JP2021010918A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを確実に把持すること可能なクランプ装置を提供する。【解決手段】開閉自在なチャック３０と、チャック３０の軸線方向への移動によってチャック３０の開閉を操作する操作部２０とを備え、操作部２０によって開状態のチャック３０に材料Ｗが挿入された状態でチャック３０を閉状態とすることでチャック３０により材料Ｗを把持するクランプ装置において、前記チャックに挿入される材料Ｗが当接可能なストッパー４０を設け、ストッパー４０が、材料Ｗの挿入方向への押圧によって操作部２０をチャック３０の閉方向に移動させるように操作部２０に連係されたクランプ装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを把持するクランプ装置に関する。

ワーク（材料）を把持するためのクランプ装置が設けられた旋盤等の工作機械が従来公知となっている。

例えば特許文献１には、互いに対向する一対の主軸のそれぞれにクランプ装置を備え、これらのクランプ装置で把持した一対のワークを摩擦圧接するように構成された工作機械が記載されている。

特開２０１０−２６９３６４号公報

しかし、例えば上記特許文献１に記載された工作機械において摩擦加熱した一対のワークを所定の押圧力で互いに押し付けて圧接させる際のように、軸方向に向く大きな荷重がワークに加えられると、クランプ装置の把持力が不足してワークが軸方向に滑りを生じる虞があるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、ワークを確実に把持すること可能なクランプ装置を提供することにある。

本発明のクランプ装置は、開閉自在なチャックと、前記チャックの軸線方向への移動によって前記チャックの開閉を操作する操作部とを備え、前記操作部によって開状態の前記チャックに材料が挿入された状態で前記チャックを閉状態とすることで前記チャックにより前記材料を把持するクランプ装置において、前記チャックに挿入される材料が当接可能なストッパーを設け、前記ストッパーが、前記材料の挿入方向への押圧によって前記操作部を前記チャックの閉方向に移動させるように前記操作部に連係されていることを特徴とする。

本発明のクランプ装置は、上記構成において、前記操作部が、作動流体により駆動されて軸線方向に移動するピストンを備え、前記チャックは、前記ピストンに駆動されて軸線方向の後方側に移動すると閉じ、前方側に移動すると開くように構成され、前記ストッパーが、前記チャックに対して軸線方向の後方側に設けられて前記チャックに挿通された前記ワークの先端に当接可能であり、前記ストッパーが前記チャックに挿通された前記ワークにより押されて後方側に移動すると、前記ピストンが前記ストッパーとともに後方側に移動するように、前記ストッパーと前記ピストンとが接続されているのが好ましい。

本発明のクランプ装置は、上記構成において、一対のワークを摩擦圧接する工作機械に設けられて、一方の前記ワークを把持する用途に用いられるのが好ましい。

本発明によれば、ワークを確実に把持することが可能なクランプ装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態であるクランプ装置の側面視での断面図である。 図１に示すクランプ装置の正面図である。 図１に示すクランプ装置のワークを把持した状態の断面図である。 図１に示すクランプ装置を備えた工作機械により、一対のワークを摩擦圧接する手順を示す説明図である。 変形例のクランプ装置の断面図である。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態であるクランプ装置１について詳細に例示説明する。

なお、本明細書及び特許請求の範囲おいて、前方側とは、クランプ装置１が図１に示す姿勢で配置された状態において図１中で右側を意味し、後方側とは、その反対側（図１中において左側）を意味するものとする。

図１に示すように、クランプ装置１は、例えば鋼材により形成される本体ブロック１０を備えている。本体ブロック１０は、第１ブロック１１と第２ブロック１２とを一体的に固定して組み合わせた構成となっており、第１ブロック１１と第２ブロック１２との間にはシリンダ室１３が区画形成されている。シリンダ室１３は円筒状（円柱状）となっており、その軸線は前後方向（図１において左右方向）に延びている。シリンダ室１３の内部には、軸線方向に移動自在に、操作部としてのピストン２０が配置されている。

