上記ウォーム２１を有して上記電動モータ４０に連結され、該電導モータ４０の駆動力をウォーム２１とウォームホイル１３との噛合を介して上記アーム部１０に伝達するアーム駆動機構２０とから構成されており、電動モータ４０の駆動力によって、上記クランプアーム１１を回動させると共に該クランプアームに１１にクランプ力を付与することにより、ボディ２ａに固定された対向するクランプ部材３ａとの間にワークＷをクランプするようになっている。
【００２３】
上記アーム駆動機構２０は、上記ウォーム２１の他に、ボディ２ａ上で上記軸線ｌ１廻りには回転自在に、かつ該軸線ｌ１方向には摺動可能に支持されて、上記ウォーム２１が外嵌された駆動シャフト２３と、上記電動モータ４０に接続された減速歯車機構３５と、該減速歯車機構３５と駆動シャフト２３との間に介在され、上記駆動シャフト２３に電動モータ４０の駆動力を、切り替えにより上記軸線ｌ１廻りの駆動力又は該軸線ｌ１方向の駆動力として伝達する駆動力切替機構３０とから構成されている。
上記駆動シャフト２３には、上記ウォーム２１が、滑りキー２１ａにより上記軸線ｌ１方向には摺動可能に、かつ上記軸線ｌ１廻りには固定的に外嵌されていると共に、上記駆動力切替機構３０によって伝達される上記軸線ｌ１方向の駆動力により上記ウォーム２１を押圧して、該ウォーム２１対して上記軸力を負荷するための係合部２３ａが周設されている。
また、上記駆動力切替機構３０は、駆動シャフト２３に伝達する電動モータ４０からの駆動力を、上記クランプアーム１１のワークＷに対する当接に感応して、上記軸線ｌ１廻りの駆動力から上記軸線ｌ１方向の駆動力に切り替える機能を有している。
【００２４】
そして、クランプアーム１１の回動時には、図４に示すように、駆動力切替手段３０が、駆動シャフト２３に上記軸線ｌ１廻りの駆動力を伝達して、該駆動シャフト２３をウォーム２１と共に回転駆動させる。その後、図５に示すように、クランプ部材３ａによって支持されたワークＷに対して上記クランプアーム１１が当接すると、該クランプアーム１１の停止に伴って上記ウォーム２１、ウォームホイール１３及び駆動シャフト２３の回転も停止される。またそれと同時に、そのクランプアーム１１の当接に感応して上記駆動力切替機構３０が切り替わることにより、上記電動モータ４０と駆動力切替機構３０と回転が停止された駆動シャフト２３とを含む駆動系が上記クランプ力付与機構を形成し、該駆動シャフト２３に上記軸線ｌ１方向の駆動力が伝達される。そうすると、駆動シャフト２３に周設された上記係合部２３ａが、同じく回転が停止された上記ウォーム２１を軸線ｌ１方向に押圧し、該ウォーム２１に対して上記軸力を負荷する。その結果、該ウォーム２１に噛合された上記ウォームホイール１３に接線方向の押圧力が作用して、上記ワークＷに当接したクランプアーム１１にクランプ力が付与される。
【００２５】
更に具体的に説明すると、図２（ａ）に示すように、上記駆動力切替機構３０及び上記係合部２３ａは、駆動シャフト２３におけるウォーム２１を挟んだ両側にそれぞれ配設され、該ウォーム２１及び係合部２３ａは、ボディ２ａに形成された中空部２７内に収容されている。そして、該中空部２７内において、上記駆動シャフト２３の係合部２３ａとウォーム２１の一端面との間には、上記クランプ力付与機構を形成するバネ材としての上記皿バネ２２、及び該皿バネ２２よりも弾性係数の小さい上記支持バネ２６が、該支持バネ２６をウォーム２１側にして直列的に配置され、一方、ウォーム２１の他端面とボディ２ａとの間には、中空部２７の内面に固定された転がり軸受２４ａが配置されており、上記ウォーム２１が上記支持バネ２６により弾発されて上記転がり軸受２４ａに当接している。更に、上記駆動シャフト２３は、上記中空部２７の両端に配設されたすべり軸受２５ａ，２５ｂにより、ボディ２ａ上で軸線ｌ１廻りには回転自在に、かつ該軸線ｌ１方向には摺動可能に支持されている。
なお、上記支持バネ２６は、クランプアーム１１の上記クランプ動作に伴ってウォームホイール１３からウォーム２１に伝達される反力により、圧縮される程度の弾性係数を有しており、皿バネであることが好ましい。
【００２６】
そして、上記ウォーム２１は、上記駆動シャフト２３と共に回転駆動されながら、上記クランプアーム１１のクランプ動作に伴う反力により、上記支持バネ２６に抗して該駆動シャフト２３上を摺動し、上記転がり軸受２４ａに当接した初期位置（図３参照）から、上記支持バネ２６を圧縮しながら、駆動シャフト２３によって上記クランプ力伝達位置（図５参照）へと軸線ｌ１方向に変移するようになっている。
一方、駆動シャフト２３は、クランプアーム１１の回動時には、図３，図４に示すようなアーム回動位置に在って、上記駆動力切替手段３０により軸線ｌ１廻りの駆動力が伝達される。その後、該クランプアーム１１がワークＷに対して当接すると、それ感応して駆動力切替機構３０が切り替わり、上記係合部２３ａをウォーム２１に接近させる方向（上記反力とは逆方向）に作用する上記軸線ｌ１方向の駆動力を駆動シャフト２３に伝達することにより、該駆動シャフト２３が、上記係合部２３ａによってウォーム２１との間で上記皿バネ２２を圧縮しながら、上記アーム回動位置から図５に示すクランプ力付与位置へと変移する。そうすることにより、該駆動シャフト２３が、上記クランプ力伝達位置へと変移したウォーム２１を圧縮された皿バネ２２のバネ力で上記初期位置方向（上記反力とは逆方向）に押圧し、該バネ力を上記軸力として該ウォーム２１に対して負荷するようになっている。
このように、駆動シャフト２３が、ボディ２ａに摺動可能に支持されて、軸線ｌ１上において上記アーム回動位置とクランプ力付与位置との間で往復動する一方で、ウォーム２１は、上記駆動シャフト２３に摺動可能に外嵌されて、同じく軸線ｌ１上において上記初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動するようになっている。
【００２７】
上記駆動力切替機構３０は、駆動シャフト２３に摩擦リング３１を固定的に外嵌することにより該駆動シャフト２３に周設された、ウォーム２１側の端面に第１摩擦面３１ｂを備えて成るフランジ部３１ａと、上記減速歯車機構３５に噛合されて上記電動モータ４０からの駆動力が伝達される歯車３２ａが外周に形成されていると共に、上記第１摩擦面３１ｂに対して接離させる第２摩擦面３２ｂが端面に形成されて成る歯車ナット３２とから構成されている。
ここで、該歯車ナット３２は小ウォームホイールであり、上記第１摩擦面３１ｂに第２摩擦面３２ｂを対向させて、上記駆動シャフト２３にボールネジや滑りネジ等のネジ３２ｃにより螺合されていると共に、第２摩擦面３２ｂとは反対側の他端面側に配設されたボール軸受２４ｂによって、ボディ２ａ上に回転自在に支持されている。
なお、上記フランジ部３１ａは、駆動シャフトと一体に形成されていても良い。
【００２８】
即ち、クランプアーム１１の回動時には、駆動力切替機構３０が、上記アーム回動位置に在る駆動シャフト２３の第１摩擦面３１ｂと歯車ナット３２の第２摩擦面３２ｂとを互いに当接させて、駆動シャフト２３に上記軸線ｌ１廻りの駆動力を伝達することにより、駆動シャフト２３をアーム回動位置において歯車ナット３２と共に回転駆動させるようになっている。
そして、回動された該クランプアーム１１がワークＷに当接すると、該当接によりウォーム２１及び駆動シャフト２３の回転が停止される一方で、上記歯車ナット３２は電動モータ４０によって回転し続けるため、該歯車ナット３２が、ネジ送りによって駆動シャフト２３に上記反力とは逆方向に作用する上記軸線ｌ１方向の駆動力を伝達することにより、該駆動シャフト２３が、第１摩擦面３１ｂを第２摩擦面３２ｂから離間させると同時に上記皿バネ２２を圧縮しながら、上記アーム回動位置からクランプ力付与位置へと駆動されるようになっている。
【００２９】
また、上記減速歯車機構３５は、図２（ｂ）に示すように、上記電動モータ４０と駆動力切替機構３０との間に介在され、上記電動モータ４０の駆動力を増幅して上記駆動シャフト２３に伝達するためのもので、電動モータ４０におけるモータ軸４１の駆動歯車４２に噛合された歯車３６と、小ウォームホイールである上記歯車ナット３７に噛合された小ウォーム３８と、これら歯車３６及び小ウォーム３８をボディ２ａ上で回転自在に支持する歯車軸３７とによって構成されている。
なお、ボディ２ａには、クランプアーム１１が、ワークＷのクランプを解除すると共に、クランプ部材３ａから離れる方向に回動されて、上記ホームポジションに戻った際に、該クランプアーム１１に当接してそれを緩衝的に停止させるためのショックアブソーバ１５が設けられている。
【００３０】
次に、上記クランプ装置１Ａの動作を図３〜図５に基づいて詳細に説明する。まず、図３に示すように、クランプアーム１１が完全に開いたホームポジションに在る時には、ウォーム２１が上記初期位置において上記支持バネ２６に弾発されて転がり軸受２４ａに当接していると共に、駆動シャフト２３が上記アーム回動位置にあって、該駆動シャフト２３に周設された上記フランジ部３１ａの第１摩擦面３１ｂが、該駆動シャフト２３に螺合されてボディ２ａに回転自在に支持された歯車ナット３２の第２摩擦面３２ｂに当接している。
【００３１】
そして、電動モータ４０を起動して正回転させると、図４に示すように、上記駆動シャフト２３の第１摩擦面３１ｂと上記歯車ナット３２の第２摩擦面３２ｂとの当接により、該電動モータ４０の駆動力が駆動シャフト２３に軸線ｌ１廻りの駆動力として伝達され、該駆動シャフト２３と共に上記ウォーム２１及び該ウォーム２１に噛合されたウォームホイール１３が回転駆動されて、クランプアーム１１が上記ホームポジションからクランプ部材３ａ側へと回動する。その時、上記ウォーム２１は、クランプアーム１１の回動に伴ってウォームホイール１３から伝達される反力により、上記転がり軸受２４ａから離間して上記駆動シャフト２３上を支持バネ２６を圧縮しながら上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移していく。
【００３２】
