JPWO2006100958A1 - ネジ係合式クランプ装置及びクランピングシステム並びに流体圧アクチュエータ - Google Patents

ネジ係合式クランプ装置及びクランピングシステム並びに流体圧アクチュエータ Download PDF

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Abstract

ハウジング(４)のシリンダ孔(２０)に環状ピストン(２１)を上下移動可能かつ回転を阻止した状態で挿入する。そのピストン(２１)の筒孔(２４)に、筒状の回転部材(２５)を上下方向への移動を阻止した状態で挿入する。上記ピストン(２１)と回転部材(２５)との間にボールネジ機構(２８)を設ける。その回転部材(２５)の外周面に、オス螺旋溝(５６)の始端部と終端部とを連通させる循環路(５９)を凹状に形成する。上記ハウジング(４)の上半部に形成したガイド孔(２９)に、出力ロッド(３０)を回転可能かつ上下移動可能に挿入する。その出力ロッド(３０)の入力部(４１)を上記の回転部材(２５)に回転伝動可能に連結する。ピストン(２１)を上方へ駆動することにより、上記出力ロッド(３０)の上端部に設けたボルト(４５)をワーク(１０)のメネジ孔(１２)に係合させる。

Description

この発明は、圧力流体を利用したネジ係合式クランプ装置及びそのクランプ装置を利用したクランピングシステムに関し、さらには、上記クランプ装置に使用するのに好適な流体圧アクチュエータに関する。
この種のネジ係合式クランプ装置には、従来では、特許文献１(日本国・特開平７−４０１６５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。
ベースの貫通孔にクランプロッドが上下方向に挿入される。そのクランプロッドに、被固定物のメネジ孔に係合するクランプ用オネジと、昇降ナットに係合される昇降用オネジと、上記ベースを上側から押圧する押圧部とを、上向きに順に設ける。そして、空圧式インパクトレンチが上記クランプロッドを回転させると、そのクランプロッドが昇降ナットとのネジ係合に従って下降し、クランプ用オネジが被固定物のメネジ孔に係合する。これにより、その被固定物をベースに固定するのである。
日本国・特開平７−４０１６５号公報
上記の従来技術では、クランプ用オネジをメネジ孔に強力に螺合できる点で優れるが、次の点で改善の余地が残されていた。
上記クランプロッドの上方に大形の空圧式インパクトレンチを配置する必要があるので、装置の背丈が大きくなる。また、上記両ネジのネジ係合開始時の位相ズレを解消するには、空圧式インパクトレンチが前記クランプロッドを連続して回転させる必要があるので、圧縮空気の消費量も多い。
従って、上記の従来技術は、タイヤ加硫機械やプレス機械などの大形の装置には好適であるが、比較的に小形の装置に利用することには制限があった。
本発明の目的は、コンパクトかつ省エネルギーのネジ係合式クランプ装置を提供することにある。
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、図４Ａ及び図４Ｂ、図５Ａ及び図５Ｂ、図７及び図８に示すように、メネジ孔(１２)を設けた被固定物(１０)を係合用ボルト(４５)のネジ係合力で引っ張って固定する装置を次のように構成した。
ハウジング(４)に設けたシリンダ孔(２０)に環状ピストン(２１)を軸心方向へ往復移動可能かつ回転を阻止した状態で挿入する。そのピストン(２１)の筒孔(２４)に筒状の回転部材(２５)を軸心方向への移動を阻止した状態で挿入する。上記ピストン(２１)と上記の回転部材(２５)との間にボールネジ機構(２８)を設ける。上記ハウジング(４)に形成したガイド孔(２９)に出力ロッド(３０)を回転可能かつ軸心方向へ移動可能に挿入する。その出力ロッド(３０)の入力部(４１)を上記の回転部材(２５)に回転伝動可能に連結する。上記の出力ロッド(３０)の先端部に設けた前記ボルト(４５)を前記の被固定物(１０)の前記メネジ孔(１２)に係合可能に構成した。
本発明は、次の作用効果を奏する。
ロック駆動時には、ハウジング内のピストンを圧力流体によって軸心方向の一端へロック移動させる。すると、回転部材がボールネジ機構を介して軸心回りに回転し、その回転部材が出力ロッドを回転させる。すると、その出力ロッドの先端部に設けた係合用ボルトが被固定物のメネジ孔に係合し、そのネジ係合力によって上記の被固定物をハウジングに引っ張って固定する。
そして、ピストンの筒孔に上記の回転部材を挿入し、その回転部材に出力ロッドの入力部を連結したので、上記ハウジングの背丈が大きくなるのを防止できた。このため、クランプ装置をコンパクトに造れる。
また、ロック駆動時には圧力流体によってピストンを軸心方向の一端へ移動させるだけでよいので、前述した従来技術のインパクトレンチと比べて、圧縮空気や圧油等の圧力流体の消費量が少ない。
本発明では、例えば図１から図３に示すように、前記ピストン(２１)の前記筒孔(２４)よりも半径方向の内方に前記ガイド孔(２９)を形成することが好ましい。
この場合、ハウジングの背丈だけでなくハウジングの横幅も小さくできるので、クランプ装置をさらにコンパクトに造れる。
本発明には、例えば、図１から図３、又は図７及び図８に示すように、次の構成を加えることが好ましい。
前記ボールネジ機構(２８)は、前記ピストン(２１)の前記筒孔(２４)に複数ピッチ形成したメス螺旋溝(５５)と、前記の回転部材(２５)の外周面にほぼ１ピッチ形成した少なくとも一つのオス螺旋溝(５６)と、上記メス螺旋溝(５５)と上記オス螺旋溝(５６)との間に転動自在に挿入した多数のボール(５７)とを備える。上記メス螺旋溝(５５)の隣り合う溝部分の間に形成された区画壁(６０)を上記ボール(５７)が乗り越えるのを許容するように、上記オス螺旋溝(５６)の始端部と終端部とを連通させる循環路(５９)を上記の回転部材(２５)の外周面に凹状に形成する。
