(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプロッド(７)の被係合部(９)に係合する係合位置(Ｘ)と同上の係合を解除する係合解除位置(Ｙ)とに移動する係合具(１２)と、その係合具(１２)を介して上記クランプロッド(７)をクランプ駆動するクランピング用バネ(１３)と、そのクランピング用バネ(１３)をアンクランプ駆動する流体圧ピストン(１９)と、上記の係合具(１２)を上記の係合位置(Ｘ)へ切り換える操作状態(Ｃ)と同上の係合具(１２)が上記の係合解除位置(Ｙ)へ切り換わるのを許容する操作解除状態(Ｄ)とに移動する操作具(３０)と、その操作具(３０)を上記の操作状態(Ｃ)と上記の操作解除状態(Ｄ)とに切り換えるための切換手段(３２)とを備え、
前記の切換手段(３２)が、前記の操作具(３０)を前記の操作状態(Ｃ)へ移動させる押圧バネ(３３)と同上の操作具(３０)を前記の操作解除状態(Ｄ)へ移動させる別の流体圧ピストン(３４)とを備える、ことを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
請求項１のクランプ装置において、
ハウジング(５)内に伝動スリーブ(１１)を軸心方向へ移動自在に挿入して、その伝動スリーブ(１１)に前記の係合具(１２)を支持すると共に、上記の伝動スリーブ(１１)の筒孔(１１ａ)に前記クランプロッド(７)を挿入可能に構成し、
前記クランピング用バネ(１３)の付勢力を、上記の伝動スリーブ(１１)と上記の係合具(１２)とを順に介して前記クランプロッド(７)に伝達するように構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
【請求項３】
請求項２のクランプ装置において、
前記の操作具(３０)を環状に形成して、その環状の操作具(３０)を前記の伝動スリーブ(１１)の外周面に軸心方向へ移動可能に外嵌した、ことを特徴とするクランプ装置。
【請求項４】
請求項１のクランプ装置において、
前記の別の流体圧ピストン(３４)を、周方向に所定の間隔をあけて配置した複数のピストン部分(３５)によって構成した、ことを特徴とするクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワークピースや金型などの被固定物をワークパレットやテーブル等に固定するためのクランプ装置に関し、より詳しくいえば、上記の被固定物をバネの付勢力によって固定する形式のクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のバネ式クランプ装置には、従来では、日本国・特開平１０−２１７０５７号公報に示すように、複数枚の皿バネの付勢力によってクランプロッドをクランプ駆動するように構成したものがある。
上記の従来技術では、クランプ時に、まず、上記の皿バネの伸長の前半期に上記クランプロッドの被係合部に係合ボールを係合させ、次いで、その伸長の後半期に上記の係合ボールを介して上記クランプロッドをクランプ駆動するようにしてある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では次の問題がある。
皿バネ等の圧縮バネは、伸長していくにつれて付勢力が小さくなるので、その伸長の後半期にはクランプ力が非常に小さくなってしまう。この弊害を解消するため、大形で強力なバネを採用することが考えられる。しかし、この場合には、バネ高さやバネ径が大きくなってクランプ装置が大形になるという弊害が新たに発生する。
本発明の目的は、強力で小形のクランプ装置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、請求項１の発明は、例えば、図１から図４、又は図５に示すように、クランプ装置を次のように構成した。クランプロッド７の被係合部９に係合する係合位置Ｘと同上の係合を解除する係合解除位置Ｙとに移動する係合具１２を設ける。クランピング用バネ１３が上記の係合具１２を介して上記クランプロッド７をクランプ駆動すると共に、流体圧ピストン１９が上記クランピング用バネ１３をアンクランプ駆動するように構成する。上記の係合具１２を移動させる操作具３０を設ける。その操作具３０は、切換手段３２によって、上記の係合具１２を前記の係合位置Ｘへ移動させる操作状態Ｃと同上の係合具１２が前記の係合解除位置Ｙへ移動するのを許容する操作解除状態Ｄとに切り換えられる。上記の切換手段３２は、上記の操作具３０を上記の操作状態Ｃへ移動させる押圧バネ３３と同上の操作具３０を上記の操作解除状態Ｄへ移動させる別の流体圧ピストン３４とによって構成する。
