(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体状に形成されたボデイと、
前記ボデイの内部に設けられたロッド部材を該ボデイの軸線方向に沿って変位させる駆動手段と、
前記ロッド部材に連結されるリンク部材を含み、前記ロッド部材の直線運動を回動運動に変換するトグルリンク機構と、
前記トグルリンク機構に連結され、前記駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームと、
前記ボデイの内部に設けられ、前記アームがアンクランプ状態にある場合に前記アームに対する前記駆動手段の駆動力の伝達が遮断されたときに該アームをアンクランプ状態に保持するロック機構と、
を備え、
前記ロック機構は、前記ボデイに支持された支点ピンと、前記支点ピンを支点として所定角度回動自在に設けられたロックプレートと、ピン部材を介して前記ロックプレートに軸支されるローラ部材と、前記トグルリンク機構を構成するナックルブロックに設けられ、前記ローラ部材に係合する係合部と、前記ローラ部材を前記係合部に向かって押圧するばね部材とを有することを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記係合部は、ローラ部材が係合する、第１傾斜面、第２傾斜面、および、第１傾斜面と第２傾斜面との間の境界部分に形成された山部を有することを特徴とするクランプ装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
鉛直面に対する前記第１傾斜面の傾斜角度αは、前記第２傾斜面の傾斜角度βよりも大きく設定されることを特徴とするクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームを介してワークをクランプすることが可能なクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、自動車等の構成部品を溶接する際に、その構成部品をクランプするためにクランプシリンダが用いられており、この種のクランプシリンダは、例えば、米国特許第４４５８８８９号公報等に開示されている。
【０００３】
この米国特許第４４５８８８９号公報に開示されたクランプシリンダでは、図８および図９に示されるように、分割された一組のボデイ１ａ、１ｂの間にシリンダ１ｃの駆動作用下にピストンロッド２が進退自在に配設され、前記ピストンロッド２の一端部にはカップリング３が連結されている。前記カップリング３の両側部には、第１シャフト４を介して一組のリンク５ａ、５ｂおよび一組のローラ６ａ、６ｂがそれぞれ軸着され、さらに、前記一組のリンク５ａ、５ｂの間には、第２シャフト７を介してアーム８が所定角度回動自在に連結される。
【０００４】
この場合、前記一組のローラ６ａ、６ｂは、孔部に装着された複数のニードル９ａを介して摺動自在に設けられ、前記ピストンロッド２は、ボデイ１ａ、１ｂにそれぞれ形成されたトラック溝９ｂに沿って摺動する前記ローラ６ａ、６ｂの案内作用下に、該ローラ６ａ、６ｂと一体的に変位するように設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術に係る米国特許第４４５８８８９号公報に開示されたクランプシリンダでは、例えば、アームが図示しないワークを保持していないアンクランプ状態にある場合、シリンダに対する圧力流体の供給が何らかの原因によって遮断されてしまうと該アームに対する駆動力の伝達が無くなるため該アーム８は自由状態となり、アームの慣性力あるいはクランプシリンダが装着されたロボット等の動作によって自然に回動するおそれがある。
【０００６】
そこで、シリンダ室に沿って摺動するピストンの摺動抵抗による摩擦力によってアームのアンクランプ状態を保持し、あるいはリンク機構の摺動抵抗によって摩擦力を増大させて該アームのアンクランプ状態を保持することが考えられるが、クランプシリンダの長期間の使用によって摺動部分が摩耗することにより摩擦抵抗が変化してしまい、アームのアンクランプ状態を確実に保持することができないという不具合がある。
【０００７】
