JP4019190B2 - 被加工物保持装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物（ワーク）を工作機械等で加工する際、被加工物を挟持するのに使用する被加工物保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被加工物を工作機械等で加工する場合、テーブル面上に被加工物保持装置（以下、「バイス」ともいう）を固定して、その被加工物保持装置で被加工物を挟んで保持している。そして、この被加工物保持装置の口金は、互いに平行な平坦面として形成されている。そのため、被加工物は、口金に挟持される部分として、２つの平行な平坦部を有している必要があり、そのような平坦部が挟持される部分に無い場合には、平坦部ができるように別途形状を整える必要がある。
【０００３】
例えば、プレス成形した自動車の車体の形状精度を検査する場合、車体の外形形状に合わせた輪郭を持つ治具を車体に当てて、検査を行う。この治具は、鋼板等からなる大きな素材からカッタ切断や溶断などにより小さな素材にした後、この素材をバイスに挟持して、輪郭を精密加工することで製作される。
ところが、カッタ切断や溶断などで切り出した素材の切断面は平坦ではなく、凹凸があったり、他方の端面に対し平行でなかったりする。そのため、切り出した素材を一般的なバイスで挟持すると、切断面においては口金と素材とが一点だけで当接し、素材は確実に固定されず、不安定になる。したがって、従来は素材を堅固に挟持するため、予め平坦面を形成するような前加工が絶対的に必要であった。
【０００４】
このような前加工を省くための関連する発明として、挟持部分に多数のバイス爪を用いて治具などを使用せずに挟持できるようにした被加工物保持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の被加工物保持装置は、バイス爪を収納可能な金属製中空箱に挟持部を形成し、その箱内に、多数のバイス爪と、そのバイス爪の背後下方に配置されて挟持部表面を揃えるカム軸と、その多数のバイス爪の後端を押圧する多数のベアリングボールとを収容して構成したものである。この発明は、異形な被加工物をそのまま挟持することを目的としたものであるが、前記した平坦面形成の工程を省略するためにも利用することができる。
【０００５】
【特許文献１】
実願平５−６３８９４号（実開平７−２７７５７号）の明細書および図面（第３頁、図１−２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の被加工物保持装置は、異形な被加工物の形状に倣って多数のバイス爪を当接させて揃えるための手段（カム軸）と、多数のバイス爪を当接させた後端の空間を充填するための手段（多数のベアリングボール）とを備える構成であるため、構造が複雑であり、挟持する前にこれらの手段を別途操作しなければならず、しかも高い押圧力に耐える構造ではないため、機械加工に耐える堅固な被加工物の挟持を必要とする被加工物保持装置としては充分とはいえない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、被加工物に予め平坦面を形成したり、被加工物に対する挟持操作とは別の操作をしたりすることなく、簡単な装置で確実に被加工物を挟持できる被加工物保持装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、被加工物挟持用の２つの挟持部を備えた被加工物保持装置において、前記２つの挟持部のうちの少なくとも一方を、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックとからなる組合せブロックとして構成され、前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、前記支持突部を、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成した。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、被加工物挟持用の２つの挟持部を備えた被加工物保持装置において、前記２つの挟持部のうちの少なくとも一方に、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックとからなる組合せブロックを装着して構成され、前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、前記支持突部を、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成した。
【００１０】
請求項１または請求項２に記載の発明によれば、被加工物保持装置の２つの挟持部の少なくとも一方を、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックからなる組合せブロックを装着して構成され、前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、前記支持突部を、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成したので、不規則な形状を有する（異形な）被加工物の端面に対して押圧力を付与する際、可動ブロックが被加工物の端面形状に従って自動的にその向きを変えつつ被加工物を挟持する。そのため、被加工物に予め平坦面を形成する前加工を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。
また、前記ボールプランジャは、固定ブロックから可動ブロックを弾性的に離間させる隙間を形成するので、可動ブロックの動きを滑らかにして固定ブロックに対する変位をし易くすることができる。
なお、可動ブロックと固定ブロックとは、直接連結している必要はなく、可動ブロックが固定ブロックに対し自在に向きを変えられるように、これらがスプリングなどの弾性部材を介して連結されていてもよい。
また、組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を円柱状のピンにより形成し、この支持突部により不規則な形状を有する被加工物の端面を少なくとも２点で支持することができるようにしたので、被加工物を安定して挟持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る第１の実施形態および第２の実施形態の被加工物保持装置の詳細について説明する。参照する図面において、図１は、第１の実施形態の被加工物保持装置の全体概略図である。図２は、第１の実施形態の挟持部の部分平面図であり、図３は、図２に示す挟持部の側面図である。また、図４は、第１の実施形態の挟持部を構成する組合せブロックの分解斜視図であり、図５は、図２の組合せブロックの組合せ状態を示すＶ−Ｖ線断面図である。また、図６は、第１の実施形態の挟持部を構成する組合せブロックの動作説明図である。図７は、第２の実施形態の組合せブロックの分解斜視図である。図８は、第２の実施形態の組合せブロックを説明する平面図であり、図９は、第２の実施形態の組合せブロックの動作説明図である。図１０は、３軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の一部断面斜視図である。図１１は、２軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。図１２は、１軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における被加工物保持装置（バイス）１は、被加工物（ワーク）を挟持するための固定部２と、可動部３とを備えている。固定部２は、被加工物保持装置１のベース４の一端に立設されており、ベース４の他端には、ねじ装着部６が立設されている。ベース４の上面には、２本の平行なガイドレール５が設けられており、可動部３がこのガイドレール５の上で前後方向（図１における右側を前、左側を後とする）にスライド可能に載置されている。押しねじ７は、ねじ装着部６に形成された貫通したねじ穴（図示せず）に螺合しており、ハンドル８の操作により回転が可能である。また、押しねじ７は、可動部３と連結しているので、ハンドル８の操作で、可動部３は、押しねじ７とともに前後方向に移動する。このような構成により、固定部２と可動部３の間に被加工物を配置して、可動部３を固定部２へ向けて前進させることにより被加工物を挟持し、あるいは可動部３を後退させて被加工物を取り外すことができる。
【００１７】
