JPWO2007060986A1 - クランプ装置およびその装置を利用したクランピングシステム - Google Patents

Abstract

基準ブロック(１)に、下方へ狭まるテーパ内面(２３)を有する中心孔(２０)を設ける。上記テーパ内面(２３)にテーパ係合可能なテーパ外面(２７)を有する剛性スリーブ(２１)を、軸心方向へ移動可能に上記の基準ブロック(１)に支持する。ロック駆動時には、上記の剛性スリーブ(２１)に挿入した出力部材(４８)を下方へ移動させる。すると、ワークパレット(２)のソケット孔(３)に挿入したクランプ具(３３)が、弾性部材(４５)に抗して下方かつ半径方向の外方へロック移動されると共に、上記の剛性スリーブ(２１)の前記テーパ外面(２７)が前記テーパ内面(２３)にテーパ係合する。

Description

この発明は、工作機械のテーブル等の基準ブロックにワークパレットやワーク等の可動ブロックを固定するためのクランプ装置に関し、さらには、そのクランプ装置を利用したクランピングシステムに関する。

この種のクランプ装置には、従来では、下記の特許文献１(日本国・特許第３５５００１０号公報)に記載されたものがある。その従来技術は、本件発明の譲受け人が提案したものであって、次のように構成されている。
環状コレットの内周面にプルロッド上部のテーパ外周面を上側から係合させ、上記コレット及びプルロッドをハウジングに対して半径方向へ移動可能に配置してある。そして、押圧バネによって上方へ付勢された上記コレットに対してプルロッドを下降させると、そのコレットが拡径してワークの係合孔に密着すると共に、上記コレットを介してワークが下降駆動される。
特許第３５５００１０号公報

上記の従来装置は、ワークを固定する機能だけを備えており、そのワークを位置決めする機能を備えてない。このため、上記ワークを位置決めした後で固定するシステムを構築する場合には、専用の位置決め装置を新たに設置する必要がある。その結果、クランピングシステムは、構成が複雑になるうえ大形になる。
本発明の目的は、位置決め機能を備えたクランプ装置およびその装置を利用したクランピングシステムを提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、例えば、図１から図４Ｂ、図６Ａと図６Ｂ、図８、又は図９Ａから図９Ｄに示すように、ソケット孔(３)を有する可動ブロック(２)を基準ブロック(１)にクランプする装置を次のように構成した。

上記の基準ブロック(１)に、基端方向へ狭まるテーパ内面(２３)を有する中心孔(２０)を、上記ソケット孔(３)に対面可能に設ける。上記の中心孔(２０)の上記テーパ内面(２３)にテーパ係合可能なテーパ外面(２７)と同上の中心孔(２０)よりも先端方向へ突出されて前記ソケット孔(３)に挿入可能な突出部(２５)と軸心方向へ延びる筒孔(２１ａ)とを有する剛性スリーブ(２１)を、その軸心方向へ所定範囲内で移動可能なように上記の基準ブロック(１)に支持する。上記の剛性スリーブ(２１)を進出手段(４５)によって先端方向へ押圧する。上記の剛性スリーブ(２１)の前記の筒孔(２１ａ)に出力部材(４８)を挿入する。その出力部材(４８)を、前記ソケット孔(３)に挿入されるように前記の突出部(２５)に設けたクランプ具(３３)に連結可能に構成する。駆動手段(Ｄ)が上記の出力部材(４８)を基端方向へ移動させることにより、その出力部材(４８)が、前記の進出手段(４５)に抗して上記クランプ具(３３)を基端方向かつ半径方向の外方へロック移動させると共に、前記の剛性スリーブ(２１)の前記テーパ外面(２７)を前記の中心孔(２０)の前記テーパ内面(２３)にテーパ係合させる。

なお、上記発明において、剛性スリーブとは、例えばコレット等のように直径方向へ弾性変形されるスリーブとは異なり、弾性変形が極めて少ないように構成した筒状部材をいう。
また、前記クランプ具としては、例えばコレット等のような環状クランプ具が弾性変形して半径方向へ拡縮する場合や、周方向へ間隔をあけて配置した複数のクランプ具が半径方向の外方と内方とへ拡縮移動する場合などが考えられる。
前記の駆動手段としては、流体圧アクチュエータ等を利用した自動的な手段とネジ推力等を利用した手動的な手段とが考えられる。

本発明は、例えば、図３Ａから図４Ｂに示すように、次のように作用する。
図３Ａのリリース状態では、出力部材４８がクランプ具３３を先端方向(図中の上方)へ上昇させ、そのクランプ具３３が縮径状態へ切り換えられている。また、剛性スリーブ２１は進出手段４５によって上昇位置に保持されている。
基準ブロック１に可動ブロック２を位置決めするときには、まず、上記図３Ａのリリース状態で可動ブロック２を下降させてソケット孔３を上記クランプ具３３に外嵌させ、その可動ブロック２を基準ブロック１に受け止める。なお、その受け止め時には、上記の図３Ａに示すように、上記の可動ブロック２を剛性スリーブ２１等の別の部材を介して基準ブロック１に受け止める場合と、その可動ブロック２を基準ブロック１に直接に受け止める場合とが考えられる。

図３Ｂのロック開始状態に示すように、出力部材４８を下降させると、まず、進出手段４５によってほぼ上昇位置に保持された剛性スリーブ２１を介してクランプ具３３が拡径(又は半径方向の外方へ移動)してソケット孔３に接当する。

次いで、図４Ａのロック途中状態に示すように、進出手段４５によって上向きに押圧された剛性スリーブ２１に対して上記クランプ具３３がさらに拡径して、そのクランプ具３３が上記ソケット孔３の内周面に密着する。

引き続いて、図４Ｂに示すように、上記の進出手段４５に抗して剛性スリーブ２１が下降し、その剛性スリーブ２１のテーパ外面２７が前記の中心孔２０のテーパ内面２３にテーパ係合する。これにより、上記の剛性スリーブ２１は、上記テーパ係合を介して、半径方向(水平方向)および軸心方向(上下方向)方向で基準ブロック１に拘束される。そして、可動ブロック２は、上記の拘束状態の剛性スリーブ２１とソケット孔３に密着したクランプ具３３とを介して基準ブロック１に水平方向に位置決めされる。これとほぼ同時に、上記の剛性スリーブ２１に対して出力部材４８がさらに下降駆動され、その出力部材４８がクランプ具３３を介して可動ブロック２を下向きに押圧する。これにより、その可動ブロック２の被支持面２ａが基準ブロック１の支持面１ａに強力に押圧される。