この場合、回転部材の周壁を循環路の設置スペースとして有効に利用できるので、ハウジングの半径方向の大きさが小さくなる。その結果、クランプ装置がさらにコンパクトになる。
本発明においては、例えば図１から図３に示すように、前記の出力ロッド(３０)を前記のメネジ孔(１２)へ向けて押圧する進出手段(４３)を設けることが好ましい。
この場合、出力ロッドの係合用ボルトとメネジ孔とのネジ係合の開始時に、回転しているボルトを進出手段がメネジ孔に押圧することにより、上記ネジ係合を確実に行える。
上記の進出手段(４３)は、バネ又はゴム等の弾性体によって構成して、前記の出力ロッド(３０)と前記の回転部材(２５)との間に設けることが好ましい。
この場合、上述した確実なネジ係合を簡素な構成によって達成できる。
本発明には、例えば、図１から図３又は図７及び図８に示すように、次の(Ａ)と(Ｂ)との少なくとも一方の構成を加えることが好ましい。
(Ａ) 前記ハウジング(４)に、リリース状態検出用の流体が供給される供給口(７１)を設ける。その供給口(７１)を、前記の回転部材(２５)と前記ピストン(２１)との間で軸心方向に対面するように配置された開閉部(７３)を介して外部空間へ連通させる。
この場合、回転部材とピストンを利用してリリース状態を確実に検出できる。
(Ｂ) 前記ハウジング(４)に、ロック状態検出用の流体が供給される供給口(７２)を設ける。その供給口(７２)を、前記ハウジング(４)と前記の出力ロッド(３０)との間で軸心方向に対面するように配置された開閉部(７４)を介して外部空間へ連通させる。
この場合、出力ロッドを利用してロック状態を確実に検出できる。また、例えば、製作ミスによって被固定物にメネジ孔が形成されていない場合や、そのメネジ孔が加工不良の場合には、ロック状態の検出信号が発信されない。これにより、形成されるメネジ孔の良否をチェックすることも可能である。
本発明においては、例えば図１から図３に示すように、前記の回転部材(２５)に伝動スリーブ(３８)を回転伝動可能かつ半径方向へ移動可能に挿入し、その伝動スリーブ(３８)に上記出力ロッド(３０)の前記の入力部(４１)を回転伝動可能かつ軸心方向へ移動可能に挿入することが好ましい。
この場合、回転部材が出力ロッドを円滑に回転させることが可能である。
本発明においては、例えば図１から図３に示すように、前記ハウジング(４)の前記ガイド孔(２９)と前記の出力ロッド(３０)の外周面との間に、その出力ロッド(３０)の半径方向移動を許容する環状隙間(３１)を形成してもよい。
この場合、ハウジングに対して出力ロッドが半径方向へ移動することが許容されるので、被固定物のメネジ孔の軸心と出力ロッドの軸心との心ズレを許容できる。
本発明においては、前記ハウジング(４)の前記ガイド孔(２９)に前記の出力ロッド(３０)を半径方向への移動を阻止した状態で支持してもよい。
この場合、その出力ロッドの軸心を位置決めの基準として利用できる。
本発明においては、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、次の構成を加えてもよい。
前記ハウジング(４)の前記ガイド孔(２９)に軸心方向へ所定の間隔をあけてメス嵌合部(８３)(８３)を設け、前記の出力ロッド(３０)の外周面に軸心方向へ所定の間隔をあけてオス嵌合部(８５)(８５)を設ける。上記出力ロッド(３０)が後退したリリース状態では、上記メス嵌合部(８３)とオス嵌合部(８５)とが軸心方向へ離間して、上記ガイド孔(２９)内で上記出力ロッド(３０)が半径方向へ移動可能にする。上記出力ロッド(３０)が進出したロック状態では、上記メス嵌合部(８３)とオス嵌合部(８５)とが嵌合して、上記ガイド孔(２９)に上記出力ロッド(３０)を半径方向に拘束した。
この場合、ロック駆動の開始前には、被固定物のメネジ孔の軸心と出力ロッドの軸心との心ズレを許容し、ロック状態では、その出力ロッドの軸心を位置決めの基準として利用できる。
本発明においては、前記メス嵌合部(８３)と前記オス嵌合部(８５)とをほぼ全周で嵌合可能に構成してもよい。
この場合、出力ロッドによる位置決め精度が向上する。
本発明においては、例えば図９に示すように、前記ガイド孔(２９)に半径方向に対面する突出部(９０)(９０)を設けると共に、これら突出部(９０)(９０)の間に逃し部(９１)(９１)を設け、上記の各突出部(９０)の内周面に前記メス嵌合部(８３)を形成してもよい。
この場合、上記一対の突出部が対面する半径方向では位置決めを行うと共に、その対面方向に対して直交する半径方向では心ズレを許容できる。
本発明においては、例えば図５Ａ及び図５Ｂに示すように、次の構成を加えてもよい。
前記ガイド孔(２９)と前記の出力ロッド(３０)との間に少なくとも一つの中間スリーブ(８８)を配置する。その中間スリーブ(８８)の外周面と上記ガイド孔(２９)との少なくとも一方に半径方向に対面する突出部(９０)(９０)を設けると共に、これら突出部(９０)(９０)の間に逃し部(９１)(９１)を設ける。
この場合、上記一対の突出部が対面する半径方向では位置決めを行うと共に、その対面方向に対して直交する半径方向では心ズレを許容できる。しかも、出力ロッドは、突出部に直接には接当しないので、摩耗が少なくて寿命が長くなる。
本発明においては、例えば図６Ａ及び図６Ｂに示すように、次の構成を加えてもよい。
前記の回転部材(２５)に、前記の出力ロッド(３０)に代えて中空ロッド(９５)を連結する。その中空ロッド(９５)の先端部に設けた係合用ボルト(４５)を被テスト物(９２)のメネジ孔(１２)に保密状に接続可能に構成する。そして、テスト用圧力流体を、上記の中空ロッド(９５)内に形成した流通路(９８)を介して上記の被テスト物(９２)へ供給可能に構成する。
この場合、被テスト物の圧力テストや漏れテストにクランプ装置を利用できる。
