JP4664383B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前段によるクランプ装置および請求項１７の前段によるクランプ装置に関する。

ツールの取り外し可能な取り付け、または、受容部におけるツール取り付け部のためのクランプ装置は、受容部に合わせたコレットチャックまたは、ツールまたはツール取り付け部と結合するように周囲に分散される多くの挟み手段を設けたクランプセットを有する。従来のクランプ装置において、挟み手段は軸に対して可動に固定されるように設けられるか、または、軸に対してコーン形のクランプによって使用される。挟み込む固定法またはコーン形のクランプのどちらの設計であっても、挟み込み位置と解放位置との間の軸に対する大きな移動または動きが必要とされる。コレットチャックを解放する際の締め付けスプリングの力に対向するこれらの大きな動きは、それが為に多大な力やエネルギーが必要とされるのである。さらに、その大きな動きの為には構造も大きなスペースを必要とする。

本発明の目的は、ツールを安全・確実に固定しつつ、クランプの自動的な動きに際し大きな力やエネルギーを必要としないコンパクトな構造のクランプ装置およびクランプシステムを提供することである。

前記目的は、請求項１の特徴を有するクランプ装置および請求項１７の特徴を有するクランプシステムによって解決される。また、従属請求項の実施により本発明の様々な実施形態および有利な効果が示される。

本発明のクランプ装置においては、大きな軸方向の置換や動きもコレットチャックの作動には必要とされない。コレットチャックの挟み手段は軸方向に受容する部分に固定され、締め付けスプリングによってロック位置に絶えず付勢されている。さらに、挟み手段は閉鎖手段と連動し、ロック位置において挟み手段をさらに締め付け固定する。解放機構の結果、閉鎖手段は後退位置に押すことが出来、解放位置に回し込むことで挟み手段を解放する。閉鎖手段の移動には大きな動作を必要とせず、多大な力やエネルギーが必要とされることもない。このように油圧起動の代わりに、クランプ装置の起動には圧搾空気や電気を使用することもできる。閉鎖手段が後退位置に動かされたとき、最初はコレットチャックが締め付けスプリングにより閉じられた状態を維持し、ツールを確実に保持し続けている。作用レバーの前方端によって、または自動ツール交換装置により対応する引張力または手により受容部から引き出すことによって、ツールが受容部から押し出されるときには、締め付けスプリングに対向して挟み手段を解放位置に回してツールが解放される。このように、意図しないツールの脱落は防止される。

コンパクトな構造によって、本発明のクランプ装置は、ツール取り付けまたはツール交換ヘッドを導入するのに好都合である。そのようなツール交換ヘッドは、軽量、小型で操作性に優れる。異なるツールや、異なる技術分野のツールがツール交換ヘッドに容易に導入することができ、必要に応じて自動的に交換される。このように、機械ツールのマガジンの大きさを小さくすることができ、複雑なツールの代わりに、一つのツール交換ヘッドのみを提供することができる。しかし、クランプ装置はツール取り付けまたはツール交換ヘッドの導入のみに限定されず、ツール取り付けやツールの自動クランプのためのワークスピンドル内にも適切に導入することが出来る。

解放機構は一つの好適な手段として、引き棒を含み、閉鎖手段に接続された緩和ギアを通って延びる押し棒によって作動される。緩和ギアは、逆も同じであるが、押し棒の前進を引き棒の後退運動に変える。引き棒の前進運動はツールの押出に用いられ、同時に引き棒の後退運動は閉鎖手段を後退させる。こうしてコレットチャックの開口が行われる。押し棒の移動は、例えば油圧操作の解放ユニットにより達成することができる。しかし、閉鎖手段は、電気的、圧搾空気または他の適当な駆動システムによって直接移動することもできる。

一つの実施例において、閉鎖手段は挟み手段の方向に突出している爪を締めることによって軸受筒の方法で形成される。締め付けの爪は、対応する挟み手段の傾斜したベアリング面に対して、傾斜した締め付け面を有する。このように挟み手段は締め付け位置にしっかりと押し出され、閉鎖手段の僅かな移動によって開口するように解放される。

本発明のクランプシステムは、機械的ツールまたはツール交換ヘッドのワークスピンドル内に統合された第一のクランプ装置を有し、ワークスピンドル内で取り外し可能に配置され、第一クランプ装置によって取り外し可能に固定され、内部に第二クランプ装置が一体化されている。両クランプ装置は、ワークスピンドルに連動した作動ユニットによって作動することができ、自動ツール交換やツール交換ヘッドの自動交換が可能である。

