JP5894837B2 - 工作機械のクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械のクランプ装置に関し、特に異常クランプ状態の検出対策に係るものである。

従来より、特許文献１に開示されているような工具のクランプ装置が知られている。このクランプ装置は、中空状のスピンドル（主軸）と、該スピンドルに挿通され皿バネによって後方へ付勢される中心軸（ドローバー）と、該中心軸の前端部が挿通され、該中心軸の進退動作によって工具を保持および解放するチャック部（コレット）と、中心軸を前進させて工具を解放させるピストンロッドとを有している。

このクランプ装置では、ピストンロッドが前進すると、中心軸が押されて前進しコレットから工具が解放される。また、ピストンロッドが後退すると、中心軸が皿バネによって後退しコレットに工具が保持される。そして、このクランプ装置では、ピストンロッドが近接スイッチによって検出されるまで後退または前進する。これによって、工具を保持した状態（クランプ状態）と工具が解放された状態（アンクランプ状態）を検出するようにしている。

実公平４−５１９２２号公報

ところで、上述した特許文献１のように、ピストンロッドの位置を近接スイッチで検出して、クランプ状態およびアンクランプ状態を検出する方法では、クランプ状態等を正確に検出することが困難という問題があった。

具体的には、例えば図９や図１０に示すようにドローバーが何らかの要因で正常な位置から少しズレた状態で停止してしまい、正常に工具が保持されない状態が起こる場合がある。このような場合でも、近接スイッチ等の検出スイッチは、検出感度が比較的緩慢であるために、クランプ状態であると検出してしまう。つまり、近接スイッチ等の検出スイッチでピストンロッドの位置を検出しても、ドローバーの位置ズレを検出することが困難である。その結果、クランプ状態が正常であるか異常であるかを判定することが正確にはできなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、クランプ状態／アンクランプ状態が正常であるか異常であるかを確実に判定し得る工作機械のクランプ装置を提供することにある。

第１の発明は、中空のスピンドルと、該スピンドルに進退自在に挿通されたドローバーと、該ドローバーを後退方向へ付勢する弾性部材と、前記ドローバーの進退動作に伴って工作機械の工具を保持および解放するコレットと、前記ドローバーの軸方向後方に配置され且つ該軸方向に進退自在に構成され、後退することで、前記ドローバーを前記弾性部材によって後退させて工具の保持を行う一方、前進して前記ドローバーを押すことで、前記ドローバーを前進させて工具の解放を行うピストンロッドとを備えた工作機械のクランプ装置を対象としている。そして、本発明は、工具の解放が行われる前記ピストンロッドの位置を検出する第１検出スイッチおよび工具Ｔの保持が行われる前記ピストンロッドの位置を検出する第２検出スイッチと、互いに、前記ドローバーを間に置き且つ前記ドローバーの軸方向と直交する方向に対向配置された一対の発光部および受光部と、前記ドローバーにおいて、工具の保持が行われた状態のときだけ前記発光部の光が通行する位置に形成された第１通光部および工具の解放が行われた状態のときだけ前記発光部の光が通行する位置に形成された第２通光部と、前記第１検出スイッチまたは第２検出スイッチの検出信号と、前記受光部の受光信号とが入力されると、工具の保持状態または解放状態は正常と判定し、前記第１検出スイッチまたは第２検出スイッチの検出信号のみが入力されると、工具の保持状態または解放状態は異常と判定する異常検出部とを備えている。

上記の構成では、工具を保持する動作時（クランプ動作時）に、ピストンロッド４８３は第２検出スイッチ（第２近接スイッチ４８８）によって検出されるまで後退する。そして、ドローバー４４が正常な位置（工具が正常に保持される位置）まで後退していると、図７に示すように発光部４９１の光が第１通光部４４７を通行して受光部４９２に受光される。これにより、第２検出スイッチの検出信号と受光部４９２の受光信号が入力されるので、異常検出部（コントローラ１００）は正常なクランプ状態であると判定する。また、工具を解放する動作時（アンクランプ動作時）に、ピストンロッド４８３は第１検出スイッチ（第１近接スイッチ４８７）によって検出されるまで前進する。そして、ドローバー４４が正常な位置（工具が正常に解放される位置）まで前進していると、図８に示すように発光部４９１の光が第２通光部４４８を通行して受光部４９２に受光される。これにより、第１検出スイッチの検出信号と受光部４９２の受光信号が入力されるので、異常検出部（コントローラ１００）は正常なアンクランプ状態であると判定する。

