JP2016068235A - 挟持治具 - Google Patents

Abstract

【課題】可動自由度および固定剛性を向上させることが可能な挟持治具を提供する。
【解決手段】本発明にかかる挟持治具１００は、ワークであるパネル部材１０２の第１面１０２ａに垂直に接触する棒状の第１挟持体１１０と、ワークの第２面１０２ｂに接触する球状の第２挟持体１２０と、それらを保持する保持部材１４０と、第２挟持体を支持する支持部材１３０とを備え、保持部材は、第１挿通孔１４２ａを有し第１挟持体を第１挿通孔に挿通させることで第１挟持体を保持する第１保持部１４２と、第２挟持体をワークの反対側から保持し支持部材を挿通させつつ第２挟持体が挿通不能な第２挿通孔１４４ａを有する第２保持部１４４と、第１保持部および第２保持部をワークを跨いで連結する第３保持部１４６とを有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、所定のワークを挟持する挟持治具に関するものである。

製品の生産工程では、パネル部材等のワークを冶具（クランプとも称される）に保持させた状態で、ワークへの部品の組み付けを行うことがある。例えば特許文献１では、クランプアームの先端とゲージとでワークを挟み、クランプアームの先端をゲージに押し付けることによりワークを保持している。

また挟持治具は、生産工程だけでなく試作品の形状測定時にも使われることがある。例えば車両の試作品の形状測定であれば、車体の骨格や部品等、測定のために固定する部材、すなわち測定対象は様々なものがある。このため、挟持治具には、高い可動自由度および固定剛性が求められる。

挟持治具の可動自由度を高める方法としては、２つのアームの連結箇所となる関節部に球体を用いる手法が知られている。厳密には挟持治具ではないが、例えば特許文献２にも球体を間接部に用いる多軸ネジが開示されている。このように関節部に球体を用いることにより、挟持治具は、球面座標（ｒ，θ，φ）のうち、（θ，φ）において自由に可動することができるため、可動自由度を高めることが可能であった。

特開２００６−３４１３２７号公報 特開２００９−５１２４６６号公報

ここで、連結箇所に球体を用いる場合、球体を球殻で覆う必要がある。このとき、複数の方向からの荷重に耐えられるよう、球殻全体には高い剛性が求められるため、球殻の開口の大きさが制限される。すなわち、開口を大きくすれば可動自由度は高まるが、その分、球殻の剛性が低下する。このため、実際には開口をそこまで大きくすることができず、実質的には可動自由度にも制限が生じる。また球体が球殻内で可動するためには、それらの間に間隙が必要となるためガタつきが生じ、固定剛性が低下することも課題となっていた。

更に、連結箇所に球体を用いる場合、球体表面に棒状のアームを設け、そのアームの先端で対象物を接触固定することが一般的である。このため、球体の中心から固定点（接触点）までの距離が長くなり、固定が不安定になる傾向がある。また棒状のアームが球殻の開口と干渉することにより、可動自由度が低下してしまうことも課題となっていた。

本発明は、このような課題に鑑み、可動自由度および固定剛性の両方を向上させることが可能な挟持治具を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる挟持治具の代表的な構成は、所定のワークを挟持する挟持治具において、ワークの第１の面に垂直に接触する棒状の第１挟持体と、ワークの第１の面の裏側の第２の面に接触する球状の第２挟持体と、第１挟持体および第２挟持体を保持する保持部材と、第２挟持体を支持する支持部材とを備え、保持部材は、第１挿通孔を有し第１挟持体を第１挿通孔に挿通させることで第１挟持体を保持する第１保持部と、第２挟持体をワークの反対側から保持し支持部材を挿通させつつ第２挟持体が挿通不能な第２挿通孔を有する第２保持部と、第１保持部および第２保持部をワークを跨いで連結する第３保持部とを有し、第２挿通孔が第２挟持体と円弧状または円状に接触するまで第１挟持体が第２挟持体に接近することにより、第１挟持体と第２挟持体とによってワークが挟持されることを特徴とする。