さらに本発明の詳細な説明および利点は図面を参照にして、好ましい実施例の説明によって、より明らかになるであろう。

図１は基本的に空洞の受容部１とその内部に一体的に形成された、締め付けボルト２を有するツール３を自動的に締め付けるクランプ装置、が示されている。この実施例では、円筒状の受容部１がツール取り付け具として設計され、自動ツール交換機によって機械的ツールとしてワークスピンドルに挿入される。そして締め付け機構によってクランプされている。この目的のため、円筒状の受容部１は、図１右側後方部に外側コーン４を有し、これは、図７に示されるようにワークスピンドル６の前方端部にある内部コーン５に挿入されるものである。また受容部１の外側には円環状の溝７が自動ツール交換機などのツールグリッパーの為に形成されている。

図１の左側前方端には、ツール３の外部コーン９に対応して受け入れるように内部コーン８が受容部１に形成されている。ツール３は、冷却剤その他を供給するための連通する中心チャネル１０を有する。受容部１の内部には、連通するボアホール１１を有する可動な押棒１２が配置されている。押し棒１２は薄い厚みの前方部分１３と厚い後方部分１４を含み、受容部１の内部で軸方向に可動であり、ガイド軸受筒１５によって密にパッキングされている。押し棒１２の前方部分１３は、可動な引き棒１６と同軸に配置されている。引き棒１６の前方部分には閉鎖手段１７がしっかりと固定され、拡大図が示されている。軸受筒の一つとして設計された閉鎖手段１７は、受容部１のボアホール１８の内部で動くことができ、Ｏリング１９によって環状にシールされている。閉鎖手段１７は前方に突き出る締め付け爪２０を含み、図５に拡大して示されるように保持手段２１をつかみ、拡大図に示されるようにコレットチャックと係合する。閉鎖手段１７と引き棒１６はスプリング２３によってコレットチャック２２の方向に付勢されている。実施例に示すように、スプリング２３は円板バネ２４からなり、引き棒１６の周囲に配置され、閉鎖手段１７の後方端と軸受筒２５の間で、受容部１内にしっかりと固定されている。

図４には、引き棒１６の前方端がスレッド２６の内部で固定され、閉鎖手段１７は、コレットチャック２２の方向に突き出る６つの締め付け爪２０を含み、これは環状セグメントを形成している。締め付け爪２０の前方ベベルの間には、長方形のスロット２７がある。閉鎖手段１７の外側には、図１に示されたＯリング１９のための環状の溝２８が形成されている。

図５は、閉鎖手段１７と相互作用する保持手段２１の拡大図が示される。連通開口２９と６つのスタッド３０が星状に突き出していることが示され、間の空間３１は締め付け爪２０との結合を与える。星状の保持手段２１は受容部１の内部に固定され、閉鎖手段１７のための点支持の土台を形成し、スプリング２３によって前方へ付勢されている。

図６は、コレットチャック２２の断面および正面図を示す。実施例において、６つの挟み手段３３が受容部１の中心軸３２と同心円状に配置されている。内面には傾斜した面３５を有する楔状の凹部３４が形成されている。挟み手段３３の内面には止めワッシャ（lock washer）３７のために環状の溝３６が設けられている。さらに、挟み手段３３の外側に、環状のスプリングとしてテンションスプリング３９が配される環状の溝３８を有している。図６の断面図には、挟み手段３３の左端に丸められたフロントエッジ４０を有し、右端には傾斜したワーク面４１を有することが示されている。

図２には、挟み手段３３が、受容部１の対応する凹所４２に配置されている状態を示している。挟み手段３３の前部端には丸められたフロントエッジ４０が受容部１の内部の環状ショルダー４３に対して接しており、止めワッシャ３７によって半径方向外側に付勢されている。後方端では、挟み手段３３は、ここでは示されていないが、テンションスプリング３９によって半径方向内側に付勢されている。ツール３の締め付けボルト２は、挟み手段３３の楔状凹部３４によって取り囲まれ、傾斜した面３５によって受容部１の内部に引き込まれている。図２の締め付け位置において、挟み手段３３の後方端はさらに閉鎖手段１７の締め付け爪２０の前方部分によって内側方向に押され、スプリング２３によって前方へ付勢されている。このため、締め付け爪２０は傾斜した締め付け面４４（図４において前方端に示されている）を有し、挟み手段３３の傾斜したワーク面４１に対向している。

