JP2012020366A - ワーク固定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】形状公差あるいは姿勢公差の比較的大きいワークであっても、単純な構成で強力な固定力を得ることができるワーク固定装置を提供すること。
【解決手段】ワーク固定装置は、往復移動可能な移動加圧体４と、移動加圧体４を移動させる駆動装置５とを具備しており、移動加圧体４は、作動油の封入された作動油室１１を備える本体部８と、作動油室１１内の作動油に接する一端側の受圧面１３ｃ、及びワークに接触する他端側のワーク押圧部１４を各々が有する複数のプランジャ７にして、受圧面１３ｃ又はワーク押圧部１４に作用する力によって本体部８に対して直線往復移動をするように本体部８に保持された複数のプランジャ７と、を具備し、ワークを固定しているとき複数のプランジャ７の複数の受圧面１３ｃに互いに等しい圧力が作動油から作用するように、作動油室１１が複数のプランジャ７に対して共通の密閉された作動油室１１として形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば工作機械によりワークを切削加工する際にワークを固定するためのワーク固定装置に関するものである。

例えばマシニングセンタ等の工作機械でワークを切削加工する際に、ワークは工作機械に対して完全に固定されていることが、加工精度を維持するためにも必要である。例えば特許文献１に示されるように、一つの油圧シリンダに連結されたクランパ（クランプ治具）により一つのワークを固定することにより、或いは例えば特許文献２に示されるように、複数の油圧シリンダに連結された複数のクランパにより一つのワークを固定することにより通常はワークは確実に固定される。

特開２００７−３２６１５３号公報 特開２０００−３５４９２３号公報

例えば黒皮付きの鋼材のように平面度等の形状公差又は平行度等の姿勢公差の大きなものをワークとして加工しなければならないときに、特許文献１に示されるような一つのクランパ（クランプ治具）でワークを固定すると、ワークの不十分な平面度又は平行度に起因して必要な固定力が得られないことがある。このため、たとえ黒皮が部品の機能上あるいは外観上は許容されるとしても、通常は、黒皮が予め切削加工等により除去されたものをワークとしてクランプ固定している。

一方、特許文献２に示されるように複数のクランパを使用すれば、ワークの固定すべき部位の高さが様々に異なっていてもワークを固定することが可能になる。ただし、この場合は、複数のクランパをそれぞれ独立に作動させるための比較的複雑な複数の油圧回路を準備する必要がある。

本発明は、前述の従来技術の課題に鑑み、形状公差あるいは姿勢公差の比較的大きいワークであっても、単純な構成で強力な固定力を得ることができるワーク固定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、本発明は、往復移動可能な移動加圧体（４）と、移動加圧体（４）を移動させる駆動装置（５）とを具備し、駆動装置（５）の発生する力を移動加圧体（４）を介してワーク（Ｗ）に圧縮力として加えることによりワーク（Ｗ）を固定するワーク固定装置であって、移動加圧体（４）が、作動油（ｈｆ）の封入された作動油室（１１）を備える本体部（８）と、作動油室（１１）内の作動油（ｈｆ）に接する一端側の受圧面（１３ｃ）、及びワーク（Ｗ）に接触する他端側のワーク押圧部（１４）を各々が有する複数のプランジャ（７）にして、受圧面（１３ｃ）又はワーク押圧部（１４）に作用する力によって本体部（８）に対して直線往復移動をするように本体部（８）に保持された複数のプランジャ（７）と、を具備し、ワーク（Ｗ）を固定しているとき複数のプランジャ（７）の複数の受圧面（１３ｃ）に互いに等しい圧力（ｐ）が作動油（ｈｆ）から作用するように、作動油室（１１）が複数のプランジャ（７）に対して共通の密閉された作動油室（１１）として形成されている、ワーク固定装置を提供する。

本発明によるワーク固定装置はこのように比較的単純な構成ではあるが、これによれば、ワーク（Ｗ）の平面度等が悪い場合であっても、複数のプランジャ（７）がワーク（Ｗ）の表面の高低差に追随することができ、したがって各ワーク押圧部（１４）のどれもがワーク（Ｗ）に接してそれを強固に押圧することが可能になる。

