JP2010247290A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークのクランプ力を強め且つクランプ状態を安定させることのできるクランプ装置を提供する。
【解決手段】略方形のシート状のワークを加工する加工装置に併設され、ワークの少なくとも２辺をクランプしてワークを保持するクランプ装置２であって、ワークを受ける受けクランプアーム２５と、ワークを、受けクランプアーム２５との間に挟み込んで押圧する押圧クランプアーム２６と、出力端部４１が受けクランプアーム２５の延在方向に進退自在に構成され、押圧クランプアーム２６に押圧力を付与するための動力源と、出力端部４１と押圧クランプアーム２６の基部との間に介設され、出力端部４１の進退動を、押圧クランプアーム２６の押圧力に変換して伝達する動力伝達機構２９と、を備えた。
【選択図】図２

Description

略方形のシート状のワークをクランプして保持するクランプ装置に関する。

従来、軸受部を中心に回動するようにボディーに取り付けられ、ワークをクランプするアームと、復動可能なエアーシリンダー部のロッド部材に連なるナックルジョイント部の直進運動を、アームの回転運動に変換するトグルリンク機構と、アームがワークをクランプしていない（アンクランプ）状態における初期位置を保持するロック機構と、を備えたクランプ装置が知られている（特許文献１参照）。
このクランプ装置におけるロック機構は、ばね部材により、屈曲したロックプレートが常にナックルジョイント部側に押圧されており、アンクランプ状態において、ロックプレートが、ナックルジョイント部に設けられた山型の係合部に係合してアームの初期位置を保持するようになっている。

特開２００１−３４１０３９号公報

しかし、上記のようなクランプ装置では、アンクランプ状態におけるアームの初期位置を保持することはできるが、ワークのクランプ状態を保持するには、エアーシリンダー部を駆動し続ける必要がある。この場合、エアーシリンダー部に対する圧縮エアーの圧力にむらがあると、クランプ力が不安定となり、クランプ状態を一定に保つことができないという問題があった。

本発明は、ワークのクランプ力を強め且つクランプ状態を安定させることのできるクランプ装置を提供することを課題とする。

本発明のクランプ装置は、略方形のシート状のワークを加工する加工装置に併設され、ワークの少なくとも２辺をクランプしてワークを保持するクランプ装置であって、ワークを受ける受けクランプアームと、ワークを、受けクランプアームとの間に挟み込んで押圧する押圧クランプアームと、出力端が受けクランプアームの延在方向に進退自在に構成され、押圧クランプアームに押圧力を付与するための動力源と、出力端と押圧クランプアームの基部との間に介設され、出力端の進退動を、押圧クランプアームの押圧力に変換して伝達する動力伝達機構と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、押圧クランプアーム自身が持つワークに対する押圧力に加えて、動力伝達機構により、押圧クランプアームは、受けクランプアーム側に向かって押圧される。したがって、受けクランプアームと押圧クランプアームとの間に挟み込まれたワークに対する押圧力が増し、ワークのクランプ状態を安定させることができる。これにより、併設された加工装置において、クランプされた状態のワークを加工する際に、ワークが所定位置からずれる等の問題が生じることがない。なお、ワークは、そのクランプ状態の安定性を考慮して、３辺をクランプすることが好ましい。また、ワークを２辺でクランプする場合は、一組の対辺をクランプすることが好ましい。
さらに、例えば、受けクランプアームが水平方向に延在している場合、動力源の出力端が水平方向に進退するように動力源が設けられることとなるため、クランプ装置自体を低重心化することがでる。これにより、ワークをクランプした状態でのクランプ装置の移動時や、上記の加工時におけるクランプ装置の姿勢安定性を向上させることができる。

この場合、動力伝達機構は、斜面カムと斜面カムに係合するカムフォロアーとを備えたカム機構で、構成されていることが好ましい。

また、この場合、カム機構は、動力源の出力端に取り付けた斜面カムと、押圧クランプアームの基部に取り付けたローラーカムフォロアーと、で構成されていることが好ましい。

これらの構成によれば、動力源の出力端の進退動（直線運動）を、簡単な構成で、押圧方向の力に変換することができる。これにより、クランプ装置自体を単純化・小型化することができる。また、カム機構では、連結部分を少なくすることができ、且つ、力が作用する部材のたわみの影響を少なくすることができる。これにより、動力源の動力を効率良く押圧クランプアームの押圧力に変換することができる。
また、ローラーカムフォロアーとすることで、斜面カムとの接触抵抗が軽減されるため、カム機構の磨耗を防止することができる。

