KR101580208B1 - 전동 클램프 장치 - Google Patents

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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

전동 클램프 장치 (10)은 본체 (12), 전기 신호에 의해 회전가능하게 구동되는 회전 구동부 (14), 회전 구동부 (14)의 구동 작용하에 회전하는 회전체 (28)를 갖추고 있다. 회전체 (28)의 외주 표면에 형성된 나선형의 나사 홈부 (30)와 클램프 암 (16)의 기어이빨 (38)이 서로 맞물려진다. 회전체 (28)는 회전 구동부 (14)를 구동시키는 것에 의해 회전되고, 그에의해 나사홈부들 (30)과 서로 맞물려진 클램프 암 (16)은 소정 각도에 거쳐서 회전되어 작업물 W를 파지하기 위한 클램프 상태를 초래한다.

Description

전동 클램프 장치 {ELECTRIC CLAMP APPARATUS}
본 발명은 자동화된 조립 라인 또는 유사한 것에 대해 작업물(workpiece)을 클램프 하는 것이 가능한 전동 클램프 장치에 관한 것이다.
지금까지는, 자동차들을 위한 자동화된 조립 라인에서, 복수의 성형된 본체 패널(body panels)을 오버레이되게 위치시키기 위해 클램프 장치에 의해 클램프가 수행되고, 그런다음 본체 패널이 함께 용접되는 조립공정이 수행되어 왔다.
본 출원인은 일본 공개된(laid-open) 특허 공개 번호 2005－169604호에 개시된 전동 클램프 장치를 제안했었다. 전동 클램프 장치에서, 클램프 암은 전동 모터가 구비된 본체(body)상에 회전을 위해 제공되고, 전동 모터의 회전 구동력은 감속 구동계(speed reducing drive system)를 통하여 전달되고 그에 의해 클램프 암이 작업물 클램프를 위해 회전된다.
본 발명의 전반적인 목적은 단순한 구조를 가지고 전동 모터가 활성화되지 않은 때라도 작업물을 신뢰할 수 있게 클램프 상태로 유지하는 것이 가능한 전동 클램프 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 본체, 전기 신호에 의해 회전가능하게 구동되는 구동부, 작업물을 파지하기 위해 상기 본체에 대하여 회전 가능하게 설치된 클램프 암, 상기 구동부의 회전 구동력을 상기 클램프 암에 전달하기 위한 전달 메커니즘을 포함하되, 상기 전달 메커니즘은 상기 구동부에 의해 구동될 때 회전되고 그리고 그것의 외주 표면상에 형성된 나선형의 나사 홈부를 갖는 회전체, 상기 나사 홈부들과 서로 맞물리는(enmeshed) 기어 이빨을 가지고 상기 클램프 암에 연결된 기어를 포함하고, 상기 회전체의 회전에 의한 회전 구동력이 상기 기어를 통하여 상기 클램프 암에 전달되는 전동 클램프 장치이다.
본 발명에 따라, 예를 들면, 구동부에 전기 신호의 입력이 중지된 경우에도, 상기 클램프 암의 회전 운동이 상기 회전체에 대하여 상기 클램프 암의 맞물림에 의해 규제될 수 있기 때문에, 상기 작업물은 상기 클램프 암에 의한 클램프 상태에서 신뢰할 수 있게 유지될 수 있고, 그와 함께, 상기 클램프 상태에서 회전 운동을 제한 것이 가능한 별개의 락 수단(locking means)들을 제공할 필요가 없기 때문에 전동 클램프 장치의 구조가 단순화될 수 있다.
본 발명의 상기의 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 본 발명의 선호 실시예들이 예시적인 예제의 방식으로 도시된 첨부 도면들과 함께 취해진 이하의 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동 클램프 장치를 도시한 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 전동 클램프 장치의 클램프 암이 소정 각도에 거쳐서 회전된 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 3은 도 2의 전동 클램프 장치의 클램프 암이 작업물을 클램프하기 위해 더 회전된 클램프 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전동 클램프 장치를 도시한 전체 구성도이다.
도 5는 도 4의 전동 클램프 장치의 클램프 암이 작업물을 클램프하기 위해 더 회전된 클램프 상태를 도시한 전체 구성도이다.
