JP6227900B2 - 電動式クランプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動式のクランプ装置に関し、より詳しくいえば、電動機によって出力ロッドをリリース状態に切り換えると共に、その出力ロッドをバネ力によってロック駆動する技術に関する。

この種の電動式クランプ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特開平２００９−２８８５８号公報）に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。
駆動ロッドと従動ロッドとの間に、その従動ロッドを下方へ付勢する圧縮コイルばねが装着される。ロック駆動時には、下限位置に移動された従動ロッドに対して電動機が駆動ロッドを下降させて、上記の圧縮コイルばねを収縮させる。これにより、その圧縮コイルばねの付勢力が従動ロッドを介してクランプアームをロック駆動する。

日本国・特開平２００９−２８８５８号公報

上記の従来技術は次の問題がある。
上記の圧縮コイルばねは、駆動ロッドと従動ロッドとの間の狭いスペースに装着されるので、その付勢力が小さい。このため、電動式クランプ装置のロック駆動力も小さくなる。
本発明の目的は、ロック駆動力が強力でコンパクトに造れる電動式クランプ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図３に示すように、電動式クランプ装置を次のように構成した。
即ち、ロック側とリリース側とに軸心方向へ移動可能にハウジング１に挿入された出力ロッド２０と、前記ハウジング１に取り付けられた電動機５の回転運動を直進運動へ変換して前記出力ロッド２０へ伝達する変換機構２４と、前記出力ロッド２０を前記ロック側へ付勢するように前記ハウジング１の前記リリース側の端部３ａに受け止められるクランピングばね４３と、前記電動機５が前記変換機構２４を介して前記出力ロッド２０を前記リリース側へ駆動したときに前記クランピングばね４３の付勢力を前記ハウジング１に受け止める状態と当該電動機５が前記変換機構２４を介して前記出力ロッド２０を前記ロック側へ駆動したときに当該クランピングばね４３の付勢力を前記出力ロッド２０へ伝達する状態とに切換えるように構成されたクラッチ機構Ｃと、を備える。

本発明は、次のように作用効果を奏する。
ロック駆動時には、クラッチ機構により、ハウジングに受け止められていたクランピングばねの付勢力を出力ロッドへ伝達できる。また、上記クランピングばねの装着箇所は、前述した従来技術とは異なり、狭いスペースに制限されず、ハウジング内の空間を有効に利用できる。
このため、電動式クランプ装置は、強力なクランピングばねを採用することとコンパクトに造ることとを両立できる。また、そのクランピングばねは、前記クラッチ機構により、負荷が大きいロック駆動時だけに伸長させることが可能なので、そのロック駆動時に大きな付勢力を確保できる。

本発明は、次の構成を加えることが好ましい。
前記クラッチ機構Ｃは、前記出力ロッド２０の外周側に軸心方向へ移動可能に配置されるともに前記クランピングばね４３の付勢力を受け止める伝動部材４４と、当該伝動部材４４よりもロック側で前記出力ロッド２０の外周側に周方向へ所定の間隔をあけて配置された複数の伝動ボール４５と、前記出力ロッド２０の外周面にロック側からリリース側へ形成されたガイド面４６及び伝動面４７と、を備え、前記電動機５が前記変換機構２４を介して前記出力ロッド２０を前記リリース側へ駆動したときには、前記ガイド面４６が前記伝動ボール４５を半径方向の外方位置に保持し、これにより、前記クランピングばね４３の付勢力が前記伝動部材４４と前記伝動ボール４５とを介して前記ハウジング１に受け止められ、前記電動機５が前記変換機構２４を介して前記出力ロッド２０を前記ロック側へ駆動したときには、前記ハウジング１に設けた押部５０が前記伝動ボール４５を半径方向の内方へ移動させて当該伝動ボール４５を前記伝動面４７に係合させ、これにより、前記クランピングばね４３の付勢力が前記伝動部材４４と前記伝動ボール４５とを介して前記出力ロッド２０へ伝達される。
この場合、クラッチ機構を簡素かつコンパクに構成できるので、電動式クランプ装置をさらにコンパクトに造れる。

