(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブ内でピストンが軸方向移動すると、旋回溝とその旋回溝に案内される案内部材とから成る旋回運動発生機構を介してピストンロッドが旋回し、かつ、軸線方向に移動して、ピストンロッドと一体のクランパがワークをクランプする旋回式クランプシリンダにおいて、ピストンから後方に旋回動作用ロッドを一体に突出し、その旋回動作用ロッドをシリンダチューブに対して回動可能とした中間部材の中心孔に嵌め込み、旋回動作用ロッドに旋回溝と案内部材の一方を、中間部材に他方を設けることで旋回溝に案内部材を案内係合させて旋回運動発生機構を構成し、その中間部材とシリンダチューブとの間に、中間部材に作用する旋回トルクが許容トルクとなるまでは中間部材をシリンダチューブと一体結合するが、許容トルクを超えたときに中間部材とシリンダチューブとの前記結合を解除して中間部材が回動するように構成したクラッチ構造を介在させたことを特徴とする旋回式クランプシリンダ。
【請求項２】
ピストンとピストンロッドを一体に構成し、旋回動作用ロッドをシリンダチューブ一端を塞ぐヘッドカバーに対して回転可能に設けた中間部材の中心孔に嵌め込んで、前記旋回動作用ロッドに旋回溝と案内部材の一方を、中間部材に残る他方を設けて旋回運動発生機構を構成し、前記中間部材とヘッドカバーとの間に、係脱部材とその係脱部材が係脱する係脱凹部とこれらの係脱部材と係脱溝とを互いに噛み合わせるための付勢部材を備えたクラッチ構造を介在させて成ることを特徴とする請求項１記載の旋回式クランプシリンダ。
【請求項３】
中間部材をヘッドカバーに対して軸線方向にも所定量移動可能とし、その中間部材の軸線方向一端面とその端面と軸線方向で対向するヘッドカバー部分の一方に係脱溝を、他方に係脱ボールとを備え、中間部材を前記係脱溝と係脱ボールが係合する方向に付勢部材で付勢してクラッチ機構を構成して成る請求項２記載の旋回式クランプシリンダ。
【請求項４】
ヘッドカバーを、ピストンロッド側に向いて中間部材の収容孔を形成したヘッドカバー本体と、その収容孔を塞ぐキャップとから構成し、前記収容孔に段付き形状の中間部材を軸線方向かつ円周方向に移動可能に収容してキャップ中心孔から中間部材のボールホルダ部を突出して案内ボールを保持させて旋回動作用ロッドの旋回溝と係合させ、中間部材のキャップ側端面に係脱ボールを備え、係脱ボールと対向するキャップ内側端面に半径方向のＶ溝を形成し、ヘッドカバー本体の前記収容孔底面と中間部材の間に、中間部材を軸線前方に付勢するばねを介在して成る請求項３記載の旋回式クランプシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、旋回式クランプシリンダに関し、特に、クランパを介して無理な旋回トルクが旋回動作発生機構に作用したときに、その旋回動作発生機構が破損しないように保護するクラッチ機構を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の旋回式クランプシリンダとして、ピストンとピストンロッドを一体に結合し、ピストンロッドに旋回溝を、シリンダチューブ側（非回転側：固定側）に旋回溝に係合案内される案内部材（案内ボール）を設けて旋回溝に案内部材を係合案内し、ピストンが軸線方向に移動すると、固定側の案内ボールに沿って旋回溝が案内されてピストンロッドに旋回と軸方向移動を行わせて、ピストンロッドの先端に設けたクランパで、ワークを軸線方向からクランプし、また、アンクランプするものが公知である（たとえば特開２００１−１８２７１３号など）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような旋回式クランプシリンダでは、ピストンが軸線方向に流体圧で移動してクランパが旋回動作するので、その旋回動作途中にクランパの旋回が、予期せぬ外部からの干渉により阻害されると、ピストンに作用する流体圧によって旋回運動発生機構の案内部材と旋回溝との間に無理な旋回トルクが発生して、旋回運動発生機構が破損するおそれがある。同様な状況は、アンクランプ状態にあるクランプシリンダのクランパに、予期せぬ外力が作用して、クランパを介して無理な旋回トルクが旋回運動発生機構に作用する場合にも発生する。
