JP4453809B2 - 工作機械におけるクランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸に交換可能に取り付けられた加工具ホルダに保持された加工具によってワークを機械加工するマシニングセンタ（以下、Ｍ／Ｃともいう）等の工作機械（マシニング）の技術分野に属し、特に、加工中にクーラントを、主軸、加工具ホルダおよび加工具に形成されたクーラント注入通路を通して、加工具およびワークの加工部に浴びせてそれらを冷却するようになっている工作機械の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動変速機（以下、Ａ／Ｔともいう）の構成部品であるワークに対して、Ｍ／Ｃ等の工作機械により種々の機械加工が行われている。その場合、ワークの機械加工を行うにあたり、ワークをテーブルに固定する必要があるが、そのために工作機械はワークのクランプ装置を備えている。
【０００３】
従来の工作機械におけるクランプ装置として、ワークをクランプするクランプ部材をエアシリンダで作動させることにより、ワークのクランプおよびアンクランプを行うクランプ装置が提案されている（例えば、特許文献１あるいは特許文献２参照）。従来の工作機械における他のクランプ装置として、ワークをクランプするクランプ部材を油圧シリンダで作動させることにより、ワークのクランプおよびアンクランプを行うクランプ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。従来の工作機械における更に他のクランプ装置として、ワークをクランプするクランプ部材をシリンダ内に封入されたガスで作動させてワークをクランプするとともに、このシリンダに油圧を供給することでワークをアンクランプするクランプ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
このように、エア圧、油圧あるいはガス圧でワークをクランプすることで、ワークをテーブルに強固にクランプすることができる。
【０００４】
一方、従来の工作機械においては、ワークの機械加工中に所定圧のクーラントを、主軸、この主軸に装着される加工具ホルダおよびこの加工具ホルダに保持されるドリル等の加工具に形成されたクーラント供給通路を介してワークの加工部および加工具のワーク当接部に供給することで、クーラントを加工時の加工液、潤滑剤、および冷却剤として使用し、更に使用後のクーラントをクーラント貯蔵タンクに回収することが提案されている（例えば、特許文献４あるいは特許文献５参照）。
【特許文献１】
特開平１１−１５６６５４号公報（段落番号［００１４］、［００１６］、［００１７］、［００１９］、［００２０］、［００２２］、図面［図２］）。
【特許文献２】
特開２００２−２８３１６８号公報（段落番号［００２０］、図面［図１］）。
【特許文献３】
特開２００２−１８７０３７号公報（段落番号［００２４］、［００２５］、図面［図１］）。
【特許文献４】
特開２００１−２５９３９号公報（段落番号［０００２］、図面［図８］）。
【特許文献５】
特開２００１−２８７１３５号公報（段落番号［０００８］、［００３４］、［００３７］、図面［図１］）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の特許文献１ないし３に開示の工作機械におけるクランプ装置では、いずれも、ワークのクランプおよびアンクランプを行うためにはエア圧あるいは油圧の専用の圧力を用いているため、圧力源が必要となる。しかしながら、このようにエア圧あるいは油圧の専用の圧力源を設置したのでは、装置が大掛かりになり、工作機械全体が大型になるばかりでなく、コストが高いという問題がある。しかも、工作機械の加工のための制御系と別のクランプのための制御系が必要となり、その分制御が複雑となり、コストが更に高くなってしまう。更に、特許文献３に開示のクランプ装置では、封入されたガス圧でクランプ力を得ているため、ガス圧の経年変化あるいはワークの厚みの相違等によりクランプ力が変化してしまい、常時ワークを一定のクランプ力でクランプすることは難しいという問題もある。
【０００６】
一方、前述の特許文献４および５に開示の工作機械では、ワークの機械加工中に所定圧のクーラントをワークの加工部および加工具のワーク当接部に供給することで、クーラントを加工時の加工液、潤滑剤、および冷却剤として使用しているだけである。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、専用の圧力源を不要にして、工作機械全体をコンパクトにするとともに制御をより簡単にし、しかも安価に形成することのできる工作機械におけるクランプ装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、請求項１の発明の工作機械におけるクランプ装置は、ワークの加工中にクーラントを、主軸およびこの主軸に装着された加工具にそれぞれ形成されたクーラント供給通路を介して前記ワークの加工部および前記加工具のワーク当接部に供給可能であるとともに、クランプ装置によりワークをクランプするようになっている工作機械におけるクランプ装置において、前記クランプ装置が