JP6283219B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、クランプ装置に関し、より詳しくいえば、ワークや金型などのクランプ対象物に形成された孔を利用して当該クランプ対象物をクランプする装置に関する。

この種のクランプ装置には、従来では、特許文献１（日本国・特開平２０１０−３６３１４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。
クランプ対象物の孔に挿入される４つのロック部材（グリッパー）を周方向へ環状に配置する。各ロック部材の上半部分の内周に設けた傾斜面に、クランプロッドの上部に設けた楔面が、上側から係合される。また、当該クランプロッドの下部の外周面には、前記ロック部材の下半部分の内周面が接当される。
クランプ駆動時には、前記ロック部材を所定の力によって上方位置に保持し、その状態で前記クランプロッドを下方へ駆動する。すると、まず、前記ロック部材が半径方向の外方へ移動して当該ロック部材が前記孔の内周面に密着し、引き続いて、その密着状態のロック部材と前記孔の内周面とを介してクランプ対象物を引き下げて、当該クランプ対象物を着座面に固定する。

特開平２０１０−３６３１４号公報

従来のクランプ装置において、孔径が小さいクランプ対象物を固定するときには、前記クランプロッドの外径寸法を小さくして、環状のロック部材（グリッパー）をアンクランプ位置へ切り換えたときに、その環状のロック部材の外径寸法が小さくなるようにしていた。しかしながら、上記クランプロッドの外径寸法を小さくするには強度上の制限があるため、孔径が小さいクランプ対象物を固定するには改善の余地が残されていた。
本発明の目的は、孔径が小さいクランプ対象物を固定できるクランプ装置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３Ｂに示すように、クランプ装置を次のように構成した。
ハウジング１よりも先端側へ突出されてクランプ対象物の孔に挿入される一対のロック部材２２，２２を、前記孔の内周面の両側部に押付け可能に配置する。前記のロック部材２２，２２を所定の力で先端側へ押す進出手段３８が設けられる。前記各ロック部材２２にクランプロッド３２の楔面３３を先端側から係合させる。前記クランプロッド３２を駆動手段Ｄによって基端側へクランプ駆動すると共に先端側へアンクランプ駆動する。そして、前記楔面３３，３３の基端側で前記クランプロッド３２の外周面に、アンクランプ位置の前記ロック部材２２、２２の内周の基部同士が接触可能または接近可能なように当該ロック部材２２，２２を収容する凹部５０，５０が形成される。

本発明は、次の作用効果を奏する。
クランプ対象物の孔に挿入されて当該孔の内周面の両側部に押付けられる一対のロック部材を設け、アンクランプ位置の上記ロック部材の内周の基部を収容する凹部を、前記クランプロッドの楔面の基端側で当該クランプロッドの外周面に形成して、上記一対のロック部材の内周の基部同士が接触可能または接近可能なように構成したので、上記アンクランプ位置の一対のロック部材の外径寸法が大幅に小さくなる。
このため、孔径が小さいクランプ対象物を固定できるクランプ装置を提供できた。

また、本発明においては、前記凹部５０，５０同士が前記クランプロッド３２内で連通されることが好ましい。
この場合、前記凹部を深く形成することが可能になるので、前記アンクランプ位置の一対のロック部材の外径寸法がさらに小さくなる。このため、クランプ装置は、孔径がさらに小さいクランプ対象物を固定できる。

本発明においては、前記クランプロッド３２の軸心に対する前記楔面３３の傾斜角度を、１０度から４０度の範囲内に設定することが好ましく、１５度から２５度の範囲内に設定することがさらに好ましい。
そして、上記楔面の傾斜角度を比較的に大きい値に設定することにより、ロック部材の半径方向の移動量を大きくできるので、クランプ対象物の孔径の許容範囲が大きいクランプ装置を提供できる。これにより、小さい孔径のクランプ対象物と大きい孔径のクランプ対象物とを一つのクランプ装置で共用できる。

