JPH079290A - ワークのクランプ方法およびクランプ治具作成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ワークに対する加工面が制約されることなく如
何なる形状のワークにも対応することができるととも
に、クランプ力によるワークの歪みおよび変形等を防止
すること。 【構成】クランプ治具作成装置２０は、矢印Ｘ、Ｙ方向
に変位自在な上枠２６と、前記上枠２６に当接する下枠
３２と、室３４内に液体Ｗを注入する液体導入チューブ
４４と、前記室３４内に導入される液体Ｗを、凍結膨張
量を見込んだ量に調節する孔部５４と、前記室３４内に
収容されたワーク１０を下枠３２側に向かって押圧する
押圧部材５２と、ワーク１０の底面部を下枠３２の上面
部３０と面一に位置決めする台部材３８と、前記室３４
内に注入された液体Ｗを凍結する冷凍室５６とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークを切削加工等す
る際、前記ワークを液体中に浸漬し凍結することで治具
台またはパレット上に固定するワークのクランプ方法お
よびクランプ治具作成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ワークに対して切削加工またはド
リル加工等を施す場合、該ワークを固定するクランプ装
置が必要となる。ここで、図８に従来例に係るクランプ
装置の平面図を示す。

【０００３】このクランプ装置２は、締付ボルト４に軸
支され所定範囲内を回動するクランプアーム６ａ〜６ｃ
が治具台８（またはパレット）上に複数個（図中では３
個）配設されている。前記クランプ装置２では、前記ク
ランプアーム６ａ〜６ｃの先端部をシリンダブロック、
シリンダヘッド等のワーク１０の周縁部に当接するよう
に回動させ、前記締付ボルト４を緊締することにより前
記ワーク１０を治具台８に固定している。

【０００４】この場合、前記クランプアーム６ａ〜６ｃ
の押圧力に起因してワーク１０が変形するおそれがあ
る。この状態で前記変形したワーク１０を加工すると、
該ワーク１０と加工工具との間で位置ずれが生じ、高精
度な加工ができなくなる不都合がある。また、ワーク１
０の肉薄の部位を加工する場合、前記肉薄の部位を完全
に固定することができないため、その部位が振動する、
いわゆるビビリが発生して加工不良の生じる不都合があ
る。

【０００５】さらに、前記治具台８上に配設された複数
のクランプアーム６ａ〜６ｃが障害となって、加工部位
が制約されるという不都合がある。この場合、再度ワー
ク１０を固定し直して加工することも可能であるが作業
工程が増加するとともに、煩雑である。

【０００６】さらにまた、種々のワーク１０の形状に対
応したクランプ装置が必要であり、ワークの種類に応じ
て複数のクランプ装置を用意しなければならないことか
ら多大の費用を要する。

【０００７】一方、図９に示すように、前記ワーク１０
に対してドリル加工を施した場合、ドリル１２によって
穿孔された孔部の端面にバリ１４が発生するため、加工
後においてバリ取り作業が必要になる。また、加工時に
生じる切削粉が非加工部位に入り込んでしまう不具合も
ある。

【０００８】そこで、前記不都合を解決する技術的思想
として特開昭５８−１４３９３０号公報にワーク全体を
凍結して固定する冷凍チャック方法が開示されている。
この冷凍チャック方法は、冷凍枠のキャビティ内にワー
クを収容し、前記キャビティ内に液体を注入してワーク
を含む液体全体を凍結させることにより、該ワークを固
定するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５８−１４３９３０号公報に開示された従来技術では、
ワークをキャビティ内に固定した状態で加工を行うた
め、ワークの加工面が開口するキャビティの上面の一面
のみに制約されてしまうという不都合がある。

【００１０】本発明は、前記の不都合を克服するために
なされたものであって、ワークに対する加工面が制約さ
れることなく如何なる形状のワークにも対応することが
できるとともに、クランプ力によるワークの歪みおよび
変形等を防止して高精度な加工が可能なワークのクラン
プ方法およびクランプ治具作成装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、加工すべきワークを上枠と下枠とから
なる枠内に位置決めして収容する工程と、凍結膨張量を
見込んだ量の液体を前記枠内に導入する工程と、前記液
体を凍結させる工程と、前記ワークを、凍結した液体を
介して一方の枠内に残置し、他方の枠を取り除く工程
と、を有することを特徴とする。

