JP3764818B2 - 工作機械用ツールのクランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械用の切削工具などのツールを自動的に交換する装置の中のクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３、４に示した従来のクランプ装置は、オートツールチェンジャーＡから分離し、オートツールチェンジャーＡは図示していない電動機で駆動するようにしている。
そして、この従来のクランプ装置は、図３に示す本体１に開閉ロッド２を設け、この開閉ロッド２が、スプリング３のバネ力で、図示の押し上げ位置にあるとき、開閉ロッド２の先端に設けた図示していないクランプ機構が、このスプリング３のバネ力で工具などのツールをクランプする。そして、開閉ロッド２をスプリング３に抗して押し下げたとき、そのクランプ力が解除される。このように開閉ロッド２の推力でクランプ力を発揮させたり、そのクランプ力を解除する機構は、従来から公知である。
【０００３】
上記のようにした本体１の上には、シリンダ４を固定している。このシリンダ４には、ピストン５を摺動自在に組み込み、シリンダ４内を下側室４ａと上側室４ｂとに区画している。また、このピストン５のピストンロッド６をシリンダ４の上下両側から突出させ、下側ロッド部６ａを開閉ロッド２に対向させている。したがって、ピストン５が図３において下方に移動すると、その下側ロッド部６ａが、開閉ロッド２をスプリング３に抗して押し下げ、上記クランプ機構のクランプ力を解除する。
【０００４】
また、ピストンロッド６の上側ロッド部６ｂの突出端には支持棒７を起立させるとともに、この支持棒７にスイッチングロッド８を固定している。そして、このスイッチングロッド８を、上下に配置した一対のリミットスイッチ９、１０間に臨ませている。
したがって、ピストン５が、このリミットスイッチ９、１０の間隔分だけストロークすれば、いずれかのリミットスイッチ９あるいは１０がオンになる。しかも、このリミットスイッチ９、１０は、図４に示すように、コントローラＣに接続しているので、このリミットスイッチ９、１０のオン・オフ信号は、コントローラＣに入力される。
【０００５】
上記シリンダ４の一側には、電磁弁からなる制御バルブｖの弁本体１１を固定している。そして、この弁本体１１の一側には、油圧ポンプＰおよびタンクＴを固定し、他側には電動モータＭを固定している。そして、これら制御バルブｖおよび電動モータＭは、上記コントローラＣに接続している。このようにした電動モータＭは、コントローラＣからの起動信号が入力しない限り、停止した状態を保つようにしている。したがって、当然のことであるが、油圧ポンプＰも停止状態を保つ。このようにコントローラＣの信号を受けてから油圧ポンプＰを駆動させるようにしたのは、油圧ポンプＰを必要なときだけ駆動して、そのエネルギーロスを少なくするためである。
【０００６】
なお、このコントローラＣはＣＰＵ等からなり、オートツールチェンジャーＡも制御する。ただし、このコントローラＣは、オートツールチェンジャーＡの作業手順の中の基準動作、例えば、そのドアを開く等、前記クランプ機構が動作する以前の動作を基準にして電動モータＭを駆動させる構成にしている。このようにオートツールチェンジャーＡの基準動作に応じて電動モータＭを駆動させるようにしたのは、この電動モータＭの起動遅れを防止するためである。すなわち、電動モータＭは、その起動時に回転数がすぐに上昇しないということで、どうしても起動遅れが生じる。この電動モータの起動遅れは、結局シリンダ４の動作遅れとなり、作業のスピードアップの障害になってしまう。しかし、上記のようにクランプ機構の動作前であるオートツールチェンジャーＡの基準動作に対応させて電動モータＭを予め回転させれば、たとえ電動モータＭの起動遅れがあったとしても、クランプ機能に影響を及ぼさない。
さらに、上記制御バルブｖの一方のポートを、シリンダ４に形成した通路１２を介して下側室４ａに連通し、他方のポートを、通路１３を介して上側室４ｂに連通している。
【０００７】
上記したクランプ装置の構成を回路として示したのが、図４である。この図４からも明らかなように、制御バルブｖが図示のノーマル位置にあるとき、油圧ポンプＰが通路１２を介してシリンダ４の下側室４ａに連通し、上側室４ｂは通路１３を介してタンクＴに連通する。
また、制御バルブｖを、上記ノーマル位置から切り換えると、今度は、下側室４ａがタンクＴに連通し、上側室４ｂが油圧ポンプＰに連通する。
なお、図中符号１４はリリーフ弁である。
【０００８】
次に、この従来のクランプ装置の作用を説明する。