上記構成によれば、球状の第２挟持体は、ワークに直接接触し、それを挟持および保持する。第２挟持体は支持部材に支持されているため高い固定剛性が得られる。また第２挟持体がワークに直接接触することにより、従来のように球体を球殻が覆っていたときのような間隙が存在しない。このため、従来のように関節部に球体を用いる場合に比して、固定剛性を高めることが可能となる。更に上記構成によれば、第２挟持体（球体）を覆う球殻が不要である。このため、球殻の剛性確保に伴う可動自由度の低下が生じることがない。したがって、本発明によれば、可動自由度および固定剛性の両方を向上させることが可能となる。

上記第２挿通孔は、第２保持部に形成された切欠きであるとよい。かかる構成によれば、第２挿通孔の切欠かれた部分において支持部材と第２保持部との干渉が起こらない。このため、第１挟持体および保持部材ひいては挟持治具の可動範囲を更に広げることが可能となる。また支持部材を第２挿通孔の切り欠かれた部分を通すことにより、第２挟持体を第２保持部すなわち保持部材から容易に取り外すことができるため、作業性を高めることができる。

上記第１挟持体の側面および第１挿通孔の内面にはネジ溝が形成されているとよい。これにより、第１挟持体を第１挿通孔に螺合することでそれらが固定される。したがって、第１挟持体の固定剛性を高めることができ、ひいてはワークの固定剛性の更なる向上を図ることが可能となる。また第１挟持体を螺合してワークに当接させることにより、第１挟持体の位置決めを容易に行うことができる。

当該挟持治具がワークを挟持した状態において、第１挟持体の第１保持部と平行な断面での中心、第１挟持体とワークとの接触点、第２挟持体とワークとの接触点、第２挟持体の中心、および第２挿通孔の中心とが同一直線状に位置するとよい。これにより、第１挟持体および第２挟持体による固定力を被挟持体に最も効率的に負荷することができる。換言すれば、第１挟持体および第２挟持体からの固定力の分散を最大限に抑制することができる。したがって、挟持治具による固定剛性をより高めることが可能となる。

本実施形態にかかる挟持治具の使用現場を例示する図である。 本実施形態の挟持治具を示す図である。 本実施形態の挟持治具を示す図である。 挟持治具がパネル部材を挟持した状態を模式的に示した図である。 挟持治具における第１挟持体および保持部材の可動範囲を説明する図である。 保持部材の他の例を示す図である

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかる挟持治具１００の使用現場を例示する図である。図１では、車両の組立工程において本実施形態の挟持治具１００を用いる場合を例示している。ただし、これに限定するものではなく、本実施形態の挟持治具１００は、車両以外の製品の組立工程に用いることもできるし、組立工程以外の工程、例えば検査工程等における試験体の挟持にも用いることができる。

図１に示すように、本実施形態では、挟持治具１００は、所定のワークとして車両のパネル部材１０２を挟持する。ワークは、本実施形態におけるパネル部材１０２のように、後述する第１挟持体１１０および第２挟持体１２０が接触する面が平坦であること、すなわち板状またはブロック状であることが好ましい。

図２および図３は、本実施形態の挟持治具１００を示す図である。図２に示すように、挟持治具１００は、ワーク（図２では図示していない）を挟持する第１挟持体１１０および第２挟持体１２０を備える。挟持治具１００はまた、保持部材１４０を備え、これは図２に示すように、第１挟持体１１０および第２挟持体１２０を保持する部材である。図３（ａ）は、第１挟持体１１０および第２挟持体１２０を保持部材１４０から取り外した状態を図示していて、図３（ｂ）は図３（ａ）の保持部材１４０を異なる角度から観察した状態を図示している。図３（ａ）に示すように第１挟持体１１０は棒状の部材であり、第２挟持体１２０は球状の部材である。