、前記クーラントが供給されるクランプ用流体圧シリンダ装置とこのクランプ用流体圧シリンダ装置で作動されて前記ワークをクランプするクランプ部材と少なくとも備え、前記クランプ用流体圧シリンダ装置が、ピストンによってクランプ圧力室とアンクランプ圧力室とに区画された復動型シリンダを有し、前記クランプ部材は前記ピストンから延出するピストンロッドに設けられており、前記クランプ圧力室に前記クーラントが供給されることで前記クランプ部材が前記ワークをクランプするクランプ位置に設定されるとともに、前記アンクランプ圧力室に前記クーラントが供給されることで前記クランプ部材が前記ワークをクランプしないアンクランプ位置に設定されるようになっており、前記クランプ圧力室および前記アンクランプ圧力室に対する前記クーラントの供給および排出を制御するクーラント供給排出手段と、前記主軸に着脱可能に装着されて、前記クーラント供給排出手段を制御するとともに、前記主軸に装着時に前記主軸のクーラント供給通路に接続されるクーラント注入通路を有するクランプ作動工具とを備えていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２の発明は、前記クーラント供給排出手段がクランプ側カプラとアンクランプ側カプラとを備え、前記クランプ側カプラが前記クランプ圧力室に接続されているとともに、前記クランプ圧力室の圧力を保持するチェック弁を有するとともに、前記アンクランプ側カプラは前記アンクランプ圧力室に接続されているとともに、前記アンクランプ圧力室の圧力を保持するチェック弁を有し、前記クランプ作動工具が、前記クーラント注入通路が形成され、前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか一方に挿入されてそのチェック弁を開くとともに、前記クーラント注入通路から前記クーラントを前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか一方に注入することで前記クランプ圧力室および前記アンクランプ圧力室のいずれか一方に供給するクーラント注入部と、該クーラント注入部が前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか一方に挿入されたときに前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか他方に挿入されてそのチェック弁を開いて前記クランプ圧力室および前記アンクランプ圧力室のいずれか他方に供給された前記クーラントを排出するチェック弁作動部とを有していることを特徴としている。
更に、請求項３の発明は、前記クランプ側カプラと前記クランプ圧力室とを接続するクランプ圧流体通路に、前記クランプ圧力室の圧力を一定に保持する圧力保持手段を備えていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の作用および効果】
このように構成された請求項１ないし３の発明の工作機械におけるクランプ装置によれば、クランプ用流体圧シリンダ装置にクーラントを供給することにより、クランプ部材が作動してワークをクランプするようになる。このように、ワークのクランプ力を得るための動力源として、従来から工作機械に用いられているクーラントを用いているので、クランプのための専用の圧力源が不要にできる。これにより、工作機械全体を小型コンパクトにできるとともに、工作機械を安価に製造することができる。
【００１３】
また、クランプのための制御が、主軸に対するクランプ作動工具の着脱制御およびクーラントの供給制御であり、これらの制御は、従来から行われている工作機械による加工のための制御（加工具の主軸に対する交換制御および加工時のクーラントの供給制御）と同じ制御系で行うことができるので、制御をより簡単にでき、その分コストを更に安価にできる。その場合、主軸に着脱可能に係合保持されるクランプ作動工具の被保持部を、従来の加工具カプラの被保持部と同じ構造にすることで、主軸に対するクランプ作動工具の交換動作を、従来の主軸に対する加工具の交換動作をほぼ同じ動作で行うことができる。これにより、クランプ作動工具の交換動作を迅速に行うことができ、クランプあるいはアンクランプ動作を迅速に行うことができる。
【００１４】
また、クランプ動作時毎にクーラントを供給するようにしているので、ほぼ一定のクランプ力を得ることができ、ワークを長期にわたってかつその厚みに関係なく同じクランプ力で安定してクランプすることができる。特に、圧力保持手段を用いることで、ワークの加工中に、クランプ用流体圧シリンダ装置のクランプ圧力室のクランプ圧力を一定に保持することができ、ワークを一定のクランプ力で確実にクランプすることができる。これにより、ワークの加工をより正確に行うことができるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の工作機械におけるワークのクランプ装置の実施の形態の一例を模式的に示し、（ａ）は工作機械の斜視図、（ｂ）はこの工作機械の主軸とワークのクランプ装置の部分拡大斜視図である。
