JP2005271121A - ワーククランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの心出しを可能として段取り替えを要しないワーククランプ装置を提供する。
【解決手段】 ワーク３０を載せるための支持台１２と、この支持台１２の周りに周方向に等間隔をおいて配設されその回転カム動作に基づいてワーク３０をクランプする４つのクランパ２６とを備える。クランパ２６は、その回転途中でワーク３０の外周縁部に当接しその回転とともにワーク３０を求心方向へ押圧する押え面２７を備える。支持台１２の裏面側には磁力吸着手段が配設される。磁力吸着手段にはカムフォロア４５が設けられ、このカムフォロア４５はクランパ２６の回転軸２５上に設けられたカム４２と係合し、そのカム作用により磁力吸着手段を支持台１２に対して接近又は離間する方向へ移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークをクランプするワーククランプ装置に関する。

従来、例えば、ワーク表面のばり取り加工を行うにあたりワークをクランプする方法として、ワークが載せられる基台上に複数のガイドピンを立て、これらガイドピンをワークに設けられた対応する孔に差し込むことでワークを位置決め保持するものがあった。しかし、この方法ではワークの径が変わったりワークの孔位置がずれたりすると、その都度ガイドピンの取付位置を変更しなければならないので、段取り替えに時間を要するという問題があった。
また、別の方法として、押付板を基台の基準面に沿って移動可能に配設し、この押付板とその移動方向に対向する壁との間に、基準面上に載せられたワークを挟み付けて位置決め保持するものがあった（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００３−４８１３０公報

しかし、上記の方法ではワークの心出しがなされないので、ワークの径が変わる度に加工位置を調整しなければならず、段取り替えに時間を要するという問題点を解消するに至らなかった。
これに対して、自動調心性を有するチャックを利用してワークの心出しをする手もあるが、かかるチャック装置は一般的に構造が複雑になるとともにチャックの移動ストロークを大きく確保する必要性等に起因して装置全体が大型化する嫌いがあるため、別なる方法が希求されていた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ワークの心出しを可能として段取り替えを要しないワーク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の手段として、請求項１の発明は、ワークの表面を加工する際に同ワークをクランプするワーククランプ装置であって、前記ワークを載せるための支持台と、この支持台の周りに周方向に等間隔をおいて配設されその回転カム動作に基づいて前記ワークをクランプする少なくとも３つのクランパとを備え、前記クランパは、前記ワークの外周縁部に当接しその回転とともに同ワークを求心方向へ押圧可能な押え面を備える構成としたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記クランパは、ほぼ真円形をなす偏心カムによって構成されているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記支持台の裏面側には磁力吸着手段が配設され、この磁力吸着手段は、支持台に対して接近又は離間する方向へ移動可能とされ、接近位置にあるときに前記ワークの吸着保持が可能とされ、離間位置にあるときに前記ワークの吸着保持の解除が可能とされているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項３に記載のものにおいて、前記クランパの回転軸上に位置する部分及び前記磁力吸着手段のいずれか一方にはカムが設けられ、他方には前記カムと係合し得るカムフォロアが設けられており、前記カムフォロアは、前記クランパのクランプ方向への回転に伴ない前記カムのカム面に沿って移動することで前記磁力吸着手段を前記接近位置側へ向けて移動可能とし、前記クランパのアンクランプ方向への回転に伴ない前記カムのカム面に沿って戻り方向に移動することで前記磁力吸着手段を前記離間位置側へ向けて移動可能としているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記磁力吸着手段は、付勢部材により常時前記支持台側へ付勢されており、前記付勢部材は、前記クランパのアンクランプ方向への回転により付勢力を蓄積しつつ弾縮されるようになっているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
支持台にワークを載せてクランパを回転させると、ワークの外周縁部にクランパの押え面が当接しクランパの回転とともにワークを求心方向へ押圧するから、ワークを加工中心に位置決め保持することができる。また、これとは異なる径のワークであってもクランパの回転カム動作に基づき該ワークを加工中心へ誘導できるから、ワークの径が変わる度に段取り替えをしなくて済む。

＜請求項２の発明＞
クランパがほぼ真円形をなす偏心カムによって構成されているから、軸心からの半径が一定でない押え面を備えた異形のものと比べて、位相の調整を容易に行うことができる。また、滑らかなクランプ動作が保障されてワークの心出し精度を高めることができる。

＜請求項３の発明＞
磁力吸着手段を接近位置側に近づけることでワークの吸着保持が可能とされるから、クランパによるクランプと相俟ってワークの加工を安定確実に行える。一方、ワークの加工が終了したときには磁力吸着手段を離間位置側へ遠ざけることでワークを支持台から難なく取り外すことができる。

