JP5078526B2 - 工作機械用の回転割出し装置のためのクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に用いられる回転割出し装置のためのクランプ装置に関する。

特許文献１は、本発明の前提となる従来技術のクランプ装置を備えた回転割出し装置としての回転テーブル装置を開示している。この回転テーブル装置のクランプ装置は、いわゆるディスクタイプのクランプ装置であり、油圧によりピストンを変位させてピストンの押圧面をクランプディスクに対し押圧し、ハウジング（基台フレーム）のクランプ面との協働で回転テーブルの回転軸に固定されたクランプディスクを挟持して回転テーブルの割出し位置を保持する。

このようなディスクタイプのクランプ装置では、ハウジングとピストン部材との間の圧力室に作動流体（圧油、等）を供給することによってピストン部材をクランプディスク側へ変位させてピストン部材の押圧面によってクランプディスクに対し押圧力を作用させるのが一般的な構成であるが、この構成の場合、クランプディスクを挟持するための押圧力は、ピストン部材がその受圧面に受ける作動流体の圧力に相当するものとなる。

しかし、このような作動流体の圧力に相当する押圧力のみによって得られるクランプ力では、負荷の大きい加工時に必要とされるクランプ力としては必ずしも十分とはいえない。そして、加工時にワーク等を介して回転駆動対象部材に掛かる負荷に対しクランプ力が十分では無い場合、割り出し位置にずれが生じ、加工精度の低下を招いてしまう。
特開平10-220425号公報

したがって、本発明の課題は、工作機械用の回転割出し装置のためのクランプ装置において、高負荷な加工にも耐え得る十分なクランプ力を発生させるクランプ機構を提供し、クランプ装置が強固なクランプ力（保持力）で回転駆動対象部材の割り出された角度位置を保持できるようにし、それにより、加工精度の低下を防止すると共に、装置の小型化を可能とし、更に、加工効率の向上を図ることである。また、クランプ装置を構成する部品をユニット化し、回転割出し装置本体からクランプ装置をユニットごと容易に取り外すことができるようにすることである。

上記の課題のもとに、本発明のクランプ装置（２）は、クランプディスク（８）とピストン部材（６）との間に、回転軸（５）の半径方向に延在するように設けられた３以上の梃子（てこ）部材（１１）からなるクランプ機構を備え、梃子の原理によりピストン部材（６）の押圧力を増力してクランプディスク（８）に作用させている。また、クランプ装置（２）を構成する部品のうち、クランプディスク（８）以外の部品は、回転割出し装置本体（１）のハウジング（３）に対し着脱可能に取り付けられるケース部材（２２）に組み付けられている。

具体的に記載すると、請求項１の発明は、ハウジング（３）内で回転自在に設けられると共に端部に回転駆動対象部材（４）が固定される回転軸（５）と、前記回転軸（５）の角度位置を保持するためのクランプ装置（２）であって前記回転軸（５）に対し相対回転不能に組み付けられたクランプディスク（８）と前記ハウジング（３）内で前記回転軸（５）の軸線方向に変位可能に設けられて前記クランプディスク（８）に対し前記ハウジング（３）のクランプ面（９）に向けての押圧力を作用させるためのピストン部材（６）と前記ピストン部材（６）を前記クランプディスク（８）側へ付勢する付勢手段（７）とを含むクランプ装置（２）と、を有する工作機械用の回転割出し装置（１）において、前記クランプ装置（２）は、前記クランプディスク（８）と前記ピストン部材（６）との間で前記回転軸（５）の半径方向に延在するように設けられた３以上の梃子部材（１１）からなるクランプ機構と、前記クランプディスク（８）と前記梃子部材（１１）との間に設けられたリング状のクランプ部材（１０）と、前記回転軸（５）の軸線を中心とするリング状の溝（２３）を有するとともに前記ハウジング（３）に対し着脱可能に取り付けられるケース部材（２２）とを備え、前記クランプ部材（１０）は、半径方向における内側又は外側で前記ケース部材（２２）に対し固定され、前記ハウジング（３）に対し相対回転不能に設けられており、前記ピストン部材（６）は、前記ケース部材（２２）の前記溝（２３）に嵌挿され、前記回転軸（５）の軸線方向に変位可能に設けられており、前記各梃子部材（１１）は、その一端部に形成された力点部（１２）であって前記ピストン部材（６）に接触する力点部（１２）と、前記ケース部材（２２）に対し揺動可能に係止される支点部（１３）と、前記クランプ部材（１０）を挟んで前記クランプディスク（８）と対向する作用点部（１４）とを有し、前記力点部（１２）から支点部（１３）までの距離が前記支点部（１３）から作用点部（１４）までの距離よりも長くなるように形成されていることを特徴としている。