その後、図５に示すように、クランプアーム１１がクランプ部材３ａに支持されたワークＷに当接すると、その当接により、ウォームホイール１３、ウォーム２１及び駆動シャフト２３の回転が停止される。その時、上記ウォーム２１は支持バネ２６を完全に圧縮してクランプ力伝達位置に至っている。そうすると、回転が停止された駆動シャフト２３が、電動モータ４０の駆動力により回転し続ける歯車ナット３２によって、上記反力とは逆方向にネジ送りされる。即ち、上記電動モータ４０の駆動力が該駆動シャフト２３に上記反力とは逆方向に作用する軸線方向の駆動力として伝達されて、駆動シャフト２３が、上記第１摩擦面３１ｂを第２摩擦面３２ｂから離間させると共に、上記皿バネ２２を上記係合部２３ａとウォーム２１の端面との間で圧縮しながら、上記アーム回動位置からクランプ力付与位置へと変移する。その結果、該駆動シャフト２３が、圧縮された皿バネ２２のバネ力によって、上記クランプ力伝達位置に変位したウォーム２１を上記反力とは逆の上記初期位置方向に押圧し、該バネ力を上記軸力としてウォーム２１に対して負荷することにより、上記ウォームホイール１３に接線方向の押圧力が作用して、上記クランプアーム１１にクランプ力が付与される。なお、クランプアーム１１にクランプ力が付与された後は、上記電動モータ４０を停止させるのが好ましい。
【００３３】
更に、ワークＷのクランプを解除する場合には、電動モータ４０を逆回転させて、上記クランプ時とは逆の行程を辿らせることにより、クランプアーム１１がクランプ力を解除されると共にクランプ部材３ａから離れる方向に逆回動されて上記ホームポジションに戻される。一方、上記ウォーム２１及び駆動シャフト２３もそれと同時に上記初期位置及びアーム回動位置にそれぞれ戻される。
このように、本発明の第１実施例に係るクランプ装置１Ａによれば、クランプアーム１１がワークＷに当接したことを検出するためのセンサを用いることなく、一つの電動モータ４０により、クランプアーム１１を回動させると共に、該クランプアーム１１にクランプ力を付与することができるため、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低コストにて提供することができる。
【００３４】
次に、図６〜図８を用いて本発明に係るクランプ装置の第２実施例について具体的に説明する。なお、上記実施例の概略及び第１実施例において説明した事項については、重複を避けるため、ここでは詳しい説明を省略する。
クランプ装置１Ｂは、ボディ２ｂ上で回動可能に支持された回動軸５２に、クランプアーム５１が装着されると共に、ウォームホイール５３が周設されて成るアーム部５０と、ボディ２ｂ上の軸線ｌ２廻りに回転自在に支持されて上記ウォームホイール５３に噛合されたウォーム６１、及び該ウォーム６１に連結された電動モータ（アーム回動用駆動源）８０を備えて成るアーム回動機構６０と、上記電動モータ８０とは別体のクランプ力発生用駆動源７５を備え、該クランプ力発生用駆動源７５の動作によりウォーム６１に対して上記軸線ｌ２方向の軸力を負荷するクランプ力付与機構７０と、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接を検出して、上記クランプ力発生用駆動源７５を動作させるための信号を出力する当接センサ６５とから構成されている。
【００３５】
そして、上記アーム回動機構６０における電動モータ８０の駆動力が、上記ウォーム６１とウォームホイール５３との噛合を介してアーム部５０に伝達されることにより、上記クランプアーム５１が回動され、その後、当接センサ６５がその回動されたクランプアーム５１のワークＷに対する当接を検出すると、クランプ力付与機構７０がクランプ力発生用駆動源７５の動作によって作動することにより、上記軸力がウォーム６１に負荷され、その結果、該軸力が、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接により回転が停止されたウォーム６１とウォームホイール５３との噛合を介してアーム部５０に伝達されて、該クランプアーム５１にクランプ力を付与するようになっている。
【００３６】
上記アーム回動機構６０は、上記ウォーム６１及び電動モータ８０の他に、該ウォーム６１が固定的に周設されて、ボディ３ｂ上で軸線ｌ２方向には回転自在に、かつ該軸線ｌ２方向には摺動可能に支持された駆動シャフト６３と、上記電動モータ８０に接続されて、該電動モータ８０の駆動力を駆動シャフト６３に軸線ｌ２廻りの駆動力として伝達するための減速歯車機構９０とから構成されている。そして、上記ウォーム６１が駆動シャフト６３と共に、上記軸線ｌ２上において、上記初期位置（図６参照）とクランプ力伝達位置（図８参照）との間で一体的に往復動するようになっている。
【００３７】
即ち、クランプアーム５１の回動時には、図７に示すように、上記アーム回動機構６０において、電動モータ８０の駆動力が減速歯車機構９０を介して駆動シャフト６３に伝達されて、該駆動シャフト６３がウォーム６１と共に軸線ｌ２廻りに回転駆動される。そして、図８に示すように、クランプ部材３ｂによって支持されたワークＷに対して上記クランプアーム５１が当接すると、上述のように当接センサ６５がそれを検出してクランプ力発生用駆動源７５を動作させることにより、クランプ力付与機構７０が作動されるが、一方その時、ウォーム６１及び駆動シャフト６３は、クランプアームの５１クランプ動作に伴うウォームホイール５３からの反力により上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移している。そこで、該クランプ力伝達位置に変移して上記クランプアーム５１の当接により回転が停止されたウォーム６１及び駆動シャフト６３に対して、上記クランプ力付与機構７０が上記初期位置方向（上記反力とは逆方向）の上記軸力を負荷する。その結果、該軸力がウォーム６１に噛合された上記ウォームホイール５３に接線方向の押圧力として作用し、上記ワークＷに当接したクランプアーム５１に上記クランプ力が付与される。
なおここでは、上記ウォーム６１が、上記駆動シャフト６３に対して、キー６１ａ等により上記軸線ｌ２廻り及び該軸線ｌ２方向に固定的に外嵌されているが、ウォーム６１と駆動シャフト６３とを一体的に成形しても良い。
【００３８】
更に具体的に説明すると、上記駆動シャフト６３は、周設されたウォーム６１を挟んだ両側において、ボディ２ｂ上の第１フレーム８５及び第２フレーム８６にそれぞれ設けられたすべり軸受６４ａ，６４ｂにより、軸線ｌ２廻りには回転自在に、かつ該軸線ｌ２方向には摺動可能に支持されている。
また、ウォーム６１の一端面と第２フレーム８６におけるそれに対向する面との間には、支持バネ６６が駆動シャフト６３を貫通させて設けられており、ウォーム６１及び駆動シャフト６３を上記初期位置方向に弾発して支持している。
ここで、上記支持バネ６６は、クランプアーム５１のクランプ部材３ｂ側への回動に伴いウォームホイール５３からウォーム６１に伝達される反力によっては圧縮されないが、クランプアーム５１のワークＷに対する当接に伴う反力によって圧縮される程度の弾性係数を有しおり、皿バネであることが好ましい。
【００３９】
即ち、クランプアーム５１のクランプ部材３ｂ側への回動時には、図７に示すように、上記支持バネ６６が、クランプアーム５１の回動に伴いウォーム６１に伝達される反力に抗して、該ウォーム６１を上記初期位置方向に弾発して支持することにより、該ウォーム６１が概ね該初期位置に保持される。そしてその後、回動されたクランプアーム５１がワークＷに対して当接すると、図８に示すように、その当接に伴いウォーム５１に伝達される反力により、該ウォーム５１が、上記支持バネ６６のバネ力に抗して該支持バネを圧縮しながら、上記クランプ力伝達位置へと駆動シャフト６３と共に変移するようになっている。
【００４０】
また、上記第２フレーム８６には、上記当接センサ６５としての近接センサが、上記ウォーム６１における支持バネ６６が配設された一端面に対向させて設けられている。該当接センサ６５は、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接に伴う反力により、ウォーム６１が、駆動シャフト６３と共に上記クランプ力伝達位置へと変移して、上記第２フレーム８６に近接したことを検知することにより、上記クランプアーム５１がワークＷに対して当接したことを検出して、上記クランプ力発生用駆動源７５を動作させるための信号と、上記電動モータ８０を停止させるための信号とを出力する。
【００４１】
更に、上記クランプ力付与機構７０は、上記クランプ力発生用駆動源７５の他に、駆動シャフト６３の上記第２フレーム８６によって支持されている側（上記クランプ力伝達位置側）における軸線ｌ２の延長線上に配置されたバネ材としての皿バネ７４と、上記クランプ力発生用駆動源７５の動作によって該軸線ｌ２方向に往復動されるプランジャ７１と、皿バネ７４の中心を貫通して、一端が該プランジャ７１に固定されていると共に、他端に該皿バネ７４の一端を当接させる軸頭部７３ａが形成されて成る摺動軸７３と、該摺動軸７３をボディ２ｂ上において軸線ｌ２方向に摺動可能に支持すると共に、上記皿バネ７４の他端を当接させるバネ受け７２とを備えている。
即ち、上記皿バネ７４は軸頭部７３ａとバネ受け７２との間に挟持され、そして、プランジャ７１の往復動に伴って、摺動軸７３の軸頭部７３ａが駆動シャフト６３の端面に対して進退動すると共に、上記皿バネ７４が軸頭部７３ａとバネ受け７２との間で伸縮するようになっている。
また、上記クランプ力発生用駆動源７５は、電磁吸着力を利用した電磁力駆動装置、具体的には、Ｕ字形のヨーク７７にコイル７６を巻いて構成されたソレノイド７５であり、上記コイル７６に通電することにより発生する電磁吸着力よって上記プランジャ７１がヨーク７７に吸着されるように構成されている。なお、プランジャ７１における少なくともヨーク７７に吸引される部分は強磁性材料で形成されている。
【００４２】
