JP2007130718A - クランプ装置及び該装置を搭載した加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄肉部を有する薄肉ケースなどの被加工物をクランプする際に生じる歪みを抑えて高精度な加工を可能にし、加えて取付け作業の効率化をも実現したクランプ装置を提供する。
【解決手段】 薄肉ケース８が載置された治具板７上に、薄肉ケース８の側板８ｂの両側かつ対向する位置から、薄肉ケース８の側板８ｂを均等な力で押圧して、薄肉ケース８をクランプする押圧手段を備え、押圧手段は、治具板７に設けられた円筒孔１１に嵌入された収容ケース１０ａに内挿されたつるまきばね１０ｂと、このつるまきばね１０ｂに固着され、治具板７から突設した球状のピン１０ｃからなるクランクピンを、薄肉ケース８の側板８ｂの両側かつ対向する位置で、球状のピン１０ｃの間隔が薄肉ケース８の側板８ｂの肉厚よりも小さくなるようにして配設して、側板８ｂをクランプすることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

この発明は、被加工物に所定の加工を行うために、被加工物をクランプするクランプ装置に関するもので、特に低歪みで高精度のクランプが要求される薄肉部を有する被加工物をクランプするクランプ装置に関するものである。

従来より、被加工物に所定の加工を行う場合、通常、被加工物はクランプ装置を用いて動かないようにクランプされたのち、切削、穴あけ及び研削などの所定の加工が行われる。

このようなクランプ装置としては、例えば非特許文献１に示すようなバイス（万力）を用いてクランプするもの、または非特許文献２に示すようなネジを用いてクランプするものが一般的に使用されている。

津田駒工業（株） カタログ「ツダコマ手動式アタッチメント」、２００１年５月発行、ｐ．１３ （株）ナベヤ カタログ「ナベヤ総合カタログ フレンズ」、２００３年９月１日発行、ｐ．４４２，４８０，４９４

従来のクランプ装置は、上記のようなクランプ装置が用いられていたので、例えば被加工物として薄肉部を有するケースをクランプするような場合、バイスによるクランプにおいては、ケースの両側からクランプすることになるために、歪みあるいは変形が生じやすく、結果、所望の加工ができない問題があった。また、ネジの軸力がクランプに利用されるため、ネジが有する大きな軸力により、ネジの軸方向の変位に伴う軸力の変動が大きくなるため、所定のクランプ力に設定するのに時間を要し、結果、取付け作業に時間がかかる問題もあった。またネジによるクランプにおいても、ケースの周囲の複数箇所を外側からクランプすることに加え、加工装置との干渉を避けるためにクランプ方向が限定されるために、ケースを均一なクランプ力でクランプすることが難しく、歪みが生じやすくなるため、結果、所望の加工ができない問題があった。また、バイス同様、ネジの軸力をクランプに利用するので、取付け作業に時間がかかる問題もあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、薄肉部を有するケースなどの被加工物をクランプする際に生じる歪みを抑えて高精度な加工を可能にしたクランプ装置を得ることを目的とし、加えて取付け作業の効率化をも実現したクランプ装置を得ることも目的とするものである。

この発明に係るクランプ装置は、薄肉部を有する被加工物が載置される治具板上に、被加工物の薄肉部の両側かつ対向する位置から、前記薄肉部を均等な力で押圧して、被加工物をクランプする押圧手段を備えたものである。

この発明によれば、被加工物の薄肉部の両側かつ対向する位置から、薄肉部を均等な力で押圧することにより被加工物をクランプする押圧手段を備えた構成にしたので、バイスまたはねじを用いてクランプする必要が無くなるため、クランプする際に生じる歪みを抑えて高精度な加工を可能にしたクランプ装置が得られる。

