JP4607635B2 - クランプ装置およびその装置を利用したクランピングシステム - Google Patents
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Description
環状コレットの内周面にプルロッド上部のテーパ外周面を上側から係合させ、上記コレット及びプルロッドをハウジングに対して半径方向へ移動可能に配置してある。そして、押圧バネによって上方へ付勢された上記コレットに対してプルロッドを下降させると、そのコレットが拡径してワークの係合孔に密着すると共に、上記コレットを介してワークが下降駆動される。
コレット内周面とプルロッドのテーパ外周面との間に、切粉などの異物が侵入しやすいので、メンテナンスに手間がかかる。
また、上記の従来装置は、ワークを固定する機能だけを備えており、そのワークを位置決めする機能を備えてない。このため、上記ワークを位置決めした後で固定するシステムを構築する場合には、専用の位置決め装置を新たに設置する必要がある。その結果、クランピングシステムは、構成が複雑になるうえ大形になる。
本発明の目的は、長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できるクランプ装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、位置決め機能を備えたクランプ装置およびその装置を利用したクランピングシステムを提供することにある。
また、クランプ具が直径方向へ拡大および縮小するとは、例えばコレット等のような環状クランプ具が弾性変形して半径方向へ拡縮する場合や、周方向へ間隔をあけて配置した複数のクランプ具が半径方向の外方と内方とへ拡縮移動する場合などを意味している。
前記の駆動手段としては、流体圧アクチュエータ等を利用した自動的な手段とネジ推力等を利用した手動的な手段とが考えられる。
図2Aのリリース状態では、出力部材48がクランプ具33を先端方向(図中の上方)へ上昇させ、そのクランプ具33が縮径状態へ切り換えられている。また、剛性スリーブ21は進出手段45によって上昇位置に保持されている。
基準ブロック1に可動ブロック2を位置決めするときには、まず、上記図2Aのリリース状態で可動ブロック2を下降させてソケット孔3を上記クランプ具33に外嵌させ、その可動ブロック2を基準ブロック1に受け止める。なお、その受け止め時には、可動ブロック2を基準ブロック1に直接に受け止める場合と、その可動ブロック2を剛性スリーブ21等の別の部材を介して基準ブロック1に受け止める場合とが考えられる。
この状態で、出力部材48がクランプ具33を介して可動ブロック2を下降させ、その可動ブロック2の被支持面2aを基準ブロック1の支持面1aに強力に押圧する。
本発明は、前述の従来構造とは逆に、剛性スリーブにクランプ具を先端側から楔係合させたので、その楔係合部分を先端側から容易に覆うことが可能になった。このため、その楔係合部分に切粉などの異物が侵入するのを防止できる。その結果、クランプ装置を長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できる。
また、可動ブロックをクランプ具と剛性スリーブとを介して基準ブロックに位置決めした後で上記可動ブロックを基準ブロックにクランプできるので、位置決め機能付きクランプ装置を簡素かつコンパクトに構成できる。
また、クランプ具へ大きな拡径力を発生させる上記の剛性スリーブは、基準ブロックとは別の独立部品として構成したので、摩耗した場合でも安価かつ容易に交換できる。さらには、その剛性スリーブは、独立部品であるので、材質の選択や肉厚の選定や表面処理等において設計の自由度が大きくなるので、高精度かつ高剛性に造れる。その結果、長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できるクランプ装置を提供できる。
