JP5276501B2 - ワーククランプ装置及びワーククランプ方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の回転テーブル上に載置されたワークをクランプするワーククランプ装置及びワーククランプ方法に関する。

従来、素材から部品を加工機で加工する際には、加工の効率を向上させるために、ワーククランプ装置が使用されている。例えば、インペラ等の回転軸の旋回機能を利用して加工、計測するワークにおいて、素材を加工機にクランプする際には、ワーク旋回時に治具クランパが工具、主軸等に干渉するのを避けるため、ワークの底部をチャックでクランプするか、または、ワークの中心をボルト等で上から押さえてクランプする等の工夫が必要である。

従来、モータで回転される回転テーブルに載置された旋回加工ワークをクランプするクランプ機構を備えたワーククランプ装置としては、例えば、特許文献１に開示されたような装置が知られている。特許文献１に開示されたディスク状部品の成形装置は、素材がセットされる成形用の回転テーブルと、この回転テーブル上の素材の中心部を押圧して、素材を回転テーブルとの間に挟んでセットするクランプを備えている。

一般に、旋回加工ワークを加工する加工機において、旋回加工ワークをその加工機に着脱する際には、次の３つの方法が主に使用されている。
（１）ワークを回転テーブル上でＡ軸により油圧クランプ等で持ち出しクランプをする方法。
（２）ボルト締め治具による方法。
（３）パレットにワークをボルト締め固定し、そのパレットをロボットで交換する方法（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２６３７６７号公報（図１参照）

しかしながら、前記した（１）〜（３）の旋回加工ワークを加工機に着脱する方法は、それぞれ次のような問題点がある。
（１）の回転テーブル上でＡ軸により油圧クランプ等を持ち出しクランプする方法は、Ｃ軸モータに巨大なクランプ力が加わるため、回転振れ精度の劣化、摩擦トルク増加による動的精度の劣化、及び、Ｃ軸モータの軸受の寿命が低下するという問題点があった。さらに、Ｃ軸モータが破損した場合には、そのＣ軸モータを全て交換しなければならないので、費用が嵩むという問題点があった。
（２）のボルト締め治具による方法は、自動化できないという問題点があった。
（３）のワークをボルト締めしたパレットをロボットで交換する方法は、ワークを１個毎にクランプ用のパレットやアダプタを取り付ける必要があるため、部品点数、取付工数が多く、作業効率が悪いという問題点があった。

このようなことから、旋回加工ワークの製造メーカからは、ワークの着脱時間が短く作業効率のよいスイングクランプ治具を搭載した機械の要求が多数ある。

そこで、本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、ワークが載置される回転テーブル及び回転テーブルを回転させるモータの耐久性を向上させることができるワーククランプ装置及びワーククランプ方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載のワーククランプ装置の発明は、モータで回転される回転テーブルに載置されたワークをクランプするクランプ機構を備えたワーククランプ装置において、水平方向に往復動する往復動機構と、該往復動機構に設けられると共に、前記往復動する往復動機構の動きを上下方向の往復動に変換する平カム機構と、該平カム機構によって上下方向に往復動する直進シャフトと、該直進シャフトの上下方向の往復動を回動方向の往復動に変換する円筒カム機構と、前記直進シャフトの上部に配置され、前記円筒カム機構によって回動する回動シャフトと、該回動シャフトに連結して一緒に回動すると共に、前記クランプ機構を備えたアーム部材と、前記直進シャフトを上下動自在に支持すると共に、前記アーム部材を回動自在に支持する支持筒部を有するクランパケース体と、を備え、前記往復動機構は、前記回転テーブルの外周部に配置されたハウジングに設置されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、往復動機構が水平方向に往復動すると、平カム機構によって直進シャフトがクランパケース体内を上下方向に往復動する。この直進シャフトの上下動により、回動シャフトは、円筒カム用ピンが円筒カム溝にガイドされて回動することで、クランプ機構を備えたアーム部材が適宜に回動及び上下動される。これにより、クランプ機構によってワークをクランプすることができる。

請求項２に記載のワーククランプ装置の発明は、請求項１に記載のワーククランプ装置であって、前記往復動機構は、流体圧が供給されるシリンダと、該シリンダに供給された流体圧で作動し、先端に前記平カム溝が形成された平カム体を連結したピストンと、を備えてなることを特徴とする。

かかる構成によれば、往復動機構は、シリンダに流体圧が供給されると、その流体圧でピストンが水平方向に移動して、ピストンの先端の平カム体を移動させる。平カム体は、平カム溝に連結された前記直進シャフトを上下方向に作動させる。

