JP4386251B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランプ装置に関し、特に油圧でクランプ力を発生させガス圧でクランプ解除し、油圧作動室の油へリークしたガスの混入を防止するように構成したものに関する。

従来、機械加工に供するワークや工具類を盤面に固定するのに種々の形式の油圧駆動のクランプ装置が広く実用に供されている。従来のクランプ装置は、クランプ本体と、このクランプ本体に進退可能に装着された出力ロッドを有し、クランプ本体内に設けられた油圧シリンダによりクランプ力を発生させて、ワーク等のクランプ対象物をクランプし、クランプ本体内に設けられた復帰用のコイルスプリングによりクランプ解除させるように構成されている。

他方、クランプ解除力を復帰用コイルスプリングではなく、高圧の圧縮窒素ガスのガス圧で発生させるものもある。この場合、油圧シリンダのピストン部に対してロッド側に油圧作動室、前記ロッド側と反対側にガス充填室を夫々配設し、油圧シリンダによりクランプ力を発生させ、ガス充填室に充填した圧縮窒素ガスのガス圧で前記クランプ解除するように構成されている。特許文献に記載のクランプ装置においては、油圧シリンダのピストン部をガススプリングでクランプ側へ駆動し、油圧シリンダの油圧力でクランプ解除させるよう構成されている。
特開２００２―１８７０３７

前記のように、油圧力で駆動し、圧縮ガスのガス圧でクランプ解除する形式のクランプ装置においては、ガス充填室と油圧作動室とがピストン部を隔てて隣接しているため、ガス充填室の圧縮窒素ガスがピストン部のシール部からリークして油圧作動室に徐々に侵入する。こうして、油圧用の油に窒素ガスが混入するため、油の圧縮性が大きくなりクランプ力低下の原因になる。時間の経過に応じて油圧シリンダの油への窒素ガスの混入量がある程度多くなるため、ほぼ定期的に油圧シリンダからガスを抜かなければならず、そのガス抜きの作業に多くの労力と時間がかかる。

本発明の目的は、油圧力でクランプ駆動し圧縮ガスのガス圧でクランプ解除するクランプ装置であって、出力ロッド内のガス充填室に充填した圧縮ガスのガス圧でクランプ解除駆動可能なクランプ装置を提供すること、ガス充填室からリークしたガスが油圧シリンダの油圧作動室に侵入することのないクランプ装置を提供することである。

請求項１のクランプ装置は、クランプ本体と、このクランプ本体に進退可能に装着された出力ロッドと、この出力ロッドの上端部に連結されたクランプアームと、出力ロッドを退入側へ駆動する油圧シリンダとを有するクランプ装置において、前記油圧シリンダは、出力ロッドの下端に固定されたピストン部と、このピストン部に対してロッド側に形成された環状の油圧作動室と、ピストン部に対して反ロッド側に形成されたピストン逃し室とを備え、前記出力ロッドの内部に形成されたガス充填室およびこのガス充填室に充填された圧縮ガスと、前記ピストン部に気密摺動自在に挿通してガス充填室のガス圧を受圧すると共にピストン逃し室の底壁に当接状態を維持するクランプ解除用ロッドとを備え、前記ピストン逃し室の壁部に呼吸孔を形成したことを特徴とするものである。

従って、クランプ時には油圧シリンダの油圧作動室の油圧をピストン部に作用させて出力ロッドを退入側へ駆動しクランプ力を発生させ、クランプアームを介してクランプ対象物をクランプする。クランプ解除時には、出力ロッド内のガス充填室に充填された圧縮ガス圧を受圧してピストン逃し室の底壁に当接状態を維持するクランプ解除用ロッドを介して、出力ロッドを進出方向へクランプ解除する力が発生する。
ここで、ガス充填室を出力ロッド内に形成し、ピストン部に対して反ロッド側にピストン逃し室を設けたので、ガスの流れ的には、油圧作動室とガス充填室とが隣接しない構造になり、圧縮ガスがガス充填室からピストン逃し室へリークしても、呼吸孔から外部へ放出されるため、ピストン逃し室内のガス圧が高まることはなく、そのガスが油圧作動室の油に混入することがない。

