(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング(２)内に挿入したロッド(４)に外嵌されるとともにテーパ外周面(１１)を備えたコレット(１０)と、そのテーパ外周面(１１)に外側から対面するテーパ内周面(１５)を備えた伝動具(１４)と、そのテーパ内周面(１５)と上記テーパ外周面(１１)との間に形成した環状テーパ隙間(Ｃ)と、その環状テーパ隙間(Ｃ)に周方向かつ軸心方向に並べて挿入された多数のボール(Ｂ)と、上記の伝動具(１４)を下方へ移動させて上記ボール(Ｂ)を介して上記コレット(１０)を縮径させる第１駆動手段(Ｆ)と、その縮径操作されたコレット(１０)が下方へ移動するのを阻止するように前記ハウジング(２)の下端壁(２ｂ)に設けたストッパー(２２)と、同上の伝動具(１４)を上方へ移動させて上記コレット(１０)を縮径解除する第２駆動手段(Ｓ)と、上記ハウジング(２)の下端壁(２ｂ)に設けた上記ストッパー(２２)へ上記コレット(１０)を押圧する弾性体(２０)とを備える、ことを特徴とするコレット式クランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のコレット式クランプにおいて、
前記の第１駆動手段(Ｆ)をクランプ用ピストン(２４)によって構成するとともに、前記の第２駆動手段(Ｓ)を復帰用バネ(２８)によって構成した、ことを特徴とするコレット式クランプ。
【請求項３】
請求項１に記載のコレット式クランプにおいて、
前記の第１駆動手段(Ｆ)をクランプ用バネ(３１)によって構成するとともに、前記の第２駆動手段(Ｓ)を復帰用ピストン(３２)によって構成した、ことを特徴とするコレット式クランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレットによってロッドを狭持固定する形式のクランプに関し、例えば、工作機械用ワークサポートのサポートロッドを所定の高さ位置にクランピングするのに好適な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
この種のコレット式クランプには、コレットのテーパ外周面に筒状伝動具のテーパ内周面をテーパ係合させて上記コレットを縮径させ、その縮径されたコレットによってサポートロッドを狭持固定するように構成したものがある(例えば、本出願人が先に提案した実公平６−７８６８号公報)。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の狭持固定力を大きくするには、上記の係合用テーパ角度を小さくすることが必要である。
しかし、上記の従来技術では、係合用テーパ角度を小さくすると、係合を解除し始めるときに係合面同士の間に作用する静摩擦力が増加するため、その大きな静摩擦力によって係合を解除できなくなる。
このため、従来では、上記の係合用テーパ角度を６度から１０度程度の値までしか小さくできず、狭持固定力を大きくするには限界があった。
本発明の目的は、大きな狭持固定力が得られる小形のコレット式クランプを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１から図３、又は図４に示すように、コレット式クランプを次のように構成した。
ハウジング２内に挿入したロッド４に外嵌されるとともにテーパ外周面１１を備えたコレット１０と、そのテーパ外周面１１に外側から対面するテーパ内周面１５を備えた伝動具１４と、そのテーパ内周面１５と上記テーパ外周面１１との間に形成した環状テーパ隙間Ｃと、その環状テーパ隙間Ｃに周方向かつ軸心方向に並べて挿入された多数のボールＢと、上記の伝動具１４を下方へ移動させて上記ボールＢを介して上記コレット１０を縮径させる第１駆動手段Ｆと、その縮径操作されたコレット１０が下方へ移動するのを阻止するように前記ハウジング２の下端壁２ｂに設けたストッパー２２と、同上の伝動具１４を上方へ移動させて上記コレット１０を縮径解除する第２駆動手段Ｓと、上記ハウジング２の下端壁２ｂに設けた上記ストッパー２２へ上記コレット１０を押圧する弾性体２０とを備える。