【００１２】この場合、ワークの加工部位は、前記ワー
クが残置される一方の枠の開口部よりも取り除かれる他
方の枠側に配置されることが好ましい。

【００１３】また、本発明は、ワークを収容するための
室を画成し、離間可能な上枠および下枠と、前記室内に
液体を注入する液体注入手段と、前記室内に注入された
液体を凍結する凍結手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１４】さらに、上枠に開口部が画成され、前記開
口部は、液体注入手段によって注入される液体の量を、
凍結膨張量を見込んだ量に調節することが好ましい。

【００１５】さらにまた、上枠および下枠の内壁面は、
室の容積が一方の枠から他方の枠に向かって徐々に縮小
されるように傾斜して形成されることが好ましい。

【００１６】またさらに、ワークの加工部位を該ワーク
が残置される一方の枠の開口部よりも取り除かれる他方
の枠側に配置されるように位置決めする位置決め部材を
有することが好ましい。

【００１７】またさらに、下枠にはワークの加工用孔部
が画成されていることが好ましい。

【００１８】

【作用】上記の本発明に係るワークのクランプ方法およ
びクランプ治具作成装置では、加工すべきワークを、上
枠と下枠とからなる枠内に位置決めして収容する。次い
で、凍結膨張量を見込んだ量の液体を枠内に注入し、前
記液体を凍結させた後、上枠または下枠のいずれか一方
を取り除き、ワークを他方の枠に固定保持させる。この
後、露出したワークの所定部位に対して加工を行う。そ
の際、加工部位が残置した枠側にある場合には、上枠ま
たは下枠のいずれか一方の枠をワークの固定用として他
方の枠を取り除く。加工に際し、ワークは固化した液体
内に保持されており、加工工具は前記液体を含むブロッ
ク体を加工対象物として加工作業を行う。

【００１９】

【実施例】次に、本発明に係るワークのクランプ方法お
よびクランプ治具作成装置について、好適な実施例を挙
げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

【００２０】図２並びに図３に示すように、第１の実施
例に係るクランプ治具作成装置２０は、図示しないピス
トンの駆動作用下に矢印Ｘ、Ｙ方向に変位するピストン
ロッド２２の一端部にガイドプレート２４を介して連結
され、変位自在に設けられた上枠２６と、前記上枠２６
の底面部２８に当接する上面部３０が形成され、図示し
ないライン上に保持されたパレットとして機能する下枠
３２とから基本的に構成される。上枠２６、下枠３２間
には、前記底面部２８と上面部３０とが当接することに
よりその内部にワーク１０を収容する室３４が画成され
る（図３参照）。前記当接する底面部２８並びに上面部
３０には、シール部材を設けることにより当接部位から
の液体Ｗの漏洩を防止することができる。また、前記上
枠２６と下枠３２とで画成される室３４の形状は略角錐
台状に形成され、上枠２６から下枠３２に向かって拡開
して形成されている。なお、本実施例におけるワーク１
０としては、シリンダヘッドを使用している。

【００２１】前記下枠３２には室３４の一部となる凹部
３６が画成され、前記凹部３６の底面部にはワーク１０
を位置決めして載置するための複数の台部材３８が固着
されている。この台部材３８は直径が異なる大径部３８
ａと小径部３８ｂとからなり、螺子３９を介して前記大
径部３８ａと小径部３８ｂとが一体的に連結されてい
る。この場合、大径部３８ａのフランジ部４１は、後述
するように、上枠２６を変位させた際、凍結した液体Ｗ
を保持することによって下枠３２側に凍結した液体Ｗを
残置させる作用をなすものである。前記台部材３８とワ
ーク１０との間に該ワーク１０の高さを調節するための
介装部材４０が設けられている。この台部材３８並びに
介装部材４０を設けることによって、ワーク１０の底面
部を下枠３２の上面部３０と面一の高さ、またはそれ以
上の高さとすることができる。

【００２２】前記上枠２６の上面部には孔部４２が穿設
され、前記孔部４２にねじ止めして液体導入チューブ４
４が連結されている。前記上枠２６の上面部にはガイド
プレート２４が固着され、前記ガイドプレート２４の上
面にはピストンロッド２２の一端部を係止するための係
止部材４６が固着されている。前記ガイドプレート２４
には、上枠２６が矢印Ｘ、Ｙ方向に変位する際に上枠２
６を支持するとともに、下枠３２に好適に当接するよう
に案内するガイドロッド４８が設けられている。前記上
枠２６には、上面部に穿設された孔部４３を貫通してば
ね部材５０に係合する押圧部材５２が設けられている。
さらに、上枠２６の側面部には、前記液体導入チューブ
４４から導入された液体Ｗの内、余分な液体Ｗを外部に
流出させるための孔部５４（開口部）が画成されてい
る。この場合、予めワーク１０の容積等から注入された
液体Ｗの凍結膨張量を算出して、ワーク１０が完全に液
体Ｗに浸漬されるように底面部２８から孔部５４までの
高さＡを所定値に設定する。さらにまた、本実施例で
は、前記室３４内に導入された液体Ｗを凍結するための
凍結手段として機能する冷凍室５６が設けられている
（図３参照）。なお、凍結手段は、前記冷凍室５６に限
定されるものではなく、例えば、上枠２６および下枠３
２に冷却器（図示せず）を接続して直接上枠２６および
下枠３２を冷却することにより、液体Ｗを凍結してもよ
い。

