JP4167515B2 - クランプチャックを具えるクランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はクランプチャックと、クランプピンを具えた加工物支持台とを有するクランプ装置に関する。特には、この発明に係る装置はクランプチャックと、クランプチャックに着脱可能に連結されるようにした加工物支持台とを具えており、この加工物支持台は底部に平坦面を有し、かつこの底部平坦面から突出したクランプピンを具える。
【０００２】
そして、クランプチャックは、加工物支持台のクランプピンを収容するための円錐挿入部を具える中心開口と、加工物支持台のクランプピンをクランプチャックの中心開口にクランプ状態で固定するためのクランプ機構とを有する。
【０００３】
【従来の技術】
このようなクランプ装置は、１個又は数個の加工すべき加工物を、工作機械の加工領域内の明確に予め規定しておいた位置に配置した加工物支持台をクランプするのに好適に用いられている。通常、このクランプ装置のクランプチャックを工作機械の加工領域内に固定し、クランプピンを具えた加工物支持台をクランプチャックに着脱可能に取り付けている。
【０００４】
種々の寸法を有する加工物をひとつの位置にクランプするために、通常、２個、４個、６個、又は８個といった複数個のクランプチャックを有する、いわゆるパレットシステムは既知である。これら複数個のクランプチャックによって、寸法に応じて２個、４個、６個、又は８個のクランプピンを有する加工物支持台をクランプすることができる。場合によっては、この加工物支持台が奇数個のクランプピンを具えることもある。通常、個々のクランプチャックはクランプピンが回転するのを防止する手段を具えておらず、またＺ軸線の周りのクランプピンの角度位置を決める手段も具えていないので、Ｘ方向、及びＹ方向に加えて、Ｚ軸線の周りの角度位置も決める位置決め手段を具えた１個、又は数個のクランプチャックを設けることが有利であり、また、その結果、適切な場合には、唯一のクランプピンを有する複数個の加工物支持台を正確に規定された直線位置、及び角度位置でクランプチャックにクランプすることができる。しかし、このような場合でも、加工物支持台はクランプチャックの上述の位置決め手段に協働する位置決め手段を有することが必要であることは理解できよう。
【０００５】
加工物支持台とクランプチャックとの相対位置の精度は、位置決めの微調整を行う装置の要素の汚染により大幅に損なわれ得る。主に円錐中心面及び位置決め面のそれぞれにおいて、クランプピンの円錐挿入部及び円錐形状の整列面のうちの少なくとも一方に泥粒子が付着又は堆積するおそれがある。
【０００６】
特許文献１には、工作機械の作動スピンドルに工具ホルダを結合する装置が記載されている。この作動スピンドルには工具ホルダの軸部を収容する開口が設けられている。この開口は上部円錐部と下部円錐部とを有し、これら２個の円錐部の間に位置する支持面を有する環状凹部を設けている。この工具ホルダの軸部には弾性衝合部によって支持される２個の円錐リングが設けられている。２個の円錐リングの間には、２個の半径方向に移動可能なロック片を具えるロック機構が配置されている。これらロック片の頂部に楔状表面領域を設け、環状凹部の支持面上に楔状表面領域をロック状態で置く。弾性衝合部を設けることによって、円錐リングが工具ホルダの軸部に対し軸線方向に移動可能となり、円錐リングが開口の円錐部に置かれた後に、軸部が開口内に挿入可能となる。円錐リング自体が溝孔を具える。軸部にはＺ方向の止め部材として作用する平坦環状面を下端に構成しているフランジ部を設け、軸部をクランプする際、作動スピンドルの前面に置かれる。この作動スピンドルの開口内には、従来のクランプピン（図５）、及び断面クランプピン（図１及び３）をクランプすることができる。したがって、このこの特許の基本的概念は種々の構成になるクランプピンを有する加工物支持台を、工作機械の作動スピンドルによってクランプすることが可能であるという点にあるであろう。しかし、このようなクランプ装置は加工物ホルダを工作機械の作動スピンドルに高い精度で、反復可能な方法で取り付けるには全く適さないことは理解できよう。
