JP5216528B2 - 工作機械用の割出し装置におけるクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械用の割出し装置におけるクランプ装置に関する。

工作機械に用いられる割出し装置には、例えば、回転テーブル装置（ロータリテーブル、インデックステーブルとも言う。）がある。また、回転テーブル装置においては、割り出された主軸の角度位置を保持するため、クランプ装置が備えられるのが一般的である。従来、このような回転テーブル装置におけるクランプ装置として、次の３つの方式が知られている。

スリーブクランプ方式。これは、主軸に対してその外側を囲繞するスリーブを配置したものである。そして、スリーブの外側に作動流体を供給することによって、スリーブの薄肉部を変形させて主軸に押圧させ、主軸の位相を保持するものである（特許文献１）。

ディスククランプ方式。これは、主軸からその軸周りに一体的に突出するクランプディスクと、クランプディスクの片側の被クランプ面に対して軸線方向に変位可能に設けられたクランプピストンと、クランプディスクのクランプピストンとは反対側の被クランプ面に対向して設けられたフレーム側のクランプ面とを備えている。そして、クランプピストンを含む押圧機構に作動流体を供給することによって、クランプピストンの押圧部がクランプディスクを押圧し、その結果、クランプ面と押圧部とでクランプディスクがクランプされ、主軸の位相が保持される（特許文献２）。

カップリング方式。これは、フレーム側に固定した第１の固定カップリング部材と、主軸側に固定した第２の固定カップリング部材と、双方のカップリング部材に対して軸線方向に進退可能に設けた移動カップリング部材とを備えるものである。そして、各々のカップリング部材には、噛合い用の割出歯が設けられている。また、移動カップリング部材を軸線方向に進退（変位）させるピストン部材も設けられている。ピストン部材によって移動カップリング部材を各固定カップリング部材に向かって前進させると、割出歯が噛み合い、それによって主軸の位相が保持される（特許文献３）。

上述の３つの方式のクランプ装置には以下のような問題がある。したがって汎用性を考えると、何れも満足できるものとは言えない。

スリーブクランプ方式の場合、クランプトルク（主軸を保持する力／以下では、「クランプ力」とも言う。）は、クランプ面（薄肉部が主軸に対し力を及ぼす面）の径と軸線方向の長さに依存する。

したがって、大きいクランプ力を得るには、クランプ面及びスリーブの径方向の寸法や、軸線方向の寸法を大きくしなければならず、いずれも装置の大型化を招く。しかも、回転テーブル装置は、マシニングセンタ等の工作機械上に設置されるものであり、工作機械上での設置スペースの関係から、径方向や軸線方向の寸法に制限を受ける。したがって実際にはクランプトルクを大きくするのは難しい。

なお、クランプトルクが小さい場合は、モーメント負荷（ワークの加工に伴って作用する回転方向の負荷）の大きい重加工において円テーブルの割出し位置を保持することができないため、そのような重加工には対応できない。

また、ディスククランプ方式の場合、クランプトルクは、クランプディスクの径と、クランプピストンの押圧力に依存する。したがって、大きいクランプ力を得るには、同様に装置の大型化を招く。しかも、装置を大型化して大きいクランプ力を得ても、クランプ装置自体、特にクランプディスクのモーメント負荷に対する剛性が低いため、円テーブルの割出し位置を安定して保持することができず、この場合もスリーブクランプ方式と同様に重加工に対応できない。

また、カップリング方式の場合、割出歯同士の噛合いによる保持であるため、割出し位置は完全に固定された状態となるし、装置のモーメント負荷に対する剛性も高い。しかし、割出し角度が割出し歯の歯数に依存するため、任意角度での円テーブルの割出しが不可能であり、加工面で制限を受ける。

なお、上述の問題は、工作機械の割出し装置のうち、回転テーブル装置に限らず、他の装置にも当てはまると考えられる。例えば、回転駆動される支軸を介してスピンドルを支持し、その角度位置を割出すスピンドルヘッドの場合である（特許文献４）。

特開２００６―３５３９１号公報 実開平６−４２０４７号公報 特開平７−２５６５３８号公報 米国特許第５５８４６２１

本発明は、上記実情を考慮して開発されたもので、その目的は、任意角度の割出しが可能でありながらも高い剛性やクランプトルクが得られるクランプ装置を提供することである。

本発明は、回転駆動される主軸に対し相対回転不能に設けられたクランプ部と、主軸の軸線方向へ変位可能に設けられたクランプピストンを含むと共にクランプピストンが受ける作動流体の圧力をクランプ部に対し作用させる押圧機構とを備え、主軸の割り出された角度位置を保持する工作機械用の割出し装置におけるクランプ装置を前提とする。

そして、クランプ部は、主軸に対し相対回転不能に設けられた第１のクランプ部としてのクランプディスクと、主軸又は主軸と一体的に回転する部材に形成されて主軸の半径方向と交差する方向に延在する受圧面を含む第２のクランプ部とを含み、押圧機構は、前記クランプディスクに対向すると共にクランプピストンとクランプディスクとの間に介在する第１の押圧部と、第２のクランプ部の受圧面に対向すると共にクランプピストンと第２のクランプ部との間に介在する第２の押圧部とを含み、クランプピストンが前記作動流体の圧力を受けることによって当接状態となる第２のクランプ部及び押圧機構における第２の押圧部の一方は、クランプピストンを介して作用する軸線方向の押圧力を受けて第２のクランプ部の受圧面に対する主軸の半径方向の押圧力を発生させる押圧力転向部を含み、第２のクランプ部及び第２の押圧部の少なくとも一方は、第２の押圧部が第２のクランプ部に対し押圧力を作用させることに伴ってクランプピストンの前記軸線方向の変位を許容するように弾性的に変位可能に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、押圧機構におけるクランプピストンが作動流体から受ける圧力は、第２の押圧部を介して第２のクランプ部の受圧面に作用する。そのとき、第２のクランプ部の受圧面には、押圧力転向部の作用により、クランプピストンが作動流体から受ける主軸の軸線方向（以下、「軸線方向」と言う。）の圧力と直交する方向（主軸の半径方向（以下、「半径方向」と言う。））の押圧力が作用する。

