JP5605217B2 - クランプシリンダ - Google Patents

Description

本発明は、ワーク等の対象物をテーブル等に固定するために用いられるクランプシリンダに関する。

クランプシリンダは、ピストンを収容するシリンダ本体と、そのシリンダ本体から突出し、空圧や油圧等によって伸縮動作するピストンロッドと、ピストンロッドの伸縮動作に伴ってクランプ／アンクランプ動作するクランプアームとを備えたものが知られている。例えば特許文献１には、シリンダ本体を閉塞してピストンロッドを保持するロッドカバーにクランプアームを揺動可能に軸着し、クランプアームの一方の揺動端をピストンロッドに係合させることで、ピストンロッドの伸縮動作に応じたクランプアームの揺動を得るようにした構造が開示されている。特にここでは、バネによって突出付勢されるピストンロッドとクランプアームとの互いの係合面を面取りした傾斜面とすることでクサビ効果を発生させ、駆動源からの圧力が解除されてもクランプアームによるクランプ状態が維持される保持手段が具備されている。

特開２０１０−１７９４２９号公報

しかし、クランプ／アンクランプ動作を繰り返し行うと、ピストンロッドとクランプアームとの係合面において摩擦力の低下が生じ、クランプ時の反力に耐えられなくなってピストンロッドがアンクランプ方向に押され、保持手段の具備にかかわらずクランプアームが緩んでしまうという問題があった。

そこで、本発明は、保持手段によって保持されたクランプ状態でのクランプアームの緩みを効果的に防止できるクランプシリンダを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ピストンロッドを保持手段によるクランプアームとの係合位置に付勢する付勢手段を設ける一方、クランプアームのアンクランプ位置で圧力流体の供給を停止してもピストンロッドを付勢手段の付勢に抗して収縮状態に維持する収縮維持手段を備え、付勢手段を、シリンダ本体内でピストンとシリンダ本体との間に設けられ、両端部がピストンとシリンダ本体とにそれぞれ形成された孔部に遊挿するコイルバネとし、収縮維持手段を、各孔部の開口にそれぞれ同軸で組み込まれてコイルバネが遊挿し、ピストンロッドの収縮状態で互いに吸着力を発生させるリング状の磁石としたことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、ピストンとシリンダ本体との間に、ピストンロッドが保持手段によるクランプアームとの係合位置となるシリンダ本体内の摺動位置にピストンを保持する第２の保持手段を備え、第２の保持手段を、ピストンとシリンダ本体とにそれぞれ組み込まれてピストンの摺動位置で互いに吸着力を発生させる磁石として、シリンダ本体の軸心にガイド軸を形成する一方、ピストンにガイド軸が遊挿するガイド孔を形成して、磁石を、ガイド軸の外周とガイド孔の内周とにそれぞれ同軸で組み込まれるリング状としたことを特徴とするものである。

請求項１及び２に記載の発明によれば、保持手段によって保持されたクランプ状態でのクランプアームの緩みを効果的に防止可能となる。
請求項１に記載の発明によれば、上記効果に加えて、付勢手段の付勢に抗したピストンロッドの収縮状態の維持が簡単且つ確実に行える。また、付勢手段や収縮維持手段がコンパクトに形成できる。
請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加えて、ピストンの摺動位置での保持が簡単且つ確実に行える。また、第２の保持手段がコンパクトに形成可能となる。

形態１のクランプシリンダの説明図で、（Ａ）が平面、（Ｂ）が背面、（Ｃ）が側面をそれぞれ示す。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 形態２のクランプシリンダの断面図である。 図４のＢ部拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［形態１］
図１，２にクランプシリンダの一例を示す。このクランプシリンダ１は、工作機械のテーブル等に設置されるロッドカバー２の下面に、筒状のシリンダチューブ３と、その下面を閉塞するヘッドカバー４とをボルト５で固定して、内部にシリンダ室６を形成している。このシリンダチューブ３とヘッドカバー４とがシリンダ本体となる。シリンダ室６には、ピストン７が図２の上下方向へ移動可能に設けられて、その上部へ一体に形成されたピストンロッド８が、ロッドカバー２を貫通して上方へ突出している。また、ロッドカバー２の上部後方（図１（Ａ）（Ｃ）の右側を前方とする。）には、ピストンロッド８の後方側面に当接してピストンロッド８の伸縮動作をガイドする保持部９が形成されている。１０は、ロッドカバー２におけるピストンロッド８の貫通部上面に設けられたダストシール、１１は潤滑剤保持リングである。

