JP2009208182A - ロータリテーブル装置およびブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキディスクの剛性を維持しつつ、ブレーキディスクに対するクランプ力を長期に亘って高く維持することのできるロータリテーブル装置を提供する。
【解決手段】ロータリテーブル装置１００は、装置本体１０と、装置本体１０に回転可能に支持され、一端にワーク取付部を有するロータリテーブル２０と、ロータリテーブル２０に固定され、ロータリテーブルと共に回転するブレーキディスク３０と、ブレーキディスク３０の外周領域をクランプするクランプ機構４０とを備える。ブレーキディスク３０の外周領域は、その表面に、摩擦係数を高めるための凹凸形状３２，３３と、この凹凸形状を長期に維持するための硬質表面処理層３４とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、割り出し装置等の各種ロータリテーブル装置に関し、特に、ロータリテーブルに固定されたブレーキディスクをクランプ機構によってクランプすることのできるロータリテーブル装置に関するものである。

ロータリテーブル装置に保持されるワークは、フライス盤、マシニングセンター等の各種工作機械による切削または研削作業に供される。そのため、ロータリテーブル装置としては、工具からの加圧または振動等に耐えられるようにワークをテーブル面に固定することが要求されると同時に、ロータリテーブルを、上記作業時の加圧あるいは振動に対して、確実に所定の回転角度位置に保つことのできるクランプ力が要求される。

例えば、特開２００２−１８６７９号公報（特許文献１）や特開２００１−２７７０７４号公報（特許文献２）に開示されたロータリテーブル装置のクランプ機構は、ブレーキディスクの外周領域を厚み方向に挟圧してロータリテーブルの回転を停止させる状態と、ブレーキディスクの外周領域を解放してロータリテーブルの回転を許容する状態とに切換えられるように構成されている。

特開２００１−２７７０７４号公報（特許文献２）に開示されたロータリテーブル装置においては、ブレーキディスクに対するクランプ力を高めるために、ブレーキディスクの外方部分に摩擦係数を高めるための係止部を設けることを提案している。係止部の具体例として、ブレーキディスクの外方部分の円周の複数個所を切除して切欠きを設けることが示されている。
特開２００２−１８６７９号公報 特開２００１−２７７０７４号公報

特開２００１−２７７０７４号公報で提案されているように、ブレーキディスクの外方部分の円周の複数個所に切欠きを設ければ、クランプ機構によるクランプ力が作用する面積が小さくなるので、挟圧される部分のクランプ力が高まり、摩擦係数が上昇する。

しかしながら、ブレーキディスクの外方部分を所々で切除するので、ブレーキディスク自体の剛性の低下が避けられない。また、隣接する切欠き間に位置する柱部分に応力が集中することになるので、耐久性に劣るようになる。

この発明の目的は、ブレーキディスクの剛性を維持しつつ、ブレーキディスクに対するクランプ力を長期に亘って高く維持することのできるロータリテーブル装置を提供することである。

この発明の他の目的は、長期に亘って高い摩擦係数を維持することのできるロータリテーブル装置用ブレーキディスクを提供することである。

この発明に従ったロータリテーブル装置は、装置本体と、この装置本体に回転可能に支持され、一端にワーク取付部を有するロータリテーブルと、ロータリテーブルに固定され、ロータリテーブルと共に回転するブレーキディスクと、クランプ機構とを備える。クランプ機構は、ブレーキディスクの外周領域を厚み方向に挟圧してロータリテーブルの回転を停止させる状態と、ブレーキディスクの外周領域を解放してロータリテーブルの回転を許容する状態とに切換え可能となるように構成されている。

上記の基本構成を備えるロータリテーブル装置において、本発明の特徴は、以下の点にある。すなわち、ブレーキディスクの外周領域は、その表面に、摩擦係数を高めるための凹凸形状と、凹凸形状を長期に維持するための硬質表面処理層とを備える。

上記の特徴的な構成を備える本発明によれば、ブレーキディスクの外周領域の凸部分がクランプ機構によって挟圧されることになるので、クランプ機構とブレーキディスクとの間の摩擦係数が高まり、大きなクランプ力が得られるようになる。また、特開２００１−２７７０７４号公報に開示されたような切欠きと異なり、本発明においては、ブレーキディスクの外周領域の表面に凹凸形状を与えて摩擦係数を高めるものであるので、ブレーキディスク自体の剛性は良好に維持される。

凹凸形状によって摩擦係数を高めるようにしても、ブレーキディスクの外周領域に対してクランプおよびアンクランプを繰り返して行なうと、外周領域の表面が摩耗して摩擦係数が低下してしまう。そこで、本発明では、ブレーキディスクの外周領域の表面に、凹凸形状を長期に亘って維持するための硬質表面処理を施し、それによって高い摩擦係数を長期に亘って維持できるようにしている。

