特許 5690275 クランプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5690275

(24)【登録日】2015年2月6日

(45)【発行日】2015年3月25日

(54)【発明の名称】クランプ装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 3/00 20060101AFI20150305BHJP

   B23Q 3/06 20060101ALN20150305BHJP

【ＦＩ】

   B23Q3/00 A

   !B23Q3/06 304F

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2011-536101(P2011-536101)

(86)(22)【出願日】2010年10月5日

(86)【国際出願番号】JP2010067406

(87)【国際公開番号】WO2011046039

(87)【国際公開日】20110421

【審査請求日】2013年7月5日

(31)【優先権主張番号】特願2009-252393(P2009-252393)

(32)【優先日】2009年10月13日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】391003989

【氏名又は名称】株式会社コスメック

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】春名 陽介

【審査官】 足立 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０９６０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１０１７６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−００７５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２００３２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ ３／００

Ｂ２３Ｑ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基準ブロック(１)に可動ブロック(２)を心合わせして固定するように構成した、クランプ装置であって、
上記の基準ブロック(１)内に上下方向へ移動可能で保密状に挿入されたピストン(１５)と、
上記ピストン(１５)の上側に形成されて圧力流体が供給および排出されるロック室(１６)と、
上記ピストン(１５)の下側に形成されて圧力流体が供給および排出されるリリース室(１７)と、
上記の可動ブロック(２)内に挿入されるように上記の基準ブロック(１)から上方へ突出された環状のプラグ部分(２６)と、
上記プラグ部分(２６)の外周に上下方向へ移動可能に支持されるストレート内周面(２９)と、上記の可動ブロック(２)に設けたテーパ孔(１１)に係合するテーパ外周面(３０)とを有するスリーブ(２８)であって、直径方向へ拡大および縮小可能なスリーブ(２８)と、
上記プラグ部分(２６)の筒孔(２６ａ)に上下方向へ移動可能に挿入されると共に上記ピストン(１５)に連結されて上記の可動ブロック(２)を下方へ移動させる出力ロッド(３５)と、
上記ロック室(１６)の上壁(１６ａ)に凹状に形成されたバネ装着穴(４８)と、
上記ピストン(１５)を下方へ付勢するように上記バネ装着穴(４８)に挿入したロックバネ(４９)と、
上記スリーブ(２８)の下方で上記の基準ブロック(１)の外面と上記バネ装着穴(４８)とを連通させる貫通孔(５５)と、
上記スリーブ(２８)に対面するように上記の貫通孔(５５)に保密状に挿入された押部材(５６)と、
上記の押部材(５６)を介して上記スリーブ(２８)を所定の力で上方へ付勢するように当該押部材(５６)の下側に配置された圧縮コイルバネからなる進出バネ(Ａ)と、
を備える、ことを特徴とするクランプ装置。

【請求項2】

請求項１のクランプ装置において、
前記バネ装着穴(４８)を周方向へほぼ等間隔に複数設けた、ことを特徴とするクランプ装置。

【請求項3】

請求項１のクランプ装置において、
前記バネ装着穴(４８)を環状に一つだけ形成した、ことを特徴とするクランプ装置。

【請求項4】

請求項２のクランプ装置において、
前記の複数のバネ装着穴(４８)のうちの少なくとも一つのバネ装着穴(４８)と前記の基準ブロック(１)の外面とを前記の貫通孔(５５)によって連通させた、ことを特徴とするクランプ装置。

【請求項5】

請求項４のクランプ装置において、
前記ロックバネ(４９)を圧縮コイルバネによって構成し、前記の貫通孔(５５)が連通しているバネ装着穴(４８)に挿入されたロックバネ(４９)が前記の進出バネ(Ａ)を兼用する、ことを特徴とするクランプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、クランプ装置に関し、より詳しくいえば、マシニングセンタのテーブル等の基準ブロックにワークパレット等の可動ブロックを心合わせした状態で固定する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

