JP3617745B2 - コレット式クランプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレットによってロッドを狭持固定する形式のクランプに関し、例えば、工作機械用ワークサポートのサポートロッドを所定の高さ位置にクランピングするのに好適な技術である。
【0002】
【従来の技術】
この種のコレット式クランプには、コレットのテーパ外周面に筒状伝動具のテーパ内周面をテーパ係合させて上記コレットを縮径させ、その縮径されたコレットによってサポートロッドを狭持固定するように構成したものがある(例えば、本出願人が先に提案した実公平6−7868号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の狭持固定力を大きくするには、上記の係合用テーパ角度を小さくすることが必要である。
しかし、上記の従来技術では、係合用テーパ角度を小さくすると、係合を解除し始めるときに係合面同士の間に作用する静摩擦力が増加するため、その大きな静摩擦力によって係合を解除できなくなる。
このため、従来では、上記の係合用テーパ角度を6度から10度程度の値までしか小さくできず、狭持固定力を大きくするには限界があった。
本発明の目的は、大きな狭持固定力が得られる小形のコレット式クランプを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図1から図3、又は図4に示すように、コレット式クランプを次のように構成した。
ハウジング2内に挿入したロッド4に外嵌されるとともにテーパ外周面11を備えたコレット10と、そのテーパ外周面11に外側から対面するテーパ内周面15を備えた伝動具14と、そのテーパ内周面15と上記テーパ外周面11との間に形成した環状テーパ隙間Cと、その環状テーパ隙間Cに周方向かつ軸心方向に並べて挿入された多数のボールBと、上記の伝動具14を下方へ移動させて上記ボールBを介して上記コレット10を縮径させる第1駆動手段Fと、その縮径操作されたコレット10が下方へ移動するのを阻止するように前記ハウジング2の下端壁2bに設けたストッパー22と、同上の伝動具14を上方へ移動させて上記コレット10を縮径解除する第2駆動手段Sと、上記ハウジング2の下端壁2bに設けた上記ストッパー22へ上記コレット10を押圧する弾性体20とを備える。
【0005】
なお、上記の環状隙間Cへ挿入されるボールBは、周方向に接触して挿入される場合と周方向に所定の間隔をあけて挿入される場合とが考えられる。また、同上ボールBは、上記の環状隙間Cの軸心方向に接触するように挿入される場合と軸心方向に所定の間隔をあけて挿入される場合とが考えられる。
前記の第1駆動手段Fは、図1のクランプ用ピストン24や図4のクランプ用バネ31などによって構成することが考えられる。また、前記の第2駆動手段Sは、図1の復帰用バネ28や図4の復帰用ピストン32などによって構成することが考えられる。
【0006】
また、前記コレット10をストッパー22へ押圧するための前記の弾性体20は、ゴムやバネが考えられる。
【0007】
【発明の作用効果】
本発明は、上記のように構成したので、例えば図1に示すように、次の作用効果を奏する。
図示のアンクランプ状態では、伝動具14が上向き移動してコレット10の縮径を解除し、ロッド4がフリーになっている。
上記ロッド4を狭持固定するときには、第1駆動手段Fであるクランプ用ピストン24によって上記の伝動具14を下向き駆動する。すると、その伝動具14のテーパ内周面15がボールBを転動させながら上記コレット10のテーパ外周面11にスムーズに係合して、ストッパー22によって受け止められたコレット10を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット10が上記ロッド4の狭持固定領域Aを径方向へ押圧して、そのロッド4を図示の高さ位置にクランピングする。
【0008】
上記クランプ状態を解除するときには、第2駆動手段Sである復帰用バネ28によって上記の伝動具14を上側へ駆動する。すると、その伝動具14のテーパ内周面15が前記ボールBを転動させながらスムーズに上向き移動して、コレット10のテーパ外周面11の前記の係合状態が解除される。これにより、上記コレット10の拡径が許容されて、上記ロッド4が前記アンクランプ状態へ切換えられる。
【0009】
上述したように、本発明によれば、伝動具とコレットとのテーパ面同士の間に形成した環状テーパ隙間に多数のボールを周方向かつ軸心方向に並べて挿入したので、上記テーパ面同士の間に作用する摩擦がコロガリ摩擦となって、従来のスベリ摩擦と比べると摩擦力が大幅に小さくなる。このため、係合用テーパ角度を小さくしてもテーパ面同士の係合を容易に解除できる。ちなみに、従来では約6度までしか小さくできなかった係合用テーパ角度を、本発明では約2度まで小さくすることが可能となった。