図２および図３に示すように、固定部２の被加工物Ｗを挟持する部分には、口金９が固着されており、一方の可動部３には、一組の組合せブロックＡが装着されている。被加工物Ｗは、治具Ｇの上に載置され、固定部２の口金９と可動部３の組合せブロックＡとの間で挟持される。組合せブロックＡは、可動部３に固定されるホルダブロック１０（固定ブロック）と、このホルダブロック１０に対し自在に向きを変えることができるプッシャブロック１１（可動ブロック）とからなっている。ホルダブロック１０は、後記する取付ボルト１９により可動部３に固定される（図４参照）。プッシャブロック１１は、ホルダブロック１０に後記するカップリングボルト１２とスプリング１３とにより弾性的に接続されて支持されている（図５参照）。ホルダブロック１０とプッシャブロック１１との互いの対向面は、略同一半径を有する形状の凹球面と凸球面とで形成されている。すなわち、ホルダブロック１０は、凹球面１０ｂ（図４参照）を有し、凹球面１０ｂに対向するプッシャブロック１１の面は、凹球面１０ｂと同じ曲率半径の凸球面１１ｂを有している。ホルダブロック１０とプッシャブロック１１の結合状態の詳細は後記するが、凸球面１１ｂが、凹球面１０ｂに沿って移動することで、プッシャブロック１１は、３軸周りに自在に（ユニバーサルに）向きを変えることができる。
【００１８】
なお、図１〜図３では、組合せブロックＡは、可動部３の口金の換わりに装着される態様で説明されているが、本発明はこれに限定されることなく、可動部３自体あるいは固定部２自体をこの組合せブロックＡにしてもよい。また、一組の組合せブロックＡは、３軸周りに自在に向きを変えることができるように構成されているが、２軸周り、１軸周りに向きを変えることができるように構成してもよい。
【００１９】
次に、図４を参照して、第１の実施形態の組合せブロックについて詳しく説明する。組合せブロックＡを組み合わせた状態における外観は、上面、底面、表面（前側の面）、及び背面（後側の面）がそれぞれ平坦で幅方向に長い矩形体を呈している。この組合せブロックＡの一方のホルダブロック１０には、被加工物保持装置１の可動部３（図１参照）に固定される平坦な背面１０ａと、その反対側で相手方プッシャブロック１１を変位可能に抱持する凹球面１０ｂが形成されている。他方のプッシャブロック１１には、被加工物Ｗを挟持する側に形成された平坦なクランプフェイス（挟持面）１１ａと、相手方ホルダブロック１０の凹球面１０ｂに抱持される背面側の凸球面１１ｂとが形成されている。
【００２０】
ホルダブロック１０の凹球面１０ｂの両側には、貫通した取付ボルト穴１０ｄが、凹球面１０ｂに垂直に形成されている。ホルダブロック１０は、取付ボルト１９を取付ボルト穴１０ｄに貫通させ、可動部３へねじ込むことにより可動部３に堅く固定される。なお、この取付ボルト穴１０ｄは、図示しない座面を有し、この座面は、取付ボルト１９の頭部が凹球面１０ｂから突出しない深さに形成されている。
【００２１】
凹球面１０ｂの両端には、凹球面１０ｂに対して垂直に座穴１０ｃが形成されている。この座穴１０ｃは、プッシャブロック１１を接続するカップリングボルト１２を挿通するために形成されるものである。なお、座穴１０ｃは、背面１０ａに向けて、直径が一段大きくなって大径部１０ｆを形成している（図５参照）。座穴１０ｃと大径部１０ｆの段部１０ｇには、スプリング１３の大径側が係止される。スプリング１３の小径側からは、カップリングボルト１２が挿通され、カップリングボルト１２がスプリング１３を押しつぶしながらプッシャブロック１１へねじ込まれることで、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１とが接続される。座穴１０ｃは、カップリングボルト１２の直径に比較して、かなり大きく形成されており、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１の相対変位を容易にしている。
また、凹球面１０ｂのそれぞれの端部には、前記取付ボルト穴１０ｄと前記座穴１０ｃとの間に、上下に１個ずつのボールプランジャ用ねじ穴１０ｅが、左右２箇所、合計４箇所設けられている。
【００２２】
ボールプランジャ１７は、一端からボール頭部を露出させた状態でスプリングにより該ボール後部を弾発付勢して収容したものである（図５参照）。このボールプランジャ１７は、凹球面１０ｂの表面からそのボールの頭部が若干露出するようにボールプランジャ用ねじ穴１０ｅ内にねじ込まれ、このボールプランジャ１７の後端にスクリュウプラグ１８を締め付けることにより、ホルダブロック１０内で位置決め固定されている。本実施形態では、このボールプランジャ１７はホルダブロック１０の凹球面１０ｂに４箇所設けられているが、本発明はこれに限定されることなく、少なくとも３箇所以上に設けるものであればよい。
【００２３】
プッシャブロック１１は、その前側の面にクランプフェイス１１ａが平坦面として形成されている。このクランプフェイス１１ａは、被加工物Ｗを被加工物保持装置１の固定部２に押し付けて締め付けることにより挟持する挟持面として構成されるものである。このクランプフェイス１１ａは、滑らかな平滑面でなく、ローレット掛けを施した粗面で形成するとよい。このクランプフェイス１１ａには、ホルダブロック１０を可動部３へ取り付けて固定するために、取付ボルト１９をクランプフェイス１１ａ側から挿通する控え穴１１ｃが形成されている。なお、ホルダブロック１０の固定に使用する取付ボルト１９は、本実施形態では２本使用しているが、本発明はこれに限定されることなく、３本以上を使用するものであってもよい。
【００２４】
（ブロックの組み合わせ状態）
図４に示すように、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１とを組み合わせた状態の組合せブロックＡは、プッシャブロック１１が前記カップリングボルト１２によりホルダブロック１０の凹球面に１０ｂに抱持された状態で接続されている。この接続状態において、カップリングボルト１２は、円錐形状のスプリング１３を介してホルダブロック１０とプッシャブロック１１とを接続する構造に形成されている。この接続構造において、プッシャブロック１１は、前記円錐形状のスプリング１３の拡開力によりホルダブロック１０側へ弾性的に引き寄せるようにして接続されている。また、この状態において、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１との間には、約２ｍｍ程度の若干の隙間が一定に形成される。この隙間は、前記ボールプランジャ１７のボール頭部（図５参照）の押圧力により、プッシャブロック１１を前記スプリング１３の引き寄せ方向とは反対方向に弾性的に離間させることにより形成される。ボールプランジャ１７は、ホルダブロック１０からプッシャブロック１１を弾性的に離間させる機能のほかに、プッシャブロック１１の動きを滑らかにしてホルダブロック１０に対する変位をし易くする機能をも有している。
【００２５】
（組合せブロックの取り付けについて）
次に、組合せブロックＡを被加工物保持装置１へ取り付ける取付方法と、組合せブロックＡの機能について説明する。なお、組合せブロックＡの取り付けは、図１に示すように、可動部３に組合せブロックＡを組み合わせた状態のままで行う。図４に示すように、プッシャブロック１１の挟持面であるクランプフェイス１１ａに設けた控え穴１１ｃから取付ボルト１９を挿入して、ホルダブロック１０の取付ボルト穴１０ｄを介して、ホルダブロック１０を可動部３にねじ止めして固定する。組合せブロックＡを可動部３に固定した状態において、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１との間は、前記したようにボールプランジャ１７により約２ｍｍの隙間を開けた状態で保持されている（図５参照）。
【００２６】
（被加工物の挟持操作と作用）
次に、可動部３に組合せブロックＡを取り付けた被加工物保持装置１の操作の仕方について説明する。被加工物Ｗを被加工物保持装置１に挟みつけて工作機械のテーブル上にセットする場合は、まず、図１に示すように、被加工物保持装置１のハンドル８を回して挟持する部分の口を所要の間隔に空けた状態に保持する。次に、口金９とプッシャブロック１１との間のガイドレール５上に治具Ｇを敷いて、その上に素材から所要サイズにカッタ切断や溶断などにより切り取った被加工物Ｗを載置する（図２および図３参照）。
【００２７】
被加工物保持装置１の口金９とプッシャブロック１１との間で被加工物Ｗを治具Ｇ上に載置した後、次に、ハンドル８を回して被加工物保持装置１の可動部３を前進させ、可動部３に取り付けたプッシャブロック１１を介して被加工物Ｗを固定部２の口金９に向けて移動させる。その際、被加工物Ｗは、プッシャブロック１１のクランプフェイス１１ａと接触した状態で被加工物保持装置１の２本のガイドレール５上を滑りながら移動させられていき、固定部２の口金９に当接するとその移動が止まる。この被加工物Ｗの移動開始から停止となる状態までの間は、プッシャブロック１１とホルダブロック１０との隙間もボールプランジャ１７の弾発力により約２ｍｍの間隔を維持したままの状態を継続している（図５参照）。
