JP2016107370A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク等のクランプ対象物を確実にクランプできる装置を提供する。【解決手段】 ワーク（１０）の孔（１１）に挿入可能なロック部材（８０）と、そのロック部材（８０）に上側から楔係合するクランプロッド（７０）とを備える。ロック部材（８０）は、前記孔（１１）に挿入されるベース部（８５）と、そのベース部（８５）よりも上側に配置された突出部（８７）と、を備える。ロック部材（８０）に対してクランプロッド（７０）が所定量を越えて下降するのを制限する相対移動制限機構（Ｍ）は、ロック部材（８０）の拡径位置で、前記孔（１１）の内周面に対して前記ベース部（８５）の外周面（８５ａ）が下降するのを許容する。【選択図】図５

Description

本発明は、ワーク等のクランプ対象物をクランプする装置に関する。

従来のクランプ装置は、特許文献１（日本国・特開２０１０−３６３１４号公報）に示すように、次のように構成されている（明細書の段落番号００５１と００５２を参照）。
クランプ駆動時には、クランプ対象物としてのワークの穴にグリップ部材とクランプロッドのテーパ軸部とを挿入し、そのクランプロッドを下方へ移動させる。すると、まず、グリップ部材に対してクランプロッドが相対的に下方へ移動する。これにより、クランプロッドのテーパ軸部によりグリップ部材のグリップ爪部が拡径駆動されて、そのグリップ爪部がワークの穴の内周面に食いついて係合状態になる。引き続いて、グリップ部材とクランプロッドが一体的に下方へわずかに駆動され、ワークが着座面に強く押圧される。

特開２０１０−０３６３１４号公報

上記の従来技術では、ワークの穴の周壁部が厚い場合には、その穴の内周面の面積が広いので、グリップ爪部が穴の内周面に食いついて係合状態になることが可能である。しかし、ワークの穴の周壁部が薄い場合には、その穴の内周面の面積が狭いので、その穴に対するグリップ爪部の係合が不十分になる。このため、ワークを確実にクランプすることが困難になるおそれがある。

本発明の目的は、ワーク等のクランプ対象物を確実にクランプできる装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のクランプ装置は、例えば、図１Ａ〜図５Ｂに示すように、次のように構成される。
クランプ対象物１０の孔１１に挿入可能なロック部材８０が、ハウジング３０よりも先端側へ突出される。そのロック部材８０が進出手段５８によって所定の力で先端側へ押される。前記ロック部材８０にクランプロッド７０の楔面７１が先端側から係合される。そのクランプロッド７０が、駆動手段４０によって基端側へクランプ駆動されると共に先端側へアンクランプ駆動される。前記ロック部材８０は、前記孔１１に挿入されるベース部８５と、そのベース部８５よりも先端側に配置される突出部８７とを備える。その突出部８７は、前記ロック部材８０が半径方向の外方の拡径位置へ移動されたときに、前記孔１１の周壁に先端側から対面可能に構成される。前記ロック部材８０に対して前記クランプロッド７０が所定量を越えて基端側へ移動するのを制限する相対移動制限機構Ｍが設けられる。その相対移動制限機構Ｍにより、前記ロック部材８０の前記拡径位置では、前記孔１１の内周面に対して前記ベース部８５の外周面８５ａが基端側へ移動することが許容される。

上記構成において、前記ロック部材８０の前記拡径位置では、前記ベース部８５の前記外周面８５ａと前記孔１１の前記内周面との両者が接触する場合や、上記両者の間に所定の隙間が形成される場合が考えられる。換言すれば、前記ロック部材８０の前記拡径位置では、上記両者が塑性変形で食い付いたり強力に密着したりすることの無いように構成することが好ましい。

上記構成により、ワーク等のクランプ対象物を確実にクランプできる装置を提供できる。

図１Ａは、アンクランプ状態のクランプ装置の立断面図である。図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線の断面図である。 図２Ａは、上記クランプ装置のクランプロッドの立断面図である。図２Ｂは、図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線の部分断面図である。 図３Ａは、上記クランプ装置のロック部材の立面図である。図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ矢視図である。図３Ｃは、図３Ａの３Ｃ−３Ｃ線の断面図である。 図４は、図２Ｂに示すクランプロッドと図３Ｃに示すロック部材とが組み合わされた状態を示す部分断面図である。 図５Ａは、上記クランプ装置のクランプ途中状態を示し、上記図１Ａに類似する部分図である。図５Ｂは、上記クランプ装置のクランプ状態を示し、上記図１Ａに類似する部分図である。