本発明は、前記の不具合に鑑みてなされたものであり、アームに対する駆動力の伝達が遮断された場合であってもアームをアンクランプ状態に確実に保持することが可能なクランプ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、直方体状に形成されたボデイと、
前記ボデイの内部に設けられたロッド部材を該ボデイの軸線方向に沿って変位させる駆動手段と、
前記ロッド部材に連結されるリンク部材を含み、前記ロッド部材の直線運動を回動運動に変換するトグルリンク機構と、
前記トグルリンク機構に連結され、前記駆動手段の駆動作用下に所定角度回動するアームと、
前記ボデイの内部に設けられ、前記アームがアンクランプ状態にある場合に前記アームに対する前記駆動手段の駆動力の伝達が遮断されたときに該アームをアンクランプ状態に保持するロック機構と、
を備え、
前記ロック機構は、前記ボデイに支持された支点ピンと、前記支点ピンを支点として所定角度回動自在に設けられたロックプレートと、ピン部材を介して前記ロックプレートに軸支されるローラ部材と、前記トグルリンク機構を構成するナックルブロックに設けられ、前記ローラ部材に係合する係合部と、前記ローラ部材を前記係合部に向かって押圧するばね部材とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記係合部は、ローラ部材が係合する、第１傾斜面、第２傾斜面、および、第１傾斜面と第２傾斜面との間の境界部分に形成された山部を有し、鉛直面に対する前記第１傾斜面の傾斜角度αを前記第２傾斜面の傾斜角度βよりも大きく設定するとよい。
【００１２】
本発明によれば、何らかの原因によってアームに対する駆動手段からの駆動力の伝達が遮断された場合であっても、ロック機構が作動することによりアームがアンクランプ状態に確実に保持される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係るクランプ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１および図２において、参照数字１０は、本発明の実施の形態に係るクランプ装置を示す。
【００１５】
このクランプ装置１０は、ボデイ１２と、前記ボデイ１２の下端部に気密に連結されたシリンダ部（駆動手段）１４と、前記ボデイ１２に形成された略円形状の一組の開口部（図示せず）を介して外部に突出する断面矩形状の軸受部１８に連結されるアーム２０と、前記ボデイ１２の内部に設けられ、前記アーム２０のアンクランプ状態における初期位置を保持するロック機構２２とを備える。
【００１６】
シリンダ部１４は、エンドブロック２４と、その一端部が前記エンドブロック２４の凹部に気密に連結され他端部がボデイ１２に気密に連結された角筒状のシリンダチューブ２６とを含む。
【００１７】
さらに、シリンダ部１４は、図２に示されるように、前記シリンダチューブ２６内に収装されシリンダ室２８に沿って往復動作するピストン３０と、前記ピストン３０の中央部に連結されて該ピストン３０と一体的に変位するロッド部材３２とを有する。前記ピストン３０は、前記ロッド部材３２の軸線と略直交する断面が略楕円形状に形成され、前記シリンダ室２８の断面形状も前記ピストン３０に対応して略断面楕円形状に形成されている。
【００１８】
なお、前記ピストン３０の外周面には、ピストンパッキン３６が装着されている。
【００１９】
前記エンドブロック２４の四隅角部には図示しない取付用孔部が穿孔され、前記取付用孔部に挿通された４本のシャフト（図示せず）を介してエンドブロック２４、シリンダチューブ２６およびボデイ１２がそれぞれ気密に組み付けられる。前記ボデイ１２およびエンドブロック２４には、それぞれ、シリンダ室２８に圧力流体（例えば、圧縮空気）を導入・導出するための一組の圧力流体出入ポート４２ａ、４２ｂが形成されている。
【００２０】
ボデイ１２は、第１ケーシング４６と図示しない第２ケーシングとが一体的に組み付けられて構成される。前記ボデイ１２内には、第１ケーシング４６および図示しない第２ケーシングにそれぞれ形成された凹部によって室４４が形成され、前記室４４内にロッド部材３２の自由端が臨むように設けられる。
