(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプ本体と、ワークの穴の内周面に係合する拡径状態と係合しない縮径状態とに切り換え可能な係合部材と、この係合部材の内側に係合したクランプロッドと、このクランプロッドをクランプ本体に対し進退駆動する為の駆動手段とを有するクランプ装置において、
前記係合部材を拡径させて前記内周面に係合させる際に係合部材を第１圧力の加圧エアのエア力で支持するサポート機構と、
前記駆動手段によりクランプロッドをクランプ駆動するとき、前記係合部材の拡径後に前記サポート機構のエア力の少なくとも一部を解除する加圧エア力解除手段と、
を備えたことを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、クランプロッドをクランプ解除させる解除用エアシリンダを備え、
前記サポート機構は、前記係合部材を支持する環状受圧ピストン部材と、この環状受圧ピストン部材にクランプ方向と反対向きに前記第１圧力の加圧エアを受圧させるサポートエア室と、前記解除用エアシリンダの解除用エア作動室からサポートエア室に通ずるエア供給通路とを有し、
前記第１圧力の加圧エアより低圧の第２圧力の加圧エアにより前記係合部材とクランプロッドをエアブローする為に、クランプ本体内のうちの環状受圧ピストン部材よりも係合部材側の部分に、前記第２圧力の加圧エアを導入する加圧エア導入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。
【請求項３】
前記加圧エア力解除手段は、前記エア供給通路に介装されサポートエア室へ加圧エアを供給する方向への流通を許す逆止弁と、前記環状受圧ピストン部材に貫通状に形成された連通エア通路であって前記環状受圧ピストン部材が上限位置のときだけ遮断される連通エア通路とを有することを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
【請求項４】
前記加圧エア力解除手段は、前記エア供給通路に介装された絞り弁と、前記環状受圧ピストン部材に貫通状に形成された連通エア通路であって前記環状受圧ピストン部材が上限位置のときだけ遮断される連通エア通路とを有することを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
【請求項５】
前記クランプロッドがクランプ方向限界位置まで移動したときに、前記環状受圧ピストン部材により封鎖される加圧エア噴出孔であってクランプ不良検出用の加圧エア噴出孔と、この加圧エア噴出孔に加圧エアを供給するエア通路とを設けたことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載のクランプ装置。
【請求項６】
前記駆動手段が、前記クランプロッドをクランプ方向へ駆動する為のクランプ用駆動手段を有することを特徴とする請求項５に記載のクランプ装置。
【請求項７】
前記クランプ用駆動手段は、クランプロッドをクランプ方向へ駆動する１又は複数の圧縮スプリングを有することを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
【請求項８】
前記クランプ用駆動手段は、クランプロッドをクランプ駆動する駆動力の全部又は一部を発生させるクランプ用エアシリンダを有することを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワークの穴の内周面をグリップして固定するクランプ装置に関し、特にグリップ用の係合部材を支持するサポート機能を確保しながら、グリップ後にサポート力の少なくとも一部を解除可能にしたクランプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上記のようなワークの穴の内周面をグリップする種々のクランプ装置（所謂、ホールクランプ又はエキスパンションクランプ）が実用に供されている。例えば、特許文献１，２に記載のクランプ装置は、クランプ本体、このクランプ本体の挿通孔を上下に貫通し且つグリップ爪部を有する係合部材、この係合部材を拡径させる為のクランプロッド、このクランプロッドを進退駆動する為の油圧シリンダからなる駆動手段などを備えている。
【０００３】
上記のクランプ装置は、油圧シリンダのクランプ用油室に油圧を供給してクランプロッドをクランプ駆動させる油圧式クランプ装置である。この油圧力に代えて、加圧エアの付勢力によりクランプ駆動するエア式クランプ装置も実用に供されている。エア式クランプ装置の駆動手段は、クランプロッドに連結されたピストン部材、このピストン部材上側のクランプ用エア作動室、このピストン部材下側のアンクランプ用エア作動室などを備えている。
【０００４】
上記特許文献１，２のクランプ装置では、係合部材を拡径させる為に係合部材を下方から支持するサポート機構が、係合部材の下端を支持する環状支持部材と、この環状支持部材を上方へ弾性力で支持する圧縮スプリング部材などを備えている。
【０００５】
前記圧縮スプリング部材に代えて、係合部材を油圧で支持する油圧式サポート機構や、係合部材を加圧エアで支持するエア式サポート機構を備えたクランプ装置も実用に供されている。
【０００６】
ここで、バネ式サポート機構のサポート力が不足すると、クランプ時に係合部材のグリップ爪部がワークの穴の内周面をグリップせずに内周面に対してスリップすることがある。そのため、サポート機構の圧縮スプリング部材として、ある程度大きなサポート力を発生可能なスプリングを採用する必要がある。このことは、油圧式サポート機構やエア式サポート機構においても同様である。
【０００７】
尚、クランプ時に係合部材が穴の内周面をグリップせずにスリップしてクランプロッドがクランプ方向限界位置まで移動したとき、クランプロッドと共に移動するサポート機構の環状支持部材により、クランプ本体に形成された加圧エア噴出孔を封鎖することでクランプ不良を検出するクランプ不良検出手段を備えたクランプ装置も実用に供されている。
【０００８】
