JP5216166B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイルバネの回転に基づき直線移動するように構成された移動体を備えるクランプ装置に関する。

一般に、一対のハンド部材を利用してワークをクランプするクランプ装置では、ワークを的確にクランプすることが重要である。事前に、ワークの寸法等についての情報をプログラムすることなく、ワークを的確にクランプできるようにしたクランプ装置は、例えば特許文献１に開示されている。図７に示すように、特許文献１のワーク把持装置９０において、フレーム９１にはボールねじ９２が回転可能に支持されている。このボールねじ９２には、一対の第１及び第２の把持部材９３，９４が支持されている。第１の把持部材９３には、揺動フィンガー９５が枢着ピン９５ａにより揺動可能に支持され、第２の把持部材９４には、非揺動フィンガー９６が一体形成されている。

揺動フィンガー９５は、第１の把持部材９３に設けられた一対のストッパ９７ａ，９７ｂ間で揺動フィンガー９５の上端部が揺動自在になっているとともに、バネ９８によってストッパ９７ａ，９７ｂから離間する方向に付勢されている。また、第１の把持部材９３の上端には、オン・オフスイッチ１００が配置される。このオン・オフスイッチ１００はレバー９９を有する。このレバー９９は、揺動フィンガー９５の上端に設けられた突部９５ｂに係合することで、オン・オフスイッチ１００を開いた状態に維持する。また、オン・オフスイッチ１００は図示しないワーク把持確認回路に接続されている。

そして、ワークを第１及び第２の把持部材９３，９４でクランプする際、揺動フィンガー９５及び非揺動フィンガー９６がワークに圧接すると、揺動フィンガー９５が揺動する。すると、レバー９９が揺動フィンガー９５の突部９５ｂから開放され、オン・オフスイッチ１００が閉じられる。オン・オフスイッチ１００が閉じられることで発生するワーク把持確認回路の出力信号から、第１及び第２の把持部材９３，９４によってワークが的確にクランプされたことが確認できるようになっている。このため、事前にワークの寸法などについての情報がプログラムされていなくても、ワークを的確にクランプすることができる。

特開平５−３２９７９０号公報

ところで、特許文献１のクランプ装置においては、ワークの寸法に関係なくワークを的確にクランプするための構成として、揺動フィンガー９５、枢着ピン９５ａ、ストッパ９７ａ，９７ｂ、オン・オフスイッチ１００、レバー９９、及び突部９５ｂを必要としている。そのため、ワーク把持装置９０の部品点数が多く、構成が複雑化してしまっている。また、レバー９９によって、オン・オフスイッチ１００と揺動フィンガー９５とを電気的に接続可能にしなければならず、しかも、オン・オフスイッチ１００を動作させるためには揺動フィンガー９５を揺動可能に支持しなければならず、ワーク把持装置９０の構成が複雑化している。

本発明の目的は、事前にワークについての情報をプログラムすることなく、しかも簡単な構成で、未知の寸法のワークを的確にクランプすることができるクランプ装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明の一態様は、ワークをクランプするクランプ装置であって、装置本体に設けられた収縮可能なコイルバネと、前記コイルバネの固定端を介して前記コイルバネを回転させる駆動源と、前記コイルバネの回転によって前記ワークに対して接近又は離間する方向へ移動する移動体と、前記コイルバネの回転に伴う前記移動体の回転を規制し直線移動させるガイド部と、前記コイルバネの自由端において前記コイルバネが収縮しているか否かを検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づき、前記移動体を前記ワークに接近又は離間させる方向へ移動するように前記コイルバネを回転させるべく前記駆動源を制御する制御装置と、を備え、前記移動体は、前記コイルバネの自由端と固定端との間において前記コイルバネの線材間に挿入されるとともに前記コイルバネの回転に伴って前記コイルバネの軸線方向に沿って移動するピンを有するクランプ装置を提供する。

前記制御装置は、前記検出部による前記コイルバネの収縮検出を契機に、前記移動体を前記ワークに圧接させるように前記コイルバネを回転させるべく前記駆動源を制御することが好ましい。

前記制御装置には、前記移動体の動作に係る指令を前記制御装置に出力する上位制御装置が電気的に接続され、前記制御装置は、前記移動体が前記ワークに圧接完了すると、前記上位制御装置に完了信号を出力することが好ましい。

前記ワークに対する前記移動体の圧接開始から圧接終了までの前記駆動源の駆動量を調節するための調節装置を備えることが好ましい。

前記制御装置は、前記移動体を前記ワークから離間させる方向へ前記コイルバネを回転させるべく前記駆動源を制御するとともに、前記コイルバネの収縮解除を契機に、前記駆動源を所定量駆動させた後に停止させることが好ましい。

前記制御装置には、前記移動体の動作に係る指令を前記制御装置に出力する上位制御装置が電気的に接続され、前記制御装置は、前記移動体が前記ワークから離間完了すると、前記上位制御装置に完了信号を出力することが好ましい。

前記ワークに対する前記移動体の離間開始から離間終了までの前記駆動源の駆動量を調節するための調節装置を備えることが好ましい。

本発明によれば、事前にワークについての情報をプログラムすることなく、しかも簡単な構成で、未知の寸法のワークを的確にクランプすることができる。

本発明の第１の実施形態におけるクランプ装置を示す断面図。 両ハンド部材が移動した状態を示すクランプ装置を示す断面図。 両ハンド部材で対象物をクランプした状態のクランプ装置を示す断面図。 本発明の第２の実施形態におけるクランプ装置を示す断面図。 両ハンド部材が対象物から離間した状態のクランプ装置を示す断面図。 本発明の第３の実施形態におけるクランプ装置を示す断面図。 従来背景技術のクランプ装置を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るクランプ装置ついて図１〜図５にしたがって説明する。以下の説明において、図面の右側をクランプ装置の右側と定義し、図面の左側をクランプ装置の左側と定義する。