【００２１】
ロッド部材３２の一端部には、ナックルジョイント６２を介して、該ロッド部材３２の直線運動をアーム２０の回動運動に変換するトグルリンク機構６４が設けられる。前記ナックルジョイント６２は、所定間隔離間し略平行に分岐する二股部を有するナックルブロック５６と、前記二股部に形成された孔部に軸着されるナックルピン７０とから構成される。前記ナックルブロック５６の一側面には、後述するローラ部材４８に係合する第１傾斜面５０および第２傾斜面５２を有する係合部５４が形成されている（図３参照）。
【００２２】
トグルリンク機構６４は、ナックルピン７０を介してナックルジョイント６２の二股部の間に連結されるリンクプレート（リンク部材）７２と、第１ケーシング４６および図示しない第２ケーシングに形成された略円形状の一組の開口部にそれぞれ回動自在に軸支される支持レバー７４とを有する。
【００２３】
前記リンクプレート７２は、前記ナックルジョイント６２と支持レバー７４との間に介装され、前記ナックルジョイント６２と支持レバー７４とをリンクする機能を営む。
【００２４】
すなわち、前記リンクプレート７２は、一端部側に形成された第１孔部（図示せず）と他端部側に形成された第２孔部（図示せず）とを有し、前記第１孔部に係合するナックルピン７０およびナックルジョイント６２を介してロッド部材３２の自由端に連結され、前記第２孔部に軸着される図示しないリンクピンを介して支持レバー７４の二股部に連結される。また、前記リンクプレート７２の一端部には、後述するガイドローラ７９と接触する湾曲面８１が形成されている（図４および図５参照）。
【００２５】
支持レバー７４は、図示しないリンクピンが軸着される孔部が形成された二股部と、ロッド部材３２の軸線と略直交する方向（紙面と略直交する方向）に突出形成され、図示しない開口部を介してボデイ１２から外部に露呈する断面矩形状の軸受部１８とを有する。前記軸受部１８には、図示しないワークをクランプするアーム２０が着脱自在に装着される。従って、前記支持レバー７４はアーム２０と一体的に回動動作するように設けられる。
【００２６】
ロック機構２２は、図１および図３に示されるように、室４４内に配設され、第１ケーシング４６および図示しない第２ケーシングに支持された支点ピン５８と、一端側に軸着された前記支点ピン５８を支点として所定角度回動自在に設けられたロックプレート６０（図３参照）と、ピン部材６６を介して前記ロックプレート６０の分岐片６１ａ、６１ｂの間に回動自在に軸支されるローラ部材４８と、前述したナックルブロック５６に設けられ、前記ローラ部材４８が係合する第１傾斜面５０、第２傾斜面５２、および、前記第１傾斜面５０と第２傾斜面５２と間の境界部分に形成された山部５３を有する係合部５４と、前記支点ピン５８とは反対側のロックプレート６０の端部側に形成された凹部６７に一端部が係着されるばね部材６８とを含む。
【００２７】
前記ばね部材６８の他端部は、第１ケーシング４６の内壁面に形成された凹部７１に係着され、その弾発力の作用下に支点ピン５８を支点として、常時、ロックプレート６０を矢印Ｂ方向に押圧するように設けられている。換言すると、ロックプレート６０は、ばね部材６８の弾発力に打ち勝つ押圧力がローラ部材４８に作用することにより、支点ピン５８を支点として矢印Ａ方向に向かって所定角度だけ回動可能に設けられている。
【００２８】
なお、図３に示されるように、鉛直面に対する前記第１傾斜面５０の傾斜角度αおよび前記第２傾斜面５２の傾斜角度βは、それぞれα＞βとなるように設定され、この場合、前記傾斜角度αを約３０度〜４５度、前記傾斜角度βを約１０度〜２０度に設定するとよい。
【００２９】
また、支点ピン５８の中心点を基準として、前記支点ピン５８とローラ部材４８および係合部５４が当接している当接点（ピン部材６６の中心点）との間の離間距離をＬ1とし、前記支点ピン５８とばね部材６８が押圧している押圧点との離間距離をＬ2とした場合、Ｌ2／Ｌ1の値を大きく設定することにより、ロック機構２２の保持力を増大させることができる。
【００３０】