クランプ機構が、図示していない切削工具などのツールをクランプしているときには、制御バルブｖが図示のノーマル位置を保つ。制御バルブｖがノーマル位置を保てば、前記したようにピストン５が押し上げ位置を保つとともに、開閉ロッド２もスプリング３の作用で、押し上げ位置を保つ。開閉ロッド２が上記のように押し上げ位置を保っていれば、クランプ機構が上記ツールをクランプし続ける。また、このときには、電動モータＭは停止した状態を保つ。
なお、上記のようにノーマル位置において、ピストン５を押し上げ位置に保ったのは、開閉ロッド２と下側ロッド部６ａとを非接触の状態に保つためである。つまり、上記ノーマル位置では、開閉ロッド２が切削工具とともに高速回転するので、もし、それら両者が接触していると、その接触部分で焼き付きなどが発生してしまう。このような焼き付きを防止するために、ノーマル状態で開閉ロッド２と下側ロッド部６ａとを非接触にしたものである。
【０００９】
上記の状態からコントローラＣは、クランプ機構の動作前となるオートツールチェンジャーＡの特定の動作信号を出力すると同時に、電動モータＭの起動信号も出力する。この電動モータＭの起動信号に基づいて、電動モータＭを予め回転させておく。このように電動モータＭを予め回転させておけば、クランプ機構の動作時には、電動モータＭが所期の回転数まで上がり、その起動遅れなど問題にならない。
その後、制御バルブｖを上記ノーマル位置から切り換えれば、シリンダ４の下側室４ａがタンクＴに連通し、上側室４ｂがポンプＰに連通するので、ピストン５が下降する。ピストン５が下降すれば、下側ロッド部６ａで開閉ロッド２を押し下げる。
この開閉ロッド２が所定位置まで下降すると、クランプ機構のクランプ力が解除される。このクランプ力が解除されるときの開閉ロッド２の位置は、スイッチングロッド８が下側のリミットスイッチ１０をオンにする位置である。
【００１０】
このようにリミットスイッチ１０がオンになると、コントローラＣが動作して電動モータＭおよび油圧ポンプＰを停止しても、制御バルブｖを設定された時間内、切り換え位置に保つ。そして、この設定時間が経過するか、またはツール交換終了信号が入力すると、コントローラＣが制御バルブｖに切り換え信号を送信し、制御バルブｖを再びノーマル位置に切り換える。
上記のように制御バルブｖがノーマル位置に切り換われば、ピストン５が上昇して、再びクランプ力を発揮させる。
このとき、スイッチングロッド８が上側のリミットスイッチ９に接触してそれをオンにするが、このようにリミットスイッチ９がオンになると、コントローラＣが動作して、電動モータＭを停止させる。電動モータＭが停止してしまえば、油圧ポンプＰも停止する。ただし、このとき、開閉ロッド２がスプリング３のバネ力で押し上げ位置を保つので、そのバネ力でクランプ力は維持される。
【００１１】
このようにした従来の装置では、制御バルブｖ、油圧ポンプＰ、タンクＴおよび電動モータＭを、一体化してシリンダ４に固定したので、特別な配管が不要になる。
また、油圧ポンプＰは、クランプ力を解除するときだけ、動作させればよいことになる。言い換えれば、スプリング３のバネ力でクランプ力を維持しているときには、油圧ポンプＰを止められるので、その分、エネルギーロスが少なくなる。
しかも、クランプ装置のクランプ力を解除するときに、電動モータＭの起動遅れがないので、装置全体の作業スピードも維持される。
【００１２】
なお、この種の工作機械用ツールのクランプ装置では、例えばそれを自動車生産工場などで使うと、工具の交換スピードが特に問題になる。そのために従来の電動モータの起動遅れは、装置全体の作業スピードに大きく影響していたが、この従来の装置の場合には、電動モータの起動遅れを問題にする必要がない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにした従来の装置では、油圧ポンプとタンクとを連通する配管も不要で、しかも、電動モータの起動遅れもないという有利さがあるが、タンクを必要とするという点において、小型化に限界があるという問題があった。
この発明の目的は、タンクまでも不要にして、さらなる小型化を可能にした装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、開閉ロッドにスプリングのバネ力を作用させ、そのバネ力の作用でクランプ力を維持する一方、シリンダの推力をバネ力に抗して開閉ロッドに作用させ、このバネ力に抗する開閉ロッドの推力でクランプ力を解除する構成にした機械工作用ツールのクランプ装置を前提にする。
【００１５】
