(57)【要約】【課題】板材1a，1bを突合せ線に沿って均一な力でクランプする。【解決手段】クランプ装置は、水平に支持したフレーム10と、平行四辺形の各辺を構成する４本のリンク22，24，26，28からなり一のリンク22を前記フレーム10に固定した平行クランク機構20と、前記一のリンク22に対して平行移動可能なリンク24に取り付けたクランプ・ブロック30と、前記クランプ・ブロック30を取り付けたリンク24を前記一のリンク22に対して平行移動させるための駆動装置40とを有し、前記クランプ・ブロック30を前記フレーム10の長手方向に分割し、前記複数のクランプ・ブロック30のそれぞれに対応する複数のピストン・シリンダ・ユニットにより前記駆動装置40を構成し、前記複数のピストン・シリンダ・ユニットのシリンダ42とそれぞれ連通するポートを持ったヘッダ46を介して圧力流体を供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材をテーブル上にクランプするための装置であって、静止したフレームと、平行四辺形の各辺を構成する４本のリンクからなり一のリンクを前記フレームに固定した平行クランク機構と、前記一のリンクに対して平行移動可能なリンクに取り付けたクランプ・ブロックと、前記クランプ・ブロックを取り付けたリンクを前記一のリンクに対して平行移動させるための駆動装置とを有し、
前記クランプ・ブロックを前記フレームの長手方向に分割し、前記複数のクランプ・ブロックのそれぞれに対応する複数のピストン・シリンダ・ユニットにより前記駆動装置を構成し、前記複数のピストン・シリンダ・ユニットのシリンダとそれぞれ連通するポートを持ったヘッダを介して圧力流体を供給することを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
複数のクランプ・ブロックごとにピストン・シリンダ・ユニットの作動条件を可変としたことを特徴とする請求項１のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は板材を所定位置にクランプするためのクランプ装置に関するもので、一例を挙げるならば、テーラード・ブランク材（Tailor-Welded Blanks）をつくるときのように金属板材を突合せ溶接する際にその金属板材をクランプするために利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
テーラード・ブランク材は、厚さや材質の異なる金属板材の端縁同士を突き合わせて、レーザ溶接等により突合せ溶接をした後、プレス加工により１枚のパネルに成型したもので、自動車のドア・パネル等で採用されている。
【０００３】
従来、この種のクランプ装置としては、図９に示すように、ピストン・シリンダ・ユニット２でクランプ・ブロック８を板材１に押し付けるようにしたものが一般的である。なお、図９ではピストン・シリンダ・ユニット２のピストン・ロッド４の動きをレバー６を介してクランプ・ブロック８に伝えるようにしてあるが、ピストン・ロッドにクランプ・ブロックを直結したものもある。
【特許文献１】特開平１０−１５６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
板材を突合せ溶接する場合、端縁間のすきまの有無や大きさが溶接品質に大きく影響する。端縁間のすきまは、板材を投入した際の位置決めが不完全であったり、クランプ装置のクランプ動作に起因して板材がずれたりすることに原因がある。
【０００５】
また、クランプ装置を支持するフレームが溶接線方向で撓んでいたり、板材自体が溶接線方向で反っていたりすると、これも溶接不良の原因となる。この対策として突合せ部（溶接線）方向に複数の流体圧シリンダを配置することが提案されているが、配管が複雑になるばかりでなく、そのために設置やメンテナンスの作業が煩雑になり、コストも嵩むといった問題点がある。
【０００６】
この発明の主要な目的は、簡単な構成で、板材を突合せ部に沿って均一な力でクランプすることができるクランプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のクランプ装置は、板材をテーブル上にクランプするための装置であって、静止したフレームと、平行四辺形の各辺を構成する４本のリンクからなり一のリンクを前記フレームに固定した平行クランク機構と、前記一のリンクに対して平行移動可能なリンクに取り付けたクランプ・ブロックと、前記クランプ・ブロックを取り付けたリンクを前記一のリンクに対して平行移動させるための駆動装置とを有し、
