WO2009101765A1

WO2009101765A1 - クランプ装置

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Publication number: WO2009101765A1
Application number: PCT/JP2009/000236
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: CN101945728A; TW200938333A; EP2253419B1; US8246029B2; KR20100125260A; JP4297511B1; TWI439344B; US20100327503A1; EP2253419A4; EP2253419A1; EP2253419B2; JP2009190137A; CN104647052A; KR101426827B1; CN104647052B

Abstract

　クランプ装置（Ｃ）は、ワークピース（Ｗ）の穴（Ｈ）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（２）と、このグリップ部材（２）に内嵌係合させたテーパ軸部（３１）を有するクランプロッド（３）と、グリップ部材（２）とクランプロッド（３）とを軸心方向へ進退駆動可能な油圧シリンダ（４）と、本体部材（１）とを有する。また、クランプ装置（Ｃ）は、本体部材（１）に形成されワークピース（Ｗ）を着座させる着座面（１８）と、油圧シリンダ（４）によりクランプロッド（３）を介してグリップ部材（２）をクランプ方向へ駆動してワークピース（Ｗ）を着座面（１８）に着座させた状態におけるクランプ不良を検出するクランプ不良検出機構とを有する。

Description

クランプ装置

　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クランプ不良を検出するクランプ不良検出手段を設けたものである。

　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、クランプロッドを退入方向へ駆動して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。この種のクランプ装置が、特許文献１，２に記載されている。

　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設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

　前記着座センサは、ワークピースが着座面に着座したことを検出するものに過ぎないため、着座センサによりワークピースの着座面への着座が検出されたとしても、ワークピースが所期のクランプ力で固定されているとは限らない。例えば、前記のホールクランプ装置の場合、クランプ時にクランプロッドを退入方向へクランプ駆動し、そのテーパ軸部でグリップ部材のグリップ爪部を拡径させてワークピースの穴の内周面に食い込ませる際に、ワークピースは着座面に着座状態を保持したまま、グリップ爪部がワークピースの穴に対してスリップする場合がある。特に、ワークピースが鋳造品でその穴が僅かにテーパ状の穴に形成されているような場合には、グリップ爪部のスリップが発生しやすい。

　前記のようなグリップ爪部のスリップが発生した場合には、流体圧シリンダのピストン部材が退入限界位置まで退入移動してしまうため、著しく低下したクランプ力でワークピースをクランプすることになる。しかし、この場合でも、ワークピースは着座面への着座を保持するため、上記のようなクランプ不良を着座センサでは検知することができない。このようなクランプ不良のままワークピースの機械加工を実行すると、切削工具から作用する切削力によりワークピースがズレ動いたりするため、切削工具が破損したり、ワークピースを損傷したりするという問題がある。

　本発明の目的は、ワークピースを着座面に着座させた状態におけるクランプ不良を確実に検出可能な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、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る本体部材とを有するクランプ装置において、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、前記流体圧シリンダによりクランプロッドを介してグリップ部材をクランプロッドの軸心と平行方向へ駆動してワークピースを着座面に着座させた状態におけるクランプ不良を検出するクランプ不良検出手段とを備えたことを特徴としている。

　ワークピースをクランプする際に、流体圧シリンダによりグリップ部材をクランプロッドを介してクランプ（退入）方向へ駆動してワークピースを着座面に着座させると、クランプ不良検出手段は、前記ワークピースの着座状態におけるクランプ不良を検出する。

　本発明のクランプ装置によれば、クランプ装置が、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、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る本体部材とを有する。

　このクランプ装置が、ワークピースを着座させる為に本体部材に形成された着座面と、前記流体圧シリンダによりクランプロッドを介してグリップ部材をクランプ方向へ駆動してワークピースを着座面に着座させた状態におけるクランプ不良を検出するクランプ不良検出手段とを備えているため、ワークピースをクランプする際に、ワークピースを着座面に着座させた状態におけるクランプ不良をクランプ不良検出手段により検出することができる。尚、クランプ不良は、クランプ力が十分発生してないような不完全なクランプ状態を含む。上記のようなクランプ不良を検出できるため、クランプ不良に伴う工具の破損やワークの損傷を防止することができる。

