JPH1096456A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランプ装置のクランプの高速送りと減速送
りとを簡易な機構により内部で自動的に切り替える。 【解決手段】 クランプ駆動の開始時点では、中間シャ
フト３８ｂから推力ロッド５４に至る駆動系には負荷が
加わっていないので、中間シャフトは高速回転し、外輪
部３８ａは低速回転のため、一方向回転クラッチ３８に
より中間シャフトの高速回転が持続され、推力ロッドが
高速前進送りされる。ワークがクランプされると、推力
ロッド及び推力ナット５２は、停止したままなのである
が、電動モータ２０の回転により推力受けボス４１及び
推力シャフト５１が後退する。高速被駆動用スプロケッ
ト３７の回転速度が低速被駆動用スプロケット３６より
低くなると、一方向回転クラッチが拘束状態になり、低
速で空転していた低速被駆動用スプロケット及び外輪部
の低速大回転力の回転が中間シャフトに伝えられ、推力
受けボス及び推力シャフトは、低速で後退する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータの回転
をねじ機構及び推力伝達系を介して出力軸の軸方向運動
に変換し、出力軸に結合された外部クランプ部材により
ワークのクランプ及びクランプ解除を行うクランプ装置
に係り、特にクランプ部材の高速送りと低速送りの切り
替えが可能なクランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来、こ
の種のクランプ装置としては、例えば特公昭４９ー１８
８６号公報にに開示された運動変換装置を用いたものが
知られている。この運動変換装置は、図３に示すよう
に、ハウジング１内に、その軸線方向に移動可能かつ回
転不能に支持された負荷支持筒２ａを設けている。この
負荷支持筒２ａを微速度で駆動するには、ハウジング１
の外側に取り付けた電動モータ４の出力軸４ａに固着さ
れるピニオンギア５ａと、出力軸４ａに遊嵌されるピニ
オンギア５ｂとを、それらの間に設けられたクラッチ５
ｃによって連結した状態で電動モータ４を駆動すること
により行われる。

【０００３】電動モータ４の駆動により、ピニオンギア
５ａに噛合されたギア５ｄにて、負荷支持筒２ａに対し
てナット２ｂを介して連結される送りねじ３ａが回転駆
動される。また、ピニオンギア５ｂに噛合されたギア５
ｅにて、ハウジング１に対して回転可能に支持され、ナ
ット２ｂを回転不能かつ中心軸先端方向に移動可能に保
持する筒体３ｂが回転駆動される。このとき、両ピニオ
ンギア５ａ，５ｂの歯数がわずかに異なっているため、
送りねじ３ａの回転速度とナット２ｂの回転速度とが少
し異なることになる。そのため、ナット２ｂ及びこれに
連動する負荷支持筒２ａが、両回転速度の差に応じた微
速度で駆動され、その推力は電動モータ４の回転力に比
例し、かつ速度の減速割合に逆比例して増大する。

【０００４】また、負荷支持筒２ａを早送りするとき
は、クラッチ５ｃを外してピニオンギア５ｂを遊動さ
せ、ハウジング１内に設けられたブレーキ５ｆによりピ
ニオンギア５ｂを回動不能に固定した状態で電動モータ
４を駆動する。これにより、ナット２ｂの回転が規制さ
れた状態で、送りねじ３ａが回転駆動されるため、負荷
支持筒２ａが送りねじ３ａの回転速度に対応した速度で
早送りされる。

【０００５】ところで、この運転変換装置は、負荷支持
筒２ａの送り速度を変更するために、クラッチ５ｃ及び
ブレーキ５ｆを用いており、さらに負荷支持筒２ａに固
定されるクランプ部がワークに当接したことをセンサに
より検出して、検出結果に基づいてクラッチ５ｃ及びブ
レーキ５ｆ等の制御を外部制御装置により行う必要があ
る。そのため、外部制御装置を含めた装置全体の構成が
複雑になり、かつ機構要素のギア、クラッチ、ブレーキ
等が高価で、装置コストが高価になるという問題があ
る。

【０００６】また、他のクランプ装置としては、実開平
２ー６８４５号公報に開示された送り装置を用いたもの
が知られている。この送り装置は、図４に示すように、
ステージ６の下側にハウジング６ａによりナット７ａが
水平にかつ回転可能に支持され、ナット７ａには図示し
ない減速機付駆動モータ（図示しない）に連結された送
りねじ７ｂが螺合されている。ナット７ａにはアマチュ
ア７ｃが固定されており、ステージ６に設けたマグネッ
ト６ｂを図示しない電源を用いて通電することにより、
アマチュア７ｃがマグネット６ｂに吸引され、ナット７
ａがステージ６にロックされるようになっている。ま
た、ステージ６上には駆動モータ８が設けられており、
駆動モータ８の出力軸に取り付けられたプーリ８ａと、
ナット７ａに取り付けられた従動プーリ７ｄとの間にタ
イミングベルト９が巻装されている。

【０００７】そして、微速度駆動時には、マグネット６
ｂをオンすることによりナット７ａがステージ６に固定
された状態で、送りねじ７ｂが減速機付駆動モータによ
り低回転速度で回転駆動される。また、送り装置の高速
駆動時には、マグネット６ｂをオフにしてナット７ａを
ステージ６に対しフリーの状態にし、駆動モータ８の回
転駆動により、ナット７ａを高速で回転させ、ステージ
６を高速で早送りさせている。

