特許 7038973 ワーク把持治具及びワーク把持装置

(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】

(24)【登録日】2022-03-11

(45)【発行日】2022-03-22

(54)【発明の名称】ワーク把持治具及びワーク把持装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20220314BHJP

   B23B 31/20 20060101ALI20220314BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 B

B23B31/20 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018040496

(22)【出願日】2018-03-07

(65)【公開番号】P2019155368

(43)【公開日】2019-09-19

【審査請求日】2021-01-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】秋山 健

(72)【発明者】

【氏名】谷田 真裕

(72)【発明者】

【氏名】友松 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】三浦 雄一

(72)【発明者】

【氏名】品川 幹

【審査官】後藤 泰輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２００５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４３０９０４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００１－８７９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４５－２７８９５（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

Ｂ２３Ｂ ３１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央部にワークを挿入可能な開口部を備えたワーク把持治具であって、
周方向に分割された複数の分割片と、
該分割片の側面に配置され前記分割片同士を内方に収縮可能に連結する連結部材と、を含み、
前記分割片の各々は、側面の周方向の両端部に形成された凹部と、該凹部に形成された留穴と、を備える、
ことを特徴とするワーク把持治具。

【請求項2】

前記連結部材は、隣接する分割片の前記留穴に跨がって配置可能な長孔を備えた連結プレートと、前記長孔を介して前記留穴に接続される留具と、を備える請求項１に記載のワーク把持治具。

【請求項3】

前記ワークは、端面よりも外方に突出した突出部を有し、前記分割片は、前記端面と前記突出部との間に配置される、請求項１に記載のワーク把持治具。

【請求項4】

中央部にワークを挿入可能な開口部を備えたワーク把持治具と、該ワーク把持治具を内方に収縮可能に収容するコレットと、該コレットを内方に収縮可能に保持するホルダと、を備えたワーク把持装置であって、
前記ワーク把持治具は、請求項１～３の何れか一項に記載されたワーク把持治具である、ことを特徴とするワーク把持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワーク把持治具及びワーク把持装置に関し、特に、フランジ等の突出部を備えたワークの把持に適したワーク把持治具及びワーク把持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

２つのワークを突き合わせ、一方のワークを他方のワークに対して回転又は振動させることで生じる摩擦熱を利用して、ワークを軟化させつつ高圧化でワーク同士を接合する摩擦接合装置が知られている。この場合、ワークには、回転方向又は振動方向に大きな負荷（トルク）が生じるため、ワークを強固に把持する必要がある。

【0003】

かかるワークの把持方法として、いわゆるコレットチャック機構を用いた方法を採用することがある。しかしながら、一般的なコレットチャックでは、構造的にワークの接合部近傍での把持が不可能である。そこで、特許文献１に記載された発明では、コレット先端の内周部に周方向に分割可能な治具（例えば、sabot 107、spring ring 108）を用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許第５２４８０７８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の図５に記載された構成では、治具（spring ring 108）の分割片を接合面側の正面で連結しているため、例えば、摩擦接合される両方のワークにフランジが形成されている場合には、治具（spring ring 108）の接合面側の正面同士が対峙した状態のままワークが接合されてしまい、治具（spring ring 108）の分割片を取り外すことができなくなってしまうという問題がある。

【0006】

また、特許文献１に記載された構成では、治具（spring ring 108）の分割片が径方向内方に収縮可能に構成されているにも拘わらず、連結部材の位置が固定されていることから、連結部材が分割片の収縮を阻害し、ワークの外周に均等な把持力を付与することができないという問題がある。

【0007】

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、フランジ等の突出部を備えたワークであっても突出部に干渉することなく取り外すことができるとともに、ワークの外周に均等な把持力を付与することができる、ワーク把持治具及びワーク把持装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、中央部にワークを挿入可能な開口部を備えたワーク把持治具であって、周方向に分割された複数の分割片と、該分割片の側面に配置され前記分割片同士を内方に収縮可能に連結する連結部材と、を含み、前記分割片の各々は、側面の周方向の両端部に形成された凹部と、該凹部に形成された留穴と、を備える、ことを特徴とするワーク把持治具が提供される。