請求項３に記載のワーククランプ装置の発明は、請求項２に記載のワーククランプ装置であって、前記平カム機構は、前記ピストンによって水平方向に往復動する平カム体と、該平カム体に前記ピストンが往復動する方向に対して斜めに形成された平カム溝と、該平カム溝に係合されると共に、当該平カム溝にガイドされて移動して前記直進シャフトを上下動させる平カム用ピンと、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ワーククランプ装置は、平カム機構のピストンが水平方向に往復動すると平カム体も一緒に動く。その平カム体が動くことによって、平カム用ピンは、平カム溝の斜面を往復動して、直進シャフトを上下動させる。

請求項４に記載のワーククランプ装置の発明は、請求項３に記載のワーククランプ装置であって、前記平カム溝は、前記ピストンが往復する方向に対して傾斜して形成された緩斜面部を端部に有し、該緩斜面部は、その傾斜する角度が３度〜１０度に形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、平カム溝は、ピストンが往復する方向に対して緩斜面部の角度が３度〜１０度に傾斜して形成されていることによって、楔効果によりピストンの押圧力を増加させて、前記直進シャフトを上下方向の動きに容易に変換させることができる。

請求項５に記載のワーククランプ装置の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のワーククランプ装置であって、前記円筒カム機構は、前記支持筒部に前記直進シャフトが上下動する方向に対して斜めに形成した円筒カム溝と、前記回動シャフトに設けられて前記直進シャフトが上下動した際に、前記円筒カム溝にガイドされて回動する円筒カム用ピンと、円筒カム用ピンと前記アーム部材とを連結する締結部材と、を備えていることを特徴とする。

かかる構成によれば、円筒カム機構は、直進シャフトが上下動すると、円筒カム用ピンが斜めの円筒カム溝内にガイドされて回動し、アーム部材を回動させながら上下動させる。

請求項６に記載のワーククランプ装置の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のワーククランプ装置であって、前記クランプ機構は、前記アーム部材に回転可能に軸支されたクランプピンからなるクランパを備えたことを特徴とする。

かかる構成によれば、クランプ機構は、クランパがアーム部材に回転可能に軸支されている。このため、クランパがワークに押し付けられると、そのワークが回転した場合には、クランパもワークと一緒に回転する。

請求項７に記載のワーククランプ方法の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のワーククランプ装置を用いて前記ワークをクランプするワーククランプ方法であって、前記ワーククランプ装置は、工作機械に設置され、前記モータによって回転する前記回転テーブル上に載置された前記ワークを、前記往復機構の水平方向の動きを前記平カム機構と前記円筒カム機構とによって上下動しながら旋回する動きに変換された前記クランプ機構でクランプすることを特徴とする。

かかる構成によれば、ワーククランプ装置が、Ｃ軸モータによって回転する回転テーブル上のワークを、Ｃ軸モータの軸受に直接負荷がかからないようにしてクランプすることができる。

本発明に係るワーククランプ装置及びワーククランプ方法によれば、ワークが載置される回転テーブル及び回転テーブルを回転させるモータの耐久性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るワーククランプ装置を搭載した工作機械を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置の平面図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置の要部分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置の平カム体を示す拡大縦断面図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置のアンクランプ時の状態を示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置のアーム旋回時の状態を示す要部断面図である。 本発明の実施形態に係るワーククランプ装置のクランプ時の状態を示す要部断面図である。 平カム体の平カム溝の下側緩斜面部と平カム用ピンとを示す図であり、（ａ）は下側緩斜面部の角度とピストンの押圧力との関係を示す要部拡大概略図、（ｂ）は下側緩斜面部の角度とクランプ荷重との関係を示す要部拡大概略図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るワーククランプ装置及びワーククランプ方法を説明する。なお、便宜上、図面の前後側を上、下とし、図面の左右側を左、右として説明する。
本発明のワーククランプ装置１を説明するにあたって、まず始めに、このワーククランプ装置１が搭載される工作機械Ｋについて説明する。

≪工作機械の構成≫
図１に示すように、工作機械Ｋは、この工作機械Ｋによって加工素材であるワークＷを切削、研削、切断、圧延、溶接等して所定の形状に加工する加工機であり、ワーククランプ装置１を搭載している。つまり、工作機械Ｋは、ワークＷをクランプするワーククランプ装置１（図２及び図３参照）を搭載している機械であればよく、ワークＷをどのように加工する装置であるかは、特に限定されない。以下、本発明の実施形態として、羽根車（ワークＷ）を製造する加工機を例に挙げて説明する。

工作機械Ｋは、テーブル１１と、このテーブル１１に載設された固定台１２と、この固定台１２に連結部材１３を介在して固定されたハウジング１４と、このハウジング１４内に回転自在に配置された回転テーブル９と、この回転テーブル９を回転させるＣ軸モータＭと、ハウジング１４に載設されたワーククランプ装置１と、を主に備えて構成されている。