本願の課題は、このような場合における旋回クランプシリンダの旋回運動発生機構の破損を防ぐようにした旋回クランプシリンダを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題解決のため、本願旋回クランプシリンダでは、シリンダチューブ内でピストンが軸方向移動すると、旋回溝とその旋回溝に案内される案内部材とから成る旋回運動発生機構を介してピストンロッドが旋回し、かつ、軸線方向に移動して、ピストンロッドと一体のクランパがワークをクランプする旋回式クランプシリンダにおいて、ピストンから後方に旋回動作用ロッドを一体に突出し、その旋回動作用ロッドをシリンダチューブに対して回動可能とした中間部材の中心孔に嵌め込み、旋回動作用ロッドに旋回溝と案内部材の一方を、中間部材に他方を設けることで旋回溝に案内部材を案内係合させて旋回運動発生機構を構成し、その中間部材とシリンダチューブとの間に、中間部材に作用する旋回トルクが許容トルクとなるまでは中間部材をシリンダチューブと一体結合するが、許容トルクを超えたときに中間部材とシリンダチューブとの前記結合を解除して中間部材が回動するように構成したクラッチ構造を介在させたことを特徴とする。
【０００５】
具体的には、ピストンとピストンロッドを一体に構成し、旋回動作用ロッドをシリンダチューブ一端を塞ぐヘッドカバーに対して回転可能に設けた中間部材の中心孔に嵌め込んで、前記旋回動作用ロッドに旋回溝と案内部材の一方を、中間部材に残る他方を設けて旋回運動発生機構を構成し、前記中間部材とヘッドカバーとの間に、係脱部材とその係脱部材が係脱する係脱凹部とこれらの係脱部材と係脱溝とを互いに噛み合わせるための付勢部材を備えたクラッチ構造を介在させて成ることを特徴とする。
一層具体的には、中間部材をヘッドカバーに対して軸線方向にも所定量移動可能とし、その中間部材の軸線方向一端面とその端面と軸線方向で対向するヘッドカバー部分の一方に係脱溝を、他方に係脱ボールとを備え、中間部材を前記係脱溝と係脱ボールが係合する方向に付勢部材で付勢してクラッチ機構を構成して成る。更に具体的には、ヘッドカバーを、ピストンロッド側に向いて中間部材の収容孔を形成したヘッドカバー本体と、その収容孔を塞ぐキャップとから構成し、前記収容孔に段付き形状の中間部材を軸線方向かつ円周方向に移動可能に収容してキャップ中心孔から中間部材のボールホルダ部を突出して案内ボールを保持させて旋回動作用ロッドの旋回溝と係合させ、中間部材のキャップ側端面に係脱ボールを備え、係脱ボールと対向するキャップ内側端面に半径方向のＶ溝を形成し、ヘッドカバー本体の前記収容孔底面と中間部材の間に、中間部材を軸線前方に付勢するばねを介在して成る。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図1、２に断面で示すクランプシリンダにおいて、シリンダチューブ１はアウタチューブ２とインナチューブ３とから構成される。アウタチューブ２はアルミニウム合金の引き抜き材で構成され、図５，６に示すようにその中心孔（ボア）４内面には円周方向に等角度間隔で複数（８つ）の凹溝５が引き抜き時に予め形成されている。一方、図４に示すインナチューブ３はステンレス製であり、そのヘッド側端部には円周方向に等角度間隔で複数（ここでは４個所）の圧流体通過のための切り欠き６が形成されている。アウタチューブ２のボア４にインナチューブ３外周面が嵌合され、インナチューブ３外周面と前記アウタチューブ２の複数の凹溝５とにより、シリンダチューブ１の長手方向に沿って８つの流体通路７が形成されるようになっている。これらの流体通路７のロッド側、ヘッド側端は、それぞれ軸線外方に開口している。取り付け状態において、インナチューブ３のロッド側端３ａはアウタチューブ２のロッド側端２ａよりもロッド側に所定量突出されている。そのため、上記流体通路７のロッド側開口７ａは、インナチューブ３のロッド側端３ａより軸線方向でヘッド側（下方）に位置している（図７）。
【０００７】
シリンダチューブ１は、ヘッドカバー１０とロッドカバー１１とにより軸線方向両端部が塞がれて内部にシリンダ室１２を構成している。シリンダ室１２には、ピストン１３が軸方向往復移動可能に嵌装されており、シリンダ室１２をヘッド側シリンダ室１４とロッド側シリンダ室１５とに区画している。ピストン１３はロッド側にピストンロッド１６を一体に備えており、ピストンロッド１６はロッドカバー１１から軸線前方に突出している。ピストンロッド１６の突出部にはクランパ１７が一体に取り付けてある。
【０００８】
