(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源の駆動により回転部材を回転運動させ、回転部材の回転運動を直進部材の直線運動に変換することにより直進部材をその軸線方向へ直線的に前後移動させるアクチュエータと、前記直進部材の前端側に設けられ、直進部材の移動によりクランプ動作するクランプ機構とを備えた電動クランプ装置であって、
前記アクチュエータにあっては、筒状をなす回転部材内に直進部材を挿入し、回転部材と直進部材との間に直進部材を送り出すための送りネジ機構を設けるとともに、直進部材の直線移動が規制されたとき、回転部材を直進部材とは逆方向に移動し得るように構成し、その回転部材の逆方向への移動時に、圧縮又は伸長させて得た反発力を直進部材の推力とするとともに、回転駆動源の停止時にその推力を保持する弾性部材を設けるようにし、
前記弾性部材をばね係数が互いに異なる複数種類にし、各弾性部材のうちばね係数の比較的大きい弾性部材によって主として前記回転駆動源の停止時における直進部材の推力を確保するとともに、ばね係数の比較的小さい弾性部材によって主として前記回転部材の前記逆方向への変位量を確保するようにした電動クランプ装置。
【請求項２】
前記クランプ機構にあっては、前記直進部材がその軸線方向を中心として回転するのを阻止する回り止め手段をクランプ機構側に配置した請求項１に記載の電動クランプ装置。
【請求項３】
前記送りネジ機構は、回転部材の内周面に設けられた雌ネジ部と、直進部材の外周面に設けられ、雌ネジ部に螺合されている雄ネジ部とを備え、両ネジ部を螺合した状態で回転部材内に直進部材が挿入される機械的送りネジ機構から構成されている請求項１又は請求項２に記載の電動クランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータ等の回転駆動源の回転運動を直線運動に変換し、直進部材をその軸線方向へ直線的に移動させてクランプ動作する電動クランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の電動クランプ装置装置としては例えば図９に示すものがある。すなわち、電動モータ２０１には複数の歯車からなる動力伝達機構２０２を介して推力シャフト２０３が駆動連結されている。推力シャフト２０３はボール軸受２０３ａを介して回転可能に軸線方向には不動に支持されている。推力シャフト２０３の外周面には雄ネジ部２０４が形成されており、その雄ネジ部２０４には筒状をなす推力伝達カプラ２０５の雌ネジ部２０６が螺合されている。推力伝達カプラ２０５には推力ロッド２０７が取り付けられ、推力ロッド２０７の前端にはクランプ部材２０８が設けられている。図示しないクランプ部材の前端側には図示しないクランプ装置が設けられている。
【０００３】
そして、電動モータ２０１が回転すると、その回転力が推力シャフト２０３に伝達され、推力シャフト２０３の回転運動が推力伝達カプラ２０５を介して推力ロッド２０７の直線運動に変換されることにより、推力ロッド２０７がその軸線方向へ直線的に移動される。これにより、クランプ部材がクランプ装置内を前、後移動することにより、ワークがアンクランプ又はクランプされる。
【０００４】
又、推力ロッド２０７の外周側には回転エネルギー蓄積兼推力保持用の弾性部材２１０が設けられている。弾性部材２１０はばね係数の等しい複数枚の皿ばねを直列に重ね合わせて構成されている。そして、推力ロッド２０７が前端（又は後端）のストロークエンドまで到達した状態で更に電動モータ２０１が回転すると、推力ロッド２０７のそれ以上の前進（又は後退）が阻止されていることから、推力伝達カプラ２０５が前進（又は後退）方向へ変位され、その変位により弾性部材２１０が軸線方向に圧縮される。
【０００５】
そして、推力伝達カプラ２０５の前進（又は後退）方向への変位量、即ち弾性部材２１０の変位量が所定量に達すると、推力伝達カプラ２０５に取付けられた磁石２１１の磁気を推力センサ２１３が検出し、推力検出信号を図示しない制御装置へ出力する。その推力検出信号に基づいて電動モータ２０１にブレーキがかけられる。この状態で電動モータ２０１への通電を停止すると、弾性部材２１０の反発力により、推力ロッド２０７が押されて（又は引かれて）、無通電状態でワークの押し付け動作（又は引き寄せ動作）が保持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の電動クランプ装置では、単一の機能部材を和算する構成のため、推力シャフト２０３を支持するボール軸受２０３ａと、推力伝達カプラ２０５と、弾性部材２１０とを軸線に並列に配置する必要があった。結果として電動クランプ装置が大型化するという問題があった。
【０００７】
又、推力シャフト２０３に比べて比較的大型でかつ重い推力伝達カプラ２０５が推力ロッド２０７とともに移動する。そのため、電動クランプ装置の動作性が低下するという原因にもなっていた。
【０００８】
この発明は、前記各問題点を解決するためになされたものであり、第１の目的は、小型化低価格化を図ることができる電動クランプ装置を提供することにある。第２の目的は、動作性に優れた電動クランプ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、回転駆動源の駆動により回転部材を回転運動させ、回転部材の回転運動を直進部材の直線運動に変換することにより直進部材をその軸線方向へ直線的に前後移動させるアクチュエータと、前記直進部材の前端側に設けられ、直進部材の移動によりクランプ動作するクランプ機構とを備えた電動クランプ装置であって、前記アクチュエータにあっては、筒状をなす回転部材内に直進部材を挿入し、回転部材と直進部材との間に直進部材を送り出すための送りネジ機構を設けるとともに、直進部材の直線移動が規制されたとき、回転部材を直進部材とは逆方向に移動し得るように構成し、その回転部材の逆方向への移動時に、圧縮又は伸長させて得た反発力を直進部材の推力とするとともに、回転駆動源の停止時にその推力を保持する弾性部材を設けるようにし、前記弾性部材をばね係数が互いに異なる複数種類にし、各弾性部材のうちばね係数の比較的大きい弾性部材によって主として前記回転駆動源の停止時における直進部材の推力を確保するとともに、ばね係数の比較的小さい弾性部材によって主として前記回転部材の前記逆方向への変位量を確保するようにしたものである。