　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）前記グリップ部材と一体的に流体圧シリンダの軸心と平行方向へ移動する連動部材を設け、前記クランプ不良検出手段は、前記グリップ部材がクランプ方向限界位置又はその近傍位置まで移動したときに前記連動部材により開弁操作される弁機構と、この弁機構の入力側に加圧エアを供給するエア通路と、このエア通路の加圧エア圧が設定圧以上であることを検出する圧力スイッチとを有する。この構成によれば、簡単な構成で確実に作動するクランプ不良検出手段を実現することができる。

（２）前記グリップ部材と一体的に流体圧シリンダの軸心と平行方向へ移動する連動部材を設け、前記クランプ不良検出手段は、前記グリップ部材がクランプ方向限界位置又はその近傍位置まで移動したときに前記連動部材により封鎖され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通路と、このエア通路の加圧エア圧が設定圧以上であることを検出する圧力スイッチとを有する。この構成によれば、簡単な構成で確実に作動するクランプ不良検出手段を実現することができる。

（３）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を設けている。この構成によれば、ワークピースの着座面への着座を着座センサにより検出することができる。

（４）前記流体圧シリンダによりクランプロッドを介してグリップ部材をクランプ方向へ駆動した場合に、前記グリップ部材がワークピースの穴の内周面に対してスリップしたときに、グリップ部材がクランプ方向限界位置まで移動する。この構成によれば、クランプ不良検出手段により、グリップ部材がワークの穴の内周面に対してスリップしたときのクランプ不良を検出することができる。

（５）前記クランプ不良検出手段のエア通路から分岐した通路部と、この通路部に連通し且つ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を設けている。この構成によれば、クランプ不良検出手段と着座センサのエア通路の大部分を共通化でき、また、クランプ不良検出手段と着座センサの検知部も共通化できる。

（６）前記弁機構は、前記エア通路を開閉する弁部材と、前記エア通路を閉じる位置に弁部材を付勢する弾性の有る弁付勢部材とを備え、この弁部材が前記連動部材で押動されて開弁操作される。この構成によれば、弾性の有る弁付勢部材により弁部材を確実にエア通路を閉じる位置に付勢することができる。

（７）前記弁機構は、前記エア通路を開閉する弁部材と、前記クランプ本体に可動に装着されたロッド状の弁付勢部材であって前記流体圧シリンダに供給された流体圧を受けて前記エア通路を閉じる位置に弁部材を付勢する弁付勢部材を備え、この弁部材が前記連動部材で押動されて開弁操作される。この構成によれば、流体圧シリンダに供給された油圧を弁部材を付勢するのに有効利用して、クランプ不良を確実に検知でき、しかも、弁機構の耐久性を高めることができる。

（８）前記弁機構は、前記エア通路を開閉する弁部材と、前記流体圧シリンダのピストンに移動自在に挿通されたロッド状の弁付勢部材であって前記流体圧シリンダに供給された流体圧を受けて前記エア通路を閉じる位置に弁部材を付勢する弁付勢部材を備え、前記弁付勢部材が、前記ピストンがクランプ方向限界位置まで移動した場合に、前記ピストン部に係止されて前記エア通路を開ける位置に前記弁部材を移動させ得るように構成されている。この構成によれば、流体圧シリンダに供給された油圧を弁部材を付勢するのに有効利用して、クランプ不良を確実に検知でき、しかも、弁機構の耐久性を高めることができる。

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４相当図である。実施例４に係る図４相当図である。実施例５に係る図４相当図である。実施例６に係る図４相当図である。