＜固定台及び連結部材の構成＞
図３に示すように、固定台１２は、Ｃ軸モータＭ、ハウジング１４及びワーククランプ装置１を保持するための部材であり、テーブル１１（図１参照）に対してＡ軸により回動自在な状態に設置された金属製厚板部材からなる。固定台１２には、Ｃ軸モータＭを取り付けるための取付孔１２ａが穿設されている。
連結部材１３は、固定台１２とハウジング１４とを連結するための部材であり、例えば、厚板状の部材からなる。連結部材１３は、下端部が固定台１２に溶接等によって固定され、上端部が締結部材Ｔ１によってハウジング１４に固定されている。

≪ハウジングの構成≫
図３及び図４に示すように、ハウジング１４は、回転テーブル９をベアリングＢ１を介在して回転自在に軸支すると共に、ワーククランプ装置１を載置するための固定部材である。ハウジング１４は、回転テーブル９及びベアリングＢ１を軸支するテーブル支持孔１４ａと、ワーククランプ装置１を載置する平らな載置面１４ｂと、直進シャフト５の下端部を上下動自在に支持するブッシュ５１が挿入される軸穴１４ｃと、が形成された金属製厚板からなる。

≪回転テーブルの構成≫
図３に示すように、回転テーブル９は、ワークＷが載置される台であり、例えば、回転テーブル本体９１と、回転テーブル連結体９２と、ワーク支持台部９３とを締結部材Ｔ３，Ｔ４で一体的に連結されて構成されている。
回転テーブル本体９１は、Ｃ軸モータＭのロータＭ１上に締結部材Ｔ２によって固定されて回転する回転体であり、円形の金属製厚板材からなる。
回転テーブル連結体９２は、回転テーブル本体９１の上面に締結部材Ｔ３によって固定されて回転テーブル本体９１と一体に回転する部材であり、段差状のテーブル支持孔１４ａの下側部分に挿入されて配置された厚い金属製厚板材からなる。この回転テーブル連結体９２の外周面には、前記ベアリングＢ１の内輪部材が外嵌されている。回転テーブル連結体９２の上面中央部には、ワーク支持台部９３の下面中央に形成された円形溝９３ａが外嵌される環状突起９２ａが形成されている。
ワーク支持台部９３は、ワークＷが載置されるワーク取付面を上端に有する部材であり、段付きの円盤状部材からなる。このワーク支持台部９３は、回転テーブル連結体９２の環状突起９２ａに円形溝９３ａを嵌入することによって、位置合わせした状態で、締結部材Ｔ４によりその回転テーブル連結体９２の上面に固定されている。

≪Ｃ軸モータの構成≫
図３に示すように、前記Ｃ軸モータＭは、ロータＭ１と、モータケースＭ２と、ロータＭ１とモータケースＭ２との間に介在されたベアリングＢ２と、ベアリング保持部材Ｍ３と、を備えて構成されている。
ロータＭ１は、回転軸が垂直に配置された回転体であり、外周部にベアリングＢ２の内輪部材が外嵌され、上端部に回転テーブル９がボルト締めされた鍔部Ｍ１ａが一体形成され、下端部にベアリング保持部材Ｍ３が設けられている。その鍔部Ｍ１ａは、モータケースＭ２の上面に形成された環状溝Ｍ２ａに係合してガイドされる環状凸部Ｍ１ｂが下側に向けた突設されている。

モータケースＭ２は、ロータＭ１の周囲を覆うケース部材であり、略円筒状に形成されている。このモータケースＭ２は、外周部が固定台１２の取付孔１２ａに内嵌されてボルト締めされ、内壁にベアリングＢ２の外輪部材が内嵌されている。
ベアリング保持部材Ｍ３は、ベアリングＢ２の内輪部材をロータＭ１に固定するための円板状部材と、ベアリングＢ２の外輪部材をモータケースＭ２に固定するためのリング状板材と、から構成されている。

≪ワーククランプ装置の構成≫
図３に示すように、ワーククランプ装置１は、Ｃ軸モータＭによって回転する回転テーブル９のワーク支持台部９３上に載置されたワークＷをスイングクランプする装置である。このワーククランプ装置１は、前記回転テーブル９と、前記Ｃ軸モータＭ（モータ）と、クランプ機構７と、往復動機構２と、平カム機構３と、直進シャフト５と、円筒カム用ピン４３と、回動シャフト６と、アーム部材８と、を主に備えて構成されている。

≪クランプ機構の構成≫
クランプ機構７は、前記ワークＷをクランプする装置であり、クランパ７１と、軸受部材７２とを備えて構成されている。クランパ７１は、ワークＷの上面を押圧する押圧部を有し、アーム部材８に軸受部材７２により回転可能に軸支されたクランプピンからなる。