更に、第２のクランプ部及び第２の押圧部の少なくとも一方は、第２の押圧部が第２のクランプ部に対し押圧力を作用させることに伴ってクランプピストンの軸線方向の変位を許容するように弾性的に変位可能に設けられているため、クランプピストンは、第２の押圧部と第２のクランプ部とが当接した状態から、作動流体の圧力を受けて更に軸線方向へ変位する。ちなみに、剛体同士が当接した場合は、それ以上の変位は不可能であるが、当接状態となる第２の押圧部と第２のクランプ部の少なくとも一方が押圧力の増加に伴って弾性的に変位するように構成されているため、クランプピストンの変位が許容される。

そして、このクランプピストンの更なる変位により、クランプピストンとクランプディスクとの間に介在する第１の押圧部を介し、クランプディスクに対し軸線方向の押圧力が作用する。

本発明によれば、主軸と一緒に回転するクランプ部に対し、半径方向及び軸線方向の２つの押圧力が同時に作用するため、強固なクランプ力を得ることができる。しかも、クランプディスクのみでクランプする構成とは異なり、モーメント負荷に対する十分な剛性を持つと共に、任意角度の割出しが可能となり、カップリング方式のように割出し角度に制限を受けずに済む。

また、本発明によれば１つのクランプピストンの動作によって半径方向及び軸線方向の２つの押圧力が同時に発生する構成であるため、単に２方式のクランプ装置を併用するものと比べ、構成が簡素化される。

図１は、本発明が適用される工作機械用の割出し装置の一例として、主軸としての回転軸２の回転角度を任意に割出し可能な回転テーブル装置１を示している。また、図１に示す回転テーブル装置１は、ギヤ等の減速機構を用いない直接駆動型モータ（以下、「ＤＤモータ」と言う。）３を駆動源とする駆動機構を採用した例である。但し、本発明が適用される割出し装置は、回転軸（主軸）２に相対回転不能に組み付けられたウォームホイールを、駆動モータ等で回転させる駆動軸上に設けたウォームギヤで回転駆動する構成としても良い。

図１の回転テーブル装置１は、ワークが搭載される円テーブル４と、円テーブル４を支持する回転軸２と、回転軸２を回転可能に支持するフレーム５と、フレーム５と回転軸２との間に収容されるＤＤモータ３と、フレーム５と回転軸２との間に収容されるクランプ装置６とを備えている。そして、ＤＤモータ３を駆動させると、フレーム５に対して円テーブル４が回転軸２と一緒に、回転軸２の軸線を中心にして回転して、その角度位置が割出される。また、クランプ装置６を作動させると、回転軸２がクランプされ、前記回転によって割出された円テーブル４の角度位置が保持される。以下、各構成要素を詳述する。

円テーブル４は、その表面にワーク（又はワークが取り付けられる治具）を載置して保持するものである。円テーブル４は、円テーブル４の裏面側に設けられる主軸としての回転軸２に対し、両者の軸線を一致させた状態で取り付けられている。円テーブル４は、その軸線を中心とする円周上の複数個所にネジ部材４ａが等間隔に螺挿されており、そのネジ部材４ａによって回転軸２の一端に固定されている。

回転軸２は、図示の例では、２つの軸部材２ａ、２ａから成っており、両軸部材２ａ、２ａを軸線を一致させた状態で組み合わせ、ネジ部材２ｂによって連結した構成となっている。

フレーム５は、回転テーブル装置１のベースとなる部分であって、回転軸２を受け入れて支持するための貫通孔を有している。この貫通孔は、回転軸２を受け入れた状態で、フレーム５と回転軸２との間に環状の空間部９が存在する大きさに形成され、さらに、円テーブル４側において空間部９が段階的に拡径するように形成されている。それにより、フレーム５の円テーブル４側には、空間部９内において段部５ａが形成されている。また、フレーム５には、段部５ａが形成された空間部９の円テーブル４側の開口を塞ぐフロントカバー７と、空間部９の反円テーブル４側の開口を塞ぐリアカバー８とが取り付けられている。このフロントカバー７及びリアカバー８は、何れも回転軸２を囲繞するリング状の部材であって、その内周部が回転軸２の外周面に接近し、その外周部がフレーム５に対してネジ部材７ａ、８ａによって連結されている。したがって、フロントカバー７、リアカバー８もフレーム５の一部といってもよい。なお、フロントカバー７の外周部は、円テーブル４の外周部裏面に位置する。

空間部９には、ＤＤモータ３、クランプ装置６の他、アキシャル軸受１１、ラジアル軸受１２、回転検出器１３が設けられている。なお、ラジアル軸受１２は、回転軸２の軸部材２ａとフレーム５との間に介装されており、アキシャル軸受１１との協働で、回転軸２をフレーム５に対し回転自在に支持された状態としている。

ＤＤモータ３は、回転軸２を回転駆動するもので、ロータ３ａの外周面をステータ３ｂが囲繞するインナーロータ形である。ＤＤモータ３は、固定鉄心にコイルを巻回して構成されたステータ３ｂと、ステータ３ｂの内周面に近接して対向する複数のマグネットを円周方向に亘って配置したロータ３ａとを同心円状に配置したものである。ロータ３ａは回転軸２に対してネジ部材３ｃによって連結されている。また、ステータ３ｂはフレーム５に対してネジ部材３ｄによって連結されている。

