WO2009101764A1

WO2009101764A1 - クランプ装置

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Publication number: WO2009101764A1
Application number: PCT/JP2009/000234
Authority: WO
Inventors: Takayuki Kawakami
Original assignee: Pascal Engineering Corporation
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2009-08-20
Also published as: EP2253420A1; JP4302174B1; TW200938332A; US20100320664A1; CN101939132B; EP2253420B1; EP2253420A4; JP2009214288A; CN101939132A; KR20100125298A; KR101426825B1; US8235370B2; TWI439343B

Abstract

　クランプ装置（Ｃ）は、グリップ部材（２）とクランプロッド（３）と油圧シリンダ（４）とを備え、グリップ部材（２）をワーク（Ｗ）の穴（Ｈ）に挿入して穴の内周面をグリップ可能である。クランプ装置（Ｃ）は、本体部材（１）と、本体部材（１）に形成されワークを着座させる着座面（１８）と、着座面（１８）に開口された加圧エア噴出孔を含む着座センサと、グリップ部材（２）が進出位置（アンクランプ状態）にあるときに着座面（１８）よりも進出側の位置でワーク（Ｗ）を受け止め可能なワーク搭載面であって、グリップ部材とクランプロッドが退入側へ移動するクランプ作動時にグリップ部材と一体的に移動するワーク搭載面（２２）とを有する。

Description

クランプ装置

　本発明は、クランプ装置、特にワークピースの穴にグリップ部材のグリップ爪を係合させて着座面の方へ引き付けることでワークピースをクランプするクランプ装置に関する。

　ワークピースの全面に亙って機械加工するような場合には、ワークピース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、ホールクランプ装置）が採用される。このクランプ装置においては、本体部材にクランプ対象のワークピースを着座させる着座面が形成されている。ワークピース投入時にワークピースを着座面に搭載して支持し、ワークピースの穴にグリップ部材と、このグリップ部材に挿入されたテーパ軸部を有するクランプロッドを挿入する。次に、クランプロッドを着座面側へ引き付けることで、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させてから、そのグリップ部材を更に着座面側へ引き付けることで、ワークピースを着座面に固定する。

　特許文献１，２には、上記のようなクランプ装置が開示されている。
　特に、特許文献１に記載されたクランプ装置では、ワークピースの穴の位置のバラツキに対処するために、グリップ部材と、テーパ軸部を有するクランプロッドを軸心と直交方向へ可動に構成し、ワークピースの穴の位置が本来の正規の位置から多少ズレている場合にも、確実にクランプ可能に構成してある。

　ところで、一般にクランプ装置でワークピースを固定した際に所期の着座面に正しく着座した状態で固定されたのか否かを検出するために、クランプ装置の着座面に着座センサを設けることが多い。この着座センサは、着座面に開口する加圧エア噴出孔と、この加圧エア噴出孔に加圧エアを供給するエア供給路と、このエア供給路内のエア圧が所定圧以上に上昇したことを検出する圧力スイッチ等で構成されている。

特許第３５５００１０号公報ドイツ特許第４０２０９８１号公報

　前記のクランプ装置に、ワークピースを受け止める着座面と着座センサを設けた場合に、ワークピースを投入して着座面に着座させると、着座センサの加圧エア噴出孔がワークピースの壁面で閉じられる。従って、ワークピースを固定するクランプ動作が完了してないにも関わらず、着座センサがワークピースの着座を検出してしまい、ワークピースのクランプ動作が完了したと誤判断するという問題があった。

　さらに、特許文献１のクランプ装置では、ワークピースの穴の位置が正規位置から多少ズレている場合にもクランプ可能にするため、グリップ部材と、テーパ軸部を有するクランプロッドを軸心と直交方向へ可動に構成してある。しかし、グリップ部材とクランプロッドが軸心と直交方向へ移動してクランプ作動し、その後アンクランプ状態になったとき、グリップ部材とクランプロッドを正規の原位置（中心位置）へ復帰させる機構が設けられていない。従って、グリップ部材とクランプロッドを手動にて原位置へ復帰させる煩雑な作業が必要であり、その復帰作業を省略して放置すると、グリップ部材とクランプロッドをワークピースの穴へ挿入しにくくなり、ワークピースを固定する作業能率が低下する。

　他方、上述のとおり、ホールクランプ装置でワークピースをクランプする際、ワークピースの穴にグリップ部材とクランプロッドが挿入され、クランプ時にはグリップ部材のグリップ爪を拡径させる関係上、アンクランプ時にはグリップ部材のグリップ爪をＯリング等の付勢力で縮径させる。しかし、グリップ爪がワークピースの穴の内面に噛みついたような場合、Ｏリングによる付勢力だけではグリップ爪を確実に縮径させることができないという問題がある。

　本発明の目的は、ワークピース投入直後はクランプ作動時にグリップ部材と一体的に移動するワーク搭載面でワークピースを支持し、クランプ状態では着座面に着座させるようにしたクランプ装置を提供することである。

