JP5430710B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの穴をグリップして固定するクランプ装置に関し、特にグリップ部材に対するクランプロッドの相対移動の最大ストロークを制限するクランプ装置に関する。

ワークの上面を機械加工するような場合には、ワークの端部を上方から押圧具で押圧する形式のクランプ装置を採用することができないため、上記のようなクランプ装置（所謂、ホールクランプ）が採用される。このクランプ装置では、本体部材にクランプ対象のワークを着座させる着座面が形成され、ワーク投入時にワークを着座面に搭載して支持し、ワークの穴にグリップ部材と、このグリップ部材に挿入されたクランプロッドのテーパ軸部を挿入し、クランプロッドを着座面側へ引き付けることで、グリップ部材に対してクランプロッドを所定ストローク相対移動させ、テーパ軸部によりグリップ爪を拡径させて穴の内周面に係合（グリップ）させてから、そのグリップ部材を更に着座面側へ所定引き込みストローク引き付けることで、ワークを着座面に固定する。この種のクランプ装置が、特許文献１，２に記載されている。

通常、ホールクランプは、本体部材の中央部からグリップ部材とテーパ軸部が所定長さ突出するように構成され、グリップ部材は圧縮コイルスプリングによってワーク側（上限位置）に付勢されている。それ故、クランプ動作時、本体部材とグリップ部材との間にクランプロッドの引き込み動作に伴う隙間が発生する。この隙間から切削屑や塵埃等が本体部材内部に入り込むと、クランプロッドの駆動機構等の作動不良や破損の原因になるため、本体部材とグリップ部材との間、所謂グリップ部材の外周面を弾性材料製シール部材、例えばスクレーパ等によってシールしている。

特許第３５５００１０号公報 ドイツ特許第４０２０９８１号公報

特許文献１，２のようなホールクランプでは、ワーク形状や構造によって、グリップ部材の係合不良であるスリップや空クランプを行なうことがある。
即ち、ワークが鋳造品でその穴が僅かにテーパ形状に形成されている場合、グリップ部材のグリップ爪部がワーク穴の内周面に係合できないため、グリップ部材のスリップ状態が発生する。また、生産ライン上において複数のクランプ装置を同期駆動してワークを固定する場合、ワーク構造により一部のクランプ装置に対して対応した穴が存在しないとき、クランプミス（空クランプ）状態が発生する。このようなスリップ状態やクランプミス状態が生じたとき、クランプロッドを進退移動させる流体圧シリンダが下限位置まで移動するため、クランプロッドが下限位置に移動し、最終的にグリップ部材が大きく拡径動作する。

本体部材とグリップ部材との間に、切削屑等による侵入防止用スクレーパを装着したホールクランプでは、グリップ部材が大きく拡径された場合、スクレーパがグリップ部材の拡径に追従して大きく押し広げられる。それ故、スリップ状態やクランプミス状態が頻繁に繰り返された場合には、スクレーパの弾性特性が許容できる範囲以上の過剰な拡径により損傷し、スクレーパの寿命低下を招き、スクレーパの交換が必要になる。

本発明の目的は、ワークに対するグリップ性能を高めつつ、簡単な構造でスクレーパの損傷を防止可能な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、 ワークの穴に下方から挿入されて穴の内周面をグリップ可能なグリップ部材と、このグリップ部材に内嵌係合させたテーパ軸部を有するクランプロッドと、前記グリップ部材とクランプロッドとを軸心方向へ進退駆動可能な流体圧シリンダと、前記グリップ部材とクランプロッドと流体圧シリンダが付設される本体部材とを有するクランプ装置において、前記本体部材の上半部の中心部に上方へ突出するように形成された円筒状の本体筒部と、前記流体圧シリンダによりクランプロッドをグリップ部材に対して下方へ相対移動させてグリップ部材を拡径させる際にグリップ部材を上限位置に支持可能な支持機構とを備え、アンクランプ状態のとき前記グリップ部材の上半部と前記クランプロッドのテーパ軸部が前記本体筒部の上端外へ突出するように構成すると共に、前記相対移動の最大ストロークを前記支持機構により制限するように構成したことを特徴としている。

このクランプ装置では、グリップ部材を拡径させる際、支持機構がグリップ部材を上限位置に支持するため、上限位置に支持されたグリップ部材に対してクランプロッドを確実に下方へ相対移動することができる。

請求項２のクランプ装置は、請求項１の発明において、前記本体筒部の上端部に形成されたワーク着座用の着座面と、前記流体圧シリンダのピストン部材を構成するピストン部及びこのピストン部から上方へ本体筒部内まで延びるロッド部と、前記ロッド部に外嵌され流体圧で上方へ付勢された環状受圧部材と、前記ロッド部に可動に外嵌され且つ環状受圧部材と一体的に動作して前記グリップ部材を下方から支持するサポート部材とを備え、前記支持機構が前記環状受圧部材とサポート部材と環状受圧部材の下端に流体圧を作用させる環状作動室とを備えたことを特徴としている。

請求項３のクランプ装置は、請求項２の発明において、前記クランプロッドの下端部分に形成されたＴ形係合部と、前記ロッド部の上端部分に形成されて前記Ｔ形係合部が水平方向側方から係合可能なＴ形係合凹部とを有することを特徴としている。

請求項４のクランプ装置は、請求項３の発明において、前記ロッド部の上半部の上端部分と外周側部分は前記Ｔ形係合凹部を形成する外周側分割体に形成され、前記ロッド部の上半部の中心側部分にネジ軸部が形成され、前記外周側分割体がネジ軸部に螺合されたことを特徴としている。