本発明のクランプ装置を利用したクランピングシステムとしては、上述した各発明に係るクランプ装置を少なくとも一つ使用すること、又は、複数の発明に係るクランプ装置を組み合わせて使用すること等が考えられる。
また、本発明のクランプ装置に適用するのに好適な流体圧アクチュエータは、例えば、図１から図３、又は図７と図８に示すように、次のように構成される。
ハウジング(４)に設けたシリンダ孔(２０)に環状ピストン(２１)を軸心方向へ往復移動可能かつ回転を阻止した状態で挿入する。そのピストン(２１)の筒孔(２４)に回転部材(２５)を軸心方向への移動を阻止した状態で挿入する。上記ピストン(２１)と上記の回転部材(２５)との間にボールネジ機構(２８)を設ける。上記ボールネジ機構(２８)は、上記ピストン(２１)の上記筒孔(２４)に複数ピッチ形成したメス螺旋溝(５５)と、上記の回転部材(２５)の外周面にほぼ１ピッチ形成した少なくとも一つのオス螺旋溝(５６)と、上記メス螺旋溝(５５)と上記オス螺旋溝(５６)との間に転動自在に挿入した多数のボール(５７)とを備える。上記メス螺旋溝(５５)の隣り合う溝部分の間に形成された区画壁(６０)を上記ボール(５７)が乗り越えるのを許容するように、上記オス螺旋溝(５６)の始端部と終端部とを連通させる循環路(５９)を上記の回転部材(２５)の外周面に凹状に形成する。
この場合、ピストンの筒孔に上記の回転部材を挿入したのでハウジングの背丈が小さくなる。また、回転部材の周壁を循環路の設置スペースとして有効に利用できるので、ハウジングの半径方向の大きさが小さくなる。その結果、流体圧アクチュエータをコンパクトに造れる。
上記の流体圧アクチュエータの発明においては、例えば、図１から図３又は図７に示すように、前記の回転部材(２５)内に伝動スリーブ(３８)を回転伝動可能かつ半径方向へ移動可能に挿入し、その伝動スリーブ(３８)内に出力ロッド(３０)の入力部(４１)を回転伝動可能に挿入することが好ましい。
この場合、回転部材が出力ロッドを円滑に回転させることが可能である。
本発明の第１実施形態を示し、リリース状態のネジ係合式クランプ装置の立面視の断面図である。 図２Ａは、上記クランプ装置の平面図である。図２Ｂは、上記クランプ装置に設けたボールネジ機構の断面図である。図２Ｃは、前記図１の２Ｃ−２Ｃ線の断面図である。図２Ｄは、図２Ｃの２Ｄ−２Ｄ線の断面図である。 上記クランプ装置のロック状態を示し、前記の図１に類似する図である。 図４Ａと図４Ｂは、本発明の第２実施形態のクランプ装置を示している。図４Ａは、リリース状態を示し、前記の図１に類似する部分図である。図４Ｂは、ロック状態を示し、図４Ａに類似する図である。 図５Ａと図５Ｂは、本発明の第３実施形態のクランプ装置を示している。図５Ａは、ロック状態を示し、図５Ｂの５Ａ−５Ａ線の断面図に相当する図である。図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線の断面図である。 図６Ａと図６Ｂは、前記の第１実施形態に係るクランプ装置の使用形態を示している。図６Ａは、前記の図３に類似する図である。図６Ｂは、図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線の断面図である。 本発明の第４実施形態のクランプ装置を示し、前記の図３に類似する図である。 上記の図７のクランプ装置に設けたボールネジ機構の断面図である。 本発明の変形例を示し、前記図５Ｂに類似する図である。 上記の各クランプ装置を利用したクランピングシステムの平面視の模式図である。
符号の説明
４：ハウジング，１０：被固定物(ワーク)，１２：メネジ孔，２０：シリンダ孔，２１：ピストン，２４：筒孔，２５：回転部材，２８：ボールネジ機構，２９：ガイド孔，３０：出力ロッド，３１：環状隙間，３８：伝動スリーブ，４１：入力部，４３：進出手段(進出バネ，弾性体)，４５：ボルト，５５：メス螺旋溝，５６：オス螺旋溝，５７：ボール，５９：循環路，６０：区画壁，７１：第１供給口，７２：第２供給口，７３：第１開閉部，７４：第２開閉部，８３：メス嵌合部，８５：オス嵌合部，８８：中間スリーブ，９０：突出部，９１：逃し部，９５：中空ロッド，９８：流通路．
図１から図３は、本発明の第１実施形態を示している。
この第１実施形態では、ネジ係合式クランプ装置によってワークを固定および固定解除する場合を例示してある。まず、図１から図２Ｄによって上記クランプ装置の構成を説明する。
図１は、リリース状態のクランプ装置の立面視の断面図である。図２Ａは、上記クランプ装置の平面図である。図２Ｂは、上記クランプ装置に設けたボールネジ機構を示し、図１中の左側面視の部分断面図である。図２Ｃは、前記図１の２Ｃ−２Ｃ線の断面図である。図２Ｄは、前記図２Ｃの２Ｄ−２Ｄ線の断面図である。
支持台としてのテーブル１は貫通孔２を備えている。その貫通孔２の周壁に、クランプ装置３のハウジング４の上部が複数の取付けボルト(図示せず)によって固定される。そのハウジング４の上ハウジング部分５に、中間ハウジング部分６と下ハウジング部分７とが連結ボルト８によって固定されている。
被固定物としてのワーク１０には基準面１１とメネジ孔１２とが予め加工されている。そのメネジ孔１２は上記の基準面１１に下向きに開口されている。
上ハウジング部分５にガイド筒１５が挿入されている。そのガイド筒１５の上部フランジ１６が、多数(ここでは１６本)の締結ボルト１７によって上ハウジング部分５の上部に固定される。
上記ハウジング４に形成したシリンダ孔２０とガイド筒１５の外周面との間に、環状ピストン２１が上下方向(軸心方向)へ往復移動可能かつ軸心まわりの回転を阻止した状態で挿入される。即ち、シリンダ孔２０の下半部に形成したキー溝２２と環状ピストン２１の下部との間に回り止めキー２３が装着されている。