また、本発明には、次の構成を加えることが好ましい。
前記駆動手段Ｄは、前記ハウジング１に挿入されたピストン７とそのピストン７から先端方向へ突出されたピストンロッド８とを有する。また、前記進出手段３８は、前記ハウジング１と前記ピストンロッド８との間の環状空間に挿入されて前記ロック部材２２，２２を基端側から受け止め可能な支持筒３９と、その支持筒３９を先端方向へ付勢するバネ４０とを備える。前記支持筒３９と前記ピストンロッド８との間の環状空間に、そのピストンロッド８と前記クランプロッド３２とを接続する連結筒４２を挿入すると共に、その連結筒４２と前記ピストンロッド８とを半径方向へ延びる連結ピン４３で固定する。前記連結ピン４３の両端部を、前記支持筒３９の周壁に形成したピン孔４７，４７に挿入する。各ピン孔４７の基端壁は、前記支持筒３９に対して前記ピストンロッド８が所定量を越えて基端方向へ移動するのを制限する。

この場合、ワークが存在しない状態でクランプ装置をクランプ駆動した場合や孔径が過度に大きいワークに対してクランプ装置をクランプ駆動した場合に、上記連結ピンがピン孔の下壁で受け止められることにより、前記支持筒に対してピストンロッドが所定量を越えて下降することが防止される。これにより、前記一対のロック部材が半径方向の外方へ過度に移動されるのを防止できる。

上記発明には、次の構成を加えることが好ましい。
前記ハウジング１よりも先端側へ突出されるガイド部材１６を設け、そのガイド部材１６の周壁１８を前記クランプ対象物の前記孔に挿入可能に構成する。上記ガイド部材１６の周壁１８にガイド溝２１を貫通させ、そのガイド溝２１に前記ロック部材２２を半径方向へ移動可能に支持する。そして、前記支持筒３９が前記ガイド部材１６を介して前記ロック部材２２を基端側から受け止めるように構成する。
この場合、前記クランプ対象物の孔にガイド部材を介してロック部材を円滑に挿入できる。

図１Ａは、本発明の一実施形態を示し、クランプ装置のアンクランプ状態の立面視の断面図である。図１Ｂは、上記の図１Ａ中の１Ｂ−１Ｂ線の断面図である。図１Ｃは、上記の図１Ａの左側面視の部分断面図である。 図２は、上記クランプ装置に設けたクランプロッドの拡大斜視図である。 図３Ａは、上記クランプ装置の空クランプ状態を示し、上記図１Ａに類似する部分図である。図３Ｂは、上記の図３Ａ中の３Ｂ−３Ｂ線の断面図である。

図１Ａから図３Ｂは、本発明の実施形態を示している。この実施形態のクランプ装置は、クランプ対象定物としてのワークを固定するのに利用される。まず、図１Ａから図１Ｃと図２によってクランプ装置の構成を説明する。

テーブル等の固定台Ｔにハウジング１が取り付けられる。そのハウジング１は、複数のボルト（図示せず）によって固定台Ｔに固定される下ハウジング２と、その下ハウジング２の上面に載置される筒状の上ハウジング３と、を備える。これら下ハウジング２と上ハウジング３とが複数のボルト４によって締結されている。下ハウジング２には、大径のシリンダ孔２ａと小径孔２ｂと中径孔２ｃとが下から順に形成される。また、上ハウジング３の上部には、クランプ対象物としてのワーク（図示せず）を受け止める着座面５が設けられる。

上記シリンダ孔２ａにピストン７が保密状に挿入され、そのピストン７から上方へ突出させたピストンロッド８が小径孔２ｂに保密状に挿入される。ピストン７の上側に形成したクランプ室１０に給排ポート１１を介して圧縮空気が供給および排出される。また、ピストン７の下側に形成したアンクランプ室１２に別の給排ポート１３を介して圧縮空気が供給および排出される。
上記ピストン７とピストンロッド８とクランプ室１０とアンクランプ室１２とが、後述するクランプロッド３２の駆動手段Ｄを構成している。

上ハウジング３の上部にガイド部材１６が上下方向（軸心方向）へ移動可能に挿入される。そのガイド部材１６は、継ぎ目なしで一体に形成された頂壁１７及び周壁１８を備える。上記ガイド部材１６が、上ハウジング３の上端（先端）よりも上側（先端側）へ突出されて、クランプ対象物としてのワークの孔（いずれも図示せず）に挿入可能になっている。
上記周壁１８の下部からフランジ部１９が半径方向の外方へ突出され、そのフランジ部１９が上ハウジング３の上部に半径方向（水平方向）へ移動可能に挿入される。