＜請求項４の発明＞
クランパをクランプ方向へ回転するとカムフォロワがカムのカム面に沿って移動して磁力吸着手段を接近位置に至らしめ、この接近位置にてワークの吸着保持が行われる。一方、クランパをアンクランプ方向へ回転するとカムフォロアがカムのカム面に沿って戻り方向に移動して磁力吸着手段を離間位置に至らしめ、この離間位置にてワークの吸着保持が解除される。したがって、クランパによるクランプ及びアンクランプと磁力吸着手段による吸着保持及び吸着保持解除とを実行するための駆動を一つの回転軸で賄うことができるから、装置全体を簡略化かつ小型化できる。

＜請求項５の発明＞
磁力吸着手段は付勢部材によって常時支持台側へ付勢され、この付勢部材はクランパをアンクランプ方向へ回転すると付勢力を蓄積しつつ弾縮されるようになっているから、離間位置において磁力吸着手段を装置内にがた付きなく保持することができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図８によって説明する。本実施形態にかかるワーククランプ装置は、ワーク表面に生じたばり等を除去するブラシ装置に適用された場合の一例であり、図中符号１０は、該装置の外枠を構成するハウジングを、５０は、該装置が設置されるフレームを示す。

ハウジング１０は、図１に示すように、ワーク３０を載せるための支持台１２を備えた中空円柱状のハウジング本体部１１と、このハウジング本体部１１の下側にあって内部に駆動軸１３が同軸で挿入された内筒部１４と、この内筒部１４が同軸で挿入された外筒部１５と、この外筒部１５と内筒部１４との間に介挿されたベアリング１７とを備え、内筒部１４とハウジング本体部１１とはボルト１６により一体的に連結され、内筒部１４はベアリング１７によりその回転動作が許容されている。また、ハウジング本体部１１の下壁２４にはエア供給路１８が外筒部１５のエア導入口１９と連通して設けられており、ワーク３０の加工時にエア導入口１９からエアー供給路１８を通してエアパージされ、ハウジング本体部１１の内部を高圧状態に保つことで内部への加工液の侵入を防止している。
一方、フレーム５０にはモータ５１が固定されており、このモータ５１の作動により歯車５２を介して連なる内筒部１４が回転するとともにハウジング本体部１１が回転するようになっている。また、フレーム５０には装着部５３が設けられ、この装着部５３に外筒部１５が縦向きに嵌挿されてボルト５４により取付けられるようになっている。

駆動軸１３は内筒部１４内にて略垂直に配設され、内筒部１４との間にはブシュ２０が介設されている。駆動軸１３の上端には駆動ギア２１が設けられ、駆動軸１３の下端部は駆動ギア２１を回転させるためのアクチュエータ６０のモータ軸６１にカップリング６２を介して連結されている。カップリング６２の周りには内筒部１４の下端と一体的に連なる包囲部２３が同軸で配置されており、この包囲部２３の外周面にはセンサの検出部７０と対向し得る被検出部２３Ａが突設されている。

駆動軸１３の上端部はハウジング本体部１１の下壁２４を貫通してハウジング本体部１１の内部に臨み、この内部において駆動軸１３の上端に設けられた駆動ギア２１には、図８にも示すように、周方向に９０°の角度差をもって４つの従動ギア２２が噛み合っている。本実施形態の場合には、駆動ギア２１と従動ギア２２のギア比は２対１に設定されており、駆動ギア２１が９０°回転すると従動ギア２２が１８０°回転するようになっている。

従動ギア２２の中心部からは回転軸２５が上方へ向けて略垂直に立設されており、回転軸２５の上端部はハウジング本体部１１の上壁２８を貫通して外部に臨んでいる。そして、この回転軸２５の上端にはワーク３０をクランプするためのクランパ２６が取付けられている。クランパ２６は、アルミ等の軽量金属材によりほぼ真円形状に形成され、中心部から偏心した位置に回転軸２５の軸心が位置する偏心カムとして構成されている。また、クランパ２６は、夫々同一位相をもって構成され、その回転とともにワーク３０の外周縁部に当接して同ワーク３０を求心方向へ押圧する押え面２７を備えている。

ハウジング本体部１１の上壁２８上面には周囲より一段高くなる位置にワーク載置面２９を備えた支持台１２が設けられている。支持台１２は、図３にも示すように、ハウジング本体部１１と同心の円形をなす外周縁を備え、その上面つまりワーク載置面２９には複数のウレタンライニング４０が加工中心を中心として放射状に点在して設けられている。これらウレタンライニング４０は、ワーク３０の滑り止めとして機能する他、後述するマグネット４６の吸着作用に起因するワーク３０の貼り付き防止として機能している。

