JP2008183651A - 段替えプレートのクランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向に位置決めできクランプ可能な段替えプレートのクランプ装置を提供する。
【解決手段】本クランプ装置１は、段替えプレート２と治具ベース３との間に、段替えプレート２の平面方向を位置決めする第１位置決め部材４と、段替えプレート２の高さ方向を位置決めする第２位置決め部材５とを別々に設けて構成しているので、段替えプレート２を治具ベース３に対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向に位置決めできクランプすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、各工作機械に備えられた治具ベースに、ワークが固定される段替えプレートをクランプする際、該段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く位置決めしてクランプ可能な段替えプレートのクランプ装置に関するものである。

一般に、各工作機械の作業テーブルに固設される治具ベースには段替えプレートがクランプされており、量産ラインでの生産効率を向上させるためには、段替えプレートを治具ベースにクランプする際、段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向に位置決めしてクランプできることが重要な課題となっている。

そこで、段替えプレートのクランプ装置として、特許文献１にはデータム機能付きクランプ装置が開示されている。
すなわち、この特許文献１のデータム機能付きクランプ装置は、クランプパレット（治具ベース）の上面の複数個所にクランプが固定されており、一方、ワークパレット（段替えプレート）には、各クランプの対応する位置にソケット穴が複数設けられ、これらの各ソケット穴に設けたリングと各クランプとがクランプバネの付勢力によって、リングの位置決め孔がクランプのシャトル部材のテーパ面に強力にテーパ係合して、ワークパレットがクランプパレットに対して水平方向に拘束されると共に、リングの下面の支持面がクランプのカバーブロックの被支持面に当接されて、ワークパレットがクランプパレットに対して上下方向に拘束されて、ワークパレットがクランプパレットにクランプされる。

また、特許文献２には、短時間で段取り替えを可能とした、各工作機械に搭載することにより、フレキシブルな加工ラインを構成することできる切削／研削等の機械加工用のフレキシブル機械加工治具が開示されている。
すなわち、この特許文献２のフレキシブル機械加工治具は、位置基準ピンやクランプ装置をサーボモータ等を駆動させることでその位置を水平２次元方向に位置決めでき、しかも、その位置でロックできる機能を有している。
特許第３４５９４１４号公報 特開平７−２３７０６４号公報

しかしながら、特許文献１のデータム機能付きクランプ装置では、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドのような大物のワークをワークパレット（段替えプレート）にクランプした際、曲げモーメントが大きくなるためワークパレットの歪みが大きくなり、クランプ装置を多数配置したりワークパレットの厚みを厚くする必要があり、ワークパレットが大型化するため好ましくない。
また、このクランプ装置では、クランプパレットの各クランプとワークパレットの各リングとの嵌合により、ワークパレットがクランプパレットに対して水平方向及び上下方向に拘束されてクランプされるように構成されているので、このクランプ装置を多数配置すると高さ方向の相対誤差が大きくなる。
そのために、クランプのカバーブロックの被支持面やソケット穴に備えたリングのテーパ面の公差等を考慮し、ワークパレットの組み付け調整を行い高さ方向の位置精度を確保する必要があり、段替作業が煩雑となり生産効率を向上させることができず、しかも、クランプ装置を多数配置すると価格も高くなり好ましくない。

また、特許文献２のフレキシブル機械加工治具は、サーボモータやスライド機構等を備えているために治具の構成が複雑で部品点数が多く価格が高くなり好ましくない。
さらに、このフレキシブル機械加工治具はその寸法が大きく、量産ラインでは欠くことのできないターン機構やチルト機構を備えた構成を構築できない。しかも、寸法が大きいために一般的なマシニングセンターに採用することもできない。
その上、このフレキシブル機械加工治具は、可動部が多く採用されているために、加工時に飛散される切粉により、可動部が頻繁に故障する虞があり信頼性にも欠ける。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で、段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向に位置決めできクランプ可能な段替えプレートのクランプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の段替えプレートのクランプ装置は、段替えプレートと治具ベースとの間に、前記段替えプレートの平面方向を位置決めする第１位置決め部材と、前記段替えプレートの高さ方向を位置決めする第２位置決め部材とを別々に設けて構成されることを特徴としている。
これにより、段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向に位置決めしてクランプすることができるので、段替え作業の際、段替えプレートの組付け調整を行う必要がなく、段替えプレートの位置精度を確保することができる。
なお、本発明の段替えプレートのクランプ装置の各種態様およびそれらの作用については、以下の（発明の態様）の項において詳しく説明する。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。なお、各態様は、請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付して、必要に応じて他の項を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施の形態等に参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要件を付加した態様も、また、各項の態様から構成要件を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）乃至（３）の各々が、請求項１乃至３の各々に相当する。