図１Ａから図５Ｂは、本発明の一実施形態を示している。この実施形態のクランプ装置は、クランプ対象物としてのワークを固定するのに利用される。
まず、図１Ａと図１Ｂに基づいて、上記ワーク及びクランプ装置の概要を説明する。

ワーク１０は、ここでは、自動車用パネルの材料として使用される鋼板であって、その厚さが約１ｍｍ〜２ｍｍに形成されている。上記ワーク１０には、その厚さ方向に孔１１が貫通されている。

クランプ装置２０は、上記ワーク１０の孔１１の周壁部を利用して当該ワーク１０をクランプする。そのクランプ装置２０は、ハウジング３０と駆動手段４０とガイド部材５０と進出バネ（進出手段）５８とクランプロッド７０とロック部材８０等を備える。
より具体的にいえば、上記クランプ装置２０は、図１Ａと図１Ｂに示すように、次のように構成されている。

テーブル等の固定台（図示せず）に上記ハウジング３０が取り付けられる。そのハウジング３０は、複数のボルト（図示せず）によって固定台に固定される下ハウジング３１と、その下ハウジング３１の上面に載置される筒状の上ハウジング３３と、を備える。これら下ハウジング３１と上ハウジング３３とが複数のボルト（図示せず）によって締結されている。

下ハウジング３１には、大径のシリンダ孔３１ａと小径孔３１ｂと中径孔３１ｃとが下から順に形成される。
上記シリンダ孔３１ａにピストン４１が保密状に挿入され、そのピストン４１から上方へ突出させたピストンロッド４３が小径孔３１ｂに保密状に挿入される。ピストン４１の上側に形成したクランプ室４５に給排ポート４５ｐを介して圧縮空気が供給および排出される。また、ピストン４１の下側に形成したアンクランプ室４７に別の給排ポート４７ｐを介して圧縮空気が供給および排出される。
上記ピストン４１とピストンロッド４３とクランプ室４５とアンクランプ室４７とが、前記クランプロッド７０の前記駆動手段４０を構成している。

前記の上ハウジング３３の上端には、ワーク１０を受け止める着座部３５が設けられる。その上ハウジング３３の筒壁には、上下方向へ延びる検出路３７が形成される。その検出路３７の上部３７ａが着座部３５に開口され、その検出路３７の下部が供給ポート３７ｐに連通される。その供給ポート３７ｐに検出用の加圧エアが供給可能に構成されている。

また、上ハウジング３３の上部にガイド部材５０が上下方向(軸心方向)へ移動可能に挿入される。そのガイド部材５０は、継ぎ目なしで一体に形成されており、下側から順に形成された支持筒５１と周壁５３と頂壁５５とを備える。上記ガイド部材５０が、上ハウジング３３の上端（先端）よりも上側（先端側）へ突出されて、前記ワーク１０の孔１１に挿入可能になっている。

上記の周壁５３には、一対のガイド溝５３ｇが水平方向で向い合せに貫通される。各ガイド溝５３ｇに前記ロック部材８０が半径方向（水平方向）へ移動可能に挿入される。そのロック部材８０は、前記支持筒５１によって下側から受け止め可能に構成されている。

上記ガイド部材５０内に前記クランプロッド７０が下側(基端側)から挿入可能になっている。ここでは、クランプロッド７０は前記ピストンロッド４３と一体に形成されている。
上記クランプロッド７０の上部に設けた楔面７１が、各ロック部材８０の内側面に形成した傾斜面８１に上側から係合される。上記楔面７１と傾斜面８１とは、下方へ向かうにつれてクランプロッド７０の軸心へ近づくように傾斜されており、ここでは平面によって構成されている。
なお、上記クランプロッド７０の軸心に対する楔面７１の傾斜角度は、ここでは約１０度から約１４度の範囲に設定しているが、ワーク１０の厚さや当該ワーク１０が搬入される高さ位置に応じて所望の範囲内に設定可能である。

上記ガイド部材５０を所定の力で上方へ押す進出手段が設けられる。その進出手段は、ハウジング３０とピストンロッド４３との間の環状空間に装着された進出バネ５８によって構成される。その進出バネ５８がガイド部材５０を介してロック部材８０を上方へ付勢している。