図４は、挟持治具１００がパネル部材１０２を挟持した状態を模式的に示した図である。図４（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、挟持治具１００がパネル部材１０２を挟持する前後の状態を示している。棒状の第１挟持体１１０は、図４（ｂ）に示すように、パネル部材１０２を挟持する際に、パネル部材１０２の第１の面（以下、第１面１０２ａと称する）に垂直に接触する。また本実施形態では、第１挟持体１１０の頂部に把持部１１２を設けている。これにより、第１挟持体１１０の操作を良好に行うことが可能となる。

図４（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１挟持体１１０の先端（１０２への接触端）、すなわち第１挟持体１１０のパネル部材１０２と接触する面を、円Ｃの円弧の一部となる円弧状としている。これにより、円弧状の中心がパネル部材１０２に接触する接触点Ｐ１となり、パネル部材１０２を良好に挟持することが可能となる。ただし、かかる構成は例示にすぎず、第１挟持体１１０の先端は、平坦であってもよいし、針状であってもよく、他の形状を除外するものではない。

図４（ｂ）に示すように、球状の第２挟持体１２０は、パネル部材１０２を挟持する際に、パネル部材１０２の第１面１０２ａの裏側の第２の面（以下、第２面１０２ｂと称する）に接触する。図３（ａ）に示すように、挟持治具１００はさらに支持部材１３０を備えていて、この支持部材１３０が台座１０４（図１（ａ）参照）に取り付けられることにより、第２挟持体１２０は支持部材１３０を介して台座１０４に支持される。

本実施形態のように球状の第２挟持体１２０がパネル部材１０２を直接挟持することにより、従来関節部に球体を用いていた場合の球殻との間の間隙が存在しない。したがって、従来のように関節部に球体を用いる場合に比して、高い固定剛性を得ることができる。また第２挟持体（球体）を覆う球殻が不要であることにより、球殻の剛性確保に伴う可動自由度の低下が生じることがない。したがって、上記構成によれば可動自由度および固定剛性の両方を向上させることが可能となる。

保持部材１４０は、既に述べたように第１挟持体１１０および第２挟持体１２０を保持する部材であり、第１保持部１４２、第２保持部１４４、およびパネル部材１０２を跨いでそれらを連結する第３保持部１４６を有する。すなわち本実施形態の保持部材１４０は、図３（ｂ）に示すように、第１保持部１４２、第２保持部１４４および第３保持部１４６からなるコの字形状を有する。なお、本実施形態では、第１保持部１４２と第３保持部１４６の連続箇所、および第２保持部１４４と第３保持部１４６との連続箇所が屈曲しているため、保持部材１４０はコの字形状であるが、それらの連続箇所を湾曲させることにより保持部材１４０をＵ字形状としてもよい。

第１保持部１４２は、第１挿通孔１４２ａを有し、この第１挿通孔１４２ａに第１挟持体１１０を挿通させることで第１挟持体１１０を保持する。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１挿通孔１４２ａの内面にネジ溝を形成している。一方、図３（ａ）に示すように、上述した第１挟持体１１０の側面にもネジ溝を形成している。これにより、把持部１１２を回転させながら第１挟持体１１０を第１挿通孔１４２ａに螺合することでそれらが固定され、第１挟持体１１０において高い固定剛性が得られる。したがって、挟持治具１００においてパネル部材１０２の固定剛性を高めることが可能となる。

また上記構成によれば、第１挟持体１１０を第１挿通孔１４２ａに螺合していくと、パネル部材１０２に当接した時点で第１挟持体１１０が位置決めされる。したがって、第１挟持体１１０の位置決めが容易であり、パネル部材１０２を確実に挟持できたか否かを適切に判断することが可能である。