　本発明に係るクランプ装置は、径方向に拡縮可能に構成され且つワークピースの穴に挿入されて穴の内周面をグリップ可能な環状のグリップ部材と、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を有するクランプ装置において、前記グリップ部材とクランプロッドと流体圧シリンダとが付設された本体部材と、ワークピースを着座させる為に前記本体部材に形成された着座面と、前記着座面に開口された加圧エア噴出孔を含む着座センサと、前記グリップ部材がワークピース側へ移動した進出位置にあるときに前記着座面よりも進出側の位置でワークピースを受け止め可能なワーク搭載面であって、前記グリップ部材とクランプロッドが退入側へ移動するクランプ作動時に前記グリップ部材と一体的にクランプロッドの軸心と平行方向へ移動するワーク搭載面とを備えたことを特徴としている。

　このクランプ装置では、アンクランプ状態においてクランプ対象のワークピースを投入すると、ワークピースは着座面より進出側位置にあるワーク搭載面に支持される。その状態から流体圧シリンダによりグリップ部材とクランプロッドとをワークピースを着座させる退入方向へ駆動すると、グリップ部材と一体的にワーク搭載面が退入側へ移動して、ワークピースが着座面に着座した状態となって固定され、そのワークピース固定状態は着座センサにより検知される。

　本発明によれば、グリップ部材とクランプロッドと流体圧シリンダとを有するクランプ装置に、本体部材と、この本体部材に形成された着座面と、着座センサとを設け、グリップ部材がワークピース側へ移動した進出位置にあるときに着座面よりも進出側の位置でワークピースを受け止め可能なワーク搭載面を設けたため、クランプ対象のワークピースを投入後クランプ前に、ワークピースをワーク搭載面で支持することができる。従って、クランプ前に着座センサが作動するのを確実に防止することができる。しかも、ワークピースをクランプし固定するときにワークピースを着座面に着座させ、正規のクランプ状態に固定したときに、ワークピースが着座面に着座した状態で固定されたことを着座センサにより確実に検知することができる。

　本発明の上記の構成に加えて、次のような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記ワーク搭載面は、前記グリップ部材に形成されている。この構成によれば、ワーク搭載面がグリップ部材に形成されているので、クランプ作動時にグリップ部材と一体的に軸心と平行方向に移動させることができる。

（２）前記ワーク搭載面は、前記グリップ部材の外周の外側に配設された１又は複数のワーク搭載面形成部材に形成されている。この構成によれば、グリップ部材の外周の外側に配設された１又は複数のワーク搭載面形成部材に形成されたので、グリップ部材の構造を簡単化できる。

（３）前記グリップ部材とクランプロッドは前記軸心と直交方向へ可動に形成されている。この構成によれば、ワークピースの穴の製作誤差により穴の位置が僅かにズレている場合にも、グリップ部材とクランプロッドは前記軸心と直交方向への移動を介してクランプすることができる。

（４）前記グリップ部材とクランプロッドの共通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ている。この構成によれば、アンクランプ状態にしたとき、弾性付勢手段により、グリップ部材とクランプロッドの共通の軸心を流体圧シリンダの軸心に一致させるように弾性付勢され、グリップ部材とクランプロッドがその両軸心が一致する原位置に自動的に復帰する。そのため、グリップ部材とクランプロッドを手動操作により原位置に復帰させるという煩雑な作業を行う必要がない。

（５）前記流体圧シリンダは、シリンダ穴と、このシリンダ穴に装着され且つ前記クランプロッドに連結されたピストン部材と、このピストン部材に形成された筒状ピストンロッドと、前記シリンダ穴内に形成された筒状ピストンロッド側のクランプ用流体室及び前記シリンダ穴内に形成され且つ前記ピストン部材に対してクランプ用流体室と反対側のアンクランプ用流体室と、前記筒状ピストンロッドに外嵌され且つクランプ用流体室の流体圧を受圧可能でクランプロッドの軸心と平行方向に可動の環状受圧部材であって前記グリップ部材の基端面を受け止める環状受圧部材とを有する。この構成によれば、環状受圧部材でグリップ部材を支持した状態でクランプロッドを駆動してグリップ部材を拡径させ、その後グリップ部材とクランプロッドをワーク着座方向へ駆動することができる。

（６）前記グリップ部材とクランプロッドの共通の軸心を前記流体圧シリンダの軸心に一致させる為に、前記筒状ピストンロッドとクランプロッド間に圧縮状態にして装着された弾性リング部材を含む弾性付勢手段を設けている。この構成によれば、簡単な構成の弾性付勢手段を実現できる。

（７）前記弾性付勢手段は、前記グリップ部材の環状鍔部の外周面に摺接して、グリップ部材とクランプロッドを弾性付勢する弾性材料製のスクレーパを有する。この構成によれば、スクレーパを弾性付勢手段に兼用し、簡単な構成の弾性付勢手段を実現できる。