【０００５】
なお、上記の環状隙間Ｃへ挿入されるボールＢは、周方向に接触して挿入される場合と周方向に所定の間隔をあけて挿入される場合とが考えられる。また、同上ボールＢは、上記の環状隙間Ｃの軸心方向に接触するように挿入される場合と軸心方向に所定の間隔をあけて挿入される場合とが考えられる。
前記の第１駆動手段Ｆは、図１のクランプ用ピストン２４や図４のクランプ用バネ３１などによって構成することが考えられる。また、前記の第２駆動手段Ｓは、図１の復帰用バネ２８や図４の復帰用ピストン３２などによって構成することが考えられる。
【０００６】
また、前記コレット１０をストッパー２２へ押圧するための前記の弾性体２０は、ゴムやバネが考えられる。
【０００７】
【発明の作用効果】
本発明は、上記のように構成したので、例えば図１に示すように、次の作用効果を奏する。
図示のアンクランプ状態では、伝動具１４が上向き移動してコレット１０の縮径を解除し、ロッド４がフリーになっている。
上記ロッド４を狭持固定するときには、第１駆動手段Ｆであるクランプ用ピストン２４によって上記の伝動具１４を下向き駆動する。すると、その伝動具１４のテーパ内周面１５がボールＢを転動させながら上記コレット１０のテーパ外周面１１にスムーズに係合して、ストッパー２２によって受け止められたコレット１０を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット１０が上記ロッド４の狭持固定領域Ａを径方向へ押圧して、そのロッド４を図示の高さ位置にクランピングする。
【０００８】
上記クランプ状態を解除するときには、第２駆動手段Ｓである復帰用バネ２８によって上記の伝動具１４を上側へ駆動する。すると、その伝動具１４のテーパ内周面１５が前記ボールＢを転動させながらスムーズに上向き移動して、コレット１０のテーパ外周面１１の前記の係合状態が解除される。これにより、上記コレット１０の拡径が許容されて、上記ロッド４が前記アンクランプ状態へ切換えられる。
【０００９】
上述したように、本発明によれば、伝動具とコレットとのテーパ面同士の間に形成した環状テーパ隙間に多数のボールを周方向かつ軸心方向に並べて挿入したので、上記テーパ面同士の間に作用する摩擦がコロガリ摩擦となって、従来のスベリ摩擦と比べると摩擦力が大幅に小さくなる。このため、係合用テーパ角度を小さくしてもテーパ面同士の係合を容易に解除できる。ちなみに、従来では約６度までしか小さくできなかった係合用テーパ角度を、本発明では約２度まで小さくすることが可能となった。
その結果、コレット式クランプは、大きな狭持固定力を備えることと小形に造ることとを両立できる。
【００１０】
しかも、本発明によれば、上記テーパ面同士の間の摩擦力が大幅に小さくなるので摩擦によるエネルギ損失も大幅に低減できる。このため、伝動具の駆動手段を小容量化してコレット式クランプをさらに小形に造れるうえ、駆動エネルギの消費量も少なくなる。
【００１１】
また、前記のコレットを弾性体によって前記ストッパーへ押圧することにより、そのコレットをクランプ解除状態の初期位置に復帰させる構成を簡素に造れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
(第１実施形態)
図１から図３は、本発明の第１実施形態を示している。図１は、本発明のコレット式クランプを利用したワークサポート１の縦断面図である。図２は、上記の図１中のII−II線矢視の端面図である。図３は、上記クランプに設けたコレットの斜視図である。
【００１３】
この場合、ワークサポート１が油圧力によってクランプされると共にバネ力よってクランプ解除される。