（１）段替えプレートを治具ベースに位置決めしてクランプするクランプ装置であって、該クランプ装置は、前記段替えプレートと前記治具ベースとの間に、前記段替えプレートの平面方向を位置決めする第１位置決め部材と、前記段替えプレートの高さ方向を位置決めする第２位置決め部材とを別々に設けて構成されることを特徴とする段替えプレートのクランプ装置。
従って、（１）項の段替えプレートのクランプ装置では、従来、平面方向及び高さ方向を略同時に位置決めするクランプ装置を多数配置することにより生じていた高さ方向の相対誤差が無くなり、段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向を位置決めしてクランプすることができる。その結果、段替えプレートの組み付け調整を行う必要がなくなり、段替作業の効率を向上させることができる。
また、本クランプ装置では、高さ基準を治具ベースの上面に設定しているので、高さ基準をクランプの構成部材の平坦面に設定していた従来のクランプ装置に比べて、段替えプレートの高さ方向の位置精度が向上する。

（２）前記第２位置決め部材は、柱状のものであることを特徴とする（１）項に記載の段替えプレートのクランプ装置。
従って、（２）項の段替えプレートのクランプ装置では、簡単な構成であるので、複雑な高さ方向の位置調整を必要としない。

（３）前記第１位置決め部材は、前記段替えプレートを前記治具ベースにクランプする機能を有していることを特徴とする（１）項または（２）項に記載の段替えプレートのクランプ装置。
従って、（３）項の段替えプレートのクランプ装置では、第１位置決め部材は、段替えプレートの平面方向を位置決めする機能に加えて、段替えプレートを治具ベースにクランプする機能も兼ね備えているので、クランプ装置が複雑化せずシンプルになる。

（４）前記段替えプレートは、前記治具ベースに対して複数枚に分割されてクランプされることを特徴とする（１）項〜（３）項のいずれかに記載の段替えプレートのクランプ装置。
従って、（４）項の段替えプレートのクランプ装置では、段替えプレートが大型化しないため、取り扱いが容易となる。

本発明によれば、簡易な構造で、段替えプレートを治具ベースに対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向に位置決めできクランプ可能な段替えプレートのクランプ装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図１〜図４に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るクランプ装置１は、図１に示すように、段替えプレート２を治具ベース３に対して、容易に且つ精度良く位置決めしてクランプするものであり、段替えプレート２と治具ベース３との間に、段替えプレート２をその平面方向を位置決めすると共にクランプする第１位置決め部材４と、段替えプレート２の高さ方向を位置決めする第２位置決め部材５とを別々に設けて構成されている。

図１に示す形態では、治具ベース３の上方に段替えプレート２が２枚分割されて配置されており、一方の段替えプレート２と治具ベース３との間には、略中央部位に第１位置決め部材４、４が並んで２台配置され、４隅に第２位置決め部材５、５が配置されている。また、他方の段替えプレート２と治具ベース３との間にも同様の配置となっている。なお、符号６は、段替えプレート２の上面にワークを固定するための位置決めピンを示している。

治具ベース３には、図２及び図３に示すように、各第１位置決め部材４の構成であるクランプ本体部１５が挿着される凹部１０が、各クランプ本体部１５に対応して形成されている。一方、段替えプレート２には、治具ベース３からの各クランプ本体部１５と対応する位置に、小径ソケット穴１１と大径ソケット穴１２からなるソケット穴１３が形成される。なお、治具ベース３の各凹部１０には、各凹部１０内へオイルを供給する加圧オイル供給管１４が連通している。

第１位置決め部材４は、段替えプレート２の平面方向の位置決めをすると共に、段替えプレート２を治具ベース３側に押圧して治具ベース３にクランプする機能を有している。
すなわち、第１位置決め部材４は、図３及び図４に示すように、治具ベース３に固定され、その上面から突出するクランプ本体部１５と、該クランプ本体部１５が挿入される、段替えプレート２に設けた大径ソケット穴１２に固定されるリング部１６とからなる。