従って、本発明は次の長所を奏する。
可動ブロックをクランプ具と剛性スリーブとを介して基準ブロックに位置決めした後で上記の可動ブロックを基準ブロックにクランプできるので、位置決め機能付きのクランプ装置を簡素かつコンパクトに構成できる。
また、ロック時には、前記の剛性スリーブのテーパ外面が前記の中心孔２０のテーパ内面にテーパ係合することにより、その剛性スリーブを前記の基準ブロックと一体化できる。このため、上記の剛性スリーブは、半径方向(水平方向)の剛性が大きくなる。その結果、機械加工時の加工反力等の大きな外力が可動ブロックに作用した場合でも、その可動ブロックを位置決め状態に保持できる。
しかも、上記の剛性スリーブは、基準ブロックとは別の独立部品として構成したので、摩耗した場合でも安価かつ容易に交換できる。さらには、その剛性スリーブは、独立部品であるので、材質の選択や肉厚の選定や表面処理等において設計の自由度が大きくなるので、高精度かつ高剛性に造れる。その結果、長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できるクランプ装置を提供できる。

本発明には、例えば、図３Ａ又は図５Ａ若しくは図９Ａに示すように、次の構成を加えることが好ましい。
即ち、前記の中心孔(２０)の外方で前記の剛性スリーブ(２１)から半径方向の外方へフランジ部(２８)を突出させ、そのフランジ部(２８)と前記の基準ブロック(１)との間に前記の進出手段(４５)を環状に配置する。
この場合、切粉等の異物が基準ブロック内へ侵入するのを上記の進出手段によって防止できる。また、その防止手段が前記の進出手段を兼用するので、クランプ装置は、部品点数が少なくなり、簡素かつコンパクトに構成できる。

本発明は、例えば、図３Ａ又は図９Ａに示すように、前記の環状の進出手段(４５)を、ゴム又は合成樹脂等のシール用の弾性部材によって構成することが好ましい。
この場合、切粉等の異物が基準ブロック内へ侵入するのを上記の弾性部材によって確実に防止できる。

本発明には、例えば図３Ａから図４Ｂに示すように、次の構成を加えることが好ましい。
前記の中心孔(２０)の外方で前記の剛性スリーブ(２１)から半径方向の外方へフランジ部(２８)を突出させる。そのフランジ部(２８)に前記の可動ブロック(２)を載置した状態では、前記進出手段(４５)が上記の可動ブロック(２)を押圧して、その可動ブロック(２)の被支持面(２ａ)と前記の基準ブロック(１)の支持面(１ａ)との間に着座隙間(Ｅ)が形成されるように構成する。上記の支持面(１ａ)に、着座確認用の圧力流体の検出孔(７４)を開口させる。
この場合、基準ブロックから可動ブロックが離間している状態では着座隙間が形成され、基準ブロックに可動ブロックが着座している状態では上記の着座隙間を消失させることが可能になるので、上記の離間状態と着座状態とを確実に区別して検出できる。

本発明には、例えば、同上の図３Ａから図４Ｂに示すように、次の構成を加えることが好ましい。
前記の基準ブロック(１)に、ロック確認用の圧力流体の供給口(７６)を設ける。その供給口(７６)を、前記テーパ内面(２３)と前記テーパ外面(２７)との間のロック隙間(Ｆ)を介して外部空間へ連通させる。上記テーパ外面(２７)が上記テーパ内面(２３)にテーパ係合したときに上記の供給口(７６)と外部空間との連通状態を遮断するように構成する。
この場合、リリース状態ではロック隙間が形成され、ロック状態では上記ロック隙間を消失させることが可能なので、上記リリース状態とロック状態とを確実に区別して検出できる。

本発明においては、例えば、図３Ａ、又は図５Ａと図５Ｂに示すように、前記の基準ブロック(１)に設けた前記の中心孔(２０)の前記テーパ内面(２３)のほぼ全周に、前記の剛性スリーブ(２１)の前記テーパ外面(２７)をテーパ係合可能に構成してもよい。

また、本発明には、例えば、図６Ａと図６Ｂ、又は図６Ｃ若しくは図６Ｄに示すように、次の構成を加えてもよい。
前記の基準ブロック(１)に設けた前記の中心孔(２０)の内周と前記の剛性スリーブ(２１)の外周との少なくとも一方に、半径方向に向かい合う一対の突出部(８０)(８０)を設ける。上記の各突出部(８０)に前記テーパ内面(２３)又は前記テーパ外面(２７)を形成する。上記の中心孔(２０)の上記の内周と上記の剛性スリーブ(２１)の上記の外周との間に、上記の突出部(８０)(８０)によって区画された移動許容スペース(８１)(８１)を半径方向に向かい合うように形成する。

本発明においては、例えば、図３Ａ、又は図５Ａと図５Ｃに示すように、前記クランプ具(３３)を直径方向へ拡大および縮小可能なコレットによって構成し、上記コレット式のクランプ具(３３)を前記の剛性スリーブ(２１)の前記の突出部(２５)に先端側から楔係合させることが好ましい。
この発明は、前述した従来構造とは逆に、剛性スリーブにクランプ具を先端側から楔係合させたので、その楔係合部分を先端側から容易に覆うことが可能になった。このため、その楔係合部分に切粉などの異物が侵入するのを防止できる。その結果、クランプ装置を長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できる。

