JP6665329B1 - 液圧式クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】公差内で寸法がばらつく各ワークに対して把持開始点を見つけることが可能な液圧式クランプ装置を提供する。【解決手段】液圧式クランプ装置は、第１の部材である本体１２及び第２の部材である円筒状体２４が互いに重なり合う部分において、第１の周面である外周面１６Ａ及び第２の周面である内周面２４Ｂの少なくとも一方に設けられた凹部２８により作動液体室３０が画定され、作動液体室３０に封入された作動液体の圧力によって円筒状体２４が弾性変形することにより、被クランプ部材Ｗ１をクランプする。液圧式クランプ装置は、円筒状体２４により被クランプ部材Ｗ１のクランプを開始する把持開始点を算出する演算手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、機械加工分野、測定分野において使用される被クランプ部材を作動液体に圧力を加えてクランプ（以下、把持ともいう。）する液圧式クランプ装置に関する。

液圧式クランプ装置としては、作動液体室を画定する薄肉筒状部を含む本体と、この本体に設けられ、前記作動液体室に封入された作動液体を加圧する加圧部とを有し、前記薄肉筒状部が前記作動液体室に封入された作動液体に圧力を加えることによって径方向に弾性変形することにより被クランプ部材（以下、ワークともいう。）をクランプするものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

液圧式クランプ装置の膨張（又は収縮）動作方法は、手動と自動（動力）とに大別される。手動による動作方法では、液圧式クランプ装置の作動ねじを回転させることで、作動液体に圧力を加えて膨張（又は収縮）させる。動力による動作方法では、液圧式クランプ装置のピストンロッドを動力シリンダ等によって押すことで、作動液体に圧力を加えて膨張（又は収縮）させる。

実公昭５８−２１６０５号公報 実開平６−３６７０９号公報 特開２００７−５０４７８号公報

従来の液圧式クランプ装置がクランプするワークは、公差を規定しその公差の範囲に製造されることが一般的であり、そのため規定された公差の範囲でクランプ部の実際寸法はばらつく。このように公差内で寸法がばらつくワークに対して従来では、液圧式クランプ装置の膨張（又は収縮）部とワークとが接触する把持開始点（ゼロ点）を検知する方法がなく、クランプ時、すなわち液圧式クランプ装置が膨張（又は収縮）しワークと接触してからさらに作動液体に圧力を加えた場合に発生する把持力を制御することができなかった。その結果、公差の上限値のワークでは、把持力は低く、公差の下限値のワークでは、把持力は高くなる。
ここで、把持力について説明する。
液圧式クランプ装置は、作動液体室に封入された作動液体に圧力を加えることによって薄肉円筒部（膨張部）が径方向に弾性変形する。
被クランプ部材は、液圧式クランプ装置の膨張部と隙間を有して嵌め合せるため、液圧式クランプ装置の膨張部の膨張を進めると、被クランプ部材の内径（又は外径）に接触することになる。接触してなお作動液体に圧力を加えると、薄肉円筒部は接触した被クランプ部材（ワーク）の肉厚が加味され弾性変形を起こしにくくなる。作動液体に圧力を加える方法として、ピストン等により作動液体室に封入した作動液体を押し込む方法があり、同じ押し込み量のときに、薄肉円筒部だけを膨張させる圧力と薄肉円筒部に被クランプ部材（ワーク）の肉厚が加わり一体となった状態を膨張させる圧力に違いが生じ、その圧力値の差がワークを把持する把持力となる。

すなわち、液圧式クランプ装置を用いてワークをクランプする場合に、作動液体に圧力を加えるため、ピストン等を作動する（押し込む）。この時の作動量を一定の量（＝押し込みストローク）とした場合に、公差内の上限値のワークは把持力が小さく（＝変形が小さく）、公差内の下限値のワークは把持力が大きく（変形が大きくなる）。したがって、ワークを高精度に加工、測定する場合には、このような変形の影響が問題となってくる。
前記説明の形態は、液圧式クランプ装置が膨張してワークをクランプする場合であり、液圧式クランプ装置が収縮してワークをクランプする場合は、ワークの公差と把持力との関係は反対になるものの、その特性は同じである。以降は、液圧式クランプ装置を膨張させてワークを把持する場合の動作を説明する。

