JP2008296299A - 回転シリンダ - Google Patents

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Abstract


【課題】 立形NC旋盤の主軸に装着してクーラントなどの流体をピストンロッドの供給路からコネクチングロッドの流路を介してチャック側へ供給するようにした回転シリンダであっても、クーラントなどの流体の供給を停止しているときに、コネクチングロッドの流路内に留まるクーラントなどの流体に混入されている切粉などの浮遊物がメカニカルシールや分配器の摺動箇所に浸入しないようにした簡易な構成の回転シリンダを提供する。
【解決手段】 ピストンロッド12の供給路Rに流体を供給方向への流れを許容し供給方向と逆方向の流れを逆止可能な逆止弁50を設け、クーラントなどの流体の供給を停止しているときに、逆止弁50がピストンロッド12の供給路Rを閉鎖することで、コネクチングロッドC側からピストンロッド12の供給路R側へ流体に混入した浮遊物Zの侵入が防止される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、工作機械で用いられるチャックの把持爪を開閉動作させる回転シリンダに関し、特に、立形NC旋盤のような軸線を垂直に向けて配設された主軸の下端部に装着される回転シリンダに関する。
従来、特許文献1に記載のように、立形NC旋盤は、軸線を垂直に向けて配設された主軸の上端部にワークを把持するチャックが装着され、下端部にチャックの把持爪を開閉駆動する油圧シリンダ機構(回転シリンダ)が装着され、回転シリンダによりチャックの把持爪を開閉駆動してワークを把持し、そのワークを回転させながら所要の旋削工具を切り込むことで、所定の旋削加工が行われるようになっている。また、特許文献2に記載の回転シリンダは、ピストンロッドの中心部に挿通孔を設け、その挿通孔にピストン作動用の給排通路とチャック側供給用の供給路を夫々有する分配軸(分配器)を挿入し、供給路を介してピストンロッドに連結されるコネクチングロッドの流路に流体を供給するように構成されている。また、ピストンロッドの供給路内に回転部材と固定部材とを備えたメカニカルシールを配置し、供給路から供給する流体が分配孔と分配軸の間に侵入して漏れるのを防止するようになっている。そして、特許文献2に記載の回転シリンダを前記立形NC旋盤に用いることで、ピストンロッドの供給路から流体(クーラント)をコネクチングロッドの流路を介してチャック側に供給し、その流体(クーラント)をワークの加工部分に吹付けて加工部分を冷却したり清掃することが知られている。
特開2001−334443号公報 特開平1−264704号公報
特許文献1に記載の回転シリンダにあっては、シリンダ本体が立形NC旋盤の主軸下端部に取付けられているので、ピストンロッドが上下方向の上向きとなっている。このような回転シリンダとして特許文献2に記載の回転シリンダを採用し、ピストンロッドの供給路から流体としてのクーラントをコネクチングロッドの流路を介してチャック側に供給するようにした場合、特許文献2に記載の回転シリンダにあっては、次のような問題を生じることが判明した。
即ち、立形NC旋盤においては、回転シリンダからチャック側へ供給されてチャックから排出されたクーラントを、フイルタを通した後、再び回転シリンダからチャック側へ供給するように循環させており、通常は、そのクーラントにワークの加工により飛散した微細な切粉(金属粉)などが混入している。また、回転シリンダからチャック側へクーラントを供給するのは、チャックの把持爪でワークを把持するときやワークの加工中にワークの加工部分や工具を冷却したり清掃するときであり、それ以外のときはクーラントのチャックへの供給を停止させるようになっている。回転シリンダのピストンロッドの供給路に接続されるホースはポンプを介してクーラント収容用のタンクに連結されているが、ピストンロッドの供給路へのクーラントの供給を停止したとき、、クーラントはタンクに戻ることなくピストンロッドの供給路やコネクチングロッドの流路に留まるようになっている。その為、上下方向の長いコネクチングロッドの流路内のクーラントに混入している切粉などの浮遊物がチャック側から下方の回転シリンダに向かって沈殿してピストンロッドの供給路に入ることになるので、切粉などがメカニカルシールの回転部材と固定部材のシール面に侵入し、その状態で主軸が回転することでメカニカルシールのシール面が激しく磨耗し、メカニカルシールの機能を早期に低下させる問題点がある。
