JP2022078582A - クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動圧を常時供給する必要なく引込力を維持することができるクランプ装置を提供する。【解決手段】テーパ軸部４０を有するプラグ部材４２と、テーパ軸部４０と同軸かつ相補形状のテーパ穴部４４を有するリング部材４６とが、係合するクランプ装置１０において、一方の部材に、同軸固定されたプルボルト５２と、他方の部材に、同軸固定され、プルボルト５２を収容可能なコレット５６と、コレット５６の外周側に、往復移動可能に嵌合され、内周側にテーパ内周面８４を有するくさびスリーブ７４と、コレット５６の側部に、径方向に沿って貫通形成されたボール穴部６８に、径方向に移動可能に配置され、くさびスリーブ７４のテーパ内周面８４に当接したときに、プルボルト５２を径方向内側に押圧する、複数のボール５４と、くさびスリーブ７４の後端部側に、ばね９６を有して設けられた付勢手段９２と、を具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、クランプ装置に関する。

特許文献１には、工作機械のテーブルに載置されるパレット着座ユニットにワークパレットを固定するためのクランプ装置が開示されている。クランプ装置は、伝動部材をクランプ駆動することによって、伝動部材が、ワークパレットをパレット着座ユニット側へ引き込むように構成されている。クランプ駆動するための駆動手段には、一般的には、油圧ピストンからの作動圧が用いられている。しかしながら、ワークパレットを引き込むための引込力を維持するためには、常に作動圧を供給する必要があり、例えば、回転体上にクランプ装置を配置した場合には、回転継手等を介して作動圧を供給し続けることとなり、油圧ピストン内の油の摩擦抵抗が増加する。これによって、クランプされた回転テーブルを所定の角度ずつ間欠的に回転させる、いわゆる、回転割出しの精度の低下や、発熱及び作動圧の漏れ等が生じるリスクが高くなる。従って、作動圧を常時供給する必要なく引込力を維持できることが望ましい。

特許第４１０８３５６号公報

本発明の目的は、作動圧を常時供給する必要なく引込力を維持することができるクランプ装置を提供することである。

本発明によれば、テーパ状に形成されたテーパ軸部を有する第１部材と、テーパ軸部と同軸かつ相補形状のテーパ穴部を有する第２部材とを、係合することによってクランプするクランプ装置において、第１部材、又は、第２部材の何れか一方の部材に、テーパ軸部又はテーパ穴部と同軸に固定されたプルボルトと、他方の部材において、テーパ軸部又はテーパ穴部と同軸に固定されており、プルボルトを軸線方向に沿って収容可能に形成された、略円筒形状のコレットと、コレットの外周側に、軸線方向に沿って往復移動可能に嵌合されており、先端部の内周側において、テーパ状に形成されたテーパ内周面を有するくさびスリーブと、コレットの側部において、周方向に沿って複数形成されており、軸線方向と直交するコレットの径方向に沿って貫通形成されたボール穴部に、径方向に沿って移動可能に配置されると共に、径方向の外側において、往復運動するくさびスリーブのテーパ内周面に当接したときに、コレットに収容されたプルボルトを径方向の内側に押圧する、略球形状の複数のボールと、くさびスリーブの後端部側に、ばねを有して設けられ、くさびスリーブを前記プルボルトの側へ付勢する付勢手段と、を具備するクランプ装置が提供される。

クランプ装置は、先端部の内周側において、テーパ状に形成されたテーパ内周面を有するくさびスリーブを備えている。くさびスリーブは、後端部側に設けられた付勢手段に付勢されることによって往復運動したときに、ボール穴部に、径方向に沿って移動可能に配置された略球形状の複数のボールに、テーパ内周面を当接させることができる。テーパ内周面は、テーパ状に形成されているため、ボールとテーパ内周面との間に摩擦力を生じさせることができ、摩擦力の一部をコレットの径方向に沿ってボールを押圧する力とすることができる。このため、くさびスリーブとプルボルトとの間にボールを密着させるだけの構成と比較して、ボールをコレットの径方向内側にさらに強く押圧することができ、さらに、ボールを介して、コレットに収容されたプルボルトを径方向内側に強く押圧することができる。これによって、くさびスリーブとボールとを一旦当接させると、ボールによってプルボルトを押圧する状態を維持することができ、追加的に力を加えることなく、第１部材と第２部材との係合を維持することができる。また、プルボルトとコレット及びくさびスリーブとは、同軸に設けられていることから、くさびスリーブとボールとの間に生じる摩擦力の一部を効率よくコレットに伝達することができる。以上のことから、くさびスリーブとボールとを用いて第１部材と第２部材とをクランプすることができ、作動圧を常時供給する必要なくプルボルトを引き込むための引込力を維持することができる。

本発明に係るクランプ装置によって、作動圧を常時供給する必要なく引込力を維持することができる。

図１は、本実施形態に係るクランプ装置を備えた工作機械の全体構成図を示す。 図２は、本実施形態に係るアンクランプ状態のクランプ装置の断面図を示す。 図３は、本実施形態に係るクランプ状態のクランプ装置の断面図を示す。 図４は、図３におけるボールとくさびスリーブとの係合部分の拡大図を示す。 図５は、本実施形態に係るクランプ装置の空気回路図を示す。 図６は、本実施形態に係る制御部によるフローチャートを示す。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るクランプ装置を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある

図１は、本実施形態に係るクランプ装置１０を備えた工作機械１２の構成図が示されている。図中には、工作機械１２を水平面上に配置したときの装置上下方向及び装置前後方向を矢印で示す。図中のＹは、装置上方側を示しており、Ｚは、装置前後方向を示す。また、ここでは、水平面において、装置前後方向と直交する方向を装置横方向（紙面に対して垂直方向）と称する。