その結果、コレット式クランプは、大きな狭持固定力を備えることと小形に造ることとを両立できる。
【0010】
しかも、本発明によれば、上記テーパ面同士の間の摩擦力が大幅に小さくなるので摩擦によるエネルギ損失も大幅に低減できる。このため、伝動具の駆動手段を小容量化してコレット式クランプをさらに小形に造れるうえ、駆動エネルギの消費量も少なくなる。
【0011】
また、前記のコレットを弾性体によって前記ストッパーへ押圧することにより、そのコレットをクランプ解除状態の初期位置に復帰させる構成を簡素に造れる。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1から図3は、本発明の第1実施形態を示している。図1は、本発明のコレット式クランプを利用したワークサポート1の縦断面図である。図2は、上記の図1中のII−II線矢視の端面図である。図3は、上記クランプに設けたコレットの斜視図である。
【0013】
この場合、ワークサポート1が油圧力によってクランプされると共にバネ力よってクランプ解除される。
上記ワークサポート1のハウジング2は、上端壁2aと下端壁2bと胴部2cとからなり、複数の締結ボルト3(ここでは1本だけ示している)によってテーブルTに固定される。上記のハウジング2内にサポートロッド4が上下方向へ移動自在に挿入される。そのサポートロッド4が進出バネ5によって上向きに突出され、そのサポートロッド4の上部に設けたアタッチメント用ボルト6がワークピースWに接当される。なお、上記サポートロッド4の突出量は、規制ボルト7によって規制可能とされている。
【0014】
上記サポートロッド4の外周面の下半部分に狭持固定領域Aが設けられ、その狭持固定領域Aに筒状のコレット10が外嵌される。そのコレット10は、上すぼまりのテーパ外周面11が形成されており、上下方向へ延びる1つのスリット12によって弾性的に縮径されるようになっている。上記コレット10の外周側に環状の伝動具14が配置され、その伝動具14のテーパ内周面15が上記のコレット10のテーパ外周面11に上側から対面される。
なお、図1に示すように、これらテーパ外周面11とテーパ内周面15の勾配αは同一に設定されている。その勾配αの2倍の値であるテーパ角度(図示せず)は、約2度から約10度の範囲内であることが好ましく、ここでは約4度に設定してある。
【0015】
上記テーパ外周面11とテーパ内周面15との間に形成した環状テーパ隙間Cには多数のボールBが挿入される。これらボールBは、上記の環状テーパ隙間Cの周方向に接触して挿入されると共に軸心方向にも接触するように積層されている。
上記ボールBは、押圧バネ17によって上記コレット10の上フランジ18へ押上げられて整列される。そのコレット10は、押圧ゴム( 弾性体)20の弾性力と上スリーブ21とによって前記の下端壁2bのストッパー22へ押圧され、アンクランプ下降状態に位置決めされている。
【0016】
上記の伝動具14から径方向の外側へクランプ用ピストン24(第1駆動手段F)が突出され、そのピストン24の上側に油圧作動室25が形成されるとともに下側にバネ室26が形成される。上記の作動室25に圧油給排口27が連通され、バネ室26に復帰用バネ28(第2駆動手段S)が装着される。なお、上記バネ室26の呼吸路29にはフィルタ30が装着されている。
【0017】
前記ワークピースWは、例えば次の手順でワークサポート1によって支持される。
図1に示すクランプ解除状態では、油圧作動室25から圧油が排出され、ピストン24及び伝動具14が復帰用バネ28によって上向き移動してコレット10の縮径を解除し、サポートロッド4が進出バネ5によって上向きに突出されている。そのクランプ解除状態で、ワークピースWを上側から搬入して、そのワークピースWの本体部分を支持台(図示せず)に受け止めるとともに図示のワークピース突出部分を上記サポートロッド4のアタッチメント用ボルト6に上側から接当させる。これにより、サポートロッド4が図示の高さ位置に退入される。
【0018】
その後、上記の油圧作動室25内へ圧油を供給する。すると、その作動室25からピストン24へ作用する油圧力によって上記の伝動具14が下向きに移動され、その伝動具14のテーパ内周面15が前記ボールBを転動させながらコレット10のテーパ外周面11にスムーズに係合していき、ストッパー22によって受け止められた上記コレット10を縮径させる。これにより、その縮径されたコレット10がサポートロッド4の狭持固定領域Aを求心方向へ押圧し、そのサポートロッド4を図示の高さ位置に狭持固定する。
上記クランプ状態でワークピースWの上面を機械加工し、その加工時の押し下げ力を上記サポートロッド4のサポート力によって軸心方向に強力に受け止めるのである。
【0019】