また、メカニカルシールを備えない回転シリンダであっても、上下方向の長いコネクチングロッドの流路内のクーラントに混入している切粉などの浮遊物がチャック側から回転シリンダに向かって沈殿してピストンロッドの供給路に入り、切粉などが分配器の摺動箇所に侵入して分配器の機能を早期に低下させる問題点がある。
そこで本発明の課題は、上記問題点に鑑み、立形NC旋盤の主軸に装着してクーラントなどの流体をピストンロッドの供給路からコネクチングロッドの流路を介してチャック側へ供給するようにした回転シリンダであっても、クーラントなどの流体の供給を停止しているときに、コネクチングロッドの流路内に留まるクーラントなどの流体に混入されている切粉などの浮遊物がメカニカルシールや分配器の摺動箇所に侵入しないようにした簡易な構成の回転シリンダを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、工作機械における上下方向の主軸の下端部に装着可能なシリンダ本体と、シリンダ本体に上下摺動可能に内蔵されているピストンと、ピストンに設けられ、主軸内のチャック作動用のコネクチングロッドに連結可能で、コネクチングロッドに設けられた通路にピストン作動用とは別の流体を供給可能な供給路を有するピストンロッドと、シリンダ本体またはピストンロッドに相対回転可能に設けられ、ピストン作動用の圧流体と供給路用の流体を供給可能な分配器とを備えているチャック操作用の回転シリンダにおいて、ピストンロッドの供給路に流体を供給方向への流れを許容し供給方向と逆方向の流れを逆止可能な逆止弁を設けて成ることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、ピストンロッドの供給路を開閉可能な弁体を移動可能に設け、ピストンロッドからコネクチングロッド側へ流体が供給されたとき流体が弁体を移動させて供給路を開放し、流体の供給が停止されたとき弁体が戻り移動して供給路を閉鎖するように逆止弁を構成して成ることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、ピストンロッドの供給路の上端開口部を貫通孔を備えた蓋部材で塞ぎ、蓋部材に蓋部材の上側で貫通孔を開閉可能な弁体を上下動自在に設け、ピストンロッドからコネクチングロッド側へ流体が供給されたとき流体が弁体を上昇させて供給路を開放し、流体の供給が停止されたとき弁体が自重で降下して供給路を閉鎖するように逆止弁を構成して成ることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、ピストンロッドの中心部に供給路に連通する分配孔を設け、分配孔に分配軸を相対回転可能に挿入して分配器を構成し、ピストンロッドに分配孔と分配軸との間への流体の侵入を防止するメカニカルシールを設け、メカニカルシールを介してコネクチングロッド側へ流体を供給するように構成して成ることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、工作機械における上下方向の主軸の下端部に装着可能なシリンダ本体と、シリンダ本体に上下摺動可能に内蔵されているピストンと、ピストンに設けられ、主軸内のチャック作動用のコネクチングロッドに連結可能で、コネクチングロッドに設けられた通路にピストン作動用とは別の流体を供給可能な供給路を有するピストンロッドと、シリンダ本体またはピストンロッドに相対回転可能に設けられ、ピストン作動用の圧流体と供給路用の流体を供給可能な分配器とを備えているチャック操作用の回転シリンダにおいて、ピストンロッドに、供給路の開口部の上方を覆う受部材を供給路からコネクチングロッド側への流体の流れを許すように設けたことを特徴とする。