工作機械１２は、ベッド１４上に支持されたコラム１６と、コラム１６上に支持され主軸１８を回転可能に支持する主軸頭２０と、ベッド１４上に支持されたテーブル２２と、を備える。テーブル２２上には、平面視で略四角形状に形成されたパレット着座ユニット２６が固設されている。略四角形状のパレット着座ユニット２６の４つの角部には、クランプ装置１０がそれぞれ設けられている。パレット着座ユニット２６上には、平面視で略四角形状に形成されたワークパレット２４が配置されており、ワークパレット２４は、クランプ装置１０によって、パレット着座ユニット２６にクランプされている。ワークパレット２４の上面には、ワークＷが取り付けられている。

コラム１６は、ベッド１４に対して装置横方向（Ｘ軸方向、図１では、紙面に垂直な方向）に移動可能とされており、主軸頭２０はコラム１６に対して装置上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能とされている。さらに、テーブル２２は、ベッド１４に対して装置前後方向（Ｚ軸方向、図１では左右方向）に移動可能とされている。このため、テーブル２２上にワークパレット２４を介して固定されたワークＷと主軸頭２０に支持された主軸１８とをＸ、Ｙ、Ｚの直交３軸方向に相対的に移動させることによって、ワークＷを加工することができる。

工作機械１２による加工の開始及び終了後に、ワークパレット２４へのワークＷの着脱等の段取り作業をテーブル２２上で行うと、その間、工作機械１２で加工を行うことができなくなり、稼働効率を低下させることになる。このため、工作機械１２の本体部と近接して、パレットローディングステーション２７を配置し、工作機械１２による加工中に、パレットローディングステーション２７上でワークパレット２４及びワークＷの段取り作業を行えるように構成されている。また、工作機械１２の本体部とパレットローディングステーション２７との間にパレット交換装置２８を設置して、テーブル２２とパレットローディングステーション２７との間でワークパレット２４の交換を自動的に行えるように構成されている。

パレットローディングステーション２７には、工作機械１２のテーブル２２側へ延在する第１のアーム３０Ａと、パレットローディングステーション２７側へ延在するアーム３０Ｂと、からなる一対のアーム３０を備えたパレット交換装置２８が示されている。このパレット交換装置２８を用いたパレット交換は、例えば、以下のように行われる。

加工が終了したワークＷが取り付けられているワークパレット２４は、これを載置したテーブル２２が装置前方側へ移動されると共に、装置下方側に、テーブル２２側のアーム３０Ａが配置される。一方、パレットローディングステーション２７上に載置されている、段取り済みの別個のワークパレット２４Ａの装置下方側には、パレットローディングステーション２７側のアーム３０Ｂが配置される。ワークパレット２４、２４Ａは、一対のアーム３０Ａ、３０Ｂ上に、それぞれ載置されると共に、テーブル２２及びパレットローディングステーション２７上から持ち上げられる。それから、一対のアーム３０が装置上下方向（鉛直方向）に延在する旋回軸線回りに旋回されることによって、テーブル２２側のワークパレット２４は、パレットローディングステーション２７側へ、パレットローディングステーション２７側のワークパレット２４Ａは、テーブル２２側へ、移動される。ワークパレット２４、２４Ａが移動されると、一対のアーム３０は、それぞれ下降し、各ワークパレット２４、２４Ａは、パレットローディングステーション２７及びパレット着座ユニット２６の上に載置される。パレット着座ユニット２６の上に載置された、テーブル２２側のワークパレット２４Ａは、クランプ装置１０によってクランプされる。これによって、ワークパレット２４、２４Ａのパレット交換が完了する。

なお、ここでは、パレット交換装置２８は、一対のアーム３０を用いてワークパレット２４を交換するとして説明するが、これに限らず、他の態様でワークパレットを交換するパレット交換装置が用いられてもよい。

工作機械１２のコラム１６側の端部には、例えば、工場内のサービスエアＳＡ（図５参照）等から取り込んだ空気を増圧（圧縮）し、クランプ装置１０へ供給する、クランプ用空気増圧部としての第１エアブースタ３２が設けられている。また、以下に説明するエアブロー装置１２４へ増圧した空気を供給する、ブロー用空気増圧部としての第２エアブースタ３４が設けられている。さらに、第１エアブースタ３２及び第２エアブースタ３４には、クランプ装置１０及びエアブロー装置１２４へ供給した空気量を計測するための流量計を備えた、第１監視部としての空気モニタ装置３３、３５が、それぞれ設けられている。

工作機械１２のコラム１６の下方側には、エア管理機構としての制御部３６が設けられている。制御部３６は、クランプ装置１０及びエアブロー装置１２４と電気的に接続されており、第１エアブースタ３２及び第２エアブースタ３４からクランプ装置１０及びエアブロー装置１２４への空気の供給／停止を制御するように構成されている。また、制御部３６は、空気モニタ装置３３、３５とも電気的に接続されている。さらに、工作機械１２のコラム１６の下方側には、クランプ装置１０及びエアブロー装置１２４を含む工作機械１２に配設された各装置の消費電力をモニタするために、例えば、電力メータを備えた、第２監視部としての電力モニタ装置３７が設けられている。第１エアブースタ３２及び第２エアブースタ３４並びに電力モニタ装置３７は、それぞれ制御部３６と電気的に接続されている。

図２には、本実施形態に係るクランプ装置１０を立面視の断面図（装置上下方向に切断した断面図）で示す。図２に示されたクランプ装置１０は、ワークパレット２４がクランプされていないアンクランプ状態を表す。工作機械１２のテーブル２２の上面に固設されたパレット着座ユニット２６は、その装置上方側に載置されたワークパレット２４を、クランプ装置１０によって、位置決め固定するように構成されている。