他方、この種のクランプ装置によりクランプしたワークを切削加工すると、切粉がクランプ本体内へ侵入するので、それを防止するためクランプ本体内へ加圧エアを供給して、クランプ本体と係合部材とクランプロッド等の隙間から外部へ噴出させるエアブロー手段がクランプ装置に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ドイツ特許第４０２０９８１号公報
【特許文献２】特開平１１−１８８５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記特許文献１，２のクランプ装置におけるバネ式サポート機構は、アンクランプ状態のときも、クランプ状態のときも、圧縮スプリング部材によるサポート力を発生し、係合部材をアンクランプ方向へ付勢するため、そのサポート力の分だけクランプ駆動手段で発生させるクランプ力が低下する。それ故、クランプ力の低下の分だけ、クランプ駆動手段を大型化しなければならない、という問題がある。
【００１１】
一方、エア式サポート機構では、係合部材の下端を支持する環状受圧部材と、この環状受圧部材の下面に加圧エアを受圧させるサポートエア室を設け、アンクランプ時に、このサポートエア室に加圧エアを供給する。このクランプ装置の場合、クランプ時に、アンクランプ用エア作動室から加圧エアを段階的に排出しても、サポートエア室から加圧エアは排出されずにサポート力が残る。従って、上記と同様に、そのサポート力の分だけクランプ駆動手段で発生させるクランプ力が低下する。それ故、クランプ力の低下の分だけ、クランプ駆動手段を大型化しなければならない、という問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、係合部材の拡径時には加圧エアのエア力で係合部材を支持し、係合部材の拡径後には前記エア力の少なくとも一部を解除可能なクランプ装置を提供すること、係合部材の拡径後にサポート機構の環状受圧部材にエアブロー用加圧エアのエア力が作用するのを防止可能なクランプ装置を提供すること、小型化が可能なクランプ装置を提供すること、などである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１のクランプ装置は、クランプ本体と、ワークの穴の内周面に係合する拡径状態と係合しない縮径状態とに切り換え可能な係合部材と、この係合部材の内側に係合したクランプロッドと、このクランプロッドをクランプ本体に対し進退駆動する為の駆動手段とを有するクランプ装置において、前記係合部材を拡径させて前記内周面に係合させる際に係合部材を第１圧力の加圧エアのエア力で支持するサポート機構と、前記駆動手段によりクランプロッドをクランプ駆動するとき、前記係合部材の拡径後に前記サポート機構のエア力の少なくとも一部を解除する加圧エア力解除手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項２のクランプ装置は、請求項１の発明において、前記駆動手段は、クランプロッドをクランプ解除させる解除用エアシリンダを備え、前記サポート機構は、前記係合部材を支持する環状受圧ピストン部材と、この環状受圧ピストン部材にクランプ方向と反対向きに前記第１圧力の加圧エアを受圧させるサポートエア室と、前記解除用エアシリンダの解除用エア作動室からサポートエア室に通ずるエア供給通路とを有し、前記第１圧力の加圧エアより低圧の第２圧力の加圧エアにより前記係合部材とクランプロッドをエアブローする為に、クランプ本体内のうちの環状受圧ピストン部材よりも係合部材側の部分に、前記第２圧力の加圧エアを導入する加圧エア導入手段を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項３のクランプ装置は、請求項２の発明において、前記加圧エア力解除手段は、前記エア供給通路に介装されサポートエア室へ加圧エアを供給する方向への流通を許す逆止弁と、前記環状受圧ピストン部材に貫通状に形成された連通エア通路であって前記環状受圧ピストン部材が上限位置のときだけ遮断される連通エア通路とを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項４のクランプ装置は、請求項２の発明において、前記加圧エア力解除手段は、前記エア供給通路に介装された絞り弁と、前記環状受圧ピストン部材に貫通状に形成された連通エア通路であって前記環状受圧ピストン部材が上限位置のときだけ遮断される連通エア通路とを有することを特徴としている。
【００１７】
請求項５のクランプ装置は、請求項２〜４の何れか１項の発明において、前記クランプロッドがクランプ方向限界位置まで移動したときに、前記環状受圧ピストン部材により封鎖される加圧エア噴出孔であってクランプ不良検出用の加圧エア噴出孔と、この加圧エア噴出孔に加圧エアを供給するエア通路とを設けたことを特徴としている。
【００１８】
請求項６のクランプ装置は、請求項５の発明において、前記駆動手段が、前記クランプロッドをクランプ方向へ駆動する為のクランプ用駆動手段を有することを特徴としている。
【００１９】
請求項７のクランプ装置は、請求項６の発明において、前記クランプ用駆動手段は、クランプロッドをクランプ方向へ駆動する１又は複数の圧縮スプリングを有することを特徴としている。
【００２０】
請求項８のクランプ装置は、請求項６の発明において、前記クランプ用駆動手段は、クランプロッドをクランプ駆動する駆動力の全部又は一部を発生させるクランプ用エアシリンダを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の発明によれば、ワークのクランプ時、係合部材を拡径させてワークの穴の内周面に係合させる際には、第１圧力の加圧エアのエア力で係合部材を支持するサポート機構により支持した状態で、係合部材を確実に拡径させることができるうえ、クランプロッドをクランプ駆動するとき、加圧エア力解除手段により、前記係合部材の拡径後にサポート機構のエア力の少なくとも一部を解除するため、解除したエア力の分だけクランプ力の低下を防止することができる。クランプ力の低下を防止できるため、駆動手段の大型化を抑制し、クランプ装置の小型化を図ることができる。
