JP4617023B2

JP4617023B2 - クランプ装置

Info

Publication number: JP4617023B2
Application number: JP2001138283A
Authority: JP
Inventors: 訓史北川
Original assignee: 昭和精機株式会社
Priority date: 2001-05-09
Filing date: 2001-05-09
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: JP2002331432A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
この発明は、棒状部材（丸パイプ等）をクランプすることにより保持・位置決めするためのクランプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から棒状部材をクランプすることによって保持し、位置決めするためのクランプ装置が種々提供されている。かかるクランプ装置は、工作機械においてワーク（パイプ部材等）を位置決めする場合等に採用されている。一般的な従来のクランプ装置の概念は図５および図６に示すようなものである。
【０００３】
図５を参照して、従来のクランプ装置はコレット１と呼ばれる把持部材を備えている。同図では、丸パイプをコレット１によりクランプした状態を示している。図に示すように、コレット１は、テーパが形成された筒状部２を有しており、この筒状部２の先端側から基端側に向かって軸方向に沿ってスリット３が形成されている。つまり、筒状部２は、複数の片持ち梁４が寄せ集まった形状を呈している。
【０００４】
保持されるべきパイプ部材５は、コレット１に挿通される。そして、図示しない締付機構を用いて筒状部２を径方向に締め付けることにより、各片持ち梁４が図６に示すように撓み、その先端部６によってパイプ部材５がクランプされる。
【０００５】
一方、パイプ部材５のクランプを解除するには、上記締付機構により筒状部２の締付を解除する。これにより、コレット１の片持ち梁４が径方向に拡がり、パイプ部材５のクランプ状態を解除してコレット１から取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のような機構では、パイプ部材５を締め付けるのは各片持ち梁４の先端部のみであることから、パイプ部材５と各片持ち梁４とは点接触の状態である。このため、コレット１による締付力が不足して、強固にクランプすることが困難であるという問題があった。
【０００７】
また、各片持ち梁４を径方向に撓ませるために従来では一般に圧縮空気を利用しているが、この圧縮空気は、別途設けられた圧縮空気供給装置から供給されるものであるから、何らかの理由で圧縮空気供給装置に異常が生じて供給される空気の圧力が低下してしまった場合には、パイプ部材５のクランプ状態を維持することができなくなるという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明の第１の目的は、棒状部材を強固にクランプすることができるクランプ装置を提供することであり、本発明の第２の目的は、一旦クランプした後は、確実にその状態を保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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
(1) 本願発明者は、棒状部材と面接触することによりクランプする機構を採用することにより、強固に棒状部材をクランプすることができる点、および圧縮空気供給装置による圧縮空気を利用して棒状部材のクランプ状態を維持するという複雑な構造を採用するのではなく、単純な機械部品によって直接クランプ状態を維持することにより、棒状部材のクランプ状態を確実に維持することができる点に着目した。
【００１０】
(2) そこで、上記第１の目的を達成するため、本願に係るクランプ装置は、棒状部材を囲繞してクランプするクランプ手段を備えたクランプ装置であって、当該クランプ手段は、棒状部材の外周面に当接する当接姿勢と、当接姿勢から面接触状態で押圧する押圧姿勢との間で姿勢変化可能に設けられた押圧部材と、押圧部材を上記押圧姿勢に姿勢変化させる姿勢変化機構とを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によれば、クランプ手段によって次のようにして棒状部材がクランプされる。すなわち、押圧部材が姿勢変化機構によって押圧姿勢に変化すると、押圧部材が棒状部材に対して押圧され、この押圧力によって押圧部材と棒状部材との間に生じる摩擦力によって棒状部材が位置決め・保持される。しかも、押圧部材と棒状部材とは面接触状態であるから、上記摩擦力を大きくすることができる。