回転検出器１３は、回転軸２の回転量を検出するためのエンコーダ１３ａと、エンコーダ１３ａに検出される被検出子１３ｂとを備えている。回転軸２に設けられた被検出子１３ｂを、フレーム５に設けられたエンコーダ１３ａが検出し、エンコーダ１３ａからの検出信号に基づいて回転軸２の回転量が検出される。

クランプ装置６は、図１又は図２に示すように、回転駆動される回転軸２に対し相対回転不能に設けられたクランプ部２０と、作動流体の圧力によってクランプピストン４２をクランプ部２０へ移動させて軸線方向の押圧力を作用させる押圧機構４０とを備えている。

また、本発明によるクランプ装置６は、複数方向の押圧力によって回転軸２をクランプするものである。なお、ここでいう複数方向の押圧力とは、軸線方向の押圧力と、軸線方向と直交する方向（半径方向）の押圧力である。このために、クランプ部２０と押圧機構４０の一方には、軸線方向の押圧力から半径方向の押圧力を発生させる押圧力転向部を備えている。また、クランプ部２０と押圧機構４０の少なくとも一方の一部は、クランプ部２０が半径方向の押圧力を受けながらも、押圧機構４０におけるクランプピストン４２の軸線方向への変位（移動）を許容させてクランプ部２０が軸線方向の押圧力をも受けられるようにするために、弾性的に変位可能に設けられている。以下、これらの構成について詳述する。

クランプ部２０は、軸線方向の圧力を受ける第１のクランプ部としてのクランプディスク２１と、半径方向の圧力を受ける第２のクランプ部３１とから構成される。そして、クランプディスク２１及び第２のクランプ部３１は、回転軸２の軸部材２ａに対して半径方向外側に向けてそれぞれフランジ状に突出するように設けられている。なお、クランプディスク２１は第２のクランプ部３１よりも大径であるため、半径方向において、クランプディスク２１の外周部が第２のクランプ部３１よりも外側に突出し、第２のクランプ部３１の範囲で両者は重なり合っている。また、クランプディスク２１と第２のクランプ部３１とが重なり合った部分は、軸線方向の両外側において前述のアキシャル軸受１１によりフレーム５及びフロントカバー７に対し支持されている。

ここで、クランプディスク２１の軸線方向の両面のうち、第２のクランプ部３１側の面をＡ面、その反対側の面をＢ面と称する。また、軸線方向における位置関係を表現するに際して、クランプディスク２１を基準とし、クランプディスク２１に近い側を軸線方向内側、遠い側を軸線方向外側と称する。

図示の例では、第２のクランプ部３１は、回転軸２に一体的に形成されている。つまり、回転軸２は、ラジアル軸受１２によってフレーム５に対し支持される軸部材２ａと、軸部材２ａから半径方向に延びるフランジ状の大径部とを一体形成した構成となっている。そして、この大径部が第２のクランプ部３１として機能する。また、この大径部（第２のクランプ部３１）の外周面は、回転軸２の半径方向と交差する方向に延在する受圧面３１ａであり、図示の例では軸線方向内側に向かって拡径するテーパー状に受圧面３１ａが形成されている。

クランプディスク２１は、回転軸２とは別体のリング状の平板であって、回転軸２の外周面に嵌り込むかたちで設けられている。また、クランプディスク２１は、その内周部におけるＡ面が第２のクランプ部３１における軸線方向内側の面に対向するように設けられている。

クランプディスク２１と第２のクランプ部３１とが重なり合う箇所において、第２のクランプ部３１には凹部３２が円周方向に沿って形成され、クランプディスク２１には凸部２２が円周方向に沿って形成されており、クランプディスク２１の凸部２２が第２のクランプ部３１の凹部３２に嵌合している。その上で、この嵌合部分において、円周方向に亘る複数箇所でネジ部材２５が軸線方向に向けて螺挿されており、それによってクランプディスク２１が第２のクランプ部３１に連結されている。したがって、クランプディスク２１は、回転軸２に対し第２のクランプ部３１を介して相対回転不能に組み付けられている。

前述のフレーム５における貫通孔内に形成された段部５ａは、多段に形成されており、半径方向における最も外側の段の軸線方向内側の面が、クランプディスク２１の外周部のＢ面と対向し、クランプディスク２１に作用する押圧力を受けるクランプ面５ｂとなる。

押圧機構４０は、クランプディスク２１と第２のクランプ部３１とに押圧力を作用させるピストン部材４１と、ピストン部材４１を軸線方向に往復運動させる往復装置６１とを備えている。

ピストン部材４１は、回転軸２と同軸的に設けられるリング状であって、クランプディスク２１の外周部のＡ面側であって、第２のクランプ部３１よりも半径方向外側に配置されている。また、ピストン部材４１は、軸線方向に往復動するクランプピストン４２と、クランプピストン４２の軸線方向内側の端部である第１の押圧部４３と、第１の押圧部４３に対して半径方向内側に離間して設けられ軸線方向に延在する円筒状の第２の押圧部４４と、第１の押圧部４３と第２の押圧部４４とを半径方向に連結するリング状の連結部４５とを備える。連結部４５は、第２の押圧部４４の軸線方向内側の端部と第１の押圧部４３とを連結している。このように図示の例では、本発明でいうクランプピストン、第１の押圧部及び第２の押圧部が一体的に形成され、ピストン部材４１の一部として存在している。

第１の押圧部４３は、クランプディスク２１の外周部のＡ面を軸線方向に押圧するものであって、クランプディスク２１のＡ面に対向して離間して設けられている。すなわち、第１の押圧部４３は、クランプピストン４２とクランプディスク２１との間に介在している。