クランパ２６の回転軸２５は、ハウジング本体部１１の上壁２８上面のうちの支持台１２の周りに加工中心を中心として周方向に９０°の角度差をもって等間隔で配置されている。クランパ２６の下面には段付き凹部４１が設けられ、クランプ時にはこの段付き凹部４１によって支持台１２の外周縁部が逃がされるようになっている。
また、クランパ２６の回転軸２５上にはほぼ真円形をなすカム４２が取付けられている。カム４２は、その中心に回転軸２５を貫通させており、その上面はハウジング本体部１１の上壁２８下面と僅かな隙間をあけて略平行に配置され、その下面には、図６にも示すように、カム溝４３が回転中心周りに設けられている。カム溝４３は厚み方向に所定の勾配をもったカム面４４を備え、このカム面４４に沿って後述する磁力吸着手段に設けられたカムフォロア４５が移動可能とされている。

クランパ２６がアンクランプ状態にあるときには、カムフォロア４５がカム４２の下面における非カム面との当接により、磁力吸着手段を支持台１２から離れた位置（本発明の離間位置に相当）に待機させる一方、クランパ２６がクランプ方向（図４に示す矢線方向）へ向けて回転したときには、このクランパ２６の回転軸２５上に取付けられたカム４２が連動して回転することで、カムフォロア４５がカム溝４３内に進入してカム面４４に沿って移動し、もって磁力吸着手段を支持台１２側へ近づける。

磁力吸着手段は、ハウジング本体部１１の内部において支持台１２の上壁２８下面と少しの間隔をあけて対向配置された永久磁石等のマグネット４６と、これを保持する取付けプレート４８とを備えている。図６にも示すように、取付けプレート４８の外周には軸心を挟んで略平行する２対の切り欠き縁部４９が設けられ、各切り欠き縁部４９に沿って対応するカム４２が配置されるとともに、各切り欠き縁部４９から径方向外方へ向けて略水平に突出するカムフォロア４５が設けられている。そして、取付けプレート４８の外縁部には４本のガイドシャフト８０が略垂直に貫通しており、各ガイドシャフト８０に沿って取付けプレート４８が上下に移動可能とされている。各ガイドシャフト８０には、図２にも示すように、スプリング等の付勢部材８５が巻装されており、この付勢部材８５は、取付けプレート４８の下面とハウジング本体部１１の下壁２４上面との間に介挿されて取付けプレート４８を常時上方つまり支持台１２側へ付勢している。

また、取付けプレート４８には４本のストッパボルト８１が下方から上方へ向けて貫通しつつ固着されている。ハウジング本体部１１の上壁２８下面にはストッパボルト８１と当接可能なストッパ８２が対向配置されており、ストッパボルト８１の先端がストッパ８２の先端に突き当たることで取付けプレート４８の上方への移動が規制されるようになっている。マグネット４６は、このストッパ８２に当て止めされる位置で最も支持台１２側へ近づき、この位置(本発明の接近位置に相当）にてワーク３０の吸着保持を行っている。ストッパボルト８１の先端とストッパ８２の先端との離間距離は取付けプレート４８の移動ストローク量に対応しており、この移動ストローク量はストッパボルト８１のねじ込み量を調整することで適宜変更可能とされている。

次に、本実施形態の作用を説明する。まず、研磨加工すべきワーク３０、例えば円盤状ワーク（磁性体）を支持台１２のワーク載置面２９に概ね位置決めして載せる。そして、アクチュエータ６０を加圧し、その回転力を、駆動軸１３、駆動ギア２１、従動ギア２２を介して回転軸２５に伝達する。回転軸２５の回転に伴ないクランパ２６とカム４２とが一体的に回転する。

カム４２が回転すると、図５及び図６にも示すように、カムフォロア４５がカム溝４３内に進入してカム面４４に沿って移動する。カムフォロア４５がカム面４４の傾斜を昇っていくと、それとともに取付けプレート４８が付勢部材８５に付勢されて支持台１２側へ向けて上昇する。そして、ストッパボルト８１がストッパ８２に突き当たる位置に至ると、取付けプレート４８の上昇が停止され、取付けプレート４８は付勢部材８５に付勢されつつこの接近位置に留め置かれる。また、ワーク３０はマグネット４６の吸着作用により支持台１２側へ吸着保持されてその浮き上がりが防止される。
この間、クランパ２６もカム４２と同期して回転し、この回転によりクランパ２６の押え面２７がワーク３０の外周縁部に当接する。その状態でクランパ２６がさらにクランプ方向へ向けて回転すると、図４にも示すように、クランパ２６の押え面２７が四方からワーク３０を求心方向へ押圧しその滑らかなクランプ動作をもって該ワーク３０を加工中心に位置決め保持する。そして、ワーク３０が一定のクランプ力でクランプされると、アクチュエータ６０による回転が自動的に停止される。