本発明における請求項1に記載の発明によれば、ピストンロッドを上下方向の主軸内のチャック作動用のコネクチングロッドに連結し、ピストンロッドの供給路からコネクチングロッドの流路を介してチャック側へ流体を供給可能にしてあるチャック操作用の回転シリンダにおいて、ピストンロッドの供給路に流体を供給方向への流れを許容し供給方向と逆方向の流れを逆止可能な逆止弁を設けているので、ピストンロッドの供給路からチャック側への流体の供給を停止したときに、流体がコネクチングロッドの流路に長時間留まる場合でも、コネクチングロッドの流路内の流体に混入している切粉などの浮遊物が沈降してピストンロッドの通路に入るのを逆止弁にとって阻止でき、内部の回転部分と固定部分の摺動箇所が切粉などの侵入によって磨耗したり損傷するのを防止できて回転シリンダの寿命を長くできる効果がある。
また、請求項2に記載の発明によれば、弁体を移動可能に設け、ピストンロッドからコネクチングロッド側へ供給される流体が弁体を移動させて供給路を開放し、流体の供給が停止されたとき弁体が戻り移動して供給路を閉鎖するように逆止弁を構成したので、流体の給排によって供給路を開閉でき、弁体の開閉機構を簡易にできる効果を奏する。
また、請求項3に記載の発明によれば、ピストンロッドの供給路の開口部を貫通孔を備えた蓋部材で塞ぎ、蓋部材に蓋部材の上側で貫通孔を開閉可能な弁体を上下動自在に設け、ピストンロッドからコネクチングロッド側へ流体が供給されたとき流体が弁体を上昇させて供給路を開放し、流体の供給が停止されたとき弁体が自重で降下して供給路を閉鎖するように逆止弁を構成したので、流体の供給停止により弁体が自重で降下して閉鎖でき、弁体の開閉機構を簡易にできる効果を奏する。
また、請求項4に記載の発明によれば、ピストンロッドの中心部に供給路に連通する分配孔を設け、分配孔に分配軸を相対回転可能に挿入して分配器を構成し、ピストンロッドに分配孔への圧流体の侵入を防止するメカニカルシールを設け、メカニカルシールを介してコネクチングロッド側へ流体を供給するようにしたので、メカニカルシールによって分配孔と分配軸の間に流体が侵入して漏れるのを防止でき、そのメカニカルシールのシール面への切粉侵入を防止してシール機能を長期に亘って保持できる効果を奏する。
また、請求項5に記載の発明によれば、ピストンロッドに、供給路の開口部の上方を覆う受部材を供給路からコネクチングロッド側への流体の流れを許すように設けたので、ピストンロッドの供給路への流体の供給を停止したときに、コネクチングロッドの流路に留まっている流体に混入している切粉などの浮遊物が沈殿する場合でも、その切粉などを受部材によって受止めることでピストンロッドの供給路に入るのを阻止でき、内部の摺動箇所が切粉などの侵入によって磨耗したり損傷するのを防止できて回転シリンダの寿命を長くできる効果がある。
図1に示す回転シリンダAは、立形NC旋盤における上下方向の主軸Bの下端部に取付けられ、主軸Bの内部に配置されたコネクチングロッドCを介して主軸Bの上端部に装着されるチャックDの把持爪Eを開閉駆動させるものである。
回転シリンダAについて説明する。1はシリンダ本体で、略断面コ字形のケーシング2と前板3とで構成され、両者は複数本のボルト4によって締着されてピストン室5を形成している。ケーシング2の下壁2aの中心部に摺動孔6が形成されている。上板3の中心部に摺動孔8が形成されている。シリンダ本体1は複数の取付ボルト(図示省略)によって主軸Bの下端部に取着されている。ピストン室5内にはピストン10が摺動自在に嵌合されている。このピストン10にはピストンロッド12が一体に設けられている。ピストンロッド12の上下端部が上記摺動孔8,6に摺動自在に嵌合されている。ピストンロッド12の上端部には、主軸Bの内部に配置されるチャックD作動用のコネクチングロッドCに連結可能なネジ部が形成され、コネクチングロッドCの下端部のネジ部が螺合されている。コネクチングロッドCの上端部はチャックDのドローバーFに連結され、コネクチングロッドCを上下方向に往復動させるとチャックDの把持爪Eが開閉駆動するようになっている。
ピストンロッド12の上端部側には大径孔13が設けられている。その大径孔13に連通するように異なる内径の内径部が複数形成された分配孔14が設けられている。分配孔14の前後位置にある内径部には夫々軸受15a,15bが嵌着されている。また、中心位置にある内径部には、中心部に摺動孔16aを有する分配筒16が嵌着されている。この分配筒16は後述の分配軸31と共同して分配器17を構成するもので、摺動孔16aの内面には環状の給排溝18,19が形成されている。給排溝18はピストン10に設けた給排通路20を介して上側のピストン室5aに連通し、給排溝19はピストン10に設けた給排通路21を介して下側のピストン室5bに連通している。また、シリンダ本体1に設けた回り止め部材22によりピストン10とシリンダ本体1が一体的に回転するようになっている。