第２の押圧部４４は、第２のクランプ部３１を軸線方向に交差する方向に押圧するものであって、弾性的に変位可能な可撓性を有し、第２のクランプ部３１の受圧面３１ａを囲繞するように軸線方向に延在する円筒状に形成されている。すなわち、第２の押圧部４４は、クランプピストン４２と第２のクランプ部３１との間に介在している。

また、第２の押圧部４４の内周面は、軸線方向内側へ向けて拡径するテーパー状に形成されている。一方、第２の押圧部４４の外周面も、前記内周面と同様のテーパー状に形成されている。しかも、第２の押圧部４４の内周面及び外周面のテーパー角度（回転軸２の軸線に対し為す角度）は、第２のクランプ部３１の受圧面３１ａよりも若干大きく形成されている。すなわち、この内周面の軸線方向外側部が第２のクランプ部３１の受圧面３１ａに当接した状態において、この内周面の軸線方向内側部と第２のクランプ部３１の受圧面３１ａとの間に間隙が生じるように形成されている。

また、第２の押圧部４４には円周方向に等間隔で複数のスリット４４ａが、内周面から外周面を貫通して放射状に設けられている。スリット４４ａは、第２の押圧部４４に対してその軸線方向外側の端面から連結部４５の軸線方向外側の面に達するまで延在して設けられる。したがって、スリット４４ａは軸線方向外側に向かって開口する状態となっている。スリット４４ａによって、第２の押圧部４４が撓み易くなり、弾性的に変位（変形）し易くなっている。

上述したクランプ部２０の第２のクランプ部３１と押圧機構４０のピストン部材４１における第２の押圧部４４との一方には、軸線方向の押圧力から半径方向の押圧力を発生させる押圧力転向部を備えている。図示の例では、押圧力転向部は、第２のクランプ部３１の外周面、すなわちテーパー状の受圧面３１ａとなる。詳しくは、押圧機構４０における第２の押圧部４４は、クランプピストン４２が作動流体の圧力を受けることに伴い、第２のクランプ部３１の受圧面３１ａに圧接され、受圧面３１ａに対し軸線方向の押圧力を作用させる。すると、受圧面３１ａがテーパー面であることから、テーパー面のカム作用（楔効果）により、図３（イ）に示すように、軸線方向の押圧力Ｆ１に対し、第２のクランプ部３１に対し半径方向に作用する増力された押圧力Ｆ２が発生する。したがって、受圧面３１ａが押圧力転向部に相当する。

また、上記のように、第２のクランプ部３１は、第２の押圧部４４から軸線方向の押圧力Ｆ１を受けることによって増力された半径方向の押圧力Ｆ２が発生するように構成されており、クランプ部２０（第２のクランプ部３１）は、増力作用を奏する構成（部分）、すなわち、増力部を有している。

往復装置６１は、ピストン部材４１を嵌挿して軸線方向に変位可能とするシリンダ６２と、ピストン部材４１を軸線方向外側に常時付勢するリターンスプリング６３と、作動流体をシリンダ６２の内部に取り込む流体圧回路６４とを備えている。

シリンダ６２は、フロントカバー７とフレーム５とによって形成され、軸線方向外側が閉鎖すると共に軸線方向内側が開口するように形成されている。そして、シリンダ６２の軸線方向に延在する半径方向内側及び外側の内周面とフロントカバー７の軸線方向内側の面とにより、ピストン部材４１のクランプピストン４２の軸線方向の変位を案内する案内溝６２ａが形成されている。この案内溝６２ａは、クランプピストン４２の軸線方向の変位を案内するもので、クランプピストン４２における軸線方向外側の端部を囲繞するように設けられている。

リターンスプリング６３は、引張りバネであって、クランプピストン４２の軸線方向外側の端面とフロントカバー７との間において円周方向の複数個所に介装されている。リターンスプリング６３の中をネジ部材４２ａの軸部が貫通してクランプピストン４２に螺挿されている。ネジ部材４２ａの頭部がリターンスプリング６３よりも軸線方向外側に突出しており、この頭部が遊嵌する規制穴７ｂがフロントカバー７に設けてある。規制穴７ｂの底に頭部が到達すると、クランプピストン４２の後退位置が規制される。

流体圧回路６４は、フロントカバー７と案内溝６２ａとクランプピストン４２の軸線方向外側の面とによって構成される密閉空間である圧力室６５と、フレーム５に形成された供給管５ｃとを備えている。また、供給管５ｃは、フレーム５の外側から圧力室６５に連通して設けられている。供給管５ｃは、圧力室６５とは反対側の開口端が圧油供給口５ｄとなる。そして、外部から圧油供給口５ｄを経て作動流体としての圧油が圧力室６５に供給される。

上述した回転テーブル装置１のクランプ装置６は、以下の手順で円テーブル４（回転軸２）の角度位置を割り出した後にその角度位置を保持する。

まず、ＤＤモータ３によって回転軸２が回転駆動されて、円テーブル４の角度位置が割出される。このとき、ピストン部材４１が軸線方向内側に変位可能な状態にある。つまり、第１のクランプ部であるクランプディスク２１とピストン部材４１における第１の押圧部４３との間、並びに第２のクランプ部３１と第２の押圧部４４との間には軸線方向の間隙が存在している。

次いで、その割り出された円テーブル４（回転軸２）の角度位置を保持するために、圧油供給口５ｄ及び供給管５ｃを介し、作動流体としての圧油が圧力室６５に供給される。それにより、圧力室６５内部の油の圧力が高まるため、ピストン部材４１（クランプピストン４２）がリターンスプリング６３の付勢力に抗して軸線方向内側に変位する。

クランプピストン４２の変位に伴い、クランプピストン４２と一体に形成された第２の押圧部４４も第２のクランプ部３１の受圧面３１ａに向かって変位する。それに伴い、第２の押圧部４４は、その内周面側が受圧面３１ａに当接し、圧油の圧力によって受圧面３１ａに圧接された状態となる。その結果、前述のように、第２のクランプ部３１に対し半径方向内側への押圧力が発生する。