実施の形態１
この発明の実施の形態１について、図１〜図４を参照して説明する。なお説明の便宜のため、図１〜図４に示すようにＸ，Ｙ，Ｚ方向を定める。

図１は、この発明に係るクランプ装置を搭載した加工装置の一例を示す構成図である。図１において、制御装置１が内部に設けられている架台２上には、制御装置１からの指令に従い±Ｘ、±Ｙ方向に駆動可能なステージ３が設けられ、このステージ３上にこの発明に係るクランプ装置４が固定されている。また架台２上には、制御装置１からの指令に従い被加工物に対し切削，研削又は穴あけなどの所望の加工を行うための工具５が取付けられた加工ヘッド６が設けられている。この加工ヘッド６は、±Ｚ方向に駆動可能である。これにより、３次元での加工が可能である。

図２は、この発明の実施の形態１に係るクランプ装置４の全体構成図である。図２において、符号７は被加工物である薄肉ケース８を載置するための治具板であり、この治具板７には、薄肉ケース８を治具板７上の所定位置に載置するための位置決めピン９と、薄肉ケース９を治具板７上でクランプするための押圧手段であるクランクピン１０が取付けられている。

図３は、この発明の実施の形態１に係るクランプ装置４の断面図であり、図２においてＩ−Ｉ面で切断し、−Ｘ方向に見たものである。また図４は、この発明の実施の形態１に係るクランプ装置４のクランプ部（押圧手段）を示す構成図であり、図３におけるＡ部を拡大したものである。図３において、薄肉ケース８は、底板８ａと底板８ａの外縁に略直角に設けられた薄肉部である側板８ｂを有している。この側板８ｂの肉厚は数ｍｍ程度（０．５〜５ｍｍ程度）である。そしてこの薄肉ケース８は、底板８ａ側を上方側（Ｚ方向側）にして、治具板７上の所定位置に載置される。この所定位置は、治具板７に設けられた位置決めピン９に薄肉ケース８の側板８ｂを当接させることにより決められる。

クランクピン１０は、図４に示すように、円筒形の収容ケース１０ａに内挿されたつるまきばね１０ｂの一方側に、球状のピン１０ｃを固着して形成されている。このクランクピン１０は、つるまきばね１０ｂが収容された収容ケース１０ａを、治具板７に設けられた円筒孔１１に嵌入し、治具板７からはピン１０ｃが突出した状態で設置される。この構成により、クランクピン１０は、治具板７の面方向（ＸＹ面方向）に弾性を有する。なお、収容ケース１０ａは無くてもよい。この場合、つるまきばね１０ａが直接円筒孔１１に内挿される。

治具板７上のクランクピン１０の設置個所は、図２及び図３に示すように、位置決めピン９に側板８ｂが当接している個所においては、側板８ｂを介して位置決めピン９に対向した位置に、側板８ａを挟持するように設けられ、位置決めピン９が無い個所においては、側板８ａを介して対向した両位置に、側板８ａを挟持するように設けられている。

また、側板８ｂを挟んで対向した位置に設けられたクランクピン１０は、図４に示すように、側板８ｂの肉厚をＥとし、対向するクランクピン１０のピン１０ｃの間隔をＦ（無図示だが、クランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間隔も同じ。）とすると、Ｅ＞Ｆの関係を有して配設される。即ち、側板８ｂの肉厚が対向するクランクピン１０のピン１０ｃの間隔及びクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間隔より大きくなるように設置される。これにより、側板８ｂは、クランクピン１０のピン１０ｃ及び位置決めピン９により両側から押圧される。

次に動作について説明する。

被加工物である薄肉ケース８は、底板８ａ側を上方（Ｚ方向）にして、治具板７上に載置される。この治具板７上に薄肉ケース８を載置する際、薄肉ケース８の側板８ｂは、図２及び図３に示すように、対向したクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間及び対向したクランクピン１０のピン１０ｃの間に挿入される。薄肉ケース８は、クランクピン１０のピン１０ｃが有する治具板７面（ＸＹ面）方向の弾性により容易に挿入可能である。これにより、薄肉ケース８は所定位置に載置される。