【０００８】しかし、このクランプ装置の場合、微速度
駆動用と高速駆動用の２つの駆動モータが必要であり、
また両駆動を切り替えるためのセンサ、アマチュア、マ
グネット及び制御装置を必要とし、機構が複雑になると
いう問題がある。本発明は、上記した問題を解決しよう
とするもので、簡易な機構によりクランプの高速送りと
減速送りとが自動的に切り替えられるクランプ装置を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するために上記請求項１に係る発明の構成上の特
徴は、電動モータの回転を第１速度に減速して伝達する
第１回転伝達手段と、第１回転伝達手段の経路中に一方
向回転クラッチを介装させ、第１回転伝達手段の出力側
が連結されるねじ機構と、ねじ機構により回転力から変
換された直進力を出力軸を介してクランプ部材に伝達す
ると共に出力軸の反力を逆方向に伝達する推力伝達系と
を設けてなり、電動モータによるクランプ駆動時におい
ては、一方向回転クラッチの入力側の回転速度が出力側
の回転速度より小さいときには入力側と出力側が互いに
無拘束状態にされ、一方向回転クラッチの入力側の回転
速度が出力側の回転速度より大きいときには入力側と出
力側が互いに拘束状態にされ、クランプ解除駆動時にお
いては、一方向回転クラッチの入力側の回転速度が出力
側の回転速度より小さいときには入力側と出力側が互い
に拘束状態にされ、一方向回転クラッチの入力側の回転
速度が出力側の回転速度より大きいときには入力側と出
力側が互いに無拘束状態にされる低速回転系と、電動モ
ータの回転を第１速度より高速の第２速度に変換して伝
達する第２回転伝達手段と、第２回転伝達手段の経路中
に介装され、クランプ部材のワーククランプ前には電動
モータの回転がそのまま伝達され、クランプ部材のワー
ククランプによりワークからの反力が生じたときには電
動モータの回転の伝達を停止するトルクリミッタ部と、
第２回転伝達手段の出力側が連結されるねじ機構と、推
力伝達系とを設けてなる高速回転系とを備えてなり、ク
ランプ部材によるワーククランプの開始に応じて高速回
転系から低速回転系に自動的に動作を切り替えるクラン
プ装置であって、クランプ部材によるワークのクランプ
開始後に、推力伝達系により逆方向に伝達された出力軸
の反力のエネルギと低速回転系及び高速回転系に保持さ
れた回転運動エネルギ及び電動モータの回転エネルギを
蓄積するエネルギ蓄積手段と、エネルギ蓄積手段に所定
量のエネルギが蓄積されたことを検出するエネルギ蓄積
検出手段と、エネルギ蓄積検出手段によるエネルギ蓄積
の検出後に、電動モータの回転をロックし、またクラン
プ解除駆動時に、電動モータのロック状態を解除するブ
レーキ手段と、電動モータによるクランプ駆動時におい
てブレーキ手段による電動モータのロック終了後に電動
モータの通電を停止し、またクランプ解除駆動時におい
て、ブレーキ手段によるロック状態が解除された後直ち
にまたは所定時間経過後に電動モータのクランプ解除駆
動を開始させるモータ制御手段とを設けたことにある。

【００１０】上記のように請求項１に係る発明を構成し
たことにより、クランプ作動においては、電動モータが
始動されると、第１回転伝達手段と第２回転伝達手段の
２つの経路を通じてねじ機構に回転力が伝達される。こ
のとき、クランプ部材によるワークのクランプは未だ行
われていないので、第２回転伝達手段の経路のほうが第
１回転伝達手段の経路より高速度である。そのため、一
方向回転クラッチの入力側の速度は出力側の速度より遅
くなり、一方向回転クラッチの入出力側は互いに無拘束
状態にされる。従って、ねじ機構は高速の第２速度で回
転し、ねじ機構の回転が高速直線運動に変換され、出力
軸を介してクランプ部材も高速で空間を運動する。

【００１１】そして、クランプ部材がワークに当接して
クランプが開始されると、電動モータから終端のクラン
プ部材までの伝達経路には反力として大きな力が発生す
る。クランプ部材のワークへの当接により、高速回転系
のトルクリミッタ部においては、その入力側は電動モー
タの回転速度に応じた回転が維持されるが、トルクリミ
ッタ部の出力側では回転速度を維持できず回転速度が低
下する。第２回転手段からの速度が低下すると、一方向
回転クラッチの入力側速度に対し出力側速度が低くな
り、一方向回転クラッチは、入出力側が互いに拘束状態
となる。これにより、ねじ機構への回転力の伝達は、当
初の高速回転系から、低速回転系に自動的に切り替えら
れる。

【００１２】この低速回転系による回転力は、低速化さ
れた比率に逆比例して大きな回転力となってねじ機構に
伝達され、ねじ機構により大きな推力に変換される。こ
の状態で電動モータはさらに駆動を続けるので、クラン
プ部材の停止によって生じた反力は、推力伝達系の逆方
向推力伝達を通してエネルギ蓄積手段に仕事をし、エネ
ルギ蓄積手段はその仕事量をエネルギとして蓄積する。
エネルギの蓄積により、エネルギ蓄積手段から電動モー
タへの反力が高まり、電動モータの回転速度は急速に低
下する。エネルギ蓄積手段には、クランプ部材のワーク
当接前に、電動モータと低速回転系及び高速回転系に貯
えられている回転運動エネルギの内、速度の低下に応じ
た量のエネルギも同時にエネルギ蓄積手段に貯えられ
る。