なお、第２の押圧部４４が第２のクランプ部３１の受圧面３１ａに当接した初期の状態では、クランプディスク２１とフレーム５のクランプ面５ｂとの間、及びクランプディスク２１と第１の押圧部４３との間の少なくとも前者には、間隙が存在している。したがって、クランプディスク２１には実質、押圧力は作用していない。

前述のように第２の押圧部４４には、スリット４４ａによって可撓性が付与されている。したがって、第２の押圧部４４が第２のクランプ部３１に対して圧接されることに伴い、その反力によって第２の押圧部４４が半径方向（拡径方向）へ撓んで第２の押圧部４４の内周面の当接部が拡径される。そのため、第２の押圧部４４と第２のクランプ部３１とが当接した状態からでもクランプピストン４２（第１の押圧部４３）の軸線方向内側への変位が許容される。すなわち、クランプピストン４２の変位は、第２の押圧部４４と第２のクランプ部３１との当接によって規制されることなく、第２の押圧部４４が第２のクランプ部３１に圧接された状態から第２の押圧部４４が内周面を拡径する方向へ弾性的に変位することによって許容される。

また、第２の押圧部４４の内周面と第２のクランプ部３１の受圧面３１ａとは、前述したようにテーパー角が異なるため、最初は線で当接した状態となっているが、第２の押圧部４４が撓むことによって面で当接した状態となる。

そして、第１の押圧部４３は、クランプピストン４２が受ける圧油の圧力により、第２の押圧部４４と第２のクランプ部３１とが圧接状態となった後にも軸線方向内側へ変位し、クランプディスク２１の外周側端部（被クランプ部）をフレーム５のクランプ面５ｂに対し押圧する。それにより、クランプディスク２１は、第１の押圧部４３から軸線方向の押圧力を受けて、第１の押圧部４３とフレーム５のクランプ面５ｂとの間でクランプされた状態となる。

その結果、回転軸２は、自身に形成された第２のクランプ部３１と、自身に対して相対回転不能に組み付けられたクランプディスク２１との２箇所について、各々異なる方向の押圧力によってクランプされることになる。つまり、第２のクランプ部３１の受圧面３１ａが第２の押圧部４４から半径方向内側へ向けた押圧力（クランプ力）を受けると共に、クランプディスク２１が第１の押圧部４３から軸線方向への押圧力を受けることによって第１の押圧部４３とクランプ面５ｂとの間でクランプされた状態となる。したがって、この２箇所で同時に発生する半径方向及び軸線方向でのクランプ力により、回転軸２の角度位置が強固に保持された状態となる。

上記の例では、第２の押圧部４４の内周面と第２のクランプ部３１の外周面（受圧面３１ａ）とのテーパー角を異ならせるものとしたが、両者のテーパー角を同じとし、最初から面全体で当接するようにしてもよい。なお、その場合は、第２の押圧部４４とクランプピストン４２（第１の押圧部４３）を連結している部分、つまり連結部４５が可撓性を有するものとし、第２の押圧部４４が連結部４５の撓みによって弾性的に変位するものとすればよい。

但し、上記の連結部４５で撓ませる構成では、第２の押圧部４４全体の変位により、第２の押圧部４４と第２のクランプ部３１とが第２の押圧部４４における軸線方向内側の端部のみで当接する構造となり、上記のような面ではなく線で当接した状態となる。したがって、より大きいクランプ力が必要な場合は、上記の例の方が好ましいといえる。

また、上記の例では、図３（イ）に示すように、第２の押圧部４４の内周面及び第２のクランプ部３１の外周面が共にテーパー状に形成されるものとしたが、図３（ロ）に示すように、第２のクランプ部３１の外周面が軸線方向に延在する面に形成されるものでもよい。また、上記の例では、第２のクランプ部３１は、テーパー状の外周面と軸線方向外側の平面３１ｂとが交差して、交差部分に角が存在する形状としたが、図３（ロ）に示すように、角をなくす形状にしてもよい。つまり第２のクランプ部３１の外周面を軸線方向に延在する面とし、この外周面と軸線方向外側の平面３１ｂとが外側に膨らむ円弧面で連続する形状であってもよい。この場合でも、円弧面は第２のクランプ部３１の受圧面３１ａとなる。したがって、この受圧面３１ａに第２の押圧部４４を作用させることにより、第２のクランプ部３１を半径方向へ押圧する力が発生する。

上記の例では、クランプピストン４２、第１の押圧部４３、及び第２の押圧部４４を一体に形成したもの、すなわち単一のピストン部材４１が各機能を有するものとしたが、当然ながら、各部を別体に形成して組み付けた構成とすることも可能である。

また、上記の例では第２の押圧部４４が第２のクランプ部３１（受圧面３１ａ）に圧接することに伴って第２の押圧部４４が弾性的に変位する構成としたが、これに代えて、図４に示すように、第２のクランプ部３１が弾性的に変位する構成としてもよい。

図４に示す例が上記の例と異なるのは、第２のクランプ部３１が回転軸２とは別体であること、第２のクランプ部３１が回転軸２に対し相対回転不能に且つ軸線方向に変位可能に設けられていること、第２のクランプ部３１を軸線方向外側へ付勢する付勢部材３３が設けられていること、第２の押圧部４４がクランプピストン４２に対し変位不能となるようにピストン部材４１が設けられていることである。以下、詳述する。

押圧機構４０における第２の押圧部４４は、前記の連結部４５を介してクランプピストン４２に支持される構成ではなく、クランプピストン４２の一部分をなすように一体に形成されている。したがって、ピストン部材４１は、クランプピストン４２に対し第２の押圧部４４が弾性的に変位不能となっている。

