(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース上に被固定物を固定するためのクランプ装置であって、被固定物の下面側に設けられたプルスタッドと、ベースの上面側に設けられかつピストンを内蔵したシリンダと、ピストンの上部に開閉可能に設けられてプルスタッドを把持するコレットと、コレットに把持されたプルスタッドが引き込まれるようにピストンを下方に移動させるクランプ駆動手段と、ピストンを上方に移動させるアンクランプ駆動手段と、シリンダの上部にコレットを取り囲むように配置されかつ昇降手段で昇降させられることによってコレットを開閉させるカラーとを備えている、クランプ装置。
【請求項２】
クランプ駆動手段が、ピストンに下向きの付勢力を作用させるクランプ用バネよりなる、請求項１記載のクランプ装置。
【請求項３】
カラーを昇降させる昇降手段に、カラーが昇降ストロークの上限であるコレット閉位置に保持されるようにカラーに上向きの付勢力を作用させるカラー上昇用バネが含まれている、請求項１または２記載のクランプ装置。
【請求項４】
アンクランプ時にプルスタッドがピストンによって押し上げられるようになっている、請求項１〜３のいずれか１つに記載のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、テーブル、ワークパレット等のベース上に、パレット、ワークピース、金型等の被固定物を固定するために用いられるクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のクランプ装置として、被固定物の下面側に設けられたプルスタッドと、ベースの上面側に設けられかつピストンを内蔵したシリンダと、ピストンの上部に設けられてプルスタッドの頭部を把持するコレットとを備えており、シリンダ内の上方スペースに圧力油を供給してピストンを下降させることにより、コレットに把持されたプルスタッドが下方に引き込まれるクランプ動作が行われ、一方、シリンダ内の下方スペースに圧力油を供給してピストンを上昇させることにより、コレットが開いてプルスタッドが解放されるアンクランプ動作が行われるものが知られている（下記の特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来のその他のクランプ装置として、被固定物の下面側に設けられたプルスタッドと、ベースの上面側に設けられかつピストンを内蔵したシリンダと、ピストンの上方開口凹所の周面に出没自在に設けられてプルスタッドを係合保持する複数の係合ボールとを備えており、シリンダ内に配されたバネの付勢力によってピストンを下降させることにより、係合ボールに係合保持されたプルスタッドが下方に引き込まれるクランプ動作が行われ、一方、シリンダ内の下方スペースに圧力油を供給してピストンを上昇させることにより、係合ボールによるプルスタッドの係合が解除されるアンクランプ動作が行われるものも知られている（下記の特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７６０６１号公報
【特許文献１】特開平１０−２１７０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者のクランプ装置の場合、シリンダの上方スペースへの圧力油の供給によってクランプ動作が行われるため、何らかのトラブルにより元圧喪失すると、安全上の問題が生じるおそれがあった。
また、前者のクランプ装置の場合、コレットの開閉がピストンの昇降によって行われるため、ピストンの昇降ストロークを大きくとる必要があり、装置が大型化してしまうという問題があった。
【０００６】
一方、後者のクランプ装置にあっては、クランプ動作がバネの付勢力によって行われるため、前者のクランプ装置のように元圧喪失の問題が生じることはなく、安全上は好ましいと言える。
しかしながら、後者のクランプ装置の場合、プルスタッドが係合ボールによって係合保持されているため、両者の係合部の面圧が大きくなり、トータルの引き込み力を大きくすることができないという問題があった。また、この装置では、係合ボールがピストンの上方開口凹所内に落ち込むと、プルスタッドを同凹所に挿入することができなくなるため、これを防止するための機構が必要となり、構造の複雑化やコストアップを招くおそれがあった。
【０００７】