第１ブロック１１にはシリンダ室１３のピストン２０より前方側の端部に連通する第１ポート１４が設けられ、第２ブロック１２にはシリンダ室１３のピストン２０より後方側の端部に連通する第２ポート１５が設けられている。第１ポート１４及び第２ポート１５は、それぞれ加圧流体供給源に接続されており、加圧流体供給源から第１ポート１４及び第２ポート１５の何れか一方に選択的に加圧した作動流体が供給されるようになっている。

加圧流体供給源が第１ポート１４及び第２ポート１５に供給する作動流体は加圧エアーとすることができるが、他の流体を用いてもよい。

ピストン２０は、加圧流体供給源から第１ポート１４を通してシリンダ室１３のピストン２０の前方側の部分に作動流体が供給されると、当該作動流体により駆動されて後方に移動する。反対に、ピストン２０は、加圧流体供給源から第２ポート１５を通してシリンダ室１３のピストン２０の後方側の部分に作動流体が供給されると、当該作動流体により駆動されて前方に移動する。

ピストン２０には円筒状のスリーブ２１が一体に設けられている。スリーブ２１は、第２ブロック１２に設けられた筒状ガイド１２ａの内側に配置されている。スリーブ２１は、大径部２１ａにおいて筒状ガイド１２ａの内周面に摺動自在に支持されており、ピストン２０とともに軸線方向に沿って前後方向に移動するようになっている。スリーブ２１の軸心にはスリーブ２１を前後方向に貫通する貫通孔２１ｂが設けられている。

第１ブロック１１には、シリンダ室１３及びピストン２０の軸線方向に沿って当該軸線と同軸に延びるガイド孔１６が設けられている。ガイド孔１６は第１ブロック１１の前端に開口している。ガイド孔１６の開口から後方側に向けた所定範囲における内周面には、開口から後方側に向けて内径が一定の割合で縮小する内向きテーパ面１６ａが設けられている。

ガイド孔１６の内側にはチャック３０が軸線方向に移動自在に配置されている。チャック３０は所謂コレットチャックとなっており、ガイド孔１６の内周面に軸線方向に摺動自在に支持される本体筒部３１と、本体筒部３１の前端に一体に連なる３つの爪部３２（図１では２つのみが示される）とを備えている。

図２に示すように、３つの爪部３２はスリット３３により周方向に互いに分離されており、それぞれ本体筒部３１との連結部分を起点として互いに接近離反するように径方向に弾性変形自在となっている。図１に示すように、それぞれの爪部３２の前方側における外周面には、前方側から後方側に向けて外径が一定の割合で縮小する外向きテーパ面３２ａが設けられている。それぞれの外向きテーパ面３２ａはガイド孔１６の内向きテーパ面１６ａに当接している。

チャック３０は、その後端部分においてピストン２０と一体に設けられたスリーブ２１の前端部分に固定されている。したがって、ピストン２０が軸線方向の後方側に移動すると、チャック３０はピストン２０に駆動されてピストン２０とともに軸線方向の後方側に移動する。反対に、ピストン２０が軸線方向の前方側に移動すると、チャック３０はピストン２０に駆動されてピストン２０とともに軸線方向の前方側に移動する。

チャック３０の軸心には前後方向に延びる挿通孔３４が設けられている。挿通孔３４には、チャック３０の前端の開口から棒状のワーク（材料）Ｗを挿通することができる。挿通孔３４はスリーブ２１の貫通孔２１ｂに連なっており、チャック３０の挿通孔３４に挿通されたワークＷは挿通孔３４から貫通孔２１ｂにまで達することができる。

本体筒部３１の外周面には軸線方向に平行に延びる凹溝３１ａが設けられている。凹溝３１ａには、第１ブロック１１に固定されてガイド孔１６の内周面に突出するプラグ３５のヘッド部分３５ａが係合し、これにより、チャック３０は本体ブロック１０に対して軸線方向を中心とした回転方向について回り止めされている。