請求項５のクランプ装置は、請求項４の発明において、前記流体圧シリンダのピストン部と環状受圧部材との間に、環状受圧部材に上方向きの流体圧を作用させる前記環状作動室が形成されたことを特徴としている。

請求項６のクランプ装置は、請求項５の発明において、前記環状受圧部材の筒状ピストンの上端部に形成した係止鍔部が本体部材の収容穴に昇降可能に収容され、その係止鍔部を収容穴の下端壁で係止することで前記環状受圧部材の下限位置が規定され、前記係止鍔部を収容穴の上端壁で係止することで前記環状受圧部材の上限位置が規定されることを特徴としている。

請求項７のクランプ装置は、請求項６の発明において、前記外周側分割体の下端部を下限位置にある環状受圧部材で受け止めることにより、クランプロッドの下限位置を規定するように構成したことを特徴としている。

請求項８のクランプ装置は、請求項７の発明において、前記サポート部材は前記環状受圧部材から分割した形に構成され、前記サポート部材の下端が前記環状受圧部材の筒状ピストンの上端に当接していることを特徴としている。

請求項９のクランプ装置は、請求項１の発明において、前記グリップ部材とクランプロッドとは、前記軸心と直交方向へ可動に形成されたことを特徴としている。
請求項１０のクランプ装置は、請求項９の発明において、前記グリップ部材とクランプロッドの軸心を前記流体圧シリンダの軸心に一致させるようにグリップ部材とクランプロッドを弾性付勢する弾性付勢手段を設けたことを特徴としている。

請求項１１のクランプ装置は、請求項６の発明において、前記収容穴の下端壁に前記係止鍔部に対向状に開口されたエア噴出孔と、このエア噴出孔に加圧エアを供給するエア通路と、このエア通路内のエア圧の有無を検出するエア圧検出手段とを有する作動確認手段を設け、前記作動確認手段により、前記環状受圧部材が上限位置及び下限位置にある状態を検出可能に構成したことを特徴としている。

請求項１２のクランプ装置は、請求項１又は２の発明において、前記本体筒部は、アンクランプ状態の前記グリップ部材の外径の３倍以下の外径を有することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、上限位置に支持されたグリップ部材に対してクランプロッドを確実に下方へ相対移動できるため、ワークに対するグリップ性能を高くすることができる。グリップ部材を上限位置に支持可能な支持機構が、クランプロッドのグリップ部材に対する相対移動の最大ストロークを制限するため、スリップ状態やクランプミス（空クランプ）状態が発生したときでも、クランプロッドが下限位置まで移動されることを防止することができ、グリップ部材の過剰な拡径を防止することができる。
これにより、グリップ部材の外周面をシールするスクレーパを備えたクランプ装置であっても、簡単な構造でスクレーパの損傷を防止することができる。

請求項２の発明によれば、着座面にワークを支持し、グリップ部材とテーパ軸部を穴に挿入し、グリップ部材を流体圧で上方へ付勢される環状受圧部材及びサポート部材で支持した状態で、クランプロッドを下降駆動してグリップ部材を穴の壁面に食い込ませてから、クランプロッドを下降駆動することで、ワークをクランプできる。また、支持機構の構成を簡単化することができる。

請求項３の発明によれば、流体圧シリンダのピストン部材のロッド部を小径化して、本体筒部を小径化することが可能になる。
請求項４の発明によれば、Ｔ形係合凹部の製作と、クランプロッドのＴ形係合部のＴ形係合凹部への組み付けの面で有利である。

請求項５の発明によれば、前記環状作動室の流体圧により環状受圧部材を常時上方へ付勢してサポート部材でもってグリップ部材をサポートすることができる。
請求項６の発明によれば、環状受圧部材の上限位置と下限位置を規定することができる。請求項７の発明によれば、下限位置にある環状受圧部材で外周側分割体の下端を受け止めることにより、クランプロッドの下限位置を規定するため、クランプロッドを下限位置に受け止めるストッパ部材を本体部材に設ける必要がない。

請求項８の発明によれば、サポート部材が環状受圧部材から分割した形に構成されたため、請求項７のような構成が可能になった。
請求項９の発明によれば、ワークのクランプ対象の穴の大きさや位置に製作誤差がある場合にも、グリップ部材を穴の壁面に食い付くかせることができる。

請求項１０の発明によれば、アンクランプ状態のとき、弾性付勢手段により、グリップ部材とクランプロッドの軸心が流体圧シリンダの軸心に一致するように復帰する。
請求項１１の発明によれば、作動確認手段により、環状受圧部材が上限位置及び下限位置にある状態を検出できるため、グリップ部材と環状受圧部材が上限位置になったアンクランプ状態を確認でき、クランプ時にグリップ部材がワークの穴の壁面をグリップしないでグリップ部材と環状受圧部材が下限位置になった状態を確認することができる。

請求項１２の発明によれば、クランプ対象の穴の付近に凸部や凹部や段付き部がある場合にも、本体筒部を凸部の間に挿入したり、凹部に挿入したりしてクランプ対象の穴をグリップ部材とクランプロッドのテーパ軸部とでクランプすることができる。クランプ装置の使い勝手が改善され、クランプ装置の汎用性を格段に高めることができる。尚、クランプ対象の穴の付近に凸部や凹部や段付き部のないワークをクランプする上でも何ら支障はない。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例に基づいて説明する。

