JP6617021B2 - 異常状態の検出機構付きクランプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、異常状態を検出する機構を付設したクランプ装置に関する。

この種のクランプ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特開２０１４−８５９８号公報）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。
ハウジングに挿入された筒状の支持部材が、クランプ対象物の孔に嵌合可能な係合部材を下方から支持する。ハウジングの下部にピストンが上下方向に移動可能に挿入される。そのピストンに連結されたクランプロッドが支持部材に挿入される。その係合部材に、クランプロッドの上端部に形成された楔面が上方から楔係合する。ハウジングの上壁とピストンとの間に環状の仕切り壁が保密状に設けられる。その仕切り壁とハウジングの上壁との間に弁機構の弁部材が上下方向へ移動可能に設けられる。その弁部材が、ハウジングの上壁に連通された加圧エアの供給口を閉弁するように上方へ付勢されている。
そして、クランプ対象物が未搬入の状態またはクランプロッドや係合部材が破損した状態等の異常状態で、クランプ装置をロック駆動した場合には、クランプロッド及びピストンが下限位置へ下降する。これにより、そのクランプロッドの側壁に設けられた操作部が、弁部材の右端部に設けられた被操作部を介して弁機構を開弁操作する。その結果、上記の異常状態が弁機構によって検知される（特許文献１の図１３Ａおよび図１３Ｂを参照）。

特開２０１４−８５９８号公報

上記の従来技術は、次の点で改良の余地が残されていた。
上記のハウジングとピストンとの間に弁部材と環状の仕切り壁とが上下方向に並べて設けられる必要がある。このため、ハウジングの背丈が高くなり、クランプ装置の全体がさらに大形になる。
本発明の目的は、異常状態の検出機能付きクランプ装置を小形に造ることにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図３に示すように、異常状態の検出機能付きクランプ装置を次のように構成した。
クランプ対象物２６の孔２６ａに挿入される係合部材２７が、当該孔２６ａの内周面に嵌合可能となっている。前記係合部材２７を支持機構３８が所定の力で先端方向へ押す。前記係合部材２７の内周に先端側から係合される楔部２５をクランプロッド２０が有する。そのクランプロッド２０をピストン１０が当該クランプロッド２０の軸心方向に沿って移動させる。前記クランプロッド２０とピストン１０とがハウジング１に設けられる。前記ハウジング１に形成された加圧エアの供給路５８を弁機構５５が開弁または閉弁する。その弁機構５５は、前記ピストン１０に向けて基端側へ開口されるように前記ハウジング１に形成された弁室６０を有する。その弁室６０に対面するように装着孔６３が前記ピストン１０に形成される。前記弁室６０および前記装着孔６３に弁部材６４がクランプロッド２０の軸心方向に沿って移動可能に挿入される。前記弁部材６４を付勢手段６６が閉弁方向へ付勢する。前記ピストン１０に設けられた操作部６７ａが、前記弁部材６４に設けられた被操作部６８ａにクランプロッド２０の軸心方向に沿う方向において接当可能となっている。そして、前記ピストン１０が全ストロークＴのうちのロック方向の所定のクランプストローク領域Ｃを超えて終期ストローク領域Ｌに移動したときに、前記操作部６７ａが前記被操作部６８ａを介して前記弁機構５５を開弁又は閉弁させる。

本発明は、上記のように構成されることから、次の作用効果を奏する。
上記の弁部材が、ハウジングの弁室およびピストンの装着孔に挿入されることにより、ハウジングの軸心方向の寸法を小さくできる。その結果、異常状態の検出機能付きクランプ装置を小形に造ることができる。

本発明は、下記の（１）および（２）の構成を加えることが好ましい。
（１）前記操作部６７ａは、前記装着孔６３の周壁から半径方向へ突設された突出部材６７の外周に形成される。前記被操作部６８ａは、前記弁部材６４の外周面に開口された凹部６８の周壁に形成される。
この場合、クランプ装置の異常状態を簡素な構成で検知できる。

（２）前記ハウジング１の先端部に、クランプ対象物２６を載置する着座面３ａが形成され、その着座面３ａに着座検出用の検出孔５７が形成される。その検出孔５７が前記加圧エアの供給路５８に連通される。
この場合、着座面にクランプ対象物が載置された状態で供給路に加圧エアを供給すると、供給路の圧力が上昇する。その上昇圧力を検出することにより、クランプ対象物が着座面に載置されたことを検知できる。