【００１３】エネルギ蓄積手段に所定量のエネルギが蓄
積されたことがエネルギ蓄積検出手段により検出される
と、ブレーキ手段により電動モータの回転のロックが開
始され、電動モータが完全にロックされると、電動モー
タの通電が停止される。ここで、エネルギ蓄積手段が蓄
積されたエネルギを放出しようとしても、電動モータが
ブレーキ手段によりロックされており放出できないの
で、電動モータの停止後には、エネルギ蓄積手段に蓄積
されたエネルギが推力伝達系を通じて出力軸に伝えら
れ、外部にクランプ力を継続して発生させる。実際に
は、ブレーキ手段のロック完了に時間がかかるので、そ
の間に、エネルギ蓄積手段からの反力で、電動モータは
急速に停止させられ、一度貯えられた運動エネルギがエ
ネルギ蓄積手段からその一部を放出して電動モータを一
旦逆方向（以下、逆方向とはクランプ解除方向をさす）
に回転させるが、その後、電動モータは始動回転力相当
まで押し戻し、つり合ったレベルで停止状態となる。こ
のとき、ブレーキ手段によりロックされるので、最終的
には発生クランプ力は電動モータの始動回転力相当にな
る。

【００１４】一方、ワーククランプ解除時には、まずブ
レーキ手段により電動モータのロック状態が解除され
る。それにより、エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネル
ギが放出され、そのエネルギは、第１及び第２の回転伝
達手段を並列に逆行して電動モータをクランプ解除の回
転方向に加速して、ねじ機構の回転と推力伝達系の軸方
向の移動を起こし、ワーククランプ力の瞬間的な解除と
それに続くクランプ部材の空間移動をひき起こす。この
とき、高速回転系では、トルクリミッタ部の作用によ
り、大きな逆方向回転力を伝えることはできない。

【００１５】一方、低速回転系では、一方向回転クラッ
チの入出力側の速度は、被駆動側となる電動モータ側す
なわち入力側は、回転力の発生側すなわち出力側より遅
いので、入出力側は拘束状態となり、電動モータの逆方
向回転の加速は低速回転系による方が大きくなる。逆回
転方向では、低速回転系では、電動モータ側からねじ機
構側への回転力の伝達はできないので、電動モータが逆
回転されたことで、高速回転系でねじ機構への逆回転方
向回転力が伝達され、クランプ部材の空間のクランプ解
除方向移動がある時間継続して起こる。エネルギ蓄積手
段により蓄積されたエネルギにより、この高速でのクラ
ンプ解除方向への空間移動の後、タイマ等により電動モ
ータを通電し、クランプ解除方向の回転を電動モータの
回転力により行う。このとき、クランプ解除方向へのク
ランプ部材の空間移動は、上記と同じく高速回転系で動
力が伝えられ、速度は第１回転伝達手段の低速となり、
クランプ解除速度は、当初高速で、途中で低速に切り替
えられる。高速回転系の内部速度は高速で、出力は低速
となるので、この間の速度差はトルクリミッタ部で熱と
なって放出される。

【００１６】その結果、請求項１の発明によれば、クラ
ンプ作動及びクランプ解除作動において、クランプ部材
の高速送りと低速送りの切り替えが前者は内部で自動的
に、後者は電動モータの始動を遅らせるだけで行われる
ので、短時間でクランプとクランプの解除を行うことが
できる。また、クランプ装置は、装置内にエネルギ蓄積
手段を備えているため、無給電でクランプ推力を発生維
持できる。

【００１７】なお、ワーククランプ解除については、ブ
レーキ手段により電動モータのロック状態の解除後、直
ちに電動モータによりクランプ解除方向の回転を開始さ
せることもできる。この場合には、エネルギ蓄積手段に
蓄積されていたエネルギは電動モータの回生制動により
吸収されて高速移動が抑制され、上記と同じ作動で最初
からワーククランプ解除作動が低速で行われる。このよ
うな低速によるクランプ解除は、急速なクランプ解除が
危険な場合や、急速なクランプ解除が必要でない場合等
に行われる。

【００１８】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１に記載のクランプ装置において、
エネルギ蓄積手段を弾性部材により構成したことにあ
る。上記のように請求項２に係る発明を構成したことに
より、クランプ部材がクランプ作動を開始し、電動モー
タの通電が停止されるまでに、電動モータの始動回転力
相当のエネルギが弾性部材に効率よく貯えられる。その
結果、請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果
に加えて、クランプ装置のクランプ力が確実に得られ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を用いて説明すると、図１は、同実施形態に係るクラ
ンプ装置を一部破断正面図により概略的に示したもので
ある。クランプ装置は、同軸的にかつ軸方向に前後に順
次配設された円筒形の第１推力フレーム１１及び第２の
推力フレーム１２を設けている。第１推力フレーム１１
の前端には、筒状の前ブラケット１３ａが嵌着されてい
る。第１推力フレーム１１と第２推力フレーム１２の間
には、筒状の中間ブラケット１３ｂが設けられ、その両
端に、第１推力フレーム１１と第２推力フレーム１２を
外嵌することにより、第１推力フレーム１１と第２推力
フレーム１２は連結されている。第２推力フレーム１２
の他端には筒状の後ブラケット１３ｃが挿着固定されて
いる。後ブラケット１３ｃの他端側には、後端が封止さ
れた筒状の後カバー１３ｄが外嵌により固定されてい
る。