第２のクランプ部３１は、回転軸２の大径部２ｃとは別体に形成されており、大径部２ｃの外周面に嵌るリング状のクランプ部材として形成されている。また、回転軸２の大径部２ｃの外周面には、軸線方向に延在する１つ以上の凸部２ｄが円周方向の適宜箇所に形成され、一方で、第２のクランプ部３１（クランプ部材）の内周面には、この凸部２ｄに対応する凹溝３１ｃが形成されている。そして、回転軸２の凸部２ｄとクランプ部材３１の凹溝３１ｃとが嵌め合わされることにより、クランプ部材３１は、回転軸２に対し相対回転不能であって軸線方向へ移動可能（摺動可能）に組み合わされている。このように組み合わされていることから、クランプ部材３１は回転軸２の一部とみなしてもよい。

更に、クランプ部材３１とクランプディスク２１とは、軸線方向に対向配置されており、両者の間には付勢部材３３としての圧縮バネが円周方向の複数個所において介装されている。このため、第２のクランプ部３１における軸線方向内側の面には圧縮バネ３３の一端部を嵌め込む収容穴３１ｄが形成されている。また、圧縮バネ３３が介装されていることにより、第２のクランプ部３１は、常時軸線方向外側に向けて付勢され、第２の押圧部４４から押圧力を受けない場合にはクランプディスク２１との間に変位用の間隙が形成されている。

また、フロントカバー７における軸線方向内側の面には、クランプ部材３１に当接する係止部７ｃ（ストッパ）が形成されている。そして、クランプ部材３１は第２の押圧部４４から押圧力を受けない状態では、係止部７ｃに当接して軸線方向外側への変位が規制され、後退位置が定まっている。

図４に示す構成では、クランプピストン４２が圧油による圧力を受けて軸線方向内側へ向けて変位するのに伴い、第２の押圧部４４がクランプ部材３１の受圧面３１ａに当接し、その後、圧接される。それにより、前記例と同様に、クランプ部材３１に対し半径方向の押圧力が作用する。この作用によって回転軸２に対し半径方向のクランプ力が作用することになる。

また、第２の押圧部４４がクランプ部材３１の受圧面３１ａに圧接した状態から、更にクランプピストン４２が軸線方向内側へ変位することに伴って、クランプ部材３１が圧縮バネ３３の付勢力に抗して軸線方向内側へ変位する。したがって、クランプピストン４２の変位は、第２の押圧部４４とクランプ部材３１との当接によって規制されることなく、第２の押圧部４４がクランプ部材３１に圧接された状態からクランプ部材３１がクランプピストン４２の変位方向へ弾性的に変位することによって許容される。

そして、更にクランプピストン４２が軸線方向内側へ変位することに伴って、第１の押圧部４３がクランプディスク２１を押圧し、第１の押圧部４３とフレーム５のクランプ面５ｂとの間でクランプディスク２１がクランプされた状態となる。よって、第２の押圧部４４がクランプ部材３１に圧接しつつ、クランプディスク２１に対し第１の押圧部４３によって押圧力を作用させることが可能となる。

以上の２つの例では、第１の押圧部４３及び第２の押圧部４４がクランプピストン４２と一体的に形成されている構成としたが、これに限らず、図５、図６に示すように、第１の押圧部４３及び第２の押圧部４４をクランプピストン４２とは別体の部材とすることも可能である。

図５に示す例は、第２の押圧部４４がクランプピストン４２及び第１の押圧部４３とは別体の部材に形成されている構成を有している。そして、図５に示す例が最初の例と異なるのは、第２の押圧部４４を含む梃子レバー３４がフレーム５の支持部５１に揺動可能に支持されていること、クランプピストン４２の往復動に伴って梃子レバー３４が揺動すること、梃子レバー３４の往動に伴って第２の押圧部４４が第２のクランプ部３１を押圧することである。

また、図５に示す例では、クランプピストン４２の回転テーブル側にクランプディスク２１が設けられている。一方、図では省略してあるが、クランプピストン４２の反回転テーブル側には圧力室６５及びリターンスプリング６３等も設けられている。したがって、クランプピストン４２は軸線方向に往復動可能に設けられている。また、クランプピストン４２の内周面であって、第１の押圧部４３よりも反回転テーブル側の部分は、クランプディスク２１から軸線方向外側へ向かって縮径するテーパー状に形成されている。

梃子レバー３４は、回転軸２の大径部２ｃである第２のクランプ部３１の外周面に沿って離間して複数（好ましくは、バランスを考えて３以上）配置される。ここで大径部２ｃの外周面は、受圧面３１ａとなり、軸線方向に延在する面となっている。

梃子レバー３４は、略Ｌ字状に屈曲する部材であって、屈曲部分でフレーム５に支持されており、一端でクランプピストン４２の内周面に形成されたテーパー部分に当接し、他端で第２のクランプ部３１に相当する回転軸２の大径部２ｃの外周面に（間接的に）当接するように設けられている。すなわち、梃子レバー３４は、屈曲部分が支点に、上記一端が力点に、上記他端が作用点になる。また、梃子レバー３４の屈曲部は、フレーム５の支持部５１に対して凹凸嵌合により位置決めされている。ここでは、屈曲部が球状に膨大しており、球状形状に対応してフレーム５の支持部５１には球面状の窪みが設けられている。

梃子レバー３４は、屈曲部（支点）から前記他端（作用点）までの距離が屈曲部から前記一端（力点）までの距離よりも長くなるように形成されている。したがって、力点に作用する力が増力されて作用点（第２のクランプ部３１）に作用する。すなわち、第２の押圧部４４を含む押圧機構４０における梃子レバー３４は、増力作用を奏する構成となっており、押圧機構４０が増力部を有しているといえる。