上記ワークサポート１のハウジング２は、上端壁２ａと下端壁２ｂと胴部２ｃとからなり、複数の締結ボルト３(ここでは１本だけ示している)によってテーブルＴに固定される。上記のハウジング２内にサポートロッド４が上下方向へ移動自在に挿入される。そのサポートロッド４が進出バネ５によって上向きに突出され、そのサポートロッド４の上部に設けたアタッチメント用ボルト６がワークピースＷに接当される。なお、上記サポートロッド４の突出量は、規制ボルト７によって規制可能とされている。
【００１４】
上記サポートロッド４の外周面の下半部分に狭持固定領域Ａが設けられ、その狭持固定領域Ａに筒状のコレット１０が外嵌される。そのコレット１０は、上すぼまりのテーパ外周面１１が形成されており、上下方向へ延びる１つのスリット１２によって弾性的に縮径されるようになっている。上記コレット１０の外周側に環状の伝動具１４が配置され、その伝動具１４のテーパ内周面１５が上記のコレット１０のテーパ外周面１１に上側から対面される。
なお、図１に示すように、これらテーパ外周面１１とテーパ内周面１５の勾配αは同一に設定されている。その勾配αの２倍の値であるテーパ角度(図示せず)は、約２度から約１０度の範囲内であることが好ましく、ここでは約４度に設定してある。
【００１５】
上記テーパ外周面１１とテーパ内周面１５との間に形成した環状テーパ隙間Ｃには多数のボールＢが挿入される。これらボールＢは、上記の環状テーパ隙間Ｃの周方向に接触して挿入されると共に軸心方向にも接触するように積層されている。
上記ボールＢは、押圧バネ１７によって上記コレット１０の上フランジ１８へ押上げられて整列される。そのコレット１０は、押圧ゴム(弾性体)２０の弾性力と上スリーブ２１とによって前記の下端壁２ｂのストッパー２２へ押圧され、アンクランプ下降状態に位置決めされている。
【００１６】
上記の伝動具１４から径方向の外側へクランプ用ピストン２４(第１駆動手段Ｆ)が突出され、そのピストン２４の上側に油圧作動室２５が形成されるとともに下側にバネ室２６が形成される。上記の作動室２５に圧油給排口２７が連通され、バネ室２６に復帰用バネ２８(第２駆動手段Ｓ)が装着される。なお、上記バネ室２６の呼吸路２９にはフィルタ３０が装着されている。
【００１７】
前記ワークピースＷは、例えば次の手順でワークサポート１によって支持される。
図１に示すクランプ解除状態では、油圧作動室２５から圧油が排出され、ピストン２４及び伝動具１４が復帰用バネ２８によって上向き移動してコレット１０の縮径を解除し、サポートロッド４が進出バネ５によって上向きに突出されている。そのクランプ解除状態で、ワークピースＷを上側から搬入して、そのワークピースＷの本体部分を支持台(図示せず)に受け止めるとともに図示のワークピース突出部分を上記サポートロッド４のアタッチメント用ボルト６に上側から接当させる。これにより、サポートロッド４が図示の高さ位置に退入される。
【００１８】
その後、上記の油圧作動室２５内へ圧油を供給する。すると、その作動室２５からピストン２４へ作用する油圧力によって上記の伝動具１４が下向きに移動され、その伝動具１４のテーパ内周面１５が前記ボールＢを転動させながらコレット１０のテーパ外周面１１にスムーズに係合していき、ストッパー２２によって受け止められた上記コレット１０を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット１０がサポートロッド４の狭持固定領域Ａを求心方向へ押圧し、そのサポートロッド４を図示の高さ位置に狭持固定する。
上記クランプ状態でワークピースＷの上面を機械加工し、その加工時の押し下げ力を上記サポートロッド４のサポート力によって軸心方向に強力に受け止めるのである。
【００１９】
ちなみに、前記の従来技術のテーパ係合面間に作用するスベリ摩擦力を極めて小さくすると共に係合用テーパ角度を４度に設定した試作品を造り、そのスベリ式の従来タイプ試作品のサポートロッドのサポート力と、ボール式の本発明に基づいて係合用テーパ角度を４度に設定した場合のサポートロッド４のサポート力とを比較すると、次の通りである。