（８）前記グリップ部材は、前記ワーク搭載面を形成する環状鍔部と、この環状鍔部から進出側へ延びるグリップ爪部と、この環状鍔部に対してグリップ爪部と反対側に形成された基端鍔部とを備え、グリップ部材は周方向の複数位置で分割された複数のグリップ分割体からなる。この構成によれば、クランプ時にはグリップ部材が拡径し易く、また、クランプ解除時にはグリップ部材が縮径し易い。

（９）前記環状受圧部材は、前記ワーク搭載面が前記着座面よりも進出側へ進出した位置になる第１位置と、ワーク搭載面が前記着座面より後退した位置となる第２位置とに亙ってクランプロッドの軸心と平行方向に所定ストローク移動可能に構成されている。この構成によれば、クランプ対象のワークピースを投入後クランプ前に、ワークピースをワーク搭載面で確実に支持してから、ワークピースをクランプし固定するときにワークピースを着座面に確実に着座させることができる。

（１０）前記流体圧シリンダは、クランプ時には前記クランプロッドを退入方向へ駆動し且つクランプ解除時にはクランプロッドを進出方向へ駆動するように構成され、前記クランプ解除時に前記グリップ部材の複数のグリップ分割体をクランプロッドに接近させた縮径状態に集合させる縮径機構を設けている。この構成によれば、クランプ解除時に複数のグリップ分割体を確実に縮径させることができる。

（１１）前記縮径機構は、前記グリップ部材の基端部に下方程小径化するように形成されたテーパ面と、このテーパ面に下方から係合可能にクランプロッドに形成され且つ上方程大径化したテーパ係合部とを備えている。この構成によれば、グリップ部材のテーパ面とクランプロッドのテーパ係合部との案内作用によりグリップ部材の基端部にクランプロッドから縮径させる力が働き、クランプ解除時に複数のグリップ分割体を確実に縮径させることができる。

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のクランプ装置（ワークピース投入状態）の縦断面図である。図１のクランプ装置（クランプ状態）の部分縦断面図である。図１のクランプ装置の部分縦断面図である。図１のクランプ装置（クランプ不良状態）の部分縦断面図である。図５のクランプ装置のクランプ不良検出機構の要部拡大縦断面図である。図５のクランプ装置のクランプ不良検出機構を機能させないようにした状態の要部拡大縦断面図である。ワークピースＷの挟持動作とクランプ動作の関係を表す図である。実施例２に係る図４相当図である。実施例３に係る図２相当図である。実施例３の縮径機構の部分拡大断面図である。

符号の説明

Ｗ　　　　　　ワークピース
Ｈ　　　　　　穴
Ｃ，ＣＡ，ＣＢ　　　クランプ装置
１　　　　　　　本体部材
２，２Ａ，２Ｂ　グリップ部材
２ｂ，２ｄ　　グリップ分割部材
３，３Ｂ　　　クランプロッド
４　　　　　　油圧シリンダ
５　　　　　　環状受圧部材
１８　　　　　着座面
２２，１６１　ワーク搭載面
２３　　　　　環状鍔部
２４　　　　　グリップ爪部
２６，２６Ｂ　基端鍔部
２６ｂ　　　　テーパ筒部
２６ｃ　　　　テーパ面
２８　　　　　スクレーパ
３１　　　　　テーパ軸部
３３ａ　　　　テーパ係合部
４１　　　　　シリンダ穴
４２　　　　　ピストン部材
４４　　　　　筒状ピストンロッド
４５　　　　　クランプ用油室
４６　　　　　アンクランプ用油室
５２　　　　　Ｏリング
８０　　　　　着座センサ
８１　　　　　加圧エア噴出孔
１６０　　　　ワーク搭載面形成部材
１７０　　　　縮径機構

　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３に示すように、このクランプ装置Ｃは、本体部材１と、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（流体圧シリンダ）と、油圧シリンダ４に含まれる環状受圧部材５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と基部本体部材１３とで構成されている。

　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１４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４１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。

　図１～図３に示すように、前記グリップ部材２は、上部本体部材１１の中心部分の開口穴１７を上下に貫通するように配設されている。上部本体部材１１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、ワークピースＷをクランプした状態では、これら着座面１８にワークピースＷを着座させることができる。上部本体部材１１の上面には、加圧エアのエアブローが流れる４つの凹溝１９が十文字状に形成されている。４つの着座面１８と４つの凹溝１９を除き、上部本体部材１１の上面は、緩い傾斜角の部分円錐面に形成されている。

　略環状のグリップ部材２は、径方向に拡縮可能に構成され且つワークピースＷの穴Ｈに挿入されて穴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、グリップ部材２がワークピースＷ側へ移動した進出位置（上限位置）にあるときに着座面１８よりも進出側（上側）の位置でワークピースＷを受け止め可能なワーク搭載面２２と、このワーク搭載面２２を形成する環状鍔部２３と、この環状鍔部２３から進出側へ延びるグリップ爪部２４と、この環状鍔部２３に対してグリップ爪部２４と反対側に形成された基端鍔部２６と、環状鍔部２３と基端鍔部２６の間に形成された環状溝２５とを備えている。グリップ部材２は、その環状鍔部２３、グリップ爪部２４、環状溝２５、基端鍔部２６がスリット２７により周方向に４等分に分割された４つのグリップ分割部材２ｂからなる。