図３に示されるように、クランプ装置１０は、パレット着座ユニット２６側に設けられ、装置上方側へ向けてテーパ状に形成されると共に、略円錐台形状のテーパ軸部４０を有する第１部材としてのプラグ部材４２と、ワークパレット２４側に設けられ、テーパ軸部４０と同軸かつ相補形状のテーパ穴部４４を有する第２部材としてのリング部材４６と、を有する。クランプ装置１０は、プラグ部材４２とテーパ穴部４４とが係合した状態で、ワークパレット２４をクランプするように構成されている。

テーパ穴部４４の軸中心には、リング部材４６を貫通するように、内周部の形状が略円筒状のリング穴部４６Ａが形成されている。また、リング部材４６の装置下方側には、略中空円板状の外縁部４６Ｂが形成されている。ワークパレット２４の下部には、その内周形状が、リング部材４６の装置上方側の外側形状と略同一形状の取付部４８が形成されており、リング部材４６は、取付部４８に当接すると共に、図示しないボルト等を介して取付部４８に固定されている。

ワークパレット２４において、取付部４８のリング穴部４６Ａに対向する部分には、ワークパレット２４の厚さ方向（装置上下方向）に沿って、内周部の形状が略円筒状の取付穴部５０が形成されている。リング部材４６が固定されたワークパレット２４には、リング穴部４６Ａと取付穴部５０とを通じて、略円柱状に形成されたプルボルト５２が固定されている。プルボルト５２の装置上方側は、リング穴部４６Ａ及び取付穴部５０の内径と略同一の外径に形成されたボルト軸部５２Ａとされている。また、ボルト軸部５２Ａの軸線方向に沿った装置下方側には、径方向に沿った断面の直径がボルト軸部５２Ａよりも大きくなるように形成された、略円錐台形状のボルト頭部５２Ｂが形成されている。さらに、ボルト軸部５２Ａとボルト頭部５２Ｂとの接続部分には、後述するボール５４の表面が当接できるように、立面視の断面形状がボール５４の外周形状と略同一の係止部５２Ｃが、プルボルト５２の外周に沿って形成されている。

パレット着座ユニット２６の内部には、略円筒状に形成されたコレット軸部５８を有するコレット５６が固定されている。コレット軸部５８は、パレット着座ユニット２６の厚さ方向に沿って配置されると共に、コレット軸部５８の先端部（装置上方側端部）が、パレット着座ユニット２６の上面２６Ａよりも装置上方側に延出するように配置されている。コレット５６は、プルボルト５２を内周部６０に挿入できるように、リング部材４６及びプルボルト５２と同軸に配置されている。コレット５６の内周部６０の内径は、プルボルト５２が挿入できる程度に、ボルト頭部５２Ｂの外径と略同一に形成されている。コレット５６の装置下方側には、略中空円板状に形成されたコレット台座部６２が形成されている。また、コレット軸部５８の装置上下方向略中間部には、外周に沿ってコレット溝部６４が形成されており、コレット溝部６４には、気密性確保のためのＯリングＯＲが取り付けられている。さらに、コレット軸部５８の後端部側において、コレット溝部６４の装置下方側の部分には、コレット軸部５８の先端部側よりも大きい外径を有する、コレット下側軸部６６が形成されている。

図４に示されるように、コレット軸部５８の先端部側には、コレット軸部５８の周方向に沿ってボール穴部６８が複数箇所形成されている。ボール穴部６８は、周方向に沿って等間隔で形成されており、ここでは、例えば、約６０度ずつの間隔で６箇所に形成されている。なお、以下の説明では、ボール穴部６８は、６箇所に形成されているとして説明するが、これに限らず、例えば、１０箇所や４箇所といった様に、６箇所よりも多数又は少数形成されてもよい。ボール穴部６８は、コレット５６の軸線方向と直交するコレット５６の径方向に沿って貫通形成されており、コレット軸部５８の外周面５８Ａにおける、ボール穴部６８の内径は、ボール５４の外径と略同一とされている。ボール穴部６８は、ここでは、その内周形状がコレット５６の径方向内側へ向かうにつれて内径が縮小する、略半球状に形成されている。なお、以下の説明では、ボール穴部６８は、略半球状に形成されているとして説明するが、これに限らず、例えば、内周形状は、略円筒状のようなコレットの径方向に沿って内径が変わらない形状に形成されてもよい。

図３に示されるように、コレット５６の内周部６０側には、軸線方向に沿って蓋用ばね７０が配置されている。蓋用ばね７０の装置上方側端部には、コレット５６の内径と略同一の外径を有する、平面視で略円形状の蓋部材７２が配置されている。このため、蓋部材７２は、蓋用ばね７０に軸線方向に沿って装置上方側へ向けて付勢されており、蓋部材７２の先端は、皿ばね７０以外から力が加えられていない状態で、コレット５６の先端と略同一の装置上下方向位置（高さ）となるように構成されている。これにより、コレット５６の内部に異物が侵入することを防ぐことができる。また、蓋部材７２の先端は、コレット５６に、プルボルト５２が挿入された際に、ボルト頭部５２Ｂと当接すると共に、プルボルト５２を装置下方側から支持するように構成されている。