本発明においては、例えば図９Ａから図９Ｄに示すように、前記の剛性スリーブ(２１)の前記の突出部(２５)の周壁に周方向へ間隔をあけて配置した複数のボール(９６)によって前記クランプ具(３３)を構成し、前記の出力部材(４８)が上記の各ボール(９６)を半径方向の外方の係合位置(Ｘ)へ切り換えるように構成してもよい。
なお、前記ボール９６は、少なくとも３つ設けることが好ましい。
この発明は次の長所を奏する。
ボールからなるクランプ具を剛性スリーブの周壁内に配置したので、その剛性スリーブの外周にクランプ具を配置した場合と比べると、可動ブロックのソケット孔に挿入される部分を小径に造れる。このため、小径のソケット孔に好適で簡素な構成のクランプ装置を提供できる。
また、ボールからなるクランプ具は、コレット式のクランプ具と比べると、半径方向の外方への移動量を大きくできる。このため、可動ブロックのソケット孔と剛性スリーブの突出部の外周面との間の嵌合隙間を大きくすることが可能となり、そのソケット孔と剛性スリーブとの嵌合操作が容易になる。
しかも、ボールからなるクランプ具は、面圧が大きいので、可動ブロックのソケット孔を弾性変形または塑性変形させて上記ソケット孔に強力に密着できるので、大きなクランプ力を確保できる。

上記クランプ装置を利用したクランピングシステムとしては、上記各発明のいずれかに記載したクランプ装置を一つ備える場合と、特定の発明のクランプ装置だけを複数備える場合と、異なる発明のクランプ装置同士を組み合わせる場合とが考えられる。

図１は、本発明を利用したクランピングシステムの原理を示す模式図であって、そのクランピングシステムの横断面図である。 図２Ａは、上記クランピングシステムの第１クランプ装置の第１実施形態を示し、図１又は図２Ｂの２Ａ−２Ａ線の矢視図に相当する断面図である。 図２Ｂは、上記クランプ装置の平面図である。 図３Ａは、上記クランプ装置のリリース状態を示し、上記の図２Ａの要部拡大図である。 図３Ｂは、同上クランプ装置のロック開始状態を示し、図３Ａに類似する図である。 図４Ａは、上記クランプ装置のロック途中状態を示し、上記の図３Ａに類似する図である。 図４Ｂは、上記クランプ装置のロック終了状態を示し、同上の図３Ａに類似する図である。 図５Ａから図５Ｃは、上記の第１クランプ装置の変形例を示している。 図５Ａは、前記図３Ａに類似する図である。 図５Ｂは、上記の図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線の断面図である。 図５Ｃは、同上の図５Ａの５Ｃ−５Ｃ線の断面図である。 図６Ａと図６Ｂは、前記クランピングシステムの第２クランプ装置を示している。 図６Ａは、図６Ｂの６Ａ−６Ａ線の断面図であって、前記の図５Ａに類似する図である。 図６Ｂは、上記の図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線の断面図である。 図６Ｃは、上記の第２クランプ装置の第１変形例を示し、上記の図６Ｂに類似する図である。 図６Ｄは、同上の第２クランプ装置の第２変形例を示し、同上の図６Ｂに類似する図である。 図７Ａと図７Ｂは、前記クランピングシステムの第３クランプ装置を示している。 図７Ａは、前記の図５Ａに類似する部分図である。 図７Ｂは、図７Ａの７Ｂ−７Ｂ線の断面図である。 図８は、前記の第１クランプ装置の第２実施形態を示し、前記の図２Ａに類似する図である。 図９Ａから図９Ｄは、上記の第１クランプ装置の第３実施形態を示している。 図９Ａは、そのクランプ装置のリリース状態を示し、図９Ｂの９Ａ−９Ａ線の矢視図に相当する断面図である。 図９Ｂは、図９Ａの平面視の断面図である。 図９Ｃは、上記クランプ装置のロック状態を示し、図９Ａに類似する図である。 図９Ｄは、図９Ｃの平面視の断面図である。

符号の説明

１：基準ブロック，１ａ：支持面，２：可動ブロック(ワークパレット)，２ａ：被支持面，３：ソケット孔，２０：中心孔，２１：剛性スリーブ，２１ａ：筒孔，２３：テーパ内面，２５：突出部，２７：テーパ外面，２８：フランジ部，３３：クランプ具，４５：進出手段(弾性部材)，４８：出力部材，７４：圧力流体の検出孔，７６：圧力流体の供給口，８０：突出部，８１：移動許容スペース，９６：ボール(クランプ具)，Ｄ：駆動手段，Ｅ：着座隙間，Ｆ：ロック隙間，Ｘ：係合位置．

図１から図７Ｂは、本発明の一実施形態を示し、本発明のクランプ装置をワークパレットのクランピングシステムに適用したものを例示してある。
図１はクランピングシステムの横断面図である。図２Ａは、上記クランピングシステムの第１クランプ装置の立面視の断面図であって、図１又は図２Ｂの２Ａ−２Ａ線の矢視図に相当する図である。図２Ｂは、上記クランプ装置の平面図である。図３Ａから図４Ｂは、作動説明図である。図５Ａから図５Ｃは、上記の第１クランプ装置の変形例を示している。図６Ａと図６Ｂは、前記クランピングシステムの第２クランプ装置を示している。図６Ｃと図６Ｄは、それぞれ、上記の第２クランプ装置の変形例を示している。図７Ａと図７Ｂは、前記クランピングシステムの第３クランプ装置を示している。

この実施形態では、図１と図２Ａに示すように、工作機械のテーブルＴに基準ブロック１を載置し、その基準ブロック１の支持面１ａに、可動ブロックとしてのワークパレット２の被支持面２ａを受け止めるように構成してある。その被支持面２ａには、円形のストレート孔からなるソケット孔３が複数開口される。ここでは、四つのソケット孔３を図示している。

上記の基準ブロック１は、上記テーブルＴに固定したベースプレート４を備える。そのベースプレート４には、上記ソケット孔３に対応させて、位置決め機能とロック機能とを備えた第１クランプ装置１１および第２クランプ装置１２と、ロック機能だけを備えた二つの第３クランプ装置１３・１３とが設けられる。第１クランプ装置１１と第２クランプ装置１２とが対角線上に配置されると共に、二つの第３クランプ装置１３・１３も対角線上に配置されている。

上記の各クランプ装置１１・１２・１３は、図１に示すように、後述する環状クランプ具３３を楔作用によって放射状に拡径して、その環状クランプ具３３の周壁のほぼ全周をソケット孔３に密着させた状態で下方へ駆動して、基準ブロック１にワークパレット２を固定する。