そして、本第２実施例のクランプ装置１Ｂにおいては、クランプアーム５１の上記ホームポジションからクランプ部材３ｂ側への回動時には、上記ソレノイド７５のコイル７６に通電して、プランジャ７１をヨーク７７に吸着させることにより、上記摺動軸７３の軸頭部７３ａを駆動シャフト６３の端面から後退させると共に、上記皿バネ７４を圧縮してバネ力を蓄積する（図７参照）。その後、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接に伴う反力により、上記ウォーム６１及び駆動シャフト６３が上記クランプ力伝達位置に変移して、該駆動シャフト６３の端面が上記軸頭部７３ａに対して当接又は近接すると、上記当接センサ６５により上記コイル７６の通電が断たれてヨーク７７によるプランジャ７１の吸着が解除されることによって、上記摺動軸７３の軸頭部７３ａが、圧縮された上記皿バネ７４のバネ力で、上記駆動シャフト６３の端面を上記初期一方向（上記反力とは逆方向）に押圧して、該バネ力が上記軸力としてウォーム６１に対して負荷されるようになっている（図８参照）。
【００４３】
上記減速歯車機構９０は、上記第１フレーム８５に支持された上記電動モータ８０の駆動力を増幅して上記駆動シャフト６３に伝達するためのもので、電動モータ８０におけるモータ軸８１の駆動歯車８２に噛合された第１歯車９１と、駆動シャフト６３に周設された軸歯車６２に噛合された第２歯車９２と、ボディ２ｂと第１フレーム８５との間に架け渡され、上記第１歯車９１及び第２歯車９２を回転自在に支持する歯車軸９３とによって構成されている。なお、上記歯車６２，７５，７６，７８，８２のうち、少なくとも駆動シャフト６３に周設された軸歯車６２及びそれに噛合する第２歯車９２は平歯車であることが望ましい。
【００４４】
次に、上記クランプ装置１Ｂの動作を図６〜図８に基づいて詳細に説明する。まず、図６に示すように、上記電動モータ８０が停止されると共に、上記ソレノイド９０の通電が絶たれて、クランプアーム５１が上記ホームポジションに在る状態の時には、ウォーム６１及び駆動シャフト６３が上記初期位置に在る一方で、摺動軸７３が皿バネ７４によって駆動シャフト６３方向に弾発されて、プランジャ７１が上記バネ受け７２に当接していると共に、摺動軸７３の軸頭部７３ａが上記駆動シャフト６３の端面に当接又は近接している。
【００４５】
そして、図７に示すように、クランプアーム５１を上記ホームポジションからクランプ部材３ｂ側へと回動させる時には、電動モータ８０を起動して正回転させ、該電動モータ８０の駆動力を減速歯車機構９０を介して、ウォーム６１が周設された駆動シャフト６３に軸線ｌ２廻りの駆動力として伝達することにより、該ウォーム６１に噛合された上記ウォームホイール５３を回転駆動させる。また同時に、ソレノイド７５に通電してヨーク７７にプランジャ７１を吸着させることにより、摺動軸７３の軸頭部７３ａが、駆動シャフト６３の端面から後退して離間し、上記バネ受け７２との間に狭持した皿バネ７４を圧縮してバネ力を蓄積させる。なお、この時、クランプアーム５１の回動に伴い、ウォームホイール５３からウォーム６１に反力が伝達されるが、ウォーム６１は、支持バネ６６によって該反力に抗する方向に弾発されて支持されていることから、ほぼ上記初期位置に保持されている。
【００４６】
更に、図８に示すように、回動されたクランプアーム５１がクランプ部材３ｂに支持されたワークＷに当接すると、その当接によりウォームホイール５３の回転が停止して、ウォーム６１に上記当接に伴う反力が伝達される。そして、ウォーム５１が、上記電動モータ８０により回転駆動されなが、該反力により支持バネ６６のバネ力に抗して該支持バネ６６を圧縮し、上記クランプ力伝達位置へと駆動シャフト６３と共に変移して停止する。
その時、上記クランプ力伝達位置に在る駆動シャフト６３の端面は、上記皿バネ７４を圧縮している摺動軸７３の軸頭部７３ａに当接又は近接している。すると、上記ウォーム６１の端面が上記第２フレーム８６に近接したこと、即ちウォーム６１及び駆動シャフト６３がクランプ力伝達位置に変移したことを上記当接センサ６５が検知して、上記上記ソレノイド７５への通電を断つと共に、電動モータ８０を停止させるようになっている。
そして、ソレノイド７５への通電が断たれると、ヨーク７７によるプランジャ７１の吸着が解除されるため、上記バネ受け７２と軸頭部７３ａとの間で圧縮された皿バネ７４のバネ力により、該軸頭部７３ａが上記駆動シャフト６３の端面を上記初期位置方向（上記反力とは逆方向）に押圧する。その結果、該バネ力が、駆動シャフト及びウォームに上記軸力として負荷されると共に、該ウォーム６１に噛合された上記ウォームホイール５３に接線方向の押圧力として作用することにより、上記ワークＷに当接したクランプアーム５１に上記クランプ力が付与される。
【００４７】
ワークＷのクランプを解除する場合には、電動モータ８０を起動して逆回転させることにより、クランプアーム５１が、クランプ力を解除されると共に、クランプ部材３ｂから離れる方向に逆回動されて上記ホームポジションに戻される。一方、上記ウォーム６１もそれと同時に上記初期位置に戻される。
このように、本発明の第２実施例に係るクランプ装置１Ｂによれば、クランプアーム１１のワークＷに対する当接を当接センサによって検出することにより、クランプ力付与機構を作動させて、クランプアーム１１にクランプ力を付与することができるため、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ができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上に詳述したように、上記本発明に係るクランプ装置によれば、回動されたクランプアームのワークに対する当接に感応してクランプ力付与機構が作動し、該クランプアームの当接によって回転が停止されたウォームにその軸線方向の軸力を負荷して、該軸力をウォームホイールにその接線方向の押圧力、即ちクランプアームの回動軸廻りのトルクを作用させることにより、クランプアームに、ワークを押圧するクランプ部材方向の力であるクランプ力を付与するように構成したため、ワークの大きさや構成部品の摩耗等に応じた煩雑なクランプ位置の設定作業を要すること無く、ワークをクランプアームによって正確にクランプすることが可能となり、作業効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランプ装置の実施例を示す外観図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係るクランプ装置の第１実施例を示すクランプアームの駆動系の断面図である。
【図３】第１実施例においてクランプアームが回動前のホームポジションにある状態を示す作用説明図である。
【図４】第１実施例においてクランプアームが回動している状態を示す作用説明図である。
【図５】第１実施例においてクランプアームがワークに当接してクランプ力が付与されている状態を示す作用説明図である。
【図６】本発明に係るクランプ装置の第２実施例を示し、クランプアームが回動前のホームポジションにある状態を示す断面図である。
【図７】第２実施例においてクランプアームが回動している状態を示す断面図である。
【図８】第２実施例においてクランプアームがワークに当接してクランプ力が付与されている状態を示す断面図である。
【図９】（ａ）はクランプ力付与機構に用いる皿バネの特性を示す線図であり、（ｂ）はその特性を示す皿バネの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ クランプ装置
２ａ，２ｂ ボディ
３ａ，３ｂ クランプ部材
１１，５１ クランプアーム
１２，５２ 回動軸
１３，５３ ウォームホイール
２１，６１ ウォーム
２２，７４ 皿バネ（バネ材）
２３，６３ 駆動シャフト
２６，６６ 支持バネ
３０ 駆動力切替機構
３１ａ フランジ部
３１ｂ 第１摩擦面
３２ 歯車ナット
３２ａ 歯車
３２ｂ 第２摩擦面
４０ 電動モータ（駆動源）
６５ 当接センサ
７０ クランプ力付与機構
７１ プランジャ
７２ バネ受け
７３ 摺動軸
７３ａ 軸頭部
７５ ソレノイド（クランプ力発生用駆動源）
８０ 電動モータ（アーム回動用駆動源）
Ｗ ワーク
ｌ１，ｌ２ 軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを加工等のために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】
自動車産業の自動組立ライン等においては、ワークを加工のためにクランプするクランプ装置が多用されおり、そのようなクランプ装置としては、例えば、以下の特許文献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においては、駆動源とクランプアームとの間に、駆動源からの駆動力をクランプアームに伝達するトグルリンク機構を介在させることにより、クランプアームを回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、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なっている。
【０００３】
ところで、上記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して、クランプアームによるワークのクランプ位置、即ちクランプアームに上記クランプ力を発生させる位置を予め設定しておかなければならず、また、途中でワークの大きさが変化した場合には、それに対して即時に対応することができないため、クランプ装置を一旦停止させて、クランプ位置を設定し直す必要性がある。更に、上記トグルリンク機構等の各構成部品が、動作の繰り返しによって摩耗した場合においても、上記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。
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。
【０００４】
【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
【０００５】