図１は、本発明の一実施形態を示し、クランプ装置のアンクランプ状態の立面視の断面図である。 図２は、上記クランプ装置のクランプ状態を示し、上記図１に類似する図である。 図３は、上記クランプ装置の空クランプ状態（異常状態）を示し、上記図１に類似する図である。

図１から図３は、本発明の一実施形態を示している。まず、アンクランプ状態を示す図１に基づいて上記クランプ装置の構造を説明する。
固定台としてのテーブル４にハウジング１が固定され、そのハウジング１は、下側から順に形成された下ハウジング２と上ハウジング３とを有する。下ハウジング２と上ハウジング３とは、複数のボルト（図示せず）によって固定される。

上記の下ハウジング２内に、油圧シリンダ（駆動手段）５が配置される。その油圧シリンダ５は、下ハウジング２の下面から上向きに貫通されたシリンダ孔６と、そのシリンダ孔６に挿入されたピストン１０とを備える。上記ピストン１０は、下方から順に形成されたピストン本体１１とピストンロッド１２とを有する。そのピストン本体１１がシリンダ孔６の大径孔６ａに上下方向（軸心方向）へ移動可能で保密状に挿入され、ピストンロッド１２がシリンダ孔６の小径孔６ｂに保密状に挿入される。

上記ピストン本体１１の下側に油圧シリンダ５のアンクランプ室１３が形成され、ピストン本体１１の上側に油圧シリンダ５のクランプ室１４が形成される。また、テーブル４に形成されたアンクランプ用の圧油給排路１５が、アンクランプ室１３に連通される。下ハウジング２に形成されたクランプ用の圧油給排路１６がクランプ室１４に連通される。

図２に示すように、上記の上ハウジング３から上方へ突出された支持筒３０の第１筒部分３１が、ワーク（クランプ対象物）２６の孔２６ａに係合可能に挿入される。その第１筒部分３１は頂壁と周壁を有している。また、シリンダ孔６に連通するように上ハウジング３に形成された収容孔１９に、支持筒３０の第２筒部分３２が上下方向に移動可能に挿入される。その第１筒部分３１の内周孔と第２筒部分３２の内周孔とによって支持筒３０の筒孔３４が構成される。

上記の筒孔３４にクランプロッド２０が挿入される。そのクランプロッド２０の軸心は、上記ピストン１０の軸心に対して左方へ所定の間隔を空けて平行に配置されている。そのクランプロッド２０は、下側から順に設けられた連結部材２１とクランプロッド本体２２とを有する。その連結部材２１の右下部に凹部２１ａが形成され、ピストンロッド１２の上端部から左方に突設された凸部１２ａに対面している。連結部材２１の凹部２１ａにピストンロッド１２の凸部１２ａが右方から挿入されることにより、ピストン１０のピストンロッド１２とクランプロッド２０の連結部材２１とが連結される。また、連結部材２１の上部に形成されたＴ溝２１ｂには、クランプロッド本体２２の下端部に形成されたＴ脚２２ａが装着される。クランプロッド本体２２の上部の外周に３つ楔面（楔部）２５が周方向へ所定の間隔をあけて形成され、その楔面２５が上方へ向かうにつれて軸心から遠ざかるように形成される。

図１に示すように、上記第１筒部分３１の周壁に開口部３３が周方向へ所定の間隔をあけて半径方向に形成される。その開口部３３に係合部材２７が半径方向へ移動可能に下方から支持される。その係合部材２７は、ワーク２６の孔２６ａに係合可能に挿入される。また、図１に示すように、各係合部材２７の内周壁に傾斜面２８が上方へ向かうにつれてクランプロッド２０の軸心から遠ざかるように形成されている。係合部材２７の傾斜面２８にクランプロッド本体２２の楔面２５が上方から楔係合する。各係合部材２７の外周部に鋸刃状の突起２９が上下方向に複数形成される。

上記の支持筒３０の下側に配置されたバネ室３５に、圧縮コイルバネからなる進出バネ３６が装着される。その進出バネ３６がバネ受け３７と支持筒３０とを介して係合部材２７を上方へ所定の力で付勢している。即ち、この実施形態では、上記進出バネ３６とバネ受け３７と支持筒３０とが、係合部材２７を所定の力で先端方向へ押す支持機構３８を構成している。