【００２２】
請求項２の発明によれば、駆動手段はクランプ解除させる解除用エアシリンダを有し、サポート機構が、環状受圧ピストン部材と、この環状受圧ピストン部材にクランプ方向と反対向きに第１圧力の加圧エアを受圧させるサポートエア室と、解除用エアシリンダの解除用エア作動室からサポートエア室に通ずるエア供給通路とを有するので、解除用エアシリンダに供給された第１圧力の加圧エアをエア供給通路を介してサポートエア室に供給することができる。加圧エア導入手段は、第１圧力の加圧エアより低圧の第２圧力の加圧エアをクランプ本体内のうちの環状受圧ピストン部材よりも係合部材側の部分に導入し、係合部材とクランプロッドをエアブローすることができ、クランプ本体内への切粉や塵の侵入を防止することができる。
【００２３】
環状受圧ピストン部材には、第２圧力のエアブロー用の加圧エアが環状受圧ピストン部材の上面側に作用するものの、サポートエア室の第１圧力（これは第２圧力よりも高い）の加圧エアのエア力が下面側に作用するため、環状受圧ピストン部材をほぼ上限位置に保持することができる。
【００２４】
請求項３の発明によれば、エア作動室からサポートエア室へ逆止弁を介して加圧エアを供給可能で、サポートエア室に第１圧力の加圧エアを供給可能であるが、クランプ時に解除用エア作動室の加圧エアを排出しても、サポートエア室の第１圧力の加圧エアは逆止弁を介して維持することができる。それ故、クランプ開始時に係合部材を確実に拡径させることができる。
【００２５】
しかも、前記環状受圧ピストン部材に貫通状に形成された連通エア通路であって前記環状受圧ピストン部材が上限位置のときだけ遮断される連通エア通路を設けたため、サポートエア室の第１圧力の加圧エアの一部を、連通エア通路を介して排出し、加圧エア導入手段によりクランプ本体内に導入された第２圧力の加圧エアと等圧になるまで低下させて、環状受圧ピストン部材の上下両側のエア圧を等しくし、環状受圧ピストン部材にエア力が作用するのを防止し、環状受圧ピストン部材がクランプ方向限界位置へ移動するのを防止することができる。尚、この構成では、加圧エア力解除手段により、サポート機構のエア力の少なくとも一部が解除される。
【００２６】
請求項４の発明によれば、解除用エア作動室から絞り弁を介してサポートエア室へ加圧エアを供給することができる。クランプ時に解除用エア作動室の加圧エアを排出しても、サポートエア室の加圧エアは絞り弁を介して遅延をもって排出されるため、サポート機構のエア力の少なくとも一部を遅延をもって解除することができる。尚、環状受圧ピストン部材に形成する連通エア通路の作用効果については、請求項３とほぼ同様である。
【００２７】
請求項５の発明によれば、クランプロッドがクランプ方向限界位置まで移動したときに、環状受圧ピストン部材により封鎖される加圧エア噴出孔であってクランプ不良検出用の加圧エア噴出孔と、この加圧エア噴出孔に加圧エアを供給するエア通路とを設けたので、簡単な構成で確実に作動するクランプ不良検出を実現することができる。
【００２８】
請求項６の発明によれば、駆動手段に設けたクランプ用駆動手段により、クランプロッドをクランプ方向へ駆動することができる。
請求項７の発明によれば、クランプ用駆動手段に設けた１又は複数の圧縮スプリングにより、クランプロッドをクランプ方向へ駆動することができる。
【００２９】
請求項８の発明によれば、クランプ用駆動手段に設けたクランプ用エアシリンダにより、クランプロッドをクランプ駆動する駆動力の全部又は一部を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１に係るクランプ装置の平面図である。
【図２】クランプ装置（アンクランプ状態）の縦断面図である。
【図３】クランプ装置（アンクランプ状態）の縦断面図である。
【図４】クランプ装置（クランプ状態）の縦断面図である。
【図５】実施例２に係るクランプ装置（アンクランプ状態）の縦断面図である。
【図６】クランプ装置（アンクランプ状態）の縦断面図である。
【図７】実施例３に係るクランプ装置（アンクランプ状態）の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１〜図４に示すように、クランプ装置Ｃは、クランプ本体１と、グリップ部材として機能する係合部材２と、この係合部材２の内側に係合したクランプロッド３と、このクランプロッド３を進退駆動する為の駆動手段４と、サポート機構６と、加圧エア力解除手段７と、加圧エア導入手段８と、クランプ不良検出手段９等を備えている。クランプ本体１は、上部本体部材１１と下部本体部材１２とで構成され、クランプ本体１が基部本体部材１３に組みつけられる。
【００３３】
上部本体部材１１は平面視にてほぼ矩形状をなし、この上部本体部材１１は、４つのボルト孔１４に挿入される４本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本のボルト１６により上部本体部材１１に固定されている。クランプ本体１の上半部の中心部に上方へ突出する円筒状の本体筒部２０が設けられている。
【００３４】
図１〜図４に示すように、本体筒部２０の上端部の中心部分の挿通孔１７を上下に貫通するように係合部材２（グリップ部材）とクランプロッド３が配設されている。本体筒部２０の上面には、係合部材２を囲む４つの円弧状の着座面１８が形成され、これら着座面１８にワークＷを着座させた状態で、ワークＷをクランプする。本体筒部２０の上面には、エアブローされた加圧エアが流れる４つの凹溝１９が十文字状に形成されている。
【００３５】
係合部材２は、クランプロッド３と共にワークＷの穴に挿入され、穴の内周面に係合（穴の内周面をグリップ）する拡径状態と、係合（グリップ）しない縮径状態とに切り換え可能である。この係合部材２は、クランプロッド３を挿通させる為のロッド挿通孔２１と、筒状のグリップ爪部２２と、基端鍔部２３とを有し、係合部材２はその半径を拡大・縮小可能（拡縮可能）に且つ分解可能にする為に、４つのスリットにより周方向４等分に分割され、Ｏリング２７で束ねられている。