【００１０】
上記手段により、回転駆動源により回転部材が回転運動すると、その回転運動が直進部材の直線運動に変換され、直進部材は直線的に移動する。直進部材の移動によりワーク等がクランプ機構にてクランプされる。又、直進部材は回転部材と軸線上に並列に配置する必要がないので、軸線方向に全長が長くなることがない。
【００１２】
また、直進部材に連結されたクランプ機構がワークを所定位置でクランプする場合のように、直進部材の移動が規制された場合には、回転部材が直進部材のそれまでの移動方向とは逆方向へ移動する。その際、弾性部材を圧縮又は伸長させ、その圧縮量又は伸長量に応じた変位量だけ回転部材が逆方向移動する。そのとき弾性部材に蓄えられた反発力が回転駆動源停止時の直進部材の推力となる。
【００１４】
さらに、ばね係数の比較的大きい弾性部材の存在によって、前記回転駆動源の停止時における直進部材の大きな推力は確実に確保され、又ばね係数の比較的小さい弾性部材によって前記回転部材の前記逆方向への大きな変位量が確実に確保される。この回転部材の逆方向への変位量が大きくなることで回転部材の位置検出が確実となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動クランプ装置において、前記クランプ機構にあっては、前記直進部材がその軸線方向を中心として回転するのを阻止する回り止め手段をクランプ機構側に配置したものである。
【００１６】
上記手段により、回り止め手段はクランプ機構の部材を兼用することで達成され、構成が複雑化するのを防止することができるため、装置を小型化できるとともに重量を低減でき、及び製造コストを低減することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動クランプ装置において、前記送りネジ機構は、回転部材の内周面に設けられた雌ネジ部と、直進部材の外周面に設けられ、雌ネジに螺合されている雄ネジ部とを備え、両ネジ部を螺合した状態で回転部材内に直進部材が挿入される機械的送りネジ機構から構成されているものである。
【００１８】
上記手段により、回転部材が回転すると、雄ネジ部と雌ネジ部の螺合関係により、直進部材が移動する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、電動クランプ装置Ｋは、電動アクチュエータ１と、クランプ機構１１１とから構成されている。クランプ機構１１１は電動アクチュエータ１の前端に配置されている。そして、電動アクチュエータ１の駆動により、クランプ機構１１１が駆動するようになっている。
【００２０】
まず、電動アクチュエータ１の構成について図１〜図３に基づいて説明する。
アクチュエータとしての電動アクチュエータ１の大枠を形成するアクチュエータ本体２は、第１フレーム３、その第１フレーム３の前方に配置された長尺状かつ筒状の第２フレーム４、第１フレーム３の後端に連結される後ブラケット６から構成されている。
【００２１】
第１フレーム３はその上部が第２フレーム４よりも上方に突出しており、第１フレーム３におけるその突出した部分の前端面には回転駆動源としての電動モータ１１が固定されている。この実施形態では電動モータ１１としてインダクションモータが使用されている。電動モータ１１の出力軸１２は第１フレーム３の内部空間に向けて突出されている。
【００２２】
電動モータ１１には無励磁作動型の電磁ブレーキ１３が固定されている。従って、電動モータ１１に対する通電が停止されるとともに電磁ブレーキ１３が無励磁状態にあるとき、電磁ブレーキ１３の作用により出力軸１２がロックされる。一方、電動モータ１１に対する通電が行われるとともに電磁ブレーキ１３が励磁状態にあるとき、電動ブレーキ１３のブレーキ作用が解除されて出力軸１２が回転される。
【００２３】
回転部材としての推力シャフト１５は長尺状かつ円筒状に形成され、アクチュエータ本体２の略全長に亘って延びるように収容されている。推力シャフト１５は同推力シャフト１５の長手方向に離間して配置された一対の軸受としてのボール軸受１６，１７によって回転可能に支持され、かつ軸方向荷重も支持されている。
【００２４】
第１フレーム３及び後ブラケット６内には、出力軸１２の回転力を推力シャフト１５に伝達する動力伝達機構２１が収容されている。動力伝達機構２１はこの実施形態では歯車機構によって構成されている。
【００２５】
この動力伝達機構２１について説明すると、出力軸１２には第１小歯車２２が固定されている。後ブラケット６に支持されたボール軸受２３と第１フレーム３に支持されたメタル軸受２７とにより、第２小歯車２４が回転可能に支持されている。第２小歯車２４には同軸上に配置された第１大歯車２５が一体回転可能に固定されている。この第１大歯車２５は第１小歯車２２に噛合されている。推力シャフト１５の後端側には第２大歯車２６が固定され、第２小歯車２４に噛合されている。
【００２６】
従って、出力軸１２の回転力は、第１小歯車２２、第１大歯車２５、第２小歯車２４及び第２大歯車２６を介して推力シャフト１５に伝達される。即ち、出力軸１２の回転に伴って、推力シャフト１５が回転する。
【００２７】
推力シャフト１５の軸線方向内周面には前端側の全域に亘って雌ネジ３１が形成されている。直進部材としての推力ロッド３４は、長尺状かつ棒状に形成され、推力シャフト１５内に挿入された状態で第２フレーム４内に収容されている。推力ロッド３４の外周面には雌ネジ部３１と等ピッチの雄ネジ部３３が形成され、推力シャフト１５の雌ネジ部３１に螺合されている。推力ロッド３４の前端部は、第２フレーム４の前端開口部４ａから前方へ突出されている。この実施形態においては、雌ネジ部３１と雄ネジ部３３とにより送りネジ機構３６が構成されている。
【００２８】
推力ロッド３４は後記する回り止め機構１２０により、軸線方向を中心とした回り止めがなされている。従って、推力シャフト１５が回転すると、推力シャフト１５と推力ロッド３４との螺合関係及び推力ロッド３４の回り止め構造とに基づいて、推力ロッド３４が軸線方向に進退される。
【００２９】
次に、前記ボール軸受１６，１７及びその周囲の構成について説明する。アクチュエータ本体２内において、第１フレーム３には内方に向けて突出する第１係止壁５１が形成され、第２フレーム４には第１係止壁５１から前方へ離間した位置に同じく内方に向けて突出する第２係止壁５２が形成されている。前記一対のボール軸受１６，１７はこれら両係止壁５１，５２間に配置されている。