前記クランプ・ブロックを前記フレームの長手方向に分割し、前記複数のクランプ・ブロックのそれぞれに対応する複数のピストン・シリンダ・ユニットにより前記駆動装置を構成し、前記複数のピストン・シリンダ・ユニットのシリンダとそれぞれ連通するポートを持ったヘッダを介して圧力流体を供給することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１のクランプ装置において、複数のクランプ・ブロックごとにピストン・シリンダ・ユニットの作動条件を可変としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、複数のエア・リンダのシリンダとそれぞれ連通する複数のポートを持ったヘッダを介してエアを供給するようにしたことにより、個々のエア・シリンダとエア源とを接続するための配管を省略することができるため、機構が極めて単純化され、調整も容易である。しかも、フレームの長手方向に分割された複数のクランプ・ブロックを有し、各クランプ・ブロックに対応する複数のエア・シリンダを配置したことにより、仮にフレームが撓んだり、板材が反っていたりしても、板材の突合せ線方向に均等にクランプすることができる。
【００１０】
たとえば駆動装置を構成するピストン・シリンダ・ユニットとしてエア・シリンダを採用した場合、エアの圧力設定により板材に対する押し付け力を容易に調節できるため、板厚や重量に応じた最適な押し付け力で板材をクランプすることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、突合せ部のたとえば一方から他方へ順次、あるいは、中央から両側へ順次、クランプしてゆくことにより、いわゆるしわ伸ばしをした上で板材をクランプすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。ここで、図１は図２の右側半分を拡大した図に相当し、図３（Ａ）は図１のクランプ・ブロックのアンクランプ状態を拡大して示す図である。
【００１３】
図２は、２枚の板材１ａ，１ｂを突き合わせた状態でクランプしている状態を示す。符号Ｂで示す突合せ部が突合せ溶接の際の溶接線となる。たとえばテーラード・ブランク材を得るための鋼、アルミ合金、その他の金属製の板材１ａ，１ｂが図示しないテーブル上に載置し、板材１ａ，１ｂの突合せ部Ｂの近傍上面をそれぞれクランプ装置によって押し付ける。
【００１４】
クランプ装置は、図１に示すように、フレーム１０と、平行リンク機構２０と、クランプ・ブロック３０と、駆動装置４０を主要な構成要素として成り立っている。
【００１５】
フレーム１０は、図示しない静止部材に支持され、二点鎖線で示してあるクランプすべき板材１ａ，１ｂを載せるテーブル（図示せず）と平行に、突合せ部Ｂ方向（図２の紙面に垂直な方向）に延在している。
【００１６】
平行リンク機構２０は四つのリンク２２，２４，２６，２８からなり、図示した実施の形態では一対の縦リンク２２，２４の両端を一対の横リンク２６，２８で連結してある。符号ａ，ｂ，ｃ，ｄは連結点を表している。一方の縦リンク２２はフレーム１０に固定してあり、他方の縦リンク２４は縦リンク２２に対して平行移動が可能である。
【００１７】
図１および図２はクランプ状態を示し、図示するように、連結点ａと連結点ｃを結ぶ線分、および、連結点ｂと連結点ｄを結ぶ線分が、板材１ａに対して例えば１〜２°程度のわずかな仰角αをなすように設定してある。これは、板材をクランプした状態を平行リンク機構の下死点と呼ぶならば、連結点ｂと連結点ｄを結ぶ線分が仰角（α＞０）を残した実質的に板材と平行な姿勢をとるときを下死点とした例である。当然ながら、アンクランプ状態では連結点ａおよび転結点ｂよりも連結点ｃおよび連結点ｄが高くなる。
【００１８】
クランプ・ブロック３０は、縦リンク２４の下端部に水平ピン３２を介して揺動可能に取り付けてある。縦リンク２４にバー２５を固定し、そのバー２５の先端とクランプ・ブロック３０との間に圧縮コイルばね３４が介在させてある。図３（Ａ）を参照して説明すると、圧縮コイルばね３４は、クランプ・ブロック３０の水平ピン３２を挟んだ両端のうち、突合せ部Ｂに近い側すなわち前端を弾性的に押し下げるように作用してクランプ・ブロック３２を図中反時計方向に付勢する（図３（Ａ）参照）。クランプ・ブロック３０の後端が縦リンク２４の下端に形成したストッパ２４ａと当たると、それ以上のクランプ・ブロック３０の反時計方向への動きは阻止される。
【００１９】
縦リンク２２，２４の上端を連結する横リンク２８は、縦リンク２２との連結点ｄを越えて延びる延長部２７を有する。延長部２７にはボルト１４を通すための貫通孔２９が設けてある。ボルト１４はフレーム１０に取り付けてあり、ボルト１４の頭と延長部２７との間に圧縮コイルばね１６が介在させてある。
【００２０】
駆動装置４０として、ここではピストン・シリンダ・ユニットが例示してある。ピストン・シリンダ・ユニットは、シリンダ４２とピストン・ロッド４４とヘッダ４６とで構成される。シリンダ４２はフレーム１０に固定され、フレーム１０に設けた貫通孔１２からピストン・ロッド４４が突出している。ここでは単動形のエア・シリンダの場合が例示してあり、シリンダ４２にエアを供給するとピストン・ロッド４４が進出し、エアを排気すると圧縮コイルばね１６の作用でピストン・ロッド４４が退入する。