スリーブ２１のチャック３０に対して軸線方向の後方側にはストッパー４０が設けられている。ストッパー４０には、チャック３０の挿通孔３４から挿通されたワークＷの後方側を向く先端が当接することができる。ストッパー４０は、ストッパー４０がチャック３０の挿通孔３４に挿通されたワークＷにより押されて後方側に移動するとピストン２０もストッパー４０とともに後方側に移動するようにスリーブ２１に一体的に連携して設けられている。

本実施の形態では、ストッパー４０は、ボルト部４１を有し、スリーブ２１の貫通孔２１ｂの内周面に設けられた雌ねじ２１ｃにボルト部４１をねじ結合させることでスリーブ２１の後端に固定されている。スリーブ２１の後端に固定されたストッパー４０はスリーブ２１の貫通孔２１ｂの後端を閉塞している。チャック３０の挿通孔３４から挿通されたワークＷの後方側を向く先端は、ストッパー４０のボルト部４１の端面に当接することができる。

スリーブ２１のストッパー４０に近接する位置には、チャック３０の開き具合を調整するための治具が挿通される治具挿通孔２１ｄが設けられている。治具挿通孔２１ｄは、チャック３０の挿通孔３４から貫通孔２１ｂに向けてワークＷが挿通されたときに、貫通孔２１ｂの内部の空気を外部に排出することもできる。

次に、上記構成を有するクランプ装置１の作動について説明する。

図１に示すように、ピストン２０がシリンダ室１３の前方端に位置する状態では、チャック３０の外向きテーパ面３２ａとガイド孔１６の内向きテーパ面１６ａとの当接が解除されるようにチャック３０が前方に配置されてチャック３０は開いている。チャック３０が開いた状態において、挿通孔３４にワークＷを挿通することができる。ワークＷは、その後方側を向く先端がストッパー４０に当接するまで挿通孔３４に挿通される。

次に、図３に示すように、第１ポート１４に作動流体を供給し、ピストン２０を軸線方向の後方側に移動させる。ピストン２０が軸線方向の後方側に移動すると、チャック３０がピストン２０により駆動されて軸線方向の後方側に移動し、３つの爪部３２の外向きテーパ面３２ａがガイド孔１６の内向きテーパ面１６ａにより径方向内側に向けて押されてチャック３０が閉じる。チャック３０が閉じると、それぞれの爪部３２の先端の内周エッジが挿通孔３４に挿通されたワークＷの外周面を係止してワークＷはチャック３０に把持される。これにより、ワークＷはクランプ装置１に固定される。

本実施の形態のクランプ装置１では、ワークＷがクランプ装置１に固定された状態においてワークＷ２に軸方向の後方側に向けた大きな荷重が加えられると、当該荷重がワークＷの先端に当接するストッパー４０を介してピストン２０に伝達されてピストン２０を軸線方向の後方側に移動させる力として働くことになるので、チャック３０の把持力が増加されることになる。

このように、本実施の形態のクランプ装置１によれば、ワークＷに軸方向の後方側に向けた大きな荷重が加わったときに、当該荷重を利用してチャック３０の把持力を増加させることができるので、ワークＷに軸方向の後方側に向けた大きな荷重が加わったときにワークＷに軸方向の滑りを生じさせることなく、ワークＷを確実に把持することができる。

ワークＷの把持を解除するには、図２に示す状態から、第２ポート１５に作動流体を供給して、ピストン２０を軸線方向の前方側に移動させればよい。すなわち、ピストン２０を軸線方向の前方側に移動させると、ピストン２０により駆動されてチャック３０も軸線方向の前方側に移動し、これにより内向きテーパ面１６ａによる押圧が解除され、図１に示すように３つの爪部３２が径方向外側に向けて元の形状に復元して、チャック３０が開かれる。チャック３０が開かれると、それぞれの爪部３２の先端の内周エッジによるワークＷの係止が解除され、ワークＷをチャック３０の挿通孔３４から抜き取ることができる。