図１に示すように、クランプ装置１１は、四角筒状の装置本体１２を有する。装置本体１２の両端内周面それぞれには軸受１６が固定されている。両軸受１６にはロッドＲの両端が回転可能に支持されている。このロッドＲは、左側の軸受１６に回転可能に支持された円柱状の第１バネ固定部１５と、右側の軸受１６に回転可能に支持された円柱状の第２バネ固定部１７と、両バネ固定部１５，１７を連結する円筒状の連結部材１９とにより形成されている。そして、ロッドＲは、装置本体１２の中心軸Ｌを回転中心として装置本体１２内で回転する。

第１及び第２バネ固定部１５，１７それぞれの外周面には、バネ固定片１５ａ，１７ａが各バネ固定部１５，１７の周方向全周に亘って突設されている。そして、第１バネ固定部１５のバネ固定片１５ａには、第１コイルバネ２２の一端、（左端）が固定されている。この第１コイルバネ２２は、ロッドＲの第１バネ固定部１５の半分を囲むように装着されている。また、第１コイルバネ２２の他端（右端）には、円環状をなす第１ガイドリング２０が固定されるとともに、この第１ガイドリング２０により第１コイルバネ２２の右端がロッドＲの径方向へ変動することが規制されている。また、第１ガイドリング２０は、第１コイルバネ２２の伸縮に伴い、ロッドＲに沿って摺動可能になっている。そして、ロッドＲが回転すると、第１コイルバネ２２及び第１ガイドリング２０がロッドＲと同期して回転する。第１ガイドリング２０の外周面には、環状のマグネットＭが埋設されている。

第２バネ固定部１７のバネ固定片１７ａには、第２コイルバネ２３の一端、即ち図１では右端が固定されている。この第２コイルバネ２３は、ロッドＲの第２バネ固定部１７の半分を囲むように装着されている。なお、第２コイルバネ２３と、第１コイルバネ２２とは、螺旋の方向が互いに逆になるように配置されている。各コイルバネ２２，２３は等ピッチに形成されている。また、第１コイルバネ２２と第２コイルバネ２３とはバネ力が同じに設定されている。

第２コイルバネ２３の左端には、円環状をなす第２ガイドリング２１が固定されるとともに、この第２ガイドリング２１により、第２コイルバネ２３の左端がロッドＲの径方向へ変動することが規制されている。また、第２ガイドリング２１は、第２コイルバネ２３の伸縮に伴い、ロッドＲに沿って摺動可能になっている。そして、ロッドＲが回転すると、第２コイルバネ２３及び第２ガイドリング２１がロッドＲと同期して回転する。第２ガイドリング２１の外周面には、環状のマグネットＭが埋設されている。第１ガイドリング２０と第２ガイドリング２１は、第１及び第２コイルバネ２２，２３の付勢力により、装置本体１２の軸方向中央に配置されている。

装置本体１２の外面（図１では下面）には、直線状をなすガイドレール１２ａが装置本体１２の軸方向へ延びるように固定されている。ガイドレール１２ａには、矩形板状をなす第１マスタージョー２８及び第２マスタージョー２９がガイドレール１２ａに沿って移動可能に取り付けられている。第１マスタージョー２８には、第１ハンド部材３２が固定されるとともに、第２マスタージョー２９には第２ハンド部材３３が固定されている。

また、装置本体１２の軸方向中央には、ガイド部としての第１ガイド孔１２ｂ及び第２ガイド孔１２ｃが装置本体１２の軸方向へ直線状に延びるように形成されている。第１マスタージョー２８には、円柱状をなす第１ピン３０の下端が固定されるとともに、この第１ピン３０の上端は第１ガイド孔１２ｂを貫通して装置本体１２内に配置されている。さらに、第１ピン３０の上端は、装置本体１２の軸方向に隣り合う第１コイルバネ２２の線材同士の間に挿入されている。

また、第２マスタージョー２９には、円柱状をなす第２ピン３１の下端が固定されるとともに、第２ピン３１の上端は第２ガイド孔１２ｃを貫通して装置本体１２内に配置されている。さらに、第２ピン３１の上端は、装置本体１２の軸方向に隣り合う第２コイルバネ２３の線材同士の間に挿入されている。そして、本実施形態では、第１及び第２ハンド部材３２，３３と、第１マスタージョー２８及び第２マスタージョー２９と、第１及び第２ピン３０，３１とから移動体が構成されている。

第１及び第２ガイドリング２０，２１が、装置本体１２の軸方向中央に配置され、かつ、第１及び第２ピン３０，３１それぞれが、装置本体１２の軸方向中央から離間して第１及び第２ガイド孔１２ｂ，１２ｃの内端に当接した位置を、クランプ装置１１の原点位置と定義する。この原点位置では、第１ハンド部材３２と第２ハンド部材３３は最大に離間している。

装置本体１２の左端の内側には、環状のカバー１３が取り付けられるとともに、このカバー１３によりロッドＲの装置本体１２からの抜け出しが防止されている。また、装置本体１２の右端には、箱状のケース１４が装置本体１２に向かって開口するように取り付けられている。

また、装置本体１２の外面には駆動源としてのステッピングモータ２４（電動モータ）が固定されるとともに、このステッピングモータ２４の駆動軸２５がケース１４内に配置されている。ケース１４内において、駆動軸２５には駆動プーリ２６が固定されるとともに、その駆動プーリ２６の下方では、ロッドＲの第２バネ固定部１７に固定された従動プーリ２７が配置されている。また、駆動プーリ２６と、従動プーリ２７とにはベルトＶが架け渡されている。