請求項２のクランプ装置は、請求項１の発明において前記クランプ解除用ロッドの上端部には、出力ロッドに対する抜け止め用の鍔部が形成されたものである。そのため、仮に組み立て時や補修時にクランプ解除用ロッドがピストン逃し室の底壁から離隔したとしても、ガス充填室のガス圧を受圧するクランプ解除用ロッドが前記鍔部で係止されるため、下方へ抜け出すことがない。

請求項３のクランプ装置は、請求項１，２の発明において前記ピストン逃し室の底壁に、前記呼吸孔の代わりに、ガス充填室からピストン逃し室へリークしたガスを外部へ放出させるチェック弁を設けたものである。従って、ガス充填室からピストン逃し室へガスがリークしても、そのガスは、前記チェック弁から外部へ放出されるため、ピストン逃し室内のガス圧が高まることがない。

請求項１の発明によれば、油圧シリンダは、出力ロッドの下端に固定されたピストン部とロッド側の油圧作動室と反ロッド側のピストン逃し室とを備え、出力ロッドの内部にガス充填室を形成して圧縮ガスを充填し、ピストン部に気密摺動自在に挿通してガス充填室のガス圧を受圧すると共にピストン逃し室の底壁に当接状態を維持するクランプ解除用ロッドを設けたので、油圧作動室の油圧によりロッドを退入側へクランプ駆動でき、ガス充填室のガス圧を受圧し且つピストン逃し室の底壁に当接状態を維持するクランプ解除用ロッドを介して、出力ロッドを進出側へクランプ解除駆動することができる。

ガスの流れ的には、油圧作動室がガス充填室に隣接しておらず、油圧作動室とガス充填室の間にピストン逃し室が介在しており、ピストン逃し室の壁部に呼吸孔を形成したので、ガス充填室からガスがリークし、そのガスがピストン逃し室に侵入することはあっても、ピストン逃し室のガス圧が高まることはないから、ピストン逃し室へリークしたガスが油圧作動室の油に混入することがない。そのため、油へのガスの混入によるクランプ力の低下が生じることがない。

請求項２の発明によれば、クランプ解除用ロッドの上端部には、出力ロッドに対する抜け止め用の鍔部が形成されているので、組み立て時や補修時におけるクランプ解除用ロッドがピストン部から下方へ抜け出すのを防止することができる。

請求項３の発明によれば、ピストン逃し室の底壁に、前記呼吸孔の代わりに、ガス充填室からピストン逃し室へリークしたガスを外部へ放出させるチェック弁を設けたので、ガス充填室からピストン逃し室へリークしたガスを外部へ放出させ、ガス充填室中のガスの増大を防止し、油圧作動室中の油へのガス混入を防ぐことができる。

本発明の実施するための最良の形態について説明する。本実施形態は、機械加工に供するワークをクランプするクランプ装置に本発明を適用した一例である。 前記ワークの外周側に複数のクランプ装置が配置され、クランプ時には、各クランプアームが最大９０度まで旋回しながらワークの表面に接近してクランプし、クランプ解除時には、クランプアームがワークの表面から離隔しながら復帰側へ９０度旋回する。このクランプ装置は、油圧力でクランプ駆動し、圧縮窒素ガスのガス圧でクランプ解除駆動する形式のものである。このクランプ装置は、ワークの固定以外に、金型等の工具類の固定にも適用可能なものである。

図１、図２に示すように、クランプ装置１は、クランプ本体２と、出力ロッド３と、クランプアーム４と、クランプ用の油圧シリンダ５と、出力ロッド３内に形成されたガス充填室１４と、クランプ解除用ロッド６と、出力ロッド３の進退動作に応じて出力ロッドを回動させるための動作変換機構７などで構成され、油圧シリンダ５は図示外の外部の油圧供給ユニットから油圧が給排される。