第２保持部１４４は、第２挿通孔１４４ａを有し、この第２挿通孔１４４ａに支持部材１３０が挿通されることで、第２挟持体１２０をパネル部材１０２の反対側から保持する。第２挿通孔１４４ａは、支持部材１３０を挿通可能であるが、第２挟持体１２０を挿通不能である。すなわち、第２挿通孔１４４ａの幅は、支持部材１３０の径より大きく、第２挟持体１２０の径より小さい。これにより、第２挿通孔１４４ａからの第２挟持体１２０の脱落を防ぐことができる。

本実施形態の挟持治具１００によってパネル部材を挟持する際には、まず図１に示すように、第１挟持体１１０および第２挟持体１２０を保持部材１４０に保持させる。そして、図４（ａ）に示すように、保持部材１４０の内部空間において、第１挟持体１１０と第２挟持体１２０との間にパネル部材１０２を配置する。パネル部材１０２を配置したら、図４（ａ）の第１挟持体１１０を、把持部１１２（図３（ａ）参照）を回転させて第１挿通孔１４２ａに螺合し、第２挿通孔１４４ａが第２挟持体１２０と接触するまで第１挟持体１１０を第２挟持体１２０に接近させる。これにより、図４（ｂ）に示すように、第１挟持体１１０および第２挟持体１２０によってパネル部材１０２が挟持される。

図５は、挟持治具１００における第１挟持体１１０および保持部材１４０の可動範囲を説明する図である。図５（ａ）〜図５（ｆ）では、第１挟持体１１０の中心軸を線分Ｌ１とし、第２挟持体１２０の中心を通過する線分（支持部材１３０の中心軸）を線分Ｌ２としている。なお、図５（ａ）〜図５（ｆ）ではパネル部材１０２の図示を省略している。

図５（ａ）では、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角は−３０°であり、第１挟持体１１０および保持部材１４０は、第２挟持体１２０および支持部材１３０に対して、保持部材１４０のコの字の開口側に３０°傾斜している。図５（ｂ）では、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角は０°であり、第１挟持体１１０と支持部材１３０は同一直線上に位置し、パネル部材１０２（図１参照）は水平に固定される。図５（ｃ）では、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角は３０°であり、第１挟持体１１０および保持部材１４０は、第２挟持体１２０および支持部材１３０に対して、保持部材１４０の第３保持部１４６側に３０°傾斜している。

図５（ｄ）では、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角は６０°であり、第１挟持体１１０および保持部材１４０は、第２挟持体１２０および支持部材１３０に対して、保持部材１４０の第３保持部１４６側に６０°傾斜している。図５（ｅ）では、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角は９０°であり、パネル部材１０２（図１参照）は垂直に固定される。図５（ｆ）では、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角は１２０°であり、第１挟持体１１０および保持部材１４０は、第２挟持体１２０および支持部材１３０に対して、保持部材１４０の第３保持部１４６側に１２０°傾斜している。

本実施形態の挟持治具１００によれば、球状の第２挟持体１２０の球面は、求心性（保持性）を有し、保持部材１４０の反力を受ける接触面として利用される。そして、第２挟持体１２０が球状であることにより、その表面の全ての領域をパネル部材１０２との接触点として利用することができる。これらにより、図５（ａ）〜図５（ｆ）に示すように、可動自由度を飛躍的に高めることが可能となる。

特に本実施形態では、第２挿通孔１４４ａは、図３に示すように、第２保持部１４４に形成された切欠きである。本願に言う「切欠き」とは、孔が形成される部材の縁を湾状に切り欠いたものを言い、その周囲が閉曲線ではなく開曲線になっているものを意味する。例えば第２挿通孔１４４ａは切欠きだが、第１挿通孔１４２ａは切欠きではない。