図１〜図４に示すように、このクランプ装置Ｃは、本体部材１と、ワークＷを固定するためのクランプ部材であるグリップ部材２と、クランプロッド３と、グリップ部材２とクランプロッド３を軸心方向（上下方向）に駆動可能な油圧シリンダ４と、油圧シリンダ４に含まれる環状受圧部材５及びサポート部材６とを備えている。前記本体部材１は、 上部本体部材１１と下部本体部材１２とを備え、このクランプ装置Ｃは、基部本体部材１３に組付けられて使用される。

上部本体部材１１は平面視にてほぼ長円形であり、この上部本体部材１１は４つのボルト穴９に挿入される４つのボルトで基部本体部材１３に固定される。下部本体部材１２はシリンダ穴４４を形成する筒状部材であり、この下部本体部材１２の上端部が上部本体部材１１の下面側の凹部１５に嵌合され、４つのボルト１６により上部本体部材１１に固定されている。

前記本体部材１の上半部の中心部に上方へ突出する円筒状の本体筒部１１ａであって、アンクランプ状態のときのグリップ部材２の外径の３倍以下の外径を有する本体筒部１１ａが設けられている。アンクランプ状態のとき、グリップ部材２の上半部とクランプロッド３のテーパ軸部３１が本体筒部１１ａの上端外へ突出するように構成されている。
ここで、本体筒部１１ａの外径は、アンクランプ状態のときのグリップ部材２の外径の１．８〜３．０倍の範囲に設定することが望ましく、本実施例の本体筒部１１ａの外径は、アンクランプ状態のときのグリップ部材２の外径の２．６倍に設定してある。

図１〜図４に示すように、前記グリップ部材２は、本体筒部１１ａの上端部の中心部分の開口穴１７を上下に貫通している。本体筒部１１ａの上面には、グリップ部材２を囲む４つの円弧状の着座面１８が形成され、これら着座面１８にワークＷを着座させた状態で、ワークＷをクランプすることができる。本体筒部１１ａの上面には、加圧エアのエアブロー流が流れる４つの凹溝１９が十文字状に形成されている。

グリップ部材２は、ワークＷの穴Ｈに下方から挿入されて穴Ｈの内周面をグリップ可能なものである。このグリップ部材２は、ロッド挿通孔２１と、グリップ爪部２２と、基端鍔部２３とを備えている。グリップ部材２は、４つのスリット( 図示略) により４等分に分割され、４つの分割体により環状に形成されている。

金属製のグリップ部材２におけるグリップ爪部２２の外周面には、ワークＷの穴Ｈの内周面をグリップし易くする３段の歯２２ａが形成されている。グリップ部材２のロッド挿通孔２１にはクランプロッド３が挿通されている。このロッド挿通孔２１のうちのグリップ爪部対応部分は、クランプロッド３のテーパ軸部３１が密着状に係合するテーパ孔部２１ａに形成されている。

図１〜図４に示すように、本体筒部１１ａの上端の開口穴１７にはグリップ部材２の外周面に摺接する弾性材料（ゴムや合成樹脂）製のスクレーパ２８（弾性付勢手段）が装着されている。このスクレーパ２８は、異物の侵入を防止する機能と、アンクランプ状態のときグリップ部材２とクランプロッド３の軸心が油圧シリンダ４の軸心と一致するようにセンタリングする機能とを得る為のものである。また、グリップ部材２の下部には４つの分割体を縮径方向へ付勢するＯリング２９が装着されている。

グリップ部材２の基端鍔部２３は本体筒部１１ａの円形凹部２５に収容され、基端鍔部２３の外周側には隙間２６が形成されている。グリップ部材２の基端鍔部２３は、円形凹部２５の上壁部とサポート部材６の水平板部６２との間に水平方向へ可動に挟着され、サポート部材６で支持されている。グリップ部材２は、サポート部材６及び環状受圧部材５と一体的にグリップ部材２の上限位置から下限位置に亙って昇降可能であると共に、円形凹部２５の外周部の環状隙間２６とスクレーパ２８の弾性変形を介して、油圧シリンダ４の軸心と直交する水平方向へ移動可能に装着されている。それ故、ワークＷをクランプする際、クランプ対象の穴Ｈの軸心がクランプ装置Ｃの軸心（油圧シリンダ４の軸心）からズレている場合に、そのズレを吸収してクランプすることができる。

クランプロッド３は、テーパ軸部３１と、このテーパ軸部３１の下端に連なる小径ロッド部３２と、この小径ロッド部３２の下端に連なるＴ形係合部３３とで構成されている。 テーパ軸部３１と小径ロッド部３２とがグリップ部材２のロッド挿通孔２１に挿通されている。上記テーパ軸部３１は上方程大径化するようにクランプロッド３の上端部分に形成され、テーパ軸部３１がグリップ部材２のテーパ孔部２１ａに可動に内嵌係合されている。

図２〜図８に示すように、前記油圧シリンダ４は、グリップ部材２とクランプロッド３とを軸心方向へ進退駆動する為のものである。この油圧シリンダ４は、ピストン部材４１と、ピストン部材４１を下方へ駆動するクランプ用油室４２であって環状受圧部材５の下端に油圧を作用させる環状作動室を含むクランプ用油室４２と、アンクランプ用油室４３と、環状受圧部材５などを備えている。ピストン部材４１は、立向きのシリンダ穴４４に昇降自在に装着されたピストン部４５と、このピストン部４５の上端から上方へ本体筒部１１ａ内まで延びるロッド部４６とを有する。ピストン部４５にはシール部材４５ａが装着されている。ロッド部４６の上端部分には、クランプロッド３のＴ形係合部３３が水平方向側方から係合可能なＴ形係合凹部４７が形成されている。