先ず、クランプ本体２について説明する。図１，図２に示すように、クランプ本体２は、その下半部がベース部材Ｂの収容穴に収容された状態で、複数のボルトによりベース部材Ｂに固定されている。クランプ本体２には、出力ロッド３のロッド部が挿通されるロッド挿通孔２ａと、２つのシリンダ穴２ｂ，２ｃとが上から順に直列的に形成されている。ロッド挿通孔２ａの上端付近部には、切削切粉等の異物が侵入するのを防ぐダストシール９が装着されている。尚、シリンダ穴２ｃはシリンダ穴２ｂよりも少し大径である。

次に、出力ロッド３について説明する。図１〜図４に示すように、出力ロッド３は、上側２／３部分の上中段ロッド部３a と、この上中段ロッド部３a の下端に連なり上中段ロッド部３a よりもやや大径の下段ロッド部３ｂと、上端部のテーパ部３ｃと、上端のネジ部３ｄとを有する。上中段ロッド部３a がロッド挿通孔２ａに挿通し、下段ロッド部３ｂがシリンダ穴２ｂに非油密に収容されており、下段ロッド部３ｂの下端には、油圧シリンダ５のピストン部８が固定されている。ロッド挿通孔２ａの下部には、油圧のリーク防止用の環状のシール部材１０が装着されている。

クランプアーム４は、その基端部が出力ロッド３のテーパ部３ｃに嵌合され、ネジ部３ｄに螺合されたナット１１で固定され、このクランプアーム４は、側方へ水平に所定長さ片持ち状に張出しており、クランプアーム４の先端部の下面には、ワークＷに当接してクランプするクランプ出力部４ａが形成されている。

次に、油圧シリンダ５について説明する。図１、図２に示すように、出力ロッド３を下方へ退入側へクランプ駆動するための油圧シリンダ５は、出力ロッド３の下端に固定されたピストン部８と、このピストン部８に対してロッド側（上側）に形成された環状の油圧作動室１２，１２ａと、ピストン部８に対して反ロッド側（下側）に形成されたピストン逃し室１３とを有する。
前記ピストン部８は、その外周部分を構成するピストン外周部８ａと、このピストン外周部８ａの中心側のネジ穴に螺合されたピストン閉塞部８ｂであって、出力ロッド３内のガス充填室１４の下端を塞ぐピストン閉塞部８ｂを有する。ピストン閉塞部８ｂの外周部にはシール部材２０ａが装着されている。ピストン閉塞部８ｂの中心部にはクランプ解除ロッド６が気密に摺動自在に挿通している。

ピストン部８は、クランプ本体２のシリンダ穴２ｃにシール部材８ｃを介して油密摺動自在に内嵌され、油圧作動室１２，１２ａに油圧を給排するための油路１５と油圧ポート１６がクランプ本体２に形成されている。油圧作動室１２，１２ａに油圧を供給すると、油圧作動室１２，１２ａが下方へ拡大するため、ピストン部８がピストン逃し室１３へ移動しながら出力ロッド３が下方へ退入側へクランプ駆動される。

次に、窒素ガス充填室１２について説明する。図１、図２に示すように、出力ロッド３と、クランプ解除用ロッド６の内部には、ガス充填室１４が形成され、このガス充填室１４には、窒素ガス充填バルブ１７から高圧( 例えば、７〜１４MPa)の圧縮窒素ガスが充填されている。前記クランプ解除用ロッド６の上端部には抜け止め用の鍔部６ａが形成され、ガス充填室１４内の圧縮窒素ガスのガス圧を受圧するクランプ解除用ロッド６の下端は、ピストン逃し室１３の底壁１８に常に当接状態を維持し、クランプ解除用ロッド６に作用するガス圧によりクランプ解除用ロッド６から底壁１８に押圧力が作用し、その反力が底壁１８からクランプ解除用ロッド６に作用する。つまり、前記の押圧力に等しい反力がクランプ解除力となる。クランプ解除のため、油圧作動室１２，１２ａの油圧を抜くと、前記クランプ解除力により出力ロッド３が上方へクランプ解除駆動される。