【００２８】
固定部２の口金９との当接により被加工物Ｗの移動が止まった後、なおもハンドル８の回転操作により可動部３の押圧を続けると、被加工物Ｗは、その幅広の箇所が最初にプッシャブロック１１と固定部２の口金９との間に挟まれることになる。この幅広の部分と接触する箇所においてプッシャブロック１１は、被加工物Ｗから反力を受ける。その際、それより幅の狭い部分と接触する箇所のプッシャブロック１１は、反力を受けないフリーな状態にある。そのため、反力を受けていないプッシャブロック１１のフリーな部分は、前記ボールプランジャ１７による間隔を維持しつつ、可動部３の押圧によりホルダブロック１０の凹球面１０ｂに沿って、被加工物Ｗから反力を受けている箇所を支点にして移動することになる。プッシャブロック１１のクランプフェイス１１ａの被加工物Ｗに対する押圧力が平衡すると、プッシャブロック１１の移動が止まる。このようにプッシャブロック１１は、ホルダブロック１０に対して自在に向きを変えることができるものである。この自在変位が終わる時点から、実際的な被加工物Ｗの挟持が徐々に開始され、可動部３のさらなる前進による押圧で、プッシャブロック１１とホルダブロック１０間がボールプランジャ１７の弾発力に抗して間隔が狭められ、ついには両ブロックが一体化する。そして被加工物Ｗの締め付け固定が終わる。このように、組合せブロックＡにより、被加工物保持装置１で不整形な被加工物Ｗの堅固な締め付け固定が達成できるものである（図６参照）。
【００２９】
（組合せブロックの可動範囲）
なお、本実施形態では、組合せブロックＡのプッシャブロック１１がホルダブロック１０に対して自在に向きを変える可動範囲は、凸球面の球心に対する角度で概ね３度以内に設定されている。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態に係る組合せブロックＢについて説明する。第２の実施形態の組合せブロックＢと、第１の実施形態における組合せブロックＡとの相違点は、被加工物を挟持するクランプフェイスに、ピンなどによる支持突部を更に設けるようにした構造で相違しているが、その他の構造は第１の実施形態と同じである。したがって、第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同じ構造部分については詳述しない。
【００３１】
（挟持面の支持突部）
図７は、第２の実施形態の組合せブロックＢの分解斜視図である。プッシャブロック１１のクランプフェイス１１ａ（挟持面）には、上下方向にピン溝穴１１ｄが設けられている。図７に示すように、このピン溝穴１１ｄは、円柱体のピン１４を挿入するための溝穴として、クランプフェイス１１ａの上下方向に横断して形成されている。クランプフェイス１１ａの表面に開口する溝口幅は、溝内部に挿入されるピン１４の外径幅よりも狭いサイズに形成されている。このピン溝穴１１ｄの数は、本実施形態では７条で設けられているが、これに限定されることなく、被加工物のサイズや加工条件などにより適宜の条数を設ければよい。また、ピン溝穴１１ｄは、上下方向でなくても、水平方向に形成してもよい。このピン溝穴１１ｄの深さは、挿入されるピン１４の半径よりも大きく形成されており、前記したように溝口幅もピン１４の外径よりも狭い幅に形成されているので、表面側からピン１４が抜け落ちないようになっている。
【００３２】
ピン溝穴１１ｄにピン１４を挿入すると、円柱体のピン１４の側部がクランプフェイス１１ａの溝口から表面へ突出する。この突出した部分が特許請求の範囲の支持突部に相当する。被加工物Ｗを充分に保持するため、図７に示すように、クランプフェイス１１ａのピン溝穴１１ｄには、少なくとも２本のピン１４が挿入されるようになっている。クランプフェイス１１ａの表面からピン１４の側部が突出する支持突部の高さは、被加工物Ｗを素材から切り出すときのラフカット面の凹部よりも大きい高さとなるように予め設定される。
【００３３】
ストッパプレート１５は、プッシャブロック１１の底面にボルト１６，１６により取り付けられている。このストッパプレート１５は、前記ピン１４が挿入されるピン溝穴１１ｄの下部を閉塞し、これによりピン１４が抜け落ちないようにしている。
【００３４】
ピン溝穴１１ｄに対するピン１４の装着は、プッシャブロック１１の上方から挿入する。ピン１４の取り外しは、装着したピン１４を下端部から軽く叩き出すことにより、簡単に取り外すことができる。
【００３５】
ピン１４の装着箇所は、被加工物Ｗのサイズにより適宜選定されるが、例えば図８に示すように、組合せブロックＢの中心に対して対称的な２箇所のピン溝穴１１ｄに装着するとよい。
なお、ピン１４の装着箇所は、２箇所に限定するものではない。また、図示しないが、支持突部は、ピン１４により形成する支持突部に換えて、クランプフェイス１１ａの表面に隆起状突部を形成して構成するものでもよい。その際、隆起状突部は、望ましくは３箇所以上がよい。
【００３６】
（第２の実施形態の組合せブロックの操作と機能）
次に、第２の実施形態の組合せブロックを用いて被加工物Ｗを挟持する仕方について説明する。可動部３に組合せブロックＢを取付ボルト１９により取り付ける仕方は、第１の実施形態と同様である。次に、図１に示すように、組合せブロックＢを取り付けた被加工物挟持装置１のハンドル８を回して挟持口を所要の間隔に空けた状態に保持する。次いで、図２および図３に示すように、口金９とプッシャブロック１１との間のガイドレール５上に治具Ｇを敷き、その上に素材から所要サイズにカッタ切断や溶断などによりラフカットして切り取った被加工物Ｗを載置する。フライス盤などで表面加工する場合は、被加工物保持装置１の上面よりも所要の加工量が確保できる高さの治具Ｇを選択して被加工物Ｗを載置する。
【００３７】
被加工物Ｗを治具Ｇ上に載置した後、ハンドル８を回して被加工物保持装置１の可動部３を前進させ、可動部３に取り付けたプッシャブロック１１を被加工物Ｗの不整形な端面に軽く当接するまで、固定部２の口金９に向けて移動させる。クランプフェイス１１ａに装着したピン１４の支持突部が被加工物Ｗに当接する段階までは、図５に示す第１の実施形態と同様に、プッシャブロック１１とホルダブロック１０との隙間もボールプランジャ１７の弾発力により約２ｍｍの間隔を維持したままで離間状態を継続している。
【００３８】
クランプフェイス１１ａのピン溝穴１１ｄに装着したピン１４，１４のうちの１部が支持突部として被加工物Ｗの突出した端面に当接した後、なおも緩やかにハンドル８を回して可動部３を前進させる。すると、その被加工物Ｗに当接したピン１４の当接点を支点にしてクランプフェイス１１ａがホルダブロック１０の凹球面１０ｂに沿って、相対的にまだ当接していないピン１４側へ移動を開始し始める。このとき、プッシャブロック１１とホルダブロック１０との間の隙間はボールプランジャ１７の弾発力により一定に維持されているので、図９に示すように、プッシャブロック１１は滑らかにホルダブロック１０の凹球面１０ｂ内を移動する。そして、当接していないピン１４の支持突部が被加工物Ｗの端面に当接して、両方のピン１４，１４の押圧力が平衡するまで自在に向きを変える滑らかな移動を続ける。
【００３９】
かくして、両方のピン１４，１４が共に被加工物Ｗの端面に当接するとプッシャブロック１１は移動を止める。このとき、両端面間の平行度などが不整形な端面形状を有する被加工物Ｗに対して、両ピン１４，１４の支持突部を介して可動部３からの押圧力が均等に負荷されることになる。この時点から、実際的な被加工物Ｗの挟持が徐々に開始されることになり、この後、さらにハンドル８を回して可動部３を前進させると、プッシャブロック１１とホルダブロック１０間の隙間は、ボールプランジャ１７の弾発力よりも大きなプッシャブロック１１の押圧力により徐々に間隔が狭められて、ついにはプッシャブロック１１とホルダブロック１０とは隙間なく一体化されて（図６参照）、両ピン１４，１４を介して被加工物Ｗに対して均等な挟持力を負荷することができるようになる。
【００４０】
これにより、ラフカットにより不整形な端面形状を有する被加工物Ｗであっても両ピン１４，１４の支持突部を介してハンドル８（図１参照）からの押圧力を被加工物Ｗへ確実に負荷することができるので、被加工物Ｗに対する堅固な拘束力が得られる。
【００４１】
円柱体からなるピン１４による支持突部は線状であり接触部が少なく、不整形な被加工物Ｗの端面形状になじみ易いので、均等な押圧力を負荷しやすい利点がある。なお、図示しないが、ピン１４により形成する支持突部に換えて、クランプフェイス１１ａの表面にボールを溶接し、または隆起状突部を形成してもよい。この場合は、支持突部は点状となるので、より一層不整形な被加工物Ｗの端面形状に対する挟持性がよくなるから、堅固な挟持力を負荷することができる。
【００４２】