本発明が解決しようとする課題は、公差内で寸法がばらつく各被クランプ部材に対して把持開始点を見つけることが可能な液圧式クランプ装置を提供することにある。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、外周面又は内周面をなす第１の周面を備えた第１の部材と、前記第１の周面に重なり合う内周面又は外周面をなす第２の周面を備えた第２の部材とを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに重なり合う部分において、前記第１の周面及び前記第２の周面の少なくとも一方に設けられた凹部により作動液体室が画定され、前記作動液体室に封入された作動液体の圧力によって前記第２の部材が弾性変形することにより、被クランプ部材をクランプする液圧式クランプ装置であって、前記作動液体室に封入された前記作動液体の圧力を測定する圧力測定手段と、前記第１の部材に形成されて前記作動液体室に連通するピストン室と、前記ピストン室に設けられたピストンを駆動する駆動装置と、前記第２の部材により前記被クランプ部材のクランプを開始する把持開始点を算出する演算手段と、を備え、前記演算手段は、前記圧力測定手段にて測定された前記作動液体の圧力と、前記駆動装置のピストンロッドのストロークの測定データに基づいて前記把持開始点を算出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の演算手段は、前記作動液体の圧力と、前記ピストンロッドのストロークとの関係を示す測定データに基づいて、前記第２の部材が弾性変形を開始してから前記被クランプ部材の公差下限までの第１の区間の２点と、前記第２の部材が前記被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの第２の区間の２点でそれぞれ直線データを作成し、これらの２直線の交点を前記把持開始点とすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の演算手段は、前記作動液体の圧力と、前記ピストンロッドのストロークとの関係を示す測定データを、前記第２の部材が弾性変形を開始してから前記被クランプ部材の公差下限までの第１の区間、前記第２の部材が前記被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの第２の区間のそれぞれの区間で直線回帰法によりそれぞれの直線データを算出し、これらの２直線の交点を前記把持開始点とすることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の演算手段は、前記第２の部材が弾性変形を開始してから、前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとが比例関係を示す測定データの前記作動液体室内の圧力増加率が変化した点を前記把持開始点とすることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の演算手段は、前記第２の部材が弾性変形を開始してから、前記被クランプ部材の公差下限までの区間における、前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとが比例関係を示す測定データの傾きに対し、前記第２の部材の弾性変形が最大になるまで前記ピストンロッドをストロークさせたときに、前記比例関係を示す測定データの傾きが、前記傾き以上に変化した点を前記把持開始点とすることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の演算手段は、前記被クランプ部材を取り付けない状態で、前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとの関係を前記第２の部材が弾性変形を開始してから最も弾性変形するまでの比例関係を示す第１の測定データと、前記第２の部材が前記被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの区間において前記被クランプ部材を取り付けた状態で前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとの比例関係を示す第２の測定データとから直線データを算出し、これら２直線の交点を前記把持開始点とすることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の演算手段は、前記被クランプ部材を取り付けない状態で得られた第１の測定データの傾きに対し、前記被クランプ部材を取り付けた状態で前記ピストンロッドを最大ストロークまでストロークさせたときの前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとの関係において、前記第１の測定データの傾き以上に変化した点を前記把持開始点とすることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の把持開始点を基準として前記第２の部材を弾性変形させ、前記被クランプ部材に対して所定の把持力が得られるように前記作動液体の圧力を制御する把持力制御手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、外周面又は内周面をなす第１の周面を備えた第１の部材と、前記第１の周面に重なり合う内周面又は外周面をなす第２の周面を備えた第２の部材とを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに重なり合う部分において、前記第１の周面及び前記第２の周面の少なくとも一方に設けられた凹部により作動液体室が画定され、前記作動液体室に封入された作動液体の圧力によって前記第２の部材が弾性変形することにより、被クランプ部材をクランプする液圧式クランプ装置であって、前記第２の部材により前記被クランプ部材のクランプを開始する把持開始点を算出する演算手段と、前記把持開始点を基準として前記第２の部材を弾性変形させ、前記被クランプ部材に対して所定の把持力が得られるように前記作動液体の圧力を制御する把持力制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第２の部材により被クランプ部材のクランプを開始する把持開始点を算出する演算手段を備えることにより、公差内で寸法がばらつく各被クランプ部材に対して把持開始点を見つけることが可能になる。
また、請求項１に記載の発明によれば、演算手段は、圧力測定手段にて測定された作動液体の圧力と、ピストンロッドのストロークの測定データに基づいて把持開始点を算出することができる。

請求項２に記載の発明によれば、第２の部材が弾性変形を開始してから被クランプ部材の公差下限までの第１の区間の２点と、第２の部材が被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまで第２の区間の２点でそれぞれ直線データを作成し、これらの２直線の交点を前記把持開始点とすることで、把持開始点を算出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、作動液体の圧力と、ピストンロッドのストロークとの関係を示す測定データを、第２の部材が弾性変形を開始してから被クランプ部材の公差下限までの第１の区間、第２の部材が被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの第２の区間のそれぞれの区間で直線回帰法によりそれぞれの直線データを算出し、これらの２直線の交点を把持開始点とすることで、把持開始点を算出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、第２の部材が弾性変形を開始してから、作動液体の圧力とピストンロッドのストロークとが比例関係を示す測定データの作動液体室内の圧力増加率が変化した点を把持開始点とするため、把持開始点を算出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、第２の部材が弾性変形を開始してから、被クランプ部材の公差下限までの区間における、作動液体の圧力とピストンロッドのストロークとが比例関係を示す測定データの傾きに対し、第２の部材の弾性変形が最大になるまでピストンロッドをストロークさせたときに、比例関係を示す測定データの傾きが、前記傾き以上に変化した点を把持開始点とするため、把持開始点を算出することができる。

請求項６に記載の発明によれば、被クランプ部材を取り付けない状態で、作動液体の圧力とピストンロッドのストロークとの関係を第２の部材が弾性変形を開始してから最も弾性変形するまでの比例関係を示す第１の測定データと、第２の部材が被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの区間において被クランプ部材を取り付けた状態で作動液体の圧力とピストンロッドのストロークとの比例関係を示す第２の測定データとから直線データを算出し、これら２直線の交点を把持開始点とするため、把持開始点を算出することができる。

請求項７に記載の発明によれば、被クランプ部材を取り付けない状態で得られた第１の測定データの傾きに対し、被クランプ部材を取り付けた状態でピストンロッドを最大ストロークまでストロークさせたときの作動液体の圧力とピストンロッドのストロークとの関係において、第１の測定データの傾き以上に変化した点を把持開始点とするため、把持開始点を算出することができる。

請求項８、９に記載の発明によれば、把持開始点を基準として第２の部材を弾性変形させ、被クランプ部材に対して所定の把持力が得られるように作動液体の圧力を制御する把持力制御手段をさらに備えるので、被クランプ部材に対する把持力を所定の値に設定することが可能になる。その結果、公差内で寸法がばらつく各被クランプ部材に対して同量の把持力でクランプすることが可能になる。