コレット５６の外周側には、略円筒状に形成されたスリーブ軸部７６を有する、くさびスリーブ７４が、軸線方向に沿って往復移動可能に嵌合されている。このため、くさびスリーブ７４は、コレット５６及びプルボルト５２と同軸に配置されている。また、スリーブ軸部７６の内径は、コレット軸部５８の外周面５８Ａに対して摺動可能な程度に、コレット軸部５８の外径と略同一に形成されている。スリーブ軸部７６の装置下方側には、略中空円板状に形成されたスリーブ円板部７８が形成されている。スリーブ円板部７８は、アンクランプ状態では、その内周部側は、コレット下側軸部６６の上面６６Ａに載置され、ワークパレット２４がクランプされたクランプ状態では、スリーブ円板部７８の内周側が、コレット溝部６４と対向するように形成されている。くさびスリーブ７４の装置上下方向略中間部には、外周に沿ってスリーブ溝部８０が形成されており、スリーブ溝部８０には、気密性確保のためにＯリングＯＲが取り付けられている。

図４に示されるように、スリーブ軸部７６は、その先端部８２が、コレット軸部５８の先端よりも装置下方側に位置するように構成されている。また、先端部８２の内周側には、テーパ状に形成されたテーパ内周面８４が設けられている。テーパ内周面８４は、くさびスリーブ７４の先端から装置下方側（後端部側）へ向かうにつれて、コレット５６側（径方向内側）へ向けて傾斜するように形成された第１内周面８６を有する。さらに、第１内周面８６の下端部から装置下方側へ向けて、第１内周面８６と連続して第２内周面８８が形成されている。第２内周面８８は、コレット軸部５８の外周面５８Ａとの間に形成される第２傾斜角度Ｄ２が、第１内周面８６と外周面５８Ａとの間に形成される第１傾斜角度Ｄ１よりも小さくなるように形成されている。

コレット５６の６箇所のボール穴部６８と、くさびスリーブ７４の先端部８２と、によって形成される部分には、略球形状のボール５４が、それぞれ配置されている。このため、クランプ状態において、ボール５４は、コレット５６側（径方向内側）では、プルボルト５２の係止部５２Ｃに当接し、くさびスリーブ７４側（径方向外側）では、第２内周面８８に当接する。これによって、ボール５４は、プルボルト５２及びくさびスリーブ７４に挟まれることによって係止（固定）する。係止されたボール５４は、ボルト頭部５２Ｂを押圧するため、プルボルト５２が、係止（固定）される。

図３に示されるように、コレット５６及びくさびスリーブ７４の外周側かつ装置上方側には、テーパ軸部４０を有するプラグ部材４２が配置されている。プラグ部材４２のテーパ軸部４０の装置下方側には、略中空円板状に形成されたプラグ台座部９０が形成されている。テーパ軸部４０は、プラグ台座部９０の外縁部（径方向外側部分）をパレット着座ユニット２６の上面２６Ａに載置させた状態で、パレット着座ユニット２６に固定されている。

くさびスリーブ７４のスリーブ円板部７８の装置下方側には、くさびスリーブ７４を装置上方側へ付勢するための、付勢手段としての第１付勢手段９２が設けられている。具体的には、パレット着座ユニット２６と、スリーブ円板部７８と、コレット下側軸部６６と、コレット台座部６２と、によって囲まれた閉鎖空間に、ばねを有する第１付勢手段９２を設けた第１付勢部９４が形成されている。第１付勢手段９２は、第１付勢部９４内に、装置上下方向に沿って複数個配置された皿ばね９６によって構成されている。なお、以下の説明では、第１付勢部９４に設けられたばねは、皿ばね９６であるとして説明するが、これに限らず、コイルばね等の他の種類のばねが用いられてもよい。

第１付勢手段９２は、さらに、空気圧によって、くさびスリーブ７４をプルボルト５２の側（装置上方側）へ付勢するための、クランプエア機構９８が設けられている。具体的には、クランプエア機構９８は、第１付勢部９４に増圧した空気を流入させることによって、くさびスリーブ７４を装置上方側へ押圧するように構成されている。

図５に示されるように、第１付勢部９４には、第１エアブースタ３２において増圧（圧縮）された空気が、パレット着座ユニット２６内に配管された第１配管１００を通じて供給される。第１配管１００の第１エアブースタ３２側には、第１エアブースタ３２内の空気を解放するための第１電磁弁１０２が設けられている。第１エアブースタ３２及び第１電磁弁１０２は、制御部３６と電気的に接続されており、第１電磁弁１０２は、制御部３６からの信号によって作動し、第１電磁弁１０２を開閉するように構成されている。また、第１配管１００の第１電磁弁１０２よりも第１付勢部９４側には、空気圧が所定の圧力を超えないように調節するための第１レギュレータ１０４と、空気圧が所定の圧力を超えた場合に、第１配管１００の空気の流れを遮断するための第１圧力スイッチ１０６と、が設けられている。第１レギュレータ１０４及び第１圧力スイッチ１０６は、それぞれ制御部３６と電気的に接続されており、これらが作動した際に、制御部３６は、第１電磁弁１０２を作動して（閉鎖して）、空気の流れを調整するように構成されている。さらに、第１配管１００の第１電磁弁１０２と第１レギュレータ１０４との間には、逆流防止のための逆止弁１０８が設けられている。

図３に示されるように、くさびスリーブ７４のスリーブ円板部７８の上面側には、パレット着座ユニット２６と、スリーブ円板部７８と、プラグ台座部９０と、によって囲まれた閉鎖空間に第２付勢部１１０が形成されている。第２付勢部１１０には、くさびスリーブ７４を装置下方側へ付勢するための、付勢手段としての第２付勢手段１１２が設けられている。具体的には、第２付勢手段１１２は、空気圧によって、くさびスリーブ７４を装置下方側へ付勢するアンクランプエア機構１１４を備える。アンクランプエア機構１１４は、第１エアブースタ３２において増圧された空気を、第２付勢部１１０へ流入させることによって、くさびスリーブ７４を装置下方側へ付勢するように構成されている。

