(57)【要約】【課題】  ワークの吸着保持力を向上できるワーク吸着保持装置を提供する。【解決手段】  本発明に係るワーク吸着保持装置１は、ワークＷを吸着させる吸着面２に環状に配設され、ワークＷを吸着させる際にワークＷに密着するシール材８と、吸着面２のシール材８で囲まれた領域に形成した吸引口９と、吸引口９とシリンダヘッド１５又はその近傍で連通したシリンダ７と、シリンダ７内に気密に装入したピストン４と、ピストン４に一端を連結し、外周に雄ねじ溝２２を形成したピストンロッド５と、シリンダ７の開口側において、シリンダに固定的に設けられ、ピストンロッドに螺合する雌ねじ部３２と、ピストンロッドの回動を操作する操作部２４とを備え、ピストン４をシリンダヘッド１５から離れる方向に移動させ、シリンダ内および吸着面のシール材で囲まれた領域に負圧を発生させてワークＷを吸着面に吸着保持する。【選択図】  図１
2007083354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを吸着させる吸着面に環状に配設され、ワークを吸着させる際にワークに密着するシール材と、
前記吸着面のシール材で囲まれた領域に形成した吸引口と、
前記吸引口と、シリンダヘッド又はその近傍で連通したシリンダと、
前記シリンダ内に気密に装入したピストンと、
前記ピストンに一端を連結し、外周に雄ねじ溝を形成したピストンロッドと、
前記シリンダの開口側において、シリンダに固定的に設けられた、前記ピストンロッドに螺合する雌ねじ部と、
前記ピストンロッドの回動を操作する操作部とを備えたことを特徴とするワーク吸着保持装置。
【請求項２】
前記ピストンとピストンロッドは、ピストンに対してピストンロッドが相対的に回動するのを許容する連結構造で連結し、ピストンロッドを回動操作したときに、ピストンがシリンダ内でピストンロッドと一緒に回動せずに、摺動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワーク吸着保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワークを吸着保持するワーク吸着保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、ボール盤、平面切削盤等の工作機械においては、ワークを保持するワーク保持装置で固定して加工している。ワーク保持装置としては、例えば、ワークを機械的にクランプして保持する機械式のワーク保持装置が知られている。
【０００３】
また、ワークを治具の上に設置し、吸引ポンプなどを用いてワークと治具の吸着面との間で真空引きしてワークを治具に吸着保持する真空式のワーク吸着保持装置も知られている。また、吸引ポンプを用いない真空式のワーク吸着保持装置として、特開平１１−１２９４４０号公報には、ピストンをシリンダヘッドから遠ざける方向に弾性反力を生じさせるスプリングを取付けたものが開示されている。このワーク吸着保持装置は、操作レバーを操作してピストンをピストンヘッド側へ移動させてから、ワークを吸着面に設置し、操作レバーを離した際に、スプリングの弾性反力によりピストンをシリンダヘッドから遠ざける方向に移動してシリンダ室に負圧を発生させ、この負圧でワークを吸着面に吸着保持するものである。
【特許文献１】特開平１１−１２９４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した機械式のワーク保持装置は、クランプする部分がワークに傷を付けたり、歪みを生じさせたり、また作業上、邪魔になったりする場合がある。また、真空式のワーク保持装置は吸引ポンプを必要とするため、ワークの吸着保持を維持するのに、常に動力を必要とし、ランニングコストが嵩むものであった。また、ワークを吸着保持させる力も、吸引ポンプの出力によるので、限界がある。また、特開平１１−１２９４４０号公報に開示されたワーク吸着保持装置は、スプリングの弾性反力でピストンを移動させて負圧を発生させているが、スプリングの弾性反力により負圧の大きさが決まる。このため、ワークを保持する吸着力に限界があり、ワークに大きな力が加わるような機械加工に使用する場合には、十分な保持力が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るワーク吸着保持装置は、ワークを吸着させる吸着面に環状に配設され、ワークを吸着させる際にワークに密着するシール材と、吸着面のシール材で囲まれた領域に形成した吸引口と、吸引口と、シリンダヘッド又はその近傍で連通したシリンダと、シリンダ内に気密に装入したピストンと、ピストンに一端を連結し、外周に雄ねじ溝を形成したピストンロッドと、シリンダの開口側において、シリンダに固定的に設けられ、ピストンロッドに螺合する雌ねじ部と、ピストンロッドの回動を操作する操作部とを備えたものである。
【０００６】
また、ピストンとピストンロッドを、ピストンに対してピストンロッドが相対的に回動するのを許容する連結構造で連結し、ピストンロッドを回動操作したときに、ピストンがシリンダ内でピストンロッドと一緒に回動せずに、摺動するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
このワーク吸着保持装置は、ワークを吸着保持させる際は、ピストンをシリンダヘッド側に移動させた状態で、ワークを吸着面に設置し、シール材に密着させ、ピストンロッドを回動操作して、ピストンをシリンダヘッドから離れる方向に移動させる。これにより、シリンダ内および吸着面のシール材で囲まれた領域に負圧を発生させることができ、ワークを吸着面に吸着保持することができる。この際、ピストンロッドの外周に形成した雄ねじ溝と、シリンダの開口側においてシリンダに雌ねじ部とが螺合しており、ピストンロッドを回動操作することによりピストンをシリンダに対して進退させる構造になっている。これにより、シリンダ内の許容される範囲内でピストンを移動させることができ、ピストンをシリンダヘッドから離れる方向へ移動させればさせるだけ、ワークを吸着保持する吸着保持力を向上させることができ、機械加工に耐え得る程度に強力な吸着保持力でワークを保持することができる。また、ピストンロッドとシリンダの開口側に設けた雌ねじ部との螺合によりピストンの移動が規制されるので、ワークを吸着保持した状態をそのまま維持する場合でも、吸引ポンプなど他に動力が要らず経済的である。
