(57)【要約】【課題】ロータリシリンダを使用し、小形、軽量、安価でありながら大きなクランプ力が可能となったクランプ装置を提供する。【解決手段】ロータリシリンダ１の回転軸１１の突出両端部にクランプアーム２０の基端部が固定され、クランプアーム２０の先端側には基端側に向けて溝２０ａが配設され、溝２０ａにはクランプベース２１がスライドできるように、両端部が嵌合され、さらに、リンク２３がロータリシリンダ１のケーシング１４に配設された回転支持軸２５とクランプベース２１に配設された回転軸２４に回動可能に連結され、クランプ時にはクランプヘッド２６を取付けたクランプベース２１がリンク２３を介してクランプアーム２０の基端側に溝２０ａ内をスライドすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプアームの回動によってワークをクランプするクランプ装置であって、該クランプアームの基端部がロータリシリンダの出力軸に対して直接結合されているとともに、回動可能に支持されたリンクによって該ロータリシリンダのケーシングとクランプベースが連結され、該ロータリシリンダの駆動によって該クランプアームをアンクランプ位置からクランプ位置に回動させたときに該クランプベースが該クランプアームに沿って、該クランプアーム先端側から基端側にスライドできることを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
請求項１記載のクランプ装置であって、クランプアームがクランプベースの両端を支持し、さらに該クランプアームの基端部がロータリシリンダの両側出力軸の両端部にそれぞれ結合されていることを特徴とするクランプ装置。
【請求項３】
ロータリシリンダのケーシングの外側にコイルばねがその一端をケースに固定され、他端をフリーな状態として配設され、該コイルばねの内径には該ロータリシリンダの出力軸が該コイルばねのばね力により締め付けられて一方向の回転がロックされた状態で挿通され、該コイルばねの他端に該コイルばねを開く方向に作動するロック解除用アクチュエータを配設し、該ロータリシリンダのケーシングに該ケースが固定され、該ロータリシリンダの出力軸の端部にクランプアームの基端部が固定されたことを特徴とする請求項１、２のクランプ装置。
【請求項４】
前記クランプ装置でクランプ押圧部に押圧付勢ばねが配設されたことを特徴とする請求項３記載のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、多種類のワークを加工、あるいは多種類の部品を組付けするラインにおいて、加工あるいは組付け前のワーク及び部品を所定の姿勢に保持するクランプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、加工あるいは組付けラインでのワーク及び部品のクランプは特開２００４−９０１６３号公報のように空気圧シリンダの直進運動をトグル機構により回動運動に変換し、ワークをクランプしたり、ワーク装置の小形、軽量化のためには特開２０００−１７６７６３号公報のようにロータリシリンダを使用したクランプ装置でワークのクランプを行っている。
【特許文献】特開２０００−１７６７６３号公報  特開２００４−９０１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかし、空気圧シリンダの直進運動をトグル機構により変換してクランプする場合は構造が複雑になり、構成部品点数も多くなるため、全体が大きく、又重く、コストも高くなる。そこで以前からロータリシリンダを使用した特開２０００−１７６７６３号公報によるクランプ装置が知られており、クランプ本体の小形、軽量化が達成できるため、ロボットアーム先端での部品把持用クランプに効果があった。しかし、ロータリシリンダによるクランプの場合、回転時のクランプアーム先端部とロータリシリンダ本体との干渉を避けるため、ロータリシリンダの回転シャフトにはクランプ部であるクランプヘッドを先端に配設した長いクランプアームが取付けられたため、クランプ力が小さくなるという問題があった。