一方、例えば上記のクランプ動作時において、図９や図１０に示すように、ピストンロッド４８３は第２検出スイッチが検出するまで後退したにも拘わらず、ドローバー４４は何らかの要因で正常な位置まで後退しない状態が起こり、この状態は異常なクランプ状態となる。この場合、ドローバー４４の軸方向において第１通光部４４７は発光部４９１の光の位置からズレた位置にあるので、ドローバー４４において発光部４９１の光は第１通光部４４７よりも前方側または後方側の部分によって遮光されることとなる。これにより、第２検出スイッチの検出信号のみが入力されるので、異常検出部（コントローラ１００）は異常なクランプ状態であると判定する。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記ドローバーが、段付き軸であり、前記第１通光部または第２通光部が、前記ドローバーにおける段落ち部分に形成されているものである。

上記の構成では、第１通光部４４７および第２通光部４４８の何れか一方が段落ち部分の領域を利用して発光部４９１の光を通行させるようにしている。

以上説明したように、本発明のクランプ装置によれば、クランプ状態およびアンクランプ状態のピストンロッドの位置を検出する２つの検出スイッチの他に、一対の発光部および受光部を設けると共に、ドローバーにおいて工具の保持および解放が行われた状態のときだけ発光部の光が通行する位置にそれぞれ形成された２つの通光部を設けるようにした。そして、本発明では、受光部の受光信号は入力されず検出スイッチの検出信号のみが入力されると、異常なクランプ状態またはアンクランプ状態であると判定するようにした。そのため、ドローバーの位置が正常であるか異常であるかを確実に検出することができ、正常なクランプ状態／アンクランプ状態か異常なクランプ状態／アンクランプ状態かを確実に判定することが可能となる。

実施形態のクランプ装置を備える工作機械の構成を示す正面図である。 実施形態のクランプ装置を備える工作機械の構成を示す平面図である。 実施形態のクランプ装置の構成を示す断面図である。 実施形態のクランプ装置の要部を拡大して示す断面図である。 図４におけるV-V線の概略断面図である。 実施形態のコントローラの構成を示すブロック図である。 クランプ装置の正常クランプ状態を示す断面図である。 クランプ装置の正常アンクランプ状態を示す断面図である。 クランプ装置の異常クランプ状態の一例を示す断面図である。 クランプ装置の異常クランプ状態の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１および図２に示すように、本実施形態は、本発明に係るクランプ装置４０（工具のクランプ装置）を備えた工作機械１である。この工作機械１は、例えばＮＣ工作機械である。なお、以下の説明において、「前」および「後」はそれぞれ図２における「下側」および「上側」を意味する。

〈工作機械の全体構成〉
工作機械１は、ベッド１１と、このベッド１１の後方側で立設するコラム１２とを備えている。

コラム１２の前面には、一対のＺ軸リニアガイド２２が取り付けられている。Ｚ軸リニアガイド２２は、Ｚ軸テーブル２３の後面側に係合して、このＺ軸テーブル２３をＺ軸方向（鉛直方向、上下方向）に往復移動可能に案内する部材である。一対のＺ軸リニアガイド２２は、それぞれＺ軸方向に延びると共に、Ｘ軸方向に間隔を空けて並設されている。一対のＺ軸リニアガイド２２の間には、サーボモータ２１の駆動軸２０がＺ軸方向に延びるように配設されており、Ｚ軸テーブル２３の後面側において駆動軸２０とＺ軸テーブル２３とは互いに係合している。これによって、サーボモータ２１が正転、逆転駆動することに伴い、Ｚ軸テーブル２３はＺ軸方向に往復移動するようになっている。

Ｚ軸テーブル２３の前面には、一対のＸ軸リニアガイド２６が取り付けられている。Ｘ軸リニアガイド２６は、Ｘ軸テーブル２７の後面側に係合して、このＸ軸テーブル２７をＸ軸方向（水平方向）に往復移動可能に案内する部材である。一対のＸ軸リニアガイド２６は、それぞれＸ軸方向に延びると共に、Ｚ軸方向に間隔を空けて並設されている。一対のＸ軸リニアガイド２６の間には、サーボモータ２５の駆動軸２４がＸ軸方向に延びるように配設されており、Ｘ軸テーブル２７の後面側において駆動軸２４とＸ軸テーブル２７とは互いに係合している。これによって、サーボモータ２５が正転、逆転駆動することに伴い、Ｘ軸テーブル２７はＸ軸方向に往復移動するようになっている。

