(57)【要約】【課題】焼結前の圧粉成形体の座面加工時の破損を防止することが可能な、当該圧粉成形体のクランプを行う、クランプ治具を提供する。【解決手段】実施の形態に係るクランプ治具２０は、回転軸２２に回動自在に支持された回転部材２１と、回転軸２２を挟んで回転部材２１に取り付けられ、座面加工中に圧ワーク１０に形成される薄肉部位を挟むように当該ワーク１０にそれぞれ当接し、基準金１０３との間で当該基準金１０３をクランプする一対の第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂとを備える。【選択図】図３
2017104935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準金上に載置された焼結処理前の圧粉成形体に座面加工を施す際に、当該圧粉成形体をクランプするクランプ治具であって、
回転軸に回動自在に支持された回転部材と、
前記回転軸を挟んで前記回転部材に取り付けられ、前記座面加工中に前記圧粉成形体に形成される薄肉部位を挟むように当該圧粉成形体にそれぞれ当接し、前記基準金との間で当該圧粉成形体をクランプする一対のクランプアームと、
を備えるクランプ治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランプ治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、機械部品の製造方法の一つとして、粉末冶金法が知られている。粉末冶金法では、金属粉末を金型に入れて圧力を加えることにより圧粉成形体を成形し、この圧粉成形体に焼結処理を施すことにより所定形状の機械部品が製造される。
【０００３】
機械部品において、金型による成形が困難な形状は機械加工によって形成される。しかしながら、焼結品は硬度が高いため、焼結処理後に切削等の機械加工を行なうことは非常に困難である。そこで、特許文献１には、焼結処理前の圧粉成形体に機械加工、いわゆる、グリーン加工を施す、焼結品の製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５３３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
グリーン加工では、圧粉成形体の切削抵抗が小さいため、短時間で加工を行なうことが可能である。しかしながら、焼結処理前の圧粉成形体は、強度が低く非常に脆いため、割れや欠けが生じ易いという問題がある。
【０００６】
本発明者は、特に、焼結処理前の圧粉成形体に座面加工を施す工程において薄肉形状の部位（以下、薄肉部位とする）が形成された場合、座面加工時の切削力の影響で、この部位や他の応力集中部位に割れや亀裂が発生しやすくなることを見出した。圧粉成形体に座面加工を施す工程では、基準金上に載置された圧粉成形体が、クランプ治具により、薄肉部位を避けて１点でクランプされた状態で座面加工が行われる。このため、焼結処理前の圧粉成形体は、機械加工時の切削力や、圧粉成形体のクランプ面のうねりにより、クランプ時に圧粉成形体にかかる曲げ応力等の影響を大きく受けることとなる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、焼結前の圧粉成形体の座面加工時の破損を防止することが可能な、当該圧粉成形体のクランプを行う、クランプ治具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態に係るクランプ治具は、基準金上に載置された焼結処理前の圧粉成形体に座面加工を施す際に、当該圧粉成形体をクランプするクランプ治具であって、回転軸に回動自在に支持された回転部材と、前記回転軸を挟んで前記回転部材に取り付けられ、前記座面加工中に前記圧粉成形体に形成される薄肉部位を挟むように当該圧粉成形体にそれぞれ当接し、前記基準金との間で当該圧粉成形体をクランプする一対のクランプアームとを備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、焼結前の圧粉成形体の座面加工時の破損を防止することが可能な、当該圧粉成形体のクランプを行う、クランプ治具を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係る加工装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態の加工装置に用いられる、クランプ治具の構成を説明する図である。
【図３】図２の矢印Ａから見たクランプ治具の構成を説明する図である。