この場合、上記の位置決め面と受止め面と前記クランプ具とが先端方向へ順に配置されることになり、そのクランプ具と受止め面との距離が短くなる。このため、ワークの切削加工時等にクランプ具に作用する半径方向の力(水平力)によって上記受止め面に作用するモーメントが小さくなる。その結果、上記の受止め面に対して剛性スリーブを直立状態に維持して位置決め精度および調心精度を良好に保てるうえ、大きな負荷にも耐え得る。
前記の基準ブロック(1)の位置決め面(23)と前記の剛性スリーブ(21)の被位置決め面(27)との両面の間に、軸心方向の一端へ縮径する楔空間(39)を環状に形成し、その楔空間(39)に、直径方向へ拡大および縮小される中間スリーブ(40)を挿入し、その中間スリーブ(40)を、上記の両面(23)(27)のうちの一方の面に軸心方向へ移動可能に支持すると共に他方の面にテーパ係合可能に構成し、そのテーパ係合を緊密にするように前記の進出手段(45,85)を配置した。
この場合、前記ロック作動中に、中間スリーブの外周面が位置決め面に密着すると共に、上記の中間スリーブの内周面が被位置決め面に密着するので、基準ブロックに剛性スリーブを二面拘束で保持することが可能になる。その結果、剛性スリーブの位置決め精度および調心精度がさらに向上する。
前記の剛性スリーブ(21)から半径方向の外方へフランジ部(28)を突出させ、そのフランジ部(28)と前記の基準ブロック(1)との間に、ゴム又は合成樹脂等からなる環状弾性部材(45)を装着し、その弾性部材(45)によって前記の進出手段を構成した。
この場合、切粉等の異物が基準ブロック内へ侵入するのを確実に防止できる。また、その防止手段が前記の進出手段を兼用するので、クランプ装置は、部品点数が少なくなり、簡素かつコンパクトに構成できる。
前記の剛性スリーブ(21)から半径方向の外方へフランジ部(28)を突出させ、そのフランジ部(28)に前記の可動ブロック(2)を載置した状態では、前記進出手段(45,85)が上記の可動ブロック(2)を押圧して、その可動ブロック(2)の被支持面(2a)と前記の基準ブロック(1)の支持面(1a)との間に着座隙間(E)が形成されるように構成し、上記の支持面(1a)に、着座確認用の圧力流体の検出孔(74)を開口させた。
この場合、基準ブロックから可動ブロックが離間している状態では着座隙間が形成され、基準ブロックに可動ブロックが着座している状態では上記の着座隙間を消失させることが可能になるので、上記の離間状態と着座状態とを確実に区別して検出できる。
前記の基準ブロック(1)に、ロック確認用の圧力流体の供給口(76)を設け、その供給口(76)を、前記の受止め面(25)と被受止め面(29)との間のロック隙間(F)を介して外部空間へ連通させ、上記の被受止め面(29)が上記の受止め面(25)に押圧されたときに上記の供給口(76)と外部空間との連通状態を遮断するように構成した。
この場合、リリース状態ではロック隙間が形成され、ロック状態では上記ロック隙間を消失させることが可能なので、上記リリース状態とロック状態とを確実に区別して検出できる。
前記の剛性スリーブ(21)から半径方向の外方へフランジ部(28)を突出させ、そのフランジ部(28)と前記の基準ブロック(1)との間に、ゴム又は合成樹脂からなる環状シール具(46)を装着し、その環状シール具(46)よりも半径方向の内方で、前記の基準ブロック(1)に前記の受止め面(25)を設けると共に前記フランジ部(28)に前記の被受止め面(29)を設けた。
この場合、受止め面および被受止め面の両面を環状シール具によって覆えるので、切粉等の異物が上記の両面に噛み込むのを確実に防止できる。
図1はクランピングシステムの横断面図である。図2Aは、上記クランピングシステムの第1クランプ装置のリリース状態の立面視の断面図であって、図1又は図2Bの2A−2A線の矢視図に相当する図である。図2Bは、上記クランプ装置の平面図である。図3は、上記クランプ装置のロック開始状態を示している。図4は、上記クランプ装置のロック状態を示している。図5Aは、前記図2Aの要部の拡大図である。図5Bは、図5Aの5B−5B線の断面図である。図5Cは、図5Aの5C−5C線の断面図である。図6Aと図6Bは、前記クランピングシステムの第2クランプ装置を示している。図7Aと図7Bは、前記クランピングシステムの第3クランプ装置を示している。
