JP6203845B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、釣合い試験機に関して回転軸線回りに回転するよう構成された機械部品、特に穴あけ工具、フライス削り工具又は研削工具のツールホルダをクランプするクランプ装置に関する。

上述した形式のクランプ装置は、主として、釣合い試験機において高い回転速度で駆動されるようになった工具をクランプするために採用されている。かかる工具の釣合い状態には高い要求が課されている。というのは、釣合い状態が不適切な工具は、プロセスの品質に悪影響を及ぼす場合があるからである。釣合い品質に課される高い要求を満たすことができるようにするためには、釣合い試験機のスピンドルに取り付けられたクランプ装置を用いて釣り合わされる工具の中央に位置する正確なクランプが必要である。

特許文献１（国際公開第００／４５９８３号）は、釣合い試験機に設けられていて、ツールホルダをクランプするクランプ装置を開示しており、かかるクランプ装置では、回転軸線回りに回転するよう駆動される機械スピンドルに取り付けられたベースユニットが、回転軸線に対して中央に設けられていてツールホルダの結合シャフトを軸方向に受け入れるようになった受け入れ開口部を有する。受け入れ開口部内にはコレットが設けられ、このコレットは、結合シャフトに作用し、このコレットは、ベースユニット上で案内され且つこのベースユニットに対して軸方向に調節可能なコレットアクチュエータによって作動可能である。コレットアクチュエータは、２つの対をなす摺動面によってベースユニット上で二重に案内される。高い案内精度を達成するため、これらの対は、締り嵌め関係をなすものとして構成されるのがよいが、その結果として、コレットアクチュエータは、ベースユニットに対する調節が極めて困難である。公差を甘くするすると、コレットアクチュエータを非常に容易に調節することができる。他方、かかる甘い公差により引き起こされる回転振れが測定結果に入り込む場合があり、そして測定値の再現性をかなり損なう場合がある。

これら欠点を回避するため、上述の特許文献から、ベースユニット及びコレットアクチュエータの転動面上を転がって離れる転動本体を有する転動本体構造体によってコレットアクチュエータを軸方向に案内することが更に知られている。転動本体構造体の目的は、コレットアクチュエータの運動を容易にすることができると共に特に、転動本体をベースユニットとコレットアクチュエータとの間に働く付勢力により取り付けたときに正確な軸方向案内機能を提供することにある。

国際公開第００／４５９８３号

本発明の目的は、作動における円滑且つ容易な運動を可能にすると共に製造上の無駄のなさを提供する上述した形式のクランプ装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、請求項１記載の特徴を有するクランプ装置によって達成される。クランプ装置の有利な実施形態は、別の請求項に記載されている。本発明のクランプ装置は、回転軸線に対して中央に設けられると共に機械部品の結合シャフトを軸方向に受け入れるようになっている受け入れ開口部を備えたレシーバユニットと、受け入れ開口部内に配置されたコレットと、コレットを作動させるためにレシーバユニットに対して軸方向運動可能にレシーバユニット上で案内されるアクチュエータとを有し、アクチュエータは、レシーバユニットの中央に設けられたボア内で軸方向に摺動可能に案内されるシャフト、シャフトの一端部のところに設けられていて、コレットの作動のためにシャフトの一端部のところに設けられたクランプ本体、シャフトの他端部のところに設けられた荷重印加本体、及びレシーバユニットと荷重印加本体との間に配置された複数個の圧縮ばねを含み、圧縮ばねは、コレットが締め付けられた状態で荷重印加本体に作用するばね荷重がシャフトの軸線に関して非対称であるように配置されると共に／或いは構成されている。

本発明は、不釣合いが測定されたクランプ位置においてクランプ装置が制限された不均衡状態を示す場合、高い釣合い品質も又達成できるという知見に基づいている。この不釣合いは、正確に測定でき、そして計算によって、クランプ装置及び釣り合わされるべき機械部品の集積不釣合いの検出の際に機械部品の不釣合いコンポーネントから区別可能である。しかしながら、かかる方式にとって、例えば摺動運動を容易にするため、及びかくして隙間が完全にゼロであるとは言えない状態で案内されるアクチュエータの偏心性によって引き起こされる場合のあるクランプ装置の測定不均衡が各クランプ操作時に変化せず、各クランプ操作時にその位置及び大きさを保つことが必要不可欠である。