そして、本実施形態では、ステッピングモータ２４が正方向へ回転すると、駆動プーリ２６、ベルトＶ、及び従動プーリ２７を介してロッドＲが正方向へ回転するようになっている。一方、ステッピングモータ２４が逆方向へ回転すると、駆動プーリ２６、ベルトＶ、及び従動プーリ２７を介してロッドＲが逆方向へ回転するようになっている。

クランプ装置１１の駆動を制御する制御装置４０は、そのＣＰＵ４１がドライバ４２に電気的に接続されている。本実施形態では、ＣＰＵ４１はドライバ４２を制御し、このドライバ４２はステッピングモータ２４に電気的に接続されている。そして、ドライバ４２は、ＣＰＵ４１からの指令を受けて、パルス信号を生成したり、パルス信号の出力を停止させたりする。

また、装置本体１２の外周面には、軸方向に延びるように取付溝１２ｄが形成されるとともに、取付溝１２ｄの軸方向中央には、検出部としての磁気センサ３４が取り付けられている。この磁気センサ３４は、取付溝１２ｄの軸方向における任意の位置で固定ねじで固定可能とされる。この磁気センサ３４はＣＰＵ４１に電気的に接続されている。そして、磁気センサ３４は、第１及び第２ガイドリング２０，２１に埋設されたマグネットＭからの磁気を検出する。

制御装置４０は、配線を介して制御装置４０とは別体の上位制御装置４３に電気的に接続される。上位制御装置４３は、制御装置４０のＣＰＵ４１に対し、両ハンド部材３２，３３のワークＷへの接近開始を指示する信号、即ち、クランプ装置１１によるワークＷのクランプを開始させるクランプ開始信号を出力する。また、上位制御装置４３は、制御装置４０のＣＰＵ４１に対し、両ハンド部材３２，３３のワークＷからの離間開始を指示する信号、即ち、クランプ装置１１によるワークＷのクランプを解除させるクランプ解除信号を出力する。また、磁気センサ３４は、第１及び第２コイルバネ２２，２３の収縮に伴う各マグネットＭの移動、詳細には、装置本体１２の軸方向中央部から各端部に向けた各マグネットＭの移動に伴う磁気の変化（消失）を検出すると、ＣＰＵ４１に磁気消失検出信号を出力する。更に、磁気センサ３４は、第１及び第２コイルバネ２２，２３の収縮の解除に伴うマグネットＭの移動、詳細には装置本体１２の軸方向各端部側から軸方向中央部に向けた各マグネットＭの移動に伴い、磁気の変化（発生）を検出すると、ＣＰＵ４１に磁気検出信号を出力する。即ち、磁気センサ３４は、マグネットＭの磁気の有無を検出することにより、第１及び第２コイルバネ２２，２３が収縮しているか否かを検出している。

ＣＰＵ４１は、磁気センサ３４からの磁気消失検出信号を入力すると、その磁気消失検出信号の入力を契機にステッピングモータ２４を減速させつつ所定回転数だけ正方向へ回転させるパルス信号がステッピングモータ２４に出力されるようにドライバ４２を制御する。その後、ＣＰＵ４１は、ドライバ４２からステッピングモータ２４へのパルス信号の出力が停止されるようにドライバ４２を制御する。その結果、磁気消失検出信号の入力後に、両ハンド部材３２，３３をワークＷに圧接させるために、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を減速させつつ正方向へ所定量（例えば、１８０°）だけ回転させる制御、即ち第１及び第２コイルバネ２２，２３を回転させる制御を行った後、ステッピングモータ２４を停止させる制御を行うようになっている。なお、制御装置４０のドライバ４２には、第１調節装置としてのディップスイッチ４４が電気的に接続され、このディップスイッチ４４を用いて、ドライバ４２から出力されるパルス信号のパルス数が変更可能になっている。ディップスイッチ４４によってパルス数を変更することにより、ワークＷに対する第１及び第２ハンド部材３２，３３の圧接開始から圧接終了までのステッピングモータ２４の回転量（所定量）が調節可能になっている。即ち、コイルバネ２２，２３の収縮量を調整（制御）することで、ワークＷに対してのクランプ力を調整可能になっている。

ＣＰＵ４１が、磁気センサ３４からの磁気消失検出信号を入力した時点では、第１及び第２ハンド部材３２，３３はワークＷに若干圧接しただけであり、ワークＷに対する第１及び第２ハンド部材３２，３３のクランプ力はワークＷを適切にクランプできるだけのクランプ力に達していない。また、ＣＰＵ４１により、ステッピングモータ２４を正方向へ所定量回転させて停止させた時点では、ワークＷに対して第１及び第２ハンド部材３２，３３が適切に圧接し、的確なクランプ力が発生しており、ワークＷを第１及び第２ハンド部材３２，３３によりクランプすることが可能になっている。

また、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を停止させる制御を行うと、上位制御装置４３に圧接動作（クランプ）の完了信号を出力する。

次に、上記構成のクランプ装置１１の作用について説明する。

クランプ装置１１が原点位置にあるとともに、第１ハンド部材３２と第２ハンド部材３３との間にワークＷが配置された状態であるとする。上位制御装置４３から制御装置４０のＣＰＵ４１にクランプ開始信号が出力されると、ＣＰＵ４１はドライバ４２に対し、ステッピングモータ２４を正方向へ回転させるパルス信号をステッピングモータ２４に出力するように指令する。