【０００４】  本発明は上述の課題を解決するものであり、ロボットアーム先端の部品把持用クランプにも適用できるように、非常にコンパクト、軽量で、更に、ロータリシリンダ使用のクランプの欠点を解消した大きなクランプ力が得られ、確実なクランプと安定したクランプ力を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  このために本発明の請求項１のクランプ装置はクランプアームがロータリシリンダの出力軸に直接結合されており、そのクランプアームに沿ってクランプヘッドを結合したクランプベースがスライド自在に配設され、更に、ロータリシリンダのケーシングとクランプベースを回動可能なリンクにより連結支持され、アンクランプ時はクランプベースがクランプアームの先端側に移動し、クランプ時にはクランプベースがロータリシリンダの出力軸方向にクランプアームに沿って移動することによりクランプ位置が出力軸に近づくことを特徴としている。クランプアームに沿って移動するクランプベースとクランプアームのスライド部には摩擦係数の小さいころがり軸受、又はすべり軸受が組み込まれている。【０００６】  請求項２に記載の発明は、請求項１記載のクランプ装置であって、ロータリシリンダの出力軸がロータリシリンダの両側に突出しており、その両端出力軸にクランプアームが固定され、更に、クランプベースの両端が両クランプアームに沿って移動するため、クランプ装置としてのクランプ力ならびにクランプ状態が安定したものとなる。【０００７】  請求項３のクランプ装置はロータリシリンダのケーシングの外側にコイルばねの一端をケースに固定し、他端をフリーの状態として、コイルばねの内径にはロータリシリンダの出力軸がコイルばねのばね力により締め付けられて出力軸のアンクランプ方向の回転がロックされた状態で挿通されて、コイルばねのフリー端にはロック解除用アクチュエータが配設されたロックユニットをロータリシリンダのケーシングに固定し、ロータリシリンダの出力軸の端部には出力軸と一体となって回転するクランプアームとそのクランプアームに沿ってクランプベースが移動自在に配設され、更に、ロータリシリンダのケーシングとクランプベースがリンクにより連結されており、アンクランプ時はクランプベースがクランプアームの先端側に移動し、クランプ時にはクランプベースがロータリシリンダの出力軸方向にクランプアームに沿って移動することを特徴としている。【０００８】  上記クランプ装置はクランプ方向には出力軸をロックしているコイルばねは開く方向に働くため、ロックされることなく流体圧によりロータリシリンダを作動でき、クランプアームが固定された出力軸を回転させてクランプすることができる。次に、ワークステーションへの移送時にロータリシリンダへの流体圧供給を無くした状態で移送しても、コイルばねによりアンクランプ方向回転はロックされているため、クランプアームが戻ることなくクランプは保持される。次に、クランプを解除する場合は、コイルばねのフリーな他端に取付けられたロック解除用のアクチュエータにより、コイルばねを広げる方向に押し、あるいは引くことによりコイルばねの締付力をなくした状態とすることができ、ロータリシリンダの供給口より流体圧を加圧することでアンクランプ方向に戻ることができる。【０００９】  また、この場合において請求項４に記載のようにクランプ押圧部に押圧付勢ばねが配設されることにより、クランプ力が押圧付勢ばねのばね力により決まるため、ばね力、及び、ばね定数の異なる押圧付勢ばねに替えることによりクランプ力を自由に設定��きる。
【発明の効果】