本発明によれば、これは、圧縮ばねが荷重印加本体にシャフトに関して非対称に荷重を加えることによって達成される。その結果、レシーバユニットと荷重印加本体との間にしっかりと嵌め込まれた状態で設けられている圧縮ばねが荷重印加本体及びシャフトをシャフト軸線を通る規定された平面上に垂直に延びる軸線回りに回転させようとするトルクを荷重印加本体及びシャフトに作用させる。このトルクにより、シャフトをこの平面内に位置する方向でこれを摺動案内するレシーバユニットの中央に設けられたボアの壁に押し付け、案内内に既存の隙間の結果として、シャフトは、レシーバユニットのボア内の規定された偏心位置を占めるようになる。これに対応して、シャフトにしっかりと連結された荷重印加本体は、同じ偏心位置を占める。この圧縮ばねの非対称力に起因して生じるこの安定した偏心性により、テストランの際に検出され、そして次の不釣合い測定の際に数学的に訂正されることが可能な規定された不釣合いが生じる。その結果として生じる偏心性は、その大きさの点で摺動案内の隙間により定められると共にその方向に関して圧縮ばねの配置及び／又は設計によって定められ、従って、各クランプ操作に関して再現可能である。したがって、転動本体構造体及び締り嵌めによるアクチュエータの隙間のない案内をなしで済ますことができ、それにより、クランプ装置の製造費を著しく節減することができる。

従来、クランプ装置の圧縮ばねは、取り付けられているときに付勢されている。クランプ装置のアクチュエータをクランプ位置に動かすと、圧縮ばねは、これらの初期付勢力を超えて引っ張られる。荷重印加本体の非対称加重を簡単に達成するため、本発明では、圧縮ばねのうちの少なくとも一方は、他方の圧縮ばねよりも多くの量付勢されるのが良い。強く付勢される圧縮ばねの大きなばね力は、設置長さを短くすることによって又は設置長さが所与の場合にばね長さを長くすることによって達成可能である。

また、非対称加重を達成する別の有利な手段としては、用いる少なくとも１つの圧縮ばねのばね特性を他の圧縮ばねのばね特性よりも高くすることが挙げられる。
本発明の別の提案例によれば、荷重印加本体の非対称加重は、荷重印加本体上に数個の圧縮ばねを非対称に配置することによって達成できる。この場合、圧縮ばねは、同一であるのがよく且つ同じ付勢力で取り付けられるのがよい。

圧縮ばねの個数は、偶数であってもよく奇数であってもよい。５つの圧縮ばねの使用は、特に有利であることが判明しており、これら圧縮ばねは、荷重印加本体上に等間隔を置いて配置され、２つの互いに隣り合っていない圧縮ばねは、互いに等しくて大きな付勢力を有し、他の圧縮ばねは、互いに等しくて小さな付勢力を有する。圧縮ばねのかかる配置により、トルク荷重のかなり信頼性の高い位置合わせが達成され、それ故僅かな限度内で再現可能なレシーバユニットに対するアクチュエータの偏心性が得られる。

本発明のクランプ装置では、圧縮ばねは、荷重印加本体及びレシーバユニットのボア内に保持されるのがよく、圧縮ばねの付勢力の差は、ボアの互いに異なる深さを提供することによって達成できる。

有利には、アクチュエータのシャフトは、運動を容易にする遊びの量を許容した状態でレシーバユニットのボア内に配置されたスライドブッシュ内に支持されるのがよい。自滑性スライドブッシュをこの目的のために用いるのがよい。

アクチュエータを圧縮ばねの力に抗して空気圧の作用又は油圧の作用で解除位置に動かすことができるようにするため、荷重印加本体は、釣合い試験機の回転スピンドル内に同軸に設けられたピストン・シリンダ装置のピストンであるのがよい。

以下において、添付図面に示されている実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。

本発明のクランプ装置の縦断面図である。

図示のクランプ装置１は、釣合い試験機の中空スピンドルの開口端部内に挿入可能に構成されている。クランプ装置１は、ねじによって互いに連結された２つの部品、即ち、受け入れ部品３及び支持部品４で構成されたレシーバユニット２を有する。受け入れ部品３に設けられた取り付けボア６を有するフランジ５がレシーバユニット２を中空スピンドルの前面に取り付けるのに役立つ。中空スピンドルに対する中央配置精度が得られるよう、受け入れ部品３は、その外部上に位置決め表面７を有する。貫通ボア８が受け入れ部品３を軸方向に貫通して延びており、この貫通ボアは、後部の標準化された中空のテーパの急峻な結合シャフトを受け入れるよう構成された中央に設けられている受け入れ開口部９を有する。また、当然のことながら、受け入れ部品３は、種々の形状の結合シャフトを受け入れるよう受け入れ開口部について異なる形状を備えてもよいことは理解されよう。