この種のクランプ装置には、従来では、特許文献１(日本国・特開２０００−３８５６４号公報)に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。
基準ブロックのハウジング内にピストンを上下方向へ移動可能に挿入し、そのピストンの上側にロック用のバネ室を形成し、そのバネ室に、上下方向へ積層させた多数の皿バネを装着する。また、上記ピストンの下側に、圧油が供給および排出されるリリース室を形成する。上記ハウジングから環状のプラグ部分を上方へ突出させる。その環状のプラグ部分の外周面と可動ブロックのテーパ孔との間に、直径方向へ拡大および縮小可能なテーパ形スリーブを介在させる。そのスリーブを所定の力で上方へ付勢する皿バネを、当該スリーブの下面と上記ハウジングの外面との間に装着する。上記プラグ部分の筒孔に出力ロッドを上下方向へ移動可能に挿入し、その出力ロッドを上記ピストンに連結する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−３８５６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の従来技術は、クランプ駆動時に、上記の出力ロッドが係合ボールを介して可動ブロックを下降させることにより、その可動ブロックに設けた前記テーパ孔が、前記の皿バネの付勢力によって上昇位置に保持された上記スリーブを縮径させて当該スリーブを前記プラグ部分に密着させ、引き続いて、上記の皿バネの付勢力に抗して上記スリーブを所定のストロークを下降させて、可動ブロックの被支持面を上記ハウジングの支持面に接当させる。これにより、上記の従来技術は、基準ブロックのハウジングに可動ブロックを水平方向に拘束すると共に上下方向に拘束できる点で優れるが、次の点で改善の余地が残されていた。

【0005】

上記の従来技術の皿バネは、バネ定数が大きいので、クランプ時における上記の下降ストロークが小さくならざるを得ない。この場合、可動ブロックの被支持面をハウジングの支持面に確実に接当させためには、クランプ装置の構成部品の寸法公差を厳密に管理する必要があり、上記の構成部品の加工コストが高くなる。

【0006】

この問題を解消するため、本発明者は、本発明に先立って、上記スリーブの下面とハウジングの外面との間に、上記の皿バネに代えて圧縮コイルバネを装着することを考えた。その圧縮コイルバネは、皿バネと比べてバネ定数が小さいので上記の下降ストロークを大きくできる反面、バネ全長が大きくてクランプ装置の背丈が高くなるうえ、そのバネ内に切り粉等の異物が侵入しやすいという弊害が新たに発生する。
本発明の目的は、上記の各種の弊害を解消することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１に示すように、基準ブロック１に可動ブロック２を心合わせして固定するように構成したクランプ装置を、次のように構成した。
上記の基準ブロック１内にピストン１５を上下方向へ移動可能で保密状に挿入する。上記ピストン１５の上側に、圧力流体が供給および排出されるロック室１６を形成し、上記ピストン１５の下側に、圧力流体が供給および排出されるリリース室１７を形成する。上記の基準ブロック１から環状のプラグ部分２６を上方へ突出させ、そのプラグ部分２６が上記の可動ブロック２内に挿入されるように構成する。直径方向へ拡大および縮小可能なスリーブ２８を設け、そのスリーブ２８のストレート内周面２９を、上記プラグ部分２６の外周に上下方向へ移動可能に支持し、上記スリーブ２８のテーパ外周面３０を、上記の可動ブロック２に設けたテーパ孔１１に係合可能に構成する。上記プラグ部分２６の筒孔２６ａに、上記の可動ブロック２を下方へ移動させる出力ロッド３５を上下方向へ移動可能に挿入し、その出力ロッド３５を上記ピストン１５に連結する。上記ロック室１６の上壁１６ａにバネ装着穴４８を凹状に形成する。上記バネ装着穴４８に、上記ピストン１５を下方へ付勢するロックバネ４９を挿入する。上記スリーブ２８の下方で上記の基準ブロック１の外面と上記バネ装着穴４８とを貫通孔５５によって連通させる。上記の貫通孔５５に、上記スリーブ２８に対面するように押部材５６を保密状に挿入する。当該押部材５６の下側に、圧縮コイルバネからなる進出バネＡを配置し、その進出バネＡが上記の押部材５６を介して上記スリーブ２８を所定の力で上方へ付勢する。