また、ガイド部材５０が直進ガイド手段６０によって上下方向へ案内される。その直進ガイド手段６０は、上ハウジング３３の内周に装着したボール６１と、ガイド部材５０の外周に上下方向へ形成された直進ガイド溝６３とを備える。直進ガイド溝６３にボール６１が嵌合される。

前記クランプロッド７０の下部に、半径方向（水平方向）へ延びるピン部材７８が装着される。そのピン部材７８の両端部が、ガイド部材５０の支持筒５１の周壁に形成したピン孔５１ｐに挿入される。各ピン孔５１ｐの下壁（基端壁）が、ガイド部材５０（及びロック部材８０）に対してクランプロッド７０が所定量を越えて下方（基端方向）へ移動するのを制限している。即ち、上記ピン部材７８とピン孔５１ｐとによって相対移動制限機構Ｍが構成されている。

前記クランプロッド７０の詳細な構造について、図１Ａを参照しながら図２Ａ及び図２Ｂに基づいて説明する。
クランプロッド７０の上部に、前記ロック部材８０を半径方向の外方の拡径位置と半径方向の内方の縮径位置とに移動させる溝部Ｇが上下方向へ形成される。その溝部Ｇの底面によって前記楔面７１が構成され、その楔面７１の両側に係合溝７１ａが形成される。
また、クランプロッド７０の外周下部に、相互に連通された一対の凹部７３が形成される。その凹部７３には、ロック部材８０の下部８３の内周部が収容される。

前記ロック部材８０の詳細な構造について、図１Ａを参照しながら図３Ａから図３Ｃと図４に基づいて説明する。
ロック部材８０は、下側から順に配置された前記の下部８３とベース部８５と突出部８７とを備える。図３Ａに示すように、下部８３は、ガイド部材５０の支持筒５１によって受け止められる端面８３ａと、内周部８３ｂと、外周部８３ｃとを有する。また、下部８３の外周部８３ｃと前記突出部８７の外周面とは、ベース部８５の外周面８５ａよりも半径方向の外方（図３Ａ中の左方）へ突出されている。上記突出部８７の内周部とベース部８５の内周部とに、クランプロッド７０の楔面７１に接当される前記の傾斜面８１と、その傾斜面８１の両側に設けられた係合部８１ａとが形成される。上記係合部８１ａがクランプロッド７０の係合溝７１ａに嵌合される。

なお、図１Ａに示すように、上ハウジング３３の内周面の上部とロック部材８０との間にダストシール９０が配置される。そのダストシール９０は、合成樹脂等によって構成されており、その内周部がベース部８５の外周面８５ａの下部に接当されている。これにより、上記ダストシール９０がロック部材８０を半径方向の内方へ付勢している。

上記クランプ装置２０は、図１Ａと図５Ａ及び図５Ｂに示すように、次のように動作する。
図１Ａのアンクランプ状態では、クランプ室４５の圧縮空気が排出されると共にアンクランプ室４７に圧縮空気が供給されている。これにより、ピストン４１がクランプロッド７０を上方のアンクランプ位置へ移動させ、進出バネ５８がガイド部材５０及びロック部材８０を上方のアンクランプ位置へ移動させ、各ロック部材８０が、前記係合溝７１ａと係合部８１ａとの嵌合構造に従って、半径方向の内方へ大きく後退されている。
このため、ロック部材８０の突出部８７の外周面が、ガイド部材５０の周壁５３の外周面よりも内方に後退される。また、上記一対のロック部材８０，８０の下部８３の内周部８３ｂ（図３Ａを参照）同士が接触される。これにより、下記のワーク１０の搬入時に、ワーク１０の孔１１の周壁がロック部材８０に衝突するのを上記ガイド部材５０によって防止できる。

上記アンクランプ状態でワーク１０を下降させると、そのワーク１０の孔１１が、ガイド部材５０の周壁５３とロック部材８０とに所定の隙間をあけて外嵌されると共に、上記ワーク１０の下面が着座部材（図１Ａ中の二点鎖線図で示された仮想の三角形部分を参照）によって受け止められる。

図１Ａのアンクランプ状態からクランプ状態へ切り換えるときには、アンクランプ室４７の圧縮空気を排出すると共にクランプ室４５に圧縮空気を供給し、ピストン４１を下降させる。
これにより、まず、進出バネ５８の付勢力によって上昇位置に保持されたガイド部材５０及びロック部材８０に対してクランプロッド７０が下降していく。