【０００７】
特許文献２には、プルインニップルを引込みかつクランプするクランプシリンダーを具えるクランプシステムが記載されている。クランプシリンダーにはプルインニップルを収容する中心腔が設けられている。このニップルはそれ自体、シリンダーの中心腔内での適切な位置を得るためのセンタリング面を具える。さらに、ニップルは、少なくとも１個の切断手段を、切断面又は切断刃の形態で具える。切り屑がニップル又はシリンダーのセンタリング面に付着すると、これらの切り屑は切断され、除去される。ニップルの切断手段は、半径方向に延在し、かついくつかの独立した切断刃を具えてもよく、又は円周方向に延在してもよい。クランプシリンダーは、均一に分配され、切断刃間の空間につながる複数の排気口を具えている。こうした空間を設けることによって、排気口１４、１５の前方領域には泥粒子の無い状態が保たれるため、排気口の汚染が防止される。しかし、センタリング面の領域には排気口は設けられていない。
【０００８】
特許文献３には、加工物を加工装置の作業ステーションの明確な位置にクランプする装置が記載されている。この装置は、ベースと、このベースに置かれ固定されるようにした加工物支持台とを具える。このベースは、溝を設けた平坦面に嵌合し、Ｚ方向に弾性的に伸縮して、加工物支持台をＸ方向及びＹ方向に整列する４個の芯出し定規を具える。加工物支持台をベースにクランプするため、個別のクランプピンが設けられているが、このクランプピンには芯出し機能又は整列機能はない。
【０００９】
特許文献４には、引入れボルトを作業台に固定するクランプ装置が記載されている。このクランプ装置はたベース板を具えており、ベース板にはピストンが挿入されており、ベース板にネジ止めされたカバー板で覆われている。カバー板の頂面には、Ｚ方向の止め部材として作用するシート部が設けられている。ベース板には、シート部の中心に開口し、その表面を清浄にするようにされた空気路が設けられている。
【００１０】
【特許文献１】
ドイツ国特許第４１１０８５７号
【特許文献２】
米国特許第５，９６１，２６１号
【特許文献３】
米国特許第５，４１５，３８４号
【特許文献４】
ドイツ国特許第２００２１４０７号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、クランプチャックと、このクランプチャックに着脱可能に連結された加工物支持台とを具え、加工物支持台とクランプチャックとの相対位置の精度に大きく影響する表面領域を、汚染の無い状態に容易に維持することのできるクランプ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、この発明は、クランプチャックと、このクランプチャックに着脱可能に連結された加工物支持台とを具えるクランプ装置を提供する。加工物支持台は底部に平坦面を有し、かつこの底部平坦面から突出したクランプピンを具える。
【００１３】
クランプチャックは、加工物支持台のクランプピンを収容するための円錐挿入部を具える中心開口と、加工物支持台のクランプピンを中心開口にクランプ状態で固定するためのクランプ機構とを有する。クランプピンは、加工物支持台の底部平坦面に隣接する後部を具えており、この後部は、クランプピンの位置をＸ方向及びＹ方向のうちの少なくとも一方に整列させるための、中心開口の円錐挿入部と嵌合するいくつかの露出した整列面部を有する。
【００１４】
さらに、クランプチャックには、クランプチャックの中心開口にクランプピンを挿入する際、露出した表面部にガス状媒体を吹き付けて表面を清浄にするための、中心開口の円錐挿入部内に位置する開口が設けられている。
【００１５】