一つの実施形態では、ブレーキディスクの凹凸形状は、ショットピーニングによって形成されている。ショットピーニングは、多数の粒子を被加工表面に投射する冷間加工法のことであり、被加工表面に多数の凹凸を形成する。ショットピーニング処理を行なったブレーキディスクの外周領域の表面には、圧縮応力が残留するので、疲れ寿命が向上する。

他の実施形態では、ブレーキディスクの凹凸形状は、溝加工によって形成されている。ブレーキディスクの剛性を良好に維持するために、溝は、ブレーキディスクの厚み方向に貫通するものではなく、溝底を持つ形状である。

ブレーキディスクの外周領域の凹凸形状を長期に維持するための硬質表面処理としては、種々の方法が考えられる。一つの方法は、硬質金属をメッキすることである。硬質金属として、例えば、クロムを使用することができる。

好ましくは、クランプ機構は、ブレーキディスクを厚み方向の両側から解除可能に挟圧する固定側クランプ部材および可動側クランプ部材と、可動側クランプ部材を固定側クランプ部材側に加圧するピストンと、ピストンと可動側クランプ部材との間に介在すると共に軸方向および径方向に移動可能なボールとカム面とよりなる増力機構とを備える。この増力機構は、ピストンに形成した第１段用のテーパーカム面とボールとの当接による第１段増力部と、可動側クランプ部材に形成した第２段用のテーパーカム面とボールとの当接による第２段増力部とを有する。

上記のようなクランプ機構を備えることにより、低い作動圧でも、強固に勝つ確実に、ロータリテーブルを所定回転角度で固定することができ、ワーク等の保持機能が向上すると共に、高圧用のシール機構およびシール部材が必要でなくなることにより、部品コストの低減およびメインテナンスの容易化も達成できる。

この発明に従ったロータリテーブル装置用ブレーキディスクは、少なくともその外周領域の表面に、摩擦係数を高めるための凹凸形状と、この凹凸形状を長期に維持するための硬質表面処理層とを備える。

図１は、本発明の一実施形態に係るロータリテーブル装置１００の断面を示す図である。図１を用いて、ロータリテーブル装置１００の基本構成を説明する。

ロータリテーブル装置１００は、装置本体１０と、この装置本体１０に軸受を介して回転可能に支持されたロータリテーブル２０と、ロータリテーブル２０の回転軸部２０ａに固定されたウォームホイール２１と、ウォームホイール２１にねじ２２を介して固定され、ロータリテーブル２０と共に回転するブレーキディスク３０と、ブレーキディスク３０の外周領域をクランプするクランプ機構４０とを備える。

ロータリテーブル２０の回転軸部２０ａに固定されたウォームホイール２１には、装置本体１０に回転可能に支持されたウォーム軸１２が噛み合っている。ウォーム軸１２は、図示しない電動式回転アクチュエータあるいは手動ハンドル式回転機構等に連結されている。ウォーム軸１２を回転駆動することによりウォームホイール２１が回転するので、ロータリテーブル２０上のワークの回転角度が変更される。ウォーム軸１２は超硬等の硬い材質で形成され、ウォームホイール２１は焼入れされた硬い材質で形成されている。

ロータリテーブル２０を所定回転位置で停止保持するクランプ機構４０は、ブレーキディスク３０の外周領域を軸方向（厚み方向）両側から挟圧する一対のクランプ部材４１，４２と、一方のクランプ部材４２を軸方向に加圧（押圧）する空圧ピストン４３と、ボール４４およびカム面４５，４６を利用した増力機構等によって構成されている。このクランプ機構４０は、クランプ状態においては、ブレーキディスク３０の外周領域を厚み方向に挟圧してロータリテーブル２０の回転を停止させる。他方、アンクランプ状態においては、クランプ機構４０は、ブレーキディスク３０の外周領域を解放してロータリテーブル２０の回転を許容する状態になる。

ブレーキディスク３０は、一対の取付リング３１，３２間に挟持され、ねじ２２を介してウォームホイール２１に固着されている。一対のクランプ部材４１，４２のうち、一方のクランプ部材４１は装置本体１０と一体に形成され、軸方向に移動不能となっている。他方のクランプ部材４２は、装置本体１０の内周面上を軸方向に移動可能に設けられていて、可動側クランプ部材となっている。両クランプ部材４１，４２間には圧縮ばね４７が配置され、可動側クランプ部材４２をアンクランプ側に付勢している。