また、上記周壁１８には、一対のガイド溝２１が向い合せに貫通される。各ガイド溝２１にロック部材２２が半径方向（水平方向）へ移動可能に挿入される。
上記ロック部材２２は、ワークの前記孔の内周面に押付けられる係合部２３と、その係合部２３よりも下側に形成されたベース部２４とによって構成される。そのベース部２４の下面が前記フランジ部１９の上面に支持される。

上記ベース部２４の外周面に装着溝２５が周方向へ形成される。上記装着溝２５，２５とガイド部材１６の外周面とに、ゴムや合成樹脂によって薄肉で帯状に形成した弾性体２９が装着される。これにより、上記弾性体２９がロック部材２２を半径方向の内方へ付勢している。即ち、その弾性体２９が、上記ロック部材２２，２２の復帰手段を構成している。さらに、上ハウジング３の内周面の上部と前記ベース部２４との間にダストシール３０が配置される。そのダストシール３０は、合成樹脂等によって構成されており、その内周部が前記弾性体２９の外周面に接当されている。これにより、上記ダストシール３０がロック部材２２及びガイド部材１６を半径方向の内方へ付勢する。

上記ガイド部材１６内にクランプロッド３２が下側（基端側）から挿入可能になっている。また、クランプロッド３２の上部に設けた楔面３３が、上記の各ロック部材２２の内側面に形成した傾斜面３５に上側から係合される。上記楔面３３と傾斜面３５とは、下方へ向かうにつれてクランプロッド３２の軸心へ近づくように傾斜されており、ここでは平面によって構成されている。
なお、上記クランプロッド３２の軸心に対する楔面３３の傾斜角度は、ここでは約１８度から約２２度の範囲に設定しているが、１５度から２５度の範囲内に設定することが好ましく、１０度から４０度の範囲内に設定してもよい。

上記ガイド部材１６を所定の力で上方へ押す進出手段３８が設けられる。その進出手段３８は、ハウジング１と前記ピストンロッド８との間の環状空間に挿入されてロック部材２２を下側（基端側）から受け止め可能な支持筒３９と、その支持筒３９を上方へ付勢するバネ４０とを備える。前記支持筒３９が前記ガイド部材１６を介して前記ロック部材２２を下側から受け止めている。

支持筒３９とピストンロッド８との間の環状空間に、そのピストンロッド８とクランプロッド３２とを接続する連結筒４２が挿入される。その連結筒４２とピストンロッド８とが、半径方向（水平方向）へ延びる連結ピン４３によって固定される。これにより、連結筒４２の上端部とピストンロッド８の上端面との間に、クランプロッド３２の下フランジ４５が半径方向（水平方向）へ移動可能に支持される。

また、連結ピン４３の両端部が、支持筒３９の周壁に形成したピン孔４７に挿入される。各ピン孔４７の下壁（基端壁）が、支持筒３９に対してピストンロッド８が所定量を越えて下方（基端方向）へ移動するのを制限している。
さらに、前記楔面３３の下側でクランプロッド３２には、そのクランプロッド３２の軸心とほぼ直交する方向へ貫通孔４９が形成される。これにより、クランプロッド３２の外周面で貫通孔４９の両側部に、一対の凹部５０，５０（図２と図３Ａを参照）が形成される。即ち、ここでは、上記一対の凹部５０，５０同士が連通されている。
図１Ａのアンクランプ状態では、上記凹部５０に、アンクランプ位置の前記ロック部材２２の内周の基部が収容され、上記ロック部材２２，２２の内周の下部同士が接触とされている。なお、このように接触させることに代えて、ロック部材２２，２２の内周の下部同士が所定の隙間をあけて接近するようにしてもよい。

上記クランプ装置は次のように作動する。
図１Ａから図１Ｃのアンクランプ状態では、クランプ室１０の圧縮空気が排出されると共にアンクランプ室１２に圧縮空気が供給されている。これにより、ピストン７がクランプロッド３２を上方のアンクランプ位置へ移動させ、バネ４０が支持筒３９を介してガイド部材１６及びロック部材２２を上方のアンクランプ位置へ移動させ、各ロック部材２２が弾性体２９の付勢力によって半径方向の内方へ大きく後退される。
このため、ロック部材２２の係合部２３の外周面が、ガイド部材１６の周壁１８の外周面よりも内方に後退される。また、上記一対のロック部材２２，２２の内周の下部同士が接触される。これにより、下記のワーク搬入時に、ワークの孔の周壁（いずれも図示せず）がロック部材２２に衝突するのを上記ガイド部材１６によって防止できる。

