JP6962557B2

JP6962557B2 - 電動式クランプ装置

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Publication number: JP6962557B2
Application number: JP2017210078A
Authority: JP
Inventors: 良太児嶋
Original assignee: Kosmek KK
Current assignee: Kosmek KK
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: CN111246969A; US20200338675A1; JP2019081220A; EP3659745A1; KR20200075817A; KR102481749B1; US11305389B2; EP3659745A4; CN111246969B; WO2019087756A1; EP3659745B1

Description

本発明は、電動式のクランプ装置に関する。

この種の電動式クランプ装置として、従来では、下記の特許文献１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。
出力ロッドの下方に減速機が配置され、この減速機に連結された電動機の回転運動を直進運動へ変換して出力ロッドへ伝達する変換機構が、出力ロッドと減速機との間に設けられる。この構成により、電動機の駆動力で出力ロッドを上下動させる電動式クランプ装置の基本構造が実現されている。

特開２０１４−２２３７１４号公報

昨今、上記の従来技術に係る電動式クランプ装置は、よりコンパクトな装置にすることが求められている。当該装置をよりコンパクトなものにする場合、出力ロッドの側方に減速機を配置することで、装置全体の高さを低くすることができ、その結果、従来よりもコンパクトな電動式クランプ装置となる。

しかしながら、出力ロッドの側方に減速機を配置する場合、次の問題がある。
リリース側からロック側に出力ロッドを移動させてワークをロックしたとき、ワークからの反力が出力ロッドに作用する。この反力で出力ロッドが僅かに傾くため、出力ロッドを上下動させてロック・リリースを何度も繰り返すと、出力ロッドと減速機との噛み合わせが悪くなって、減速機から出力ロッドへの伝動効率が悪くなることがある。

本発明の目的は、出力ロッドの側方に減速機が配置されてなる電動式クランプ装置において、出力ロッドと減速機との間における伝動効率が悪くなるという問題点を改善することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図６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。

本発明の電動式クランプ装置は、ロック側とリリース側とに軸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と、前記出力ロッド２０の側方に配置された減速機６であって、前記電動機５の回転運動を前記出力ロッド２０へ伝達する減速機６と、を備える。前記出力ロッド２０は、前記減速機６とネジ連結された筒状の動力伝達部材２５と、前記動力伝達部材２５の筒孔の内周面から径方向の内方に隙間をあけて配置された出力ロッド本体２４と、前記出力ロッド本体２４と前記動力伝達部材２５との間の相対回転を阻止する回り止め機構２６と、前記動力伝達部材２５を介して前記出力ロッド本体２４をロック側へ移動させるロック側駆動機構２７、４２と、前記動力伝達部材２５を介して前記出力ロッド本体２４をリリース側へ移動させるリリース側駆動機構２８と、前記減速機６との供回りを阻止して前記出力ロッド本体２４の移動をガイドする出力ロッドガイド機構２９とを有する。

本発明の電動式クランプ装置は、次のように作用効果を奏する。
出力ロッドをロック側に移動させてクランプ対象物をロックしたとき、クランプ対象物からの反力が出力ロッド本体に作用して、出力ロッド本体は傾く。しかしながら、出力ロッドを構成する動力伝達部材は、出力ロッド本体とは別体として形成されており、且つ、この動力伝達部材は、出力ロッド本体に対して径方向の外方に隙間をあけて位置するため、出力ロッド本体とは違い、クランプ対象物からの反力の影響を受けにくい。これにより、動力伝達部材と減速機との噛み合わせが悪くなることを防止できる。すなわち、出力ロッドと減速機との間における伝動効率が悪くなることを防止できる。

本発明の電動式クランプ装置は、次の構成をさらに備えることが好ましい。
前記ロック側駆動機構２７、４２は、前記出力ロッド本体２４の外周に設けられた鍔部３１のリリース側に形成された伝動面３１ａ、４３ａであって、軸方向に対してロック側へ傾斜する伝動面３１ａ、４３ａと、前記動力伝達部材２５のロック側の内面に形成された押面３２ａと、を備え、前記電動機５が前記減速機６を介して前記動力伝達部材２５をロック側へ移動させたとき、前記押面３２ａが前記伝動面３１ａ、４３ａを押すことで、前記出力ロッド本体２４がロック側へ移動することが好ましい。
この構成によると、反力による出力ロッド本体の傾く動き、すなわち出力ロッド本体の揺動運動を安定させることができ、その結果、出力ロッドを構成する動力伝達部材への反力の影響がより小さくなる。