可動側クランプ部材４２よりも下方の位置には、シリンダ形成部材４８により環状ピストン室（シリンダ）が形成され、このピストン室内に、複数のＯリングを介して空圧ピストン４３が軸方向に移動可能に収納されている。ピストン室内には、ピストン４３をクランプ側に移動させるためのクランプ用空気室４９と、ピストン４３をアンクランプ側に移動させるためのアンクランプ用空気室５０とが形成されており、両空気室４９，５０は、それぞれエア通路５１，５２および図示しないエア切換弁等を介してエア供給源とエア排出部に切換え自在に連通している。

増力機構は、ピストン４３の先端部に形成された第１段用テーパーカム面４５とボール４４とよりなる第１段増力部と、可動側クランプ部材４２に形成された第２段用カム面４６とボール４４とよりなる第２段増力部とを有しており、２段構えで増力するようになっている。

図２は、２段構えの増力機構の拡大図である。シリンダ形成部材４８の上方角部には、径方向外方に行くにつれて次第に可動側クランプ部材４２に近づくテーパ面５３が形成されている。複数のボール４４は、上記のテーパ面５３上の全周に亘って配置されている。ボール４４の回転軸心側の部分Ｐ１にはピストン４３のテーパーカム面４５が当接し、ボール４４の上方部分Ｐ２には可動側クランプ部材４２のテーパーカム面４６が当接している。

シリンダ形成部材４８のテーパ面５３および可動側クランプ部材４２のテーパーカム面４６は、回転軸心と直角な面に対して３０°以下の緩やかな傾斜角度α２、α３となっており、また、ピストン４３のテーパーカム面４５のテーパ角α１も、回転軸心と平行な面に対して３０°以下の緩やかな傾斜角度となっている。

図１は、アンクランプ状態であり、ブレーキディスク３０に対するクランプ部材４１，４２の挟圧は解除されている。この状態で駆動用ウォーム軸１２を回転することにより、ウォームホイール２１を介してロータリテーブル２０が回転し、テーブル面上のワークの回転角度が変更される。

所定角度回転後、ロータリテーブル２０を固定する場合には、クランプ用空気室４９に空気を圧入すると同時にアンクランプ用空気室５０から空気を排出することにより、ピストン４３をクランプ側に移動させる。

図２において、ピストン４３のクランプ側への移動により、ボール４４は第１段用テーパ面４５に押され、シリンダ形成部材４８のテーパ面５３に沿って、径方向の外方へ移動しながら可動側クランプ部材４２の方へ近づいてゆく。これに伴い、可動側クランプ部材４２は、クランプ側に移動し、ブレーキディスク３０の外周領域を固定側クランプ部材４１との間で挟圧する。

上記のようにピストン４３から可動側クランプ部材４２へ動力伝達する過程において、ピストン４３のクランプ側への押圧力をＦ１とすると、まず、第１段用テーパーカム面４５とボール４４との当接部Ｐ１において、上記押圧力Ｆ１は、第１段用テーパーカム面４５のカム作用により、径方向の外方に向く力Ｆ２に増力されてボール４４に伝達される。すなわち、第１段増力部において、Ｆ１→Ｆ２に増力される。

次に、ボール４４と可動側クランプ部材４２との当接部Ｐ２において、上記力Ｆ２は、第２段用テーパーカム面４６のカム作用により、クランプ側への押圧力Ｆ３に増力されて可動側クランプ部材４２に伝達される。そして、可動側クランプ部材４２の押圧力Ｆ３により、ブレーキディスク３０を固定側クランプ部材との間で挟圧し、保持する。

アンクランプする場合には、図１のアンクランプ用空気室５０に空気を圧入すると共に、クランプ用空気室４９から空気を排出することにより、ピストン４３をアンクランプ側に移動させ、クランプ部材４１，４２によるクランプを解除する。そのとき、可動側クランプ部材４２はばね４７によってアンクランプ側に押され、ボール４４は回転軸心側に戻り、第１段用テーパーカム面４５に当接した状態を保つ。

図３はブレーキディスク３０を示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）はブレーキディスク３０の外周領域の断面図を示す。

図示した実施形態では、ブレーキディスク３０の外周領域の表面および裏面に、ショットピーニングを行なって多数の凹部３２および凸部３３を形成している。ショットピーニングは、多数の粒子を被加工表面に投射する冷間加工法であり、被加工表面に多数の凹凸を形成する際に圧縮応力が残存するので、被加工表面の疲れ寿命が向上する。

ブレーキディスク３０の外周領域に凹凸形状を形成すれば、外周領域の凸部分がクランプ機構４０によって挟圧されることになるので、クランプ機構４０の固定側クランプ部材４１または可動側クランプ部材４２と、ブレーキディスク３０の外周領域との間の摩擦係数が高まり、大きなクランプ力が得られるようになる。