図７は、クランパ２６によるクランプと磁力吸着手段による吸着保持との関係をカム４２のカム動作に基づいて示したものである。図７（Ｂ）において実線で示す円部分は、カムフォロア４５がカム溝４３の入り口４３Ａに臨む状態を示し、この位置でマグネット４６は離間位置にある。同じく図７（Ｂ）において二点鎖線で示す円部分は、カムフォロア４５がカム溝４３内に深く進入した状態を示し、この位置でマグネット４６は接近位置にある。また、角度表示はクランパ２６の回転角を表し、０°はクランパ２６がワーク３０から最も離れたときのアンクランプ状態を示すものである。本実施形態の場合には、駆動ギア２１及び従動ギア２２のギア比調整により、駆動軸１３が９０°回転すると、クランパ２６が１８０°回転するように設定されている。図７（Ｂ）で示すように、クランパ２６がおよそ４５°回転してワーク３０をクランプしたときには、既にマグネット４６が接近位置に達してワーク３０を吸着保持している。

その後、モータ５１の作動によりハウジング本体部１１をワーク３０とともに回転させ、その状態で上方からブラッシング装置（図示せず）を降ろし、ブラッシング装置に組み付けられたブラシによりワーク３０のばり取り加工を行う。ワーク３０の加工が終了したら、ブラッシング装置を元位置まで上昇させ、モータ５１の電源を切ってハウジング本体部１１の回転を止める。なお、ハウジング本体部１１を正逆方向に回転させることで、ブラッシングのむらが矯正されるようになっている。

続いて、アクチュエータ６０を上記とは逆方向に回転するよう加圧する。すると、上記とは逆の動作をもってクランパ２６がアンクランプ方向へ回転し、ワーク３０から離れてクランプ解除される。一方、クランパ２６のアンクランプ方向への回転に伴ないカムフォロア４５はカム４２のカム面４４を戻り方向つまりカム溝４３の入り口４３Ａ側へ向けて移動する。この移動により取付けプレート４８は徐々に下降するが、カムフォロア４５がカム溝４３から抜け出て非カム面に達すると、取付けプレート４８は付勢部材８５の付勢力に抗して離間位置に留め置かれる。この取付けプレート４８が下降する過程で、付勢部材８５は付勢力を蓄積しつつ弾縮されることとなる。また、この離間位置にてワーク３０は支持台１２から取り外されて次工程に搬送され、支持台１２のワーク載置面２９には次なるワーク３０が載せられる。

以上のように、本実施形態によれば、ワーク３０の加工時にワーク３０をクランプするに際し、周方向に等間隔をおいて配設されたクランパ２６の回転カム動作を利用してワーク３０を求心方向へ誘導するようになっているから、ワーク３０を加工中心に簡単かつ確実に位置決め保持することができる。この場合に、ワーク３０の径が異なっても対応することができるので、ワーク３０の径が変わる度に段取り替えをしなくて済む。そして、クランパ２６がほぼ真円形をなす偏心カムによって構成されているから、滑らかなクランプ動作が実現されて心出し精度を高めることができ、かつ、軸心からの半径が一定でない押え面を備えた異形のものと比べて位相の調整を容易に行うことができる。

また、同じ回転軸２５上にカム４２とクランパ２６とが取付けられているから、クランパ２６のクランプとカム４２のカム動作に基づくマグネット４６の吸着保持とを実行するための駆動を一のアクチュエータ６０を動力源とする一の回転軸２５で賄うことができ、その結果、装置全体を簡略化かつ小型化できるとともに、タイミング調整を容易に行うことができる。

さらに、取付けプレート４８が付勢部材８５により常時上方へ付勢され、クランパ２６がアンクランプ方向へ回転したときには付勢部材８５が付勢力を蓄積しつつ弾縮されるようになっているから、離間位置において取付けプレート４８をハウジング本体部１１内にがた付きなく待機保持することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図９によって説明する。実施形態２では、カム４２及びカムフォロア４５の取付け位置が実施形態１と異なり、付勢部材８５が無い点も実施形態１と異なるが、その他は、実施形態１と概ね同じであり、同一部位には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