すると、図５Ａのクランプ途中状態に示すように、クランプロッド７０の楔面７１がロック部材８０を半径方向の外方へ押し出していき、これと同時に、クランプロッド７０のピン部材７８の外端部がガイド部材５０の支持筒５１のピン孔５１ｐの下壁に接当する。これにより、ガイド部材５０及びロック部材８０に対してクランプロッド７０が下降することが制限される。
上記図５Ａのクランプ途中状態では、ロック部材８０が半径方向の外方の拡径位置へ移動され、そのロック部材８０のベース部８５の外周面８５ａがワーク１０の孔１１の内周面に接触するので、そのワーク１０が水平方向に位置決めされる。また、ロック部材８０の突出部８７が孔１１の周壁に上側から対面される。

引き続いて、図５Ｂのクランプ状態に示すように、上記ガイド部材５０及びロック部材８０とクランプロッド７０とが一体となって進出バネ５８に抗して下降していき、ロック部材８０の突出部８７の下面８７ａがワーク１０の孔１１の周壁を引き下げると共に当該ワーク１０を前記の上ハウジング３３の着座部３５に押し付ける。これにより、厚さが薄いワーク１０を強力かつ確実にクランプできる。なお、このクランプ状態では、薄いワーク１０のうちの孔１１から水平方向へ離れた領域（図１Ａ中の二点鎖線部分を参照）に対して当該孔１１の近傍領域が下方へ撓むことにより、その孔１１の周壁が引き下げられている。

なお、ロック部材８０の前記拡径位置では（図５Ａを参照）、ワーク１０の孔１１の内周面と前記ベース部８５の外周面８５ａとは、単に接触するだけであり、塑性変形で食い付いたり強力に密着したりすることが無いので、その孔１１に対してロック部材８０が円滑に下降する。
また、上記図５Ｂのクランプ状態では、前記検出路３７の上部３７ａがワーク１０の下面によって閉じられるので、その検出路３７に供給された検出用の加圧エアの圧力が設定圧力よりも上昇する。それを圧力スイッチ等で検知することにより、上記ワーク１０がクランプされたことを確認できる。

なお、上記クランプ装置２０のアンクランプ動作は、上述したクランプ動作とほぼ逆の手順で行われる。

上記の実施形態は、次の長所を奏する。
上述したとおり、ロック部材８０の拡径位置では（図５Ａを参照）、ベース部８５の外周面８５ａがワーク１０の孔１１の内周面に接触するように構成したので、そのワーク１０を水平方向に位置決めできる。
また、図１Ａに示すように、任意の高さ位置に搬入されたワーク１０を引き下げることが可能である。
ロック部材８０は、ガイド部材５０に半径方向へ移動可能に支持されるので、その移動を円滑に行える。ガイド部材５０の基端側の部分としての支持筒５１とクランプロッド７０との間に前記の相対移動制限機構Ｍを設けたので、その相対移動制限機構Ｍを簡素に構成できる。また、相対移動制限機構Ｍは、支持筒５１のピン孔５１ｐとクランプロッド７０のピン部材７８とによって構成されたことにより、その構成がさらに簡素化される。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
ロック部材８０の拡径位置では（図５Ａを参照）、ベース部８５の外周面８５ａとワーク１０の孔１１の内周面との間に所定の隙間を形成するようにしてもよい。
駆動手段４０に使用する作動流体は、圧縮空気に代えて圧油などの液体であってもよい。その駆動手段４０としては、例示の複動式に代えて、バネリリース式やバネロック式などの単動式を採用してもよい。また、その駆動手段４０は、流体圧アクチュエータに代えて、電動機などの他の種類のアクチュエータであってもよい。
前記クランプロッド７０とピストンロッド４３とは、一体に形成することに代えて、別体に構成してもよい。

前記の進出手段は、例示の進出バネ５８に代えて、圧縮空気や圧油などの圧力流体を用いたものでもよい。
ガイド部材５０は、支持筒５１と周壁５３と頂壁５５との複数の部分を継ぎ目なしで一体に形成することに代えて、上記の複数の部分を別体に形成してもよい。
また、ガイド部材５０を省略して、ロック部材８０を外部空間に露出させてもよい。この場合、そのロック部材８０の下部を上ハウジング３３の上部に半径方向へ移動可能に支持することが考えられる。