【０００５】
上記の請求項１の発明は、例えば、同上の図１から図４に示すように、次のように作用する。
図１に示すように、前記のクランプロッド７と前記の係合具１２とが分離した状態では、前記の流体圧ピストン１９の下側に圧油等の圧力流体を供給してその流体圧ピストン１９を上昇させ、これにより、前記のクランピング用バネ１３が上向きに圧縮されている。また、前記の切換手段３２によって前記の操作具３０が下方の操作解除状態Ｄに切り換えられ、これにより、上記の係合具１２が係合解除位置Ｙへ移動している。
【０００６】
クランプ時には、まず、図２に示すように、上記クランプロッド７の被係合部９を上記の係合具１２に対面させる。次いで、図３に示すように、前記の切換手段３２によって前記の操作具３０を操作状態Ｃへ上昇させて上記の係合具１２を前記の係合位置Ｘへ切り換える。その後、図４に示すように、前記の流体圧ピストン１９の下側から前記の圧力流体を排出して前記のクランピング用バネ１３を伸長させ、そのクランピング用バネ１３の付勢力を上記の係合具１２を介して上記クランプロッド７に作用させる。
【０００７】
上記の請求項１の発明は次の効果を奏する。上記の係合具を係合解除位置から係合位置へ移動させた後、前記クランピング用バネを伸長させ始めるので、そのクランピング用バネの伸長の前半期の強力な付勢力をクランプロッドに作用させることが可能となり、大きなクランプ力を確保できる。しかも、本発明は、前述の従来例とは異なり、上記の大きなクランプ力を確保するうえで大形のクランピング用バネを採用する必要がないので、クランプ装置を小形に造れる。従って、クランプ力を強力にすることとクランプ装置を小形に造ることとを両立できた。また、上記のクランピング用バネは、クランプストロークのときだけに伸長させればよいので、前述の従来例と比べて伸長量が少なくなる。このため、前記の流体圧ピストンのアンクランプ用ストロークが小さくてすむ。その結果、上記の流体圧ピストンをアンクランプ駆動するための圧力流体の供給量が少なくなり、省エネルギのクランプ装置を提供できる。さらに、圧力流体の供給量が少なくてすむことからアンクランプ時の動作時間も短くなる。
また、前記の切換手段は、操作具を操作状態へ移動させる押圧バネと同上の操作具を操作解除状態へ移動させる別の流体圧ピストンとによって構成したので、上記の切換手段を簡素かつコンパクトに造れるという作用効果を奏する。
【０００８】
請求項２の発明に示すように、上記の請求項１の発明には次の構成を加えることが好ましい。
ハウジング５内に伝動スリーブ１１を軸心方向へ移動自在に挿入して、その伝動スリーブ１１に前記の係合具１２を支持すると共に、上記の伝動スリーブ１１の筒孔１１ａに前記クランプロッド７を挿入可能に構成し、前記クランピング用バネ１３の付勢力を、上記の伝動スリーブ１１と上記の係合具１２とを順に介して前記クランプロッド７に伝達するように構成する。
上記の請求項２の発明は、上記の伝動スリーブの筒孔にクランプロッドを挿入した状態で前記の被係合部に上記の係合具を係合できるので、その係合を確実に行うことが可能となり、クランピングのミスを防止できる。
【０００９】
請求項３の発明に示すように、上記の請求項２の発明においては、前記の操作具３０を環状に形成して、その環状の操作具３０を前記の伝動スリーブ１１の外周面に軸心方向へ移動可能に外嵌することが好ましい。
その請求項３の発明は、上記の操作具を簡素かつコンパクトに造れるという作用効果を奏する。
【００１１】
請求項５の発明に示すように、上記の請求項４の発明においては、前記の別の流体圧ピストン３４を、周方向に所定の間隔をあけて配置した複数のピストン部分３５によって構成することが好ましい。
その請求項５の発明は、クランプ装置のハウジングの端壁に上記の複数のピストン部分を収容することが可能となるので、上記ハウジングの高さを低くしてクランプ装置をさらにコンパクトに造れる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１から図４は、本発明の第１実施形態を示している。
図１の断面図において、符号１は、被固定物であるワークピース２を支持するためのパレットである。そのパレット１には貫通孔３が複数形成されており(ここでは１つだけ図示してある)、各貫通孔３にクランプ装置４のハウジング５が上側から挿入され、そのハウジング５が上記のパレット１の上面に固定される。
上記ハウジング５の上面によって支持面Ｓが構成されている。