【００３６】
係合部材２のグリップ爪部２２の外周面には、ワークＷに形成された穴の内周面をグリップ可能な３段の歯が形成されている。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。
【００３７】
図２〜図４に示すように、本体筒部２０の上端の挿通孔１７の部位には係合部材２の外周側の環状隙間を塞ぐスクレーパ２６が装着されている。このスクレーパ２６は、異物の侵入を防止する機能と、アンクランプ状態のとき係合部材２とクランプロッド３の軸心がクランプ装置Ｃの軸心（本体筒部２０の軸心と共通である）と一致するようにセンタリングする機能とを得る為のものである。係合部材２の下部には４つの分割体を束ねて縮径方向へ付勢するＯリング２７が装着されている。
【００３８】
係合部材２の基端鍔部２３は、本体筒部２０の円形凹部２９に収容され、基端鍔部２３の外周側には隙間が形成されている。係合部材２の基端鍔部２３は、円形凹部２９の上壁部とサポート部材６２の水平板部６２ｂとの間に水平方向へ可動に挟着され、サポート部材６２で支持されている。係合部材２は、サポート部材６２及び環状受圧ピストン部材６１と一体的に昇降可能であると共に、円形凹部２９の外周部の環状隙間とスクレーパ２６の弾性変形を介して、クランプ装置Ｃ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。
【００３９】
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Ｔ形係合部３３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、係合部材２のロッド挿通孔２１に挿通されている。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、このテーパ軸部３１が係合部材２のロッド挿通孔２１の上半部のテーパ孔部２１ａに内嵌係合している。
【００４０】
次に、駆動手段４について説明する。
図１〜図４に示すように、駆動手段４は、クランプロッド３をクランプ本体１に対して進退駆動する為のものであり、クランプロッド３を上方へクランプ解除駆動させる解除用エアシリンダ３５と、クランプロッド３を下方へクランプ駆動させるクランプ用駆動手段３６とを有する。クランプ用駆動手段３６は、クランプロッド３をクランプ駆動する複数の圧縮スプリング４６と、クランプ駆動力の一部を発生させるクランプ用エアシリンダ３６ａとを有する。
【００４１】
クランプ本体１には、縦向きのシリンダ穴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のピストン部４３の上側の環状のバネ収容室４５と、ピストン部材４２の下側の解除用エア作動室４７などが形成されている。
【００４２】
解除用エアシリンダ３５は、シリンダ穴４１と、ピストン部材４２と、解除用エア作動室４７などで構成されている。クランプ用エアシリンダ３６ａは、シリンダ穴４１と、ピストン部材４２と、クランプ用エア作動室４５（バネ収容室）などで構成されている。
【００４３】
ピストン部材４２は、ピストン部４３と、このピストン部４３から上方へ本体筒部２０内まで延びるロッド部４４を有する。ピストン部４３の外周部はシール部材４３ａで気密に封止されている。ロッド部４４は、大径ロッド部４４ａと、この大径ロッド部４４ａから上方に延びる中径ロッド部４４ｂと、この中径ロッド部４４ｂから上方に延びる小径ロッド部４４ｃと、この小径ロッド部４４ｃから上方に延びるネジ軸部４４ｄとを有する。このネジ軸部４４ｄには、逆Ｔ形のＴ溝５２ａが形成されたＴ溝形成部材５２が螺合されている。
【００４４】
このＴ溝形成部材５２のＴ溝５２ａには、クランプロッド３のＴ形係合部３３が水平方向側方から係合されている。Ｔ溝形成部材５２の外径は、小径ロッド部４４ｃの外径よりも僅かに大きく形成されている。Ｔ溝形成部材５２の下端には、環状受圧ピストン部材６１の薄肉スリーブ６１ｂの上端で係止される被係止部５２ｂが形成されている。Ｔ形係合部３３とＴ溝形成部材５２の間には僅かな隙間が形成されているため、クランプロッド３は、Ｔ溝形成部材５２に対して相対的に水平方向へ上記隙間の分だけ移動可能である。
【００４５】
解除用エア作動室４７は、ピストン部材４２の下側に、下部本体部材１２と基部本体部材１３とで形成されている。解除用エア作動室４７には、ピストン部４３をアンクランプ側へ付勢する第１圧力の加圧エアが、エア供給源４８からエア通路４９を介して供給可能である。
【００４６】
バネ収容室４５は、大径ロッド部４４ａと中径ロッド部４４ｂの外周側に形成されている。バネ収容室４５には、クランプ駆動力を発生させる６つの圧縮スプリング４６が周方向等間隔に装着されている。各圧縮スプリング４６の上端部分は、下部本体部材１２に形成された円筒穴５５に挿入され、周方向位置が決められている。圧縮スプリング４６の下端はピストン部４３で受け止められ、圧縮スプリング４６の上端は円筒穴５５の上端壁で受け止められている。
【００４７】
圧縮スプリング４６は矩形断面のバネ鋼線材からなるが、円形断面のバネ鋼線材で構成してもよい。尚、圧縮スプリング４６の数は６つに限定されず、６未満又は７以上の数の圧縮スプリング４６を設けることもできる。１つの圧縮スプリング４６をロッド部４４に外嵌状に装着しても良い。
【００４８】
バネ収容室４５はクランプ用エアシリンダ３６ａのエア作動室としても兼用され、バネ収容室４５には、エア通路５６ａ〜５６ｃを介して加圧エア供給源５０に接続されている。圧縮スプリング４６の付勢力だけではクランプ力が不足する場合は、バネ収容室４５に加圧エアを供給しクランプ用エアシリンダ３６ａによりクランプ駆動力の一部を発生させる。
【００４９】