上記の係合部材２７の外周部に溝２７ａが周方向に形成されると共に、その溝２７ａに対応する高さ位置で支持筒３０の外周部に溝３０ａが周方向に形成される。係合部材２７の溝２７ａと支持筒３０の溝３０ａとに、ゴムや板バネ等の弾性体からなる薄肉のリング４０が装着される。そのリング４０が係合部材２７を半径方向の内方へ付勢している。これにより、リング４０によって係合部材２７が支持筒３０の外周面よりも半径方向の内方へ収容される。その結果、ワーク２６の孔２６ａを支持筒３０に外嵌めするときに、ワーク２６が係合部材２７に衝突するのを防止できる。
また、上記の収容孔１９と支持筒３０の外周壁との間にダストシール４１が配置されている。

上記構成のクランプ装置は、ピストンの異常状態を検出する弁機構５５を備える。その弁機構５５は、図１に示すように、次のように構成される。

上記の上ハウジング３に、加圧エアが供給される供給路５８が形成され、その供給路５８を開弁または閉弁する弁機構５５が上ハウジング３とピストン１０との間に設けられる。
上記の上ハウジング３に形成される弁機構５５の弁室６０が、ピストンロッド１２の上面に向けて下方に開口される。その弁室６０の上端部に、上記供給路５８の入口路５８ａが連通されている。また、弁室６０の右側壁に加圧エアの出口路５８ｂが連通される。その弁室６０内で入口路５８ａの周縁部に弁座６２が形成される。また、弁室６０に対面するように装着孔６３がピストンロッド１２の上部に形成される。その弁室６０に弁部材６４の上部が上下方向に移動可能で保密状に挿入されると共に、装着孔６３に弁部材６４の下部が上下方向へ移動可能に挿入される。その弁部材６４の上端部に弁面６５が形成され、その弁部材６４の下側に装着された進出バネ（付勢手段）６６が弁部材６４を弁座６２に向けて付勢する。また、前記装着孔６３の周壁から半径方向へ突設されたピン（突出部材）６７の外周に操作部６７ａが設けられ、そのピン６７が弁部材６４の外周面に半径方向に向けて開口された長穴（凹部）６８に挿入される。その長穴６８の下端壁に形成された被操作部６８ａが、操作部６７ａに当接可能に所定の隙間をあけて下側から対面している。

前記の上ハウジング３の上部に、ワーク２６を載置する着座面３ａが形成され、その着座面３ａに着座検出用の検出孔５７が上方に向けて開口される。その検出孔５７が加圧エアの供給路５８の分岐路５８ｃに連通されている。

上記構成のクランプ装置は、図１から図３に示すように、以下のように動作する。
図１のアンクランプ状態では、前記クランプ室１４の圧油が排出されると共に、アンクランプ室１３に圧油が供給される。これにより、ピストン１０とクランプロッド２０とが上昇位置に移動され、前記の支持筒３０が進出バネ３６によって上昇位置に保持されている。このとき、上記係合部材２７がリング４０の弾性力によって縮径状態に切り換えられている。
また、弁機構５５の弁部材６４が進出バネ６６によって上昇され、弁面６５が弁座６２に当接されている。これにより、上記の弁機構５５は、閉弁されている。

上記アンクランプ状態で、ワーク２６を、何らかの昇降手段または自重によって下降させ、そのワーク２６の孔２６ａが支持筒３０の第１筒部分３１に外嵌められていく。すると、上記ワーク２６の下面２６ｂが、上ハウジング３の上面３ａに受け止められると共に検出孔５７を閉じる。次いで、この状態で検出孔５７に加圧エアを供給すると、検出圧力が上昇する。その結果、ワーク２６の着座状態が検知される。

クランプ装置を上記図１のアンクランプ状態から図２のクランプ状態へ切り換えるときには、アンクランプ室１３の圧油を排出するとともに、クランプ室１４に圧油を供給する。すると、まず、進出バネ３６の付勢力（所定の力）によって上昇位置に保持された支持筒３０に対して、ピストン１０とクランプロッド２０とが下降されていく。次いで、クランプロッド２０の楔面２５によって係合部材２７が縮径状態から拡径され（半径方向の外方へ移動され）、当該係合部材２７がワーク２６の孔２６ａの内周面に係合する。引き続いて、孔２６ａの内周面に食い込んだ状態の係合部材２７が、上記の孔２６ａを介してワーク２６を下向きに引っ張る。これと同時に、係合部材２７が支持筒３０を進出バネ３６の付勢力（所定の力）に抗して下方へ押圧する。これにより、ワーク２６が着座面３ａに強力に押圧される。その結果、クランプ装置は、図２のクランプ状態に切り換えられる。