この場合、動力源が、エアーシリンダーで構成されていることが好ましい。

この構成によれば、動力源の構造を単純化することができる。なお、このエアーシリンダーは復動式であることが好ましい。

また、この場合、押圧クランプアームを、ワークをクランプするクランプ位置と、クランプ位置から退避しワークを除給材するための除給材位置との間で、回動させるアーム回動機構を、更に備えたことが好ましい。

この構成によれば、ワークの除給材を簡単に且つ効率よく行うことができる。なお、アーム回動機構をロータリーアクチュエーター等で構成し、動力源と共にワークにクランプ力を付与することが好ましい。

マザープレート（ａ）およびノズルプレート（ｂ）の平面図、ノズル孔の拡大断面図（ｃ）である。 本実施形態に係るクランプ装置の平面図（ａ）および側面図（ｂ）である。 本実施形態に係るクランプ装置の側方断面図（ａ）および斜面カムの拡大断面図（ｂ）である。 本実施形態に係るクランプ装置によるマザープレートのクランプ手順について示した説明図である。 クランプ状態のマザープレートに対する加工装置による加工工程について示した説明図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係るクランプ装置について説明する。このクランプ装置は、インクジェットヘッドの液滴吐出面側に貼着されるノズルプレートが複数枚、打ち抜かれる大判のマザープレートをクランプし、このマザープレートの所定位置に複数のノズル孔を形成するべく、マザープレートを加工装置の加工位置に臨ませるものである。そこで、先ずワークとなるマザープレートおよびマザープレートから複数枚取りされるノズルプレートについて簡単に説明する。

図１に示すように、マザープレート１（ワーク）は、ノズルプレート１１が複数枚取りできる大判の薄手の板状（シート状）に形成されている。マザープレート１は、機能液（インク）を吐出するインクジェットヘッドの吐出ノズルとなる多数のノズル孔１２が形成される複数のノズルプレート形成部１３を有している。各ノズルプレート形成部１３は、マザープレート１上に整列配置され（図１（ａ）参照）、各ノズルプレート形成部１３には、機能液（インク）を吐出するインクジェットヘッドの吐出ノズルとなる多数のノズル孔１２が形成されている（図１（ｂ）参照）。なお、多数のノズル孔１２は、後述するクランプ装置２によりクランプされたマザープレート１が、パンチ３ａとダイ３ｂとを有する加工装置３（図５参照）の加工位置に導入され、この加工装置３により複数回プレスされて形成される。そして、マザープレート１は、多数のノズル孔１２の検査を経た後、図外のプレス装置により打ち抜かれてノズルプレート１１の複数枚取りが行われる。

各ノズルプレート形成部１３には、２列のノズル列１４が平行に３組形成されており、各ノズル列１４は、等ピッチで並べた９０個のノズル孔１２で構成されている（図１（ｂ）参照）。各ノズル孔１２の表面（上面）側開口部分は、テーパ状を為しており、各ノズル孔１２は、マザープレート１の表面（または裏面）に対して直角に貫通形成されている（図１（ｃ）参照）。

次に、図２および図３を参照して、クランプ装置２について説明する。クランプ装置２は、水平面内をＸ・Ｙ軸方向に移動可能に設けられたＸＹテーブル２０と、ＸＹテーブル２０上に搭載されたフレーム部２１と、フレーム部２１により支持され、マザープレート１を鉛直方向上下から挟み込んで固定するクランプ部２２と、を備え、上記の加工装置３に隣接して配設されている（図２（ａ）および図５参照）。なお、以降の説明では、クランプ装置２が、加工装置３に対して離接する方向をＸ軸方向と規定し、加工装置３に対して平行な方向をＹ軸方向と規定している。また、加工装置３側を前方と規定して説明する。