本発明に係る液圧式クランプ装置の実施の形態１を示す縦断面図である。 同実施の形態１に係る液圧式クランプ装置の要部を示す縦断面図である。 同実施の形態１に係る液圧式クランプ装置の制御回路を示すブロック図である。 図３の制御部の動作を示すフローチャートである。 同実施の形態１に係る液圧式クランプ装置においてピストンロッドのストローク（位置）と液圧（圧力）との関係を示すグラフである。 同実施の形態１において測定データに基づいて把持開始点を算出する一例を示すグラフである。 同実施の形態１において測定データに基づいて把持開始点を算出する他の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る液圧式クランプ装置の制御回路を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

［発明の実施の形態１］
図１乃至図５には、本発明の実施の形態１を示す。

図１は本発明の実施の形態１に係る液圧式クランプ装置を示す縦断面図である。図２は、同実施の形態１に係る液圧式クランプ装置の要部を示す縦断面図である。なお、以下の実施の形態に係る液圧式クランプ装置は、ワークの内周面をマンドレルにより把持する装置に適用した例である。

図１に示すように、液圧式クランプ部１０は、本体（第１の部材）１２を有する。本体１２は、第１軸状部１６とフランジ部１８と第２軸状部２０とを軸線方向に順に同一軸線上に有する丸棒による棒状部（マンドレル）２２を含む。第１軸状部１６及び第２軸状部２０は同一外径を有する。フランジ部１８は、第１軸状部１６及び第２軸状部２０よりも大きい外径を有し、第１軸状部１６及び第２軸状部２０に対し径方向外方に拡張して形成されている。

第１軸状部１６の外周には、薄肉構造の円筒状体（第２の部材）２４が嵌装されている。この円筒状体２４は、円筒形状の被クランプ部材Ｗ１をクランプする外周面２４Ａ及び第１軸状部１６の外周面（第１の周面）１６Ａに重なり合う内周面（第２の周面）２４Ｂを備える。

第１軸状部１６の外周面１６Ａには、周溝状の凹部２８が形成されている。第１軸状部１６と円筒状体２４との間には、凹部２８によって第１軸状部１６の外周面１６Ａの全周に亘って延在する横断面（中心軸線に直交する断面）形状が円環状の作動液体室３０が画定されている。第１軸状部１６の外周面１６Ａには、作動液体室３０を挟んだ軸線方向の両側に作動液体室３０の液密性を確保するためのＯリング３２が装着されている。なお、円筒状体２４は、第１軸状部１６にろう付け等によって液密に接合されていてもよい。この場合には、Ｏリング３２は不要になる。

棒状部２２は、中心軸線上を第１軸状部１６に亘って軸線方向に延在するピストン室３４を有する。ピストン室３４内には、ピストン３６が軸線方向に移動可能に嵌合している。ピストン室３４の一方の端部は、第１軸状部１６に形成された軸線方向の通路３８及び径方向の複数の通路４０を通して作動液体室３０に連通している。

ピストン３６によって区切られたピストン室３４の通路３８側の室空間、通路３８、４０及び作動液体室３０は、一つの密閉空間をなしており、作動液体である作動油が封入されている。

本体１２の第２軸状部２０には、ブッシュ４２がねじ止めされている。このブッシュ４２は、中心部の軸線方向に貫通する貫通孔４２Ａが形成されている。この貫通孔４２Ａには、プッシュロッド４４が軸線方向に移動可能に係合している。このプッシュロッド４４が軸線方向に移動すると、鋼球４８を介してピストン３６に伝達されるように構成されている。

液圧式クランプ部１０には、プッシュロッド４４と同一軸線上に駆動装置の一例である動力シリンダ部４６が設置されている。この動力シリンダ部４６は、ピストン３６を駆動する駆動装置であり、動力シリンダ部４６への制御信号によって駆動装置のピストンロッド４７のストロークを制御する。上記制御信号によりピストンロッド４７が図１で見て右方向に移動すると、プッシュロッド４４、鋼球４８、ピストン３６を移動させることになり、作動液体室３０の作動油を加圧する。これにより、作動液体室３０の圧力は定量的に加圧制御される。

本実施の形態では、動力シリンダ部４６を使用することによって作動液体室３０の作動油の加圧を機械化及び自動化することができる。

このようにしてピストンロッド４７の加圧構造が構成され、プッシュロッド４４の移動によってピストン３６がピストン室３４を通路３８側（図１で見て右側）に移動する。これにより、作動液体室３０の作動油が加圧され、この加圧によって円筒状体２４が径方向に弾性変形することにより径方向外方に拡径変形する。その結果、円筒状体２４の外周面２４Ａにおいて円筒状体２４の拡径変形のもとに被クランプ部材Ｗ１をクランプすることが行われる。より詳細には、被クランプ部材Ｗ１は、円筒状体２４の外周に嵌合した中心孔Ａを有していて、円筒状体２４の拡径変形によって中心孔Ａの内周面に円筒状体２４の外周面２４Ａが密着することにより、液圧式クランプ部１０に把持（クランプ）される。

このように、本実施の形態１の液圧式クランプ部１０は、円筒形状の被クランプ部材Ｗ１をクランプする力を制御してクランプする。

第１軸状部１６の端面１６Ｂには、圧力センサ装置６０が取り付けられている。この圧力センサ装置６０は、図２に示すようにフランジ部６２と、このフランジ部６２から一方の側に延出した雄ねじ部６４と、フランジ部６２のもう一方の側に順に形成された六角部６６及びハウジング６８と、このハウジング６８の遊端（先端）に装着されたキャップ部７０とを有する。