上記ピストン２１の筒孔２４には、筒状の回転部材２５が、下スラストベアリング２６及びラジアルベアリング２７を介して、上下方向への移動を阻止した状態かつ軸心回りに回転自在に挿入される。下スラストベアリング２６は、低摩擦の転動軸受けによって構成されている。また、ピストン２１と回転部材２５との間には後述のボールネジ機構２８が設けられる。
前記ガイド筒１５の筒孔によってガイド孔２９が構成される。そのガイド孔２９は、ピストン２１の筒孔２４よりも半径方向の内方に配置されている。上記ガイド孔２９に出力ロッド３０が軸心回りに回転可能かつ上下方向(軸心方向)へ移動可能に挿入される。上記ガイド孔２９と出力ロッド３０の外周面との間には環状隙間３１が形成されている。これにより、この第１実施形態のクランプ装置３は、出力ロッド３０が全周にわたって半径方向へ移動可能になっており、後述の図１０に示すように、いわゆるフリー形のクランプ装置として構成されている。
なお、出力ロッド３０の上部には、ゴム又は合成樹脂からなるダストシール３２を介して遊動スリーブ３３が外嵌され、その遊動スリーブ３３がシール部材３４を介して保持スリーブ３５に半径方向へ移動可能に支持される。その保持スリーブ３５は、前記の締結ボルト１７によってガイド筒１５に固定されている。
上記の出力ロッド３０は、ユニバーサルジョイント機構を介して回転部材２５に連結される。より詳しくいえば、回転部材２５内に伝動スリーブ３８が挿入される。その伝動スリーブ３８に、上下方向へ延びる長孔３９が形成され、その長孔３９に挿入した連結ピン４０の両端部が回転部材２５の周壁に嵌入される。これにより、回転部材２５に、伝動スリーブ３８が、回転伝動可能かつ半径方向へ移動可能で上下方向へも所定量だけ移動可能に挿入される。
そして、出力ロッド３０の下部の入力部４１が伝動スリーブ３８内に回転伝動可能かつ上下方向(軸心方向)へ移動可能に挿入されている。
また、回転部材２５の下部に装着したバネ受け４２と伝動スリーブ３８との間に、進出バネ４３が装着される。そのバネ４３は、出力ロッド３０を上方へ付勢する弾性体(進出手段)として機能している。
上記の出力ロッド３０の上端部(先端部)に係合用ボルト４５が設けられる。そのボルト４５は、先細りのテーパ部４６と肩部４７とオネジ部４８とを、下向きに順に備える。そのオネジ部４８が、前記ワーク１０のメネジ孔１２のメネジ部１２ａに係合可能に構成されている。なお、この第１実施形態では、オネジ部４８及びメネジ部１２ａは、右ネジかつ平行ネジからなる。
さらに、出力ロッド３０には、入力部４１の上方に拡径部５０が設けられる。その拡径部５０の上面に、上スラストベアリング５１が載置される。上スラストベアリング５１は、低摩擦の転動軸受けによって構成されている。上スラストベアリング５１とガイド筒１５との間に戻しバネ５２が装着される。その戻しバネ５２の付勢力は、前記の進出バネ４３の付勢力よりも小さい値に設定されている。
前記ボールネジ機構２８は次のように構成されている。
ピストン２１の筒孔２４にメス螺旋溝５５が複数ピッチ形成される。また、回転部材２５の外周面にオス螺旋溝５６がほぼ１ピッチ形成される。これらメス螺旋溝５５とオス螺旋溝５６との間に多数のボール５７が転動自在に挿入される。また、上記オス螺旋溝５６の始端部と終端部とを連通させる循環路５９が、上記の回転部材２５の外周面に凹状に形成される。その循環路５９の作用により、上記ボール５７は、上記メス螺旋溝５５の隣り合う溝部分の間に形成された区画壁６０を乗り越えることが許容される。
なお、この第１実施形態では、メス螺旋溝５５とオス螺旋溝５６とが左ネジによって構成されている。また、ほぼ１ピッチ形成した上記オス螺旋溝５６は、一つだけ設けることに代えて、軸心方向へ間隔をあけて複数設けてもよい。
前記ピストン２１の上側に形成したリリース室６２が圧油の第１給排口６３に連通され、そのピストン２１の下側に形成したロック室６４が圧油の第２給排口６５に連通される。リリース室６２の断面積をロック室６４の断面積よりも大きな値に設定しており、これにより、ロック駆動力よりもリリース駆動力を大きい値に設定している。
中間ハウジング部分６には、リリース状態検出用の圧縮空気(流体)が供給される第１供給口７１が設けられる。また、上ハウジング部分５の上部には、ロック状態検出用の圧縮空気(流体)が供給される第２供給口７２が設けられる。
上記の第１供給口７１は、回転部材２５の下端部(基端部)とピストン２１の下部(基端部)との間で上下方向に対面するように配置された第１開閉部７３を介して外部空間へ連通されている。また、上記の第２供給口７２は、後述する図３のロック状態で示したように、ハウジング４の一部を構成するガイド筒１５の下端面と上スラストベアリング５１の上面との間で上下方向に対面するように配置された第２開閉部７４を介して外部空間へ連通されている。
上記クランプ装置３は、図１のリリース状態と図３のロック状態に示すように、次のように作動する。
図１のリリース状態では、ロック室６４の圧油が排出されると共にリリース室６２へ圧油が供給されており、ピストン２１が下降している。出力ロッド３０は、前記の進出バネ４３の付勢力によって上方へ押圧されている。
この状態で、ワーク１０を下降させていくと、まず、係合用ボルト４５のテーパ部４６がワーク１０のメネジ孔１２内に挿入され、次いで、メネジ孔１２の周壁の下部が上記ボルト４５の肩部４７によって受け止められる。
なお、上記ワーク１０の下降時において、メネジ孔１２の軸心と出力ロッド３０の軸心とが心ズレしている場合には、テーパ部４６がメネジ孔１２から挿入抵抗を受けるので、その抵抗によって、出力ロッド３０と遊動スリーブ３３及び伝動スリーブ３８が半径方向へ調心移動する。
この状態では、進出バネ４３の付勢力により、ボルト４５のオネジ部４８の上端がメネジ孔１２のメネジ部１２ａの下端に噛み合うようになっている。ここでは、テーブル１の支持面Ｓとワーク１０の基準面１１との間には接当隙間Ａが形成されている。しかし、ワーク１０の重量が大きい場合やワーク１０をハンドリングする力が大きい場合には、出力ロッド３０が進出バネ４３に抗して下降して、上記の接当隙間Ａが消失する。