本発明の電動式クランプ装置において、さらに、前記伝動面３１ａ、４３ａが球面とされていることが好ましい。この構成によると、出力ロッド本体の揺動運動がより安定する。

本発明の電動式クランプ装置において、さらに、前記押面３２ａが、前記伝動面３１ａ、４３ａと面接触する球面とされていることが好ましい。この構成によると、出力ロッド本体の揺動運動がより安定する。

本発明の電動式クランプ装置において、さらに、前記鍔部３１のリリース側の面に設けられた凹部３１ｂに嵌め込まれた複数の伝動ボール４３により、前記伝動面４３ａが形成されていることが好ましい。この構成によると、出力ロッド本体の揺動運動がより安定する。

本発明の電動式クランプ装置において、さらに、前記ハウジング１のリリース側端部およびロック側端部に、前記出力ロッド本体２４の軸方向への移動をガイドするガイド筒４０、４１がそれぞれ取り付けられていることが好ましい。
この構成によると、出力ロッド本体の揺動量を少なく抑えることができる。

本発明の電動式クランプ装置において、さらに、前記ハウジング１のロック側の内面からリリース側へ向けて環状壁３４が突出されており、前記出力ロッド本体２４は、前記環状壁３４に挿入されており、前記出力ロッドガイド機構２９は、前記出力ロッド本体２４の外周に周方向へ所定の間隔をあけて設けられた複数のガイド溝３５と、前記環状壁３４に支持された係合ボール３８であって、前記の各ガイド溝３５に嵌め込まれた係合ボール３８と、を備え、前記の各ガイド溝３５は、ロック側からリリース側へ連ねて形成された旋回溝３６と直進溝３７と、を有することが好ましい。
この構成によると、出力ロッド（出力ロッド本体）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、前記減速機６はウォーム減速機であることが好ましい。

本発明によると、出力ロッドと減速機との間における伝動効率が悪くなるという問題点を改善することができる。

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における立面視の部分断面図である。図２は、上記電動式クランプ装置のロック状態を示し、図１に類似する図である。図３は、図１のＩ−Ｉ部分断面図である。図４は、図２中のＡ部拡大図である。図５は、図１中のＢ部拡大図である。図６は、ロック側駆動機構の変形例を示す、図４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５によって説明する。

まず、本実施形態に係る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。上ハウジング３の側面に、ジョイント部材４を介して電動機５が取り付けられる。また、上ハウジング３内に減速機６が装着される。なお、下ハウジング２は、固定台としてのテーブルＴに複数のボルト（図示せず）によって固定される。本実施形態の電動機５はステッピングモータである。

図３に示すように、本実施形態の減速機６はウォーム減速機である。このウォーム減速機は、電動機５の出力軸５ａに連結された円筒形状のウォーム７と、これに噛合うウォームホイール８とを備える。図３に示すように、ウォーム７の軸方向両端部に設けられたシャフト７ａ・７ｂが、それぞれ、ベアリング９・１０によって回転可能に支持されことで、ウォーム７は回転可能とされている。また、図１に示すように、ウォームホイール８の軸方向の端部８ａには、筒状のジョイント部材１１が圧入などにより固定される。ジョイント部材１１が固定されたウォームホイール８は、ベアリング１２・１３によって回転可能に支持される。

ハウジング１（上ハウジング３および下ハウジング２）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（軸方向）へ移動可能に挿入される。下ハウジング２の下端部には、キャップ２１が取り付けられ、これにより、ハウジング１は封止される。

出力ロッド２０は、クランプアーム２２がナット２３によって上端部に固定された出力ロッド本体２４と、出力ロッド本体２４が挿入される筒状の動力伝達部材２５とを備える。出力ロッド本体２４は、動力伝達部材２５の筒孔の内周面から径方向の内方に隙間をあけて配置される。なお、この隙間は、僅かなものである。

上ハウジング３の上部（リリース側端部）には、出力ロッド本体２４の軸方向への移動をガイドするガイド筒４０が取り付けられ、下ハウジング２（ハウジング１の下部（ロック側端部））にも、出力ロッド本体２４の軸方向への移動をガイドするガイド筒４１が取り付けられている。

動力伝達部材２５の外周面には雄ネジ２５ａ（雄側送りネジ）が形成され、ウォームホイール８の内周面には、この雄ネジ２５ａに噛合う雌ネジ８ｂ（雌側送りネジ）が形成される。これら送りネジ２５ａ・８ｂ部分にて、ウォームホイール８と動力伝達部材２５とはネジ連結される。

