JP2020001163A - モジュール式クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いクランプ力と、高いプレス力抵抗と、高い軸方向の剛性と、高い位置決め精度とを有する改善されたモジュール式クランプ装置を提供する。【解決手段】工具またはワークピース用のモジュール式クランプ装置１であって、チャック４０に位置合わせするための複数のｘ−ｙ方向の基準と複数のｚ方向の基準とを有するパレット１０と、クランプ状態で、チャックの外面に同心状に配置されるクランプユニット３０と、を備える。クランプ状態で、パレットとクランプユニットとの間に、管状部材２０が同心状に配置されており、この管状部材は、パレットに第１の接続機構によって接続され、かつクランプユニットに第２の接続機構によって接続されるように設計されている。【選択図】図１

Description

本発明は、クランプ装置に関し、特に、粉末冶金の分野での利用のためのモジュール式クランプ装置に関する。

モジュール式クランプ装置は、軸方向のプレス力が極めて高く、同時に位置精度の要求が極めて高い粉末プレス用途で特に使用される。

粉末冶金用のプレス機は、小さい炭素鋼インサートを、自動車産業用の歯車としての、より大きな焼結部品となるようにプレス成形するために使用される。プレス力は、プレス面積に依存し、通常は小さい部品については１０トン、大きな部品については５００トンである。粉末冶金プレス機は、プレス工具を取り付けるための、プレス機から取り外すことができるユニットであるプレスアダプタを必要とする。プレスアダプタはしばしば、プレス工具、すなわち上側パンチおよび下側パンチと真ん中のダイとを迅速にクランプするためのクランプ装置を備えている。プレス中、パンチ−ダイ工具は、ダイ内に含まれる粉末を対向するパンチが圧縮するように使用される。いくつかの用途のためには、マルチパンチを使用することもできる。

プレス中は、クランプ装置も高いプレス力下に置かれるので、プレス工具をクランプするためのクランプ装置は極めて高いプレス力に耐えなければならず、また±１．０ミクロンおよびそれよりも良好な精度でパンチとダイとを位置決めしなければならない。この精度は、パンチとダイとの間の極めて小さい隙間を保証する必要がある。この隙間は僅か数ミクロンである。この隙間は小さくなければならず、そうでなければ、粉末の漏れや、完成品にバリが生じることとなる。

さらなる問題は、ダイからパンチを引き抜くために、高い引き抜き力が必要となる場合があることである。これは粉末圧縮後に高い摩擦力が残っているためである。これは、クランプ装置に対する高いクランプ力の提供の要求につながる。チャックからパレットが僅かにでも持ち上げられてはならない。

さらに、金属粉末は、所定の使用時間経過後、ローラクランプ機構内に入る。こうなると、完全なクリーニング整備が必要となる。従来のクランプ装置はしばしば、取り外して分解して、クリーニングして再度取り付けなければならない。これにより、プレス機はコストのかかる停止状態となり、かつ再度のチャック位置合わせも必要となる。

さらに、プレス機のクランプ装置のミクロンレベルの位置合わせは極めて困難であり、設置する者の一定の技術と経験を要する。位置合わせは通常、工具を用いた外側からのチャックの微細なノッキングにより行われる。自動ノッキング用の装置は、プレスアダプタ内のスペース不足によりチャックの周りに配置することはできない。

米国特許第８１５２１５１号明細書には、チャックとワークピースパレットとを備えるクランプ固定装置が開示されている。チャックには、ワークピースパレットを設置するためのクランプ機構が設けられている。クランプ機構は、プランジャとして構成された複数のクランプ部材を有している。ワークピースパレットは、実質的にそのシェル面に沿って延びるクランプ面を有しており、クランプの間、このクランプ面は、押圧面が設けられたプランジャの前部に面接触する。

