JP2007268625A - クランプ装置およびこれを備えるマシニング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧空気だけで十分に機能するクランプ装置を提供する。
【解決手段】加圧された空気の供給を受けてクランプロッド４０を軸方向に移動させる第１ピストン５０と、クランプした状態のクランプロッド４０を軸方向に移動不能に保持するようクランプロッド４０に形成した溝部４６および収納ケース３０に取り付けた爪部６４と、加圧された空気の供給を受けて爪部６４を押さえる断面が楔形をした第２ピストン６０とを設け、空気供給ポート３１から加圧空気を供給して工作対象物をクランプし、空気供給ポート３１からの加圧空気の供給を停止すると共に空気供給ポート３６から加圧空気を供給して工作対象物をアンクランプする。
【選択図】図２

Description

本発明は、クランプ装置およびこれを備えるマニシング装置に関し、詳しくは、台座と、台座に配置されたワークに当接可能な当接部を有しこの当接部を台座に対して進退させることによりワークをクランプするクランプロッドと、を備えるクランプ装置およびこれを備えるマニシング装置に関する。

従来、この種のクランプ装置としては、クランプロッドを加圧された空気を用いて軸方向に移動させてワークをクランプするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、ワークをクランプした状態を保持するために油圧を用いてクランプロッドが軸方向に移動しないよう押さえ込む油圧保持機構を備え、保持機構を作動させることによりクランプした状態を保持している。
特開平８−９０１０３号公報

上述のクランプ装置では、クランプロッドを軸方向に移動させるために加圧された空気を用い、クランプロッドをクランプした状態で保持するために油圧を用いるため、加圧空気と加圧されたオイルとを供給すると共に加圧空気の回路と油圧回路とを形成する必要があり、装置が複雑化する。加圧空気のみを用いてクランプロッドを軸方向に移動させるものとすれば、加圧されたオイルを供給したり油圧回路を形成する必要はないが、空気が圧縮性流体であるためにクランプされたワークにアンクランプ方向に力が作用した場合には、クランプロッドが軸方向に移動してしまい、予期しないクランプの解除が生じてしまう。

本発明のクランプ装置およびこれを備えるマシニング装置は、加圧空気だけで十分に機能するクランプ装置を提供することを目的の一つとする。また、本発明のクランプ装置およびこれを備えるマシニング装置は、装置の簡素化を図ることを目的の一つとする。

本発明のクランプ装置およびこれを備えるマシニング装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明のクランプ装置は、
台座と、該台座に配置されたワークに当接可能な当接部を有し該当接部を前記台座に対して進退させることにより前記ワークをクランプするクランプロッドと、を備えるクランプ装置であって、
加圧された空気の供給を受けて前記当接部を進退させるよう前記クランプロッドを軸方向に移動させる移動機構と、
加圧された空気の供給を受けて前記ワークをクランプした状態の前記クランプロッドを軸方向に移動不能にする保持と該保持の解除とを行なう保持機構と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のクランプ装置では、加圧された空気の供給を受けて移動機構を機能させることにより台座に対して当接部を進退させるようクランプロッドを軸方向に移動させ、ワークをクランプした状態で加圧された空気の供給を受けて保持機構を機能させることによりクランプロッドを軸方向に移動不能に保持したりその保持を解除したりする。これにより、加圧空気を用いるだけでクランプ装置をその保持力を安定して機能させることができる。この結果、加圧空気と加圧されたオイルとを用いるものに比して装置を簡素なものとすることができる。