Ｘ軸テーブル２７の前面には、クランプ装置４０が固定されている。クランプ装置４０のスピンドル４２（主軸）はＺ軸方向に延びるように配設されており、その下端にはドリル等の工具Ｔが着脱可能に取り付けられている。上述したように、Ｚ軸テーブル２３がＺ軸方向に往復移動可能であると共に、Ｘ軸テーブル２７がＸ軸方向に往復移動可能であることから、クランプ装置４０は、サーボモータ２１，２５の正転駆動および逆転駆動に伴い、Ｘ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれの方向について往復移動をすることが可能である。

ベッド１１の上面には、一対のＹ軸リニアガイド３２が取り付けられている。Ｙ軸リニアガイド３２は、Ｙ軸テーブル３１の下面側に係合して、このＹ軸テーブル３１をＹ軸方向（奥行き方向）に往復移動可能に案内する部材である。一対のＹ軸リニアガイド３２は、それぞれＹ軸方向に延びると共に、Ｘ軸方向に間隔を空けて並設されている。一対のＹ軸リニアガイド３２の間には、図示しないが、サーボモータの駆動軸が、Ｙ軸方向に延びるように配設されており、Ｙ軸テーブル３１の下面側と係合している。これによって、サーボモータが正転、逆転駆動することに伴い、Ｙ軸テーブル３１はＹ軸方向に往復移動するようになっている。Ｙ軸テーブル３１は、その上面にワークＷが載置されるワーク用テーブルである。

工具交換装置５０は、Ｚ軸テーブル２３よりも前方側の右側（正面から視て右側）の位置であって所定の高さに配置されている。なお、図示しないが、工具交換装置５０は架台を介してベッド１１やコラム１２等に固定支持されている。

工具交換装置５０は、モータ５１と工具マガジン５２を備えている。工具マガジン５２は、マガジン本体５３を有している。マガジン本体５３は、円板状に形成され、その中心軸がＺ軸方向（鉛直方向）に延びるように配設されている。マガジン本体５３には、モータ５１の駆動軸が連結されている。そして、マガジン本体５３の外周部には、その周方向に多数（例えば、本実施形態では図２に示すように８個）のチャック５４が等間隔で配列されている（取り付けられている）。各チャック５４は、略Ｕ字状に形成されており、その開口側がマガジン本体５３の径方向外方へ向くように取り付けられている。各チャック５４は、クランプ装置４０のスピンドル４２に装着する工具Ｔを着脱可能に把持（保持）する工具保持部を構成している。

工具マガジン５２は、モータ５１の駆動によって、図２に示すように上方から視て左回りに回転するように構成されている。具体的に、モータ５１は、多数のチャック５４のうち所定のチャック５４が工具の交換位置（図２参照）へ移動するように工具マガジン５２を回転させる、工具の割り出し用モータである。この交換位置までクランプ装置４０が移動して（図２に二点鎖線で示す状態）、クランプ装置４０のスピンドル４２と工具マガジン５２のチャック５４との間で、工具Ｔの受け渡し（工具Ｔの交換）が行われる。具体的に、クランプ装置４０は、チャック５４から工具Ｔを受けて把持し（クランプ状態）、工具Ｔをチャック５４に渡すために解放する（アンクランプ状態）。

〈クランプ装置の構成〉
次に、クランプ装置４０の詳細な構成について図面を参照しながら説明します。

図３および図４に示すように、クランプ装置４０は、ケーシング４１、スピンドル４２、モータ４３、ドローバー４４およびアンクランプ機構４８を備えている。なお、以下で説明するクランプ装置４０の「前、前方」および「後、後方」は、それぞれ図１において下側（即ち、工具Ｔが装着される側）および上側を意味する。

ケーシング４１は、略円筒状に形成され、その軸心がＺ軸方向（鉛直方向）に延びる状態で配設されている。スピンドル４２は、中空状の主軸であり、ケーシング４１に軸受４６を介して回転自在に支持されている。スピンドル４２は、その軸心がＺ軸方向（鉛直方向）に延びる状態で配設されている。なお、軸受４６はスピンドル４２の前方側と後方側の二箇所に設けられている。モータ４３は、ケーシング４１内に固定支持されている。そして、モータ４３は、そのロータ４３１がスピンドル４２と連結されており、スピンドル４２を回転駆動する。