この薄肉ケース８の側板８ｂを、対向するクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間及び対向するクランクピン１０のピン１０ｃの間に挿入する際、図４に示すように、側板８ｂの肉厚（Ｅ）が、対向したクランクピン１０のピン１０ｃの間隔（Ｆ）及び対向したクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間隔（Ｆに相当）より大きくなるように設定（Ｅ＞Ｆ）されている。このために、クランクピン１０のピン１０ｃは、治具板７面（ＸＹ面）方向の弾性により、図４の矢印Ｔに示す方向に、側板８ｂの幅まで変位し、側板８ｂを挟持した状態で保持される。クランクピン１０のピン１０ｃは、治具板７面（ＸＹ面）方向に弾性を有しているため、その弾性力により、側板８ｂは、対向するクランクピン１０のピン１０ｃから、図４の矢印Ｗに示す方向に、互いにほぼ均等の力で押圧される。このことは、対向するクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９においても同様であり、側板８ｂは、ピン１０ｃから受ける押圧力と、この押圧力にほぼ等しい位置決めピン９からの反力により押圧される。これにより、薄肉ケース８は所定位置にクランプされる。

なお、薄肉ケース８の側板８ｂが受ける押圧力の大きさは、対向するクランクピン１０のピン１０ｃの間隔及び対向するクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間隔を変えて調整する。図４で言えば、対向するクランクピン１０のピン１０ｃの間隔（Ｆ）及び対向するクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間隔（Ｆに相当）が、側板８ｂの肉厚（Ｅ）よりも小さくなるように設定するほど、クランクピン１０のピン１０ｃの治具板７面（ＸＹ面）方向の変位が大きくなり、ピン１０ｃが有する弾性力が大きくなるため、側板８ｂが受ける押圧力は大きくなる。よって薄肉ケース８をクランプするクランプ力は大きくなる。そしてこの対向するクランクピン１０のピン１０ｃの間隔及び対向するクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間隔は、薄肉ケース８を加工する際に、薄肉ケース８に加わる切削力などの負荷を考慮して決められる。同様に、治具板７上に設けられるクランクピン１０の数についても、薄肉ケース８に加わる切削力などの負荷を考慮して決められる。

さらに、薄肉ケース８の加工時における変形抵抗の大きい位置を、例えばＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を用いて求め、この変形抵抗の大きい位置で薄肉ケース８の側板８ｂを押圧して薄肉ケース８をクランプするように、クランクピン１０及び位置決めピン９を治具板７上に配置することにより、一層薄肉ケース８の歪みを抑えて、薄肉ケース８をクランプすることが可能になる。

この実施の形態１によれば、被加工物である薄肉ケース８の側板８ｂの両側で、かつ対向する位置から、ほぼ均等の力で押圧するように、対向するクランクピン１０及び対向するクランクピン１０と位置決めピン９を治具板７上に配置したので、クランプする際に生じる歪みを抑えて高精度な加工を可能にするとともに、薄肉ケース８の側板８ｂを、対向したクランクピン１０のピン１０ｃと位置決めピン９の間及び対向したクランクピン１０のピン１０ｃの間に容易に挿入可能にしたので、治具板７への取付け作業の効率化をも実現したクランプ装置が得られる効果がある。

実施の形態２
実施の形態１によれば、図３に示すように、クランプ装置を、薄肉ケース８の側板８ｂの両側で、かつ対向する位置から、ほぼ均等の力で押圧するように、対向するクランクピン１０及び対向するクランクピン１０と位置決めピン９を治具板７上に配置したものを示したが、図５及び図６に示すように、クランクピン１０の代りに、治具板７面（ＸＹ面）方向に弾性を有する板ばね１２を用いてもよい。ここで図５は、この発明の実施の形態２に係るクランプ装置４の全体構成を示す構成図であり、図６は、この発明の実施の形態２に係るクランプ装置４の断面図であり、図５においてＩＩ−ＩＩ面で切断し、−Ｘ方向に見たものである。