本発明では、複数のプランジャ（７）の複数の受圧面（１３ｃ）の面積が互いに等しいことが好適である。これにより、各プランジャ（７）からワーク（Ｗ）に作用する力を互いに等しくすることができる。

本発明では、ワーク固定装置がワーク（Ｗ）を載置する固定台（３）を更に具備し、ワーク（Ｗ）が固定台（３）と移動加圧体（４）とによって挟持されて固定されることが好適である。

本発明では、ワーク（Ｗ）と接触するプランジャ（７）のワーク押圧部（１４）の表面、及び固定台（３）のワーク（Ｗ）との接触部分の表面に凹凸部（９，１５）が設けられていることが好適である。これにより、ワークＷがより強固に固定されることが可能になる。

本発明では、凹凸部（９，１５）が、略三角形断面形状の、交互に設けられた複数の平行な山筋及び谷筋からなることが好適である。

本発明によると、ワーク（Ｗ）が黒皮付きの鋼材の場合であっても、それを強固に固定することが可能になる。

本発明の一実施形態によるワーク固定装置を概略的に示す斜視図である。 前記ワーク固定装置の移動加圧体と固定台、及びワークを模式的に示す部分断面正面図である。 図２と同様の図であるが、ワークが固定された状態を示す図である。 前記ワーク固定装置の移動加圧体と固定台とにより固定されたワークを示す斜視図である。 図４と同様の図であるが、ワークが加工された後の状態を示す図である。 凸状に湾曲したワークＷとそれを固定する前記ワーク固定装置の要部を模式的に示す部分断面正面図である。 凹状に湾曲したワークＷとそれを固定する前記ワーク固定装置の要部を模式的に示す部分断面正面図である。 傾斜した上面を有するワークＷとそれを固定する前記ワーク固定装置の要部を模式的に示す部分断面正面図である。 本発明の関連技術によるワーク固定装置を概略的に示す斜視図である。

本発明の実施形態によるワーク固定装置を説明する前に、本発明の関連技術によるワーク固定装置を、図９を参照して説明する。

図９に示される本発明の関連技術によるワーク固定装置１０１は、一部のみが示される横形マシニングセンタ２０１に取り付けられるものであり、二点鎖線により描かれた直方体状の鋼材からなるワークＷの上面と下面をクランプするために、略コの字状のフレーム１０２と、ワークＷを載置する直方体状の固定台１０３と、上下に移動可能であってワークＷを上方から押圧する直方体状の移動加圧体１０４と、前記移動加圧体１０４を上下に駆動する駆動装置１０５とを主要構成要素として具備している。図９に示される駆動装置１０５は移動加圧体１０４の上側に連結されていて、その内部に備えられたサーボモータ（図示せず）によって送りねじ１０６を回転させることによってそれ自身と共に移動加圧体１０４を移動させて、ワークＷを所定の力で押圧することができるものである。

図９におけるワークＷは、その奥行き方向の前半部分が外面も含めて加工領域（図示せず）となっていて、横形マシニングセンタ２０１のスピンドル２０２に固定された工具２０３によって切削加工される。また、ワークＷの被把持領域、即ち移動加圧体１０４と固定台１０３とによって挟まれる領域は、ワークＷの奥行き方向の片側だけに設けられていて、その長さは全長の約４０％程度である。

また、図９に示されるワークＷの直方体の六面は、鋼材の黒皮が除去されて所定の平面度、平行度、及び直角度が得られるように、事前に機械加工されたものである。このようなワークＷは図９の関連技術のワーク固定装置１０１によって確実に固定されて切削加工される。

ところで、例えば黒皮付きの鋼材であるために平面度の劣るワークＷを関連技術のワーク固定装置１０１で固定すると、移動加圧体が点接触に近い様態でワークＷに接触することからワークＷが堅固に固定されず、その結果所望の加工形状あるいは加工精度が得られないことがある。