도 1~3에 도시된 바와 같이, 전동 클램프 장치 (10)은 본체 (12)와 본체 (12) 내부에 설치된 회전 구동부 (14), 본체 (12)에 대하여 회전가능하게 설치되고, 작업물 W를 파지하는 것이 가능한 클램프 암 (16), 회전 구동부 (14)의 구동력을 클램프암 (16)으로 전달하는 구동력 전달 메커니즘(transmission mechanism) (18)을 포함한다.
본체 (12)는, 예를 들면, 연직 방향으로 연장되는 길게 늘어난 실질적으로 직사각형 형상의 단면으로 형성되고, 본체 상단 부분에 측방으로 돌출한 지지부재 (20)가 제공된다. 지지부재 (20)는 본체 (12)의 측부 표면에 대하여 소정 길이를 가지고 수평 방향에서 바깥쪽으로 돌출하고, 지지부재 (20)의 상부 끝단 상에 파지부재 (22)가 형성된다. 추가적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 클램프 암 (16)이 회전되어 클램프시에, 작업물 W는 클램프 암 (16)과 지지부재 (20) 사이에서 클램프 된다.
회전 구동부 (14)는, 예를 들면, 유도 전동기, 브러시리스 모터 또는 유사한 것과 같은 회전 구동원(24)로 구성되어 그것에 입력되는 전기 신호에 의해서 회전 가능하게 구동된다. 회전 구동원 (24)은 본체 (12)의 연직 방향을 따라 설치되고, 동시에 그것의 구동축 (26)은 위쪽 방향으로 배열된다.
구동력 전달 메커니즘 (18)은 본체 (12)의 내부에 회전 구동원 (24)의 위쪽에 제공된 회전체(rotary body) (28)와 회전체 (28)의 나사 홈부들 (30)에 서로 맞물려(enmesh)지는 기어 (29)를 포함한다. 회전체 (28)는 예를 들면, 그것의 원주 표면상에 나선형의 나사 홈부들 (30)이 새겨진 원통형 형상으로 형성된다. 회전체(28)는 그것의 중심을 관통하여 삽입된 샤프트 (32)를 통하여 본체 (12)에 대하여 회전가능하게 지지된다. 추가적으로, 회전체 (28) 및 샤프트 (32)는 회전 구동원 (24)과 같은 축상에 배열되어 샤프트 (32)의 하단부가 연결부 (34)를 통하여 구동축 (26)에 연결된다. 연결부 (34)는 샤프트 (32)와 구동축 (26)이 동축에 유지되도록 그리고 샤프트 (32)와 구동축 (26)사이의 상대적 변위가 일어나지 않도록 연결된다.
보다 구체적으로, 회전 구동원 (24)를 구동함으로써, 구동축 (26)과 샤프트 (32)가 일체로서 함께 회전되고 동시에 회전체 (28)도 거기에 일체로서 함께 회전된다.
기어 (29)는, 예를 들면, 반원 형상의 단면으로 형성되고 기어 (29)의 중심 부분은 지지 핀 (36)을 통하여 본체 (12)에 회전가능하게 지지되고, 그것의 아치형의 원주 표면상에 복수의 기어 이빨들(teeth) (38)이 새겨진다. 기어 이빨들 (38)은 지지 핀 (36)의 축에 대하여 소정 각도에서 기울어지고 회전체 (28)의 나사 홈부 (30)에 서로 맞물려진다.
클램프 암 (16)은, 예를 들면, L자 형상의 단면으로 형성되어 회전체 (28)에 인접하여 설치되고, 그것의 일단부는 지지 핀 (36)을 통하여 본체 (12)에 회전가능하게 축방향으로 지지된다. 또한, 클램프 암 (16)의 타단부에는 돌기부(projection) (42)가 형성되고, 암부(arm portion) (40)에 대하여 실질적으로 직각으로 절곡된다.