ドローバー４４は、スピンドル４２の中空部に進退自在に挿通される内挿軸である。つまり、ドローバー４４はスピンドル４２内において前後方向に移動可能に構成されている。ドローバー４４は基軸４４１を有しており、その基軸４４１の前方端部４４２にはコレット４５が配設されている。コレット４５は、略円筒状に形成された弾性体であり、基軸４４１の前方端部４４２が挿通されている。コレット４５は、後述する工具ホルダＴＨを保持するためのチャック部を構成している。スピンドル４２の中空部には、皿バネ４７が配設されている。皿バネ４７は、ドローバー４４を後方へ付勢するための弾性部材（付勢部材）である。

クランプ装置４０では、皿バネ４７の付勢力によってドローバー４４の基軸４４１が後退する（後方へ移動する）と、コレット４５が径方向に拡がって（拡開して）工具ホルダＴＨを保持するように構成されている。このように、工具ホルダＴＨが保持された状態がクランプ状態となる。また、クランプ装置４０では、後述するアンクランプ機構４８によってドローバー４４の基軸４４１が前進する（前方へ移動する）と、コレット４５が径方向に縮まって工具ホルダＴＨを解放するように構成されている。このように、工具ホルダＴＨが解放された状態がアンクランプ状態となる。

アンクランプ機構４８は、スピンドル４２やドローバー４４の後方においてケーシング４１に設けられている。アンクランプ機構４８は、皿バネ４７の付勢力に抗してドローバー４４を前進させてアンクランプ状態にするものである。

アンクランプ機構４８は、シリンダ４８１およびピストン４８２を備えた油圧シリンダを構成している。ピストン４８２は、シリンダ４８１内に収容され、シリンダ４８１の内部空間を前側油圧室４８４と後側油圧室４８５とに仕切っている。ピストン４８２には、前後方向（Ｚ軸方向）に延びるロッド部４８３が形成されている。具体的に、ロッド部４８３はドローバー４４（基軸４４１）と同軸に配置されている。アンクランプ機構４８では、図示しない油圧源から作動油が何れかの油圧室４８４，４８５へ供給されることで、ロッド部４８３が前後方向に進退するように構成されている。そして、アンクランプ機構４８は、ロッド部４８３が前進してドローバー４４の基軸４４１の後方端部４４３を押すことによって、ドローバー４４を前進させて上述したアンクランプ状態にするように構成されている。また、アンクランプ機構４８は、ロッド部４８３が後退してドローバー４４から離隔することによって、ドローバー４４を後退させて上述したクランプ状態にする。

〈クランプ装置の位置検出機構〉
先ず、アンクランプ機構４８には、ロッド部４８３の位置検出機構として、被検出部４８９と２つの近接スイッチ４８７，４８８が設けられている。具体的に、被検出部４８９は、シリンダ４８１の後方外方に延出されたロッド部４８３の後方端に形成され、ロッド部４８３と共に前後方向に移動する。被検出部４８９の近傍にはブラケット４８６を介して第１近接スイッチ４８７および第２近接スイッチ４８８が取り付けられ、第１近接スイッチ４８７はＺ軸方向において第２近接スイッチ４８８よりも前方側に配設されている。第１近接スイッチ４８７は、アンクランプ状態になるときの被検出部４８９の位置（即ち、ロッド部４８３の位置）を検出するものである。第２近接スイッチ４８８は、クランプ状態になるときの被検出部４８９の位置（即ち、ロッド部４８３の位置）を検出するものである。

ここで、第１近接スイッチ４８７が被検出部４８９を検出するアンクランプ状態では、図８に示すように、ロッド部４８３がドローバー４４の基軸４４１の後方端部４４３に接する状態となる。一方、第２近接スイッチ４８８が被検出部４８９を検出するクランプ状態では、例えば図７に示すように、皿バネ４７の付勢力によって後退したドローバー４４の基軸４４１の後方端部４４３からロッド部４８３が所定距離だけ離隔した状態となる。これは、クランプ状態では、工具ホルダＴＨを保持するのに必要なドローバー４４の後退距離を確実に確保するために、ロッド部４８３をドローバー４４の必要後退距離よりも少し長めに後退させるようにしているからである。

さらに、本実施形態のクランプ装置４０には、ドローバー４４の位置検出機構として、光電センサ４９と２つの通光部４４７，４４８が設けられている。

図５に示すように、光電センサ４９は、発光部４９１と、該発光部４９１から発した光を受ける受光部４９２とを有している。発光部４９１と受光部４９２は、ケーシング４１に取り付けられており、ドローバー４４における基軸４４１の後方端部４４３を間に置いて互いに対向するように配設されている。発光部４９１と受光部４９２とは、ドローバー４４の軸方向と直交する方向に対向配置されている。