欧州特許第１０６８９１８号明細書には、工作機械の作業領域内の規定された位置にワークピースを取り付けるための装置が開示されている。この装置は、チャックと、チャックの上に置くことができ、その上にしっかりとクランプされるべきワークキャリアとを有している。この装置は、複数の位置決めエレメントと、チャック装置とを有しており、チャック装置のチャック力が、ワークキャリアを、位置決め手段によって確立された位置でチャック上の適所に保持する。チャック装置は、例えば複数のチャッキングボールをチャック部材として有している。チャッキングボールは、ワークキャリアの内面に配置された、取り囲む環状溝と相互作用するために、チャックの周囲に配置されている。

これらの装置では、クランプボールからの半径方向力が互いに等しくなく、その結果パレットへの横方向の力が発生する。したがって、クランプの際にパレットとチャックとの間に不正確さが生じる。高度な位置決め精度が必要とされる用途のためには、このような横方向の力は回避すべきである。

欧州特許第１７４１５１１号明細書には、１つのチャックと１つのホルダとを備えるクランプ装置が開示されている。ホルダは、上部と管状延長部とを有している。上部は、管状延長部に取り外し可能に接続されている。クランプ装置は、内側チャックと外側チャックとを有しており、内側チャックは外側チャックに同心状に固定接続されている。管状延長部を、内側チャックおよび／または外側チャックにクランプすることができる。

欧州特許第１７４１５１１号明細書に開示されたクランプ装置は、高いプレス力抵抗が必要な用途には適していない。

本発明の目的は、高いクランプ力と、高いプレス力抵抗と、高い軸方向の剛性と、高い位置決め精度とを有する改善されたモジュール式クランプ装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴によって達成される。加えて、さらなる有利な実施形態が、従属請求項と詳細な説明から得られる。

一実施形態では、本発明は、工具またはワークピース用のモジュール式クランプ装置であって、チャックに位置合わせするための複数のｘ−ｙ方向の基準と複数のｚ方向の基準とを有するパレットと、クランプ状態で、チャックの外面に同心状に配置されるクランプユニットと、を備えるモジュール式クランプ装置に関する。クランプ状態で、パレットとクランプユニットとの間に管状部材が同心状に配置されており、この管状部材は、パレットに第１の接続機構によって接続され、クランプユニットに第２の接続機構によって接続されるように設計されている。

本発明は、チャック部分と、クランプユニットと、管状部分と、パレットとを有するモジュール式クランプ装置から成る。このクランプ装置は、軸方向のプレス力が極めて高く、同時に位置精度の要求が極めて高い粉末プレス用途で使用される。チャックとの位置合わせのために複数のｘ−ｙ方向の基準を有するパレットは、クランプ状態での位置精度を保証する。

さらに、クランプ状態で、パレットとクランプユニットとの間に管状部材が同心状に配置されており、これは、この管状部材が、パレットの外周に配置されており、パレットに第１の接続機構によって接続可能であることを意味する。このような配置は、横方向の力を回避するという利点を有している。クランプ状態で、クランプユニットは、管状部材、チャック部材、パレットの外側に位置する。これにより、クランプ状態では、完成したクランプ装置の高さが極めて低くなる。次いで、パレットは、クランプユニットの中心内へと下降される。プレス用のクランプ装置をできるだけ低くしておくことは極めて重要である。これにより、上側のパンチチャックおよび下側のパンチチャックが、これらの間に配置されたダイチャックにできるだけ近づくことができる。

いくつかの実施形態では、チャックの高さは、クランプユニットの高さよりも小さい。

いくつかの実施形態では、クランプ状態で、第１の接続機構と第２の接続機構とは、ｚ方向で２つの異なる位置に置かれており、これによりクランプユニットからの力をより良好に分配し、管状部材において純粋な軸方向力を形成する。また、高さの差により、振り子運動を極めて小さくすることができ、これはさらに、バヨネット接続部へのあらゆる横方向の力を回避するのに好適である。