上記アンクランプ状態でワークを下降させると、そのワークの孔が、ガイド部材１６の周壁１８とロック部材２２の係合部２３に所定の隙間をあけて外嵌されると共に、上記ワークの下面が上ハウジング３の着座面５に受け止められる。

図１Ａのアンクランプ状態からクランプ状態へ切り換えるときには、アンクランプ室１２の圧縮空気を排出すると共にクランプ室１０に圧縮空気を供給し、ピストン７を下降させる。
すると、まず、バネ４０の付勢力によって上昇位置に保持されたガイド部材１６及びロック部材２２に対してクランプロッド３２が下降していき、そのクランプロッド３２の楔面３３がロック部材２２を半径方向の外方へ押し出し、各ロック部材２２の係合部２３がワークの孔（いずれも図示せず）の内周面を塑性変形させたり当該内周面に摩擦接当したりすることにより、上記孔に係合する。次いで、その係合状態で、バネ４０の付勢力に抗してクランプロッド３２がロック部材２２及びガイド部材１６を下向きにロック駆動する。これにより、上記ロック部材２２がワークを下向きに引っ張り、そのワークの下面が上ハウジング３の着座面５に強力に固定される。

なお、ワークが存在しない状態でクランプ装置をクランプ駆動した場合や孔径が過度に大きいワークに対してクランプ装置をクランプ駆動した場合には、図３Ａと図３Ｂの空クランプ状態に示すように、連結ピン４３がピン孔４７の下壁で受け止められる。このため、前記支持筒３９に対してピストンロッド８が所定量を越えて下降することが防止される。これにより、前記ダストシール３０がロック部材２２によって過度に圧縮されることを防止できる。
なお、上記空クランプ状態においては、ピストン７の下端が前記アンクランプ室１２の底壁１２ａ（図１Ａを参照）に受け止められるので、そのピストン７及び支持筒３９が過度に下降することが防止される。

上記の実施形態は、次の長所を奏する。
クランプロッド３２の軸心に対する楔面３３の傾斜角度を１０度から４０度の範囲内に設定すると共に、アンクランプ位置のロック部材２２の内周の基部を前記凹部５０に収容したので、そのロック部材２２の半径方向の移動量を大きくできる。これにより、クランプ対象物の孔径の許容範囲を大きくできる。その結果、本発明のクランプ装置は、小径孔を有するワーク（クランプ対象物）と大径孔を有する別のワークとの複数のワークに対応できる。即ち、小径孔を有するワークと大径孔を有する別のワークとを一つのクランプ装置で固定することが可能になる。

上記の実施形態は次のように変更可能である。
駆動手段Ｄに使用する圧力流体は、圧縮空気に代えて圧油などの液体であってもよい。その駆動手段Ｄとしては、例示の複動式に代えて、バネリリース式やバネロック式などの単動式を採用してもよい。また、その駆動手段Ｄは、流体圧アクチュエータに代えて、電動機などの他の種類のアクチュエータであってもよい。
前記一対の凹部５０，５０は、クランプロッド３２の外周面に形成すればよく、連通させることが必須ではない。
前記ガイド部材１６を省略して、ロック部材２２を外部空間に露出させてもよい。
その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：ハウジング，７：ピストン，８：ピストンロッド，１６：ガイド部材，１８：周壁，２１：ガイド溝，２２：ロック部材，３２：クランプロッド，３３：楔面，３８：進出手段，３９：支持筒，４０：バネ，４２：連結筒，４３：連結ピン，４７：ピン孔，５０：凹部，Ｄ：駆動手段．

Claims (6)