本発明は、さらに次の構成を加えることが好ましい。
前記ハウジング１の前記リリース側の端部３ａから前記ロック側へ環状壁３５を突出させると共に、その環状壁３５に前記出力ロッド２０を挿入し、前記出力ロッド２０の外周に周方向へ所定の間隔をあけて複数のガイド溝３７を設け、前記の各ガイド溝３７は、ロック側からリリース側へ連ねて形成された旋回溝３８と直進溝３９とを有し、前記の各ガイド溝３７に嵌合する係合部材４０を前記環状壁３５に設けた。
この場合、出力ロッドが旋回するタイプの電動式クランプ装置を具現化できる。

なお、前記電動機５と前記変換機構２４との間に減速機６を配置することが好ましい。
また、前記電動機５を減速機付き電動機によって構成してもよい。

図１は、本発明の一実施形態を示し、電動式クランプ装置のリリース状態の立面図である。 図２は、上記クランプ装置のロック準備状態を示し、上記の図１に類似する図である。 図３は、上記クランプ装置のロック状態を示し、上記の図１に類似する図である。

以下、本発明の一実施形態を図１から図３によって説明する。
まず、図１によって電動式クランプ装置の全体構造を説明する。

ハウジング１は、下ハウジング２と上ハウジング３とを備える。
下ハウジング２の右壁にステッピングモータ（電動機）５の左部が固定される。また、下ハウジング２内に減速機６が装着される。
その減速機６は、この実施形態では、曲がり歯式の傘歯車機構７を有する。その傘歯車機構７は、ステッピングモータ５の出力軸（図示せず）に連結された小歯車８と、その小歯車８と噛み合う大歯車９とを備える。その大歯車９のシャフト１０が上下のベアリング１１，１２によって回転可能に支持される。

上ハウジング３には、出力ロッド２０が、上側のリリース側と下側のロック側とに上下方向（軸心方向）へ移動可能に挿入される。その出力ロッド２０の上端部にクランプアーム２１がナット２２によって固定される。

また、下ハウジング２の上部および上ハウジング３の下部に変換機構２４が装着される。その変換機構２４は、ステッピングモータ５によって駆動される前記シャフト１０の回転運動を直進運動へ変換して出力ロッド２０へ伝達するものであって、次のように構成されている。

上ハウジング３の下部に筒状の直進部材２６が挿入され、その直進部材２６の縦溝２７に案内ボール２８が嵌合され、その案内ボール２８上ハウジング３の下部に支持される。これにより、直進部材２６が上下方向へ移動可能で軸心回りに回転不能に挿入される。
その直進部材２６の上部が出力ロッド２０のＴ脚３０に上下方向へ同行移動可能に連結される。また、直進部材２６の筒孔に形成されたメネジ３２に、前記シャフト１０に固定したオネジ３３が螺合される。

上ハウジング３の上端部（リリース側の端部）３ａから環状壁３５が下方へ突出され、その環状壁３５の筒孔に出力ロッド２０が挿入される。その出力ロッド２０の外周に周方向へ所定の間隔をあけて複数のガイド溝３７が設けられる。各ガイド溝３７は、下側から上側へ連ねて形成された旋回溝３８と直進溝３９とを有する（図２を参照）。上記の各ガイド溝３７に係合ボール（係合部材）４０が嵌合され、各係合ボール４０が環状壁３５に支持される。

上ハウジング３の胴部３ｂと環状壁３５との間の環状空間にクランピングばね４３が装着される。そのクランピングばね４３の上端が上ハウジング３の上端部３ａに接当されると共に、当該クランピングばね４３の下端が伝動部材４４に接当される。その伝動部材４４が出力ロッド２０の下部に上下方向へ移動可能に外嵌めされる。
その伝動部材４４よりも下側で出力ロッド２０の外周側に、周方向へ所定の間隔をあけて複数の伝動ボール４５が配置される。また、出力ロッド２０の外周面にはガイド面４６と伝動面４７とが下側から上側へ形成される。
上記の伝動部材４４と伝動ボール４５とガイド面４６と伝動面４７とがクラッチ機構Ｃの主要部を構成している。