次に、本発明の一実施形態によるワーク固定装置１について図１〜図８を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態によるワーク固定装置１を概略的に示す斜視図であって、このワーク固定装置１は、図９に示される関連技術によるワーク固定装置１０１と同様に、一部のみが示される横形マシニングセンタ２０１に取り付けられるものであり、二点鎖線により描かれた直方体状の鋼材からなるワークＷの上面と下面をクランプするために、略コの字状のフレーム２と、ワークＷを載置する直方体状の固定台３と、上下に移動可能であってワークＷを上方から押圧する直方体状の移動加圧体４と、前記移動加圧体４を上下に駆動する駆動装置５とを主要構成要素として具備している。駆動装置５は移動加圧体４の上側に連結されていて、その内部に備えられたサーボモータ（図示せず）によって送りねじ６を回転させることによってそれ自身と共に移動加圧体４を移動させて、ワークＷを所定の力で押圧するように構成されている。

ただし、図１の実施形態のワーク固定装置１は、移動加圧体４が３個のプランジャ７とそれを保持する本体部８とで構成されること、及びワークＷに対する固定力を高めるために固定台３の上側表面に多数の平行な筋状の凹凸部９が設けられていることにおいて、図９に示される関連技術によるワーク固定装置１０１とは異なっている。前記多数の平行な筋状の凹凸部９は、本実施形態では、三角形の断面形状を有して交互に配置された山部と谷部とで構成されている。

次に、移動加圧体４と固定台３とワークＷとを模式的に示す部分断面正面図である図２を参照して、本実施形態のワーク固定装置１の移動加圧体４についてより詳しく以下に説明する。なお、図２は移動加圧体４がワークを押圧する前の状態を示しており、また図２におけるワークＷは、上面の平面度及び底面に対する平行度共に良好なものが例として示されている。

移動加圧体４は、前述したとおり本体部８と３個のプランジャ７とを具備しており、本体部８は直方体状に形成されていてその内部には、作動油ｈｆが封入される作動油室１１が形成されていて、この作動油室１１の底部には、移動加圧体４の移動方向と平行な軸線を有する３個のシリンダ穴１２が貫通形成されている。また、３個のプランジャ７は、本実施形態においては同一のものであり、本体部８に係合する段付き円柱状のロッド部１３と、ワークＷに接触する略直方体状のワーク押圧部１４とを具備している。

プランジャ７の段付き円柱状のロッド部１３は、本体部８のシリンダ穴１２に滑動可能に嵌合してその穴内を直線往復移動するピストン部１３ａと、ピストン部１３ａより大径であってワーク押圧部１４に結合された結合部１３ｂとを有している。また、ピストン部１３ａの上端面は作動油ｈｆの圧力を受けるので受圧面１３ｃと呼ばれる。

プランジャ７のピストン部１３ａと本体部８のシリンダ穴１２との間には、作動油ｈｆの漏出を防ぐために、図示しないＯリング等のシール手段が設けられている。また、プランジャ７が本体部８から抜け落ちないように、ピストン部１３ａとシリンダ穴１２との間には、図示しない段差等からなるプランジャ抜け止め手段も設けられている。

本実施形態では、プランジャ７のワーク押圧部１４の下側の面、即ちワークＷの上面と接触する面に、固定台３の上面と同様にワークＷに対する固定力を高めるために多数の平行な筋状の凹凸部１５が形成されている。また、前記筋状の凹凸部１５は本実施形態では三角形の断面形状を有して交互に配置された山部と谷部とで構成されている。

次に、本実施形態のワーク固定装置１がワークＷをどのように固定するかについて図２と同様の図であるがワークＷが固定された状態を示す図３も参照して説明する。

図２では、移動加圧体４のプランジャ７はワークに接すること無く、したがって本体部８から懸垂されて下方に延びた状態で示されている。ワークＷを固定するために、移動加圧体４が、図２の状態からから駆動装置５によって図３で示される位置まで下方へ移動されるとき、各プランジャ７のワーク押圧部１４がワークＷの上面にほぼ同時に接触し、さらに移動加圧体４が下降すると、相対的に各プランジャ７のピストン部１３ａは本体部８のシリンダ穴１２に対して上昇する。各プランジャ７は、そのピストン部１３ａの上端の受圧面１３ｃに作動油ｈｆの圧力ｐを受けるので、作動油ｈｆを介して各受圧面に作用する力の合計が駆動装置の発生可能な力あるいは予め設定された力に達すると、移動体４の下降及び従ってプランジャ７の上昇は停止する。