【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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るクランプ装置は、ボディ上で回動可能に支持されたクランプアームを回動させて、該クランプアームにクランプ力を付与することにより、対向するクランプ部材との間にワークをクランプするクランプ装置であって、ボディ上の軸線廻りに回転駆動されるウォームと、クランプアームの回動軸に周設されて、該ウォームに噛合されたウォームホイールと、クランプ部材に支持されたワークに対するクランプアームの当接に応じて作動し、該当接により回転が停止されたウォームに対して上記軸線方向の軸力を付与するクランプ力付与機構とを備えて成り、上記ウォームの回転駆動によりクランプアームを回動させると共に、上記クランプ力付与機構によりウォームに対して付与される上記軸力を、ウォームホイールにその接線方向の押圧力として作用させて、クランプアームに上記クランプ力を付与するように構成され、上記ウォームが、上記軸線上において、初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動可能に設けられ、支持バネにより該初期位置方向に弾発されて支持されており、クランプアームのクランプ動作に伴うウォームホイールからの反力により、上記支持バネに抗して上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移したウォームに対して、上記クランプ力付与機構が上記初期位置方向の軸力を付与するように構成されている、ことを特徴とするものである。
【０００８】
このように、記本発明に係るクランプ装置によれば、回動されたクランプアームのワークに対する当接に感応してクランプ力付与機構が作動し、該クランプアームの当接によって回転が停止されたウォームにその軸線方向の軸力を負荷して、該軸力をウォームホイールにその接線方向の押圧力、即ちクランプアームの回動軸廻りのトルクとして作用させることにより、クランプアームに、ワークを押圧するクランプ部材方向の力であるクランプ力を付与するように構成したため、ワークの大きさや構成部品の摩耗等に応じた煩雑なクランプ位置の設定作業を要すること無く、ワークをクランプアームによって正確にクランプすることが可能となり、作業効率をより向上させることができる。
【０００９】
なお、上記クランプ装置においては、上記クランプ力付与機構が上記軸線上に配置されたバネ材を含み、該バネ材のバネ力を上記軸力としてウォームに対して付与するように構成されていることが好ましい。
【００１０】
また、上記本発明に係るクランプ装置の好ましい実施態様においては、上記ボディ上で上記軸線廻りには回転自在に、かつ該軸線方向には摺動可能に支持された駆動シャフトと、該駆動シャフトに対して上記軸線廻りの駆動力及び該軸線方向の駆動力を付与するための駆動源と、該駆動源と駆動シャフトとの間に介在され、駆動シャフトに伝達する該駆動源からの駆動力を、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、上記軸線廻りの駆動力から該軸線方向の駆動力に切り替える駆動力切替機構とを備え、上記駆動シャフトには、上記ウォームが上記軸線方向には摺動可能に、かつ該軸線廻りには固定的に外嵌されていると共に、上記軸線方向の駆動力によりウォームを押圧して、該ウォームに対して上記軸力を付与するための係合部が周設されており、クランプアームの回動時には、駆動力切替機構が、駆動シャフトに上記軸線廻りの駆動力を伝達することにより、該駆動シャフトをウォームと共に回転駆動させ、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、上記駆動源と上記駆動シャフトと上記駆動力切替機構とを含む駆動系が上記クランプ力付与機構を形成し、該駆動力切替機構が上記クランプアームの当接により回転が停止された駆動シャフトに上記軸線方向の駆動力を伝達することにより、上記駆動シャフトの係合部がウォームに対して上記軸力を付与するように構成されている。
【００１１】
具体的には、上記駆動力切替機構が、該駆動シャフトに固定的に周設されて端面に第１摩擦面が形成されて成るフランジ部と、外周には上記駆動源からの駆動力が伝達される歯車が形成され、端面には第１摩擦面に対して接離させる第２摩擦面が形成されて成る歯車ナットとから構成され、該歯車ナットが、第２摩擦面を第１摩擦面に対向させて駆動シャフトに螺合されていると共に、上記ボディ上で上記軸線廻りに回転自在に支持されており、クランプアームの回動時には、駆動力切替機構が、駆動シャフトの第１摩擦面と歯車ナットの第２摩擦面とを互いに当接させて、駆動シャフトに上記軸線廻りの駆動力を伝達し、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、駆動力切替機構が、該クランプアームの当接により回転が停止された駆動シャフトを上記歯車ナットでネジ送りして、該駆動シャフトに上記軸線方向の駆動力を伝達することにより、第１摩擦面が第２摩擦面から離間されると共に、上記駆動シャフトの係合部がウォームに対して上記軸力を付与するように構成されている。
【００１２】
この場合に、上記クランプ力付与機構が、上記軸線上におけるウォームと駆動シャフトの係合部との間に配置されて、該駆動シャフトに伝達される上記軸線方向の駆動力により圧縮されるバネ材を含んでおり、その圧縮されたバネ材のバネ力を上記軸力として、ウォームに対して付与するように構成されていることが好ましい。
なお、上記駆動源としては、電動モータを用いるのが適切である。
【００１３】
更に、上記本発明に係るクランプ装置の好ましい他の実施態様においては、上記ウォームを回転駆動させるためのアーム回動用駆動源と、該アーム回動用駆動源とは別体に上記クランプ力付与機構に設けられた、該クランプ力付与機構を作動させるためのクランプ力発生用駆動源と、上記クランプアームのワークに対する当接を検出して、上記クランプ力発生用駆動源を動作させるための信号を出力する当接センサとを備えており、該当接センサからの出力信号によって上記クランプ力発生用駆動源を動作させて上記クランプ力付与機構を作動させることにより、クランプアームに上記クランプ力を付与するように構成されている。
【００１４】
具体的には、上記ボディ上で上記軸線廻りには回転自在に、かつ該軸線方向には摺動可能に支持され、上記アーム回動用駆動源に連結された駆動シャフトに対して、上記ウォームが固定的に周設され、上記クランプ力付与機構が、上記クランプ力発生用駆動源と、上記軸線上に配置されたバネ材と、該クランプ力発生用駆動源の動作により上記軸線方向に往復動するプランジャと、上記バネ材の中心を貫通して、一端が該プランジャに固定されていると共に、他端に上記バネ材の一端を当接させる軸頭部が形成された摺動軸と、上記バネ材の他端を当接させて上記摺動軸を上記軸線方向に摺動可能に支持するバネ受けとを含んで、上記プランジャの往復動によりバネ材を軸頭部とバネ受けとの間で伸縮させるようになっており、上記当接センサからの出力信号による上記クランプ力発生用駆動源の動作によって、上記軸頭部が、該軸頭部とバネ受けとの間で圧縮されたバネ材のバネ力で、駆動シャフトを上記軸線方向に押圧することにより、該バネ力が上記軸力としてウォームに対して付与れるように構成されている。
【００１５】
また、上記他の実施態様においては、上記アーム回動用駆動源が電動モータであり、上記クランプ力発生用駆動源が電磁吸着力を利用した電磁力駆動装置であることが適切であり、更に、上記ウォームが、上記軸線上において、初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動可能に設けられ、支持バネにより該初期位置方向に弾発されて支持されており、上記当接センサが、上記クランプアームのワークに対する当接に伴ってウォームホイールからウォームに伝達される反力により、該ウォームが上記支持バネに抗して上記クランプ力伝達位置へと変移したことを検知するものであるとより適切である。
【００１６】
なお、本発明に係るクランプ装置ににおいては、上記バネ材が皿バネであり、該皿バネにおける「撓み−バネ力」の特性曲線が、撓みの変化に対してバネ力が略一定となる領域を有し、この領域内のバネ力を上記軸力として、上記ウォームに対して付与するように構成されていると好ましい。
このバネ力が略一定となる領域において皿バネのバネ力を利用することにより、例えばクランプ力の付加によりワークＷが多少変形するような場合であっても、クランプアームに対して安定したクランプ力を付与することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１〜図８は、本発明に係るクランプ装置の２つの実施例を示している。
そこで、まず本発明に係る実施例を概略的に説明すると、図１に示すように、このクランプ装置１Ａ（１Ｂ）は、ボディ２ａ（２ｂ）上で回動可能に支持されたクランプアーム１１（５１）を回動させて、該クランプアーム１１（５１）にクランプ力を付与することにより、該クランプアーム１１（５１）とボディ２ａ（２ｂ）に固定された対向するクランプ部材３ａ（３ｂ）との間にワークＷをクランプするものである。
そして、該ボディ２ａ（２ｂ）内には、駆動源としての電動モータ４０（８０）と、該電動モータ４０（８０）に連結されてボディ２ａ（２ｂ）上の軸線ｌ１（ｌ２）廻りに回転駆動されるウォーム２１（６１）と、上記クランプアーム１１（５１）の回動軸１２（５２）に固定的に周設され、上記ウォーム２１（６１）に噛合されたウォームホイール１３（５３）と、上記クランプアーム１１（５１）のワークＷに対する当接に感応して作動し、該クランプアーム１１（５１）の当接により回転が停止されたウォーム２１（６１）に対して、上記軸線ｌ１（ｌ２）方向の力、即ち軸力を負荷するクランプ力付与機構とを備えている。
【００１８】
ここで、上記クランプアーム１１（５１）は、ボディ２ａ（２ｂ）に回動可能に支持された回動軸１２（５２）、具体的には該回動軸１２（５２）の外端に形成された角軸部１４（５４）に対して着脱可能に装着されており、上記ウォームホイール１３（５３）及び回動軸１２（５２）と共に回動し、必要に応じて交換できるようになっている。
そして、上記電動モータ４０（８０）でウォーム２１（６１）を回転駆動させることにより、駆動力がウォーム２１（６１）とウォームホイール１３（５３）との噛合を介してクランプアーム１１（５１）に伝達されて、該クランプアーム１１（５１）が、完全に開いた状態のホームポジション（図３（図６）参照）から上記クランプ部材３ａ（３ｂ）側へと回動される。