こうした本発明のクランプ装置において、前記移動機構は、前記クランプロッドに接触し該クランプロッドを軸方向に移動させる第１ピストンと、該クランプロッドの一部と前記第１ピストンとを収納すると共に該第１ピストンに対するシリンダとして機能する収納ケースと、前記第１ピストンが前記クランプロッドを軸方向に移動させることにより前記収納ケースと前記第１ピストンとによって形成される二つの空間の各々に加圧された空気を独立に供給するための二つのロッド移動用空気供給ポートと、を備え、前記保持機構は、前記クランプロッドに形成された溝部と、前記収納ケース内の一端が回動可能に連結し他端が前記溝部に係合する爪部材と、前記収納ケースをシリンダとすると共に前記クランプロッドに対して摺動しながら該クランプロッドの軸方向に移動して前記爪部を前記溝部側に押圧する第２ピストンと、前記第２ピストンが前記クランプロッドの軸方向に移動することにより前記収納ケースと該第２ピストンとによって形成される二つの空間の各々に加圧された空気を独立に供給するための二つの保持機構用空気供給ポートと、を備えるものとすることもできる。移動機構は、二つのロッド移動用空気供給ポートの一方に加圧空気を供給することにより台座に対して当接部を進方向となるようクランプロッドを軸方向に移動させ、二つのロッド移動用空気供給ポートの一方への加圧空気の供給を停止すると共に二つのロッド移動用空気供給ポートの他方に加圧空気を供給することにより台座に対して当接部を退後方となるようクランプロッドを軸方向に移動させる。保持機構は、ワークをクランプした状態で二つの保持機構用空気供給ポートの一方に加圧空気を供給することにより第２ピストンをクランプロッドの軸方向に移動させて爪部がクランプロッドの溝部に係合するよう爪部を押圧する。これにより、クランプロッドにその軸方向に力が作用してもクランプロッドを軸方向に移動不能に保持することができる。また、保持機構は、第２ピストンにより爪部を押圧してワークのクランプを保持した状態で二つの保持機構用空気供給ポートの一方への加圧空気の供給を停止すると共に二つの保持機構用空気供給ポートの他方に加圧空気を供給することにより第２ピストンによる爪部の押圧を解除する。これにより、クランプロッドの軸方向に移動を可能とする。ここで、二つのロッド移動用空気供給ポートは、二つの保持機構用空気供給ポートを兼ねるものとすることもできる。こうすれば、二つの空気供給ポートに加圧された空気を供給するだけで移動機構と保持機構とを機能させることができる。

この二つのピストンにより機能する態様の本発明のクランプ装置において、前記爪部材は爪先端部と該爪先端部を回動させるために前記収納ケースに回転可能に取り付けられた支点部とを有し、前記第２ピストンは、断面が略楔形に形成され、前記クランプロッドの軸方向の移動に伴って前記爪先端部が前記溝部に係合するよう該爪先端部の前記溝部と係合する側とは反対側に当接するよう配置されてなるものとすることもできる。この場合、前記溝部は、前記クランプロッドの軸方向の移動に対して前記爪先端部が滑らかに回動して該溝部に係合および係合の解除がなされるよう該爪先端部に当接する傾斜部が形成されてなるものとすることもできる。こうすれば、クランプロッドの軸方向の移動だけで溝部に対する爪部の係合と係合の解除を行なうことができる。この結果、爪部を回動するための動力源を必要としない。

本発明のクランプ装置において、前記クランプロッドの軸方向の移動に伴って前記当接部を前記軸回りに略９０度回転させる回転機構を備えるものとすることもできる。こうすれば、アンクランプした状態でのワークの設置や取り除きを容易なものとすることができる。

本発明のマシニング装置は、上述のいずれかの態様の本発明のクランプ装置、即ち、台座と、該台座に配置されたワークに当接可能な当接部を有し該当接部を前記台座に対して進退させることにより前記ワークをクランプするクランプロッドと、を備えるクランプ装置であって、加圧された空気の供給を受けて前記当接部を進退させるよう前記クランプロッドを軸方向に移動させる移動機構と、加圧された空気の供給を受けて前記ワークをクランプした状態の前記クランプロッドを軸方向に移動不能にする保持と該保持の解除とを行なう保持機構と、を備えるクランプ装置を備えることを要旨とする。

この本発明のマシニング装置では、上述のいずれかの態様の本発明のクランプ装置を備えるから、本発明のクランプ装置が奏する効果、例えば、加圧空気を用いるだけでワークをクランプすることができる効果や加圧空気と加圧されたオイルとを用いるものに比してクランプ装置を簡素な構成とすることができる効果などと同様な効果を奏することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としてのクランプ装置２０の外観を工作対象物１０と共に示す外観説明図であり、図２はクランプ装置２０の本体２２をアンクランプした状態で示す構成図であり、図３はクランプ装置２０の本体２２をクランプした状態で示す構成図である。実施例のクランプ装置２０は、図示するように、台座２１と本体２２とにより構成されている。なお、実施例のクランプ装置２０は、工作対象物１０を交換せずに様々な加工（研削・穴あけ・曲面加工など）を施すことができる工作機械である図示しないマシニング装置に複数備えられ、工作対象物１０を保持したりその保持を解除する。