上記の剛性スリーブ21が所定量以上に上昇することは、その剛性スリーブ21の下部に装着したストッパー47によって阻止されている。
なお、ロック用給排路69の縦路には絞りピン70が嵌合され、その嵌合隙間によって絞り路を構成している。
また、第1クランプ装置11には着座確認手段が設けられる。即ち、前記の支持面1aに検出孔74を開口し、その検出孔74に検出用の圧縮空気を供給する。そして、前記ワークパレット2の被支持面2aが上記の支持面1aに接当して着座隙間Eが消失すると、上記の検出孔74内の圧力が上昇する。その圧力上昇を圧力スイッチ等で検出することによって、ワークパレット2がハウジング15に着座したことを確認できる。
また、第1クランプ装置11の位置決め機構11aは、図5A及び図5Bに示すように、前記の中間スリーブ40の外周面42のほぼ全体を位置決め面23に密着可能に構成すると共に、中間スリーブ40の内周面41のほぼ全体を被位置決め面27に密着可能に構成し、これにより、水平方向の嵌合隙間を無くすように機能する。
図6A及び図6Bに示すように、剛性スリーブ21の外周の被位置決め面27に半径方向に対面する一対の突出部80・80を設け、これら突出部80・80の間に逃し溝81・81を形成してある。これにより、剛性スリーブ21は、上記突出部80・80の対面方向に嵌合隙間を無くすように機能し、一方、その対面方向に対して直交する半径方向へ剛性スリーブ21が移動することが許容される。なお、図6Aと図6B中の参照数字82・83は、それぞれ、回り止めピンである。
前記の中心孔20と剛性スリーブ21の外周面との間に、その剛性スリーブ21が半径方向へ移動するのを許容する環状隙間Gが設けられる。これにより、前記ソケット孔3の軸心と中心孔20の軸心との心ズレを吸収できる。
上記の図2Aと図5Aのリリース状態では、ロック室63の圧油を排出すると共にリリース室66へ圧油を供給している。これにより、ピストン50が連結ロッド53を介して環状クランプ具33を上昇させ、そのクランプ具33が縮径状態へ切り換えられている。剛性スリーブ21は、進出手段としての弾性部材45によって進出ストロークだけ上昇して、上記クランプ具33に軽くテーパ係合するか又は上記クランプ具33に僅かな隙間をあけて対面している。
上述したように、剛性スリーブ21は、被受止め面29が受止め面25に受け止められて上下方向に拘束されたときには、位置決め面23と被位置決め面27とを介して水平方向に既に拘束されている。このため、剛性スリーブ21は、二面拘束状態となり、位置決め精度が高い。
なお、上記ロック状態では、ピストン50の上側にクランプストロークRが形成され、パイプ55の上フランジ56と剛性スリーブ21の上端面との間には余裕ストロークSが形成されている。
上記クランプ具33は、上記ソケット孔3に密着した後、そのソケット孔3に対して摺動しながら下降していく。そして、前述したように、前記の剛性スリーブ21が弾性部材45をほぼ全圧縮したときに、クランプ具33がソケット孔3に強力に密着して、そのクランプ具33が上記ワークパレット2を上記の基準ブロック1へ強力に押圧する。
上記ロック状態から前記リリース状態へ切り換えるときには、前述したように前記ロック室63の圧油を排出すると共に前記リリース室66へ圧油を供給すればよい。これにより、ピストン50が連結ロッド53及びパイプ55を介してクランプ具33を上昇させて、そのクランプ具33が自己の弾性復元力によって縮径するので、前記ロック状態が解除される。
なお、上記リリース駆動時には、図5Aに示す前記の接当隙間Nを無くして、ピストンロッド52が剛性スリーブ21を強制的に押し上げるようにしてもよい。
これらの変更態様においては、上記の実施形態の構成部材と同じ部材または類似する部材には原則として同一の符号を付けてあり、上述した実施形態とは異なる構成について説明する。
