JP6886158B2

JP6886158B2 - クランプ装置

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Publication number: JP6886158B2
Application number: JP2017011720A
Authority: JP
Inventors: 健太梶
Original assignee: Kosmek KK
Current assignee: Kosmek KK
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2021-06-16
Anticipated expiration: 2037-01-25
Also published as: JP2018118347A

Description

この発明は、クランプ装置のクランプロッドを所定位置に復帰駆動させる戻し機構を備えるクランプ装置に関する。

この種のクランプ装置には、従来では、特許文献１（ＷＯ２０１２／０７３７２３）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。
ハウジングの上部に形成された収容孔に、支持筒が半径方向に移動可能に挿入される。その支持筒の筒孔にクランプロッドが上下方向に移動可能に挿入される。収容孔の内周面と支持筒の外周面との間に、弾性体によって形成された環状のダストシールが装着される。その半径方向の外端のリップ部が、支持筒の外周部のストレート面に自己の弾性力によって半径方向の内方に所定の締め代（つぶし代）だけ押圧される。
上記クランプ装置おいて、ワークの搬入時に、そのワークの孔の軸心と支持筒（又はクランプロッド）の軸心との両者が一致している場合には、ワークの孔が支持筒を円滑に外嵌めていく。これに対し、ワークの搬入時に、上記の両者の軸心が上記の締め代の範囲内（許容範囲内）で心ズレしている場合には、ワークの孔の周壁が支持筒を半径方向に押動しながら円滑に外嵌めていく。すると、支持筒の半径方向への移動に追従するように前記リップ部が自己の復元力によって移動される。このため、リップ部が支持筒の外周部のストレート面に確実に密着される。また、そのワークをクランプ装置の上方へ搬出させた後には、前記リップ部の復元力によってリップ部が支持筒を介してクランプロッドを半径方向の内方へ押す。これにより、クランプロッドがハウジングの軸心（所定位置）に向けて半径方向へ復帰駆動される。

ＷＯ２０１２／０７３７２３

上記の従来技術において、ワークの搬入時に、ワークの孔の軸心が支持筒の軸心から半径方向の一方側に上記の許容範囲を越えて心ズレしている場合には、リップ部の半径方向の一方側部分が支持筒によって過度に押し縮められた状態になると共に、リップ部の半径方向の他方側部分が伸びきった状態になる。このとき、前記リップ部の他方側部分が支持筒等の移動に追従できなくなり、リップ部分の他方側部分が支持筒の外周部のストレート面から離間される。このため、従来技術では、支持筒が半径方向へ移動可能（復帰駆動可能）な範囲は、上記の許容範囲に制限されている。従って、ワークの搬入時に、ワークの孔の軸心が支持筒の軸心から過度に心ズレしている場合でも、支持筒およびクランプロッドを所定位置に確実に復帰駆動できるようにする点で改良の余地があった。
本発明の目的は、クランプ装置のクランプロッドを所定位置に確実に復帰駆動させることにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１および図２または図３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に形成された収容孔５に、支持部材６が挿入される。前記ハウジング１よりも先端側へ突設される係合部材１６が、半径方向に移動可能となるように前記支持部材６によって基端側から支持される。その係合部材１６がクランプ対象物１０の孔１１に挿入可能となっている。前記ハウジング１内にピストン２１が軸方向に移動可能に挿入される。前記ピストン２１に半径方向へ移動可能に連結されるクランプロッド２８が、前記係合部材１６に先端側または基端側から楔係合する。前記ピストン２１と前記クランプロッド２８との間に戻し機構４０が設けられる。その戻し機構４０が前記ピストン２１に対して前記クランプロッド２８を所定位置に向けて半径方向へ復帰駆動させる。前記戻し機構４０は、カム部４１と押圧部材４３とを有する。そのカム部４１は、前記ピストン２１および前記クランプロッド２８のうちのいずれか一方の部材に当該一方の部材から他方の部材に向かうにつれて広がるように形成される。前記他方の部材に軸方向へ移動可能に設けられる押圧部材４３が、前記カム部４１に向けて付勢される。