このとき、各プランジャ７のロッド部１３のピストン部１３ａの上端の受圧面１３ｃには共通の密閉された作動油室１１内の作動油ｈｆから等しい圧力ｐが作用しており、また本実施形態では、各受圧面１３ｃの面積は等しいので、そこに作用する力は等しく、その結果ワークＷは、３個のプランジャ７から等しい力Ｆを受けて固定される。また、図３においては、ワークＷの平面度及び平行度が良好なため３個のプランジャ７に高さの差は生じていない。

図４は、本発明の実施形態によるワーク固定装置１の移動加圧体４と固定台３とにより固定されたワークＷを示す斜視図であり、また図５は図４と同様の図であるが、ワークＷが加工された後の状態を示している。図４及び図５ではワークＷの背面と装置フレーム２（図示せず）との間に当て金具１６が挿入されており、その結果ワークＷは、図１で示されるよりも短い被把持長さで押圧固定されているが、本発明の実施形態によるワーク固定装置１は、このように短い被把持長さの場合であってもワークＷを強固に固定することができる。

次に、ワークＷが、平面度の悪い例えば黒皮付きのものである場合について説明する。図６は、分り易くするために誇張して描いているが、凸状に湾曲した上面を有するワークＷに対して本発明の実施形態によるワーク固定装置１が適用された状態を示している。図６の（ａ）は、移動加圧体４が上方にあって３個プランジャ７のワーク押圧部１４がワークＷに接触する前の状態を示しており、図６の（ｂ）は、（ａ）の状態から移動加圧体４が下降してそのプランジャ７のワーク押圧部１４でワークＷを押圧して固定した状態を示している。

ワークＷを固定するために、移動加圧体４が、図６の（ａ）の状態からから駆動装置５（図示せず）によって図６の（ｂ）で示される位置まで下方へ移動されるとき、３個のプランジャ７の中の中央のプランジャ７のワーク押圧部１４がワークＷに先に接触し、その後に左右の二つのプランジャ７がワークＷに接触すると共に、相対的に各プランジャ７のピストン部１３ａは本体部８のシリンダ穴１２に対して上昇する。各プランジャ７は、作動油ｈｆを介して各ピストン部１３ａの受圧面１３ｃに作用する力の合計が駆動装置の発生可能な力あるいは予め設定されている力に達すると、移動体４の下降及び従って各プランジャ７の上昇は停止する。このとき、３個のプランジャ７はワークＷの上面の凸状湾曲形状に応じて互いに異なる高さで静止しているが、各プランジャ７のピストン部１３ａの受圧面１３ｃには、前述の図３の場合と同様に、共通の密閉された作動油室１１内の作動油ｈｆから等しい圧力ｐが作用しており、従って等しい面積を有する各受圧面１３ｃには等しい力が作用し、その結果ワークＷは、３個のプランジャ７から等しい力Ｆを受けて固定される。このように、３個のプランジャ７は、ワークＷが例えば凸状に湾曲して平面度が悪い場合であっても、３個のワーク押圧部１４のどれもがワークＷの表面の高低差に追随可能であり、したがってワークＷに接して等しい力ＦでワークＷを押圧することができる。

また、図７は図６と同様の図であるが、図７ではワークＷは凹状に湾曲した上面を有するものである。本発明の実施形態によるワーク固定装置１によれば、ワークが例えば凹状に湾曲した上面を有する場合であっても、図７の（ｂ）に示すように、３個のプランジャ７はそれぞれワークＷの凹状湾曲面の高低差に追随することができ、また互いに等しい力ＦでワークＷを押圧することができる。