請求項１の発明のクランプ装置（２）は、クランプディスク（８）とピストン部材（６）との間に、回転軸（５）の半径方向に延在するように設けられた３以上の梃子部材（１１）からなるクランプ機構を備えているから、梃子の原理によりピストン部材（６）の押圧力を増力してクランプディスク（８）に作用させることができる。

より詳しく説明すると、付勢手段（７）によるピストン部材（６）の変位に伴い、まず、ピストン部材（６）と接触する梃子部材（１１）の力点部（１２）がピストン部材（６）から押圧力を受ける。梃子部材（１１）は、支点部（１３）においてケース部材（２２）すなわちハウジング（３）に対し揺動可能に係止されているため、上記押圧力の作用によって支点部（１３）を中心に揺動し、それに伴い、クランプ部材（１０）を挟んでクランプディスク（８）と対向する作用点部（１４）が変位し、梃子部材（１１）の作用点部（１４）によって押圧されたクランプ部材（１０）とクランプ面（９）とでクランプディスク（８）を挟持（クランプ）する。

このとき、梃子部材（１１）は、力点部（１２）から支点部（１３）までの距離が支点部（１３）から作用点部（１４）までの距離よりも長くなるように形成されているため、梃子の原理により、力点部（１２）に作用する押圧力が増力されて作用点部（１４）からクランプ部材（１０）を介してクランプディスク（８）へ作用する。その結果、ピストン部材（６）の押圧力に相当するクランプ力でクランプディスク（８）をクランプする従来のクランプ装置と比べ、十分に大きなクランプ力を発生することができる。そして、このように大きいクランプ力を発生させることができることにより、以下のような効果が得られる。

(1)クランプ装置が強固なクランプ力（保持力）で回転駆動対象部材の割り出された角度位置を保持するから、回転駆動対象部材に高負荷がかかっても割出し位置にずれが生じず、加工精度の低下を防止できる。

(2)回転割出し装置の小型化を図ることができる。即ち、従来のクランプ装置において大きいクランプ力を得るためには、クランプディスクを大径化する必要があり、それに伴ってクランプ装置が大型化してしまう。これに対し本発明のクランプ装置（２）によれば、梃子の原理を利用することにより、クランプディスクを大径化することなく十分なクランプ力を得ることができるため、クランプ装置の小型化を図れる。

(3)また、例えば工作機械用の回転割出し装置が回転テーブル装置の場合、すなわち、回転駆動対象部材が円テーブルの場合、従来のクランプ装置ではクランプ力が十分では無いから、加工精度を維持するために加工負荷に伴って円テーブルに作用する回転方向の力が大きくなることを避けなければならない。そのため、ワークの加工に際し、ワークをテーブルの中心付近に設置する等、円テーブルにかかるモーメントを少なくする配慮が必要であり、円テーブル上に一度に取り付けて加工できるワークの数に制限を受けてしまう。これに対し本発明のクランプ装置（２）によれば、高負荷な加工にも耐え得る十分なクランプ力で円テーブルをクランプできるから、加工負荷に伴う回転方向の力が大きくなりやすい円テーブル上の中心から離れた位置にワークを設置することが可能となり、段取り替えを行わずに一度に加工を行うことができ、ワークの数を従来よりも多くすることができ、加工効率の向上を図ることができる。