上記の本発明は、上記のように構成されることから、次の作用効果を奏する。
上記クランプ対象物の孔の軸心が支持部材の軸心またはクランプロッドの軸心に対して半径方向に過度に位置ズレ（心ズレ）した状態で、クランプ対象物をクランプ装置に搬入するときに、クランプ対象物の孔の周壁が支持部材またはクランプロッドを半径方向に移動させながら外嵌めていく。そのクランプ対象物をクランプ装置から搬出した後に、戻し機構の進出バネが押圧部材を受け部に向けて押すことにより、クランプロッドが所定位置に向けて半径方向へ確実に復帰駆動される。

上記の本発明は、下記（１）から（３）の構成を加えることが好ましい。
（１）例えば、図１および図２に示すように、前記支持部材６の外周部および前記係合部材１６の外周部に環状のシール部材３８が装着される。前記シール部材３８の半径方向の外端部３８ｂが前記ハウジング１の先端面３ａ上で摺動可能となっている。
この場合、クランプ対象物の搬入時に、クランプ対象物の孔の軸心が支持部材の軸心に対して半径方向に過度に位置ズレ（心ズレ）した場合には、クランプ対象物の孔の周壁が支持部材を半径方向に移動させながら外嵌めていく。このとき、収容孔の内周面と支持部材の外周面との間に形成された隙間を封止するようにシール部材の半径方向の外端部がハウジングの先端面上で摺動される。これにより、切粉等の異物が上記の隙間に侵入するのを確実に防止できる。

（２）例えば、図３に示すように、前記係合部材１６の外周部に環状のシール部材３８が装着される。前記シール部材３８の半径方向の外端部３８ｂが前記ハウジング１の先端面３ａ上で摺動可能となっている。
この場合、クランプ対象物の搬入時に、クランプ対象物の孔の軸心がクランプロッドの軸心に対して半径方向に過度に位置ズレ（心ズレ）した場合には、クランプ対象物の孔の周壁が係合部材またはクランプロッドを半径方向に移動させながら外嵌めていく。このとき、収容孔の内周面と係合部材の外周面との間に形成された隙間を封止するようにシール部材の半径方向の外端部がハウジングの先端面上で摺動される。これにより、切粉等の異物が上記の隙間に侵入するのを確実に防止できる。

（３）例えば、図１および図２または図３に示すように、前記ピストン２１と前記クランプロッド２８との間に係合ボール３１が装着される。
この場合、前記ピストン２１と前記クランプロッド２８との間で係合ボール３１が転がることにより、クランプロッドがピストン上で円滑に移動される。

図１は、本発明の第１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２は、上記クランプ装置のクランプ状態を示し、上記図１に類似する図である。図３は、本発明の第２実施形態を示し、上記図２に類似する図である。

図１および図２は、本発明の第１実施形態を示している。まず、アンクランプ状態を示す図１に基づいて上記クランプ装置の構造を説明する。
固定台としてのテーブルＴにハウジング１が固定され、そのハウジング１は、下側から順に形成された下ハウジング２と上ハウジング３とを有する。上ハウジング３が下ハウジング２にボルトによって連結され、下ハウジング２がテーブルＴにボルトによって固定される。

上記の下ハウジング２と上ハウジング３とに跨って収容孔５が形成され、上ハウジング３側の収容孔５に支持筒（支持部材）６が半径方向および上下方向（軸方向）に移動可能に挿入される。前記の収容孔５の内周面と支持筒６の外周面との間に隙間７が形成される。その支持筒６が下側から順に形成されたフランジ部６ａと周壁６ｂと頂部６ｃとを有する。その周壁６ｂと頂部６ｃとが、上ハウジング３の上端面（先端面）３ａから上方へ突設され、ワーク（クランプ対象物）１０の孔１１に挿入可能となっている（図２を参照）。頂部６ｃの外周壁が上方に向うにつれて狭まるようにテーパー状に形成される。その支持筒６が進出機構１２によって上方に付勢される。収容孔５の内周壁の上端部から突起部が半径方向の内方に突設され、その突起部に支持筒６のフランジ部６ａの上面が受け止められている。
なお、本実施形態において、進出機構１２は、収容孔５の底面と支持筒６の下面との間に装着された進出バネ１３とバネ受け１４とによって構成される。