【0009】

また、本発明によれば、中央部にワークを挿入可能な開口部を備えたワーク把持治具と、該ワーク把持治具を内方に収縮可能に収容するコレットと、該コレットを内方に収縮可能に保持するホルダと、を備えたワーク把持装置であって、前記ワーク把持治具は、周方向に分割された複数の分割片と、該分割片の側面に配置され前記分割片同士を内方に収縮可能に連結する連結部材と、を含み、前記分割片の各々は、側面の周方向の両端部に形成された凹部と、該凹部に形成された留穴と、を備える、ことを特徴とするワーク把持装置が提供される。

【0011】

また、前記連結部材は、隣接する分割片の前記留穴に跨がって配置可能な長孔を備えた連結プレートと、前記長孔を介して前記留穴に接続される留具と、を備えていてもよい。

【0012】

また、前記ワークは、端面よりも外方に突出した突出部を有し、前記分割片は、前記端面と前記突出部との間に配置されていてもよい。

【発明の効果】

【0013】

上述した本発明に係るワーク把持治具及びワーク把持装置によれば、分割片を側面から連結部材で連結したことにより、例えば、フランジ等の突出部を備えたワーク同士を摩擦接合した場合であっても、分割片の側面から連結部材に容易にアクセスして取り外すことができ、分割片の連結を解除して容易にワーク把持治具を取り外すことができる。

【0014】

また、本発明によれば、連結部材により分割片を内方に収縮可能に連結したことにより、分割片を内方に収縮させてワークを把持する際に、ワークの外周に均等に把持力を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係るワーク把持装置を用いた摩擦接合装置を示す斜視図である。

【図2】図１に示したワーク把持装置（回転側）の断面図である。

【図3】図１に示したワーク把持治具の斜視図である。

【図4】図３に示したワーク把持治具の連結部を示す拡大図であり、（ａ）は連結前の状態、（ｂ）は連結後の状態、を示している。

【図5】ワーク把持治具の着脱方法を示す断面図であり、（ａ）は把持状態、（ｂ）は取り外し状態、を示している。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図１～図５（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係るワーク把持装置を用いた摩擦接合装置を示す斜視図である。図２は、図１に示したワーク把持装置（回転側）の断面図である。図３は、図１に示したワーク把持治具の斜視図である。図４は、図３に示したワーク把持治具の連結部を示す拡大図であり、（ａ）は連結前の状態、（ｂ）は連結後の状態、を示している。

【0017】

本発明の一実施形態に係るワーク把持装置１は、図１～図３に示したように、中央部にワークＷを挿入可能な開口部２０を備えたワーク把持治具２と、ワーク把持治具２を内方に収縮可能に収容するコレット３と、コレット３を内方に収縮可能に保持するホルダ４と、を備え、ワーク把持治具２は、周方向に二分割された一対の分割片（第一分割片２１及び第二分割片２２）と、第一分割片２１及び第二分割片２２の側面に配置され第一分割片２１及び第二分割片２２を内方に収縮可能に連結する連結部材２３と、を備えている。

【0018】

ここで、図１に示したワーク把持装置１は、ワークＷ同士を摩擦接合する摩擦接合装置に適用したものである。摩擦接合装置は、例えば、回転側のワークＷを把持するワーク把持装置１と、回転側のワークＷをワーク把持装置１とともに回転させる駆動手段５と、固定側のワークを把持するワーク把持装置（図１では図示せず）と、固定側のワークを回転側のワークＷに当接可能に構成された固定手段６と、を備えている。

【0019】

駆動手段５の内部には、ワーク把持装置１を回転させるアクチュエータが配置されている。また、固定手段６は、レールＲ上に移動可能に配置されており、図示しない油圧シリンダにより固定手段６を押圧することによって固定手段６を駆動手段５に向かって移動させ、回転側のワークＷの端面と固定側のワークの端面とを当接させるように構成されている。なお、摩擦接合装置の構成は、図示した構成に限定されるものではない。