ロッド部４１の上半部の上端部分と外周側部分はＴ形係合凹部４７を形成する外周側分割体４８に形成され、ロッド部４６の上半部の中心側部分にネジ軸部４９が形成され、外周側分割体４８の下半部がネジ軸部４９に螺合されている。外周側分割体４８の外径は、ロッド部４６の下部の外径よりも僅かに大きく形成され、外周側分割体４８の下端には、環状受圧部材５の後述する薄肉スリーブ５３の上端で係止される被係止部４８ａが形成されている。

前記クランプロッド３のＴ形係合部３３をＴ形係合凹部４７に装着するとき、図５〜図８（特に図６，図７）に示すように、外周側分割体４８のネジ軸部４９に対する螺合を例えば約２〜３ｍｍだけ上方へ緩めた状態にして、水平方向側方からＴ形係合部３３をＴ形係合凹部４７に装着し、その後外周側分割体４８をネジ軸部４９に対して完全に螺合させると、図２〜図４に示す状態になる。この状態では、ピストン部材４１とクランプロッド３とが夫々の上限位置から下限位置に亙って一体的に昇降移動する。

ここで、Ｔ形係合部３３と外周側分割体４８の間には、例えば約０．５〜１ｍｍ位の隙間が形成されていて、クランプロッド３は、Ｔ形係合凹部４７に対して相対的に水平方向へ上記の隙間の分だけ移動可能である。尚、外周側分割体４８の上端の開口部４７ａの幅は、クランプロッド３のテーパ軸部３１よりも小さい。
クランプ用油室４２はピストン部４５の上側に形成され、アンクランプ用油室４３はピストン部４５の下側に下部本体部材１２と基部本体部材１３とで形成されている。

環状受圧部材５は、筒状ピストン５１と、この筒状ピストン５１の上端部の係止鍔部５２と、この係止鍔部５２の上端の内周部から上方へ所定長さ延びる薄肉スリーブ５３とで構成されている。環状受圧部材５の筒状ピストン５１はロッド部４６に摺動自在に外嵌され且つ下部本体部材１２の円筒穴１２ａに摺動自在に内嵌されている。環状受圧部材５とロッド部４６の間はシール部材５ａでシールされ、筒状ピストン５１の外周部にはシール部材５ｂが装着されている。
図２に示すアンクランプ状態において、薄肉スリーブ５３の上端と外周側分割体４８の被係止部４８ａとの間には、例えば約３〜４ｍｍの隙間Ｇ１が、「グリップ部材拡径用ストローク」として形成されている。隙間Ｇ１が最大（ストロークが零）のとき、グリップ部材２と環状受圧部材５（クランプロッド３）が上限位置に位置し、隙間Ｇ１が最小（ストロークが最大）のとき、グリップ部材２と環状受圧部材５が下限位置に位置している。

環状受圧部材５の係止鍔部５２は、上部本体部材１１と下部本体部材１２とで形成された収容穴１４に上下方向へ例えば約２ｍｍ昇降可能に装着されている。係止鍔部５２を収容穴１４の下端壁１４ｂで係止することで環状受圧部材５の下限位置が規定され、係止鍔部５２を収容穴１４の上端壁１４ａで係止することで環状受圧部材５の上限位置が規定される。上記の約２ｍｍの隙間Ｇ２が、グリップ後においてクランプの為の最大「引き込みストローク」である。但し、クランプ時の実際の引き込みストロークは約０．５〜１．０ｍｍ位である。以上により、環状受圧部材５とサポート部材６とクランプ用油室４２と円形凹部２５の上端壁と収容穴１４の上端壁１４ａとが、油圧シリンダ４によりクランプロッド３をグリップ部材２に対して下方へ相対移動させてグリップ部材２を拡径させる際にグリップ部材２を上限位置に支持可能な支持機構に相当する。

前記サポート部材６は、薄肉スリーブ５３とロッド部４６に外嵌された薄肉筒部６１と、この薄肉筒部６１の上端の水平板部６２とで構成されている。クランプロッド３は水平板部６２の穴６３を貫通しているが、この穴６３はクランプロッド３を通過可能な大きさに形成されている。サポート部材６の上端の水平板部６２がグリップ部材２の基端鍔部２３の下面に当接して支持し、薄肉筒部６１の下端は環状受圧部材５の上端に当接して支持され、サポート部材６は環状受圧部材５と一体的に昇降するようになっている。

上記環状受圧部材５の下端とピストン部４５の間に環状作動室が形成され、上記環状受圧部材５の下端に上方向きの油圧を作用させる。前記環状作動室を含むクランプ用油室４２は、油路７０〜７３を介して油圧供給源に接続され、油路７３の油圧を検出する油圧検出センサ７４も設けられている。アンクランプ用油室４３は、油路７５を介して油圧供給源に接続され、油路７５の油圧を検出する油圧検出センサ７６が設けられている。

図１〜図４に示すように、ワークＷをクランプした状態で、ワークＷの下面が着座面１８に密着したことを検出する着座検出手段（図示略）も設けられている。この着座検出手段は、着座面１８に開口された加圧エア噴出孔と、この加圧エア噴出孔に連通するように本体部材１や基部本体部材１３に形成されたエア通路と、このエア通路を加圧エア供給源に接続するエア通路と、このエア通路内の加圧エアの圧力が設定圧以上に昇圧したことを検出する圧力スイッチなどで構成されている。

図９に示すように、基部本体部材１３に形成されたエア通路７８と上部本体部材１１に形成されたエア通路７７から本体筒部１１ａとサポート部材６の間の隙間に加圧エアが供給され、その加圧エアがグリップ部材２の基端鍔部２３の外周側の隙間２６へ流れ、グリップ部材２の４つのスリットから４つの着座面１８及び凹溝１９の方へ流れ、４つの着座面１８をエアブローし、これら着座面１８をクリーンにする。