【０００８】
また、ピストンロッドを回動操作したときに、ピストンがシリンダ内で回転せずに、摺動するようにすれば、ピストンとシリンダの摩耗を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係るワーク吸着保持装置を図に基づいて説明する。なお、同一の作用を奏する部材、部位には同一の符号を付して説明する。
【００１０】
ワーク吸着保持装置１は、図１に示すように、一側面にワークＷを吸着保持する吸着面２を有したシリンダ本体３と、ピストン４と、ピストンロッド５と、雌ねじ部としてのナット６とから構成されている。
【００１１】
シリンダ本体３は、この実施形態では、図３に示すように、長さ方向にシリンダ７となる筒状の空洞を形成した直方体形状のブロック状の部材で、その上面にワークＷを吸着させる吸着面２を備えている。シリンダ本体３は、内部に形成されるシリンダ７内を負圧にしたときに大気圧で変形されない程度の強度が必要であり、この実施形態では、強度と軽量化を考慮して、アルミ合金（例えば、Ａ−７０７５）で形成している。
【００１２】
吸着面２は、ワークＷを吸着させる際にワークＷに密着する環状のシール材８が配設され、シール材８で囲まれた内側の領域に空気を吸引する吸引口９を形成している。この実施形態では、シール材８はＯリングで構成され、吸着面２に形成した装着溝１０に装着されている。装着溝１０は、図２に示すように、吸着面２の中央に形成した吸引口９を中心に囲むように、大きさの異なる矩形状の３つの装着溝１０ａ、１０ｂ、１０ｃを３重に形成している。シール材８は、吸着するワークＷの被吸着面Ｗ１の大きさに合わせて、この３つの装着溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃのいずれかの装着溝を選択して装着している。図示例では、ワークＷの被吸着面Ｗ１に合わせて真ん中の第２装着溝１０ｂにシール材８を嵌め込んでいる。また、装着溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、シール材８としてのＯリングを嵌め込んだときに、シール材８が吸着面２よりも少し突出するように、幅と深さを設定するとよい。なお、この実施形態では、図２に示すように、吸着面２の吸引口９を通り、内側の装着溝１０ｃ，１０ｂを横断し、外側の装着溝１０ａまで延在した溝１１を形成している。この溝１１は、ワークＷとシール材８で囲まれた領域の空気を吸引口９から吸引するときに空気をスムーズに吸引するものである。なお、この実施形態では、装着溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃを３重に形成して、ワークＷの被吸着面Ｗ１に合わせて何れかの装着溝にシール材８を装着する構造にしているが、吸着面に形成する装着溝の数や形状は、上記の実施形態に限定されず、例えば、吸着させるワークが決まっているような場合であれば、装着溝を一つとし、シール材を装着する形状を変化させることができないものでもよい。
【００１３】
シリンダ本体３は、図３に示すように、長さ方向の一側面１２からシリンダ７となる有底円筒状の穴を形成し、他方の側面１３にはピストンロッド５を挿通させるばか穴１４を形成している。ばか穴１４は、シリンダ７となる穴と同心円状に、ピストンロッド５の外径形状よりも少し大きなばか穴を貫通形成している。シリンダ７となる穴を開けた側面１２に、シリンダヘッド１５を取付けて封口している。
【００１４】
この実施形態では、図１に示すように、シリンダ本体３に吸引口９をシリンダ７のシリンダヘッド１５の近傍に連通させる連通路１６を形成している。連通路１６は、吸引口９から所定深さまで形成した第１通路１６ａと、シリンダ本体３のシリンダヘッド１５を取付ける側の側面１２から第１通路１６ａに連通するようにシリンダ７の軸線方向と平行に形成した第２通路１６ｂと、シリンダ７のシリンダヘッド１５側の内側面から第２通路１６ｂに連通するように斜めに形成した第３通路１６ｃを順に形成して連通させたものである。シリンダ本体３の側面１２には、第２通路１６ｂが開口した部位に封口材１７を埋め込んで第２通路１６ｂを封口している。
【００１５】
シリンダヘッド１５は、図３に示すように、シリンダ本体３の一側面１２に装着されるものであり、内側面にシリンダ７に挿入される突起１８を備えている。突起１８の外周面にはＯリング１９を装着しており、シリンダ７の気密性を確保している。シリンダヘッド１５は、図１に示すように、突起１８をシリンダ７に挿入した状態でボルト２０によりシリンダ本体３の側面１２に固定している。
【００１６】
ピストン４は上記シリンダ本体３のシリンダ７内に気密に装入したものであり、この実施形態では、図１または、図３に示すように、シリンダ７の内周面に応じた略円筒状部材で、その外周にシリンダ７の内周壁７ａに気密に接するシール材２１を装着したものである。
【００１７】
ピストンロッド５は、ピストン４に一端を連結し、外周に雄ねじ溝２２を形成している。この実施形態では、ピストンロッド５は、図１または、図３に示すように、丸棒で形成され、外周面の略全周に雄ねじ溝２２を形成している。ピストンロッド５の一端には、ピストン４に連結する連結部２３を設け、他端にはピストンロッド５の回動を操作する操作部２４を設けている。この実施形態では、操作部２４として、市販のトルクレンチ２６を係合させる多角形の係合構造２５をピストンロッド５の他端に形成し、図４に示すように、トルクレンチ２６をハンドルとしてピストンロッド５に適宜に取付けて、ピストンロッド５の回動を操作する構造にしている。
【００１８】
また、この実施形態では、ピストン４に対してピストンロッド５が相対的に回動するのを許容する連結構造でピストン４とピストンロッド５を連結している。
【００１９】