【0020】

また、本明細書において、説明の便宜上、図１に示したように、固定手段６に移動方向にＸ軸を設定し、Ｘ軸に垂直な水平方向にＹ軸を設定し、鉛直方向にＺ軸を設定するものとする。

【0021】

ここで、図２に示した断面図は、駆動手段５のワーク把持装置１の周辺部を示した断面図である。ワークＷは、例えば、図２に示したように、略円筒形状を有しており、接合面を構成する端面Ｗａと、端面Ｗａよりも外方に突出した、例えば、フランジ形状の突出部Ｗｂと、を備えている。

【0022】

また、駆動手段５は、駆動モータによって回転駆動される回転軸５１を備え、回転軸５１の先端部にワーク把持装置１のホルダ４が固定されている。また、回転軸５１の軸心部には、ワーク把持装置１のコレット３に接続されるスペーサ５２と、スペーサ５２に接続された油圧シリンダ５３と、を備えている。

【0023】

なお、図２では、油圧シリンダ５３のシリンダヘッドのみを図示し、油圧シリンダ本体の図は省略してある。かかる構成により、コレット３をホルダ４に挿入した後、油圧シリンダ５３でコレット３をＸ軸のマイナス方向に引き込むことができる。なお、コレット３をホルダ４内に引き込む機構は、油圧シリンダ５３に限定されるものではなく、他の手段を用いてもよい。

【0024】

ワーク把持治具２は、図２に示したように、ワークＷの端面Ｗａと突出部Ｗｂとの間に配置される略円盤形状の部品である。また、ワーク把持治具２は、例えば、図３に示したように、略円盤形状の部品を上下に二分割した形状を有する第一分割片２１と第二分割片２２とを備えている。第一分割片２１及び第二分割片２２を連結したときに、中央部にワークＷを挿入可能な円形状の開口部２０が形成される。なお、開口部２０を形成する周面には、把持力を向上させるための凹凸を形成するようにしてもよい。

【0025】

また、第一分割片２１及び第二分割片２２は、径方向に放射状に形成された複数のスリットＳを有しており、径方向内方に外力を負荷されたときにスリットＳの隙間が縮むことによって径方向内方に収縮可能に構成されている。なお、スリットＳの配置は任意であり、図示した配置に限定されるものではない。

【0026】

また、本実施形態では、ワーク把持治具２を第一分割片２１及び第二分割片２２に二分割した場合について説明しているが、ワーク把持治具２を三つ以上の分割片に分割するようにしてもよい。

【0027】

第一分割片２１は、図３及び図４（ａ）に示したように、側面の周方向の両端部に形成された凹部２１ａ，２１ｂと、凹部２１ａ，２１ｂに形成された留穴２１ｃ，２１ｄと、を備えている。また、同様に、第二分割片２２も凹部２２ａ，２２ｂ及び留穴２２ｃ，２２ｄを備えている。

【0028】

連結部材２３は、例えば、図３及び図４（ｂ）に示したように、隣接する第一分割片２１の留穴２１ｃ（留穴２１ｄ）及び第二分割片２２の留穴２２ｃ（留穴２２ｄ）に跨がって配置可能な長孔２４ａを備えた連結プレート２４と、長孔２４ａを介して各留穴２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄに接続される四本の留具２５と、を備えている。また、連結プレート２４は、連接する凹部２１ａ，２１ｂ又は凹部２２ａ，２２ｂによって形成される空間に収容可能な外形及び厚さを有している。

【0029】

第一分割片２１及び第二分割片２２をワークＷの外周に嵌めて組み合わせると、図４（ａ）に示したように、連接する凹部２１ａ，２１ｂ（凹部２２ａ，２２ｂ）によって連通した空間が形成される。この空間に連結プレート２４を挿入し、留具２５を留穴２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄに固定する。なお、留具２５は、ボルトであってもよいし、ピンやビスであってもよい。