【００２０】後カバー１３ｄの外周面には、推力値リー
ドスイッチ１３ｄ1 が設けられている。推力値リードス
イッチ１３ｄ1 は、後述する推力値磁石４２の接近を検
出する磁気センサであり、間接的に後述する皿ばね３２
に駆動系のエネルギが貯えられたことを検知するもので
ある。ただし、磁気センサに限らず他の類似のセンサを
用いてもよい。第１推力フレーム１１の軸線方向中間位
置及び後端近傍位置には、前後ストローク値検出スイッ
チ１１ａ，１１ｂが設けられている。前後ストローク値
検出スイッチ１１ａ，１１ｂは、後述する推力ナット５
２の前進端位置及び後進端位置を検出する磁気センサで
ある。推力ナット５２の前進端位置及び後進端位置の検
出により、クランプ開始位置及びクランプ解除終了位置
が規定されるようになっている。ただし、磁気センサに
限らず光電センサ等の類似のセンサを用いてもよい。

【００２１】第２推力フレーム１２の他端近傍には、周
方向に長い平面視で四角形の連結開口部１２ａが形成さ
れている。連結開口部１２ａからさらに第２推力フレー
ム１２の他端側に軸方向に連続した外壁１２ｈが延ばさ
れている。連結開口部１２ａの第１推力フレーム１１側
には、円形の嵌合孔１２ｊが設けられ、外壁１２ｈの端
面の後開口部１２ｋにはフレームカバー１４がその開口
端側にて固着されており、外壁１２ｈと共にハウジング
を構成している。

【００２２】円形の嵌合孔１２ｊには、電動モータ２０
がハウジング内にモータ軸２１を突出させて取り付けら
れている。モータ軸２１の根元側には、低速駆動用スプ
ロケット２２が外嵌により固定されている。低速駆動用
スプロケット２２には、電動モータ２０の反対側面に円
盤形のトルクリミッタディスク２３ａが同軸的に固定さ
れている。モータ軸２１の外端側には、高速駆動用スプ
ロケット２４が遊嵌されている。高速駆動用スプロケッ
ト２４の電動モータ側面には円環板形状のトルクリミッ
タライナ２３ｂが同軸的に固着されており、トルクリミ
ッタディスク２３ａに当接している。高速駆動スプロケ
ット２４の外側には、トルクリミッタ皿ばね２５がモー
タ軸２１に同軸的に取り付けられており、モータ軸２１
の外端に固定した押え金具２６により抜け止めされてい
る。高速駆動用スプロケット２４は、トルクリミッタ皿
ばね２５によりトルクリミッタディスク２３ａに押し付
けられている。

【００２３】このように、高速駆動用スプロケット２４
は、モータ軸２１に直接結合されているのではなく、ト
ルクリミッタディスク２３ａとトルクリミッタライナ２
３ｂとの間の摩擦によって摺動し、その結果としてモー
タ軸２１に追従して回転するようになっている。ここ
で、モータ軸２１から高速駆動用スプロケット２４に
は、電動モータ２０の定格回転力の２０％〜４０％程度
しか伝達されず、高速駆動用スプロケット２４にそれ以
上の負荷が加わると、トルクリミッタディスク２３ａと
トルクリミッタライナ２３ｂとの間に滑りを生じる。一
方、トルクリミッタディスク２３ａは、モータ軸２１に
固着された低速駆動用スプロケット２２に取り付けられ
ているので、電動モータ２０の回転速度で回転する。電
動モータ２０には、モータ軸２１をロックする無励磁作
動型電磁ブレーキ（以下、ＮＢブレーキと記す）２７が
取り付けられている。

【００２４】第２推力フレーム１２は、中間ブラケット
１３ｂとの連結端から開口部１２ａにかけて順次５段部
１２ｂ〜１２ｆに形成されている。第１段部１２ｂに
は、連結端側から順に第１推力受け軸受３１及び皿ばね
３２が内壁面に接触して同軸的に配設されている。第１
推力受け軸受３１及び皿ばね３２は、皿ばね３２がわず
かに収縮した状態で、第１段部１２ｂよりわずかに縮径
された第２段部１２ｃ内壁面に配設された第２推力受け
軸受３３に押し付けられており、連結端側にて内壁面に
取り付けられた止め輪１２ｂ1 により位置決めされてい
る。第２段部１２ｃには、第２推力受け軸受３３が第２
段部１２ｃよりわずかに縮径された第３段部１２ｄとの
境界に押し付けられかつ第２段部１２ｃの内周面に接触
して同軸的に配設されている。