符号の説明

Ｗ　　　　　　ワークピース
Ｈ　　　　　　穴
Ｃ，ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，ＣＤ，ＣＥ，ＣＦ　　　　　クランプ装置
１　　　　　　本体部材
２，２Ｆ　　　グリップ部材
３　　　　　　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　　　　　基端鍔部
２８　　　　　スクレーパ
３１　　　　　テーパ軸部
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
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ，１００Ｅ　　　クランプ不良検出機構
１０４，８３　エア通路
８４　　　　　圧力スイッチ
１０５，１０５Ｄ，１０５Ｅ　　　　弁機構
１２０　　　　加圧エア噴出孔
１２１～１２４　　エア通路
１２５　　　　圧力スイッチ
１３０　　　　加圧エア噴出孔
１３１～１３３　　エア通路
１３４　　　　圧力スイッチ

　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、ワークピースＷを固定するためのグリップ部材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。

　グリップ部材２は金属部材で構成され、グリップ部材２においてグリップ爪部２４の４つの分割爪部の外周面には、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である。

　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。尚、環状受圧部材５が前記グリップ部材２と一体的に油圧シリンダ４の軸心方向へ移動する「連動部材」に相当する。

　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、グリップ部材２が下限位置（クランプ方向限界位置）まで退入し、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、後述のようなクランプ不良を検出することができる。尚、前記弁機構１０５は、グリップ部材２がクランプ方向限界位置の近傍位置まで退入し、環状受圧部材５が下限位置の近傍位置まで下降したときに、開弁するように構成してもよい。
　尚、油圧供給源、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Ｗ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Ｗ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のグリップ爪部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を確実にクランプし、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に着座するけれども、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。ワークピースＷの穴Ｈの周囲にリブが形成されているような場合には、ワークピースＷの下面が平面になっていないので、クランプしたときに、着座面１８の加圧エア噴出孔８１がワークピースＷの下面で封鎖されるとは限らない。このような場合、着座センサ８０の機能を生かしておくと、クランプ状態になっても着座センサ８０により着座が検出されないことなる。

　そこで、図９に示すように、このクランプ装置ＣＡにおいては、エア通路８２のうち下流部分以外の部分が下流部分よりも大径のエア通路８２ａに形成され、この大径エア通路８２ａの奥端部分に例えばゴムや合成樹脂製の栓部材１１０を嵌入することにより、必要に応じて、着座センサ８０の機能を停止させるように構成してある。但し、クランプ不良検出機構１００へは加圧エアを供給可能にしておく。尚、ワークピースの種類が変わった場合など必要に応じて、上記の栓部材１１０を取り外すことができる。

　本実施例では前記クランプ装置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に示すように、このクランプ装置ＣＢには、前記クランプ不良検出機構１００とは異なる構成のクランプ不良検出機構１００Ａを設けてある。このクランプ装置ＣＢにおいては、前記弁機構１０５が省略され、下部本体部材１２の上端部には、環状受圧部材５の係止鍔６２ａに対向する部分に開口する加圧エア噴出孔１２０と、この加圧エア噴出孔１２０に接続されたエア通路１２１とが形成されている。

　上部本体部材１１には着座センサ８０の為の前記エア通路８２とは異なるエア通路１２２，１２３であってエア通路１２１に接続されたエア通路１２２，１２３が形成されている。基部本体部材１３にはエア通路１２３に接続されたエア通路１２４が形成され、このエア通路１２４は加圧エア供給源に接続され、エア通路１２４内の加圧エアのエア圧が設定圧以上になったことを検出する圧力スイッチ１２５も設けられる。

　クランプ不良により、環状受圧部材５が下限位置まで下降したとき、係止鍔６２ａにより加圧エア噴出孔１２０が閉じられるため、その加圧エアの圧力上昇を圧力スイッチ１２５によって検出し、クランプ不良を検知することができる。前記弁機構１０５を省略したため、簡単な構成のクランプ不良検出機構１００Ａとなる。

　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１１に示すように、このクランプ装置ＣＣでは、クランプ不良検出機構１００とは異なる構成のクランプ不良検出機構１００Ｂを設けてある。このクランプ装置ＣＣにおいては、前記弁機構１０５が省略され、上部本体部材１１には、円形凹部６の周壁部の下端部に形成された加圧エア噴出孔１３０と、エア通路１３１，１３２とが形成されている。