第１クランプ装置１１は、上記クランプ具３３の密着とほぼ同時に基準ブロック１に対して後述の剛性スリーブ２１(図３Ａ参照)を水平方向かつ垂直方向へ位置決めする。また、第２クランプ装置１２は、剛性スリーブ２１(図６Ａ参照)を基準軸心Ａ・Ｂ同士を結ぶ直線Ｌにほぼ直交する水平方向へ位置決めすると共に垂直方向へも位置決めして、前記のワークパレット２が上記の軸心Ａの回りに旋回するのを阻止する。なお、第３クランプ装置１３は、基準ブロック１に対して剛性スリーブ２１を水平方向へ移動可能に構成してあり(図７Ａ及び図７Ｂを参照)、このため、垂直位置決め機能だけを備え、水平位置決め機能を備えてない。

上記の第１クランプ装置１１と第２クランプ装置１２とは、後述する相違点を除いて同一の構造であって、基本的には下記の構造が共通している。

図１から図２Ｂに示すように、前記ベースプレート４の装着穴４ａにハウジング１５の下部が嵌入され、そのハウジング１５のフランジ１６が４本の締付けボルト１７によって上記の装着穴４ａの周壁に固定される。
上記ハウジング１５の上半部には、上下方向へ延びる中心孔２０が、基準軸心Ａ(図１と図２Ａを参照)と同心状に形成される。その中心孔２０は、前記ソケット孔３に対面可能に配置されている。上記の中心孔２０に剛性スリーブ２１が上下方向(軸心方向)へ移動可能に挿入されている。

上記の中心孔２０と剛性スリーブ２１とは、図３Ａの拡大図に示すように、次のように構成されている。
上記の中心孔２０の内周の上部と下部とに、それぞれテーパ内面２３・２３が形成される。各テーパ内面２３は下方(基端方向)へ向かうにつれて縮径されている。
上記の剛性スリーブ２１は、上記の中心孔２０に挿入される基部２４と、前記ソケット孔３に挿入可能な突出部２５とを備える。その突出部２５は、上記の中心孔２０の上端よりも上方(先端方向)へ突出されている。
上記の基部２４の外周面には、上記テーパ内面２３にテーパ係合可能なテーパ外面２７が設けられる。上記テーパ内面２３及び上記テーパ外面２７のテーパ角度は、約５度から約２３度の範囲内であることが好ましく、さらに好ましいのは約１０度から約１６度の範囲内である。
また、上記の中心孔２０の上方で前記の突出部２５の下部からフランジ部２８が半径方向の外方へ突出される。さらに、その突出部２５の上部には、上方へ向かうにつれて縮径するテーパ外周面３０が形成される。

剛性スリーブ２１の上記テーパ外周面３０に環状のクランプ具３３のテーパ内周面３４が上側から楔係合される。そのクランプ具３３のストレート外周面３５が前記ワークパレット２のソケット孔３に挿入可能になっている。上記クランプ具３３はコレット形に形成されている。即ち、クランプ具３３の周壁に上下方向へ延びる一つのスリット３６を形成してあり、これにより、そのクランプ具３３が直径方向へ拡大および縮小可能に構成されると共に自己の弾性復元力によって縮径される。

前記の中心孔２０の周壁の上部と前記フランジ部２８との間に弾性部材(進出手段)４５が配置される。その弾性部材４５は、ゴム又は合成樹脂などのシール部材によって構成されており、剛性スリーブ２１を上方(先端方向)へ押圧している。上記の剛性スリーブ２１が所定量以上に上昇することは、その剛性スリーブ２１の下部に装着したストッパー４７によって阻止されている。

前記ハウジング１５内に出力部材４８が上下移動自在に挿入される。その出力部材４８は、ハウジング１５の下部のシリンダ孔４９に保密状に挿入したピストン５０と、そのピストン５０から上向きに突出されると共にロッド孔５１に保密状に挿入されたピストンロッド５２と、そのピストンロッド５２にネジ止めした連結ロッド５３とを備える。前記の剛性スリーブ２１の筒孔２１ａに上記の連結ロッド５３が挿入される。その連結ロッド５３の上フランジ５６と上記の連結ロッド５３の頭部５４との間に、前記クランプ具３３の上フランジ５７が半径方向へ摺動可能に嵌合されている。

図２Ａに示すように、上記ハウジング１５内には、駆動手段Ｄを構成するロック手段６１およびリリース手段６２が設けられる。そのロック手段６１は、上記ピストン５０と、そのピストン５０の上側に形成したロック室６３とによって構成される。そのロック室６３がロック用の圧油給排口６４へ連通される。また、上記リリース手段６２は、上記ピストン５０と、そのピストン５０の下側に形成したリリース室６６とによって構成される。そのリリース室６６にリリース用の圧油給排口６７が連通される。
なお、ロック用給排路６９の縦路には絞りピン７０が嵌合され、その嵌合隙間によって絞り路を構成している。

上記ハウジング１５の上面には周方向へ間隔をあけて複数のボス７２が上方へ突出され、そのボス７２の上面が基準ブロック１の支持面１ａを構成している。
また、第１クランプ装置１１には着座確認手段が設けられる。即ち、前記の支持面１ａに検出孔７４を開口し、その検出孔７４に検出用の圧縮空気を供給する。そして、前記ワークパレット２の被支持面２ａが上記の支持面１ａに接当して着座隙間Ｅが消失すると、上記の検出孔７４内の圧力が上昇する。その圧力上昇を圧力スイッチ等で検出することによって、ワークパレット２がハウジング１５に着座したことを確認できる。

さらに、図２Ａと図３Ａに示すように、ロック確認手段が設けられる。即ち、ロック確認用のエアー供給口７６が、ハウジング１５内の横路７７と、下側のテーパ内面２３とテーパ外面２７との間のロック隙間Ｆと、前記ストッパー４７に設けた連通溝(図示せず)と、上記の剛性スリーブ２１の筒孔２１ａと連結ロッド５３の外周面との間の隙間と、クランプ具３３のスリット３６とを順に通って、外部空間へ連通される。そして、テーパ内面２３にテーパ外面２７が接当して上記の連通を遮断すると、エアー供給口７６の圧力が上昇する。その圧力上昇を圧力スイッチ等で検出することによって、クランプ具３３及び剛性スリーブ２１が下降してロック状態であることを確認するのである。
なお、上記ストッパー４７に前記の連通溝(図示せず)を設けるとしたが、これに代えて、上側のテーパ内面２３とテーパ外面２７との間のロック隙間Ｆを連通路(図示せず)を介して剛性スリーブ２１の筒孔２１ａに連通させてもよい。