図２に示すように、ステッピングモータ２４がパルス信号を受けると、ステッピングモータ２４の正方向への回転により、ロッドＲが正方向へ回転し、第１及び第２コイルバネ２２，２３が回転する。すると、第１ピン３０が、第１コイルバネ２２の回転により第１ガイドリング２０に向けて送り出される。このとき、第１ピン３０は、第１ガイド孔１２ｂにより、第１コイルバネ２２の周方向への回転が規制されつつ装置本体１２の軸方向に沿って直線移動するようにガイドされる。同時に、第２ピン３１が、第２コイルバネ２３の回転により第２ガイドリング２１に向けて送り出される。このとき、第２ピン３１は、第２ガイド孔１２ｃにより、第２コイルバネ２３の周方向への回転が規制されつつ装置本体１２の軸方向に沿って直線移動するようにガイドされる。

第１及び第２ピン３０，３１の直線移動に伴い、第１及び第２ハンド部材３２，３３もワークＷに対し接近する方向へ直線移動する。第１及び第２ハンド部材３２，３３がワークＷに当接する前の状態では、第１ガイドリング２０及び第２ガイドリング２１は、装置本体１２の軸方向中央で回転している。そして、第１及び第２ハンド部材３２，３３がワークＷに当接すると、第１及び第２ピン３０，３１の移動が規制される。

両ピン３０，３１の移動が規制された状態で、ステッピングモータ２４の駆動が継続されると、両コイルバネ２２，２３はロッドＲの回転に伴う両ピン３０，３１の圧接により収縮されて共に弾性変形する。すると、両コイルバネ２２，２３は、徐々に収縮していく。そして、両コイルバネ２２，２３の収縮に伴い、両ハンド部材３２，３３がワークＷに若干圧接する。なお、この時点での両ハンド部材３２，３３によるワークＷのクランプ力はワークＷを適切にクランプできるだけのクランプ力に達していない。

このとき、両コイルバネ２２，２３の一端がバネ固定片１５ａ，１７ａにそれぞれ固定されているため、両コイルバネ２２，２３の他端、即ち自由端は互いに離間していく。その結果、図３に示すように、第１及び第２コイルバネ２２，２３の自由端に設けられた第１及び第２ガイドリング２０，２１が、装置本体１２の軸方向中央部から離間する方向へ移動し、第１ガイドリング２０と第２ガイドリング２１とが互いに離間する。

両ガイドリング２０，２１が互いに離間すると、磁気センサ３４が両マグネットＭからの磁気の変化（消失）を検出し、ＣＰＵ４１に磁気消失検出信号を出力する。ＣＰＵ４１は、磁気消失検出信号を入力すると、ステッピングモータ２４を減速させつつ正方向へ所定量回転させるパルス信号をドライバ４２からステッピングモータ２４に出力させる。そして、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を正方向へ所定量回転させるパルス信号をドライバ４２から出力させた後、ドライバ４２からの信号出力を停止させ、ステッピングモータ２４を停止させるとともにワークＷに対する圧接を終了させる。その結果、磁気消失検出信号の入力時点からステッピングモータ２４が正方向へ所定量回転すると、ロッドＲがさらに回転するとともに、第１及び第２コイルバネ２２，２３が回転し、その回転に伴いコイルバネ２２，２３が圧縮され、ワークＷに対する両ハンド部材３２，３３のクランプ力が増大する。よって、クランプ装置１１によってワークＷのクランプが可能になる。ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を停止させると、即ち圧接終了となると、上位制御装置４３に圧接動作の完了信号を出力する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）両ハンド部材３２，３３がワークＷに若干圧接し、両コイルバネ２２，２３が収縮したことが磁気センサ３４により検出されると、その検出を契機に、即ち磁気センサ３４の検出結果に基づき、制御装置４０のＣＰＵ４１により、ステッピングモータ２４を所定回転数だけ正方向へ回転させた後、ステッピングモータ２４が停止される。したがって、クランプ装置１１は、事前にワークＷについての情報をプログラムすることもなく、簡単な構成でワークＷのクランプを的確に行うことができる。

（２）クランプ装置１１によれば、ワークＷの寸法毎にステッピングモータ２４の回転数を変更するようなプログラムでクランプ装置１１を制御したり、ワークＷの寸法毎のプログラムをクランプ装置１１に記憶させる必要もなく、さらには、ワークＷの寸法毎にそのデータを入力する必要もない。よって、本実施形態のクランプ装置１１は、システム構成が非常に簡単になる。

（３）制御装置４０のＣＰＵ４１は、磁気消失検出信号の入力を契機にステッピングモータ２４を所定回転数だけ正方向へ回転させ、停止させた後に、圧接動作の完了信号を上位制御装置４３に出力する。よって、上位制御装置４３は、ワークＷの有無の確認及び両ハンド部材３２，３３がワークＷを確実にクランプできたことを検出することができる。

（４）クランプ装置１１はディップスイッチ４４を備え、このディップスイッチ４４によりステッピングモータ２４に出力する回転数、回転速度、回転加速度等の各種信号のパルス数を簡単に設定、変更することができる。よって、ディップスイッチ４４を採用することで、両ハンド部材３２，３３によるワークＷのクランプ力及び作動速度を簡単に設定、変更することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るクランプ装置ついて図４及び図５にしたがって説明する。以下に説明する実施形態は、既に説明した実施形態と同一構成について同一符号を付すなどしてその重複する説明を省略又は簡略する。

図４に示すように、第２の実施形態のクランプ装置７１は、第１の実施形態と同様の構成に加え、第２調節装置としてのディップスイッチ４５を備えている。具体的には、制御装置４０のドライバ４２には、ディップスイッチ４５が電気的に接続され、このディップスイッチ４５を用いて、ドライバ４２から出力されるパルス信号のパルス数が変更可能になっている。ディップスイッチ４５によってパルス数を変更することにより、ワークＷに対する第１及び第２ハンド部材３２，３３の離間開始から離間終了までのステッピングモータ２４の回転量（所定量）、即ち、ワークＷに対する両ハンド部材３２，３３の離間距離が調節可能になっている。