上記リリース状態では、第１供給口７１の圧縮空気は、第１開閉部７３でストップされている。このため、その第１供給口７１の圧力上昇を検出することにより、クランプ装置３がリリース状態であることを確認できる。
なお、そのリリース状態では、第２供給口７２の圧縮空気は、上ハウジング部分５の環状溝７６と、ガイド筒１５の縦路７７と、出力ロッド３０の入力部４１と伝動スリーブ３８との嵌合隙間７８と、下ハウジング部分７の排気孔７９とを順に通って外部へ排出可能になっている。
図１のリリース状態のクランプ装置３を図３のロック状態へ切り換えるときには、リリース室６２の圧油を排出すると共にロック室６４へ圧油を供給して、ピストン２１を上昇させる。すると、図３に示すように、回転部材２５と伝動スリーブ３８とを介して出力ロッド３０が底面視で時計回りの方向へ回転して、ボルト４５のオネジ部４８がメネジ部１２ａに螺合していく。
これにより、まず、出力ロッド３０が上昇して前記スラストベアリング５１がガイド筒１５の下端面に接当し、次いで、上記ボルト４５の螺合力によってワーク１０をテーブル１の支持面Ｓに強力に押圧する。なお、オネジ部４８がネジ込まれる山数は、ここでは、３山から５山程度に設定してある。
上記ロック状態では、第２供給口７２の圧縮空気は、環状溝７６を経て縦路７７の下端へ供給されるが、その下端の第２開閉部７４でストップされている。このため、その第２供給口７２の圧力上昇を検出することにより、クランプ装置３がロック状態であることを確認できる。
なお、そのロック状態では、第１供給口７１の圧縮空気は、回転部材２５の周壁の下部に設けた横孔８１と前記の排気孔７９とを順に通って外部へ排出可能になっている。
図３のロック状態のクランプ装置３を図１のリリース状態へ切り換えるときには、ロック室６４の圧油を排出すると共にリリース室６２へ圧油を供給して、ピストン２１を下降させる。すると、すると、図１に示すように、回転部材２５と伝動スリーブ３８とを介して出力ロッド３０が底面視で反時計回りの方向へ回転し、ボルト４５のオネジ部４８とメネジ部１２ａとの螺合に従って出力ロッド３０が下降し、その螺合状態が解除される。その後、ワーク１０を上昇させればよい。
上記の第１実施形態は、次の長所を奏する。
メネジ孔１２のほぼ真下にクランプ装置３を配置したので、ハウジング４が水平方向へ突出することを防止できる。このため、例示したテーブル１や治具プレート等の取付け台が小さくなる。その結果、小形の工作機械によってワーク１０を加工できる。
クランプ装置３は、ネジ係合による倍力作用によって大きな締付け力を確保できる。また、最終製品の組立てボルトが螺合されるメネジ孔としてワーク１０に上記メネジ孔１２を形成した場合には、上記ワーク１０の加工時のネジ締め力と最終組立て時のネジ締め力とがほぼ等しくなる。このため、ワーク加工時のクランプ歪み等による影響が少なくなる。
上記ネジ係合式クランプ装置３は、一旦ロック状態に切り換えた後は、圧力流体の供給を停止しても係合用ボルト４５とメネジ孔１２とのネジ係合状態を保持可能である。このため、ロック状態のワーク１０を工作機械へ容易に搬入できる。しかも、工作機械にクランプ装置用の動力源を設置する必要がないので、設備コストが安くなる。また、一般的な流体圧クランプとは異なり、工作機械に搬入されたクランプ装置の圧漏れをチェックする必要も無くなる。
上記ネジ係合式クランプ装置３のロック駆動時には、圧油等の圧力流体が設定圧力領域に到達した後に上記ボルト４５が強力にネジ係合して締付け力が発生する。このため、複数のネジ係合式クランプ装置３を設置した場合において、一般的なボルト締め装置とは異なり、複数箇所をほぼ同時に均等な締め付け力で固定することが可能になった。
また、転動軸受けからなる上スラストベアリング５１を出力ロッド３０の拡径部５０に装着したので、その出力ロッド３０のネジ係合時には、オネジ部４８のネジ山面の摺動抵抗だけが負荷になる。このため、小さいトルクで大きな締付け力が得られるうえ、その締付け力のバラツキが少ない。
なお、後述する別の実施形態も上記と同様の長所を奏する。
図４から図１０は、本発明の別の実施形態を示している。これら別の実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ部材(または類似する部材)には原則として同一の符号を付けて説明する。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第２実施形態のクランプ装置を示している。図４Ａは、リリース状態を示し、前記の図１に類似する部分図である。図４Ｂは、ロック状態を示し、図４Ａに類似する図である。
この第２実施形態は、前記の第１実施形態とは次の点で異なる。
ハウジング４の前記ガイド孔２９には、上下方向(軸心方向)へ所定の間隔をあけてメス嵌合部８３・８３が半径方向の内方へ突出され、これらメス嵌合部８３・８３の間に環状凹溝８４が形成される。また、出力ロッド３０の外周面にも上下方向へ所定の間隔をあけてオス嵌合部８５・８５が形成され、これらオス嵌合部８５・８５の上側に環状凹溝８６・８６が形成される。
そして、出力ロッド３０が下方へ後退した図４Ａのリリース状態では、上記メス嵌合部８３とオス嵌合部８５とが上下方向へ離間して、ガイド孔２９内で上記出力ロッド３０が半径方向へ移動可能となる。なお、前記ダストシール３２は、前述した図１及び図３と同様に、遊動スリーブ３３(図４Ａ中の二点鎖線図の略図を参照)に装着されている。
これに対して、上記出力ロッド３０が上方へ進出した図４Ｂのロック状態では、上記メス嵌合部８３とオス嵌合部８５とがほぼ全周で嵌合して、ガイド孔２９に出力ロッド３０が半径方向に拘束される。