【００３０】
ボール軸受１６，１７の外輪はアクチュエータ本体２の内周面、即ち第１フレーム３或いは第２フレーム４の内周面に対し軸線方向へ摺動可能に収容されている。推力シャフト１５はボール軸受１６，１７の内輪に遊挿され、同ボール軸受１６，１７の内輪は推力シャフト１５の外周面に対し軸線方向へ摺動可能となっている。
【００３１】
推力シャフト１５の外周面には外方に向けて突出する第１係止片５３が形成され、それよりも前方へ離間した位置には同じく外方へ向けて突出する第２係止片５４が形成されている。これら第１係止片５３と第２係止片５４との軸線方向の間隔は、両係止壁５１，５２間の間隔と略同一となっている。初期状態、即ち図１の状態では、両係止壁５１，５２と両係止片５３，５４とは軸線方向にみて同一の位置関係を保持している。
【００３２】
両ボール軸受１６，１７間には、複数枚（ここでは４枚）の皿ばねを軸線方向に直列に重ねた第１弾性部材５５と、複数枚（ここでは６枚）の皿ばねを軸線方向に重ねた第２弾性部材５６とが軸線方向に同軸上に並ぶように配設されている。なお、この実施形態では各皿ばねは内径支持構造となっている。
【００３３】
第１弾性部材５５を構成する皿ばねは、そのばね係数が充分に大きなものである。この実施形態のように４枚の皿ばねを直列に配列していることで、１枚の皿ばねのばね係数と比べると第１弾性部材５５のばね係数は減少するが、それでもなおばね係数は充分に大きい。又、第１弾性部材５５に軸線方向への圧縮力が作用した場合、全体としての変位量はより小さい。
【００３４】
一方、第２弾性部材５６を構成する皿ばねは、そのばね係数が第１弾性部材５５側の皿ばねのそれよりも小さいものとされている。しかも、この実施形態のように第１弾性部材５５の４枚の皿ばねよりも枚数の多い６枚の皿ばねを直列に配列していることで、第１弾性部材５５よりも第２弾性部材５６の方が充分にばね係数が小さくなる。又、第２弾性部材５６に軸線方向への圧縮力が作用した場合、第１弾性部材５５に比べ全体としての変位量はより大きくなる。
【００３５】
第２弾性部材５６の両端にはストッパ５７，５７が配設されている。両ストッパ５７，５７は推力シャフト１５の外周面に対し軸線方向へ摺動可能に挿通されている。両ストッパ５７，５７は第２弾性部材５６の内径側を支持しつつ第２弾性部材５６の軸線方向両端を支持している。これら両ストッパ５７，５７は、第２弾性部材５６が軸線方向へ所定量収縮したとき、互いに当接されて第２弾性部材５６のそれ以上の収縮を阻止するストッパ機能を有する。前方のストッパ５７の前面には第１弾性部材５５の後端が当接されている。
【００３６】
推力シャフト１５の前端には被検出部としての磁石６１が装着されている。アクチュエータ本体２の外側面、即ち第２フレーム４の外側面には磁石６１に対応する位置に検出手段としての推力センサ６２ａ，６２ｂが装着されている。
【００３７】
推力センサ６２ａ，６２ｂは図１に示すように推力が発生していない状態では、磁石６１の磁気を検出しない。一方、図２に示すように、後方に引きこみ方向又は前方に押し出し方向に推力が発生している状態で磁石６１の磁気が検出されて、それぞれ推力センサ６２ａ，６２ｂの推力検出信号を出力する。
【００３８】
ここで、第２弾性部材５６のばね係数は、推力保持時における第２弾性部材５６の変位量が推力センサ６２ａ，６２ｂの応差値よりも大きくなるように設定されている。一方、第１弾性部材５５のばね係数は、推力センサスイッチ６２ａ，６２ｂの応差値にかかわらず、推力保持や異常動作時の衝撃吸収等の機能を果たし得るように設定されている。
【００３９】
次に、クランプ機構１１１の構成について図１、図４及び図５に基づいて説明する。
前記推力ロッド３４の前端にはクランプ機構１１１が設けられ、このクランプ機構１１１は推力ロッド３４の移動によりクランプ動作するようになっている。クランプ機構１１１のケーシング１１７内において、推力ロッド３４の前端には結合部１１８が設けられ、結合部１１８の両端外周面はケーシング１１７の内周面１１７ｂに摺動可能に密接されている。ケーシング１１７はアルミや合成樹脂等の非磁性材料から構成されている。
【００４０】
前記結合部１１８にはステンレス鋼等の非磁性材料からなる結合ピン１１９が貫通され、その両端部は結合部１１８の両端面より外方へ突出されている。結合ピン１１９の両端部に対応するようにケーシング１１７の内面には、その軸線方向に延びる一対の案内溝１１７ａが形成され、この案内溝１１７ａの内面は円弧状に形成されている。案内溝１１７ａの内面には結合ピン１１９の両端部が摺動可能かつ密接に係合されている。この結合ピン１１９の両端部は半球状に形成されている。そして、推力ロッド３４がその軸線方向に沿って移動されるとき、推力ロッド３４がその軸線を中心として回転するのが阻止されるようになっている。
【００４１】
従って、この実施形態において、回り止め手段としての回り止め機構１２０は、移動体を構成する結合部１１８及び結合ピン１１９、案内面を構成するケーシング１１７の内周面１１７ｂ及び案内溝１１７ａの内面から構成されている。又、ケーシング１１７の内周面１１７ｂと結合部１１８との間、及び案内溝１１７ａと結合ピン１１９との間には隙間が形成されていない。このため、外からの塵埃等が、前記クランプ機構１１１や電動アクチュエータ本体２の内部に侵入しないようになっている。
【００４２】
前記結合ピン１１９の両端部には磁石１２１が設けられている。この磁石１２１に対応するようにケーシング１１７の外面には推力ロッド３４の移動方向に沿って延びる一対の取付溝１２２が形成されている。各取付溝１２２内には磁石１２１の磁力により作動する位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂが取り付けられ、この位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂの取付位置は取付溝１２２に沿って、すなわち推力ロッド３４の移動方向に沿って変更可能となっている。なお、この実施形態では、磁石１２１及び位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂにより位置検出手段が構成されている。
【００４３】