추가적으로, 회전체 (28)의 회전에 의해, 그것과 서로 맞물려진 클램프 암 (16)은 지지 핀 (36)에 대하여 소정 각도에 거쳐서 회전되고, 클램프 상태에서, 돌기부 (42)가 지지부재 (20)의 파지부재 (22)에 대하여 마주보도록(confront) 설치된다. 보다 구체적으로, 회전체 (28)의 나사 홈부들 (30) 및 클램프 암 (16)의 기어 이빨들(38)이 웜 기어 메커니즘(worm gear mechanism)으로 기능한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (10)는 기본적으로는 상기에서 설명된 것처럼 구성된다. 그런다음 전동 클램프 장치 (10)의 동작들 및 유익한 효과들이 설명될 것이다. 이하의 설명에서, 도 1에 도시된 클램프 암 (16)의 암부 (40)는 위쪽으로 수직으로 위치되는 언클램프 상태가 초기 위치로서 취급될 것이다. 이 상태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 얇은 플레이트 형태의 워크피스 W가 본체 (12)의 지지부재 (20)의 상단 부분에 실장된다.
먼저, 도 1에 도시된 전동 클램프 장치 (10)의 초기 위치에서, 도시되지 않는 제어기로부터 회전 구동부 (14)의 회전 구동원 (24)에 대하여 전기 신호를 입력함으로써, 회전 구동원 (24)은 구동축 (26)을 회전시키고, 그에 따라서, 연결부 (34)및 샤프트 (32)를 통하여 회전체 (28)가 회전된다.
추가하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전체 (28)의 회전에 의해, 회전체 (28)의 나사 홈부 (30)에 서로 맞물려진 기어 (29)가 지지 핀 (36)에 대하여 시계방향으로 회전하고, 기어 (29)와 함께 클램프 암 (16)이 회전하고 그에의해 돌기부 (42)가 지지부재 (20)에 접근하게 된다.
게다가, 회전 구동부 (14)를 구동시킴으로써, 회전체 (28)가 더 회전되고, 그에 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기어 (29) 및 클램프 암 (16)의 회전에 의해, 돌기부 (42)는 작업물 W에 맞닿게 접하게 되고, 작업물 W가 돌기부 (42)와 지지부재 (20) 사이에 클램프되는 클램프 상태가 초래된다.
또, 상기에서 언급한 작업물 W의 클램프 상태에서, 도시되지 않은 제어기로부터 회전 구동부 (14)로의 전기 신호의 입력을 정지함으로써, 클램프 암 (16)의 회전 동작이 회전체 (28)의 나사 홈부 (30)과 기어 (29)의 기어이빨 (38)간의 서로 맞물림에 의해 규제되는 락 상태(locked state)가 초래된다. 그 때문에, 작업물 W의 클램프 상태는 클램프 암 (16)의 회전 동작을 규제하는 별개의 락 수단들을 제공함이 없이 클램프 암 (16)에 의해 유지될 수 있다.
상기에서 설명된 바와 같이, 제 1 실시예에 따라, 회전 구동부 (14)에 전기 신호의 입력이 정지된 경우에도, 클램프 암(16)의 회전 운동은 회전체 (28)에 대하여 기어 (29)의 서로 맞물림에 의해 규제될 수 있다. 결과적으로, 일단 작업물 W가 클램프 상태에 놓인 후에는, 클램프 상태(clamped condition)는 확실하게 유지될 수 있다.
또, 구동력 전달 메커니즘 (18)에서, 웜 기어 메커니즘를 이용함으로써, 작업물 W의 클램프 상태를 규제할 수 있는 별개의 락 수단을 제공할 필요가 없기 때문에, 이런 잠금 수단들(locking means)을 제공하는 경우에 비하여 전동 클램프 장치 (10)의 구조가 단순화될 수 있다.
또, 전기 신호에 의해 구동되는 회전 구동부 (14)의 구동력에 의해 클램프 암 (16)이 회전되기 때문에, 클램프 암 (16)의 고정밀 동작들이 가능하게 되고 작업물 W의 클램프는 증가된 정확도를 가지고 수행될 수 있다.
다음으로, 제 2 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (50)가 도 4 및 도 5에 도시된다. 제 1 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (10)의 부품들과 같은 그것의 구성 부품들은 동일한 도면 번호들에 의해 지정되고, 이런 특징부들의 상세한 설명들은 생략된다.