【００１０】  上記のように請求項１のクランプ装置によれば、クランプアームがロータリシリンダの出力軸に直接結合されており、さらに、クランプアームに沿ってクランプヘッドを結合したクランプベースがスライド自在に配設され、ロータリシリンダのケーシングとクランプベースは回動可能なリンクにより連結されている。そのため、アンクランプ時はクランプベースがクランプアームの先端側に移動し、また、クランプ時にはクランプベースがロータリシリンダの出力軸方向にクランプアームに沿って移動するため、大きなクランプ力でクランプできる。また、ロータリシリンダとその出力軸に一体結合されたクランプアームとクランプアームに沿ってスライドするクランプベース（クランプ部も含む）のみで構成されているため、クランプ装置の小形、軽量化に加え、大きなクランプ力が可能となる。【００１１】  請求項２記載の発明によれば、ロータリシリンダの両端に突出している出力軸の両端部にクランプアームがそれぞれ固定され、クランプ時、両クランプアームに沿ってクランプベースがクランプアームの先端側から基端側へ平行移動するため、安定した大きなクランプ力とクランプ状態が可能となる。【００１２】  更に、請求項３のクランプ装置によればロータリシリンダのケーシングの外側に配設したコイルばねのばね力により締め付けられて、出力軸のアンクランプ方向への回転がロックされている。そのため、ワークをクランプ後、クランプ時に他の外力によりクランプ作動させる必要もなく、ワークのワークステーション間移送時、クランプのためロータリシリンダに圧力を供給しつづける必要がなく、移送時、ロータリシリンダへの配管が不要となる。次に、ロックの解除はコイルばねの他端部に解除用アクチュエータを一体配設しているため、ワークステーションでは解除用アクチュエータを作動させてロックを解除し、さらに、ロータリシリンダに流体圧を供給、排出するだけでクランプ、アンクランプ作動が自由にできる。ワークステーション間の配管の引き摺りが無く安全である。コイルばねを広げ、締め付け力をなくすためのロック解除用アクチュエータとしては流体圧シリンダ、あるいは電動アクチュエータ、手動ピン、手動ねじ等がある。【００１３】  また、請求項４のクランプ装置によればクランプ押圧部に押圧付勢ばねを配設することにより、クランプ動作後、ロータリシリンダへの加圧を無くしてもクランプ状態を維持し、さらに、押圧力が押圧付勢ばねにより決まるため押圧力を安定させ、必要に応じては、ばね力、及びばね定数の異なる押圧付勢ばねに取り替えることにより押圧力を自由に変更することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のクランプ装置の正面図を示し、図２はその右側面図（部分的に断面）を示している。このクランプ装置はロータリシリンダ１の回転軸１１の突出両端部にクランプアーム２０の基端部がボルト等により固定されている。クランプアーム２０の先端側には先端部より基端側に向けて溝２０ａが配設されており、クランプアーム先端部はクランプアームカバー２２により溝２０ａがカバーされ、両クランプアームを連結している。クランプアーム２０には溝２０ａにガイドされてスライドできるように、溝幅寸法より僅かに薄いクランプベース２１の両端部が嵌合されている。【００１５】  さらに、ロータリシリンダ１のケーシング１４の外側に回転支持軸２５が配設されるとともに、クランプベース２１の両クランプアーム２０とのスライド部より内側に回転軸２４が配設され、それぞれの回転支持軸２５と回転軸２４にはリンク２３が回動可能に連結されている。ロータリシリンダ１のケーシング１４に取付けられた回転支持軸２５の位置は図１に示すように、クランプ装置がアンクランプ時にはクランプベース２１がリンク２３を介して、クランプアーム２０の先端側にスライド移動され、クランプ時にはリンク２３を介してクランプアーム２０の基端側にクランプアーム溝２０ａ内をスライド移動できる位置に配置されている。さらに、クランプベース２１の略中心位置にはクランプヘッド２６が取付けられているため、クランプ時には、クランプヘッド２６はロータリシリンダ１の出力軸１１から非常に短い距離でクランプすることができる。【００１６】  第１実施形態のクランプ装置は加工あるいは組付けラインでのワーク及び部品のクランプ装置の小形化、軽量化に貢献すると共に、ロボットアーム先端での部品把持用クランプとしての要求仕様である軽量、高把持力を実現できる。