この場合、ハウジング15の位置決め面23を上下方向へ延びるストレート面によって構成し、剛性スリーブ21の被位置決め面27を上方へ拡径するテーパ面によって構成してある。これにより、上記の位置決め面23と被位置決め面27との間には、上方へ狭まる楔空間39が環状に形成される。その楔空間39に挿入された中間スリーブ40の外周面42が上記の位置決め面23に上下移動可能に支持される。また、そのの中間スリーブ40の内周面41が上記の被位置決め面27にテーパ係合される。そのテーパ係合を緊密にする弾性部材45が、位置決め面23の下方壁と中間スリーブ40との間に装着されいる。そして、その弾性部材45が、中間スリーブ40を介して剛性スリーブ21を上方へ付勢している。
位置決め面23の下方に受止め面25が形成され、被受止め面29が被位置決め面27の下方に設けられる。また、中間スリーブ40のテーパ係合を緊密にする弾性部材45は、図5A中のダストシール46を兼用している。そして、弾性部材45は、剛性スリーブ21のフランジ部28と中間スリーブ40との間に装着されて、その剛性スリーブ21を上方へ付勢している。
ハウジング15の位置決め面23を上下方向へ延びるストレート面によって構成し、剛性スリーブ21の被位置決め面27を下方へ拡径するテーパ面によって構成してある。これにより、上記の位置決め面23と被位置決め面27との間には、下方へ狭まる楔空間39が環状に形成される。その楔空間39に挿入された中間スリーブ40の外周面42が上記の位置決め面23に上下移動可能に支持される。また、そのの中間スリーブ40の内周面41が上記の被位置決め面27にテーパ係合される。
図10Aの変形例では、中心孔20から内方へ突出させた一対の突出部80・80の内面に円弧状の位置決め面23・23を形成し、隣り合う突出部80・80の間に逃し部81・81を設けてある。
図10Bの変形例では、中間スリーブ40から外方へ突出させた一対の突出部80・80の間に逃し部81・81を設けてある。
図10Cの変形例では、中間スリーブ40から内方へ突出させた一対の突出部80・80の間に逃し部81・81を設けてある。
図10Dの変形例では、剛性スリーブ21から外方へ突出させた一対の突出部80・80の間に逃し部81・81を設けてある。
図10Eの変形例では、図10Aの各突出部80の内面を平面視でストレート面によって構成してある。
図10Fの変形例では、図10Cの各突出部80の内面を平面視でストレート面によって構成してある。
この場合、前記の中心孔20の円形状の位置決め面23に剛性スリーブ21の円形状の被位置決め面27が精密に嵌合される。
図11Dの変形例では、中心孔20から内方へ突出させた一対の突出部80・80の内面に円弧状の位置決め面23・23を形成し、隣り合う突出部80・80の間に逃し部81・81を設けてある。
図11Eの変形例では、剛性スリーブ21から外方へ突出させた一対の突出部80・80の間に逃し部81・81を設けてある。
図11Fの変形例では、図11Dの各突出部80の内面を平面視でストレート面によって構成してある。
この場合、前記の駆動手段Dを人力式に構成してある。
より詳しくいえば、前記の連結ロッド53の下部が、前記ベースプレート4のネジ孔88に螺合される。そして、ロック駆動時には、連結ロッド53の頭部54の入力穴89に六角レンチ90を挿入して連結ロッド53を平面視で時計回りの方向へ回転させる。すると、その頭部54が前記クランプ具33を拡径させながら下降させるのである。
なお、上記ベースプレート4とハウジング15は、例示したように別体に構成することに代えて、一体に形成することも可能である。
クランプ具33の外面は、上下方向にストレートに形成することに代えて、鋸刃状または凹凸状に形成してもよい。
クランプ具33や中間スリーブ40は、各周壁に一つのスリット36・43を設けたものに代えて、各周壁の上面と下面に交互に開口する複数の貫通溝を周方向へ複数設けたものであってよい。また、上記クランプ具33や中間スリーブ40を、周方向へ並べた複数の分割体によって構成することも可能である。
なお、上記クランプ具33は、上述した構造に限定されるものではなく、公知の各種構造を採用できることは勿論である。
前記の進出手段は、例示したゴム等の弾性部材45や皿バネ85等のバネに代えて、又は、これに加えて、圧縮空気や圧油等の圧力流体とピストンとの組み合わせを利用してもよい。
クランピングシステムにおいては、ロック機能だけを備えた前記の第3クランプ装置13は、例示した二つに代えて、一つだけ設置してもよく、又は三つ以上設置してもよい。その第3クランプ装置13は例示の構造に限定されるものではなく、別の種類のクランプであってもよい。