また、第１および第２の実施形態においては、被加工物Ｗを挟持する挟持部として、固定部２と可動部３とを備えた被加工物保持装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前記固定部を移動可能な可動部に構成を変更して、被加工物を２つの可動部により両方から締め付けるようにした挟持部を備える被加工物保持装置としてもよい。
【００４３】
以上に説明したように、第１および第２の実施形態における組合せブロックＡ，Ｂは、プッシャブロック１１自体がホルダブロック１０との間で自動的に移動して自在に向きを変えるようにした構造について説明した。本発明の組合せブロックの自在に向きを変える構造は、前記した球面構造の形態に限定されるものではなく、本明細書に開示し、示唆する範囲内において、他の形態を採用することができるものである。また、本発明の組合せブロックは、３軸周りに自在変位が可能な組合せブロックに限定されない。１軸周り以上に自在に向きを変えることが可能な組合せブロックを採用してもよい。
【００４４】
他の形態の変更例としては、例えば、次のような例が考えられる。
（１） ３軸周りに自在に向きを変えることが可能な組合せブロックとしては、第１および第２の実施形態における凹球面１０ｂと凸球面１１ｂによる接合構造に換えて、図１０に示すように、ボールジョイントＰによる結合構造とする。
この構成によれば、被加工物に対する挟持面をボールジョイントＰにより３軸周りに自在に変位することを可能とする被加工物保持装置が得られる。
【００４５】
（２） ２軸周りに自在に向きを変えることが可能な組合せブロックとしては、２つ以上のブロック、例えば３つのブロックから構成されるものでもよい。３つのブロックから組み合わされる場合は、図１１に示すように、一端を平坦面とし、他端を円筒凹面として、この円筒凹面を水平方向とこれと直角な方向とに各々形成した２つのブロック（１０，１１）の間に第３の中間ブロックＭを介在させる。中間ブロックＭは、一端側に水平方向の円筒凸面を、これと直角な方向の円筒凸面を他端側に形成したものである。そして、前記２つのブロック（１０，１１）のそれぞれの円筒凹面に対応するように中間ブロックＭを第３のブロックとして配置する。
この構成によれば、３つのブロックの各接合面の形状を円筒形状とすることにより、接合面の成形加工が球面形状よりも容易である。
【００４６】
（３） １軸周りに自在に向きを変えることが可能な組合せブロックとしては、被加工物挟持用の固定部と可動部とを備えた被加工物保持装置において、一組の組合せブロック間の対向面を円筒面とする（図示は省略）。
【００４７】
この構成によれば、自在に向きを変えることを可能とする一組の組合せブロック間の互いの対向面を円筒面とするので、被加工物を挟持する際、その端面形状に従って水平方向または垂直方向に一組の組合せブロックの対向面が自動的に１軸周りに自在に向きを変えつつ被加工物を挟持することになるから、直方体でない矩形状の不整形な被加工物の挟持に対して特別な挟持操作を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。
【００４８】
（４） 他の１軸周りの組合せブロックとしては、前記固定ブロック１０と可動ブロック１１との両者の対向面にそれぞれ１枚または２枚以上のフランジＦａ，Ｆｂを形成し、そのフランジ同士を，ボルトやピン等の締結具Ｂで接続した構造が考えられる（図１２参照）。
この構成によれば、１軸周りに自在に向きを変えることを可能とする簡単な構造の組合せブロックを有する被加工物保持装置が得られる。
なお、以上の各変形例の対向面には、図示を省略したが、無負荷状態においては対向面同士の間隔が一定に維持されるようにスプリングおよびボールプランジャが装着されている。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、被加工物保持装置全体を交換しなくても、既存の被加工物保持装置を使用し、一方の挟持部を本発明に係る組合せブロックに取り換えるだけで簡単確実に堅固な挟持を達成する自在変位可能な挟持部を得ることができる。また、被加工物保持装置本来の挟持力を維持し、振動による精度不良や工具の破損、被加工物の脱落などの不具合を防止することができる。
そして、互いの対向面を球面とした一組の組合せブロックとしたので、被加工物を挟持する際、その端面形状に従って組合せブロックの対向面が３軸周りに自在に向きを変えつつ被加工物を挟持することになるから、被加工物に対して特別な挟持操作や前加工を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。また、ボールプランジャは、固定ブロックから可動ブロックを弾性的に離間させる隙間を形成するので、可動ブロックの動きを滑らかにして固定ブロックに対する変位をし易くすることができる。
さらに、一対の円柱状のピンによる支持突部を設けて被加工物を挟持することで、被加工物の端面の面粗さを吸収し、端面不整形の影響を最小限に抑え、挟持操作が容易になる。さらにまた、挟持面における線圧力を挟持部へ伝達する際に、力を分散させて、摩擦係数を増大することで、旧来型の被加工物保持装置と同等の拘束力が得られる。
請求項３の発明によれば、
【００５０】
請求項２の発明によれば、被加工物保持装置を新規に製作することなく、既存の被加工物保持装置の一方の口金と交換して本発明に係る組合せブロックを装着することができ、取付ボルトで取り付け、取り外しも簡単容易に行うことができる。また、種々のサイズの組合せブロックに交換して装着することも可能であり、汎用性が高いという利点を有する。
そして、互いの対向面を球面とした一組の組合せブロックとしたので、被加工物を挟持する際、その端面形状に従って組合せブロックの対向面が３軸周りに自在に向きを変えつつ被加工物を挟持することになるから、被加工物に対して特別な挟持操作や前加工を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。また、ボールプランジャは、固定ブロックから可動ブロックを弾性的に離間させる隙間を形成するので、可動ブロックの動きを滑らかにして固定ブロックに対する変位をし易くすることができる。
さらに、一対の円柱状のピンによる支持突部を設けて被加工物を挟持することで、被加工物の端面の面粗さを吸収し、端面不整形の影響を最小限に抑え、挟持操作が容易になる。さらにまた、挟持面における線圧力を挟持部へ伝達する際に、力を分散させて、摩擦係数を増大することで、旧来型の被加工物保持装置と同等の拘束力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の被加工物保持装置を示す全体概略図である。
【図２】第１の実施形態の挟持部の部分平面図である。
【図３】図２に示す挟持部の側面図である。
【図４】第１の実施形態の挟持部分を構成する組合せブロックの分解斜視図である。
【図５】図２の組合せブロックの組合せ状態を示すＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】第１の実施形態の挟持部分を構成する組合せブロックの動作説明図である。
【図７】第２の実施形態の組合せブロックの分解斜視図である。
【図８】第２の実施形態の組合せブロックを説明する平面図である。
【図９】第２の実施形態の組合せブロックの動作説明図である。
【図１０】３軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の一部断面斜視図である。
【図１１】２軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。
【図１２】１軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。
【符号の説明】
１ 被加工物保持装置
２ 固定部
３ 可動部
７ 押しねじ
８ ハンドル
９ 口金（固定部側）
１０ ホルダブロック（固定ブロック）
１０ｂ 凹球面
１１ プッシャブロック（可動ブロック）
１１ａ クランプフェイス（挟持面）
１１ｂ 凸球面
１４ ピン（支持突部）
Ａ，Ｂ 組合せブロック
Ｇ 治具
Ｗ 被加工物（ワーク）
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物（ワーク）を工作機械等で加工する際、被加工物を挟持するのに使用する被加工物保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被加工物を工作機械等で加工する場合、テーブル面上に被加工物保持装置（以下、「バイス」ともいう）を固定して、その被加工物保持装置で被加工物を挟んで保持している。そして、この被加工物保持装置の口金は、互いに平行な平坦面として形成されている。そのため、被加工物は、口金に挟持される部分として、２つの平行な平坦部を有している必要があり、そのような平坦部が挟持される部分に無い場合には、平坦部ができるように別途形状を整える必要がある。
