組立治具：クランプ原理と種類

I.フィクスチャークランプの原理

組立中のクランプは、通常、組立冶具によって達成される。組立治具とは、組立において、部品に外力を加え、確実な位置決めを行うために使用されるプロセス機器を指す。シンプルで持ち運び可能な汎用フィクスチャーや、組立フレーム上の特殊フィクスチャーなどがある。

図5-34に示すように、組立冶具を使って部品を固定するには、クランプ、プレス、プル、プッシュ（またはエキスパンド）の4つの方法があります。

a) クランプ
b) プレス
c) 引っ張る
d) プッシング

II.備品の種類

組立フィクスチャーは、クランプ力の源によって手動フィクスチャーと非手動フィクスチャーに分けられる。手動冶具には、ねじ冶具、棒冶具、レバー冶具、偏心冶具などがあり、非手動冶具には、空気圧冶具、油圧冶具、マグネット冶具などがある。ここでは、一般的に使用されている手動式治具を中心に紹介する。

1.スパイラルクランプ

スパイラルクランプは、ネジとナットの相対運動を利用して外力を伝達し、部品を固定するもので、クランプ、プレス、プル、プッシュ、サポートなどの複数の機能を備えている。

2.弓形スパイラルクランプ（通称カラン）

弓形スパイラルクランプは、クランプ動作にねじを使用する。弓形スパイラルクランプの選定や設計にあたっては、図5-35に示すように、その作動寸法H、Bをクランプ部品の寸法に適合させ、十分な強度と剛性を持たせる必要がある。その上で、弓形クランプの重量も、使いやすさを考慮して最小にする必要があります。一般的に使用される弓形スパイラルクランプには、図5-36に示す構造があり、小型のものは一般的に図5-36aと図5-36bに示す構造を使用し、大型の弓形スパイラルクランプは図5-36cと図5-36dに示す構造を使用することが多い。

3.スパイラルテンショナー

スパイラル・テンショナーは締め付け動作にねじを使用するが、その構造は様々である。図5-37aに示すように、単純なスパイラル・テンショナーはナットを回転させることで締め付ける。図5-37bおよび図5-37cに示すテンショナーは、ねじの方向が反対の独立した2本のねじがあり、ナットは厚い平鋼または丸鋼で連結されている。ナットを回転させることでねじの間隔を調整し、締め付け効果を得る。長方形の板が付いたねじの端を工作物に溶接すれば、位置決めや支持にも役立つ。図5-37dは、両頭ボルト・テンショナーを示しており、ボルトを回転させることで2つのフック間の距離を調整し、部品を締め付ける。

4.スパイラルコンプレッサー

図5-38に示すように、スパイラル・コンプレッサは通常、ブラケットを使用して被加工物に仮付け溶接し、ねじを使用して圧縮する。図5-38aは、突き合わせ接合時にプレートの継ぎ目を水平にするための「┌」型ブラケット・スパイラル・コンプレッサーの使用を示している。図5-38bは、部品を圧縮するための「Π」型ブラケット・スパイラル圧縮機の使用を示す。

a) "┌"型のブラケット・スパイラル・コンプレッサーを使い、プレートの継ぎ目を水平にする。
b) "Π "型ブラケット・スパイラル・コンプレッサーを使用して部品を圧縮する。

5.スパイラルサポーター

スパイラル・サポーターは、組み立てだけでなく、修正作業においても、ジャッ キングやスプレッディングに使用される。図5-39aは、最も単純なタイプのスパイラル・ジャッキで、スクリュー、ナット、丸管で構成されている。このタイプのスパイラル・ジャッキは頭部が尖っているため、部品表面の保護には向かず、厚板や大型の形鋼など、精度があまり要求されない面を支持する場合にのみ適している。図5-39bは、ねじの頭部にパッドを追加したもので、ワークを傷つけず、ジャッキや支持時に滑りにくい。図5-39cはスパイラルサポータで、ねじの両端に左右のねじ山があり、ジャッ キングやサポート動作が速くなります。

6.ウェッジクランプ

くさびクランプは、くさびの傾斜面を利用して外力をクランプ力に変換し、それによって部品をクランプする目的を達成する。図5-40は、くさびによるクランプの2つの基本的な形態を示す。図5-40aは、ワークピースへの直接作用を示し、クランプされるワークピース表面が比較的滑らかで平坦であることが要求されるだけでなく、くさびはワークピース表面を傷つけやすい。図5-40bは、くさびが中間要素を通してワークピースに力を伝達し、くさびとワークピース表面の接触状況を改善する。

ウェッジクランプが使用中にセルフロックできるように、ウェッジ角度αは摩擦角度より小さくする必要があり、一般的には10°～15°を使用する。ウェッジクランプの効果を高める必要がある場合は、適切な厚さのシムをウェッジの下に追加することができます。

図5-41は、くさびクランプのいくつかの使用法を示している。図5-41aは、形鋼と板材を直接クランプするためのくさび口クランプ板の使用を示す。図5-41bは、「∏」形クランプ板とくさびを組み合わせて部品をクランプする使用法を示す。図5-41cは、くさびの断面形状が長方形または円形である、埋め込みプレートを備えたくさびクランプを示す。

このクランプは、くさび板を使用するため、板材の接合部に隙間がある場合にしか使用できず、主に板材の位置合わせに使用される。図5-41dの山形鋼製くさびクランプも組立によく使われる。

7.レバークランプ

レバー・クランプは、レバーの力倍増効果を利用して部品を保持したり押したりする。作り方も簡単で、使い勝手もよく、汎用性も高いので、図5-42に示すように、組み立てに広く使われています。図5-43は、組み立てでよく使われる単純なレバー・クランプをいくつか示している。さらに、プライ・バーもレバー・クランプとしてよく使われます。

8.偏心クランプ

偏心クランプは、幾何学的中心と回転中心が一致しない偏心部品を用いてクランプする。生産現場で使用される偏心クランプは、加工面の形状によって円形偏心輪と曲面偏心輪に分けられる。前者は製造が容易で、より広く使用されている。偏心クランプは一般的にセルフロッキング機能を必要とします。

図5-44は偏心円車治具で、偏心穴のあいた偏心円車が固定軸に取り付けられ、軸のまわりに回転できるようになっている。円形偏心輪の中心と軸との距離eを偏心量といい、円形偏心輪には操作用のハンドルが付いている。偏心輪が軸を中心に回転すると、クロスバーがピボットを中心に回転し、ワークをクランプする。図5-44aはピボットとしてスプリングを使用したものであり、図5-44bはピボットとして固定ピンシャフトを使用したものである。

偏心治具の利点はその素早い動作だが、欠点はクランプ力が小さいことで、振動がない、あるいはほとんどない状況でしか使えない。