上記のワークピース２の下面が基準面Ｒとして予め機械加工されており、その基準面Ｒに形成したメネジ穴(図示せず)にクランプロッド７が着脱自在にネジ止めされている。そのクランプロッド７の先端には、ネジ回し用の六角形部分８と後述する被係合部９とが設けられている。
【００１３】
上記のワークピース２をマシニングセンタによって加工するときには、上記の図１の姿勢で上記ワークピース２を下降させていく。すると、まず、図２に示すように、上記のクランプロッド７が、上記ハウジング５内の伝動スリーブ１１の筒孔１１ａへ挿入されると共に、上記ワークピース２の基準面Ｒが上記ハウジング５の上面の支持面Ｓによって受け止められる。次いで、図３に示すように、上記の伝動スリーブ１１に支持した複数の係合ボール(係合具)１２を係合位置Ｘへ切り換える。その後、図４に示すように、クランピング用バネ１３によって上記の伝動スリーブ１１と上記の係合ボール１２とを介して上記クランプロッド７を下向きに引っ張り、これにより、上記ワークピース２を上記の支持面Ｓに固定する。
【００１４】
引き続いて、上記パレット１をマシニングセンタ内へ搬入し、その後、そのワークピース２の六面のうちの前記の基準面Ｒを除いた五面を上記マシニングセンタによって連続的に加工する。
上記の加工が完了すると、まず、上記マシニングセンタから上記パレット１を搬出し、次いで、前述のクランプ状態を解除して上記パレット１から上記ワークピース２を取り外し、その後、そのワークピース２から前記クランプロッド７を取り外すのである。
【００１５】
上記クランプ装置４の詳細な構造を図２によって説明する。
そのクランプ装置４の前記ハウジング５は、前記の貫通孔３に嵌入される下ハウジング部分１５と、その下ハウジング部分１５の上部に複数の短ボルト(図示せず)によって固定した上ハウジング部分１６とからなる。上記の下ハウジング部分１５が複数の長ボルト(図示せず)によって前記パレット１に固定される。
【００１６】
上記の上ハウジング部分１６にガイド孔１８が形成される。また、上記の下ハウジング部分１５内の中空スペースの下部に環状の第１ピストン(流体圧ピストン)１９が保密状に挿入される。その第１ピストン１９と上記の下ハウジング部分１５の下壁１５ａとの間に第１作動室２０が形成され、その第１作動室２０が上記の下ハウジング部分１５の周壁１５ｂ内の縦通路２１を経て第１給排口２２に連通される。
上記の第１ピストン１９と上記の周壁１５ｂの段部２４との間に前記のクランピング用バネ１３が装着される。そのクランピング用バネ１３は、ここでは、２枚の皿バネ２５を同じ向きに重ねてバネセットを構成して、そのバネセットを向きを違えた状態で７段積層させてある。
【００１７】
前記の伝動スリーブ１１の下フランジ２６が前記の第１ピストン１９に下側から接当されるとともに、その下フランジ２６と上記の第１ピストン１９との間に第１環状隙間２７が形成される。上記の伝動スリーブ１１と前記の下壁１５ａとの間に戻しバネ２８が装着される。
前記の伝動スリーブ１１の周壁の上部に、周方向へ所定の間隔をあけて前記の複数の係合ボール１２が支持される。また、上記の伝動スリーブ１１の外周面に環状の操作具３０が軸心方向へ移動可能に外嵌される。その操作具３０の内周面には、大径周面３０ａと傾斜周面３０ｂと小径周面３０ｃとを上下方向に形成してある。また、上記の操作具３０の外周面と前記の周壁１５ｂとの間には第２環状隙間３１が形成されている。
【００１８】
上記の操作具３０の切換手段３２は、前記クランピング用バネ１３と直列に配置されて上記の操作具３０を押上げる押圧バネ３３と、同上の操作具３０を押下げる第２ピストン(別の流体圧ピストン)３４とを備える。その第２ピストン３４は、周方向に所定の間隔をあけて配置した複数のピストン部分３５によって構成され、各ピストン部分３５の上側にそれぞれ第２作動室３６が形成される。各第２作動室３６は、横孔３８と、前記の上ハウジング部分１６の外周面に形成した周溝３９とを経て、第２給排口４０に連通される。
また、前記の伝動スリーブ１１の前記の筒孔１１ａ内に蓋部材４２が上下移動自在に挿入され、その蓋部材４２の上部とガイドロッド４３の下部との間に進出バネ４４が装着される。
【００１９】
上記クランプ装置４の作動を上記の図１から図４によって説明する。
図１に示すように、前記ワークピース２に固定したクランプロッド７を上記ハウジング５に挿入し始めるときには、前記の第１給排口２２に圧油を供給すると共に前記の第２給排口４０に圧縮空気を供給して、上記クランプ装置４をクランプ解除状態へ切り換えておく。