そして、推力ロッド３４の移動に伴い磁石１２１がそれぞれ位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂと対向する位置に移動したとき、位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂが開動作して推力ロッド３４の位置が確認される。すなわち、それぞれ位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂが動作することにより、図示しない制御装置にクランプ機構１１１がそれぞれクランプ位置、アンクランプ位置にあることを知らせる信号が出力される。制御装置では、クランプ動作の完了は、位置スイッチ１２３ａがＯＮされ、続いて推力センサ６２ａがＯＮされ、両方の信号がアンド条件で満たされると完了とみなされる。アンクランプ動作の完了は位置スイッチ１２３ｂのＯＮのみとされるケースが多い。
【００４４】
前記ケーシング１１７の前端にはロケートピン１２６が固定され、このロケートピン１２６の後端部にはクランプ座１２７が形成され、前端部には傾斜面１２８が形成されている。そして、ロケートピン１２６にワークＷが挿入されると、ワークＷはその係合孔１２４がロケートピン１２６の傾斜面１２８に位置決め案内されてクランプ座１２７に当接される。これにより、ワークＷがクランプ機構１１１にセットされるとともに、傾斜面１２８により所定の位置に位置決めされるようになっている。
【００４５】
前記結合部１１８の係合凹部１１８ａにはクランプ部材としてのクランプレバー１２９の後端が係入され、そのクランプレバー１２９は結合ピン１１９により開閉回動可能に支持されている。クランプレバー１２９の前端部にはロケートピン１２６のクランプ座１２７に対し接離可能に対応する挟持爪１３０が斜めに形成されている。クランプレバー１２９の中央部にはへ字状をなす長孔１２９ａが形成され、この長孔１２９ａにはケーシング１１７の中央部に貫通固定されたヒンジピン１３１が遊挿されている。
【００４６】
そして、結合部１１８の移動に伴い、クランプレバー１２９の長孔１２９ａはヒンジピン１３１によってガイドされる。その結果、クランプレバー１２９は図１に実線で示すクランプ位置と同図に二点鎖線で示すアンクランプ位置とをとり得るようになっている。すなわち、推力ロッド３４が後退したときには、クランプレバー１２９がクランプ位置に回動され、その挟持爪１３０がロケートピン１２６の開口部１２６ａを介して突出される。又、推力ロッド３４が前進したときには、クランプレバー１２９がアンクランプ位置に回動され、その挟持爪１３０がロケートピン１２６の開口部１２６ａを介して没入される。
【００４７】
次に、以上のように構成された電動クランプ装置Ｋの動作を説明する。
さて、ワークＷをクランプする前の初期状態としては、クランプレバー１２９がアンクランプ位置に配置されている。この状態で、ワークＷがロケートピン１２６に挿入されてクランプ座１２７に当接される。その後、電動モータ１１の回転により推力シャフト１５が回転されると、推力ロッド３４が後退する方向へ直線的に移動される。この移動に伴い、結合部１１８がケーシング１１７の内周面１１７ｂに摺動されながら移動されるとともに、結合ピン１１９の両端部がケーシング１１７の案内溝１１７ａに摺動されながら移動される。
【００４８】
このとき、推力シャフト１５の回転力が推力ロッド３４に伝達されて、両者１５，３４が共回りしようとする。しかし、結合ピン１１９の両端部とケーシング１１７の案内溝１１７ａとは係合されているため、推力ロッド３４がその軸線を中心として回転するのが阻止される。これにより、推力シャフト１５及び推力ロッド３４の共回りが防止される。そして、クランプレバー１２９の長孔１２９ａがヒンジピン１３１にてガイドされ、クランプレバー１２９は図１に二点鎖線で示すアンクランプ位置から同図に実線で示すクランプ位置に回動される。そして、クランプレバー１２９の挟持爪１３０にてワークＷがクランプされる。
【００４９】
このとき、磁石１２１が位置スイッチ１２３ａに対向する位置まで移動されて、位置スイッチ１２３ａがＯＮする。すると、この位置スイッチ１２３ａから図示しない制御装置にクランプ機構１１１のクランプレバー１２９がクランプ位置にあることを知らせるクランプ位置信号が出力される。ワークＷがクランプされる時点以前では、弾性部材５５，５６に作用する力はＦ０以下であり、図３に示すように、第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６の合計の変位量はゼロである。
【００５０】
続いて、ワークＷをクランプする動作が始まる。クランプ動作を行うため、制御装置は電動モータ１１の回転を継続させる。クランプ動作時は、ワークＷはクランプレバー１２９がそれ以上回動することができないため、推力ロッド３４はそれ以上の後退はできず停止状態のままである。それでもなお電動モータ１１は回転し続けるため、雌ネジ部３１と雄ネジ部３３との螺合関係によって、推力シャフト１５が軸線方向に前進を始める。推力シャフト１５の前進は第２小歯車２４の歯面に対し第２大歯車２６の歯面が軸線方向に滑ることにより実現される。
【００５１】
この推力シャフト１５の前進により、図２に示すように、第１係止片５３が後側のボール軸受１６に係合された状態で前進され、同ボール軸受１６を推力シャフト１５と一体に前進させる。この時、ボール軸受１６の外輪とアクチュエータ本体２の内周面との間で滑りが生じる。一方、前側のボール軸受１７は第２係止壁５２に係合されているため、推力シャフト１５が前進しても位置の変化はない。
【００５２】
この推力シャフト１５の前進の際、まず、ばね係数の小さい第２弾性部材５６が大きく圧縮されて、一対のストッパ５７，５７同士が当接した状態となる。この第２弾性部材５６の大きな圧縮量によって推力シャフト１５の前進側への変位量が大きくなる。即ち、図３に示すように、まず第２弾性部材５６に荷重Ｆ００が作用した時点で２．５ｍｍという大きな圧縮量が得られる。
【００５３】
又、荷重がＦ００から次第に大きくなってＦ１に達すると、第２弾性部材５６はストッパ５７，５７によってそれ以上の圧縮が阻止されていることから、次にばね係数の大きい第１弾性部材５５が０．５ｍｍだけ圧縮され、合計の圧縮量が３．０ｍｍとなる。この合計の圧縮量である３．０ｍｍは推力シャフト１５の前進側への変位量を意味している。