具体的に本実施形態では、第２挿通孔１４４ａを、θ１の角度分を切り欠いた切欠きとしている。換言すれば、第２挿通孔１４４ａと第２挟持体１２０は、θ２の角度分、円弧状に接触する。このように第２挿通孔１４４ａを切欠き状にすることにより、第２挿通孔１４４ａの切欠かれた部分では支持部材１３０と第２保持部１４４との干渉が生じない。したがって、第１挟持体１１０および保持部材１４０ひいては挟持治具１００の可動範囲を飛躍的に広げることが可能となる。

また上記構成によれば、第２挿通孔１４４ａの切欠かれた箇所に支持部材１３０を通すことにより、第２挟持体１２０を第２保持部１４４すなわち保持部材１４０から容易に取り外すことができる。これにより、パネル部材１０２の形状に応じて保持部材１４０を簡単に交換することが可能となり、作業性の向上が図られる。また例えば保持部材１４０に第２挟持体１２０を保持させた状態ではパネル部材１０２を配置しづらい場合でも、パネル部材１０２を第２挟持体１２０の近傍に配置した後に保持部材１４０を取り付けることも可能である。

上述した第２挿通孔１４４ａの切欠きの角度であるθ１としては、例えば９０°を例示することができる。この場合、第２挿通孔１４４ａが第２挟持体１２０と接触する円弧の角度は２７０°となる。ただし、この値は例示にすぎず、これに限定するものではない。θ１は１８０°未満であれば、第２挿通孔１４４ａと第２挟持体１２０とが接触することによる固定力を十分に得ることが可能である。すなわち、θ１が小さいほどθ２は大きくなるため高い固定力を得ることができ、θ１が大きくなるほど可動自由度を高めることができる。したがって、θ１は、求める固定力および可動自由度に応じて適宜設定することが可能である。

更に本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、第２保持部１４４には、第２挟持体１２０を接触する面とは反対側の面の第２挿通孔１４４ａの周囲に、第２挿通孔１４４ａよりも幅広の段部１４４ｂを設けている。これにより、第２保持部１４４と支持部材１３０との干渉をより低減できるため、第１挟持体１１０および保持部材１４０ひいては挟持治具１００の可動自由度を更に高めることが可能となる。

なお、本実施形態では、第２挿通孔１４４ａが切欠き状になっている構成を例示したが、これに限定するものではなく、第２挿通孔１４４ａは丸穴状であってもよい。この場合、パネル部材１０２を挟持する際、第２挿通孔１４４ａは第２挟持体１２０に円状に接触することは言う間でもない。また本実施形態では、第２保持部１４４には１つの第２挿通孔１４４ａしか形成されていないが、これに限定されず、第２保持部１４４に２以上の第２挿通孔１４４ａを設ける構成としてもよい。

ここで本実施形態では、球状の第２挟持体１２０の球面の全域を第２保持部１４４において保持することができるため、図５（ａ）〜図５（ｆ）に示すように第１挟持体１１０および保持部材１４０は広い範囲で可動可能であるが、最も好ましくは、図５（ｂ）に示すように、Ｌ１とＬ２とが同一直線上に位置する状態でパネル部材１０２を挟持することが好ましい。すなわち、図４（ｂ）に示すように、挟持治具がパネル部材１０２を挟持した状態において、第１挟持体１１０の第１保持部１４２と平行な断面での中心Ｏ１、第１挟持体１１０とパネル部材１０２との接触点Ｐ１、第２挟持体１２０とパネル部材１０２との接触点Ｐ２、第２挟持体１２０の中心Ｏ２、および第２挿通孔１４４ａの中心Ｏ３とが同一直線状に位置することが好ましい。

図４（ｂ）および図５（ｂ）に示す状態でパネル部材１０２を挟持することにより、第１挟持体１１０および第２挟持体１２０からの固定力の分散を最大限に抑制することができる。したがって、第１挟持体１１０および第２挟持体１２０による固定力をパネル部材１０２に最も効率的に負荷し、挟持治具１００による固定剛性を最大限に発揮することが可能となる。