【００１２】
(3) 上記押圧部材は、棒状部材の外周面の周方向に沿って配置された複数に分割された押圧片により構成することができる。
【００１３】
このようにすれば、上記姿勢変化機構によって押圧部材の姿勢を変化させたときに、押圧部材の変形によって押圧部材の一部が棒状部材に押圧されるのではなく、各押圧片の全体が棒状部材に押圧される。これにより、押圧部材と棒状部材との面接触状態を確実に達成することができるという利点がある。
【００１４】
(4) また、上記第２の目的を達成するため、上記姿勢変化機構は、上記押圧部材に外嵌された状態で押圧部材に対して当接／離反し得る締付部材と、当該締付部材の内周面または上記押圧部材の外周面の少なくともいずれか一方に形成され、締付部材の内周面と押圧部材の外周面とが当接することにより押圧部材が径方向に変位されるテーパ面と、締付部材を押圧部材側へ弾性付勢する弾性部材とを備えて構成することができる。
【００１５】
この構成によれば、弾性部材により締付部材が押圧部材側へ付勢され、締付部材は押圧部材に外嵌された状態で押圧部材に押し付けられる。このとき、テーパ面が形成されているから、締付部材によって押圧部材が径方向に変位される。これにより、押圧部材が棒状部材に対して押圧され、この押圧力によって押圧部材と棒状部材との間に生じる摩擦力によって棒状部材が位置決め・保持される。しかも、かかる弾性部材による弾性力によって、締付部材を介して押圧部材を押し付けるから、押圧部材と棒状部材との押圧状態を確実に維持することができる。
【００１６】
一方、弾性部材の弾性力に抗して締付部材を押圧部材から離反する方向に移動させると、締付部材による押圧部材の押圧状態が解除される。
【００１７】
特に、上記弾性部材をバネにより構成すれば、構造をきわめて簡単にすることができるという利点がある。
【００１８】
(5) 上記押圧部材は、周方向に対象に４分割した構成にすることができる。
【００１９】
このようにすれば、位置決め・保持すべき棒状部材の外径にバラツキがあったとしても、がたつき等を生じることなく確実にクランプすることができるという利点がある。
【００２０】
(6) さらに、上記姿勢変化機構に、空気圧により押圧部材を当接姿勢に姿勢変化させる機構を備えることもできる。
【００２１】
このようにすれば、棒状部材のクランプ状態をきわめて簡単に解除することができることに加えて、空気圧の供給に不具合が生じた場合であってもクランプ状態が維持されるので、安全性が向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係るクランプ装置の構造を示すための断面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
これらの図を参照して、このクランプ装置１０は、たとえば工作機械等に適用することができ、ワークとしての丸棒１１を後述するクランプ機構１２（クランプ手段）によりクランプしてその位置決め・保持を行うためのものである。
【００２５】
本実施形態の特徴とするところは、クランプ機構１２が押圧部材１３を備えており、この押圧部材１３が丸棒１１に対して面接触状態で押圧されることにより、丸棒１１を強固にクランプすることができる点、および押圧部材１３を丸棒１１に押圧する押圧力をバネ１４の弾性力から得る構造とすることにより、一旦丸棒１１をクランプした場合には、そのクランプ状態を確実に維持することができるようになっている点である。以下、クランプ装置１０の構成について詳しく説明する。
【００２６】
クランプ装置１０は、ケーシング１５と、ケーシング１５に被せられるカバー１６と、上記押圧部材１３を備えたクランプ機構１２と、押圧部材１３が丸棒１１に押圧されるように押圧部材１３の姿勢を変化させる姿勢変化機構１７とを備えている。
【００２７】
(1) ケーシング・カバー
ケーシング１５は、鋼や樹脂等により一体的に形成することができる。本実施形態では、このケーシング１５は、右端が開放された円形の器状に形成されている。ケーシング１５の右側に大径部１８が形成され、これに連続して左側に小径部１９が形成されている。小径部１９の底面部には貫通孔２０が設けられており、この貫通孔２０に丸棒１１が挿通されるようになっている。
【００２８】