【００５４】
この第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６の圧縮によって、両弾性部材５５，５６に電動モータ１１の電源からの駆動エネルギーと推力シャフト１５からの回転エネルギーとが蓄えられる。即ち、両弾性部材５５，５６の弾性力に基づく反発力によりクランプ力が蓄えられる。
【００５５】
この時、推力シャフト１５に装着された磁石６１は、推力シャフト１５の大きな変位量と同一変位量だけ前進し、推力センサ６２ａからは推力発生信号が制御装置に出力される。
【００５６】
制御装置は、先に入力された位置スイッチ１２３ａからのクランプ位置信号と、推力センサ６２ａからの推力発生信号とのアンド条件を基に電動モータ１１の励磁を停止させる。同時に電磁ブレーキ１３への励磁を停止してブレーキを作動させる。
【００５７】
その後、電動モータ１１等の回転部分での慣性モーメントにより荷重がＦ２、圧縮量が３．２５ｍｍとなった時点で推力シャフト１５が停止される。従って、第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６に蓄えられた反発力、即ちＦ２が保持される。
【００５８】
この第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６に蓄えられた反発力は、電動モータ１１を停止した状態でも、ワークＷをクランプ動作するクランプ力として保持される。
【００５９】
又、図示しない加工装置によりワークＷに加工が施される。クランプレバー１２９の回動動作中及びワークＷの加工中において、結合部１１８外周面とケーシング１１７の内周面１１７ｂとの間、及び結合ピン１１９の両端部とケーシング１１７の案内溝１１７ａとの間には隙間が形成されていないため、アクチュエータ本体２内に塵埃等が侵入することはない。
【００６０】
次に、アンクランプ動作をする場合、まず電磁ブレーキ１３を励磁してブレーキを解除するとともに、電動モータ１１を今までとは逆方向へ回転駆動させる。これにより、まず第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６に蓄えられた反発力は放出され、両弾性部材５５，５６は元の状態に戻る。この時、ばね係数の小さい第２弾性部材５５の戻り変位量が２．５ｍｍと大きく、又両弾性部材５５，５６の戻り変位量の合計は３．２５ｍｍと充分に大きいため、推力センサ６２ａの応差値（約１ｍｍ）を越えて磁石６１が変位することとなり、推力センサ６２ａは自身が有する応差に影響されることなく、確実に無推力検出信号を制御装置へ出力する。
【００６１】
その後、雌ネジ部３１と雄ネジ部３３との螺合関係により推力ロッド３４が前進される。その結果、位置スイッチ１２３ａから制御装置へ出力されていたクランプ位置信号も停止され、図１に示す初期位置へ復帰する。
【００６２】
なお、ワークＷの加工が終了し、クランプを解除する場合は、電動アクチュエータ１は以上の作用説明とは逆の動作を行う。多くの場合、アンクランプ状態での推力値（前進力値）を保証する必要がないので、アンクランプ位置信号１２３ｂＯＮのみで、電動モータ１１と電磁ブレーキ１３への励磁を停止する。電動モータ１１の動作はクランプ開始時点までの前記クランプ動作と類似のため、これ以上の説明は省略する。
【００６３】
従って、この実施の形態によれば以下のような効果を得ることができる。
（１）筒状をなす推力シャフト１５内に推力ロッド３４を挿入し、推力シャフト１５と推力ロッド３４との間に同推力ロッド３４を送り出すための送りネジ機構３６を設けた。このため、両ボール軸受１６，１７、第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６を推力ロッド３４と軸線上に並列に配置する必要がない。従って、アクチュエータ本体２の軸線方向の長さを短くすることができるため、電動クランプ装置Ｋ全体の小型化低価格化を図ることができる。
【００６４】
（２）推力ロッド３４に比べて比較的大型でかつ重い推力シャフト１５が移動しないので、電動クランプ装置Ｋの動作性が低下することはない
（３）前記送りネジ機構３６は、推力シャフト１５の内周面に設けられた雌ネジ部３１と、推力ロッド３４の外周面に設けられた雄ネジ部３３とから構成されている。従って、比較的廉価な機械的変換機構を採用したことにより、装置全体の低コスト化を図ることができる。
【００６５】
（４）クランプ力の保持を、圧縮させて得た弾性部材５５，５６の反発力によっているので、クランプ力保持のために、電動モータ１１を励磁して置く必要がなく、電気消費量を少なくできる。又、通電が断たれた時、クランプ力を失うことがなく、クランプ装置の動作の安全性を向上できる。
【００６６】
（５）互いにばね係数の異なる第１弾性部材５５と第２弾性部材５６とを備えたことから、推力シャフト１５の逆方向への大きな変位量の確保と大きな反発力の蓄積とを、小さな空間で達成することができる。その結果、電動アクチュエータ１の小型化、軽量化、製作コスト低減、推力状態検出の調整のし易さ、推力状態検出の有無の確実性向上等の各種の効果が期待できる。
【００６７】
（６）第２弾性部材５６の圧縮量（２．５ｍｍ）のみで推力センサ６２ａ，６２ｂの応差値（１ｍｍ）を越えるように設定したことにより、他の弾性部材、即ち第１弾性部材５５では推力ロッド３４に所定の推力を発生させることのみ考慮すればよく、設計上のメリハリができて弾性部材５５，５６の選定が容易になる。
【００６８】
（７）第１弾性部材５５や第２弾性部材５６を構成する皿ばねは限られた空間でエネルギーを蓄える高い能力をもっており、この皿ばねを使用したことにより、小型化の更なる促進に寄与しつつ推力保持能力を確保できる。従って、第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６として皿ばねを使用したことは極めて有効である。
【００６９】
（８）第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６を、皿ばねを複数毎重ねて構成した。これにより、皿ばねの枚数によってばね係数を適宜調節することができる利点があり、電動アクチュエータ１の用途に応じて推力保持能力や推力保持時の推力シャフト１５のストローク確保を適宜行うことができる。
【００７０】