(4)クランプディスク（８）と前記梃子部材（１１）との間に、前記ハウジング（３）に対し相対回転不能に設けられたリング状のクランプ部材（１０）を備えているから、クランプ部材（１０）は、梃子部材（１１）からの押圧力を受けると、クランプディスク（８）側に弾性的に変位し、クランプディスク（８）の外縁部においてクランプディスク（８）と面接触し、クランプレバー（９）のクランプ力をクランプディスク（８）全体に亘って略均一に作用させることができ、安定したクランプ状態を維持することが可能となる。

(5)クランプ装置（２）を構成する部品のうち、クランプディスク（８）以外の部品は、回転割出し装置本体（１）のハウジング（３）に対し着脱可能に取り付けられるケース部材（２２）に組み付けられており、ユニット化されているから、回転割出し装置本体（１）本体からクランプ装置（２）をユニットごと容易に取り外すことができる。

本発明は、工作物の角度を割り出すために用いられる工作機械用の回転割出し装置に適用される。

図１は、本発明が適用される工作機械用の回転割出し装置１の一例としての回転テーブル装置１５を示している。回転テーブル装置１５は、ベースとなるハウジング３に回転駆動対象部材４である円テーブル１６が回転自在に取り付けられた装置であり、インデックステーブル、ロータリーテーブルとも呼ばれる。

回転テーブル装置１５についてより詳しく説明すると、円テーブル１６は、ハウジング３内で回転自在に設けられた回転軸５の一方の端部に固定されており、回転軸５は、軸受スリーブ１８によってハウジング３に固定された軸受１７に回転可能に支持されている。

また、回転テーブル装置１５は、円テーブル１６の駆動手段として、回転軸５に固定されたウォームホイール２０と、ハウジング３に回転可能に支持されウォームホイール２０と噛み合うウォームギヤ２１と、ウォームギヤ２１を回転駆動する図示しないモータとを有している。なお、本例では、円テーブル１６の駆動手段としてウォームギヤ機構を採用しているが、ギヤ等の駆動伝達機構を介さずに回転軸５を直接的に駆動するＤＤモータ（ダイレクト（直接駆動型）駆動モータ）を駆動手段（駆動源）とするものであってもよい。

回転軸５の他の端部には、本発明の特徴的な部分であるクランプ装置２が設けられている。クランプ装置２は、概説すると、回転軸５に対し相対回転不能に組み付けられたクランプディスク８を、ハウジング３内に形成されたクランプ面９に押し付けてこれを挟持し、回転軸５すなわち回転駆動対象部材４（円テーブル１６）を回転不能に保持するものである。

なお、クランプ装置には、常時クランプディスクを挟持した状態とし、割出し動作時にのみクランプディスクの挟持状態を解除して回転駆動対象部材をフリーな状態とする常時クランプ式と、通常はクランプディスクがフリーな状態となっていて、クランプ時にのみクランプディスクを挟持して回転駆動対象部材を回転不能に保持する常時アンクランプ式の二種類が存在する。本発明はそのどちらの形式にも適用可能であるが、本例では、まず後者の常時アンクランプ式のクランプ装置に本発明を適用した例を説明する。

クランプ装置２についてより詳しく説明すると、クランプ装置２は、前述したクランプディスク８と、クランプディスク８に対しクランプ面９へ向けて梃子部材１１を介して押圧力を作用させるピストン部材６と、回転軸５の軸線を中心とするリング状の溝２３が形成されハウジング３に固定されているケース部材２２と、ピストン部材６をクランプディスク８側へ付勢する付勢手段７とを有している。