図５に示されるように、第２付勢部１１０には、第１エアブースタ３２において増圧（圧縮）された空気が、パレット着座ユニット２６内に配管された第２配管１１６を通じて供給される。第２配管１１６の第１エアブースタ３２側には、第１エアブースタ３２内の空気を解放するための第２電磁弁１１８が設けられている。第２電磁弁１１８は、制御部３６と電気的に接続されており、第２電磁弁１１８は、制御部３６からの信号によって作動し、第２電磁弁１１８を開閉するように構成されている。また、第２配管１１６の第２電磁弁１１８よりも第２付勢部１１０側には、空気圧が所定の圧力を超えないように調節するための第２レギュレータ１２０と、空気圧が所定の圧力を超えた場合に、第２配管１１６の空気の流れを遮断するための第２圧力スイッチ１２２と、が設けられている。第２レギュレータ１２０及び第２圧力スイッチ１２２は、それぞれ制御部３６と電気的に接続されており、これらが作動した際に、制御部３６は、第２電磁弁１１８を作動して（閉鎖して）、空気の流れを調整するように構成されている。

図３に示されるように、パレット着座ユニット２６には、プラグ部材４２とリング部材４６との嵌合面４２Ｐ、４６Ｐをクリーニングするためのエアブロー装置１２４を設けることができる。クランプ装置１０のコレット台座部６２の内周部は、エアブロー装置１２４から供給される圧縮空気(クリーニング流体)を流入させるための供給口１２６とされている。

図５に示されるように、エアブロー装置１２４は、第２エアブースタ３４と、第２エアブースタ３４によって増圧された空気を貯蔵する貯蓄部としての貯蔵タンク１２８と、を有する。供給口１２６と貯蔵タンク１２８とは、パレット着座ユニット２６内に配管された第３配管１３０を介して接続されている。これにより、コレット５６の内周部６０と、第３配管１３０とは連通するように構成されている。貯蔵タンク１２８は、パレット着座ユニット２６内部において、第３配管１３０に沿って配置できるように小型に形成されている。また、貯蔵タンク１２８と供給口１２６との間には、貯蔵タンク１２８内の空気を開放するための第３電磁弁１３２が設けられている。第３電磁弁１３２は、第３配管１３０に物理的に配置することができる部分のうち、最も供給口１２６に近接する部分に設けられている。

図３に示されるように、第３電磁弁１３２を開放することによって貯蔵タンク１２８から放出された空気は、供給口１２６を通って、コレット５６の内周部６０の先端部側へ向けて流れる。コレット５６から流出した空気は、プラグ部材４２とリング部材４６との嵌合面４２Ｐ、４６Ｐを通過して、クランプ装置１０の外側へと流出する。これにより、嵌合面４２Ｐ、４６Ｐに付着した異物やごみを吹き流すことができる。

図５に示されるように、パレット着座ユニット２６内には、検知用流路１３４を設けることができる。検知用流路１３４の一方の端部は、プラグ部材４２の嵌合面４２Ｐから開放されている。このため、プラグ部材４２とリング部材４６との嵌合が不十分である場合に、検知用流路１３４には、嵌合面４２Ｐ側から空気が流入するように構成されている。また、検知用流路１３４の嵌合面４２Ｐに近接する位置には、圧力センサ１３６と、ギャップセンサ１３８と、が設けられている。圧力センサ１３６は、検知用流路１３４に流入した空気による圧力変化を検知するために設けられている。ギャップセンサ１３８は、例えば、変位センサとされており、プラグ部材４２に対するリング部材４６の変位を検出するように構成されている。また、圧力センサ１３６及びギャップセンサ１３８は、制御部３６と接続されている。制御部３６は、ギャップセンサ１３８の信号から、パレット着座ユニット２６からワークパレット２４が取り外されたと判断したときは、エアブロー装置１２４を作動させるように構成されている。さらに、プラグ部材４２とリング部材４６との嵌合が不十分である場合に、例えば、図示しないランプ又はブザーを作動して警告を表示させるように構成されている。

図１に示されるように、制御部３６は、空気モニタ装置３３、３５で計測された空気量と電力モニタ装置３７により計測された消費電力との関係をデータ化すると共に，制御部３６に設けた図示しない記憶装置に蓄積し、第１エアブースタ３２の作動が、データ化した空気量と消費電力との関係から、所定の差異を有する場合は、警告を発するように構成されている。

本実施形態に係るクランプ装置１０の作用及び効果について説明する。

クランプ装置１０は、先端部８２の内周側において、テーパ状に形成されたテーパ内周面８４を有するくさびスリーブ７４を備えている。図４に示されるように、くさびスリーブ７４は、後端部側に設けられた皿ばね９６による付勢力とクランプエア機構９８による空気圧との合力である装置上向きの力ＦＳによって装置上方側へ摺動し、複数のボール５４に、テーパ内周面８４の第２内周面８８を当接させることができる。第２内周面８８は、コレット５６に対して傾斜するように形成されているため、ボール５４と第２内周面８８との間に摩擦力を生じさせることができ、摩擦力の一部をコレット５６の径方向に沿ってボール５４を押圧する力とすることができる。このため、くさびスリーブ７４とプルボルト５２との間にボール５４を密着させるだけの構成と比較して、ボール５４をコレット５６の径方向内側にさらに強い力ＦＴで押圧することができ、さらに、ボール５４を介して、コレット５６に収容されたプルボルト５２を径方向内側に強く押圧することができる。これによって、くさびスリーブ７４とボール５４とを一旦当接させると、ボール５４によってプルボルト５２を押圧する状態を維持することができ、追加的に力を加えることなく、プラグ部材４２とリング部材４６との係合を維持することができる。また、プルボルト５２とコレット５６及びくさびスリーブ７４とは、同軸に設けられていることから、くさびスリーブ７４とボール５４との間に生じる摩擦力の一部を効率よくコレット５６に伝達することができる。以上のことから、くさびスリーブ７４とボール５４とを用いてプラグ部材４２とリング部材４６とをクランプすることができ、作動圧を常時供給する必要なくプルボルト５２を引き込むための引込力を維持することができる。