ちなみに、前記の従来技術のテーパ係合面間に作用するスベリ摩擦力を極めて小さくすると共に係合用テーパ角度を4度に設定した試作品を造り、そのスベリ式の従来タイプ試作品のサポートロッドのサポート力と、ボール式の本発明に基づいて係合用テーパ角度を4度に設定した場合のサポートロッド4のサポート力とを比較すると、次の通りである。
即ち、上記サポートロッドとコレットとの間の静摩擦係数を0.2に設定した場合において、従来タイプ試作品の場合には、伝動具に加えたクランプ用駆動力の約2.2倍のサポート力が得られるのに対して、本発明の場合には、伝動具14に加えたクランプ用駆動力の約4倍から約6倍のサポート力が得られることが分かった。
【0020】
より詳しくいえば、ボール式の本発明の場合には、伝動具14に加えたクランプ用駆動力の約20倍から30倍の力がコレット10の求心方向の狭持固定力へ変換され、このため、その狭持固定力に前記の静摩擦係数(ここでは0.2)を乗じて得られるサポート力が上記クランプ用駆動力の約4倍から約6倍の値となったのである。一方、スベリ式の従来タイプ試作品の場合には、伝動具に加えたクランプ用駆動力の約11倍の力がコレットの求心方向の狭持固定力へ変換され、このため、その狭持固定力に同上の静摩擦係数(ここでは0.2)を乗じて得られるサポート力が上記クランプ用駆動力の約2.2倍の値となったのである。
【0021】
従って、本発明によれば、大きなサポート力(即ち、大きな狭持固定力)を備えた場合であってもクランプ用ピストン24等の駆動手段が小形でよく、ワークサポート1をコンパクトに造れる。
なお、本発明では従来タイプ試作品の約2から3倍の狭持固定力が得られるのは、係合用テーパ面間に介在させた多数のボールBの存在によって、スベリ摩擦と比べると摩擦熱による損失がほとんど生じないからであると理解される。
【0022】
前記の機械加工が終了した後、前記の油圧作動室25から圧油を排出する。すると、同上ピストン24及び伝動具14が復帰用バネ28によって上側へ押圧され、その伝動具14のテーパ内周面15が前記ボールBを転動させながらスムーズに上向き移動し、コレット10のテーパ外周面11の前記の押圧状態が解除される。これにより、上記コレット10が自己の弾性復元力によって拡径されて、上記サポートロッド4のクランプ状態が解除される。
【0023】
上記の実施形態は、さらに次の長所を奏する。
上記のテーパ外周面11・テーパ内周面15・ボールBは、スベリ抵抗と比べると遥かに小さいコロガリ抵抗を受けるだけであり、そのうえ、焼き入れ等の硬化処理を施すことによって経年変化がほとんど生じないので、寿命が長い。このため、ワークサポート1を長期間にわたってメンテナンスフリーで使用できる。
また、上記ボールBは、直径精度が高い市販品を安価に入手できるので、ワークサポート1の組立て精度が向上するうえ製作コストも低減できる。
【0024】
なお、上記の第1実施形態において、上記の伝動具14とピストン24とは、図示のように一体に形成することに代えて、別体に形成することも可能である。また、前記の復帰用バネ28の付勢力は、上記ピストン24へ作用させることに代えて、伝動具14へ作用させてもよい。
前記の押圧バネ17は、ボールBを下向きに押圧するように配置してもよい。この場合、伝動具14の下部にボール受け止め用フランジが形成される。また、上記ボールBを押圧する弾性体は、上記バネ17に代えてゴム等によって構成してもよく、さらには、省略することも可能である。
また、コレット10をストッパー22へ押圧するための前記の弾性体は、押圧ゴム20に代えて、皿バネや圧縮コイルバネ等のバネであってもよい。
【0025】
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態を示し、前記の図1に相当する図である。この第2実施形態においては、上記の第1実施形態と同じ構成の部材には原則として同一の符号を付けて説明する。
【0026】
この場合、ワークサポート1がバネ力によってクランプされると共に油圧力によってクランプ解除される。
即ち、伝動具14はクランプ用バネ31(第1駆動手段F)によって下向きに付勢される。その伝動具14が環状の復帰用ピストン32によって上記クランプ用バネ31に抗して上向き移動される。そのピストン32は、ハウジング2の下端壁2bの底部分を構成する下蓋33に外嵌されており、その下蓋33にストッパー22が形成されている。環状テーパ隙間Cに挿入された複数のボールBは、弾性体である上下のバネ34・35によって途中高さに押圧されて整列される。
【0027】
なお、上記の復帰用ピストン32と伝動具14とは、別体に構成することに代えて、一体に構成してもよい。
また、上記の上下のバネ34・35のいずれか一方または両方を省略することも可能である。
【0028】
図5から図8は、それぞれ、本発明の変形例を示している。これらの各変形例においても、上述の各実施形態と同じ構成の部材には原則として同一の符号を付けて説明する。