上記の各クランプ装置１１・１２・１３の環状クランプ具３３の周壁のほぼ全周が、剛性スリーブ２１のテーパ外周面３０によって半径方向の外方へ拡径されるようになっている(図１を参照)。
また、第１クランプ装置１１の位置決め機構１１ａは、図２Ａ及び図３Ａ(及び後述の図５Ｂを参照)に示すように、前記の中心孔２０の前記テーパ内面２３のほぼ全周に、前記の剛性スリーブ２１の前記テーパ外面２７をテーパ係合可能に構成してある。

図５Ａから図５Ｃは、上記の第１クランプ装置１１の変形例を示している。図５Ａは、前記の図３Ａに類似する図である。図５Ｂは、上記の図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線の断面図である。図５Ｃは、同上の図５Ａの５Ｃ−５Ｃ線の断面図である。
この場合、前記の連結ロッド５３の頭部５４とピストンロッド５２との間にパイプ５５が挟み付けられており、そのパイプ５５内に連結ロッド５３が挿入されている。また、前記の進出手段４５は、上下方向に積層させた複数枚の皿バネによって構成してある。さらに、前記のコレット式のクランプ３３の上半部の外周をカバー筒５８によって覆ってある。このカバー筒５８は、切粉等の異物が前記スリット３６を通って剛性スリーブ２１の内部へ侵入するのを防止してある。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、前記の第２クランプ装置１２の位置決め機構１２ａは、前記の第１クランプ装置１１の位置決め機構１１ａとは次の構造が異なる。図６Ａは、図６Ｂの６Ａ−６Ａ線の断面図であって、前記の図５Ａに類似する図である。図６Ｂは、上記の図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線の断面図である。
前記の剛性スリーブ２１の外周に、半径方向に向かい合う一対の突出部８０・８０が設けられ、各突出部８０に前記テーパ外面２７が形成される。そして、上記の中心孔２０の上記の内周と上記の剛性スリーブ２１の上記の外周との間に、上記の突出部８０・８０によって区画された移動許容スペース８１・８１が半径方向に向かい合うように形成されている。これにより、剛性スリーブ２１は、上記突出部８０・８０の対面方向に嵌合隙間を無くすように機能し、一方、その対面方向に対して直交する半径方向へ剛性スリーブ２１が移動することが許容される。なお、図６Ａと図６Ｂ中の参照数字８２は回り止めピンである。

図６Ｃは、上記の位置決め機構１２ａの第１変形例を示している。この場合、前記の中心孔２０の内周に、半径方向に向かい合う一対の突出部８０・８０が設けられ、各突出部８０に前記テーパ内面２３が形成される。また、前記の一対の移動許容スペース８１・８１も図６Ｂと同様に形成されている。

図６Ｄの第２変形例は、上記の図６Ｃの第１変形例を次のように変更したものである。即ち、前記テーパ内面２３と前記テーパ外面２７とが、円周面に代えて平面で構成されている。

前記の第３クランプ装置１３は、図７Ａと図７Ｂに示すように、上記の第１クランプ装置１１とは次の構造が異なる。
前記の中心孔２０の内周面と剛性スリーブ２１の外周面との両周面が上下方向へストレートに形成され、これら両周面の間に、その剛性スリーブ２１が半径方向へ移動するのを許容する環状隙間Ｇが設けられる。これにより、前記ソケット孔３の軸心と中心孔２０の軸心との心ズレを吸収できる。
なお、環状ゴム製の進出手段４５の外周にはダストシール４６を装着してある。

上記の各クランプ装置１１・１２・１３は、ほぼ同様に、次のように作動する。
上記の図２Ａと図３Ａのリリース状態では、ロック室６３の圧油を排出すると共にリリース室６６へ圧油を供給している。これにより、ピストン５０が連結ロッド５３を介して環状クランプ具３３を上昇させ、そのクランプ具３３が縮径状態へ切り換えられている。剛性スリーブ２１は、進出手段としての弾性部材４５によって進出ストロークだけ上昇して、上記クランプ具３３に軽くテーパ係合するか又は上記クランプ具３３に僅かな隙間をあけて対面している。

基準ブロック１にワークパレット２を位置決めするときには、まず、図１と図２Ａ(及び図３Ａ)に示すように、上記リリース状態でワークパレット２を下降させてソケット孔３を上記クランプ具３３に外嵌させ，そのワークパレット２を剛性スリーブ２１のフランジ部２８によって受け止める。この状態では、支持面１ａと被支持面２ａとの間には前記の着座隙間Ｅが形成されている。また、図３Ａに示すように、テーパ内面２３とテーパ外面２７との間には前記ロック隙間Ｆが形成され、ピストンロッド５２の上端面と剛性スリーブ２１の下端面との間には微小な接当隙間Ｎ１が形成されている。
なお、上記のようにロック隙間Ｆを設けたので、ワークパレット２のソケット孔３を上記クランプ具３３に嵌合させるときに、そのソケット孔３の軸心と剛性スリーブ２１の軸心との心ズレを許容できる。

次いで、前記リリース室６６の圧油を排出すると共に前記ロック室６３へ圧油を供給する。すると、ピストン５０が連結ロッド５３を介してクランプ具３３を下降させ、そのクランプ具３３の前記テーパ内周面３４が剛性スリーブ２１のテーパ外周面３０に楔係合していく。

これにより、図３Ｂに示すように、前記の弾性部材４５の付勢力によってほぼ上昇位置に保持された剛性スリーブ２１に対してクランプ具３３が拡径して前記のソケット孔３に接当する。この図３Ｂのロック開始状態では、ピストンロッド５２の上端面と剛性スリーブ２１の下端面との間には、図３Ａの前記の接当隙間Ｎ１よりも大きい接当隙間Ｎ２が形成されている。