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、シリンダの一方の室を圧力室とし、他方の室をタンク室とする一方、シリンダの圧力室に圧油を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプを回転させる電動モータとを設け、しかも、この油圧ポンプの吸込側を上記タンク室に連通し、油圧ポンプの吐出側を、シリンダの圧力室以外にアンロード弁にも接続し、アンロード弁が開位置にあるとき、油圧ポンプの吐出側をその吸込側およびタンク室に連通して油圧ポンプを空回転させ、アンロード弁が閉位置に切り換わったとき、シリンダの圧力室に圧油を供給してクランプ力を解除する構成にした点に特徴を有する。
【００１６】
第２の発明は、シリンダのタンク室にリターンスプリングを設け、圧力室に圧力が作用していないクランプ状態で、開閉ロッドとシリンダのピストンロッドとを非接触にした点に特徴を有する。
第３の発明は、アンロード弁を電磁アンロード弁とするとともに、この電磁アンロード弁の開閉タイミングや電動モータの起動タイミングを制御するＣＰＵ等からなるコントローラを設けるとともに、このコントローラは、クランプ力解除以前となるオートツールチェンジャー等の特定の基準動作に応じて、電動モータを起動させるとともに、アンロード弁を閉位置に切り換える構成にした点に特徴を有する。
第４の発明は、コントローラは、電動モータを起動させた後に、アンロード弁を閉位置に切り換える構成にした点に特徴を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１および図２に示した実施例は、従来のシリンダ１５の上側室を圧力室１６とし、この圧力室１６を、図２の回路図に示すように通路１７を介して油圧ポンプＰの吐出側に接続している。また、シリンダ１５の下側室をタンク室１８とし、このタンク室１８にリターンスプリング１９を介在させるとともに、このタンク室１８を、通路２０を介して油圧ポンプＰの吸込側に連通させている。
また、上記油圧ポンプＰは電動モータＭに連係しているが、この電動モータＭは、従来と同様にＣＰＵ等からなるコントローラＣに接続している。なお、このコントローラＣには、オートツールチェンジャーＡも接続していること、従来と同様である。
【００１８】
さらに、上記油圧ポンプＰの吐出側は、コントローラＣに接続した電磁アンロード弁２１にも接続している。この電磁アンロード弁２１は、図示のノーマル位置で開き、そのソレノイドを励磁させることによって閉位置に切り換わる。
そして、電磁アンロード弁２１が開位置を保つと、油圧ポンプＰの吐出側がこの電磁アンロード弁２１を経由して通路２０と合流し、自らの吸込側にも連通する。言い換えれば、油圧ポンプＰと電磁アンロード弁２１との間で閉回路が構成される。したがって、このときには、油圧ポンプＰが空回転することになる。
なお、図中符号２２はチェック弁、２３、２４はフィルター、２５はリリーフ弁である。また、符号８〜１０は、従来と同様のスイッチングロッドおよびリミットスイッチである。
【００１９】
次に、この実施例の作用を説明する。
このクランプ装置で、図示していない切削工具などのツールをクランプしているときには、電動モータＭすなわち油圧ポンプＰを停止させるとともに、電磁アンロード弁２１を図示のノーマル位置すなわち開位置に保つ。
このように油圧ポンプＰが停止していれば、ピストン５がリターンスプリング１９の作用で、押し上げ位置を保つとともに、開閉ロッド２もスプリング３の作用で、押し上げ位置を保つ。開閉ロッド２が上記のように押し上げ位置を保っていれば、クランプ機構がツールをクランプし続ける。
【００２０】
なお、上記のようにノーマル位置において、ピストン５を押し上げ位置に保ったのは、開閉ロッド２と下側ロッド部６ａとを非接触の状態に保つためである。つまり、上記ノーマル位置では、開閉ロッド２が切削工具とともに高速回転するので、もし、それら両者が接触していると、その接触部分で焼き付きなどが発生してしまう。このような焼き付きを防止するために、ノーマル状態で開閉ロッド２と下側ロッド部６ａとを非接触にしたもので、この点は従来と同様である。
【００２１】
上記の状態からコントローラＣが、従来と同様にクランプ機構の動作前となるオートツールチェンジャーＡの特定の動作信号を出力すると同時に、電動モータＭの起動信号も出力する。この電動モータＭの起動信号に基づいて、電動モータＭが回転する。したがってこのときには電磁アンロード弁２１に切り換え信号が出力されない。つまり、電磁アンロード弁２１が図示の開位置を保ったままとなる。
電磁アンロード弁が開位置を保ったままなので、油圧ポンプＰが回転しても、その吐出油は、電磁アンロード弁２１を経由して、油圧ポンプＰの吸込側に流れるだけで、シリンダ１５は動作しない。このようにシリンダ１５を動作させずに、油圧ポンプＰを空回転させるのは、クランプ動作までの間、電動モータＭの回転数を予め上げておいて、その起動遅れが発生しないようにするためである。