上記の支持筒６の周壁６ｂに案内孔１５が周方向に所定の間隔をあけて半径方向に３つ形成される（図１および図２には、案内孔１５を１つだけ示す）。その案内孔１５に係合部材１６が半径方向に移動可能に挿入される。各係合部材１６の外周部に鋸刃状の突起１７が上下方向に複数形成される。その突起１７がワーク１０の孔１１の内周面に係合可能となっている。

上記の収容孔５に連通するようにシリンダ孔２０が下ハウジング２の下部に形成される。そのシリンダ孔２０が下側から順に形成された大径孔２０ａと小径孔２０ｂとを有する。そのシリンダ孔２０の大径孔２０ａにピストン２１の大径部２１ａが上下方向に移動可能で保密状に挿入され、シリンダ孔２０の小径孔２０ｂにピストン２１の小径部２１ｂが保密状に挿入される。そのピストン２１の下側にアンクランプ室２２が形成されると共に、ピストン２１の上側にクランプ室２３が形成される。そのアンクランプ室２２に圧油（圧力流体）を供給および排出する給排路２２ａが、テーブルＴに形成される。クランプ室２３に圧油を供給および排出する別の給排路２３ａが、下ハウジング２に形成される。ここで、本実施形態において、ピストン２１とアンクランプ室２２とクランプ室２３によって駆動手段２４が構成される。

上記のピストン２１の小径部２１ｂの上端部に案内孔２６が形成される。その案内孔２６が下側から順に形成された大径孔２６ａと小径孔２６ｂとを有する。その案内孔２６の大径孔２６ａに、クランプロッド２８の下端部に形成されたフランジ部２９が半径方向に移動可能に挿入される。フランジ部２９の下端部に装着溝３０が周方向に形成され、その装着溝３０に複数の鋼球（係合ボール）３１が挿入される。その鋼球３１が案内孔２６の底壁に当接されている。これにより、クランプロッド２８がピストン２１に対して半径方向に移動されるときに、クランプロッド２８とピストン２１との間に生じる摩擦力を低減できる。

上記のクランプロッド２８の上端部が支持筒６の筒孔に上下方向に移動可能に挿入される。クランプロッド２８の上端部に楔面３４が上方に向うにつれて広がるように形成される。その楔面３４が、前記の係合部材１６の内側壁に形成された受け面３５に上方から楔係合する。

上記の係合部材１６の外周部に溝１６ａが周方向に形成されると共に、その溝１６ａに対応する高さ位置で支持筒６の周壁６ｂの外周部に溝６ｄが周方向に形成される。係合部材１６の溝１６ａと支持筒６の溝６ｄとに、ゴムや板バネ等の弾性体からなるダストシール（環状のシール部材）３８の半径方向の内端部３８ａが装着される。そのダストシール３８の半径方向の内端部３８ａが係合部材１６の溝１６ａの底面および支持筒６の溝６ｄの底面に当接される。このため、そのダストシール３８の復元力によって係合部材１６が半径方向の内方へ付勢されている。これにより、ダストシール３８によって係合部材１６の突起１７が支持筒６の外周面よりも半径方向の内方へ移動される。その結果、ワーク１０の孔１１が支持筒６を外嵌めていくときに、ワーク１０が係合部材１６に衝突するのを防止できる。
また、薄肉状に形成されたダストシール３８の半径方向の外端部３８ｂが、収容孔５の内周面と支持筒６の外周面および前記係合部材１６の外周面との間に形成された隙間７を封止するように上ハウジング３の上端面（先端面）３ａ上で摺動可能に当接される。これにより、上記の隙間７に切粉などの異物が侵入するのを確実に防止できる。