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、この例の工作機械（マシニング）は縦型マシニングのＭ／Ｃ１であり、このＭ／Ｃ１は、装置本体２と、ワーク３を支持固定するテーブル４と、このテーブル４にワーク３を固定するクランプ装置５と、種々の工具（ツール）がそれぞれ着脱可能に装着される工具ホルダ６と、これらの工具ホルダ６が着脱可能に装着されかつ工具ホルダ６に保持された工具に回転を伝達してその工具の持つ機能により作業を実施する主軸７と、各工具ホルダ６を保管する工具保管手段８と、Ｍ／Ｃ１の操作盤９とを備えている。
【００１６】
工具が装着されている工具ホルダ６は、それぞれ、不使用時には工具保管手段８に保管されているとともに、使用時には、図示しないオートツールチェンジャにより工具保管手段８から取り外されて、主軸７に装着される。また、工具が装着されている工具ホルダ６は、その機械加工が終了すると、オートツールチェンジャにより主軸７から取り外されて、工具保管手段８に保管されるようになっている。これらのオートツールチェンジャおよび工具保管手段８は、従来公知のものが使用できるとともに本発明の特徴部分ではないので、それらの具体的な説明を省略する。
【００１７】
テーブル４は装置本体２に着脱可能に固定されているとともに、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように、このテーブル４にクランプ装置５が設置されている。クランプ装置５は所定数（図示例では、３個）のクランプ用流体圧シリンダ装置１０,１１,１２を備えている。各クランプ用流体圧シリンダ装置１０,１１,１２は、いずれも同じ構成を有しているので、１つのクランプ用流体圧シリンダ装置１０について説明し、他のクランプ用流体圧シリンダ装置１１,１２の説明は省略する。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、クランプ用流体圧シリンダ装置１０は、シリンダ１０ａ、このシリンダ１０ａ内を摺動するピストン１０ｂ、およびピストン１０ｂから延出してシリンダ１０ａを流体密にかつ摺動可能に貫通してシリンダ１０ａの外部に突出するピストンロッド１０ｃを備えた復動型のシリンダ装置で構成されている。シリンダ１０ａはテーブル４に固定されていて、その大部分がテーブル４のワーク３固定側（テーブル４の上側）と反対側（テーブル４の下側）に配置され、かつピストンロッド１０ｃの突出側の一部がテーブル４のワーク３固定側に突出して配置されている。シリンダ１０ａ内は、ピストン１０ｂによって図３（ａ）において上側のクランプ圧力室１３と、下側のアンクランプ圧力室１４とに区画されている。また、シリンダ１０ａの内周面には、ピストン１０ｂの上動限を規制するストッパ１０ｄが突設されている。
【００１９】
ピストンロッド１０ｃのピストン１０ｂと反対側の端には、クランプ部材１５が固定されている。このクランプ部材１５は、ワーク３に当接してこのワーク３をクランプするクランプ部１５ａを有している。また、図２（ｂ）および図３（ａ）に示すように、ピストンロッド１０ｃにはカム溝１０ｅが設けられている。一方、シリンダ１０ａの内周面には突起１０ｆが突設されており、その先端がカム溝１０ｅに係合している。なお、カム溝１０ｅおよび突起１０ｆは、ともに図２（ｂ）および図３（ａ）にのみ示し、他の図には図示を省略している。
【００２０】
そして、この突起１０ｆとカム溝１０ｅとの係合により、ピストンロッド１０ｃおよびクランプ部材１５がピストンロッド１０ｃの上下動に応じて回動するようになっている。その場合、クランプ部材１５は、図３（ａ）に実線でおよび図４（ｂ）に二点鎖線でそれぞれ示す、ワーク３をクランプしないアンクランプ位置と、図４（ａ）および（ｂ）に実線で示す、ワーク３をクランプするクランプ位置との間で９０°回動するようにされている。なお、アンクランプ位置とクランプ位置との間の回動角は９０°に限定されることなく、任意の角度に設定することができる。
【００２１】
同様に、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すように他のクランプ用流体圧シリンダ装置１１,１２のピストンロッドにもクランプ部材１６,１７がそれぞれ固定されている。これらのクランプ部材１６,１７も、いずれも、ワーク３に当接してこのワーク３をクランプするクランプ部１６ａ,１７ａを有している。また、他のクランプ用流体圧シリンダ装置１１,１２にも、カム溝１０ｅおよび突起１０ｆと同様のカム溝および突起が設けられている。その場合、図２（ａ）矢印で示すように、各カム溝は、クランプ用流体圧シリンダ装置１０,１２においてはそれらのクランプ部材１５,１７がピストンロッドの上下動に応じて同じ時計方向に回動し、クランプ用流体圧シリンダ装置１１においてはそのクランプ部材１６がピストンロッドの上下動に応じてクランプ部材１５,１７と逆の反時計方向に回動するように形成されている。もちろん、これらのカム溝はこれに限定されることはなく、各クランプ部材の回動方向が所望の方向となるように種々設定することができる。
【００２２】
以下の説明において、説明の便宜上、他のクランプ用流体圧シリンダ装置１１,１２における、シリンダ、ピストン、ピストンロッド、ストッパ、カム溝、クランプ圧力室、およびアンクランプ圧力室にも、それぞれ、クランプ用流体圧シリンダ装置１０と同じ符号１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１３、および１４を付して説明する。