尚、クランプ解除用ロッド６の内側に形成された凹穴１４ａは、ガス充填室１４の一部を形成している。この凹穴１４ａを設けた分、ガス充填室１４の容積を大きくして、ガスのリークによるガス圧の変動幅を小さくすることができる。クランプ解除用ロッド６は十分な長さを有し、ピストン部８が上限位置に位置する状態において、鍔部６ａがピストン閉塞部８ｂの上面に当接または近接し、クランプ解除用ロッド６の下端がピストン逃し室１３の底壁１８に当接状態を維持している。尚、クランプ解除用ロッド６とピストン閉塞部８ｂの間をシールするシール部材２０ｂも設けられている。さらに、クランプ本体２のうちの、ピストン逃し室１３の底壁１８には、ガス充填室１４からリークしてピストン逃し室１３に溜まった窒素ガスを外部へ放出させるための呼吸孔１９が設けられている。

次に、動作変換機構７について説明する。このクランプ装置１では、クランプ解除状態では、出力ロッド３が上限位置に位置し、クランプアーム４はワークＷの上方から側方へ退避してワークの外周辺とほぼ平行な退避位置に位置し、クランプ状態では，出力ロッド３が下限付近位置に位置し、クランプアーム４が退避位置からワークＷ側へ９０度回動（旋回）したクランプ位置に位置するようになっている。

出力ロッド３の上昇移動や下降移動に連動して、出力ロッド３を９０度回動させるための次のような動作変換機構７が設けられている。図１〜図４に示すように、動作変換機構７は、クランプ本体２側に形成された半球状の３つの凹部２１と、出力ロッド３の下段ロッド部３ｂに形成されたほぼ螺旋状の３つのカム溝２２と、３つの凹部２１に夫々保持されて３つのカム溝２２に夫々係合した３つの鋼球２３などで構成されている。

前記３つの凹部２１は、シリンダ穴２ｂの下部の壁面側の円周３等分位置に形成され、３つのカム溝２２も円周３等分位置に形成されている。各カム溝２２の下部２／３部分は、下段ロッド部３ｂの外周約９０度にわたる螺旋溝２２ａであり、各カム溝２２の上端側の１／３部分は、鉛直方向へストレートに延びる直線溝２２ｂである。そして、出力ロッド３が上限位置のとき、３つの鋼球２３が３つの螺旋溝２２ａの下端部に係合している。

３組の鋼球２３と螺旋溝２２ａの係合を介して、螺旋溝２２ａが鋼球２３で案内されるため、出力ロッド３が図１の状態から下降するのに応じて９０度まで回動し、出力ロッド３が下限付近位置に達すると、クランプアーム４がクランプ位置（退避位置から９０度回動した位置）になって鋼球２３が直線溝２２ｂに係合し、その後出力ロッド３は回動することなく小距離下降し、クランプアーム４のクランプ出力部４ａがワークＷに当接してクランプ状態となる。クランプ解除する際には、上記と反対に、最初出力ロッド３が回動せずに小距離上昇し、その後、上昇に応じて出力ロッド３が９０度まで回動しながら上限位置まで上昇する。

次に、クランプ装置１の作用について説明する。
ワークＷをクランプする場合には、図１のクランプ解除状態において、図示外の油圧供給ユニットから油圧ポート１６、油路１５を介して油圧作動室１２，１２ａへ油圧を供給する。すると、クランプ解除用ロッド６がピストン閉塞部８ｂに対して相対的に上方移動しながら、出力ロッド３が下降移動し、前記のように動作変換機構７により出力ロッド３とクランプアーム４が９０度旋回し、クランプアーム４によりワークＷをクランプする。図２のクランプ状態からクランプ解除する際には、油圧作動室１２，１２ａの油圧を抜くと、ガス充填室１４のガス圧を受圧するクランプ解除用ロッド６によりクランプ解除力が発生し、前記のように動作変換機構７により出力ロッド３とクランプアーム４が前記とは反対方向へ９０度復帰旋回し、出力ロッド３が上限位置に復帰する。