ロッドカバー１１には、図１，７に示すように、ヘッド側に環状のチューブ嵌め込み溝２１が形成され、その半径方向内側部分がインナチューブ３の内周面に嵌合される嵌合部２０となっている。前記チューブ嵌め込み溝２１は、半径方向外側の壁部２２の内面がアウタチューブ２の端部が嵌合される端部嵌合部２１ａと、その端部嵌合部２１ａより小径でインナチューブ３の端部を受け入れる端部受け入れ部２１ｂとから成る段付き形状を成している。アウタチューブ２の端部嵌合部２１ａは、そのヘッド側部分にメネジ部２１ｃが形成され、このメネジ部２１ｃにアウタチューブ２のロッド側端部外周に形成されたおねじ部２３が螺合され、アウタチューブ２のロッド側端面２ａが段部２１ｄに突き当たるようにしてある。この状態で、インナチューブ３のロッド側端部外周面と上記端部受け入れ部２１ｂとアウタチューブ２のロッド側端面２ａとで囲まれた空間により環状の連通路２５が形成され、この連通路２５は、上記8つの流体通路７のロッド側開口７ａと連通している。
【０００９】
ロッドカバー１１の一側面には、一対の給排ポート３０，３１が設けてある。一方の給排ポート３０は、前記環状の連通路２５に流体通路３２を介して連通している。他方の給排ポート３１は、ヘッドカバー１０の別の流体通路３３を介してロッド側シリンダ室１５に連通している。
【００１０】
ヘッドカバー１０は、ヘッドカバー本体３５とキャップ３６から構成されている。ヘッドカバー本体３５は、外周におねじ部３７が形成されている大径部３８とインナチューブ３の内周に嵌まり込む嵌合部３９とを備えた段付き形状である。段部は、インナチューブ３のヘッド側端面３ｂとアウタチューブ２のメネジ部４２とボア４との段部４３が当接して前記流体通路７のヘッド側開口７ｂを塞ぐ当接面４０となっており、当接面４０からロッド側に向けて所定幅で円周溝４４が形成されている。アウタチューブ２のボア４のヘッド側端内側に形成された前記メネジ部４２に、ヘッドカバー本体３５外周のおねじ部３７が螺合されている。ロッドカバー１１とヘッドカバー１０とがアウタチューブ２のロッド側、ヘッド側に一体螺合されることにより、インナチューブ３は、ヘッド側端３ｂが前記当接面４０に当接され、ロッド側端３ａが、アウタチューブ２のロッド側端面よりロッド側に突出した状態でロッドカバー１１の端部受け入れ部２１ｂの底面に当接され、ロッドカバー１１とヘッドカバー１０との間に軸線両側から挟み込まれて配置される。ヘッドカバー本体３５のインナチューブ３への嵌合部３９には、円周方向に複数の（ここでは４個所）の流体通過用の凹溝４６（図６）が形成され、この凹溝４６は前記円周溝４４とヘッド側シリンダ室１４とを連通している。インナチューブ３の前記切り欠き６は前記円周溝４４に開口し、各切り欠き６と複数の各流体通路７とは、アウタチューブ２の段部４３に近い位置に形成された環状溝４７で互いに連通している。従って、前記一方の給排ポート３０から供給された圧流体は、連通路２５、複数の流体通路７、環状溝４７、インナチューブ３の切り欠き６、円周溝４４、ヘッドカバー本体３５の凹溝４６を介してヘッド側シリンダ室１４に供給される。
【００１１】
キャップ３６は、後述の収容孔を塞ぐものであるが、その外径は、ヘッドカバー本体３５の嵌合部３９より幾分小さく形成してある。ヘッド側シリンダ室１４に供給された圧流体を、効率よくピストン１３に作用させるために、ヘッドカバー１０のキャップ３６前面（ロッド側面）には、円周方向に等角度間隔で複数の半径方向の浅い溝４９とそれら各溝４９と繋がる中心側の環状溝５０が形成してあり、ピストン１３のヘッド側端面がキャップ３６前面に当接しても、圧流体がピストン１３に確実に作用するようになっている。
ピストン１３の後部（ヘッド側）には、後述のボールホルダ部５８が出入りする窪み５１が形成され、その窪み５１には、ピストン１３軸線に同心に、旋回動作用ロッド５２を後方に突出して一体に取り付けてある。この旋回動作用ロッド５２の外周には、軸線方向のカム溝５３とそれに連続して円周方向に斜めのカム溝５４とから成る２条の旋回溝５５が対称位置に形成されている。
【００１２】
更に前記ヘッドカバー本体３５には、中間部材５６の収容孔５７がロッド側に開口して形成してあり、その収容孔５７には、小径のボールホルダ部５８と大径のばね受け部５９とからなる段付き形状の上記中間部材５６が、回動かつ軸方向に移動可能に嵌め込んである。ヘッドカバー本体３５の前記収容孔５７の開口を塞ぐように、前記キャップ３６がねじ６０で取り付けてあり、ボールホルダ部５８がキャップ３６の中心孔３６ａからロッド側に突出している。中間部材５６の中心孔６１に、前記旋回動作用ロッド５２を軸方向と回転方向に移動自在に挿通し、ボールホルダ部５８に保持された案内部材としての一対の案内ボール６２が夫々前記旋回動作用ロッド５２の旋回溝５５に案内係合され、旋回運動発生機構６３が構成されている。