クランプロッド７０の係合溝７１ａとロック部材８０の係合部８１ａとを省略してもよい。この場合、上記２つのロック部材８０を半径方向の内方の縮径位置へ復帰させるためには、これらロック部材８０に環状弾性体を外嵌めすることが考えられる。
上記ロック部材８０は、２つ設けることに代えて３つ以上設けてもよく、さらには、複数に分割することに代えて、スリットを有する一体の環状コレットによって構成することも可能である。

前記クランプロッド７０の一対の凹部７３，７３は、そのクランプロッド７０の外周面に形成すればよく、連通させることが必須ではない。
前記の相対移動制限機構Ｍは、クランプロッド７０の上部とロック部材８０の上部との間に設けることが可能である。
ワーク１０を受け止める着座部３５は、上ハウジング３３の上部に設けること代えて、その上ハウジング３３の半径方向の外方に配置された着座ブロックに設けてもよい。
クランプされるワーク１０は、例示した薄肉のものに限定されるものではなく、厚肉のものでも支障ない。
本発明のクランプ装置２０は、例示した上下姿勢に配置することに代えて、上下逆の姿勢や水平姿勢や斜め姿勢に配置してもよい。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１０：クランプ対象物（ワーク），１１：孔，３０：ハウジング，４０：駆動手段，５０：ガイド部材，５１：ガイド部材５０のうちの基端側の部分（支持筒），５１ｐ：ピン孔，５８：進出手段（進出バネ），７０：クランプロッド，７１：楔面，７８：ピン部材，８０：ロック部材，８５：ベース部，８５ａ：外周面，８７：突出部，Ｍ：相対移動制限機構．

Claims (5)

1. ハウジング（３０）よりも先端側へ突出されてクランプ対象物（１０）の孔（１１）に挿入可能なロック部材（８０）と、そのロック部材（８０）を所定の力で先端側へ押す進出手段（５８）と、前記ロック部材（８０）に先端側から係合する楔面（７１）を有するクランプロッド（７０）と、そのクランプロッド（７０）を基端側へクランプ駆動すると共に先端側へアンクランプ駆動する駆動手段（４０）と、を備え、
   前記ロック部材（８０）は、前記孔（１１）に挿入されるベース部（８５）と、前記ベース部（８５）よりも先端側に配置されると共に当該ロック部材（８０）が半径方向の外方の拡径位置へ移動されたときに前記孔（１１）の周壁に先端側から対面可能な突出部（８７）と、を備え、
   前記ロック部材（８０）の前記拡径位置では前記孔（１１）の内周面に対して前記ベース部（８５）の外周面（８５ａ）が基端側へ移動するのが許容されるように、当該ロック部材（８０）に対して前記クランプロッド（７０）が所定量を越えて基端側へ移動するのを制限する相対移動制限機構（Ｍ）を、さらに備える、
   ことを特徴とするクランプ装置。
2. 請求項１のクランプ装置において、
   前記ロック部材（８０）の前記拡径位置では、前記ベース部（８５）の前記外周面（８５ａ）が前記孔（１１）の前記の内周面に接触する、
   ことを特徴とするクランプ装置。
3. 請求項１のクランプ装置において、
   前記ロック部材（８０）の前記拡径位置では、前記ベース部（８５）の前記外周面（８５ａ）と前記孔（１１）の前記の内周面との間に所定の隙間が形成される、
   ことを特徴とするクランプ装置。
4. 請求項１から３のいずれかのクランプ装置において、
   前記ロック部材（８０）を半径方向へ移動可能に支持するガイド部材（５０）であって、当該ロック部材（８０）と共に前記クランプ対象物（１０）の前記孔（１１）に挿入可能なように前記ハウジング（３０）よりも先端側へ突出されたガイド部材（５０）を有し、
   前記ガイド部材（５０）のうちの基端側の部分（５１）と前記クランプロッド（７０）との間に前記の相対移動制限機構（Ｍ）を配置した、
   ことを特徴とするクランプ装置。
5. 請求項４のクランプ装置において、
   前記の相対移動制限機構（Ｍ）は、前記クランプロッド（７０）から半径方向の外方へ突出されたピン部材（７８）と、前記ガイド部材（５０）の前記の基端側の部分（５１）の周壁に当該ガイド部材（５０）の軸心方向へ延びるように形成されると共に前記ピン部材（７８）の外端部が挿入されるピン孔（５１ｐ）と、を備える、
   ことを特徴とするクランプ装置。