【図４】実施の形態の加工装置に用いられる、誘引ブローを説明する図である。
【図５】実施の形態の加工装置に用いられる、エンドミルホルダを説明する図である。
【図６】ワークの構成を示す斜視図である。
【図７】比較例の、ワークに座面加工が施される状態を説明する図である。
【図８】比較例の、基準金上に載置されたワークに座面加工部位を形成する際に、各突出部が、クランプ治具により、基準金との間でそれぞれ１点でクランプされた状態を示す図である。
【図９】図８のクランプ状態で、ワークに座面加工が施される状態を説明する図である。
【図１０】図９の座面加工時に飛散する切粉を集塵機により回収する状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する構成要素には同じ符号を付している。なお、各図における寸法関係は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１２】
実施の形態は、焼結処理前の圧粉成形体（以下、ワークとする）に機械加工、いわゆる、グリーン加工を施す加工装置において用いられ、機械加工中にワークを固定、保持するクランプ治具に関する。
【００１３】
まず、図６を参照して、実施の形態に係る加工装置によって機械加工を施されるワーク１０の構成について説明する。図６は、ワーク１０の構成を示す斜視図である。ワーク１０は、金属粉末を金型に入れて圧力を加えることにより成形された、焼結処理前の圧粉成形体である。図６に示すように、上面から見て円盤状のワーク１０には４つの突出部１１が形成されている。４つの突出部１１は、円盤状のワーク１０の一方の面側において等間隔に配置されている。
【００１４】
４つの突出部１１の上面には、それぞれ座面加工部位１２が形成されている。すなわち、実施の形態では、グリーン加工として座面加工が実施され、ワーク１０に座面加工部位１２が形成される。座面加工部位１２のワーク１０の外周に沿った位置には、加工残部１３が形成されている。加工残部１３は、突出部１１同士が対向する面から、突出部１１の外周に沿った中央部に向かって徐々に薄くなるように形成されている。このため、加工残部１３の中央部が最も厚みが薄い、薄肉部位１４となる。
【００１５】
ここで、実施の形態に係るクランプ治具について説明する前に、図７〜９を参照して、比較例について説明する。図７は、比較例の、ワーク１０に座面加工が施される状態を説明する図である。図８は、ワーク１０を、４つの突出部１１が形成された面側から見た図である。図８は、比較例において、基準金上に載置されたワーク１０に座面加工部位１２を形成する際に、各突出部１１がクランプ治具により基準金との間で、それぞれ１点でクランプされた状態を示す。
【００１６】
図９は、図８のクランプ状態で、ワークに座面加工が施される状態を説明する図である。図９は、ワーク１０とエンドミル１、クランプアーム２との位置関係を、突出部１１のワーク１０に垂直な側面側から示している。
【００１７】
図９に示すように、ワーク１０は基準金３上に載置される。図８に示すように、ワーク１０の１つの突出部１１は、加工残部１３の上面において薄肉部位１４を避けて、クランプアーム２により基準金３との間で固定される。すなわち、１つの突出部は、クランプアーム２が接触する１点で固定される。ワーク１０は、基準金３と４つのクランプアーム２との間で固定される。加工残部１３の上面がクランプ面となる。
【００１８】
薄肉部位１４は各突出部１１の外周に沿った中央部に形成されるため、クランプアーム２の当接位置は突出部１１の中央部からずれた位置となる。図９に示すように、ワーク１０は、図８のクランプ状態でエンドミル１により座面加工が実施され、突出部１１上に座面加工部位１２が形成される。エンドミル１による座面加工時には、切削力が発生する。
【００１９】
上述したように、ワーク１０のクランプアーム２の当接位置は突出部１１の中央部からずれており、基準金３の載置面やワーク１０のクランプ面のうねりの影響で、ワーク１０がクランプされたときに、ワーク１０に曲げが生じる場合がある。また、焼結処理前のワーク１０は、座面加工時のエンドミルによる切削力の影響を大きく受ける。このような、クランプ面のうねりや切削負荷に起因して、特に薄肉部位１４に割れや亀裂が発生しやすくなる。
【００２０】
また、図１０に、図７のようにワーク１０を座面加工する時に飛散する切粉を集塵機４により回収する状態を示す。図１０に示すように、エンドミル１による座面加工では、０．１ｍｍ以下の切粉（鉄粉）が飛散する。図１０に示すように、開放された空間で、加工部位近傍に集塵機４の吸い込み口を配置して切粉を回収する場合、切粉の回収率が６０％と低く、切粉が設備内、加工装置周辺に拡散、堆積し、作業環境・可動率が悪化するという問題もある。
