JP4837532B2 - コレット式クランプ - Google Patents

Description

この発明は、直径方向へ拡大および縮小可能なコレットを利用したクランプに関し、より具体的にいえば、機械テーブル等の基準部材にワークパレット等の可動部材を位置決めしたり固定したりする技術に関する。

この種のコレット式クランプには、従来では、本発明の譲受け人が先に提案した下記特許文献１（日本国・特開２００６−１７５５７３号公報）に記載されたものがある。その従来技術は次のように構成されている。
基準部材から上方へ突出させたプラグ部分に、上向きに狭まるテーパ外周面を設ける。上記プラグ部分に対して上下方向へ移動される駆動ボルトの上部に出力部を設け、その出力部に、半径方向の外方へ突出する外突起と半径方向の内方へ退入する外周溝とを上向きに順に設ける。そして、上記テーパ外周面の外周側にスリット付きコレットを配置し、そのコレットの上部に、上記の外周溝に嵌合するように半径方向の内方へ突出する内突起を設けてある。
特開２００６−１７５５７３号公報

上記の従来技術では、雰囲気中の異物が上記コレットのスリットを通って前記テーパ外周面へ侵入するのを防止するため、上記コレットの上部をカバー筒によって覆う必要がある。このため、コレット式クランプの部品点数が増加して構成が複雑になる。
また、上記プラグ部分に対して上記コレットを下方へロック駆動したときには、同上コレットが拡径するので、そのコレットの前記の内突起と前記プラグ部分の前記の外突起との両者の半径方向の重なり寸法が小さくなって、上記両者の接触面積が小さくなる。このため、上記コレットを強力にロック駆動するうえで改善の余地が残されていた。
本発明の目的は、簡素な構成で強力に駆動できるコレット式クランプを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１Ａから図２、又は、図４及び図５の各図に示すように、コレット式クランプを次のように構成した。
基準部材(１)に固定されるハウジング(３ａ)から先端方向へ一体に突出させたプラグ部分(１６)に、先端方向へ狭まるテーパ外周面(１８)を備えたテーパ部分(１９)を設ける。上記プラグ部分(１６)に対して軸心方向へ移動される駆動部材(２２)に設けた出力部(２４)であって、可動部材(２)の円形穴(４)に挿入される出力部(２４)の基端部に、半径方向の内方へ突出する内突起(２６)と半径方向の外方へ退入する内周溝(２７)とを先端方向へ順に設ける。上記の内突起(２６)の基端面(２６ａ)を、前記テーパ部分(１９)の先端面(１９ａ)よりも基端側に位置させることにより、上記の内突起(２６)を上記テーパ部分(１９)の外周側に配置可能に構成する。直径方向への拡大および縮小を許容するためのスリット(３０)と上記の円形穴(４)の内周面に接当可能なストレート外周面(３１)と上記テーパ外周面(１８)に先端側から係合するテーパ内周面(３２)とを有するコレット(２９)の先端部に、前記の内突起(２６)に嵌合するように半径方向の内方へ退入された外周溝(３５)と前記の内周溝(２７)に嵌合するように半径方向の外方へ突出された外突起(３６)とを先端方向へ順に設けた。

本発明は、次の作用効果を奏する。
前記コレットのスリットの上部を駆動部材の出力部の下部によって覆えるので、雰囲気中の異物が上記スリットを通って前記テーパ外周面へ侵入するのを防止できる。従って、本発明のコレット式クランプは、前記の従来技術とは異なり、上記コレットの上部を覆うための専用のカバー筒を設ける必要がなくなり、部品点数を少なくして簡素な構成に造れるうえ、上記カバー筒の設置スペースを省略することによって全高を小さくできる。
また、前記プラグ部分に対して上記コレットをロック駆動して同上コレットを拡径させたときには、そのコレットの外突起と前記の出力部の内突起との両者の半径方向の重なり寸法が大きくなる。このため、上記両者の接触面積が大きくなり、上記コレットを強力かつ確実にロック駆動できる。
以上により、本発明は、簡素な構成で強力に駆動できるコレット式クランプを提供できる。
また、上記の内突起を上記テーパ部分の外周側に配置することで、駆動部材の出力部の外周下部によって、上記テーパ部分の外周上部を確実に覆える。このため、雰囲気中の異物が上記テーパ部分の前記テーパ外周面とテーパ内周面との間に噛み込むのを確実に防止できる。