【０００３】
例えば、プレス成形した自動車の車体の形状精度を検査する場合、車体の外形形状に合わせた輪郭を持つ治具を車体に当てて、検査を行う。この治具は、鋼板等からなる大きな素材からカッタ切断や溶断などにより小さな素材にした後、この素材をバイスに挟持して、輪郭を精密加工することで製作される。
ところが、カッタ切断や溶断などで切り出した素材の切断面は平坦ではなく、凹凸があったり、他方の端面に対し平行でなかったりする。そのため、切り出した素材を一般的なバイスで挟持すると、切断面においては口金と素材とが一点だけで当接し、素材は確実に固定されず、不安定になる。したがって、従来は素材を堅固に挟持するため、予め平坦面を形成するような前加工が絶対的に必要であった。
【０００４】
このような前加工を省くための関連する発明として、挟持部分に多数のバイス爪を用いて治具などを使用せずに挟持できるようにした被加工物保持装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の被加工物保持装置は、バイス爪を収納可能な金属製中空箱に挟持部を形成し、その箱内に、多数のバイス爪と、そのバイス爪の背後下方に配置されて挟持部表面を揃えるカム軸と、その多数のバイス爪の後端を押圧する多数のベアリングボールとを収容して構成したものである。この発明は、異形な被加工物をそのまま挟持することを目的としたものであるが、前記した平坦面形成の工程を省略するためにも利用することができる。
【０００５】
【特許文献１】
実願平５−６３８９４号（実開平７−２７７５７号）の明細書および図面（第３頁、図１−２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１に記載の被加工物保持装置は、異形な被加工物の形状に倣って多数のバイス爪を当接させて揃えるための手段（カム軸）と、多数のバイス爪を当接させた後端の空間を充填するための手段（多数のベアリングボール）とを備える構成であるため、構造が複雑であり、挟持する前にこれらの手段を別途操作しなければならず、しかも高い押圧力に耐える構造ではないため、機械加工に耐える堅固な被加工物の挟持を必要とする被加工物保持装置としては充分とはいえない。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、被加工物に予め平坦面を形成したり、被加工物に対する挟持操作とは別の操作をしたりすることなく、簡単な装置で確実に被加工物を挟持できる被加工物保持装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、被加工物挟持用の２つの挟持部を備えた被加工物保持装置において、前記２つの挟持部のうちの少なくとも一方を、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックとからなる組合せブロックとして構成され、前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、前記支持突部を、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成した。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、被加工物挟持用の２つの挟持部を備えた被加工物保持装置において、前記２つの挟持部のうちの少なくとも一方に、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックとからなる組合せブロックを装着して構成され、前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、前記支持突部を、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成した。
【００１０】
請求項１または請求項２に記載の発明によれば、被加工物保持装置の２つの挟持部の少なくとも一方を、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックからなる組合せブロックを装着して構成され、前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、前記支持突部を、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成したので、不規則な形状を有する（異形な）被加工物の端面に対して押圧力を付与する際、可動ブロックが被加工物の端面形状に従って自動的にその向きを変えつつ被加工物を挟持する。そのため、被加工物に予め平坦面を形成する前加工を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。
また、前記ボールプランジャは、固定ブロックから可動ブロックを弾性的に離間させる隙間を形成するので、可動ブロックの動きを滑らかにして固定ブロックに対する変位をし易くすることができる。
なお、可動ブロックと固定ブロックとは、直接連結している必要はなく、可動ブロックが固定ブロックに対し自在に向きを変えられるように、これらがスプリングなどの弾性部材を介して連結されていてもよい。
また、組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を円柱状のピンにより形成し、この支持突部により不規則な形状を有する被加工物の端面を少なくとも２点で支持することができるようにしたので、被加工物を安定して挟持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る第１の実施形態および第２の実施形態の被加工物保持装置の詳細について説明する。参照する図面において、図１は、第１の実施形態の被加工物保持装置の全体概略図である。図２は、第１の実施形態の挟持部の部分平面図であり、図３は、図２に示す挟持部の側面図である。また、図４は、第１の実施形態の挟持部を構成する組合せブロックの分解斜視図であり、図５は、図２の組合せブロックの組合せ状態を示すＶ−Ｖ線断面図である。また、図６は、第１の実施形態の挟持部を構成する組合せブロックの動作説明図である。図７は、第２の実施形態の組合せブロックの分解斜視図である。図８は、第２の実施形態の組合せブロックを説明する平面図であり、図９は、第２の実施形態の組合せブロックの動作説明図である。図１０は、３軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の一部断面斜視図である。図１１は、２軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。図１２は、１軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態における被加工物保持装置（バイス）１は、被加工物（ワーク）を挟持するための固定部２と、可動部３とを備えている。固定部２は、被加工物保持装置１のベース４の一端に立設されており、ベース４の他端には、ねじ装着部６が立設されている。ベース４の上面には、２本の平行なガイドレール５が設けられており、可動部３がこのガイドレール５の上で前後方向（図１における右側を前、左側を後とする）にスライド可能に載置されている。押しねじ７は、ねじ装着部６に形成された貫通したねじ穴（図示せず）に螺合しており、ハンドル８の操作により回転が可能である。また、押しねじ７は、可動部３と連結しているので、ハンドル８の操作で、可動部３は、押しねじ７とともに前後方向に移動する。このような構成により、固定部２と可動部３の間に被加工物を配置して、可動部３を固定部２へ向けて前進させることにより被加工物を挟持し、あるいは可動部３を後退させて被加工物を取り外すことができる。
【００１７】
図２および図３に示すように、固定部２の被加工物Ｗを挟持する部分には、口金９が固着されており、一方の可動部３には、一組の組合せブロックＡが装着されている。被加工物Ｗは、治具Ｇの上に載置され、固定部２の口金９と可動部３の組合せブロックＡとの間で挟持される。組合せブロックＡは、可動部３に固定されるホルダブロック１０（固定ブロック）と、このホルダブロック１０に対し自在に向きを変えることができるプッシャブロック１１（可動ブロック）とからなっている。ホルダブロック１０は、後記する取付ボルト１９により可動部３に固定される（図４参照）。プッシャブロック１１は、ホルダブロック１０に後記するカップリングボルト１２とスプリング１３とにより弾性的に接続されて支持されている（図５参照）。ホルダブロック１０とプッシャブロック１１との互いの対向面は、略同一半径を有する形状の凹球面と凸球面とで形成されている。すなわち、ホルダブロック１０は、凹球面１０ｂ（図４参照）を有し、凹球面１０ｂに対向するプッシャブロック１１の面は、凹球面１０ｂと同じ曲率半径の凸球面１１ｂを有している。ホルダブロック１０とプッシャブロック１１の結合状態の詳細は後記するが、凸球面１１ｂが、凹球面１０ｂに沿って移動することで、プッシャブロック１１は、３軸周りに自在に（ユニバーサルに）向きを変えることができる。