分配筒16の摺動孔16aには棒状の分配軸31が相対回転可能に嵌挿されている。この分配軸31は上記軸受15a,15bによって回転自在に支持されている。分配軸31には一端が給排溝18,19に開口している給排通路32,33と、一端が上記中間部分外周に開口しているドレン回収用の排出通路34,35と、一端が分配軸31の先端部に開口している供給通路36が夫々形成されている。
分配軸31の後端部には環状の取付鍔31aが一体に形成されている。この取付鍔31aの後面に上記給排通路32,33と排出通路34,35と供給通路36の下端が回転方向の位相を違えて夫々開口されている。
分配軸31の取付鍔31aの下面には薄板状のフランジ51の前面を当接させて取付ボルト53によって一体に取着されている。フランジ51はシリンダ本体1の下方を覆う円板状に形成され、その外周部には上方へ張出してシリンダ本体1の下部外周部を覆う筒状のカバー部54が一体に形成され、このカバー部54によってカバー部54とシリンダ本体1との間で手を挟むことのないようにしてある。
フランジ51には、上記取付鍔31aの給排通路32,33、排出通路34,35、供給通路36の開口に夫々連通する給排通路(図1では供給通路36の開口に夫々連通する給排通路52のみ示す)が外周面に開口するように形成されている。フランジ51の外周部には給排通路52の開口部にホース連結用の連結孔55が形成されている。連結孔55に連結された給排ホース(図示しない)はクーラントを貯めるタンク(図示しない)にポンプ(図示しない)を介して連結されている。
ピストンロッド12の大径孔13には、図2に示すように、軸心部分に小径の貫通孔41aと大径の貫通孔41bを備えた取付部材41が嵌着され、この取付部材41と分配軸31との間にメカニカルシール40が設けられている。メカニカルシール40は、分配軸31の前端部に嵌着され、上端部に分配軸31の供給通路36に連通する貫通孔43aを備えているキャップ状のシール受け部43と、取付部材41の小径の貫通孔41aに軸線方向(上下方向)へ摺動自在に嵌挿され、取付部材41と一体回転するようにピン44により相対回転が阻止され、軸心部に貫通孔42aを備えている円筒状のシール部材42と、シール部材42の外周に設けた鍔部42bと取付部材41の段部との間に圧縮介装されてシール部材42の下端面(シール面)をシール受け部43の上端面(シール面)に当接させているバネ部材45とで構成されている。分配軸31の供給通路36とシール受け部43の貫通孔43aとシール部材42の貫通孔42aと取付部材41の貫通孔41aは、ピストンロッド12において流体としてのクーラントを供給する供給路Rを構成している。
また、ピストンロッド12の大径孔13には、ピストンロッド12の供給路Rにクーラントを供給方向(上方向)への流れを許容し供給方向と逆方向の流れを逆止可能な逆止弁50が備えられている。
次に、その逆止弁50について説明する。ピストンロッド12の大径孔13には、取付部材41の貫通孔42aの上端部を塞ぐと共にその貫通孔42aに軸心部を避けた位置で連通する弁孔47aを備えた蓋部材47が嵌合されて抜け止めされている。蓋部材47の軸心部に上下方向の挿通孔47bが形成され、その挿通孔47bに蓋部材47の上側で弁孔47aを開閉可能な円盤状の弁体48の軸心部に設けた支持杆48aが上下動自在に嵌挿され、支持杆48aの下端部に設けた抜け止め部材48bによって挿通孔47bから抜け止めされている。弁体48は、ピストンロッド12の供給路RからコネクチングロッドCに向かってクーラントが供給されると、クーラントによって上昇されて弁孔47aを開放し、クーラントの供給が停止されると、自重で落下することで戻り移動して弁孔47aを閉鎖するようになっている。弁体48は、クーラントによって上昇されて弁孔47aを開放するが、支持杆48aが抜け止め部材48bによって挿通孔47bから抜け止めされているので、蓋部材47から離れないようになっており、クーラントの供給が停止されたときに、確実に自重で落下して弁孔47aを閉鎖するようになっている。弁孔47aを通して供給されるクーラントは、ピストンロッド12に連結したコネクチングロッドCの通路49を介してコネクチングロッドCの上端部に接続したチャックD側へ供給するようになっている。