ブレーキディスク３０の外周領域の表面に凹凸形状を形成することにより、ブレーキディスク３０の摩擦係数が高まるが、クランプ機構によるクランプおよびアンクランプを繰り返して行なうと、外周領域の表面、より具体的には外周領域の凸部分が摩耗し、摩擦係数が低下してしまう。そこで、本実施形態では、ブレーキディスク３０の外周領域の表面および裏面の凹凸形状を長期に亘って維持するために、ブレーキディスク３０の外周領域の表面および裏面に硬質表面処理層３４を形成している。

硬質表面処理としては、種々の方法が考えられる。一つの実施形態では、クロムなどの硬質金属をメッキすることである。硬質クロムメッキ層３４は優れた耐摩耗性を発揮するので、ブレーキディスク３０の外周領域の表面凹凸形状を長期間に亘って維持することができる。

ブレーキディスクの外周領域の表面に凹凸形状を付与する加工法としては、ショットピーニングに限定されるものではなく、一般的な機械加工法等も採用し得る。図４は、他の形態のブレーキディスク６０を示す平面図である。ブレーキディスク６０の外周領域の表面には、機械加工によって放射状に延びる多数の溝６１が形成されている。各溝６１は、厚み方向に貫通するのではなく、溝底を持つ形状であるので、ブレーキディスク６０の剛性は良好に維持される。

図示した実施形態では、ブレーキディスクの外周領域にのみ、摩擦係数を高めるための凹凸形状を付与していたが、他の実施形態として、ブレーキディスクの全面領域に凹凸形状を付与するようにしてもよい。また、ブレーキディスクの表面および裏面のうちのいずれか一方の面にのみ、凹凸形状を付与し、さらにその上に硬質表面処理層を設けるようにしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、割り出し装置等の各種ロータリテーブル装置およびブレーキディスクに有利に利用され得る。

この発明の一実施形態に係るロータリテーブル装置の断面図である。 図１の増力機構の拡大断面図である。 ブレーキディスクの一例を示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）はブレーキディスクの外周領域の断面図を示す。 ブレーキディスクの他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 装置本体、１２ ウォーム軸、２０ ロータリテーブル、２０ａ 回転軸部、２１ ウォームホイール、２２ ねじ、３０ ブレーキディスク、３２ 凹部、３３ 凸部、３４ 硬質表面処理層、４０ クランプ機構、４１ 固定側クランプ部材、４２ 可動側クランプ部材、４３ ピストン、４４ ボール、４５ 第１段用テーパーカム面、４６ 第２段用テーパーカム面、４７ 圧縮ばね、４８ シリンダ形成部材、４９ クランプ用空気室、５０ アンクランプ用空気室、５１，５２ エア通路、６０ ブレーキディスク、６１ 溝、１００ ロータリテーブル装置。

Claims (7)

1. 装置本体と、
   前記装置本体に回転可能に支持され、一端にワーク取付部を有するロータリテーブルと、
   前記ロータリテーブルに固定され、ロータリテーブルと共に回転するブレーキディスクと、
   前記ブレーキディスクの外周領域を厚み方向に挟圧して前記ロータリテーブルの回転を停止させる状態と、前記ブレーキディスクの外周領域を解放して前記ロータリテーブルの回転を許容する状態とに切換え可能なクランプ機構とを備え、
   前記ブレーキディスクの外周領域は、その表面に、摩擦係数を高めるための凹凸形状と、前記凹凸形状を長期に維持するための硬質表面処理層とを備える、ロータリテーブル装置。
2. 前記ブレーキディスクの凹凸形状は、ショットピーニングによって形成されている、請求項１に記載のロータリテーブル装置。
3. 前記ブレーキディスクの凹凸形状は、溝加工によって形成されている、請求項１に記載のロータリテーブル装置。
4. 前記硬質表面処理層は、硬質金属メッキ層である、請求項１〜３のいずれかに記載のロータリテーブル装置。
5. 前記硬質金属は、クロムである、請求項４に記載のロータリテーブル装置。
6. 前記クランプ機構は、前記ブレーキディスクを厚み方向の両側から解除可能に挟圧する固定側クランプ部材および可動側クランプ部材と、前記可動側クランプ部材を固定側クランプ部材側に加圧するピストンと、前記ピストンと前記可動側クランプ部材との間に介在すると共に軸方向および径方向に移動可能なボールとカム面とよりなる増力機構とを備え、
   前記増力機構は、前記ピストンに形成した第１段用のテーパーカム面と前記ボールとの当接による第１段増力部と、前記可動側クランプ部材に形成した第２段用のテーパーカム面とボールとの当接による第２段増力部とを有する、請求項１〜５のいずれかに記載のロータリテーブル装置。
7. 少なくともその外周領域の表面に、摩擦係数を高めるための凹凸形状と、前記凹凸形状を長期に維持するための硬質表面処理層とを備える、ロータリテーブル装置用ブレーキディスク。

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