【００２３】
一方、図３（ａ）に示すようにテーブル４には、クランプ側カプラ１８とアンクランプ側カプラ１９とが固定されている。これらのクランプ側カプラ１８およびとアンクランプ側カプラ１９はともに同じ構成を有しており、それぞれ、チェック弁２０,２１を備えている。チェック弁２０,２１は、それぞれ、弁体２０ａ,２１ａと、弁体２０ａ,２１ａがそれぞれ着離座する弁座２０ｂ,２１ｂと、弁体２０ａ,２１ａを弁座２０ｂ,２１ｂの方へ付勢する付勢ばね２０ｃ,２１ｃとからなっている。また、クランプ側カプラ１８およびアンクランプ側カプラ１９には、それぞれ、ガイド口１８ａ,１９ａが形成されている。
【００２４】
クランプ側カプラ１８は、クランプ圧流体通路２２を介して各クランプ用流体圧シリンダ装置１０,１１,１２のシリンダ１０ａの各クランプ圧力室１３に接続されている。また、アンクランプ側カプラ１９は、アンクランプ圧流体通路２３を介して各クランプ用流体圧シリンダ装置１０,１１,１２のシリンダ１０ａのアンクランプ圧力室１４に接続されている。クランプ圧流体通路２２およびアンクランプ圧流体通路２３は、ともに可撓性の管で構成することもできるし、不可撓性の管で構成することもできる。
【００２５】
クランプ圧流体通路２２にはアキュムレータ（本発明の圧力保持手段に相当）２４が設けられており、このアキュムレータ２４内には、例えば窒素ガス等のガス２５が封入されている。このガス２５は、クランプ圧流体通路２２の圧力（つまり、クランプ圧力室１３の圧力）に応じて膨張、収縮するようになっている。アキュムレータ２４は圧力保持器として機能し、クランプ圧流体通路２２等において若干の自然的な圧力漏れが生じても、クランプ圧力室１３の圧力を低下させず、一定に保持している。更に、クランプ圧流体通路２２には圧力計２６が設けられており、この圧力計２６は、クランプ圧流体通路２２の圧力（つまり、クランプ圧力室１３の圧力）を測定している。
【００２６】
更に図３（ａ）に示すように、この例のＭ／Ｃ１は、クランプ装置５によるワーク３のクランプ作動およびアンクランプ作動を行うためのクランプ作動工具２７を備えている。このクランプ作動工具２７は、主軸７に着脱可能に係合保持される被保持部２９と、この被保持部２９に一体に設けられた作動部３０と、被保持部２９と作動部３０とを貫通するクーラント注入通路３１とからなっている。
【００２７】
被保持部２９の主軸７に対する着脱構造は、従来のＭ／Ｃにおける工具ホルダ６の主軸７に対する着脱構造と同じ構造を採用できるので、その説明を省略する。
作動部３０はその中央に設けられかつクーラント注入通路３１が形成されたクーラント注入部３０ａを有しているとともに、このクーラント注入部３０ａには、クランプ側カプラ１８のチェック弁２０およびアンクランプ側カプラ１９のチェック弁２１を開く第１チェック弁作動部３０ｂを有している。
クランプ作動工具２７のクーラント注入通路３１は、クランプ作動工具２７が主軸７に装着された状態では、主軸７のクーラント供給通路７ａに接続されるようになっている。
【００２８】
また、作動部３０はクランプ側カプラ１８のチェック弁２０を開く第２チェック弁作動部３０ｃとアンクランプ側カプラ１９のチェック弁２１を開く第３チェック弁作動部３０ｄとを有している。第２および第３チェック弁作動部３０ｃ,３０ｄは、クーラント注入部３０ａを挟んで一直線（図示例では、左右方向つまりＸ方向の直線）上に配置されている。
【００２９】
その場合、クーラント注入部３０ａの第１チェック弁作動部３０ｂの中心と第２チェック弁作動部３０ｃの中心との距離と、第１チェック弁作動部３０ｂの中心と第３チェック弁作動部３０ｄの中心との距離と、クランプ側カプラ１８のチェック弁２０の中心とアンクランプ側カプラ１９のチェック弁２１の中心との距離とが、それぞれ互いに等しく設定されている。
【００３０】
そして、Ｍ／Ｃ１の加工動作の場合と同様に、Ｍ／Ｃ１の中央処理装置（ＣＰＵ）で主軸７の位置が制御されることにより、クーラント注入部３０ａがクランプ側カプラ１８のガイド口１８ａとアンクランプ側カプラ１９のガイド口１９ａのいずれか一方に選択的に挿入されるようになっている。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、クーラント注入部３０ａがガイド口１８ａに挿入されたときは、第１チェック弁作動部３０ｂがクランプ側カプラ１８のチェック弁２０の弁体２０ａに当接しかつこの弁体２０ａを押圧して弁座２０ｂから離座し、チェック弁２０を開くとともに、第３チェック弁作動部３０ｄがガイド口１９ａに挿入されてアンクランプ側カプラ１９のチェック弁２１の弁体２１ａに当接しかつこの弁体２１ａを押圧して弁座２１ｂから離座し、チェック弁２１を開く。
【００３２】
また、クーラント注入部３０ａがガイド口１９ａに挿入されたときは、第１チェック弁作動部３０ｂがアンクランプ側カプラ１９のチェック弁２１の弁体２１ａに当接しかつこの弁体２１ａを押圧して弁座２１ｂから離座し、チェック弁２１を開くとともに、第２チェック弁作動部３０ｃがガイド口１８ａに挿入されてクランプ側カプラ１８のチェック弁２０の弁体２０ａに当接しかつこの弁体２０ａを押圧して弁座２０ｂから離座し、チェック弁２０を開く。