次に、作動確認機構８０について説明する。
図１０に示すように、前記作動確認機構８０は、環状受圧部材５が上限位置及び下限位置にある状態を検出するものである。この作動確認機構８０は、収容穴１４の下端壁１４ｂに係止鍔部５２に対向状に開口されたエア噴出孔８１と、このエア噴出孔８１に加圧エアを供給するエア通路８２〜８５と、このエア通路８５内のエア圧の高低を検出する圧力スイッチ８６とを有する。

エア通路８２は下部本体部材１２に形成されてエア噴出孔８１に連通している。エア通路８３，８４は上部本体部材１１に形成されてエア通路８２に連通している。エア通路８５は基部本体部材１３に形成されてエア通路８４に連通している。

図５に示すように、ピストン部材４１と環状受圧部材５とが下限位置にあるとき、係止鍔部５２が下端壁１４ｂに当接してエア噴出孔８１を塞ぐため圧力スイッチ８６によりエア圧「高」が検出される。図４に示すように、係止鍔部５２が下端壁１４ｂにも上端壁１４ａにも当接していない状態においては、エア噴出孔８１から収容穴１４に供給された加圧エアは係止鍔部５２の外周側の隙間を通って環状受圧部材５の上側へリークするため、圧力スイッチ８６によりエア圧「低」が検出される。図２，図３に示すように、ピストン部材４１と環状受圧部材５とが上限位置にあるとき、係止鍔部５２が上端壁１４ａに当接してエア通路が遮断されるため圧力スイッチ８６によりエア圧「高」が検出される。尚、油圧供給源、エア供給源、センサ類は図示外の制御ユニットに電気的に接続されており、その制御ユニットにより制御される。

以上のクランプ装置Ｃの作用、効果について説明する。
クランプ装置ＣによりワークＷを固定する場合、先ず最初に、クランプ用油室４２とアンクランプ用油室４３にほぼ同圧の油圧を供給する。すると、ピストン部材４１におけるクランプ用油室４２の受圧面積よりもアンクランプ用油室４３の受圧面積の方が大きいため、図２に示すように、ピストン部材４１は上限位置まで上昇して停止状態となる。また、環状受圧部材５がクランプ用油室４２の油圧を受圧するため、環状受圧部材５とサポート部材６は上限位置になり、グリップ部材２及びクランプロッド３が上限位置になる。

この状態において、ワークＷを投入して、図２に示すように、ワークＷの穴Ｈにグリップ部材２とクランプロッド３のテーパ軸部３１とを挿入し、ワークＷを着座面１８で支持する。次に、アンクランプ用油室４３の油圧をクランプ用油室４２の油圧よりも低い所定の油圧に切換え、ピストン部材４１に下方向きの所定の油圧力を作用させる。
すると、クランプ用油室４２の油圧を受圧する環状受圧部材５は、前記と同様に上限位置を保持し、グリップ部材２も上限位置を保持するが、ピストン部材４１には下方向きの油圧力が作用し、ピストン部材４１が隙間Ｇ１の範囲内で下方へ駆動されるため、クランプロッド３がグリップ部材２に対して相対的に下方へ移動する。

その結果、クランプロッド３のテーパ軸部３１によりグリップ部材２のグリップ爪部２２が拡径駆動されて、ワークＷの穴Ｈの内周面に食いついて係合（グリップ）状態になる。この状態において、ピストン部材４１は停止状態になる。次に、クランプ作動のため、アンクランプ用油室４３の油圧をドレン圧まで低下させると、ピストン部材４１には下方向きの大きな油圧力が作用し、グリップ部材２とクランプロッド３とは相対移動不能になっているため、ピストン部材４２とグリップ部材２とクランプロッド３と環状受圧部材５は一体的に下方へ僅かに駆動され、ワークＷが着座面１８に強く押圧されたクランプ状態になって停止する。

クランプ装置Ｃによれば、上限位置に支持されたグリップ部材２に対してクランプロッド３を確実に下方へ相対移動できるため、ワークＷの穴Ｈに対するグリップ性能を高くすることができる。グリップ部材２を上限位置に支持可能な支持機構が、クランプロッド３のグリップ部材２に対する相対移動の最大ストロークを制限するため、スリップ状態やクランプミス状態が発生したときでも、クランプロッド３が下限位置まで移動されることを防止することができ、グリップ部材２の過剰な拡径を防止することができる。
これにより、グリップ部材２の外周面をシールするスクレーパ２８を備えたクランプ装置Ｃであっても、簡単な構造でスクレーパ２８の損傷を防止することができる。
また、正常クランプ時には、図４に示すように、係止鍔部５２と収容穴１４の下端壁１４ｂとの間には隙間が残っており、係止鍔部５２と収容穴１４の上端壁１４ａとの間には隙間が残っているため、作動確認機構８０の圧力スイッチ８６によりエア圧「低」が検出され、ワークＷが正常にクランプされたことを確認することができる。

ところで、ワークＷが鋳造品で、その穴Ｈが下方程大径化するようなテーパ穴である場合、また、ワークＷが硬い金属材料製である場合など、アンクランプ用油室４３の油圧をドレン圧にして、ピストン部材４１等を下降駆動させ始めた時に、グリップ爪部２２が穴Ｈの内周面から下方へスリップすることがある。