その後、該クランプアーム１１（５１）がクランプ部材３ａ（３ｂ）によって支持されたワークＷに当接すると、その当接に感応して上記クランプ力付与機構が作動し、該クランプアーム１１（５１）の当接により回転が停止されたウォーム２１（６１）に対して上記軸力が負荷される。そうすると、該軸力が、ウォーム２１（６１）に噛合されて同じく回転が停止された上記ウォームホイール１３（５３）に対して、その接線方向の押圧力、即ち上記回動軸１２（５２）廻りのトルクとして作用する。その結果、クランプアーム１１（５１）に上記クランプ力、即ち上記クランプ部材３ａ（３ｂ）によって支持されたワークＷを押圧する該クランプ部材３ａ（３ｂ）方向の力を付与するようになっている。
【００１９】
具体的には、上記ウォーム２１（６１）は、上記軸線ｌ１（ｌ２）上において、クランプアーム１１（５１）が上記ホームポジションに在る時に位置する初期位置（図３（図６）参照）と、クランプアーム１１（５１）に上記クランプ力を付与する時に位置するクランプ力伝達位置（図５（図８）参照）との間で往復動可能に設けられている。また、該ウォーム２１（６１）は支持バネ２６（６６）により上記初期位置方向に弾発されて支持されている。
そうすることで、該ウォーム２１（６１）は、上記電動モータ４０（８０）によって回転駆動されながら、クランプアーム１１（５１）のクランプ動作（クランプ部材３ａ（３ｂ）側への回動やワークＷに対する当接）に伴いウォームホイール１３（５３）から伝達される反力により、上記支持バネ２６（６６）に抗して上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移し、該クランプ力伝達位置において上記クランプ力付与機構により該初期位置方向（上記反力とは逆方向）の軸力が負荷されるようになっている。
なお、上記クランプ力付与機構は、上記軸線ｌ１（ｌ２）上に配設されたバネ材としての皿バネ２２（７４）を含んでおり、該クランプ力付与機構の作動により、圧縮された該皿バネ２２（７４）のバネ力が、上記軸力としてウォーム２１（６１）に対して負荷される。また、上記支持バネ２６（６６）は、上記クランプアーム１１（５１）のクランプ動作に伴って上記ウォームホイール１３（５３）からウォーム２１（６１）に伝達される反力により、圧縮される程度の弾性係数を有しており、皿バネであることが好ましい。
【００２０】
ここで、上記皿バネ２２（７４）は、図９（ａ）に示すように、「撓み−バネ力」の特性曲線の中に、撓みの変化に対してバネ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内においてバネ力を上記軸力として上記ウォーム２１（６１）に対して負荷させることにより、上記クランプ力を、ワークＷに厚さの違いやクランプ力の付加による変形が多少あったとしても、ほぼ一定に保つことができる。なお、上記特性曲線は、例えば図５（ｂ）に示すように、皿バネ１００を支持板１０１，１０２で挟んで荷重をかけた場合のもので、上記領域Ａは、皿バネ１００の有効高さｈと板厚ｔとの比が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。また、一般的に皿バネは、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、複数の皿バネ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、撓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。
【００２１】
なお、本実施例では、クランプアーム１１（５１）のみを回動させ、クランプ部材３ａ（３ｂ）をボディ２ａ（２ｂ）に固定しているが、このクランプ部材３ａ（３ｂ）も同様に回動させるか、又は直線的に駆動させるように構成することも可能である。
【００２２】
次に、図２〜図５を用いて本発明に係るクランプ装置の第１実施例について具体的に説明する。なお、上記実施例の概略において説明した事項については、重複を避けるため、ここでは詳しい説明を省略する。
クランプ装置１Ａは、駆動源としての電動モータ４０と、ボディ２ａ上で回動可能に支持された回動軸１２に、クランプアーム１１が装着されると共に、ウォームホイール１３が周設されて成るアーム部１０と、該ウォームホイール１３に噛合された上記ウォーム２１を有して上記電動モータ４０に連結され、該電導モータ４０の駆動力をウォーム２１とウォームホイル１３との噛合を介して上記アーム部１０に伝達するアーム駆動機構２０とから構成されており、電動モータ４０の駆動力によって、上記クランプアーム１１を回動させると共に該クランプアームに１１にクランプ力を付与することにより、ボディ２ａに固定された対向するクランプ部材３ａとの間にワークＷをクランプするようになっている。
【００２３】
上記アーム駆動機構２０は、上記ウォーム２１の他に、ボディ２ａ上で上記軸線ｌ１廻りには回転自在に、かつ該軸線ｌ１方向には摺動可能に支持されて、上記ウォーム２１が外嵌された駆動シャフト２３と、上記電動モータ４０に接続された減速歯車機構３５と、該減速歯車機構３５と駆動シャフト２３との間に介在され、上記駆動シャフト２３に電動モータ４０の駆動力を、切り替えにより上記軸線ｌ１廻りの駆動力又は該軸線ｌ１方向の駆動力として伝達する駆動力切替機構３０とから構成されている。
上記駆動シャフト２３には、上記ウォーム２１が、滑りキー２１ａにより上記軸線ｌ１方向には摺動可能に、かつ上記軸線ｌ１廻りには固定的に外嵌されていると共に、上記駆動力切替機構３０によって伝達される上記軸線ｌ１方向の駆動力により上記ウォーム２１を押圧して、該ウォーム２１対して上記軸力を負荷するための係合部２３ａが周設されている。
また、上記駆動力切替機構３０は、駆動シャフト２３に伝達する電動モータ４０からの駆動力を、上記クランプアーム１１のワークＷに対する当接に感応して、上記軸線ｌ１廻りの駆動力から上記軸線ｌ１方向の駆動力に切り替える機能を有している。
【００２４】
そして、クランプアーム１１の回動時には、図４に示すように、駆動力切替手段３０が、駆動シャフト２３に上記軸線ｌ１廻りの駆動力を伝達して、該駆動シャフト２３をウォーム２１と共に回転駆動させる。その後、図５に示すように、クランプ部材３ａによって支持されたワークＷに対して上記クランプアーム１１が当接すると、該クランプアーム１１の停止に伴って上記ウォーム２１、ウォームホイール１３及び駆動シャフト２３の回転も停止される。またそれと同時に、そのクランプアーム１１の当接に感応して上記駆動力切替機構３０が切り替わることにより、上記電動モータ４０と駆動力切替機構３０と回転が停止された駆動シャフト２３とを含む駆動系が上記クランプ力付与機構を形成し、該駆動シャフト２３に上記軸線ｌ１方向の駆動力が伝達される。そうすると、駆動シャフト２３に周設された上記係合部２３ａが、同じく回転が停止された上記ウォーム２１を軸線ｌ１方向に押圧し、該ウォーム２１に対して上記軸力を負荷する。その結果、該ウォーム２１に噛合された上記ウォームホイール１３に接線方向の押圧力が作用して、上記ワークＷに当接したクランプアーム１１にクランプ力が付与される。
【００２５】
更に具体的に説明すると、図２（ａ）に示すように、上記駆動力切替機構３０及び上記係合部２３ａは、駆動シャフト２３におけるウォーム２１を挟んだ両側にそれぞれ配設され、該ウォーム２１及び係合部２３ａは、ボディ２ａに形成された中空部２７内に収容されている。そして、該中空部２７内において、上記駆動シャフト２３の係合部２３ａとウォーム２１の一端面との間には、上記クランプ力付与機構を形成するバネ材としての上記皿バネ２２、及び該皿バネ２２よりも弾性係数の小さい上記支持バネ２６が、該支持バネ２６をウォーム２１側にして直列的に配置され、一方、ウォーム２１の他端面とボディ２ａとの間には、中空部２７の内面に固定された転がり軸受２４ａが配置されており、上記ウォーム２１が上記支持バネ２６により弾発されて上記転がり軸受２４ａに当接している。更に、上記駆動シャフト２３は、上記中空部２７の両端に配設されたすべり軸受２５ａ，２５ｂにより、ボディ２ａ上で軸線ｌ１廻りには回転自在に、かつ該軸線ｌ１方向には摺動可能に支持されている。
なお、上記支持バネ２６は、クランプアーム１１の上記クランプ動作に伴ってウォームホイール１３からウォーム２１に伝達される反力により、圧縮される程度の弾性係数を有しており、皿バネであることが好ましい。
【００２６】
そして、上記ウォーム２１は、上記駆動シャフト２３と共に回転駆動されながら、上記クランプアーム１１のクランプ動作に伴う反力により、上記支持バネ２６に抗して該駆動シャフト２３上を摺動し、上記転がり軸受２４ａに当接した初期位置（図３参照）から、上記支持バネ２６を圧縮しながら、駆動シャフト２３によって上記クランプ力伝達位置（図５参照）へと軸線ｌ１方向に変移するようになっている。
一方、駆動シャフト２３は、クランプアーム１１の回動時には、図３，図４に示すようなアーム回動位置に在って、上記駆動力切替手段３０により軸線ｌ１廻りの駆動力が伝達される。その後、該クランプアーム１１がワークＷに対して当接すると、それ感応して駆動力切替機構３０が切り替わり、上記係合部２３ａをウォーム２１に接近させる方向（上記反力とは逆方向）に作用する上記軸線ｌ１方向の駆動力を駆動シャフト２３に伝達することにより、該駆動シャフト２３が、上記係合部２３ａによってウォーム２１との間で上記皿バネ２２を圧縮しながら、上記アーム回動位置から図５に示すクランプ力付与位置へと変移する。そうすることにより、該駆動シャフト２３が、上記クランプ力伝達位置へと変移したウォーム２１を圧縮された皿バネ２２のバネ力で上記初期位置方向（上記反力とは逆方向）に押圧し、該バネ力を上記軸力として該ウォーム２１に対して負荷するようになっている。
このように、駆動シャフト２３が、ボディ２ａに摺動可能に支持されて、軸線ｌ１上において上記アーム回動位置とクランプ力付与位置との間で往復動する一方で、ウォーム２１は、上記駆動シャフト２３に摺動可能に外嵌されて、同じく軸線ｌ１上において上記初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動するようになっている。