即ち、上記サポートロッドとコレットとの間の静摩擦係数を0.2に設定した場合において、従来タイプ試作品の場合には、伝動具に加えたクランプ用駆動力の約2.2倍のサポート力が得られるのに対して、本発明の場合には、伝動具１４に加えたクランプ用駆動力の約４倍から約６倍のサポート力が得られることが分かった。
【００２０】
より詳しくいえば、ボール式の本発明の場合には、伝動具１４に加えたクランプ用駆動力の約20倍から30倍の力がコレット１０の求心方向の狭持固定力へ変換され、このため、その狭持固定力に前記の静摩擦係数(ここでは0.2)を乗じて得られるサポート力が上記クランプ用駆動力の約４倍から約６倍の値となったのである。一方、スベリ式の従来タイプ試作品の場合には、伝動具に加えたクランプ用駆動力の約11倍の力がコレットの求心方向の狭持固定力へ変換され、このため、その狭持固定力に同上の静摩擦係数(ここでは0.2)を乗じて得られるサポート力が上記クランプ用駆動力の約2.2倍の値となったのである。
【００２１】
従って、本発明によれば、大きなサポート力(即ち、大きな狭持固定力)を備えた場合であってもクランプ用ピストン２４等の駆動手段が小形でよく、ワークサポート１をコンパクトに造れる。
なお、本発明では従来タイプ試作品の約２から３倍の狭持固定力が得られるのは、係合用テーパ面間に介在させた多数のボールＢの存在によって、スベリ摩擦と比べると摩擦熱による損失がほとんど生じないからであると理解される。
【００２２】
前記の機械加工が終了した後、前記の油圧作動室２５から圧油を排出する。すると、同上ピストン２４及び伝動具１４が復帰用バネ２８によって上側へ押圧され、その伝動具１４のテーパ内周面１５が前記ボールＢを転動させながらスムーズに上向き移動し、コレット１０のテーパ外周面１１の前記の押圧状態が解除される。これにより、上記コレット１０が自己の弾性復元力によって拡径されて、上記サポートロッド４のクランプ状態が解除される。
【００２３】
上記の実施形態は、さらに次の長所を奏する。
上記のテーパ外周面１１・テーパ内周面１５・ボールＢは、スベリ抵抗と比べると遥かに小さいコロガリ抵抗を受けるだけであり、そのうえ、焼き入れ等の硬化処理を施すことによって経年変化がほとんど生じないので、寿命が長い。このため、ワークサポート１を長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できる。
また、上記ボールＢは、直径精度が高い市販品を安価に入手できるので、ワークサポート１の組立て精度が向上するうえ製作コストも低減できる。
【００２４】
なお、上記の第１実施形態において、上記の伝動具１４とピストン２４とは、図示のように一体に形成することに代えて、別体に形成することも可能である。また、前記の復帰用バネ２８の付勢力は、上記ピストン２４へ作用させることに代えて、伝動具１４へ作用させてもよい。
前記の押圧バネ１７は、ボールＢを下向きに押圧するように配置してもよい。この場合、伝動具１４の下部にボール受け止め用フランジが形成される。また、上記ボールＢを押圧する弾性体は、上記バネ１７に代えてゴム等によって構成してもよく、さらには、省略することも可能である。
また、コレット１０をストッパー２２へ押圧するための前記の弾性体は、押圧ゴム２０に代えて、皿バネや圧縮コイルバネ等のバネであってもよい。
【００２５】
(第２実施形態)
図４は、本発明の第２実施形態を示し、前記の図１に相当する図である。この第２実施形態においては、上記の第１実施形態と同じ構成の部材には原則として同一の符号を付けて説明する。
【００２６】
この場合、ワークサポート１がバネ力によってクランプされると共に油圧力によってクランプ解除される。
即ち、伝動具１４はクランプ用バネ３１(第１駆動手段Ｆ)によって下向きに付勢される。その伝動具１４が環状の復帰用ピストン３２によって上記クランプ用バネ３１に抗して上向き移動される。そのピストン３２は、ハウジング２の下端壁２ｂの底部分を構成する下蓋３３に外嵌されており、その下蓋３３にストッパー２２が形成されている。環状テーパ隙間Ｃに挿入された複数のボールＢは、弾性体である上下のバネ３４・３５によって途中高さに押圧されて整列される。