ハウジング６８には、不図示の圧力測定素子及び回路基板を含む液圧測定部（圧力測定手段）７２がオイル６９によって封止された状態で設けられている。雄ねじ部６４、フランジ部６２及び六角部６６には、雄ねじ部６４の先端に開口にして測定対象の圧力を液圧測定部７２に導く圧力導入通路７４が形成されている。

液圧測定部７２がオイル６９によって封止されていることにより、液圧測定部７２の絶縁信頼性が高くなるとともに、外部環境の影響を受け難くなり、液圧測定部７２により安定した圧力測定が可能になる。

キャップ部７０には、液圧測定部７２によって測定された圧力を示す信号を外部に、本実施の形態では液圧式クランプ部１０の近傍に配置される無線式リーダ９０（図１参照）に出力する無線通信部７６と、圧力センサ装置６０のための電力を無線によって外部から、本実施の形態では前述の無線式リーダ９０から受信する受電部７８とを有する。受電部７８は、内蔵アンテナ（不図示）を用いて無線式リーダ９０から公知の電磁誘導あるいは電界及び磁界が変化する電波によって外部から非接触方式で給電されるものであり、液圧測定部７２及び無線通信部７６に電力の供給を行う。

第１軸状部１６には、端面１６Ｂに開口した径方向の有底のねじ孔８０が形成されている。圧力センサ装置６０は、雄ねじ部６４がねじ孔８０にねじ係合することにより、第１軸状部１６の端面１６Ｂに固定される。

図２に示すように、フランジ部６２の雄ねじ部６４側には、円環状の凹溝６５が形成されている。この凹溝６５には、円環状のゴムパッキン６７が装着されている。このゴムパッキン６７は、雄ねじ部６４がねじ孔８０にねじ係合することにより、弾性変形して第１軸状部１６の端面１６Ｂに押し付けられ、第１軸状部１６と圧力センサ装置６０との間の液密シールを行う。

第１軸状部１６には、図１に示すように、ねじ孔８０の軸線方向に連通する通路８２が形成されている。この通路８２は、第１軸状部１６に形成された軸線方向の通路３８及び径方向の複数の通路４０に連通している。

ねじ孔８０、通路８２、４０及び３８には、前述の密閉空間の膨張部として密閉空間と同様の作動油が封入されており、これらねじ孔８０、通路８２、４０及び３８は、作動液体室３０の圧力を液圧測定部７２に導く。これにより、作動液体室３０の作動油の圧力（液圧）と同じ圧力が液圧測定部７２に作用し、液圧測定部７２は作動液体室３０の液圧を測定する。

この作動液体室３０の液圧を測定するには、ハンディタイプの無線式リーダ９０が液圧式クランプ部１０の圧力センサ装置６０に近付けられ、無線式リーダ９０の測定ボタン９２が押されることにより開始される。測定ボタン９２が押されると、圧力センサ装置６０の受電部７８は無線式リーダ９０から非接触方式で給電され、受電部７８から液圧測定部７２及び無線通信部７６に電力の供給が行われる。これにより、液圧測定部７２及び無線通信部７６がアクティブ状態になって液圧測定部７２が作動液体室３０の液圧を測定し、無線通信部７６が液圧測定部７２によって測定された液圧の示す信号（電波）を外部に出力する。この無線通信部７６が出力する電波を無線式リーダ９０が受信することにより、無線式リーダ９０の表示部９４に作動液体室３０の液圧が表示される。

これにより、圧力センサ装置６０において電池交換を行ったり、圧力センサ装置６０にリード線の接続を行ったりする作業を必要とすることがなく、作動液体室３０の液圧の測定が作業性よく行われるようになる。
なお、本実施の形態は無線式リーダ９０を用いた例について説明したが、有線式圧力センサを用いて測定した内部圧力を外部へ発信しても液圧の測定値に変わりはない。

次に、本実施の形態の制御回路について説明する。

図３は、実施の形態１に係る液圧式クランプ装置の制御回路を示すブロック図である。図４は、図３の制御部の動作を示すフローチャートである。図５は、実施の形態１に係る液圧式クランプ装置においてピストンロッドのストローク（位置）と液圧（圧力）との関係を示すグラフである。
ここで、液圧式クランプ部１０の動作特性について説明する。
すなわち、液圧式クランプ装置の動作特性として以下の（１）、（２）、（３）が分かっている。
（１）作動液体を加圧するためのピストンロッド４７の移動量（＝ピストンロッド４７のストローク）と作動液体の圧力は比例関係にある。
（２）作動液体の圧力と液圧式クランプ部１０の円筒状体２４の膨張量は比例関係にある。
（３）前記比例関係により液圧式クランプ部１０の円筒状体２４の径とピストンロッド４７のストロークとの関係を求めることができる。したがって、対象となる被クランプ部材Ｗ１の把持部の公差の上限、下限の径と同径になるピストンロッド４７のストローク、または液圧は、液圧式クランプ部１０の固有値として把握することが可能である。
この固有値は、液圧式クランプ部１０の円筒状体２４径を実測しても、液圧式クランプ部１０の設計値から計算で求めてもどちらでも可能である。

図３に示すように、液圧式クランプ装置の制御回路は、制御部５０を有している。この制御部５０は、液圧式クランプ部１０における圧力センサ装置６０の液圧測定部７２の圧力測定データを入力するとともに、動力シリンダ部４６からピストンロッド４７のストロークの測定データを入力する。