例えば、供給圧力０．５ＭＰａの時、出力トルク１２Ｎ・ｍのロータリシリンダを使用したクランプ装置においては、従来のクランプ装置（図５、図６）においては、ロータリシリンダの出力軸よりクランプ位置までの距離が６０ｍｍ必要であったが、本発明によれば４８ｍｍの距離に設計製作することが簡単にできる。即ち、クランプ力は従来クランプ装置では２００Ｎであったが、本発明では２５０Ｎと２５％のアップが達成できる。【００１７】次に、上記構成のクランプ装置の動作を説明する。まず従来技術のクランプ装置図５、図６を説明すると、クランプアームを回転するロータリシリンダ６はケーシング６４内に正面形状を略扇形として圧力室６３が形成され、その扇の略中心位置の圧力室６３内に回転軸６１が挿通され、圧力室６３内の回転軸６１には、矩形形状のベーン６２が回転軸６１を軸に、圧力室６３内を約９０°の範囲で回転可能に軸着されている。ベーン６２により分離される圧力室６３の両側壁部にポートが設けられ、各ポートを通して圧力室６３内の何れかの側に流体圧力が印加され、それによりベーン６２に回動力が作用し、回転軸６１が約９０°の範囲で往復回転する。図５に示すロータリシリンダ６の回転軸６１と一体となったベーン６２により仕切られた圧力室６３の左側に加圧するとベーン６２は��方向に回転し、回転軸６１に固定されたクランプアーム７０がアンクランプ状態まで回動する。次に、圧力室６３の右側に加圧して、左側の圧力を排気すると、ベーン６２は左側に回動して、クランプ装置はクランプアーム７０の先端中央部に取付けられたクランプヘッド７１により、ロータリシリンダ６の回転軸６１から距離Ｌ２離れたポイントでワーク（Ｗ）をクランプできる。【００１８】  次に、本発明のクランプ装置の動作を図１、図２により説明する。前述した従来技術と同じように、図１に示すロータリシリンダ１の回転軸１１と一体化されたベーン１２により仕切られた圧力室１３の左側に加圧するとベーンは右方向に回動し、回転軸と一体に取付けられたクランプアーム２０が上方向に回動するとともに、ロータリシリンダ１のケーシング１４の外側に回転支持軸２５とクランプアームの溝２０ａの中にスライド可能に両端支持されたクランプベース２１の回転軸２４に回動可能にリンク２３が連結されているため、回転支持軸２５を支点としてクランプベース２１がクランプアーム２０のガイド溝２０ａに沿って先端方向に動き、アンクランプ状態となる。次に、圧力室１３の右側に加圧し、左側圧力室の圧力を排出すると、ベーン１２は左側に回動し、クランプベース２１はリンク２３により、回転支持軸２５を支点としてクランプアーム２０の溝２０ａに沿って基端方向にスライドし、ロータリシリンダ１の回転軸１１から従来技術のクランプ距離Ｌ２に比べて短い距離Ｌ１離れたポイントで強い力でワーク（Ｗ）をクランプできる。【００１９】  図３、図４は第２実施形態のクランプ装置を示している。このクランプ装置は、ロータリシリンダ３の回転軸３１を被ロック軸としたクランプ装置であり、その回転軸３１の突出端部外周の片側にコイルばね５２が外嵌され、そのコイルばね５２を囲う形状にそのケース５１は形成され、ケース５１の略中央には円形開口部を含む鍵形開口部が形成され、ロータリシリンダ３のケーシング３４に取り付けられ、さらに、回転軸３１の突出両先端部にはクランプアーム４０が取り付けられている。【００２０】  コイルばね５２は、ばね性金属線材（例えばピアノ線）をコイル状に巻回して形成され、コイルばね５２の先端部５２ａは、円形開口部の外側寄りに突出すると共に軸方向に略直角に曲折され、その先端に押え部５２ｃが嵌着されている。ケース５１の上部には押え部５２ｃを押して、ロックを解除するためのアクチュエータ５が配設されている。【００２１】  アクチュエータ５はケース５１の上部に配設され、アクチュエータ５のピストンロッド５０ａの先端で、ロック用のコイルばね５２の先端部５２ａに固着された押え部５２ｃを、そのコイルばね５２を開く方向（図３の左方向）に押圧可能な構造としている。