≪往復動機構の構成≫
図３に示すように、往復動機構２は、平カム体３１を水平方向に往復動させるためのシリンダ装置である。前記回転テーブル９の外周部のハウジング１４に設置されて、平面視して、回転テーブル９外に対してずらして配置されている。この往復動機構２は、シリンダケース２１と、ピストン２２と、空気圧源（図示省略）と、空気圧制御装置２３と、バルブ２５と、空気圧供給配管２４と、を主に備えて構成されている。

シリンダケース２１は、空気圧源（図示省略）から空気圧（流体圧）が供給されるケース体であり、このシリンダケース２１には、ピストン２２が水平方向へ進退自在に内設されている。シリンダケース２１には、ピストンロッド２２ａを往復動自在に挿入すると共に、このシリンダケース２１の端部をクランパケース体４１にボルト締めされる筒状連結部２１ａが一体形成されている。
ピストン２２は、シリンダケース２１に供給された空気圧よって進退して平カム体３１を水平方向へ直線往復動させる部材であり、先端に、平カム体３１のねじ孔３１ａに螺合して連結される雄ねじ部２２ｂが形成されている。このピストン２２のストロークは、例えば、約２５ｍｍである。

空気圧制御装置２３は、シリンダケース２１内に送るピストン作動用の空気圧を制御する装置であり、不図示の電源スイッチや制御盤等を備えている。この空気圧制御装置２３は、一方がコンプレッサからなる空気圧源（図示省略）に空気圧供給配管２４により接続され、他方が電磁弁からなるバルブ２５を介してシリンダケース２１に接続されている。
空気圧供給配管２４は、空気圧源（図示省略）から空気圧制御装置２３及びバルブ２５を介してシリンダケース２１内に空気圧を送るための配管である。

≪平カム機構の構成≫
図３及び図４に示すように、平カム機構３は、前記往復動機構２に連設されて連動するカム機構であり、平カム体３１と、平カム溝３２と、平カム用ピン３３とを備えて構成されている。

平カム体３１は、平面視してコ字状に形成された金属製厚板状部材からなり、右側側板部中央に前記ねじ孔３１ａが穿設され、前後側板部に同一形状の平カム溝３２が形成されている。この平カム体３１は、前記ピストン２２に押圧されてクランパケース体４１の平カム収納部４１ａ内を左右方向に進退可能に配置されている。

平カム溝３２は、平カム用ピン３３の前後端部が斜め上下方向に往復動可能に挿入される溝であり、前記ピストン２２及び平カム体３１が往復動する左右方向に対して傾斜して形成されて形成されている。
図５に示すように、平カム溝３２は、その下端部に形成された下側緩斜面部３２ａと、上端部に形成された上側緩斜面部３２ｂと、それらの間に形成された急斜面部３２ｃと、を連続して形成した略Ｓ字状の貫通溝からなる。
下側緩斜面部３２ａ及び上側緩斜面部３２ｂは、ピストン２２が移動水平方向に対して、急斜面部３２ｃより緩い角度で形成されている。下側緩斜面部３２ａ及び上側緩斜面部３２ｂの傾斜する角度θは、０度〜１０度が好ましく、さらに好ましくは３度〜７度である。急斜面部３２ｃは、例えば、約４５度の角度で形成されている。

図４に示すように、平カム用ピン３３は、直進シャフト５を平カム体３１の平カム溝３２に連結し、この平カム溝３２とで左右方向に往復動する平カム体３１の動きを直進シャフト５が上下動するように変換するためのピンである。平カム用ピン３３は、例えば、円筒状の金属製部材からなり、平カム体３１の平カム溝３２及び直進シャフト５のカムピン挿入孔５ａに挿入した状態で、止めねじＮ１によって直進シャフト５に固定されている。

≪円筒カム機構の構成≫
円筒カム機構４は、前記平カム機構３によって上下動する直進シャフト５の動きを回動方向の動きに変換して回動シャフト６及び円筒連結体１０を介在してアーム部材８に伝達するための装置である。この円筒カム機構４は、円筒カム溝４２が形成されたクランパケース体４１と、このクランパケース体４１に挿入されて上下動する直進シャフト５と、円筒カム溝４２に挿入された円筒カム用ピン４３と、この円筒カム用ピン４３が固定される回動シャフト６、円筒連結体１０及びアーム部材８と、を備えて構成されている。

≪クランパケース体の構成≫
クランパケース体４１は、平カム体３１、直進シャフト５、回動シャフト６、円筒カム用ピン４３、円筒連結体１０及びアーム部材８を支持するためのケースである。クランパケース体４１には、前記平カム体３１の左右方向に移動可能に収納する平カム収納部４１ａと、直進シャフト５及び回動シャフト６を収納すると共に円筒連結体１０及びアーム部材８を回動可能に外嵌した支持筒部４１ｂと、前記円筒カム機構４の円筒カム溝４２と、が形成されている。クランパケース体４１は、平カム収納部４１ａの上面から締結部材Ｔ５（図２参照）によりハウジング１４の盤面上に、軸穴１４ｃを覆うように固定される。