次いで、図４Ａに示すように、そのクランプ具３３が、剛性スリーブ２１を介して弾性部材４５を下方へ圧縮しながら拡径して上記ソケット孔３に密着する。これとほぼ同時に、前記ワークパレット２の被支持面２ａが前記の基準ブロック１の前記の支持面１ａに接当する。そして、この図４Ａのロック途中状態では、前記ストッパー４７の上方に、前記の図３Ｂの着座隙間Ｅに相当する下降ストロークＭ１が形成され、ピストンロッド５２の上端面と剛性スリーブ２１の下端面との間には、前記の図３Ｂの接当隙間Ｎ２よりも少し大きい接当隙間Ｎ３が形成されている。

引き続いて、図４Ｂに示すように、上記ソケット孔３の内周面に対して上記クランプ具３３が下方へ摺動しながら移動して、そのクランプ具３３が前記の弾性部材４５を圧縮しながら剛性スリーブ２１をさらに下降させていく。そして、その剛性スリーブ２１が前記の進出ストロークに相当する下降ストロークＭ２だけ下降したときに、上記の剛性スリーブ２１のテーパ面２７が中心孔２０のテーパ内面２３にテーパ係合する。
これにより、上記の剛性スリーブ２１は、上記テーパ係合を介して、半径方向(水平方向)および軸心方向(上下方向)方向で基準ブロック１に拘束される。そして、ワークパレット２は、上記の拘束状態の剛性スリーブ２１とソケット孔３に密着したクランプ具３３とを介して前記ハウジング１５に水平方向に位置決めされる。

これとほぼ同時に、上記の剛性スリーブ２１に対して出力部材４８がさらに下降駆動されることにより、上記ハウジング１５に受け止められた剛性スリーブ２１のテーパ外周面３０にクランプ具３３のテーパ内周面３４が強力に楔係合して拡径して、そのクランプ具３３のストレート外周面３５が前記ソケット孔３に強力に密着する。そして、連結ロッド５３が上記の強力に密着したクランプ具３３を介して前記ワークパレット２の被支持面２ａを前記の基準ブロック１の支持面１ａに強力に押圧する。

上記の図４Ｂのロック終了状態では、上記の剛性スリーブ２１のテーパ外面２７が中心孔２０のテーパ内面２３にテーパ係合することにより、ロック確認用エアー供給口７６の圧力が上昇し、その圧力上昇を検出することにより、ロック状態であることを確認できる。また、被支持面２ａが支持面１ａに接当することにより、検出孔７４の圧力が上昇し、その圧力上昇を検出することにより、ワークパレット２が着座していることを確認できる。

なお、前記図３Ａのリリース状態および図３Ｂのロック開始時において、上記の支持面１ａと上記の被支持面２ａとがほぼ完全に接当するようにしてもよい。この場合、そのロック移動時にクランプ具３３が次のように作動する。
クランプ具３３は、上記ソケット孔３に密着した後、そのソケット孔３に対して摺動しながら下降していく。そして、前述したように、剛性スリーブ２１のテーパ外面２７がテーパ内面２３にテーパ係合したときに、クランプ具３３がソケット孔３に強力に密着し、そのクランプ具３３が上記ワークパレット２を上記の基準ブロック１へ強力に押圧する。

上記の第１クランプ装置１１と第２クランプ装置１２の作動と同時に、ロック機能だけを備えた前記二つの第３クランプ装置１３・１３が上記クランプ具３３を介して上記ワークパレット２を前記の基準ブロック１に強力に固定するのである。
上記ロック状態から前記リリース状態へ切り換えるときには、前述したように前記ロック室６３の圧油を排出すると共に前記リリース室６６へ圧油を供給すればよい。これにより、ピストン５０が連結ロッド５３を介してクランプ具３３を上昇させて、そのクランプ具３３が自己の弾性復元力によって縮径するので、前記ロック状態が解除される。
なお、上記リリース駆動時には、図３Ａに示す前記の接当隙間Ｎ１を無くして、ピストンロッド５２が剛性スリーブ２１を強制的に押し上げるようにしてもよい。

図８と図９Ａから図９Ｄとは、それぞれ、本発明に係る第１クランプ装置１１の第２実施形態と第３実施形態とを示している。これらの別の実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と類似する部材には原則として同一の符号を付けてあり、上述した第１実施形態とは異なる構成について説明する。

図８の第２実施形態は、前記の図２Ａに類似する図である。この場合、前記の駆動手段Ｄを人力式に構成してある。
より詳しくいえば、前記の連結ロッド５３の下部が、前記ベースプレート４のネジ孔８８に螺合される。そして、ロック駆動時には、連結ロッド５３の頭部５４の入力穴８９に六角レンチ９０を挿入して連結ロッド５３を平面視で時計回りの方向へ回転させる。すると、その頭部５４が前記クランプ具３３を拡径させながら下降させるのである。
また、弾性部材(進出手段)４５は、断面視で横Ｕ字状に形成されている。
なお、上記ベースプレート４とハウジング１５は、例示したように別体に構成することに代えて、一体に形成することも可能である。

上記の各実施形態のクランプ具３３は、各周壁に一つのスリット３６を設けたものに代えて、各周壁の上面と下面に交互に開口する複数の貫通溝を周方向へ複数設けたものであってよい。また、上記クランプ具３３を、周方向へ並べた複数の分割体によって構成することも可能である。
なお、上記クランプ具３３の外面は、上下方向にストレートに形成することに代えて、鋸刃状または凹凸状に形成してもよい。また、上記クランプ具３３は、上述した構造に限定されるものではなく、公知の各種構造を採用できることは勿論である。

図９Ａから図９Ｄは、第１クランプ装置１１の第３実施形態を示している。図９Ａは、そのクランプ装置１１のリリース状態を示し、図９Ｂの９Ａ−９Ａ線の矢視図に相当する断面図である。図９Ｂは、図９Ａの平面視の断面図である。図９Ｃは、上記クランプ装置のロック状態を示し、図９Ａに類似する図である。図９Ｄは、図９Ｃの平面視の断面図である。