この場合、図５に示すように、ピストン部材４１及び環状受圧部材５が下限位置まで下降するため、作動確認機構８０の圧力スイッチ８６によりエア圧「高」が検出され、ワークが正常にクランプされてないことが検知される。このことは、ワークＷの穴Ｈが大き過ぎてグリップ部材２でクランプできない、或いはワークＷの穴Ｈが存在していないような空クランプによるクランプミス状態の場合、ワークＷが着座面１８から浮いた状態のままクランプした場合にも同様であり、作動確認機構８０によりワークＷが正常にクランプされてないことを検出することができる。

以上により、作動確認機構８０によって支持機構である環状受圧部材５が上限位置及び下限位置にある状態を検出できるため、支持機構が上限位置になったアンクランプ状態と、支持機構が下限位置になったクランプミス状態とを確認することができる。
尚、クランプ正常やクランプミスを、圧力スイッチ８６の検出信号を用いて判定する場合に、圧力検出センサ７６で検出されるアンクランプ油室４３の油圧の情報と組み合わせて判定する場合もある。

複数のクランプ装置ＣでワークＷをクランプするような場合、個々のワークＷの製作誤差によりワークＷの穴Ｈの中心の位置が僅かにズレている場合には、クランプロッド３とグリップ部材２を穴Ｈに挿入したとき、又はクランプしたとき、スクレーパ２８の弾性変形を介して、クランプロッド３とグリップ部材２の軸心が、油圧シリンダ４の軸心からズレることなる。しかし、ワークＷの機械加工後に、クランプ装置Ｃをアンクランプ状態に復帰させると、スクレーパ２８の弾性力により、クランプロッド３とグリップ部材２の軸心が、油圧シリンダ４の軸心と一致するように自動的に復帰する。

本体筒部１１ａの外径をＤ、アンクランプ状態のグリップ部材２の外径をｄとしたとき、Ｄ＝（１．８〜３．０）×ｄの範囲に設定することが望ましい。Ｄ＜１．８ｄにすることは、クランプ装置Ｃの製作技術上とうてい困難である。Ｄ＞３．０ｄになると、クランプ装置ＣでワークＷをクランプする際の使い勝手が悪化する。

例えば、ワークＷの外周部のフランジ部の下面に複数のリブが小間隔おきに突設されているような場合に、リブ間のスペースに本体筒部１１ａを挿入できないため、グリップ部材２とクランプロッド３をワークの穴に挿入できず、ワークをクランプすることができない。或いは、ワークの外周部に形成されたボルト穴をクランプするような場合、ボルト穴の下面側の外周部に座ぐり部がある場合に、本体筒部１１ａの外径Ｄが座ぐり部の外径よりも大きいときにはそのボルト穴をクランプすることができない。

結局、ワークのクランプ対象の穴の付近に凸部、凹部又は段付き部などがある場合に、これら凸部、凹部又は段付き部と本体部材１１ａとの干渉を避ける為には、本体筒部１１ａが極力小径であることが望ましい。

上記のように本体筒部１１ａを本体部材１の上半部の中央部に形成し、本体筒部１１ａの上下方向の長さを本体部材１の全高の約半分の大きさに長く形成し、上記のように本体筒部１１ａの外径ＤをＤ＝（１．８〜３．０）×ｄの範囲に設定するため、クランプ装置Ｃの使い勝手が改善され、クランプ装置Ｃの汎用性を格段に高めることができる。
しかも、油圧シリンダ４の軸心と、グリップ部材２及びクランプロッド３の軸心が一致しているため、種々の部品の構造が複雑化せず、クランプ装置Ｃの製作費を節減できる。

着座面１８にワークＷを支持し、グリップ部材２とテーパ軸部３１を穴Ｈに挿入し、油圧で上方へ付勢される環状受圧部材５及びサポート部材６でグリップ部材２を支持した状態で、クランプロッド３を下降駆動してグリップ部材２を穴Ｈの壁面に食い込ませてから、クランプロッド３を下降駆動することで、ワークＷをクランプできる。また、支持機構の構成を簡単化することができる。

クランプロッド３の下端部分にＴ形係合部３３を形成し、このＴ形係合部３３をロッド部４６の上端部分のＴ形係合凹部４７に水平方向側方から係合可能に構成したため、油圧シリンダ４のピストン部材４１のロッド部４６を小径化して、本体筒部１１ａを小径化することが可能になる。

ロッド部４６の上半部の上端部分と外周側部分はＴ形係合凹部４７を形成する外周側分割体４８に形成され、ロッド部４６の上半部の中心側部分にネジ軸部４９が形成され、外周側分割体４８の下半部がネジ軸部４９に螺合されたため、Ｔ形係合凹部４７の製作と、クランプロッド３のＴ形係合部３３のＴ形係合凹部４７への組付けの面で有利である。

油圧シリンダ４のピストン部４５と環状受圧部材５との間に環状作動室が設けられ、この環状作動室が環状受圧部材５に上方向きの油圧を作用させるクランプ用油室４２を構成したため、クランプ用油室４２の油圧により環状受圧部材５及びサポート部材６を常時上方へ付勢してサポート部材６でもってグリップ部材２を支持することができる。

収容穴１４の上壁部１４ａと下壁部１４ｂとで環状受圧部材５の筒状ピストン５１の上端部に形成した係止鍔部５２を受け止めることで、環状受圧部材の上限位置と下限位置を規定することができる。そして、外周側分割体４８の下端の被係止部４８ａを下限位置にある環状受圧部材５の薄肉スリーブ５３で受け止めることにより、クランプロッド３及びピストン部材４１の下限位置を規定するため、クランプロッド３及びピストン部材４１を下限位置に受け止めるストッパ部材を本体部材１に設ける必要がない。