図２，図３はピストン部材４２を上限位置にしたアンクランプ状態を示し、このアンクランプ状態において、大径ロッド部４４ａの上端部４４ｅが、下部本体部材１２の係止部６７で係止される。中径ロッド部４４ｂの上端部４４ｆと、加圧エアにて上限位置にある環状受圧ピストン部材６１の下端部との間には、僅かな隙間が設けられる。
【００５０】
次に、サポート機構６について説明する。
図２〜図４に示すように、サポート機構６は、ピストン部材４２の小径ロッド部４４ｃに可動に外嵌され且つ係合部材２を支持する環状受圧ピストン部材６１と、この環状受圧ピストン部材６１で基端部（下端部）が支持され且つ係合部材２の基端を支持するサポート部材６２と、環状受圧ピストン部材６１にクランプ方向と反対向きに第１圧力の加圧エアを受圧させるサポートエア室６３と、解除用エアシリンダ３５のエア作動室４７からサポートエア室６３に通ずるエア供給通路６５とを有する。サポート機構６は、係合部材２を拡径させてワークＷの内周面に係合（内周面をグリップ）させる際に、第１圧力の加圧エアを下面に受圧する環状受圧ピストン部材６１に作用するエア力で係合部材２を支持する為のものである。
【００５１】
環状受圧ピストン部材６１は、環状ピストン部の上端部に形成された係止鍔部６１ａと、環状ピストン部の上端の内周部から上方へ所定長さ延びる薄肉スリーブ６１ｂとを有する。環状受圧ピストン部材６１は、小径ロッド部４４ｃに摺動自在に外嵌され且つ下部本体部材１２の円筒穴１２ａに摺動自在に内嵌されている。環状受圧ピストン部材６１の内周部はシール部材６１ｃで気密に封止され、外周部はシール部材６１ｄで気密に封止されている。
【００５２】
環状受圧ピストン部材６１の係止鍔部６１ａは、下部本体部材１２と上部本体部材１１とで形成された収容穴５９に上下方向に昇降可能に装着されている。環状受圧ピストン部材６１が下限位置のとき、係止鍔部６１ａを収容穴５９の下端壁で受け止められ、環状受圧ピストン部材６１が上限位置のとき、係止鍔部６１ａを収容穴５９の上端壁で受け止められる。
【００５３】
サポート部材６２は、薄肉スリーブ６１ｂと小径ロッド部４４ｃに外嵌された薄肉筒部６２ａと、この薄肉筒部６２ａの上端の水平板部６２ｂとを有する。クランプロッド３は水平板部６２ｂの円形穴６９を貫通しているが、この円形穴６９は、クランプロッド３を通過可能な大きさに形成されている。サポート部材６２の上端の水平板部６２ｂが係合部材２の基端鍔部２３の下面に当接して支持し、薄肉筒部６２ａの下端は環状受圧ピストン部材６１の環状ピストン部の上端に当接して支持され、サポート部材６２は環状受圧ピストン部材６１と一体的に昇降する。
【００５４】
環状受圧ピストン部材６１の下側のサポートエア室６３は、ロッド部４４に形成されたエア供給通路６５を介して解除用エア作動室４７に接続され、サポートエア室６３にはエア作動室４７から第１圧力の加圧エアが供給され、環状受圧ピストン部材６１は、クランプ解除状態のとき第１圧力の加圧エアにより上方へ付勢される。
【００５５】
エア供給通路６５は、縦向きのエア通路６５ａ、このエア通路６５ａに連通する横向きのエア通路６５ｂ、小径ロッド部４４ｃの外周面に形成された環状溝６５ｃとを有する。エア供給通路６５のエア通路６５ａの下端部分には、サポートエア室６３への加圧エアの供給のみを許す逆止弁７１が設けられている。クランプ解除するとき解除用エア作動室４７から逆止弁７１とエア供給通路６５を介して第１圧力の加圧エアが供給される。
【００５６】
クランプ駆動時に係合部材２がワークＷの穴の内周面をグリップ後に環状受圧ピストン部材６１が下方に微小距離（例えば、０．１〜０．３ｍｍ位）移動すると、後述の連通エア通路７２が開放されて加圧エアが環状受圧ピストン部材６１の上側へ排出される。
【００５７】
次に、加圧エア力解除手段７について説明する。
図２〜図４に示すように、加圧エア力解除手段７は、駆動手段４によりクランプロッド３をクランプ駆動するとき、係合部材２の拡径後（グリップ後）にサポート機構６のエア力の少なくとも一部を解除するものである。加圧エア力解除手段７は、エア供給通路６５に介装された前記逆止弁７１と、環状受圧ピストン部材６１に貫通状に形成された連通エア通路７２とを有する。
【００５８】
逆止弁７１は、小さな鋼球７３と、この鋼球７３が当接する環状弁座を上端に有し且つエア供給通路６５の下端部を形成する弁座形成部材７４と、鋼球７３を環状弁座へ付勢する圧縮バネ７５とで構成されている。クランプ解除時にエア作動室４７に第１圧力の加圧エアを充填する際には、エア供給通路６５と逆止弁７１を介して第１圧力の加圧エアがサポートエア室６３に供給され、また、クランプ動作時に、エア作動室４７から加圧エアが排出されるときには、逆止弁７１によりエア供給通路６５が遮断される。尚、圧縮バネ７５を省略しても同様の機能が得られる。
【００５９】
連通エア通路７２は小径の通路であるが、連通エア通路７２は、環状受圧ピストン部材６１が上限位置のときだけ収容穴５９の上壁により遮断され、サポートエア室６３の加圧エアを保持する。環状受圧ピストン部材６１が下方へ移動すると、連通エア通路７２が開放される。後述する加圧エア導入手段８が作動しているときは、クランプ本体１内のうちの環状受圧ピストン部材６１よりも係合部材２側の部分に第１圧力より低圧の第２圧力の加圧エアが導入される。そのため、連通エア通路７２が開放されると、サポートエア室６３の加圧エアの圧力が第１圧力から第２圧力まで低下し、環状受圧ピストン部材６１に上方又は下方向きのエア力が作用しなくなる。尚、収容穴５９内において係止鍔部６１ａの外周側にはエアが通過する隙間が形成されている。
【００６０】
前記加圧エア導入手段８が作動していないときは、連通エア通路７２が開放されると、サポートエア室６３は大気開放状態になる。尚、この連通エア通路７２には、サポートエア室６３から加圧エアの排出のみを許すチェック弁を介装しても良い。また、収容穴５９の上壁の連通エア通路７２に対応する部分、又は、環状受圧ピストン部材６１のうちの連通エア通路７２の上端を囲む部分に、連通エア通路７２の遮断性を高める為の合成樹脂製の封止材を設ける場合もある。
【００６１】
次に、加圧エア導入手段８について説明する。
