KR100386682B1 - 클램프장치 - Google Patents

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KR100386682B1
KR100386682B1 KR10-2001-0027409A KR20010027409A KR100386682B1 KR 100386682 B1 KR100386682 B1 KR 100386682B1 KR 20010027409 A KR20010027409 A KR 20010027409A KR 100386682 B1 KR100386682 B1 KR 100386682B1
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다카하시가즈요시
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에스엠씨 가부시키 가이샤
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Abstract

클램프 장치는 로드부재(32)의 직선운동을 회전운동으로 변환하는 토글링크기구(64), 실린더부(14)의 구동작용하에 소정 각도로 회동하는 아암(20), 상기 아암(20)에 대해 상기 실린더부(14)의 구동력의 전달이 차단된 경우에도 아암(20)의 언클램프상태를 유지하는 록기구(22)를 포함한다.

Description

클램프장치{Clamp Apparatus}
본 발명은 구동수단의 구동작용하에 소정 각도로 회동하는 아암에 의해 피가공물을 클램프할 수 있는 클램프장치에 관한 것이다.
종래부터 예를 들어, 자동차 등의 구성부품을 용접할 때 그 구성부품을 클램프하기 위해 클램프실린더가 사용되어 왔고, 이러한 종류의 클램프실린더는 예를 들어, 미국특허 제4458889호 공보 등에 개시되어 있다.
도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 특허 제4458889호 공보에 개시된 클램프실린더에는 분할된 한쌍의 본체(1a, 1b) 사이에 실린더(1c)의 구동작용하에 피스톤로드(2)가 왕복이동하도록 배설되고, 상기 피스톤로드(2)의 일단부에는 커플링(3)이 연결되어 있다. 상기 커플링(3)의 양측부에는 제1 축(4)에 의해 한쌍의 링크(5a, 5b) 및 한쌍의 롤러(6a, 6b)가 각각 축설되고, 상기 한쌍의 링크(5a, 5b) 사이에는 제2 축(7)에 의해 아암(8)이 소정 각도로 회동자재하게 연결된다.
이 경우, 상기 한쌍의 롤러(6a, 6b)는 홀부에 장착된 다수의 니들(9a)에 의해 섭동자재하게 설치된다. 상기 피스톤로드(2)는 본체(1a, 1b)에 각각 형성된 트랙홈(9b)을 따라 섭동하는 롤러(6a, 6b)의 안내작용하에 상기 롤러(6a, 6b)와 일체로 변위하도록 설치되어 있다.
그러나, 상기의 종래기술에 의한 미국특허 제4458889호 공보에 개시된 클램프실린더에서는 예를 들어, 아암(8)이 피가공물(미도시)을 지지하지 않는 언클램프상태에 있는 경우 어떠한 원인에 의해 실리더(1c)에 대한 압력유체의 공급이 차단되면 상기 아암(8)에 대한 구동력 전달이 없어지기 때문에 상기 아암(8)은 자유상태로 되고, 아암(8)의 관성력 또는 클램프실린더가 장착된 로보트 등의 동작에 의해 자연적으로 회동할 우려가 있다.