【００１３】
この中間部材５６とシリンダチューブ１と一体のヘッドカバー１０との間には、旋回運動発生機構６３を介して中間部材５６に所定の大きさの旋回トルク（許容トルク）を超えるまでは、中間部材５６をシリンダチューブ１側と一体に結合し、許容トルクを超えるトルクが作用したときには、両者の結合を解除して中間部材５６をシリンダチューブ１に対して回動させるクラッチ機構６５が設けてある。
【００１４】
クラッチ機構６５において、前記キャップ３６のヘッド側端面には、半径方向に伸びる係脱凹部としてのＶ溝６７が形成してある。このＶ溝６７と軸線方向で対向する中間部材５６のばね受け部５９のキャップ３６側端面には係脱部材としての係脱ボール６８を備え、ヘッドカバー１０の収容孔底部と中間部材５６のばね受け部５９との間には、中間部材５６をロッド方向に付勢する付勢部材としての皿ばね６９を介在して、そのばね力で前記係脱ボール６８をＶ溝６７に係脱可能に係合している。この構成では、皿ばね６９のばね力により上記許容トルクが設定されるが、その許容トルクは、通常動作（ピストン１３を流体により軸線方向に動かすことで、前記旋回運動発生機構６３により、第３図に示すアンクランプ位置Ａとクランプ位置Ｂとの間でクランパ１７を９０度旋回し、かつ、軸線方向に移動する動作）では、前記係脱ボール６８がＶ溝６７から外れることがなく、たとえば、クランパ１７が旋回する途中で、予期しない外力が作用して旋回が阻止されて旋回運動発生機構６３の案内ボール６２あるいは案内溝５５を破損するような危険トルクが中間部材５６に発生したり、あるいは、アンクランプ位置にあるクランパ１７に予期しない外力が作用してそれにより上記危険トルクが中間部材５６に発生したりしたときには、中間部材５６が円周方向に移動しようとして係脱ボール６８がＶ溝６７に乗り上げ、前記皿バネ６９のばね力に抗して中間部材５６をヘッド側に押して、Ｖ溝６７と係脱ボール６８の係合が外れて中間部材５６が円周方向に自在回転するようになっている。
【００１５】
上記構成では、アンクランプ位置Ａにある図２の状態（クランパ１７旋回位置は図３二点鎖線で示す）から、ロッド側シリンダ室１５に流体を供給すると、ピストン１３がピストンロッド１６、クランパ１７、旋回動作用ロッド５２と共に軸線下方に移動される。通常の動作であれば、旋回溝５５と案内ボール６２とを介して許容トルクを超える危険トルクが中間部材５６に作用しないため、Ｖ溝６７と係脱ボール６８とは皿ばね６９のばね力によって係合を維持して中間部材５６はシリンダチューブ１と一体に結合されている。その結果、旋回動作用ロッド５２の旋回溝５５が、チューブ側（固定側）の案内ボール６２に案内されて、クランパ１７は、アンクランプ位置Ａから軸線下方に移動しつつ９０度旋回し、その後、その旋回位置を保ってワークＷに向けて下降してクランプ位置ＢでワークＷをクランプする（図１）。
【００１６】
上記クランプ動作のクランパ１７の旋回途中に、たとえば、ワーク搬送ロボットなどが動作不調により本来存在してはならない位置に存在してクランパ１７と干渉し、クランパ１７の旋回を阻止したような場合、流体は依然としてロッド側シリンダ室１５に供給され続けるので、ピストン１３は下方に移動しようとして旋回溝５５が案内ボール６２に対して無理に旋回させようとする、許容トルクを超えた過大な危険トルクを発生させる。すると、その危険トルクにより中間部材５６が回転され、係脱ボール６８がＶ溝６７に乗り上げて皿ばね６９のばね力に抗して中間部材５６をヘッド側に押下げ、Ｖ溝６７と係脱ボール６８の係合が外され、中間部材５６はシリンダチューブ１側からの結合を解除され、旋回溝５５と案内ボール６２とが係合したままフリー回転する。このように、旋回溝５５が案内ボール６２に対して無理に回転させるトルクが作用したとき、クラッチ機構６５が作動して中間部材５６がフリー回転するため、無理なトルク発生で旋回運動発生機構６３が破損することが防止され、装置寿命を延長できる。アンクランプ位置Ａにある本願クランプシリンダのクランパ１７を介して、ピストン１３（ピストンロッド１６）を旋回させる過大な外力が作用したときも全く同じであることはいうまでもない。
【００１７】