クランプ装置７１は、ワークＷのクランプ解除時に両ハンド部材３２，３３とワークＷの離間距離が適切となるように制御を行う。以下、上位制御装置４３からクランプ解除信号が出力され、磁気センサ３４がマグネットＭの磁気の変化（発生）を検出したときにＣＰＵ４１が行う制御について説明する。

ＣＰＵ４１は、磁気センサ３４からの磁気検出信号を受信すると、その磁気検出信号の入力を契機にステッピングモータ２４を減速させつつ所定量だけ逆方向へ回転させるパルス信号がステッピングモータ２４に出力されるようにドライバ４２を制御する。その後、ＣＰＵ４１は、ドライバ４２からステッピングモータ２４へのパルス信号の出力が停止されるようにドライバ４２を制御する。その結果、磁気検出信号の入力後に、両ハンド部材３２，３３をワークＷから離間させるために、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を減速させつつ逆方向へ所定量だけ回転させる制御、即ち第１及び第２コイルバネ２２，２３を回転させる制御を行った後、ステッピングモータ２４を停止させる制御を行うようになっている。

ＣＰＵ４１が、磁気センサ３４からの磁気検出信号を入力した時点では、第１及び第２ハンド部材３２，３３はワークＷに対する圧接を解除しただけであり、両ハンド部材３２，３３はワークＷに当接した状態である。また、ＣＰＵ４１によりステッピングモータ２４を逆方向へ所定量回転させた時点では、両ハンド部材３２，３３がワークＷから適切な距離だけ離れている。詳細には、両ハンド部材３２，３３は、次のワークＷを短時間でクランプできる距離だけワークＷから離間している。この離間距離は、ディップスイッチ４５で設定される距離であり、クランプ対象となるワークＷの寸法の誤差や、大きさの異なる複数のワークＷをクランプする場合など種々の条件により定められる。

また、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を停止させる制御を行うと、上位制御装置４３に離間動作の完了信号を出力する。

次に、本実施形態におけるクランプ装置の作用について説明する。

クランプ解除時には、上位制御装置４３から制御装置４０のＣＰＵ４１にクランプ解除信号が出力されると、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を逆方向へ回転させるパルス信号がステッピングモータ２４に出力されるようにドライバ４２を制御する。このとき、ステッピングモータ２４の逆方向への回転に伴う両ハンド部材３２，３３の移動は、両ハンド部材３２，３３を原点位置まで移動させる場合と比べて、少なくなる。

すると、ステッピングモータ２４の逆方向への回転により、ロッドＲが逆方向へ回転すると、第１及び第２コイルバネ２２，２３が回転する。両コイルバネ２２，２３の収縮状態が徐々に解除されて伸長していき、両ガイドリング２０，２１が互いに接近するように装置本体１２の軸方向中央部に向けて移動する。

さらに、装置本体１２の軸方向中央で両ガイドリング２０，２１が互いに当接する。このとき、図４に示すように、磁気センサ３４がマグネットＭの磁気の変化（発生）を検出し、ＣＰＵ４１に磁気検出信号を出力する。ＣＰＵ４１は、磁気検出信号を入力すると、ステッピングモータ２４を減速させつつ、逆方向へ所定量回転させるパルス信号をドライバ４２から出力させた後、ドライバ４２からの信号出力を停止させ、ステッピングモータ２４を停止させるとともに両ハンド部材３２，３３のワークＷからの離間を停止させる。
その結果、図５に示すように、磁気検出信号の入力時点からステッピングモータ２４が逆方向へ所定量回転すると、ロッドＲがさらに回転するとともに、第１及び第２コイルバネ２２，２３が回転し、第１ピン３０が、第１コイルバネ２２の回転により第１バネ固定部１５に向けて送り出される。このとき、第１ピン３０は、第１ガイド孔１２ｂにより、第１コイルバネ２２の周方向への回転が規制されつつ装置本体１２の軸方向に沿って直線移動するようにガイドされる。同時に、第２ピン３１が、第２コイルバネ２３の回転により第２バネ固定部１７に向けて送り出される。このとき、第２ピン３１は、第２ガイド孔１２ｃにより、第２コイルバネ２３の周方向への回転が規制されつつ装置本体１２の軸方向に沿って直線移動するようにガイドされる。

そして、第１及び第２コイルバネ２２，２３の回転に伴い、両ハンド部材３２，３３はワークＷから離間した状態で停止する。このとき、第１ハンド部材３２と第２ハンド部材３３とが最も離間している場合（図１に示す状態）に比べ、第１ハンド部材３２と第２ハンド部材３３との間の離間距離が短くなっている。即ち、ワークＷに対して両ハンド部材３２，３３が少しだけ離れて停止している。そして、ＣＰＵ４１は、ステッピングモータ２４を停止させると、即ち離間終了となると、上位制御装置４３に離間動作の完了信号を出力する。

したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態に記載の（１）〜（４）と同様の効果に加え、（５）〜（７）に記載の効果を得ることができる。

（５）また、両ハンド部材３２，３３がワークＷから離間し、両コイルバネ２２，２３の収縮が解除されたことが磁気センサ３４により検出されると、その検出を契機に、即ち磁気センサ３４の検出結果に基づき制御装置４０のＣＰＵ４１により、ステッピングモータ２４を逆方向へ所定回転数だけ回転させた後にステッピングモータ２４が停止される。このため、ワークＷから両ハンド部材３２，３３が離間したときの、第１ハンド部材３２及び第２ハンド部材３３のワークＷからの離間距離が短く、次のワークＷをクランプするときに、第１ハンド部材３２及び第２ハンド部材３３でワークＷを短時間でクランプすることができる。このため、工場内の組み立てラインなどにクランプ装置１１を用いることで、ラインの生産性を向上させることができる。