したがって、この発明の基本的概念は、広大な位置決め面を用いるのではなく、限定した長さのみを有する、多数の小さな、露出した整列面部を設けて、クランプピンの位置を細かく位置決めするという点にあり、これによりクランプピンを、クランプチャックの中心開口の円錐挿入部にＸ方向及びＹ方向のうちの少なくとも一方で正確に整列する。これらの小さな露出整列面部は、円錐挿入部の対応位置に設けられた孔から出た空気又は他のガス状媒体を吹き付けることによって、容易に清浄に保つことができる。これらの整列部はいずれも露出しており、かつ寸法が小さいので、これに向かって吹き付ける圧縮空気により、全体を通して非常に効果的な清浄が確実に得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明に従う装置の実施態様につき、さらに説明する。
【００１７】
図１は、この発明の第１実施態様に従うクランプ装置を示す斜視図である。クランプ装置は、全体として参照番号１で示されたクランプチャックと、全体として参照番号１０で示された加工物支持台とを具える。加工物支持台１０は、加工物支持台１０をクランプチャック１にクランプするためのクランプピン１１を具える。この実施態様では、加工物支持台は同時に加工物自体を構成する。
【００１８】
図示しない締結手段により工作機械の作業台に取り付けられるべきクランプチャック１は、クランプピン１１をクランプチャック１内に収容し固定するための中央開口２を具える。中心開口２の上部は円錐形状となっており、円錐挿入部３を構成している。クランプチャックの頂面には、加工物支持台１０が最終的にクランプチャック１にクランプされた際に、加工物支持台１０の底部平坦面１０ａが当接する複数のシート部４が設けられている。したがって、シート部４全体が加工物支持台１０のＺ方向の止め部材を構成する。
【００１９】
円形のシート部４は、第１内部群と第２外部群とに分けられる。内部群は、第１の小さな円の円周に沿って配置された４個のシート部４ａを具える。この小円は、中心開口２の中心軸線と同軸である。外部群は、第２の大きな円の円周に沿って配置された１２個のシート部４ｂを具える。この大円は、中心開口２の中心軸線と同軸である。シート部４ａ及び４ｂの中心には、それぞれ開口５ａ及び５ｂが設けられており、これらの開口を通して空気を吹き出すことができる。
【００２０】
クランプチャック１は、その円錐状挿入部３に、４個の開口６を具え、これらの開口を通して空気を吹き出すことができる。しかし、図１では、４個の開口６のうち２個しか図示していない。さらに、クランプチャック１は、クランプピン１１を引き込み、かつこれをクランプチャックに固定するための、図１には示していないクランプ機構を具えている。クランプチャック１の外側には、２個のコネクタ８及び９が設けられている。このうちの一方のコネクタは、圧縮空気源に接続されており、開口５ａ、５ｂ及び６に空気を供給する。他方のコネクタは、圧縮媒体源に接続されており、後述するように、クランプチャックのクランプ機構を操作する。
【００２１】
加工物支持台１０に取り付けられたクランプピン１１は、加工物支持台の底面１０ａに隣接し、４個の露出した整列面部１２、１２ａを具える後部を有する。これらの露出した整列面部１２、１２ａは、クランプピン１１が中央開口２に挿入されると、クランプチャック１の中央開口２の円錐挿入部３と協働して、加工物支持台１０をクランプチャックに対してＸ方向及びＹ方向に整列させる。４個の整列面部１２、１２ａのそれぞれが、クランプピン１１の前記した後部の一部に延在し、かつ後部の表面から突出している。したがって、４個の露出した整列面部の表面積の合計は、中央開口の円錐挿入部３の全表面積の一部にすぎず、クランプチャック１に加工物支持台１０をクランプした際に、露出した整列面部１２、１２ａには高い表面負荷が生じ、よって汚染に対する感度を低減させる。
【００２２】