図３に示すように、ピストン４には、ピストンロッド５を取付ける側に軸方向に突出した突部２７を形成し、その中心に、ピストンロッド５の一端が挿入される挿入穴２８を形成している。突部２７にはピン３１を取付けるねじ穴２９を形成している。他方、ピストンロッド５にはピストン４に連結する側の端部の外周面に、周方向に連続した溝３０を形成している。そして、ピストン４の挿入孔２８にピストンロッド５を挿入し、ねじ穴２９をピストンロッド５の外周面に形成した溝３０に合わせて、溝３０に係合するようにピストン４のねじ穴２９にピン３１を取付けている。斯かる連結構造により、ピストン４はピン３１を介してピストンロッド５と軸方向に係合し、かつ、ピストン４がピストンロッド５に対して相対的に回動するのを許容している。これにより、ピストン４はピストンロッド５を回動操作しても、シリンダ７内でピストンロッド５と一緒に回動しないようにしている。
【００２０】
ピストン４とピストンロッド５は、図３に示すように、連結された状態で、ピストンロッド５からシリンダ本体３のシリンダ７内に挿入し、ピストンロッド５をシリンダ本体３の側面１３のばか穴１４に挿通させて、ピストン４をシリンダ７内へ装着する。そして、図１に示すように、ピストン４をシリンダ７内に移動させて、シリンダ本体３にシリンダヘッド１５を装着してシリンダ７を封口する。
【００２１】
シリンダ７の開口側（ばか穴１４が形成された側）には、シリンダ本体３にピストンロッド５と螺合する雌ねじ部３２を固定的に設けている。この実施形態では、図１に示すように、シリンダ本体３に形成したばか穴１４がシリンダ７の開口となり、ばか穴１４を形成した側面１３に雌ねじ部３２としてのナット６を固定している。ナット６は、ピストン４およびピストンロッド５をシリンダ７に装入した後で、ピストンロッド５に螺合させればよく、シリンダ本体３のばか穴１４を形成した側面１３まで螺合させていき、シリンダ本体３の側面１３にビスなどで固定するとよい。
【００２２】
この状態でピストンロッド５を回動操作すると、ピストンロッド５と、シリンダ本体３に固定的に配設したナット６との螺合により、ピストンロッド５の一端に連結されたピストン４がシリンダ７内を進退移動する。この際、ピストン４に対してピストンロッド５が相対的に回動するのを許容する連結構造で、ピストン４とピストンロッド５を連結しているから、ピストン４はシリンダ７内でピストンロッド５と一緒に回動せずに摺動する。これにより、ピストン４とシリンダ７の摩耗を防ぐことができる。
【００２３】
また、ピストン４よりもシリンダ７の開口側の空間は遮蔽されておらず、ばか穴１４、および、ナット６とピストンロッド５のクリアランスを通じて外部と連通している。このため、ピストン４がシリンダ７内を進退移動する際に、シリンダ７の、ピストン４よりもばか穴１４側の空間と外部との間で空気が速やかに流通し、ピストン４をスムーズにシリンダ７内で進退移動させることができる。
【００２４】
なお、雌ねじ部３２としては、上述するようにシリンダ本体３にナット６を取付けた構造を例示したが、これには限定されず、例えば、シリンダ本体３のばか穴１４を形成した部分に、ばか穴１４に代えてピストンロッド５が螺合する雌ねじ溝を、シリンダ本体３に直接形成してもよい。
【００２５】
なお、シリンダ本体３に直接雌ねじ溝を形成する場合には、ばか穴１４に雌ねじを形成できるだけの肉厚を確保する必要があるので、シリンダ本体３に高価なアルミ合金を用いると製造コストが掛かる。ピストンロッド５を雌ねじ部３２に螺合させながら、ピストン４をシリンダ７に装入する必要があり、装入作業が面倒になる。これに対して、図１に示す実施形態のように、雌ねじ部３２をシリンダ本体３とは別体のナット６とすることにより、製造コストを低く抑えることができ、ピストン４およびピストンロッド５をシリンダ７内に装入する作業を容易にできる。
【００２６】
このワーク吸着保持装置１は、ワークＷを吸着保持する際、まず、ワークＷを吸着面２に載置する前に、ピストン４をシリンダヘッド１５側に移動させる。そして、図１に示すように、ピストン４をシリンダヘッド１５側へ位置させた状態で、ワークＷを吸着面２の上に載せてシール材８の全周をワークＷの被吸着面に密着させる。そして、図４に示すように、ピストンロッド５をトルクレンチ２６で回動操作して、ピストン４をシリンダヘッド１５から離れる方向に移動させる。これにより、吸引口９から連通路１６を通して吸着面２のシール材８で囲まれた領域の空気を吸引でき、吸着面２のシール材８で囲まれた領域を負圧にして、ワークＷを吸引保持することができる。
【００２７】
このワーク吸着保持装置１は、操作部２４でピストンロッド５を回動させ、ピストン４をシリンダヘッド１５から離れた方向へ移動させればさせるほど、大きな吸着保持力を生じさせることができる。ピストンロッド５の回動操作は手動でも十分に行え、機械加工に耐え得る程度に強力な吸着保持力でワークＷを保持することができる。また、このワーク吸着保持装置１は、ワークＷを吸引保持するのに、吸引ポンプなどの装置が不要で、経済的であり、また、吸引ポンプなどを用いることができない場所でも、ワークＷを吸着保持させることができる。また、このワーク吸着保持装置１は、ピストンロッド５がナット６と螺合しているので、ピストンロッド５の回動を操作しない限り、ピストンロッド５の回動が規制され、ピストン４の位置を固定することができる。このため、ワークＷの負圧による吸着保持状態をそのまま維持することができ、この際も吸引ポンプなどの装置が不要で経済的である。
【００２８】
そして、ワークＷの吸着保持状態を解除する場合は、ピストンロッド５を回動操作して、図１に示すように、ピストン４をシリンダヘッド１５側へ移動させ、シリンダ７内を大気圧と略同じ状態に戻すとよい。これにより、吸着面２のシール材８で囲まれた領域の吸着状態を解除でき、ワークＷを吸着面２から簡単に取外すことができる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態に係るワーク吸着保持装置を説明したが、本発明に係るワーク吸着保持装置は、上記した実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
【００３０】