図３に示すように、加圧エア導入手段８は、第１圧力の加圧エアより低圧の第２圧力の加圧エアにより係合部材２とクランプロッド３をエアブローする為に、クランプ本体１内のうちの環状受圧ピストン部材６１よりも係合部材２側の部分に、第２圧力の加圧エアを導入する為のものである。加圧エア導入手段８は、上部本体部材１１に形成された加圧エア噴出孔８０ｂと複数のエア通路８０ｃ，８０ｄと、基部本体部材１３に形成されたエア通路８０ｅであって加圧エア供給源８１に接続されたエア通路８０ｅを有する。エア通路８０ｃの端部はプラグ８２で閉鎖されている。
【００６２】
上部本体部材１１とサポート部材６２との間に環状隙間８６が形成され、サポート部材６２の下端部に小孔８０ａが形成されている。加圧エア供給源８１からの加圧エアは、エア通路８０ｃ〜８０ｅ、加圧エア噴出口８０ｂを介して環状隙間８６に供給され、サポート部材６２の外周面に沿って上方に向かって流れ、係合部材２とクランプロッド３をエアブローする。環状隙間８６に供給された加圧エアの一部は小孔８０ａを介してクランプ本体１内のうちのサポート部材６２の内の環状受圧ピストン部材６１よりも係合部材２側に供給され、この供給された加圧エアは、クランプ本体１内を上方に流れ、係合部材２とクランプロッド３をエアブローし、着座面１８をエアブローする。尚、ワークＷを切削加工する間中エアブローが行われる。
【００６３】
次に、クランプ不良検出手段９について説明する。
図２，図４に示すように、クランプロッド３がクランプ方向限界位置まで移動し、環状受圧ピストン部材６１がその下限位置に移動したとき、環状受圧ピストン部材６１により封鎖される加圧エア噴出孔９１（クランプ不良検出用の加圧エア噴出孔９１）と、この加圧エア噴出孔９１に加圧エアを供給するエア通路９２〜９６とを設け、エア通路９６が加圧エア供給源９８に接続されている。クランプ不良検出手段９は、加圧エア噴出孔９１と、エア通路９２〜９６と、エア通路９２〜９６内の加圧エアの圧力が所定圧以上に上昇したことを検出する圧力スイッチ９７と、圧力スイッチ９７からの検出信号を受けて上記の圧力上昇を判定する制御部とで構成されている。
【００６４】
下部本体部材１２には、収容穴５９の周壁部の下端部に形成され係止鍔部６１ａに対向状に開口された加圧エア噴出孔９１と、この加圧エア噴出孔９１に連なるエア通路９２とが形成されている。上部本体部材１１には、エア通路９２に接続されたエア通路９３〜９５が形成されている。基部本体部材１３には、エア通路９５に接続されたエア通路９６が形成されている。尚、エア通路９４の端部はプラグ９４ａにより閉塞されている。
【００６５】
クランプ不良検出手段９は、クランプ動作時に、係合部材２のグリップ爪部２２がワークＷの穴の内周面に対してスリップし、クランプ不良になったことを検出するものである。クランプ不良により環状受圧ピストン部材６１が下限位置まで下降したとき、係止鍔部６１ａにより加圧エア噴出孔９１が閉鎖されるため、その加圧エアの圧力上昇を圧力スイッチ９７と制御部によって検出し、クランプ不良を検知する。
【００６６】
次に、本発明のクランプ装置Ｃの作用について説明する。
クランプ装置Ｃにより、ワークＷをクランプする場合、最初に解除用エア作動室４７に第１圧力の加圧エアを供給する。すると、バネ収容室４５の複数の圧縮スプリング４６の付勢力に抗して、図２に示すように、クランプロッド３とピストン部材４２と環状受圧ピストン部材６１とサポート部材６２が上昇して上限位置になり、クランプロッド３が係合部材２に対して相対的に上昇するため係合部材２が縮径状態になる。
【００６７】
このとき、エア供給通路６５を介して、サポートエア室６３にも第１圧力の加圧エアが供給されてサポート部材６２と係合部材２を支持するサポート力が発生する。次に、加圧エア導入手段８を作動させ第２圧力の加圧エアを供給して、係合部材２とクランプロッド３などをエアブローしながら、ワークＷを搬入して、ワークＷの穴に係合部材２とクランプロッド３を挿入し、ワークＷを着座面１８で支持する。
【００６８】
次に、係合部材２とクランプロッド３とを下方へクランプ駆動するために、エア作動室４７から加圧エアを排出してエア作動室４７を大気圧にし、ピストン部材４２に下方向きの圧縮スプリング４６の弾性力を作用させる。このとき、必要に応じてバネ収容室４５に加圧エアを供給する。すると、逆止弁７１によりサポートエア室６３の加圧エアは維持されるので、環状受圧ピストン部材６１はサポートエア室６３の加圧エアを受圧して前記の上限位置を保持し、サポート部材６２と係合部材２も上限位置を一瞬保持するが、ピストン部材４２は下方へ駆動されるため、クランプロッド３が係合部材２に対して小距離だけ相対的に下方へ移動する。
【００６９】
その結果、クランプロッド３のテーパ軸部３１により係合部材２のグリップ爪部２２が拡径駆動されて、ワークＷの穴の内周面に食いついて係合状態（グリップ状態）になり、クランプロッド３は係合部材２に対し相対移動不能に近い状態になる。
【００７０】
この状態になった直後には、図４に示すように、複数の圧縮スプリング４６の付勢力（加圧エアがバネ収容室４６に供給されている場合はエア力を加えた付勢力）により、ピストン部材４２と係合部材２とクランプロッド３と環状受圧ピストン部材６１とサポート部材６２は一体的に下方へ微小距離（例えば、０．２ｍｍ）だけ駆動され、ワークＷが着座面１８に強く押圧されたクランプ状態になる。
【００７１】
このとき、環状受圧ピストン部材６１が収容穴５９の上壁から離隔するため、加圧エア力解除手段７の連通エア通路７２が開放され、連通エア通路７２を介してサポートエア室６３の加圧エアの圧力が第１圧力から第２圧力に低下し、サポート機構６で係合部材２を支持するエア力の少なくとも一部が解除され、環状受圧ピストン部材６１に上向き又は下向きのエア力が作用しなくなるため、環状受圧ピストン部材６１はクランプ方向限界位置に移動せずに停止する。
【００７２】
このため、クランプ駆動時に、係合部材２の拡径（グリップ）後に、環状受圧ピストン部材６１が下方に微小距離だけ移動しても、環状受圧ピストン部材６１の係止鍔部６１ａにより加圧エア噴出孔９１が封鎖されることがないので、クランプ不良検出手段９が誤作動を起こすことがない。