２つの通光部４４７，４４８は、図４に示すように、ドローバー４４における基軸４４１の後方端部４４３に形成されている。ここで、ドローバー４４における基軸４４１の後方端部４４３は、ドローバー４４の進退動作によってスピンドル４２の外方に露出する部分である。この基軸４４１の後方端部４４３は、後方端に向かって、二段階に段落ちしたいわゆる段付き軸部であり、大径部４４４と中径部４４５と小径部４４６を有している。第１通光部４４７は、大径部４４４の外周部に形成された切欠き溝である。第１通光部４４７は、図７に示すようにドローバー４４が後退して工具ホルダＴＨが正常に保持された状態（以下、正常クランプ状態という。）のときだけ、発光部４９１の光が通光する位置に形成されている。つまり、第１通光部４４７は「正常クランプ状態」となるドローバー４４の位置を検出するように構成されている。第２通光部４４８は、大径部４４４と中径部４４５の段落ち部分、つまり大径部４４４の端面の側方領域である。第２通光部４４８は、図８に示すようにドローバー４４が前進して工具ホルダＴＨが正常に解放された状態（以下、正常アンクランプ状態という。）のときだけ、発光部４９１の光が通光する位置に形成されている。つまり、第２通光部４４８は「正常アンクランプ状態」となるドローバー４４の位置を検出するように構成されている。

また、第１通光部４４７である切欠き溝は、大径部４４４の全周に亘って形成されてもよいし、発光部４９１の光が通行し得るのであれば、大径部４４４の周方向の一部に形成されてもよい。

また、第１通光部４４７は、光が通行して受光部４９２に受光し得る程度の微小な溝幅（即ち、前後方向の長さ）に形成されている。例えば、本実施形態では、第１通光部４４７の溝幅は０．３〜０．５ｍｍとなっている。一般に光電センサの最小スポット径はφ０．５ｍｍであり、そして、後述する図９および図１０に示すような「異常クランプ状態」でのドローバー４４の位置は上述した図７の「正常クランプ状態」でのドローバー４４の位置からそれぞれ２ｍｍ以上ズレる。このことから、第１通光部４４７の溝幅を上記の値に設定することで、確実に「正常クランプ状態」のときだけ発光部４９１の光を第１通光部４４７に通すことができ、「正常クランプ状態」を安定して検出することができる。

〈クランプ装置のコントローラ〉
クランプ装置４０には、コントローラ１００が設けられている。コントローラ１００は、クランプ状態の異常検出動作を行う異常検出部を構成している。

図６に示すように、コントローラ１００には、入力部１１０と判定部１２０と処理部１３０が設けられている。入力部１１０は、各近接スイッチ４８７，４８８の検出信号や受光部４９２の受光信号が入力される。判定部１２０は、入力部１１０に入力された信号に基づいて、クランプ装置４０におけるクランプ状態の異常判定を行う。処理部１３０は、判定部１２０が異常と判定すると、警報を発したり、クランプ装置４０の運転を停止するなどの制御を行う。このコントローラ１００における異常検出動作の詳細については後述する。

−クランプ／アンクランプ動作−
クランプ装置４０における工具Ｔのクランプ動作およびアンクランプ動作について説明する。クランプ動作は工具Ｔをスピンドル４２に保持させる動作であり、アンクランプ動作は工具Ｔをスピンドル４２から解放する動作である。クランプ動作およびアンクランプ動作は、例えば工具交換装置５０による工具Ｔの交換時に行われる。

先ず、クランプ動作について説明する。クランプ装置４０は、図１や図２に示すように、工具交換装置５０における所定のチャック５４の位置まで移動する。この所定のチャック５４は、所定の工具Ｔが着装されているチャックであり、予めモータ５１によって所定位置（交換位置）まで回転移動される。所定のチャック５４の位置まで移動したクランプ装置４０では、工具Ｔの工具ホルダＴＨがスピンドル４２のホルダ挿入孔４２１に挿入される。この状態で、アンクランプ機構４８においてロッド部４８３が後退する。具体的に、アンクランプ機構４８では、油圧源からの作動油が前側油圧室４８４に供給されると共に後側油圧室４８５から作動油が排出されることで、ロッド部４８３が後退する。このロッド部４８３の後退動作に伴い、ドローバー４４（基軸４４１）が皿バネ４７の付勢力によって後退する。ドローバー４４の後退動作に伴い、基軸４４１の前方端部４４２が、コレット４５を後方へ引き込みながら径方向に拡げる（拡開する）。これにより、コレット４５の前端部が工具ホルダＴＨのプルスタッドＴＨａに引っ掛かり、工具ホルダＴＨが後方へ引き込まれる。その結果、図７に示すように、工具ホルダＴＨがスピンドル４２に保持されて、クランプ動作が完了する。