【0030】

かかる連結部材２３によって第一分割片２１及び第二分割片２２を連結することによって、第一分割片２１及び第二分割片２２はワークＷの外周に環状に配置される。その後、第一分割片２１及び第二分割片２２に外周から外力を負荷すると第一分割片２１及び第二分割片２２は径方向内方に収縮する。このとき、留具２５は、長孔２４ａに挿通されていることから、長孔２４ａの長手方向に沿ってスライド可能な状態に配置されている。

【0031】

したがって、第一分割片２１及び第二分割片２２の収縮に追従して留具２５も移動することができる。よって、第一分割片２１及び第二分割片２２を連結部材２３で連結した状態であっても、第一分割片２１及び第二分割片２２に負荷された外力に対して連結部材２３が第一分割片２１及び第二分割片２２の収縮を阻害することがなく、ワークＷの外周に均等な把持力を付与することができる。

【0032】

なお、連結部材２３は、図示した構成に限定されるものではない。例えば、図示しないが、各留穴２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄに接続される四本の留具２５と、隣接する留具２５同士を連結するチェーンと、により構成されていてもよい。留具２５同士をチェーンで連結することによりチェーンの弛みによって第一分割片２１及び第二分割片を径方向内方に収縮させることができる。また、チェーンに替えて、弾性を有するバンドで隣接する留具同士を拘束するようにしてもよい。

【0033】

コレット３は、略円筒形状を有しており、内部にワークＷを収容可能な空間３１が形成されている。コレット３の先端側（Ｘ軸のプラス方向側）にワーク把持治具２を挿入可能な空間が形成されており、内側に突出したストッパ３２によってワーク把持治具２が位置決めされる。また、コレット３の後端側（Ｘ軸のマイナス方向側）はスペーサ５２に連結可能な構成を有している。

【0034】

また、コレット３の先端側の筒部には軸方向に複数のスリットが形成されており、コレット３の先端側は径方向内方に収縮可能に構成されている。また、コレット３の先端側の外周部には、後端側から先端側に拡径したテーパ面３３が形成されている。なお、ワークＷの長さに応じて、コレット３に位置決め用のスペーサ３４を配置してもよい。

【0035】

ホルダ４は、略円筒形状を有しており、内部にコレット３を挿入可能な空間４１が形成されている。ホルダ４の先端側（Ｘ軸のプラス方向側）には、環状の凹部４２が形成されている。凹部４２には、コレット３のテーパ面３３に対応したテーパ面４３を有するリング部材４５が挿入される。リング部材４５をホルダ４と分離可能に構成することにより、コレット３の形状や大きさに合わせてリング部材４５を変更することができ、コレット３のテーパ面３３にリング部材４５のテーパ面４３を適切に当接させることができる。

【0036】

上述したワーク把持装置１を用いてワークＷを把持してホルダ４に固定する場合には、以下の手順により行う。まず、ホルダ４の空間４１にコレット３を予め挿入しておく。次に、ワークＷの外周に第一分割片２１及び第二分割片２２を配置し、連結部材２３により第一分割片２１及び第二分割片２２を連結する。

【0037】

次に、ワークＷ及びワーク把持治具２をコレット３の空間３１に挿入する。その後、油圧シリンダ５３によりコレット３をＸ軸のマイナス方向に引き込むことにより、コレット３のテーパ面３３をホルダ４のテーパ面４３に当接させる。

【0038】

コレット３がテーパ面３３，４３に沿って摺動しながら移動することにより、コレット３の先端部に径方向内方に向かう外力が付与され、ワーク把持治具２の外周に径方向内方に向かう外力が付与される。この外力によって、第一分割片２１及び第二分割片２２が径方向内方に収縮し、ワークＷを強固に把持する。また、ワーク把持治具２を用いることにより、回転軸５１の回転中心とワークＷの中心とを高精度に同軸に保持したまま把持することができる。