例えば、吸引口９とシリンダ７は、シリンダヘッド又はその近傍で連通させるとよく、吸引口９とシリンダ７を連通する連通路１６は上記実施形態には限定されない。具体的には、図５に示すように、シリンダ本体３の側面１２に取付けたシリンダヘッド１５の内側面に、シリンダ７と第２通路１６ｂに連通する溝５１を形成して、吸引口９とシリンダ７を、第１通路１６ａ、第２通路１６ｂ及びシリンダヘッド１５の内側面に形成した溝５１で連通してもよい。また、図６に示すように、シリンダ本体３の側面１２に溝５２を形成し、吸引口９とシリンダ７を、第１通路１６ａ、第２通路１６ｂ及びシリンダ本体３の側面に形成した溝５２で連通してもよい。
【００３１】
図５に示すようにシリンダ７の内側面に溝５１を設けて吸引口９とシリンダ７を連通する実施形態、および、図６に示すようにシリンダ本体３の側面１２に５２を設けて吸引口９とシリンダ７を連通する実施形態では、図１に示す実施形態でシリンダヘッド１５に形成していた突起１８、および、シリンダ本体３に斜めに形成していた第３通路１６ｃも廃止される。
【００３２】
また、吸着面２に配設したシール材は、ワークの被吸着面の形状に合わせて種々の形状に配設するとよい。例えば、図７に示すように、それぞれ重ならないように複数のシール材６１を環状に配設し、シール材６１で囲まれたそれぞれの領域６２に吸引口６３を設けてもよい。この場合、図８に示すように、各吸引口６３をそれぞれシリンダ７のシリンダヘッド又はその近傍に連通させ、各シール材６１で囲まれた領域でワークＷを吸着できるようにしてもよい。この実施形態では、各シール材６１で囲まれた部分に、それぞれ一つのワークＷ（図８の実線で示す）を吸着保持させたり、各シール材６１に一のワークＷ（図８の一点鎖線で示す）の被吸着面Ｗ１を密着させて、各シール材６１で囲まれた領域を協同で一のワークＷを吸着保持させたりすることができる。例えば、被吸着面Ｗ１が離散して分布しているワークＷを吸着保持する場合に有効であり、シール材６１で囲まれた領域は、ワークＷの被吸着面Ｗ１の形状に合わせて設定するとよい。
【００３３】
また、図１に示す実施形態では、吸着面２は、シリンダ本体３の上面に形成したが、吸着面２はシリンダ本体３と別体で設けても良い。例えば、図９に示すように、シリンダ本体７１とは別体とした吸着体７２の一側面にシール材としてのＯリング７３を環状に配設し、Ｏリング７３で囲まれた領域に吸引口７４となる穴を形成してワークＷの吸着面７５を形成する。そして、斯かる吸着体７２とは別体のシリンダ本体７１にはシリンダ７のシリンダヘッド１５又はその近傍の空間に開口させた吸気口７６を形成し、吸着体７２の吸引口７４とシリンダ本体７１の吸気口７４を連通管７７で連通させるとよい。
【００３４】
また、操作部２４としてトルクレンチ２６を係合させる係合構造２５をピストンロッド５の他端に形成したものを例示したが、ピストンロッド５の回動を操作する操作部２４はこれには限定されない。例えば、操作部には、単にハンドルを取付けてもよい。また、図示は省略するが、ピストンロッド５の他端に電動ドリルドライバを係合させる係合構造を形成し、電動ドリルドライバを用いて、ピストンロッド５の回動を操作するようにしてもよい。この場合、電動ドリルドライバは、トルク調整が可能なものもあるので、斯かるトルク調整可能な電動ドリルドライバを用いることにより、吸着力を自動調整することができるとともに、ピストンロッド５を過度に廻し過ぎることがなく、ワーク吸着保持装置の各部材の損傷を防止できる。なお、電動ドリルドライバとしては、特に、コード類が作業の邪魔にならないことを考慮すると、充電式で、コードレスのものを用いるとよい。
【００３５】
また、平面切削盤や研磨装置等の工作機械においては、鉄製のワークを保持するのに、磁力でワークを保持する磁石チャックを備えたものがある。本発明のワーク吸着保持装置を用いる場合において、ワーク吸着保持装置にワークを吸着保持させた上で、工作機械に備え付けられた磁石チャックにワーク吸着保持装置を取付けて使用したい場合もある。この場合、図１に示すワーク吸着保持装置でシリンダ本体３をアルミ合金で形成してたものは、そのままでは磁石チャックで固定することができない。そこで、図１０に示すように、シリンダ本体３の底面に磁性体を取付けるとよい。例えば、図１０に示すものは、シリンダ本体３の底面に４隅にねじ穴８２を切り、ボルト８３で磁性体として鉄製のプレート８１を取付けている。これにより、例えば、アルミや銅など磁性を有しないワークの加工においても、図１０に示すように、工作機械に備え付けられた磁石チャック８４に固定したワーク吸着保持装置１に、これらのワークを吸着保持させるとよいから、磁性を有しないワークの設置が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示すワークを載置状態のワーク吸着保持装置の断面図である。
【図２】図１の相当のワーク吸着保持装置の上面図である。
【図３】ワーク吸着保持装置の分解断面図である。
【図４】ワークの吸着保持状態を示す図１相当の断面図である。
【図５】図１の相当の変形例を示す断面図である。
【図６】図１相当の他の変形例を示す断面図である。
【図７】図２相当のシール材の変形例を示すワーク吸着保持装置の平面図である。
【図８】図７のワークを載置した状態を示す断面図である。
【図９】ワーク吸着保持装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】ワーク吸着保持装置に磁性体を取付けた一部切り欠け側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１     ワーク吸着保持装置
２     吸着面
３     シリンダ本体
４     ピストン
５     ピストンロッド
６     ナット
７     シリンダ
７ａ   内周壁
８     シール材
９     吸引口
１０   装着溝
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ      装着溝
１１   溝
１２，１３    側面
１４   ばか穴
１５   シリンダヘッド
１６   連通路
１６ａ 第１通路
１６ｂ 第２通路
１６ｃ 第３通路
１６ａ 通路
１７   封口材
１８   突起
２２   雄ねじ溝
２３   連結部
２４   操作部
２５   係合構造
２６   トルクレンチ