図５及び図６において、板ばね１２は、治具板７に固定され治具板７上に突設されている。その他は実施の形態１で示したものと同じである。また実施の形態１で示したのと同様に、薄肉ケース８の側板８ｂの肉厚は、対向する板ばね１２の間隔及び対向する板ばね１２と位置決めピン９の間隔より大きくなるように設定されている。これにより、側板８ｂは、対向する板ばね１２から、また対向する板ばね１２と位置決めピン９から、互いにほぼ均等の力で押圧されて、薄肉ケース８をクランプするため、実施の形態１と同等の効果が得られる。なお、実施の形態２の図５及び図６において示した符号の内、実施の形態１で示した符号と同一のものは、同一又は相当するものを示し、ここでの説明は省略する。

なお、薄肉ケース８の側板８ｂが受ける押圧力の大きさは、実施の形態１と同様に、対向する板ばね１２の間隔及び対向する板ばね１２と位置決めピン９の間隔を変えて調整する。つまり、対向する板ばね１２の間隔及び対向する板ばね１２と位置決めピン９の間隔が、側板８ｂの肉厚よりも小さくなるほど、板ばね１２の治具板７面（ＸＹ面）方向の変位が大きくなり、板ばね１２が有する弾性力が大きくなるため、側板８ｂが受ける押圧力は大きくなる。よって、薄肉ケース８をクランプするクランプ力は大きくなる。そしてこの対向する板ばね１２の間隔及び対向する板ばね１２と位置決めピン９の間隔は、薄肉ケース８を加工する際に、薄肉ケース８に加わる切削力などの負荷を考慮して決められる。同様に、対向して設けられる板ばね１２の数についても、薄肉ケース８に加わる切削力などの負荷を考慮して決められる。

また、板ばね１２は、薄肉ケース８の側板８ｂに沿って（例えば、図５における±Ｘ及び±Ｙ方向）、板ばね１２の長さを変えることが可能である。このため、この長さを長くすることにより、実施の形態１に比して、広範囲に薄肉ケース８をクランプすることが可能になるため、一層薄肉ケース８の歪みを抑えることも可能である。

さらに、薄肉ケース８の加工時における変形抵抗の大きい位置を、例えばＣＡＥを用いて求め、この変形抵抗の大きい位置で薄肉ケース８の側板８ｂを押圧して薄肉ケース８をクランプするように、板ばね１２及び位置決めピン９を治具板７上に配置することにより、一層薄肉ケース８の歪みを抑えて、薄肉ケース８をクランプすることが可能になる。

実施の形態３
実施の形態１によれば、図３に示すように、クランプ装置を、薄肉ケース８の側板８ｂの両側で、かつ対向する位置から、ほぼ均等の力で押圧するように、対向するクランクピン１０及び対向するクランクピン１０と位置決めピン９を治具板７上に配置したものを示したが、図７及び図８に示すように、クランクピン１０の代りに、空気圧により側板８ｂを押圧するエアクランプピン１３を用いてもよい。ここで図７は、この発明の実施の形態３に係るクランプ装置４の全体構成を示す構成図であり、図８は、この発明の実施の形態３に係るクランプ装置４の断面図であり、図７においてＩＩＩ−ＩＩＩ面で切断し、−Ｘ方向に見たものである。

図７及び図８において、エアクランプピン１３は、治具板７に固定され治具板７上に突設されている。また、図８に示すように、エアクランプピン１３は、薄肉ケース８の側板８ｂを押圧するために、エアクランプピン１３にエアを供給するエアポンプ１４に接続され、またエアポンプ１４は、このエアポンプ１４を制御して、エアクランプピン１３に供給するエアの量を制御し、薄肉ケース８の側板８ｂを所定の押圧力で押圧するための所定のエア圧力を得るためのエア制御装置１５に接続されている。また、図８において、薄肉ケース８は、治具板７上にゴム板１６を介して載置されているが、このゴム板１６は、薄肉ケース８の加工精度や加工面を悪化させる要因である加工装置の振動を吸収するために設けているものである。なお、実施の形態３の図７及び図８において示した符号の内、実施の形態１で示した符号と同一のものは、同一又は相当するものを示し、ここでの説明は省略する。