（９）比較的ばね係数の小さい第２弾性部材５６側には所定量以上の圧縮がなされないようにストッパ５７を設けた。これにより、応力オーバーによる第２弾性部材５６側の皿ばねの破損を未然に防止し、電動アクチュエータ１の動作不良を確実に回避することができる。
【００７１】
（１０）ストッパ５７は少なくとも両弾性部材５５，５６を区画するように配置されている。これにより、種類や大きさの異なる弾性部材５５，５６を同軸上に並べる場合に便利である。
【００７２】
（１１）推力ロッド３４がその軸線方向を中心として回転するのを阻止する回り止め機構１２０を設け、この回り止め機構１２０をクランプ機構１１１側に構成部材を兼用する形で配置した。このため、アクチュエータ本体２内部の機械的構成が複雑化しないばかりか、部品点数も大幅に増えることがない。従って、クランプ機構１１１全体を小型化できるとともに、重量を低減でき及び製造コストを低減することができる。
【００７３】
（１２）前記回り止め機構１２０は、推力ロッド３４の前端に設けられた移動体としての結合部１１８及び結合ピン１１９、案内面としてのケーシング１１７の内周面１１７ｂ及び案内溝１１７ａの内面とから構成されている。従って、簡単な構成にも拘わらず、推力シャフト１５と推力ロッド３４とが共回りするのを確実に防止することができる。
【００７４】
（１３）結合部１１８の両端外周面はケーシング１１７の内周面１１７ｂに摺動可能に密接されているとともに、結合ピン１１９の両端外周面は案内溝１１７ａの内面に摺動可能に密接されている。このため、外からの塵埃や加工屑等がクランプ機構１１１やアクチュエータ本体２内に侵入することがない。従って、推力シャフト１５と推力ロッド３４との螺合部分に塵埃等が噛み込むのを防止することができるため、推力ロッド３４をスムーズかつ確実に移動させることができる。
【００７５】
（１４）結合ピン１１９にはクランプ機構１１１におけるクランプレバー１２９が支持されている。これにより、結合ピン１１９は推力ロッド３４の回り止めと推力ロッド３４の支持とを兼用している。従って、クランプレバー１２９を結合部１１８に連結するのに別部材を設ける必要がないので、よりいっそう部品点数を減らして、構造の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００７６】
（１５）クランプ機構１１１には推力ロッド３４の移動位置を検出する位置検出手段としての磁石１２１及び位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂが設けられている。従って、推力ロッド３４の移動位置を検出することにより、クランプ機構１１１の開閉位置状態を検知することができる。
【００７７】
（１６）位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂの取付位置は推力ロッド３４の移動方向に沿って変更可能となっている。このため、位置スイッチ１２３ａの位置を変更することにより、ワークＷの厚みに合わせてクランプ機構１１１におけるクランプレバー１２９の開閉位置の確認を自在に変更することができる。従って、ワークＷの厚みを変更しても、その変更に対して柔軟に対応することができる。
【００７８】
（１７）磁石１２１及び位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂをクランプ機構１１１側に配置したので、アクチュエータ本体２内部の機械的構成が複雑化しないばかりか、部品点数も大幅に増えることがない。従って、クランプ機構１１１全体を小型化できるとともに、重量を低減でき及び製造コストを低減することができる。
【００７９】
（１８）結合ピン１１９及びケーシング１１７は非磁性材料から構成されているため、位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂに悪影響を及ぼすのを防止することができ、推力ロッド３４の移動位置を確実に検出することができる。
【００８０】
（１９）結合ピン１１９が結合部１１８から外側に突出しているため、推力シャフト１５と推力ロッド３４とが共回りするのを確実に防止することができる。しかも、結合ピン１１９が結合部１１８から外側に突出しているため、磁石１２１を位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂに対して接近配置させることができる。従って、位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂの誤作動を確実に防止することができる。
【００８１】
（２０）結合ピン１１９の両端部は半球状に形成されているため、結合部１１８及び結合ピン１１９の移動をスムーズに行うことができる。
以上説明した実施の形態の他、次のような他の実施の形態もある。
【００８２】
・第１弾性部材５５及び第２弾性部材５６を構成する皿ばねをその外径側が第２フレーム４の内周面に案内される外径案内方式としてもよい。
・各弾性部材５５，５６は、皿ばね以外にも、コイルスプリング、板ばね、ウレタンゴム等、弾性を有しばねのエネルギーを蓄積できるその他の弾性手段を用いてもよい。又、皿ばねとコイルスプリングとの組み合わせなど、異種材料の組み合わせでも可能である。但し、特に第１弾性部材５５に関しては皿ばねを用いることが好ましい。
【００８３】
・第１弾性部材５５の皿ばねと、第２弾性部材５６の皿ばねとを、それぞれ同一のばね係数のものを使用して実施してもよい。この場合、各皿ばねの重ね合わせ配列を、第１弾性部材５５は並列に配列し、第２弾性部材５６は前記のとおり直列に配列すればよい。これは、皿ばねの特性として、直列の方が並列の場合よりも圧縮時の圧縮量が大きい一方、並列の方が直列の場合よりもばね係数が大きくなるという特性があることに着目したものである。この場合、複数種の皿ばねを用いずとも複数種の弾性部材５５，５６を構成することができ、部品の種類の低減によるコスト低減及び管理の容易さといった利点がある。
【００８４】
・弾性部材として、第１弾性部材５５と第２弾性部材５６の二種類を用いているが、三種類以上用いてもよい。又は、図６に示すように、第１弾性部材５５の１種類のみとすること。
【００８５】
・第２弾性部材５６のみで推力センサ６２ａ，６２ｂの応差を越える圧縮量が得られるようにしたが、第１弾性部材５５等の他の弾性部材の圧縮量との合計量が推力センサ６２ａ，６２ｂの応差を越えるように設計してもよい。