　グリップ部材２は金属部材で構成され、グリップ部材２において各グリップ分割部材２ｂのグリップ爪部２４の外周面には、ワークピースＷの穴Ｈの内周面をグリップし易くする３段の歯２４ａが形成されている。グリップ部材２には、クランプロッド３を挿通させるロッド挿通孔２１が形成されている。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３に示すように、上部本体部材１１の開口穴１７にはグリップ部材２の環状鍔部２３の外周面に摺接するゴムや合成樹脂等の弾性材料製のスレクーパ２８が装着されている。グリップ部材２の環状溝２５には分割されたグリップ爪部２４と環状鍔部２３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２６は、上部本体部材１１の円形凹部６に収容され、円形凹部６の上壁部と環状受圧部材５の水平板部６２との間に挟んだ状態に装着されている。円形凹部６の内部において基端鍔部２６の外周側に環状隙間６ａが形成されている。グリップ部材２は、環状受圧部材５と一体的に昇降可能であると共に、環状隙間６ａ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。

　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の下端に連なる大径ロッド部３３と、この大径ロッド部３３の下端に連なる大径鍔部３４とを一体形成したものである。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に内嵌係合している。

　図１～図３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、下部本体部材１２と基部本体部材１３とで形成された立向きのシリンダ穴４１と、このシリンダ穴４１に装着されたピストン部材４２と、このピストン部材４２と一体でそのピストン部４３から上方へ延びる筒状ピストンロッド４４と、ピストン部４３の上側のクランプ用油室４５及びピストン部４３の下側のアンクランプ用油室４６と、環状受圧部材５とを備えている。

　シリンダ穴４１の底面は基部本体部材１３で塞がれ、シリンダ穴４１の下端近傍部の環状溝には、ピストン部材４２の下方移動を規制するストップリング４７が装着されている。ピストン部材４２はストップリング４７で受け止められて下限位置になる。ピストン部材４２には中央孔が形成され、この中央孔は、筒状ピストンロッド４４に形成された上部の小径孔４８と中段部の中径孔４９と下部の大径孔５０とで構成されている。この大径孔５０には封鎖部材５１が装着され、この封鎖部材５１はストップリング５１ａで抜け止めされている。

　前記クランプロッド３の大径ロッド部３３が小径孔４８内に位置し、大径鍔部３４が中径孔４９内に位置している。大径ロッド部３３と小径孔４８の内周面との間には約２ｍｍの環状隙間４８ａが形成され、大径ロッド部３３の外周の環状溝に太いＯリング５２（弾性リング部材）が装着され、このＯリング５２は大径ロッド部３３と筒状ピストンロッド４４の間に僅かに圧縮させた状態に装着されている。

　大径鍔部３４の厚さは中径孔４９の厚さとほぼ等しい。大径鍔部３４の外周面と中径孔４９の内周面との間には僅かな隙間が形成されている。それ故、クランプロッド３は、ピストン部材４２と一体的に昇降移動するが、Ｏリング５２の弾性変形を介して、ピストン部材４２に対して相対的に油圧シリンダ４の軸心と直交する水平方向へ移動可能になっている。グリップ部材２はクランプロッド３と一体的に上記軸心と直交する水平方向へ移動可能である。ここで、スクレーパ２８とＯリング５２が、グリップ部材２とクランプロッド３の共通の軸心を油圧シリンダ４の軸心に一致させるように、グリップ部材２とクランプロッド３を弾性付勢する「弾性付勢手段」に相当する。

　図１～図３に示すように、環状受圧部材５は、受圧筒部６１と、この受圧筒部６１の上端に連なる水平板部６２とを有し、この水平板部６２の上面にグリップ部材２の基端鍔部２６が載置されてグリップ部材２の基端面が支持されている。水平板部６２の中心部の円形穴６３に、クランプロッド３の大径ロッド部３３が遊嵌状に挿通しており、水平板部６２の外周部には、受圧筒部６１よりも僅かに大径の係止鍔６２ａが形成されている。下部本体部材１２には、シリンダ穴４１の上端に連なるシリンダ穴４１より小径の上部シリンダ穴６４が形成されている。

　上部本体部材１１には、上部シリンダ穴６４の上端に連なる収容穴６５が形成されている。この収容穴６５の厚さは水平板部６２の厚さよりも例えば 1.2～ 2.0ｍｍ位大きい。環状受圧部材５の受圧筒部６１は、上部シリンダ穴６４の内周面と筒状ピストンロッド４４の間の環状穴に油密に且つ上下方向に摺動自在に装着され、水平板部６２は、収容穴６５に上下方向に摺動自在に装着されている。尚、油室４５，４６からの油圧の油のリークを防止する為の複数のシール部材（符号省略）が設けられている。