さらに、ロッドカバー２の上部前方には、上向きに連結部１２が形成され、連結部１２の上端にクランプアーム１３が連結されている。このクランプアーム１３は、下向きの端部が左右方向の揺動軸１４によって前後方向へ揺動可能に軸着される倒Ｌ字状で、前方へ突出する端部には、当該端部を貫通して下端を下方へ突出させたクランプボルト１５が螺合されている。
また、ピストンロッド８の上部には、軸１６によって左右一対の第１リンク１７，１７が回転可能に軸着され、第１リンク１７，１７の上端には、第２リンク１８，１８の一端がピン１９によって夫々回転可能に連結されている。この第２リンク１８，１８の他端は、クランプアーム１３における揺動軸１４の上方部位に、ピン２０によって回転可能に連結されている。

ピストンロッド８の上端前面には、上方へ行くに従って後退する傾斜状のクサビ面２１と、そのクサビ面２１の上端から連続し、クサビ面２１よりも傾斜角度が大きい面取部２２とが形成されている。対するクランプアーム１３の上端後面には、揺動軸１４と平行な軸を中心とした円弧軌跡に沿って膨出する曲面部２３が形成されている。ピストンロッド８が伸長した際には、この曲面部２３にクサビ面２１が当接することで、クランプアーム１３が前方へ押圧されて右回転することになる。

一方、ピストン７及びピストンロッド８の軸心には、図３にも示すように、下面がシリンダ室６内に開口する孔部としての軸孔２４が形成されて、軸孔２４の開口に、内径が軸孔２４と同径となるリング状の上磁石２５が、上がＮ極、下がＳ極となる向きで同軸で組み込まれている。
また、ヘッドカバー４の軸心には、上面がシリンダ室６内に開口する孔部としての保持孔２６が形成されて、この保持孔２６の開口に、上磁石２５と同じ内外径を有するリング状の下磁石２７が、極性を上磁石２５と同じ向き（上がＮ極、下がＳ極）として同軸で組み込まれている。この上磁石２５と下磁石２７とが、ピストン７がヘッドカバー４に当接する下死点に位置すると互いに吸着力を発生させる収縮維持手段となっている。

さらに、ピストン７とヘッドカバー４との間には、付勢手段としてのコイルバネ２８が、上端を上磁石２５を介して軸孔２４内に、下端を保持孔２６の下磁石２７内にそれぞれ遊挿した状態で介在されて、ピストン７に上方への付勢力を付加している。但し、ピストン７の下死点での上磁石２５と下磁石２７との吸着力は、コイルバネ２８の付勢力よりも大きく設定されていることから、シリンダ室６に圧力流体を供給しないピストン７の下死点では、コイルバネ２８の付勢にかかわらず下死点位置が保持可能となっている。

以上の如く構成されたクランプシリンダ１においては、ワークがセットされる工作機械のテーブル等の上面にロッドカバー２の下面が当接する状態で固定されると共に、ロッドカバー２の背面に設けた押し側ポート２９と引き側ポート３０とに図示しない配管を介して圧力流体（油又は空気等）の駆動源が接続される。よって、駆動源から押し側ポート２９を介してピストン７下側のシリンダ室６に圧力流体が供給されると、図２，３に実線で示すようにピストン７が上死点に上昇してピストンロッド８が伸長し、前述のように下側のクサビ面２１がクランプアーム１３の曲面部２３に当接して、クランプアーム１３を前方へ回転させる。よって、前端のクランプボルト１５がワークの上面に当接してワークをクランプする。