図１に示すクランプ装置１は、一対のワークを摩擦圧接する工作機械に設けられて、一方のワークを把持する用途に用いることができる。図４に、クランプ装置１が用いられる工作機械１００の一例を示す。

図４に示すように、工作機械１００は、基台１０１に配置される主軸１０２を有している。主軸１０２はコレットチャック１０３を有しており、コレットチャック１０３によりワークＷ１を把持することができる。主軸１０２は電動モータ等を駆動源とする移動機構により駆動されて基台１０１に対して軸線方向（Ｚ軸方向、前後方向）に移動することができるとともに、電動モータ等の駆動源により駆動されて回転することができる。

クランプ装置１は主軸１０２に対向して基台１０１に固定されている。

工作機械１００は、主軸１０２のコレットチャック１０３で把持したワークＷ１と、クランプ装置１のチャック３０で把持したワーク（材料）Ｗ２とを摩擦圧接するように作動する。摩擦圧接は、以下の手順で行われる。

まず、図４（ａ）に示すように、主軸１０２のコレットチャック１０３にワークＷ１を把持させるとともに、クランプ装置１のチャック３０に図３に示す状態となるようにワークＷ２を把持させる。

次いで、ワークＷ１を把持する主軸１０２を、所定の回転数で回転させつつ軸線方向に沿ってクランプ装置１に接近する方向に移動させ、図４（ｂ）に示すように、主軸１０２とともに回転するワークＷ１のクランプ装置１の側を向く接合面（端面）をクランプ装置１に固定されて回転していないワークＷ２の主軸１０２の側を向く接合面（端面）に所定の摩擦圧力で摺接させる。これにより、ワークＷ１、Ｗ２の接合面は、それぞれ互いの相対回転の差により摩擦加熱される。

ワークＷ１、Ｗ２の接合面が摩擦加熱により所定の温度にまで加熱されると、図４（ｃ）に示すように、主軸１０２の回転を停止させ、主軸１０２をさらにクランプ装置１の側に向けて移動させて、ワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に所定のアプセット圧力で押し付けて両者を圧接する。これにより、ワークＷ１、Ｗ２が摩擦圧接により接合される。

上記摩擦圧接において、ワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に所定の圧力（アプセット圧力）で押し付ける際には、クランプ装置１に固定されたワークＷ２に、ワークＷ１から軸方向の後方側に向く大きな荷重が加えられることになる。

しかし、上記の通り、本実施の形態のクランプ装置１では、ワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に所定の圧力で押し付ける際にワークＷ２に加わる軸方向の後方側に向けた大きな荷重を利用してチャック３０の把持力を増加させることができるので、当該圧接の際にチャック３０によりワークＷ２を確実に把持することができる。これにより、ワークＷ１の接合面をワークＷ２の接合面に所定の圧力で押し付ける際に、押し付けの圧力が不足することを防止して、ワークＷ１とワークＷ２を摩擦圧接により確実に接合することができる。

図５は変形例のクランプ装置の断面図である。図５においては、前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。

図５に示すように、ストッパー４０はスリーブ２１の後端に一体に設けた構成とすることもできる。当該構成において、ストッパー４０はスリーブ２１の貫通孔２１ｂの後方を向く開口を閉塞しており、チャック３０の挿通孔３４から貫通孔２１ｂに挿通されたワークＷの後方側を向く先端に当接することができる。この構成においても、上記と同様の効果を得ることができるとともに、クランプ装置１の部品点数を低減して、そのコストを低減することもできる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施の形態では、ストッパー４０は、スリーブ２１の後端に設けられているが、これに限らず、チャック３０に対して軸線方向の後方側に設けられて挿通孔３４に挿通されたワークＷ、Ｗ２の先端が当接可能であり、かつ、ストッパー４０が挿通孔３４に挿通されたワークＷ、Ｗ２により押されて後方側に移動するとピストン２０がストッパー４０とともに後方側に移動するようにピストン２０と接続された構成であれば、例えばピストン２０と一体に設けた構成とするなど、その構成は種々変更可能である。