制御部５０は、演算手段としての演算部５２と、把持力制御手段としての把持力制御部５４とを有する。演算部５２は、円筒状体２４により被クランプ部材Ｗ１のクランプを開始する把持開始点を算出する。具体的には、演算部５２は、円筒状体２４の外周面２４Ａが被クランプ部材Ｗ１の内周面に接触を開始する点を算出する。把持力制御部５４は、上記把持開始点を基準としてあらかじめ規定する圧力となるようにピストンロッド４７のストロークを制御する。

ところで、本実施の形態は、液圧式クランプ部１０のプッシュロッド４４を取付機械側の動力シリンダ部４６のピストンロッド４７で押す動力タイプである。ピストンロッド４７が押されることにより、液圧式クランプ部１０の作動液体室３０の作動油に圧力がかかり、円筒状体２４が拡径変形する。この作動液体室３０に通路４０、８２、ねじ孔８０を通して圧力センサ装置６０が接続されており、作動液体室３０の内部の圧力変化を圧力センサ装置６０の液圧測定部７２で測定している。

演算部５２は、ピストンロッド４７のストロークの測定データ、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データに基づいてゼロ点、すなわち把持開始点を算出するようにしている。ここで、上記把持開始点（以下、ゼロ点ともいう。）とは、円筒状体２４の外周面２４Ａが被クランプ部材Ｗ１の中心孔Ａの内周面に接触を開始する点をいう。また、上記把持力は、上記把持開始点からさらに作動液体室３０内の圧力を上昇させた場合の液圧に置き換えることができる。
具体的には、液圧式クランプ部１０の作動液体室３０に封入されている作動油を加圧すると円筒状体２４が拡径変形する。上述したように内圧と拡径変形量及び加圧のためのシリンダストロークと拡径変形量は、比例関係にあることから被クランプ部材Ｗ１を把持した場合、把持開始点からの拡径変形量に相当する液圧で把握することができる。なお、把持開始点を得るための具体的な算出方法については、後述する。

動力シリンダ部４６は、一般的には油圧シリンダ、空圧シリンダ、油圧式サーボシリンダ、モータとボールねじを用いた電動シリンダ等が使用される。動力シリンダ部４６のピストンロッド４７のストロークは、ピストンロッド４７に測長器や変位計等の移動量測定手段を取り付け、この移動量測定手段によりピストンロッド４７の移動量を測定する。また、動力シリンダ部４６に電動シリンダを用いた場合には、モータの回転角度とボールねじのリードから移動量を算出することができる。

次に、制御部５０の動作を図４及び図５に基づいて説明する。

まず、液圧式クランプ部１０に被クランプ部材Ｗ１を装着する（ステップＳ１１）。具体的には、円筒状体２４の外周面２４Ａに被クランプ部材Ｗ１を装着する。

次いで、液圧式クランプ部１０の膨張（拡径変形）を開始する（ステップＳ１２）。具体的には、円筒状体２４の膨張を開始する。このステップＳ１２の処理では、制御部５０がピストンロッド４７のストロークの測定データと、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データを監視する。

そして、円筒状体２４を膨張させる（ステップＳ１３）。

さらに、制御部５０の演算部５２は、ピストンロッド４７のストロークの測定データと、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データとから把持開始点（ゼロ点）を算出する（ステップＳ１４）。

次に、制御部５０は、ステップＳ１４で算出された把持開始点に基づいて所定の圧力となるようにフィードバック制御する（ステップＳ１５）。具体的には、制御部５０の把持力制御部５４は、上記把持開始点を基準として図５に示すピストンロッド４７のストロークの測定データと作動液体室３０内の圧力の測定データから所定の圧力となるように動力シリンダ部４６に制御信号を出力する。動力シリンダ部４６は、その制御信号を入力してピストンロッド４７のストロークの値が所定の圧力となるように設定する。これにより、液圧式クランプ部１０は、そのストロークの値に基づいて円筒状体２４を弾性変形（拡径変形）させ、被クランプ部材Ｗ１に対して所定の圧力（把持力）となるように制御される。

ここで、被クランプ部材Ｗ１に対して所定の圧力（把持力）となるように制御することについて説明する。また、所定の把持力とは、本制御を実施するにあたり、あらかじめ設定する任意の値である。

複数の被クランプ部材Ｗ１は、それぞれ公差内においてばらつきがあるため、円筒状体２４が弾性変形（拡径変形）した場合、円筒状体２４の外周面２４Ａが被クランプ部材Ｗ１の中心孔Ａの内周面に、接触するまでの拡径変形量がばらつくことになる。接触点が分からない状態では、複数の被クランプ部材Ｗ１の中心孔Ａの内径より確実に大きくなるよう円筒状体２４の拡径を決めてクランプするため、複数の被クランプ部材Ｗ１をクランプした場合、把持力にばらつきが生じる。

そこで、本実施の形態では、円筒状体２４の外周面２４Ａが被クランプ部材Ｗ１の中心孔Ａの内周面に接触して把持する把持開始点からの測定データが得られている。したがって、この測定データに基づいて、例えば、把持開始点からストロークをどの程度にすると、如何なる圧力で把持することが分かる。よって、各被クランプ部材Ｗ１に対して所定の圧力（把持力）となるように制御することが可能になる。