また、コイルばね５２の末端部５２ｂは、円周部から外側に突出するように略直角に曲折され、ケース５１の底部に設けた、図４に示すように、リングスペーサ５３とケース５１との間に挟持されている。【００２２】  コイルばね５２の内径は、回転軸３１の外径より僅かに小さく形成され、回転軸３１の一方向の回転が完全にロックされる。一方、回転軸３１の他方向の回転は、コイルばね５２と回転軸外径との間に摩擦抵抗が���じるものの、コイルばねを開く方向となり回転可能である。第２実施形態のクランプ装置は自動車製造ライン、及び一般機械製造ラインの要求が多く、クランプ装置としてはロック用のコイルばね以外は第１実施形態と同じであり、コイルばね５２は、コイルばね５２の内径と回転軸３１の外径との差は、例えば、回転軸３１の外径が１２ｍｍの場合、コイルばね５２の内径は１１．６ｍｍに設定され、回転軸３１の外径の約１／３０程度に設定される。【００２３】  次に、上記構成のクランプ装置のブレーキ部の動作を説明すると、通常時、つまりアクチュエータ５の非作動時には、ブレーキオンの状態つまりロック状態であるが、ロータリシリンダ３の図３における反時計方向の回転はコイルばね５２を開く方向となり、コイルばね５２が回転軸３１を締め付けた状態でも、わずかな摩擦力は生ずるが、自由に回転することができる。逆に、時計方向の回転にはコイルばね５２が締め付けられる方向のため回転軸３１は完全にロックされる。【００２４】  即ち、図３における回転軸３１と一体に配設されたクランプアーム４０はクランプ方向（反時計方向）にはベーン３２の右側室に圧力を加圧し、ベーン３２の左側室より圧力を排出することにより回転軸３１は左方向に回転し、クランプ状態となり、この状態でベーンの右側室の圧力を排出しても、時計方向へはロックされているためクランプを保持することが出来る。【００２５】  ロックを解除する場合は、アクチュエータ５に流体圧を印加してピストンロッド５０ａを押出し動作させる。このとき、アクチュエータ５のピストンロッド５０ａがコイルばね５２の先端部５２ａの押え部５２ｃをコイルを開く方向に押すため、コイルばね５２による回転軸３１の締付力が消失し、左右両方向とも回転可能となる。ロック解除用アクチュエータはソレノイド等の電気駆動でもよく、手動ピン、手動ねじ等機械駆動でもよい。【００２６】  第３実施形態においても、図３に示すようにクランプ押圧部に押圧付勢ばね４７をクランプベース４１とクランプヘッド４６の間に配設し、クランプヘッド４６の軸径はクランプベース４１に設けられた孔径より少し小さく設計されているため、クランプヘッド４６は押圧付勢ばね４７を介してクランプベース４１の孔部を摺動でき、押圧力は押圧付勢ばね４７の反力に設定できる。この場合、押圧付勢ばね４７をばね力、及びばね定数の異なるばねに交換することによりクランプ力は自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態を示すクランプ装置の正面図
【図２】図１の右側面図（ロータリシリンダは断面）
【図３】本発明の第２実施形態を示すクランプ装置の正面図
【図４】図３の右側面図（ロータリシリンダは断面）
【図５】従来技術のクランプ装置の正面図
【図６】図５の右側面図（ロータリシリンダは断面）
【符号の説明】
【００２８】１、３，６−ロータリシリンダ
５−アクチュエータ
１１，３１，６１−回転軸
１２，３２，６２−ベーン
１３，３３，６３−圧力室
１４，３４，６４−ケーシング
２０，４０，７０−クランプアーム
２０ａ、４０ｂ−クランプアーム溝
２１，４１−クランプベース
２２，４２−クランプアームカバー
２３，４３−リンク
２４，４４−回転軸
２５，４５−回転支持軸
２６，４６，７１−クランプヘッド
４７−押圧付勢ばね
５１−ケース
５２−コイルばね
５３−リングスペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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