　上記環状受圧部材５の受圧筒部６１の下端は、クランプ用油圧室４５に臨んでその油圧を受圧する。クランプ用油室４５は、油路６６～６９を介して油圧供給源に接続され、油路６９の油圧を検出する油圧検出センサ７０も設けられる。アンクランプ用油室４６は、油路７１，７２を介して油圧供給源に接続され、油路７２の油圧を検出する油圧検出センサ７３も設けられる。環状受圧部材５は、グリップ部材２のワーク搭載面２２が着座面１８よりも外側（上方）へ進出した位置になる第１位置と、ワーク搭載面２２が着座面１８より後退（下降）した位置となる第２位置とに亙ってクランプロッド３の軸心と平行方向に所定ストローク移動可能になっている。

　図１～図４に示すように、ワークピースＷをクランプした状態で、ワークピースＷの下面が着座面１８に密着したことを検出する着座センサ８０が設けられている。この着座センサ８０は、着座面１８に開口された加圧エア噴出孔８１と、この加圧エア噴出孔８１に連通するように上部本体部材１１内に形成されたエア通路８２及び基部本体部材１３内に形成されたエア通路８３と、このエア通路８３に加圧エアを供給する加圧エア供給源と、エア通路８３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８４などで構成されている。

　図１に示すように、エア通路８２と同様のエア通路９０が上部本体部材１１に形成され、そのエア通路９０から円形凹部６と環状溝２５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４つのスリット２７から４つの着座面１８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、クランプ不良を検出する為のクランプ不良検出機構１００について説明する。
　図４～図６に示すように、前記エア通路８２の下方において下部本体部材１２の上端部に浅い円形凹部１０１が形成されると共に上部本体部材１１の下面には円形凹部１０１に対向する非常に浅い円形凹部１０１ａが形成されている。この円形凹部１０１，１０１ａにエア通路１０４を開閉する円形の弁板１０２（弁部材）が装着され、この弁板１０２の下面側には弁板１０２を上方へエア通路１０４を閉じる位置に付勢するＯリング１０３（弁付勢部材）が装着されている。前記エア通路８２から延びるエア通路１０４が形成され、弁板１０２の上面側に加圧エアが供給されている。

　円形凹部１０１ａを形成したので、環状受圧部材５が下限位置まで下降したときには、環状受圧部材５の係止鍔６２ａが弁板１０２に当接して弁板１０２を下方にエア通路１０４を開ける位置に押動するようになっている（図６参照）。環状受圧部材５が下限位置まで下降しない状態では、エア通路１０４の下端が弁板１０２とＯリング１０３を含む弁機構１０５によって閉じられているため、着座センサ８０が正常に作動する。しかし、後述のようなクランプ不良により、環状受圧部材５が最大限下降して係止鍔６２ａが弁板１０２を下方へ押した場合には、弁機構１０５が開弁して、エア通路１０４の加圧エアが収容穴６へリークし、収容穴６から開口穴１７へリークするため、エア通路８２，１０４のエア圧が上昇しなくなる。

　こうして、クランプ作動後にも着座センサ８０がワークピースＷの着座を検出しないことを検知することで、後述のようにクランプ不良を検出することができる。
　尚、油圧供給源、加圧エア供給源、油圧検出センサ７０，７３及び圧力スイッチ８４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。

　ここで、クランプ不良検出機構１００を機能させないようにしたい場合、図７に示すように、円形凹部１０１，１０１ａに弁板１０２とＯリング１０３を上下逆さまに装着すればよい。こうして、弁板１０２の上端が下部本体部材１２の円形凹部１０１よりも内側部分の上端よりも下方に位置するため、環状受圧部材５が下限位置まで下降しても、環状受圧部材５の係止鍔６２ａが弁板１０２に接触することがないため、Ｏリング１０３によりエア通路１０４が閉じられた状態に維持される。

　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によりワークピースＷを固定する場合、先ず最初に、クランプ用油室４５とアンクランプ用油室４６にほぼ同圧の油圧を供給する。すると、ピストン部材４２におけるクランプ用油室４５の受圧面積よりもアンクランプ用油室４６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４２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はクランプ用油室４５の油圧を受圧するため上限位置を保持し、グリップ部材２も上限位置を保持し、ワーク搭載面２２が着座面１８よりも僅かに高い位置を維持する。

　この状態において、ワークピースＷを投入して、図２に示すように、ワークピースＷの穴Ｈにグリップ部材２とクランプロッド３とを挿入し、ワークピースＷをワーク搭載面２２で支持する。このように、最初はワークピースＷを着座面１８よりも高い位置にあるワーク搭載面２２で支持し、その後クランプ状態ではワークピースを着座面１８で支持するように構成したので、ワークピース投入時に着座面１８がワークピースＷで傷つけられることを防止できる。また、クランプ前から着座センサ８０が作動することがなく、ワークピースＷが着座面１８に着座し所期のクランプ力で固定されたときに着座センサ８０が作動するようになるため、着座センサ８０の信頼性を高めることができる。