さらに、加工完了後は、動力シリンダ部４６を元の位置である原点に復帰させ（ステップＳ１６）、制御部５０の一連の処理を終了する。

次に、ステップＳ１４の把持開始点の算出処理について、具体的な６つの方法を説明する。

（第１の把持開始点算出方法）
図６は、同実施の形態１において測定データに基づいて把持開始点を算出する一例を示すグラフである。

本実施の形態によって得られたピストンロッド４７のストロークの測定データと、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データに基づいて、演算部５２は、図６に示すように液圧式クランプ部１０の円筒状体２４が膨張（弾性変形）を開始してから被クランプ部材Ｗ１の公差下限の値に膨張するまでの区間ａ（第１の区間）の２点（図６に〇印で示す点）と、被クランプ部材Ｗ１の公差上限の値に膨張したところから液圧式クランプ部１０の円筒状体２４が最大膨張（最も弾性変形）するまでの区間ｂ（第２の区間）の２点（図６に△印で示す点）でそれぞれ直線データを作成する。これらの２直線の交点を把持開始点（ゼロ点）とする。

把持開始点の検出後は、把持開始点に対して所定の圧力となるようにフィードバック制御を行う。このときの制御対象は、上記ストローク、又は圧力のいずれかを基準にしてもよい。この制御対象の基準については、以下の把持開始点算出方法についても同様である。

（第２の把持開始点算出方法）
本実施の形態によって得られたピストンロッド４７のストロークの測定データと、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データに基づいて、演算部５２は、区間ａ、区間ｂの測定データをそれぞれ直線回帰法により２直線データに変換する。これらの２直線の交点を把持開始点とする。

把持開始点の検出後は、上記と同様に把持開始点に対して所定の圧力となるようにフィードバック制御を行う。

（第３の把持開始点算出方法）
液圧式クランプ部１０が被クランプ部材Ｗ１に接触する前の作動液体の圧力とピストンロッド４７のストロークとが比例関係を示す測定データから、その液圧式クランプ部１０の傾きが得られる。この傾きとは、ピストンロッド４７のストローク量に対する作動液体室３０内の圧力増加の比率をいう（以下、圧力増加率という。）。

液圧式クランプ部１０が被クランプ部材Ｗ１に接触し、さらに液圧式クランプ部１０を膨張させるためピストンロッド４７をストロークさせると、作動液体室３０内の圧力増加率は、被クランプ部材Ｗ１に接触するまでの圧力増加率より上昇する。この圧力増加率が変化する変化点を把持開始点とする。
把持開始点の検出後は、上記と同様に把持開始点に対して所定の圧力となるようにフィードバック制御を行う。

なお、第３の把持開始点算出方法では、圧力増加率が変化する変化点を境界として、第１の把持開始点算出方法、第２の把持開始点算出方法による把持点の検出も可能である。

（第４の把持開始点算出方法）
前記区間ａにおける作動液体の圧力とピストンロッド４７のストロークとが比例関係を示す測定データから、その液圧式クランプ部１０のその時点での固有の傾きが得られる。この固有の傾きとは、ピストンロッド４７のストロークの一定量に対する作動液体室３０内の圧力増加量をいう（以下、固有の傾きという。）。

液圧式クランプ部１０が被クランプ部材Ｗ１に接触し、さらに液圧式クランプ部１０を膨張させるためピストンロッド４７をストロークさせると、作動液体室３０内の圧力増加量は、被クランプ部材Ｗ１に接触するまでの増加量より上昇する。この圧力増加量が変化する変化点を把持開始点とする。
すなわち、本算出方法は、液圧式クランプ部１０の円筒状体２４の弾性変形が最大になるまでピストンロッド４７をストロークさせたときに、比例関係を示す測定データの傾きが、固有の傾き以上に変化した点を把持開始点とする。上記と同様に把持開始点に対して所定の圧力となるようにフィードバック制御を行う。

（第５の把持開始点算出方法）
図７は、実施の形態１において測定データに基づいて把持開始点を算出する他の例を示すフローチャートである。第５の把持開始点算出方法は、被クランプ部材Ｗ１を液圧式クランプ部１０に装着しない状態で作動液体の圧力とピストンロッド４７のストロークとの比例関係を示す測定データを用いている。以下、具体的に説明する。

図７に示すように、液圧式クランプ部１０に被クランプ部材Ｗ１を装着しない状態（液圧式クランプ装置に取り付けない状態）とする（ステップＳ１）。具体的には、円筒状体２４の外周面２４Ａに被クランプ部材Ｗ１を装着しない。

次いで、液圧式クランプ部１０の膨張（拡径変形）を開始する（ステップＳ２）。このステップＳ２の処理では、制御部５０がピストンロッド４７のストロークの測定データと、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データを監視する。そして、液圧式クランプ部１０のピストンロッド４７の最大ストロークに到達するまでストロークさせる（ステップＳ３）。

本実施の形態では、このときのストロークの測定データと作動液体室３０内の圧力とが比例関係を示す測定データ（第１の測定データ）から、この液圧式クランプ部１０の固有の傾きを検出することができる。

次に、液圧式クランプ部１０に被クランプ部材Ｗ１を装着して、液圧式クランプ部１０の膨張（拡径変形）を開始する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。このステップＳ１２の処理では、制御部５０がピストンロッド４７のストロークの測定データと、液圧測定部７２で測定した作動液体室３０内の圧力の測定データを監視する。そして、液圧式クランプ部１０の最大ストロークまでピストンロッド４７をストロークさせる（ステップＳ１３）。

ステップＳ１１〜Ｓ１３では、前記装着状態で液圧式クランプ部１０の膨張を進めると、被クランプ部１０に接触する。さらに、ピストンをストロークさせ作動液体の圧力を高めることにより、液圧式クランプ部１０の円筒状体２４が被クランプ部材Ｗ１に接触した後の圧力とピストンロッド４７のストロークとの比例関係を示す測定データ（第２の測定データ）が得られる。したがって、この測定データから、被クランプ部材Ｗ１をクランプしてからの傾きを検出することができる。この時の把持開始点算出方法は、第１、第２の把持開始点算出方法と同様に、これらの傾きの２直線の交点を把持開始点とする。