【0008】

本発明は、次の作用効果を奏する。
本発明によれば、スリーブを所定の力で付勢する進出バネの装着箇所が、当該スリーブの下面とハウジングの外面との間に制約されないので、皿バネよりもバネ定数が小さい圧縮コイルバネを採用することが可能となり、これにより、クランプ時におけるスリーブの下降ストロークを皿バネよりも大きな値を設定できる。
また、上記スリーブの下面とハウジングの外面との間から上記皿バネの装着スペースを無くせるので、その分だけ前記プラグ部分の背丈を小さくなる。このため、ワークの機械加工時の加工力等によって上記プラグ部分の基部に作用する曲げモーメントが小さくなり、クランプ装置の剛性が高まる。
しかも、本発明の進出バネは、ハウジング内に装着されるので、クランプ装置の背丈が高くなることを防止でき、そのうえ、切り粉等の異物が侵入することを防止できる。

【0009】

本発明においては、前記バネ装着穴４８を周方向へほぼ等間隔に複数設けることが好ましい。この場合、ロックバネは、所定の付勢力を確保することと全高を小さくすることとを両立できる。

【0010】

また、本発明においては、前記バネ装着穴４８を環状に一つだけ形成してもよい。

【0011】

本発明においては、前記の複数のバネ装着穴４８のうちの少なくとも一つのバネ装着穴４８と前記の基準ブロック１の外面とを前記の貫通孔５５によって連通させることが好ましい。

【0012】

また、本発明においては、前記ロックバネ４９を圧縮コイルバネによって構成し、前記の貫通孔５５が連通しているバネ装着穴４８に挿入されたロックバネ４９が前記の進出バネを兼用することが、さらに好ましい。これにより、前記スリーブを上方へ付勢する力は、一つ又は複数のロックバネを利用できるので、その付勢力の選択の自由度が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態を示し、クランプ装置のリリース状態の立面視断面図である。

【符号の説明】

【0014】

１：基準ブロック(クランプパレット)，２：可動ブロック(ワークパレット)，１１：テーパ孔，１５：ピストン，１６：ロック室，１６ａ：上壁，１７：リリース室，２６：プラグ部分，２６ａ：筒孔，２８：スリーブ，２９：ストレート内周面，３０：テーパ外周面，３５：出力ロッド，４８：バネ装着穴，４９：ロックバネ，５５：貫通孔，５６：押部材，Ａ：進出バネ．

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態を図１によって説明する。
基準ブロックとしてのクランプパレット１の上側には、可動ブロックとしてのワークパレット２が配置される。上記ワークパレット２の上面には複数のワークピースが別のクランプ装置によって着脱可能になっている(いずれも図示せず)。そして、図１は、上記クランプパレット１に上記ワークパレット２を装着した状態を示している。
上記クランプパレット１は、ベースプレート３と、そのベースプレート３に複数のボルト４(ここでは１本だけ示している)によって固定されたハウジング５とを備える。

【0016】

上記ワークパレット２の凹所７の大径部にシム部材８及びリング部材９が挿入され、これらシム部材８及びリング部材９が複数のボルト１０(ここでは１本だけ示している)によってワークパレット２に固定される。上記リング部材９には、位置決め用のテーパ孔１１とクランプ用の被係止部１２とが下側から順に形成される。上記リング部材９の内周部が下向きに突出され、その環状突出部の下面によって被支持面Ｔが構成されている。

【0017】

上記ハウジング５の下部内にピストン１５が上下方向へ移動可能で保密状に挿入される。そのピストン１５の上側にロック１６室が形成され、上記ピストンの下側にリリース１７室が形成される。上記ロック室１６は、後述する第１バネ装着穴５１と通路１９を介して第１ポート２１に連通される。また、リリース室１７は、第２ポート２２に連通される。上記の第１ポート２１と第２ポート２２には、それぞれ、圧縮空気が供給および排出される。

【0018】

上記ハウジング５から環状のプラグ部分２６が上方へ一体に突出され、そのプラグ部分２６が上記ワークパレット２の前記リング部材９内に挿入されるようになっている。
上記プラグ部分２６の下部の外周側でハウジング５の外面が上向きに突出され、その環状突出部の上面によって環状の支持面Ｓが構成されている。

【0019】

上記プラグ部分２６の下寄り部の外周に、直径方向へ拡大および縮小可能なスリーブ２８が配置される。上記スリーブ２８のストレート内周面２９がプラグ部分２６の外周面に上下方向へ移動可能に支持される。また、上記スリーブ２８のテーパ外周面３０が上記ワークパレット２の前記テーパ孔１１に係合可能とされる。ここでは、上記スリーブ２８の周壁の一部にスリット３１を形成することにより、上記ストレート内周面２９及びテーパ外周面３０が直径方向へ拡大および縮小可能になっている。なお、この実施形態では、上記スリーブ２８は、テーパ外周面３０に作用する外力によって縮径し、その外力を解除したときに自己の弾性復元力によって拡径する。
上記スリーブ２８の下部が、前記の支持面Ｓの半径方向の内側に形成された環状凹溝３３に挿入される。