また、テーパ内周面８４は、コレット軸部５８の外周面５８Ａとの間に形成される第２傾斜角度Ｄ２が、第１内周面８６と外周面５８Ａとの間に形成される第１傾斜角度Ｄ１よりも小さくなるように形成された第２内周面８８を有する。このため、くさびスリーブ７４を、コレット５６により近い位置でボール５４に当接させることができ、より強い力で、ボール５４を介してプルボルト５２を押圧することができる。また、第２内周面８８の装置上方側に形成された第１内周面８６によって、コレット軸部５８の径方向外側との間の空間を広く形成することができるため、アンクランプの際に、テーパ内周面８４からの反力を抑えた上で、ボール５４を円滑に移動させることができる。

さらに、スリーブ軸部７６の先端部８２は、テーパ内周面８４を形成することによって、スリーブ軸部７６の他の部分と比較して、薄く形成されており、ボール５４を押圧した際の反力によって径方向外側へ向けて変形する（撓む）ように構成されている。これにより、スリーブ軸部７６の先端部８２は、プラグ台座部９０と強く当接するため、プラグ台座部９０からの径方向内向きの反力を生じさせるように構成されているため、反力をプルボルト５２と係合するボール５４に作用させることができる。

また、クランプエア機構９８は、プルボルト５２を係止するために、くさびスリーブ７４を装置上方側へ移動させるときに、第１付勢部９４に高圧で空気を注入する。このため、皿ばね９６によるばね力と空気圧との合力によって、くさびスリーブ７４を装置上下方向へ向けて押すことができ、ワークパレット２４をクランプする際のくさびスリーブ７４の摺動を安定させることができる。さらに、ワークパレット２４をクランプした後も、第１付勢部９４には、増圧した空気が、一定量留まるため、皿ばね９６と共にくさびスリーブ７４のスリーブ円板部７８を押圧し続けることができ、クランプ状態をより安定させることができる。

一般的には、ばね又は空気圧だけで、油圧と同程度の作動圧を発生させようとすると、ばねを大型化する、又は、空気圧を付加する空気室の体積を大型にする必要が生じる。このため、このような付勢手段を有するクランプ装置は、油圧を用いる場合と比べて大型に構成する必要が生じる。しかしながら、本実施形態に係るクランプ装置１０によれば、常時くさびスリーブ７４を付勢する必要がないため、油圧力を用いない場合であっても、クランプ装置１０を小型に構成することができる。

なお、ここでは、ワークパレット２４をクランプした後も、スリーブ円板部７８は、皿ばね９６と空気圧によって装置上方側へ向けて押圧されているものとして説明したが、これに限らず、ワークパレットのクランプ後は、ばね力だけで押圧されてもよい。

また、アンクランプエア機構１１４は、プルボルト５２の係止を解除する際に、第２付勢部１１０に増圧した空気を注入する。このため、スリーブ円板部７８の上面には、装置下方側へ向けた空気圧が作用して、ボール５４のくさびスリーブ７４の先端部８２及びプルボルト５２に対する係止が解除され、ボール５４との係合が解除されたくさびスリーブ７４は、装置下方側へ移動する。また、ワークパレット２４のアンクランプ後も、第２付勢部１１０には、増圧した空気が、一定量留まるため、くさびスリーブ７４のスリーブ円板部７８の上面を押圧し続けることができ、アンクランプ状態をより安定させることができる。

なお、くさびスリーブ７４は、その自重が、皿ばね９６のばね力よりも、所定の量だけ大きくなるように設定されてもよく、この場合は、装置下方側へ移動されて、アンクランプ状態に置かれたくさびスリーブは、空気圧によって装置下方側へ付勢することなく、アンクランプ状態を維持することができる。

さらに、クランプ装置１０は、エアブロー装置１２４と一体で構成されている。エアブロー装置１２４は、増圧された空気を貯蔵する貯蔵タンク１２８を、供給口１２６の近傍に設けることによって、清掃すべき嵌合面４２Ｐ、４６Ｐまでの流路を短く設定することができる。これにより、ワークパレット２４が、アンクランプされるタイミング（清掃するタイミング）に合わせて、コレット５６の内周部６０の先端から迅速に空気を噴出することができる。また、貯蔵タンク１２８から解放された空気が、内周部６０の先端に到達するまでの間の圧力損失を抑制又は防止することができる。

さらに、第３電磁弁１３２は、第３配管１３０に物理的に配置することができる部分のうち、最も供給口１２６に近接する部分に設けられている。また、貯蔵タンク１２８は、パレット着座ユニット２６内部において、供給口１２６の近傍に設けられると共に、第３配管１３０に沿って配置できるように小型に形成されている。このため、第３電磁弁１３２及び貯蔵タンク１２８のメンテナンスを容易にすることができる。