上記構成の電動式クランプ装置は次のように動作する。
図１のリリース状態では、ステッピングモータ５がリリース回転されて、そのステッピングモータ５が減速機６とオネジ３３とを介して直進部材２６を上限位置へ上昇させ、その直進部材２６の肩部２６ａが出力ロッド２０を上限位置へ上昇させている。これにより、その出力ロッド２０及びクランプアーム２１がリリース状態に切り換えられている。
そして、上記リリース状態では、前記ガイド面４６が伝動ボール４５を半径方向の外方位置に保持し、これにより、クランピングばね４３が収縮されると共に、そのクランピングばね４３の付勢力が伝動部材４４と伝動ボール４５とを介して上ハウジング３の保持領域４９に受け止められている。

電動式クランプ装置を図１のリリース状態から図３のロック状態へ切り換えるときには、ステッピングモータ５を前記とは逆にロック回転させると、そのステッピングモータ５が減速機６とオネジ３３とを介して直進部材２６を下降させていく。
すると、図２に示すように、まず、出力ロッド２０（及びクランプアーム２１）が前記の旋回溝３８に沿って旋回しながら下降していく。そして、その出力ロッド２０に設けた伝動面４７が所定位置に下降したときに、前記保持領域４９の内周側に設けた押部５０が伝動ボール４５を半径方向の内方へ押し、上記伝動ボール４５が伝動面４７に係合し始める。

引き続いて、図３に示すように、出力ロッド２０（及びクランプアーム２１）が前記の直進溝３９に沿って真っ直ぐに下降していく。その直進下降の開始時に、上記伝動ボール４５が伝動面４７に係合すると共に当該伝動ボール４５と前記保持領域４９との係合が解除され、クランピングばね４３が伸長して当該クランピングばね４３の付勢力が伝動部材４４と伝動ボール４５とを介して出力ロッド２０へ伝達される。これにより、出力ロッド２０が下方へ強力にロック駆動され、その出力ロッド２０がクランプアーム２１を介してワーク等のクランプ対象物を固定台に押圧する（いずれも図示せず）。

電動式クランプ装置を図３のロック状態から図１のリリース状態へ切り換えるときには、ステッピングモータ５をリリース回転させると、そのステッピングモータ５が減速機６とオネジ３３とを介して直進部材２６を上昇させていく。
すると、図２に示すように、まず、出力ロッド２０（及びクランプアーム２１）が前記の直進溝３９に沿って真っ直ぐに上昇していくと共に、その出力ロッド２０に設けた伝動面４７が伝動ボール４５と伝動部材４４を介してクランピングばね４３を収縮させていく。そして、その伝動面４７が所定位置に上昇したときに、当該伝動面４７の下部が伝動ボール４５を半径方向の外方へ押していく。

引き続いて、図１に示すように、伝動ボール４５が伝動部材４４を上限位置へ上昇させると共に、前記ガイド面４６が伝動ボール４５を半径方向の外方位置に保持し、クランピングばね４３の付勢力が伝動部材４４と伝動ボール４５とを介して上ハウジング３の保持領域４９に受け止められる。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
クランプ装置は、出力ロッド２０が旋回しながら下降すると共に上下方向へ直進するような例示の構造に代えて、その出力ロッドが上下方向へ直進するだけの構造であってもよい。
前記クランピングばね４３は、例示の圧縮コイルばねに代えて、皿ばね等の他の種類のばねであってもよい。
電動機５は、例示のステッピングモータに代えて他の種類のモータであってもよく、減速機付きモータであってもよい。
電動機５の出力軸の軸心と出力ロッド２０の軸心とを直交させた例示の構造に代えて、上記の軸心同士を同軸に配置したり平行に配置することも可能である。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：ハウジング，３ａ：ハウジング１のリリース側の端部（上端部），５：電動機（ステッピングモータ），６：減速機，２０：出力ロッド，２４：変換機構，３５：環状壁，３７：ガイド溝，３８：旋回溝，３９：直進溝，４０：係合部材（係合ボール），４３：クランピングばね，４４：伝動部材，４５：伝動ボール，４６：ガイド面，４７：伝動面，５０：押部，Ｃ：クラッチ機構．