図４に示すように、平カム収納部４１ａは、左右方向に移動する平カム体３１の移動方向をガイドすると共に、その平カム体３１を覆うように形成され、下面が開口された箱状の部位である。平カム収納部４１ａは、クランパケース体４１の下端部に形成され、左側側面に平カム体３１を出没自在に配置するための開口部４１ｃが形成されている。
支持筒部４１ｂは、円筒状に形成されて、その内部下側に直進シャフト５が上下動自在に挿入され、その内部上側に回動シャフト６が回動及び上下動自在に挿入されている。その支持筒部４１ｂの外側には、アーム部材８と円筒連結体１０とが締結部材Ｔ６によって連結された状態で、回動自在に外嵌されている。
円筒カム溝４２は、円筒カム用ピン４３の両端部がこの円筒カム溝４２内を約９０度回動可能に配置される一対のガイド孔（長孔）であり、円筒カム用ピン４３が斜めに上下降するように、支持筒部４１ｂに螺旋状に平面視して約９０度円弧状に穿設されている。

≪直進シャフトの構成≫
図３及び図４に示すように、直進シャフト５は、平カム機構３によって上下方向に移動する略軸棒部材である。この直進シャフト５は、ハウジング１４の軸穴１４ｃ内と、平カム機構３の平カム体３１内と、中空の支持筒部４１ｂ内と、に上下方向にそれぞれ往復動自在に挿入されている。直進シャフト５には、平カム用ピン３３が挿入されるカムピン挿入孔５ａと、直進シャフト５の回動を防止する角柱部５ｂと、止めねじＮ１が螺合されるねじ穴５ｃと、ブッシュ５１が外嵌されるブッシュ嵌入部５ｄと、回動シャフト６の係止部６ａ及び軸部６ｂが回動自在に挿入される係合部５ｅと、が形成されている。

図４に示すように、カムピン挿入孔５ａは、直進シャフト５の中央部に形成された角柱部５ｂに穿設された横孔からなる。
角柱部５ｂは、支持筒部４１ｂ内に形成された断面四角形の内壁部に上下動自在、かつ、回動不能な状態に挿入される四角柱状部位である。角柱部５ｂには、前記カムピン挿入孔５ａに直交するようにねじ穴５ｃが形成されている。
ねじ穴５ｃは、平カム用ピン３３を直進シャフト５に固定するためのねじ部材である。
ブッシュ嵌入部５ｄは、ブッシュ５１を介在してハウジング１４の軸穴１４ｃに上下動自在に軸支される。
係合部５ｅは、直進シャフト５の上部に回動シャフト６を回動自在に連結するための部位であり、回動シャフト６の係止部６ａが回動自在に内嵌されるように、段付き円筒状に形成されている。その係合部５ｅは、係止部６ａ及び軸部６ｂを横方向から挿入して係合できるように、側面視して逆Ｔ字状に形成された切欠溝からなる。

≪回動シャフトの構成≫
図３及び図４に示すように、回動シャフト６は、直進シャフト５の上下動が、円筒カム機構４によって回動方向の動きに変換されて回動する回動部材であり、円筒状の支持筒部４１ｂ内に回動自在に挿入された略円柱状の部材からなる。図４に示すように、この回動シャフト６は、係止部６ａと、軸部６ｂと、円柱形状部６ｃと、円筒カムピン挿入孔６ｄと、ねじ穴６ｅとが形成されている。回動シャフト６は、直進シャフト５の上部に配置され、円筒カム用ピン４３が、クランパケース体４１に形成した円筒カム溝４２にガイドされて回動することによって、一緒に９０度回動するようになっている。

係止部６ａ及び軸部６ｂは、直進シャフト５が上下動した際に、回動シャフト６が回動しながら上下方向に連動して動くように連結するための部位であり、係合部５ｅに回動自在に連結されている。係止部６ａは、係合部５ｅに対して係止されて上下方向に連動すると共に、係合部５ｅに対して横方向から係合・離間できるように形成されている。係止部６ａは、軸部６ｂより大径で、円柱状に形成されている。
軸部６ｂは、回動シャフト６の下端部に形成された係止部６ａと、その上端部に形成された円柱形状部６ｃとを直進シャフト５に対して回動自在に連結する軸状部位である。

円柱形状部６ｃは、直進シャフト５の上端の上に配置され、支持筒部４１ｂの内壁面に回動自在に隣接される部位である。
円筒カムピン挿入孔６ｄは、円筒カム用ピン４３が挿入される貫通孔であり、円柱形状部６ｃに水平に穿設されている。
ねじ穴６ｅは、円筒カム用ピン４３を回動シャフト６に固定するための止めねじＮ２が螺合される穴であり、円筒カムピン挿入孔６ｄに直交するように円柱形状部６ｃの上面に形成されている。