次に、アンクランプ動作について説明する。工具Ｔが保持されたクランプ装置４０は、図１や図２に示すように、工具交換装置５０における所定のチャック５４の位置まで移動する。この所定のチャック５４は、工具Ｔが着装されていないチャックであり、予めモータ５１によって所定位置（交換位置）まで回転移動される。所定のチャック５４の位置まで移動したクランプ装置４０では、保持している工具Ｔがチャック５４に把持される。この状態で、アンクランプ機構４８においてロッド部４８３が前進する。具体的に、アンクランプ機構４８では、油圧源からの作動油が後側油圧室４８５に供給されると共に前側油圧室４８４から作動油が排出されることで、ロッド部４８３が前進する。これにより、ドローバー４４（基軸４４１）がロッド部４８３に押されて前進する。ドローバー４４が前進すると、基軸４４１の前方端部４４２の一部がコレット４５から前方へ抜け出て、コレット４５が径方向に縮まる。その結果、図８に示すように、コレット４５が工具ホルダＴＨから離れるので工具ホルダＴＨが解放されて、アンクランプ動作が完了する。

−異常検出動作−
上述したクランプ動作時およびアンクランプ動作時のコントローラ１００による異常検出動作について説明する。

クランプ動作時では、ロッド部４８３は被検出部４８９が第２近接スイッチ４８８によって検出されるまで後退する。つまり、クランプ動作時のアンクランプ機構４８では、第２近接スイッチ４８８の検出信号がコントローラ１００の入力部１１０へ送られると、前側油圧室４８４への作動油の供給が停止してロッド部４８３の後退動作が停止する。そして、この状態において、図７に示すように発光部４９１の光が第１通光部４４７を通行して受光部４９２に受光されると、受光部４９２から入力部１１０へ受光信号が送られる。図７では、光の位置を●で示しており、以降の図８〜図１０についても同様である。このように、第２近接スイッチ４８８の検出信号と受光部４９２の受光信号が入力部１１０へ送られると、判定部１２０は「正常クランプ状態（図７の状態）」であると判定する。つまり、判定部１２０は、クランプ動作時において発光部４９１の光が第１通光部４４７を通行したことをもって、ドローバー４４が正常な位置まで後退して工具ホルダＴＨが正常に保持されたと判定する。

アンクランプ動作時では、ロッド部４８３は被検出部４８９が第１近接スイッチ４８７によって検出されるまで前進する。つまり、クランプ動作時のアンクランプ機構４８では、第１近接スイッチ４８７の検出信号がコントローラ１００の入力部１１０へ送られると、後側油圧室４８５への作動油の供給が停止してロッド部４８３の前進動作が停止する。そして、この状態において、図８に示すように発光部４９１の光が第２通光部４４８を通行して受光部４９２に受光されると、受光部４９２から入力部１１０へ受光信号が送られる。このように、第１近接スイッチ４８７の検出信号と受光部４９２の受光信号が入力部１１０へ送られると、判定部１２０は「正常アンクランプ状態（図８の状態）」であると判定する。つまり、判定部１２０は、アンクランプ動作時において発光部４９１の光が第２通光部４４８を通行したことをもって、ドローバー４４が正常な位置まで前進して工具ホルダＴＨが正常に解放されたと判定する。以上のように、判定部１２０が「正常クランプ状態」または「正常アンクランプ状態」と判定した場合、処理部１３０は特に何も動作しない。

ところで、上述したクランプ動作（アンクランプ動作）では、図９や図１０に示すように、何らかの原因で異常なクランプ状態（以下、異常クランプ状態という。）となる場合がある。