このクランプ状態では、ピストン１０が下降位置に移動されたことにより、弁機構５５のピン６７も下降位置に移動されるが、ピン６７の操作部６７ａと長穴６８の下端壁の被操作部６８との間に当接隙間が残されている。このため、弁機構５５は、閉弁状態が維持されている。従って、上記クランプ状態では、異常状態検出用の加圧エアが入口路５８ａに供給されると、その入口路５８ａの圧力が上昇する。その上昇圧力を検出することにより、ピストン１０が所定のクランプストローク領域Ｃに移動された（クランプ装置が正常状態である）ことが検知される。

クランプ装置を図２のクランプ状態から図１のアンクランプ状態へ切り換えるときには、クランプ室１４の圧油を排出すると共にアンクランプ室１３へ圧油を供給する。これにより、クランプ装置は、上述したクランプ動作とはほぼ逆の手順でアンクランプ状態へ切り換えられる。

上記クランプ装置は、ワーク２６の未搬入の状態で、次のように作動する。
上記の異常状態でクランプ装置をロック駆動（空クランプ）させると、図３に示すように、進出バネ３６の付勢力によって上昇位置に保持された複数の係合部材２７は、クランプロッド２０の楔面２５によって半径方向の外方へ移動される。すると、その係合部材２７がワーク２６の孔２６ａの内周面に受け止められないので、過度に拡径する。このとき、上記クランプロッド２０及びピストン１０は下限位置まで下降される。

そして、上記ピストン１０が、ロック方向の下限位置近傍から下限位置まで（終期ストローク領域Ｌ）下降したときに、ピン６７の操作部６７ａが長穴６８の下端壁の被操作部６８ａを介して弁部材６４を下降させる（弁機構５５の開弁）。次いで、上記ピストン１０の下面が前記リリース室１３の底壁（テーブル４）に受け止められる。
ワーク２６が未搬入であるため、供給路５８に供給された異常検出用の加圧エアは、着座検出用の検出孔５７から外部へ排出される。
このため、供給路５８の圧力が設定値に到達せず、その圧力低下を圧力スイッチ等で検出することにより、クランプ装置が異常状態であることを検出できる。なお、弁機構５５の開弁により、上記加圧エアは、弁室６０の右側壁に連通された出口路５８ｂからも外部へ排出される。

ところで、上記クランプ装置の複数の係合部材２７に対してワーク２６を下降させて当該係合部材２７にワーク２６の孔２６ａを外嵌めするときに、その孔２６ａの周壁の下部が、いずれかの係合部材２７に衝突して、その衝突時の衝撃によって係合部材２７の薄肉部分が欠損した場合には、次のように作動する。
上記薄肉部分の欠損に気付かないままでクランプ装置をロック駆動すると、当該薄肉部分を欠損した係合部材２７は、図３と同様に、ワーク２６の孔２６ａの内周面に受け止められずに過度に拡径し、残りの係合部材２７も上記孔２６ａの内周面にグリップ力を殆ど作用させない。そのグリップ異常状態では、係合部材２７と支持筒３０とは、進出バネ３６の付勢力によって上昇位置に保持されるが、クランプロッド２０及びピストン１０が下端限界位置まで下降される。すると、上記の空クランプ時と同様に、ピストン１０のピン６７の操作部６７ａが長穴６８の下端壁の被操作部６８ａを介して弁部材６４を下降させるので、供給路５８の圧力が設定値に到達しない。これにより、クランプ装置の異常状態が検出される。

上記の実施形態は次の長所を奏する。
上記の弁機構５５の弁部材６４が、上ハウジング３の弁室６０およびピストン１０の装着孔６３に挿入されることにより、ハウジング１の背丈を低くできる。その結果、クランプ装置を小形に造ることができる。