ケーシング１５の大径部１８の内部には、上記姿勢変化機構１７が配設されている。また、上記大径部１８の右端部、すなわちケーシング１５の開放された部分にカバー１６が嵌め込まれている。
【００２９】
カバー１６は、上記ケーシング１５と同様に鋼や樹脂等により一体的に形成することができる。カバー１６は、ケーシング１５の開放された部分に嵌め込まれるようになっており、ボルト２１等を用いてケーシング１５に締結することができる。
【００３０】
カバー１６には、所定内径の中央孔２６が形成されている。そして、この中央孔２６を構成する壁面にＯリング２７が装着されている。このＯリング２７は、後述する姿勢変化機構１７の締付部材２８との間で気密を保つためのものである。
【００３１】
また、カバー１６には、エアポート２２が設けられている。このエアポート２２は、外部から供給される圧縮空気をケーシング１５の内部に送給するためのものであり、そのためにカバー１６内に所定の配管が形成されている。この圧縮空気は、姿勢変化機構１７を駆動するためのものである。詳しい動作については後述する。
【００３２】
また、カバー１６のケーシング１５に嵌め込まれる部分にはＯリング２３が設けられており、これにより、ケーシング１５とカバー１６との気密を保っている。
【００３３】
(2) クランプ機構
クランプ機構１２は、押圧部材１３とこれを位置決めするための位置決めプレート２４とを有している。
【００３４】
押圧部材１３は全体として円筒状を呈しており、右端部にフランジ２５が形成されている。位置決めプレート２４は、内部に凹部２９が形成されており、この凹部２９に押圧部材１３のフランジ２５を嵌め込んだ状態で上記カバー１６に取り付けられている。そして、フランジ２５は、この凹部２９内で径方向に移動できるように遊嵌されている。したがって、押圧部材１３は、全体として径方向に拡縮できるようになっている。
【００３５】
押圧部材１３の外周面は、図に示すようなテーパ面３２に形成されており、右端側から左端側へ漸次縮径されている。
【００３６】
また、図２に示すように、本実施形態では、押圧部材１３は、周方向に均等に４分割されている。すなわち、押圧部材１３は、４つの押圧片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにより構成されている。各押圧片１３ａ〜１３ｄの内周面部には周方向に沿って溝が形成されており、この溝に環状のバネ４０が収容されている。このバネ４０は、各押圧片１３ａ〜１３ｄを拡開する方向に弾性付勢している。したがって、押圧部材１３は常時において全体として拡開するように弾性付勢されており、押圧部材１３が径方向に拡縮した場合は、各押圧片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれ径方向に移動することになる。
【００３７】
(3) 姿勢変化機構
姿勢変化機構１７は、上記締付部材２８と、締付部材２８に外嵌されたピストン部材３０と、締付部材２８を押圧部材１３側へ付勢するバネ１４とを有している。
【００３８】
締付部材２８は、全体として略円筒状に形成されている。締付部材２８の押圧部材１３側の内面はテーパ面３１として構成されている。これにより、締付部材２８の押圧部材１３側端部の内径は、先端側（押圧部材１３側）に向かって漸次拡径されている。
【００３９】
締付部材２８の後端側にはフランジ３３が形成されており、さらに小径筒部３４が一体的に突設されている。したがって、締付部材２８の後端部には段部が形成されており、上記バネ１４の座を構成している。
【００４０】
ピストン部材３０は、リング状に形成されており、ケーシング１５の大径部１８の内部に配置されている。ピストン部材３０は、この大径部１８の内周面と締付部材２８の外周面との間にぴったりと嵌め込まれている。そして、ピストン部材３０の内周面および外周面にはＯリング３５，３６が配置されており、ピストン部材３０とケーシング１５との間およびピストン部材３０と締付部材２８との間の気密が保たれている。
【００４１】
したがって、上記カバー１６とピストン部材３０と締付部材２８とによって空洞部が形成されており、この空洞部と上記エアポート２２とが連通している。すんわち、上記圧縮空気をエアポート２２に供給すれば、この圧力によりピストン部材３０が移動し、その結果、ピストン部材３０に押されて締付部材２８が左側に移動するようになっている。図１は、その状態を示している。
【００４２】
バネ１４は、コイル状に形成されており、ケーシング１５の小径部１９の内部に配置されている。バネ１４の一端部は上記小径筒部３４により構成される座に配置され、他端部はケーシング１５の小径部１９の左端部に配置される。本実施形態では、バネ１４の他端部も安定して配置するために、座金３７が設けられている。