ここで、出力ロッド２０は、回り止め機構２６、ロック側駆動機構２７、リリース側駆動機構２８、および出力ロッドガイド機構２９を備える。これらの各機構について、順に説明する。

回り止め機構２６は、出力ロッド本体２４と動力伝達部材２５との間の相対回転を阻止するものであって、次のように構成されている。図５に示すように、出力ロッド本体２４の外周面、および動力伝達部材２５の内周面に、それぞれ、窪み２４ａ、および窪み２５ｂが設けられ、これら窪み２４ａ・２５ｂに回り止めボール３０が嵌め込まれる。回り止めボール３０の個数は特に限定されないが、例えば、出力ロッド本体２４の周方向において、４個の回り止めボール３０が９０°間隔で各窪み２４ａ・２５ｂに嵌め込まれる。

ロック側駆動機構２７は、動力伝達部材２５を介して出力ロッド本体２４をロック側へ移動させるものであって、次のように構成されている。出力ロッド本体２４の外周に径方向の外方へ突出する鍔部３１が設けられる。図４において符号を付して示すように、この鍔部３１の上側（リリース側）の面は、軸方向に対してロック側へ傾斜する伝動面３１ａとされる。本実施形態では、伝動面３１ａは球面とされている。また、軸方向でこの伝動面３１ａと対向する、動力伝達部材２５の下側（ロック側）の内面は、伝動面３１ａと面接触する押面３２ａとされる。本実施形態では、押面３２ａは球面とされている。なお、動力伝達部材２５は、リング部材３２を有し、そのリング部材３２の下面が押面３２ａとされている。動力伝達部材２５が、別体の部品としてリング部材３２を有する構造とされるのは、押面３２ａを形成するための機械加工を行いやすくするためである。すなわち、リング部材３２は、動力伝達部材２５を構成する部品である。

リリース側駆動機構２８は、動力伝達部材２５を介して出力ロッド本体２４をリリース側へ移動させるものであって、次のように構成されている。図５において符号を付して示すように、動力伝達部材２５の筒孔の上端（リリース側端）の内周側の面は、傾斜面２５ｃとされる。また、径方向でこの傾斜面２５ｃと対向する、出力ロッド本体２４の外周部には、環状の溝２４ｃが形成され、この溝２４ｃに止め輪３３が嵌め込まれる。

出力ロッドガイド機構２９は、出力ロッド２０とウォームホイール８（減速機）との供回りを防止して出力ロッド本体２４の移動をガイドするものであって、次のように構成されている。下ハウジング２の内面（ハウジング１のロック側の内面）から上側（リリース側）へ向けて環状壁３４が突出され、その環状壁３４の筒孔に出力ロッド本体２４が挿入される。その出力ロッド本体２４の外周に周方向へ所定の間隔をあけて複数のガイド溝３５が設けられる。各ガイド溝３５は、下側（ロック側）から上側（リリース側）へ連ねて形成された旋回溝３６と直進溝３７とを有する。これらの各ガイド溝３５に係合ボール３８が嵌め込まれ、各係合ボール３８は環状壁３４に支持される。また、各係合ボール３８にはスリーブ３９が外嵌される。

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、電動機５がリリース回転されて、その電動機５が減速機６を回転させ、回転するウォームホイール８が動力伝達部材２５を介して出力ロッド本体２４を上限位置へ上昇させている。

電動式クランプ装置を図１のリリース状態から図２のロック状態へ切り換えるときには、電動機５を前記とは逆にロック回転させると、電動機５が減速機６を回転させ、回転するウォームホイール８が動力伝達部材２５を介して出力ロッド本体２４を下降させていく。

出力ロッド本体２４の下降動作を詳細に説明する。ウォームホイール８の回転運動が、送りネジ８ｂ・２５ａ部分にて直進運動に変換されることで動力伝達部材２５は下降する。このとき、動力伝達部材２５を構成するリング部材３２の押面３２ａが、出力ロッド本体２４の鍔部３１の伝動面３１ａを押し、これにより出力ロッド本体２４は下降する。

なお、出力ロッド本体２４と動力伝達部材２５との間の相対回転が回り止め機構２６によって阻止され、且つ、出力ロッド２０（出力ロッド本体２４および動力伝達部材２５）とウォームホイール８との供回りが出力ロッドガイド機構２９によって阻止されていることが前提で、出力ロッド本体２４の下降動作が成立する（後述する出力ロッド本体２４の上昇動作についても同様）。