より詳しくいえば、前記の第１作動室２０に供給された圧油の圧力によって前記の第１ピストン１９が前記クランピング用バネ１３を上向きに圧縮して、前記の伝動スリーブ１１が戻しバネ２８によって上向きに移動している。また、前記の第２作動室３６に供給された圧縮空気の圧力によって前記のピストン部分３５が前記の操作具３０を操作解除状態Ｄに下降させている。このため、前記の進出バネ４４によって上昇した前記の蓋部材４２が前記の複数の係合ボール１２を外方の係合解除位置Ｙへ移動させている。
【００２０】
さらに、同上の図１に示すように、クリーニング流体の供給口(図示せず)から連通路４７へ供給したクリーニング用の圧縮空気が、前記の第２環状隙間３１を通って前記の上ハウジング部分１６の下面の複数の噴出口４８から多量に吐出される(破線矢印参照)。このため、前記の蓋部材４２の上面や前記クランプロッド７の下部に付着している塵埃や切り粉等の異物が、上記の吐出された圧縮空気によって吹き飛ばされて清掃される。また、上記のクリーニング用の圧縮空気は、前記の伝動スリーブ１１の貫通孔１１ｂと、その伝動スリーブ１１の筒孔１１ａと上記の蓋部材４２の外周面との嵌合隙間４９を通って上向きに吐出するので、その嵌合隙間４９も清掃される。
【００２１】
上記の図１の状態で上記ワークピース２を下降させていくと、前記クランプロッド７の下端の前記の六角形部分８が上記の蓋部材４２を下向きに押込んでいき、これにより、そのクランプロッド７が前記の伝動スリーブ１１の筒孔１１ａ内に嵌入されていく。上記クランプロッド７の挿入開始時において、前記ガイド孔１８の軸心とクランプロッド７の軸心とが心ズレしている場合には、前記の２つの環状隙間２７・３１の存在によって前記の伝動スリーブ１１および操作具３０が水平方向へ移動して上記の心ズレが自動的に修正される。
これにより、図２に示すように、上記クランプロッド７が伝動スリーブ１１の筒孔１１ａへスムーズに挿入されると共にワークピース２の基準面Ｒが前記の上ハウジング部分１６の前記の支持面Ｓに受け止められる。
【００２２】
上記のクランプロッド７の挿入中には、前記のガイド孔１８と上記クランプロッド７の外周面との隙間が狭められるので、その隙間を前記の圧縮空気が勢いよく流れて、そのクランプロッド７の外周面が十分に清掃される。また、同上のクランプロッド７の挿入中には、その挿入抵抗に抗して伝動スリーブ１１が戻しバネ２８によって図示の上昇位置に保持される。このため、前記クリーニング用の圧縮空気が前記の噴出口４８から求心方向へ勢い良く吐出されて、その圧縮空気によって前記の被係合部９が強力に清掃される。その結果、上記の被係合部９と前記の係合ボール１２との後述の係合時において、係合ミスを防止できる。
さらに、上記ワークピース２の基準面Ｒが上記の支持面Ｓに受け止められる直前では、これら両面Ｒ・Ｓ間の隙間が狭められてその隙間を上記の圧縮空気が勢いよく流れるので(図２中の一点鎖線矢印参照)、その圧縮空気によって上記の両面Ｒ・Ｓを強力に清掃できる。このため、上記ハウジング５に対してワークピース２を精度よく位置決めできる。
【００２３】
次いで、図３に示すように、前記の第２作動室３６内の圧縮空気を前記の第２給排口４０から排出すると、前記の押圧バネ３３が前記の操作具３０を操作状態Ｃへ上昇させる。これにより、まず、その操作具３０の前記の傾斜周面３０ｂが前記の係合ボール１２を係合位置Ｘへ切り換え、次いで、上記の操作具３０の前記の小径周面３０ｃが上記の係合ボール１２を上記の係合位置Ｘに保持する。
【００２４】
引き続いて、図４に示すように、前記の第１作動室２０内の圧油を前記の第１給排口２２から排出する。すると、前記クランピング用バネ１３が前記の第１ピストン１９を介して前記の伝動スリーブ１１を下向きに駆動し、これにより、その伝動スリーブ１１が前記の複数の係合ボール１２と前記クランプロッド７とを順に介して前記ワークピース２を下向きに引っ張り、そのワークピース２が前記パレット１に固定される。上記の図４において、参照符号Ｍはクランプストロークを示し、参照符号Ｎは余裕ストロークを示している。なお、前記の図３において、参照符号Ａは全ストロークを示している。
【００２５】
上記の図４のクランプ状態を解除するときには、まず、図３に示すように、前記の第１作動室２０へ圧油を供給して、前記の第１ピストン１９を前記クランピング用バネ１３に抗して上昇させる。次いで、図２に示すように、前記の第２作動室３６へ圧縮空気を供給する。すると、前記のピストン部分３５が前記の操作具３０を下降させ、前記の係合ボール１２がフリーになる(なお、ここでは、上記の係合ボール１２が既に遠心方向へ移動して係合解除位置Ｙへ切換えられた状態を示している)。その後、前記ワークピース２を上向きに移動させる。すると、前記クランプロッド７の前記の被係合部９が上記の複数の係合ボール１２を上記の係合解除位置Ｙへ退避させるので、そのクランプロッド７がスムーズに抜き取られる。これと同時に、前記の蓋部材４２が進出バネ４４によって図１の位置へ復帰される。