【００２７】
上記駆動力切替機構３０は、駆動シャフト２３に摩擦リング３１を固定的に外嵌することにより該駆動シャフト２３に周設された、ウォーム２１側の端面に第１摩擦面３１ｂを備えて成るフランジ部３１ａと、上記減速歯車機構３５に噛合されて上記電動モータ４０からの駆動力が伝達される歯車３２ａが外周に形成されていると共に、上記第１摩擦面３１ｂに対して接離させる第２摩擦面３２ｂが端面に形成されて成る歯車ナット３２とから構成されている。
ここで、該歯車ナット３２は小ウォームホイールであり、上記第１摩擦面３１ｂに第２摩擦面３２ｂを対向させて、上記駆動シャフト２３にボールネジや滑りネジ等のネジ３２ｃにより螺合されていると共に、第２摩擦面３２ｂとは反対側の他端面側に配設されたボール軸受２４ｂによって、ボディ２ａ上に回転自在に支持されている。
なお、上記フランジ部３１ａは、駆動シャフトと一体に形成されていても良い。
【００２８】
即ち、クランプアーム１１の回動時には、駆動力切替機構３０が、上記アーム回動位置に在る駆動シャフト２３の第１摩擦面３１ｂと歯車ナット３２の第２摩擦面３２ｂとを互いに当接させて、駆動シャフト２３に上記軸線ｌ１廻りの駆動力を伝達することにより、駆動シャフト２３をアーム回動位置において歯車ナット３２と共に回転駆動させるようになっている。
そして、回動された該クランプアーム１１がワークＷに当接すると、該当接によりウォーム２１及び駆動シャフト２３の回転が停止される一方で、上記歯車ナット３２は電動モータ４０によって回転し続けるため、該歯車ナット３２が、ネジ送りによって駆動シャフト２３に上記反力とは逆方向に作用する上記軸線ｌ１方向の駆動力を伝達することにより、該駆動シャフト２３が、第１摩擦面３１ｂを第２摩擦面３２ｂから離間させると同時に上記皿バネ２２を圧縮しながら、上記アーム回動位置からクランプ力付与位置へと駆動されるようになっている。
【００２９】
また、上記減速歯車機構３５は、図２（ｂ）に示すように、上記電動モータ４０と駆動力切替機構３０との間に介在され、上記電動モータ４０の駆動力を増幅して上記駆動シャフト２３に伝達するためのもので、電動モータ４０におけるモータ軸４１の駆動歯車４２に噛合された歯車３６と、小ウォームホイールである上記歯車ナット３７に噛合された小ウォーム３８と、これら歯車３６及び小ウォーム３８をボディ２ａ上で回転自在に支持する歯車軸３７とによって構成されている。
なお、ボディ２ａには、クランプアーム１１が、ワークＷのクランプを解除すると共に、クランプ部材３ａから離れる方向に回動されて、上記ホームポジションに戻った際に、該クランプアーム１１に当接してそれを緩衝的に停止させるためのショックアブソーバ１５が設けられている。
【００３０】
次に、上記クランプ装置１Ａの動作を図３〜図５に基づいて詳細に説明する。まず、図３に示すように、クランプアーム１１が完全に開いたホームポジションに在る時には、ウォーム２１が上記初期位置において上記支持バネ２６に弾発されて転がり軸受２４ａに当接していると共に、駆動シャフト２３が上記アーム回動位置にあって、該駆動シャフト２３に周設された上記フランジ部３１ａの第１摩擦面３１ｂが、該駆動シャフト２３に螺合されてボディ２ａに回転自在に支持された歯車ナット３２の第２摩擦面３２ｂに当接している。
【００３１】
そして、電動モータ４０を起動して正回転させると、図４に示すように、上記駆動シャフト２３の第１摩擦面３１ｂと上記歯車ナット３２の第２摩擦面３２ｂとの当接により、該電動モータ４０の駆動力が駆動シャフト２３に軸線ｌ１廻りの駆動力として伝達され、該駆動シャフト２３と共に上記ウォーム２１及び該ウォーム２１に噛合されたウォームホイール１３が回転駆動されて、クランプアーム１１が上記ホームポジションからクランプ部材３ａ側へと回動する。その時、上記ウォーム２１は、クランプアーム１１の回動に伴ってウォームホイール１３から伝達される反力により、上記転がり軸受２４ａから離間して上記駆動シャフト２３上を支持バネ２６を圧縮しながら上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移していく。
【００３２】
その後、図５に示すように、クランプアーム１１がクランプ部材３ａに支持されたワークＷに当接すると、その当接により、ウォームホイール１３、ウォーム２１及び駆動シャフト２３の回転が停止される。その時、上記ウォーム２１は支持バネ２６を完全に圧縮してクランプ力伝達位置に至っている。そうすると、回転が停止された駆動シャフト２３が、電動モータ４０の駆動力により回転し続ける歯車ナット３２によって、上記反力とは逆方向にネジ送りされる。即ち、上記電動モータ４０の駆動力が該駆動シャフト２３に上記反力とは逆方向に作用する軸線方向の駆動力として伝達されて、駆動シャフト２３が、上記第１摩擦面３１ｂを第２摩擦面３２ｂから離間させると共に、上記皿バネ２２を上記係合部２３ａとウォーム２１の端面との間で圧縮しながら、上記アーム回動位置からクランプ力付与位置へと変移する。その結果、該駆動シャフト２３が、圧縮された皿バネ２２のバネ力によって、上記クランプ力伝達位置に変位したウォーム２１を上記反力とは逆の上記初期位置方向に押圧し、該バネ力を上記軸力としてウォーム２１に対して負荷することにより、上記ウォームホイール１３に接線方向の押圧力が作用して、上記クランプアーム１１にクランプ力が付与される。なお、クランプアーム１１にクランプ力が付与された後は、上記電動モータ４０を停止させるのが好ましい。
【００３３】
更に、ワークＷのクランプを解除する場合には、電動モータ４０を逆回転させて、上記クランプ時とは逆の行程を辿らせることにより、クランプアーム１１がクランプ力を解除されると共にクランプ部材３ａから離れる方向に逆回動されて上記ホームポジションに戻される。一方、上記ウォーム２１及び駆動シャフト２３もそれと同時に上記初期位置及びアーム回動位置にそれぞれ戻される。
このように、本発明の第１実施例に係るクランプ装置１Ａによれば、クランプアーム１１がワークＷに当接したことを検出するためのセンサを用いることなく、一つの電動モータ４０により、クランプアーム１１を回動させると共に、該クランプアーム１１にクランプ力を付与することができるため、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低コストにて提供することができる。
【００３４】
次に、図６〜図８を用いて本発明に係るクランプ装置の第２実施例について具体的に説明する。なお、上記実施例の概略及び第１実施例において説明した事項については、重複を避けるため、ここでは詳しい説明を省略する。
クランプ装置１Ｂは、ボディ２ｂ上で回動可能に支持された回動軸５２に、クランプアーム５１が装着されると共に、ウォームホイール５３が周設されて成るアーム部５０と、ボディ２ｂ上の軸線ｌ２廻りに回転自在に支持されて上記ウォームホイール５３に噛合されたウォーム６１、及び該ウォーム６１に連結された電動モータ（アーム回動用駆動源）８０を備えて成るアーム回動機構６０と、上記電動モータ８０とは別体のクランプ力発生用駆動源７５を備え、該クランプ力発生用駆動源７５の動作によりウォーム６１に対して上記軸線ｌ２方向の軸力を負荷するクランプ力付与機構７０と、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接を検出して、上記クランプ力発生用駆動源７５を動作させるための信号を出力する当接センサ６５とから構成されている。
【００３５】
そして、上記アーム回動機構６０における電動モータ８０の駆動力が、上記ウォーム６１とウォームホイール５３との噛合を介してアーム部５０に伝達されることにより、上記クランプアーム５１が回動され、その後、当接センサ６５がその回動されたクランプアーム５１のワークＷに対する当接を検出すると、クランプ力付与機構７０がクランプ力発生用駆動源７５の動作によって作動することにより、上記軸力がウォーム６１に負荷され、その結果、該軸力が、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接により回転が停止されたウォーム６１とウォームホイール５３との噛合を介してアーム部５０に伝達されて、該クランプアーム５１にクランプ力を付与するようになっている。
【００３６】
上記アーム回動機構６０は、上記ウォーム６１及び電動モータ８０の他に、該ウォーム６１が固定的に周設されて、ボディ３ｂ上で軸線ｌ２方向には回転自在に、かつ該軸線ｌ２方向には摺動可能に支持された駆動シャフト６３と、上記電動モータ８０に接続されて、該電動モータ８０の駆動力を駆動シャフト６３に軸線ｌ２廻りの駆動力として伝達するための減速歯車機構９０とから構成されている。そして、上記ウォーム６１が駆動シャフト６３と共に、上記軸線ｌ２上において、上記初期位置（図６参照）とクランプ力伝達位置（図８参照）との間で一体的に往復動するようになっている。
【００３７】
即ち、クランプアーム５１の回動時には、図７に示すように、上記アーム回動機構６０において、電動モータ８０の駆動力が減速歯車機構９０を介して駆動シャフト６３に伝達されて、該駆動シャフト６３がウォーム６１と共に軸線ｌ２廻りに回転駆動される。そして、図８に示すように、クランプ部材３ｂによって支持されたワークＷに対して上記クランプアーム５１が当接すると、上述のように当接センサ６５がそれを検出してクランプ力発生用駆動源７５を動作させることにより、クランプ力付与機構７０が作動されるが、一方その時、ウォーム６１及び駆動シャフト６３は、クランプアームの５１クランプ動作に伴うウォームホイール５３からの反力により上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移している。そこで、該クランプ力伝達位置に変移して上記クランプアーム５１の当接により回転が停止されたウォーム６１及び駆動シャフト６３に対して、上記クランプ力付与機構７０が上記初期位置方向（上記反力とは逆方向）の上記軸力を負荷する。その結果、該軸力がウォーム６１に噛合された上記ウォームホイール５３に接線方向の押圧力として作用し、上記ワークＷに当接したクランプアーム５１に上記クランプ力が付与される。