本発明では、例えば、図２に示すように、前記プラグ部分(１６)に、前記テーパ部分(１９)とオネジ部分(２０)とを先端方向へ順に設け、そのオネジ部分(２０)に、前記駆動部材(２２)のメネジ(２３)を軸心方向へ移動可能に螺合させることが好ましい。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１Ａから図２に示すように、コレット式クランプを次のように構成した。
基準部材(１)に固定されるハウジング(３ａ)から先端方向へ一体に突出させたプラグ部分(１６)に、先端方向へ狭まるテーパ外周面(１８)を備えたテーパ部分(１９)とオネジ部分(２０)とを先端方向へ順に設ける。上記プラグ部分(１６)の上記オネジ部分(２０)に駆動部材(２２)のメネジ(２３)を螺合させることにより、上記プラグ部分(１６)に対して上記駆動部材(２２)を軸心方向へ移動可能に構成する。その駆動部材(２２)に設けた出力部(２４)であって、可動部材(２)の円形穴(４)に挿入される出力部(２４)の基端部に、半径方向の内方へ突出する内突起(２６)と半径方向の外方へ退入する内周溝(２７)とを先端方向へ順に設ける。上記の内突起(２６)の基端面(２６ａ)を、前記テーパ部分(１９)の先端面(１９ａ)よりも基端側に位置させることにより、上記の内突起(２６)を上記テーパ部分(１９)の外周側に配置可能に構成する。直径方向への拡大および縮小を許容するためのスリット(３０)と上記の円形穴(４)の内周面に接当可能なストレート外周面(３１)と上記テーパ外周面(１８)に先端側から係合するテーパ内周面(３２)とを有するコレット(２９)の先端部に、前記の内突起(２６)に嵌合するように半径方向の内方へ退入された外周溝(３５)と前記の内周溝(２７)に嵌合するように半径方向の外方へ突出された外突起(３６)とを先端方向へ順に設けた。
本発明は、次の作用効果を奏する。
前記コレットのスリットの上部を駆動部材の出力部の下部によって覆えるので、雰囲気中の異物が上記スリットを通って前記テーパ外周面へ侵入するのを防止できる。従って、本発明のコレット式クランプは、前記の従来技術とは異なり、上記コレットの上部を覆うための専用のカバー筒を設ける必要がなくなり、部品点数を少なくして簡素な構成に造れるうえ、上記カバー筒の設置スペースを省略することによって全高を小さくできる。
また、前記プラグ部分に対して上記コレットをロック駆動して同上コレットを拡径させたときには、そのコレットの外突起と前記の出力部の内突起との両者の半径方向の重なり寸法が大きくなる。このため、上記両者の接触面積が大きくなり、上記コレットを強力かつ確実にロック駆動できる。
以上により、本発明は、簡素な構成で強力に駆動できるコレット式クランプを提供できる。
また、上記の内突起を上記テーパ部分の外周側に配置することで、駆動部材の出力部の 外周下部によって、上記テーパ部分の外周上部を確実に覆える。このため、雰囲気中の異物が上記テーパ部分の前記テーパ外周面とテーパ内周面との間に噛み込むのを確実に防止できる。

また、本発明では、例えば図３に示す治具により、前記コレット（２９）を強制的に縮径させたときに、そのコレット（２９）の前記の外突起（３６）の外径寸法を、前記の出力部（２４）の前記の内突起（２６）の内径寸法よりも小さい値に設定することが好ましい。
この場合、前記の駆動部材の前記の出力部に上記コレットを容易かつ確実に組み付けることが可能になる。

図１Ａと図１Ｂ及び図２は、本発明の第１実施形態を示している。この第１実施形態では、ワークパレットの位置決め装置にコレット式クランプを利用したものを例示してある。図１Ａは、上記コレット式クランプの立面視の断面図である。図１Ｂは、上記の図１Ａの右側面視の部分図である。図２は、上記の位置決め装置の作動説明図であって、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック状態を示している。