上記のピストン２１の小径部２１ｂとクランプロッド２８のフランジ部２９との間に戻し機構４０が設けられ、その戻し機構４０がピストン２１の軸心Ａ３に対してクランプロッド２８の軸心Ａ２を一致させるようにクランプロッド２８を半径方向へ復帰駆動させる。その戻し機構４０が次のように構成される。
上記のクランプロッド２８の下端部にテーパー孔が上方に向うにつれて狭まるように形成され、そのテーパー孔の周壁にカム部４１が形成される。また、ピストン２１の小径部２１ｂの上端部に装着孔４２が上下方向に形成される。その装着孔４２に押圧部材４３が挿入され、その押圧部材４３が装着孔４２の周壁に沿って上下方向に移動可能に案内される。その押圧部材４３の先端部４３ａが上方へ向かうにつれて細くなるようにテーパー状に形成され、その先端部４３ａがカム部４１に当接可能となっている。その押圧部材４３の下端面と装着孔４２の底面との間に進出バネ４４が装着され、その進出バネ４４がピストン２１に対して押圧部材４３を上方へ付勢する。

上記構成のクランプ装置は、図１および図２に示すように、以下のように動作する。
図１のアンクランプ状態では、クランプ室２３の圧油が排出されると共に、アンクランプ室２２に圧油が供給されている。これにより、ピストン２１とクランプロッド２８とが上昇位置に移動されている。このとき、前記の支持筒６が進出バネ１３によって上昇位置に保持されている。また、上記係合部材１６がダストシール３８の弾性力によって縮径状態に切り換えられている。

図１のアンクランプ状態で、ワーク１０の孔１１の軸心Ａ_１がクランプロッド２８の軸心Ａ_２またはピストン２１（およびハウジング１）の軸心Ａ_３に対して左側に距離ｇ_１だけ心ズレしている状態で、搬送機構（図示しない）によって上方から搬入される。すると、そのワーク１０の孔１１が支持筒６の周壁６ｂを外嵌めていくと共に、ワーク１０の孔１１の内周壁が支持筒６の周壁６ｂを介してクランプロッド２８を左方に押す。すると、ピストン２１の装着孔２６の底面とクランプロッド２８の装着溝３０との間で鋼球３１が転がることにより、クランプロッド２８がピストン２１に対して左方へ円滑に移動される。次いで、クランプロッド２８のカム部４１の右壁が押圧部材４３の先端部４３ａを左方に押圧する。すると、押圧部材４３が進出バネ４３の上方への付勢力に抗して下方へ移動される。また、収容孔５の内周面と支持筒６の外周面との間に形成された隙間７を封止するようにダストシール３８の外端部３８ｂがハウジング１の上端面３ａ上で摺動される。引き続いて、ワーク１０の孔１１が支持筒６を外嵌めていくと、上記テーブルＴから上方に突設された支持ピン４５に、ワーク１０の下面１０ａが受け止められる。

上記クランプ装置を図１のアンクランプ状態から図２のクランプ状態へ切り換えるときには、アンクランプ室２２の圧油を排出するとともに、クランプ室２３に圧油を供給する。すると、まず、進出バネ１３の付勢力によって上昇位置に保持された支持筒６に対して、クランプロッド２８が下降されていく。次いで、クランプロッド２８の楔面３４によって係合部材１６が縮径状態から拡径され（半径方向の外方へ移動され）、当該係合部材１６の突起１７がワーク１０の孔１１の内周面に係合される。引き続いて、孔１１の内周面に食い込んだ状態の係合部材１６が、上記の孔１１を介してワーク１０を下向きに引っ張る。これと同時に、係合部材１６が支持筒６を進出バネ１３の付勢力に抗して下方へ押圧する。これにより、ワーク１０が支持ピン４５に強力に押圧される。その結果、クランプ装置は、図２のクランプ状態に切り換えられる。

上記クランプ装置を図２のクランプ状態から図１のアンクランプ状態へ切り換えるときには、クランプ室２３の圧油を排出すると共に、アンクランプ室２２へ圧油を供給する。すると、まず、アンクランプ室２２の圧油がクランプロッド２８を上昇させていく。すると、クランプロッド２８の楔面３４が上方へ移動されるので、係合部材１６の半径方向の内方への移動が許容される。すると、係合部材１６がダストシール３８の復元力によって拡径状態から縮径される（半径方向の内方へ移動される）。これにより、クランプ装置は、図１のアンクランプ状態に切り換えられる。引き続いて、搬送機構（図示しない）によってワーク１０が上方に移動されて支持筒６からワーク１０の孔１１の周壁が離間される。すると、ワーク１０が支持筒６を介してクランプロッド２８を左方へ押していた力が作用されなくなる。これにより、戻し機構４０の進出バネ４４の付勢力によって押圧部材４３がクランプロッド２８のカム部４１の右壁を右方へ押す。その結果、クランプロッド２８の軸心Ａ_２とピストン２１（又はハウジング１）の軸心Ａ_３とが一致する位置（所定位置）に当該クランプロッド２８が半径方向の内方へ移動される。