コレット１０が貫通ボア８内に保持されており、このコレットは、このコレットをねじにより支持部品４に形成された環状凹部１２内に固定するためのフランジ１１を有する。コレット１０は、スリーブ部分１３を有し、スリーブ部分１３は、その長さの一部に沿う長手方向に多数のスロットが設けられ、このスリーブ部分は、受け入れ開口部９内に延び、ここで、スリーブ部分は、そのスロット付き端部のところにクランプフランジ１４を備えている。受け入れ開口部９内に挿入された結合シャフトをクランプすると、クランプフランジ１４は、クランプ表面１５により結合シャフトの開口部内に形成されたクランプビードを包囲する。

コレット１０の作動は、アクチュエータ１８によって実行され、アクチュエータ１８は、支持部品４の中央ボア１９内に配置されたシャフト２０を有し、このシャフトは、コレット１０と関連したその端部のところにクランプ本体２１を担持し、他方、支持部品４から延び出たその反対側の端部は、円板形状の荷重印加本体２２にしっかりと固定されている。クランプ本体２１と荷重印加本体２２との間で、シャフト２０は、円筒形案内部分を備え、このシャフトは、ボア１９内に配置されたスライドブッシュ２３，２４内で案内される。シャフト２０の案内部分は、スライドブッシュ２３，２４内に、３０〜５０μｍオーダの隙間を有し、それによりシャフト２０を軸方向に動かしやすくなっている。クランプ本体２１は、押し広げるためにスリーブ部分１３のスロット付き端部のところで円錐形クランプ表面２６と協働する円錐形クランプ表面２５を有している。クランプ本体２１は、シャフト２０の近くのその端部のところに、支持部品４と荷重印加本体２２との間の距離を増大させる方向におけるアクチュエータ１８の運動を制限する停止部２７を形成している。

支持部品４及び荷重印加本体２２の互いに向かい合った表面と同様な配置状態で、互いに向かい合った取り付けボア２８，２９が設けられており、圧縮コイルばねとして構成された付勢状態の圧縮ばね３０，３１がこれら取り付けボア２８，２９内に嵌め込まれている。圧縮ばね３０，３１は、クランプ本体２１の停止部２７が支持部品４に当接する図に示されている停止位置にアクチュエータ１８を位置するよう働く。

圧縮ばね３０は、圧縮ばね３１よりもコイルの個数が多く且つ取り付け長さが短い。その結果、圧縮ばね３０は、図の平面の法線回りに反時計回りの方向に作用するトルクを荷重印加本体２２に対して生じさせる大きな付勢力を生じさせる。このトルクは、シャフト２０によってスライドブッシュ２３，２４で支えられる。これにより、シャフト２０を押圧してこれを圧縮ばね３１の方向でスライドブッシュ２４に係合させると共に圧縮ばね３０の方向でスライドブッシュ２３に係合させる。上述のクランプ状態では、それにもかかわらず既存の摺動隙間状態が存在している状態において、シャフト２０は、それによりスライドブッシュ２３，２４内の明確に規定された隙間のない位置を占め、この位置は、もっぱら、圧縮ばね３０，３１によって荷重印加本体２２の非対称加重によって定められ、従って、各クランプ操作時に再現可能である。

上述すると共に図示したアクチュエータ１８のクランプ位置は、結合シャフトのクランプ中、クランプ位置を正確に反映したものではない。むしろ、結合シャフトをクランプすると、アクチュエータ１８は、当初、圧縮ばね３０，３１を引っ張ることによって受け入れ開口部９の方向に変位し、ついには、クランプ本体２１の太い端部がコレット１０を出ることになり、それによりコレット１０は、弾性的に縮み、そしてクランプフランジ１４の外径を減少させることができ、それにより結合シャフトを受け入れ開口部９中に挿入することができる。アクチュエータ１８のこの解除運動は、従来、シリンダ内に配置された荷重印加本体２２に作用する空気圧によって生じていた。挿入状態の結合フランジの次のクランプのため、荷重印加本体２２に作用する圧力を減少させ、すると、圧縮ばね３０，３１の力が働いてクランプ本体２１のクランプ表面２５をコレット１０のクランプ表面２６に押し付ける。その結果、コレット１０は、拡張し、結合シャフトを受け入れ開口部９内にしっかりとクランプ状態に保持する。全ての力が圧縮ばね３０，３１により生じる力によって平衡状態にあるアクチュエータ１８の引っ張り端位置では、クランプ本体２１は、コレット１０に支持作用をもたらし、他方、停止部２７は、依然として、支持部品４の隣接の端部から距離を置いたところに位置する。このクランプ位置では、圧縮ばね３０，３１のばね力は、上述の停止位置の場合よりも大きいが、圧縮ばね３０，３１の力及びそれにより生じるトルクの差も又、それに対応して大きく、その結果、シャフト２０とスライドブッシュ２３，２４の上述の半径方向強制的な係合が同様に有効である。このように、クランプ装置１は、クランプ位置にあるとき、シャフト２０と荷重印加本体２２の規定された偏心性が存在する場合に明確に規定された位置を占める。結果として生じる不釣合いがあればこれを検出することができ、そして不釣合い測定の際に修正することができる。