この構成によれば、クランプピストン４２が軸線方向内側へ変位するのに伴って、梃子レバー３４の一端がクランプピストン４２のテーパー状の内周面に当接して前記一端に押圧力が作用する。その作用により、梃子レバー３４自体が屈曲部を中心に図示の時計回り方向へ回動し、それに伴って前記他端が略半径方向へ変位して第２のクランプ部３１に対し半径方向の押圧力が発生する。

このように梃子レバー３４は、クランプピストン４２から軸線方向の押圧力を受けることによって第２のクランプ部３１の外周面に半径方向の押圧力を発生させるものであり、梃子レバー３４自体が第２の押圧部４４及び押圧力転向部に相当する。

更に、梃子レバー３４は、それ自身が可撓性を有するように形成されている。それにより、作用点（第２の押圧部４４）が第２のクランプ部３１の外周面に当接した状態からでも、梃子レバー３４が弾性変形し、クランプピストン４２の軸線方向内側への変位が許容される。したがって、クランプピストン４２（第１の押圧部４３）により、クランプディスク２１に対しても押圧力を作用させることが可能となる。

また、図示の例では、梃子レバー３４と第２のクランプ部３１との間に第２のクランプ部３１を囲繞する薄肉の円筒部４６ａを有する押圧部材４６が介装されている。押圧部材４６は、円筒部４６ａの軸線方向外側に連続する固着部４６ｂを有し、固着部４６ｂがフレーム５の支持部５１にネジ部材４６ｃで固着されている。そして、押圧部材４６の円筒部４６ａは、その薄肉により少なくとも縮径方向に変形可能となっており、第２の押圧部４４による押圧力は、押圧部材４６の円筒部４６ａを介して第２のクランプ部３１に作用する。

この構成によれば、梃子レバー３４による半径方向の押圧力は円筒部４６ａの全周に対して部分的に作用するが、それによって円筒部４６ａが縮径方向に変形するため、第２のクランプ部３１の外周面に対し全周に亘って押圧力が作用されるものとなる。

なお、図示の例では、梃子レバー３４とフレーム５の支持部５１との間に圧縮バネ５２が介装されている。圧縮バネ５２は、梃子レバー３４の第２の押圧部４４が押圧部材４６の円筒部４６ａに対し常時当接する状態を維持するものであって、図では常時時計回り方向に梃子レバー３４を付勢している。但し、圧縮バネ５２のバネ力は、円筒部４６ａを変形させない程度としてある。そして、この圧縮バネ５２により、梃子レバー３４はクランプピストン４２が作用点に当接していない状態でも、その姿勢が維持されて脱落することはない。

図６に示す例は、第１の押圧部４３がクランプピストン４２とは別体の部材に形成されている構成を有している。そして、その他に、図６に示す例が図４に示す例と異なるのは、第１の押圧部４３を含むフレーム側クランプ部材４７が軸線方向へ往復動可能に設けられていること、第１の押圧部４３が付勢部材４８によってクランプディスク２１から離間するよう軸線方向外側に付勢されていること、第１の押圧部４３とフレーム５とクランプピストン４２との間に形成された空間にボール部材４９が収容されていること、ボール部材４９は第１の押圧部４３とフレーム５とクランプピストン４２とからなる３つの部材に各々１点で接していること、クランプピストン４２の軸線方向への往復動をボール部材４９の軸線方向に対して斜めに交差する方向の運動に変えてから第１の押圧部４３に伝えることである。

クランプディスク２１の外周側端部（被クランプ部）のＡ面方向に、クランプピストン４２とは別体のクランプ部材４７（フレーム側クランプ部材）が設けられている。このフレーム側クランプ部材４７は、フレーム５の内周面に嵌挿されるリング状の部材であって、軸線方向へ摺動可能に設けられている。また、フレーム側クランプ部材４７の内周側における軸線方向内側の面がクランプディスク２１の外周側端部のＡ面と軸線方向に対向するように設けられている。したがって、このフレーム側クランプ部材４７の内周側における軸線方向内側部が第１の押圧部４３に相当する。

フレーム側クランプ部材４７は、クランプディスク２１の外縁よりも半径方向外側でフレーム５との間に介装された付勢部材４８としての圧縮バネにより、常時クランプディスク２１から離間するよう軸線方向外側へ付勢されている。そして、クランプピストン４２から押圧力を受けない場合にはフレーム側クランプ部材４７は、クランプディスク２１との間に変位用の間隙が形成されている。また、この圧縮バネ４８は、第２のクランプ部３１に設けられた圧縮バネ３３と同様に、円周方向の複数個所において配置される。また、フレーム側クランプ部材４７には、圧縮バネ４８の一端部を嵌め込む収容穴４７ａが形成されている。

フレーム側クランプ部材４７が摺動するフレーム５の内周面には軸線方向に延在する１つ以上の凸部５３が円周方向の適宜箇所に形成され、一方で、フレーム側クランプ部材４７の外周面にはこの凸部５３に対応する凹溝４７ｂが形成されている。そして、これら凸部５３と凹溝４７ｂとが嵌め合わされることにより、フレーム側クランプ部材４７は、フレーム５に対し相対回転不能であって軸線方向へ移動可能（摺動可能）に組み合わされている。