このとき、クランプアーム１３を介してピストンロッド８には後方への反力が加わるが、保持部９によって後方への移動が規制されているため、クランプアーム１３は安定状態でワークをクランプできる。このクランプ状態では、保持部９とクランプアーム１３の曲面部２３との間に、クサビ面２１を有したピストンロッド８の上端が圧入される格好となるため、いわゆるクサビ効果が発生し、駆動源からの圧力の供給が絶たれるようなことがあっても、クランプアーム１３によるクランプ状態は維持される。これらの保持部９、クサビ面２１、曲面部２３がクランプ位置の保持手段となる。

一方、ワークのクランプを解除する（アンクランプする）場合、駆動源から引き側ポート３０を介してピストン７上側のシリンダ室６に圧力流体を供給すると、図２，３に二点鎖線で示すようにピストン７が下死点に下降してピストンロッド８が収縮し、クサビ面２１によるクランプアーム１３の曲面部２３の押圧を解除する。クランプアーム１３は第１、第２リンク１７，１８を介してピストンロッド８と連結されているので、ピストンロッド８の下降に連れて左回転し、クランプアーム１３は曲面部２３がピストンロッド８の面取部２２に当接する位置に達する。よって、ワークの取出や交換が可能となる。

そして、このクランプ／アンクランプ動作の繰り返しにより、クサビ面２１と曲面部２３との摩擦力に低下が生じても、ピストンロッド８はコイルバネ２８によって上昇側（クランプ側）へ付勢されているので、クランプ時の反力に対抗でき、クランプアーム１３に緩みが生じない。
一方、アンクランプ時には、上磁石２５と下磁石２７との吸着によってピストン７の下死点位置が保持されるため、コイルバネ２８を設けてもピストンロッド８が伸長するおそれはない。

このように、上記形態１のクランプシリンダ１によれば、ピストンロッド８を保持手段によるクランプアーム１３との係合位置に付勢する付勢手段（コイルバネ２８）を設ける一方、クランプアーム１３のアンクランプ位置で圧力流体の供給を停止してもピストンロッド８をコイルバネ２８の付勢に抗して収縮状態に維持する収縮維持手段（上磁石２５及び下磁石２７）を備えたことで、保持手段によって保持されたクランプ状態でのクランプアーム１３の緩みを効果的に防止可能となる。

特にここでは、付勢手段を、シリンダ本体内でピストン７とヘッドカバー４との間に設けられ、両端部がヘッドカバー４とピストン７とにそれぞれ形成された軸孔２４及び保持孔２６に遊挿するコイルバネ２８とし、収縮維持手段を、軸孔２４及び保持孔２６の開口にそれぞれ同軸で組み込まれてコイルバネ２８が遊挿し、ピストンロッド８の収縮状態で互いに吸着力を発生させるリング状の上磁石２５及び下磁石２７としたことで、コイルバネ２８の付勢に抗したピストンロッド８の収縮状態の維持が簡単且つ確実に行える。また、付勢手段や収縮維持手段がコンパクトに形成できる。

なお、孔部である軸孔や保持孔の深さは上記形態１に限らないし、ピストンのストロークによっては孔部を省略し、突出状態で設けたリング状の磁石間にコイルバネの端部をそれぞれ遊挿させてもよい。
但し、コイルバネはピストンの軸心に設ける場合に限らず、軸心を挟んだ点対称位置に複数配置したりしてもよいし、シリンダ本体内に限らず、例えばロッドカバーの上面とピストンロッドの側面に設けた突出片との間に設ける等、シリンダ本体の外部に設けることも可能である。また、引張バネや板バネ等の他の付勢手段を採用しても差し支えない。

さらに、上記形態１ではピストンの下面とヘッドカバーの上面とに磁石をそれぞれ設けているが、ピストンの摺動に支障なければピストンの外周とシリンダ本体の内周とにリング状の磁石をそれぞれ設けてもよい。勿論磁石はリング状に限らず、ピストンとシリンダ本体とにそれぞれ複数の磁石を設けて吸着させることは可能である。