上述の実施形態では、簡単にするために圧縮ばねが２つしか示されていない。しかしながら、代表的には、上述の形式のクランプ装置は、これよりも多い数の圧縮ばねを用いる。したがって、本発明に従って必要な荷重印加本体の非対称加重を達成するため、既存の圧縮ばねのうちの数個に大きな付勢力を提供することが適切である。５つの圧縮ばねを配置することは、特に有利であることが判明しており、この場合、ばねは、互いに等間隔を置くと共にレシーバユニットと荷重印加本体との間でシャフトの軸線から等距離のところに位置し、少なくとも２つ（直接隣り合うわけではない）圧縮ばねが他の圧縮ばねよりも大きなばね力を生じさせる。この配置例では、２つの強い圧縮ばね及びこれらの間に配置された第３の圧縮ばねは、クランプ位置にあるアクチュエータを高い繰り返し精度をもって隙間のない偏心位置に動かすことができる明確に位置合わせされたトルクを生じさせる。

Claims (9)

1. 釣合い試験機に関して回転軸線回りに回転するよう構成された機械部品をクランプするクランプ装置（１）であって、
   前記回転軸線に対して中央に設けられると共に前記機械部品の結合シャフトを軸方向に受け入れるようになっている受け入れ開口部（９）を備えたレシーバユニット（２）と、 前記受け入れ開口部（９）内に配置されたコレット（１０）と、
   前記コレット（１０）を作動させるために前記レシーバユニット（２）に対して軸方向運動可能に前記レシーバユニット（２）上で案内されるアクチュエータ（１８）と、を有し、
   前記アクチュエータ（１８）は、前記レシーバユニット（２）の中央に設けられたボア（１９）内で軸方向に摺動可能に案内されるシャフト（２０）、前記シャフト（２０）の一端部のところに設けられていて、前記コレット（１０）の作動のために前記シャフト（２０）の一端部のところに設けられたクランプ本体（２１）、前記シャフトの他端部のところに設けられた荷重印加本体（２２）、及び前記レシーバユニット（２）と前記荷重印加本体（２２）との間に配置された複数個の圧縮ばね（３０，３１）を含む、クランプ装置において、
   前記圧縮ばね（３０，３１）は、前記コレット（１０）が締め付けられた状態で前記荷重印加本体（２２）に作用する前記ばね荷重が前記シャフト（２０）の軸線に関して非対称に作用するように配置されると共に／或いは構成されていることを特徴とするクランプ装置。
2. 前記圧縮ばね（３０，３１）は、付勢され、前記圧縮ばね（３０，３１）のうちの少なくとも一方は、他方の圧縮ばねよりも多くの量付勢される請求項１記載のクランプ装置。
3. 前記圧縮ばね（３０，３１）のうちの少なくとも一方のばね特性は、前記圧縮ばね（３０，３１）のうちの他方のばね特性とは異なる請求項１又は２に記載のクランプ装置。
4. 前記圧縮ばね（３０，３１）は、前記荷重印加本体（２２）上に非対称に配置されている請求項１乃至３の何れか１項に記載のクランプ装置。
5. 前記圧縮ばね（３０，３１）の個数は、奇数である、請求項１乃至４の何れか１項に記載のクランプ装置。
6. ５つの圧縮ばねが前記荷重印加本体（２２）上に等間隔を置いて配置され、２つの互いに隣り合っていない圧縮ばねは、互いに等しくて大きな付勢力を有し、他の圧縮ばねは、互いに等しくて小さな付勢力を有する、請求項１乃至５の何れか１項に記載のクランプ装置。
7. 前記圧縮ばね（３０，３１）の端部は、前記荷重印加本体（２２）及び前記レシーバユニット（２）の取り付けボア（２８，２９）内に保持されている、請求項１乃至６の何れか１項に記載のクランプ装置。
8. 前記シャフト（２０）は、遊びを持たせることができる状態でスライドブッシュ（２３，２４）内に支持されている、請求項１乃至７の何れか１項に記載のクランプ装置。
9. 前記荷重印加本体（２２）は、前記アクチュエータ（１８）を解除位置に空気圧の作用で動かすよう構成されたピストン・シリンダ装置のピストンである、請求項１乃至８の何れか１項に記載のクランプ装置。

Images