ピストン部材６はリング状の形状を有しており、ケース部材２２のリング状の溝２３内に回転軸５の軸線方向に変位可能に嵌挿され、かつケース部材２２に固定された係止部材２４により溝２３内に留置されている。また、ピストン部材６と係止部材２４との間には、回転軸５の軸線を中心とした円周上に圧縮ばね２５を複数有しており、圧縮ばね２５はピストン部材６を常時反クランプディスク８側（アンクランプ方向）に付勢している。

一方、ピストン部材６と溝２３との間には圧力室２６が形成されており、圧力室２６には図示しない流体供給源から、ハウジング３に設けられた流体ポート２７、ケース部材２２に形成された流体流路２８を通じてクランプ用の作動流体（圧油）が供給されている。これらは、ピストン部材６をクランプディスク８側（クランプ方向）へ付勢する付勢手段７を構成している。

クランプディスク８とピストン部材６との間には、回転軸５の半径方向に延在するように設けられた３以上の梃子部材１１としてのクランプレバー１９が組み込まれている。図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、クランプレバー１９は、回転軸５の周囲に均等にクランプ力を発生させるために、回転軸５の周りに等間隔に配置されている。

梃子部材１１としてのクランプレバー１９の形状は種々考えられるが、本実施例では、長腕部と短腕部とを、支点となる湾曲部で一体的につないだＪ型の形状の部材を採用している。クランプレバー１９は、長腕部の端部に形成された力点部１２おいてピストン部材６に接触すると共に、湾曲部に形成された支点部１３においてケース部材２２に対し揺動可能に係止され、また短腕部の端部に形成された作用点部１４においてクランプ部材１０を挟んで前記クランプディスク８と対向している。

円テーブル１６の割出動作時には、圧力室２６にクランプ用の作動流体が供給され、その圧力により、ピストン部材６が圧縮ばね２５のばね力に抗してクランプディスク８側へ変位し、ピストン部材６はクランプレバー１９および後述のクランプ部材１０を介してクランプディスク８を押圧してハウジング３のクランプ面９との協働でクランプディスク８をクランプする。

図３において、クランプレバー１９は、クランプレバー１９の力点部１２から支点部１３までの距離ａが、支点部１３から作用点部１４までの距離ｂよりも長くなるように形成されている。これにより、ピストン部材６の押圧力は、梃子の原理により、ほぼａ／ｂ倍に増幅されてクランプディスク８に作用することとなる。レバー比（ａ／ｂ）を変更すればクランプ力を容易に増減することができる。

なお、本実施例では、クランプレバー１９の作用点部１４は、クランプ部材１０としてのクランプリングを介してクランプディスク８を押圧する。クランプリングは、リング状の薄板部材であり、その半径方向内側における基部において係止部材２４に固定され、ハウジング３に対し相対回転不能に取り付けられており、一方の面でクランプレバー１９の作用点部１４と接触し、他方の面でクランプディスク８の面とわずかな間隔をおいて対向している。クランプリングは、梃子部材１１からの押圧力を受けると、クランプディスク８側に弾性的に変位し、クランプディスク８の外縁部においてクランプディスク８と面接触する。これにより、クランプレバー９のクランプ力をクランプディスク８全体に亘って略均一に作用させることができ、安定したクランプ状態を維持することが可能となる。なお、クランプ部材１０（クランプリング）を省略し、クランプレバー１９によってクランプディスク８を直接押圧することも可能である。ただし、この場合、クランプレバー１９によるクランプ箇所が局所的であるため、上記のようなクランプ部材１０を設けた方が好ましい。

また、本実施例では、クランプ装置２を構成する部品のうち、クランプディスク８以外の部品はユニット化されており、取付ねじ２９を外すことで回転テーブル装置１５本体からクランプ装置２をユニットごと容易に取り外すことができる構成となっている。但し、クランプ装置２のユニット化ということを考えなければ、ピストン部材６の外周面がハウジング３によってその軸線方向への変位を案内されるものとしたり、クランプレバー１９の支点部１３をケース部材２２を介さないでハウジング３に直接係止することも可能である。