【００７３】
次に、本発明のクランプ装置Ｃの効果について説明する。
ワークＷのクランプ時、係合部材２を拡径させてワークＷの穴の内周面に係合させる際には、第１圧力の加圧エアのエア力で係合部材２を支持するサポート機構６により支持した状態で、係合部材２を確実に拡径させることができるうえ、クランプロッド３をクランプ駆動するとき、加圧エア力解除手段７により、係合部材２の拡径後にサポート機構６のエア力の少なくとも一部を解除するため、解除したエア力の分だけクランプ力の低下を防止することができる。クランプ力の低下を防止できるため、駆動手段Ｃの大型化を抑制し、クランプ装置Ｃの小型化を図ることができる。
【００７４】
駆動手段４はクランプ解除させる解除用エアシリンダ３５を有し、サポート機構６が、環状受圧ピストン部材６１と、この環状受圧ピストン部材６１にクランプ方向と反対向きに第１圧力の加圧エアを受圧させるサポートエア室６３と、解除用エアシリンダ３５の解除用エア作動室４７からサポートエア室６３に通ずるエア供給通路６５とを有するので、解除用エアシリンダ３５に供給された第１圧力の加圧エアをエア供給通路６５を介してサポートエア室６３に供給することができる。加圧エア導入手段８は、第１圧力の加圧エアより低圧の第２圧力の加圧エアをクランプ本体１内のうちの環状受圧ピストン部材６１よりも係合部材２側の部分に導入し、係合部材２とクランプロッド３をエアブローすることができ、クランプ本体１内への切粉や塵の侵入を防止することができる。
【００７５】
環状受圧ピストン部材６１には、第２圧力のエアブロー用の加圧エアが環状受圧ピストン部材６１の上面側に作用するものの、サポートエア室６３の第１圧力（これは第２圧力よりも高い）の加圧エアのエア力が下面側に作用するため、環状受圧ピストン部材６１をほぼ上限位置に保持することができる。
【００７６】
逆止弁７１によりエア作動室４７からサポートエア室６３へ加圧エアを供給する方向へのみ加圧エアの流通を許すので、サポートエア室６３に第１圧力の加圧エアを供給することができるうえ、サポートエア室６３の加圧エアを維持することができる。クランプ駆動時に、環状受圧ピストン部材６１が微小距離下方へ移動したときに、連通エア通路７２を介してサポートエア室６３の第１圧力の加圧エアの一部を環状受圧ピストン部材６１の上側へリリーフさせて、環状受圧ピストン部材６１に作用するエア力の一部を解除することができる。
【００７７】
そして、連通エア通路７２を介してサポートエア室６３の加圧エアを第１圧力から第２圧力に低下させ、環状受圧ピストン部材６１の上下両側のエア圧を第２圧力に保持するため、環状受圧ピストン部材６１のクランプ方向限界位置への移動を抑制することができるため、係合部材２がワークＷの穴の内周面をグリップしているにもかかわらず、係合部材２が上記内周面に対してスリップしたとするクランプ不良検出手段９の誤動作を確実に防止することできる。
【００７８】
クランプロッド３がクランプ方向限界位置まで移動したときに、環状受圧ピストン部材６１により封鎖される加圧エア噴出孔９１であってクランプ不良検出用の加圧エア噴出孔９１と、この加圧エア噴出孔９１に加圧エアを供給するエア通路９２とを設けたので、簡単な構成で確実に作動するクランプ不良検出を実現することができる。
【００７９】
駆動手段４に設けたクランプ用駆動手段３６により、クランプロッド３をクランプ方向へ駆動することができる。クランプ用駆動手段３に設けた１又は複数の圧縮スプリング４６により、クランプロッド３をクランプ方向へ駆動することができる。
【実施例２】
【００８０】
次に、実施例２のクランプ装置ＣＡについて図５，図６に基づいて説明する。但し、実施例１と同様の構成要素には同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる構成について説明する。
【００８１】
図５，図６に示すように、クランプ装置ＣＡは、クランプ本体１Ａと、係合部材２と、クランプロッド３と、このクランプロッド３を進退駆動する為の駆動手段４Ａと、サポート機構６Ａと、加圧エア力解除手段７Ａと、加圧エア導入手段８と、クランプ不良検出手段９とを備えている。クランプ本体１Ａは、上部本体部材１１と下部本体部材１２Ａとで構成されている。
【００８２】
駆動手段４Ａは、前記圧縮バネ４６を省略し、クランプ用エアシリンダ３６Ａでクランプ駆動するように構成されている。解除用エアシリンダ３５は実施例１と同様である。
サポート機構６Ａついては、環状受圧ピストン部材６１Ａの形状が変更された。環状受圧ピストン部材６１Ａは、ピストン部と係止鍔部６１ａについては実施例１と同様であるが、ピストン部の下端から下方へ連なる小径ピストン部６１ｅが形成されている。
【００８３】
サポートエア室６３Ａは、逆止弁７１Ａを設けたエア供給通路６５Ａにより解除用エアシリンダ３５のエア作動室４７に連通されている。エア供給通路６５Ａは、ピストン部材４２Ａのロッド部４４Ａに形成した縦向きのエア通路６５ａ及び横向きエア通路６５ｂと、環状溝６５ｃと、環状受圧ピストン部材６１Ａに形成した傾斜エア通路６５ｄとを有する。逆止弁７１Ａは、実施例１と同様にエア供給通路６５Ａの下端部分に設けられている。サポートエア室６３Ａを環状受圧ピストン部材６１Ａの上側空間に連通させる連通エア通路７２Ａは、傾斜エア通路７２ａと傾斜エア通路６５ｄの下部とで構成されている。
【００８４】
クランプ本体１Ａ内においてピストン部４３Ａの上側にクランプ用エア作動室４５が形成され、このクランプ用エア作動室４５には、エア通路５６ａ〜５６ｃを介して加圧エア供給源５０から加圧エアを供給可能である。環状受圧ピストン部材６１Ａの小径ピストン部６１ｅの下端は、クランプ用エア作動室４５に臨み、そのクランプ用エア作動室４５の加圧エアを受圧する。加圧エア力解除手段７Ａは、エア供給通路６５Ａと、逆止弁７１Ａと、連通エア通路７２Ａとを有するが、実施例１の加圧エア力解除手段７と同様の機能を奏するものである。
【００８５】