ＸＹテーブル２０は、Ｙ軸方向に延在するように機台（図示省略）上に配設された一対のＹ軸リニアモーター２０ａ（ステーターおよびスライダー）と、一対のＹ軸リニアモーター２０ａによりＹ軸方向にスライド自在に移動するＹ軸テーブル２０ｂと、Ｘ軸方向に延在するようにＹ軸テーブル２０ｂ上に配設された一対のＸ軸リニアモーター２０ｃ（ステーターおよびスライダー）と、一対のＸ軸リニアモーター２０ｃによりＸ軸方向にスライド自在に移動するＸ軸テーブル２０ｄと、を有している。そして、Ｘ軸テーブル２０ｄ上には、フレーム部２１が搭載されており、このＸＹテーブル２０を駆動することで、フレーム部２１およびクランプ部２２を水平面内で自由に移動させることができるようになっている。

フレーム部２１は、Ｘ軸テーブル２０ｄ上に搭載され、水平面内（Ｘ・Ｙ）を移動可能にクランプ部２２全体を支持する板状のメインフレーム２３と、メインフレーム２３上に間隙を存して平行に設けられた板状のサブフレーム２４と、で２層構造を為している。メインフレーム２３は、クランプ部２２の後方に位置し、クランプ部２２全体を支持している。また、サブフレーム２４は、メインフレーム２３上に配設されたエアーシリンダー機構２８（後述）の上側に位置し、ロータリーアクチュエーター３３（後述）を支持している。

クランプ部２２は、マザープレート１の３辺を受ける受けクランプアーム２５と、受けクランプアーム２５上のマザープレート１の３辺を鉛直方向上側から押圧する押圧クランプアーム２６と、押圧クランプアーム２６の基端部に接続され、押圧クランプアーム２６を回動させるアーム回動機構２７と、受けクランプアーム２５の延在方向に出力端部４１を進退自在に構成したエアーシリンダー機構２８（動力源）と、エアーシリンダー機構２８の出力端部４１の進退動を押圧力に変換して、その押圧力を押圧クランプアーム２６に伝える動力伝達機構２９と、を備えている。

受けクランプアーム２５は、メインフレーム２３の前端に連なり、Ｙ軸方向に沿って延在する受けアーム基端部２５ａと、受けアーム基端部２５ａのＹ軸方向両端部分から前方に延在する一対の受けアーム部２５ｂと、を備え、平面視、前方を開放したＵ字状を為している。また、受けクランプアーム２５は、自重およびクランプ力で撓まない程度の剛性を有している。

マザープレート１の両側辺（一組の対辺）は、一対の受けアーム部２５ｂに載置され、また、マザープレート１の後方の１辺は、受けアーム基端部２５ａに載置される。すなわち、受けクランプアーム２５は、マザープレート１の前方の１辺を除く、３辺を受けるようになっている。また、受けアーム基端部２５ａのＹ軸方向両端部分には、受けクランプアーム２５上でのマザープレート１の後方端を位置決めするための一対の位置決めピンＰが突設されている（図４（ａ）参照）。なお、本実施形態では、マザープレート１の３辺を受けるようにしているが、マザープレート１の両側辺（一組の対辺）を受けるようにしてもよい。

押圧クランプアーム２６は、受けクランプアーム２５とほぼ同様な形状を持つものであり、メインフレーム２３の前方において、Ｙ軸方向に沿って設けられた押圧アーム基端部２６ａと、押圧アーム基端部２６ａのＹ軸方向両端部分から前方に延在する一対の押圧アーム部２６ｂと、を備え、平面視、前方を開放したＵ字状を為している。そして、押圧クランプアーム２６は、受けクランプアーム２５に対し鉛直方向上側から重なるように臨んで、マザープレート１をクランプする。また、押圧クランプアーム２６も、受けクランプアーム２５と同様に、自重およびクランプ力で撓まない程度の剛性を有しているが、受けクランプアーム２５よりも薄く形成されている。