제 2 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (50)는 회전체 (28)의 상부 및 하부에 한 쌍의 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54)가 제공되고 그리고 회전체 (28)의 샤프트 (32) 및 회전 구동부 (14)가 회전 방향에서 거기에 작은 갭을 갖는 커플링 메커니즘 (56)에 의해 연결되는 점에서 제 1 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (10)와 상이하다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전동 클램프 장치 (50)에서, 회전체 (28)의 축방향의 상단 부분에 환형의 제 1 댐퍼 (52)가 제공되고 그리고 회전체 (28)의 축방향의 하단 부분에 환형의 제2 댐퍼 (54)가 제공된다. 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54)는, 예를 들어, 탄성을 가지는 고무나 수지 재료로 형성된다. 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54)는 회전체 (28)에 맞닿게 접하고 그것과 일체로서 회전된다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54)의 부위에 에어 쿠션 메커니즘들이 제공될 수 있고, 예를들어 거기에 에어를 공급함으로써 축 방향들에서 회전체 (28)를 가압할 수 있는 제 1 및 제 2 댐퍼들 (52, 54) 위 영역들에 밀폐 공간(airtight space)이 제공된다.
한편, 커플링 메커니즘 (56)을 구성하는 제 1 연결 부재 (58)는 회전 구동부 (14)의 구동축 (26)에 연결된다. 제 1 연결부재 (58)는 회전체 (28) 측을 향하여 바깥쪽으로 돌출한 볼록부(protrusion) (60)를 포함한다. 또한, 커플링 메커니즘 (56)을 구성하는 제 2 연결 부재 (62)는 회전체 (28)에 관통하여 삽입된 샤프트 (32)의 하단부에 연결되고 오목부 (64)는 소정 깊이에서 움푹 패이고 오목부에 삽입되는 볼록부 (60)는 제 2 연결 부재 (62)의 중심 부분에 형성된다. 볼록부 (60)및 오목부 (64)는, 예를 들면, 직사각형 형상들의 단면으로 형성되고 동시에 오목부 (64)와 볼록부 (60)의 사이에 소정 간격의 갭 C가 제공된다.
또한, 제1 연결 부재 (58)의 볼록부 (60)가 제2 연결 부재 (62)의 오목부 (64)에 내부 표면에 맞닿게 접함에 의해 회전 구동부 (14)의 회전 구동력은 샤프트 (32)를 통하여 회전체 (28)에 전달된다.
앞에서 언급한 웜 메커니즘(worm mechnism)을 이용하는 전동 클램프 장치 (50)로, 클램프 암 (16)은 회전구동부 (14)를 구동시킴으로써 회전되고, 작업물 W가 도 5에 도시된 바와 같이 클램프 되는 클램프 상태가 초래되고, 클램프 상태는 회전체 (28) 및 기어 (29) 간의 서로 맞물림(meshing engagement)에 통하여 유지될 수 있다. 그러나, 클램프 상태가 해제되는 언클램프 상태가 초래될 때, 회전체 (28)의 나사 홈부 (30)와 기어 (29)의 기어 이빨 (38)의 서로 맞물림 상태가 너무 강해 작업물 W의 해제를 수행하는 것이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
이러한 경우에서도, 제 2 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (50)로, 회전 구동부 (14)의 구동 방향이 클램프 상태에서 역전될 때, 제 1 연결 부재 (58)의 볼록부 (60)가 제 2 접속부재 (62)의 오목부 (64)내에 설치된 갭 C 내부로 회전되어 그것과 접속하게 될 때 제 2 연결 부재(62)는 강한 힘으로 가압될 수 있다. 결론적으로, 기어 (29)와 회전체 (28)의 강하게 서로 맞물린 상태를 해제하는 방향으로 회전체 (28)가 회전될 수 있다.
또 동시에, 클램프 암 (16)의 클램프시에 반시계 방향의 반작용력(reaction force)이 클램프 암 (16)을 통하여 기어 (29)에 인가되기 때문에, 기어 (29)와 서로 맞물려지는 회전체 (28)에 아래방향으로 힘이 가해지고 그에의해 제 2 댐퍼(54)을 누르고 압착하는 가압력(pressing force)이 인가되지만 회전체(28) 위로 반대로 밀기위한 제 2 댐퍼(54)의 탄성력에 의해 위쪽 방향으로 다른 가압력이 인가되기 때문에 기어 (29)와 회전체 (28)사이의 회전 락 상태는 완화될 수 있다.