サポート機構６Ａの作用について説明する。
クランプ解除状態のとき、解除用エア作動室４７と、サポートエア室６３Ａには、第１圧力の加圧エアが供給され、環状受圧ピストン部材６１Ａが上限位置にあって連通エア通路７２Ａが遮断されている。クランプ駆動時、サポートエア室６３Ａの第１圧力の加圧エアを受圧する環状受圧ピストン部材６１Ａに作用するエア力によりサポート機構６Ａのサポート力が発生する。
【００８６】
そのサポート力でサポート部材６２を介して係合部材２を支持した状態で、解除用エア作動室４７の加圧エアを抜き、クランプ用エア作動室４５に加圧エアを供給してクランプ駆動する。すると、サポートエア室６３Ａの第１圧力の加圧エアは維持され且つ小径ピストン部６１ｅがクランプ用エア作動室４５の加圧エアを受圧するため、強力なサポート力が発生する。このクランプ駆動の開始時に係合部材２が拡径してワークＷの穴の内周面をグリップする。
【００８７】
その直後、クランプロッド３が係合部材２と共に微小距離（例えば、０．２ｍｍ）下降すると、連通エア通路７２Ａの上端が開放されるため、サポートエア室６３Ａの加圧エアの圧力は第２圧力まで低下し、環状受圧ピストン部材６１Ａはクランプ用エア作動室４５から小径ピストン部６１ｅに加圧エアを受圧し、そのエア力で上方へ付勢された状態を維持する。このようにクランプ駆動の間中、環状受圧ピストン部材６１Ａには、前記強力なサポート力の一部が解除されたエア力が作用し続けるため、環状受圧ピストン部材６１Ａが下限位置へ下降することがなく、クランプ不良検出手段９によるクランプ不良の誤検出を確実に防止することができる。その他の作用、効果は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【実施例３】
【００８８】
次に、実施例３のクランプ装置ＣＢについて図７に基づいて説明する。但し、実施例１と同様の構成要素には同様の符号を付して説明を省略し、主に異なる構成について説明する。
【００８９】
図７のクランプ装置ＣＢでは、実施例１のクランプ装置Ｃの前記加圧エア力解除手段７の代わりに加圧エア力解除手段７Ｂを設けてある。この加圧エア力解除手段７Ｂにおいては、エア供給通路６５Ｂの下端部分に絞り弁１００を設けてある。この絞り弁１００は、弁形成部材１０１をピストン部材４２の装着孔に螺合し、弁形成部材１０１に絞り通路１０２を形成したものである。
【００９０】
この絞り弁１００を設けたため、クランプ駆動の開始時にエア作動室４７から第１圧力の加圧エアが排出されるとき、サポートエア室６３から絞り弁１００を介して所定の遅延をもって加圧エアを排出することで、加圧エアにより環状受圧ピストン部材６１に作用するエア力の一部を解除し、エア力の一部を維持した状態において係合部材２を拡径させるように構成してある。その拡径後のクランプ動作については、実施例１と同様である。
【００９１】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
［１］前記実施例１，２において、クランプロッド３をクランプ駆動するとき、加圧エア導入手段８が設けられていない場合は、係合部材２の拡径後にサポート機構６，６Ａのエア力の全部を解除するように構成してもよい。この場合、クランプ駆動時に、グリプ後に環状受圧ピストン部材６１，６１Ａが微小距離下方へ移動したとき、連通エア通路７２，７２Ａを介してサポートエア室６３，６３Ａが大気開放状態になり、第１圧力の加圧エアのエア力の全部を解除することができる。このとき、その解除したエア力の分だけクランプ力の低下を防止することができる。
【００９２】
［２］前記実施例１，２の逆止弁７１，７１Ａの構成や前記実施例３の絞り弁１００の構成は、ほんの一例を示したに過ぎず特にこれらに限定する必要はなく、同じ機能を奏する構成であれば他の構成であっても良い。
［３］前記実施例１〜３において、クランプ本体１，１Ａの本体筒部２０を短く形成した形状の又は本体筒部２０を省略した形状のクランプ装置に本発明を適用しても良い。
［４］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例の種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、機械加工に供するためのワークの穴に挿入した係合部材のグリップ爪部をクランプロッドで拡径させることにより穴の内周面にグリップさせてクランプするようにしたクランプ装置（所謂、ホールクランプ又はエキスパンションクランプ）を提供するものである。また、本発明は、ワーク等の搬送等にも応用でき、ワーク以外の部材をクランプする際にも応用できる。
【符号の説明】
【００９４】
Ｃ，ＣＡ        クランプ装置
Ｗ              ワーク
１，１Ａ        クランプ本体
２              係合部材
３              クランプロッド
４，４Ａ        駆動手段
６，６Ａ        サポート機構
７，７Ａ，７Ｂ  加圧エア力解除手段
８              加圧エア導入手段
９              クランプ不良検出手段
３５            解除用エアシリンダ
３６，３６Ａ    クランプ用駆動手段
３６ａ          クランプ用エアシリンダ
４１            シリンダ穴
４２            ピストン部材
４３            ピストン部
４５            バネ収容室
４６            圧縮スプリング
４７            解除用エア作動室
６１，６１Ａ    環状受圧ピストン部材
６３，６３Ａ    サポートエア室
６５，６５Ａ    エア供給通路
７１，７１Ａ    逆止弁
７２，７２Ａ    連通エア通路
１００          絞り弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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