これにより、この第２実施形態のクランプ装置３は、図４Ｂのロック状態では、出力ロッド３０が半径方向へ移動することが阻止され、後述の図１０で示すように、いわゆるデータム形のクランプ装置として構成されている。
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第３実施形態のクランプ装置を示している。図５Ａは、ロック状態を示し、図５Ｂの５Ａ−５Ａ線の断面図に相当する図である。図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線の断面図である。
前記ガイド孔２９と前記の出力ロッド３０との間に、上下方向(軸心方向)へ所定の間隔をあけて中間スリーブ８８・８９が配置される。上方の中間スリーブ８８の外周側においては、ガイド孔２９が平面視で長方形状に形成されている。これにより、そのガイド孔２９の周壁に、半径方向に対面する突出部９０・９０が設けられると共に、これら突出部９０・９０の間に逃し部９１・９１が設けられる。また、下方の中間スリーブ８９も、上方の中間スリーブ８８と同様の関係でガイド孔２９に配置されている。
また、この第３実施形態では図示してないが、前記の図３と同様に、前記の回転部材２５に伝動スリーブ３８が回転伝動可能かつ半径方向へ移動可能に挿入され、その伝動スリーブ３８に上記出力ロッド３０の前記の入力部４１が回転伝動可能かつ軸心方向へ移動可能に挿入されている。
上記の構造により、出力ロッド３０及び中間スリーブ８８・８９がハウジング４に対して図５Ｂ上の左右方向へ移動可能かつ図５Ｂ上の上下方向へ移動不能に構成される。即ち、この第３実施形態のクランプ装置３は、後述の図１０で示すように、いわゆるダイヤモンドカット形のクランプ装置として構成されている。
前記ハウジング４に対して上記突出部９０・９０の回転位相を変更する場合には、前記の締結ボルト１７を取り外して、ハウジング４に対するガイド筒１５の回転位相を変更すればよい。ちなみに、図２に示すように１６本の締結ボルト１７を使用している場合には、回転位相を２２．５度の角度ごとに変更できる。
なお、前記の突出部９０と逃し部９１は、ガイド孔２９に設けることに代えて、又は、それに加えて、中間スリーブ８８・８９の外周部に設けてもよい。
また、中間スリーブ８８又は８９は、例示したように二つ配置することが好ましいが、比較的に長尺のものを一つだけ配置することも可能であり、三つ以上を配置してもよい。
図６Ａ及び図６Ｂは、前記の第１実施形態に係るクランプ装置の使用形態を示している。図６Ａは、その使用状態の要部の断面図であって、前記の図３に類似する図である。図６Ｂは、図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線の断面図である。
この使用形態は、被テスト物９２のメネジ孔１２にテスト用圧力流体を供給可能に構成されている。そして、図３における前記ユニバーサルジョイント機構が次のように変更されている。
即ち、回転部材２５内に挿入された伝動スリーブ３８が複数の伝動ボール９３によって連結される。これら伝動ボール９３を抜け止めするための内スリーブ９４が前記の進出バネ４３によって上方へ付勢される。
回転部材２５の上部に、前記の図３の出力ロッド３０に代えて中空ロッド９５が連結される。その中空ロッド９５の下部がパイプ９６を介してノズル９７に連結される。
図６Ａの状態では、ピストン２１が上昇し、回転部材２５が伝動スリーブ３８を介して中空ロッド９５を回転させている。これにより、その中空ロッド９５の上端部に設けた係合用ボルト４５が前記の被テスト物９２のメネジ孔１２に保密状に接続されている。圧縮空気等のテスト用圧力流体は、ノズル９７とパイプ９６と中空ロッド９５内の流通路９８を介して上記の被テスト物９２内へ供給される。
なお、被テスト物９２のメネジ孔１２及びボルト４５のオネジ部は、平行ネジに代えてテーパネジであってもよい。
図７及び図８は、本発明の第４実施形態のクランプ装置を示している。図７は、前記の図３に類似する図である。図８は、上記の図７のクランプ装置に設けたボールネジ機構を示し、図７中の左側面視の部分断面図である。
この第４実施形態は、図３の第１実施形態とは次の構造が異なる。
ピストン２１と回転部材２５との間に設けたボールネジ機構２８は、右ネジによって構成されている。そして、ピストン２１の下側にリリース室６２が形成され、そのピストン２１の上側にロック室６４が形成されている。また、伝動スリーブ３８は、回転部材２５に上下移動可能に嵌合されている。その伝動スリーブ３８と連結ピン４０との上下方向の嵌合は、図３の長孔３９に代えて、上下方向へ延びる溝１０１によって構成される。そして、出力ロッド３０の入力部４１と伝動スリーブ３８とが上ピン１０２によって連結されている。
上記出力ロッド３０及び伝動スリーブ３８が下降されたときには、進出バネ４３の付勢力が上バネ受け１０３と伝動スリーブ３８を介して出力ロッド３０を押し上げ可能になっている。また、その下降状態の出力ロッド３０は、拡径バネ１０４によって半径方向の外方へ突出されたボール１０５により、回転部材２５の内周溝１０６に保持される。
図７のロック状態では、出力ロッド３０の拡径部５０が上スラストベアリング５１を上方へ押圧し、その上スラストベアリング５１の上面がハウジング４に接当している。このため、ロック検出用の第２供給口７２の圧縮空気の圧力が上昇している。即ち、上スラストベアリング５１の上面とハウジング４とによって前記の第２開閉部７４を構成している。
なお、上記の図７のロック状態をリリース状態へ切り換えたときには、ピストン２１が上昇して、そのピストン２１の上端面が回転部材２５の上部に接当する。これにより、リリース検出用の第１供給口７１の圧縮空気の圧力が上昇する。即ち、上記ピストン２１の上端面と回転部材２５の上部とによって前記の第１開閉部７３を構成している。
図９は、本発明の変形例を示し、前記図５Ｂに類似する図である。