第１実施形態は次の長所を奏する。
上記ワーク１０の孔１１の軸心Ａ_１がクランプロッド２８の軸心Ａ_２に対して左方に過度に心ズレした状態で、ワーク１０をクランプ装置に搬入するときに、ワーク１０の孔１１の周壁が支持筒６を左方へ移動させながら外嵌していく。その後、そのワーク１０を搬出したときに、戻し機構４０の進出バネ４４が押圧部材４３を介してカム部４１を上方へ押すことにより、クランプロッド２８がハウジング１の軸心Ａ_３に向けて右方へ確実に復帰駆動される。

図３は、本発明の第２実施形態を示し、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参照数字を付けて説明する。
図３の第２実施形態が上記の第１実施形態と異なる点は次の通りである。

第２実施形態のクランプ装置では、支持筒６の周壁と頂部が省略されている。その支持筒６が係合部材１６を下方から支持する。その支持筒６が、進出バネ１３によって構成される進出機構１２によって上方へ付勢される。各係合部材１６の外周部に溝１６ａが周方向に形成される。係合部材１６の溝１６ａにゴムや板バネ等の弾性体からなるダストシール３８が装着される。ダストシール３８の弾性力によって半径方向の内方へ付勢された係合部材１６が、その受け面３５と楔面３４とを介してクランプロッド２８に受け止められる。

上記の上ハウジング３の上端面３ａが半径方向の外方に向かうにつれて高さが低くなるように傾斜される。水平方向に対して上端面３ａが傾斜角度α（°）だけ傾斜されている。本実施形態において、傾斜角度は、０〜５°程度であるが、これに限定されるものではない。これにより、上端面３ａに切粉等の異物が堆積するのを防止できる。

第２実施形態のクランプ装置では、戻し機構４０は以下のように構成される。
前記のピストン２１の案内孔２６の底壁に溝が右方へ向かうにつれて当該溝の深さが深くなるように形成される。その溝の底壁にカム部４１が形成される。また、クランプロッド２８のフランジ部２９の下端部に装着孔４２が上下方向に形成される。その装着孔４２に球状の押圧部材４３が上下方向へ移動可能に挿入される。装着孔４２内に進出バネ４４が装着され、その進出バネ４４がクランプロッド２８に対して押圧部材４３を下方のカム部４１に向けて付勢している。これにより、クランプロッド２８に半径方向の外力が作用されていないときに、進出バネ４４が押圧部材４３とカム部４１を介してピストン２１を下方に押す。これにより、そのピストン２１からの反力が、カム部４１と押圧部材４３と進出バネ４４とを介してクランプロッド２８を右側限界位置（所定位置）Ａ_４に向けて右方へ移動させるように作用する。その結果、クランプロッド２８が案内孔２６に右側から受け止められる。

第２実施形態は次の長所を奏する。
上記ワーク１０の孔１１の軸心Ａ１がクランプロッド２８の軸心Ａ２に対して左方に過度に心ズレした状態で、ワーク１０をクランプ装置に搬入するときに、ワーク１０の孔１１の周壁が係合部材１６を左方へ移動させながら外嵌していく。その後、そのワーク１０を搬出したときに、戻し機構４０の進出バネ４４が押圧部材４３を介してカム部４１を下方へ押すことにより、クランプロッド２８が右側限界位置Ａ４（所定位置）に向けて右方へ確実に復帰駆動される。