機械テーブルやクランプパレット等の基準部材１に、可動部材としてのワークパレット２がコレット式クランプ３によって位置決めされる。そのワークパレット２には、平面視で円形の穴４が上下方向へストレートに形成されている。
上記の基準部材１に、大径穴６と嵌合穴７とメネジ穴８とが下向きに順に形成される。その大径穴６の周囲壁の上面から複数のボス１０が上向きに突出される。各ボス１０の上面に形成した支持面１１が、上記ワークパレット２の下部の被支持面２ａを受け止めている。

上記クランプ３のハウジング３ａは、上記の大径穴６に挿入されるフランジ部分１３と、上記の嵌合穴７に嵌入される嵌合部分１４と、上記メネジ穴８にネジ止めされるネジ脚１５と、上記フランジ部分１３から上方へ一体に突出させたプラグ部分１６とを備える。
上記プラグ部分１６は、上方（先端方向）へ狭まるテーパ外周面１８を備えたテーパ部分１９と、オネジ部分２０とを有し、これらテーパ部分１９とオネジ部分２０とが上向きに順に設けられている。

前記ワークパレット２の前記の円形穴４にナット状の駆動部材２２が挿入可能になっており、その駆動部材２２のメネジ２３が上記オネジ部分２０に軸心方向（上下方向）へ移動可能に螺合される。上記の駆動部材２２の外周下部に出力部２４が設けられ、その出力部２４の下端部（基端部）に、半径方向の内方へ突出する内突起２６と内周溝２７とが上方へ順に設けられる。
環状のコレット２９は、直径方向への拡大および縮小を許容するためのスリット３０と、前記の円形穴４の内周面に接当可能なストレート外周面３１と、前記テーパ外周面１８に上側（先端側）からテーパ係合するテーパ内周面３２とを有する。

図２の使用状態では、上記の内突起２６の下端面（基端面）２６ａは、前記プラグ部分１６の上端面（先端面）１６ａよりも下側（基端側）かつ前記テーパ部分１９の上端面（先端面）１９ａよりも下側（基端側）に配置されている。これにより、駆動部材２２の出力部２４の外周下部によって、上記テーパ部分１９の外周上部を覆える。このため、雰囲気中の異物が前記テーパ外周面１８とテーパ内周面３２との間に噛み込むのを防止できる。

上記コレット２９の上端部（先端部）に、上記の内突起２６に嵌合する外周溝３５と、上記の内周溝２７に嵌合するように半径方向の外方へ突出された外突起３６とが、上方へ順に設けられる。
また、前記テーパ部分１９に回り止めピン３８の半径方向の内側部が固定され、そのピン３８の半径方向の外端部が前記スリット３０に嵌入される。これにより、前記コレット２９が回り止めされている。
上記の駆動部材２２の上部には、六角レンチ４０が挿入される六角穴４１が形成される。その六角穴４１の下方に円盤部材４２が嵌着される。そして、雰囲気中の異物が上記の六角穴４１を通って駆動部材２２の内方に侵入することを上記の円盤部材４２によって防止している。

上記の位置決め装置は、例えば、次のように使用される。
図１Ａの未使用状態では、前記オネジ部分２０に対して前記の駆動部材２２が上昇し、前記コレット２９が自己の弾性復元力によって縮径し、そのコレット２９の前記テーパ内周面３２と前記テーパ外周面１８との間には大きな隙間が形成されている。
使用時には、クランプ３を、図１Ａの状態から図２中の左半図のリリース状態に切り換えておき、そのリリース状態で基準部材１に対してワークパレット２を下降させ、そのワークパレット２の円形穴４と、駆動部材２２及びコレット２９とを所定の半径隙間をあけて嵌合させると共に、前記ボス１０の支持面１１にワークパレット２の被支持面２ａを受け止める。