本体２２は、図２および図３に示すように、収納ケース３０と、台座２１と共に工作対象物１０をクランプするアーム４２が取り付けられてその一部が収納ケース３０に収納されたクランプロッド４０と、収納ケース３０の内側を上下に区分する隔壁３８と、クランプロッド４０に取り付けられ収納ケース３０の上部をシリンダとしてクランプロッド４０を軸方向に移動させる第１ピストン５０と、クランプロッド４０に摺動すると共に収納ケース３０の下部をシリンダとしてクランプロッド４０の軸方向に移動する第２ピストン６０と、収納ケース３０に取り付けられた支持部３９に留め具６６により回転自在に取り付けられた爪部６４と、クランプロッド４０の軸方向の移動をガイドするガイド部材７０と、このガイド部材７０に形成されてクランプロッド４０を軸方向の移動に伴って９０度回転させる回転機構７６と、を備える。

収納ケース３０には、加圧された空気の供給を受ける二つの空気供給ポート３１，３６が形成されている。空気供給ポート３１は、連絡通路３２により第１ピストン５０と収納ケース３０の最上部との間に第１ピストン５０の上部，収納ケース３０の内側，クランプロッド４０の側面により形成される気密室としての空気室３４ａ（図３参照）に連通しており、連絡通路３２の分岐通路３３により第２ピストン６０と隔壁３８との間に第２ピストン６０の上部，収納ケース３０の内側，隔壁３８の下部により形成される気密室としての空気室３５ａに連通している。従って、空気供給ポート３１に加圧空気を供給することにより、空気室３４ａおよび空気室３５ａの圧力を高め、第１ピストン５０および第２ピストン６０をクランプロッド４０の軸方向で図中下方に移動させることができる。空気供給ポート３６は、連絡通路３７により第１ピストン５０と隔壁３８との間に第１ピストン５０の下部，収納ケース３０の内側，隔壁３８の上部により形成される気密室としての空気室３４ｂに連通しており、空気室３４ｂは、クランプロッド４０の内部に形成された連絡通路４４とこの連絡通路４４に連通するようガイド部材７０の内側に形成された連絡通路７４とにより第２ピストン６０と収納ケース３０の最下部との間に第２ピストン６０の下部，収納ケース３０の内側，ガイド部材７０の表面により形成される気密室としての空気室３５ｂに連通している。従って、空気供給ポート３６に加圧空気を供給することにより、空気室３４ｂおよび空気室３５ｂの圧力を高め、第１ピストン５０および第２ピストン６０をクランプロッド４０の軸方向で図中上方に移動させることができる。

第２ピストン６０は、断面が楔形となるカラー部６２を有し、第２ピストン６０が隔壁３８に当接する位置まで移動したときに、カラー部６２の最下端部が爪部６４の収納ケース３０側に略当接するよう形成されている。爪部６４は、第２ピストン６０の最下端部に当接した部位とは反対側の爪先端部６５がクランプロッド４０の外周面に略当接するよう形成されている。一方、クランプロッド４０の下部側面には、溝部４６が形成されており、溝部４６の下方には溝部４６に爪部６４が滑らかに係合するよう傾斜部４７が形成されている。従って、クランプロッド４０が図中下方に移動して爪部６４の爪先端部６５が傾斜部４７に差しかかると、爪部６４の留め具６６を回転中心とした回転を伴って爪先端部６５が傾斜部４７に接触した状態で溝部４６に係合することができるようになっている。

ガイド部材７０の回転機構７６は、ガイド部材７０の外周面に９０度に亘って形成された螺旋状の溝７７と、この溝７７とクランプロッド４０の内側に回転可能に保持されたボール７８と、から構成されており、クランプロッド４０が軸方向に移動する際にボール７８が螺旋状の溝７７を移動することにより、クランプロッド４０を軸回りに略９０度回転させる。

ここで、クランプロッド４０を軸方向に移動させる移動機構としては、クランプロッド４０に取り付けられた第１ピストン５０、第１ピストン５０により形成される空気室３４ａや空気室３４ｂ、第１ピストン５０を移動させるために空気室３４ａや空気室３４ｂに加圧空気を供給する連絡通路３２や連絡通路３７，空気供給ポート３１や空気供給ポート３６などが相当する。また、クランプした状態のクランプロッド４０を軸方向に移動不能に保持したりその保持を解除する保持機構としては、クランプロッド４０に形成された溝部４６や傾斜部４７、溝部４６に係合する爪部６４、爪部６４を溝部４６側に押さえる第２ピストン６０、第２ピストン６０により形成される空気室３５ａや空気室３５ｂ，第２ピストン６０を移動させるために空気室３５ａや空気室３５ｂに加圧空気を供給する連絡通路３２からの分岐通路３３や空気室３４ｂと空気室３５ｂとを連通する連絡通路４４や連絡通路７４，空気供給ポート３１や空気供給ポート３６などが相当する。