【００３３】
工具保管手段８は、例えば工具ホルダ６を保持する円環状のツールストッカー８ａとを備えているとともに、図示しないツールチェンジャによって工具ホルダ６をツールストッカー８ａから取り出して主軸７に装着し、また工具ホルダ６を主軸７から取り出してツールストッカー８ａに保持するようになっている。この工具保管手段８も従来公知のＭ／Ｃに設けられている工具保管手段を採用することができるので、その説明を省略する。
【００３４】
次に、この例のＭ／Ｃ１におけるワーク３のクランプ作動およびアンクランプ作動について説明する。
ワーク３がテーブル４にセットされないＭ／Ｃ１の非作動状態では、クランプ作動工具２７はツールストッカー８ａに保持されている。そして、各カプラ１８,１９のチェック弁２０,２１は、図３（ａ）に示すようにともに閉じている。そして、この非作動状態では、クーラントが各シリンダ１０,１１,１２のアンクランプ圧力室１４に供給されており、各ピストン１０ｃはストッパ１０ｄに当接した上動限位置にあり、図３（ａ）および（ｂ）に示すように各クランプ部材１５,１６,１７はアンクランプ位置に設定されている。このクーラントは、加工時に加工具のワーク３当接部およびワーク３の加工部に供給されて、前述の従来と同様に加工時の加工液、潤滑剤、および冷却剤として使用する流体であり、従来公知のどのようなクーラントも使用することができる。このとき、クランプ圧力室１３は大気圧（０Ｍｐａ）となっており、アキュムレータ２４のガス２５は最大に膨張し、アキュムレータ２４には圧力が蓄えられていない状態となっている。
【００３５】
ワーク３を加工するために、このワーク３をテーブル４の所定位置にセットする。次いで、作業者が操作盤９のクランプボタンを操作すると、ＣＰＵが主軸７をツールストッカー８ａに移動した後、ツールチェンジャを作動して、ツールチェンジャはツールストッカー８ａからクランプ作動工具２７を取り出して、図３（ａ）に示すように主軸７に装着する。更に、ＣＰＵは主軸７をＸ方向およびＹ方向（図において図面と直交する方向）に移動して、クランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａの中心をクランプ側カプラ１８のガイド口１８ａの中心に一致させる。次に、ＣＰＵは主軸７をＺ方向（図において上下方向）に下動して、図４（ａ）に示すようにクーラント注入部３０ａをクランプ側カプラ１８のガイド口１８ａに挿入するとともに、第３チェック弁作動部３０ｄをアンクランプ側カプラ１９のガイド口１９ａに挿入する。これにより、前述のように２つのチェック弁２０,２１がともに開く。
【００３６】
次に、ＣＰＵは、クーラントを機械加工時に主軸７のクーラント供給通路７ａに供給する場合と同様にしてこのクーラント供給通路７ａに供給する。クーラント供給通路７ａに供給されたクーラントは、クランプ作動工具２７のクーラント注入通路３１を介してクランプ側カプラ１８に注入される。更に、クランプ側カプラ１８に注入されたクーラントは開いたチェック弁２０およびクランプ圧流体通路２２を通って、各シリンダ１０ａのクランプ圧力室１３に供給される。これにより、ピストン１０ｂが下動するので、各クランプ部材１５,１６,１７がアンクランプ位置からクランプ位置の方へ回動しながら下動する。このピストン１０ｂの下動により、アンクランプ圧力室１４に供給されていたクーラントは、アンクランプ圧流体通路２３および開いたチェック弁２１を通って外部に排出される。外部に排出されたクーラントは、図示しないがワーク３の機械加工時に供給されるクーラントの場合と同様に、Ｍ／Ｃ１のクーラント回収部に回収される。
【００３７】
そして、各クランプ部材１５,１６,１７はクランプ位置になると、カム溝１０ｅによりいずれも回動しなく、クランプ位置を保持しながら下動する。
図４（ａ）に示すように、各クランプ部材１５,１６,１７のクランプ部１５ａ,１６ａ,１７ａがそれぞれ対応するワーク３のクランプ溝３ａに嵌合するとともに、ワーク３に当接しかつワーク３をテーブル４に押圧する。シリンダ１０,１１,１２の各クランプ圧力室１３の圧力が設定圧Ｐ₀Ｍｐａ（例えば、３.５Ｍｐａ等）になる（つまり、各クランプ部材１５,１６,１７のワーク３に対するクランプ力が設定値になる）と、ＣＰＵはクーラントの注入を停止するとともに、主軸７を上動する。
【００３８】
すると、各チェック弁２０,２１の弁体２０ａ,２１ａが弁座２０ｂ,２１ｂに着座し、各チェック弁２０,２１がともに閉じる。更に、クランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａがガイド口１８ａから脱出し、かつ第３チェック弁作動部３０ｄがガイド口１９ａから脱出して、クランプ作動工具２７は図６（ａ）に示す上動位置となる。こうして、図６（ａ）に示すように設定圧Ｐ₀Ｍｐａのクーラントがクランプ圧力室１３内に封入され、図６（ａ）および（ｂ）に示すようにワーク３は各クランプ部材１５,１６,１７により所定のクランプ力でテーブル４にクランプされる。このクランプ状態では、アキュムレータ２４のガス２５が最大限に収縮し、アキュムレータ２４内に設定圧Ｐ₀Ｍｐａが蓄えられる。