여기서, 실린더챔버를 따라 섭동하는 피스톤의 섭동저항에 의한 마찰력에 의해 아암(8)의 언클램프상태를 유지하거나, 또는 링크기구의 섭동저항에 의해 마찰력을 증대시킴으로써 상기 아암(8)의 언클램프상태를 유지하는 방법을 생각할 수 있지만, 클램프실린더를 장기간 사용함에 따라 섭동부분이 마모되어 마찰저항이 변하게 되고, 아암(8)의 언클램프상태를 확실하게 유지할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 아암에 대한 구동력 전달이 차단된 경우에도 아암을 언클램프상태로 확실하게 유지할 수 있는 클램프장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 클램프 장치의 요부 분해사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 클램프 장치의 축방향에 따른 일부 종단면도,
도 3은 도 2에 도시한 록기구의 부분확대도,
도 4는 도 1의 초기위치로부터 아암이 회동하여 피가공물이 클램프된 상태를 도시한 동작설명도,
도 5는 도 4의 상태로부터 아암이 시계방향으로 소정 각도만큼 회동한 상태를 도시한 동작설명도,
도 6은 도 5의 상태로부터 아암이 시계방향으로 소정 각도만큼 회동한 상태를 도시한 동작설명도,
도 7는 도 6의 상태로부터 아암이 시계방향으로 소정 각도만큼 회동하여 상기 아암이 언클램프상태의 초기위치로 유지된 상태를 도시한 동작설명도,
도 8은 종래기술에 의한 클램프실린더의 요부 분해사시도,
도 9는 도 8에 도시한 클램프실린더의 일부단면 측면도.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 본체;
상기 본체의 내부에 설치된 로드부재를 상기 본체의 축방향을 따라 변위시키는 구동수단;
상기 로드부재에 연결된 링부재를 포함하고, 상기 로드부재의 직선운동을 회동운동으로 변환하는 토글링크기구;
상기 토글링크기구에 연결되고, 상기 구동수단의 구동작용하에 소정 각도로 회동하는 아암; 및
상기 본체의 내부에 설치되고, 상기 아암에 대한 상기 구동수단의 구동력의 전달이 차단될 때 상기 아암을 언클램프상태로 유지하는 록기구를 포함하는 것을특징으로 한다.
이 경우, 상기 록기구는 상기 본체에 지지된 지지점핀, 상기 지지점핀을 지지점으로 하여 소정 각도로 회동자재하게 설치된 록플레이트, 핀부재에 의해 상기 록플레이트에 축지되는 롤러부재, 토글링크기구를 구성하는 너클블록에 설치되고 상기 롤러부재에 체결하는 체결부, 상기 롤러부재를 상기 체결부를 향해 압압하는 스프링부재를 갖도록 구성한다.
또 상기 체결부는 롤러부재가 체결되는 제1 경사면, 제2 경사면, 및 제1 경사면과 제2 경사면과의 사이의 경계부분에 형성된 리지부(ridge)를 가지며, 연직면에 대한 상기 제1 경사면의 경사각도 α를 상기 제2 경사면의 경사각도 β보다 크게 설정한다.
또한 상기 구동수단은 한쌍의 압력유체 출입포트를 통해 실린더챔버에 공급된 압력유체의 작용하에 변위하는 피스톤을 포함하는 실린더부로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 어떠한 원인에 의해 아암에 대한 구동수단으로부터의 구동력의 전달이 차단된 경우에도 록기구가 작동함에 따라 아암이 언클램프상태로 확실하게 유지된다.
(실시예)
이하에 본 발명에 의한 클램프장치에 대해 적합한 실시예를 들어 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에서 참조숫자(10)는 본 발명의 실시예에 의한 클램프장치를 나타낸다.
상기 클램프장치(10)는 본체(12), 상기 본체(12)의 하단부에 기밀하게 연결된 실린더부(구동수단: 14), 상기 본체(12)에 형성된 실질적으로 원형인 한쌍의 개구부(미도시)를 통해 외부로 돌출되는 단면이 직사각형인 베어링부(18)에 연결되는 아암(20), 상기 본체(12)의 내부에 설치되고 상기 아암(20)을 언클램프상태에서 초기위치에 유지시키는 록기구(22)를 포함한다.
실린더부(14)는 엔드블록(24)과, 그 일단부가 상기 엔드블록(24)의 요부에 기밀하게 연결되고 타단부가 본체(12)에 기밀하게 연결된 각진 원통상 실린더튜브(26)를 포함한다.
또한 실린더부(14)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 실린더튜브(26) 내에 수장된 실린더챔버(28)를 따라 왕복동작하는 피스톤(30)과, 상기 피스톤(30)의 중앙부에 연결되고 상기 피스톤(30)과 일체로 변위하는 로드부재(32)를 갖는다. 상기 로드부재(32)의 축과 실직적으로 직교하는 상기 피스톤(30)의 단면은 실질적으로 타원상으로 형성되고, 상기 실린더챔버(28)의 단면 형상도 상기 피스톤(30)에 대응하여 실질적으로 단면이 타원상으로 형성되어 있다.