一変形形態では、第１の接続機構は、パレットの側面に設けられた少なくとも１つの第１のバヨネット翼と、第１のバヨネット翼に係合するように管状部材に設けられた少なくとも１つの第２のバヨネット翼と、を含む。第１のバヨネット翼と第２のバヨネット翼とのバヨネット接続は、管状部材からの力が加えられ、これにより摩擦力によってこれらを横方向でロックするまで、横方向で僅かに緩んでいる。これにより、横方向の力を与えることなく、クランプ中にその位置が取られる。

好適な実施形態では、第２の接続機構は、管状部材の側面に設けられた環状リングと、クランプ状態でこの環状リング内にロックされるようにクランプユニットの側面に設けられたロック手段と、を含む。環状リングは、側面内に埋め込まれていて、円形かつ円錐状の面を有する。管状部材は、クランプ状態で、パレット外周に取り付けられるので、第２の接続機構による管状部材とクランプユニットとの接続位置は、半径方向でさらに外側に位置する。これは剛性のために好適である。

一実施形態では、ロック手段は、環状リングに配置された複数のローラまたはボールの形態である。ピストンは、リングの形をしており、中心に面した円形の溝を備えている。クランプされていない状態では、ピストンは上方位置に動かされ、これによりロック手段は溝内に位置することができ、その結果、管状部材がチャックからロック解除される。円形の溝は、２つのテーパされたリング面を有していて、一方はロック手段の大きな半径方向の移動のためのものであり、もう一方は高い半径方向力を加えるためのものである。クランプピストンリングは、複数のばねによって下方に押される。ばねに対してピストンを押すことによりチャックを開放するために、圧縮空気が使用される。圧縮空気は、ばね力を高めるためにばね側面にも加えることができ、これによりクランプ力も高まる。

いくつかの実施形態では、パレットおよび／またはチャックは堅固な鋼から成っている。極めて高いプレス力に耐えるという課題は、本発明により、堅固なチャック部材上にクランプされた堅固なリング状のパレットを有することによって解決される。これら２つの堅固な鋼片は、パンチからのプレス力を、無視できる程度の純粋な材料変形の他にいかなる変形も与えられることなく、プレスアダプタ内のベースプレートへと伝える。

好適な変形形態では、管状部材の内径は、パレットの外径よりも大きく、好適には５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲にあり、特に７６ｍｍ〜１８９ｍｍの範囲にある。

有利な変形形態では、ｘ−ｙ方向の基準として機能する複数の弾性的な舌片が、パレットの底面に設けられている。好適な変形形態では、４対の弾性的な舌片が設けられている。

別の変形形態では、側壁を有する複数の溝が、パレットの底面に形成されており、特に側壁は、テーパされた外形を有し、ｘ−ｙ方向の基準として用いられる。好適な変形形態では、４つの溝が、パレットの底面に対称的に配置されている。

堅固なチャックと、ルーズに接続された管状部材との組み合わせは、高い軸方向の荷重能力と高い精度のために重要である。ルーズに接続された管状部材により、クランプの瞬間における精度に影響を与える横方向の力が加えられないことが保証される。

さらには、クランプ装置の中央におけるチャックと、周囲を取り囲むリング状のクランプユニットとを備えた構造は、高いクランプ力と引き抜き力という利点を提供する。これは、クランプユニットにおける大きなリング状のピストン領域によるものであり、大量のピストンクランプばねを可能にし、さらに空気圧からの高いクランプ力を可能とする。

管状部材のバヨネット接続と組み合わされたモジュール設計の重要な利点は、クランプユニットを、チャックに影響を与えることなく、保守整備または交換のために取り外すことができることである。これにより、クランプユニットは、チャックの精度に影響を与えることなく交換することができる。交換は、しばしばクリーニングおよび保守整備のために行われる。チャックの最初の設置および位置合わせでも同じことが当てはまる。なぜならば、後でクランプユニットが配置される場所に配置された自動位置合わせ装置によってそれを行うことができるからである。管状部材のバヨネット接続は、クランプユニットを正しい位置へと導き、さらに横方向の力を与えない。バヨネット接続のルーズな機能により、クランプユニットを、数１００ミリメートルの通常の位置公差内で位置決めすることができ、したがって簡単な取り外しと取り付けとを可能にする。自動プレス機においては停止状態はコストがかかるので、これは重要な特徴である。