サポート部材６を環状受圧部材５から分割した形に構成したため、前記のように外周側分割体４８の下端の被係止部４８ａを環状受圧部材５の筒状ピストン５１の上端に形成した薄肉スリーブ５３で受け止めて下限位置を規定することが可能になった。
グリップ部材２とクランプロッド３が本体筒部１１ａ及びピストン部材４１に対して水平方向へ可動であるため、ワークＷの穴Ｈの位置に製作誤差がある場合にも、グリップ部材２を穴Ｈの壁面に食い付かせることができる。

アンクランプ状態のとき、スクレーパ２８により、グリップ部材２とクランプロッド３の軸心が油圧シリンダ４の軸心に一致するように復帰させることができる。
作動確認機構８０により、環状受圧部材５が上限位置及び下限位置にある状態を検出できるため、グリップ部材２と環状受圧部材５が上限位置になったアンクランプ状態を確認でき、クランプ時にグリップ部材２がワークＷの穴Ｈの壁面をグリップしないでグリップ部材２と環状受圧部材５が下限位置になったクランプミス状態を検出できる。

この実施例２のクランプ装置ＣＡは、クランプロッドとピストン部材との連結構造を変更したものであり、実施例１と同様の部材に同様の符号を付し、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。
図１１に示すように、本体筒部１１ａＡの上端部分にグリップ部材２とクランプロッド３Ａとが装着されている。ピストン部材４１Ａのロッド部４６Ａの上端部分にはＴ形係合部４６ａが形成され、クランプロッド３Ａの下端部分３４には、上記のＴ形係合部４６ａが水平方向側方から係合可能なＴ形係合凹部４７Ａが形成されている。クランプロッド３Ａの下端部分３４と厚肉スリーブ５３Ａにはサポート部材６が摺動自在に外嵌されている。

前記ピストン部材のロッド部４６Ａが実施例１のクランプ装置Ｃのロッド部４６よりも小径に形成され、前記環状受圧部材５Ａの内径が小径化され、前記薄肉スリーブ５３の代わりに厚肉スリーブ５３Ａが形成されている。クランプロッド３Ａの下端には、厚肉スリーブ５３Ａの上端で受け止められる被係止部４８Ａが形成されている。
図示のように、グリップ部材２とクランプロッド３Ａが上限位置のとき、被係止部４８Ａと厚肉スリーブ５３Ａの上端との間には、「グリップ部材拡径ストローク」としての隙間Ｇ１ａが形成されている。この構成においては、環状受圧部材５Ａの内径を小径化するため、環状受圧部材５Ａの受圧面積を大きくし、グリップ部材２をサポートするサポート力を強化することができる。

この実施例３のクランプ装置ＣＢは、クランプロッドとピストン部材との連結構造を変更したものであり、実施例１と同様の部材に同様の符号を付し、実施例１のクランプ装置と異なる構成についてのみ説明する。
図１２に示すように、本体筒部１１ａＢの上端部分にグリップ部材２とクランプロッド３Ｂとが装着されている。クランプロッド３Ｂの下端部分のＴ形係合部３３については前記実施例と同様である。ピストン部材４１Ｂのロッド部４６Ｂが実施例１のクランプ装置Ｃのロッド部４６よりも小径化され、同様に環状受圧部材５Ｂの内径も小径化され、実施例１の薄肉スリーブ５３の代わりに厚肉スリーブ５３Ｂが形成されている。ロッド部４６Ｂの上端部分にはＴ形係合部３３と逆向き姿勢のＴ形係合部４６ｂが形成されて、Ｔ形係合部３３の下面に当接されている。

これらＴ形係合部３３，４６ｂを連結する連結部材９０は、外形が円筒形状であり、内部の中段部に２つのＴ形係合部３３，４６ｂを収容する収容穴９１を有し、収容穴９１の上側と下側に夫々収容穴９１よりも小径の円形開口９２，９３が形成されている。連結部材９０は、軸心を通る鉛直面で分断した１対の分割体からなり、これら分割体を２つのＴ形係合部３３，４６ｂの外側に被せてから、１対のリング部材９４，９５で結合されている。上側のリング部材９４は上端近傍位置のリング溝に装着され、下側のリング部材９５は下端近傍位置のリング溝に装着されている。この連結部材９０と厚肉スリーブ５３Ｂにはサポート部材６が摺動自在に外嵌されている。

図示のように、グリップ部材２とクランプロッド３Ｂが上限位置のとき、連結部材９０と厚肉スリーブ５３Ｂの上端との間には、「グリップ部材拡径ストローク」としての隙間Ｇ１ｂが形成されている。
この構成においては、環状受圧部材５Ｂの内径を小径化するため、環状受圧部材５Ｂの受圧面積を大きくし、グリップ部材２をサポートするサポート力を強化することができるうえ、クランプロッド３Ｂとピストン部材４１Ｂのロッド部４６Ｂを連結する構造を簡単化することができる。

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）前記隙間Ｇ１，Ｇ２、その他の諸寸法として示した数値は、あくまで例示に過ぎず、それらの数値に限定されるものではない。
２）上部本体１１の平面視の形状は図示のものに限らず、円形に形成してもよい。また、このクランプ装置は油圧シリンダ４を採用したが、油圧シリンダの代わりにエアシリンダを採用してもよい。
３）その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を付加した形態で実施することができる。