또한 상기 피스톤(30)의 외주면에는 피스톤패킹(36)이 장착되어 있다.
상기 엔드블록(24)의 네개의 모서리 부분에는 부착용 홀부(미도시)가 천공되어 있고, 상기 부착용 홀부에 삽통된 4개의 축(미도시)에 의해 엔드블록(24), 실린더튜브(26) 및 본체(12)가 각각 기밀하게 부착된다. 상기 본체(12) 및 엔드블록(24)에는 각각 실린더챔버(28)에 압력유체(예를 들어, 압축공기)를 도입/도출하기 위한 압력유체 출입포트(42a, 42b)가 형성되어 있다.
본체(12)는 제1 케이싱(46)과 제2 케이싱(미도시)이 일체로 조립되어 구성된다. 상기 본체(12) 내에는 제1 케이싱(46) 및 제2 케이싱(미도시)에 각각 형성된 요부에 의해 챔버(44)가 형성되고, 상기 챔버(44) 내에 로드부재(32)의 자유단이 향하도록 설치된다.
로드부재(32)의 일단부에는 너클조인트(62)에 의해 상기 로드부재(32)의 직선운동을 아암(20)의 회동운동으로 변환하는 토글링크기구(64)가 설치된다. 상기 너클조인트(62)는 소정 간격을 두고 실질적으로 평행하게 분지하는 분지부를 갖는 너클블록(56)과, 상기 분지부에 형성된 홀부에 축설되는 너클핀(70)으로 구성된다. 상기 너클블록(56)의 일측면에는 후술하는 롤러부재(48)에 체결되는 제1 경사면(50) 및 제2 경사면(52)을 갖는 체결부(54)가 형성되어 있다(도 3 참조).
토글링크기구(64)는 너클핀(70)에 의해 너클조인트(62)의 분지부 사이에 연결되는 링클플레이트(링크부재: 72)와, 제1 케이싱(46) 및 제2 케이싱(미도시)에 형성된 실질적으로 원형인 한쌍의 개구부에 각각 회동자재하게 축지되는 지지레버(74)를 갖는다.
상기 링크플레이트(72)는 상기 너클조인트(62)와 지지레버(74)와의 사이에 개재되고, 상기 너클조인트(62)와 지지레버(74)를 링크하는 기능을 갖는다.
즉, 상기 링클플레이트(72)는 일단부에 형성된 제1 홀부(미도시)와 타단부에 형성된 제2 홀부(미도시)를 가지며, 상기 제1 홀부에 체결되는 너클핀(70) 및 너클조인트(62)에 의해 로드부재(32)의 자유단에 연결되고, 상기 제2 홀부에 축설되는링크핀(미도시)에 의해 지지레버(74)의 분지부에 연결된다. 또한 상기 링크플레이트(72)의 일단부에는 후술하는 가이드롤러(79)와 접촉하는 만곡면(81)이 형성되어 있다(도 4 및 도 5 참조).
지지레버(74)에는 링크핀(미도시)이 축설되는 홀부가 형성된 분지부와, 로드부재(32)의 축과 실질적으로 직교하는 방향(지면과 실질적으로 직교하는 방향)으로 돌출 형성되고, 개구부(미도시)를 통해 본체(12)로부터 외부로 노출되는 단면이 직사각형인 베어링부(18)를 갖는다. 상기 베어링부(18)에는 피가공물(미도시)을 클램프하는 아암(20)이 착탈자재하게 장착된다. 따라서, 상기 지지레버(74)는 아암(20)과 일체로 회동동작하도록 설치된다.