クランプ本体部１５は、治具ベース３内へ挿着される円筒状の挿着部２０と、該挿着部２０から連続し、治具ベース３の上面に当接され、治具ベース３へ取付ボルト（図示略）で固定される円筒状の台座部２１と、該台座部２１から連続して挿着部２０よりも小径で上方に延びる円筒状のプラグ部２２と、これら挿着部２０、台座部２１及びプラグ部２２の内部を上下方向に摺動する摺動軸部２３とからなる。
プラグ部２２の上部には、係合ボール３２の一部が挿入される開口部２５が周方向に間隔をあけて複数設けられている。プラグ部２２の上下方向略中間部分から下端部に亘ってその外周面には、下方に向かって拡径される位置決めテーパ面２６が形成されている。また、挿着部２０の内部には、クランプ用バネ２７が収納される凹部２８が形成されている。
摺動軸部２３には、その下端から一体に有底筒状の周壁３０が摺動軸部２３の下部を取り囲むように周設されており、摺動軸部２３の下部と周壁３０との間に環状空間３３が設けられている。また、摺動軸部２３の上部には、その外周面全周に亘って各係合ボール３２の一部を収納できる溝部３１が形成されている。

そして、クランプ本体部１５は、プラグ部２２、台座部２１及び挿着部２０の内部に摺動軸部２３を挿入すると共に、摺動軸部２３の下部に設けた環状空間３３と、挿着部２０内の凹部２８との間にクランプ用バネ２７を配設して、さらに、摺動軸部２３の上部の溝部３１に各係合ボール３２の一部を収納すると共に、各係合ボール３２の一部をプラグ部２２の上部の各開口部２５に配置して構成される。
なお、クランプ用バネ２７は、板バネを上下方向に複数積層してもよいし、コイルバネを採用してもよい。

リング部１６は、図３及び図４に示すように、段替えプレート２に設けた大径ソケット穴１２にシム３５を介して取付ボルト（図示略）で固定されている。このリング部１６の下部の内周面には、下方に向かって拡径する位置決めテーパ面３６が形成されている。また、リング部１６の下部には、位置決めテーパ面３６とリング部１６の外周面との間に弾性部材３７が埋設されている。この弾性部材３７によりリング部１６の位置決めテーパ面３６が径方向に圧迫されると拡径変形するようになる。また、このリング部１６の内周面上端にはその全周に亘って、クランプ本体部１５に設けた各係合ボール３２が転動する環状傾斜面３８が上方に向かって拡径するように形成されている。なお、シム３５の内周径は、リング部１６に設けた環状傾斜面３８の外周縁の径よりも大きく設定されている。

第２位置決め部材５は、図２に示すように、柱状のブロック部材４０で構成されており、ブロック部材４０は段替えプレート２の所定位置に一体に複数形成されるか、またはブロック部材４０を別体として複数形成し、各ブロック部材４０を段替えプレート２の所定位置にボルト固定により固定するかいずれかの形態が採用される。図２に示す本実施の形態のように、ブロック部材４０は、高さ精度の関係から段替えプレート２と一体に形成される方が望ましい。また、ブロック部材４０を治具ベース３側にボルト固定してもよく、治具ベース３と一体に形成してもよい。なお、ブロック部材４０の高さ設定については後で詳述する。

次に、本発明の実施の形態に係るクランプ装置１の作用を説明する。
まず、段替えプレート２を治具ベース３にクランプする前に、各クランプ本体部１５をアンクランプ状態にしておく。すなわち、加圧オイルをオイル供給管１４から治具ベース３の各凹部１０内へ圧送し、各クランプ本体部１５の摺動軸部２３を上方に摺動させると共に、摺動軸部２３の溝部３１内に各係合ボール３２の一部を収納して、各係合ボール３２をクランプ本体部１５のプラグ部２２の外周面から突出させないようにしておく。この状態では、摺動軸部２３の上端がクランプ本体部１５のプラグ部２２の上端から若干突出している状態となる。

次に、段替えプレート２を治具ベース３の上方に移動させて、段替えプレート２を、各大径ソケット穴１２内に固定されたリング部１６と、治具ベース３から突出された各クランプ本体部１５との位置合わせを行いながら下降させて、段替えプレート２の各リング部１６を治具ベース３の各クランプ本体部１５に挿入し、段替えプレート２の各小径ソケット穴１１の頂面に、各クランプ本体部１５の摺動軸部２３の上端面を当接させる。
この段階では、各クランプ本体部１５側のプラグ部２２の外周面に設けた位置決めテーパ面２６と、各リング部１６側に設けた位置決めテーパ面３６との間には隙間がある状態である。また、段替えプレート２の各ブロック部材４０の下面と、治具ベース３の上面との間にも隙間がある状態となっている。