この発明の目的は、装置の全体構成をコンパクトにすることができ、また、トータルの引き込み力を大きくすることが可能であって、プルスタッドを保持する部分の構造の複雑化やそれに伴うコストアップを招くおそれのないクランプ装置を提供することにある。
また、この発明の他の目的は、クランプ動作時に元圧喪失等による不具合が生じるおそれがなく、より安全に使用することができるクランプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、上記の目的を達成するために、以下の態様からなる。
【０００９】
１）ベース上に被固定物を固定するためのクランプ装置であって、被固定物の下面側に設けられたプルスタッドと、ベースの上面側に設けられかつピストンを内蔵したシリンダと、ピストンの上部に開閉可能に設けられてプルスタッドを把持するコレットと、コレットに把持されたプルスタッドが引き込まれるようにピストンを下方に移動させるクランプ駆動手段と、ピストンを上方に移動させるアンクランプ駆動手段と、シリンダの上部にコレットを取り囲むように配置されかつ昇降手段で昇降させられることによってコレットを開閉させるカラーとを備えている、クランプ装置。
【００１０】
２）クランプ駆動手段が、ピストンに下向きの付勢力を作用させるクランプ用バネよりなる、上記１）のクランプ装置。
【００１１】
３）カラーを昇降させる昇降手段に、カラーが昇降ストロークの上限であるコレット閉位置に保持されるようにカラーに付勢力を作用させるカラー上昇用バネが含まれている、上記１）または２）のクランプ装置。
【００１２】
４）アンクランプ時にプルスタッドがピストンによって押し上げられるようになっている、上記１）〜３）のいずれか１つのクランプ装置。
【発明の効果】
【００１３】
上記１）のクランプ装置によれば、コレットの開閉がその周囲に配されたカラーの昇降によって行われるため、ピストンの昇降ストロークをクランプ・アンクランプに必要な最小限のものとすることができ、従って、装置の小型化が可能となる。
また、上記１）のクランプ装置によれば、プルスタッドがコレットに把持された状態で下方に引き込まれるため、係合ボールの場合と比べて、プルスタッドとコレットとの係合部の面圧が大きくなり、トータルの引き込み力を大きくすることができる。
加えて、上記１）のクランプ装置によれば、プルスタッドを保持する手段としてコレットを使用することにより、係合ボールのようにピストンの上方開口凹所内に落ち込むのを防止するための機構が不要となるので、同部分の構造が単純化され、コストアップを招くおそれもない。
【００１４】
上記２）のクランプ装置によれば、クランプ駆動手段が、ピストンに下向きの付勢力を作用させるクランプ用バネよりなるので、流体圧機構による場合のように元圧喪失の問題が生じるおそれがなく、安全に使用することができる。
【００１５】
上記３）のクランプ装置によれば、カラー上昇用バネの付勢力によって、カラーが昇降ストロークの上限であるコレット閉位置に保持されるので、流体圧機構を用いた場合のように元圧喪失による不具合を生じるおそれがなく、カラーによって、コレットを閉じた状態に確実に保持しておくことができ、安全に使用しうる。
【００１６】
上記４）のクランプ装置によれば、アンクランプ時にプルスタッドがピストンによって押し上げられるため、コレットとカラーとの固着、さらにはクランプ時における被固定物とベースとの接触面どうしの固着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明のクランプ装置のクランプ時の状態を示す垂直断面図である。
【図２】この発明のクランプ装置のアンクランプ時の状態を示す垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明の実施形態を、図１および図２を参照して、以下に説明する。
同実施形態は、この発明を、マシニングセンタ等の工作機械において、テーブル（ベース）上にパレット（被固定物）を固定するために用いられるクランプ装置に適用したものである。
【００１９】