　次に、アンクランプ用油室４６の油圧をクランプ用油室４５の油圧よりも低い所定の油圧に切換え、ピストン部材４２に下方向きのある程度強い所定の油圧力を作用させる。すると、クランプ用油室４５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４２には下方向きの油圧力が作用し、ピストン部材４２が下方へ駆動されるため、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２４が拡径駆動されて、ワークピースＷの穴Ｈの内周面に食いついて係合状態になる。この状態において、アンクランプ用油室４６の油圧をドレン圧まで低下させると、ピストン部材４２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とは相対移動不能であるため、図３に示すように、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は一体的に下方へ駆動され、ワークピースＷが着座面１８に着座し、強く押圧されたクランプ状態になって停止する。

　このとき、図３に示すように、環状受圧部材５の係止鍔部６２ａと下部本体部材１２との間には隙間が残っているため、クランプ不良検出機構１００の弁機構１０５は閉弁状態を維持する。それ故、着座センサ８０によりワークピースＷが所期のクランプ力でクランプされて着座面１８に着座したことを検出することができる。

　ここで、グリップ部材２がワークピースＷを挟持する（グリップ爪部２４がワークピースＷの穴Ｈの内周面に食いつく）動作と、ワークピースＷをクランプする動作の関係について、図８に基づいて詳しく説明する。図８において、クランプ用油室４５に供給された油圧をＰ１、アンクランプ用油室４６に供給された油圧をＰ２として、ＦＩは油圧Ｐ１によってグリップ部材２に働く上向きの力を示し、ＦＩＩは油圧Ｐ１及び油圧Ｐ２によりクランプロッド３に働く下向きの力を示している。

　油圧Ｐ１は最初から一定に維持されるため、Ｆ１はＦｃに維持されるが、ワークピースＷが着座面１８に支持され、ワークピースＷの穴Ｈにグリップ部材２とクランプロッド３が挿入された後、油圧Ｐ２を低下させるが、そのときにクランプロッド３に下向きに力ＦＩＩが加わり、油圧Ｐ２の低下に伴って力ＦＩＩが上昇する。ここで、少なくともＦＩＩがＦｃよりも低い状態では、グリップ部材２０がクランプロッド３によって下方へ引きずられることなく、クランプロッド３からＦＩＩを受けて拡径する。

　そして、ＦＩＩがＦｃよりも大きくなると、グリップ部材２とクランプロッド３とが一体に下降しクランプ動作が開始されるが、このときまでに、グリップ部材２から最大でＦｃの力を受けて十分に拡径するため、グリップ部材２がワークピースＷを確実に挟持し、その状態でクランプ動作を開始できるので、グリップ爪部２４がワークピースＷの穴Ｈの内周面に対し相対的に下方へスリップすることを確実に防止してワークピースＷを確実にクランプできる。

　ところで、ワークピースＷが鋳造品で、その穴Ｈの直径が一定でなく、下方程大径化するような穴Ｈである場合、また、ワークピース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４６の油圧をドレン圧にして、ピストン部材４２等を下降駆動させ始めた時に、グリップ爪部２４が穴Ｈの内周面に対し相対的に下方へスリップすることがある。

　この場合、図５，図６に示すように、ワークピースＷが着座面１８に着座するものの、環状受圧部材５が下限位置まで下降するため、クランプ不良検出機構１００の弁機構が開弁状態になり、エア通路８２，１０４のエア圧が上昇せず、着座センサ８０の圧力スイッチ８４がオンしないため、ワークピースＷが正しくクランプされていないことを検知することができる。この場合、ワークピースＷは不完全なクランプ状態になっており、十分なクランプ力が発生していない。クランプ不良検出機構１００のエア供給系を着座センサ８０のエア供給系と共通に構成したため、エア供給系が簡単になる。

　一方、ワークピースＷを横向き姿勢に配置したクランプ装置Ｃでクランプするような場合において、ワークピースＷを投入したときワークピースＷとワーク搭載面２２の間に隙間がある状態のまま、クランプ動作させた場合にも、ワークピースＷが着座面１８に着座するまでに移動するグリップ部材２の移動量が大きくなって、前記と同様に、クランプ不良検出機構１００の弁機構１０５が開弁状態になるから、前記と同様に、着座センサ８０を介してクランプの不良を検知することができる。尚、ワーク搭載面２２とワークピースＷとの間に異物が挟まっている状態のままクランプした場合にも、前記同様にクランプ不良を検知することができる。

　複数のクランプ装置ＣでワークピースＷをクランプするような場合、個々のワークピースＷの製作誤差によりワークピース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とＯリング５２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の共通の軸心が、油圧シリンダ４の軸心からズレることなる。

　しかし、ワークピース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とＯリング５２の弾性力により、クランプロッド３とグリップ部材２の共通の軸心が、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。この場合、クランプロッド３に上下２箇所で弾性力を付与して復帰させるため、クランプロッド３をガタなくスムーズに復帰させることが可能になり、それ故、アンクランプ状態になる毎に、それら両軸心を一致させる復帰作業を手動操作で行う必要がないので、ワークピースＷをクランプする作業の作業能率を高めることができる。しかも、Ｏリング５２により、クランプロッド３の大径鍔部３４と筒状ピストンロッド４４の中径孔４９との摺動部分に切粉等の異物が侵入することを確実に防いで、クランプロッド３の軸心方向と直交する方向へ円滑なスライド移動を確実に確保できる。

