JP3129345U - 工作機械用クランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイズが小さく経済的に製造することができる工作機械用クランプ装置を作ること。
【解決手段】動力チャック３と、引き棒６で作動するクランプジョー４とを具備した工作機械２用のクランプ装置で、アクチュエーター及び保持要素としての切換機能を有するモーター１１と、モーターと引き棒６の間に配されたドライブライン１３から成る。ドライブライン１３は、噛み合い要素１４，１５から成り、噛み合い要素により、クランプジョー４を動かすのに必要なモーター１１の回転移動運動が、引き棒６の軸方向移動運動に変換される。
【選択図】図１

Description

本考案は、工作物を保持するための動力チャックを装備した工作機械用クランプ装置に関する。そのクランプジョーは軸方向に移動可能な引き棒を用いたクランプ装置を用いて作動する。

この種のクランプ装置の非常に多数の様々な実施形態が開示されている。多くの場合、例えば特許文献１のように、引き棒は引き棒に接続したピストンにより動き、両側でそれに作用する液体に圧力をかけ、シリンダーに入る。

DE3228749C2 EP0234230B1

ゆえに、本考案の課題は、サイズが小さく経済的に製造することができる前記のタイプの工作機械用クランプ装置を作ることである。とりわけ、モーターを用いてクランプ装置の構成部品を駆動させる必要なく、従って大きい作動騒音を受ける必要なく、クランプジョーのクランプ力を維持することが狙いである。さらに、クランプ装置を電気エネルギーと加圧媒体の両方を用いて作動させることができる。それにより、操作を柔軟にし、広範囲の機能を持たせ、また真っ直ぐな操作が可能になる。

本考案によれば、これは前記のタイプのクランプ装置で実現される。クランプ装置は、好ましくは電気サーボモーター又は油圧モーターのような、アクチュエーター及び保持要素としての切換機能を有するモーターと、モーターと引き棒の間に配された、噛み合い要素から成るドライブラインとから成る。これにより、動力チャックのクランプジョーを動かすのに必要なモーターの駆動要素の回転移動運動が、引き棒の軸方向移動運動に変換される。

この場合、ドライブラインは、中空シャフトに回転可能に搭載されたベル状部材１４と、回転しないように保持された中間要素として構成されると有利である。中空シャフトはモーターと駆動連結し、好ましい実施形態では機械主軸と連結する。ベル状部材と中間要素は、ベル状部材の回転運動を変換するために、螺子要素を噛み合わせることで一緒に連結している。また、中間要素が、引き棒を作動させるために、直接に又は中間要素を担持するスライドスリーブを介して引き棒と駆動連結すると有利である。

ベル状部材の回転運動を変換するために、ベル状部材はベル状部材の雌螺子と中間要素上の雄螺子を用いて中間要素と係合でき、中間要素は軸方向には移動できるが回転しないように設けられ、また引き棒と駆動連結していると有利である。しかしながら、ベル状部材は、好ましい実施形態ではボール戻し機能を備えたボール螺子（roller thread drive）によって中間要素と駆動連結してもよい。

中間要素と引き棒の間の駆動連結を実現するために、少なくとも２つの戻しレバーを、固定位置に配されたピンに回転可能に搭載することができる。戻しレバーの外側端部は軸方向に移動可能なスライドスリーブと駆動連結しており、戻しレバーの内側端部は引き棒と連結している。この実施形態では、戻しレバーを担持するピンは、工作機械の機械主軸と連結した中空シャフト内に回転可能に設けられる。また、軸方向に移動可能なスライドスリーブ及び／又は引き棒に加工された噛み合い部又は凹部と係合するように、戻しレバーの外側端部及び／又は内側端部はそれぞれ噛み合い部を具備するか、凹凸をつけなければならない。

別な実施形態によれば、スライドスリーブを引き棒と駆動連結させるために、少なくとも２つの歯車又は扇形歯車（toothed segment）が設けられる。歯車又は扇形歯車はスリーブに設けられたピンに回転するように設けられ、噛み合い部と係合している。スリーブは引き棒と固定連結している。噛み合い部は、軸方向に移動可能なスライドスリーブと、機械主軸と固定連結した中空シャフトとに設けられる。