２７   突部
２８   挿入穴
２９   ねじ穴
３０   溝
３１   ピン
３２   雌ねじ部
Ｗ     各ワーク
【図１】
2007083354.tif 000003
【図２】
2007083354.tif 000004
【図３】
2007083354.tif 000005
【図４】
2007083354.tif 000006
【図５】
2007083354.tif 000007
【図６】
2007083354.tif 000008
【図７】
2007083354.tif 000009
【図８】
2007083354.tif 000010
【図９】
2007083354.tif 000011
【図１０】
2007083354.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月4日(2006.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを吸着させる吸着面に形成した吸引口と、
前記吸着面に前記吸引口を中心に囲むように形成した、大きさの異なる矩形状の複数の溝と、
前記複数の溝に着脱自在に配設したシール材と、
前記吸引口と、シリンダヘッド又は該シリンダヘッドの近傍で連通したシリンダと、
前記シリンダ内に気密に装入したピストンと、
前記ピストンに一端を連結し、外周に雄ねじ溝を形成したピストンロッドと、
前記シリンダの開口側において、シリンダに固定的に設けられた、前記ピストンロッドに螺合する雌ねじ部と、
前記ピストンロッドの回動を操作する操作部とを備えたことを特徴とするワーク吸着保持装置。
【請求項２】
前記ピストンとピストンロッドは、ピストンに対してピストンロッドが相対的に回動するのを許容する連結構造で連結し、ピストンロッドを回動操作したときに、ピストンがシリンダ内でピストンロッドと一緒に回動せずに、摺動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のワーク吸着保持装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はワークを吸着保持するワーク吸着保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、ボール盤、平面切削盤等の工作機械においては、ワークを保持するワーク保持装置で固定して加工している。ワーク保持装置としては、例えば、ワークを機械的にクランプして保持する機械式のワーク保持装置が知られている。
【０００３】
また、ワークを治具の上に設置し、吸引ポンプなどを用いてワークと治具の吸着面との間で真空引きしてワークを治具に吸着保持する真空式のワーク吸着保持装置も知られている。また、吸引ポンプを用いない真空式のワーク吸着保持装置として、特開平１１−１２９４４０号公報には、ピストンをシリンダヘッドから遠ざける方向に弾性反力を生じさせるスプリングを取付けたものが開示されている。このワーク吸着保持装置は、操作レバーを操作してピストンをピストンヘッド側へ移動させてから、ワークを吸着面に設置し、操作レバーを離した際に、スプリングの弾性反力によりピストンをシリンダヘッドから遠ざける方向に移動してシリンダ室に負圧を発生させ、この負圧でワークを吸着面に吸着保持するものである。
【特許文献１】特開平１１−１２９４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した機械式のワーク保持装置は、クランプする部分がワークに傷を付けたり、歪みを生じさせたり、また作業上、邪魔になったりする場合がある。また、真空式のワーク保持装置は吸引ポンプを必要とするため、ワークの吸着保持を維持するのに、常に動力を必要とし、ランニングコストが嵩むものであった。また、ワークを吸着保持させる力も、吸引ポンプの出力によるので、限界がある。また、特開平１１−１２９４４０号公報に開示されたワーク吸着保持装置は、スプリングの弾性反力でピストンを移動させて負圧を発生させているが、スプリングの弾性反力により負圧の大きさが決まる。このため、ワークを保持する吸着力に限界があり、ワークに大きな力が加わるような機械加工に使用する場合には、十分な保持力が得られないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るワーク吸着保持装置は、ワークを吸着させる吸着面に形成した吸引口と、前記吸着面に前記吸引口を中心に囲むように形成した、大きさの異なる矩形状の複数の溝と、前記複数の溝に着脱自在に配設したシール材と、前記吸引口と、シリンダヘッド又は該シリンダヘッドの近傍で連通したシリンダと、前記シリンダ内に気密に装入したピストンと、前記ピストンに一端を連結し、外周に雄ねじ溝を形成したピストンロッドと、前記シリンダの開口側において、シリンダに固定的に設けられ、前記ピストンロッドに螺合する雌ねじ部と、前記ピストンロッドの回動を操作する操作部とを備えたものである。
【０００６】
また、ピストンとピストンロッドを、ピストンに対してピストンロッドが相対的に回動するのを許容する連結構造で連結し、ピストンロッドを回動操作したときに、ピストンがシリンダ内でピストンロッドと一緒に回動せずに、摺動するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
このワーク吸着保持装置は、ワークを吸着保持させる際は、ピストンをシリンダヘッド側に移動させた状態で、ワークを吸着面に設置し、シール材に密着させ、ピストンロッドを回動操作して、ピストンをシリンダヘッドから離れる方向に移動させる。これにより、シリンダ内および吸着面のシール材で囲まれた領域に負圧を発生させることができ、ワークを吸着面に吸着保持することができる。この際、ピストンロッドの外周に形成した雄ねじ溝と、シリンダの開口側においてシリンダに雌ねじ部とが螺合しており、ピストンロッドを回動操作することによりピストンをシリンダに対して進退させる構造になっている。これにより、シリンダ内の許容される範囲内でピストンを移動させることができ、ピストンをシリンダヘッドから離れる方向へ移動させればさせるだけ、ワークを吸着保持する吸着保持力を向上させることができ、機械加工に耐え得る程度に強力な吸着保持力でワークを保持することができる。また、ピストンロッドとシリンダの開口側に設けた雌ねじ部との螺合によりピストンの移動が規制されるので、ワークを吸着保持した状態をそのまま維持する場合でも、吸引ポンプなど他に動力が要らず経済的である。