図３はコレットチャック２２を緩めるためのギアを示したものである。この緩和ギアによって、押し棒１２の前進移動が、引き棒１６の後退移動に変換され、逆もまた同様である。緩和ギアはクランプコーン４５を含み、受容部１において固定される軸受筒２５の内部における円錐ベアリング面４７に対するボール４６を経て前のコーン表面で支持されている。クランプコーン４５は、押し棒１２の環状ショルダー４９に対して外周に接触するようにされた多くの押圧ピン４８によって後方で支持されている。押圧ピン４８はクランプコーン４５の後方側においてネジ込まれ、引き棒１６の後方端で環状フランジ５１内に連通する孔５０を通って突き出ている。押圧ピン４８の後方自由端は押し棒１２の環状ショルダー４９の前方側に対向して設けられている。環状フランジ５１の外側には、前方に突き出たピン５２により支持され、押圧リング５４の後方側において止め孔５３に対応して連結されている。押圧リング５４は交互に前方へ突き出されたり、後退されるスタッド５５、５６を含み、突き出したスタッド５５はボール４６のスペーサとして働き、後退されたスタッド５６はボール４６に対して前方端が接触する。

図１〜図３を用いて、クランプ装置の操作状態を説明する。これらの構造では、クランプ装置が締め付け位置にあるとして示されている。示された締め付け位置においては、コレットチャック２２の挟み手段３３は環状スプリング２９および閉鎖手段１７の締め付け爪２０によって後方より内側に向けて押されている。また、スプリング２３によって前方向に押されている。このように、ツール３の締め付けボルト２が受容部１の内側に締め付けられ引き込まれている。挟み手段３３が閉鎖手段１７の締め付け爪２０によって締め付け位置に保持される。これにより受容部１のツール３が固定され、ツール取り付け具として形成される。

ツール３を緩め解放するために、押し棒１２はここには示されていない作用機構によってツール３を前方方向押し出す。この工程では、クランプコーン４５は押圧ピン４８を通して前方に押される。こうして、円錐ベアリング面４７に対してボール４６は半径方向に外側へそれようとし、押圧リング５４および、ピン５２を通して連結された引き棒１６を奥のほうへ押しやる。引き棒１６の前方端に接続する閉鎖手段１７もまた、スプリング２３の力に抗して奥のほうへ押しやられ、閉鎖手段１７の締め付け爪２０が挟み手段３３から放される。締め付け爪２０が挟み手段３３から放されるときでも、挟み手段３３の後部端は環状スプリング３９によって半径方向内側へ押されている。ツール３は受容部１に保持されるが、適当な引っ張り力により受容部１から動かすことができる。押し棒１２の長さは、ツール３が前方端によって押し出されるように適当な長さを選択することができる。

上述のクランプ装置は、交換可能なツールホルダーの使用に限定されるものではない。クランプ装置は、例えばツールまたはツール取り付け具の自動クランプのための機械の回転スピンドルに適用することもできる。

図７は機械の回転駆動ワークスピンドル６のクランプシステムを示す。そして、ワークスピンドル６の中に統合された第一のクランプ装置５７と、交換可能に配置され、第一のクランプ装置５７によって取り外し可能に固定されるワークスピンドル６の中のツール交換ヘッド５８と、第二クランプ装置５９が組み込まれ、第一、第二クランプ装置５７、５９を解放するための解放ユニット６０とが示されている。組み込まれたクランプ装置５９とツール交換ヘッド５８の構造及び操作モードは上記で説明した通りである。ワークスピンドル６の中に統合された第一クランプ装置５７は、クランプスリーブ６１を含み、中空のクランプロッド６２の前方端に配置され、ワークスピンドル６の内部において中心軸と同心上に動くことが出来る。いくつかの締め付け爪６３によって囲まれたクランプスリーブ６１は、クランプスリーブ６１の軸上を移動することにより放射状に動くことができる。締め付け爪６３はスペーサ６４によってガイドされ、周方向に互いに距離を持って維持されている。クランプスリーブ６１はスプリングによって後方に引っ張られ、ここでは示されていないが、締め付け爪６３がツール交換ヘッド５８の締め付けのために、半径方向の外側方向に付勢されている。ツール交換ヘッド５８の解放のために、クランプスリーブ６１とクランプロッド６２はスプリングの力に対して前方に押されるように接続され、締め付け爪が半径方向に内側に押され、ツール取り付け具５８を解放する。そのようなクランプ装置の構造および操作モードはドイツ公開特許１０１５９６１１Ｃ１に説明されている。従って、その公開の内容を本発明に特に引用する。