軸方向に移動可能なスライドスリーブに設けられた噛み合い部はそれぞれ、それらに取り付けられた扇形歯車で形成されなければならない。

ベル状部材及び／又は軸方向に移動可能な中間要素は、主軸軸受により機械主軸に連結した中空シャフトに回転可能に設けられなければならない。

別な実施形態によれば、ベル状部材、軸方向に移動可能な中間要素、スライドスリーブ、ベル状部材の軸受レース、スリーブ及び／又はクランプ装置の別な構成要素はそれぞれ、好ましい実施形態では軸方向を向いた１つ又は複数の冷却剤ダクトを具備する。そこに冷却剤が供給される。クランプ装置に背圧を確立するために、冷却剤ダクトは、好ましい実施形態では冷却剤ダクトの端領域にスロットルを具備する。

クランプ装置が本考案に従って設計されれば、動力チャックのクランプジョーのクランプ力は、クランプ装置の構成要素を回転させる必要なく維持できる。回転移動運動は、工作物をクランプし、クランプ装置のモーターを用いてクランプジョーを解放するために実行されればよい。これらの回転運動は、ドライブラインによって軸方向移動運動に変換され、引き棒に伝えられる。

これにより実現しようとする構成の複雑さは僅かであり、特に市場で手に入る多数の構成要素が用いられるので、クランプ装置の経済的な製造も可能である。とりわけ、この場合、クランプ装置の外側構成要素が機械主軸に接続されず、回転しないと有利である。それにより関連する操作騒音を受ける必要はない。また、クランプ装置のモーターにより、クランプジョーの特定の移動行程を確認し、従って容易に操作位置を確認することが可能である。これは別なモニタリングは必要ないが、まともに実行できることを意味する。提案した実施形態はほとんど設計の複雑さを有しないが、工作物を高レベルの操作安全性で長期にわたって工作機械にクランプされたままにするクランプ要素を提供する。

図面は、本考案に従って設計されたクランプ装置の１つの同じ実施形態と複数のバリエーションを示す。その詳細は以下に説明する。

それぞれの場合で異なる操作状態が示され、１，１’又は１”で示された、図１，３及び７の概略形状のクランプ装置と図２，４及び８の設計形状のクランプ装置は、工作機械２に配された動力チャック３を作動させるのに用いられる。その調節可能なクランプジョー４により、機械加工しようとする工作物１０がチャック３に締付けられる。クランプ装置は主にモーター１１とドライブライン（動力伝達系統）１３から成る。ドライブラインにより、モーター１１の回転移動運動が軸方向移動運動に変換される。クランプ装置１，１’又は１”で始動した軸方向移動運動は、引き棒６によってクランプジョー４に伝えられる。引き棒は、モーター８で駆動する工作機械２の主軸５を通って延び、図示した実施例では、レバー７によってクランプジョー４に駆動連結している。さらに、主軸５はフランジ９を具備している。フランジには、やはりフランジ２２を具備したシャフト２１が取り付けられており、中空シャフト２１はクランプ装置１，１’又は１”を担持している。

ドライブライン１３は、ベル状部材１４により、モーター１１の出力要素１２、ベル状部材１４と連結した中間部材２４、及び引き棒６が取り付けられたスリーブ３１と駆動連結して形成される。図１及び２に示された実施例では、歯付きベルト１５が、ベル状部材１４とモーター１１の出力要素１２との間の駆動連結のために設けられる。この歯付きベルト１５は、出力要素１２とベル状部材１４に取り付けられたプーリー（ベルト車）１６又は１７と係合している。しかしながら、図３によれば、歯車１８及び１９を用いて形成された中間軸歯車ユニットが同じ目的を果たす。

電気サーボモーター又は油圧モーターとして構成されるモーター１１により始動した移動運動はベル状部材１４に伝えられ、その回転運動は中間要素２４との相互作用で軸方向移動運動に変換される。これを実現するために、雌螺子２５がベル状部材１４内に加工されており、中間要素２４は雄螺子２６を有する。加えて、中間要素２４は、ホルダー２８のスロット２９に係合する突出ピン３０によって回転しないように保持される。ベル状部材１４を中間要素２４にねじ込むことにより、中間要素２４が軸方向に左右に移動するという効果がある。特に図２に見られる中間要素２４は、引き棒６と固定連結したパイプ部分６’と連結しているので、パイプ部分６’は同様に移動する。