【００２３】第１実施例に係るクランプ治具作成装置２
０は、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にこの装置によるクランプ治具の作成方法を説明す
る。

【００２４】先ず、鋳造成形等によって概略形成された
ワーク１０を、図１に示すように、下枠３２の凹部３６
内に配設された介装部材４０上に位置決めして載置す
る。この場合、介装部材４０の上部端面が下枠３２の上
面部３０と面一に形成されているため、ワーク１０の底
面部が前記上面部３０と面一の状態に設定されることに
なる。

【００２５】次に、図示しないシリンダの駆動作用下に
ピストンロッド２２を矢印Ｘ方向に変位させることによ
り上枠２６が矢印Ｘ方向に変位する（図２参照）。前記
上枠２６の変位終端において上枠２６の底面部２８と下
枠３２の上面部３０とが当接し、内部に室３４が画成さ
れる。この場合、前記上枠２６に設けられた押圧部材５
２は、ばね部材５０の弾性力の作用下にワーク１０の上
面を下方側に押圧して該ワーク１０を保持する。上枠２
６、下枠３２間の室３４内にワーク１０が収容された状
態で、これらを冷凍室５６内に移動させる（図３参
照）。

【００２６】次に、図示しない液体供給源から液体導入
チューブ４４を介して、室３４内に液体Ｗを導入する。
前記導入された液体Ｗは、略角錐台状に形成された室３
４の底面部２８から徐々に貯留され、ワーク１０に画成
された孔部内に浸透して図３に示す状態となる。この場
合、貯留される液体Ｗの量は、上枠２６の孔部５４の予
め設定された所定の高さＡによって決定される。なお、
この高さＡは、液体Ｗの凍結時にワーク１０を完全に浸
漬させる位置に設定されている。余分な液体Ｗは孔部５
４から外部に排出される。

【００２７】以上の状態に設定した後、冷凍室５６内に
おいて該クランプ治具作成装置２０を冷却する。この結
果、ワーク１０を浸漬する液体Ｗが凍結し、その凍結膨
張によりワーク１０の全体が固化した液体Ｗによって固
定保持される。前記凍結された液体Ｗの形状は室３４と
略同一形状である角錐台状となる（図４参照）。液体Ｗ
を凍結させた後、図示しないシリンダの駆動作用下に上
枠２６を矢印Ｙ方向に変位させて下枠３２から所定距離
離間させる。その際、下枠３２の内壁面は上枠２６側に
向かって縮開しているとともに、台部材３８の大径部３
８ａにフランジ部４１が設けられていることから、前記
下枠３２の内壁面および前記フランジ部４１を介して凍
結した液体Ｗを下枠３２側に保持することができる。こ
の結果、前記凍結した液体Ｗは下枠３２から離間するこ
となく該下枠３２と一体的に連結した状態となる。ま
た、上枠２６は下枠３２側に拡開しているためその離型
作業は極めて容易に行われる。このようにワーク１０は
凍結された液体Ｗ内に保持されて固定されるため、ワー
ク１０が如何なる形状であっても確実に下枠３２に固定
することができる。また、ワーク１０は、凍結された液
体Ｗを媒介して全体が一様に固定されているため、従来
のようなクランプアーム６ａ〜６ｃの極部的な押圧力に
よってワーク１０が変形することを防止することができ
る。以上のようにして、クランプ治具が作成される。