図１および図２に示すように、この発明のクランプ装置(1)は、パレット(3)の下面側に設けられたプルスタッド(4)と、テーブル(2)の上面側に設けられかつピストン(6)を内蔵したシリンダ(5)と、ピストン(6)の上部に開閉可能に設けられてプルスタッド(4)を把持するコレット(7)と、コレット(7)に把持されたプルスタッド(4)が下方に引き込まれるようにピストン(6)に付勢力を作用させるクランプ用バネ(8)と、シリンダ(5)に圧力油を供給することによりクランプ用バネ(8)の付勢力に抗してピストン(6)を上方に移動させるアンクランプ用油圧機構(9)と、シリンダの上部にコレットを取り囲むように配置されかつ昇降手段(14)(15)で昇降させられることによってコレット(7)を開閉させるカラー(10)とを備えている。
【００２０】
プルスタッド(4)は、パレット(3)の下面にねじ込まれて垂下状に固定されたプルスタッドボルトよりなる。プルスタッド(4)の下端部には、径方向外方に張り出した係合用頭部(41)が設けられている。
パレット(3)の下面には、内周部に斜め下向きの第１テーパ面(111)を有するメスコーン(11)が、プルスタッド(4)を取り囲むように同心状に設けられている。
【００２１】
シリンダ(5)は、テーブル(2)の上面に形成された上方開口凹所(21)と、上方開口凹所(21)の上部に挿入固定されたオスコーン(12)の中心孔部(121)とによって構成されている。
オスコーン(12)は、その中心孔部(121)の周面における下側約３分の１の高さ位置に、下向きの水平環状段差(122)を有している。
オスコーン(12)の外周面は、その上部が小径となされていて、同小径部分に、クランプ時にメスコーン(11)の第１テーパ面(111)と接する斜め上向きの第２テーパ面(123)が形成されている。
【００２２】
ピストン(6)は、円板状の底壁部(61)と、底壁部(61)の外周縁部から上方に短くのびた環状の立上り壁部(62)と、底壁部(61)の中心部から上方に長くのびた中心軸部(63)とを備えている。
立上り壁部(62)は、テーブル(2)の上方開口凹所(21)の内径よりも若干小さい外径を有しており、上方開口凹所(21)の底面周縁部とオスコーン(12)の下端面との間に、上下移動可能に位置させられている。立上り壁部(62)の外面と上方開口凹所(21)の周面との間は、パッキン等のシール部材(P)によってシールされている。
ピストン(6)における立上り壁部(62)と中心軸部(63)の間の部分には、上方に開口した環状凹所(64)が形成されている。
中心軸部(63)は、その外周面における高さ中間の２か所に、上向きの水平環状段差(631)(632)を有している。そして、中心軸部(63)における下位の環状段差(631)よりも上方部分が、オスコーン(12)の中心孔部(121)に挿通させられている。
中心軸部(63)の上端部には、径方向外方に張り出した頭部(633)が形成されている。
中心軸部(63)の上端面は、プルスタッド(4)の下端面とほぼ同じ大きさを有しており、アンクランプ時にプルスタッド(4)の下端面と圧接させられるようになっている。
【００２３】
コレット(7)は、ピストン(6)の中心軸部(63)の上部を取り囲むように配置された複数のコレット分割片(70)よりなる。
各コレット分割片(70)は、その下端部に設けられた基部(72)が、ピストン(6)の中心軸部(63)の外周面における上位の環状段差(631)と頭部(633)との間の部分に収容されて、リング状のバネ(13)により中心軸部に向かって付勢されている。つまり、このリング状のバネ(13)により、コレット(7)が外側に開く方向に付勢されている。
各コレット分割片(70)の上端部には、コレット(7)が閉じられた際にプルスタッド(4)の頭部(41)に係合させられる係合爪部(71)が設けられている。
【００２４】
クランプ用バネ(8)は、皿バネよりなり、オスコーン(12)の下向き水平環状段差(122)と、ピストン(6)の環状凹所(64)の底面との間に介在されて、ピストン(6)を下向きに付勢している。
なお、クランプ用バネ(8)は、皿バネ以外のバネ、例えば圧縮コイルバネ等であっても構わない。
【００２５】
アンクランプ用油圧機構(9)は、シリンダ(5)の底面（テーブル(2)の上方開口凹所(21)の底面）とピストン(6)の底面（底壁部(61)の下面）との間のスペース、すなわち第１圧力室(C1)に通じるようにテーブル(2)に形成された第１圧力油流路(91)と、第１圧力油流路(91)を通じて第１圧力室(C1)に圧力油を供給する油圧ポンプ（図示略）とを備えている。
なお、油圧機構(9)に代えて、油圧以外の流体圧（例えばエア圧等）による流体圧機構を使用してもよい。
【００２６】