【００８６】
・回転駆動源として電動モータ１１を、特にインダクションモータを用いているが、サーボモータ等の他の電動モータを用いてもよく、更には電動でないエアモータ等の回転機械を用いてもよく、回転駆動源の種類は限定されない。ここで、サーボモータを使用した場合にはエンコーダのパルス信号によって位置検出を行い得るため、磁石１２１及び位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂが不要となる利点がある。又、サーボモータを用いてより微少な単位でより正確に推力を制御したい用途に対し、目標推力区域で軸方向変位量を大きく取れるので、検出器の分解能を上げることなく、安価に実現できる。
【００８７】
・無励磁時に状態を保持するために、電磁ブレーキ１３を設けているが、推力シャフト１５と推力ロッド３４に設けられたねじのリード角を小さくして、自動止まりねじとして電磁ブレーキ１３を無くしてもよい。
【００８８】
・動力伝達機構１５として、歯車機構に代えて、ベルトやチェーンなどの索を用いた伝達機構としてもよい。
・電動モータ１１の出力軸１２と推力シャフト１５とを直列に配置して両者を直結してもよい。この場合、歯車機構等の動力伝達機構１５を省略することができ、小型化、低重量化、低コスト化等を促進し得る。
【００８９】
・推力シャフト１５と推力ロッド３４との螺合関係は、雌ネジ部３１と雄ネジ部３３との機械的螺合関係の他、磁気ねじによる磁気的螺合関係とすることも可能である。
【００９０】
・磁気感応センサである推力センサ６２ａ，６２ｂが磁石６１を検出することで推力保持状態か否かを判別するようにしたが、磁石と磁気感応センサとの組み合わせ以外の例えばフォトセンサ等の光学式検出やリミットスイッチ等の機械式検出も可能であり、推力センサ６２ａ，６２ｂの種類は特に限定されない。又、図示していないが被検出部である磁石６１側の位置変化を連続的に検出するような推力センサとしてもよい。
【００９１】
・クランプ機構１１１の回り止め機構１２０を省略し、その代わりに電動アクチュエータ１に回り止め機構１２０を設けてもよい。具体的には、図７、図８に示すように、推力ロッド３４の後端は棒状に伸長され、その伸長された後端部には軸線方向に延びるキー７１が設けられている。キー７１に対応するように、後ブラケット６の内面にはキー溝７２が形成されている。そして、キー７１がキー溝７２内に係合され、キー７１はキー溝７２に沿って摺動されるようになっている。
【００９２】
・クランプ機構１１１内に設けた磁石１２１及び位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂの取り付け位置を変更すること。この場合には、図７、図８に示すように、伸長された後端部には磁石座７３を介して磁石１２１が取り付けられている。磁石１２１に対応するアクチュエータ本体２の後ブラケット６の外面には、位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂが設けられている。
【００９３】
・磁石１２１及び位置スイッチ１２３ａ，１２３ｂを省略し、その代わりにＭＲセンサ、ＭＲ素子等を使用すること。
・円柱状をなす結合部１１８の外周面の一部にキーを突出し、そのキーをケーシング１１７の内周面１１７ｂの一部に形成したキー溝に係合してもよい。
【００９４】
・ケーシング１１７の内周面１１７ｂを非円形状（この場合六角形状や四角形）に形成し、そのケーシング１１７内に非円形状（この場合断面六角形状や四角形）をなす結合部１１８を係合してもよい。この構成にすれば、結合ピン１１９やキー１４５等の部材を必要としないので、部品点数を低減でき、更なる低コスト化を図ることができる。
【００９５】
・ケーシング１１７の内周面１１７ｂに軸線方向に沿って延びる複数の溝を所定の間隔をおいて形成し、結合部１１８の外周面に溝１４７に係合可能なスプラインを形成すること。
【００９６】
・結合部１１８の一部に磁石１２１を設けるとともに、非磁性材料とすること。
次に、前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、それらの効果とともに記載する。
【００９７】
（１）  前記各弾性部材は、ばね係数の比較的大きい第１弾性部材と、ばね係数の比較的小さい第２弾性部材との２種類からなる電動クランプ装置。この構成によれば、複数の弾性部材を２種類のみとして部品の種類を必要最小限に抑えることができる。
【００９８】
（２）  前記各弾性部材のうち、少なくとも比較的ばね係数の大きい方の弾性部材は、皿ばねにより構成されている電動クランプ装置。この構成によれば、小型であって充分な推力保持を行い得る。
【００９９】
（３）  前記各弾性部材は、それぞればね係数の異なる皿ばねによって構成されている電動クランプ装置。この構成によれば、小型化をいっそう促進することができる。
【０１００】
（４）  前記各弾性部材のうち、少なくとも比較的ばね係数の小さい方の弾性部材には、同弾性部材が所定量圧縮された状態でそれ以上の圧縮を抑制するストッパを設けた電動クランプ装置。この構成によれば、主として回転部材の逆方向への変位量を確保するための比較的ばね係数の小さい方の弾性部材の破損を未然に防止することができる。
【０１０１】
（５）  前記回転部材に被検出部を設け、回転部材が前記逆方向へ移動した際に被検出部の位置変化を検出するとともに所定の応差を有する検出手段を備えた電動クランプ装置。この構成によれば、チャタリング防止のために所定の応差を有している検出手段による推力保持状態か否かの検出を確実に行うことができる。
【０１０２】
（６）  前記クランプ機構は、変換機構に取り付けられたケーシングを備え、このケーシング内には、直進部材の前端に駆動連結され、同直進部材の移動方向に沿って直進部材と一体的に移動する移動体と、その移動体に駆動連結され、クランプ位置とアンクランプ位置との間を回動するクランプ部材とが配置されているクランプ装置。この構成によれば、クランプ機構の構成を簡素化することができる。
【０１０３】
（７）  前記回り止め手段は、移動体と、移動体をその移動方向へ回転不能にガイドすべくクランプ機構のケーシング内に設けられた案内面とから構成されているものであるクランプ装置。この構成によれば、簡単な構成にも拘わらず、回転部材と直進部材とが共回りするのを確実に防止することができる。