機械加工に供する穴付きのワークの上面側に切削加工を施す場合に、ワークの穴を利用してクランプすることができるため、工業上の種々の利用可能性がある。

本発明の実施例に係るクランプ装置の平面図である。 図１のII−II線断面図（アンクランプ状態）である。 図２と同じ断面図（グリップ状態）である。 クランプ装置のクランプ状態のときの要部断面図である。 クランプ装置のクランプミス状態のときの断面図である。 下部本体部材とピストン部材とクランプロッドの分解斜視図である。 ピストン部材にクランプロッドを連結した状態における図６のＶII−ＶII線断面図である。 図１のＶIII −ＶIII 線断面図である。 図１のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 実施例２のクランプ装置の要部断面図である。 実施例３のクランプ装置の要部断面図である。

Ｃ，ＣＡ，ＣＢ クランプ装置
１ 本体部材
２ グリップ部材
３，３Ａ，３Ｂ クランプロッド
４ 油圧シリンダ
５，５Ａ，５Ｂ 環状受圧部材
６ サポート部材
１１ 上部本体部材
１１ａ，１１ａＡ，１１ａＢ 本体筒部
１２ 下部本体部材
１４ 収容穴
１４ａ 上端壁
１４ｂ 下端壁
１８ 着座面
２８ スクレーパ（弾性付勢手段）
３３ Ｔ形係合部
４１，４１Ａ，４１Ｂ ピストン部材
４２ クランプ用油室
４３ アンクランプ用油室
４５ ピストン部
４６，４６Ａ，４６Ｂ ロッド部
４７，４７Ａ Ｔ形係合凹部
４８ 外周側分割体
４９ ネジ軸部
５１ 筒状ピストン
５２ 係止鍔部
５３ 薄肉スリーブ
８０ 作動確認機構
８１ エア噴出孔
８２〜８５ エア通路
８６ 圧力スイッチ

Claims (12)

1. ワークの穴に下方から挿入されて穴の内周面をグリップ可能なグリップ部材と、このグリップ部材に内嵌係合させたテーパ軸部を有するクランプロッドと、前記グリップ部材とクランプロッドとを軸心方向へ進退駆動可能な流体圧シリンダと、前記グリップ部材とクランプロッドと流体圧シリンダが付設される本体部材とを有するクランプ装置において、
   前記本体部材の上半部の中心部に上方へ突出するように形成された円筒状の本体筒部と、
   前記流体圧シリンダによりクランプロッドをグリップ部材に対して下方へ相対移動させてグリップ部材を拡径させる際にグリップ部材を上限位置に支持可能な支持機構とを備え、
   アンクランプ状態のとき前記グリップ部材の上半部と前記クランプロッドのテーパ軸部が前記本体筒部の上端外へ突出するように構成すると共に、前記相対移動の最大ストロークを前記支持機構により制限するように構成したことを特徴とするクランプ装置。
2. 前記本体筒部の上端部に形成されたワーク着座用の着座面と、
   前記流体圧シリンダのピストン部材を構成するピストン部及びこのピストン部から上方へ本体筒部内まで延びるロッド部と、
   前記ロッド部に外嵌され流体圧で上方へ付勢された環状受圧部材と、
   前記ロッド部に可動に外嵌され且つ環状受圧部材と一体的に動作して前記グリップ部材を下方から支持するサポート部材とを備え、
   前記支持機構が前記環状受圧部材とサポート部材と環状受圧部材の下端に流体圧を作用させる環状作動室とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記クランプロッドの下端部分に形成されたＴ形係合部と、
   前記ロッド部の上端部分に形成されて前記Ｔ形係合部が水平方向側方から係合可能なＴ形係合凹部とを有することを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
4. 前記ロッド部の上半部の上端部分と外周側部分は前記Ｔ形係合凹部を形成する外周側分割体に形成され、前記ロッド部の上半部の中心側部分にネジ軸部が形成され、前記外周側分割体がネジ軸部に螺合されたことを特徴とする請求項３に記載のクランプ装置。
5. 前記流体圧シリンダのピストン部と環状受圧部材との間に、環状受圧部材に上方向きの流体圧を作用させる前記環状作動室が形成されたことを特徴とする請求項４に記載のクランプ装置。
6. 前記環状受圧部材の筒状ピストンの上端部に形成した係止鍔部が本体部材の収容穴に昇降可能に収容され、その係止鍔部を収容穴の下端壁で係止することで前記環状受圧部材の下限位置が規定され、前記係止鍔部を収容穴の上端壁で係止することで前記環状受圧部材の上限位置が規定されることを特徴とする請求項５に記載のクランプ装置。
7. 前記外周側分割体の下端部を下限位置にある環状受圧部材で受け止めることにより、クランプロッドの下限位置を規定するように構成したことを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
8. 前記サポート部材は前記環状受圧部材から分割した形に構成され、前記サポート部材の下端が前記環状受圧部材の筒状ピストンの上端に当接していることを特徴とする請求項７に記載のクランプ装置。
9. 前記グリップ部材とクランプロッドとは、前記軸心と直交方向へ可動に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。
10. 前記グリップ部材とクランプロッドの軸心を前記流体圧シリンダの軸心に一致させるようにグリップ部材とクランプロッドを弾性付勢する弾性付勢手段を設けたことを特徴とする請求項９に記載のクランプ装置。
11. 前記収容穴の下端壁に前記係止鍔部に対向状に開口されたエア噴出孔と、このエア噴出孔に加圧エアを供給するエア通路と、このエア通路内のエア圧の有無を検出するエア圧検出手段とを有する作動確認手段を設け、
    前記作動確認手段により、前記環状受圧部材が上限位置及び下限位置にある状態を検出可能に構成したことを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
12. 前記本体筒部は、アンクランプ状態の前記グリップ部材の外径の３倍以下の外径を有する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。