【００３９】
そして、ＣＰＵは主軸７をツールストッカー８ａに移動した後、ツールチェンジャを作動して、クランプ作動工具２７を主軸７から取り外してツールストッカー８ａに保持するとともに、ワーク３の加工に必要な加工具（不図示）を保持した加工具ホルダ６をツールストッカー８ａから取り出して主軸７に装着する。そして、従来のＭ／Ｃと同様にこの加工具によりワーク３に対して加工を行う。このとき、主軸７のクーラント供給通路７ａ、加工具ホルダ６および加工具の各クーラント供給通路（不図示）を介して供給されるクーラントを加工部に浴びせて加工具およびワーク３の加工部を冷却しながら、加工が行われる。
【００４０】
ところで、加工中にクランプ圧流体通路２２等において若干の自然的な圧力漏れが生じても、アキュムレータ２４によりクランプ圧力室１３の圧力が低下することなく、一定に保持される。これにより、ワーク３は加工中確実にクランプされ、ワーク３の加工をより正確に行うことができる。
【００４１】
一連の所定の加工が終了すると、作業者は操作盤のアンクランプボタンを操作する。すると、ＣＰＵは主軸７をツールストッカー８ａに移動した後、ツールチェンジャを作動して、機械加工の加工具の加工具ホルダ６を主軸７から取り外してツールストッカー８ａに保持するとともに、再びクランプ作動工具２７をツールストッカー８ａから取り出して主軸７に装着する。そして、ＣＰＵは主軸７を前述と同様にして、クランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａの中心をアンクランプ側カプラ１９のガイド口１９ａの中心に一致させる。
【００４２】
次に、ＣＰＵは主軸７を下動して、図５（ａ）に示すようにクーラント注入部３０ａをアンクランプ側カプラ１９のガイド口１９ａに挿入するとともに、第２チェック弁作動部３０ｃをクランプ側カプラ１８のガイド口１８ａに挿入する。これにより、前述のように２つのチェック弁２０,２１がともに開く。
【００４３】
次に、ＣＰＵは、クーラントをクーラント供給通路７ａおよびクーラント注入通路３１を介してアンクランプ側カプラ１９に注入する。アンクランプ側カプラ１９に注入されたクーラントは開いたチェック弁２１およびアンクランプ圧流体通路２３を通って、各シリンダ１０ａのアンクランプ圧力室１４に供給される。これにより、各ピストン１０ｂが上動するので、各クランプ部材１５,１６,１７が上動してワーク３のクランプ溝３ａから脱出した後、クランプ位置からアンクランプ位置の方へ回動しながら上動する。これらのピストン１０ｂの上動により、各クランプ圧力室１３に供給されていたクーラントは、クランプ圧流体通路２２および開いたチェック弁２０を通って外部に排出される。外部に排出されたクーラントは、前述と同様にしてＭ／Ｃ１のクーラント回収部に回収される。
【００４４】
そして、図５（ａ）および（ｂ）に示すように各クランプ部材１５,１６,１７はクランプ位置からアンクランプ位置になるとともに、ピストン１０ｂがストッパ１０ｄに当接して、ピストン１０ｂの上動が停止する。次いで、ＣＰＵはクーラントの注入を停止するとともに、主軸７を上動する。
すると、各チェック弁２０,２１の弁体２０ａ,２１ａが弁座２０ｂ,２１ｂに着座し、各チェック弁２０,２１がともに閉じる。更に、クランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａがガイド口１９ａから脱出し、かつ第２チェック弁作動部３０ｃがガイド口１８ａから脱出して、クランプ作動工具２７は図３（ａ）に示す上動位置となる。こうして、図３（ａ）に示すように所定圧のクーラントがアンクランプ圧力室１４内に封入され、ワーク３は各クランプ部材１５,１６,１７によるクランプが解除され、アンクランプ状態となる。このアンクランプ状態では、シリンダ１０,１１,１２のクランプ圧力室１３内が大気圧（０Ｍｐａ）となり、アキュムレータ２４のガス２５が最大限に膨張し、アキュムレータ２４内も大気圧（０Ｍｐａ）となる。
【００４５】
このように、この例のＭ／Ｃ１におけるワークのクランプ装置によれば、クランプ力を得るための動力源として、従来から工作機械に用いられているクーラントを用いているので、クランプのための専用の圧力源が不要にできる。これにより、Ｍ／Ｃ１全体を小型コンパクトにできるとともに、Ｍ／Ｃ１を安価に製造することができる。
【００４６】
しかも、クランプのための制御が、工具保管手段８のツールストッカー８ａに対するクランプ作動工具２７の着脱制御およびクーラントの供給制御であり、これらの制御は、従来から行われているＭ／Ｃ１による加工のための制御（加工具の主軸７に対する交換制御および加工時のクーラントの供給制御）と同じ制御系で行うことができるので、制御をより簡単にでき、その分コストを更に安価にできる。その場合、主軸７に着脱可能に係合保持されるクランプ作動工具２７の被保持部２９を、従来の加工具ホルダ６の被保持部と同じ構造にすることで、主軸７に対するクランプ作動工具２７の交換動作を、従来の主軸７に対する加工具の交換動作をほぼ同じ動作で行うことができる。これにより、クランプ作動工具２７の交換動作を迅速に行うことができ、クランプあるいはアンクランプ動作を迅速に行うことができる。