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 록기구(22)는 챔버(44) 내에 배설되고, 제1 케이싱(46) 및 제2 케이싱에 지지된 지지점핀(58); 일단에 축설된 상기 지지점핀(58)을 지지점으로 하여 소정 각도로 회동자재하게 설치된 록플레이트(60); 핀부재(66)에 의해 상기 록플레이트(60)의 분지편(61a, 61b) 사이에 회동자재하게 축지된 롤러부재(48); 상기한 너클블록(56)에 설치되고, 상기 롤러부재(48)가 체결하도록 제1 경사면(50), 제2 경사면(52), 및 상기 제1 경사면(50)과 제2 경사면(52) 사이의 경계부분에 형성된 리지부(53)를 갖는 체결부(54); 및 상기 지지점핀(58)의 반대쪽 록플레이트(60)의 단부에 형성된 요부(67)에 일단부가 고착되는 스프링부재(68)를 포함한다.
상기 스프링부재(68)의 타단부는 제1 케이싱(46)의 내벽면에 형성된 요부(71)에 고착되고, 그 탄성력에 의해 지지점핀(58)을 지지점으로 하여 항상 록플레이트(60)를 화살표 B방향으로 압압하도록 설치되어 있다. 바꿔 말하면, 록플레이트(60)는 스프링부재(68)의 탄력을 극복하는 압압력이 롤러부재(48)에 작용함에 따라 지지점핀(58)을 지지점으로 하여 화살표 A방향을 따라 소정 각도만큼 회동가능하게 설치된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 연직면에 대한 상기 제1 경사면(50)의 경사각도 α및 제2 경사면(52)의 경사각도 β는 각각 α> β를 만족하도록 설정되고, 이 경우, 상기 경사각도 α를 약 30도∼45도, 상기 경사각도 β를 약 10도∼20도로 설정하는 것이 바람직하다.
또한 지지점핀(58)의 중심점을 기준으로 하여 상기 지지점핀(58)과, 롤러부재(48) 및 체결부(45)가 당접하고 있는 당접점(핀부재(66)의 중심점)과의 사이의 이간거리를 L1로 하고, 상기 지지점핀(58)과 스프링부재(68)가 압압하고 있는 압압점과의 이간거리를 L2로 한 경우, L2/L1의 값을 크게 설정함으로써 록기구(22)의 유지력을 증대시킬 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본체(12)를 구성하는 제1 케이싱(46) 및 제2 케이싱(미도시)의 내벽면의 상부측에는 단면이 원호상인 요부(78)이 각각 형성되고, 상기 요부(78)에는 상기 링크플레이트(72)의 만곡면(81)에 접촉함에 따라 소정 각도만큼 회동하는 가이드롤러(79)가 설치된다. 상기 제1 케이싱(46) 및 제2 케이싱(미도시)에 형성된 홀부에는 가이드롤러(79)를 회동자재하게 축지하는 핀부재(82)가 고착된다. 또한 가이드롤러(79)의 관통홀에는 주방향을 따라 다수의니들베어링(84)이 장착된다. 상기 가이드롤러(79)는 상기 니들베어링(84)의 전동작용하에 원활하게 회동하도록 설치된다.
본 발명의 실시예에 의한 클램프장치(10)는 기본적으로 이상과 같이 구성되고, 이어서 그 작용 및 작용효과에 대해 설명한다.
우선, 고정수단(미도시)에 의해 클램프장치(10)를 소정 위치에 고정함과 동시에, 튜브(미도시) 등의 파이프의 일단부를 한쌍의 압력유체 출입포트(42a, 42b)에 각각 접속하고, 상기 파이프의 타단부를 압력유체 공급원(미도시)에 접속한다.
상기와 같은 준비작업을 거친 후, 압력유체 공급원(미도시)을 작동하여 일방의 압력유체 출입포트(42b)로부터 피스톤(30)의 하부측 실린더챔버(28)로 압력유체(예를 들어, 압축공기)를 도입한다. 상기 실린더챔버(28)에 도입된 압력유체의 작용하에 피스톤(30)이 압압되고, 상기 피스톤(30)이 실린더챔버(28)를 따라 상승한다.