　基部本体部材１３にはエア通路１３２に接続されたエア通路１３３が形成され、このエア通路１３３は加圧エア供給源に接続され、エア通路１３３内の加圧エアのエア圧が設定圧以上になったことを検出する圧力スイッチ１３４も設けられる。クランプ不良により、環状受圧部材５が下限位置まで下降したとき、係止鍔６２ａにより加圧エア噴出孔１３０が閉じられるため、その加圧エアの圧力上昇を圧力スイッチ１３４によって検出し、クランプ不良を検知することができる。前記弁機構１０５を省略したため、簡単な構成のクランプ不良検出機構１００Ｂとなる。尚、環状受圧部材５が下限位置の近傍位置までに下降したときに、加圧エア噴出孔１３０が閉じられるように構成してもよい。

　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１２に示すように、このクランプ装置ＣＤでは、クランプ不良検出機構１００とは異なる構成のクランプ不良検出機構１００Ｄを設けてある。このクランプ不良検出機構１００Ｄでは、弁機構１０５Ｄは、エア通路１０４を開閉する弁部材１０２と、クランプ本体１の下部本体部材１２に可動に装着されたロッド状の弁付勢部材１４０であって油圧シリンダ４のクランプ用油室４５に供給された油圧を受けてエア通路１０４を閉じる位置に弁部材１０２を付勢する弁付勢部材１４０を備え、この弁部材１０２が環状受圧部材５の係止鍔６２ａで押動されて開弁操作されるようになっている。弁部材１０２は実施例１と同様のものである。

　下部本体部材１２の円形凹部１０１の下側部分に上下貫通状の貫通孔１４１が形成され、この貫通孔１４１に弁付勢部材１４０が環状シールでシールされた状態で摺動自在に挿通され、弁付勢部材１４０の上端部が弁部材１０２に当接し、弁付勢部材１４０の下端部が貫通孔１４１の下端よりも上方に位置している。このクランプ装置ＣＤによれば、油圧シリンダ４に供給された油圧を弁部材１０２を付勢するのに有効利用して、クランプ不良を確実に検知でき、しかも、弁機構１０５Ｄの耐久性を高めることができる。

　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１３に示すように、このクランプ装置ＣＥでは、クランプ不良検出機構１００とは異なる構成のクランプ不良検出機構１００Ｅを設けてある。このクランプ不良検出機構１００Ｅでは、弁機構１０５Ｅは、エア通路１０４を開閉する弁部材１０２と、クランプ本体１の下部本体部材１２及び油圧シリンダ４のピストン部４３に移動自在に挿通されたロッド状の弁付勢部材１４５であって油圧シリンダ４のクランプ用油室４５及びアンクランプ用油室４６に供給された油圧を受けてエア通路１０４を閉じる位置に弁部材１０２を付勢する弁付勢部材１４５を備え、弁付勢部材１４５が、ピストン部４３がクランプ方向限界位置まで移動した場合に、ピストン部４３に係止されてエア通路１０４を開ける位置に弁部材１０２を移動させ得るように構成されている。弁部材１０２は実施例１と同様のものである。

　下部本体部材１２の円形凹部１０１の下側部分に上下貫通状の大径貫通孔１４６ａが形成され、ピストン部４３に大径貫通孔１４６ａと同軸で大径貫通孔１４６ａよりも小径の小径貫通孔１４６ｂが形成されている。弁付勢部材１４５は、上半部に形成された大径軸状部１４５ａ、下半部に形成され大径軸状部１４５ａよりも小径の小径軸状部１４５ｂ、小径軸状部１４５ｂの下端部に形成された係止鍔部１４５ｃを有する。