【００２１】
ピストン・ロッド４４は横リンク２８の延長部２７と係合しており、ピストン・ロッド４４が進出すると横リンク２８の延長部２７が押し上げられる。ピストン・ロッド４４が退入すると圧縮コイルばね１６の作用で横リンク２８の延長部２７が押し下げられる。この実施の形態では、ピストン・ロッド４４が横リンク２８の延長部２７を押し上げる構成としてあるが、これに限らず、平行リンク機構３０の４リンクのうちフレーム１０に固定したリンク２２以外のどれかを直接または間接に動かすことができればよい。
【００２２】
図４および図５に示すように、フレーム１０は図１および図２の紙面に垂直な方向に延びており、フレーム１０の長手方向に複数のシリンダ４２が適当な間隔で配置してある（図６）。なお、図６はシリンダ４２の数が８の場合を例示したものであるが、板材１ａ，１ｂの大きさ等によって任意の数のシリンダ４２を使用することが可能である。
【００２３】
シリンダ４２は共通のヘッダ４６に取り付けてあり、ヘッダ４６の内部に形成したエア通路とシリンダ４２のポートを連通させてある。したがって、個々のシリンダ４２とエア源とを接続するための配管は不要で、ヘッダ４６に設けた単一のエア配管（図示せず）からエアを供給することによってすべてのシリンダ４２に一斉にエアが供給される。その結果、各シリンダ４２のピストン・ロッド４４が横リンク２８の延長部２７を押し上げ、それに伴い縦リンク２４が下降して、クランプ・ブロック３２により板材１ａ，１ｂの上面が均一な力で押さえ付けられる。
【００２４】
次に、平行リンク機構を利用したクランプ装置の作用を説明する。
【００２５】
テーブル上に板材１ａ，１ｂを載せて、端縁同士を突き合わせた状態で、ピストン・シリンダ・ユニット４０のシリンダ４２にエアを供給する。すると、ピストン・ロッド４４が進出して横リンク２８の延長部２７を押し上げる。その結果、縦リンク２４を介してクランプ・ブロック３０が降下し、板材２と当接するに至る。この間のクランプ・ブロック３０の動きは瞬間的であるが、詳しく説明するならば次のとおりである。
【００２６】
クランプ・ブロック３０は水平ピン３２を中心として揺動可能であり、かつ、図３（Ａ）に示すように、圧縮コイルばね３４が突合せ部Ｂに近い側すなわち前端を押し下げている。そのため、突合せ部Ｂに近い側が先に板材１ａに当接し、反対側は遅れて当接することになる。そして、その間に突合せ部Ｂに近い側が描く移動軌跡は水平ピン３２を中心とした円弧形状である（図３（Ｂ）参照）。当該円弧形状の移動軌跡はクランプ・ブロック３０と板材１ａとの接触点のそれと実質的に同じである。
【００２７】
クランプ・ブロック３０と板材１ａとの接触点が水平ピン３２を中心とする円弧形状の移動軌跡を描くことから、当該接触点は、円弧運動をする間に水平ピン３２から遠ざかる向きに移動する。かかる動きは、板材１ａを水平ピン３２から遠ざかる向きに、言い換えるならば突合せ部Ｂに向けて、押す動きにほかならない。このときの接触点の水平方向移動距離を図３（Ｂ）に符号Ｌで示す。
【００２８】
クランプ・ブロック３０と同時に縦リンク２４も下降する。その際、縦リンク２４の連結点ｃ，ｄは連結点ａ，ｂを中心とする円弧形状の移動軌跡を描く。そして、アンクランプ状態において縦リングの連結点ｃ，ｄが連結点ａ，ｂよりも高くなるように設定してあるため、縦リンク２４の下降とともに連結点ｃ，ｄは連結点ａ，ｂから遠ざかる。また、クランプ状態において連結点ａ，ｃを結ぶ線および連結点ｂ，ｄを結ぶ線が実質的に板材と平行になるように設定してあるため、クランプ状態では連結点ｃ，ｄが最も連結点ａ，ｂから遠ざかった位置にある。かかる連結点ｃ，ｄの動きは、板材１ａを連結点ａ，ｂから遠ざかる向きに、言い換えるならば突合せ部Ｂに向けて、押す動きにほかならない。
【００２９】
このような連結点ｃ，ｄの動きは既述のクランプ・ブロック３０の動きと相俟って、板材１ａを突合せ部Ｂに向けて押す作用をし、突合せ部Ｂにすきまが生じるのを防止する役割を果たす。
【００３０】
図７にヘッダ４６の詳細を示す。ヘッダ４６の長手方向に多数のシリンダ・ブロック・シート４８が設けてある。シリンダ・ブロック・シート４８は正方向の凹所で、四隅にシリンダ４２を固定するボルトのためのめねじ孔５４が設けてある。シリンダ・ブロック・シート４８の底面にエア通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが開口している。エア通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは同じピッチ円上に９０度振り分けで、かつ、ヘッダ４６の長手方向およびそれに直交する方向に対して３０度振ってある。エア通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは、それぞれ、シリンダ４６の内部に長手方向に設けたエア通路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと連通している。