ロック又はリリースに使用する圧力流体は、例示の圧油に代えて、圧縮空気等のガスであってもよい。また、クリーニング用の圧力流体は、例示の圧縮空気に代えて、窒素等のガスや液体であってもよい。
前記のロック駆動時におけるクランプの引き下げ力を十分に大きい値に設定した場合には、上記の第3クランプ装置13を省略可能である。
また、このクランピングシステムにおいては、前記の第1クランプ装置11を複数設置すると共に前記の第2クランプ装置12を複数設置してもよい。さらには、上記の第1クランプ装置11と第2クランプ装置12の両者のうちのいずれか一方だけを複数設置してもよい。
前記の支持面1aは、前記ハウジング15のボス72の上面に設けることに代えて、前記ベースプレート4に設けてもよい。
また、上記ハウジング15と前記ベースプレート4とは、別体に形成することに代えて、一体に形成してもよい。
なお、本発明のクランプ装置は、複数セットで使用することに代えて、1セットだけで使用できることは勿論である。
Claims (17)
- 基準ブロック(1)の支持面(1a)に可動ブロック(2)をクランプする装置であって、
上記の基準ブロック(1)に、基準軸心(A,B)と同心状に配置された中心孔(20)と、上記の基準軸心(A,B)の周囲に配置された受止め面(25)とを設け、
上記の中心孔(20)に剛性スリーブ(21)を軸心方向へ移動可能に挿入し、その剛性スリーブ(21)を上記の中心孔(20)よりも先端方向へ突出させ、
上記の剛性スリーブ(21)に、上記の中心孔(20)の位置決め面(23)に半径方向へ拘束される被位置決め面(27)と、上記の受止め面(25)に先端側から対面して軸心方向へ拘束される被受止め面(29)とを設け、上記の剛性スリーブ(21)を進出手段(45,85)によって先端方向へ押圧し、
前記の可動ブロック(2)のソケット孔(3)に挿入されるクランプ具(33)を直径方向へ拡大および縮小可能に構成し、そのクランプ具(33)を上記の剛性スリーブ(21)に先端側から楔係合させ、
上記の剛性スリーブ(21)の筒孔(21a)に出力部材(48)を挿入し、その出力部材(48)を上記クランプ具(33)に連結し、
駆動手段(D)が上記の出力部材(48)を基端方向へ移動させることにより、前記の進出手段(45,85)に抗して上記クランプ具(33)を基端方向かつ拡径方向へロック移動させると共に、前記の剛性スリーブ(21)の前記の被受止め面(29)を前記の受止め面(25)へ押圧する、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の基準ブロック(1)に、前記の位置決め面(23)と前記の受止め面(25)とを先端方向へ順に配置した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の基準ブロック(1)に、前記の位置決め面(23)と前記の受止め面(25)とを基端方向へ順に配置した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の基準ブロック(1)の位置決め面(23)と前記の剛性スリーブ(21)の被位置決め面(27)との両面の間に、軸心方向の一端へ縮径する楔空間(39)を環状に形成し、その楔空間(39)に、直径方向へ拡大および縮小される中間スリーブ(40)を挿入し、その中間スリーブ(40)を、上記の両面(23)(27)のうちの一方の面に軸心方向へ移動可能に支持すると共に他方の面にテーパ係合可能に構成し、そのテーパ係合を緊密にするように前記の進出手段(45,85)を配置した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の剛性スリーブ(21)から半径方向の外方へフランジ部(28)を突出させ、そのフランジ部(28)と前記の基準ブロック(1)との間に、ゴム又は合成樹脂等からなる環状弾性部材(45)を装着し、その弾性部材(45)によって前記の進出手段を構成した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の剛性スリーブ(21)から半径方向の外方へフランジ部(28)を突出させ、そのフランジ部(28)に前記の可動ブロック(2)を載置した状態では、前記進出手段(45,85)が上記の可動ブロック(2)を押圧して、その可動ブロック(2)の被支持面(2a)と前記の基準ブロック(1)の支持面(1a)との間に着座隙間(E)が形成されるように構成し、