≪アーム部材の構成≫
アーム部材８は、円筒カム用ピン４３、止めねじＮ２、締結部材Ｔ６及び円筒連結体１０によって回動シャフト６に連結して、支持筒部４１ｂを中心として一緒に回動する部材であり、クランプ機構７を備えている。アーム部材８は、例えば、平面視して略長円形状に形成された厚板部材からなり、支持筒部４１ｂが挿通される軸孔８ａと、円筒連結体１０を連結するための締結部材Ｔ６が螺着される雌ねじ部８ｂと、クランプ機構７のクランパ７１及び軸受部材７２が取り付けられる取付孔８ｃと、が形成されている。

≪円筒連結体の構成≫
図４に示すように、円筒連結体１０は、回動する回動シャフト６の動きをアーム部材８に伝達するための円筒状の部材であり、前記締結部材Ｔ６によってアーム部材８の軸孔８ａの上側に載設される。円筒連結体１０には、支持筒部４１ｂに回動自在に外嵌される内壁部１０ａと、クランパケース体４１の円筒カム溝４２及び回動シャフト６の円筒カムピン挿入孔６ｄに挿通した円筒カム用ピン４３の両端部が挿入される円筒カムピン軸支孔１０ｂと、前記締結部材Ｔ６が貫通される貫通孔１０ｃと、が形成されている。

≪作用≫
次に、図６〜図８を主に、各図を参照しながら本発明の実施形態に係るワーククランプ装置１及びワーククランプ方法の作用を説明する。
図１に示すように、工作機械ＫでワークＷを加工する場合には、ワークＷを回転テーブル９のワーク支持台部９３上にクランプして加工する。

＜アンクランプ時＞
図１、図２及び図６を参照してワーククランプ装置１のアンクランプ時を説明する。
ワークＷをクランプしないアンクランプ時のワーククランプ装置１のＯＦＦ状態のときには、図２に仮想線で示すように、アーム部材８が、平面視して、ワークＷ上から前方向（矢印ａ方向）側へ９０度旋回してずれた位置にある。このとき、往復動機構２のピストン２２は、図６に示すように、左方向（矢印ｃ方向）側に後退した状態にあり、平カム機構３の平カム体３１も左方向に寄った状態にある。
このため、平カム用ピン３３が平カム溝３２の上側緩斜面部３２ｂに位置している。この平カム用ピン３３が上昇した位置にあることによって、平カム用ピン３３と一体に上下動する直進シャフト５、回動シャフト６、円筒カム用ピン４３、円筒連結体１０、アーム部材８及びクランパ７１（図７参照）が共に上昇した位置にある。

＜アーム旋回時＞
次に、図７を参照してワーククランプ装置１のアーム部材８が旋回するアーム旋回時を説明する。
前記アンクランプ時の状態からアーム部材８がワークＷの上側である矢印ｂ方向へ旋回する場合は、まず、空気圧制御装置２３（図３参照）及びバルブ２５をＯＮさせて、空気圧制御装置２３から空気圧供給配管２４を介してシリンダケース２１内に圧縮空気を送り込む。すると、ピストン２２は、その圧縮空気に押圧されて右方向（矢印ｄ方向）にストロークＳ１分移動して、同じ右方向へ平カム体３１を水平方向へ同じ距離Ｌ１分移動させる。

平カム体３１が右方向（矢印ｄ方向）へ移動すると、平カム溝３２の上側緩斜面部３２ｂにあった平カム用ピン３３が、平カム溝３２内の上側緩斜面部３２ｂから急斜面部３２ｃを下側方向（矢印ｅ方向）へ高さＨ１分下降する。
すると、平カム用ピン３３と一体に上下動する直進シャフト５、回動シャフト６、円筒カム用ピン４３、円筒連結体１０、アーム部材８及びクランパ７１が共に高さＨ１分下側（矢印ｇ方向）に下降する。
このとき、円筒カム用ピン４３は、回動シャフト６が直進シャフト５によって押し下げられることにより共に、９０度螺旋状に形成された円筒カム溝４２内を下降することにより、回動シャフト６、円筒連結体１０、アーム部材８及びクランパ７１を矢印ｂ方向へ旋回させる。つまり、アーム旋回時には、円筒カム用ピン４３等が旋回しながら下降する。

＜クランプ時＞
次に、図８を参照してワーククランプ装置１のアーム部材８がワークＷをクランプするクランプ時を説明する。
ワークＷをクランプするクランプ時の場合は、さらに、空気圧制御装置２３(図３参照)から空気圧供給配管２４及びバルブ２５（図３参照）を介してシリンダケース２１内に圧縮空気が送り込まれる。すると、ピストン２２は、その圧縮空気に押圧されて右方向（矢印ｄ方向）にさらにストロークＳ２分移動して、同じ右方向へ平カム体３１を水平方向へ同じ距離Ｌ２分移動させる。