【００１８】
なお、図１〜図３では、組合せブロックＡは、可動部３の口金の換わりに装着される態様で説明されているが、本発明はこれに限定されることなく、可動部３自体あるいは固定部２自体をこの組合せブロックＡにしてもよい。また、一組の組合せブロックＡは、３軸周りに自在に向きを変えることができるように構成されているが、２軸周り、１軸周りに向きを変えることができるように構成してもよい。
【００１９】
次に、図４を参照して、第１の実施形態の組合せブロックについて詳しく説明する。組合せブロックＡを組み合わせた状態における外観は、上面、底面、表面（前側の面）、及び背面（後側の面）がそれぞれ平坦で幅方向に長い矩形体を呈している。この組合せブロックＡの一方のホルダブロック１０には、被加工物保持装置１の可動部３（図１参照）に固定される平坦な背面１０ａと、その反対側で相手方プッシャブロック１１を変位可能に抱持する凹球面１０ｂが形成されている。他方のプッシャブロック１１には、被加工物Ｗを挟持する側に形成された平坦なクランプフェイス（挟持面）１１ａと、相手方ホルダブロック１０の凹球面１０ｂに抱持される背面側の凸球面１１ｂとが形成されている。
【００２０】
ホルダブロック１０の凹球面１０ｂの両側には、貫通した取付ボルト穴１０ｄが、凹球面１０ｂに垂直に形成されている。ホルダブロック１０は、取付ボルト１９を取付ボルト穴１０ｄに貫通させ、可動部３へねじ込むことにより可動部３に堅く固定される。なお、この取付ボルト穴１０ｄは、図示しない座面を有し、この座面は、取付ボルト１９の頭部が凹球面１０ｂから突出しない深さに形成されている。
【００２１】
凹球面１０ｂの両端には、凹球面１０ｂに対して垂直に座穴１０ｃが形成されている。この座穴１０ｃは、プッシャブロック１１を接続するカップリングボルト１２を挿通するために形成されるものである。なお、座穴１０ｃは、背面１０ａに向けて、直径が一段大きくなって大径部１０ｆを形成している（図５参照）。座穴１０ｃと大径部１０ｆの段部１０ｇには、スプリング１３の大径側が係止される。スプリング１３の小径側からは、カップリングボルト１２が挿通され、カップリングボルト１２がスプリング１３を押しつぶしながらプッシャブロック１１へねじ込まれることで、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１とが接続される。座穴１０ｃは、カップリングボルト１２の直径に比較して、かなり大きく形成されており、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１の相対変位を容易にしている。
また、凹球面１０ｂのそれぞれの端部には、前記取付ボルト穴１０ｄと前記座穴１０ｃとの間に、上下に１個ずつのボールプランジャ用ねじ穴１０ｅが、左右２箇所、合計４箇所設けられている。
【００２２】
ボールプランジャ１７は、一端からボール頭部を露出させた状態でスプリングにより該ボール後部を弾発付勢して収容したものである（図５参照）。このボールプランジャ１７は、凹球面１０ｂの表面からそのボールの頭部が若干露出するようにボールプランジャ用ねじ穴１０ｅ内にねじ込まれ、このボールプランジャ１７の後端にスクリュウプラグ１８を締め付けることにより、ホルダブロック１０内で位置決め固定されている。本実施形態では、このボールプランジャ１７はホルダブロック１０の凹球面１０ｂに４箇所設けられているが、本発明はこれに限定されることなく、少なくとも３箇所以上に設けるものであればよい。
【００２３】
プッシャブロック１１は、その前側の面にクランプフェイス１１ａが平坦面として形成されている。このクランプフェイス１１ａは、被加工物Ｗを被加工物保持装置１の固定部２に押し付けて締め付けることにより挟持する挟持面として構成されるものである。このクランプフェイス１１ａは、滑らかな平滑面でなく、ローレット掛けを施した粗面で形成するとよい。このクランプフェイス１１ａには、ホルダブロック１０を可動部３へ取り付けて固定するために、取付ボルト１９をクランプフェイス１１ａ側から挿通する控え穴１１ｃが形成されている。なお、ホルダブロック１０の固定に使用する取付ボルト１９は、本実施形態では２本使用しているが、本発明はこれに限定されることなく、３本以上を使用するものであってもよい。
【００２４】
（ブロックの組み合わせ状態）
図４に示すように、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１とを組み合わせた状態の組合せブロックＡは、プッシャブロック１１が前記カップリングボルト１２によりホルダブロック１０の凹球面に１０ｂに抱持された状態で接続されている。この接続状態において、カップリングボルト１２は、円錐形状のスプリング１３を介してホルダブロック１０とプッシャブロック１１とを接続する構造に形成されている。この接続構造において、プッシャブロック１１は、前記円錐形状のスプリング１３の拡開力によりホルダブロック１０側へ弾性的に引き寄せるようにして接続されている。また、この状態において、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１との間には、約２ｍｍ程度の若干の隙間が一定に形成される。この隙間は、前記ボールプランジャ１７のボール頭部（図５参照）の押圧力により、プッシャブロック１１を前記スプリング１３の引き寄せ方向とは反対方向に弾性的に離間させることにより形成される。ボールプランジャ１７は、ホルダブロック１０からプッシャブロック１１を弾性的に離間させる機能のほかに、プッシャブロック１１の動きを滑らかにしてホルダブロック１０に対する変位をし易くする機能をも有している。
【００２５】
（組合せブロックの取り付けについて）
次に、組合せブロックＡを被加工物保持装置１へ取り付ける取付方法と、組合せブロックＡの機能について説明する。なお、組合せブロックＡの取り付けは、図１に示すように、可動部３に組合せブロックＡを組み合わせた状態のままで行う。図４に示すように、プッシャブロック１１の挟持面であるクランプフェイス１１ａに設けた控え穴１１ｃから取付ボルト１９を挿入して、ホルダブロック１０の取付ボルト穴１０ｄを介して、ホルダブロック１０を可動部３にねじ止めして固定する。組合せブロックＡを可動部３に固定した状態において、ホルダブロック１０とプッシャブロック１１との間は、前記したようにボールプランジャ１７により約２ｍｍの隙間を開けた状態で保持されている（図５参照）。
【００２６】
（被加工物の挟持操作と作用）
次に、可動部３に組合せブロックＡを取り付けた被加工物保持装置１の操作の仕方について説明する。被加工物Ｗを被加工物保持装置１に挟みつけて工作機械のテーブル上にセットする場合は、まず、図１に示すように、被加工物保持装置１のハンドル８を回して挟持する部分の口を所要の間隔に空けた状態に保持する。次に、口金９とプッシャブロック１１との間のガイドレール５上に治具Ｇを敷いて、その上に素材から所要サイズにカッタ切断や溶断などにより切り取った被加工物Ｗを載置する（図２および図３参照）。
【００２７】
被加工物保持装置１の口金９とプッシャブロック１１との間で被加工物Ｗを治具Ｇ上に載置した後、次に、ハンドル８を回して被加工物保持装置１の可動部３を前進させ、可動部３に取り付けたプッシャブロック１１を介して被加工物Ｗを固定部２の口金９に向けて移動させる。その際、被加工物Ｗは、プッシャブロック１１のクランプフェイス１１ａと接触した状態で被加工物保持装置１の２本のガイドレール５上を滑りながら移動させられていき、固定部２の口金９に当接するとその移動が止まる。この被加工物Ｗの移動開始から停止となる状態までの間は、プッシャブロック１１とホルダブロック１０との隙間もボールプランジャ１７の弾発力により約２ｍｍの間隔を維持したままの状態を継続している（図５参照）。
【００２８】
固定部２の口金９との当接により被加工物Ｗの移動が止まった後、なおもハンドル８の回転操作により可動部３の押圧を続けると、被加工物Ｗは、その幅広の箇所が最初にプッシャブロック１１と固定部２の口金９との間に挟まれることになる。この幅広の部分と接触する箇所においてプッシャブロック１１は、被加工物Ｗから反力を受ける。その際、それより幅の狭い部分と接触する箇所のプッシャブロック１１は、反力を受けないフリーな状態にある。そのため、反力を受けていないプッシャブロック１１のフリーな部分は、前記ボールプランジャ１７による間隔を維持しつつ、可動部３の押圧によりホルダブロック１０の凹球面１０ｂに沿って、被加工物Ｗから反力を受けている箇所を支点にして移動することになる。プッシャブロック１１のクランプフェイス１１ａの被加工物Ｗに対する押圧力が平衡すると、プッシャブロック１１の移動が止まる。このようにプッシャブロック１１は、ホルダブロック１０に対して自在に向きを変えることができるものである。この自在変位が終わる時点から、実際的な被加工物Ｗの挟持が徐々に開始され、可動部３のさらなる前進による押圧で、プッシャブロック１１とホルダブロック１０間がボールプランジャ１７の弾発力に抗して間隔が狭められ、ついには両ブロックが一体化する。そして被加工物Ｗの締め付け固定が終わる。このように、組合せブロックＡにより、被加工物保持装置１で不整形な被加工物Ｗの堅固な締め付け固定が達成できるものである（図６参照）。