図７に示されるクランプシステムにおいて、中空のロッド６５はツール交換ヘッド５８の内部で押し棒１２の動作のためにクランプロッド６２の内側で動かすことができる。緩和ユニット６０は、クランプロッド６２またはロッド６５の少なくとも一方が前方に押すことが出来るように設計され、ツール交換ヘッド５８の内部のツール３の締め付けを緩めるか、ワークスピンドル６内のツール交換ヘッド５８の締め付けを緩める。この目的のため、緩和ユニット６０は、２つの分離押出ピストンを有することができ、互いに分離してまたは結合して配置することができる。

図１は、クランプ装置のツールホルダーを長手方向に見た断面図である。 図２は、図１のツールホルダーの前方部分の拡大断面図である。 図３は、図１のツールホルダーの後方部分の拡大断面図である。 図４は、図１のクランプ装置の閉鎖手段を前方および前方からみた断面図である。 図５は、図１のクランプ装置の挟み手段を前方および前方からみた断面図である。 図６は、図１のクランプ装置のコレットチャックを前方および前方からみた断面図である。 図７は、ワークスピンドルとツール交換ヘッドを有するクランプシステムを示す図である。

Claims (22)

1. 受容部（１）の中に取り外し可能にツール（３）またはツール取り付け具を固定するためのクランプ装置であって、
   前記受容部（１）の中で中心軸（３２）の周囲に同心円状に配置され、前記ツール（３）または前記ツール取り付け具を支持するために締め付け位置に動かすようにするテンションスプリング（３９）によって作用される多数の挟み手段（３３）を含み、
   前記挟み手段（３３）が、軸に対して可動な閉鎖手段（１７）と連動し、
   前記閉鎖手段（１７）は、前記挟み手段（３３）の方向に前進した前方位置において、前記挟み手段（３３）に締め付け位置で目的物を固定させるために前記挟み手段（３３）を押すことが可能であり、且つ前記挟み手段（３３）は前記締め付け位置でテンションスプリング（３９）によって内側に回転させられており、
   前記閉鎖手段（１７）は、前記挟み手段（３３）を解放するために緩和機構（１２、１６、４５、４６、４７）によって後退位置に動かされ、
   前記緩和機構（１２、１６、４５、４６、４７）が、押し棒（１２）と、引き棒（１６）と、クランプコーン（４５）と、ボール（４６）と、ベアリング軸受筒の円錐ベアリング面（４７）とを備えており、
   前記クランプコーン（４５）と前記ボール（４６）と前記ベアリング軸受筒の円錐ベアリング面（４７）によって、前記押し棒（１２）の前進移動が前記引き棒（１６）の後退移動に変換され、且つ前記押し棒（１２）の後退移動が前記引き棒（１６）の前進移動に変換されることを特徴とするクランプ装置。
2. 前記緩和機構が、緩和ギア（４５、４６、４７）を通る前記押し棒（１２）によって作動され、
   且つ前記引き棒（１６）が前記閉鎖手段（１７）と結合していることを特徴とする請求項１記載のクランプ装置。
3. 前記閉鎖手段（１７）が前記挟み手段（３３）の方向に突出する締め付け爪（２０）を有し、斜めの締め付け面（４４）が前記挟み手段（３３）の対応するワーク面（４１）により支持されていることを特徴とする請求項１または２記載のクランプ装置。
4. 前記閉鎖手段（１７）の締め付け爪（２０）が、前記受容部（１）の内部で同軸上に固定される保持手段（２１）を保持することを特徴とする請求項３記載のクランプ装置。
5. 前記閉鎖手段（１７）が、スプリング（２３）によって前記挟み手段（３３）の方向に付勢されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のクランプ装置。
6. 前記挟み手段（３３）の前方端が、前記受容部（１）内で環状ショルダー（４３）に対して同軸に支えられ、
   対応する凹部（４２）の中で内側止めワッシャー（３７）によって半径方向の外側方向に付勢されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のクランプ装置。
7. 前記挟み手段（３３）はテンションスプリング（３９）によって半径方向の内側方向に付勢されており、
   且つ前記挟み手段（３３）はその後方端が前記閉鎖手段（１７）に面していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のクランプ装置。
8. 前記挟み手段（３３）の内面に、斜面（３５）を有する楔型凹所（３４）を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のクランプ装置。