把持開始点の検出後は、上記と同様に把持開始点に対して所定の圧力となるようにフィードバック制御を行う。その他の処理は、図４に示すフローチャートと同様であるので、その説明を省略する。

なお、第５の把持開始点算出方法では、被クランプ部材Ｗ１に対して装着しない状態のストロークの第１の測定データと作動液体室３０内の圧力との関係を示す測定データを得た後に、セット状態での測定データを連続して得るようにしたが、これに限らず非セット状態の測定データは、あらかじめ得るようにしてもよい。

（第６の把持開始点算出方法）
この把持開始点算出方法では、被クランプ部材Ｗ１をクランプしない状態で液圧式クランプ部１０の円筒状体２４を膨張させる。この動作でこの液圧式クランプ部１０の固有の傾きを検出することができる。

次に、被クランプ部材Ｗ１を装着してクランプすることで、被クランプ部材Ｗ１をクランプしてからの傾きを検出することができる。

被クランプ部材Ｗ１を装着しない状態で得られた傾きに対して、被クランプ部材Ｗ１をクランプした傾きがそれ以上に変化したポイントを把持開始点とする。すなわち、被クランプ部材Ｗ１を取り付けない状態で得られた第１の測定データの傾きに対し、被クランプ部材Ｗ１を取り付けた状態でピストンロッド４７を最大ストロークまでストロークさせたときの作動液体の圧力とピストンロッド４７のストロークとの関係において、第１の測定データの傾き以上に変化した点を把持開始点としている。この把持開始点の検出後は、上記と同様に把持開始点に対して所定の圧力となるようにフィードバック制御を行う。
なお、この把持開始点算出方法では、図７に示すステップＳ１３の膨張工程が不要になる。

ところで、前記第４、第６の把持開始点算出方法では、液圧式クランプ部１０を徐々に膨張させて規定の圧力以上に変化があったポイントを把持開始点とするため、被クランプ部材Ｗ１に不必要な力がかかることはない。

第５及び第６の把持開始点算出方法では、被クランプ部材Ｗ１をクランプしていない非セット状態での動作と、被クランプ部材Ｗ１をクランプしたセット状態での動作の２つの動作（モーション）が必要になる。しかし、この動作で得られる液圧式クランプ部１０の固有の傾きは、第１及び第２の把持開始点算出方法と比較して測定データ数が多いため、データの信頼性が高くなるという効果がある。

このように本実施の形態によれば、円筒状体２４により被クランプ部材Ｗ１のクランプを開始する把持開始点を算出する演算部５２を備えることにより、公差内で寸法がばらつく各被クランプ部材Ｗ１に対して把持開始点を見つけることが可能になる。

また、本実施の形態によれば、演算部５２は、液圧測定部７２にて測定された作動液体の圧力と、ピストンロッド４７のストロークの測定データに基づいて把持開始点を算出することにより、把持開始点を算出することができる。

さらに、本実施の形態によれば、把持力制御部５４は、把持開始点を基準として円筒状体２４の弾性変形量（膨張量）を、被クランプ部材Ｗ１に対して所定の把持力となるように制御するので、被クランプ部材Ｗ１に対する把持力を所定の値に設定することが可能になる。

［発明の実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２に係る液圧式クランプ装置の制御回路を示すブロック図である。なお、前記実施の形態１と同一の部分には、同一の符号を付して異なる構成および作用について説明する。

図８に示すように、本実施の形態では、前記実施の形態１の圧力センサ装置６０に代えて、動力シリンダ部４６の先端に圧力測定手段としてのロードセル８５が取り付けられている。

本実施の形態では、動力シリンダ部４６のストローク、ロードセル８５の圧力を演算することにより、前記実施の形態１と同様に把持開始点（ゼロ点）を得るようにしている。

このように本実施の形態によれば、圧力測定手段としてロードセル８５を用いたことにより、前記実施の形態１のような液圧測定部７２に比べて構造を簡素化することができる。

なお、本実施の形態では、ロードセル８５を動力シリンダ４６の先端に取り付けるようにしたが、これに限らずピストンロッド４７や液圧式クランプ部１０内に組み込むようにしてもよい。その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。

本発明の各実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施の形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上記各実施の形態では、被クランプ部材Ｗ１の内周面をマンドレルにより把持する液圧式クランプ装置について説明したが、これに限らず被クランプ部材Ｗ１の外周面をチャックにより把持する液圧式クランプ装置にも適用可能である。

また、上記各実施の形態では、作動液体として作動油を用いた例について説明したが、これ以外に水やゲル状物質を用いることもできる。

さらに、本発明では、テーパ状コレットを備えたものについても適用可能である。具体的には、円筒状体２４に代えてテーパ状コレットを設け、このテーパ状コレット内に外周面がテーパ状に形成された円柱状の本体を設け、テーパ状コレットの外周面を被クランプ部材Ｗ１の内周面に挿入し、円柱状の本体をテーパ状コレットから引っ張るようにする。これにより、円柱状の本体のストローク（軸方向位置）が変化することで、被クランプ部材Ｗ１に対する圧力が変化する。