４個の露出した整列面部１２、１２ａは、クランクピン１１の後部の円周上に均等に分配されており、図１ではそのうちの２個、すなわち前面部１２と１個の側面部１２ａとが示されている。クランプチャック１の中央開口２の円錐挿入部３内での空気吹き出し口６の位置はクランプピン１１の４個の露出した整列面部の位置に対応しており、クランプピン１１をクランプチャックの中心開口２に挿入した際に、露出した整列面部１２、１２ａのそれぞれが空気吹き出し口６の１個と対向するようになっている。したがって、挿入及びクランプ操作の間に、空気吹き出し口６を介して空気を吹き出すことにより、露出した整列面部１２、１２ａが空気的に清浄化される。１個の加工物支持台１０と１個のクランプチャック１のみを用いるこの場合、クランプピン１１を中心開口２に挿入した際に、Ｚ軸線の周りに加工物支持台の角度位置を決める手段を具えて、露出した整列面部１２、１２ａが実際に空気吹き出し口６の正面に位置することを保証する必要があることは理解されよう。好適な手段は当業で公知であり、かつ当業者が容易に入手可能であるので、かかる手段の図示及び説明は省略する。
【００２３】
図２にクランプチャック１の断面及び加工物支持台１０の側面を示す。クランプチャック１は、上部１ａ及び下部１ｂを具える。下部１ｂは加工装置の加工台の一部とすることができる。クランプピン１１により加工物支持台１０をクランプチャック１にクランプするクランプ機構は、バネ２０により付勢されたピストン１５及びクランプボール１６を具える。スリーブ部材１８はクランプチャックの上部１ａの一部をなして、中央開口２を画定しており、このスリーブ部材１８には、半径方向に延在し、クランプボール１６を収容する孔１７が設けられている。バネ２０の力に対抗してピストン１５を上端位置に動かすために、圧力チャンバ１９をクランプチャック１の下部１ｂとピストン１５との間に設ける。チャンバ１９を気体又は液体により加圧することができる。
【００２４】
加工物支持台１０に取り付けられたクランプピン１１は、前端（すなわち、図２の下端）にヘッド部１３を具える。ヘッド部１３は円錐台形状であり、後端（すなわち、図２の上端）に位置する円錐肩部１４を有する。クランプチャック１の中心開口２にクランプピン１１を挿入すると、この肩部１４によってクランプボール１６が半径方向に押され、クランプピン１１が引き込まれて固定される。クランプピン１１のヘッド部１３は、クランプピン１１を中心開口２の略中心に位置決めする役割を果たすが、クランプピンの後部にある露出した整列面部１２、１２ａが細かな位置決めを行う。すなわち、クランプピン１１を実質的に完全に中心開口２に挿入すると、露出した整列面部１２、１２ａが中心開口２の円錐挿入部３に当接して、中心開口２に対して、Ｘ方向及びＹ方向の双方で、クランプピン１１の位置を正確に決定する。クランプチャック１の中心開口２にクランプピン１１を挿入可能とするため、ピストン１５をバネ２０の力に逆らって上端位置にまで動かして、クランプボール１６が半径方向外側に動いて、ピストン１５に設けられた溝に入る。
【００２５】
クランプピン１１がクランプチャック１の中心開口２に挿入されると、加工物支持台１０はクランプチャック１に当接する。加工物支持台１０をクランプチャック１にクランプするために、圧力チャンバ１９内の圧力を下げ、バネ２０の力によりピストン１５を下に動かす。これにより、それ自体公知の方法で、クランプボール１６が半径方向内側に動き、クランプピン１１の肩部１４に当たり、これを下方に、すなわちクランプチャック１の方向に引き下げる。クランプピン１１に最大２０ｋＮという高い軸線方向力が作用するので、クランプピン１１が若干長手方向に伸びて外径が縮小するとともに、中心開口の円錐挿入部３の直径が若干増大する。したがって、加工物支持台１０の底部平坦面１０ａがクランプチャックのシート部４ａ、４ｂに当接し、シート部４ａ、４ｂがＺ方向の止め部材として作用するまで、クランプピン１１がさらに中心開口２に引込まれる。この結果、加工物支持台１０は、クランプチャック１に対して、Ｘ方向及びＹ方向のみならず、Ｚ方向にも整列される。
【００２６】