上記の実施形態は、次のように変更可能である。
上記のクランプ装置の配置姿勢は、図示の姿勢に代えて、上下逆にしたり、横向きにしたり、斜め向きにしてもよい。
上記の駆動手段５は、複動式のシリンダに代えて単動式のシリンダであってもよい。
また、駆動手段は、例示の油圧シリンダ５に代えて、空圧シリンダや電動アクチュエータであってもよい。
上記のピストン１０とクランプロッド２０とを別体に構成するのに代えて、ピストンとクランプロッドとを一体に構成してもよい。
本発明が適用されるクランプ対象物は、例示したワーク２６に代えてワークパレットや金型などであってもよい。
上記の楔面２５及び係合部材２７は、周方向へ所定の間隔を空けて３つ配置する例を示したが、１つまたは２つまたは４つ以上配置してもよい。また、係合部材２７は、複数配置することに代えて、スリットを設けた一体形の環状コレットによって構成してもよい。
上記の支持筒３０の頂壁３１を省略してもよい。
上記の支持機構３８は、例示した支持筒３０と進出バネ３６とバネ受け３７とから構成されるのに代えて、油圧シリンダ等の流体圧シリンダによって構成してもよい。
上記の付勢手段は、例示した閉弁バネ６６に代えて、油圧シリンダ等の流体圧シリンダによって構成してもよい。
上記の弁機構５５に供給される圧力流体は、例示した加圧エアに代えて、他の気体や圧油などの他の液体であってもよい。異常状態の検出は、圧力スイッチによって加圧エアの圧力を検出することに代えて、流量スイッチによって加圧エアの流量を検出するようにしてもよい。
上記の弁機構５５は、例示したポペット式の開閉弁に代えて、スプール式の開閉弁であってもよい。この場合、ピストンが下限位置に下降したときに、ピンの操作部が長穴の下端壁の被操作部を下方へ押して弁機構を閉弁させるように構成してもよい。
上記の弁機構５５は、例示したように、ピストンロッド１２の上部に設けられるのに代えて、ピストン１０の下部とテーブル４との間に設けられてもよい。この場合、加圧エアの供給路は、下ハウジング２またはテーブル４に設けられる。
上記の検出孔５７を省略することができる。この場合、上記の加圧エアの入口路５８ａが弁室６０の上端部に連通されると共に出口路５８ｂが弁室６０の右側壁に連通される構成に代えて、入口路５８ａが弁室の右側壁に連通されると共に出口路５８ｂが弁室の上端部に連通される構成であってもよい。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：ハウジング，３ａ：着座面，５：駆動手段，１０：ピストン，２０：クランプロッド，２５：楔面（楔部），２６：ワーク（クランプ対象物），２６ａ：孔，２７：係合部材，５５：弁機構，５７：検出孔，５８：加圧エアの供給孔，６０：弁室，６３：装着孔，６４：弁部材，６６：付勢手段，６７：ピン（突出部材），６７ａ：操作部，６８：長穴（凹部），６８ａ：被操作部．

Claims (3)

1. クランプ対象物（２６）の孔（２６ａ）に挿入されて当該孔（２６ａ）の内周面を嵌合可能な係合部材（２７）と、前記係合部材（２７）を所定の力で先端方向へ押す支持機構（３８）と、前記係合部材（２７）の内周に先端側から係合される楔部（２５）を有するクランプロッド（２０）と、そのクランプロッド（２０）を当該クランプロッド（２０）の軸心方向に沿って移動させるピストン（１０）と、前記クランプロッド（２０）とピストン（１０）とが設けられるハウジング（１）と、前記ハウジング（１）に形成された加圧エアの供給路（５８）を開弁または閉弁する弁機構（５５）と、を備え、
   上記弁機構（５５）は、
   前記ピストン（１０）に向けて基端側へ開口されるように前記ハウジング（１）に形成された弁室（６０）と、
   前記弁室（６０）に対面するように前記ピストン（１０）に形成された装着孔（６３）と、
   前記弁室（６０）および前記装着孔（６３）に前記軸心方向に沿って移動可能に挿入される弁部材（６４）と、
   前記弁部材（６４）を閉弁方向へ付勢する付勢手段（６６）と、
   前記ピストン（１０）に設けられた操作部（６７ａ）が前記軸心方向に沿う方向において接当可能となるように前記弁部材（６４）に設けられた被操作部（６８ａ）と、を備え、
   前記ピストン（１０）が全ストローク（Ｔ）のうちのロック方向の所定のクランプストローク領域（Ｃ）を超えて終期ストローク領域（Ｌ）に移動したときに、前記操作部（６７ａ）が前記被操作部（６８ａ）を介して前記弁機構（５５）を開弁又は閉弁させる、
   ことを特徴とする異常状態の検出機構付きクランプ装置。
2. 請求項１のクランプ装置において、
   前記操作部（６７ａ）は、前記装着孔（６３）の周壁から半径方向へ突設され突出部材（６７）の外周に形成され、
   前記被操作部（６８ａ）は、前記弁部材（６４）の外周面に開口された凹部（６８）の周壁に形成される、
   ことを特徴とする異常状態の検出機構付きクランプ装置。
3. 請求項１の異常状態の検出機構付きクランプ装置において、
   前記ハウジング（１）の先端部に、クランプ対象物（２６）を載置する着座面（３ａ）が形成され、その着座面（３ａ）に着座検出用の検出孔（５７）が形成され、その検出孔（５７）が前記加圧エアの供給路（５８）に連通される、
   ことを特徴とする異常状態の検出機構付きクランプ装置。

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