なおここでは、上記ウォーム６１が、上記駆動シャフト６３に対して、キー６１ａ等により上記軸線ｌ２廻り及び該軸線ｌ２方向に固定的に外嵌されているが、ウォーム６１と駆動シャフト６３とを一体的に成形しても良い。
【００３８】
更に具体的に説明すると、上記駆動シャフト６３は、周設されたウォーム６１を挟んだ両側において、ボディ２ｂ上の第１フレーム８５及び第２フレーム８６にそれぞれ設けられたすべり軸受６４ａ，６４ｂにより、軸線ｌ２廻りには回転自在に、かつ該軸線ｌ２方向には摺動可能に支持されている。
また、ウォーム６１の一端面と第２フレーム８６におけるそれに対向する面との間には、支持バネ６６が駆動シャフト６３を貫通させて設けられており、ウォーム６１及び駆動シャフト６３を上記初期位置方向に弾発して支持している。
ここで、上記支持バネ６６は、クランプアーム５１のクランプ部材３ｂ側への回動に伴いウォームホイール５３からウォーム６１に伝達される反力によっては圧縮されないが、クランプアーム５１のワークＷに対する当接に伴う反力によって圧縮される程度の弾性係数を有しおり、皿バネであることが好ましい。
【００３９】
即ち、クランプアーム５１のクランプ部材３ｂ側への回動時には、図７に示すように、上記支持バネ６６が、クランプアーム５１の回動に伴いウォーム６１に伝達される反力に抗して、該ウォーム６１を上記初期位置方向に弾発して支持することにより、該ウォーム６１が概ね該初期位置に保持される。そしてその後、回動されたクランプアーム５１がワークＷに対して当接すると、図８に示すように、その当接に伴いウォーム５１に伝達される反力により、該ウォーム５１が、上記支持バネ６６のバネ力に抗して該支持バネを圧縮しながら、上記クランプ力伝達位置へと駆動シャフト６３と共に変移するようになっている。
【００４０】
また、上記第２フレーム８６には、上記当接センサ６５としての近接センサが、上記ウォーム６１における支持バネ６６が配設された一端面に対向させて設けられている。該当接センサ６５は、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接に伴う反力により、ウォーム６１が、駆動シャフト６３と共に上記クランプ力伝達位置へと変移して、上記第２フレーム８６に近接したことを検知することにより、上記クランプアーム５１がワークＷに対して当接したことを検出して、上記クランプ力発生用駆動源７５を動作させるための信号と、上記電動モータ８０を停止させるための信号とを出力する。
【００４１】
更に、上記クランプ力付与機構７０は、上記クランプ力発生用駆動源７５の他に、駆動シャフト６３の上記第２フレーム８６によって支持されている側（上記クランプ力伝達位置側）における軸線ｌ２の延長線上に配置されたバネ材としての皿バネ７４と、上記クランプ力発生用駆動源７５の動作によって該軸線ｌ２方向に往復動されるプランジャ７１と、皿バネ７４の中心を貫通して、一端が該プランジャ７１に固定されていると共に、他端に該皿バネ７４の一端を当接させる軸頭部７３ａが形成されて成る摺動軸７３と、該摺動軸７３をボディ２ｂ上において軸線ｌ２方向に摺動可能に支持すると共に、上記皿バネ７４の他端を当接させるバネ受け７２とを備えている。
即ち、上記皿バネ７４は軸頭部７３ａとバネ受け７２との間に挟持され、そして、プランジャ７１の往復動に伴って、摺動軸７３の軸頭部７３ａが駆動シャフト６３の端面に対して進退動すると共に、上記皿バネ７４が軸頭部７３ａとバネ受け７２との間で伸縮するようになっている。
また、上記クランプ力発生用駆動源７５は、電磁吸着力を利用した電磁力駆動装置、具体的には、Ｕ字形のヨーク７７にコイル７６を巻いて構成されたソレノイド７５であり、上記コイル７６に通電することにより発生する電磁吸着力よって上記プランジャ７１がヨーク７７に吸着されるように構成されている。なお、プランジャ７１における少なくともヨーク７７に吸引される部分は強磁性材料で形成されている。
【００４２】
そして、本第２実施例のクランプ装置１Ｂにおいては、クランプアーム５１の上記ホームポジションからクランプ部材３ｂ側への回動時には、上記ソレノイド７５のコイル７６に通電して、プランジャ７１をヨーク７７に吸着させることにより、上記摺動軸７３の軸頭部７３ａを駆動シャフト６３の端面から後退させると共に、上記皿バネ７４を圧縮してバネ力を蓄積する（図７参照）。その後、上記クランプアーム５１のワークＷに対する当接に伴う反力により、上記ウォーム６１及び駆動シャフト６３が上記クランプ力伝達位置に変移して、該駆動シャフト６３の端面が上記軸頭部７３ａに対して当接又は近接すると、上記当接センサ６５により上記コイル７６の通電が断たれてヨーク７７によるプランジャ７１の吸着が解除されることによって、上記摺動軸７３の軸頭部７３ａが、圧縮された上記皿バネ７４のバネ力で、上記駆動シャフト６３の端面を上記初期一方向（上記反力とは逆方向）に押圧して、該バネ力が上記軸力としてウォーム６１に対して負荷されるようになっている（図８参照）。
【００４３】
上記減速歯車機構９０は、上記第１フレーム８５に支持された上記電動モータ８０の駆動力を増幅して上記駆動シャフト６３に伝達するためのもので、電動モータ８０におけるモータ軸８１の駆動歯車８２に噛合された第１歯車９１と、駆動シャフト６３に周設された軸歯車６２に噛合された第２歯車９２と、ボディ２ｂと第１フレーム８５との間に架け渡され、上記第１歯車９１及び第２歯車９２を回転自在に支持する歯車軸９３とによって構成されている。なお、上記歯車６２，７５，７６，７８，８２のうち、少なくとも駆動シャフト６３に周設された軸歯車６２及びそれに噛合する第２歯車９２は平歯車であることが望ましい。
【００４４】
次に、上記クランプ装置１Ｂの動作を図６〜図８に基づいて詳細に説明する。まず、図６に示すように、上記電動モータ８０が停止されると共に、上記ソレノイド９０の通電が絶たれて、クランプアーム５１が上記ホームポジションに在る状態の時には、ウォーム６１及び駆動シャフト６３が上記初期位置に在る一方で、摺動軸７３が皿バネ７４によって駆動シャフト６３方向に弾発されて、プランジャ７１が上記バネ受け７２に当接していると共に、摺動軸７３の軸頭部７３ａが上記駆動シャフト６３の端面に当接又は近接している。
【００４５】
そして、図７に示すように、クランプアーム５１を上記ホームポジションからクランプ部材３ｂ側へと回動させる時には、電動モータ８０を起動して正回転させ、該電動モータ８０の駆動力を減速歯車機構９０を介して、ウォーム６１が周設された駆動シャフト６３に軸線ｌ２廻りの駆動力として伝達することにより、該ウォーム６１に噛合された上記ウォームホイール５３を回転駆動させる。また同時に、ソレノイド７５に通電してヨーク７７にプランジャ７１を吸着させることにより、摺動軸７３の軸頭部７３ａが、駆動シャフト６３の端面から後退して離間し、上記バネ受け７２との間に狭持した皿バネ７４を圧縮してバネ力を蓄積させる。なお、この時、クランプアーム５１の回動に伴い、ウォームホイール５３からウォーム６１に反力が伝達されるが、ウォーム６１は、支持バネ６６によって該反力に抗する方向に弾発されて支持されていることから、ほぼ上記初期位置に保持されている。
【００４６】
更に、図８に示すように、回動されたクランプアーム５１がクランプ部材３ｂに支持されたワークＷに当接すると、その当接によりウォームホイール５３の回転が停止して、ウォーム６１に上記当接に伴う反力が伝達される。そして、ウォーム５１が、上記電動モータ８０により回転駆動されなが、該反力により支持バネ６６のバネ力に抗して該支持バネ６６を圧縮し、上記クランプ力伝達位置へと駆動シャフト６３と共に変移して停止する。
その時、上記クランプ力伝達位置に在る駆動シャフト６３の端面は、上記皿バネ７４を圧縮している摺動軸７３の軸頭部７３ａに当接又は近接している。すると、上記ウォーム６１の端面が上記第２フレーム８６に近接したこと、即ちウォーム６１及び駆動シャフト６３がクランプ力伝達位置に変移したことを上記当接センサ６５が検知して、上記上記ソレノイド７５への通電を断つと共に、電動モータ８０を停止させるようになっている。
そして、ソレノイド７５への通電が断たれると、ヨーク７７によるプランジャ７１の吸着が解除されるため、上記バネ受け７２と軸頭部７３ａとの間で圧縮された皿バネ７４のバネ力により、該軸頭部７３ａが上記駆動シャフト６３の端面を上記初期位置方向（上記反力とは逆方向）に押圧する。その結果、該バネ力が、駆動シャフト及びウォームに上記軸力として負荷されると共に、該ウォーム６１に噛合された上記ウォームホイール５３に接線方向の押圧力として作用することにより、上記ワークＷに当接したクランプアーム５１に上記クランプ力が付与される。
【００４７】
ワークＷのクランプを解除する場合には、電動モータ８０を起動して逆回転させることにより、クランプアーム５１が、クランプ力を解除されると共に、クランプ部材３ｂから離れる方向に逆回動されて上記ホームポジションに戻される。一方、上記ウォーム６１もそれと同時に上記初期位置に戻される。
このように、本発明の第２実施例に係るクランプ装置１Ｂによれば、クランプアーム１１のワークＷに対する当接を当接センサによって検出することにより、クランプ力付与機構を作動させて、クランプアーム１１にクランプ力を付与することができるため、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ができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上に詳述したように、上記本発明に係るクランプ装置によれば、回動されたクランプアームのワークに対する当接に感応してクランプ力付与機構が作動し、該クランプアームの当接によって回転が停止されたウォームにその軸線方向の軸力を負荷して、該軸力をウォームホイールにその接線方向の押圧力、即ちクランプアームの回動軸廻りのトルクを作用させることにより、クランプアームに、ワークを押圧するクランプ部材方向の力であるクランプ力を付与するように構成したため、ワークの大きさや構成部品の摩耗等に応じた煩雑なクランプ位置の設定作業を要すること無く、ワークをクランプアームによって正確にクランプすることが可能となり、作業効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランプ装置の実施例を示す外観図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係るクランプ装置の第１実施例を示すクランプアームの駆動系の断面図である。