【００４７】
また、クランプ動作時毎にクーラントを供給するようにしているので、ほぼ一定のクランプ力を得ることができ、ワーク３を長期にわたってかつその厚みに関係なく同じクランプ力で安定してクランプすることができる。特に、この例のＭ／Ｃ１におけるワークのクランプ装置では、圧力保持器として機能するアキュムレータ２４を備えているので、ワークの加工中にクランプ圧流体通路２２等において若干の自然的な圧力漏れが生じても、この圧力漏れをアキュムレータ２４で吸収して、ワーク３を一定のクランプ力で確実にクランプすることができる。これにより、ワーク３の加工をより正確に行うことができるようになる。
【００４８】
図７は、本発明の実施の形態の他の例を部分的に示し、（ａ）はクランプ作動工具のクーラント注入部がホルダのガイド口に挿入されない状態を示す図、（ｂ）はクランプ作動工具のクーラント注入部がホルダのガイド口に挿入されない状態を示す図である。なお、前述の例と同じ構成要素には、同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。
【００４９】
図７（ａ）および（ｂ）に示すように、この例のＭ／Ｃ１では、前述の例のクランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａに設けられている第１チェック弁作動部３０ｂが設けられていない。また、この例のＭ／Ｃ１では、クーラント注入部３０ａにチェック弁３２が設けられている。このチェック弁３２は、弁体３２ａと、弁体３２ａが着離座する弁座３２ｂと、弁体３２ａを弁座３２ｂの方へ付勢する付勢ばね３２ｃとからなっている。
【００５０】
そして、クランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａが各カプラ１８,１９の各ガイド口１８ａ,１９ａに挿入されない図７（ａ）に示す状態では、弁体３２ａが弁座３２ｂに着座してチェック弁３２が閉じ、クランプ作動工具２７のクーラント注入通路３１は外部から遮断される。また、クランプ作動工具２７のクーラント注入部３０ａが各カプラ１８,１９の各ガイド口１８ａ,１９ａに挿入た図７（ｂ）に示す状態では、チェック弁３２の弁体３２ａがチェック弁２０,２１弁体２０ａ,２１ａに当接して、各弁体３２ａ,２０ａ,２１ａが、それぞれ、各弁座３２ｂ,２０ｂ,２１ｂから離座して各チェック弁３２,２０,２１がともに開くようになっている。
【００５１】
この例のＭ／Ｃ１におけるクランプ装置５によれば、クーラント注入部３０ａが各カプラ１８,１９の各ガイド口１８ａ,１９ａに挿入されないときは、チェック弁３２が閉じてクランプ作動工具２７のクーラント注入通路３１が外部から遮断されるので、クランプ作動工具２７が主軸７に装着された時点で、クーラントをクランプ作動工具２７のクーラント注入通路３１に供給可能となる。したがって、クーラント注入部３０ａが各ガイド口１８ａ,１９ａに挿入されて各チェック弁３２,２０,２１が開いたときは、すぐにクーラントを供給することができる。
この例のＭ／Ｃ１の他の構成および他の作用効果は、前述の例と同じである。
【００５２】
なお、前述の各例のＭ／Ｃ１では、クランプ作動工具２７に、シリンダ１０ａからクーラントを排出するためにチェック弁２０,２１を開くための２つの第２および第３チェック弁作動部３０ｃ,３０ｄを設けるものとしているが、例えばクランプ作動工具２７が装着された主軸７をクランプ時とアンクランプ時とで１８０度回転させることで、第２および第３チェック弁作動部３０ｃ,３０ｄのうち、一方のチェック弁作動部を省略することもできる。
【００５３】
また、前述の各例では、クランプ部材１５,１６,１７を回動しつつ上下直進運動することで、ワーク３のクランプおよびアンクランプを行うようにしているが、クランプ部材１５,１６,１７は回動あるいは上下直進運動のいずれかのみでワーク３のクランプおよびアンクランプを行うようにすることもできる。
更に、各カプラ１８,１９に設けられているチェック弁２０,２１は必ずしも前述の各例のチェック弁に限定されることはなく、前述の例のチェック弁２０,２１と同等の機能を有するものであれば、どのようなチェック弁も用いることができる。
【００５４】
更に、本発明のクランプ装置は、前述の例のＭ／Ｃに限定されることはなく、本発明のクランプ装置を適用可能な工作機械であれば、どのような工作機械のクランプ装置にも適用することができる。その場合、ワークの加工中には、クーラントを常時ワークの加工部および前記加工具のワーク当接部に供給する必要はなく、クーラントを必要に応じてワークの加工部および前記加工具のワーク当接部に供給可能でありさえすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の工作機械におけるワークのクランプ装置の実施の形態の一例を模式的に示し、（ａ）は工作機械の斜視図、（ｂ）はこの工作機械の主軸とワークのクランプ装置の部分拡大斜視図である。
【図２】 図１に示すワークのクランプ装置を模式的に示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるクランプ用流体圧シリンダの１つおよびクランプ部材の１つを示す斜視図である。