クランプ・アンクランプのために必要なピストン(6)の昇降ストローク(S1)は、図２に示すように、従来のものと比べてかなり短いものである。この実施形態では、ピストン(6)の昇降ストローク(S1)の上限は、ピストン(6)の立上り壁部(62)の上端縁がオスコーン(12)の下端縁に当接することによって規定されている。
【００２７】
カラー(10)は、略円筒状のものであって、その外周面の高さ中間位置に上向きの水平環状段差(101)を有している。
また、カラー(10)には、その下端面に開口する環状凹所(102)が形成されている。
カラー(10)の内周面の上端部には、コレット(7)が閉じた状態の各コレット分割片(70)の係合爪部(71)を外方から押さえる環状内方凸部(103)が設けられている。
カラー(10)の上端面には、コレット(7)が開閉する際に各コレット分割片(70)の係合爪部(71)を案内する内向き傾斜面(104)が形成されている。
【００２８】
シリンダ(6)の上部を構成しているオスコーン(12)の中心孔部(121)の周面には、その高さの中間位置に、下向きの水平環状段差(121a)が形成されている。
そして、中心孔部(121)の周面のうち水平環状段差(121a)よりも下方部分が、カラー(10)の外周面における水平環状段差(101)よりも下方部分と、若干の隙間をあけて対面させられ、中心孔部(121)の周面のうち水平環状段差(121a)よりも上方部分が、カラー(10)の外周面における水平環状段差(101)よりも上方部分と、若干の隙間をあけて対面させられている。これにより、カラー(10)が、中心孔部(121)の周面に沿って上下移動可能となされている。
中心孔部(121)の周面における水平環状段差(121a)よりも下方部分と、カラー(10)の外周面における水平環状段差(101)よりも下方部分との間、および、中心孔部(121)の周面における水平環状段差(121a)よりも上方部分と、カラー(10)の外周面における水平環状段差(101)よりも上方部分との間は、それぞれパッキンよりなるシール部材(P)によってシールされている。
【００２９】
カラー(10)を昇降させる昇降手段は、カラー(10)が昇降ストローク(S2)の上限であるコレット閉位置に保持されるようにカラー(10)に上向きの付勢力を作用させるカラー上昇用バネ(14)と、シリンダ(5)の上部に圧力油を供給することによりカラー上昇用バネ(14)の付勢力に抗してカラー(10)を昇降ストローク(S2)の下限であるコレット開位置まで下降させるカラー下降用油圧機構(15)とよりなる。
【００３０】
図示のカラー上昇用バネ(14)は、圧縮コイルバネによって構成されている。但し、このバネ(14)は、その他のバネ（例えば皿バネ等）で構成されていても構わない。
バネ(14)は、その上端がカラー(10)の環状凹所(102)の底面で受けられているとともに、その下端がオスコーン(12)の中心孔部(121)の下端に内方突出状に形成された環状バネ受け部(121b)で受けられており、カラー(10)を上方に向かって付勢している。
【００３１】
カラー下降用油圧機構(15)は、カラー(10)の上向き水平環状段差(101)とオスコーン(12)の中心孔部(121)の周面の下向き水平環状段差(121a)との間のスペース、すなわち第２圧力室(C2)に通じるようにオスコーン(12)に形成された第２圧力油流路(151)と、第２圧力油流路(151)を通じて第２圧力室(C2)に圧力油を供給する油圧ポンプ（図示略）とを備えている。
なお、油圧機構(15)に代えて、油圧以外の流体圧（例えばエア圧等）による流体圧機構を使用してもよい。
【００３２】
コレット(7)の開閉に必要なカラー(10)の昇降ストローク(S2)は、図２に示す通りであって、ピストン(6)の昇降ストローク(S1)と比べると長くなっている。
この実施形態の場合、カラー(10)の昇降ストローク(S2)の上限位置は、カラー(10)の上向き水平環状段差(101)が、オスコーン(12)の中心孔部(121)の周面の下向き水平環状段差(121a)に当接することによって規定されている。また、昇降ストローク(S2)の上限位置は、カラー(10)の下端縁が中心孔部(121)のバネ受け部(121b)の上端縁に当接することによって規定されている。
【００３３】
なお、図示は省略したが、テーブル(2)とパレット(3)の間には、上記のクランプ装置(1)が複数備えられており、これらのクランプ装置(1)を使用して、テーブル(2)上にパレット(3)を正確に位置決めすることができる。