また、図９はエアクランプピン１３の詳細構成を示したものである。図９において、治具板７上には、内部にエアポンプ１４から供給されたエアが通過するエア孔を有した台座１７が固設され、この台座１７上には、外周に台座１７のエア孔を通過したエアを導入する導入孔を有した円筒形の収容ケース１８が、軸方向を薄肉ケース８の側板８ｂにして固着されている。この円筒形の収容ケース１８は、両側に蓋を有し、また側板８ｂ側の蓋には貫通孔が設けられ、この貫通孔には、エアポンプ１４から供給されたエアの圧力を受けて、貫通孔に沿って摺動可能なプランジャピン１９が、側板８ｂ方向に突設されている。このプランジャピン１９は、例えば薄肉ケース８が柔らかい材料で形成される場合には、クランプ力により表面に傷をつける場合があるため、この傷を防止するためにフッ素樹脂などの樹脂材料が使用される。また収容ケース１８内には、エアポンプ１４から供給されたエアの圧力を直接受ける受け板２０が設けられている。また受け板２０とプランジャピン１９の間には、受け板２０が受けたエアの圧力を緩衝させてプランジャピン１９に伝達するとともに、薄肉ケース８の側板８ｂの押圧方向に弾性を持たせるためのばね２１が設けられている。また薄肉ケース８の側板８ｂを押圧するプランジャピン１９の先端には、すべりを防止するためのメッシュ２２が取付けられている。

次に動作について説明する。

被加工物である薄肉ケース８は、底板８ａ側を上方（Ｚ方向）にして、治具板７上に載置される。この治具板７上に薄肉ケース８を載置する際、薄肉ケース８の側板８ｂは、図７及び図８に示すように、対向したエアクランプピン１３のプランジャピン１９と位置決めピン９の間及び対向したエアクランプピン１３のプランジャピン１９の間に挿入される。これにより、薄肉ケース８は所定位置に載置される。

次に、エア制御装置１５からの指示により、エアポンプ１４は、プランジャピン１９が、薄肉ケース８の側板８ｂを所定の圧力で押圧可能なエアを供給する。エアポンプ１４から供給されたエアから受け板２０が受けた圧力は、ばね２１を介してプランジャピン１９に伝達され、プランジャピン１９は薄肉ケース８の側板８ｂを所定の圧力で押圧する。この所定の圧力は、治具板７上に設けられた全てのエアクランプピン１３で略均一となる。この時、エアクランプピン１３は、実施の形態１と同様に、薄肉ケース８の側板８ｂを介して対向した位置に、または薄肉ケース８の側板８ｂを介して位置決めピン９に対向した位置に設けられているので、薄肉ケース８の側板８ｂは両側からほぼ均等の力で押圧される。これにより、薄肉ケース８は所定位置にクランプされる。

なお薄肉ケース８の側板８ｂを押圧するクランプ力の大きさは、エアポンプ１４から供給されるエアの量を変化させて受け板２０が受ける圧力を変えることにより調整する。受け板２０がエアから受ける圧力を制御することにより、ばね２１を圧縮方向に変位させて、ばね２１に働く弾性力を制御し、この弾性力をプランジャピン１９に伝達し、薄肉ケース８の側板８ｂを押圧して薄肉ケース８をクランプする。ばね２１の変位とプランジャピン１９に加わる荷重（クランプ力）は直線状に変化するために、クランプ力は連続的に調整可能となる。一例を挙げれば、プランジャピン１９に加わる荷重（クランプ力）は、ばね２１で最大５Ｎ程度であり、これに受け板２０が受ける圧力を加えることにより、１５Ｎ程度まで可変できる。

また、薄肉ケース８の加工時における変形抵抗の大きい位置を、例えばＣＡＥを用いて求め、この変形抵抗の大きい位置で薄肉ケース８の側板８ｂを押圧して薄肉ケース８をクランプするように、エアクランプピン１３及び位置決めピン９を治具板７上に配置することにより、一層薄肉ケース８の歪みを抑えて、薄肉ケース８をクランプすることが可能になる。