フレーム側クランプ部材４７とクランプピストン４２との間に複数個のボール部材４９が円周方向の適宜箇所に設けられている。具体的には、フレーム側クランプ部材４７の内周面における軸線方向外側部には、その内径が軸線方向内側に向けて縮径するテーパー面４７ｃが形成されており、一方で、クランプピストン４２の外周面における軸線方向内側部には、その外径が軸線方向内側に向かって縮径するテーパー面４２ｂが形成されている。また、フレーム側クランプ部材４７よりも軸線方向外側には、案内溝６２ａよりも半径方向外側に延在する段部５４がフレーム５に形成されている。この段部５４にもその内周面の軸線方向内側部において、軸線方向内側へ向けて拡径するテーパー面５４ａが形成されている。そして、これら３つのテーパー面４７ｃ、４２ｂ、５４ａによって囲まれた環状の空間に複数個のボール部材４９が円周方向の適宜箇所に配設されている。なお、このボール部材４９は、接触状態で円周方向の全周に亘って設けてもよいし、円周方向に間隔をおいて設けてもよい。

そして、この構成によれば、クランプピストン４２がボール部材４９に作用させる押圧力（図のＦ１）が増力されてクランプディスク２１に作用する。すなわち、図４の例と同様にしてクランプピストン４２が第２の押圧部４４で、第２のクランプ部３１である回転軸側クランプ部材と当接した後に回転軸側クランプ部材３１を弾性的に変位させつつ更に軸線方向へ変位することに伴い、ボール部材４９に対し軸線方向の押圧力Ｆ１が作用する。そして、クランプピストン４２のテーパー面４２ｂのカム作用（楔効果）により、軸線方向の押圧力Ｆ１が半径方向外側へ向く力Ｆ２に増力されてボール部材４９に作用する。更に、ボール部材４９とフレーム側クランプ部材４７との当接部では、フレーム側クランプ部材４７のテーパー面４７ｃのカム作用により、半径方向の押圧力Ｆ２が軸線方向内側へ向く力Ｆ３として作用する。それにより、フレーム側クランプ部材４７が圧縮バネ４８のバネ力に抗して軸線方向内側へ変位し、クランプディスク２１をフレーム５のクランプ面５ｂに押圧する。

本発明は上述した各種の例に限定されない。例えば、回転軸２の半径方向外側に第１のクランプ部２１、第２のクランプ部３１、第１の押圧部４３及び第２の押圧部４４等を設ける構成に限らず、これらを回転軸２の半径方向内側に設ける構成であってもよい。

回転テーブル装置の全体を示す断面図である。 回転テーブル装置のクランプ装置の片側を示す拡大断面図である。 （イ）図は図１の例における力の伝達具合を示すベクトル図である。（ロ）図は図１の変形例における力の伝達具合を示すベクトル図である。 別の例におけるクランプ装置の片側を示す拡大断面図である。 別の例におけるクランプ装置の片側を示す拡大断面図である。 別の例におけるクランプ装置の片側を示す拡大断面図である。

符号の説明

１回転テーブル装置、２回転軸、２ａ軸部材、２ｂネジ部材、２ｃ大径部、２ｄ凸部、
３ＤＤモータ、３ａロータ、３ｂステータ、３ｃネジ部材、３ｄネジ部材、
４円テーブル、４ａネジ部材、
５フレーム、５ａ段部、５ｂクランプ面、５ｃ供給管、５ｄ圧油供給口、
６クランプ装置、
７フロントカバー、７ａネジ部材、７ｂ規制穴、７ｃ係止部、
８リアカバー、８ａネジ部材、
９空間部、
１１アキシャル軸受、１２ラジアル軸受、
１３回転検出器、１３ａエンコーダ、１３ｂ被検出子、
２０クランプ部、２１クランプディスク、２２凸部、２５ネジ部材、
３１第２のクランプ部、３１ａ受圧面、３１ｂ平面、３１ｃ凹溝、３１ｄ収容穴、
３２凹部、３３付勢部材、３４梃子レバー、
４０押圧機構、４１ピストン部材、４２クランプピストン、４２ａネジ部材、
４２ｂテーパー面、
４３第１の押圧部、４４第２の押圧部、４４ａスリット、４５連結部、４６押圧部材、
４６ａ円筒部、４６ｂ固着部、４６ｃネジ部材、４７フレーム側クランプ部材、
４７ａ収容穴、４７ｂ凹溝、４７ｃテーパー面、４８付勢部材、４９ボール部材、
５１支持部、５２圧縮バネ、５３凸部、５４段部、５４ａテーパー面、
６１往復装置、６２シリンダ、６２ａ案内溝、６３リターンスプリング、
６４流体圧回路、６５圧力室

Claims (1)

1. 回転駆動される主軸に対し相対回転不能に設けられたクランプ部と、主軸の軸線方向へ変位可能に設けられたクランプピストンを含むと共にクランプピストンが受ける作動流体の圧力をクランプ部に対し作用させる押圧機構とを備え、主軸の割り出された角度位置を保持する工作機械用の割出し装置におけるクランプ装置において、
   クランプ部は、主軸に対し相対回転不能に設けられた第１のクランプ部としてのクランプディスクと、主軸又は主軸と一体的に回転する部材に形成されて主軸の半径方向と交差する方向に延在する受圧面を含む第２のクランプ部とを含み、
   押圧機構は、前記クランプディスクに対向すると共にクランプピストンとクランプディスクとの間に介在する第１の押圧部と、第２のクランプ部の受圧面に対向すると共にクランプピストンと第２のクランプ部との間に介在する第２の押圧部とを含み、
   クランプピストンが前記作動流体の圧力を受けることによって当接状態となる第２のクランプ部及び押圧機構における第２の押圧部の一方は、クランプピストンを介して作用する軸線方向の押圧力を受けて第２のクランプ部の受圧面に対する主軸の半径方向の押圧力を発生させる押圧力転向部を含み、
   第２のクランプ部及び第２の押圧部の少なくとも一方は、第２の押圧部が第２のクランプ部に対し押圧力を作用させることに伴ってクランプピストンの前記軸線方向の変位を許容するように弾性的に変位可能に設けられていることを特徴とする工作機械用の割出し装置におけるクランプ装置。

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