【００２１】
実施の形態では、焼結結処理前のワーク１０の座面加工時の破損を防止することが可能なクランプ治具を提供する。また、このようなクランプ治具を用いた加工装置において、飛散する切粉を効率よく回収する例についても説明する。
【００２２】
実施の形態に係るクランプ治具を用いた加工装置について、図面を参照して説明する。図１は、実施の形態に係る加工装置１００の構成を示す模式図である。図２は、加工装置１００に用いられる、クランプ治具２０の構成を説明する図である。図３は、図２の矢印Ａから見たクランプ治具２０の構成を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、加工装置１００は、クランプ治具２０、エンドミル１０１、エンドミルホルダ１０２、基準金１０３、芯出し部１０４、昇降シリンダ１０５、回転位置決め部１０６、集塵機１０７、カバー１０８、誘引ブロー１０９、誘引ブロー１１０を備えている。なお、図１においては、図面の簡略化のため、クランプ治具２０の詳細な構成を省略している。
【００２４】
ワーク１０は、例えばロボットにより加工装置１００内に搬送される。その後、昇降シリンダ１０５が上昇し、ワーク１０は、基準金１０３上に載置される手前で停止する。ワーク１０の加工面及び基準金１０３の載置面は、図示しないエアブローで清掃される。その後、ワーク１０が基準金１０３上に載置され、芯出し部１０４によりクランプ位置が決定される。そして、回転位置決め部１０６により、エンドミル１０１による座面加工時のワーク１０の回転位置が決定される。
【００２５】
そして、ワーク１０は、その上面であるクランプ面でクランプ治具２０によりクランプされる。ワーク１０の基準金１０３への着座が確認されると、座面加工が開始される。座面加工時には、誘引ブロー１０９、誘引ブロー１１０がオンとされ、集塵機１０７による切粉の回収が行われる。
【００２６】
ここで、クランプ治具２０について詳細に説明する。図２、３に示すように、クランプ治具２０は、回転部材２１、回転軸２２、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂ、付勢部材２４、バックアップクランプ２５を有しえいる。なお、図２においては、説明のため、回転部材２１、回転軸２２、付勢部材２４の図示を省略している。また、図２では、ワーク１０の加工残部１３に、切欠部１５が形成されている例を示している。
【００２７】
クランプ治具２０は、基準金１０３上に載置されたワーク１０を、当該基準金１０３との間で固定する。ワーク１０が基準金１０３とクランプ治具２０との間にクランプされた状態で、当該ワーク１０に座面加工が施される。
【００２８】
実施の形態に係るクランプ治具２０は、ワーク１０のクランプ面のうねりを考慮して、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂのワーク１０に対する当たり方を一定にする。回転部材２１は、回転軸２２に回動自在に支持されている。回転軸２２は、回転部材２１の略中央部に設けられている。
【００２９】
図３に示すように、回転部材２１の両端には、それぞれ第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂが取り付けられている。第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂは、回転軸２２を挟んで対向して配置されている。図３に示すように、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂは、座面加工によりワーク１０に形成される加工残部１３上において、薄肉部位１４を挟むようにワーク１０にそれぞれ当接する。
【００３０】
第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂとしては、例えば、真鍮や黄銅等の相対的に柔らかい金属やウレタン樹脂等を用いることが可能である。第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂの先端は、円弧状であることが好ましい。これにより、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂの接触によるワーク１０の変形を抑え、破損を防止することができる。
【００３１】