前記の剛性スリーブ２１は、頂壁２１ｂを備えている。また、その剛性スリーブ２１の前記の突出部２５の周壁２５ａに、半径方向へ延びる３つの貫通孔９５が周方向へ間隔をあけて形成される。各貫通孔９５にボール９６が半径方向へ移動可能に挿入される。その貫通孔９５の外端部を縮径することにより、上記ボール９６が外方へ抜け出るのを防止してある。上記の複数のボール９６が前記クランプ具３３を構成している。
前記の出力部材４８の前記の連結ロッド５３の上部(先端部)には、上記の各ボール９６に対応させて、上下方向へ延びる溝９７が形成される。その溝９７は出力面９８と退避面９９とを備えている。

図９Ａと図９Ｂのリリース状態では、前記の剛性スリーブ２１は、前記の弾性部材４５の付勢力によって上昇位置に保持されている。また、その剛性スリーブ２１に対して前記の出力部材４８が上昇し、上記の退避面９９が上記ボール９６に対面している。このため、各ボール９６が半径方向の内方の係合解除位置Ｙに切り換え可能になっている(ここでは、ボール９６が既に係合解除位置Ｙに切り換わった状態を示している)。

基準ブロック１にワークパレット２を位置決めするときには、まず、図９Ａに示すように、上記リリース状態でワークパレット２を下降させてソケット孔３を上記の複数のボール９６に外嵌させ、そのワークパレット２を剛性スリーブ２１のフランジ部２８によって受け止める。
この状態では、支持面１ａと被支持面２ａとの間には前記の着座隙間Ｅが形成され、テーパ内面２３とテーパ外面２７との間には前記ロック隙間Ｆが形成されている。

ロック駆動時には、前記の出力部材４８を下降させる。すると、前記の連結ロッド５３の出力面９８が上記ボール９６を外方へ押し出していく。これにより、上記の剛性スリーブ２１の貫通孔９５内を上記ボール９６が半径方向の外方へ移動し、各ボール９６が前記のソケット孔３に接当する。

次いで、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、半径方向の外方の係合位置Ｘへ切り換えられたボール９６が、剛性スリーブ２１を介して弾性部材４５を下方へ圧縮しながら上記ソケット孔３に密着し、これとほぼ同時に、前記ワークパレット２の被支持面２ａが前記の基準ブロック１の前記の支持面１ａに接当する。
引き続いて、上記ソケット孔３の内周面に対して上記の複数のボール９６が下方へ摺動しながら(又は、上記ボール９６が上記ソケット孔３の内周面を弾性変形または塑性変形させながら)移動すると共に、上記の複数のボール９６が前記の弾性部材４５に抗して上記の剛性スリーブ２１をさらに下降させていき、その剛性スリーブ２１のテーパ外面２７が中心孔２０のテーパ内面２３にテーパ係合する。
これにより、上記の剛性スリーブ２１は、上記テーパ係合を介して、半径方向(水平方向)および軸心方向(上下方向)で基準ブロック１に拘束される。そして、ワークパレット２は、上記の拘束状態の剛性スリーブ２１とソケット孔３に密着した複数のボール９６を介して前記ハウジング１５に水平方向に位置決めされる。

これとほぼ同時に、上記の剛性スリーブ２１に対して出力部材４８がさらに下降駆動されることにより、上記の複数のボール９６が前記ソケット孔３に強力に密着する。そして、連結ロッド５３が上記の強力に密着したボール９６を介して前記ワークパレット２の被支持面２ａを前記の基準ブロック１の支持面１ａに強力に押圧する。
なお、前記貫通孔９５及びボール９６の各設置数は、３つ設けることに代えて、２つ又は４つ以上設けてもよい。

上記の各実施形態や変形例は次のように変更可能である。
前記の中心孔２０のテーパ内面２３は、上下方向に２つ又は１つ設けることに代えて、３つ以上設けてもよい。
その中心孔２０のテーパ内面２３や剛性スリーブ２１のテーパ外面２７は、断面視で円形のテーパ面が好ましいが、これに代えて、楕円形のテーパ面であってもよく、又は、周方向へ所定の間隔をあけて配置した複数の傾斜形の楔面であってもよい。この場合、上記テーパ内面２３やテーパ外面２７には、周方向へ所定の間隔をあけて複数の傾斜溝を配置して、その傾斜溝の底壁によって上記の楔面を構成してもよい。

前記の進出手段４５は、前記の剛性スリーブ２１を上方(先端方向)へ押圧するものであればよい。従って、その進出手段４５は、その剛性スリーブ２１の前記フランジ部２８と前記ハウジング１５との間に装着することに代えて、剛性スリーブ２１の下部と前記ハウジング１５との間に装着してもよい。また、上記の進出手段４５は、例示したゴム等の弾性部材や皿バネ等のバネに代えて、又は、これに加えて、圧縮空気や圧油等の圧力流体とピストンとの組み合わせを利用してもよい。

上記の各クランプ装置１１・１２・１３にクリーニング手段を設けて、前記の支持面１ａと被支持面２ａとの接当部や、前記のソケット孔３とクランプ具３３との嵌合部や、前記ボール９６と貫通孔９５との嵌合部や、前記テーパ内面２３やテーパ外面２７との各嵌合面などを圧縮空気等の圧力流体によってクリーニングすることが好ましい。
クランピングシステムにおいては、ロック機能だけを備えた前記の第３クランプ装置１３は、例示した二つに代えて、一つだけ設置してもよく、又は三つ以上設置してもよい。その第３クランプ装置１３は、例示の構造に限定されるものではなく、別の種類のクランプであってもよい。

各クランプ装置１１・１２・１３の駆動形式は、例示した油圧複動式に代えて、バネロックかつ油圧リリース式、又は、油圧ロックかつバネリリース式であってもよい。
ロック又はリリースに使用する圧力流体は、例示の圧油に代えて、圧縮空気等のガスであってもよい。また、クリーニング用の圧力流体は、例示の圧縮空気に代えて、窒素等のガスや液体であってもよい。
前記のロック駆動時におけるクランプの引き下げ力を十分に大きい値に設定した場合には、上記の第３クランプ装置１３を省略可能である。
また、クランピングシステムにおいては、前記の第１クランプ装置１１を複数設置すると共に前記の第２クランプ装置１２を複数設置してもよい。さらに、第１クランプ装置１１と第２クランプ装置１２の両者のうちのいずれか一方だけを複数設置してもよい。