【０００８】
また、ピストンロッドを回動操作したときに、ピストンがシリンダ内で回転せずに、摺動するようにすれば、ピストンとシリンダの摩耗を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態に係るワーク吸着保持装置を図に基づいて説明する。なお、同一の作用を奏する部材、部位には同一の符号を付して説明する。
【００１０】
ワーク吸着保持装置１は、図１に示すように、一側面にワークＷを吸着保持する吸着面２を有したシリンダ本体３と、ピストン４と、ピストンロッド５と、雌ねじ部としてのナット６とから構成されている。
【００１１】
シリンダ本体３は、この実施形態では、図３に示すように、長さ方向にシリンダ７となる筒状の空洞を形成した直方体形状のブロック状の部材で、その上面にワークＷを吸着させる吸着面２を備えている。シリンダ本体３は、内部に形成されるシリンダ７内を負圧にしたときに大気圧で変形されない程度の強度が必要であり、この実施形態では、強度と軽量化を考慮して、アルミ合金（例えば、Ａ−７０７５）で形成している。
【００１２】
吸着面２は、ワークＷを吸着させる際にワークＷに密着する環状のシール材８が配設され、シール材８で囲まれた内側の領域に空気を吸引する吸引口９を形成している。この実施形態では、シール材８はＯリングで構成され、吸着面２に形成した装着溝１０に装着されている。装着溝１０は、図２に示すように、吸着面２の中央に形成した吸引口９を中心に囲むように、大きさの異なる矩形状の３つの装着溝１０ａ、１０ｂ、１０ｃを３重に形成している。シール材８は、吸着するワークＷの被吸着面Ｗ１の大きさに合わせて、この３つの装着溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃのいずれかの装着溝を選択して装着している。図示例では、ワークＷの被吸着面Ｗ１に合わせて真ん中の第２装着溝１０ｂにシール材８を嵌め込んでいる。また、装着溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、シール材８としてのＯリングを嵌め込んだときに、シール材８が吸着面２よりも少し突出するように、幅と深さを設定するとよい。なお、この実施形態では、図２に示すように、吸着面２の吸引口９を通り、内側の装着溝１０ｃ，１０ｂを横断し、外側の装着溝１０ａまで延在した溝１１を形成している。この溝１１は、ワークＷとシール材８で囲まれた領域の空気を吸引口９から吸引するときに空気をスムーズに吸引するものである。なお、この実施形態では、装着溝１０ａ，１０ｂ，１０ｃを３重に形成して、ワークＷの被吸着面Ｗ１に合わせて何れかの装着溝にシール材８を装着する構造にしているが、吸着面に形成する装着溝の数や形状は、上記の実施形態に限定されない。
【００１３】
シリンダ本体３は、図３に示すように、長さ方向の一側面１２からシリンダ７となる有底円筒状の穴を形成し、他方の側面１３にはピストンロッド５を挿通させるばか穴１４を形成している。ばか穴１４は、シリンダ７となる穴と同心円状に、ピストンロッド５の外径形状よりも少し大きなばか穴を貫通形成している。シリンダ７となる穴を開けた側面１２に、シリンダヘッド１５を取付けて封口している。
【００１４】
この実施形態では、図１に示すように、シリンダ本体３に吸引口９をシリンダ７のシリンダヘッド１５の近傍に連通させる連通路１６を形成している。連通路１６は、吸引口９から所定深さまで形成した第１通路１６ａと、シリンダ本体３のシリンダヘッド１５を取付ける側の側面１２から第１通路１６ａに連通するようにシリンダ７の軸線方向と平行に形成した第２通路１６ｂと、シリンダ７のシリンダヘッド１５側の内側面から第２通路１６ｂに連通するように斜めに形成した第３通路１６ｃを順に形成して連通させたものである。シリンダ本体３の側面１２には、第２通路１６ｂが開口した部位に封口材１７を埋め込んで第２通路１６ｂを封口している。
【００１５】
シリンダヘッド１５は、図３に示すように、シリンダ本体３の一側面１２に装着されるものであり、内側面にシリンダ７に挿入される突起１８を備えている。突起１８の外周面にはＯリング１９を装着しており、シリンダ７の気密性を確保している。シリンダヘッド１５は、図１に示すように、突起１８をシリンダ７に挿入した状態でボルト２０によりシリンダ本体３の側面１２に固定している。
【００１６】
ピストン４は上記シリンダ本体３のシリンダ７内に気密に装入したものであり、この実施形態では、図１または、図３に示すように、シリンダ７の内周面に応じた略円筒状部材で、その外周にシリンダ７の内周壁７ａに気密に接するシール材２１を装着したものである。
【００１７】
ピストンロッド５は、ピストン４に一端を連結し、外周に雄ねじ溝２２を形成している。この実施形態では、ピストンロッド５は、図１または、図３に示すように、丸棒で形成され、外周面の略全周に雄ねじ溝２２を形成している。ピストンロッド５の一端には、ピストン４に連結する連結部２３を設け、他端にはピストンロッド５の回動を操作する操作部２４を設けている。この実施形態では、操作部２４として、市販のトルクレンチ２６を係合させる多角形の係合構造２５をピストンロッド５の他端に形成し、図４に示すように、トルクレンチ２６をハンドルとしてピストンロッド５に適宜に取付けて、ピストンロッド５の回動を操作する構造にしている。
【００１８】
また、この実施形態では、ピストン４に対してピストンロッド５が相対的に回動するのを許容する連結構造でピストン４とピストンロッド５を連結している。
【００１９】