上記の支持面(1a)に、着座確認用の圧力流体の検出孔(74)を開口させた、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の基準ブロック(1)に、ロック確認用の圧力流体の供給口(76)を設け、その供給口(76)を、前記の受止め面(25)と被受止め面(29)との間のロック隙間(F)を介して外部空間へ連通させ、
上記の被受止め面(29)が上記の受止め面(25)に押圧されたときに上記の供給口(76)と外部空間との連通状態を遮断するように構成した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項2のクランプ装置において、
前記の剛性スリーブ(21)から半径方向の外方へフランジ部(28)を突出させ、そのフランジ部(28)と前記の基準ブロック(1)との間に、ゴム又は合成樹脂からなる環状シール具(46)を装着し、その環状シール具(46)よりも半径方向の内方で、前記の基準ブロック(1)に前記の受止め面(25)を設けると共に前記フランジ部(28)に前記の被受止め面(29)を設けた、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項8のクランプ装置において、
前記の受止め面(25)及び前記の被受止め面(29)よりも半径方向の内方に、ゴム又は合成樹脂等の弾性部材(45)からなる前記の進出手段を配置した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の位置決め面(23)と被位置決め面(27)とをほぼ全周にわたって接当可能に構成した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項4のクランプ装置において、
前記の位置決め面(23)と被位置決め面(27)と前記の中間スリーブ(40)の内周面(41)及び外周面(42)との互いに対面する面同士をほぼ全周にわたって接当可能に構成した、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1のクランプ装置において、
前記の位置決め面(23)と被位置決め面(27)との少なくとも一方に、半径方向に向かい合う一対の突出部(80)(80)と、これら突出部(80)(80)の間に形成される逃し部(81)(81)とを設けた、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項4のクランプ装置において、
前記の位置決め面(23)と被位置決め面(27)と前記の中間スリーブ(40)の内周面(41)及び外周面(42)との少なくともいずれかに、半径方向に向かい合う一対の突出部(80)(80)と、これら突出部(80)(80)の間に形成される逃し部(81)(81)とを設けた、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1から13のいずれかのクランプ装置において、
前記クランプ具(33)を環状に形成し、その環状クランプ具(33)の内周面(34)のほぼ全周を前記の剛性スリーブ(21)に楔係合させた、ことを特徴とするクランプ装置。 - 請求項1から13のいずれかに記載したクランプ装置を少なくとも一つ備える、ことを特徴とするクランピングシステム。
- 請求項10又は11のクランプ装置を一つ備えると共に、請求項12又は13のクランプ装置を一つ備える、ことを特徴とするクランピングシステム。
- 請求項項12又は13のクランプ装置を少なくとも二つ備える、ことを特徴とするクランピングシステム。
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