【0039】

なお、上述した実施形態では、回転側のワークＷについて説明しているが、固定側のワークについてもワーク把持装置１と同様の機構によりワークを把持することができる。

【0040】

また、上述した実施形態では、コレット３のみを予めホルダ４に挿入しておく場合について説明しているが、ワークＷにワーク把持治具２を配置した後、コレット３にワーク把持治具２を挿入し、コレット３ととものワーク把持治具２及びワークＷをホルダ４に挿入するようにしてもよい。

【0041】

ここで、図５は、ワーク把持治具の着脱方法を示す断面図であり、（ａ）は把持状態、（ｂ）は取り外し状態、を示している。また、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図１に示した摩擦接合装置を用いて回転側のワークＷと固定側のワークＷ′とを摩擦接合した場合を図示したものである。なお、各図において、説明の便宜上、ワーク把持治具以外のワーク把持装置の構成については図を省略してある。

【0042】

また、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、回転側のワークＷの端面を符号Ｗａ、ワークＷの突出部を符号Ｗｂ、回転側のワーク把持治具を符号２、ワーク把持治具２の第一分割片を符号２１、ワーク把持治具２の第二分割片を符号２２とし、固定側のワークＷ′の端面を符号Ｗａ′、ワークＷ′の突出部を符号Ｗｂ′、固定側のワーク把持治具を符号２′、ワーク把持治具２′の第一分割片を符号２１′、ワーク把持治具２′の第二分割片を符号２２′とする。

【0043】

図５（ａ）に示したように、上述した手順により、ワークＷの端面Ｗａと突出部Ｗｂとの間の部分をワーク把持治具２で把持し、コレット３及びホルダ４を介して駆動手段５にワークＷを固定する。同様にして、ワークＷ′の端面Ｗａ′と突出部Ｗｂ′との間の部分をワーク把持治具２′で把持し固定手段６にワークＷ′を固定する。この状態で、駆動手段５によりワークＷを回転させ、油圧シリンダにより固定手段６をマイナスＸ方向に押圧してワークＷ′をワークＷに押し付けることによって、端面Ｗａ及び端面Ｗａ′を摩擦接合することができる。

【0044】

ワークＷ及びワークＷ′を摩擦接合すると、ワーク把持治具２，２′はワークＷの突出部ＷｂとワークＷ′の突出部Ｗｂ′との間に挟まれた状態になっており、ワーク把持治具２，２′を軸方向に引き抜くことができない。そこで、第一分割片２１及び第二分割片２２を連結していた連結部材２３（図３及び図４（ｂ）参照）を取り外すことにより、図５（ｂ）に示したように、ワーク把持治具２を第一分割片２１及び第二分割片２２に分離して、ワーク把持治具２をワークＷから取り外すことができる。

【0045】

このとき、連結部材２３は、上述したように、第一分割片２１及び第二分割片２２の側面に配置されていることから、ワーク把持治具２が二つの突出部Ｗｂ，Ｗｂ′の間に挟まれている場合であっても、容易にアクセスすることができる。また、同様にして、ワーク把持治具２′も第一分割片２１′及び第二分割片２２′に容易に分離することができ、ワーク把持治具２′をワークＷ′から取り外すことができる。

【0046】

本発明は、上述した実施形態に限定されず、例えば、突出部を有しないワークにも適用することができる、摩擦接合装置以外の装置にも適用することができる等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0047】

１ ワーク把持装置
２，２′ ワーク把持治具
３ コレット
４ ホルダ
５ 駆動手段
６ 固定手段
２０ 開口部
２１，２１′第一分割片
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 凹部
２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄ 留穴
２２，２２′ 第二分割片
２３ 連結部材
２４ 連結プレート
２４ａ 長孔
２５ 留具
３１ 空間
３２ ストッパ
３３ テーパ面
３４ スペーサ
４１ 空間
４２ 凹部
４３ テーパ面
４５ リング部材
５１ 回転軸
５２ スペーサ
５３ 油圧シリンダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】