平カム体３１が右方向（矢印ｄ方向）へ移動すると、平カム溝３２の急斜面部３２ｃの下端部にあった平カム用ピン３３が、平カム溝３２内を下側緩斜面部３２ａの中央部まで斜め下側方向（矢印ｆ方向）へ高さＨ２だけ下降する。
すると、平カム用ピン３３と一体に上下動する直進シャフト５、回動シャフト６、円筒カム用ピン４３、円筒連結体１０、アーム部材８及びクランパ７１が共に高さＨ２だけ下側（矢印ｇ方向）に下降する。そして、クランパ７１は、下方向（矢印ｈ方向）に下降してワークＷに当接しワークＷをクランプする。クランプする際に、平カム用ピン３３が緩い傾斜角で形成された下側緩斜面部３２ａを下降すると、後記する増加効果によって大きなクランプ力を出力することができる。また、クランパ７１は、ピストン２２の横方向のストロークが大きく（例えば、２５ｍｍ）、これを平カム機構３と円筒カム機構４とで上下動及び回動に変換するので、動作が滑らかになる。

なお、このとき、円筒カム用ピン４３は、回動シャフト６が直進シャフト５によって押し下げられることにより共に、円周方向に９０度螺旋状に形成された円筒カム溝４２内を下降することで、回動シャフト６、円筒連結体１０、アーム部材８及びクランパ７１を矢印ｂ方向に僅かに旋回させる。つまり、クランプ時には、円筒カム用ピン４３等がアンクランプ時から９０度旋回し、下降する。

図１に示す工作機械ＫでワークＷを加工する場合には、Ｃ軸モータＭを駆動させて、回転テーブル９を適宜に回転させ、切削工具等（図示省略）によって加工する。この場合、ワーククランプ装置１の駆動源となる往復動機構２が回転テーブル９外に配置されているため、回転テーブル９及びＣ軸モータＭに大きな負荷（クランプ荷重）がかからない。

図５に示すように、平カム機構３は、クランプ時に下側緩斜面部３２ａにある。下側緩斜面部３２ａは、その角度θ１が緩やかな傾斜となっており、楔効果によりクランプ力Ａが、
クランプ力Ａ＝シリンダ押出力Ｂ／ｔａｎ（θ）
となり、ピストン２２が押圧するシリンダ押出力Ｂより数倍のクランプ力Ａが得られる。つまり、ワーククランプ装置１は、空気圧を動力源とする往復動機構２でクランパ７１を作動させても、比較的小さな平カム機構３によって、強大なクランプ力を得ることができる。

図３に示すように、クランパ７１のクランプ力によって下方向に押圧されたワークＷは、ワーク支持台部９３、回転テーブル連結体９２を下側に押し下げる。その下側に押し下げるクランプ力は、回転テーブル連結体９２によって受け止められるため、直接、ロータＭ１やベアリングＢ２に負荷されない。このため、回転テーブル９、ロータＭ１及び工作機械Ｋに負担かからない。さらに、Ｃ軸モータＭの耐久性を向上させて寿命を長くすることが可能である。

その結果、本発明は、スペースが小さい回転テーブル９及びＣ軸モータＭ上に大きなクランプ力が負荷されても耐えることができ、静的及び動的精度を落すことなく、大きなクランプ力の出力が可能な小型のスイングクランプ治具を工作機械Ｋに設置することができる。

≪実際に測定したクランプ荷重について≫
次に、図９（ａ）、（ｂ）を参照しながら実際に測定したデータについて説明する。
シリンダケース２１の内径を４０［ｍｍ］、ピストン２２のストロークＳを２０［ｍｍ］、空気圧源からの空気圧を０．４５［ＭＰａ］、シリンダケース２１の内面積Ａ_１とすると、シリンダケース２１の内面積Ａ_１は、
Ａ_１＝４０^２／４×π＝１，２５６［ｍｍ^２］
となる。