図４および図５は、実施例１と同様の回転テーブル装置１５において、梃子部材１１（クランプレバー１９）に他の形状の部材を採用した例を示している。実施例１のクランプ機構では、作用点部１４と力点部１２との間に支点部１３を形成していたが、本例では、支点部１３と力点部１２との間に作用点部１４が形成されている。このように、梃子部材１１は、力点部１２から支点部１３までの距離ａが、支点部１３から作用点部１４までの距離ｂよりも長くなるように形成されていれば、設計上さまざまな形状を採用することができる。

図６は、実施例１と同様の回転テーブル装置１５において、クランプ部材１０（クランプリング）がその外周部側でケース部材２２に固定されている例である。なお、本実施例でも、クランプ装置２を構成する部品のうち、クランプディスク８以外の部品はユニット化されているが、クランプ装置２のユニット化ということを考えなければ、ピストン部材６の外周面がハウジング３によってその軸線方向への変位を案内されるものとしたり、クランプ部材１０を、図示の例のようにケース部材２２に固定しないで、ハウジング３に直接固定してもよい。

図７は、本発明を常時クランプ式のクランプ装置に適用した例を示している。この例でクランプ装置２は、付勢手段７としてばね部材３０（圧縮スプリング）をケース部材２２とピストン部材６との間で回転軸５の軸線を中心とした円周上に複数有しており、ばね部材３０はピストン部材６を常時クランプディスク８側（クランプ方向）へ付勢している。これにより、ピストン部材６は、クランプレバー１９を介して常時クランプディスク８を押圧し、ハウジング３のクランプ面９との協働で前記クランプディスク８を挟持して、円テーブル１６をクランプ状態としている。

また、クランプ状態を解除するためのアンクランプ手段として、ピストン部材６と係止部材２４との間には、アンクランプ用の圧力室３１が形成されており、圧力室３１には図示しない流体供給源からケース部材２２に形成された流体流路３２を通じてアンクランプ用の作動流体（圧油）が供給されるようになっている。

円テーブル１６の割出動作時には、作動流体が圧力室３１へ供給され、ピストン部材６がばね部材３０のばね力に抗して反クランプディスク８側（アンクランプ方向）へ変位し、これにともないクランプレバー１９によるクランプディスク８に対するクランプ力が解除され、回転テーブル装置１５はアンクランプ状態となり、円テーブル１６（回転軸５）は回転可能な状態となる。

なお、図示の例では、付勢手段７としてばね部材３０のほか、ピストン部材６と溝２３との間に圧力室２６を有しており、圧力室２６には図示しない流体供給源からケース部材２２に形成された流体流路２８を通じてクランプ用の作動流体（圧油）が供給されている。これにより、ばね部材３０（圧縮スプリング）によるクランプ力に加え、流体圧による増し締め（クランプ力の増力）が可能となっている。

図８は、ピストン部材６のクランプ方向、アンクランプ方向への変位を、いずれも作動流体の供給によって行うクランプ装置に対し、本発明によるクランプレバー１９（梃子部材１１）を適用した例である。この例のクランプ装置は、常時クランプ式、常時アンクランプ式のいずれにも成り得るものである。

以上の実施例では、梃子部材１１に相当するクランプレバー１９は、いずれも支点、力点、作用点がそれぞれ一つづつの部材であるが、例えば、作用点側の端部を二股又はそれ以上に分割して作用点が２以上となる部材としてもよい。同様に、力点側の端部を二股又はそれ以上に分割して力点が２以上となる部材としてもよい。また、作用点側の端部又は力点側の端部を幅広とし、クランプ部材１０（クランプディスク８）又はピストン部材６と面接触する部材としてもよい。