図３に示すように、ピストン４には、ピストンロッド５を取付ける側に軸方向に突出した突部２７を形成し、その中心に、ピストンロッド５の一端が挿入される挿入穴２８を形成している。突部２７にはピン３１を取付けるねじ穴２９を形成している。他方、ピストンロッド５にはピストン４に連結する側の端部の外周面に、周方向に連続した溝３０を形成している。そして、ピストン４の挿入孔２８にピストンロッド５を挿入し、ねじ穴２９をピストンロッド５の外周面に形成した溝３０に合わせて、溝３０に係合するようにピストン４のねじ穴２９にピン３１を取付けている。斯かる連結構造により、ピストン４はピン３１を介してピストンロッド５と軸方向に係合し、かつ、ピストン４がピストンロッド５に対して相対的に回動するのを許容している。これにより、ピストン４はピストンロッド５を回動操作しても、シリンダ７内でピストンロッド５と一緒に回動しないようにしている。
【００２０】
ピストン４とピストンロッド５は、図３に示すように、連結された状態で、ピストンロッド５からシリンダ本体３のシリンダ７内に挿入し、ピストンロッド５をシリンダ本体３の側面１３のばか穴１４に挿通させて、ピストン４をシリンダ７内へ装着する。そして、図１に示すように、ピストン４をシリンダ７内に移動させて、シリンダ本体３にシリンダヘッド１５を装着してシリンダ７を封口する。
【００２１】
シリンダ７の開口側（ばか穴１４が形成された側）には、シリンダ本体３にピストンロッド５と螺合する雌ねじ部３２を固定的に設けている。この実施形態では、図１に示すように、シリンダ本体３に形成したばか穴１４がシリンダ７の開口となり、ばか穴１４を形成した側面１３に雌ねじ部３２としてのナット６を固定している。ナット６は、ピストン４およびピストンロッド５をシリンダ７に装入した後で、ピストンロッド５に螺合させればよく、シリンダ本体３のばか穴１４を形成した側面１３まで螺合させていき、シリンダ本体３の側面１３にビスなどで固定するとよい。
【００２２】
この状態でピストンロッド５を回動操作すると、ピストンロッド５と、シリンダ本体３に固定的に配設したナット６との螺合により、ピストンロッド５の一端に連結されたピストン４がシリンダ７内を進退移動する。この際、ピストン４に対してピストンロッド５が相対的に回動するのを許容する連結構造で、ピストン４とピストンロッド５を連結しているから、ピストン４はシリンダ７内でピストンロッド５と一緒に回動せずに摺動する。これにより、ピストン４とシリンダ７の摩耗を防ぐことができる。
【００２３】
また、ピストン４よりもシリンダ７の開口側の空間は遮蔽されておらず、ばか穴１４、および、ナット６とピストンロッド５のクリアランスを通じて外部と連通している。このため、ピストン４がシリンダ７内を進退移動する際に、シリンダ７の、ピストン４よりもばか穴１４側の空間と外部との間で空気が速やかに流通し、ピストン４をスムーズにシリンダ７内で進退移動させることができる。
【００２４】
なお、雌ねじ部３２としては、上述するようにシリンダ本体３にナット６を取付けた構造を例示したが、これには限定されず、例えば、シリンダ本体３のばか穴１４を形成した部分に、ばか穴１４に代えてピストンロッド５が螺合する雌ねじ溝を、シリンダ本体３に直接形成してもよい。
【００２５】
なお、シリンダ本体３に直接雌ねじ溝を形成する場合には、ばか穴１４に雌ねじを形成できるだけの肉厚を確保する必要があるので、シリンダ本体３に高価なアルミ合金を用いると製造コストが掛かる。ピストンロッド５を雌ねじ部３２に螺合させながら、ピストン４をシリンダ７に装入する必要があり、装入作業が面倒になる。これに対して、図１に示す実施形態のように、雌ねじ部３２をシリンダ本体３とは別体のナット６とすることにより、製造コストを低く抑えることができ、ピストン４およびピストンロッド５をシリンダ７内に装入する作業を容易にできる。
【００２６】
このワーク吸着保持装置１は、ワークＷを吸着保持する際、まず、ワークＷを吸着面２に載置する前に、ピストン４をシリンダヘッド１５側に移動させる。そして、図１に示すように、ピストン４をシリンダヘッド１５側へ位置させた状態で、ワークＷを吸着面２の上に載せてシール材８の全周をワークＷの被吸着面に密着させる。そして、図４に示すように、ピストンロッド５をトルクレンチ２６で回動操作して、ピストン４をシリンダヘッド１５から離れる方向に移動させる。これにより、吸引口９から連通路１６を通して吸着面２のシール材８で囲まれた領域の空気を吸引でき、吸着面２のシール材８で囲まれた領域を負圧にして、ワークＷを吸引保持することができる。
【００２７】
このワーク吸着保持装置１は、操作部２４でピストンロッド５を回動させ、ピストン４をシリンダヘッド１５から離れた方向へ移動させればさせるほど、大きな吸着保持力を生じさせることができる。ピストンロッド５の回動操作は手動でも十分に行え、機械加工に耐え得る程度に強力な吸着保持力でワークＷを保持することができる。また、このワーク吸着保持装置１は、ワークＷを吸引保持するのに、吸引ポンプなどの装置が不要で、経済的であり、また、吸引ポンプなどを用いることができない場所でも、ワークＷを吸着保持させることができる。また、このワーク吸着保持装置１は、ピストンロッド５がナット６と螺合しているので、ピストンロッド５の回動を操作しない限り、ピストンロッド５の回動が規制され、ピストン４の位置を固定することができる。このため、ワークＷの負圧による吸着保持状態をそのまま維持することができ、この際も吸引ポンプなどの装置が不要で経済的である。
【００２８】
そして、ワークＷの吸着保持状態を解除する場合は、ピストンロッド５を回動操作して、図１に示すように、ピストン４をシリンダヘッド１５側へ移動させ、シリンダ７内を大気圧と略同じ状態に戻すとよい。これにより、吸着面２のシール材８で囲まれた領域の吸着状態を解除でき、ワークＷを吸着面２から簡単に取外すことができる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態に係るワーク吸着保持装置を説明したが、本発明に係るワーク吸着保持装置は、上記した実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
【００３０】
例えば、吸引口９とシリンダ７は、シリンダヘッド又はその近傍で連通させるとよく、吸引口９とシリンダ７を連通する連通路１６は上記実施形態には限定されない。具体的には、図５に示すように、シリンダ本体３の側面１２に取付けたシリンダヘッド１５の内側面に、シリンダ７と第２通路１６ｂに連通する溝５１を形成して、吸引口９とシリンダ７を、第１通路１６ａ、第２通路１６ｂ及びシリンダヘッド１５の内側面に形成した溝５１で連通してもよい。また、図６に示すように、シリンダ本体３の側面１２に溝５２を形成し、吸引口９とシリンダ７を、第１通路１６ａ、第２通路１６ｂ及びシリンダ本体３の側面に形成した溝５２で連通してもよい。