シリンダケース２１の押出力をＦ_１［Ｎ］とすると、押出力をＦ_１は、
Ｆ_１＝０．４５［Ｎ／ｍｍ^２］×１，２５６［ｍｍ^２］＝５６５［Ｎ］
となる。

平カム機構３の平カム用ピン３３と下側緩斜面部３２ａとによる楔増加効果により、クランプ荷重Ｆ_０を３，０００［Ｎ］以上になるようにするには、下側緩斜面部３２ａの傾斜角度θ＝１０度のときの荷重Ｆ_２を、
Ｆ_２＝Ｆ_１／ｔａｎθ＝５６５／ｔａｎ１０度＝３，２０４［Ｎ］
にする。
この場合、Ｆ_２>Ｆ_０となるが、実際には、下側緩斜面部３２ａ及び平カム用ピン３３の摩擦係数が影響する。下側緩斜面部３２ａと平カム用ピン３３との摩擦係数を仮にμ_１＝０．１７とすると、摩擦角ρ_１は、次の式で表され、
摩擦角ρ_１＝ｔａｎ^−１（μ_１）＝ｔａｎ^−１（０．１７）＝９．６［度］
となる。よって、実際は、θ＋ρ_１＝１９．６［度］が接触角となる。接触圧力（クランプ荷重）Ｆ_３は、
Ｆ_３＝Ｆ_０／ｔａｎ（θ_１＋ρ_１）＝５６５／ｔａｎ（１９．６）＝１，５８７［Ｎ］
となる。現実に測定した接触圧力（クランプ荷重）Ｆ_３は、１，５５０［Ｎ］であった。
シリンダ出力６５６に対して、約２．７倍のクランプが得られた。この場合、平カム溝３２の下側緩斜面部３２ａの表面は、研削していないため、粗いので、実際の摩擦係数μ_１は、さらに大きい値になると予測できる。

[変形例]
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

例えば、往復動機構２は、図３に示すように空気圧によってピストン２２を作動させる場合を例に挙げて説明したが、油圧等の流体圧を使用する装置であっても構わない。
また、クランプ機構７は、ワークＷを支えたり、保持したりする機能を有するものであればよく、その他のクランプ装置であっても構わない。

１ ワーククランプ装置
２ 往復動機構
３ 平カム機構
４ 円筒カム機構
５ 直進シャフト
６ 回動シャフト
７ クランプ機構
８ アーム部材
９ 回転テーブル
１４ ハウジング
２１ シリンダケース（シリンダ）
２２ ピストン
３１ 平カム体
３２ 平カム溝
３２ａ 下部緩斜面部（緩斜面部）
３３ 平カム用ピン
４１ クランパケース体
４１ｂ 支持筒部
４２ 円筒カム溝
４３ 円筒カム用ピン
７１ クランパ
Ｋ 工作機械
Ｍ Ｃ軸モータ（モータ）
Ｔ１〜Ｔ６ 締結部材
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. モータで回転される回転テーブルに載置されたワークをクランプするクランプ機構を備えたワーククランプ装置において、
   水平方向に往復動する往復動機構と、
   該往復動機構に設けられると共に、前記往復動する往復動機構の動きを上下方向の往復動に変換する平カム機構と、
   該平カム機構によって上下方向に往復動する直進シャフトと、
   該直進シャフトの上下方向の往復動を回動方向の往復動に変換する円筒カム機構と、
   前記直進シャフトの上部に配置され、前記円筒カム機構によって回動する回動シャフトと、
   該回動シャフトに連結して一緒に回動すると共に、前記クランプ機構を備えたアーム部材と、
   前記直進シャフトを上下動自在に支持すると共に、前記アーム部材を回動自在に支持する支持筒部を有するクランパケース体と、を備え、
   前記往復動機構は、前記回転テーブルの外周部に配置されたハウジングに設置されていることを特徴とするワーククランプ装置。
2. 前記往復動機構は、流体圧が供給されるシリンダと、
   該シリンダに供給された流体圧で作動し、先端に前記平カム溝が形成された平カム体を連結したピストンと、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のワーククランプ装置。
3. 前記平カム機構は、前記ピストンによって水平方向に往復動する平カム体と、
   該平カム体に前記ピストンが往復動する方向に対して斜めに形成された平カム溝と、
   該平カム溝に係合されると共に、当該平カム溝にガイドされて移動して前記直進シャフトを上下動させる平カム用ピンと、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載のワーククランプ装置。
4. 前記平カム溝は、前記ピストンが往復する方向に対して傾斜して形成された緩斜面部を端部に有し、
   該緩斜面部は、その傾斜する角度が３度〜１０度に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のワーククランプ装置。
5. 前記円筒カム機構は、前記支持筒部に前記直進シャフトが上下動する方向に対して斜めに形成した円筒カム溝と、
   前記回動シャフトに設けられて前記直進シャフトが上下動した際に、前記円筒カム溝にガイドされて回動する円筒カム用ピンと、
   円筒カム用ピンと前記アーム部材とを連結する締結部材と、
   を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のワーククランプ装置。
6. 前記クランプ機構は、前記アーム部材に回転可能に軸支されたクランプピンからなるクランパを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のワーククランプ装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のワーククランプ装置を用いて前記ワークをクランプするワーククランプ方法であって、
   前記ワーククランプ装置は、工作機械に設置され、前記モータによって回転する前記回転テーブル上に載置された前記ワークを、前記往復機構の水平方向の動きを前記平カム機構と前記円筒カム機構とによって上下動しながら旋回する動きに変換された前記クランプ機構でクランプすることを特徴とするワーククランプ方法。
   

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