【０１０４】
（８）  前記移動体は、その外周面がクランプ機構におけるケーシングの案内面に摺動可能に密接されているクランプ装置。この構成によれば、直進部材に塵埃が付着するのを防止することができるので、直進部材をスムーズに移動させることができる。
【０１０５】
（９）  前記移動体は、前記直進部材の前端に回動可能に設けられ、クランプ部材に係合される結合部と、前記クランプ機構におけるケーシングの案内面の一部に係合される結合ピンとから構成され、前記結合ピンは結合部とクランプ部材とをリンク結合支持しているものであるクランプ装置。この構成によれば、直進部材の回り止め機能と、クランプ部材を支持する機能とを兼用しているため、クランプ部材を支持するのに別部材が必要ない。
【０１０６】
（１０）  前記クランプ機構には直進部材の移動位置を検出する位置検出手段が配置されている電動クランプ装置。この構成によれば、直進部材の移動位置を検出することにより、クランプ機構の開閉を簡単に検知することができる。
【０１０７】
（１１）  前記位置検出手段は、移動体の結合ピンに設けた磁石と、磁石の磁力により開閉する位置スイッチとから構成され、位置スイッチはその取付位置が直進部材の移動方向に沿って変更可能である電動クランプ装置。この構成によれば、位置スイッチの位置を変更することにより、クランプ機構におけるクランプ部材の開閉角度を自在に変更することができるので、クランプ機構にてクランプされるワーク等の形状が変更しても、その変更に柔軟に対応することができる。
【０１０８】
（１２）  前記移動体の結合ピンは非磁性材料から構成されている電動クランプ装置。この構成によれば、結合ピンを非磁性材料から構成したため、位置スイッチに悪影響を及ぼすのを防止することができ、直進部材の移動位置を確実に検出することができる。
【０１０９】
（１３）  回転駆動源の駆動により回転部材を回転運動させ、回転部材の回転運動を直進部材の直線運動に変換することにより直進部材をその軸線方向へ直線的に前後移動させるアクチュエータと、前記直進部材の前端側に設けられ、直進部材の移動によりクランプ動作するクランプ機構とを備えた電動クランプ装置であって、前記アクチュエータにあっては、直進部材の直線移動が規制されたとき、回転部材を直進部材とは逆方向に移動し得るように構成し、その回転部材の逆方向への移動時に、圧縮させて得た反発力を直進部材の推力とするとともに、回転駆動源の停止時にその推力を保持する弾性部材を設け、この弾性部材をばね係数が互いに異なる複数種類にし、各弾性部材のうちばね係数の比較的大きい弾性部材によって主として前記回転駆動源の停止時における直進部材の推力を確保するとともに、ばね係数の比較的小さい弾性部材によって主として前記回転部材の前記逆方向への変位量を確保するようにし、前記クランプ機構にあっては、前記直進部材がその軸線方向を中心として回転するのを阻止する回り止め手段をクランプ機構側に配置した電動クランプ装置。
【０１１０】
（１４）  前記送りネジ機構は、回転部材の内周面に設けられた第１の着磁帯と、直進部材の外周面に設けられた第２の着磁帯とを備え、両着磁部を非接触にした状態で回転部材内に直進部材が挿入される磁気的送りネジ機構から構成されている電動クランプ装置。この構成によれば、潤滑材の不要な磁気的変換機構を採用したことにより、潤滑材への塵埃の付着ということ自体が起こりえなくなり、防塵性に優れたものとすることができる。
【０１１１】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、電動クランプ装置の小型化を図るとともに、動作性に優れた電動クランプ装置を提供することができる。
【０１１２】
また、クランプ力保持のために、電動モータを励磁しておく必要がなく、電気消費量を少なくできる。又、通電が断たれた時、クランプ力を失うことがなく、クランプ装置の安全性を向上できる。
【０１１３】
さらに、アクチュエータ全体としての小型化を確保しつつ推力保持状態及びその解除状態を確実に検出することができる。
請求項２に記載の発明によれば、回り止め手段を設けても構成が複雑化するのを防止することができるため、装置を小型化できるとともに重量を低減でき、及び製造コストを低減することができる。
【０１１４】
請求項３に記載の発明によれば、比較的廉価な機械的変換機構を採用したことにより、装置全体の低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動アクチュエータの実施の形態を示す断面図。
【図２】電動アクチュエータによる引き寄せ動作時の様子を示す図１の一部拡大図。
【図３】本実施の形態における両弾性部材に加わる荷重とその圧縮量との関係を示すグラフ図。
【図４】図１における５−５断面図。
【図５】図１における６−６断面図。
【図６】電動クランプ装置の他の実施の形態を示す断面図。
【図７】電動クランプ装置の他の実施の形態を示す断面図。
【図８】電動クランプ装置の他の実施の形態を示す断面図。
【図９】電動クランプ装置の従来例を示す断面図。
【符号の説明】
１…電動アクチュエータ（アクチュエータ）、１１電動モータ（回転駆動源）、１５…推力シャフト（回転部材）、３４…推力ロッド（直進部材）、３６…送りネジ機構、５５…第１弾性部材（弾性部材）、５６…第２弾性部材（弾性部材）、５７…ストッパ、６１…磁石（被検出部）、６２ａ，６２ｂ…推力センサ（検出手段）、１１１…クランプ機構、構、１１８…結合部（移動体、回り止め手段）、１１９…結合ピン（移動体、回り止め手段）、１１７…ケーシング、１１７ａ…案内溝の内面（案内面、回り止め手段）、２１…磁石（位置検出手段）、１２３ａ，１２３ｂ…位置スイッチ（位置検出手段）。
【図１】
0004335338.tif 000002
【図２】
0004335338.tif 000003
【図３】
0004335338.tif 000004
【図４】
0004335338.tif 000005
【図５】
0004335338.tif 000006
【図６】
0004335338.tif 000007
【図７】
0004335338.tif 000008
【図８】
0004335338.tif 000009
【図９】
0004335338.tif 000010