この場合、図５Ｂの中間スリーブ８８が省略されており、前記ガイド筒１５のガイド孔２９に出力ロッド３０が直接に挿入されている。そして、上記ガイド孔２９に、半径方向に対面する突出部９０・９０が設けられると共に、これら突出部９０・９０の間に逃し部９１・９１が設けられる。上記の各突出部９０・９０の内周面に前記メス嵌合部８３が形成されている。
図１０は、上記の各実施形態のクランプ装置を利用したクランピングシステムの平面視の模式図である。
この場合、被固定物１０に４つのメネジ孔１２１・１２２・１２３・１２４を対角線上に配置し、第１メネジ孔１２１に図４Ｂ又は図７のデータム形のクランプ装置３ｃを対応させ、第２メネジ孔１２２に図５Ａ及び図５Ｂ又は図９のダイヤモンドカット形のクランプ装置３ｂを対応させ、第３メネジ孔１２３及び第４のメネジ孔１２４には図１及び図３のフリー形のクランプ装置３ａを対応させてある。
なお、ダイヤモンドカット形のクランプ装置３ｂの前記突出部９０・９０(図５Ｂ又は図９を参照)が対面する方向は、第１メネジ孔１２１を中心として被固定物１０が回転するのを阻止する方向に設定してある。
上記の各実施形態や変形例は次のように変更可能である。
前述したリリース状態の検出手段とロック状態の検出手段とは、いずれか一方を省略してもよく、両方を省略してもよい。
本発明に係るクランプ装置の被固定物１０は、例示したワークに代えて、治具・パレット・金型・組み立て完成品などであってもよい。
データム形のクランプ装置３ｃについては、前記ユニバーサルジョイント機構を省略可能である。
クランプ装置の設置姿勢は、例示した姿勢とは上下逆の姿勢であってもよく、水平向きの姿勢や斜め向きの姿勢であってもよい。
前記クランピングシステムにおいては、各形式のクランプ装置３ａ・３ｂ・３ｃを、同じ形式のものだけを複数使用してもよく、また、異なる形式のものを一つ又は複数ずつ組み合わせて使用してもよい。

Claims (21)

  1. メネジ孔(１２)を設けた被固定物(１０)を係合用ボルト(４５)のネジ係合力で引っ張って固定する装置であって、
    ハウジング(４)に設けたシリンダ孔(２０)に環状ピストン(２１)を軸心方向へ往復移動可能かつ回転を阻止した状態で挿入し、そのピストン(２１)の筒孔(２４)に筒状の回転部材(２５)を軸心方向への移動を阻止した状態で挿入し、上記ピストン(２１)と上記の回転部材(２５)との間にボールネジ機構(２８)を設け、
    上記ハウジング(４)に形成したガイド孔(２９)に出力ロッド(３０)を回転可能かつ軸心方向へ移動可能に挿入し、その出力ロッド(３０)の入力部(４１)を上記の回転部材(２５)に回転伝動可能に連結し、上記の出力ロッド(３０)の先端部に設けた前記ボルト(４５)を前記の被固定物(１０)の前記メネジ孔(１２)に係合可能に構成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  2. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ピストン(２１)の前記筒孔(２４)よりも半径方向の内方に前記ガイド孔(２９)を形成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  3. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ボールネジ機構(２８)は、前記ピストン(２１)の前記筒孔(２４)に複数ピッチ形成したメス螺旋溝(５５)と、前記の回転部材(２５)の外周面にほぼ１ピッチ形成した少なくとも一つのオス螺旋溝(５６)と、上記メス螺旋溝(５５)と上記オス螺旋溝(５６)との間に転動自在に挿入した多数のボール(５７)とを備え、
    上記メス螺旋溝(５５)の隣り合う溝部分の間に形成された区画壁(６０)を上記ボール(５７)が乗り越えるのを許容するように、上記オス螺旋溝(５６)の始端部と終端部とを連通させる循環路(５９)を上記の回転部材(２５)の外周面に凹状に形成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  4. 請求項１のクランプ装置において、
    前記の出力ロッド(３０)を前記のメネジ孔(１２)へ向けて押圧する進出手段(４３)を設けた、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  5. 請求項４のクランプ装置において、
    前記の出力ロッド(３０)と前記の回転部材(２５)との間に、バネ又はゴム等の弾性体からなる前記の進出手段(４３)を設けた、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  6. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ハウジング(４)に、リリース状態検出用の流体が供給される供給口(７１)を設け、
    その供給口(７１)を、前記の回転部材(２５)と前記ピストン(２１)との間で軸心方向に対面するように配置された開閉部(７３)を介して外部空間へ連通させた、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  7. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ハウジング(４)に、ロック状態検出用の流体が供給される供給口(７２)を設け、
    その供給口(７２)を、前記ハウジング(４)と前記の出力ロッド(３０)との間で軸心方向に対面するように配置された開閉部(７４)を介して外部空間へ連通させた、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  8. 請求項１のクランプ装置において、
