KR20140102320A - 전동 클램프 장치 - Google Patents

Abstract

전동 클램프 장치(10)는 본체(12), 전기 신호에 의해 회전 가능하게 구동되는 구동부(14), 구동부(14)의 회전 구동력을 토클 링크 메커니즘 (16)으로 전달하는 구동력 전달 메커니즘(18); 본체(12)에 대하여 회전가능하게 설치된 클램프 암(20)을 포함한다. 회전 구동부(14)를 구동시킴으로써, 구동력이 구동력 전달 메커니즘(18)를 통하여 클램프 암으로 전달되고, 그에 의해 본체(12)에 대하여 클램프 암(20)은 소정의 각도에 걸쳐서 회전되고, 작업물은 클램프 암(20)과 본체(12)의 지지부재(22) 사이에서 클램프된다. 이때, 클램프 암(20)에 설치된 조정 메커니즘(52)은 상이한 플레이트 두께들의 작업물들을 안정적으로 클램프하기 위해 전진 및 후퇴하는 로드(54)를 포함한다.

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, 성형된 본체 패널들(body panels)이 오버레이되는 방식으로 위치된 상태에서 클램프 장치에 의해 클램프가 수행되고, 본체 패널이 함께 용접되는 조립공정이 수행되어 왔다.

본 출원인은 일본 공개된(laid-open) 특허 공개 번호 2001－105332호에 개시된 전동 클램프 장치를 제안했었다. 전동 클램프 장치는 본체(body), 본체의 내부에 배치된 회전 구동부(rotary drive unit), 본체에 대해 바깥쪽으로 돌출한 클램프 암(clamp arm)을 갖추고 있다. 회전 구동부의 회전 구동력을 볼 스크루(ball screw) 메커니즘에 전달함으로써, 예를 들어, 작업물 또는 유사한 것을 클램프 하기 위해 소정 각도를 거쳐 회전하도록 클램프 암이 토글 링크 메커니즘(toggle link mechanism)을 통하여 동작된다.

본 발명의 전반적인 목적은 클램프 암의 조정 동작들을 요구함이 없이 항상 안정된 클램프력(clamping force)을 획득할 수 있음과 함께 상이한 두께의 여러 작업물들을 안정된 상태에서 클램프 되도록 하는 것을 가능하게 하는 전동 클램프 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 회전하는 클램프 암으로 작업물을 파지하는 전동 클램프 장치로서, 본체, 전기 신호에 의해 회전가능하게 구동되는 구동부, 상기 구동부의 회전 구동력을 전달하는 전달 메커니즘(transmission mechanism), 상기 전달 메커니즘에 의해 전달된 회전운동을 직선 운동으로 변환하기 위한 이송 나사 메커니즘(feed screw mechnism), 상기 이송 나사 메커니즘에 의해 전달되는 직선 운동을 상기 클램프 암의 회전 동작으로 변환하는 토클 링크 메커니즘(toggle link mechanism), 및 상기 작업물의 두께에 상응하여 상기 클램프 암에 의한 상기 클램프 위치를 조정하는 조정 메커니즘(adjustment mechnism)을 포함한다.

본 발명에 따라, 소정의 파지력(gripping force)으로 작업물을 파지하기 위해서 상기 작업물의 두께에 반응하여 상기 클램프 암에 의한 클램프 위치를 조정하는 것이 가능한 조정 메커니즘이 제공된다. 따라서, 예를 들면, 심지어 상이한 두께의 작업물을 파지되는 경우에도, 작업물의 플레이트 두께가 바뀔 때마다 상기 토클 링크 메커니즘을 조정하는 것이 필요하지 않고 작업물의 클램프는 상기 조정 메커니즘에 의해 단순히 상기 클램프 위치를 조정함으로써 신뢰할 수 있게 그리고 안정적으로 수행될 수 있다.

본 발명의 상기의 및 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 본 발명의 선호 실시예가 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 단면도이다.
도 2는 도 1의 전동 클램프 장치에서의 클램프 암이 소정 각도에 거쳐서 회전된 상태를 도시한 전체 단면도이다.
도 3은 도 2의 전동 클램프 장치에서의 클램프 암이 더 회전된 클램프 상태를 도시한 전체 단면도이다.
도 4는 하부에서 본 도 1의 전동 클램프 장치의 부분 생략 평면도이다.
도 5는 큰 플레이트 두께를 갖는 작업물이 클램프되는 도 4의 전동 클램프 장치에서의 클램프된 상태를 도시한 확대 단면도이다.

도 1~도 3에 도시된 바와 같이, 전동 클램프 장치 (10)는 본체 (12), 본체 (12)의 내부에 설치된 회전 구동부 (14), 회전 구동부 (14)의 회전 구동력을 토클 링크 메커니즘 (16)에 전달하는 구동력 전달 메커니즘(tansmission mechnism) (18) 및 본체 (12)에 대하여 회전 가능하게 설치된 클램프 암 (20)을 포함한다.