【００２８】このようにして前記固化された液体Ｗに保
持されたワーク１０は、図４に示すように、底面を除く
他の面を加工面として、ドリル６０並びにフライスカッ
タ６２等の切削工具で加工作業を行うことができる。そ
の際、固化してワーク１０を保持する前記液体Ｗとして
切削水を用いることにより、ドリル６０並びにフライス
カッタ６２の切刃に損傷を与えることなく好適にワーク
１０を切削加工することができる。従って、ワーク１０
の加工不能な面は底面だけとなる。この場合、例えば、
フライスカッタ６２を用いてワーク１０の肉薄の部位を
加工しても、固化された液体Ｗによって固定保持されて
いるため、前記肉薄の部位が振動していわゆるビビリを
発生させることなく加工することができる。

【００２９】一方、図５に示すように、前記と同様にし
て、凍結された液体Ｗに保持されたワーク１０ａを下枠
３２に固定し、前記ワーク１０ａに対して略水平方向に
横穴を穿設する場合には、図９に示すようにバリ１４を
発生させることなく、好適に穿孔することができる。ド
リル６０によって穿孔された孔部の端面が固化された液
体Ｗによって保持されているためである。さらに、加工
に際して、切削粉が非加工部位に入り込むことが阻止さ
れる。

【００３０】次に、本発明の他のクランプ方法について
第２の実施例に係るクランプ治具作成装置との関連で説
明する。なお、第１の実施例と同一の構成要素には同一
の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００３１】このクランプ治具作成装置７０は、図６に
示すように、基本的には、相対的に変位自在に設けられ
た上枠７２並びに下枠７４とから構成される。前記上枠
７２の凹部７６と下枠７４の凹部７８とにより室８０が
画成される。なお、前記上枠７２と下枠７４とが当接す
る部位には、室８０から液体Ｗが漏出することを防止す
るために図示しないシール部材を設けると好適である。

【００３２】前記上枠７２の凹部７６の底面部には、ワ
ーク１０を下方側に押圧するための突起部８２ａ〜８２
ｄが形成されている。前記下枠７４にはワーク１０の形
状より大きな凹部７８が画成され、前記凹部７８の底面
部にはワーク１０を位置決めして支持するための突出部
８４ａ、８４ｂが設けられている。前記下枠７４の縮径
して傾斜する側面部８６には、ワーク１０を加工する際
にドリルを挿通させるための複数の孔部８８ａ〜８８ｃ
（加工用孔部）が画成され、前記側面部８６の端部には
ワーク１０側に向かって膨出する膨出部９０ａ、９０ｂ
が設けられている。前記膨出部９０ａ、９０ｂは、凍結
した液体Ｗを下枠７４側に保持するためのものである。

【００３３】さらに、上枠７２の略中心部には室８０内
に液体Ｗを導入するための孔部９２が画成されている。
ここで、下枠７４は図示しない基台上に固定され、一
方、上枠７２は図示しない変位手段の駆動作用下に矢印
Ｘ、Ｙ方向に変位自在に設けられている。なお、前記ク
ランプ治具作成装置７０は、冷凍室５６内に配置され
る。

【００３４】第２実施例に係るクランプ治具作成装置７
０は基本的には以上のように構成されるものであり、次
にその作成方法について説明する。

【００３５】先ず、突出部８４ａ、８４ｂを介して位置
決めされたワーク１０が下枠７４の凹部７８内に収容さ
れた状態において、室８０に連通する孔部９２から、例
えば、液体導入チューブ等の液体注入手段を介して液体
Ｗを導入する。前記導入された液体Ｗは、下枠７４の凹
部７８内に徐々に貯留されて終局的にはワーク１０全体
を浸漬する。前記液体Ｗは、ワーク１０の上面部を充足
するまで導入される。この場合、ワーク１０の上方の凹
部７６内には空間部が画成され、液体Ｗが凍結した際ワ
ークの上面部から膨出してもよいように対処されてい
る。

【００３６】次に、以上のように設定した後、冷凍室５
６等の凍結手段を介して前記室８０内に貯留された液体
Ｗを凍結する。従って、ワーク１０は、前記凍結された
液体Ｗ内に保持されるとともに前記凍結された液体Ｗを
介して下枠７４に固定される。このような状態におい
て、上枠７２を矢印Ｙ方向に変位させて下枠７４から離
間させる。この場合、図７に示すように、ワーク１０は
凍結された液体Ｗを介して下枠７４の側面部８６に囲繞
されて保持固定されるため、該ワーク１０を保持するた
めのクランプ力が一層増強されることになる。

【００３７】そこで、図４に示すようなドリル６０並び
にフライスカッタ６２等の加工装置を用いて、凍結され
た液体Ｗ内に保持されたワーク１０に対して切削加工を
行うことができる。ワーク１０の側面から加工する場合
には、下枠７４の側面部８６に画成された孔部８８ａ〜
８８ｃにドリル６０を挿通させて行えばよい。