下降初期、出力ロッド２０（出力ロッド本体２４および動力伝達部材２５）は旋回溝３６に沿って旋回しながら下降していく。その後、出力ロッド２０は直進溝３７に沿って真っ直ぐに下降していく。出力ロッド本体２４の上端部に固定されたクランプアーム２２の下面が、ワークＷなどのクランプ対象物の上面に当たると、クランプアーム２２はクランプ対象物をテーブルＴに押圧する（ロックする）。

クランプ対象物がその上方から押圧されたとき、クランプ対象物からの反力が出力ロッド本体２４に作用して、出力ロッド本体２４は傾く。しかしながら、出力ロッド２０を構成する動力伝達部材２５は、出力ロッド本体２４とは別体として形成されており、且つ、この動力伝達部材２５は、出力ロッド本体２４に対して径方向の外方に隙間をあけて位置するため、出力ロッド本体２４とは違い、クランプ対象物からの反力の影響を受けにくい。これにより、動力伝達部材２５と減速機との係合（送りネジ８ｂ・２５ａ同士の噛み合わせ）が悪くなることを防止できる。また、本実施形態では、出力ロッド本体２４がクランプ対象物からの反力によって軸心に対して傾斜されるときに、出力ロッド本体２４の伝動面３１ａが動力伝達部材２５の球面状の押面３２ａに沿って揺動される。このため、出力ロッド本体２４が揺動される前と後とにおいて、伝動面３１ａと押面３２ａとの面接触が維持される。従って、動力伝達部材２５を下方へ押す力が、押面３２ａと伝動面３１ａとを介して出力ロッド本体２４に確実に伝達される。

電動式クランプ装置を図２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、電動機５をリリース回転させると、電動機５が減速機６を回転させ、回転するウォームホイール８が動力伝達部材２５を介して出力ロッド本体２４を上昇させていく。

出力ロッド本体２４の上昇動作を詳細に説明する。ウォームホイール８の回転運動が、送りネジ８ｂ・２５ａ部分にて直進運動に変換されることで動力伝達部材２５は上昇する。上昇する動力伝達部材２５の上端の傾斜面２５ｃが、止め輪３３を介して出力ロッド本体２４を上方へ押し、これにより出力ロッド本体２４は上昇する。

上昇初期、出力ロッド２０（出力ロッド本体２４および動力伝達部材２５）は直進溝３７に沿って真っ直ぐに上昇していく。その後、出力ロッド２０は旋回溝３６に沿って旋回しながら上昇していく。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
図６は、ロック側駆動機構の変形例を示す、図４に類似する図である。図６に示すロック側駆動機構４２は、次のように構成されている。出力ロッド本体２４の鍔部３１の上側（リリース側）の面に凹部３１ｂが設けられ、この凹部３１ｂに複数の伝動ボール４３が嵌め込まれている。これら複数の伝動ボール４３により、軸方向に対してロック側へ傾斜する伝動面４３ａが形成される。

なお、動力伝達部材２５（リング部材３２）の球面とされた押面３２ａの曲率半径が、伝動ボール４３により形成された伝動面４３ａ（伝動ボール４３の表面）の曲率半径よりも大きいため、両者は面接触しない。しかしながら、両者はいずれも滑らかな球面であるため、クランプ対象物ロック時の出力ロッド本体２４の揺動運動は安定する。

なお、複数の伝動ボール４３は、出力ロッド本体２４回りにその全周にわたって隙間なく配置されてもよいし、出力ロッド本体２４回りに隙間が存在する形態で、例えば数個配置されてもよい。

軸方向に対してロック側へ傾斜する図４に示す伝動面３１ａは球面とされている。この伝動面３１ａは、球面に代えて、断面視直線であるテーパ面とされてもよい。さらには、出力ロッド本体２４まわりに所定の間隔をあけて形成された複数の傾斜面とされてもよい。さらには、出力ロッド本体２４まわりに１つだけ形成された傾斜面とされてもよい。なお、伝動面を１つまたは２つの傾斜面とする場合、軸方向から出力ロッド２０を視たときにおける出力ロッド本体２４が揺動する方向に傾斜面を設けることが好ましい。

上記の実施形態では、動力伝達部材２５は、別体の部品としてリング部材３２を有する構造とされている。これに代えて、動力伝達部材２５とリング部材３２とが一体であってもよい。すなわち、一つの素材から機械加工により、動力伝達部材が形成されてもよい。

上記の実施形態では、図１のリリース状態で、動力伝達部材２５の押面３２ａと、出力ロッド本体２４の鍔部３１の伝動面３１ａとが接触している。これに代えて、図１のリリース状態で、動力伝達部材２５の押面３２ａと出力ロッド本体２４の鍔部３１の伝動面３１ａとの間に軸方向で隙間があってもよい。