【0029】
図5の第1変形例は、前記の図1に相当する部分拡大図であって、前記の環状テーパ隙間C内に積層されたボールB・B同士の間に環状のスペーサ37を装着して、前記の押圧バネ17によって押上げられた複数のボールBをリング38を介して前記の上スリーブ21に受け止めたものである。これにより、上記ボールB・B同士の干渉を防止してコロガリ抵抗を低減できる。
【0030】
図6の第2変形例は、前記の図2に相当する図であって、コレット10のテーパ外周面11に軸心方向(この紙面に直交する方向)へ延びるアーク溝40を形成し、各アーク溝40にボールBを保持したものである。
【0031】
図7の第3変形例は、前記の図3に相当する図であって、前記コレット10に複数のスリット12を設けたものである。
【0032】
図8の第4変形例は、同上の図3に相当する図であって、同上コレット10を複数の分割体10aによって構成して、隣り合う分割体10a・10aを拡径用バネ41によって縮径解除させるようにしたものである。符号42はガイドピンである。なお、上記の分割体10aは、自己の弾性復元力によって縮径解除されるように構成することも可能である。
【0033】
上記の各実施形態や変形例は、さらに次のように変更可能である。
前記サポートロッド4を上向きに進出させる手段は、前記の進出バネ5に代えてゴム等の他の種類の弾性体や圧縮空気を利用してもよい。
作動室25(36)へ供給される圧力流体は、圧油等の液体に代えて、空気等の気体であってもよい。
【0034】
上記ワークサポート1は、サポートロッド4の軸心が垂直方向になるように設置することに代えて、その軸心が水平方向や斜め方向になるように設置することも可能である。
さらに、本発明のコレット式クランプは、ワークサポート1に適用したものに代えて、流体圧シリンダ装置のピストンロッドをロック・ロック解除する用途に適用したり、エレベータや搬送用パレット等の移動体に付設したロッドをロック・ロック解除する用途に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示し、コレット式クランプを利用したワークサポートの縦断面図である。
【図2】上記の図1中のII−II線矢視の端面図である。
【図3】上記クランプに設けたコレットの斜視図である。
【図4】本発明の第2実施形態を示し、前記の図1に相当する図である。
【図5】本発明の第1変形例を示し、前記の図1に相当する部分拡大図である。
【図6】本発明の第2変形例を示し、前記の図2に相当する図である。
【図7】本発明の第3変形例を示し、前記の図3に相当する図である。
【図8】本発明の第4変形例を示し、同上の図3に相当する図である。
【符号の説明】
2…ハウジング、2b…ハウジング2の下端壁、4…ロッド(サポートロッド)、10…コレット、11…テーパ外周面、14…伝動具、15…テーパ内周面、20…弾性体(押圧ゴム,バネ ) 、22…ストッパー、24…クランプ用ピストン、28…復帰用バネ、31…クランプ用バネ、32…復帰用ピストン、B…ボール、C…環状テーパ隙間、F…第1駆動手段、S…第2駆動手段。
Claims (3)
- ハウジング(2)内に挿入したロッド(4)に外嵌されるとともにテーパ外周面(11)を備えたコレット(10)と、そのテーパ外周面(11)に外側から対面するテーパ内周面(15)を備えた伝動具(14)と、そのテーパ内周面(15)と上記テーパ外周面(11)との間に形成した環状テーパ隙間(C)と、その環状テーパ隙間(C)に周方向かつ軸心方向に並べて挿入された多数のボール(B)と、上記の伝動具(14)を下方へ移動させて上記ボール(B)を介して上記コレット(10)を縮径させる第1駆動手段(F)と、その縮径操作されたコレット(10)が下方へ移動するのを阻止するように前記ハウジング ( 2 ) の下端壁 ( 2b ) に設けたストッパー(22)と、同上の伝動具(14)を上方へ移動させて上記コレット(10)を縮径解除する第2駆動手段(S)と、上記ハウジング ( 2 ) の下端壁 ( 2b ) に設けた上記ストッパー ( 22 ) へ上記コレット ( 10 ) を押圧する弾性体 ( 20 ) とを備える、ことを特徴とするコレット式クランプ。
- 請求項1に記載のコレット式クランプにおいて、
前記の第1駆動手段(F)をクランプ用ピストン(24)によって構成するとともに、前記の第2駆動手段(S)を復帰用バネ(28)によって構成した、ことを特徴とするコレット式クランプ。 - 請求項1に記載のコレット式クランプにおいて、
前記の第1駆動手段(F)をクランプ用バネ(31)によって構成するとともに、前記の第2駆動手段(S)を復帰用ピストン(32)によって構成した、ことを特徴とするコレット式クランプ。
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