１０……液圧式クランプ部
１２……本体（第１の部材）
１６……第１軸状部
１６Ａ……外周面（第１の周面）
１６Ｂ……端面
１８……フランジ部
２０……第２軸状部
２２……棒状部（マンドレル）
２４……円筒状体（第２の部材）
２４Ａ……外周面
２４Ｂ……内周面（第２の周面）
２８……凹部
３０……作動液体室
３２……Ｏリング
３４……ピストン室
３６……ピストン
３８……通路
４０……通路
４２……ブッシュ
４２Ａ……貫通孔
４４……プッシュロッド
４６……動力シリンダ部（駆動装置）
４７……ピストンロッド
４８……鋼球
５０……制御部
５２……演算部（演算手段）
５４……把持力制御部（把持力制御手段）
６０……圧力センサ装置
６２……フランジ部
６４……雄ねじ部
６５……凹溝
６６……六角部
６７……ゴムパッキン
６８……ハウジング
６９……オイル
７０……キャップ部
７２……液圧測定部（圧力測定手段）
７４……圧力導入通路
７６……無線通信部
７８……受電部
８０……ねじ孔
８２……通路
８５……ロードセル（圧力測定手段）
９０……無線式リーダ
９２……測定ボタン
９４……表示部
Ｗ１……被クランプ部材

Claims (9)

1. 外周面又は内周面をなす第１の周面を備えた第１の部材と、前記第１の周面に重なり合う内周面又は外周面をなす第２の周面を備えた第２の部材とを有し、
   前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに重なり合う部分において、前記第１の周面及び前記第２の周面の少なくとも一方に設けられた凹部により作動液体室が画定され、前記作動液体室に封入された作動液体の圧力によって前記第２の部材が弾性変形することにより、被クランプ部材をクランプする液圧式クランプ装置であって、
   前記作動液体室に封入された前記作動液体の圧力を測定する圧力測定手段と、
   前記第１の部材に形成されて前記作動液体室に連通するピストン室と、
   前記ピストン室に設けられたピストンを駆動する駆動装置と、
   前記第２の部材により前記被クランプ部材のクランプを開始する把持開始点を算出する演算手段と、を備え、
   前記演算手段は、前記圧力測定手段にて測定された前記作動液体の圧力と、前記駆動装置のピストンロッドのストロークの測定データに基づいて前記把持開始点を算出することを特徴とする液圧式クランプ装置。
2. 前記演算手段は、前記作動液体の圧力と、前記ピストンロッドのストロークとの関係を示す測定データに基づいて、前記第２の部材が弾性変形を開始してから前記被クランプ部材の公差下限までの第１の区間の２点と、前記第２の部材が前記被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの第２の区間の２点でそれぞれ直線データを作成し、これらの２直線の交点を前記把持開始点とすることを特徴とする請求項１に記載の液圧式クランプ装置。
3. 前記演算手段は、前記作動液体の圧力と、前記ピストンロッドのストロークとの関係を示す測定データを、前記第２の部材が弾性変形を開始してから前記被クランプ部材の公差下限までの第１の区間、前記第２の部材が前記被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの第２の区間のそれぞれの区間で直線回帰法によりそれぞれの直線データを算出し、これらの２直線の交点を前記把持開始点とすることを特徴とする請求項１に記載の液圧式クランプ装置。
4. 前記演算手段は、前記第２の部材が弾性変形を開始してから、前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとが比例関係を示す測定データの前記作動液体室内の圧力増加率が変化した点を前記把持開始点とすることを特徴とする請求項１に記載の液圧式クランプ装置。
5. 前記演算手段は、前記第２の部材が弾性変形を開始してから、前記被クランプ部材の公差下限までの区間における、前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとが比例関係を示す測定データの傾きに対し、前記第２の部材の弾性変形が最大になるまで前記ピストンロッドをストロークさせたときに、前記比例関係を示す測定データの傾きが、前記傾き以上に変化した点を前記把持開始点とすることを特徴とする請求項１に記載の液圧式クランプ装置。
6. 前記演算手段は、前記被クランプ部材を取り付けない状態で、前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとの関係を前記第２の部材が弾性変形を開始してから最も弾性変形するまでの比例関係を示す第１の測定データと、前記第２の部材が前記被クランプ部材の公差上限と同じになる点から最も弾性変形するまでの区間において前記被クランプ部材を取り付けた状態で前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとの比例関係を示す第２の測定データとから直線データを算出し、これら２直線の交点を前記把持開始点とすることを特徴とする請求項１に記載の液圧式クランプ装置。
7. 前記演算手段は、前記被クランプ部材を取り付けない状態で得られた第１の測定データの傾きに対し、前記被クランプ部材を取り付けた状態で前記ピストンロッドを最大ストロークまでストロークさせたときの前記作動液体の圧力と前記ピストンロッドのストロークとの関係において、前記第１の測定データの傾き以上に変化した点を前記把持開始点とすることを特徴とする請求項６に記載の液圧式クランプ装置。
8. 前記把持開始点を基準として前記第２の部材を弾性変形させ、前記被クランプ部材に対して所定の把持力が得られるように前記作動液体の圧力を制御する把持力制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液圧式クランプ装置。
9. 外周面又は内周面をなす第１の周面を備えた第１の部材と、前記第１の周面に重なり合う内周面又は外周面をなす第２の周面を備えた第２の部材とを有し、前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに重なり合う部分において、前記第１の周面及び前記第２の周面の少なくとも一方に設けられた凹部により作動液体室が画定され、前記作動液体室に封入された作動液体の圧力によって前記第２の部材が弾性変形することにより、被クランプ部材をクランプする液圧式クランプ装置であって、
   前記第２の部材により前記被クランプ部材のクランプを開始する把持開始点を算出する演算手段と、
   前記把持開始点を基準として前記第２の部材を弾性変形させ、前記被クランプ部材に対して所定の把持力が得られるように前記作動液体の圧力を制御する把持力制御手段と、
   を備えることを特徴とする液圧式クランプ装置。

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