次に、図１のクランプ位置Ａにあるクランパ１７に対して、給排ポート３０から供給された圧流体は、連通路２５、複数の流体通路７、環状溝４７、インナチューブ３の切り欠き６、円周溝４４、ヘッドカバー本体３５の凹溝４６、溝４９，５０を介してヘッド側シリンダ室１４に供給され、ピストン１３を軸線上方に押上げる。これにより、クランパ１７は図３のクランプ位置Ｂから軸線方向に真っ直ぐ移動した後、さらに軸線前方に移動しつつアンクランプ位置Ａに向けて９０度旋回してそこで停止する。流体通路７が複数形成されたことで、ヘッド側シリンダ室１４へ供給すべき流体供給量を、複数の流体通路７の総断面積を通過する流量で確保すればよく、したがって、１つ1つの流体通路７の断面サイズは、流体通路７を1つに限っている従来に比べて小さくて済む。そのため、二重チューブ方式のシリンダチューブ構造において、アウタチューブ２の壁厚みを薄くでき、このことは、シリンダ外径の小型化に寄与するところ大である。また、これら複数の流体通路７は、シリンダチューブに対して円周方向に等角度間隔で設けてあるので、そこを通過する流体圧力でインナチューブ２の外周面が円周方向において半径方向外側から均等に圧力をうけるため、従来のように、一個所の流体通路を持る場合に対して、インナチューブの変形を均等にでき、ピストンの摺動移動を妨げない。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本願旋回式クランプシリンダでは、ピストンから後方に旋回動作用ロッドを一体に突出し、その旋回動作用ロッドをシリンダチューブに対して回動可能とした中間部材の中心孔に嵌め込み、旋回動作用ロッドに旋回溝と案内部材の一方を、中間部材に他方を設けることで旋回溝に案内部材を案内係合させて旋回運動発生機構を構成し、その中間部材とシリンダチューブとの間に、中間部材に作用する旋回トルクが許容トルクとなるまでは中間部材をシリンダチューブと一体結合するが、許容トルクを超えたときに中間部材とシリンダチューブとの前記結合を解除して中間部材が回動するように構成したクラッチ構造を介在させているので、通常動作では中間部材がシリンダチューブと一体に結合され、ピストンを軸線方向に動かすことで、クランパを旋回運動発生機構によりアンクランプ位置とクランプ位置との間で旋回かつ軸線方向移動させてワークをクランプできる。また、クランパが旋回途中でその旋回を阻止されたり、あるいは、アンクランプ状態のクランパを介して外部から過大な旋回トルクが作用したことで、シリンダ内部の旋回運動発生機構に許容トルクを超える過大なトルクが作用すると、クラッチ機構が作用して中間部材がシリンダチューブ側に対する結合を解除して中間部材がフリー回転するため、中間部材とピストンロッド側との間に介在される旋回運動発生機構の破損を防止でき、装置寿命を延長できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クランプ状態のクランプシリンダの縦断面図である。
【図２】図１と同じ断面であるが、アンクランプ状態を示す縦断面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】インナチューブの縦断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面拡大図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】ロッドカバー、ヘッドカバーとシリンダチューブとの結合部の拡大断面図である。
【図８】図２のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダチューブ
１０  ヘッドカバー
１３  ピストン
１６  ピストンロッド
１７  クランパ
３５  ヘッドカバー本体
３６  キャップ
３６ａ  キャップ中心孔
５２  旋回動作用ロッド
５５  旋回溝
５６  中間部材
５７  収容孔
５８  ボールホルダ部
６１  中間部材の中心孔
６２  案内ボール（案内部材）
６３  旋回運動発生機構
６５  クラッチ機構
６７  Ｖ溝（係脱凹部・係脱溝）
６８  係脱ボール（係脱部材）
６９  ばね（付勢部材）
Ｗ  ワーク
【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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【図７】
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【図８】
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