（６）クランプ装置７１は、クランプ時には、ワークＷのクランプを的確に行うことに加え、クランプ解除時には、ワークＷからの離間距離が適切となるように両ハンド部材３２，３３を停止できる。具体的には、第１及び第２コイルバネ２２，２３が収縮又は収縮解除され、マグネットＭが移動すると、磁気センサ３４によってマグネットＭからの磁気の有無が検出される。その検出に合わせて両ハンド部材３２，３３のワークＷに対する接近又は離間が制御される。したがって、クランプ装置１１は、ワークＷ毎の寸法に対応するために背景技術で説明したクランプ装置のような複雑な構成を必要とせず、第１及び第２コイルバネ２２，２３と、その収縮を検出する磁気センサ３４だけ必要とする。従って、事前にワークＷについての情報をプログラムすることもなく、簡単な構成でワークＷのクランプを的確に行うことができる。

（７）制御装置４０のＣＰＵ４１は、磁気検出信号の入力を契機にステッピングモータ２４を所定回転数だけ逆方向へ回転させ、停止させた後に、離間動作の完了信号を上位制御装置４３に出力する。よって、上位制御装置４３は、両ハンド部材３２，３３がワークＷから離間したことを検出することができる。

（８）クランプ装置７１はディップスイッチ４５を備え、このディップスイッチ４５によりステッピングモータ２４に出力する回転数、回転速度、回転加速度等の各種信号のパルス数を簡単に設定、変更することができる。よって、ディップスイッチ４５を採用することで、両ハンド部材３２，３３のワークＷからの離間距離及び作動速度を簡単に設定、変更することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るクランプ装置ついて図６にしたがって説明する。

図６に示すように、クランプ装置５１において、四角筒状の装置本体５２の左端にはカバー５３が固定されている。装置本体５２の右端には駆動源としてのステッピングモータ５４が固定されている。ステッピングモータ５４の駆動軸５４ａは、装置本体５２内に配置されるとともに、この駆動軸５４ａには連結部材５５が一体回転可能に固定されている。連結部材５５には、コイルバネ５６の右端が固着されるとともに、このコイルバネ５６の左端には円環状をなすガイドリング６３が固定されている。ガイドリング６３の外周面にはマグネットＭが埋設されている。そして、ステッピングモータ５４の正逆両方向への回転に伴いコイルバネ５６とガイドリング６３とが正逆両方向へ回転するようになっている。

コイルバネ５６内には、ロッド５８が挿通されるとともに、このロッド５８は、カバー５３の内周面に固定された軸受５９に摺動可能に支持されている。ロッド５８の右端側には、一対の送りローラ６０がロッド５８の径方向に対向する位置からコイルバネ５６の線材間の隙間に入りこみ、かつ線材に沿うように突設されている。また、ロッド５８において、各送りローラ６０よりも更に右端側の外周面には、マグネットＭが埋設されている。各送りローラ６０は、支軸６１と、この支軸６１に回転可能に支持されたローラ６１ａと、回り止めローラ６１ｂとから形成されている。一対の送りローラ６０は、一方の送りローラ６０におけるローラ６１ａの後端面がコイルバネ５６に常に接触し、他方の送りローラ６０におけるローラ６１ａの前端面が、コイルバネ５６に常に接触する位置に突設されている。そして、本実施形態では、ロッド５８と、一対の送りローラ６０とから移動体が構成されている。

また、装置本体５２内面において、対向する位置それぞれにはガイド部としてのガイド溝５２ａが装置本体５２の軸方向へ直線状に延びるように形成されている。そして、各ガイド溝５２ａ内には、回り止めローラ６１ｂが配置されている。

装置本体５２の外周面には、軸方向に延びるように取付溝５２ｂが形成されるとともに、取付溝５２ｂには、検出部としての磁気センサ６４が取り付けられている。この磁気センサ６４は、取付溝１２ｄの軸方向における任意の位置で固定ねじで固定可能とされる。また、取付溝５２ｂには、原点センサ６５が取り付けられている。この原点センサ６５は磁気センサであり、ロッド５８が没入方向へ移動して連結部材５５に当接すると、ロッド５８の外周面に埋設されたマグネットＭの磁気の変化（発生）を検出し、ロッド５８が原点復帰したことを検出する。このロッド５８が連結部材５５に当接した位置を、クランプ装置５１の原点位置とする。

クランプ装置５１は、第１の実施形態と同様に、クランプ装置５１の駆動を制御する制御装置６８を備えるとともに、この制御装置６８のＣＰＵ６７にはドライバ６６が電気的に接続されている。また、制御装置６８のＣＰＵ６７は、上位制御装置６９に電気的に接続されるとともに、上記磁気センサ６４及び原点センサ６５はＣＰＵ６７に電気的に接続されている。磁気センサ６４は、コイルバネ５６の収縮に伴いガイドリング６３に埋設されたマグネットＭが近づくと磁気の変化（発生）を検出し、ＣＰＵ６７に磁気検出信号を出力する。また、磁気センサ６４は、コイルバネ５６の収縮解除に伴いガイドリング６３に埋設されたマグネットＭが離間すると磁気の変化（消失）を検出し、ＣＰＵ６７に磁気消失検出信号を出力する。