【００２５】第４段部１２ｅには、中間シャフト軸受３
４ａが第３段部１２ｄとの境界に接しかつ第４段部１２
ｅの内周面に接触して同軸的に配設されている。第２推
力フレーム１２の後端部１２ｇには、上記後ブラケット
１３ｃが挿着されている。後ブラケット１３ｃの内壁面
には、連結開口部１２ａ側に中間シャフト軸受３４ｂが
同軸的に挿着されており、中間シャフト３８ｂは、中間
シャフト軸受３４ａと中間シャフト軸受３４ｂにより回
転可能に軸方向には移動不能に支持されている。後端側
にラジアル軸受３５が同軸的に挿着されており、後ブラ
ケット１３ｃの後端のフランジ部１３ｃ1 と止め輪１３
ｃ2 に挟まれて位置決めされている。

【００２６】第５段部１２ｆの内側空間には、連結開口
部１２ａを中心として、軸線方向に前後して低速被駆動
用スプロケット３６及び高速被駆動スプロケット３７
が、低速駆動用スプロケット２２及び高速駆動用スプロ
ケット２４に対応して同軸的に配設されている。低速被
駆動用スプロケット３６は、外周部の一部にベルト装着
部３６ａを設け、内周面は一方向回転クラッチ３８の外
輪部３８ａに固定されている。そして、一方向回転クラ
ッチ３８の内輪部は、第４段部１２ｅから後ブラケット
１３ｃ内に延びた中間シャフト３８ｂを兼ねている。高
速被駆動スプロケット３７は中間シャフト３８ｂに外嵌
して固定されている。中間シャフト３８ｂの内周面に
は、軸線方向に延びた複数条の雌スプライン３８ｃが設
けられている。そして、低速被駆動用スプロケット３６
には、上記低速駆動用スプロケット２２との間を連結す
るタイミングベルト３９ａが巻装されており、高速被駆
動用スプロケット３７には、上記高速駆動用スプロケッ
ト２４との間を連結するタイミングベルト３９ｂが巻装
されている。

【００２７】そして、一方向回転クラッチ３８は、外輪
部３８ａをクランプ方向に回転させたとき、外輪部３８
ａから中間シャフト３８ｂに回転力を伝達できる向きに
組み付けられて、電動モータ２０によるワーク（図示し
ない）のクランプ駆動時においては、中間シャフト（内
輪部）３８ｂの回転速度が外輪部３８ａの回転速度より
大きいときには外輪部３８ａ及び中間シャフト３８ｂが
互いに無拘束状態にされ、中間シャフト３８ｂの回転速
度が外輪部３８ａの回転速度より小さいときには外輪部
３８ａ及び中間シャフト３８ｂが互いにかみ合った拘束
状態になるように構成されている。また、クランプ解除
駆動時においては、中間シャフト３８ｂの回転速度が外
輪部３８ａより大きいときには中間シャフト３８ｂ及び
外輪部３８ａが互いに拘束状態にされ、中間シャフト３
８ｂの回転速度が外輪部３８ａより小さいときには中間
シャフト３８ｂ及び外輪部３８ａが互いに無拘束状態に
なるように構成されている。

【００２８】第２推力フレーム１２から後カバー１３ｄ
にかけての軸心位置には、推力受けボス４１が配設され
ている。推力受けボス４１は、薄肉の円筒形状で、上記
位置に支持された中間シャフト３８ｂの雌スプライン３
８ｃとの対応位置に複数の線状のスプライン凸部４１ａ
を設けている。推力受けボス４１は、スプライン凸部４
１ａを雌スプライン３８ｃに嵌合することにより中間シ
ャフト３８ｂに、軸方向に移動可能にかつ回転方向に移
動不能に係合している。また、推力受けボス４１は、第
２推力受け軸受３３及びラジアル軸受３５の内周面に接
触しかつ軸線方向に摺動可能な状態で支持されている。
また、推力受けボス４１は、前端部に第１推力受け軸受
３１に係合する止め輪４１ｂと中央部に止め輪４１ｃを
設けており、軸方向荷重の支持が可能で、また推力受け
ボス４１の後端位置には、円環形状の推力値磁石４２が
外嵌されている。

【００２９】推力受けボス４１の第１推力フレーム１１
側の端部の内周には、軸心位置に設けた丸棒形状の推力
シャフト５１の前端側が挿着固定されている。推力シャ
フト５１は、前端側が第１推力フレーム１１内に向けて
延び、その外周面に推力シャフトおねじ部５１ａを有し
ている。推力シャフト５１の外周には円筒形の推力ナッ
ト５２が推力ナットめねじ部５２ａにより螺合されてい
る。推力ナット５２は、軸線方向略中間の外周位置に鍔
部５２ｂを設けている。鍔部５２ｂの第２推力フレーム
１２側には、推力ナット５２の位置を検出するために用
いられるストローク値磁石５２ｃが取り付けられてい
る。推力ナット５２の鍔部５２ｂに対して前方側には、
筒状のスライドメタル５３が設けられている。スライド
メタル５３は、内壁が推力ナット５２の外径と同一にな
っており、一端のみが軸心方向に延びたフランジ部５３
ａになっている。スライドメタル５３は、外周側が、第
１推力フレーム１１に摺動可能に接触しており、推力ナ
ット５２に外嵌されて、押え板５３ｃ、押え板５３ｄ及
びねじ５３ｂにより鍔部５２ｂに固定されている。