実施の形態に係るクランプ治具２０では、座面加工時にワーク１０の上面（クランプ面）のうねりに追従して、回転部材２１が回転軸２２を中心として回転し、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂの両方でワーク１０を固定することができる。これにより、ワーク１０がクランプされたときに、ワーク１０に生じる曲げを抑制することができ、ワーク１０の破損、特に、薄肉部位１４における割れや亀裂を抑制することが可能となる。
【００３２】
さらに、クランプ治具２０は、バックアップクランプ２５を備えている。バックアップクランプ２５は、第１クランプアーム２３ａと第２クランプアーム２３ｂとの間において、ワーク１０を押圧保持する。図２に示す例では、バックアップクランプ２５は、加工残部１３のクランプ面に、薄肉部位１４を中心として第１クランプアーム２３ａ側と第２クランプアーム２３ｂ側と等距離で接触する。これにより、薄肉部位１４はバックアップクランプ２５により保護され、座面加工時の切削力に起因する破損が抑制される。
【００３３】
なお、ワーク１０のクランプ面のうねりの影響で、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂの当たり方が不均一にならないように、ワーク１０が第１クランプアーム２３ａと第２クランプアーム２３ｂとでクランプされた後に、バックアップクランプ２５がワーク１０に当接するようにすることが好ましい。
【００３４】
バックアップクランプ２５は、ナイロン樹脂やウレタン樹脂等の弾性部材である。バックアップクランプ２５として、例えば、ＭＣナイロン（登録商標）を用いることが可能である。バックアップクランプ２５と回転部材２１との間には、付勢部材２４が設けられている。付勢部材２４は、バックアップクランプ２５をワーク１０側に付勢する。
【００３５】
上述のように、バックアップクランプ２５は弾性部材であるため、付勢部材２４による付勢力により、加工残部１３のクランプ面の形状に追従して変形する。図３に示すように、バックアップクランプ２５は、切欠部１５の形状に従って変形している。これにより、薄肉部位１４の保護をさらに確実に行うことができる。
【００３６】
図３に示す例では、付勢部材２４としてばねを用いているが、これに限定されるものではない。例えば、付勢部材２４として、バックアップクランプ２５をワーク１０側に押しつけるように駆動する駆動部を設けてもよい。このように、付勢部材２４を設けることにより、バックアップクランプ２５からワーク１０にかかる押圧力を均一化することができる。
【００３７】
上述したように、実施の形態に係るクランプ治具２０では、１つの突出部１１は、クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂ、バックアップクランプ２５の３点で固定される。これにより、座面加工時にワーク１０のクランプ面のうねりに追従するとともに、エンドミル１０１による切削負荷に耐えることができ、ワーク１０の破損を確実に防ぐことが可能となる。
【００３８】
なお、上述の実施の形態では、第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂ、バックアップクランプ２５の３点でワーク１０をクランプしたが、バックアップクランプ２５は設けられていなくてもよい。第１クランプアーム２３ａ、第２クランプアーム２３ｂの２点でワーク１０をクランプした場合でも、ワーク１０のクランプ面のうねりによるワークの破損を防止することが可能である。
【００３９】
図１に戻り、加工装置１００において、座面加工時に発生する切粉を効率よく回収する例について説明する。図１に示すように、座面加工により発生する切粉が飛散しないように、ワーク１０、ワーク１０をクランプするクランプ治具２０及びワーク１０の座面加工を行うエンドミル１０１等の治具は、カバー１０８により覆われている。カバー１０８の上部には、開口部１１１が設けられている。開口部１１１には、エンドミル１０１を保持するエンドミルホルダ１０２が配置される。また、当該開口部１１１は、上述したロボットによるワーク１０の取り出し位置を兼ねている。
【００４０】
カバー１０８は、カバー１０８内の空気の流れが円滑になるように、円筒形状であることが好ましい。開口部１１１の周囲には、誘引ブロー１０９が設けられている。誘引ブロー１０９は、開口部１１１の周囲を囲むように設けられた環状の誘引ブローである。
【００４１】