【００２７】
なお、上記の復帰用ピストン３２と伝動具１４とは、別体に構成することに代えて、一体に構成してもよい。
また、上記の上下のバネ３４・３５のいずれか一方または両方を省略することも可能である。
【００２８】
図５から図８は、それぞれ、本発明の変形例を示している。これらの各変形例においても、上述の各実施形態と同じ構成の部材には原則として同一の符号を付けて説明する。
【００２９】
図５の第１変形例は、前記の図１に相当する部分拡大図であって、前記の環状テーパ隙間Ｃ内に積層されたボールＢ・Ｂ同士の間に環状のスペーサ３７を装着して、前記の押圧バネ１７によって押上げられた複数のボールＢをリング３８を介して前記の上スリーブ２１に受け止めたものである。これにより、上記ボールＢ・Ｂ同士の干渉を防止してコロガリ抵抗を低減できる。
【００３０】
図６の第２変形例は、前記の図２に相当する図であって、コレット１０のテーパ外周面１１に軸心方向(この紙面に直交する方向)へ延びるアーク溝４０を形成し、各アーク溝４０にボールＢを保持したものである。
【００３１】
図７の第３変形例は、前記の図３に相当する図であって、前記コレット１０に複数のスリット１２を設けたものである。
【００３２】
図８の第４変形例は、同上の図３に相当する図であって、同上コレット１０を複数の分割体１０ａによって構成して、隣り合う分割体１０ａ・１０ａを拡径用バネ４１によって縮径解除させるようにしたものである。符号４２はガイドピンである。なお、上記の分割体１０ａは、自己の弾性復元力によって縮径解除されるように構成することも可能である。
【００３３】
上記の各実施形態や変形例は、さらに次のように変更可能である。
前記サポートロッド４を上向きに進出させる手段は、前記の進出バネ５に代えてゴム等の他の種類の弾性体や圧縮空気を利用してもよい。
作動室２５(３６)へ供給される圧力流体は、圧油等の液体に代えて、空気等の気体であってもよい。
【００３４】
上記ワークサポート１は、サポートロッド４の軸心が垂直方向になるように設置することに代えて、その軸心が水平方向や斜め方向になるように設置することも可能である。
さらに、本発明のコレット式クランプは、ワークサポート１に適用したものに代えて、流体圧シリンダ装置のピストンロッドをロック・ロック解除する用途に適用したり、エレベータや搬送用パレット等の移動体に付設したロッドをロック・ロック解除する用途に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、コレット式クランプを利用したワークサポートの縦断面図である。
【図２】上記の図１中のII−II線矢視の端面図である。
【図３】上記クランプに設けたコレットの斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示し、前記の図１に相当する図である。
【図５】本発明の第１変形例を示し、前記の図１に相当する部分拡大図である。
【図６】本発明の第２変形例を示し、前記の図２に相当する図である。
【図７】本発明の第３変形例を示し、前記の図３に相当する図である。
【図８】本発明の第４変形例を示し、同上の図３に相当する図である。
【符号の説明】
２…ハウジング、２ｂ…ハウジング２の下端壁、４…ロッド(サポートロッド)、１０…コレット、１１…テーパ外周面、１４…伝動具、１５…テーパ内周面、２０…弾性体(押圧ゴム，バネ)、２２…ストッパー、２４…クランプ用ピストン、２８…復帰用バネ、３１…クランプ用バネ、３２…復帰用ピストン、Ｂ…ボール、Ｃ…環状テーパ隙間、Ｆ…第１駆動手段、Ｓ…第２駆動手段。
【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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【図８】
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