【0020】

上記プラグ部分２６の筒孔２６ａに出力ロッド３５が上下方向へ移動可能に挿入される。その出力ロッド３５がボルト３６によって前記ピストン１５に連結される。上記プラグ部分２６の周壁の途中高さ部に周方向へ所定間隔をあけて複数の貫通孔３８が形成され、各貫通孔３８に係合ボール３９が半径方向の外方の係合位置(図示せず)と半径方向の内方の係合解除位置とに移動可能に支持される。上記の出力ロッド３５の外周面の上部には、上記の各係合ボール３９に対応させて、押圧面４１と退避溝４２とが上下に連ねて形成される。

【0021】

また、前記ロック室１６に供給した圧縮空気による下降力に加えて前記ピストン１５を下方へ付勢するために、複数のバネ装着穴４８と複数のロックバネ４９とが設けられる。
上記バネ装着穴４８は、ロック室１６の上壁１６ａに周方向へほぼ等間隔で凹状に設けた６つの第１装着穴５１と、上記ピストン１５に周方向へほぼ等間隔で凹状に設けた６つの第２装着穴５２とからなる。上記の第１装着穴５１の底壁と第２装着穴５２の底壁との間に、圧縮コイルバネからなる上記ロックバネ４９が挿入される。

【0022】

上記６つの第１装着穴５１のうちの３つの第１装着穴５１に、前記スリーブ２８を所定の力で上方へ押すための進出手段が配置される。
即ち、上記スリーブ２８の下方で上記ハウジング５の外面と上記の第１装着穴５１とを上下方向へ連通する貫通孔５５が形成される。その貫通孔５５に押部材５６が封止具５７を介して保密状に挿入され、その押部材５６の上端が上記スリーブ２８に下側から対面される。上記の押部材５６の下部に設けたバネ受け５９に前記ロックバネ４９の上端が接当される。これにより、当該ロックバネ４９が上記の押部材５６を介して上記スリーブ２８を所定の力で上方へ付勢する。即ち、当該ロックバネ４９が上記スリーブ２８を所定の力で付勢する進出バネＡを兼用している。
なお、上記スリーブ２８が所定量以上に上方へ移動することは、前記プラグ部分２６に設けた止め輪６１によって阻止されている。

【0023】

さらに、上記クランプ装置の嵌合面同士をクリーニングする手段が設けられる。即ち、前記ハウジング５にクリーニング用の圧縮空気の供給口６５が設けられると共に前記の出力ロッド３５の上端部分に噴出口６６が斜め上向きに設けられる。上記の供給口６５と上記の噴出口６６とが、上記出力ロッド３５内の横路６７と縦路６８によって連通されている。また、上記ハウジング５の支持面Ｓには、着座検出用のノズル７０が開口される。

【0024】

上記クランプ装置は、次のように作動する。図１の状態では、ロック１６室から圧縮空気を排出すると共にリリース１７室へ圧縮空気を供給している。これにより、そのリリース室の圧力によって上記ピストン１５がロックバネ４９に抗して出力ロッド３５を上昇させ、前記の各係合ボール３９が退避溝４２に対面して図示の係合解除位置へ移動可能になっている。また、進出バネＡを兼用しているロックバネ４９の付勢力が、押部材５６を介して前記スリーブ２８を上昇位置に保持している。そして、上記の図１に示すように、前記クランプパレット１に対して前記ワークパレット２が下降したときには、前記の凹所７の頂壁７ａが前記の出力ロッド３５の上面に接当して、その出力ロッド３５が上記ワークパレット２を受け止めている。