　ところで、グリップ部材２を交換する場合には次のようにして行うことができる。先ず、下部本体部材１２と基部本体部材１３にボルト締結されている上部本体部材１１を取り外す。この場合、上部本体部材１１を上方へ移動させて取り外すが、このとき、上部本体部材１１に装着されたスクレーパ２８はグリップ部材２の歯２４ａよりも径方向外側に位置するため、その歯２４ａがスクレーパ２８を傷つけることなく行うことができる。

　そして、上部本体部材１１を取り外すと、グリップ部材２は完全に４分割されたものであるため、グリップ部材の各分割部をクランプロッド３と干渉させずに容易に取外すことができる。新たなグリップ部材２を装着する場合には、前記逆の作業で行うことができるが、特に、上部本体部材１１を取り付ける場合にも、上部本体部材１１に装着されたスクレーパ２８は新たに装着されたグリップ部材２の歯２４ａよりも径方向外側に位置するため、その歯２４ａがスクレーパ２８を傷つけることなく行うことができる。

　本実施例では前記実施例のクランプ装置Ｃと同様の構成に同一符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。図９に示すように、このクランプ装置ＣＡは、実施例１のグリップ部材２とは異なる構成のグリップ部材２Ａを備えるとともに、グリップ部材２Ａが進出位置にあるときに着座面１８よりも進出側の位置でワークピースＷを受け止め可能なワーク搭載面１６１を有する。ワーク搭載面１６１は、グリップ部材２Ａの外周の外側の近傍に配設され且つクランプ作動時にグリップ部材２Ａと一体的にクランプロッド３の軸心と平行方向へ移動するワーク搭載面形成部材１６０を備えている。グリップ部材２Ａは、前記実施例１のグリップ部材２の基端鍔部２６を省略したものである。

　ワーク搭載面形成部材１６０は、周方向に適当に分割された複数（例えば４分割）の分割部材から構成されている。ワーク搭載面形成部材１６０の複数の分割部材は夫々環状受圧部材５の上面部にボルト等で固定され、その上端面が平滑なワーク搭載面１６１に形成されている。アンクランプ状態では、ワーク搭載面１６１が着座面１８よりも上方に位置するように設けられている。尚、上部本体部材１１には、ワーク搭載面形成部材１６０の複数の分割部材を突出させる為の穴が形成されている。ワーク搭載面形成部材１６０は、１つの部材で構成しても良い。

　本実施例では前記実施例のクランプ装置Ｃと同様の構成に同一符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。図１０，図１１に示すように、このクランプ装置ＣＢは、前記実施例１のグリップ部材２とは異なる構成のグリップ部材２Ｂと、前記クランプロッド３とは異なる構成のクランプロッド３Ｂを備えている。クランプ装置ＣＢをクランプ状態からアンクランプ状態に復帰させる時、グリップ部材２Ｂの複数のグリップ分割体２ｄをクランプロッド３Ｂに接近させた縮径状態に集合させる縮径機構１７０が設けられている。

　前記グリップ部材２Ｂの基端部には、基端鍔部２６Ｂの内周部から下方へ突出したテーパ筒部２６ｂが形成され、このテーパ筒部２６ｂの外周面が下方程小径化するテーパ面２６ｃに形成されている。グリップ部材２Ｂは、前記実施例１のグリップ部材２と同様に４つのスリ　ット２７により周方向に４等分に分割された４つのグリップ分割体２ｄからなるので、テーパ筒部２６ｂも４つのスリット２７により周方向に４等分に分割されている。

　クランプロッド３Ｂの大径ロッド部３３Ｂの上端部には、クランプ解除時にテーパ筒部２６ｂのテーパ面２６ｃに下方から係合するテーパ係合部３３ａが一体形成されている。このテーパ係合部３３ａの内面も上方程大径化するテーパ面に形成されているが、このテーパ面の鉛直方向に対する傾斜角は、テーパ面２６ｃの鉛直方向に対する傾斜角よりも僅かに大きい。前記縮径機構１７０は、クランプロッド３Ｂのテーパ係合部３３ａとテーパ筒部２６ｂのテーパ面２６ｃとで構成されている。

　ワークピースＷをクランプした状態で機械加工終了後、クランプ装置ＣＢをクランプ状態からアンクランプ状態にする時、スクレーパ２８とＯリング５２の弾性力によりグリップ部材２Ｂとクランプロッド３Ｂの軸心が、油圧シリンダ４の軸心と一致するように水平方向に移動すると共に、油圧シリンダ４によりクランプロッド３Ｂが進出方向（上方）へ駆動される。このとき、クランプロッド３Ｂのテーパ係合部３３ａがグリップ部材２Ｂのテーパ筒部２６ｂのテーパ面２６ｃに下方から密着状に係合する。そのため、テーパ係合部３３ａからテーパ筒部２６ｂにテーパ筒部２６ｂを縮径させる力が作用するため、４つのグリップ分割体２ｄがクランプロッド３Ｂに最大限接近するように縮径方向へ押圧されて、グリップ部材２Ｂがクランプロッド３Ｂ側へ最大限縮径する。