押圧クランプアーム２６は、受けクランプアーム２５上に載置されたマザープレート１の前方の１辺を除く、３辺を鉛直方向上側から押圧する。すなわち、マザープレート１は、上記の３辺を受けクランプアーム２５と押圧クランプアーム２６との間に挟み込まれて固定される（クランプ状態）。また、押圧アーム基端部２６ａのＹ軸方向両端部分には、上記した一対の位置決めピンＰが係合する一対の係合孔（図示省略）が形成されている。なお、上記したように、マザープレート１の両側辺（一組の対辺）を受けクランプアーム２５（一対の受けアーム部２５ｂ）で受けた場合には、押圧クランプアーム２６により、両側辺（２辺）を押圧する。

なお、本実施形態では、押圧クランプアーム２６（各押圧アーム部２６ｂ）は、受けクランプアーム２５と平行に重ねられて設けられているが、押圧クランプアーム２６（各押圧アーム部２６ｂ）を、基端部から前方端部へと山形に僅かに湾曲するように形成してもよい。また、押圧クランプアーム２６（各押圧アーム部２６ｂ）を、基端部から前方端部へ直線的に下方に向かって緩やかな傾斜を持つように形成してもよい。このようにすることで、マザープレート１を、Ｘ軸方向においてより均一に押圧することができる。

このようにクランプされたマザープレート１は、上記した加工装置３の加工位置に導入される。つまり、加工装置３のパンチ３ａとダイ３ｂとに、受けクランプアーム２５および押圧クランプアーム２６の前方の開口部分が臨むようになっている（図５参照）。

次に、アーム回動機構２７は、押圧クランプアーム２６の押圧アーム基端部２６ａのＹ軸方向両端部分に接続され、押圧クランプアーム２６を回動させるための一対の回動アーム３１と、一対の回動アーム３１の後方端部が軸着され、押圧クランプアーム２６の回動中心となるアーム回転軸３２と、アーム回転軸３２を介して、一対の回動アーム３１を回動させる動力源たるロータリーアクチュエーター３３（エアーアクチュエーター）と、を備えている。

一対の回動アーム３１の前方端部は、押圧アーム基端部２６ａの両端部の上側に連結されており、各回動アーム３１は、メインフレーム２３をＹ軸方向外側から迂回するように後方に延在している。そして、メインフレーム２３のＸ軸方向中央よりやや前方の位置において、各回動アーム３１は、メインフレーム２３のＹ軸方向中央に向かって直角に屈曲し、それぞれ、メインフレーム２３とサブフレーム２４との間において、Ｙ軸方向に沿って転動自在に支持されたアーム回転軸３２に軸着されている。

ロータリーアクチュエーター３３は、メインフレーム２３の前方に、その出力軸３４をＹ軸方向に向けて、サブフレーム２４上に配設されている。ロータリーアクチュエーター３３の出力軸３４には、駆動プーリー３５が設けられている。この駆動プーリー３５と上記のアーム回転軸３２に設けられた従動プーリー３６との間には、サブフレーム２４のベルト開口Ｈを貫通して、タイミングベルト３７が掛け渡されている。したがって、ロータリーアクチュエーター３３の回動力（駆動力）は、タイミングベルト３７を介してアーム回転軸３２に伝達され、アーム回転軸３２を回転中心として、一対の回動アーム３１および押圧クランプアーム２６が回動する。

この回動動作は、押圧クランプアーム２６が、受けクランプアーム２５上のマザープレート１を挟み込むクランプ位置Ａ１と、クランプ位置Ａ１から上方に回動され、マザープレート１を除給材するための除給材位置Ａ２と、の間で行われる（図２（ｂ）参照）。そして、好ましくは、クランプ位置Ａ１において、ロータリーアクチュエーター３３の駆動を続行し、マザープレート１にクランプ力を付与する。

エアーシリンダー機構２８は、いわゆる復動可能なエアーシリンダーであり、上記したロータリーアクチュエーター３３（サブフレーム２４）の下側において、メインフレーム２３のＹ軸方向略中央で、且つ上記のアーム回転軸３２の前方に配設されている（図３（ａ）参照）。そして、各エアーシリンダー機構２８のピストンロッドの出力端部４１は、上記した押圧クランプアーム２６とアーム回動機構２７との接続部分付近において、前後方向（Ｘ軸方向）に往復直線運動（進退動）ができるようになっている。この出力端部４１は、Ｙ軸方向に延在するブロック状の部材であり、出力端部４１の端面には、後述する斜面カム４２が接続されている（図２（ａ）参照）。そして、詳細は後述するが、この出力端部４１の進退動は、押圧クランプアーム２６を受けクランプアーム２５（マザープレート１）へと押し付ける押圧力に変換されるようになっている。