設計形態によれば、ベル状部材１４の雌螺子２５は中間要素２４の雄螺子２６に直接係合しないが、その代わり、ボール２７（図６）から成るボール螺子を介して係合する。ボールは互いに間隔を置いてケージ２７’に配されており、戻し機能を有する。このようにして、摩擦損失が減少する。

中間要素２４は、主軸軸受３８によって回転するようにスリーブ３１に保持される。それにより、軸方向移動運動がスリーブ３１に伝えられる。調節運動をパイプ部分６’に伝えるために、幾つかのリング部材３２が螺子３３によりスリーブ３１に取り付けられる。突出部３５は螺子３６により各リング部材３２の自由端に固定される。これらの螺子３６は中空シャフト２１に加工された開口３４を貫通し、ボルト３６と共にパイプ部分６’に連結している。プーリー１７が螺子２０を用いてベル状部材１４に取り付けられ、軸方向に固定されている。ベル状部材１４はまた、主軸軸受３７により中空シャフト２１に回転可能に搭載されている。軸受レース（軸受軌道輪）３９がこの目的のために設けられ、プーリー１７と共にベル状部材１４に保持されている。プーリー１７と反対側の端では、ベル状部材１４はねじ込み式カバー４０で密閉されている。

クランプ装置１のモーター１１は、チャック３を開けたり閉じたりするために簡単に（短時間で）作動しなければならない。機械主軸５が固定されているか、フランジ２２とボルト２３によって機械主軸５に取り付けられた中空シャフト２１と共に回転するかにかかわらず、出力要素１２の対応する回転移動運動がドライブライン１３の噛み合い要素によって変換され、軸方向移動運動として引き棒６に伝えられる。これにより、クランプジョー４が作動する。工作物１０が締付けられた後、クランプ力が所与のモータートルクで同様にクランプジョー４に作用するので、クランプ力はモーター１１により維持される。

図３〜６に示されたクランプ装置１’の変形例では、中間要素２４の軸方向移動運動を、引き棒６又は引き棒６に連結したパイプ部分６’に伝えるために、幾つかの戻しレバー４１が周囲に均等に配されている。これら戻しレバー４１は枢動するようにピン４２に保持され、中空シャフト２１に設けられた貫通口４５に延びる。この場合、特に図６に見られるように、ピン４２は中空シャフト２１内に保持され、戻しレバー４１の内側端部と外側端部はそれぞれ噛み合い部４３又は４４を装備している。戻しレバー４１は、噛み合い部４３又は４４によって扇形歯車４８と係合する。扇形歯車４８は噛み合い部４６を具備しており、螺子４９によって中間部材２４に取り付けられている。一方、戻しレバー４１はパイプ部分６’に加工された噛み合い部４７とも係合する。これにより、中間部材２４とパイプ部分６’の間で確動連結が作られる。

戻しレバー４１の噛み合い部４３及び４４とピン４２の中間軸との間の距離のために、中間要素２４の移動行程の比が調節でき、とりわけ、高いクランプ力がクランプジョー４に伝わる。

図７〜１０に示されるクランプ装置１”の変形例によれば、周囲に分配された幾つかの歯車５１は、中間要素２４の軸方向移動運動をパイプ部分６’、従って引き棒６とクランプジョー４に伝えるために用いられる。これらの歯車５１はピン５２に回転式に搭載され、噛み合い部５３及び５４と係合している。また、扇形歯車５６が螺子５７によりチューブ３１の噛み合い部分５３に取り付けられているが、噛み合い部５４は軸方向に固定して機械主軸５に連結した中空シャフト２１に直接加工されている。

ピン５２は付属装置５５’内でスリーブ５５で保持される。付属装置５５’はボルト５８を用いてパイプ部分６’にしっかり取り付けられている。ゆえに、噛み合い部５４における歯車４１の回転のために中間部材２４の軸方向移動の間に始動するピン５２の軸方向移動運動は半分に減少し、パイプ部分６’に伝えられる。