上記の各実施形態は次のように変更可能である。
本発明が適用されるクランプ対象物は、例示したワーク１０に代えてワークパレットや金型などであってもよい。
上記の進出機構１２は、例示した進出バネ１３とバネ受け１４とによって構成されることに代えて、油圧シリンダ等の流体圧シリンダによって構成されてもよい。
上記の係合部材１６は、係合ボールや環状コレットでもよい。その環状コレットは、クランプロッド２８の楔面３４を外嵌めするように支持筒６に支持される。その環状コレットの周壁には、上下方向へスリットが形成される。クランプロッド２８をクランプ駆動すると、環状コレットは、楔部３４によって押圧されて半径方向の外方へ弾性変形し、ワーク１０の孔１１の内周面に係合される。
上記のピストン２１とクランプロッド２８とを別体に構成するのに代えて、ピストンとクランプロッドとを一体に構成してもよい。この場合、ピストンがシリンダ孔に上下方向および半径方向に移動可能に保密状に挿入される。
上記の駆動手段２４は、例示したように、複動式の油圧シリンダに代えて、単動式の油圧シリンダであってもよく、また、他の圧力流体等の流体圧アクチュエータや電動アクチュエータに変更してもよい。
上記の楔面３４及び係合部材１６は、周方向へ所定の間隔を空けて３つ配置する例を示したが、１つまたは２つまたは４つ以上配置してもよい。
上記の楔面３４は、例示したように、上方に向かうにつれて軸心から遠ざかるように形成されるのに代えて、上方に向かうにつれて軸心に近づくように形成されてもよい。
上記の押圧部材４３の先端部４３ａがテーパー状に形成されるのに代えて、上方に向うにつれて細くなるように傾斜された面であってもよい。
上記のカム部４１内壁面がテーパー状に形成されるのに代えて、ハウジングの軸方向に対して傾斜された面であってもよい。
上記の押圧部材４３をカム部４１に向けて付勢する手段は、例示した進出バネ４４に代えて、油圧シリンダ等の流体圧シリンダであってもよい。
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，３ａ：上端面（先端面），５：収容孔，６：支持筒（支持部材），１０：ワーク（クランプ対象物），１１：孔，１６：係合部材，２１：ピストン，２８：クランプロッド，３１：係合ボール，３８：ダストシール（シール部材），３８ｂ：リップ部（外端部），４０：戻し機構，４１：カム部，４３：押圧部材．

Claims

ハウジング（１）に形成された収容孔（５）に挿入された支持部材（６）と、
前記ハウジング（１）よりも先端側へ突設されると共に、半径方向に移動可能となるように前記支持部材（６）によって基端側から支持される係合部材（１６）であって、クランプ対象物（１０）の孔（１１）に挿入可能となっている係合部材（１６）と、
前記ハウジング（１）内に軸方向に移動可能に挿入されるピストン（２１）と、
前記ピストン（２１）に半径方向に移動可能に連結されるクランプロッド（２８）であって、前記係合部材（１６）に先端側または基端側から楔係合するクランプロッド（２８）と、
前記ピストン（２１）と前記クランプロッド（２８）との間に設けられる戻し機構（４０）であって、前記ピストン（２１）に対して前記クランプロッド（２８）を所定位置に向けて半径方向へ復帰駆動させる戻し機構（４０）と、を備え、
前記戻し機構（４０）は、
前記ピストン（２１）および前記クランプロッド（２８）のうちのいずれか一方の部材に、当該一方の部材から他方の部材に向かうにつれて広がるように形成されるカム部（４１）と、
前記他方の部材に軸方向へ移動可能に設けられる押圧部材（４３）であって、前記カム部（４１）に向けて付勢される押圧部材（４３）と、を備える、
ことを特徴とするクランプ装置。
請求項１のクランプ装置において、
前記支持部材（６）の外周部および前記係合部材（１６）の外周部に環状のシール部材（３８）が装着され、前記シール部材（３８）の半径方向の外端部（３８ｂ）が前記ハウジング（１）の先端面（３ａ）上で摺動可能となっている、
ことを特徴とするクランプ装置。
請求項１のクランプ装置において、
前記係合部材（１６）の外周部に環状のシール部材（３８）が装着され、前記シール部材（３８）の半径方向の外端部（３８ｂ）が前記ハウジング（１）の先端面（３ａ）上で摺動可能となっている、
ことを特徴とするクランプ装置。
請求項１のクランプ装置において、
前記ピストン（２１）と前記クランプロッド（２８）との間に転がることができるように係合ボール（３１）が装着される、
ことを特徴とするクランプ装置。