次に、こうして構成された実施例のクランプ装置２０の動作について説明する。図２に示すアンクランプの状態のクランプ装置２０の空気供給ポート３６に加圧空気を供給せずに空気供給ポート３１に加圧空気を供給すると、連絡通路３２および分岐通路３３により加圧空気が空気室３４ａおよび空気室３５ａに供給されてその圧力が上昇する。これにより、第１ピストン５０はクランプロッド４０と共に図中下方に移動し、クランプロッド４０はこの移動に伴って回転機構７６の機能により時計反対周りに回転する。このとき、第２ピストン６０は、空気室３５ａの空気圧が上昇してもカラー部６２の最下端部が爪部６４に当接しているため移動しない。クランプロッド４０が図中下方に移動して爪部６４の爪先端部６５が傾斜部４７に差しかかると、第２ピストン６０のカラー部６２によりクランプロッド４０側に押しつけられている爪部６４は、爪先端部６５が傾斜部４７に接触した状態で溝部４６に係合するよう留め具６６を回転中心として回転する。このとき、第２ピストン６０は、爪部６４の回転に伴って爪部６４と収納ケース３０の内側とにカラー部６２により楔を打つように図中下方に移動してカラー部６２により爪部６４を溝部４６側に押しつける。こうして工作対象物１０を台座２１とアーム４２によりクランプして図３のクランプした状態となる。

いま、クランプした状態で工作対象物１０に瞬間的な図中上向きの力が作用したときを考える。クランプロッド４０に作用する上向きの力は爪部６４に対しては回転させる力として作用し、爪部６４に当接している第２ピストン６０のカラー部６２に対してはカラー部６２の傾斜面に対する垂直な力として作用する。この垂直な力を値Ｆとすると共に第２ピストン６０のカラー部６２の傾斜角を値θとすれば、第２ピストン６０に作用する図中上向きの力（クランプロッド４０の軸方向の力）はＦ・ｓｉｎθとなり、値θが小さいときには小さな力となるため、クランプロッド４０はクランプした状態に保持される。なお、クランプロッド４０を図中上方に移動させないためには、クランプロッド４０に作用すると想定される瞬間的な図中上方の力により第２ピストン６０に作用するＦ・ｓｉｎθより空気室３５ａの圧力に第２ピストン６０の上部面積を乗じて得られる第２ピストン６０を図中下側に押さえる力の方が大きくなるように、第２ピストン６０上部の面積や空気圧やカラー部６２の傾斜角を設計すればよい。

次に、図３に示すクランプの状態のクランプ装置２０の空気供給ポート３１への加圧空気の供給を停止および大気開放すると共に空気供給ポート３６に加圧空気を供給すると、空気室３５ａの圧力に対して空気室３５ｂの圧力が大きくなり、第２ピストン６０を図中上方に移動させる。このとき、空気室３４ｂの圧力も空気室３４ａの圧力より大きくなるから、第１ピストン５０もクランプロッド４０と共に図中上方に移動し、この移動に伴ってクランプロッド４０は時計回りに回転する。クランプロッド４０が図中上方に移動すると、この移動に伴って爪部６４は傾斜部４７に沿って第２ピストン６０のカラー部６２側に回転し、爪部６４と溝部４６との係合を解除する。こうして工作対象物１０のクランプを解除して図２のアンクランプした状態となる。

以上説明した実施例のクランプ装置２０によれば、加圧された空気の供給を受けてクランプロッド４０を軸方向に移動させる移動機構と、加圧された空気の供給を受けてクランプした状態のクランプロッド４０を軸方向に移動不能に保持したりその保持を解除する保持機構とを有することにより、加圧された空気の供給を受けるだけで十分な保持機能をもって工作対象物１０をクランプしたりアンクランプすることができる。従って、加圧されたオイルを用いることなく十分に機能するクランプ装置とすることができる。また、加圧された空気と加圧されたオイルとを用いて工作対象物１０をクランプしたりアンクランプするものに比して、簡易な構成とすることができる。これらの結果、実施例のクランプ装置２０を複数備えるマシニング装置では、工作対象物１０の保持や保持の解除を容易に行なうことができる。

実施例のクランプ装置２０では、マシニング装置に複数備えられるものとして説明したが、マシニング装置以外の工作機械などに工作対象物を保持するために用いられるものとしてもよいし、工作機械以外の機器に対象物を保持するために用いられるものとしても構わない。