また、エアーシリンダー機構２８は、水平方向に寝かせて設けられているため、加工装置３に干渉することが無く、且つクランプ装置２自体の重心を低くすることができる。これにより、ＸＹテーブル２０によるクランプ装置２の移動時や、上記した加工装置３でのマザープレート１の加工時等における、クランプ装置２の姿勢安定性を向上させることができる。

図３に示すように、動力伝達機構２９は、いわゆるカム機構であり、エアーシリンダー機構２８の出力端部４１の前後方向の進退動を、鉛直方向下向きの押圧力に変換するための係合斜面Ｓを有する斜面カム４２と、各斜面カム４２に係合して押圧力を生じさせるための一対のローラーカムフォロアー４３（図２（ａ）参照）と、を備えている。

斜面カム４２は、一対の回動アーム３１の内側で、Ｙ軸方向に延在するブロック状の部材である（図２（ａ）参照）。また、斜面カム４２は、上記した各エアーシリンダー機構２８の出力端部４１の端面に接続された板状の背面部４２ａと、背面部４２ａの上端から前方に突出するように形成された斜面部４２ｂと、を備え、側面視、略Ｌ字状を為している（図３（ｂ）参照）。斜面部４２ｂの下面には、前方斜め上に向かって係合斜面Ｓが形成されており、斜面部４２ｂは、側面視、前方に向かって先細るような台形を為している。

各ローラーカムフォロアー４３は、上記した押圧クランプアーム２６とアーム回動機構２７との接続部分である、一対の回動アーム３１の前方端部分に互いに内向きの片持ち状態で、且つ回転自在に配設されている。そして、エアーシリンダー機構２８により前方に押し出された各斜面カム４２は、各ローラーカムフォロアー４３に転接し、斜面カム４２とローラーカムフォロアー４３との間のカム作用により、一対の回動アーム３１を介して、押圧クランプアーム２６を下方に押圧する。なお、本実施形態では、ローラーカムフォロアー４３を用いたが、ローラー以外のカムフォロアー（回転しないもの）であってもよい。また、エアーシリンダー機構２８にローラーカムフォロアー４３を設け、一対の回動アーム３１に斜面カム４２を設ける構造であってもよい。

続いて、図４を参照して、本実施形態のクランプ装置２（の図外の制御装置）によるマザープレート１のクランプの手順について説明する。マザープレート１をクランプ状態とするには、先ず、押圧クランプアーム２６を除給材位置Ａ２にした状態で、受けクランプアーム２５上にマザープレート１を載置する（図４（ａ）参照）。この際、マザープレート１は、一対の位置決めピンＰに当接させて位置決めされる。その後、アーム回動機構２７を駆動し、押圧クランプアーム２６をクランプ位置Ａ１に回動させる（図４（ｂ）参照）。

次に、各エアーシリンダー機構２８を駆動し、各斜面カム４２を前方に押し出し、各斜面カム４２と各ローラーカムフォロアー４３とを係合させる（図４（ｃ）参照）。すると、各ローラーカムフォロアー４３は、アーム回転軸３２を中心に下動する（実際には円運動となる）。このため、押圧クランプアーム２６（および各回動アーム３１）には、マザープレート１に対する押圧力が作用する。
このとき、マザープレート１には、アーム回動機構２７による押圧力に加えて、動力伝達機構２９による押圧力が作用している。したがって、受けクランプアーム２５と押圧クランプアーム２６との間に挟み込まれたマザープレート１に対する押圧力が増し、マザープレート１のクランプ状態を安定させることができる。なお、実験結果から、係合斜面Ｓの傾斜角度は、１８°が好ましい（図３（ｂ）参照）。この場合、各エアーシリンダー機構２８の前方への力が８０Ｎのとき、押圧力は２４６．２Ｎとなる。