上記構成の回転シリンダAの作動について説明する。チャックDの把持爪Eによる把持位置にワークが搬送されると、タンクから油圧ポンプにより圧流体が上側のピストン室5aに供給され、ピストン10及びピストンロッド12が下方に移動することで、コネクチングロッドCを介してチャックDの把持爪Eによりワークが把持されることになる。この状態で主軸Bが回転してチャックD及びワークを回転させ、回転するワークに切削工具を切り込むことで旋削加工が行われる。
回転シリンダAは、主軸Bが回転されることでシリンダ本体1やピストンロッド12が主軸Bと一体に回転されるが、分配軸31やフランジ51は廻り止めされた状態に維持される。主軸Bが回転して旋削加工しているときに、ポンプによりタンクからクーラントが回転シリンダAの分配軸31の供給通路36に供給され、このクーラントがメカニカルシール40の貫通孔43a,42aを通して逆止弁50の弁孔47aに供給される。そのクーラントは、図3に示すように、弁体48を自重に抗して上昇させて弁孔47aを開放させ、コネクチングロッドCの通路49を介してチャックD側へ供給され、チャックDからワークに向けて吹付けられる。逆止弁50の弁孔47aは弁体48が自重落下して蓋部材47に当接することで閉鎖されているが、クーラントの供給により弁体48が押し上げられることで容易に開放される。
ワークの旋削加工が終了すると、タンクから油圧ポンプにより圧流体が下側のピストン室5bに供給され、ピストン10及びピストンロッド12が上方に移動することで、コネクチングロッドCを介してチャックDの把持爪Eからワークが開放されることになる。その後、搬送機構によりワークがチャックDから取外されるが、必要に応じて、ワークの取外し中に、チャックD側から把持爪Eに向かってクーラントが吹付けられて切粉などを吹き飛ばす。
把持爪Eの清掃後、次のワークが搬送される間や、切削加工作業終了後には、クーラントの供給が停止される。ポンプを停止してクーラントの供給を停止すると、ピストンロッド12の供給路Rや長いコネクチングロッドCの流路49にクーラントが留まることになる。ピストンロッド12の供給路Rや長いコネクチングロッドCの流路にクーラントが留まる状態が継続されると、長いコネクチングロッドCの流路49内のクーラントに混入している切粉などの浮遊物Zが沈殿し、回転シリンダAのピストンロッド12の供給路Rに落下しようとする。ところが、クーラントの供給を停止すると、ピストンロッド12の供給路Rに設けた逆止弁50の弁体48が図2に示すように自重により降下し、蓋部材47の弁孔47aを塞ぐので、切粉などの浮遊物Zが蓋部材47や弁体48上に堆積することになり、沈殿する切粉などの浮遊物Zがピストンロッド12の供給路Rに入ることが阻止される。従って、回転シリンダAを立形NC旋盤の主軸Bの下端面に装着するものであっても、クーランントに混入している切粉などの浮遊物Zが回転シリンダA内のメカニカルシール40のシール面に多量に侵入するのを防止でき、メカニカルシール40の機能を横型旋盤に用いる場合と同様に長く維持することができる。
図4は、本発明の異なる実施態様を示すもので、ピストンロッド12に供給路Rを塞ぐように設けた蓋部材47eに供給路Rに連通する連通孔47ae(開口部)が貫通状態に設けられている。蓋部材47eには、連通孔47aeの上方を覆う受部材48eが支持杆48aeによって蓋部材47eから離間するように固着され、蓋部材47eと受部材48eとの間隙の側方開口部を通して連通孔47aeからコネクチングロッドC側へのクーラントの流れを許すようになっている。受部材48eの上面には縁部に立上壁48beを環状に設け、受部材48eに堆積する切粉などの浮遊物Zが側方へ落ちないようにしてある。