さらに、クランプユニットを別個に取り付けることができることにより、チャック部材位置合わせ装置をチャック部材の外側に、すなわち、通常はクランプユニットが配置されているところに配置することができる。これもリング状である。位置合わせ後は、位置合わせ装置を取り外し、クランプ装置を取り付ける。

本開示の利点および特徴を得ることができる方法を説明するために、以下で、添付の図面に示されているその特定の実施形態を参照することにより、上記で簡単に説明された原理をより詳細に説明する。これらの図面は、本開示の実施形態の単なる例であり、本発明の範囲を限定する意図はない。本開示の原理を、添付の図面を使用して付加的な特徴および詳細とともに記載し説明する。

モジュール式クランプ装置を示す図である。 パレットと管状部材の実施形態を示す図である。 チャックを示す図である。 クランプユニット内におけるチャックの配置を示す図である。 モジュール式クランプ装置のクランプ状態を示す図である。 クランプ状態にあるモジュール式クランプ装置の断面図である。 図６の一部を拡大して示す図である。

図１は、パレット１０と、管状部材２０と、チャック部分４０と、クランプユニット３０とを備えるモジュール式クランプシステム１を示している。

図２には、管状部材２０とともにパレット１０が分解図で示されている。パレットには、ｘ−ｙ方向の位置決めのためのｘ−ｙ方向の基準と、ｚ方向の位置決めのためのｚ方向の基準とが設けられている。この実施形態では、ｘ−ｙ方向の基準は、４対の弾性的な舌片１７によって形成されている。しかしながら、例えば溝の形態の別の変形形態も本発明のために使用可能である。パレットの下面上の平坦面１６はｚ方向の基準を形成している。

パレットは、管状部材内に取り付けることができ、第１の接続機構によってこの管状部材に接続されている。図２に示す実施形態では、パレットには、４つの第１のバヨネット翼１２が設けられており、これらの第１のバヨネット翼１２は、管状部材に設けられた対応する４つの第２のバヨネット翼２２に係合する。第１のバヨネット翼と第２のバヨネット翼とは、第１の接続機構を形成する。第２のバヨネット翼２２の真ん中には、ばね負荷されたボール２３が可動に配置されていて、表面から僅かに突出している。ボール２３は、パレットが管状部材内に取り付けられるときに、パレットの側面に設けられた小さな凹部１３内に押し込むことができる。これにより、管状部材は、その位置へと僅かにロックされ、手動操作の際に不測の回転によりパレットから外れることが防止される。管状部材２０にはさらに、第２の接続機構の一部を形成する、円錐面を有する環状リング２１が設けられている。

図３には、１つの固体材料片から成るチャック４０が示されており、このチャックには、パレット１０の全方向での位置決めおよびｘｙｚ座標系内での回転のための基準が設けられている。４つの上側平坦面４１がｚ方向の基準を形成しており、表面から突出しテーパされた側面を有する４つのバー４２は、パレット上に設けられたｘ−ｙ方向の基準に対して位置合わせすることができる。例えば弾性的な舌片対の前縁またはパレットの溝の堅固な縁部をバー４２に位置合わせすることができる。チャックは好適には、６つの穴４３を通されるねじによってプレスアダプタプレートまたは機械テーブル上に取り付けられる。プレスアダプタは図示されていない。４つの上側面４１の間の材料４４の部分は、最大の剛性を実現するために強固である。

図４には、チャック４０とクランプユニット３０とが組付け状態で示されている。チャックをクランプユニット内へと下降させて、パレットをチャックの上部に取り付けることができ、パレットの上面は、クランプ状態で、クランプ装置の上面とほぼ同じ平面に位置する。