次に本実施形態におけるクランプ装置５１の作用について説明する。

さて、クランプ装置５１におけるロッド５８の前方にワークＷが配置された状態とする。そして、ロッド５８がクランプ装置５１に没入し、クランプ装置５１が原点位置に配置された状態において、上位制御装置６９から制御装置６８のＣＰＵ６７にクランプ開始信号が出力されると、ＣＰＵ６７は、ドライバ６６に対し、ステッピングモータ５４を正方向へ回転させるパルス信号を出力するようにドライバ６６を制御する。

ステッピングモータ５４がドライバ６６からのパルス信号を受けると、ステッピングモータ５４の正方向への回転により、コイルバネ５６が正方向へ回転する。すると、送りローラ６０が、コイルバネ５６の回転により装置本体５２から突出する方向へ送り出される。このとき、送りローラ６０は、回り止めローラ６１ｂがガイド溝５２ａに摺接することにより、装置本体５２の軸方向に沿って直線移動する。

そして、送りローラ６０に一体のロッド５８もワークＷに向けて直線移動する。

ロッド５８の先端がワークＷに当接し、送りローラ６０の移動が規制された状態で、ステッピングモータ５４の駆動が継続されると、コイルバネ５６はロッド５８の回転に伴う送りローラ６０の圧接により収縮されて弾性変形する。すると、コイルバネ５６は、徐々に収縮されていく。そして、コイルバネ５６の収縮に伴い、ガイドリング６３がコイルバネ５６の収縮する方向へ移動するとともに、ロッド５８がワークＷに対し圧接する。

コイルバネ５６の収縮に伴い、ガイドリング６３がコイルバネ５６の収縮する方向へ移動し、ガイドリング６３が磁気センサ６４に近づくと、磁気センサ６４はマグネットＭの磁気の変化（発生）を検出し、ＣＰＵ６７に磁気検出信号を出力する。すると、ＣＰＵ６７は、磁気検出信号の入力を契機にドライバ６６を制御して、ステッピングモータ５４を正方向へ所定量回転させた後、ステッピングモータ５４を停止させ、ワークＷに対する圧接を終了させる。そして、磁気検出信号の入力時点からステッピングモータ５４が正方向へ所定量回転すると、コイルバネ５６がさらに回転し、その回転に伴いロッド５８のワークＷに対するクランプ力が発生する。その結果、ロッド５８によりワークＷが適切にクランプされる。

ＣＰＵ６７は、ステッピングモータ５４を停止させる制御を行うと、上位制御装置６９に圧接動作の完了信号を出力する。そして、クランプ解除時には、上位制御装置６９からＣＰＵ６７にクランプ解除信号が出力されると、ＣＰＵ６７は、ドライバ６６を制御して、ステッピングモータ５４に逆方向へ回転させるパルス信号をドライバ６６に出力させる。ステッピングモータ５４がパルス信号を受けると、ステッピングモータ５４の逆方向への回転により、コイルバネ５６が逆方向へ回転すると、コイルバネ５６の収縮状態が徐々に解除されて伸長していく。

そして、コイルバネ５６の収縮解除に伴い、ガイドリング６３がコイルバネ５６の磁気センサ６４から離間すると、磁気センサ６４はマグネットＭの磁気の変化（消失）を検出し、ＣＰＵ６７に磁気消失検出信号を出力する。すると、ＣＰＵ６７は、磁気消失検出信号の入力を契機にドライバ６６を制御して、ステッピングモータ５４を逆方向へ所定量回転させた後、ステッピングモータ５４を停止させ、離間を終了させる。磁気消失検出信号の入力時点からステッピングモータ５４が逆方向へ所定量回転すると、コイルバネ５６がさらに回転し、コイルバネ５６の回転に伴い送りローラ６０が装置本体５２への没入方向へ送り出される。送りローラ６０の移動に伴い、ロッド５８もワークＷから離間する方向へ直線移動し、ワークＷのクランプ状態が解除される。

このとき、ロッド５８とワークＷとの間の離間距離は、ロッド５８が原点位置に位置している場合と比べ、短くなっている。

ＣＰＵ６７は、ステッピングモータ５４を停止させる制御を行うと、上位制御装置６９に離間動作の完了信号を出力する。そして、クランプ開始時には、上位制御装置６９からＣＰＵ６７にクランプ開始信号が出力されると、ＣＰＵ６７は、ドライバ６６を制御して、ステッピングモータ５４に正方向へ回転させるパルス信号をドライバ６６に出力させる。

したがって、第３の実施形態によれば、各実施形態に記載の（２）〜（４），（７），（８）と同様の効果に加え、以下に記載の効果を得ることができる。

（９）ロッド５８がワークＷに当接し、コイルバネ５６が収縮したことが磁気センサ６４により検出されると、その検出を契機に、ＣＰＵ６７により、ステッピングモータ５４を所定回転数だけ回転させ、その後、停止させるようにステッピングモータ５４が制御される。したがって、クランプ装置５１は、ワークＷ毎の寸法に対応するために背景技術に記載のクランプ装置のような複雑な構成を必要とせず、コイルバネ５６と、その収縮を検出する磁気センサ６４だけで足り、簡単な構成でワークＷの寸法に関係なくワークＷのクランプを的確に行うことができる。

（１０）ロッド５８がワークＷへのクランプを解除したことが磁気センサ６４により検出されると、その検出を契機に、ＣＰＵ６７により、ステッピングモータ５４を所定回転数だけ回転させ、その後停止させるようにステッピングモータ５４が制御される。したがって、ロッド５８は、ワークＷとの離間距離が次のワークＷを短時間でクランプできる位置で停止する。このため、短時間でワークＷをクランプすることができ、工場内の組み立てラインにクランプ装置５１を用いることで、ラインの生産性を向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・ 各実施形態において、各パルス信号は、ディップスイッチ４４，４５により生成されるが、他の方式でパルス信号が生成されてもよい。