【００３１】
図８にシリンダ４２の詳細を示す。図８（Ａ）に示すように、シリンダ４２は内部にピストン４３を収容するシリンダ・ボア５８を有する。図８（Ｂ）から分かるように、シリンダ４２の横断面は正方向で、ヘッダ４６のシリンダ・ブロック・シート４８内にちょうど収まる大きさである。そして、四隅のボルト孔５６に挿入したボルトをシリンダ・ブロック・シート４８のめねじ孔５４に締め付けることにより、シリンダ４２がヘッダ４８に固定される。シリンダ４２の底部にシリンダ・ボア５８から外部まで貫通した給排気ポート６０が設けてある。ポート６０は、ヘッダ４６のエア通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄと同じピッチ円上で、中心線から３０度振った位置にある。したがって、シリンダ・ブロック・シート４８に対するシリンダ４２の取付位相を変えることにより、ポート６０をエア通路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄのいずれかと選択的に接続することができる。
【００３２】
エア通路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄへのエアの供給制御は種々の態様が可能である。たとえば、４つのシリンダ４２をエア通路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに別々に接続した場合を例にとると、エア通路５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄに順次、エアを供給することにより、当該４つのシリンダ４２のピストン・ロッド４４を順次、進出させることができる。また、たとえば、最初に内側のエア通路５２ａ，５２ｃにエアを供給し、次に外側のエア通路５２ｂ，５２ｄにエアを供給することにより、内側のエア通路５２ａ，５２ｃに対応するシリンダ４２で駆動される内側のクランプ装置と、外側のエア通路５２ｂ，５２ｄに対応するシリンダ４２で駆動される外側のクランプ装置を、内側から外側に向けて段階的に作動させる、いわゆるしわ伸ばしが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態を示すクランプ装置の側面図であって、図２の右半分の拡大図に相当する。
【図２】この発明の実施の形態を示すクランプ装置の側面図である。
【図３】（Ａ）は図１のクランプ・ブロックのアンクランプ状態を示す拡大図、（Ｂ）はクランプ・ブロックと板材との接触点の移動軌跡を示す線図である。
【図４】図１のクランプ装置の部分正面図である。
【図５】図１のクランプ装置の部分平面図である。
【図６】（Ａ）はピストン・シリンダ・ユニットの正面図、（Ｂ）は平面図である。
【図７】（Ａ）はヘッダの部分平面図、（Ｂ）は図７（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】（Ａ）はシリンダの縦断面図、（Ｂ）はピストンおよびピストンロッドを取り除いた状態のシリンダの横断面図である。
【図９】（Ａ）は従来の技術を示す側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ａ  板材
１ｂ  板材
Ｂ  突合せ部（溶接線）
１０  フレーム
１２  貫通孔
１４  ボルト
１６  圧縮コイルばね
２０  平行リンク機構
２２，２４  縦リンク
２５  バー
２６，２８  横リンク
２７  延長部
２９  貫通孔
３０  クランプ・ブロック
３２  ピン
３４  圧縮コイルばね
４０  駆動装置（ピストン・シリンダ・ユニット）
４２  シリンダ
４３  ピストン
４４  ピストン・ロッド
５６  ボルト孔
５８  シリンダ・ボア
６０  給排気ポート
４６  ヘッダ
４８  シリンダ・ブロック・シート
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ  エア通路
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ  エア通路
５４  めねじ孔
【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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【図９】
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