【００３０】スライドメタル５３のフランジ部５３ａに
は薄肉の管状の推力ロッド５４が押え板５３ｃとねじ５
３ｂにより同軸的に固着されている。推力ロッド５４
は、先端が第１推力フレーム１１の外側に突出してお
り、前ブラケット１３ａの先端内周にはめ込まれたリン
グ状のメタル軸受５５ａ及びダストシール５５ｂを貫通
することにより前ブラケット１３ａに同軸的に支持され
ている。推力ロッド５４の先端は、結合金具５６により
封着されており、結合金具５６には、外部結合用ねじ５
６ａが設けられている。外部結合用ねじ５６ａが外部ク
ランプ部材（図示しない）と結合されることにより、推
力ロッド５４の回転が止められて、電動モータ２０の回
転が、推力ロッド５４の軸線方向への直線運動に変換さ
れるようになっている。上記電動モータ２０、ＮＢブレ
ーキ２７の制御については、図示しない制御装置により
行われる。

【００３１】つぎに、以上のように構成した実施形態の
動作について説明する。まず、クランプ動作を行う場
合、図示しない電源スイッチをオンすることにより、電
動モータ２０が回転を開始すると、回転が低速駆動用ス
プロケット２２及びタイミングベルト３９ａを介して低
速被駆動用スプロケット３６に伝えられ、低速被駆動用
スプロケット３６が低速回転を開始する。同時に、高速
駆動用スプロケット２４及びタイミングベルト３９ｂを
介して高速被駆動用スプロケット３７に回転が伝えら
れ、高速被駆動用スプロケット３７が高速回転を開始す
る。クランプ駆動の開始時点では、中間シャフト３８ｂ
から推力ロッド５４に至る駆動系にはほとんど負荷が加
わっていないので、高速駆動用スプロケット３７の高速
回転が維持される。

【００３２】これにより、中間シャフト３８ｂは高速回
転し、外輪部３８ａは低速回転するため、一方向回転ク
ラッチ３８の外輪部３８ａと中間シャフト３８ｂが互い
に拘束されず、外輪部３８ａが空転し、中間シャフト３
８ｂの高速回転が持続される。そして、中間シャフト３
８ｂの回転が、推力受けボス４１及びこれに一体的に固
定された推力シャフト５１に伝達され、さらに、推力シ
ャフト５１の回転運動が、推力ナット５２により直線運
動に変換され、推力ナット５２と一体的に固定された推
力ロッド５４が前（または後）進を開始する。そして、
推力ロッド５４、外部結合用ねじ５６ａに結合された外
部クランプ部材により、ワーク（図示しない）がクラン
プされる寸前に、推力ナット５２と共に移動するストロ
ーク値磁石５２ｃが、前（または後）ストローク値リー
ドスイッチ１１ａ（または１１ｂ）により検出される。

【００３３】その後、ワークがクランプされると、推力
ロッド５４及び推力ナット５２は、停止したままなので
あるが、電動モータ２０は回転を継続しているので、推
力受けボス４１及び推力シャフト５１が回転しながら、
中間シャフト３８ｂとの係合部分を滑って後退（または
前進）する。このとき、第１推力受け軸受３１（または
第２推力受け軸受３３）及び皿ばね３２が第２段部１２
ｃと第３段部１２ｄとの境界に支持された第２推力受け
軸受３３の外輪（または止め輪１２ｂに支持された第１
推力受け軸受３１の外輪）に押し付けられ、皿ばね３２
が収縮する。また、推力ロッド５４の停止により、推力
受けボス４１及び推力シャフト５１は大きな負荷を受
け、これによりトルクリミッタディスク２３ａとトルク
リミッタライナ２３ｂとは滑りを生じ、高速駆動用スプ
ロケット２４が減速する。この滑りにより、電動モータ
２０の動力の一部がトルクリミッタ部で熱となって失わ
れるが、エネルギ損失は、電動モータの定格回転力の２
０〜４０％程度の低い値である。

【００３４】高速被駆動用スプロケット３７の回転速度
が低速被駆動用スプロケット３６の回転速度より低くな
ると、一方向回転クラッチ３８が拘束状態になり、低速
で空転していた低速被駆動用スプロケット３６及び外輪
部３８ａの低速大回転力の回転が中間シャフト３８ｂに
伝えられ、ワークには大きなクランプ力が加えられる。
その結果、大きな反力が作用し、推力受けボス４１及び
推力シャフト５１は、低速で大きく後退（または前進）
する。そして、推力受けボス４１及び推力シャフト５１
の後退（または前進）により、皿ばね３２が収縮して、
皿ばね３２には駆動系の回転運動エネルギ及び電動モー
タ２０の回転力による仕事量（エネルギ）が、皿ばねの
内部ひずみの形でエネルギとして貯えられる。推力受け
ボス４１が後退（または前進）し、皿ばね３２が一定量
収縮すると、推力値磁石４２の接近が推力値リードスイ
ッチ１３ｄ1 により検出される。これに応じて制御装置
（図示しない）の制御により、ＮＢブレーキ２７による
電動モータ２０の回転のロックが開始される。最終的に
は電動モータ２０は停止することになるので、皿ばね３
２には、電動モータ２０の始動回転力から定格回転力の
２０〜４０％を除いた値と機械系の効率の積に相当する
力で皿ばねをひずませた仕事量がエネルギとして貯えら
れる。