ここで、動力伝達機構２９により作用させる押圧力が、押圧クランプアーム２６およびアーム回動機構２７の回転中心の近傍である場合、押圧クランプアーム２６の前方端部の押圧力が弱くなり、マザープレート１を確実にクランプできないという問題がある。
しかし、本実施形態では、押圧クランプアーム２６およびアーム回動機構２７の回転中心は、一対の回動アーム３１の後方端部が接続されたアーム回転軸３２であるのに対し、動力伝達機構２９は、押圧クランプアーム２６とアーム回動機構２７との接続部分に設けられている。すなわち、図２（ｂ）において、押圧クランプアーム２６と各回動アーム３１とを接続したものを一つの部材と考えることができ、動力伝達機構２９による押圧力は、この一つの部材のＸ軸方向略中央付近に作用させるようになっている。このため、押圧クランプアーム２６全体と各回動アーム３１全体とに対し、均一な押圧力を作用させることができる。これにより、押圧クランプアーム２６に押圧されるマザープレート１は、適正にクランプされる。

このように、動力伝達機構２９は、カム機構という簡単な構成で、各エアーシリンダー機構２８による前方への水平方向の力を、鉛直方向下向きの押圧力に効率良く変換することができる。これにより、クランプ装置２自体を単純化・小型化することができる。また、カム機構は、リンク機構等に比べ、連結部分が少なく、且つ、力が作用する部材の剛性を確保しやすいことから、たわみの影響を少なくすることができる。さらに、ローラーカムフォロアー４３とすることで、斜面カム４２との接触抵抗が軽減されるため、カム機構の磨耗を防止することができる。これらにより、クランプ装置２の故障等の不具合を低減することができる。なお、動力伝達機構２９を、トグルリンク機構等で構成してもよい。

次に、図５を参照して、加工装置３における加工工程について簡単に説明する。先ず、クランプ装置２にマザープレート１をクランプ状態（図５（ａ）参照）で、ＸＹテーブル２０を駆動し、加工装置３のダイ３ｂの上にマザープレート１を臨ませる（図５（ｂ）参照）。なお、ダイ３ｂとマザープレート１との間には、僅かな間隙が設けられている。すると、マザープレート１の上にはダイ３ｂに対応するパンチ３ａが必然的に臨むこととなる。そして、加工装置３を駆動して、パンチ３ａをマザープレート１に対して打ち込むことで、各ノズル孔１２が形成される。この後、再びＸＹテーブル２０を駆動し、マザープレート１を加工装置３から退避させ、次なる工程（説明省略）が行われる。

以上の構成によれば、併設された加工装置３において、クランプ状態のマザープレート１を加工する際に、マザープレート１が所定位置からずれる等の問題が生じることがない。これにより、マザープレート１に対して、正確な加工を施すことができる。

１：マザープレート、２：クランプ装置、３：加工装置、２５：受けクランプアーム、２６：押圧クランプアーム、２７：アーム回動機構、２８：エアーシリンダー機構、２９：動力伝達機構、４２：斜面カム、４３：ローラーカムフォロアー

Claims (5)

1. 略方形のシート状のワークを加工する加工装置に併設され、前記ワークの少なくとも２辺をクランプして前記ワークを保持するクランプ装置であって、
   前記ワークを受ける受けクランプアームと、
   前記ワークを、前記受けクランプアームとの間に挟み込んで押圧する押圧クランプアームと、
   出力端が前記受けクランプアームの延在方向に進退自在に構成され、前記押圧クランプアームに押圧力を付与するための動力源と、
   前記出力端と前記押圧クランプアームの基部との間に介設され、前記出力端の進退動を、前記押圧クランプアームの押圧力に変換して伝達する動力伝達機構と、を備えたことを特徴とするクランプ装置。
2. 前記動力伝達機構は、斜面カムと前記斜面カムに係合するカムフォロアーとを備えたカム機構で、構成されていることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記カム機構は、前記動力源の前記出力端に取り付けた前記斜面カムと、
   前記押圧クランプアームの基部に取り付けたローラーカムフォロアーと、で構成されていることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
4. 前記動力源が、エアーシリンダーで構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のクランプ装置。
5. 前記押圧クランプアームを、前記ワークをクランプするクランプ位置と、前記クランプ位置から退避し前記ワークを除給材するための除給材位置との間で、回動させるアーム回動機構を、更に備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のクランプ装置。

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