［形態２］
次に、本発明の他の形態を説明する。但し、形態１と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
図４，５に示すクランプシリンダ１Ａにおいては、コイルバネが設けられず、ヘッドカバー４の上面中央にガイド軸３１が同軸で突設される一方、ピストン７及びピストンロッド８に、ガイド軸３１が遊挿してピストン７の上下動を許容するガイド孔３２が形成されている。このガイド孔３２の下端に、内径がガイド孔３２と同径となるリング状の外磁石３３が、上がＮ極、下がＳ極となる向きでガイド孔３２と同軸で組み込まれている。

また、ガイド軸３１の上端には、ピストンロッド８がクランプアーム１３と係合するピストン７の摺動位置で外磁石３３の内側に位置する内磁石３４が、上端が内磁石３４と同径のフランジ３６を有する押さえネジ３５によって固着されている。この内磁石３４は、上側がＳ極、下側がＮ極となるリング状で、ピストン７の当該摺動位置で外磁石３３から軸方向長さの略半分ずれた上方に位置するようになっている。これにより、第２の保持手段としての外磁石３３と内磁石３４との間に吸着力が発生して外磁石３３が上方へ引っ張られる格好となり、ピストンロッド８のクランプアーム１３との係合位置が保持されることになる。

以上の如く構成されたクランプシリンダ１Ａにおいては、駆動源から押し側ポート２９を介してピストン７下側のシリンダ室６に圧力流体が供給されると、図４，５に実線で示すようにピストン７が上昇してピストンロッド８が伸長し、下側のクサビ面２１がクランプアーム１３の曲面部２３に当接してクランプアーム１３を前方へ回転させる。よって、前端のクランプボルト１５がワークの上面に当接してワークをクランプする。このクランプ状態では、保持部９とクランプアーム１３の曲面部２３との間にピストンロッド８の上端が圧入されてクサビ効果が発生し、駆動源からの圧力の供給が絶たれるようなことがあっても、クランプアーム１３によるクランプ状態は維持される。

一方、ワークのクランプを解除する（アンクランプする）場合、駆動源から引き側ポート３０を介してピストン７上側のシリンダ室６に圧力流体を供給すると、図４，５に二点鎖線で示すように外磁石３３と内磁石３４との吸着力に抗してピストン７が下死点に下降してピストンロッド８が収縮し、クサビ面２１によるクランプアーム１３の曲面部２３の押圧を解除する。クランプアーム１３は第１、第２リンク１７，１８を介してピストンロッド８と連結されているので、ピストンロッド８の下降に連れて左回転し、クランプアーム１３は曲面部２３がピストンロッド８の面取部２２に当接する位置に達する。よって、ワークの取出や交換が可能となる。

そして、このクランプ／アンクランプ動作の繰り返しにより、クサビ面２１と曲面部２３との摩擦力に低下が生じても、ピストンロッド８は外磁石３３と内磁石３４との吸着によってクランプアーム１３との係合位置に保持されているので、クランプ時の反力に対抗でき、クランプアーム１３に緩みが生じない。

このように、上記形態２のクランプシリンダ１Ａにおいても、ピストン７とシリンダ本体との間に、ピストン７を、ピストンロッド８が保持手段によるクランプアーム１３との係合位置となるシリンダ本体内での摺動位置に保持する第２の保持手段（外磁石３３及び内磁石３４）を備えたことで、保持手段によって保持されたクランプ状態でのクランプアーム１３の緩みを効果的に防止可能となる。

特にここでは、第２の保持手段を、ピストン７とシリンダ本体とにそれぞれ組み込まれてピストン７の当該摺動位置で互いに吸着力を発生させる外磁石３３及び内磁石３４としたことで、ピストン７の当該摺動位置での保持が簡単且つ確実に行える。
また、ヘッドカバー４の軸心にガイド軸３１を形成する一方、ピストン７にガイド軸３１が遊挿するガイド孔３２を形成して、磁石を、ガイド軸３１の外周とガイド孔３２の内周とにそれぞれ同軸で組み込まれるリング状の外磁石３３及び内磁石３４としたことで、第２の保持手段がコンパクトに形成可能となる。