1. ハウジング（１）よりも先端側へ突出されてクランプ対象物の孔に挿入されると共に前記孔の内周面の両側部に押付け可能に配置された一対のロック部材（２２）（２２）と、前記ロック部材（２２）（２２）を所定の力で先端側へ押す進出手段（３８）と、前記の各ロック部材（２２）に先端側から係合する楔面（３３）を有するクランプロッド（３２）と、前記クランプロッド（３２）を基端側へクランプ駆動すると共に先端側へアンクランプ駆動する駆動手段（Ｄ）と、を備え、
   前記楔面（３３）（３３）の基端側で前記クランプロッド（３２）の外周面に、アンクランプ位置の前記ロック部材（２２）（２２）の内周の基部同士が接触可能または接近可能なように当該ロック部材（２２）（２２）を収容する凹部（５０）（５０）が形成され、
   前記凹部（５０）（５０）同士が前記クランプロッド（３２）内で連通される、
   ことを特徴とするクランプ装置。
2. ハウジング（１）よりも先端側へ突出されてクランプ対象物の孔に挿入されると共に前記孔の内周面の両側部に押付け可能に配置された一対のロック部材（２２）（２２）と、前記ロック部材（２２）（２２）を所定の力で先端側へ押す進出手段（３８）と、前記の各ロック部材（２２）に先端側から係合する楔面（３３）を有するクランプロッド（３２）と、前記クランプロッド（３２）を基端側へクランプ駆動すると共に先端側へアンクランプ駆動する駆動手段（Ｄ）と、を備え、
   前記楔面（３３）（３３）の基端側で前記クランプロッド（３２）の外周面に、アンクランプ位置の前記ロック部材（２２）（２２）の内周の基部同士が接触可能または接近可能なように当該ロック部材（２２）（２２）を収容する凹部（５０）（５０）が形成され、
   前記駆動手段（Ｄ）は、前記ハウジング（１）に挿入されたピストン（７）とそのピストン（７）から先端方向へ突出されたピストンロッド（８）とを有し、
   前記進出手段（３８）は、前記ハウジング（１）と前記ピストンロッド（８）との間の環状空間に挿入されて前記ロック部材（２２）（２２）を基端側から受け止め可能な支持筒（３９）と、その支持筒（３９）を先端方向へ付勢するバネ（４０）とを備え、
   前記支持筒（３９）と前記ピストンロッド（８）との間の環状空間に、そのピストンロッド（８）と前記クランプロッド（３２）とを接続する連結筒（４２）を挿入すると共に、その連結筒（４２）と前記ピストンロッド（８）とを半径方向へ延びる連結ピン（４３）で固定し、
   前記連結ピン（４３）の両端部を、前記支持筒（３９）の周壁に形成したピン孔（４７）（４７）に挿入し、各ピン孔（４７）の基端壁は、前記支持筒（３９）に対して前記ピストンロッド（８）が所定量を越えて基端方向へ移動するのを制限する、
   ことを特徴とするクランプ装置。
3. 請求項１のクランプ装置において、
   前記駆動手段（Ｄ）は、前記ハウジング（１）に挿入されたピストン（７）とそのピストン（７）から先端方向へ突出されたピストンロッド（８）とを有し、
   前記進出手段（３８）は、前記ハウジング（１）と前記ピストンロッド（８）との間の環状空間に挿入されて前記ロック部材（２２）（２２）を基端側から受け止め可能な支持筒（３９）と、その支持筒（３９）を先端方向へ付勢するバネ（４０）とを備え、
   前記支持筒（３９）と前記ピストンロッド（８）との間の環状空間に、そのピストンロッド（８）と前記クランプロッド（３２）とを接続する連結筒（４２）を挿入すると共に、その連結筒（４２）と前記ピストンロッド（８）とを半径方向へ延びる連結ピン（４３）で固定し、
   前記連結ピン（４３）の両端部を、前記支持筒（３９）の周壁に形成したピン孔（４７）（４７）に挿入し、各ピン孔（４７）の基端壁は、前記支持筒（３９）に対して前記ピストンロッド（８）が所定量を越えて基端方向へ移動するのを制限する、
   ことを特徴とするクランプ装置。
4. 請求項２又は３のクランプ装置において、
   前記ハウジング（１）よりも先端側へ突出されると共に前記クランプ対象物の前記孔に挿入される周壁（１８）を有するガイド部材（１６）であって、前記ロック部材（２２）を半径方向へ移動可能に支持するガイド溝（２１）が前記周壁（１８）に貫通されたガイド部材（１６）を備え、
   前記支持筒（３９）が前記ガイド部材（１６）を介して前記ロック部材（２２）を基端側から受け止めるように構成した、
   ことを特徴とするクランプ装置。
5. 請求項１から４のいずれかのクランプ装置において、
   前記クランプロッド（３２）の軸心に対する前記楔面（３３）の傾斜角度を１０度から４０度の範囲内に設定した、
   ことを特徴とするクランプ装置。
6. 請求項５のクランプ装置において、
   前記楔面（３３）の傾斜角度を１５度から２５度の範囲内に設定した、
   ことを特徴とするクランプ装置。

Images