電動式クランプ装置は、出力ロッド２０が旋回するタイプのものではなく、出力ロッド２０が上下方向へ直進するだけのタイプのものであってもよい。

電動機５は、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い。また、減速機６は、ウォーム減速機ではなくかさ歯車であってもよい。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行うことは勿論可能である。

１：ハウジング
５：電動機
６：減速機
２０：出力ロッド
２４：出力ロッド本体
２５：動力伝達部材
２６：回り止め機構
２７、４２：ロック側駆動機構
２８：リリース側駆動機構
１９：出力ロッドガイド機構
３１：鍔部
３１ａ、４３ａ：伝動面
３１ｂ：凹部
３２ａ：押面
３４：環状壁
３５：ガイド溝
３６：旋回溝
３７：直進溝
３８：係合ボール
４０、４１：ガイド筒
４３：伝動ボール

Claims

ロック側とリリース側とに軸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）と、
前記出力ロッド（２０）の側方に配置された減速機（６）であって、前記電動機（５）の回転運動を前記出力ロッド（２０）へ伝達する減速機（６）と、
を備え、
前記出力ロッド（２０）は、
前記減速機（６）とネジ連結された筒状の動力伝達部材（２５）と、
前記動力伝達部材（２５）の筒孔の内周面から径方向の内方に隙間をあけて配置された出力ロッド本体（２４）と、
前記出力ロッド本体（２４）と前記動力伝達部材（２５）との間の相対回転を阻止する回り止め機構（２６）と、
前記動力伝達部材（２５）を介して前記出力ロッド本体（２４）をロック側へ移動させるロック側駆動機構（２７、４２）と、
前記動力伝達部材（２５）を介して前記出力ロッド本体（２４）をリリース側へ移動させるリリース側駆動機構（２８）と、
前記減速機（６）との供回りを阻止して前記出力ロッド本体（２４）の移動をガイドする出力ロッドガイド機構（１９）と、
を有する、
電動式クランプ装置。
請求項１の電動式クランプ装置において、
前記ロック側駆動機構（２７、４２）は、
前記出力ロッド本体（２４）の外周に設けられた鍔部（３１）のリリース側に形成された伝動面（３１ａ、４３ａ）であって、軸方向に対してロック側へ傾斜する伝動面（３１ａ、４３ａ）と、
前記動力伝達部材（２５）のロック側の内面に形成された押面（３２ａ）と、
を備え、
前記電動機（５）が前記減速機（６）を介して前記動力伝達部材（２５）をロック側へ移動させたとき、前記押面（３２ａ）が前記伝動面（３１ａ、４３ａ）を押すことで、前記出力ロッド本体（２４）がロック側へ移動する、
電動式クランプ装置。
請求項２の電動式クランプ装置において、
前記伝動面（３１ａ、４３ａ）が球面とされている、
電動式クランプ装置。
請求項３の電動式クランプ装置において、
前記押面（３２ａ）が、前記伝動面（３１ａ、４３ａ）と面接触する球面とされている、
電動式クランプ装置。
請求項２の電動式クランプ装置において、
前記鍔部（３１）のリリース側の面に設けられた凹部（３１ｂ）に嵌め込まれた複数の伝動ボール（４３）により、前記伝動面（４３ａ）が形成されている、
電動式クランプ装置。
請求項１から５のいずれかの電動式クランプ装置において、
前記ハウジング（１）のリリース側端部およびロック側端部に、前記出力ロッド本体（２４）の軸方向への移動をガイドするガイド筒（４０、４１）がそれぞれ取り付けられている、
電動式クランプ装置。
請求項１から６のいずれかの電動式クランプ装置において、
前記ハウジング（１）のロック側の内面からリリース側へ向けて環状壁（３４）が突出されており、
前記出力ロッド本体（２４）は、前記環状壁（３４）に挿入されており、
前記出力ロッドガイド機構（１９）は、
前記出力ロッド本体（２４）の外周に周方向へ所定の間隔をあけて設けられた複数のガイド溝（３５）と、
前記環状壁（３４）に支持された係合ボール（３８）であって、前記の各ガイド溝（３５）に嵌め込まれた係合ボール（３８）と、
を備え、
前記の各ガイド溝（３５）は、ロック側からリリース側へ連ねて形成された旋回溝（３６）と直進溝（３７）と、
を有する、
電動式クランプ装置。
請求項１から７のいずれかの電動式クランプ装置において、
前記減速機（６）がウォーム減速機である、
電動式クランプ装置。