図６は、保持部材１４０の他の例を示す図である。上記説明した実施形態では、第１保持部１４２および第２保持部１４４は、第３保持部１４６の上下の縁それぞれからＬ字状に延びる形状を有していたが、この形状は例示にすぎず、これに限定するものではない。図６（ａ）の保持部材１４０ａでは、第１保持部１４２は、第３保持部１４６の一方の縁から直線状に延びている。図６（ｃ）の保持部材１４０ｃでは、第１保持部１４２を第３保持部１４６の一方の縁から面状に延ばし、その中間部分に切欠きを設けている。このように第１保持部１４２はＬ字形状以外の形状であってよく、第２保持部１４４においても同様である。このように保持部材１４０の形状を変化させることにより、更に多くの形状のパネル部材１０２に対応することが可能となる。

また図６（ｂ）の保持部材１４０ｂでは、第１保持部１４２と第２保持部１４４との位置を図２（ａ）に示す保持部材１４０とは逆転させている。図６（ｄ）の保持部材１４０ｄでは、第１保持部１４２および第２保持部１４４のＬ字形状を、図２（ａ）に示す保持部材１４０とは逆向きとしている。このような形状によっても上述した保持部材１４０と同様の効果を得ることが可能である。

なお、上記説明した実施形態では、図２（ａ）に示すように、第２保持部１４４および第３保持部１４６が板状である構成を例示したが、これに限定するものではない。第３保持部１４６は、第１保持部１４２および第２保持部１４４を連結可能であれば棒状であってもよいし、第２保持部１４４においても、第２挿通孔１４４ａを形成することが可能な太さであれば棒状であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、所定のワークを挟持する挟持治具に利用することができる。

Ｌ１…線分、Ｌ２…線分、１００…挟持治具、１０２…パネル部材、１０２ａ…第１面、１０２ｂ…第２面、１０４…台座、１１０…第１挟持体、１１２…把持部、１２０…第２挟持体、１３０…支持部材、１４０…保持部材、１４０ａ…保持部材、１４０ｂ…保持部材、１４０ｃ…保持部材、１４０ｄ…保持部材、１４２…第１保持部、１４２ａ…第１挿通孔、１４４…第２保持部、１４４ａ…第２挿通孔、１４４ｂ…段部、１４６…第３保持部

Claims (4)

1. 所定のワークを挟持する挟持治具において、
   前記ワークの第１の面に垂直に接触する棒状の第１挟持体と、
   前記ワークの第１の面の裏側の第２の面に接触する球状の第２挟持体と、
   前記第１挟持体および第２挟持体を保持する保持部材と、
   前記第２挟持体を支持する支持部材とを備え、
   前記保持部材は、
   第１挿通孔を有し前記第１挟持体を該第１挿通孔に挿通させることで該第１挟持体を保持する第１保持部と、
   前記第２挟持体を前記ワークの反対側から保持し前記支持部材を挿通させつつ該第２挟持体が挿通不能な第２挿通孔を有する第２保持部と、
   前記第１保持部および第２保持部を前記ワークを跨いで連結する第３保持部とを有し、
   前記第２挿通孔が前記第２挟持体と円弧状または円状に接触するまで前記第１挟持体が前記第２挟持体に接近することにより、該第１挟持体と該第２挟持体とによって該ワークが挟持されることを特徴とする挟持治具。
2. 前記第２挿通孔は、前記第２保持部に形成された切欠きであることを特徴とする請求項１に記載の挟持治具。
3. 前記第１挟持体の側面および前記第１挿通孔の内面にはネジ溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の挟持治具。
4. 当該挟持治具が前記ワークを挟持した状態において、
   前記第１挟持体の前記第１保持部と平行な断面での中心、該第１挟持体と前記ワークとの接触点、前記第２挟持体と該ワークとの接触点、該第２挟持体の中心、および前記第２挿通孔の中心とが同一直線状に位置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の挟持治具。

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