次いで、六角レンチ４０によってナット状の駆動部材２２を締め付け回転させて、プラグ部分１６に対して駆動部材２２を下降させる。
すると、前記の内突起２６の下端面（基端面）２６ａが前記コレット２９を下方へ押す。これにより、図２中の右半図のロック状態に示すように、上記コレット２９が前記テーパ外周面１８に沿って下降しながら拡径して、そのコレット２９のストレート外周面３１が円形穴４の内周面を半径方向（水平方向）へ押圧する。これにより、基準部材１のプラグ部分１６に対してワークパレット２を位置決めする。引き続いて、上記の円形穴４に密着したコレット２９を介してワークパレット２が基準部材１へ向けて引っ張られる。
なお、上記クランプ３を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、上記の六角レンチ４０によって上記の駆動部材２２を緩め回転させて、プラグ部分１６に対して駆動部材２２を上昇させればよい。これにより、図２中の左半図に示すように、駆動部材２２の内突起２６が前記の外突起３６を介して上記コレット２９を押し上げ、そのコレット２９が自己の弾性復元力によって縮径するのである。

上記の第１実施形態（及び後述する各実施形態）は次の長所を奏する。
図２中の左半図のリリース状態では、前記の出力部２４の前記の内突起２６と縮径状態のコレット２９の前記の外突起３６との半径方向の重なり寸法が小さい。これに対して、図２中の右半図のロック状態では、上記コレット２９が拡径されるので、そのコレット２９の外突起３６と上記の内突起２６との両者の半径方向の重なり寸法が大きくなる。このため、上記両者の接触面積が大きくなり、上記コレット２９を強力かつ確実にロック駆動できる。
また、図２中の左半図に示すように、上記コレット２９の縮径状態において、前記の出力部２４の外周面と同上コレット２９の外周面との半径方向の段差を無くすことが容易にできるので、ワークパレット２の円形穴４と上記コレット２９とを円滑に嵌合できる。

図３は、上記の駆動部材２２の出力部２４にコレット２９を組み込む治具の一例を示し、その治具の立面視の断面図である。
環状ハウジング５１の筒孔に、下方へ狭まるテーパ内周面５２が形成され、そのテーパ内周面５２に中間スリーブ５３のテーパ外周面５４が上側から嵌合される。その中間スリーブ５３のストレート内周面５５に、自己の弾性復元力で縮径された状態のコレット２９が挿入される。上記の中間スリーブ５３は、比較的に硬質で自己潤滑性を備えた合成樹脂によって構成されている。そして、上記コレット２９の上端面に前記ナット状の駆動部材２２が載置される。

押下げ筒５７によって上記の中間スリーブ５３を下降させると、その中間スリーブ５３を介して、上記コレット２９はスリット３０の隙間がほぼ零になるように強制的に縮径され、そのコレット２９の外突起３６の外径寸法が、前記の出力部２４の前記の内突起２６の内径寸法よりも小さい値になる。これにより、上記コレット２９に対して上記の駆動部材２２が、自重によって、又は、押下げ筒５７の上部孔５８に挿入したロッド（図示せず）の押し下げ力によって下降し、上記の駆動部材２２の内突起２６と上記コレット２９の外周溝３５とが水平方向に対面すると共に、同上の駆動部材２２の内周溝２７と同上コレット２９の外突起３６とが水平方向に対面する。その後、押上げ筒（図示せず）によって上記の中間スリーブ５３を上昇させる。すると、上記コレット２９が自己の弾性力によって拡径し、そのコレット２９の外突起３６が上記の駆動部材２２の内周溝２７に嵌合する。
これにより、上記の駆動部材２２に上記コレット２９が組み付けられる。

図４から図６は、それぞれ、本発明の第２実施形態、第３実施形態及び参考例を示し、前記の図１Ａに類似する図である。これら別の実施形態及び参考例においては、上記の第１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説明する。

図４の第２実施形態は、上記の第１実施形態とは次の点で異なる。
前記ハウジング３ａの下半部にメネジ孔６１が形成される。また、前記の駆動部材２２は、上部に設けた前記出力部２４と、下半部に設けたボルト部６２とを有する。そのボルト部６２が上記メネジ孔６１に螺合されている。そして、六角レンチ４０によって上記ボルト部６２を下方へ螺進させることにより、前記コレット２９を拡径させるようになっている。