この実施の形態３によれば、被加工物である薄肉ケース８の側板８ｂの両側で、かつ対向する位置から、ほぼ均等の力で押圧するように、対向するエアクランプピン１３及び対向するエアクランクピン１３と位置決めピン９を治具板７上に配置してクランプ装置を構成したので、実施の形態１と同等の効果が得られる。またエアポンプ１４から供給されるエアの量を変化させて、薄肉ケース８の側板８ｂを押圧するクランプ力の大きさを変えることが可能であるため、例えば多様な被加工物への対応も可能となる。

なお実施の形態３によれば、エアの圧力を利用して薄肉ケース８をクランプするものを示したが、何もエアの圧力の利用に限定するものではなく、同様の機能を有するものならば何でもよい。例えば、油圧やソレノイドなどの電磁力を利用するものを用いてもよい。

また実施の形態３によれば、エアポンプ１４から供給されたエアから受け板２０が受けた圧力を、ばね２１を介してプランジャピン１９に伝達するものを示したが、例えば、図１０に示すように、エアポンプ１４から供給されたエアを、直接プランジャピン１９が圧力として受けるように構成してもよい。

また実施の形態１から３によれば、被加工物として周囲に側壁８ｂを有する薄肉ケース８を用いたものを示したが、特に薄肉ケース８の形状に限定されるものでは無く、被加工物にクランプによる歪みが生じやすい薄肉部を有するような形状のものであれば適用可能である。この場合においても、実施の形態１から３で示したように、薄肉部の両側かつ対向する位置から、薄肉部を均等な力で押圧すれば、実施の形態１から３と同等の効果が得られる。

この発明に係るクランプ装置を搭載した加工装置の一例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るクランプ装置の全体を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係るクランプ装置の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るクランプ装置のクランプ部を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係るクランプ装置の全体を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係るクランプ装置の断面図である。 この発明の実施の形態３に係るクランプ装置の全体を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係るクランプ装置の断面図である。 この発明の実施の形態３に係るクランプ装置のクランプ部を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係るクランプ装置のクランプ部の他の例を示す構成図である。

符号の説明

１ 制御装置
２ 架台２
３ ステージ
４ クランプ装置
５ 工具
６ 加工ヘッド
７ 治具板
８ 薄肉ケース
８ａ 底板
８ｂ 側板
９ 位置決めピン
１０ クランクピン
１０ａ 円筒形の収容ケース
１０ｂ つるまきばね
１０ｃ 球状のピン
１１ 円筒孔

Claims (6)

1. 薄肉部を有する被加工物が載置される治具板と、前記治具板上に設けられ、前記被加工物の前記薄肉部の両側かつ対向する位置から、前記薄肉部を均等な力で押圧して、前記被加工物をクランプする押圧手段を備えたことを特徴とするクランプ装置。
2. 押圧手段は、前記治具板に設けられた円筒孔に内挿されたつるまきばねと、このつるまきばねに固着され、前記治具板から突設した球状のピンからなるクランクピンを、前記薄肉部の両側かつ対向する位置で、前記球状のピンの間隔が前記薄肉部の肉厚よりも小さくなるようにして配設したことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. 押圧手段は、前記治具板に固定され、前記治具板上に突設された板ばねを、前記薄肉部の両側かつ対向する位置で、前記板ばねの間隔が前記薄肉部の肉厚よりも小さくなるようにして配設したことを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
4. 押圧手段は、エアポンプと、前記エアポンプから供給するエアの量を制御するエア制御装置と、前記治具板上に設けられ、前記薄肉部の両側かつ対向する位置から、供給された前記エアから受ける圧力により前記薄肉部を押圧するプランジャピンを有したエアクランプピンを備えたことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
5. 被加工物は薄肉ケースであり、前記薄肉部は前記薄肉ケースの底板の外縁に設けられた側板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のクランプ装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のクランプ装置が搭載されたステージと、前記クランプ装置にクランプされた前記被加工物に所定の加工を行うための工具が取付けられた加工ヘッドと、前記ステージと前記加工ヘッドに所定の動作を行わせるための制御装置を備えたことを特徴とする加工装置。
   
   
   
   
   

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