次に、加圧オイルを治具ベース３の各凹部１０から抜き、クランプ本体部１５のアンクランプ状態を解除すると、各クランプ本体部１５のクランプ用バネ２７の付勢力により摺動軸部２３が下降すると同時に段替えプレート２が自重で下降し、各クランプ本体部１５の各係合ボール３２が摺動軸部２３の溝部３１から押し出され、プラグ部２２の各開口部２５から外方に突出して各リング部１６の環状傾斜面３８に転動し、各リング部１６、すなわち段替えプレート２の下降を助勢する。
このように段替えプレート２が下降し始めると、段替えプレート２の各リング部１６側に設けた位置決めテーパ面３６が、治具ベース３の各クランプ本体部１５側のプラグ部２２の外周面に設けた位置決めテーパ面２６にテーパ係合して、各リング部１６側の位置決めテーパ面３６が拡径されながら調心されて、段替えプレート２が治具ベース３に対してその平面方向の位置決めが成される。

その後、段替えプレート２の各ブロック部材４０の下面が治具ベース３の上面に当接して、段替えプレート２が治具ベース３に対してその高さ方向の位置決めが成される。
そして、治具ベース３からの各クランプ本体部１５の各係合ボール３２が段替えプレート２の各リング部１６の環状傾斜面３８に位置した状態で、各係合ボール３２が環状傾斜面３８を下方に押圧することにより、段替えプレート２が治具ベース３側へ押圧されて段替えプレート２が治具ベース３にクランプされる。
なお、各ブロック部材４０の高さは、各クランプ本体部１５の各係合ボール３２が段替えプレート２の各リング部１６を治具ベース３側に十分な押圧力を付与できる程度の高さに設定する必要がある。つまり、各ブロック部材４０の高さを、段替えプレート２の各ブロック部材４０の下面が治具ベース３の上面に当接する前に、段替えプレート２の各小径ソケット穴１１の頂面が各クランプ本体部１５のプラグ部２２の上端面に当接することのないように、また、各ブロック部材４０の下面が治具ベース３の上面に当接した時点で、各係合ボール３２がリング部１６の環状傾斜面３８から離れることのないように高さ設定する必要がある。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るクランプ装置１は、段替えプレート２と治具ベース３との間に、段替えプレート２の平面方向を位置決めする第１位置決め部材４と、段替えプレート２の高さ方向を位置決めする第２位置決め部材（ブロック部材４０）５とを別々に設けているので、段替えプレート２を治具ベース３に対して、容易に且つ精度良く平面方向及び高さ方向を位置決めしてクランプすることができる。これにより、従来のように、平面方向及び高さ方向を略同時に位置決めするクランプ装置を多数配置することにより生じていた高さ方向の相対誤差が無くなり、その結果、段替えプレート２の組み付け調整を行う必要がなく、段替作業の効率を向上させることができる。
しかも、本クランプ装置１はその構成が簡素化されているために、量産ラインと同じ設備構成を採用することができる。

また、本クランプ装置１では、段替えプレート２の高さ方向の位置決めを行う第２位置決め部材５をワークの重量に対応するように適宜箇所に複数配置すれば、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドのような大物のワークを段替えプレート２にクランプした際の段替えプレート２の歪みを防ぐことができ、段替えプレート２をコンパクトにすることができる。

さらに、平面方向及び高さ方向を略同時に位置決めする従来のクランプ装置では、高さ基準をクランプ装置の構成部品の平坦部に設定していたのに対して、本クランプ装置１では、高さ基準を治具ベース３の上面に設定しているために段替えプレート２の高さ方向の位置精度が向上する。
さらにまた、本クランプ装置１を、段替えプレート２の搬送方式のラインに適用すれば、段替えプレート２の搬送の最も大きな課題である段替えプレート２のクランプ精度管理を飛躍的に簡単に行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る段替えプレートのクランプ装置を上面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る段替えプレートのクランプ装置の側面図である。 図３は、第１位置決め部材のアンクランプ状態の断面図である。 図４は、第１位置決め部材のクランプ状態の断面図である。

符号の説明

１ クランプ装置，２ 段替えプレート，３ 治具ベース，４ 第１位置決め部材，５ 第２位置決め部材，１５ クランプ本体部，１６ リング部，４０ ブロック部材（第２位置決め部材）

Claims (3)

1. 段替えプレートを治具ベースに位置決めしてクランプするクランプ装置であって、
   該クランプ装置は、前記段替えプレートと前記治具ベースとの間に、前記段替えプレートの平面方向を位置決めする第１位置決め部材と、前記段替えプレートの高さ方向を位置決めする第２位置決め部材とを別々に設けて構成されることを特徴とする段替えプレートのクランプ装置。
2. 前記第２位置決め部材は、柱状のものであることを特徴とする請求項１に記載の段替えプレートのクランプ装置。
3. 前記第１位置決め部材は、前記段替えプレートを前記治具ベースにクランプする機能を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の段替えプレートのクランプ装置。
   

Images