図５および図６には、モジュール式クランプ装置１がクランプ状態で示されている。図６の部分Ａの拡大図が図７に示されている。パレット１０と管状部材２０も、クランプ装置の断面図内に示されている。クランプ装置の右側の部分の拡大断面図には、第１のバヨネット翼１２と第２のバヨネット翼２２の間の第１の接続機構と、複数のローラまたはボール３２のようなロック手段を含む第２の接続機構とが示されている。ローラまたはボール２３が、管状部材２０の側面に設けられた環状リング２１内へとロックされる、第２の接続機構の接続状態が示されている。

クランプピストン３５の上方に配置された第１のチャンバ３４は、クランプピストンに加えられる力を増大させる空気圧のために設計されている。クランプピストンの下方の第２のチャンバ３７は、ピストンにかけられた空気圧を開放するために設けられている。信頼性のあるシーリングを確実にするために、上側シーリング３１と下側シーリング３６とが、クランプユニットのそれぞれ上部と下部とに配置されている。

１ クランプ装置
１０ パレット
１２ 第１のバヨネット翼
１３ 凹部
１６ パレットのｚ方向の基準
１７ 弾性的な舌片
２０ 管状部材
２１ 管状部材の環状リング
２２ 第２のバヨネット翼
２３ ばね負荷されたボール
３０ クランプユニット
３１ 上側シーリング
３２ ロック手段（ローラまたはボール）
３３ クランプピストンばね
３４ 第１のチャンバ
３５ クランプピストン
３６ 下側シーリング
３７ 第２のチャンバ
４０ チャック
４１ チャックのｚ方向の基準
４２ チャックのｘ−ｙ方向の基準
４３ 穴

Claims (12)

1. チャック（４０）に位置合わせするための複数のｘ−ｙ方向の基準と複数のｚ方向の基準とを有するパレット（１０）と、
   クランプ状態で、前記チャックの外面に同心状に配置されるクランプユニット（３０）と、
   を備える、工具またはワークピース用のモジュール式クランプ装置（１）であって、
   クランプ状態で、前記パレットと前記クランプユニットとの間に管状部材（２０）が同心状に配置され、該管状部材は、前記パレットに第１の接続機構によって接続され、かつ前記クランプユニットに第２の接続機構によって接続されるように設計されていることを特徴とする、モジュール式クランプ装置（１）。
2. 前記チャックの高さは、前記クランプユニットの高さよりも小さい、請求項１記載のモジュール式クランプ装置。
3. クランプ状態で、前記第１の接続機構と前記第２の接続機構とは、ｚ方向で２つの異なる位置に置かれている、請求項１または２記載のモジュール式クランプ装置。
4. 前記第１の接続機構は、前記パレットの外面に設けられた少なくとも１つの第１のバヨネット翼（１２）と、該第１のバヨネット翼に係合するように前記管状部材の内面に設けられた少なくとも１つの第２のバヨネット翼（２２）と、を含む、請求項１から３までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
5. 前記第２の接続機構は、前記管状部材の側面に設けられた環状リング（２１）と、クランプ状態で前記環状リング内にロックされるように前記クランプユニットの側面に設けられたロック手段（３２）と、を含む、請求項１から４までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
6. 前記ロック手段は複数のローラまたはボールの形態である、請求項５記載のモジュール式クランプ装置。
7. 前記パレットは堅固な鋼から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
8. 前記管状部材の内径は、前記パレットの外径よりも大きく、好適には５０ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲にあり、特に７６ｍｍ〜１８９ｍｍの範囲にある、請求項１から７までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
9. ｘ−ｙ方向の基準として機能する複数の弾性的な舌片（１７）が、前記パレットの底面に設けられており、特に４対の弾性的な舌片が前記パレットの底面に設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
10. 側壁を有する複数の溝、好適には４つの溝が、前記パレットの底面に形成されており、特に前記側壁は、テーパされた外形を有しておりｘ−ｙ方向の基準として機能する、請求項１から９までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
11. 前記チャックは堅固な鋼から成っている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。
12. 前記クランプユニットは、前記チャック位置に影響を与えることなく、保守整備または交換のために取り外すことができる、請求項１から１１までのいずれか１項記載のモジュール式クランプ装置。