エア管理機構としての制御部３６の作用及び効果について、図６のフローチャートに基づいて説明する。

工作機械１２の稼働開始に先立ち、ステップＳ１０において、電力及び空気量のサイクル間の誤差（何％）の許容値又は最大使用量を設定する。設定後、ステップＳ２０において、工作機械１２の最初の（第１の）稼働サイクルを開始する。稼働を開始すると、ステップＳ３０において、空気モニタ装置３３、３５によって空気量をモニタすると共に、ステップＳ４０において、電力モニタ装置によって消費電力をモニタする。制御部３６は、最初の稼働サイクルが終了すると、ステップＳ５０において、空気量及び消費電力が、最大使用量を超えていないか確認する。これにより、空気漏れや工作機械１２の異常作動等に起因して、空気量及び消費電力が最大使用量を超えるような状態を検出することができる。このように、空気漏れや工作機械１２の異常作動等を検出した場合は、ステップＳ６０へ移行し、制御部３６は、警告を発するように、図示しないアラーム等を作動する。

ステップＳ５０において、空気量及び消費電力が、最大使用量を超えない場合は、ステップＳ７０へ移行し、工作機械１２の２度目（第２）以降の稼働サイクルを開始する。ステップＳ８０において、制御部３６は、最初の稼働サイクル及び前後の稼働サイクルと空気量及び消費電力を比較し、最大使用量及び設定した許容値を超えていないか確認する。これにより、連続する稼働サイクルの途中における、空気漏れや工作機械１２の異常作動等の発生を確認することができる。確認した結果、許容値を超えていない場合は、次の稼働サイクルへと移行し、超えている場合は、ステップＳ９０へ移行し、制御部３６は、警告を発するように、図示しないアラーム等を作動する。所定の稼働サイクルが終了すると、ステップＳ１００へ移行して、工作機械１２の作動を完了する。

本実施形態に係るクランプ装置１０によれば、第１エアブースタ３２及び第２エアブースタ３４を備えたクランプ装置１０及びエアブロー装置１２４を設けた工作機械１２において、クランプ装置１０及びエアブロー装置１２４と工作機械１２とが、制御部３６を介して通信可能に構成されている。このため、１稼働サイクル当たりに生成消費した空気量と消費電力とをデータ化し、同じ稼働サイクルを再度実施した際に、以前の稼働サイクルと比べて空気量や消費電力に差異がある場合は、空気漏れや昇圧不足等の可能性があるとして警告を出すことができる。また、データ化することによって、機械動作に消費した空気量と消費電力とを一元管理し、さらに、機械の稼働サイクルを監視することによって、機械保守作業の容易化も実現することができる。これによって、第１エアブースタ３２及び第２エアブースタ３４を備えたクランプ装置１０並びにエアブロー装置１２４の故障等のトラブルを未然に抑制又は防止することができる。さらに、使用する空気の圧力損失及び装置の性能低下を防止又は抑制することができるため、稼働コストが増加することを防止又は抑制することができる。

以上の説明のとおり、本実施形態に係るクランプ装置１０によって、作動圧を常時供給する必要なく引込力を維持することができる。

クランプ装置１０の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者が想到する範囲において、上記の実施形態の様々な変形が本発明の実施形態に含まれる。

なお、ここでは、クランプ装置１０は、ワークパレット２４、２４Ａをクランプするために、パレット着座ユニット２６に設けられているとして説明したが、これに限らず、例えば、ワークをテーブルにクランプするためのクランパや工具をクランプするための装置に設けられてもよい。

さらに、ここでは、第１エアブースタ３２と、第２エアブースタ３４とは、別個に設けられているとして説明したが、これに限らず、例えば、１台のエアブースタによって、クランプ装置とエアブロー装置の両方に空気が供給されてもよい。

また、ここでは、パレット着座ユニット２６内には、クランプ装置１０と、エアブロー装置１２４と、検知用流路１３４と、が設けられているとして説明したが、これに限らず、例えば、クランプ装置だけが別個に設けられる等の本実施形態とは異なる態様でパレット着座ユニットが構成されてもよい。

１０ クランプ装置
３２ 第１エアブースタ（クランプ用空気増圧部）
３３ 空気モニタ装置（第１監視部）
３４ 第２エアブースタ（ブロー用空気増圧部）
３５ 空気モニタ装置（第１監視部）
３６ 制御部（エア管理機構）
３８ 電力モニタ装置（第２監視部）
４０ テーパ軸部
４２ プラグ部材（第１部材）
４４ テーパ穴部
４６ リング部材（第２部材）
５２ プルボルト
５６ コレット
６８ ボール穴部
７４ くさびスリーブ
８２ 先端部
８４ テーパ内周面
８６ 第１内周面（テーパ内周面）
８８ 第２内周面（テーパ内周面）
９２ 第１付勢手段（付勢手段）
９６ 皿ばね（ばね）
９８ クランプエア機構
１１４ アンクランプエア機構
１２４ エアブロー装置
１２８ 貯蔵タンク（貯蓄部）
１３２ 第３電磁弁（電磁弁）

本発明によれば、テーパ状に形成されたテーパ軸部を有する第１部材と、テーパ軸部と同軸かつ相補形状のテーパ穴部を有する第２部材とを、係合することによってクランプするクランプ装置において、第１部材、又は、第２部材の何れか一方の部材に、テーパ軸部又はテーパ穴部と同軸に固定されたプルボルトと、他方の部材の内部において、テーパ軸部又はテーパ穴部と同軸に固定されており、プルボルトを軸線方向に沿って収容可能に形成された、略円筒形状のコレットと、コレットの外周側と他方の部材の内周側との間で、軸線方向に沿って往復移動可能に嵌合されており、先端部の内周側において、先端部側へ向かうにつれて肉厚が薄くなるように、テーパ状に形成されたテーパ内周面を有するくさびスリーブと、コレットの側部において、周方向に沿って複数形成されており、軸線方向と直交するコレットの径方向に沿って貫通形成されたボール穴部に、径方向に沿って移動可能に配置されると共に、前記径方向の外側において、往復運動するくさびスリーブのテーパ内周面に当接したときに、コレットに収容されたプルボルトを径方向の内側に押圧する、略球形状の複数のボールと、くさびスリーブの後端部側に、ばねを有して設けられ、くさびスリーブをプルボルトの側へ付勢する第１付勢手段と、を具備するクランプ装置が提供される。