　본체 (12)는, 예를 들면, 중공(hollow)이고 그리고 연직 방향(화살표 A 및 B방향)에서 연장되는 길게 늘어난 실질적으로 직사각형 형상 단면으로 형성된다. 본체(12)의 상단 부분의 측방에 돌출한 지지부재 (22)가 제공된다. 지지부재 (22)는 본체 (12)의 측면 표면에 대하여 소정 길이를 가지고 수평 방향에서 바깥쪽으로 돌출하고, 지지부재의 끝단상에 위쪽으로 돌출한 파지부(gripping section) (24)을 갖추어 형성된다. 추가적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 클램프 암 (20)이 회전되는 클램프시에 있어서, 클램프 암 (20)과 지지부재 (22)의 사이에 작업물 W가 클램프 된다.

연직 방향(화살표 A 및 B방향)에서 연장된 롤러 홈부(roller groove)(26)는 본체 (12)의 실질적으로 중심 부분에 형성된다. 후술 하는 변위체 (28)상에 제공되는 롤러들 (30)은 롤러 홈부(26)내로 삽입되고, 롤러 홈부에 의해 가이드된다.

회전 구동부 (14)는, 예를 들면, 유도 전동기, 브러시리스 모터(brushless motor) 또는 유사한 것과 같은 회전 구동원 (32)으로 구성되고, 그것에 입력되는 전기 신호에 의해 회전가능하게 구동된다. 회전 구동원 (32)은 본체 (12)의 연직 방향(화살표 A 및 B방향)을 따라 설치되고 동시에 그것의 구동축 (34)은 하부 방향으로(화살표 A방향) 배열된다.

구동력 전달 메커니즘 (18)은 본체 (12)의 실질적으로 중심 부분에 회전가능하게 설치된 이송 나사축(feed screw shaft) (36), 회전 구동원 (32)의 구동축 (34)에 연결된 구동 풀리(drive puley) (38), 이송 나사축 (36)의 하단부에 연결된 종동풀리(driven pulley) (40), 구동 풀리 (38)와 종동풀리 (40)사이에 현가(懸架)되는 전달 벨트 (42), 이송 나사축 (36)의 외주측(outer circumferential side)에 나사-결합되는(screw-engaged) 변위체(displacement body) (28)을 포함한다.

이송 나사축 (36)은 소정 길이를 갖는 축체(axial body)이고, 본체 (12)의 내부에서 연직 방향(화살표 A 및 B방향)으로 연장되도록 배치된다. 이송 나사축 (36)의 상단부(upper end) 및 하단부(lower end)가 본체 (12)에 대하여 회전 가능하게 지지된다. 추가하여, 나사 홈부들이 이송 나사축 (36)의 외주 표면상에 나선형 형상으로 형성되고 그리고 이송 나사축 (36)은 본체 (12)의 내부에 회전 구동부 (14)와 평행하게 설치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 구동 풀리 (38) 및 종동풀리 (40)는 각각 디스크들처럼 형상화되고, 그것의 상호 외주 표면이 서로를 향해 마주보도록 동일 높이에서 설치된다(도 1 참조). 더구나, 구동 풀리 (38) 및 종동풀리 (40)의 각각의 외주 표면들 둘레에 전달 벨트 (42)가 현가되어 회전 구동부 (14)를 구동시킴으로써 구동 풀리 (38)가 회전하고, 그것의 회전력은 전달 벨트 (42)를 통하여 종동풀리 (40)로 전달되고 종동풀리 (40) 및 이송 나사축 (36)이 일체로 함께 회전된다.

변위체 (28)는 축방향(화살표 A 및 B방향)을 따라서 소정 길이를 가진 원통형 형상(cylindrical shape)으로 형성된다. 변위체 (28)의 내부 부분에 형성된 암나사들 (44)이 이송 나사축 (36)과 나사-결합된다. 보다 구체적으로, 변위체 (28)의 내부에 이송 나사축 (36)이 삽입되고 그것과 나사 결합 상태로 유지된다. 추가적으로, 이송 나사축 (36)의 회전에 의해 변위체 (28)가 축방향(화살표 A 및 B방향)에서 이동된다.

또, 변위체 (28)의 상부에 한 쌍의 롤러들 (30)이 회전 가능하게 제공된다. 본체 (12)의 롤러 홈부 (26)에 롤러들 (30)을 삽입함으로써, 변위체의 이동시에 연직 방향(화살표 A 및 B방향)에서 변위체(28)가 가이드되는 한편 변위체 (28)의 회전 변위가 제한된다. 보다 구체적으로, 롤러 홈부 (26)는 한 쌍의 롤러들 (30)을 통하여 변위체 (28)을 직선 변위를 일으키는 가이드 수단으로서 기능하고 그리고 또한 변위체 (28)의 회전 변위를 제한하는 회전 변위 방지 수단으로서도 기능한다.