特に図５及び９から分かるように、中間部材２４、軸受レース３９、スリーブ３１及び中空シャフト２１は、それらに加工された冷却ダクト６３，６４，６５又は６６を有する。例えば冷却空気のような冷却剤が、冷却ユニット６２から、中間部材２４に設けられた接続部６１を介して供給される。冷却剤ダクト６３，６４及び６５はそれぞれ端領域にスロットル６７を有し、ゆえに背圧がクランプ装置１，１’又は１”で生じる。その結果、主軸軸受３７及び／又は３８、場合によっては他の構成要素で発生した熱が冷却剤で吸収され、クランプ装置１，１’又は１”から取り除かれる。

工作機械に取り付けられたクランプ装置の様々な操作位置の概略図である。 図１のクランプ装置の設計特徴の様々な操作位置の縦断面図である。 図１のクランプ装置の変形例の、様々な操作位置の概略図である。 図１のクランプ装置の設計特徴の様々な操作位置の軸方向断面図である。 図４のクランプ装置の半分の拡大図である。 ＶＩ−ＶＩ線に沿う図３のクランプ装置を通る斜視図である。 図１のクランプ装置の別な変形例の、様々な操作位置の概略図である。 図７のクランプ装置の設計特徴の様々な操作位置の軸方向断面図である。 図７のクランプ装置の半分の拡大図である。 Ｘ−Ｘ線に沿う図７のクランプ装置を通る斜視図である。

符号の説明

１，１’，１” クランプ装置
２ 工作機械
３ チャック
４ クランプジョー
５ 主軸
６ 引き棒
６’ パイプ部分
７ レバー
８ モーター
９ フランジ
１０ 工作物
１１ モーター
１２ 出力要素
１３ ドライブライン
１４ ベル状部材
１５ 歯付きベルト
１６ プーリー
１７ プーリー
１８ 歯車
１９ 歯車
２０ 螺子
２１ 中空シャフト
２２ フランジ
２３ ボルト
２４ 中間要素
２５ 雌螺子
２６ 雄螺子
２７ ボール
２７’ ケージ
２８ ホルダー
２９ スロット
３０ 突出ピン
３１ スリーブ
３２ リング部材
３３ 螺子
３４ 開口
３５ 突出部
３６ 螺子
３７ 主軸軸受
３８ 主軸軸受
３９ 軸受レース（軸受軌道輪）
４０ ねじ込み式カバー
４１ 戻しレバー
４２ ピン
４３ 噛み合い部
４４ 噛み合い部
４５ 貫通口
４６ 噛み合い部
４７ 噛み合い部
４８ 扇形歯車
４９ 螺子
５１ 歯車
５２ ピン
５３ 噛み合い部
５４ 噛み合い部
５５ スリーブ、ボルト
５５’ 付属装置
５６ 扇形歯車
５７ 螺子
６１ 接続部
６２ 冷却ユニット
６３ 冷却ダクト
６４ 冷却ダクト
６５ 冷却ダクト
６６ 冷却ダクト
６７ スロットル

Claims (13)