상기 피스톤(30)의 직선운동은 로드부재(32) 및 너클조인트(62)에 의해 토글링크기구(64)에 전달되고, 상기 토글링크기구(64)를 구성하는 지지레버(74)의 회동작용하에 아암(20)의 회전운동으로 변환된다.
즉, 피스톤(30)의 직선운동(상승)에 의해 로드부재(32)의 자유단에 체결되는 너클조인트(62) 및 링크플레이트(72)를 상방으로 압압하는 힘이 작용한다. 상기 링크플레이트(72)에 대한 압압력은 너클핀(70)을 지지점으로 하여 상기 링크 플레이트(72)를 소정 각도로 회동시킴과 동시에, 상기 링크플레이트(72)의 링크작용하에 지지레버(74)를 회동시킨다.
따라서, 상기 지지레버(74)의 베어링부(18)를 지지점으로 하여 아암(20)이 반시계 방향을 따라 소정 각도로 회동한다.
상기와 같이, 아암(20)이 반시계 방향으로 회동할 때 링크플레이트(72)의 만곡면(81)이 가이드롤러(79)에 접촉하고, 상기 가이드룰러(79)는 상기 만곡면(81)과 접촉한 상태를 유지하면서 핀부재(82)를 중심으로 회동한다(도 4참조).
아암(20)이 다시 회동하여 피가공물 W에 당접함에 따라 아암(20)의 회동동작은 정지한다. 그 결과, 아암(20)에 의해 피가공물 W이 클램프되는 클램프상태가 된다.
아암(20)이 회동동작을 정지하여 클램프상태가 된 후, 피스톤(30) 및 로드부재(32)가 약간 상승함에 따라 피스톤(30) 및 로드부재(32)가 정지하여 변위종단위치가 된다(도 4참조).
이어서, 아암(20)을 피가공물로부터 분리하여 클램프상태를 해제하는 경우에는 조절밸브(미도시)의 절환작용하에 상기와 반대쪽의 압력유체 출입포트(42a)로부터 피스톤(30)의 상부측 실린더챔버(28)로 압력유체가 도입된다. 상기 실린더챔버(28)에 도입된 압력유체의 작용하에 피스톤(30)이 압압되고, 상기 피스톤(30)은 실린더챔버(28)를 따라 하강한다.
상기 피스톤(30)의 직선운동은 토글링클기구(64)에 의해 아암(20)의 회전운동으로 변환되고, 상기 아암(20)은 시계방향으로 회동한다.
상기 아암이 시계방향으로 회동하여 피스톤(30)이 최하단 위치에 도달하기 전에, 너클블록(56)과 일체로 하강하는 체결부(54)의 제2 경사면(52)이록플레이트(60)에 축지된 롤러부재(48)에 체결된다(도 5참조).
이 경우, 록플레이트(60)는 스프링부재(68)의 탄력에 저항하여 화살표 A방향으로 압압된다. 상기 록플레이트(60)에 축지된 롤러부재(48)가 체결부(54)의 제2 경사면(52), 제2 경사면(52)과 제1 경사면(50)과의 사이의 경계부분에 형성된 리지부(53)을 넘어(도 6참조), 상기 롤러부재(48)가 제1 경사면(50)에 체결됨에 따라 아암(20)은 언클램프상태의 초기위치에 록된다(도 7참조).
이 경우, 초기위치란 도 2에 도시한 바와 같이, 피스톤(30)이 실린더 챔버(28)의 최하단 위치에 도달한 상태를 말한다.
상기 록상태에서는 타방의 압력유체 출입포트(42b)도 대기에 개방상태가 되기 때문에 아암(20)의 언클램프상태의 초기위치에서 압력유체의 공급이 어떠한 원인에 의해 정지된 경우에도 언클램프상태가 해제되지 않고, 록기구(22)에 의해 확실하게 유지된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 록기구(22)를 설치함에 따라 구동수단으로 기능하는 실린더부(14)에 대한 압력유체의 공급이 정지하고, 아암(20)에 대한 구동력의 전달이 차단된 경우에도 아암(20)의 언클램프상태를 확실하게 유지할 수 있다.