また、前記出力部２４の前記の内突起２６の下端面（基端面）２６ａが、前記プラグ部分１６の上端面（先端面）１６ａよりも下側（基端側）に配置されている。この構成は、後述する図５の実施形態や図６の参考例でも同様である。
上記構成により、駆動部材２２の出力部２４の外周下部によって、上記プラグ部分１６の外周上部を覆える。このため、雰囲気中の異物が前記テーパ外周面１８とテーパ内周面３２との間に噛み込むのを抑制できる。
なお、前記の回り止めピン３８の外端部は、上記コレット２９の前記の外周溝３５の高さ位置で前記スリット３０を覆うように装着することが好ましい。このように構成することにより、雰囲気中の異物が前記テーパ外周面１８とテーパ内周面３２との間に噛み込むのを確実に防止できる。

図５の第３実施形態は、上記の図４の第２実施形態を次のように変更したものに相当する。
即ち、前記の駆動部材２２を、前記の出力部２４を有する筒部材６５と、その筒部材６５の筒孔に挿入したボルト６６とによって構成してある。そのボルト６６は、軸心回りに回転自在で軸心方向への移動が阻止されるように、上記の筒部材６５に支持されている。上記ボルト６６のオネジ脚が、前記ハウジング３ａの上半部に設けたメネジ孔６１に螺合されている。

図６の参考例は、上記の各実施形態とは次の点で異なる。
前記プラグ部分１６は、前記ハウジング３ａの上部に設けた筒部分７１と、その筒部分７１のストレート外周面に上下方向へ往復移動可能に支持された中間コレット７２とを備える。その中間コレット７２は、スリット７３と前記テーパ外周面１８とを備えている。そして、上記の中間コレット７２の外側に前記コレット２９が配置され、その外側のコレット２９の前記テーパ内周面３２が上記の中間コレット７２の上記テーパ外周面１８に上側から係合される。
上記の中間コレット７２は、環状の弾性部材７６とリング７７とによって上方へ付勢されている。その中間コレット７２の所定量以上の上方移動は、止め輪７８によって阻止されている。なお、上記の弾性部材７６は、ここでは合成樹脂の場合を例示してあるが、皿バネやコイルバネ等であってもよい。

上記の参考例の装置は次のように作動する。
前記の駆動部材２２のロッド８０を下降駆動すると、まず、前記の弾性部材７６の付勢力によって上昇位置に保持された中間コレット７２に対して外側のコレット２９が拡径し、その後、上記の弾性部材７６に抗して上記の中間コレット７２及び外側のコレット２９が下降される。これにより、ワークパレットの円形穴（図示せず）に密着させた上記コレット２９を介して上記ワークパレットを強力に下降駆動できる。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
基準部材１は、例示した機械テーブルやクランプパレットに代えて、クランプ用の治具などであってもよい。また、可動部材は、例示したワークパレット２に代えて、ワークや金型などであってもよい。
本発明のコレット式クランプは、手動操作に限定されるものではなく、油圧又は空圧等の流体アクチュエータで駆動してもよく、さらには電動機などによって駆動してもよい。

前記コレット２９は、直径方向へ拡大および縮小可能に構成されておればよく、例示した一つのスリット３０を備える構造に限定されるものでないことは勿論である。
前記プラグ部分１６には、前記テーパ外周面１８を周方向へ連続して形成する場合と、３つ以上のテーパ外周面１８を周方向へ間隔をあけて形成する場合と、一対のテーパ外周面１８・１８を半径方向で互いに向かいあうように形成する場合とが考えられる。また、上記コレット２９には、前記テーパ内周面３２を周方向へ連続して形成する場合と、３つ以上のテーパ内周面３２を周方向へ間隔をあけて形成する場合と、一対のテーパ内周面３２・３２を半径方向で互いに向かいあうように形成する場合とが考えられる。

図１Ａは、本発明の第１実施形態を示し、コレット式クランプの立面視の断面図である。図１Ｂは、上記の図１Ａの右側面視の部分図である。 上記クランプを利用した位置決め装置の作説明図であって、左半図はリリース状態を示し、右半図はロック状態を示している。 上記クランプの駆動部材にコレットを組み込む治具の一例を示し、その治具の立面視の断面図である。 本発明の第２実施形態を示し、前記の図１Ａに類似する図である。 本発明の第３実施形態を示し、前記の図１Ａに類似する図である。 本発明の参考例を示し、前記の図１Ａに類似する図である。