工作機械１００は、正面主軸と背面主軸とを備えたものにクランプ装置１を設けた構成とすることもできる。この場合、クランプ装置１は正面主軸に把持されたワークを加工する工具が設けられる刃物台に装着することができる。該刃物台は各工具を正面主軸に対して所定の位置に配置できるように移動自在に設けられる。工作機械１００は、正面主軸が背面主軸と対向する位置において背面主軸との間でワークを受け渡しつつ当該ワークの加工を行うとともに、ワークの残材が生じると、この残材を旧材として、クランプ装置１が正面主軸と対向するように刃物台を移動して正面主軸からクランプ装置１に旧材を受け渡し、クランプ装置１に把持された旧材と、正面主軸に新たに供給したワークの新材とを摩擦圧接することができる構成とすることができる。

工作機械１００を、正面主軸と背面主軸とを備えたものにクランプ装置１を設けた構成とした場合、クランプ装置１のチャック３０を、正面主軸で把持されているワークの外径を把持可能なサイズとするのが好ましい。これにより、正面主軸に把持された状態で加工されて小径となったワークの先端部分を背面主軸で把持してワークの正面主軸から背面主軸への受け渡しを可能としつつ、旧材と新材とを摩擦接合する際には、クランプ装置１により旧材を把持可能な構成とすることができる。

前記実施の形態では、ピストン２０を作動流体により駆動して前後方向の両側に作動させるようにしているが、ピストン２０を前後方向の何れか一方側にバネ部材等の弾性体により付勢し、他方側に向けて作動流体により駆動する構成とすることもできる。

１ クランプ装置
１０ 本体ブロック
１１ 第１ブロック
１２ 第２ブロック
１２ａ 筒状ガイド
１３ シリンダ室
１４ 第１ポート
１５ 第２ポート
１６ ガイド孔
１６ａ 内向きテーパ面
２０ ピストン（操作部）
２１ スリーブ
２１ａ 大径部
２１ｂ 貫通孔
２１ｃ 雌ねじ
２１ｄ 治具挿通孔
３０ チャック
３１ 本体筒部
３２ 爪部
３２ａ 外向きテーパ面
３３ スリット
３４ 挿通孔
４０ ストッパー
４１ ボルト部
１００ 工作機械
１０１ 基台
１０２ 主軸
１０３ コレットチャック
Ｗ ワーク（材料）
Ｗ１ ワーク
Ｗ２ ワーク（材料）

Claims (3)

1. 開閉自在なチャックと、前記チャックの軸線方向への移動によって前記チャックの開閉を操作する操作部とを備え、前記操作部によって開状態の前記チャックに材料が挿入された状態で前記チャックを閉状態とすることで前記チャックにより前記材料を把持するクランプ装置において、
   前記チャックに挿入される材料が当接可能なストッパーを設け、前記ストッパーが、前記材料の挿入方向への押圧によって前記操作部を前記チャックの閉方向に移動させるように前記操作部に連係されていることを特徴とするクランプ装置。
2. 前記操作部が、作動流体により駆動されて軸線方向に移動するピストンを備え、
   前記チャックは、前記ピストンに駆動されて軸線方向の後方側に移動すると閉じ、前方側に移動すると開くように構成され、
   前記ストッパーが、前記チャックに対して軸線方向の後方側に設けられて前記チャックに挿通された前記ワークの先端に当接可能であり、
   前記ストッパーが前記チャックに挿通された前記ワークにより押されて後方側に移動すると、前記ピストンが前記ストッパーとともに後方側に移動するように、前記ストッパーと前記ピストンとが接続されている、請求項１に記載のクランプ装置。
3. 一対のワークを摩擦圧接する工作機械に設けられて、一方の前記ワークを把持する用途に用いられる、請求項１または２に記載のクランプ装置。

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