実施形態２では、取付けプレート４８の外周縁部下面にカム溝４３が設けられ、クランプの回転軸２５上にカムフォロア４５が略水平に突出して設けられている。図９（Ａ）にも示すように、クランパ２６がアンクランプ状態にあるときには、カムフォロア４５がカム溝４３内に進入して取付けプレート４８を離間位置に留め置く一方、クランパ２６がクランプ方向へ向けて回転すると、その回転に伴ないカムフォロア４５がカム溝４３の傾斜に沿って移動し、その移動とともに取付けプレート４８が上昇する。そして、カムフォロア４５がカム溝４３から抜け出ると、取付けプレート４８が接近位置に達してワーク３０の吸着保持がなされる。その後、図９（Ｂ）にも示すように、ワーク３０がクランパ２６の回転カム動作に基づき加工中心に位置決め保持される。

実施形態２によれば、付勢部材８５が無くとも、カムフォロア４５により取付けプレート４８を常時下支えすることができる。もっとも、取付けプレート４８のがた付きを防止するために、取付けプレート４８の上面とハウジング本体部１１の上壁２８下面との間に、取付けプレート４８を常時下方へ向けて付勢する付勢部材８５を介挿しても構わない。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、支持台の周りに４つのクランパが配設されていたが、本発明においては、支持台の周りに周方向に等間隔をおいて少なくとも３つのクランパが配設されていればよい。
（２）上記実施形態では、磁力吸着手段がマグネットと取付けプレートとから構成されていたが、本発明においては、磁力吸着手段はマグネットのみで構成されていてもよい。
（３）上記実施形態では、ワークは円盤状に形成されていたが、本発明においては、形状を問わずに種々のワークに適用できる。特に、クランパがワークの外周縁部に当接してワークを求心方向に誘導するので、平板状のワークが好ましい。

本発明の実施形態１にかかるワーククランプ装置の縦断面図 ワークをクランプした状態を示す要部拡大縦断面図 ワークをクランプする前の状態を示す平面図 ワークをクランプした後の状態を示す平面図 カムフォロアがカム溝の入り口に臨む状態を示す横断面図 カムフォロアがカム溝に沿って移動する途中の状態を示す横断面図 （Ａ）カムの横断面図 （Ｂ）カムの側面図 駆動ギアと従動ギアとを示す横断面図 （Ａ）本発明の実施形態２にかかるワーククランプ装置の、ワークをクランプする前の状態を示す要部拡大縦断面図 （Ｂ）ワークをクランプした後の状態を示す要部拡大縦断面図

符号の説明

１１…ハウジング本体部
１２…支持台
１３…駆動軸
２５…回転軸
２６…クランパ
３０…ワーク
４２…カム
４５…カムフォロア
４６…マグネット
４８…取付けプレート

Claims (5)

1. ワークの表面を加工する際に同ワークをクランプするワーククランプ装置であって、
   前記ワークを載せるための支持台と、この支持台の周りに周方向に等間隔をおいて配設されその回転カム動作に基づいて前記ワークをクランプする少なくとも３つのクランパとを備え、
   前記クランパは、前記ワークの外周縁部に当接しその回転とともに同ワークを求心方向へ押圧可能な押え面を備えることを特徴とするワーククランプ装置。
2. 前記クランパは、ほぼ真円形をなす偏心カムによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のワーククランプ装置。
3. 前記支持台の裏面側には磁力吸着手段が配設され、この磁力吸着手段は、支持台に対して接近又は離間する方向へ移動可能とされ、接近位置にあるときに前記ワークの吸着保持が可能とされ、離間位置にあるときに前記ワークの吸着保持の解除が可能とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーククランプ装置。
4. 前記クランパの回転軸上に位置する部分及び前記磁力吸着手段のいずれか一方にはカムが設けられ、他方には前記カムと係合し得るカムフォロアが設けられており、前記カムフォロアは、前記クランパのクランプ方向への回転に伴ない前記カムのカム面に沿って移動することで前記磁力吸着手段を前記接近位置側へ向けて移動可能とし、前記クランパのアンクランプ方向への回転に伴ない前記カムのカム面に沿って戻り方向に移動することで前記磁力吸着手段を前記離間位置側へ向けて移動可能としていることを特徴とする請求項３に記載のワーククランプ装置。
5. 前記磁力吸着手段は、付勢部材により常時前記支持台側へ付勢されており、前記付勢部材は、前記クランパのアンクランプ方向への回転により付勢力を蓄積しつつ弾縮されるようになっていることを特徴とする請求項４に記載のワーククランプ装置。

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