【００２６】
図５は、第２実施形態を示している。この第２実施形態においては、上記の第１実施形態の構成部材と同じ機能の部材には原則として同一の符号を付けて説明する。
この第２実施形態は、上記の第１実施形態とは次の点で異なる。
前記の第１ピストン１９の上面と前記クランピング用バネ１３の下端との間に押圧リング６１が装着され、そのクランピング用バネ１３の付勢力が上記の押圧リング６１を介して前記の伝動スリーブ１１の下フランジ２６に加わるようになっている。また、前記の第２ピストン３４は、１つの環状部材によって構成されて前記のハウジング５の上部に保密状に挿入される。
【００２７】
上記の各実施形態は次のように変更可能である。前記の第１ピストン１９をアンクランプ駆動する圧力流体は、例示の圧油に代えて、他の種類の液体であってもよく空気等の気体であってもよい。また、前記の第２ピストン３４を下向きに駆動する圧力流体は、例示の圧縮空気に代えて、他の種類の気体であってもよく圧油等の液体であってもよい。また、上記の第１ピストン１９と第２ピストン３４とを個別に駆動するための構造は、前記の２つの作動室２０・３６に所定の時間差を設けて圧力流体を給排する構造であればよい。例えば、前記の２つの給排口２２・４０に対して個別に圧力流体を給排することに代えて、一つの給排口をシーケンス弁を介して上記の２つの作動室２０・３６に連通させてもよい。
【００２８】
前記のクランピング用バネ１３は、例示した皿バネに代えて、圧縮コイルバネによって構成してもよい。
前記の係合具は、例示の係合ボール１２に代えて揺動カムなどの他の種類の係合具であってもよく、複数個で構成することに代えて１つのもので構成することも可能である。
前記の伝動スリーブ１１は、前記の第１ピストン１９とは別体に形成することに代えて、その第１ピストン１９と一体に形成してもよい。さらには、上記の伝動スリーブ１１を省略することも可能である。この場合、上記の係合ボール１２を弾性体を介して前記の操作具３０に支持することが考えられる。
【００２９】
前記のクリーニング流体は、圧縮空気に代えて窒素ガス等の他の種類の気体であってもよく、さらには、液体であってもよい。
クランプ装置４によってクランピングされる被固定物は、例示のワークピース２に代えて、金型等の他の種類の物であってもよい。この場合、上記クランプロッド７は、その被固定物に常に取付けられたものであってもよく、その被固定物と一体に形成したものでもよい。
ワークピース２等の被固定物は、前記のハウジング５の上面に受け止めることに代えて、前記パレット１の上面によって受け止めるように構成してもよい。この場合、上記のハウジング５は上記パレット１の下面に固定することが考えられる。
上記の被固定物は、複数のクランプ装置４によって固定されるものに代えて、１つのクランプ装置４によって固定されるものであってもよい。
上記の被固定物とクランプ装置４との連結および連結解除の方向は、例示した上下方向に代えて、水平方向または斜め方向であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、クランプ装置のハウジングにクランプロッドを挿入し始めた状態の断面図である。
【図２】上記ハウジングに上記クランプロッドを挿入し終えた状態を示し、上記の図１に類似する拡大図である。
【図３】上記ハウジング内の係合ボールを係合位置へ移動させた状態を示し、上記の図２に類似する図である。
【図４】上記クランプロッドをクランプ駆動した状態を示し、同上の図２に類似する図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、上記の図２に類似する図である。
【符号の説明】
５…ハウジング、７…クランプロッド、９…被係合部、１１…伝動スリーブ、１１ａ…筒孔、１２…係合具(係合ボール)、１３…クランピング用バネ、１９…流体圧ピストン(第１ピストン)、３０…操作具、３２…切換手段、３３…押圧バネ、３４…別の流体圧ピストン(第２ピストン)、３５…ピストン部分、Ｃ…操作具３０の操作状態、Ｄ…操作具３０の操作解除状態、Ｘ…係合具１２の係合位置、Ｙ…係合具１２の係合解除位置。
【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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