例えば、工具交換装置５０の所定のチャック５４に工具Ｔが何も装着されていなかった場合、スピンドル４２のホルダ挿入孔４２１に工具ホルダＴＨが存在しない状態でクランプ動作が行われることになる。この場合でも、図９に示すように、ロッド部４８３は第２近接スイッチ４８８が検出するまで後退する。そして、ドローバー４４の後退動作に伴い、コレット４５は後方へ引き込まれながら径方向に拡がるが工具ホルダＴＨに引っ掛かることがないため、ドローバー４４は上述した「正常クランプ状態」時よりも少し長めに後方移動してしまう。つまり、この場合、ドローバー４４は正常な位置よりも少し後方側の位置で停止してしまう。そうすると、発光部４９１の光は基軸４４１の後方端部４４３において第１通光部４４７よりも前方側の部分によって遮光されることとなり（図９参照）、受光部４９２から入力部１１０へ受光信号は送られない。つまり、この場合は入力部１１０へは第２近接スイッチ４８８の検出信号のみが入力される。そうすると、判定部１２０は「異常クランプ状態」であると判定する。

また、スピンドル４２のホルダ挿入孔４２１に工具ホルダＴＨが挿入されている状態でクランプ動作が行われても、図１０に示すように、何らかの要因で、正常にコレット４５が工具ホルダＴＨのプルスタッドＴＨａに引っ掛からない場合がある。そうすると、ドローバー４４によってコレット４５が工具ホルダＴＨの内部に引き込まれてしまう現象（ミスクランプ）が起こる。この場合でも、ロッド部４８３は第２近接スイッチ４８８が検出するまで後退する。ところが、コレット４５はドローバー４４（基軸４４１の前方端部４４２）によって径方向外方へ押されながら工具ホルダＴＨの内部に引き込まれるため、コレット４５と工具ホルダＴＨとの間で大きな摺動抵抗が生じる。そのため、ドローバー４４は上述した「正常クランプ状態」時よりも短い距離しか後方移動できなくなる。つまり、この場合、ドローバー４４は正常な位置よりも少し前方側の位置で停止してしまう。そうすると、発光部４９１の光は基軸４４１の後方端部４４３において第１通光部４４７よりも後方側の部分によって遮光されることとなり（図１０参照）、受光部４９２から入力部１１０へ受光信号は送られない。つまり、この場合は入力部１１０へは第２近接スイッチ４８８の検出信号のみが入力される。そうすると、判定部１２０は「異常クランプ状態」であると判定する。

また、図示しないが、例えばボーリング工具のような一方向のみに取り付けないと機械や工具を破損してしまう場合、取付けミスを防ぐためにドライブキー（図示せず）には段差が予め設けられている。１８０度反対に取り付けた場合、この段差分だけ工具ホルダが浮いた状態でクランプが行われる。このような場合であっても、ドローバー４４は正常な位置まで後退しないので、判定部１２０は「異常クランプ状態」であると判定する。

また、図示しないが、アンクランプ動作において、ロッド部４８３（被検出部４８９）は第１近接スイッチ４８７によって検出されたが、例えばドローバー４４が何らかの要因で正常な位置まで前進しない状態（異常アンクランプ状態）が起こり得る。この場合、発光部４９１の光は基軸４４１の後方端部４４３において第２通光部４４８よりも後方側の部分によって遮光されることとなり、受光部４９２から入力部１１０へ受光信号は送られない。つまり、この場合は入力部１１０へは第１近接スイッチ４８７の検出信号のみが入力される。そうすると、判定部１２０は「異常アンクランプ状態」であると判定する。

以上のように、実際には異常なクランプ状態またはアンクランプ状態であるにも拘わらず、近接スイッチ４８７，４８８の検出信号をもって正常であると誤判定してしまうのを防止することができる。

判定部１２０が「異常クランプ状態」または「異常アンクランプ状態」であると判定した場合、処理部１３０は異常警報を発したり現在の動作（例えば、スピンドル４２の回転動作）を緊急停止する制御を行う。

−実施形態の効果−
本実施形態では、上述したようにクランプ状態ではロッド部４８３とドローバー４４とが所定距離だけ離隔する状態にしているため、第２近接スイッチ４８８によってロッド部４８３（被検出部４８９）の位置検出が高精度に行われたとしても、ドローバー４４の後退位置を検出することはできない。ところが、本実施形態では、光電センサ４９および第１通光部４４７を設けるようにしたため、ドローバー４４の後退位置が正常であるか異常であるかを確実に検出することができる。その結果、「正常クランプ状態」か「異常クランプ状態」かを確実に判定することが可能となる。