【0025】

上記の図１の状態で、リリース１７室から圧縮空気を排出すると共にロック室１６へ圧縮空気を供給すると、そのロック室１６の空圧力とロックバネ４９の付勢力が、ピストン１５を介して出力ロッド３５を強力に下降させていく。すると、まず、その出力ロッド３５の下降に追従して前記ワークパレット２が自重で下降していき、前記リング部材９の前記テーパ孔１１がスリーブ２８のテーパ外周面３０に接当する。これにより、上記ワークパレット２が、上記スリーブ２８と押部材５６とを介して、進出バネＡとしてのロックバネ４９を僅かに圧縮すると共に、上記テーパ孔１１が水平方向へ調心移動されて、その軸心が前記プラグ部分２６の軸心に合致する。

【0026】

これとほぼ同時に、上記の出力ロッド３５の前記の各押圧面４１が前記の各ボール３９を半径方向の外方の係合位置へ押圧し、その半径方向の押圧力が前記の被係止部１２を介して下向きの力へ変換され、その下向き力によって上記ワークパレット２を強力に下降させる。すると、前記リング部材９のテーパ孔１１が前記スリーブ２８のテーパ外周面３０に強力にテーパ係合して当該スリーブ２８を縮径させ、上記テーパ孔１１の軸心が前記プラグ部分２６の軸心に精密に合致すると共に、進出バネとしての前記ロックバネ４９の付勢力に抗して上記スリーブ２８がさらに下降され、前記の被支持面Ｔが前記の支持面Ｓによって受け止められる。これにより、上記ワークパレット２は、上記スリーブ２８のテーパ外周面３０を介してプラグ部分２６によって水平方向へ拘束されると共に上記の支持面Ｓによって上下方向へ拘束されることになり、その結果、上記のワークパレット２を上記クランプパレット１に精密かつ強力に位置決め固定できる。

【0027】

なお、クランプ装置は、上記クランプ状態から図１のアンクランプ状態へ上記の逆の手順で切換えられる。

【0028】

上記の実施形態は次の長所を奏する。
前記スリーブ２８の下面とハウジング５の外面との間から従来技術の皿バネの装着スペースを無くせるので、その分だけ前記プラグ部分２６の背丈を小さくできる。このため、ワークの機械加工時の加工力等によって上記プラグ部分２６の基部に作用する曲げモーメントが小さくなり、クランプ装置の剛性が高まる。

【0029】

また、上記の実施形態は次のように変更可能である。
前記の複数のバネ装着穴４８は、例示した６つに代えて、２つから５つ又は７つ以上であってもよい。また、進出バネを兼用させるロックバネ４９は、少なくとも一つであればよい。なお、前記ピストン１５に設けた前記の第２装着穴５２は省略可能である。
上記バネ装着穴４８は、周方向へ複数配置することに代えて、次のように構成することが可能である。即ち、バネ装着穴は、ロック室１６の上壁１６ａに形成した一つの環状の第１装着穴と、ピストン１５に形成した一つの環状の第２装着穴とによって構成する。上記の第１装着穴と第２装着穴とに、大径の圧縮コイルバネからなるロックバネを少なくとも一つ挿入する。上記の第１装着穴の底壁(図中の上面)の一部とハウジング５の外面とを前記の貫通孔５５によって連通させる。上記の貫通孔５５に保密状に挿入した押部材５６を、別の圧縮コイルバネからなる進出バネによって上方へ付勢する。

【0030】

前記スリーブ２８は、例示した環状体に限定されるものではなく、複数の分割体を環状に並べたものであってもよい。また、上記クランプ装置の係合具は、例示したテーパ孔からなる被係止部１２に対して係合するボール３９に代えて、ストレート係止孔に対して摩擦力や塑性変形力によって係合するコレットであってもよい。
ロック及びリリース用の圧力流体は、圧縮空気に代えて、窒素ガス等であってもよく、圧油等の液体であってもよい。

【0031】

前記の基準ブロックは、例示したクランプパレット１に代えてマシニングセンタや各種機械のテーブルであってもよい。また、前記の可動ブロックは、例示したワークパレット２に代えてワークピースであってもよい。上記の基準ブロックと可動ブロックとは、上下逆に配置したものであってもよく、例示した上下方向へ連結することに代えて、水平方向または斜め方向へ連結するものであってもよい。

【0032】

また、本発明のクランプ装置は、ワークパレットやワークピースのクランピングの用途に限定されるものではなく、金型やアタッチメント等のクランピングにも利用できることは勿論である。
また、本発明は、当業者が想定できる範囲でその他の変更を行えることは勿論である。

【図1】