【００３５】そして、ＮＢブレーキ２７の電動モータ２
０の完全ロックに至るまでの遅れ時間をタイマによりセ
ットし、ＮＢブレーキ２７により電動モータ２０が完全
にロックされた後、制御装置により電動モータ２０への
通電が停止される。電動モータ２０の停止後は、皿ばね
３２に貯えられたエネルギにより、推力ロッド５４、外
部結合用ねじ５６ａに結合された外部クランプ部材によ
りワークのクランプが継続して行われる。このとき、電
動モータ２０は、ＮＢブレーキ２７によりロック状態に
あることから、クランプ方向の逆方向への回転が阻止さ
れているので、皿ばね３２に貯えられたエネルギが、電
動モータ２０の逆転により放出されることが無い。

【００３６】つぎに、クランプ解除動作を行う場合につ
いて説明する。まず、ＮＢブレーキ２７による電動モー
タ２０のロック状態が解除される。これにより、収縮し
ている皿ばね３２が、貯えられたエネルギを放出するた
めに伸び、推力受けボス４１を元の位置に戻すように作
用する。これにより、皿ばね３２に蓄積されたエネルギ
は、電動モータ２０等の駆動系の回転運動エネルギに変
換され、駆動系をクランプ解除方向に加速させる。その
結果、ワークのクランプ解除が急速に高速度で行われ
る。さらに、ＮＢブレーキ２７のロック解除から所定時
間経過後に、制御装置の制御により、電動モータ２０の
クランプ解除方向の回転が開始されると、電動モータ２
０に回生制動が掛かり、クランプ解除速度は、電動モー
タ２０により低速度にされる。そして、推力ロッド５４
がさらに後退（または前進）して、後（または前）スト
ローク値リードスイッチ１１ｂ（または１１ａ）がオン
すると、電動モータ２０の通電が停止され、同時にＮＢ
ブレーキ２７の制動がかけられ、電動モータ２０はロッ
クされる。

【００３７】このクランプ開放状態では、クランプ動作
方向に対しては、トルクリミッタディスク２３ａ、トル
クリミッタライナ２３ｂのトルクリミット値に相当した
位置の保持力（またはより小さい）を持ち、クランプ解
除動作方向に対しては、ＮＢブレーキ２７のブレーキ力
に相当した位置の保持力（またはより大きい）を持つ。

【００３８】以上に説明したように、本実施形態によれ
ば、クランプ装置のクランプ作動及びクランプ解除作動
において、クランプ部材を含む駆動系の高速送りと低速
送りの切り替えが、前者は内部で自動的に、後者は電動
モータの始動を遅らせるだけで行われるので、短時間で
のクランプとクランプの解除及び大きなクランプ力発生
を行うことができる。また、クランプ装置は、装置内に
エネルギを蓄積する皿ばね３２を備えているため、無給
電でクランプ推力を発生維持できる。

【００３９】つぎに、上記クランプ解除動作の変形例に
ついて説明する。変形例においては、クランプ解除時
に、ＮＢブレーキ２７による電動モータ２０のロック状
態が解除と同時に電動モータ２２のクランプ解除方向の
回転を開始させるようにしたものである。これにより、
収縮している皿ばね３２に貯えられたエネルギの一部
が、推力ロッド５４等の駆動系のクランプ解除方向への
移動に使用されるが、多くが電動モータ２０の回生制動
に消費される。そのため、クランプ解除の開始から、低
速でワークのクランプ解除が行われる。このような低速
のクランプ解除は、急速なクランプ解除が危険な場合
や、急速なクランプ解除が必要でない場合等に行われ
る。

【００４０】つぎに、上記実施形態の変形例について図
２により説明する。上記実施形態においては、推力受け
ボスに取り付けられて外周におねじの形成された推力シ
ャフトの回転を、めねじを設けた推力ナットの運動に変
換し、推力ナットに一体で設けられた推力ロッドにより
クランプが行われるようになっている。これに対し、変
形例においては、図２に示すように、推力受けボス６１
に直接取り付けられた内周にめねじ６２ａを設けた推力
ナット６２の回転を、外周におねじを設けた推力シャフ
ト６３の軸線方向の移動に変換し、クランプを行うよう
にしたものである。以上のように構成した変形例におい
ても、上記実施形態に示したクランプ装置と同様のクラ
ンプ効果が得られる。また、推力シャフト６３、推力ナ
ット６２、推力受けボス６１を含む推力フレーム６４の
径が大きくなり、実施形態のクランプ装置に比べて構造
的にやや強度が劣るが、推力伝達構造が簡略化される。

【００４１】なお、上記実施形態及び変形例において
は、低速駆動回転力は、一方向回転クラッチ３８の外輪
部３８ａから内輪部３８ｂ方向に伝達しているが、構造
を変更して、内輪部３８ｂ側から外輪部３８ａ方向に回
転力の伝達を行って同様の動作をさせることもできる。
また、電動モータの回転を推力受けボスに伝達する手段
として、スプロケット及びタイミングベルトを用いてい
るが、その他の伝導器、チェーン、ギヤ等を用いること
もできる。

【００４２】さらに、上記実施形態においては、電動モ
ータの回転を、推力ロッドの直線方向の前後進動作に変
換し、クランプ及びクランプ解除を行うようにしている
が、推力ロッドの先端に減速ギア等を設けることによ
り、推力ロッドの回転を利用してクランプを行うように
してもよい。