なお、上記形態２においても、磁石はピストンの外周とシリンダ本体の内周とに設けたり、リング状とせずそれぞれに複数設けたりしてもよい。

そして、上記形態１，２に共通して、ピストンとシリンダ本体との双方に磁石を設けているが、何れか一方を磁性体に代えてもよい。
また、シリンダ本体はシリンダチューブとロッドカバー及びヘッドカバーとの３部材からなる構成に限らず、例えばシリンダチューブがヘッドカバーと一体となる有底のシリンダ本体にロッドカバーが閉塞される等の他の構造であっても差し支えない。

１，１Ａ・・クランプシリンダ、２・・ロッドカバー、３・・シリンダチューブ、４・・ヘッドカバー、６・・シリンダ室、７・・ピストン、８・・ピストンロッド、１３・・クランプアーム、１５・・クランプボルト、２１・・クサビ面、２２・・面取部、２３・・曲面部、２４・・軸孔、２５・・上磁石、２６・・保持孔、２７・・下磁石、２８・・コイルバネ、３１・・ガイド軸、３２・・ガイド孔、３３・・外磁石、３４・・内磁石、３５・・押さえネジ。

Claims (2)

1. ピストンを収容するシリンダ本体と、そのシリンダ本体から突出し、前記シリンダ本体への圧力流体の供給によって伸縮動作するピストンロッドと、前記シリンダ本体へクランプ位置とアンクランプ位置との間で揺動可能に連結され、前記ピストンロッドの伸長動作に伴って前記クランプ位置へ、収縮動作に伴って前記アンクランプ位置へそれぞれ回転するクランプアームと、前記クランプ位置で前記ピストンロッドの伸長動作への前記圧力流体の供給を停止しても前記ピストンロッドとクランプアームとの係合によって前記クランプアームのクランプ位置を保持させる保持手段と、を含んでなるクランプシリンダであって、
   前記ピストンロッドを前記保持手段による前記クランプアームとの係合位置に付勢する付勢手段を設ける一方、
   前記クランプアームのアンクランプ位置で前記圧力流体の供給を停止しても前記ピストンロッドを前記付勢手段の付勢に抗して収縮状態に維持する収縮維持手段を備え、
   前記付勢手段を、前記シリンダ本体内で前記ピストンとシリンダ本体との間に設けられ、両端部が前記ピストンとシリンダ本体とにそれぞれ形成された孔部に遊挿するコイルバネとし、
   前記収縮維持手段を、各前記孔部の開口にそれぞれ同軸で組み込まれて前記コイルバネが遊挿し、前記ピストンロッドの収縮状態で互いに吸着力を発生させるリング状の磁石としたことを特徴とするクランプシリンダ。
2. ピストンを収容するシリンダ本体と、そのシリンダ本体から突出し、前記シリンダ本体への圧力流体の供給によって伸縮動作するピストンロッドと、前記シリンダ本体へクランプ位置とアンクランプ位置との間で揺動可能に連結され、前記ピストンロッドの伸長動作に伴って前記クランプ位置へ、収縮動作に伴って前記アンクランプ位置へそれぞれ回転するクランプアームと、前記クランプ位置で前記ピストンロッドの伸長動作への前記圧力流体の供給を停止しても前記ピストンロッドとクランプアームとの係合によって前記クランプアームのクランプ位置を保持させる保持手段と、を含んでなるクランプシリンダであって、
   前記ピストンとシリンダ本体との間に、前記ピストンロッドが前記保持手段による前記クランプアームとの係合位置となる前記シリンダ本体内の摺動位置に前記ピストンを保持する第２の保持手段を備え、
   前記第２の保持手段を、前記ピストンとシリンダ本体とにそれぞれ組み込まれて前記ピストンの前記摺動位置で互いに吸着力を発生させる磁石として、
   前記シリンダ本体の軸心にガイド軸を形成する一方、前記ピストンに前記ガイド軸が遊挿するガイド孔を形成して、前記磁石を、前記ガイド軸の外周とガイド孔の内周とにそれぞれ同軸で組み込まれるリング状としたことを特徴とするクランプシリンダ。

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