また、本実施形態のクランプ状態において、仮に、ロッド部４８３とドローバー４４とが互いに接する状態にした場合、即ちロッド部４８３をドローバー４４の必要後退距離と同じだけ後退させるようにした場合でも、近接スイッチ４８７，４８８の検出感度が比較的緩慢であるため、やはりドローバー４４の後退位置を正確に検出することはできない。

「正常クランプ状態」時のドローバー４４の後退位置と、各「異常クランプ状態」時のドローバー４４の後退位置との差は、非常に小さい。つまり、双方の状態においてドローバー４４の後退距離のズレは非常に小さい。そのため、検出感度が比較的緩慢な近接スイッチ４８７，４８８だけでは、ロッド部４８３およびドローバー４４の後退位置を正確に検出することはできない。本実施形態では、このような場合あっても、ドローバー４４の後退位置が正常か異常かを確実に検出でき、「正常クランプ状態」か「異常クランプ状態」かを確実に判定することが可能となる。

アンクランプ状態についても、光電センサ４９および第２通光部４４８を設けるようにしたため、上記と同様に、ドローバー４４の前進位置が正常か異常かを確実に検出でき、「正常アンクランプ状態」か「異常アンクランプ状態」かを確実に判定することが可能となる。

また、光電センサ４９は、他の距離センサや位置センサに比べて比較的安価であるため、製造コストを抑えることができる。

また、光電センサ４９をケーシング４１の外周部に設けるようにしたため、ケーシング内に設置する場合に比べて、位置の調整が容易である。

また、光電センサ４９を設け、ドローバー４４に切欠きを形成するという簡易な構成で以上のような効果を奏することができる。

また、本実施形態では、大径部４４４と中径部４４５の段落ち部分を第２通光部４４８として利用したため、通光部４４７，４４８について加工コストを抑えることが可能である。なお、本実施形態は、第２通光部４４８を第１通光部４４７と同様に大径部４４４や中径部４４５の途中を切り欠いて構成するようにしてもよい。

また、本実施形態では、近接スイッチ４８７，４８８に代えてリミットスイッチを本発明に係る検出スイッチとして用いてよい。つまり、本発明に係る検出スイッチは、検出感度が比較的緩慢な検出手段である。

以上説明したように、本発明は、工作機械において、工具を保持するクランプ装置について有用である。

１ 工作機械
４０ クランプ装置
４２ スピンドル
４４ ドローバー
４５ コレット
４７ 皿バネ（弾性部材）
１００ コントローラ（異常検出部）
４４７ 第１通光部
４４８ 第２通光部
４８３ ロッド部
４８７ 第１近接スイッチ（第１検出スイッチ）
４８８ 第２近接スイッチ（第２検出スイッチ）
４９１ 発光部
４９２ 受光部

Claims (2)

1. 中空のスピンドルと、該スピンドルに進退自在に挿通されたドローバーと、該ドローバーを後退方向へ付勢する弾性部材と、前記ドローバーの進退動作に伴って工作機械の工具を保持および解放するコレットと、前記ドローバーの軸方向後方に配置され且つ該軸方向に進退自在に構成され、後退することで、前記ドローバーを前記弾性部材によって後退させて工具の保持を行う一方、前進して前記ドローバーを押すことで、前記ドローバーを前進させて工具の解放を行うロッド部とを備えた工作機械のクランプ装置であって、
   工具の解放が行われる前記ロッド部の位置を検出する第１検出スイッチおよび工具Ｔの保持が行われる前記ロッド部の位置を検出する第２検出スイッチと、
   互いに、前記ドローバーを間に置き且つ前記ドローバーの軸方向と直交する方向に対向配置された一対の発光部および受光部と、
   前記ドローバーにおいて、工具の保持が行われた状態のときだけ前記発光部の光が通行する位置に形成された第１通光部および工具の解放が行われた状態のときだけ前記発光部の光が通行する位置に形成された第２通光部と、
   前記第１検出スイッチまたは第２検出スイッチの検出信号と、前記受光部の受光信号とが入力されると、工具の保持状態または解放状態は正常であると判定し、前記第１検出スイッチまたは第２検出スイッチの検出信号のみが入力されると、工具の保持状態または解放状態は異常であると判定する異常検出部とを備えている
   ことを特徴とする工作機械のクランプ装置。
2. 請求項１において、
   前記ドローバーは、段付き軸であり、
   前記第１通光部または第２通光部は、前記ドローバーにおける段落ち部分に形成されている
   ことを特徴とする工作機械のクランプ装置。

Images