クランプ装置は、先端部の内周側において、先端部側へ向かうにつれて肉厚が薄くなるように、テーパ状に形成されたテーパ内周面を有するくさびスリーブを備えている。くさびスリーブは、後端部側に設けられた付勢手段に付勢されることによって往復運動したときに、ボール穴部に、径方向に沿って移動可能に配置された略球形状の複数のボールに、テーパ内周面を当接させることができる。テーパ内周面は、テーパ状に形成されているため、ボールとテーパ内周面との間に摩擦力を生じさせることができ、摩擦力の一部をコレットの径方向に沿ってボールを押圧する力とすることができる。このため、くさびスリーブとプルボルトとの間にボールを密着させるだけの構成と比較して、ボールをコレットの径方向内側にさらに強く押圧することができ、さらに、ボールを介して、コレットに収容されたプルボルトを径方向内側に強く押圧することができる。これによって、くさびスリーブとボールとを一旦当接させると、ボールによってプルボルトを押圧する状態を維持することができ、追加的に力を加えることなく、第１部材と第２部材との係合を維持することができる。また、プルボルトとコレット及びくさびスリーブとは、同軸に設けられていることから、くさびスリーブとボールとの間に生じる摩擦力の一部を効率よくコレットに伝達することができる。以上のことから、くさびスリーブとボールとを用いて第１部材と第２部材とをクランプすることができ、作動圧を常時供給する必要なくプルボルトを引き込むための引込力を維持することができる。

Claims (6)

1. テーパ状に形成されたテーパ軸部を有する第１部材と、前記テーパ軸部と同軸かつ相補形状のテーパ穴部を有する第２部材とを、係合することによってクランプするクランプ装置において、
   前記第１部材、又は、前記第２部材の何れか一方の部材に、前記テーパ軸部又は前記テーパ穴部と同軸に固定されたプルボルトと、
   他方の部材において、前記テーパ軸部又は前記テーパ穴部と同軸に固定されており、前記プルボルトを軸線方向に沿って収容可能に形成された、略円筒形状のコレットと、
   前記コレットの外周側に、前記軸線方向に沿って往復移動可能に嵌合されており、先端部の内周側において、テーパ状に形成されたテーパ内周面を有するくさびスリーブと、
   前記コレットの側部において、周方向に沿って複数形成されており、前記軸線方向と直交する前記コレットの径方向に沿って貫通形成されたボール穴部に、前記径方向に沿って移動可能に配置されると共に、前記径方向の外側において、往復運動する前記くさびスリーブの前記テーパ内周面に当接したときに、前記コレットに収容された前記プルボルトを前記径方向の内側に押圧する、略球形状の複数のボールと、
   前記くさびスリーブの後端部側に、ばねを有して設けられ、前記くさびスリーブを前記プルボルトの側へ付勢する付勢手段と、
   を具備することを特徴とするクランプ装置。
2. 前記付勢手段は、前記くさびスリーブが前記プルボルトの側へ移動するときに、空気圧によって前記くさびスリーブを付勢する、クランプエア機構を有することを特徴とする、請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記付勢手段は、前記くさびスリーブが前記プルボルトと離間する側へ移動するときに、空気圧によって前記くさびスリーブを付勢する、アンクランプエア機構を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のクランプ装置。
4. 前記テーパ内周面は、
   前記くさびスリーブの前記先端部側から前記後端部側へ向かうにつれて、前記径方向の内側へ向けて傾斜する第１内周面と、
   前記第１内周面と連続して形成されると共に、前記先端部側から前記後端部側へ向かうにつれて、前記径方向の内側へ向けて傾斜しており、前記コレットの外周面との間に形成される傾斜角度が、前記第１内周面と前記コレットの外周面との間に形成される傾斜角度よりも小さい第２内周面と、を有しており、
   前記複数のボールは、前記径方向の内側へ向けて前記プルボルトを押圧するときに、前記第２内周面と当接することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のクランプ装置。
5. 前記コレットの後端部側に、前記クランプ装置と一体で設けられており、
   空気を増圧するためのブロー用空気増圧部と、
   前記ブロー用空気増圧部によって増圧された空気を貯蔵する貯蓄部と、
   前記貯蓄部の側に設けられており、弁を開放することによって、前記コレットの該後端部側から先端部側へ向けて、前記貯蓄部の内部の空気を解放する電磁弁と、
   を有するエアブロー装置を、
   さらに備える、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のクランプ装置。
6. 前記クランプ装置と一体で設けられており、
   空気を増圧すると共に、前記付勢手段に供給するクランプ用空気増圧部と、
   前記クランプ用空気増圧部に設けられており、前記付勢手段に供給する空気量を監視する第１監視部と、
   前記クランプ用空気増圧部に設けられており、前記クランプ用空気増圧部の消費電力を監視する第２監視部と、
   該空気量と該消費電力との関係をデータ化すると共に蓄積し、前記クランプ用空気増圧部の作動が、データ化した該関係から、所定の差異を有する場合は、警告を発するように前記クランプ装置を制御する制御部と、
   を有するエア管理機構を、
   さらに備える、請求項２から請求項５の何れか１項に記載のクランプ装置。

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