上記の複数のクランプ装置を並べて設置する方向としては、円周方向や直線方向などが考えられる。
前記の支持面１ａは、前記ハウジング１５のボス７２の上面に設けることに代えて、前記ベースプレート４に設けてもよい。
また、上記ハウジング１５と前記ベースプレート４とは、別体に形成することに代えて、一体に形成してもよい。

前記の基準ブロックと可動ブロックとの組み合わせは、例示したベースプレート４とワークパレット２の組み合わせに代えて、工作機械のテーブルとワークパレットの組み合わせ、ワークパレットと治具ベースの組み合わせ、治具ベースとワークピースの組み合わせ、溶接治具等の作業用治具とワークピース等の作業物の組み合わせであってもよい。また、本発明は、レーザー加工機や放電加工機などの各種の加工機械のワークピース・ツール等の位置決めにも適用可能である。
なお、本発明のクランプ装置は、複数セットで使用することに代えて、１セットだけで使用できることは勿論である。

Claims (13)

1. ソケット孔(３)を有する可動ブロック(２)を基準ブロック(１)にクランプする装置であって、
   上記の基準ブロック(１)に、基端方向へ狭まるテーパ内面(２３)を有する中心孔(２０)を、上記ソケット孔(３)に対面可能に設け、
   上記の中心孔(２０)の上記テーパ内面(２３)にテーパ係合可能なテーパ外面(２７)と同上の中心孔(２０)よりも先端方向へ突出されて前記ソケット孔(３)に挿入可能な突出部(２５)と軸心方向へ延びる筒孔(２１ａ)とを有する剛性スリーブ(２１)を、その軸心方向へ所定範囲内で移動可能なように上記の基準ブロック(１)に支持し、
   上記の剛性スリーブ(２１)を進出手段(４５)によって先端方向へ押圧し、
   上記の剛性スリーブ(２１)の前記の筒孔(２１ａ)に出力部材(４８)を挿入し、その出力部材(４８)を、前記ソケット孔(３)に挿入されるように前記の突出部(２５)に設けたクランプ具(３３)に連結可能に構成し、
   駆動手段(Ｄ)が上記の出力部材(４８)を基端方向へ移動させることにより、その出力部材(４８)が、前記の進出手段(４５)に抗して上記クランプ具(３３)を基端方向かつ半径方向の外方へロック移動させると共に、前記の剛性スリーブ(２１)の前記テーパ外面(２７)を前記の中心孔(２０)の前記テーパ内面(２３)にテーパ係合させる、ことを特徴とするクランプ装置。
2. 請求項１のクランプ装置において、
   前記の中心孔(２０)の外方で前記の剛性スリーブ(２１)から半径方向の外方へフランジ部(２８)を突出させ、そのフランジ部(２８)と前記の基準ブロック(１)との間に前記の進出手段(４５)を環状に配置した、ことを特徴とするクランプ装置。
3. 請求項２のクランプ装置において、
   前記の環状の進出手段(４５)を、ゴム又は合成樹脂等のシール用の弾性部材によって構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
4. 請求項１のクランプ装置において、
   前記の中心孔(２０)の外方で前記の剛性スリーブ(２１)から半径方向の外方へフランジ部(２８)を突出させ、そのフランジ部(２８)に前記の可動ブロック(２)を載置した状態では、前記進出手段(４５)が上記の可動ブロック(２)を押圧して、その可動ブロック(２)の被支持面(２ａ)と前記の基準ブロック(１)の支持面(１ａ)との間に着座隙間(Ｅ)が形成されるように構成し、
   上記の支持面(１ａ)に、着座確認用の圧力流体の検出孔(７４)を開口させた、ことを特徴とするクランプ装置。
5. 請求項１のクランプ装置において、
   前記の基準ブロック(１)に、ロック確認用の圧力流体の供給口(７６)を設け、その供給口(７６)を、前記テーパ内面(２３)と前記テーパ外面(２７)との間のロック隙間(Ｆ)を介して外部空間へ連通させ、上記テーパ外面(２７)が上記テーパ内面(２３)にテーパ係合したときに上記の供給口(７６)と外部空間との連通状態を遮断するように構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
6. 請求項１から５のいずれかのクランプ装置において、
   前記の基準ブロック(１)に設けた前記の中心孔(２０)の前記テーパ内面(２３)のほぼ全周に、前記の剛性スリーブ(２１)の前記テーパ外面(２７)をテーパ係合可能に構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
7. 請求項１から５のいずれかのクランプ装置において、
   前記の基準ブロック(１)に設けた前記の中心孔(２０)の内周と前記の剛性スリーブ(２１)の外周との少なくとも一方に、半径方向に向かい合う一対の突出部(８０)(８０)を設け、上記の各突出部(８０)に前記テーパ内面(２３)又は前記テーパ外面(２７)を形成し、
   上記の中心孔(２０)の上記の内周と上記の剛性スリーブ(２１)の上記の外周との間に、上記の突出部(８０)(８０)によって区画された移動許容スペース(８１)(８１)を半径方向に向かい合うように形成した、ことを特徴とするクランプ装置。
8. 請求項１から５のいずれかのクランプ装置において、
   前記クランプ具(３３)を直径方向へ拡大および縮小可能なコレットによって構成し、上記コレット式のクランプ具(３３)を前記の剛性スリーブ(２１)の前記の突出部(２５)に先端側から楔係合させた、ことを特徴とするクランプ装置。
9. 請求項１から５のいずれかのクランプ装置において、
   前記の剛性スリーブ(２１)の前記の突出部(２５)の周壁に周方向へ間隔をあけて配置した複数のボール(９６)によって前記クランプ具(３３)を構成し、前記の出力部材(４８)が上記の各ボール(９６)を半径方向の外方の係合位置(Ｘ)へ切り換えるように構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
10. 請求項９のクランプ装置において、
    前記ボール(９６)を少なくとも３つ設けた、ことを特徴とするクランプ装置。
11. 請求項１から５のいずれかに記載したクランプ装置を少なくとも一つ備える、ことを特徴とするクランピングシステム。
12. 請求項６のクランプ装置を一つ備えると共に、請求項７のクランプ装置を一つ備える、ことを特徴とするクランピングシステム。
13. 請求項７のクランプ装置を少なくとも二つ備える、ことを特徴とするクランピングシステム。

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