芯出しの微調整をした後であるが、加工物支持台１０をクランプチャック１にクランプする前、すなわち、加工物支持台１０がクランプチャック１に対してその固有の質量のみで当接している状態で、Ｚ方向の基準として作用するクランプチャック１のシート部４ａ、４ｂと、加工物支持台１０の底部平坦面１０ａとの間の隙間が０．０１〜０．０２ｍｍとなるように、クランプピン１１の寸法を選択する。クランプ装置の作動に必須の要素は、寸法及び形状に関する限り、例えばクランプピン１１の位置を微調整した後の、加工物支持台１０ａの底部平坦面１０ａとクランプチャック１のシート部４ａ、５ａとの間の隙間を零にするといったように、互いに調整する。これにより、クランプピン１１及びクランプチャック１の中心開口２の領域に弾力性のある材料を用いなくとも、加工物支持台１０をＸ方向及びＹ方向に整列することが本質的に可能となる。したがって、従来技術のクランプ装置とは対照的に、Ｚ方向に弾性変形する部材又は要素を設ける必要がない。
【００２７】
クランプチャック１の上部１ａにはチャネル２１、２２が設けられており、これらのチャネル２１、２２から、シート部４ａに開口５ａが、また円錐挿入部３に開口６が、加圧空気を供給できるように設けられている。外側シート部４ｂの開口５ｂに加圧空気を供給するために、クランプチャック１の上部１ａの底部に環状チャネル２４を設ける。環状チャネル２４は孔２３に連通している。孔２３とチャネル２１、２２は、それぞれ図示していない管及びチャネルにより相互に接続されている。
【００２８】
加工物支持台１０のクランプ操作中に、開口５ａ、５ｂ及び６から空気を吹き出す。この空気は、クランプチャック１のシート部４ａ、４ｂに当接するか鉱物支持台１０の底部１０ａの表面と、クランプピン１１の整列面部１２、１２ａとを清浄する。クランプ操作中に、開口５ａ、５ｂと加工物支持台１０の底部１０ａとの間の間隙、及びクランプピン１１の整列面部１２、１２ａとクランプチャック１の円錐挿入部３との間の間隙を連続的に減らすことにより、開口６に隣接する表面部分も空気的に清浄化される。Ｚ方向止めシート部４ａ、４ｂ及びクランプピン１１の整列面部１２、１２ａの双方の表面積はわずかであるので、確実にこれらの部分が完全に清浄化される。
【００２９】
クランプチャック１の側方に、ガスケット２５を、クランプチャック１の頂面からある程度突出するように配置する。このガスケット２５を用いる目的及び態様につき、図３を参照して以下に説明する。
【００３０】
図３は４個のクランプチャックを具える加工台２６と、４個のクランプピン１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃを具える１個の加工物支持台２７との斜視図である。これら４個のクランプピン１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうち、左側クランプピン１１、前側クランプピン１１ａ、及び後側クランプピン１１ｂについては、加工物支持台２７の側方に、それぞれ別に拡大した斜視図を示した。Ｘ方向及びＹ方向の双方に位置決めするための４個の露出した整列面部１２、１２ａを具えた左側クランプピン１１を原点とする。ここで、４個の整列面部のうち、図３には前方面部１２と側方面部１２ａのみが図示されている。前側クランプピン１１ａには２個の露出した整列面部１２ｂが設けられており、２本の垂直軸線のうちの１本、すなわちＸ方向に沿って加工物支持台２７を位置決めする役割を果たす。後側クランプピン１１ｂには２個の露出した整列面部１２ｃが設けられており、やはり２本の垂直軸線のうちの他方、すなわちＹ方向に沿って加工物支持台２７を位置決めする役割を果たす。しかし、右側クランプピン１１ｃには露出した整列面部は設けられておらず、加工物支持台２７をＺ方向にクランプする役割のみを果たす。さらに、図３に示す外周ガスケット２５は、加工物支持台２７の底面と密着しており、４個のクランプチャックとともに加工台を汚染から守っている。
【００３１】
原点を画定するため、互いに９０°離れた４個の露出した整列面部１２、ｌ２ａの代わりに、互いに１２０°離れた３個の露出した整列面部を有するクランプピンを用いてもよい。同様に、５個以上の露出した整列面部を用いて原点を画定することもできる。しかし、４個の空気吹き出し口６を有する円錐挿入部３内において、２個の整列面部を有するクランプピン及び４個の整列面部を有するクランプピンとの双方を清浄化することができるという点に、図３に示してここで説明した態様の利点があるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 クランプチャックと加工物支持台の斜視図である。