ボデイ１２を構成する第１ケーシング４６および図示しない第２ケーシングの内壁面の上部側には、断面円弧状の凹部７８がそれぞれ形成され、前記凹部７８には、前記リンクプレート７２の湾曲面８１に接触することにより所定角度だけ回動するガイドローラ７９が設けられる。前記第１ケーシング４６および図示しない第２ケーシングに形成された孔部には、ガイドローラ７９を回動自在に軸支するピン部材８２が固着され、またガイドローラ７９の貫通孔には周方向に沿って複数のニードルベアリング８４が装着される。前記ニードルベアリング８４の転動作用下にガイドローラ７９が円滑に回動するように設けられている。
【００３１】
本発明の実施の形態に係るクランプ装置１０は基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３２】
先ず、図示しない固定手段を介してクランプ装置１０を所定位置に固定するとともに、図示しないチューブ等の管体の一端部を一組の圧力流体出入ポート４２ａ、４２ｂにそれぞれ接続し、前記管体の他端部を図示しない圧力流体供給源に接続する。
【００３３】
前記のような準備作業を経た後、図示しない圧力流体供給源を付勢して一方の圧力流体出入ポート４２ｂからピストン３０の下部側のシリンダ室２８に圧力流体（例えば、圧縮空気）を導入する。前記シリンダ室２８に導入された圧力流体の作用下にピストン３０が押圧され、該ピストン３０がシリンダ室２８に沿って上昇する。
【００３４】
前記ピストン３０の直線運動は、ロッド部材３２およびナックルジョイント６２を介してトグルリンク機構６４に伝達され、前記トグルリンク機構６４を構成する支持レバー７４の回動作用下にアーム２０の回転運動に変換される。
【００３５】
すなわち、ピストン３０の直線運動（上昇）によって、ロッド部材３２の自由端に係合するナックルジョイント６２およびリンクプレート７２を上方に向かって押圧する力が作用する。前記リンクプレート７２に対する押圧力は、ナックルピン７０を支点として該リンクプレート７２を所定角度回動させるとともに、前記リンクプレート７２のリンク作用下に支持レバー７４を回動させる。
【００３６】
従って、前記支持レバー７４の軸受部１８を支点としてアーム２０が反時計回りの方向に向かって所定角度回動する。
【００３７】
このようにしてアーム２０が反時計回りの方向に回動している際、リンクプレート７２の湾曲面８１がガイドローラ７９に接触し、前記湾曲面８１と接触した状態を保持しながら該ガイドローラ７９がピン部材８２を中心として回動する（図４参照）。
【００３８】
さらにアーム２０が回動して、図示しないワークに当接することにより、アーム２０の回動動作を停止する。この結果、アーム２０によってワークがクランプされるクランプ状態に至る。
【００３９】
なお、アーム２０が回動動作を停止してクランプ状態となった後、ピストン３０およびロッド部材３２は僅かだけさらに上昇することにより、ピストン３０およびロッド部材３２が停止して変位終端位置となる（図４参照）。
【００４０】
次に、アーム２０をワークから離間させてクランプ状態を解除する場合には、図示しない切換弁の切り換え作用下に前記とは反対の他方の圧力流体出入ポート４２ａからピストン３０の上部側のシリンダ室２８に圧力流体を導入する。前記シリンダ室２８に導入された圧力流体の作用下にピストン３０が押圧され、該ピストン３０がシリンダ室２８に沿って下昇する。
【００４１】
前記ピストン３０の直線運動は、トグルリンク機構６４を介してアーム２０の回転運動に変換され、前記アーム２０は、時計回りの方向に向かって回動する。
【００４２】
前記アーム２０が時計回りの方向に回動してピストン３０が最下限位置に到達する前、ナックルブロック５６と一体的に下降する係合部５４の第２傾斜面５２がロックプレート６０に軸支されたローラ部材４８に係合する（図５参照）。
【００４３】
この場合、ロックプレート６０は、ばね部材６８の弾発力に抗して矢印Ａ方向に向かって押圧され、前記ロックプレート６０に軸支されたローラ部材４８が係合部５４の第２傾斜面５２、第２傾斜面５２と第１傾斜面５０との間の境界部分に形成された山部５３をそれぞれ乗り越えて（図６参照）、該ローラ部材４８が第１傾斜面５０に係合することにより、アーム２０がアンクランプ状態の初期位置にロックされる（図７参照）。