実施例のクランプ装置２０では、回転機構７６によりクランプロッド４０の軸方向の移動に伴ってクランプロッド４０を９０度回転させるものとしたが、こうした回転機構７６を備えないものとしても構わない。

実施例のクランプ装置２０では、第１ピストン５０を移動させるための二つの空気供給ポートと第２ピストン６０を移動させるための二つの空気供給ポートとを空気供給ポート３１と空気供給ポート３６とで共用するものとしたが、第１ピストン５０を移動させるための二つの空気供給ポートと第２ピストン６０を移動させるための二つの空気供給ポートとを別個に備えるものとしても構わない。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、クランプ装置やマシニング装置の製造産業に利用可能である。

本発明の一実施例としてのクランプ装置２０の外観を工作対象物１０と共に示す外観説明図である。 クランプ装置２０の本体２２をアンクランプした状態で示す構成図である。 クランプ装置２０の本体２２をクランプした状態で示す構成図である。

符号の説明

１０ 工作対象物、２０ クランプ装置、２１ 台座、２２ 本体、３０ 収納ケース、３１，３６ 空気供給ポート、３２ 連絡通路、３３ 分岐通路、３４ａ，３５ａ 空気室、３４ｂ，３５ｂ 空気室、３７ 連絡通路、３８ 隔壁、３９ 支持部、４０ クランプロッド、４２ アーム、４４ 連絡通路、４６ 溝部、４７ 傾斜部、５０ 第１ピストン、６０ 第２ピストン、６２ カラー部、６４ 爪部、６５ 爪先端部、６６ 留め具、７０ ガイド部材、７４ 連絡通路、７６ 回転機構、７７ 溝、７８ ボール。

Claims (7)

1. 台座と、該台座に配置されたワークに当接可能な当接部を有し該当接部を前記台座に対して進退させることにより前記ワークをクランプするクランプロッドと、を備えるクランプ装置であって、
   加圧された空気の供給を受けて前記当接部を進退させるよう前記クランプロッドを軸方向に移動させる移動機構と、
   加圧された空気の供給を受けて前記ワークをクランプした状態の前記クランプロッドを軸方向に移動不能にする保持と該保持の解除とを行なう保持機構と、
   を備えるクランプ装置。
2. 請求項１記載のクランプ装置であって、
   前記移動機構は、前記クランプロッドに接触し該クランプロッドを軸方向に移動させる第１ピストンと、該クランプロッドの一部と前記第１ピストンとを収納すると共に該第１ピストンに対するシリンダとして機能する収納ケースと、前記第１ピストンが前記クランプロッドを軸方向に移動させることにより前記収納ケースと前記第１ピストンとによって形成される二つの空間の各々に加圧された空気を独立に供給するための二つのロッド移動用空気供給ポートと、を備え、
   前記保持機構は、前記クランプロッドに形成された溝部と、前記収納ケース内の一端が回動可能に連結し他端が前記溝部に係合する爪部材と、前記収納ケースをシリンダとすると共に前記クランプロッドに対して摺動しながら該クランプロッドの軸方向に移動して前記爪部を前記溝部側に押圧する第２ピストンと、前記第２ピストンが前記クランプロッドの軸方向に移動することにより前記収納ケースと該第２ピストンとによって形成される二つの空間の各々に加圧された空気を独立に供給するための二つの保持機構用空気供給ポートと、を備える
   クランプ装置。
3. 前記二つのロッド移動用空気供給ポートは、前記二つの保持機構用空気供給ポートを兼ねることを特徴とする請求項２記載のクランプ装置。
4. 請求項２または３記載のクランプ装置であって、
   前記爪部材は、爪先端部と、該爪先端部を回動させるために前記収納ケースに回転可能に取り付けられた支点部と、を有し、
   前記第２ピストンは、断面が略楔形に形成され、前記クランプロッドの軸方向の移動に伴って前記爪先端部が前記溝部に係合するよう該爪先端部の前記溝部と係合する側とは反対側に当接するよう配置されてなる
   クランプ装置。
5. 前記溝部は、前記クランプロッドの軸方向の移動に対して前記爪先端部が滑らかに回動して該溝部に係合および係合の解除がなされるよう該爪先端部に当接する傾斜部が形成されてなる請求項４記載のクランプ装置。
6. 前記クランプロッドの軸方向の移動に伴って前記当接部を前記軸回りに略９０度回転させる回転機構を備える請求項１ないし５いずれか記載のクランプ装置。
7. 請求項１ないし６いずれか記載のクランプ装置を備えるマシニング装置。
   

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