【図３】第１実施例においてクランプアームが回動前のホームポジションにある状態を示す作用説明図である。
【図４】第１実施例においてクランプアームが回動している状態を示す作用説明図である。
【図５】第１実施例においてクランプアームがワークに当接してクランプ力が付与されている状態を示す作用説明図である。
【図６】本発明に係るクランプ装置の第２実施例を示し、クランプアームが回動前のホームポジションにある状態を示す断面図である。
【図７】第２実施例においてクランプアームが回動している状態を示す断面図である。
【図８】第２実施例においてクランプアームがワークに当接してクランプ力が付与されている状態を示す断面図である。
【図９】（ａ）はクランプ力付与機構に用いる皿バネの特性を示す線図であり、（ｂ）はその特性を示す皿バネの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ クランプ装置
２ａ，２ｂ ボディ
３ａ，３ｂ クランプ部材
１１，５１ クランプアーム
１２，５２ 回動軸
１３，５３ ウォームホイール
２１，６１ ウォーム
２２，７４ 皿バネ（バネ材）
２３，６３ 駆動シャフト
２６，６６ 支持バネ
３０ 駆動力切替機構
３１ａ フランジ部
３１ｂ 第１摩擦面
３２ 歯車ナット
３２ａ 歯車
３２ｂ 第２摩擦面
４０ 電動モータ（駆動源）
６５ 当接センサ
７０ クランプ力付与機構
７１ プランジャ
７２ バネ受け
７３ 摺動軸
７３ａ 軸頭部
７５ ソレノイド（クランプ力発生用駆動源）
８０ 電動モータ（アーム回動用駆動源）
Ｗ ワーク
ｌ１，ｌ２ 軸線
Claims (11)
- ボディ上で回動可能に支持されたクランプアームを回動させて、該クランプアームにクランプ力を付与することにより、対向するクランプ部材との間にワークをクランプするクランプ装置であって、
ボディ上の軸線廻りに回転駆動されるウォームと、
クランプアームの回動軸に周設されて、該ウォームに噛合されたウォームホイールと、
クランプ部材に支持されたワークに対するクランプアームの当接に応じて作動し、該当接により回転が停止されたウォームに対して上記軸線方向の軸力を付与するクランプ力付与機構とを備えて成り、
上記ウォームの回転駆動によりクランプアームを回動させると共に、上記クランプ力付与機構によりウォームに対して付与される上記軸力を、ウォームホイールにその接線方向の押圧力として作用させて、クランプアームに上記クランプ力を付与するように構成され、
上記ウォームが、上記軸線上において、初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動可能に設けられ、支持バネにより該初期位置方向に弾発されて支持されており、
クランプアームのクランプ動作に伴うウォームホイールからの反力により、上記支持バネに抗して上記初期位置からクランプ力伝達位置へと変移したウォームに対して、上記クランプ力付与機構が上記初期位置方向の軸力を付与するように構成されている、
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軸線上に配置されたバネ材を含み、該バネ材のバネ力を上記軸力としてウォームに対して付与す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。 - 上記ボディ上で上記軸線廻りには回転自在に、かつ該軸線方向には摺動可能に支持された駆動シャフトと、
該駆動シャフトに対して上記軸線廻りの駆動力及び該軸線方向の駆動力を付与するための駆動源と、
該駆動源と駆動シャフトとの間に介在され、駆動シャフトに伝達する該駆動源からの駆動力を、上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、上記軸線廻りの駆動力から該軸線方向の駆動力に切り替える駆動力切替機構とを備え、
上記駆動シャフトには、上記ウォームが上記軸線方向には摺動可能に、かつ該軸線廻りには固定的に外嵌されていると共に、上記軸線方向の駆動力によりウォームを押圧して、該ウォームに対して上記軸力を付与するための係合部が周設されており、
クランプアームの回動時には、駆動力切替機構が、駆動シャフトに上記軸線廻りの駆動力を伝達することにより、該駆動シャフトをウォームと共に回転駆動させ、
上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、上記駆動源と上記駆動シャフトと上記駆動力切替機構とを含む駆動系が上記クランプ力付与機構を形成し、該駆動力切替機構が上記クランプアームの当接により回転が停止された駆動シャフトに上記軸線方向の駆動力を伝達することにより、上記駆動シャフトの係合部がウォームに対して上記軸力を付与す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。 - 上記駆動力切替機構が、上記駆動シャフトに固定的に周設されて端面に第１摩擦面が形成されて成るフランジ部と、外周には上記駆動源からの駆動力が伝達される歯車が形成され、端面には第１摩擦面に対して接離させる第２摩擦面が形成されて成る歯車ナットとから構成され、
該歯車ナットが、第２摩擦面を第１摩擦面に対向させて駆動シャフトに螺合されていると共に、上記ボディ上で上記軸線廻りに回転自在に支持されており、
クランプアームの回動時には、駆動力切替機構が、駆動シャフトの第１摩擦面と歯車ナットの第２摩擦面とを互いに当接させて、駆動シャフトに上記軸線廻りの駆動力を伝達し、
上記クランプアームのワークに対する当接に応じて、駆動力切替機構が、該クランプアームの当接により回転が停止された駆動シャフトを上記歯車ナットでネジ送りして、該駆動シャフトに上記軸線方向の駆動力を伝達することにより、第１摩擦面が第２摩擦面から離間されると共に、上記駆動シャフトの係合部がウォームに対して上記軸力を付与するように構成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のクランプ装置 - 上記クランプ力付与機構が、上記軸線上におけるウォームと駆動シャフトの係合部との間に配置されて、該駆動シャフトに伝達される上記軸線方向の駆動力により圧縮されるバネ材を含んでおり、
その圧縮されたバネ材のバネ力を上記軸力として、ウォームに対して付与するように構成されている、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のクランプ装置。 - 上記駆動源が電動モータである、
ことを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のクランプ装置。 - 上記ウォームを回転駆動させるためのアーム回動用駆動源と、
該アーム回動用駆動源とは別体に上記クランプ力付与機構に設けられた、該クランプ力付与機構を作動させるためのクランプ力発生用駆動源と、
上記クランプアームのワークに対する当接を検出して、上記クランプ力発生用駆動源を動作させるための信号を出力する当接センサとを備えており、
該当接センサからの出力信号によって上記クランプ力発生用駆動源を動作させて上記クランプ力付与機構を作動させることにより、クランプアームに上記クランプ力を付与す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。 - 上記ボディ上で上記軸線廻りには回転自在に、かつ該軸線方向には摺動可能に支持され、上記アーム回動用駆動源に連結された駆動シャフトに対して、上記ウォームが固定的に周設され、
上記クランプ力付与機構が、上記クランプ力発生用駆動源と、上記軸線上に配置されたバネ材と、該クランプ力発生用駆動源の動作により上記軸線方向に往復動するプランジャと、上記バネ材の中心を貫通して、一端が該プランジャに固定されていると共に、他端に上記バネ材の一端を当接させる軸頭部が形成された摺動軸と、上記バネ材の他端を当接させて上記摺動軸を上記軸線方向に摺動可能に支持するバネ受けとを含んで、上記プランジャの往復動によりバネ材を軸頭部とバネ受けとの間で伸縮させるようになっており、
上記当接センサからの出力信号による上記クランプ力発生用駆動源の動作によって、上記軸頭部が、該軸頭部とバネ受けとの間で圧縮されたバネ材のバネ力で、駆動シャフトを上記軸線方向に押圧することにより、該バネ力が上記軸力としてウォームに対して付与されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項７に記載のクランプ装置。 - 上記アーム回動用駆動源が電動モータであり、上記クランプ力発生用駆動源が電磁吸着力を利用した電磁力駆動装置である、
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のクランプ装置。 - 上記ウォームが、上記軸線上において、初期位置とクランプ力伝達位置との間で往復動 可能に設けられ、支持バネにより該初期位置方向に弾発されて支持されており、
上記当接センサが、上記クランプアームのワークに対する当接に伴ってウォームホイールからウォームに伝達される反力により、該ウォームが上記支持バネに抗して上記クランプ力伝達位置へと変移したことを検知するものである、
ことを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載のクランプ装置。 - 上記バネ材が皿バネであり、
該皿バネにおける「撓み−バネ力」の特性曲線が、撓みの変化に対してバネ力が略一定となる領域を有し、この領域内のバネ力を上記軸力として、上記ウォームに対して付与するように構成されている、
ことを特徴とする請求項２，５，８の何れかに記載のクランプ装置。
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