　大径軸状部１４５ａが大径貫通孔１４６ａに環状シールでシールされた状態で摺動自在に挿通され、大径軸状部１４５ａの上端部が弁部材１０２に当接し、小径軸状部１４５ｂが小径貫通孔１４６ｂに環状シールでシールされた状態で摺動自在に挿通され、係止鍔部１４５ｃはピストン部４３の下側に位置し、ピストン部４３がクランプ方向限界位置まで移動した場合に、この係止鍔部１４５ｃがピストン部４３に係止されて、弁付勢部材１４５が下方移動して弁部材１０２から離れ、そこで、弁部材１０２が自重やエア圧によって下方へ移動して、エア通路１０４が開けられる。

　尚、弁部材１０２が環状受圧部材５の係止鍔６２ａで押動されて開弁操作されるようにも構成されているが、この構成について省略可能である。このクランプ装置ＣＥによれば、油圧シリンダ４に供給された油圧を弁部材１０２を付勢するのに有効利用して、クランプ不良を確実に検知でき、しかも、弁機構１０５Ｅの耐久性を高めることができる。

　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］図４に示したクランプ不良検出機構１００のエア通路１０４は、着座センサ８０の為のエア通路８２に接続したが、図８，図９と同様に、エア通路１０４へはエア通路８２とは別のエア通路から加圧エアを供給し、図８，図９と同様の圧力スイッチで検出してもよい。
２］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ることも可能である。
３］クランプ不良検出機構１００と着座センサ８０の少なくとも一方を省略してもよい。４］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、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る本体部材とを有するクランプ装置において、
　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、
　前記流体圧シリンダによりクランプロッドを介してグリップ部材をクランプロッドの軸心と平行方向へ駆動してワークピースを着座面に着座させた状態におけるクランプ不良を検出するクランプ不良検出手段と、
　を備えたことを特徴とするクランプ装置。
　前記グリップ部材と一体的に流体圧シリンダの軸心と平行方向へ移動する連動部材を設け、
　前記クランプ不良検出手段は、前記グリップ部材がクランプ方向限界位置又はその近傍位置まで移動したときに前記連動部材により開弁操作される弁機構と、この弁機構の入力側に加圧エアを供給するエア通路と、このエア通路の加圧エア圧が設定圧以上であることを検出する圧力スイッチ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一体的に流体圧シリンダの軸心と平行方向へ移動する連動部材を設け、
　前記クランプ不良検出手段は、前記グリップ部材がクランプ方向限界位置又はその近傍位置まで移動したときに前記連動部材により封鎖され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通路と、このエア通路の加圧エア圧が設定圧以上であることを検出する圧力スイッチ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。
　前記着座面に開口された加圧エア噴出孔を含む着座センサを設けたことを特徴とする請求項１～３の何れか１つに記載のクランプ装置。
　前記流体圧シリンダによりクランプロッドを介してグリップ部材をクランプ方向へ駆動した場合に、前記グリップ部材がワークピースの穴の内周面に対してスリップしたときに、グリップ部材がクランプ方向限界位置まで移動することを特徴とする請求項２又は３に記載のクランプ装置。
　前記クランプ不良検出手段のエア通路から分岐した通路部と、この通路部に連通し且つ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を設けたことを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
　前記弁機構は、前記エア通路を開閉する弁部材と、前記エア通路を閉じる位置に弁部材を付勢する弾性の有る弁付勢部材とを備え、この弁部材が前記連動部材で押動されて開弁操作されることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
　前記弁機構は、前記エア通路を開閉する弁部材と、前記クランプ本体に可動に装着されたロッド状の弁付勢部材であって前記流体圧シリンダに供給された流体圧を受けて前記エア通路を閉じる位置に弁部材を付勢する弁付勢部材を備え、この弁部材が前記連動部材で押動されて開弁操作されることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
　前記弁機構は、前記エア通路を開閉する弁部材と、前記流体圧シリンダのピストンに移動自在に挿通されたロッド状の弁付勢部材であって前記流体圧シリンダに供給された流体圧を受けて前記エア通路を閉じる位置に弁部材を付勢する弁付勢部材を備え、
　前記弁付勢部材が、前記ピストンがクランプ方向限界位置まで移動した場合に、前記ピストン部に係止されて前記エア通路を開ける位置に前記弁部材を移動させ得るように構成されたことを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。