・ 各実施形態において、ステッピングモータ２４，５４を所定回転数だけ回転させ、停止させた後、ＣＰＵ４１，６７は圧接動作及び離間動作の完了信号を上位制御装置４３，６９に出力するようにしたが、この完了信号の出力は省略されてもよい。

・ 各実施形態では、上位制御装置４３，６９及び制御装置４０，６８はクランプ装置１１，５１，７１とは別体とされているが、上位制御装置４３，６９及び制御装置４０，６８がクランプ装置１１，５１に一体化されてもよい。

・ 各実施形態において、各コイルバネ２２，２３，５６のピッチは不等ピッチに変更されてもよい。

・ 各実施形態において、ステッピングモータ２４，５４の代わりにＡＣモータ、サーボモータ、エアモータ、内燃機関などの駆動源が用いられてもよい。

・ 第１及び第２の実施形態において、ステッピングモータ２４の駆動軸２５に歯車を取り付けるとともに、ロッドＲにおける第２バネ固定部１７に歯車を取り付け、両歯車を噛合させることにより、ステッピングモータ２４の回転がロッドＲに伝達されてもよい。

・ 各実施形態において、磁気センサ３４，６４に代わる他の検出器、例えば、光センサが用いられてもよい。

・ 第１及び第２の実施形態では、磁気センサ３４により、両コイルバネ２２，２３の収縮に伴う端部（両ガイドリング２０，２１）の移動が検出されるが、磁気センサ３４は、各コイルバネ２２，２３の端部以外の部位を検出してもよい。

・ 各実施形態において、ディップスイッチ４４，４５の代わりにロータリスイッチや押しボタンなどの調節装置が採用されてもよい。

・ 第１及び第２の実施形態において、磁気センサ３４は、第１又は第２ガイドリング２０，２１に埋設されるマグネットＭのうちいずれか一方の磁気を検出するようにしてもよい。

・ 第１及び第２の実施形態において、両ハンド部材３２，３３が１つのコイルバネを用いて駆動されてもよい。この場合、リンク機構や伝達機構を用いて、一つのコイルバネの動作により、両ハンド部材３２，３３が駆動される。

・ 第１及び第２の実施形態において、制御装置４０は、両ハンド部材３２，３３がワークＷに対して圧接及び離間を行うようにクランプ装置１１，７１を制御したが、ワークＷを支持するようにクランプ装置１１を制御してもよい。例えば、クランプ装置１１，７１によって、細長いワークＷを倒れないように支持する場合、図４に示すように、両ハンド部材３２，３３が、ワークＷに当接している状態で停止するようにクランプ装置１１が制御されてもよい。

・ 各実施形態において、圧接開始から圧接終了までのステッピングモータ２４，５４の駆動量は一定の回転量により定めたが、ワークＷに与えるクランプ力により決定されてもよい。即ち、大きさの異なるワークＷに対して、同一のクランプ力を与えるようにステッピングモータ２４，５４の駆動量が設定されてもよい。

・ 第３の実施形態において、一対の送りローラ６０を用いたが、単数の送りローラ６０を用いてもよい。

・ 各実施形態において、クランプ装置１１，５１，７１は、ワークＷの大きさや、離間時の作動速度や、加速度など、事前にプログラムした動作と組み合わせて制御されてもよい。

Claims (7)

1. ワークをクランプするクランプ装置であって、
   装置本体と、
   前記装置本体に設けられた収縮可能なコイルバネと、
   前記コイルバネの固定端を介して前記コイルバネを回転させる駆動源と、
   前記コイルバネの回転によって前記ワークに対して接近又は離間する方向へ移動する移動体と、
   前記コイルバネの回転に伴う前記移動体の回転を規制し直線移動させるガイド部と、
   前記コイルバネの自由端において前記コイルバネが収縮しているか否かを検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果に基づき、前記移動体を前記ワークに接近又は離間させる方向へ移動するように前記コイルバネを回転させるべく前記駆動源を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記移動体は、前記コイルバネの自由端と固定端との間において前記コイルバネの線材間に挿入されるとともに前記コイルバネの回転に伴って前記コイルバネの軸線方向に沿って移動するピンを有することを特徴とするクランプ装置。
2. 前記制御装置は、前記検出部による前記コイルバネの収縮検出を契機に、前記移動体を前記ワークに圧接させるように前記コイルバネを回転させるべく前記駆動源を制御することを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記制御装置には、前記移動体の動作に係る指令を前記制御装置に出力する上位制御装置が電気的に接続され、前記制御装置は、前記移動体が前記ワークに圧接完了すると、前記上位制御装置に完了信号を出力する請求項２に記載のクランプ装置。
4. 前記ワークに対する前記移動体の圧接開始から圧接終了までの前記駆動源の駆動量を調節するための第１調節装置を備える請求項２又は請求項３に記載のクランプ装置。
5. 前記制御装置は、前記移動体を前記ワークから離間させる方向へ前記コイルバネを回転させるべく前記駆動源を制御するとともに、前記コイルバネの収縮解除を契機に、前記駆動源を所定量駆動させた後に停止させることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
6. 前記制御装置には、前記移動体の動作に係る指令を前記制御装置に出力する上位制御装置が電気的に接続され、前記制御装置は、前記移動体が前記ワークから離間完了すると、前記上位制御装置に完了信号を出力する請求項５に記載のクランプ装置。
7. 前記ワークに対する前記移動体の離間開始から離間終了までの前記駆動源の駆動量を調節するための第２調節装置を備える請求項５又は請求項６に記載のクランプ装置。

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