【００４３】
(4) クランプ装置の動作
次に、クランプ装置１０の使い方について、その動作および各部の作用効果と共に説明する。
【００４４】
まず、このクランプ装置１０を工作機械等の所定の位置にセットする。そして、エアポート２２に圧縮空気を供給する装置を接続する。この状態で、押圧部材１３は、バネ４０によって拡開した状態である。
【００４５】
そして、ワークとしての丸棒１１を図１のように挿入する。これにより、押圧部材１３が丸棒１１の外周面に当接する。このとき、押圧部材１３は、単に丸棒１１に当接しているのみである。このときの押圧部材１３の姿勢を「当接姿勢」と定義する。
【００４６】
丸棒１１を挿入した後、圧縮空気の供給を止めた状態では、バネ１４により締付部材２８が右側、すなわち押圧部材１３側へ弾性付勢される。これにより、締付部材２８およびピストン部材３０は、図３に示すように押圧部材１３側へ移動する。
【００４７】
図４は、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００４８】
締付部材２８が押圧部材１３側へ移動すると、締付部材２８のテーパ面３１と押圧部材１３のテーパ面３２とが接触し、これにより、図４に示すように、押圧部材１３が径方向に縮径される。すなわち、押圧部材１３は、丸棒１１に押圧されてクランプされる。このときの押圧部材１３の姿勢を「押圧姿勢」と定義する。
【００４９】
この場合、押圧部材１３は４分割されているから、各押圧片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄがそれぞれ独立して径方向に移動する。つまり、押圧部材１３の内面、すなわち各押圧片１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの内面が丸棒１１の外周面と面接触することになる。したがって、従来のように点接触する場合に比べて、丸棒１１と押圧部材１３との間に発生する摩擦力を大きくすることができ、その結果、丸棒１１を強固にクランプすることができる。
【００５０】
また、バネ１４により締付部材２８が押圧部材１３側へ付勢されるから、押圧部材１３は、常時丸棒１１に押し付けられる。したがって、押圧部材１３と丸棒１１との押圧状態を確実に維持することができ、丸棒１１を確実にクランプしておくことができる。なお、バネ１４に代えて他の弾性部材を採用することもできるが、バネ１４を採用することによって、構造をきわめて簡単にすることができるという利点がある。
【００５１】
さらに、本実施形態では押圧部材１３を４分割しているので、丸棒１１の外径にバラツキがあったとしても、がたつき等を生じることなく確実にクランプすることができるという利点もある。
【００５２】
一方、図３に示す状態から、圧縮空気を供給すると、当該圧縮空気はエアポート２２からケーシング１５内へ送給され、ピストン部材３０が左側へ押される。これにより、締付部材２８も図１に示すように左側へスライドされ、図１に示すように締付部材２８が移動する。この状態では、押圧部材１３の押圧が解除されており、押圧部材１３は押圧姿勢から当接姿勢に戻っている。その結果、丸棒１１の位置決め・保持が解除され、丸棒１１を軸方向に移動させることができる。
【００５３】
このように本実施形態では、丸棒１１のクランプ状態を圧縮空気を利用してきわめて簡単に解除することができる。また、クランプ状態の解除のみを圧縮空気を用いて行うので、圧縮空気の供給に不具合が生じた場合（圧縮空気供給装置の故障等）であっても、丸棒１１のクランプ状態が維持されるので、安全性が向上する。
【００５４】
なお、本実施形態では、押圧部材１３を４分割したが、これに限定されることなく、２分割以上であれば、さらに多分割にすることもできる。また、本実施形態では、締付部材２８および押圧部材１３の双方にテーパ面３１，３２を形成したが、これらのうちいずれか一方にのみテーパ面を形成するだけでもよい。このようにしても、押圧部材１３は、丸棒１１に対して面接触することができるからである。
【００５５】
さらに、本実施形態では、押圧部材１３による押圧解除を圧縮空気を用いて行ったが、これに限定されるものではなく、手動で行うこともできる。たとえば、締付部材２８に連結された操作レバーをケーシング１５外に突出させ、これをバネ１４の弾性力に抗して操作することにより締付部材２８を押圧部材１３から離反させるようにすることもできる。
【００５６】