【００４３】また、上記実施形態においては、電動モー
タの回転エネルギ等を蓄積する手段として皿ばねを用い
ているが、その他、コイルばね、ゴム、樹脂等の弾性体
を用いることもできる。さらに、皿ばね等の代わりに、
エネルギ蓄積手段として駆動系の歪例えばベルトの伸
び、ハブ、ロッド、シャフト等のねじれ、たわみ等を用
いることができる。また、クランプ装置の形状等につい
ては上記実施形態に限るものではなく、目的用途等に応
じて適宜変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るクランプ装置を概略
的に示す一部破断正面図である。

【図２】変形例であるクランプ装置を概略的に示す一部
破断正面図である。

【図３】従来例であるクランプ装置を概略的に示す一部
破断正面図である。

【図４】他の従来例であるクランプ装置を概略的に示す
一部破断正面図である。

【符号の説明】

１１…第１推力フレーム、１１ａ，１１ｂ…前後ストロ
ーク値検出スイッチ、１２…第２推力フレーム、１２ａ
…連結開口部、１２ｋ…後開口部、１３ａ…前ブラケッ
ト、１３ｂ…中間ブラケット、１３ｃ…後ブラケット、
１３ｄ…後カバー、１３ｄ1 …推力値リードスイッチ、
１４…フレームカバー、２０…電動モータ、２１…モー
タ軸、２２…低速駆動用スプロケット、２３ａ…トルク
リミッタディスク、２３ｂ…トルクリミッタライナ、２
４…高速駆動用スプロケット、２７…無励磁作動型電磁
ブレーキ（ＮＢブレーキ）、３１…第１推力受け軸受、
３２…皿ばね、３３…第２推力受け軸受、３６…低速被
駆動用スプロケット、３７…高速被駆動用スプロケッ
ト、３８…一方向回転クラッチ、３８ａ…外輪部、３８
ｂ…中間シャフト（内輪部）、３９ａ，３９ｂ…タイミ
ングベルト、４１…推力受けボス、５１…推力シャフ
ト、５１ａ…推力シャフトおねじ部、５２…推力ナッ
ト、５２ａ…推力ナットめねじ部、５２ｃ…ストローク
値磁石、５３…スライドメタル、５４…推力ロッド、５
６…結合金具、５６ａ…外部結合用ねじ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動モータの回転を第１速度に減速して
   伝達する第１回転伝達手段と、該第１回転伝達手段の経
   路中に一方向回転クラッチを介装させ、第１回転伝達手
   段の出力側が連結されるねじ機構と、該ねじ機構により
   回転力から変換された直進力を出力軸を介してクランプ
   部材に伝達すると共に該出力軸の反力を逆方向に伝達す
   る推力伝達系とを設けてなり、前記電動モータによるク
   ランプ駆動時においては、前記一方向回転クラッチの入
   力側の回転速度が出力側の回転速度より小さいときには
   入力側と出力側が互いに無拘束状態にされ、該一方向回
   転クラッチの入力側の回転速度が出力側の回転速度より
   大きいときには入力側と出力側が互いに拘束状態にさ
   れ、クランプ解除駆動時においては、前記一方向回転ク
   ラッチの入力側の回転速度が出力側の回転速度より小さ
   いときには入力側と出力側が互いに拘束状態にされ、該
   一方向回転クラッチの入力側の回転速度が出力側の回転
   速度より大きいときには入力側と出力側が互いに無拘束
   状態にされる低速回転系と、 前記電動モータの回転を前記第１速度より高速の第２速
   度に変換して伝達する第２回転伝達手段と、該第２回転
   伝達手段の経路中に介装され、前記クランプ部材のワー
   ククランプ前には前記電動モータの回転がそのまま伝達
   され、前記クランプ部材のワーククランプによりワーク
   からの反力が生じたときには前記電動モータの回転の伝
   達を停止するトルクリミッタ部と、前記第２回転伝達手
   段の出力側が連結される前記ねじ機構と、前記推力伝達
   系とを設けてなる高速回転系とを備えてなり、前記クラ
   ンプ部材によるワーククランプの開始に応じて前記高速
   回転系から低速回転系に自動的に動作を切り替えるクラ
   ンプ装置であって、 前記クランプ部材によるワークのクランプ開始後に、前
   記推力伝達系により逆方向に伝達された前記出力軸の反
   力のエネルギと前記低速回転系及び高速回転系に保持さ
   れた回転運動エネルギ及び前記電動モータの回転エネル
   ギを蓄積するエネルギ蓄積手段と、 前記エネルギ蓄積手段に所定量のエネルギが蓄積された
   ことを検出するエネルギ蓄積検出手段と、 前記エネルギ蓄積検出手段によるエネルギ蓄積の検出後
   に、前記電動モータの回転をロックし、また前記クラン
   プ解除駆動時に、該電動モータのロック状態を解除する
   ブレーキ手段と、 前記電動モータによるクランプ駆動時において前記ブレ
   ーキ手段による前記電動モータのロック終了後に該電動
   モータの通電を停止し、また前記クランプ解除駆動時に
   おいて、前記ブレーキ手段によるロック状態が解除され
   た後直ちにまたは所定時間経過後に該電動モータのクラ
   ンプ解除駆動を開始させるモータ制御手段とを設けたこ
   とを特徴とするクランプ装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載のクランプ装置にお
   いて、前記エネルギ蓄積手段を弾性部材により構成した
   ことを特徴とするクランプ装置。