図４は、誘引ブロー１０９を説明する図である。誘引ブロー１０９は、切粉をカバー１０８の開口部１１１から外側に飛散させないように、圧縮空気を誘引ブロー１０９の形状に沿って流すことで、誘引ブロー１０９の近傍に矢印で示すような空気の流れを形成する。なお、この空気の流れの形成は、粘性流体の噴流が近くの壁に引き寄せられる効果、いわゆるコアンダ効果を利用するもので、例えば、特開２００６−０２６７５２号公報、特開２０１４−１０４４８９号公報に記載されている。
【００４２】
また、カバー１０８内の切粉を強制的に下方に集めるために、カバー１０８の下部には誘引ブロー１１０が設けられている。なお、誘引ブロー１１０についても誘引ブロー１０９と同様の構成とすることができる。これにより、グリーン加工時における切粉の飛散を防止することができる。
【００４３】
図５は、加工装置１００に用いられる、エンドミルホルダ１０２を説明する図である。エンドミルホルダ１０２は、座面加工での切粉の飛散を防止するために、エアー層を形成する。図５に示すように、エンドミルホルダ１０２には、エンドミル１０１の周囲を取り囲むように、エアー吐出口１１２が設けられている。エアー吐出口１１２の外周には、エンドミル１０１の先端向かって広がったハの字型の案内板１１３が設けられている。
【００４４】
エンドミルホルダ１０２の上方から供給された圧縮空気は、エアー吐出口１１２から案内板１１３の内面に沿って下方へ向けて吐き出される。これにより、図５中破線で示すように空気の流れを形成し、エンドミル１０１による座面加工時に発生する切粉の飛散を防止することが可能となる。なお、エアー層を形成し、粉塵の流れを調整する技術については、例えば、特開２００１−１０８８８０号公報、特開平０７−０７２５４１号公報に記載されている。
【００４５】
さらに、加工装置１００には、集塵機１０７のカバー１０８内部が負圧となるように、図示しない排気装置が設けられている。このように、カバー１０８内部を大気圧よりも負圧とすることで、細かな切粉を効率よく回収することが可能となる。
【００４６】
以上説明したように、加工装置１００では、ワーク１０を座面加工する時に飛散する切粉の回収率を上げることができ、切粉の設備内、加工装置周辺への拡散、堆積を抑制することができる。これにより、作業環境や可動率の悪化を防ぐことができる。
【００４７】
上記実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００４８】
（付記１）
基準金上に載置された焼結処理前の圧粉成形体に座面加工を施す際に、当該圧粉成形体をクランプするクランプ治具であって、
回転軸に回動自在に支持された回転部材と、
前記回転軸を挟んで前記回転部材に取り付けられ、前記座面加工中に前記圧粉成形体に形成される薄肉部位を挟むように当該圧粉成形体にそれぞれ当接し、前記基準金との間で当該圧粉成形体をクランプする一対のクランプアームと、
を備えるクランプ治具。
【００４９】
（付記２）
前記クランプアーム間において前記圧粉成形体を押圧保持するバックアップクランプと、
前記バックアップクランプを前記圧粉成形体側に付勢する付勢部材と、
をさらに備える付記１に記載のクランプ治具。
【００５０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態において示した各構成部材の形状や組み合せ等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ワーク
１１  突出部
１２  座面加工部位
１３  加工残部
１４  薄肉部位
１５  切欠部
２０  クランプ治具
２１  回転部材
２２  回転軸
２３ａ  第１クランプアーム
２３ｂ  第２クランプアーム
２４  付勢部材
２５  バックアップクランプ
１００  加工装置
１０１  エンドミル
１０２  エンドミルホルダ
１０３  基準金
１０４  芯出し部
１０５  昇降シリンダ
１０６  回転位置決め部
１０７  集塵機
１０８  カバー
１０９  誘引ブロー
１１０  誘引ブロー
１１１  開口部
１１２  エアー吐出口
１１３  案内板
１  エンドミル
２  クランプアーム
３  基準金
４  集塵機
【図１】
2017104935.tif 000003
【図２】
2017104935.tif 000004
【図３】
2017104935.tif 000005
【図４】
2017104935.tif 000006
【図５】
2017104935.tif 000007
【図６】
2017104935.tif 000008
【図７】
2017104935.tif 000009
【図８】
2017104935.tif 000010
【図９】
2017104935.tif 000011
【図１０】
2017104935.tif 000012