このクランプ装置１においては、出力ロッド３内にガス充填室１４を形成し、そのガス圧をクランプ解除用ロッド６に作用させてクランプ解除力を発生させるように構成してあるため、ガスの流れ的には、油圧作動室１２は、シール部材２０ａ，２０ｂを隔ててガス充填室１４に直接隣接しておらず、シール部材２０ａ，２０ｂとピストン逃し室１３を隔ててガス充填室１４に隣接している。そのため、ガス充填室１４から窒素ガスがピストン逃し室１３にリークしたとしても、ピストン逃し室１３から呼吸孔１９を通って外部へ放出されるため、ピストン逃し室１３のガス圧が高まることがなく大気圧に維持される。そのため、ガス充填室１４からリークした窒素ガスが油圧作動室１２の油に混入することがないから、気体の混入で油の圧縮性が増大してクランプ性能が低下することがない。
また、クランプ解除用ロッド６に鍔部６ａを形成したため、クランプ装置１の組み立てや補修の際に、クランプ解除用ロッド６がピストン閉塞部８ｂから抜け出すことがない。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
（１）前記呼吸孔１９を省略し、その代わりに、図５に示すようなチェック弁３０であって、ピストン逃し室１３内の窒素ガスのガス圧が大気圧よりも幾分高い設定圧になった時にピストン逃し室１３内の窒素ガスを放出させるためのチェック弁３０を、ピストン逃し室１３の底壁１８に設けてよい。例えば、このチェック弁３０は、底壁１８側に設けられ下方へ環状に突出した弁座３１と、弁体３２と、この弁体３２を弁座３１の方へ弾性付勢する圧縮バネ３３と、底壁１８に螺合されたバネ受け３４などで構成されている。

（２）前記実施例は、クランプアーム旋回型のクランプ装置に本発明を適用した場合を例として説明したが、動作変更機構７を省略し、出力ロッド２とクランプアーム４が旋回しない形式のクランプ装置にも、本発明を同様に適用することができる。
（３）前記実施例は一例を示すものに過ぎず、当業者ならば、本発明の趣旨を悦脱しない範囲で種々の変更を付加した形態で、実施可能である。

本発明は、機械加工に供するワークを固定する種々のクランプ装置や、その他ワーク以外に金型や工具類を固定する種々のクランプ装置、その他の用途のクランプ装置に適用することができる。

本発明の実施例に係るクランプ装置（クランプ解除状態）の縦断面図である。 クランプ装置（クランプ状態）の縦断面図である。 出力ロッドとピストン部とクランプ解除用ロッドの斜視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 変更例に係るチェック弁の断面図である。

符号の説明

１ クランプ装置
２ クランプ本体
３ 出力ロッド
４ クランプアーム
５ 油圧シリンダ
６ クランプ解除用ロッド
８ ピストン部
１２，１２ａ 油圧作動室
１３ ピストン逃し室
１４ ガス充填室
１８ 底壁
１９ 呼吸孔
３０ チェック弁

Claims (3)

1. クランプ本体と、このクランプ本体に進退可能に装着された出力ロッドと、この出力ロッドの上端部に連結されたクランプアームと、出力ロッドを退入側へ駆動する油圧シリンダとを有するクランプ装置において、
   前記油圧シリンダは、出力ロッドの下端に固定されたピストン部と、このピストン部に対してロッド側に形成された環状の油圧作動室と、ピストン部に対して反ロッド側に形成されたピストン逃し室とを備え、
   前記出力ロッドの内部に形成されたガス充填室およびこのガス充填室に充填された圧縮ガスと、
   前記ピストン部に気密摺動自在に挿通してガス充填室のガス圧を受圧すると共にピストン逃し室の底壁に当接状態を維持するクランプ解除用ロッドとを備え、
   前記ピストン逃し室の壁部に呼吸孔を形成したことを特徴とするクランプ装置。
2. 前記クランプ解除用ロッドの上端部には、出力ロッドに対する抜け止め用の鍔部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記ピストン逃し室の底壁に、前記呼吸孔の代わりに、ガス充填室からピストン逃し室へリークしたガスを外部へ放出させるチェック弁を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ装置。