【図２】 クランプチャックの断面及び加工物支持台の側面を表す図である。
【図３】 加工台及び４個のクランプピンを具える加工物支持台の斜視図である。
【符号の説明】
１ クランプチャック
２ 中心開口
３ 円錐挿入部
４、４ａ、４ｂ シート部
５、５ａ、５ｂ、６ 開口
８、９ コネクタ
１０、２７ 加工物支持台
１０ａ 底部平坦面
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ クランプピン
１２、１２ａ 整列面部
１３ ヘッド部
１４ 円錐肩部
１５ ピストン
１６ クランプボール
１７、２３ 孔
１８ スリーブ部材
１９ 圧力チャンバ
２０ バネ
２１、２２ チャネル
２４ 環状チャネル
２５ ガスケット
２６ 加工台
２７ 加工物支持台

Claims (6)

1. クランプチャックと、クランプチャックに着脱可能に連結されるようにした加工物支持台とを有するクランプ装置であって、該加工物支持台は底部平坦面と、該底部平坦面から突出したクランプピンとを有し、該クランプチャックは加工物支持台のクランプピンを収容するための円錐挿入部を具える中心開口と、加工物支持台のクランプピンを前記中心開口にクランプ状態で固定するためのクランプ機構とを有するクランプ装置において、
   前記クランプピンは、前記加工物支持台の底部平坦面に隣接する後部及び該加工物支持台の反対側に位置する前端に、円錐台形状のヘッド部を具えており、該後部は、クランプピンの位置をＸ方向及びＹ方向のうちの少なくとも一方に整列させるための、前記中心開口の円錐挿入部と嵌合するいくつかの露出した整列面部を有しており、該整列面部は、クランプチャックに対するクランプピンの位置の微調整手段を構成し、また、該ヘッド部は該ヘッド部の加工物支持台側の後端に、該中心開口内にて突出しているクランプボールと係合し、該ヘッド部を該中心開口に固定するための円錐肩部を有しており、該ヘッド部は、クランプチャックに対するクランプピンの位置の粗調整手段を構成し、さらに、クランプチャックには、クランプチャックの中心開口にクランプピンを挿入する際、露出した整列面部にガス状媒体を吹き付けて表面を清浄にするための、中心開口の円錐挿入部内に位置する開口が設けられており、前記クランプチャックは加工物支持台のＺ方向の止め手段を構成する複数のシート部をさらに具え、各シート部には、加工物支持台の底部平坦面の、加工物支持台をクランプチャックにクランプした際にシート部に当接する領域を清浄にするための空気吹き出し口が設けられていることを特徴とするクランプ装置。
2. 前記クランプピンの後部には、直径線上で互いに対向して位置し、前記クランプピンの位置をＸ方向又はＹ方向に整列させるための２個の露出した整列面部が設けられている、請求項１記載のクランプ装置。
3. 前記クランプピンの後部には、後部の円周上で各々１２０°ずつ離れて位置し、前記クランプピンの位置をＸ方向又はＹ方向に整列させるための３個の露出した整列面部が設けられている、請求項１記載のクランプ装置。
4. 前記クランプピンの後部には、後部の円周上で各々９０°ずつ離れて位置し、前記クランプピンの位置をＸ方向又はＹ方向に整列させるための４個の露出した整列面部が設けられている、請求項１記載のクランプ装置。
5. 前記シート部は円形の頂面を有する、請求項４記載のクランプ装置。
6. 前記クランプピンの大きさは、クランプチャックに対して芯出しを行った後、前記クランプ機構を作動した際に、クランプピン及びクランプチャックのうちの少なくとも一方の中央開口領域の材料の弾性を利用して弾性的に変形し、クランプピンがさらに中央開口に引き込まれて、クランプピンがさらにＺ方向に移動するような大きさである、請求項１記載のクランプ装置。

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