【００３１】
図５に示すようにシリンダ７の内側面に溝５１を設けて吸引口９とシリンダ７を連通する実施形態、および、図６に示すようにシリンダ本体３の側面１２に５２を設けて吸引口９とシリンダ７を連通する実施形態では、図１に示す実施形態でシリンダヘッド１５に形成していた突起１８、および、シリンダ本体３に斜めに形成していた第３通路１６ｃも廃止される。
【００３２】
また、吸着面２に配設したシール材は、ワークの被吸着面の形状に合わせて種々の形状に配設するとよい。例えば、図７に示すように、それぞれ重ならないように複数のシール材６１を環状に配設し、シール材６１で囲まれたそれぞれの領域６２に吸引口６３を設けてもよい。この場合、図８に示すように、各吸引口６３をそれぞれシリンダ７のシリンダヘッド又はその近傍に連通させ、各シール材６１で囲まれた領域でワークＷを吸着できるようにしてもよい。この実施形態では、各シール材６１で囲まれた部分に、それぞれ一つのワークＷ（図８の実線で示す）を吸着保持させたり、各シール材６１に一のワークＷ（図８の一点鎖線で示す）の被吸着面Ｗ１を密着させて、各シール材６１で囲まれた領域を協同で一のワークＷを吸着保持させたりすることができる。例えば、被吸着面Ｗ１が離散して分布しているワークＷを吸着保持する場合に有効であり、シール材６１で囲まれた領域は、ワークＷの被吸着面Ｗ１の形状に合わせて設定するとよい。
【００３３】
また、図１に示す実施形態では、吸着面２は、シリンダ本体３の上面に形成したが、吸着面２はシリンダ本体３と別体で設けても良い。例えば、図９に示すように、シリンダ本体７１とは別体とした吸着体７２の一側面にシール材としてのＯリング７３を環状に配設し、Ｏリング７３で囲まれた領域に吸引口７４となる穴を形成してワークＷの吸着面７５を形成する。そして、斯かる吸着体７２とは別体のシリンダ本体７１にはシリンダ７のシリンダヘッド１５又はその近傍の空間に開口させた吸気口７６を形成し、吸着体７２の吸引口７４とシリンダ本体７１の吸気口７４を連通管７７で連通させるとよい。
【００３４】
また、操作部２４としてトルクレンチ２６を係合させる係合構造２５をピストンロッド５の他端に形成したものを例示したが、ピストンロッド５の回動を操作する操作部２４はこれには限定されない。例えば、操作部には、単にハンドルを取付けてもよい。また、図示は省略するが、ピストンロッド５の他端に電動ドリルドライバを係合させる係合構造を形成し、電動ドリルドライバを用いて、ピストンロッド５の回動を操作するようにしてもよい。この場合、電動ドリルドライバは、トルク調整が可能なものもあるので、斯かるトルク調整可能な電動ドリルドライバを用いることにより、吸着力を自動調整することができるとともに、ピストンロッド５を過度に廻し過ぎることがなく、ワーク吸着保持装置の各部材の損傷を防止できる。なお、電動ドリルドライバとしては、特に、コード類が作業の邪魔にならないことを考慮すると、充電式で、コードレスのものを用いるとよい。
【００３５】
また、平面切削盤や研磨装置等の工作機械においては、鉄製のワークを保持するのに、磁力でワークを保持する磁石チャックを備えたものがある。本発明のワーク吸着保持装置を用いる場合において、ワーク吸着保持装置にワークを吸着保持させた上で、工作機械に備え付けられた磁石チャックにワーク吸着保持装置を取付けて使用したい場合もある。この場合、図１に示すワーク吸着保持装置でシリンダ本体３をアルミ合金で形成してたものは、そのままでは磁石チャックで固定することができない。そこで、図１０に示すように、シリンダ本体３の底面に磁性体を取付けるとよい。例えば、図１０に示すものは、シリンダ本体３の底面に４隅にねじ穴８２を切り、ボルト８３で磁性体として鉄製のプレート８１を取付けている。これにより、例えば、アルミや銅など磁性を有しないワークの加工においても、図１０に示すように、工作機械に備え付けられた磁石チャック８４に固定したワーク吸着保持装置１に、これらのワークを吸着保持させるとよいから、磁性を有しないワークの設置が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示すワークを載置状態のワーク吸着保持装置の断面図である。
【図２】図１の相当のワーク吸着保持装置の上面図である。
【図３】ワーク吸着保持装置の分解断面図である。
【図４】ワークの吸着保持状態を示す図１相当の断面図である。
【図５】図１の相当の変形例を示す断面図である。
【図６】図１相当の他の変形例を示す断面図である。
【図７】図２相当のシール材の変形例を示すワーク吸着保持装置の平面図である。
【図８】図７のワークを載置した状態を示す断面図である。
【図９】ワーク吸着保持装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】ワーク吸着保持装置に磁性体を取付けた一部切り欠け側面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１     ワーク吸着保持装置
２     吸着面
３     シリンダ本体
４     ピストン
５     ピストンロッド
６     ナット
７     シリンダ
７ａ   内周壁
８     シール材
９     吸引口
１０   装着溝
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ      装着溝
１１   溝
１２，１３    側面
１４   ばか穴
１５   シリンダヘッド
１６   連通路
１６ａ 第１通路
１６ｂ 第２通路
１６ｃ 第３通路
１６ａ 通路
１７   封口材
１８   突起
２２   雄ねじ溝
２３   連結部
２４   操作部
２５   係合構造
２６   トルクレンチ
２７   突部
２８   挿入穴
２９   ねじ穴
３０   溝
３１   ピン
３２   雌ねじ部
Ｗ     各ワーク