【００２９】
（組合せブロックの可動範囲）
なお、本実施形態では、組合せブロックＡのプッシャブロック１１がホルダブロック１０に対して自在に向きを変える可動範囲は、凸球面の球心に対する角度で概ね３度以内に設定されている。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態に係る組合せブロックＢについて説明する。第２の実施形態の組合せブロックＢと、第１の実施形態における組合せブロックＡとの相違点は、被加工物を挟持するクランプフェイスに、ピンなどによる支持突部を更に設けるようにした構造で相違しているが、その他の構造は第１の実施形態と同じである。したがって、第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同じ構造部分については詳述しない。
【００３１】
（挟持面の支持突部）
図７は、第２の実施形態の組合せブロックＢの分解斜視図である。プッシャブロック１１のクランプフェイス１１ａ（挟持面）には、上下方向にピン溝穴１１ｄが設けられている。図７に示すように、このピン溝穴１１ｄは、円柱体のピン１４を挿入するための溝穴として、クランプフェイス１１ａの上下方向に横断して形成されている。クランプフェイス１１ａの表面に開口する溝口幅は、溝内部に挿入されるピン１４の外径幅よりも狭いサイズに形成されている。このピン溝穴１１ｄの数は、本実施形態では７条で設けられているが、これに限定されることなく、被加工物のサイズや加工条件などにより適宜の条数を設ければよい。また、ピン溝穴１１ｄは、上下方向でなくても、水平方向に形成してもよい。このピン溝穴１１ｄの深さは、挿入されるピン１４の半径よりも大きく形成されており、前記したように溝口幅もピン１４の外径よりも狭い幅に形成されているので、表面側からピン１４が抜け落ちないようになっている。
【００３２】
ピン溝穴１１ｄにピン１４を挿入すると、円柱体のピン１４の側部がクランプフェイス１１ａの溝口から表面へ突出する。この突出した部分が特許請求の範囲の支持突部に相当する。被加工物Ｗを充分に保持するため、図７に示すように、クランプフェイス１１ａのピン溝穴１１ｄには、少なくとも２本のピン１４が挿入されるようになっている。クランプフェイス１１ａの表面からピン１４の側部が突出する支持突部の高さは、被加工物Ｗを素材から切り出すときのラフカット面の凹部よりも大きい高さとなるように予め設定される。
【００３３】
ストッパプレート１５は、プッシャブロック１１の底面にボルト１６，１６により取り付けられている。このストッパプレート１５は、前記ピン１４が挿入されるピン溝穴１１ｄの下部を閉塞し、これによりピン１４が抜け落ちないようにしている。
【００３４】
ピン溝穴１１ｄに対するピン１４の装着は、プッシャブロック１１の上方から挿入する。ピン１４の取り外しは、装着したピン１４を下端部から軽く叩き出すことにより、簡単に取り外すことができる。
【００３５】
ピン１４の装着箇所は、被加工物Ｗのサイズにより適宜選定されるが、例えば図８に示すように、組合せブロックＢの中心に対して対称的な２箇所のピン溝穴１１ｄに装着するとよい。
なお、ピン１４の装着箇所は、２箇所に限定するものではない。また、図示しないが、支持突部は、ピン１４により形成する支持突部に換えて、クランプフェイス１１ａの表面に隆起状突部を形成して構成するものでもよい。その際、隆起状突部は、望ましくは３箇所以上がよい。
【００３６】
（第２の実施形態の組合せブロックの操作と機能）
次に、第２の実施形態の組合せブロックを用いて被加工物Ｗを挟持する仕方について説明する。可動部３に組合せブロックＢを取付ボルト１９により取り付ける仕方は、第１の実施形態と同様である。次に、図１に示すように、組合せブロックＢを取り付けた被加工物挟持装置１のハンドル８を回して挟持口を所要の間隔に空けた状態に保持する。次いで、図２および図３に示すように、口金９とプッシャブロック１１との間のガイドレール５上に治具Ｇを敷き、その上に素材から所要サイズにカッタ切断や溶断などによりラフカットして切り取った被加工物Ｗを載置する。フライス盤などで表面加工する場合は、被加工物保持装置１の上面よりも所要の加工量が確保できる高さの治具Ｇを選択して被加工物Ｗを載置する。
【００３７】
被加工物Ｗを治具Ｇ上に載置した後、ハンドル８を回して被加工物保持装置１の可動部３を前進させ、可動部３に取り付けたプッシャブロック１１を被加工物Ｗの不整形な端面に軽く当接するまで、固定部２の口金９に向けて移動させる。クランプフェイス１１ａに装着したピン１４の支持突部が被加工物Ｗに当接する段階までは、図５に示す第１の実施形態と同様に、プッシャブロック１１とホルダブロック１０との隙間もボールプランジャ１７の弾発力により約２ｍｍの間隔を維持したままで離間状態を継続している。
【００３８】
クランプフェイス１１ａのピン溝穴１１ｄに装着したピン１４，１４のうちの１部が支持突部として被加工物Ｗの突出した端面に当接した後、なおも緩やかにハンドル８を回して可動部３を前進させる。すると、その被加工物Ｗに当接したピン１４の当接点を支点にしてクランプフェイス１１ａがホルダブロック１０の凹球面１０ｂに沿って、相対的にまだ当接していないピン１４側へ移動を開始し始める。このとき、プッシャブロック１１とホルダブロック１０との間の隙間はボールプランジャ１７の弾発力により一定に維持されているので、図９に示すように、プッシャブロック１１は滑らかにホルダブロック１０の凹球面１０ｂ内を移動する。そして、当接していないピン１４の支持突部が被加工物Ｗの端面に当接して、両方のピン１４，１４の押圧力が平衡するまで自在に向きを変える滑らかな移動を続ける。
【００３９】
かくして、両方のピン１４，１４が共に被加工物Ｗの端面に当接するとプッシャブロック１１は移動を止める。このとき、両端面間の平行度などが不整形な端面形状を有する被加工物Ｗに対して、両ピン１４，１４の支持突部を介して可動部３からの押圧力が均等に負荷されることになる。この時点から、実際的な被加工物Ｗの挟持が徐々に開始されることになり、この後、さらにハンドル８を回して可動部３を前進させると、プッシャブロック１１とホルダブロック１０間の隙間は、ボールプランジャ１７の弾発力よりも大きなプッシャブロック１１の押圧力により徐々に間隔が狭められて、ついにはプッシャブロック１１とホルダブロック１０とは隙間なく一体化されて（図６参照）、両ピン１４，１４を介して被加工物Ｗに対して均等な挟持力を負荷することができるようになる。
【００４０】
これにより、ラフカットにより不整形な端面形状を有する被加工物Ｗであっても両ピン１４，１４の支持突部を介してハンドル８（図１参照）からの押圧力を被加工物Ｗへ確実に負荷することができるので、被加工物Ｗに対する堅固な拘束力が得られる。
【００４１】
円柱体からなるピン１４による支持突部は線状であり接触部が少なく、不整形な被加工物Ｗの端面形状になじみ易いので、均等な押圧力を負荷しやすい利点がある。なお、図示しないが、ピン１４により形成する支持突部に換えて、クランプフェイス１１ａの表面にボールを溶接し、または隆起状突部を形成してもよい。この場合は、支持突部は点状となるので、より一層不整形な被加工物Ｗの端面形状に対する挟持性がよくなるから、堅固な挟持力を負荷することができる。
【００４２】
また、第１および第２の実施形態においては、被加工物Ｗを挟持する挟持部として、固定部２と可動部３とを備えた被加工物保持装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前記固定部を移動可能な可動部に構成を変更して、被加工物を２つの可動部により両方から締め付けるようにした挟持部を備える被加工物保持装置としてもよい。
【００４３】
以上に説明したように、第１および第２の実施形態における組合せブロックＡ，Ｂは、プッシャブロック１１自体がホルダブロック１０との間で自動的に移動して自在に向きを変えるようにした構造について説明した。本発明の組合せブロックの自在に向きを変える構造は、前記した球面構造の形態に限定されるものではなく、本明細書に開示し、示唆する範囲内において、他の形態を採用することができるものである。また、本発明の組合せブロックは、３軸周りに自在変位が可能な組合せブロックに限定されない。１軸周り以上に自在に向きを変えることが可能な組合せブロックを採用してもよい。