【００３８】以上のように、第１並びに第２実施例に係
るクランプ治具作成装置２０、７０では、ワーク１０の
大きさ、形状等に関わらず、ワーク１０を浸漬する液体
Ｗ全体を凍結して下枠３２、７４に対して該ワーク１０
を固定することができる。従って、クランプ力によるワ
ーク１０の歪みおよび変形等を防止することが可能であ
る。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係るワークのクランプ方法およ
びクランプ治具作成装置によれば、以下の効果が得られ
る。

【００４０】すなわち、ワークに対する加工面が制約さ
れることがないうえ、あらゆる形状、大きさのワークに
対応して該ワークを固定することができる。また、固化
された液体によってワーク全体が保持固定されるため、
前記ワークに歪み並びに変形を与えることがない。さら
に、ワークを加工する際、肉薄の部位であっても該肉薄
部位を固化された液体で固定することができるため、ビ
ビリが発生することなく、この結果、加工不良が生じる
ことがない。さらにまた、バリが発生しないため、バリ
取り作業を必要とすることなく作業能率を向上させるこ
とが可能となる。加えて、切削粉が非加工部位に入り込
むことを阻止することができる。

【００４１】このように、従来技術に存する種々の弊害
を防止し、ワークに対する高精度な加工を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るクランプ治具作成
装置を構成する下枠にワークが位置決めされた状態を示
す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係るクランプ治具作成
装置を構成する上枠と下枠とが離間した状態を示す断面
図である。

【図３】図２に示すクランプ治具作成装置において、室
内に液体が導入された状態を示す断面図である。

【図４】図２に示すクランプ治具作成装置において、上
枠を下枠から離間させ、凍結された液体内に包含された
ワークが下枠に固定された状態を示す断面図である。

【図５】図２に示すクランプ治具作成装置を構成する下
枠に固定されたワークの水平方向に横穴を穿孔する状態
を示す断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係るクランプ治具作成
装置を示す概略構成図である。

【図７】図６に示すクランプ治具作成装置を構成する下
枠に、凍結された液体に包含されたワークが固定された
状態を示す説明図である。

【図８】従来例に係るクランプ装置を示す平面図であ
る。

【図９】従来例に係るクランプ装置に固定されたワーク
の水平方向に横穴を穿孔する状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ…ワーク ２０、７０…クラ
ンプ治具作成装置 ２６、７２…上枠 ３２、７４…下枠 ３４、８０…室 ３８…台部材 ４０…介装部材 ４４…液体導入チ
ューブ ５４、８８ａ〜８８ｃ…孔部 ５６…冷凍室

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工すべきワークを上枠と下枠とからなる
   枠内に位置決めして収容する工程と、 凍結膨張量を見込んだ量の液体を前記枠内に導入する工
   程と、 前記液体を凍結させる工程と、 前記ワークを、凍結した液体を介して一方の枠内に残置
   し、他方の枠を取り除く工程と、 を有することを特徴とするワークのクランプ方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、ワークの加
   工部位は、前記ワークが残置される一方の枠の開口部よ
   りも取り除かれる他方の枠側に配置されることを特徴と
   するワークのクランプ方法。
3. 【請求項３】ワークを収容するための室を画成し、離間
   可能な上枠および下枠と、 前記室内に液体を注入する液体注入手段と、 前記室内に注入された液体を凍結する凍結手段と、 を備えることを特徴とするワークのクランプ治具作成装
   置。
4. 【請求項４】請求項３記載の装置において、上枠に開口
   部が画成され、前記開口部は、液体注入手段によって注
   入される液体の量を、凍結膨張量を見込んだ量に調節す
   ることを特徴とするワークのクランプ治具作成装置。
5. 【請求項５】請求項３または４記載の装置において、前
   記上枠および下枠の内壁面は、室の容積が一方の枠から
   他方の枠に向かって徐々に縮小されるように傾斜して形
   成されることを特徴とするワークのクランプ治具作成装
   置。
6. 【請求項６】請求項３乃至５のいずれかに記載の装置に
   おいて、ワークの加工部位を該ワークが残置される一方
   の枠の開口部よりも取り除かれる他方の枠側に配置され
   るように位置決めする位置決め部材を有することを特徴
   とするワークのクランプ治具作成装置。
7. 【請求項７】請求項３記載の装置において、下枠にはワ
   ークの加工用孔部が画成されていることを特徴とするワ
   ークのクランプ治具作成装置。