１：基準部材，２：可動部材（ワークパレット），３ａ：ハウジング，４：円形穴，１６：プラグ部分，１６ａ：先端面（上端面），１８：テーパ外周面，１９：テーパ部分，１９ａ：先端面（上端面），２０：オネジ部分，２２：駆動部材，２３：メネジ，２４：出力部，２６：内突起，２６ａ：基端面（下端面），２７：内周溝，２９：コレット，３０：スリット，３１：ストレート外周面，３２：テーパ内周面，３５：外周溝，３６：外突起．

Claims (4)

1. 基準部材(１)に固定されるハウジング(３ａ)から先端方向へ一体に突出させたプラグ部分(１６)に、先端方向へ狭まるテーパ外周面(１８)を備えたテーパ部分(１９)を設け、
   上記プラグ部分(１６)に対して軸心方向へ移動される駆動部材(２２)に設けた出力部(２４)であって、可動部材(２)の円形穴(４)に挿入される出力部(２４)の基端部に、半径方向の内方へ突出する内突起(２６)と半径方向の外方へ退入する内周溝(２７)とを先端方向へ順に設け、
   上記の内突起(２６)の基端面(２６ａ)を、前記テーパ部分(１９)の先端面(１９ａ)よりも基端側に位置させることにより、上記の内突起(２６)を上記テーパ部分(１９)の外周側に配置可能に構成し、
   直径方向への拡大および縮小を許容するためのスリット(３０)と上記の円形穴(４)の内周面に接当可能なストレート外周面(３１)と上記テーパ外周面(１８)に先端側から係合するテーパ内周面(３２)とを有するコレット(２９)の先端部に、前記の内突起(２６)に嵌合するように半径方向の内方へ退入された外周溝(３５)と前記の内周溝(２７)に嵌合するように半径方向の外方へ突出された外突起(３６)とを先端方向へ順に設けた、
   ことを特徴とするコレット式クランプ。
2. 請求項１のコレット式クランプにおいて、
   前記プラグ部分(１６)に、前記テーパ部分(１９)とオネジ部分(２０)とを先端方向へ順に設け、そのオネジ部分(２０)に、前記駆動部材(２２)のメネジ(２３)を軸心方向へ移動可能に螺合させた、ことを特徴とするコレット式クランプ。
3. 基準部材(１)に固定されるハウジング(３ａ)から先端方向へ一体に突出させたプラグ部分(１６)に、先端方向へ狭まるテーパ外周面(１８)を備えたテーパ部分(１９)とオネジ部分(２０)とを先端方向へ順に設け、
   上記プラグ部分(１６)の上記オネジ部分(２０)に駆動部材(２２)のメネジ(２３)を螺合させることにより、上記プラグ部分(１６)に対して上記駆動部材(２２)を軸心方向へ移動可能に構成し、その駆動部材(２２)に設けた出力部(２４)であって、可動部材(２)の円形穴(４)に挿入される出力部(２４)の基端部に、半径方向の内方へ突出する内突起(２６)と半径方向の外方へ退入する内周溝(２７)とを先端方向へ順に設け、
   上記の内突起(２６)の基端面(２６ａ)を、前記テーパ部分(１９)の先端面(１９ａ)よりも基端側に位置させることにより、上記の内突起(２６)を上記テーパ部分(１９)の外周側に配置可能に構成し、
   直径方向への拡大および縮小を許容するためのスリット(３０)と上記の円形穴(４)の内周面に接当可能なストレート外周面(３１)と上記テーパ外周面(１８)に先端側から係合するテーパ内周面(３２)とを有するコレット(２９)の先端部に、前記の内突起(２６)に嵌合するように半径方向の内方へ退入された外周溝(３５)と前記の内周溝(２７)に嵌合するように半径方向の外方へ突出された外突起(３６)とを先端方向へ順に設けた、
   ことを特徴とするコレット式クランプ。
4. 請求項１から３のいずれかのコレット式クランプにおいて、
   前記コレット(２９)を強制的に縮径させた状態では、そのコレット(２９)の前記の外突起(３６)の外径寸法を、前記の出力部(２４)の前記の内突起(２６)の内径寸法よりも小さい値に設定した、ことを特徴とするコレット式クランプ。
   

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