　このように、このクランプ装置ＣＢでは縮径機構１７０を設け、この縮径機構１７０は、グリップ部材２Ｂの基端部のテーパ筒部２６ｂに下方程小径化するように形成されたテーパ面２６ｃと、このテーパ面２６ｃに下方から係合可能にクランプロッド３Ｂに形成され且つ上方程大径化したテーパ係合部３３ａとを有するため、クランプ解除時に４つのグリップ分割体２ｄがクランプロッド３Ｂに最大限接近した縮径状態に集合するので、クランプ装置ＣＢがアンクランプ状態になる毎に、縮径機構１７０により４つのグリップ分割体２ｄを確実に縮径させることができる。そのため、クランプ時にグリップ爪部２４がワークピースＷの穴の内面に噛みついたような場合にも、クランプ解除時に確実にグリップ部材２Ｂを縮径させることでき、クランプ装置ＣＢによるワークピースのクランプを円滑に能率的に行うことができる。

　以上説明した実施例を部分的に変更する例について説明する。
１］油圧シリンダ４の代わりに、加圧エアで作動するエアシリンダを設けてもよい。
２］当業者ならば、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

　本発明は、ワークピースの穴にグリップ部材のグリップ爪を係合させて着座面の方へ引き付けることでワークピースをクランプするクランプ装置に利用することができる。

Claims

　径方向に拡縮可能に構成され且つワークピースの穴に挿入されて穴の内周面をグリップ可能な環状のグリップ部材と、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を有するクランプ装置において、
　前記グリップ部材とクランプロッドと流体圧シリンダとが付設された本体部材と、
　ワークピースを着座させる為に前記本体部材に形成された着座面と、
　前記着座面に開口された加圧エア噴出孔を含む着座センサと、
　前記グリップ部材がワークピース側へ移動した進出位置にあるときに前記着座面よりも進出側の位置でワークピースを受け止め可能なワーク搭載面であって、前記グリップ部材とクランプロッドが退入側へ移動するクランプ作動時に前記グリップ部材と一体的にクランプロッドの軸心と平行方向へ移動するワーク搭載面と、
　を備えたことを特徴とするクランプ装置。
　前記ワーク搭載面は、前記グリップ部材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。
　前記ワーク搭載面は、前記グリップ部材の外周の外側に配設された１又は複数のワーク搭載面形成部材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。
　前記グリップ部材とクランプロッド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。
　前記グリップ部材とクランプロッドの共通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１に記載のクランプ装置。
　前記流体圧シリンダは、シリンダ穴と、このシリンダ穴に装着され且つ前記クランプロッドに連結されたピストン部材と、このピストン部材に形成された筒状ピストンロッドと、前記シリンダ穴内に形成された筒状ピストンロッド側のクランプ用流体室及び前記シリンダ穴内に形成され且つ前記ピストン部材に対してクランプ用流体室と反対側のアンクランプ用流体室と、前記筒状ピストンロッドに外嵌され且つクランプ用流体室の流体圧を受圧可能でクランプロッドの軸心と平行方向に可動の環状受圧部材であって前記グリップ部材の基端面を受け止める環状受圧部材とを有することを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
　前記グリップ部材とクランプロッドの共通の軸心を前記流体圧シリンダの軸心に一致させる為に、前記筒状ピストンロッドとクランプロッド間に圧縮状態にして装着された弾性リング部材を含む弾性付勢手段を設けたことを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
　前記弾性付勢手段は、前記グリップ部材の環状鍔部の外周面に摺接して、グリップ部材とクランプロッドを弾性付勢する弾性材料製のスクレーパを有することを特徴とする請求項７に記載のクランプ装置。
　前記グリップ部材は、前記ワーク搭載面を形成する環状鍔部と、この環状鍔部から進出側へ延びるグリップ爪部と、この環状鍔部に対してグリップ爪部と反対側に形成された基端鍔部とを備え、グリップ部材は周方向の複数位置で分割された複数のグリップ分割体からなることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
　前記環状受圧部材は、前記ワーク搭載面が前記着座面よりも進出側へ進出した位置になる第１位置と、ワーク搭載面が前記着座面より後退した位置となる第２位置とに亙ってクランプロッドの軸心と平行方向に所定ストローク移動可能に構成されたことを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
　前記流体圧シリンダは、クランプ時には前記クランプロッドを退入方向へ駆動し且つクランプ解除時にはクランプロッドを進出方向へ駆動するように構成され、
　前記クランプ解除時に前記グリップ部材の複数のグリップ分割体をクランプロッドに接近させた縮径状態に集合させる縮径機構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。
　前記縮径機構は、前記グリップ部材の基端部に下方程小径化するように形成されたテーパ面と、このテーパ面に下方から係合可能にクランプロッドに形成され且つ上方程大径化したテーパ係合部とを備えたことを特徴とする請求項１１に記載のクランプ装置。