【００４４】
他の形態の変更例としては、例えば、次のような例が考えられる。
（１） ３軸周りに自在に向きを変えることが可能な組合せブロックとしては、第１および第２の実施形態における凹球面１０ｂと凸球面１１ｂによる接合構造に換えて、図１０に示すように、ボールジョイントＰによる結合構造とする。
この構成によれば、被加工物に対する挟持面をボールジョイントＰにより３軸周りに自在に変位することを可能とする被加工物保持装置が得られる。
【００４５】
（２） ２軸周りに自在に向きを変えることが可能な組合せブロックとしては、２つ以上のブロック、例えば３つのブロックから構成されるものでもよい。３つのブロックから組み合わされる場合は、図１１に示すように、一端を平坦面とし、他端を円筒凹面として、この円筒凹面を水平方向とこれと直角な方向とに各々形成した２つのブロック（１０，１１）の間に第３の中間ブロックＭを介在させる。中間ブロックＭは、一端側に水平方向の円筒凸面を、これと直角な方向の円筒凸面を他端側に形成したものである。そして、前記２つのブロック（１０，１１）のそれぞれの円筒凹面に対応するように中間ブロックＭを第３のブロックとして配置する。
この構成によれば、３つのブロックの各接合面の形状を円筒形状とすることにより、接合面の成形加工が球面形状よりも容易である。
【００４６】
（３） １軸周りに自在に向きを変えることが可能な組合せブロックとしては、被加工物挟持用の固定部と可動部とを備えた被加工物保持装置において、一組の組合せブロック間の対向面を円筒面とする（図示は省略）。
【００４７】
この構成によれば、自在に向きを変えることを可能とする一組の組合せブロック間の互いの対向面を円筒面とするので、被加工物を挟持する際、その端面形状に従って水平方向または垂直方向に一組の組合せブロックの対向面が自動的に１軸周りに自在に向きを変えつつ被加工物を挟持することになるから、直方体でない矩形状の不整形な被加工物の挟持に対して特別な挟持操作を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。
【００４８】
（４） 他の１軸周りの組合せブロックとしては、前記固定ブロック１０と可動ブロック１１との両者の対向面にそれぞれ１枚または２枚以上のフランジＦａ，Ｆｂを形成し、そのフランジ同士を，ボルトやピン等の締結具Ｂで接続した構造が考えられる（図１２参照）。
この構成によれば、１軸周りに自在に向きを変えることを可能とする簡単な構造の組合せブロックを有する被加工物保持装置が得られる。
なお、以上の各変形例の対向面には、図示を省略したが、無負荷状態においては対向面同士の間隔が一定に維持されるようにスプリングおよびボールプランジャが装着されている。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、被加工物保持装置全体を交換しなくても、既存の被加工物保持装置を使用し、一方の挟持部を本発明に係る組合せブロックに取り換えるだけで簡単確実に堅固な挟持を達成する自在変位可能な挟持部を得ることができる。また、被加工物保持装置本来の挟持力を維持し、振動による精度不良や工具の破損、被加工物の脱落などの不具合を防止することができる。
そして、互いの対向面を球面とした一組の組合せブロックとしたので、被加工物を挟持する際、その端面形状に従って組合せブロックの対向面が３軸周りに自在に向きを変えつつ被加工物を挟持することになるから、被加工物に対して特別な挟持操作や前加工を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。また、ボールプランジャは、固定ブロックから可動ブロックを弾性的に離間させる隙間を形成するので、可動ブロックの動きを滑らかにして固定ブロックに対する変位をし易くすることができる。
さらに、一対の円柱状のピンによる支持突部を設けて被加工物を挟持することで、被加工物の端面の面粗さを吸収し、端面不整形の影響を最小限に抑え、挟持操作が容易になる。さらにまた、挟持面における線圧力を挟持部へ伝達する際に、力を分散させて、摩擦係数を増大することで、旧来型の被加工物保持装置と同等の拘束力が得られる。
請求項３の発明によれば、
【００５０】
請求項２の発明によれば、被加工物保持装置を新規に製作することなく、既存の被加工物保持装置の一方の口金と交換して本発明に係る組合せブロックを装着することができ、取付ボルトで取り付け、取り外しも簡単容易に行うことができる。また、種々のサイズの組合せブロックに交換して装着することも可能であり、汎用性が高いという利点を有する。
そして、互いの対向面を球面とした一組の組合せブロックとしたので、被加工物を挟持する際、その端面形状に従って組合せブロックの対向面が３軸周りに自在に向きを変えつつ被加工物を挟持することになるから、被加工物に対して特別な挟持操作や前加工を施さなくても、簡単確実で堅固な挟持を達成することができる。また、ボールプランジャは、固定ブロックから可動ブロックを弾性的に離間させる隙間を形成するので、可動ブロックの動きを滑らかにして固定ブロックに対する変位をし易くすることができる。
さらに、一対の円柱状のピンによる支持突部を設けて被加工物を挟持することで、被加工物の端面の面粗さを吸収し、端面不整形の影響を最小限に抑え、挟持操作が容易になる。さらにまた、挟持面における線圧力を挟持部へ伝達する際に、力を分散させて、摩擦係数を増大することで、旧来型の被加工物保持装置と同等の拘束力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の被加工物保持装置を示す全体概略図である。
【図２】第１の実施形態の挟持部の部分平面図である。
【図３】図２に示す挟持部の側面図である。
【図４】第１の実施形態の挟持部分を構成する組合せブロックの分解斜視図である。
【図５】図２の組合せブロックの組合せ状態を示すＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】第１の実施形態の挟持部分を構成する組合せブロックの動作説明図である。
【図７】第２の実施形態の組合せブロックの分解斜視図である。
【図８】第２の実施形態の組合せブロックを説明する平面図である。
【図９】第２の実施形態の組合せブロックの動作説明図である。
【図１０】３軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の一部断面斜視図である。
【図１１】２軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。
【図１２】１軸周りに向きを変えられる組合せブロックの変更例の斜視図である。
【符号の説明】
１ 被加工物保持装置
２ 固定部
３ 可動部
７ 押しねじ
８ ハンドル
９ 口金（固定部側）
１０ ホルダブロック（固定ブロック）
１０ｂ 凹球面
１１ プッシャブロック（可動ブロック）
１１ａ クランプフェイス（挟持面）
１１ｂ 凸球面
１４ ピン（支持突部）
Ａ，Ｂ 組合せブロック
Ｇ 治具
Ｗ 被加工物（ワーク）
Claims (2)
- 被加工物挟持用の２つの挟持部を備えた被加工物保持装置において、
前記２つの挟持部のうちの少なくとも一方は、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックとからなる組合せブロックとして構成され、
前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、
前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、
前記支持突部は、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成した
ことを特徴とする被加工物保持装置。 - 被加工物挟持用の２つの挟持部を備えた被加工物保持装置において、
前記２つの挟持部のうちの少なくとも一方に、固定ブロックと、この固定ブロックに対し少なくとも１軸周りに向きを変えることができる可動ブロックとからなる組合せブロックが装着され、
前記固定ブロックと可動ブロックの互いの対向面を球面とすると共に、弾性部材を介した接続構造により互に接続される両ブロックの前記対向面間に、前記可動ブロックをボール頭部の押圧力により弾性的に離間させて、隙間を形成するボールプランジャを前記固定ブロック側に配設し、
前記組合せブロックの被加工物に対する挟持面に、一対の支持突部を配設し、
前記支持突部は、前記挟持面に上下方向に横断して長手方向に複数設けたピン溝穴に側部が表面に突出するように挿入した円柱状のピンにより形成した
ことを特徴とする被加工物保持装置。
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