토클 링크 메커니즘(toggle link mechanism) (16)은 변위체 (28)의 상단 부분에 롤러들 (30)과 함께 피봇으로 지지되는 링크 암 (46)을 포함하고, 이송 나사축 (36)의 직선 운동을 클램프 암 (20)의 회전 운동으로 변환한다. 링크 암 (46)의 일단이 변위체 (28)의 상단 부분에 피봇으로 지지되고 반면 링크 암의 타단은 클램프 상태에서 클램프 암 (20)의 위쪽 상단 모서리부에 피봇으로 지지된다(도 3 참조).

클램프 암 (20)은, 예를 들면, 실질적으로 직사각형 형상의 단면으로 형성되어 클램프 암 (20)의 일단의 하단 모서리부는 지지 핀 (48)을 통하여 본체 (12)에 대하여 회전가능하게 지지되고 링크 암 (46)은 앞서 언급한 하단 모서리부의 위쪽 상단 모서리부에 피봇으로 지지된다.

또, 클램프 암 (20)의 타단부에는 클램프 암 (20)의 측부 표면과 실질적으로 평행한 관통 홀 (50)이 형성된다. 관통 홀 (50)의 내부에는 작업물 W가 클램프시에 실질적으로 일정한 클램프력(clamping force)을 유지하는 것을 가능하게 하는 조정 메커니즘 (52)이 설치된다.

조정 메커니즘 (52)은 관통 홀 (50)에 변위가능하게 설치된 로드(rod) (가압체(pressing body)) (54), 로드 (54)와 관통 홀 (50)의 계단(step) 사이에 개재 되는 스프링 (56)을 포함한다. 스프링 (56)의 탄성력이 로드 (54)를 클램프 암 (20)의 하단 표면 측을 향하도록 압력을 가한다.

로드 (54)의 원위 단부는 반구 형상으로 형성되고 클램프 암 (20)이 회전된 클램프 상태에서 지지부재 (22)의 원위 단부는 파지부 (24)에 관하여 마주보도록(confrnt) 설치된다(도 3 참조).

본 발명의 제 1 실시예에 따른 전동 클램프 장치 (10)는 기본적으로는 상기에서 설명된 바와 같이 구성된다. 다음으로, 전동 클램프 장치 (10)의 동작 및 유익한 효과에 대해 설명된다. 이하의 설명에서, 도 1에 도시된 언클램프 상태는 초기 위치로서 취급될 것이다. 초기 위치에서, 클램프 암 (20) 내측에 실장된 로드 (54)의 원위 단부는 지지부재 (22)의 파지부 (24)에 대하여 실질적으로 직교하여 위치되고, 링크 암 (46)은 변위체 (28)와 실질적으로 일직선상에 배치된다.

먼저, 도 1에 도시된 전동 클램프 장치 (10)의 초기 위치에서, 도시되지 않은 제어기로부터 회전 구동부 (14)의 회전 구동원 (32)에 대하여 전기 신호를 입력함으로써 회전 구동원 (32)은 구동축 (34)을 회전시키고, 구동 풀리 (38)는 구동축 (34)과 함께 회전된다. 추가적으로, 구동 풀리 (38)의 회전시에 전달 벨트 (42)가 그 둘레에 현가된 종동풀리 (40)도 또한 회전하고, 이송 나사축 (36)이 종동풀리 (40)와 일체로 회전한다. 도 3에 도시된 바와 같이 이송 나사축 (36)의 회전에 의해, 변위체 (28)는 롤러 홈부 (26)에 대하여 롤러들 (30)에 의해 가이드됨과 동시에 윗쪽(화살표 B방향)으로 이동한다. 그와 함께, 링크 암 (46)은 변위체 (28)에 피봇으로 지지되는 위치에 대하여 시계 방향으로 회전하기 시작해 클램프 암 (20)은 지지 핀 (48)에 대하여 소정 각도에 거쳐서 시계방향으로 회전한다.

추가하여, 회전 구동부 (14)의 추가 구동시에, 이송 나사축 (36)의 회전 작용하에서 변위체 (28)는 더 위쪽(화살표 B방향)으로 이동하고 링크 암 (46)의 틸트 움직임(기울어짐)에 의해 클램프 암 (20)의 회전을 동반한다. 결과적으로, 클램프 암 (20)의 로드 (54)가 작업물 W에 맞닿게 접하게(abutment) 되고, 도 3에 도시된 바와 같이 작업물 W가 로드 (54)와 본체 (12)의 지지부재 (22)의 사이에 파지되어 유지되는 클램프 상태(clamped state)가 초래된다.