Claims (4)

1. ロック側とリリース側とに軸心方向へ移動可能にハウジング（１）に挿入された出力ロッド（２０）と、
   前記ハウジング（１）に取り付けられた電動機（５）の回転運動を直進運動へ変換して前記出力ロッド（２０）へ伝達する変換機構（２４）と、
   前記出力ロッド（２０）を前記ロック側へ付勢するように前記ハウジング（１）の前記リリース側の端部（３ａ）に受け止められるクランピングばね（４３）と、
   前記電動機（５）が前記変換機構（２４）を介して前記出力ロッド（２０）を前記リリース側へ駆動したときに前記クランピングばね（４３）の前記ロック側への付勢力を前記ハウジング（１）に受け止める状態と、当該電動機（５）が前記変換機構（２４）を介して前記出力ロッド（２０）を前記ロック側へ駆動したときに当該クランピングばね（４３）の付勢力を前記出力ロッド（２０）へ伝達する状態と、に切換えるように構成されたクラッチ機構（Ｃ）と、
   を備え、
   前記変換機構（２４）は、
   前記出力ロッド（２０）に連結された直進部材（２６）であって、その直進部材（２６）の筒孔に形成されたメネジ（３２）を有する直進部材（２６）と、
   前記電動機（５）により回転させられるシャフト（１０）に固定されると共に、前記メネジ（３２）に螺合されたオネジ（３３）と、
   前記直進部材（２６）の縦溝（２７）に嵌合されるとともに、前記ハウジング（１）に支持された案内ボール（２８）と、
   を有し、
   前記ハウジング（１）の前記リリース側の端部（３ａ）から前記ロック側へ環状壁（３５）を突出させると共に、その環状壁（３５）に前記出力ロッド（２０）を挿入し、
   前記出力ロッド（２０）の外周に周方向へ所定の間隔をあけて複数のガイド溝（３７）を設け、前記の各ガイド溝（３７）は、ロック側からリリース側へ連ねて形成された旋回溝（３８）と直進溝（３９）とを有し、
   前記の各ガイド溝（３７）に嵌合する係合部材（４０）を前記環状壁（３５）に設けた、
   ことを特徴とする電動式クランプ装置。
2. 請求項１の電動式クランプ装置において、
   前記クラッチ機構（Ｃ）は、前記出力ロッド（２０）の外周側に軸心方向へ移動可能に配置されるともに前記クランピングばね（４３）の付勢力を受け止める伝動部材（４４）と、当該伝動部材（４４）よりもロック側で前記出力ロッド（２０）の外周側に周方向へ所定の間隔をあけて配置された複数の伝動ボール（４５）と、前記出力ロッド（２０）の外周面にロック側からリリース側へ形成されたガイド面（４６）及び伝動面（４７）と、を備え、
   前記電動機（５）が前記変換機構（２４）を介して前記出力ロッド（２０）を前記リリース側へ駆動したときには、前記ガイド面（４６）が前記伝動ボール（４５）を半径方向の外方位置に保持し、これにより、前記クランピングばね（４３）の付勢力が前記伝動部材（４４）と前記伝動ボール（４５）とを介して前記ハウジング（１）に受け止められ、
   前記電動機（５）が前記変換機構（２４）を介して前記出力ロッド（２０）を前記ロック側へ駆動したときには、前記ハウジング（１）に設けた押部（５０）が前記伝動ボール（４５）を半径方向の内方へ移動させて当該伝動ボール（４５）を前記伝動面（４７）に係合させ、これにより、前記クランピングばね（４３）の付勢力が前記伝動部材（４４）と前記伝動ボール（４５）とを介して前記出力ロッド（２０）へ伝達される、
   ことを特徴とする電動式クランプ装置。
3. 請求項１又は２の電動式クランプ装置において、
   前記電動機（５）と前記変換機構（２４）との間に減速機（６）を配置した、ことを特徴とする電動式クランプ装置。
4. 請求項１又は２の電動式クランプ装置において、
   前記電動機（５）が減速機付き電動機である、ことを特徴とする電動式クランプ装置。

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