また、図８も図６と同様の図であるが、図８では、ワークＷはその底面と上面との平行度が悪く、その結果上面が左下がりに傾斜している。本発明の実施形態によるワーク固定装置１によれば、ワークが例えば平行度が悪く傾斜した上面を有する場合であっても、３個のプランジャ７はそれぞれワークＷの傾斜した上面の高低差に追随することができ、また互いに等しい力ＦでワークＷを押圧することができる。

（その他の実施形態）
本発明においては、ワーク固定装置１のプランジャ７の個数は複数であればよく、３個に限定されるものではない。プランジャの個数は固定すべきワークＷの平面度等の形状公差及び／又は平行度等の姿勢公差の大きさに応じて決めればよい。勿論、同一面積に配置されるプランジャ７の個数を増やすことにより、ワークＷの平面度又は平行度の悪化に対応できるようになる。

前述の実施形態では３個のプランジャ７の受圧面１３ｃの面積は互いに等しかったが、本発明においては、複数のプランジャ７の受圧面１３ｃの面積が互いに異なっていて、その結果複数のプランジャ７からワークＷに作用する力の大きさが互いに異なる実施形態も可能である。この実施形態は、ワークＷの被押圧部の許容圧縮力が部位によって異なる場合等に有効である。

本発明においては、プランジャ７の形状は前述の実施形態で示されたものに限定されるわけではなく、例えばプランジャ７がピストン部だけから構成されることも可能であり、その場合にはピストン部の下端面がワークＷに接触してそれを押圧する。

１ ワーク固定装置
２ フレーム
３ 固定台
４ 移動加圧体
５ 駆動装置
６ 駆動軸
７ プランジャ
８ 本体部
９ 凹凸部構造
１１ 作動油室
１２ シリンダ穴
１３ ロッド部
１３ａ ピストン部
１３ｃ 受圧面
１４ ワーク押圧部
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 往復移動可能な移動加圧体（４）と、前記移動加圧体（４）を移動させる駆動装置（５）とを具備し、
   前記駆動装置（５）の発生する力を前記移動加圧体（４）を介してワーク（Ｗ）に圧縮力として加えることによりワーク（Ｗ）を固定するワーク固定装置であって、
   前記移動加圧体（４）が、
   作動油（ｈｆ）の封入された作動油室（１１）を備える本体部（８）と、
   前記作動油室（１１）内の作動油（ｈｆ）に接する一端側の受圧面（１３ｃ）、及び前記ワーク（Ｗ）に接触する他端側のワーク押圧部（１４）を各々が有する複数のプランジャ（７）にして、前記受圧面（１３ｃ）又は前記ワーク押圧部（１４）に作用する力によって前記本体部（８）に対して直線往復移動をするように前記本体部（８）に保持された複数のプランジャ（７）と、を具備し、
   ワーク（Ｗ）を固定しているとき前記複数のプランジャ（７）の複数の前記受圧面（１３ｃ）に互いに等しい圧力（ｐ）が前記作動油（ｈｆ）から作用するように、前記作動油室（１１）が前記複数のプランジャ（７）に対して共通の密閉された作動油室（１１）として形成されていることを特徴とする、ワーク固定装置。
2. 前記複数のプランジャ（７）の複数の前記受圧面（１３ｃ）の面積が互いに等しいことを特徴とする、請求項１に記載のワーク固定装置。
3. ワーク（Ｗ）を載置する固定台（３）を更に具備し、
   ワーク（Ｗ）が前記固定台（３）と前記移動加圧体（４）とによって挟持されて固定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のワーク固定装置。
4. 前記ワーク（Ｗ）と接触する前記プランジャ（７）の前記ワーク押圧部（１４）の表面、及び前記固定台（３）のワーク（Ｗ）との接触部分の表面に凹凸部（９，１５）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のワーク固定装置。
5. 前記凹凸部（９，１５）が、略三角形断面形状の、交互に設けられた複数の平行な山筋及び谷筋からなることを特徴とする、請求項４に記載のワーク固定装置。
6. 前記ワーク（Ｗ）が黒皮付きの鋼材であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のワーク固定装置。

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