【００２２】
その後、コントローラＣが電磁アンロード弁２１の切り換え信号を出力し、それを閉位置に切り換える。電磁アンロード弁２１が閉位置に切り換われば、シリンダ１５の圧力室１６がポンプＰに連通するので、ピストン５が下降する。ピストン５が下降すれば、下側ロッド部６ａで、クランプ機構の開閉ロッド２を押し下げる。開閉ロッド２が所定位置まで下降すると、クランプのクランプ力が解除される。このクランプ力が解除されるときの開閉ロッド２の位置は、スイッチングロッド８が下側のリミットスイッチ１０をオンにする位置である。
【００２３】
このようにリミットスイッチ１０がオンになると、コントローラＣが動作して電動モータＭおよび油圧ポンプＰを停止する。ただし、電磁アンロード弁２１を設定された時間内そのままにして閉位置に保つ。したがって、シリンダ１５の圧力室１６に圧力がこもったままになるので、クランプ力を解除した状態を維持する。そして、上記設定時間が経過するか、またはツール交換終了信号が入力すると、コントローラＣが電磁アンロード弁２１に切り換え信号を送信し、電磁アンロード弁２１を再び開位置に切り換える。
【００２４】
上記のように電磁アンロード弁２１が開位置に切り換われば、圧力室１６の圧油が電磁アンロード弁２１から流出して油圧ポンプＰを空回転させながらそのエネルギーが消費される。したがって、ピストン５がリターンスプリング１９の作用で上昇して、再びクランプ力を発揮させる。
このとき、スイッチングロッド８が上側のリミットスイッチ９に接触してそれをオンにし、一連の動作を終了する。
また、当該回路内の作動油が、リークなどの理由によって減少したときには、その不足分がタンク室１８から補給される。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、タンクが不要なので、そのタンクの分だけ小型化が可能になる。
第２の発明によれば、開閉ロッドとシリンダのピストンロッドとを非接触にできるので、エネルギーロスがなくなる。
第３の発明によれば、コントローラの動作で、油圧ポンプを自動的に駆動させ、かつ、電磁アンロード弁も自動的に切り換えられる。
第４の発明によれば、電動モータの起動遅れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】要部の断面図である。
【図２】回路図である。
【図３】従来のクランプ装置の要部の断面図である。
【図４】従来のクランプ装置の回路図である。
【符号の説明】
Ａ オートツールチェンジャー
Ｐ 油圧ポンプ
Ｍ 電動モータ
Ｃ コントローラ
２ 開閉ロッド
５ ピストン
６ ピストンロッド
１５ シリンダ
１６ 圧力室
１８ タンク室
１９ リターンスプリング
２１ 電磁アンロード弁

Claims (4)

1. 開閉ロッドにスプリングのバネ力を作用させ、そのバネ力の作用でクランプ力を維持する一方、シリンダの推力をバネ力に抗して開閉ロッドに作用させ、このバネ力に抗する開閉ロッドの推力でクランプ力を解除する構成にした機械工作用ツールのクランプ装置において、シリンダの一方の室を圧力室とし、他方の室をタンク室とする一方、シリンダの圧力室に圧油を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプを回転させる電動モータとを設け、しかも、この油圧ポンプの吸込側を上記タンク室に連通し、油圧ポンプの吐出側を、シリンダの圧力室以外にアンロード弁にも接続し、アンロード弁が開位置にあるとき、油圧ポンプの吐出側をその吸込側およびタンク室に連通して油圧ポンプを空回転させ、アンロード弁が閉位置に切り換わったとき、シリンダの圧力室に圧油を供給してクランプ力を解除する構成にした工作機械用ツールのクランプ装置。
2. シリンダのタンク室にリターンスプリングを設け、圧力室に圧力が作用していないクランプ状態で、開閉ロッドとシリンダのピストンロッドとを非接触にした請求項１記載の工作機械用ツールのクランプ装置。
3. アンロード弁を電磁アンロード弁とするとともに、この電磁アンロード弁の開閉タイミングや電動モータの起動タイミングを制御するＣＰＵ等からなるコントローラを設けるとともに、このコントローラは、クランプ力解除以前となるオートツールチェンジャー等の特定の基準動作に応じて、電動モータを起動させ、電磁アンロード弁を閉位置に切り換える構成にした請求項１または２記載の工作機械用ツールのクランプ装置。
4. コントローラは、電動モータを起動させた後に、アンロード弁を閉位置に切り換える構成にした請求項３記載の工作機械用ツールのクランプ装置。

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