보다 구체적으로, 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54)가 회전체 (28)의 상부 및 하부에 제공되고 그리고 회전 구동부 (14)에 접속된 제 1 연결 부재 (58)와 회전체 (28)에 접속된 제 2 연결 부재 (62) 사이의 커플링 메커니즘 (56)에 의해 제공되는 갭 C 때문에, 클램프 암 (16)의 클램프 상태는 용이하게 그리고 확실하게 해제될 수 있다.
또, 도 4에 도시된 클램프 암 (16)의 언클램프 상태로부터 회전될 때, 위쪽방향으로 가압되는 회전체 (28)을 아래쪽 방향으로 가압하는 목적을 갖는 제 1 댐퍼 (52)가 제공되어서 유사하게 기어 (29)와 회전체 (28)의 회전 락 상태는 제 1 댐퍼(52)의 탄성력에 의해 완화될 수 있다.
게다가, 앞에서 언급한 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54)와 커플링 메커니즘 (56), 양자가 제공될 수 있거나 또는 대안적으로 제 1 및 제 2 댐퍼 (52, 54) 또는 커플링 메커니즘 (56)중 어느 하나가 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 전동 클램프 장치는 앞서 언급된 실시예들에 한정하지 않고 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다양한 추가 또는 수정된 구조들이 거기에 채택될 수 있다는 것은 물론이다.

Claims (7)

  1. 전동 클램프 장치(10, 50)에 있어서,
    본체(12);
    전기 신호에 의해 회전가능하게 구동되는 구동부(14);
    작업물을 지지하는 지지부재;
    상기 본체(12)에 대하여 회전 가능하게 설치된 클램프 암(16); 및
    상기 구동부(14)의 회전 구동력을 상기 클램프 암(16)에 전달하기 위한 전달 장치(18);를 포함하되,
    상기 전달 장치는 상기 구동부(14)에 의해 구동될 때 회전되고 그리고 그것의 외주 표면상에 형성된 나선형의 나사 홈부 (30)를 갖는 회전체(28), 상기 나사 홈부들 (30)과 서로 맞물리는 기어 이빨 (38)을 가지고 상기 클램프 암(16)에 연결된 기어 (29)를 포함하고, 상기 회전체(28)의 회전에 의한 회전 구동력이 상기 기어 (29)을 통하여 상기 클램프 암(16)에 전달되어 상기 작업물이 상기 지지부재와 상기 클램프 암에 의해 클램프 상태(clamped condition)에 놓여지며, 상기 구동부로의 상기 전기 신호의 입력이 중단된 경우에도, 상기 작업물을 파지하기 위한 상기 클램프 상태는 유지되고,
    　탄성 재료로 만들어진 댐퍼 (52, 54)가 상기 회전체 (28)의 축방향의 일 단부에 제공되는, 전동 클램프 장치.
  2. 　청구항 1에 있어서,
    　상기 구동부(14)와 상기 회전체(28)가 같은 축상에 설치되는, 전동 클램프 장치.
  3. 　청구항 1에 있어서,
    　웜 기어 장치는 상기 나사 홈부(30) 및 상기 기어 이빨 (38)로 구성되는, 전동 클램프 장치.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    에어가 공급되는 에어 쿠션 장치가 상기 회전체 (28)의 축방향의 일 단부에 제공되는, 전동 클램프 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전달 장치는 상기 구동부(14)의 구동축과 상기 회전체(28)를 상호 연결하는 커플링 (56)을 포함하고, 상기 구동축에 연결된 제 1 연결체 (58) 및 상기 회전체 (28)에 연결된 제 2 연결체 (62)는 회전 방향에서 그것들사이에 갭을 갖는 상태로 연결되는, 전동 클램프 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    댐퍼들 (52,54)은 상기 회전체(28)의 양쪽 단부들 상에 개별적으로 설치되는, 전동 클램프 장치.
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