    前記の回転部材(２５)に伝動スリーブ(３８)を回転伝動可能かつ半径方向へ移動可能に挿入し、その伝動スリーブ(３８)に上記出力ロッド(３０)の前記の入力部(４１)を回転伝動可能かつ軸心方向へ移動可能に挿入した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  9. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ハウジング(４)の前記ガイド孔(２９)と前記の出力ロッド(３０)の外周面との間に、その出力ロッド(３０)の半径方向移動を許容する環状隙間(３１)を形成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  10. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ハウジング(４)の前記ガイド孔(２９)に前記の出力ロッド(３０)を半径方向への移動を阻止した状態で支持した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  11. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ハウジング(４)の前記ガイド孔(２９)に軸心方向へ所定の間隔をあけてメス嵌合部(８３)(８３)を設け、前記の出力ロッド(３０)の外周面に軸心方向へ所定の間隔をあけてオス嵌合部(８５)(８５)を設け、
    上記出力ロッド(３０)が後退したリリース状態では、上記メス嵌合部(８３)とオス嵌合部(８５)とが軸心方向へ離間して、上記ガイド孔(２９)内で上記出力ロッド(３０)が半径方向へ移動可能となり、
    上記出力ロッド(３０)が進出したロック状態では、上記メス嵌合部(８３)とオス嵌合部(８５)とが嵌合して、上記ガイド孔(２９)に上記出力ロッド(３０)を半径方向に拘束した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  12. 請求項１１のクランプ装置において、
    前記メス嵌合部(８３)と前記オス嵌合部(８５)とをほぼ全周で嵌合可能に構成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  13. 請求項１１のクランプ装置において、
    前記ガイド孔(２９)に半径方向に対面する突出部(９０)(９０)を設けると共に、これら突出部(９０)(９０)の間に逃し部(９１)(９１)を設け、上記の各突出部(９０)の内周面に前記メス嵌合部(８３)を形成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  14. 請求項１のクランプ装置において、
    前記ガイド孔(２９)と前記の出力ロッド(３０)との間に少なくとも一つの中間スリーブ(８８)を配置し、その中間スリーブ(８８)の外周面と上記ガイド孔(２９)との少なくとも一方に半径方向に対面する突出部(９０)(９０)を設けると共に、これら突出部(９０)(９０)の間に逃し部(９１)(９１)を設けた、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  15. 請求項１のクランプ装置において、
    前記の回転部材(２５)に、前記の出力ロッド(３０)に代えて中空ロッド(９５)を連結し、その中空ロッド(９５)の先端部に設けた係合用ボルト(４５)を被テスト物(９２)のメネジ孔(１２)に保密状に接続可能に構成し、テスト用圧力流体を、上記の中空ロッド(９５)内に形成した流通路(９８)を介して上記の被テスト物(９２)へ供給可能に構成した、ことを特徴とするネジ係合式クランプ装置。
  16. 請求項９から１４のいずれかに記載したネジ係合式クランプ装置を少なくとも一つ使用する、ことを特徴とするクランピングシステム。
  17. 請求項１０のネジ係合式クランプ装置を一つ使用し、請求項１３又は１４のネジ係合式クランプ装置を一つ使用し、請求項９のネジ係合式クランプ装置を少なくとも一つ使用する、ことを特徴とするクランピングシステム。
  18. 請求項９のネジ係合式クランプ装置を少なくとも二つ使用する、ことを特徴とするクランピングシステム。
  19. 請求項１３又は１４のネジ係合式クランプ装置を少なくとも二つ使用する、ことを特徴とするクランピングシステム。
  20. ハウジング(４)に設けたシリンダ孔(２０)に環状ピストン(２１)を軸心方向へ往復移動可能かつ回転を阻止した状態で挿入し、そのピストン(２１)の筒孔(２４)に回転部材(２５)を軸心方向への移動を阻止した状態で挿入し、上記ピストン(２１)と上記の回転部材(２５)との間にボールネジ機構(２８)を設け、
    上記ボールネジ機構(２８)は、上記ピストン(２１)の上記筒孔(２４)に複数ピッチ形成したメス螺旋溝(５５)と、上記の回転部材(２５)の外周面にほぼ１ピッチ形成した少なくとも一つのオス螺旋溝(５６)と、上記メス螺旋溝(５５)と上記オス螺旋溝(５６)との間に転動自在に挿入した多数のボール(５７)とを備え、
    上記メス螺旋溝(５５)の隣り合う溝部分の間に形成された区画壁(６０)を上記ボール(５７)が乗り越えるのを許容するように、上記オス螺旋溝(５６)の始端部と終端部とを連通させる循環路(５９)を上記の回転部材(２５)の外周面に凹状に形成した、ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
  21. 請求項２０の流体圧アクチュエータにおいて、
    前記の回転部材(２５)内に伝動スリーブ(３８)を回転伝動可能かつ半径方向へ移動可能に挿入し、その伝動スリーブ(３８)内に出力ロッド(３０)の入力部(４１)を回転伝動可能に挿入した、ことを特徴とする流体圧アクチュエータ。

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