本発明は、ディスクをクランプすることにより回転軸等を制動する制動装置に広く応用できる。すなわち、回転割出し装置（回転駆動対象部材）は、実施例の回転テーブル装置（円テーブル）に限定されない。例えば、工具が装着されるスピンドルを回転駆動する装置（スピンドルユニット）を支持して旋回駆動する装置（主軸ヘッド）や、スピンドルユニットを支持する主軸ヘッドを工作機械のＺ軸と平行な軸線周りに回転駆動する部分（装置）等を含む。前者の場合は、スピンドルユニットが回転駆動対象部材に相当し、後者の場合は、主軸ヘッドが回転駆動対象部材に相当する。

回転割出し装置１の断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 回転割出し装置１のクランプ装置２周辺における詳細断面図である。 回転割出し装置１の断面図である。 回転割出し装置１のクランプ装置２周辺における詳細断面図である。 回転割出し装置１のクランプ装置２周辺における詳細断面図である。 回転割出し装置１のクランプ装置２周辺における詳細断面図である。 回転割出し装置１のクランプ装置２周辺における詳細断面図である。

１ 回転割出し装置
２ クランプ装置
３ ハウジング
４ 回転駆動対象部材
５ 回転軸
６ ピストン部材
７ 付勢手段
８ クランプディスク
９ クランプ面
１０ クランプ部材
１１ 梃子部材
１２ 力点部
１３ 支点部
１４ 作用点部
１５ 回転テーブル装置
１６ 円テーブル
１７ 軸受
１８ 軸受スリーブ
１９ クランプレバー
２０ ウォームホイール
２１ ウォームギヤ
２２ ケース部材
２３ 溝
２４ 係止部材
２５ 圧縮ばね
２６ 圧力室
２７ 流体ポート
２８ 流体流路
２９ 取付ねじ
３０ ばね部材
３１ 圧力室
３２ 流体流路

Claims (1)

1. ハウジング（３）内で回転自在に設けられると共に端部に回転駆動対象部材（４）が固定される回転軸（５）と、前記回転軸（５）の角度位置を保持するためのクランプ装置（２）であって前記回転軸（５）に対し相対回転不能に組み付けられたクランプディスク（８）と前記ハウジング（３）内で前記回転軸（５）の軸線方向に変位可能に設けられて前記クランプディスク（８）に対し前記ハウジング（３）のクランプ面（９）に向けての押圧力を作用させるためのピストン部材（６）と前記ピストン部材（６）を前記クランプディスク（８）側へ付勢する付勢手段（７）とを含むクランプ装置（２）と、を有する工作機械用の回転割出し装置（１）において、
   前記クランプ装置（２）は、前記クランプディスク（８）と前記ピストン部材（６）との間で前記回転軸（５）の半径方向に延在するように設けられた３以上の梃子部材（１１）からなるクランプ機構と、前記クランプディスク（８）と前記梃子部材（１１）との間に設けられたリング状のクランプ部材（１０）と、前記回転軸（５）の軸線を中心とするリング状の溝（２３）を有するとともに前記ハウジング（３）に対し着脱可能に取り付けられるケース部材（２２）とを備え、
   前記クランプ部材（１０）は、半径方向における内側又は外側で前記ケース部材（２２）に対し固定され、前記ハウジング（３）に対し相対回転不能に設けられており、
   前記ピストン部材（６）は、前記ケース部材（２２）の前記溝（２３）に嵌挿され、前記回転軸（５）の軸線方向に変位可能に設けられており、
   前記各梃子部材（１１）は、その一端部に形成された力点部（１２）であって前記ピストン部材（６）に接触する力点部（１２）と、前記ケース部材（２２）に対し揺動可能に係止される支点部（１３）と、前記クランプ部材（１０）を挟んで前記クランプディスク（８）と対向する作用点部（１４）とを有し、前記力点部（１２）から支点部（１３）までの距離が前記支点部（１３）から作用点部（１４）までの距離よりも長くなるように形成されていることを特徴とする工作機械用の回転割出し装置のためのクランプ装置（２）。

Images