【００３４】
上記のクランプ装置(1)により、テーブル(2)上にパレット(3)をクランプする場合、以下の手順で行われる。
すなわち、まず、図２に示すように、ピストン(6)は、第１圧力室(C1)に第１圧力油流路(91)を通じて圧力油を供給することにより、昇降ストローク(S1)の上限に位置させられている。また、コレット(7)は、第２圧力室(C2)に第２圧力油流路(151)を通じて圧力油を供給し、それによってカラー(10)を昇降ストローク(S2)の下限に位置させることにより、外側に開いた状態となされている。
この状態で、パレット(3)の下面側のプルスタッド(4)をピストン(6)の中心軸部(63)の上端面に載置しておいてから、第２圧力室(C2)の油圧を下げると、バネ(14)の付勢力によりカラー(10)が昇降ストローク(S2)の上限位置まで移動させられる。これに伴い、カラー(10)上端の内向き傾斜面(104)によって各コレット分割片(70)先端の係合爪部(71)が内方に押されて、コレット(7)が閉じられ、係合爪部(71)がプルスタッド(4)の頭部(41)と係合させられる。こうして、図２に鎖線で示すように、プルスタッド(4)がコレット(7)によって把持され、この状態がカラー(10)によって維持される。
次いで、第１圧力室(C1)の油圧を下げると、バネ(8)の付勢力によりピストン(6)が昇降ストローク(S1)の下限位置まで移動させられ、それに伴い、プルスタッド(4)がコレット(7)を介して下方に引き込まれ、パレット(3)側のメスコーン(11)の第１テーパ面(111)が、テーブル(2)側のオスコーン(12)の第２テーパ面(123)に圧接させられる。
こうして、図１に示すように、テーブル(2)上にパレット(3)がクランプされた状態となる。
【００３５】
一方、テーブル(2)からパレット(3)をアンクランプする場合は、以下のようにして行われる。
すなわち、図２に示すように、まず、第１圧力室(C1)に第１圧力油流路(91)を通じて圧力油を供給して油圧を上げると、ピストン(6)が、バネ(8)の付勢力に抗して昇降ストローク(S1)の上限位置まで移動させられる。これに伴い、ピストン(6)の中心軸部(63)の上端面がプルスタッド(4)の下端面に圧接させられて、プルスタッド(4)ひいてはパレット(3)が昇降ストローク(S1)の分だけ押し上げられ、メスコーン(11)の第１テーパ面(111)がオスコーン(12)の第２テーパ面(123)から離れる。
次いで、図２に示すように、第２圧力室(C2)に第２圧力油流路(151)を通じて圧力油を供給して油圧を上げると、カラー(10)が、バネ(14)の付勢力に抗して昇降ストローク(S2)の下限位置まで移動させられる。すると、コレット(7)がリング状のバネ(13)の付勢力により外側に開いて、各コレット分割片(70)の係合爪部(71)がプルスタッド(4)の頭部(41)から外れる。
こうして、テーブル(2)からパレット(3)を取り外すことが可能なアンクランプ状態となる。
【００３６】
上記の実施形態では、テーブル上にパレットを固定するクランプ装置を示したが、この発明は、テーブル以外のベース（例えばワークパレット）上に、パレット以外の被固定物（例えばワークピース、金型）を固定するクランプ装置に適用することも可能である。
また、この発明のクランプ装置は、ベースと被固定物との位置関係が、上記の実施形態に示すような上下（垂直方向）の場合の他、前後左右（水平方向）や斜めの場合であっても適用可能である。
さらに、この発明のクランプ装置において、クランプ駆動手段、アンクランプ駆動手段、カラーの昇降手段については、上記の実施形態に示したものに限定されず、その他の公知の駆動手段を適宜使用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
(1)：クランプ装置
(2)：テーブル（ベース）
(3)：パレット(被固定物)
(4)：プルスタッド
(5)：シリンダ
(6)：ピストン
(7)：コレット
(8)：クランプ用バネ（クランプ駆動手段）
(9)：アンクランプ用油圧機構（アンクランプ駆動手段）
(10)：カラー
(14)：カラー上昇用バネ（昇降手段）
(15)：カラー下降用油圧機構（昇降手段）
【図１】
0006430893.tif 000002
【図２】
0006430893.tif 000003