【図３】 図１に示すワークのクランプ装置のアンクランプ状態を模式的に示し、（ａ）はその全体図、（ｂ）はクランプ部材の平面図である。
【図４】 図３に示すワークのクランプ装置のアンクランプ状態から行われるワークのクランプを説明し、（ａ）はその全体図、（ｂ）はクランプ部材の平面図である。
【図５】 ワークのクランプ装置のクランプ状態から行われるワークのアンクランプを説明し、（ａ）はその全体図、（ｂ）はクランプ部材の平面図である。
【図６】 図１に示すワークのクランプ装置のクランプ状態を模式的に示し、（ａ）はその全体図、（ｂ）はクランプ部材の平面図である。
【図７】 本発明の実施の形態の他の例を模式的にかつ部分的に示し、（ａ）はクーラント注入が行われない状態を示す図、（ｂ）はクーラント注入が行われる状態を示す図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ（Ｍ／Ｃ）、２…装置本体、３…ワーク、４…テーブル、５…クランプ装置、６…工具ホルダ、７…主軸、７ａ…クーラント供給通路、８…工具保管手段、８ａ…ツールストッカー、９…操作盤、１０,１１,１２…クランプ用流体圧シリンダ装置、１０ａ…シリンダ、１０ｂ…ピストン、１３…クランプ圧力室、１４…アンクランプ圧力室、１５,１６,１７…クランプ部材、１５ａ,１６ａ,１７ａ…クランプ部、１８…クランプ側カプラ、１９…アンクランプ側カプラ、２０,２１…チェック弁、２２…クランプ流体圧通路、２３…アンクランプ流体圧通路、２４…アキュムレータ、２５…ガス、２６…圧力計、２７…クランプ作動工具、２９…被保持部、３０…作動部、３０ａ…クーラント注入部、３０ｂ…第１チェック弁作動部、３０ｃ…第２チェック弁作動部、３０ｄ…第３チェック弁作動部、３１…クーラント注入通路、３２…チェック弁

Claims (3)

1. ワークの加工中にクーラントを、主軸およびこの主軸に装着された加工具にそれぞれ形成されたクーラント供給通路を介して前記ワークの加工部および前記加工具のワーク当接部に供給可能であるとともに、クランプ装置によりワークをクランプするようになっている工作機械におけるクランプ装置において、
   前記クランプ装置は、前記クーラントが供給されるクランプ用流体圧シリンダ装置とこのクランプ用流体圧シリンダ装置で作動されて前記ワークをクランプするクランプ部材と少なくとも備え、
   前記クランプ用流体圧シリンダ装置は、ピストンによってクランプ圧力室とアンクランプ圧力室とに区画された復動型シリンダを有し、前記クランプ部材は前記ピストンから延出するピストンロッドに設けられており、
   前記クランプ圧力室に前記クーラントが供給されることで前記クランプ部材が前記ワークをクランプするクランプ位置に設定されるとともに、前記アンクランプ圧力室に前記クーラントが供給されることで前記クランプ部材が前記ワークをクランプしないアンクランプ位置に設定されるようになっており、
   前記クランプ圧力室および前記アンクランプ圧力室に対する前記クーラントの供給および排出を制御するクーラント供給排出手段と、
   前記主軸に着脱可能に装着されて、前記クーラント供給排出手段を制御するとともに、前記主軸に装着時に前記主軸のクーラント供給通路に接続されるクーラント注入通路を有するクランプ作動工具とを備えていることを特徴とする工作機械におけるクランプ装置。
2. 前記クーラント供給排出手段はクランプ側カプラとアンクランプ側カプラとを備え、
   前記クランプ側カプラは前記クランプ圧力室に接続されているとともに、前記クランプ圧力室の圧力を保持するチェック弁を有するとともに、前記アンクランプ側カプラは前記アンクランプ圧力室に接続されているとともに、前記アンクランプ圧力室の圧力を保持するチェック弁を有し、
   前記クランプ作動工具は、前記クーラント注入通路が形成され、前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか一方に挿入されてそのチェック弁を開くとともに、前記クーラント注入通路から前記クーラントを前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか一方に注入することで前記クランプ圧力室および前記アン
   クランプ圧力室のいずれか一方に供給するクーラント注入部と、該クーラント注入部が前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか一方に挿入されたときに前記クランプ側カプラおよび前記アンクランプ側カプラのいずれか他方に挿入されてそのチェック弁を開いて前記クランプ圧力室および前記アンクランプ圧力室のいずれか他方に供給された前記クーラントを排出するチェック弁作動部とを有していることを特徴とする請求項１記載の工作機械におけるクランプ装置。
3. 前記クランプ側カプラと前記クランプ圧力室とを接続するクランプ圧流体通路に、前記クランプ圧力室の圧力を一定に保持する圧力保持手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の工作機械におけるクランプ装置。

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