이 때, 로드 (54)는 스프링 (56)의 탄성력과 작업물 W가 클램프 될 때 인가되는 클램프력(clamping force)(파지력)간의 차이에 상응하여 축방향으로 이동한다. 보다 구체적으로, 클램프 암 (20)의 클램프력에 비하여 스프링 (56)의 탄성력이 큰 경우에는, 스프링 (56)의 탄성력이 클램프력을 극복하기 때문에, 로드(54)가 관통 홀 (50)에 따라 실질적으로 이동함이 없이 작업물 W는 로드 (54)의 원위 단부와 지지부재 (22)의 파지부 (24)의 사이에서 클램프 된다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 앞에서 언급한 작업물 W에 대비하여 큰 두께를 갖는 작업물 W1이 클램프 되는 경우에는, 로드 (54)가 작업물 W1에 맞닿게 접할 때, 로드 (54)는 클램프 암 (20)의 파지력에 의해 관통 홀 (50)측으로 가압 되고 지지부재 (22)로부터 멀어지는 방향으로 소정 거리만큼 이동된 상태에서 작업물 W1를 클램프 한다.

본 실시예에 따른 전술한 방식에서, 토클 링크 메커니즘 (16)을 갖춘 전동 클램프 장치 (10)에서, 스프링 (56)의 탄성력에 의해 바이어스되는 로드 (54)를 가진 조정 메커니즘 (52)이 작업물 W, W1를 파지하는 클램프 암 (20)의 타단상에 제공된다. 따라서, 클램프 암 (20)에 대하여 로드 (54)의 전진 및 후퇴 동작들에 의해, 예를 들면, 심지어 다른 플레이트 두께를 갖는 작업물들 W, W1를 클램프하는 경우에도, 작업물 플레이트 두께가 바뀔 때마다 토클 링크 메커니즘 (16)의 조정을 위한 어떤 요구 없이, 플레이트 두께에 상응하는 로드 (54)의 움직임에 의해, 이런 작업물들 W, W1의 클램프는 확실하게 그리고 안정적으로 수행될 수 있다.

환언하면, 작업물들 W, W1이 전동 클램프 장치 (10)에 의해 클램프 될 때 얇은 플레이트들로부터 두꺼운 플레이트들까지 상이한 플레이트 두께들의 작업물들 W, W1은 토클 링크 메커니즘 (16)상에 임의의 조정 동작들을 수행함이 없이 확실하게 그리고 안정적으로 클램프 될 수 있다.

추가하여, 전기 신호에 의해 구동된 회전 구동부 (14)의 구동력에 의해 클램프 암 (20)이 회전되기 때문에, 클램프 암 (20)의 고정밀 동작들이 가능해지고, 작업물들 W, W1의 클램프는 증가된 정확성을 가지고 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 전동 클램프 장치는 앞서 언급된 실시예의 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 다양한 추가 또는 수정된 구조들이 거기에 채택될 수 있다는 것은 물론이다.

Claims (5)

1. 회전하는 클램프 암(20)에 의해 작업물을 파지하기 위한 전동 클램프 장치(10)에 있어서,
   본체(12);
   전기 신호에 의해 회전 가능하게 구동되는 구동부(14);
   상기 구동부(14)의 회전 구동력을 전달하는 전달 메커니즘(18);
   상기 전달 메커니즘(18)에 의해 전달된 회전운동을 직선 운동으로 변환하는 이송 나사 메커니즘(feed screw mechanism);
   상기 이송 나사 메커니즘에 의해 전달된 직선 운동을 상기 클램프 암(20)의 회전 동작으로 변환하는 토클 링크 메커니즘(toggle link mechanism)(16); 및
   상기 작업물의 두께에 상응하여 상기 클램프 암(20)에 의한 클램프 위치를 조정하는 조정 메커니즘(52);을 포함하는, 전동 클램프 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 조정 메커니즘(52)은 상기 클램프 암(20)에 설치되고 그리고 상기 작업물 쪽을 향하여 누르는 힘에 의해 압력이 가해지는 가압체(54)를 포함하고, 상기 작업물은 상기 가압체(54)를 통하여 상기 클램프 암(20)과 상기 본체(12) 사이에서 클램프 되는, 전동 클램프 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 토클 링크 메커니즘(16)에서 상기 이송 나사 메커니즘의 변위체(28)와 상기 클램프 암(20)을 상호연결하는 링크 암(46)은 상기 변위체(28)의 이동 방향과 직교 방향에서 유지되는, 전동 클램프 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 조정 메커니즘(52)은 상기 가압체(54)에 대하여 가압력을 부여하는 탄성 부재(56)를 포함하는, 전동 클램프 장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 가압체(54)는 상기 클램프 암(20)의 일단에 형성된 홀 (50)에 변위 가능하게 설치되는, 전동 클램프 장치.

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