【００４４】
なお、この場合、初期位置とは、図２に示されるように、ピストン３０がシリンダ室２８の最下限位置に到達した状態をいう。
【００４５】
前記ロック状態では、他方の圧力流体出入ポート４２ｂも大気開放状態となっているため、アーム２０のアンクランプ状態の初期位置において、圧力流体の供給が何らかの原因によって停止した場合であっても、アンクランプ状態が解除されることなくロック機構２２によって確実に保持されている。
【００４６】
このように、本実施の形態では、ロック機構２２を設けることにより、駆動手段として機能するシリンダ部１４に対する圧力流体の供給が停止し、アーム２０に対する駆動力の伝達が遮断された場合であっても、アーム２０のアンクランプ状態を確実に保持することができる。
【００４７】
なお、ロック機構２２によってアーム２０がアンクランプ状態に保持される力（保持力）は、例えば、クランプ装置１０が装着されたロボット等が動作してもその慣性力によって変位しない適度な保持力であるとともに、再度、圧力流体出入ポート４２ｂから圧力流体を供給した場合にピストン３０の変位力によってアンクランプの保持状態を解除できる程度の保持力に設定する必要がある。この場合、係合部５４の鉛直面に対する第１傾斜面５０の傾斜角度αを第２傾斜面５２の傾斜角度βよりも大きく設定し、さらに、前記第１傾斜面５０の傾斜角度αを約３０度〜４５度、第２傾斜面５２の傾斜角度βを約１０度〜２０度に設定すると好適である。
【００４８】
なお、本実施の形態では、駆動手段としてシリンダ部１４を用いているがこれに限定されるものではなく、図示しないリニアアクチュエータ、電動モータ等を用いてロッド部材３２を変位させるように構成してもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００５０】
すなわち、ロック機構を設けることにより、駆動手段として機能するシリンダ部に対する圧力流体の供給が停止した場合であっても、アームのアンクランプ状態を確実に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るクランプ装置の要部分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るクランプ装置の軸線方向に沿った一部縦断面図である。
【図３】図２に示すロック機構の部分拡大図である。
【図４】図１の初期位置からアームが回動してワークがクランプされた状態を示す動作説明図である。
【図５】図４の状態からアームが時計回りの方向に所定角度だけ回動した状態を示す動作説明図である。
【図６】図５の状態からアームがさらに時計回りの方向に所定角度だけ回動した状態を示す動作説明図である。
【図７】図６の状態からアームがさらに時計回りの方向に所定角度だけ回動して、該アームがアンクランプ状態の初期位置に保持された状態を示す動作説明図である。
【図８】従来技術に係るクランプシリンダの要部分解斜視図である。
【図９】図８に示すクランプシリンダの一部断面側面図である。
【符号の説明】
１０…クランプ装置              １２…ボデイ
１４…シリンダ部                ２０…アーム
２２…ロック機構                ２８…シリンダ室
３０…ピストン                  ３２…ロッド部材
４２ａ、４２ｂ…圧力流体出入ポート
４８…ローラ部材                ５０、５２…傾斜面
５３…山部                      ５４…係合部
５６…ナックルブロック          ５８…支点ピン
６０…ロックプレート            ６４…トグルリンク機構
６８…ばね部材                  ７０…ナックルピン
【図１】
0003662476.tif 000002
【図２】
0003662476.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003662476.tif 000008
【図８】
0003662476.tif 000009
【図９】
0003662476.tif 000010