また、本実施形態では、このクランプ装置１０を工作機械等に適用したが、棒状部材を位置決め・保持するようなもの、たとえば伸縮自在なカメラの三脚の位置決め・保持や、物干し竿の伸縮に関しても適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように本願発明によれば、押圧部材が棒状部材に面接触状態で押圧されるので、棒状部材を強固にクランプすることができる。
【００５８】
また、弾性部材を用いて押圧部材を直接に機械的に棒状部材に押圧する方式を採用しているから、棒状部材のクランプ状態を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランプ装置の構造を示すための断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るクランプ装置の構造を示すための断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】従来の一般的なクランプ装置の概念を示す斜視図である。
【図６】従来のクランプ装置のクランプ機構を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０クランプ装置
１１丸棒
１２クランプ機構
１３押圧部材
１４バネ
１７姿勢変化機構
２８締付部材
３０ピストン部材
３１テーパ面
３２テーパ面

Claims

棒状部材を囲繞してクランプするためのクランプ装置であって、
棒状部材が挿通されるケーシング及びカバーと、
前記ケーシング及び前記カバーの内部に設けられ、前記ケーシングに挿通された棒状部材を囲繞してクランプするクランプ手段と、を備え、
前記クランプ手段は、
全体として円筒状を呈してその軸線方向一端部が前記ケーシング及び前記カバーに取り付けられており、棒状部材の外周面に当接する当接姿勢と、当該当接姿勢から径方向に縮径することによって棒状部材に面接触状態で押圧する押圧姿勢との間で姿勢変化可能に設けられた押圧部材と、
前記押圧部材を姿勢変化させる姿勢変化機構と、を備え、
前記姿勢変化機構は、
前記押圧部材に外嵌された状態で前記軸線方向に移動可能であり、前記軸線方向に移動することによって前記押圧部材に対して当接／離反し得る締付部材と、
前記締付部材の内周面または前記押圧部材の外周面の少なくともいずれか一方に形成され、前記締付部材の前記内周面と前記押圧部材の前記外周面とが当接することにより前記押圧部材を径方向に変位させるテーパ面と、
前記締付部材を前記軸線方向の前記押圧部材側へ弾性付勢する弾性部材と、
前記締付部材に外嵌されたリング状のピストン部材と、を備え、
前記ピストン部材は、前記ケーシングの内周面と前記締付部材の外周面との間に嵌め込まれ、前記ピストン部材の前記軸線方向の前記押圧部材側には、前記カバーと前記ピストン部材と前記締付部材とにより空洞部が形成され、
前記空洞部への圧縮空気の供給を止めた状態では、前記弾性部材により前記締付部材が前記軸線方向の前記押圧部材側へ弾性付勢され、前記締付部材が前記押圧部材に当接して前記押圧部材が前記押圧姿勢となり、
前記空洞部に圧縮空気を供給したときには、前記ピストン部材が前記軸線方向における前記押圧部材側とは反対側に移動して前記締付部材を押圧し、前記締付部材が前記弾性部材による弾性力に抗して前記軸線方向の前記反対側に移動して前記押圧部材から離反し、前記押圧部材が前記当接姿勢となることを特徴とするクランプ装置。
請求項１記載のクランプ装置において、
前記押圧部材は、棒状部材の外周面の周方向に沿って配置された複数に分割された押圧片により構成されていることを特徴とするクランプ装置。
請求項１または２に記載のクランプ装置において、
前記締付部材は、前記軸線方向の前記反対側の端部の外周面に形成されたフランジと、前記フランジから前記軸線方向の前記反対側に突設された小径筒部とを有し、前記弾性部材の一端部は、前記小径筒部が形成する段部に支持され、前記弾性部材の他端部は、座金を介して前記ケーシング及び前記カバーに支持されており、
前記空洞部に圧縮空気を供給したときには、前記ピストン部材が前記軸線方向の前記反対側に移動して前記締付部材の前記フランジを押圧することを特徴とするクランプ装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載のクランプ装置において、
前記弾性部材は、バネにより構成されていることを特徴とするクランプ装置。
請求項２ないし４のいずれかに記載のクランプ装置において、
前記押圧部材は、周方向に対称に４分割されていることを特徴とするクランプ装置。