1. 軸方向に移動可能な引き棒（６）を介してクランプ装置（１）を用いてクランプジョー（４）が作動する、工作物（１０）を保持するための動力チャック（３）を装備した工作機械（２）用のクランプ装置（１）において、
   クランプ装置（１）は、好ましくは電気サーボモーター又は油圧モーターである、アクチュエーター及び保持要素としての切換機能を有するモーター（１１）と、モーターと引き棒（６）の間に配された、噛み合い要素（１４，１５又は１８，１９，２４，２５，２６，２７）から成るドライブライン（１３）とから成り、
   噛み合い要素により、動力チャック（３）のクランプジョー（４）を動かすのに必要なモーター（１１）の駆動要素（１２）の回転移動運動が、引き棒（６）の軸方向移動運動に変換される
   ことを特徴とするクランプ装置。
2. ドライブライン（１３）は、中空シャフト（２１）に回転可能に搭載されたベル状部材（１４）と、回転しないように保持された中間要素（２４）として構成され、
   中空シャフトはモーター（１１）と駆動連結し、好ましい実施形態では機械主軸（５）と連結し、
   ベル状部材（１４）と中間要素（２４）は、ベル状部材（１４）の回転運動を変換するために、螺子要素（２５，２６又は２５，２６，２７）を噛み合わせることで一緒に連結しており、
   中間要素が、引き棒（６）を作動させるために、直接に又は中間要素（２４）を担持するスライドスリーブ（３１）を介して引き棒（６，６’）と駆動連結する
   ことを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
3. ベル状部材（１４）は、好ましい実施形態では、ころ軸受（３７）により中空シャフト（２１）に設けられ、
   軸受レース（３９）は、歯付きベルト（１５）、中間軸歯車ユニット（１８，１９）又は同様の噛み合い手段により、モーター（１１）の出力要素（１２）と駆動連結する
   ことを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
4. ベル状部材（１４）の回転運動を変換するために、ベル状部材（１４）は、ベル状部材（１４）の雌螺子と中間要素（２４）上の雄螺子（２６）を用いて中間要素（２４）と係合し、
   中間要素（２４）は軸方向に移動できるが回転しないように設けられ、引き棒（６）と駆動連結する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプ装置。
5. ベル状部材（１４）が、好ましい実施形態ではボール戻し機能を備えたボール螺子（２７，２７’）によって中間要素（２４）と駆動連結することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のクランプ装置。
6. 中間要素（２４）と引き棒（６）の間の駆動連結を実現するために、少なくとも２つの戻しレバー（４１）が、固定位置に配されたピン（４２）に回転可能に搭載され、
   戻しレバー（４１）の外側端部は軸方向に移動可能なスライドスリーブ（３１）と駆動連結しており、戻しレバー（４１）の内側端部は引き棒（６）と連結している
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のクランプ装置。
7. 戻しレバー（４１）を担持するピン（４２）は、工作機械（２）の機械主軸（５）と連結した中空シャフト（２１）内に回転可能に設けられることを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
8. 軸方向に移動可能なスライドスリーブ（３１）及び／又は引き棒（６）に加工された噛み合い部（４６，４７）、又は引き棒に加工された凹部と係合するように、戻しレバー（４１）の外側端部及び／又は内側端部がそれぞれ噛み合い部（４３，４４）を具備するか、凹凸をつけられることを特徴とする請求項６又は７に記載のクランプ装置。
9. スライドスリーブ（３１）を引き棒（６）と駆動連結させるために、少なくとも２つの歯車（５１）又は扇形歯車が設けられ、
   歯車（５１）又は扇形歯車は、引き棒（６）と固定連結したスリーブ（５５）に設けられたピン（５２）に回転するように設けられ、噛み合い部（５３，５４）と係合しており、
   噛み合い部（５３，５４）は、軸方向に移動可能なスライドスリーブ（３１）と、機械主軸（５）と固定連結した中空シャフト（２１）とに設けられる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のクランプ装置。
10. 軸方向に移動可能なスライドスリーブ（３１）に設けられた噛み合い部（４６；５３）はそれぞれ、それらに取り付けられた扇形歯車（４８；５６）により形成されることを特徴とする請求項８又は９に記載のクランプ装置。
11. ベル状部材（１４）及び／又は軸方向に移動可能な中間要素（２４）は、主軸軸受（３７，３８）により機械主軸（２）に連結した中空シャフト（２１）に回転可能に設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のクランプ装置。
12. ベル状部材（１４）、軸方向に移動可能な中間要素（２４）、スライドスリーブ（３１）、ベル状部材（１４）の軸受レース（３９）、スリーブ（５５）及び／又はクランプ装置（１，１’，１”）の別な構成要素がそれぞれ、好ましい実施形態では軸方向を向いた１つ又は複数の冷却剤ダクト（６３，６４，６５，６６）を具備することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のクランプ装置。
13. 冷却剤ダクト（６３，６４，６５，６６）は、好ましい実施形態では冷却剤ダクト（６３，６４，６５，６６）の端領域にスロットル（６７）を具備することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のクランプ装置。

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