このような回転シリンダAにあっては、長いコネクチングロッドCの流路49にクーラントが留まる状態が継続され、長いコネクチングロッドCの流路49内のクーラントに混入している切粉などの浮遊物Zが沈殿すると、切粉などの浮遊物Zが受部材48e上に受止められて受部材48e上に堆積し、連通孔47aeからピストンロッド12の供給路Rに落下するのが阻止され、その結果、沈殿する切粉などの浮遊物Zによる回転シリンダAの損傷を防止できる。
尚、上記実施例においては、ピストンロッド12の分配孔14に分配軸31を相対回転可能に挿入し、分配軸31とピストンロッド12との間にメカニカルシール40を設けた回転シリンダAについて説明したが、シリンダ本体1の下端部に突出するように設けた軸部に分配筒16を相対回転可能に設けた回転シリンダにも同様に実施でき、この場合は、沈殿する切粉などの浮遊物がピストンロッド12の供給路Rに落下するの防止することで、切粉などの浮遊物が分配器の摺動部分に侵入するの阻止できて回転シリンダの寿命を長くできる。
立形NC旋盤に装着した本発明の回転シリンダを示す断面図である。 図1の矢視Y部分を拡大して示す拡大断面図である。 図2の作動状態を示す拡大断面図である。 本発明の異なる実施態様を示す断面図である。
符号の説明
A 回転シリンダ
B 主軸
C コネクチングロッド
D チャック
R 供給路
1 シリンダ本体
10 ピストン
12 ピストンロッド
16 分配筒
17 分配器
31 分配軸
36 供給通路(供給路)
40 メカニカルシール
42a 貫通孔(供給路)
43a 貫通孔(供給路)
41a 貫通孔(供給路)
48 弁体
48e 受部材
50 逆止弁

Claims (5)

  1. 工作機械における上下方向の主軸の下端部に装着可能なシリンダ本体と、シリンダ本体に上下摺動可能に内蔵されているピストンと、ピストンに設けられ、主軸内のチャック作動用のコネクチングロッドに連結可能で、コネクチングロッドに設けられた通路にピストン作動用とは別の流体を供給可能な供給路を有するピストンロッドと、シリンダ本体またはピストンロッドに相対回転可能に設けられ、ピストン作動用の圧流体と供給路用の流体を供給可能な分配器とを備えているチャック操作用の回転シリンダにおいて、ピストンロッドの供給路に流体を供給方向への流れを許容し供給方向と逆方向の流れを逆止可能な逆止弁を設けて成ることを特徴とする回転シリンダ。
  2. ピストンロッドの供給路を開閉可能な弁体を移動可能に設け、ピストンロッドからコネクチングロッド側へ流体が供給されたとき流体が弁体を移動させて供給路を開放し、流体の供給が停止されたとき弁体が戻り移動して供給路を閉鎖するように逆止弁を構成して成ることを特徴とする請求項1記載の回転シリンダ。
  3. ピストンロッドの供給路の上端開口部を貫通孔を備えた蓋部材で塞ぎ、蓋部材に蓋部材の上側で貫通孔を開閉可能な弁体を上下動自在に設け、ピストンロッドからコネクチングロッド側へ流体が供給されたとき流体が弁体を上昇させて供給路を開放し、流体の供給が停止されたとき弁体が自重で降下して供給路を閉鎖するように逆止弁を構成して成ることを特徴とする請求項1または2記載の回転シリンダ。
  4. ピストンロッドの中心部に供給路に連通する分配孔を設け、分配孔に分配軸を相対回転可能に挿入して分配器を構成し、ピストンロッドに分配孔と分配軸との間への流体の侵入を防止するメカニカルシールを設け、メカニカルシールを介してコネクチングロッド側へ流体を供給するように構成して成ることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項記載の回転シリンダ。
  5. 工作機械における上下方向の主軸の下端部に装着可能なシリンダ本体と、シリンダ本体に上下摺動可能に内蔵されているピストンと、ピストンに設けられ、主軸内のチャック作動用のコネクチングロッドに連結可能で、コネクチングロッドに設けられた通路にピストン作動用とは別の流体を供給可能な供給路を有するピストンロッドと、シリンダ本体またはピストンロッドに相対回転可能に設けられ、ピストン作動用の圧流体と供給路用の流体を供給可能な分配器とを備えているチャック操作用の回転シリンダにおいて、ピストンロッドに、供給路の開口部の上方を覆う受部材を供給路からコネクチングロッド側への流体の流れを許すように設けたことを特徴とする回転シリンダ。
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