또한 록기구(22)에 의해 아암(20)을 언클램프상태로 유지시키는 힘(유지력)은, 예를 들어 클램프장치(10)가 장착된 로보트 등이 동작하더라도 그 관성력에 의해 변위하지 않은 적당한 유지력을 갖도록 설정할 필요가 있다. 또한 압력유체 출입포트(42b)로부터 다시 압력유체를 공급한 경우에도 피스톤(30)의 변위력에 의해언클램프의 유지상태를 해제할 수 있을 정도의 유지력을 갖도록 설정할 필요가 있다. 이 경우 체결부(54)의 연직면에 대한 제1 경사면(50)의 경사각도 α를 제2 경사면(52)의 경사각도 β보다 크게 설정하고, 상기 제1 경사면(50)의 경사각도 α를 약 30∼45도, 제2 경사면(52)의 경사각도 β를 약 10∼20도로 설정하는 것이 바람직하다.
또한 본 실시예에서는 구동수단으로서 실린더부(14)를 사용하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 선형액츄에이터, 전동모터 등을 사용하여 로드부재(32)를 변위시키도록 구성할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
즉, 록기구를 설치함으로써 구동수단으로서 기능을 하는 실린더부에 대한 압력유체의 공급이 정지된 경우에도 아암의 언클램프상태를 확실하게 유지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 본체(12);
    상기 본체(12)의 내부에 설치된 로드부재(32)를 상기 본체(12)의 축방향을 따라 변위시키는 구동수단(14);
    상기 로드부재(32)에 연결되는 링부재(72)를 포함하고, 상기 로드부재(32)의 직선운동을 회동운동으로 변환하는 토글링크기구(64);
    상기 토글링크기구(64)에 연결되고, 상기 구동수단(14)의 구동작용하에 소정각도로 회동하는 아암(20); 및
    상기 본체(12)의 내부에 설치되고, 상기 아암(20)에 대한 상기 구동수단(14)의 구동력 전달이 차단될 때 상기 아암(20)을 언클램프상태로 유지하는 록기구(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 클램프장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 록기구(22)는 상기 본체(12)에 지지된 지지점핀(58), 상기 지지점핀(58)을 지지점으로 하여 소정 각도로 회동자재하게 설치된 록플레이트(60), 핀부재(66)에 의해 상기 록플레이트(60)에 축지되는 롤러부재(48), 토글링크기구(64)를 구성하는 너클블록(56)에 설치되고 상기 롤러부재(48)에 체결되는 체결부(54), 상기 롤러부재(48)를 상기 체결부(48)를 향해 압압하는 스프링부재(66)를 갖는 것을 특징으로 하는 클램프장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 체결부(54)는 상기 롤러부재(48)가 체결되는 제1 경사면(50), 제2 경사면(52), 및 제1 경사면(50)과 제2 경사면(52)과의 사이의 경계부분에 형성된 리지부(53)를 갖는 것을 특징으로 하는 클램프장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 연직면에 대한 상기 제1 경사면(50)의 경사각도 α는 상기 제2 경사면(52)의 경사각도 β보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 클램프장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 록기구(22)의 유지력은 상기 지지점핀(58)의 중심점을 기준으로 상기 지지점핀(58)과, 상기 롤러부재(48) 및 상기 체결부(45)가 당접하고 있는 당접부와의 사이의 이간거리를 L1으로 하고, 상기 지지점핀(58)과 상기 스프링부재(68)가 압압하고 있는 압점과의 이간거리를 L2로 할 때, L2/L1로 설정되는 것을 특징으로 하는 클램프장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 구동수단은 한쌍의 압력유체 출입포트(42a, 42b)에 의해 실린더챔버(28)에 공급된 압력유체의 작용하에 변위하는 피스톤(30)을 포함하는 실린더부(14)로 구성되는 것을 특징으로 하는 클램프장치.
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