9. 前記緩和ギア（４５、４６、４７）は、前記受容部（１）内にしっかりと固定されたベアリング軸受筒（２５）の前記円錐ベアリング面（４７）に対する前記ボール（４６）によって支えられている前記クランプコーン（４５）を含むことを特徴とする請求項２乃至８のいずれかに記載のクランプ装置。
10. 前記クランプコーン（４５）が後方において前記押し棒（１２）の環状ショルダー（４９）に対して押圧ピン（４８）によって支えられていることを特徴とする請求項９記載のクランプ装置。
11. 前記押圧ピン（４８）が前記クランプコーン（４５）の後方でネジ止めされ、前記引き棒（１６）の後方端で環状フランジ（５１）内の連通孔（５０）を通って突き出ていることを特徴とする請求項１０記載のクランプ装置。
12. 前記押圧ピン（４８）の後方自由端が前記押し棒（１２）の前記環状ショルダー（４９）の前面側に置かれていることを特徴とする請求項１１記載のクランプ装置。
13. 前方に突出したピン（５２）が前記環状フランジ（５１）の外側に固定され、押圧リング（５４）の後方側で対応する止め孔（５３）に結合されていることを特徴とする請求項１２記載のクランプ装置。
14. 前記押圧リング（５４）が、前記ボール（４６）に対するベアリングの為にスタッド（５６）を含むことを特徴とする請求項１３記載のクランプ装置。
15. 前記挟み手段（３３）を解放するために、緩和機構を後退位置に前記閉鎖手段（１７）を移動させるように電気的または圧搾空気により駆動することを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
16. 前記閉鎖手段（１７）が、前記引き棒（１６）の前方端でしっかりと固定されており、
    前記引き棒（１６）が、前記押し棒（１２）の周りに同軸上に配置され、
    前記押し棒（１２）に対する前記引き棒（１６）の相対的な移動を可能とするために、前記押し棒（１２）が前進移動するとき、前記クランプコーン（４５）が押圧ピン（４８）と共に前方に移動し、前記クランプコーン（４５）の移動によって前記ボール（４６）が前記ベアリング軸受筒の円錐ベアリング面（４７）に対して半径方向外側へ移動し、押圧リング（５４）及びピン（５２）が前記ボール（４６）の移動によって前記引き棒（１６）とこの引き棒（１６）に固定された前記閉鎖手段（１７）とを後退移動させることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のクランプ装置。
17. 回転駆動ワークスピンドル（６）と、
    前記ワークスピンドル（６）と統合された第一の自動的作動クランプ装置（５７）と、
    前記ワークスピンドル（６）内で取り外し可能に配置され、前記第一クランプ装置（５７）によって取り外し可能に固定されたツール交換ヘッド（５８）を有するクランプシステムであって、
    第二の自動的作動クランプ装置（５９）が、前記ツール交換ヘッド（５８）の中に組み込まれており、
    前記第二の自動的作動クランプ装置（５９）が、押し棒（１２）と、引き棒（１６）と、クランプコーン（４５）と、ボール（４６）と、ベアリング軸受筒の円錐ベアリング面（４７）とを含む緩和機構を備えており、
    前記クランプコーン（４５）と前記ボール（４６）と前記ベアリング軸受筒の円錐ベアリング面（４７）によって、前記押し棒（１２）の前進移動が前記引き棒（１６）の後退移動に変換され、且つ前記押し棒（１２）の後退移動が前記引き棒（１６）の前進移動に変換されることを特徴とするクランプシステム。
18. 前記第二の自動的作動クランプ装置（５９）が、請求項１乃至１６の何れかに記載の構造であることを特徴とする請求項１７記載のクランプシステム。
19. 前記ワークスピンドル（６）が第一および第二クランプ装置（５７、５９）の緩和のために緩和ユニット（６０）に連動されていることを特徴とする請求項１７または１８記載のクランプシステム。
20. 前記第一クランプ装置（５７）が軸に対して可動なクランプロッド（６２）を含み、前記ツール交換ヘッド（５８）を締め付けるために締め付け爪を動かすようにクランプスリーブ（６１）が配置されていることを特徴とする請求項１８または１９記載のクランプシステム。
21. 作動ロッド（６５）が、前記ツール交換ヘッド（５８）内の前記押し棒（１２）を動かすために、前記クランプロッド（６２）内で可動にガイドされていることを特徴とする請求項２０記載のクランプシステム。
22. 前記クランプロッド（６２）と前記作動ロッド（６５）が、前記緩和ユニット（６０）によって動かすことができることを特徴とする請求項２１記載のクランプシステム。

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