JP6382869B2 - 回転テーブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械等に載置する回転テーブル装置に関するものである。

回転テーブル装置の回転機構には、主に、ウォームギヤ方式とダイレクトドライブ方式の２種類が採用されており、加工時に回転テーブルの割出し位置を保持するためにクランプ機構が備えられている。ウォームギヤ方式の場合には、静止状態であってもウォームとウォームホイールとの間のバックラッシの量だけ微小なガタが発生する。ガタを発生させずに回転テーブルの静止状態を保つためにクランプ機構が使用されている。
一方、ダイレクトドライブ方式の場合には、モータの動力以外の回転テーブルを静止状態に保持する機構としてクランプ機構が使用される。

クランプ機構には、複数のクランプ方式がある。その内、ディスククランプ方式のクランプ機構は、回転駆動装置からの回転力を回転テーブルに伝達するスピンドルと一体となって回転するブレーキディスクを、空気圧や油圧によって駆動されるピストンと固定材との間に挟む構造のものである。ピストンと固定材との間にブレーキディスクを挟むことにより、ブレーキディスクと固定材との間に発生する摩擦力によって、スピンドルとそれに接続する回転テーブルとを静止状態に保つようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

クランプ機構は、一般に、空気圧、油圧等の圧力を作用させることによって動作するため、停電等で圧力発生装置への給電が停止すると作動させることができない。
ウォームギヤ方式の回転機構は、出力側から入力側への回転力を伝達しない非可逆回転性を有しているため、給電停止時に回転テーブルが回転することはない。
しかし、ダイレクトドライブ方式の回転機構は、モータへの電力供給が遮断されるとモータの保持力がなくなり、回転の慣性力や、ワークおよび治具によるアンバランストルクによって回転テーブルが安定点まで回転してしまう。この回転によって，ワークがツールと衝突し、ワークやツールを破損する可能性がある。

これらの問題を防止するために、ダイレクトドライブ方式の回転機構に使用されるクランプ機構には、通常、空気圧や油圧が加えられていない場合にクランプ方向に付勢する付勢機構が設けられている（例えば、特許文献２参照。）。また、割出し位置を保持するクランプ機構とは別に、電力供給停止時のみに保持力を発生させる別のクランプ装置を備える方式をとるものもある（例えば、特許文献３参照。）。

回転テーブルの割出し位置を保持するクランプ機構に設けられる付勢機構として、ディスク状の板ばねが使用される場合がある。板ばねには弾性変形の復元力によってクランプ状態を保持する機能の他に、ピストンの回転を防ぐことによって、固定材とブレーキディスクとの間の摩擦力に加え、ピストンとブレーキディスクとの間の摩擦力もブレーキディスクの保持に利用してクランプトルクを増加させる機能がある。

特開２０１２−２０２４８４号公報 特開２０１２−２０３７８号公報 特開２００７−１２５６４０号公報

しかしながら、ディスク状の板ばねには、応力集中が発生し易く、たわみ量が大きくなると破壊までの繰り返し動作回数が少なくなり、十分な寿命を確保することが難しいという問題がある。
特に、空気圧や油圧の遮断時にクランプを行う場合には、十分なクランプトルクを確保し得るたわみ量に、アンクランプ状態からクランプ状態までのピストンの移動量を加えてたわみ量を設定する必要があり、たわみ量が大きくなる傾向にある。
また、板ばねの固定ボルト本数を増やすことで、クランプ機構の回転方向の剛性を向上できるが、板ばねの特性からボルト本数を増やすと、たわみ量を大きくとることが難しくなるという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、板ばねの十分な寿命を確保しながら、十分なクランプトルクを発生させて、回転テーブルを静止状態に維持することができる回転テーブル装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、ベース部材と、該ベース部材に対して所定の軸線回りに回転可能に支持された回転部材と、該回転部材に固定されたブレーキディスクと、該ブレーキディスクをクランプして前記回転部材を前記ベース部材に対して静止状態に維持するクランプ機構とを備え、該クランプ機構が、作動流体によって、前記ブレーキディスクを板厚方向に押圧するクランプ位置と、前記ブレーキディスクから離間したアンクランプ位置との間で、前記ベース部材に対して前記軸線に沿う方向に移動可能に取り付けられたピストンと、該ピストンおよび前記ベース部材に固定され、弾性変形の復元力によって前記ピストンを前記クランプ位置の方向に付勢する板ばねと、前記ピストンと前記ベース部材との間に配置され、弾性変形の復元力によって前記ピストンを前記クランプ位置の方向に常時付勢するコイルばねとを備える回転テーブル装置を提供する。

本態様によれば、クランプ機構をアンクランプ状態とするために作動流体を供給すると、作動流体の圧力が板ばねおよびコイルばねの付勢力に抗してピストンに作用し、ピストンがアンクランプ位置に移動させられる。これにより、ピストンはブレーキディスクから離間するので、ブレーキディスクとの間の摩擦は発生せず、モータの作動により回転部材をベースに対して自由に回転させることができる。

一方、クランプ機構をクランプ状態とするために作動流体を供給すると、作動流体の圧力が板ばねおよびコイルばねの弾性変形の復元力と相俟ってピストンに作用し、ピストンがクランプ位置に移動させられる。これにより、ピストンがブレーキディスクを板厚方向に押圧し、ピストンとブレーキディスクとの間およびベース部材とブレーキディスクとの間に発生する摩擦力によって、回転部材のベース部材に対する回転が静止させられる。

さらに、作動流体の供給が停止すると、ピストンは、板ばねおよびコイルばねの弾性変形の復元力によってクランプ位置に移動させられる。この場合にも、ピストンがブレーキディスクを板厚方向に押圧し、ピストンとブレーキディスクとの間およびベース部材とブレーキディスクとの間に発生する摩擦力によって、回転部材のベース部材に対する回転が静止させられる。

この場合において、仮に、コイルばねがない場合、板ばねの弾性変形の復元力のみによって、ピストンをブレーキディスクに押圧させなければならず、ピストンがクランプ位置に配置された状態でも板ばねに比較的大きな弾性変形が残存している必要がある。このため、アンクランプ位置においては板ばねにさらに大きな弾性変形を発生させておかなければならない。

本態様によれば、コイルばねを併用しているので、ピストンがクランプ位置に配置されたときの板ばねの弾性変形を低く抑えることができ、アンクランプ時に板ばねに発生する応力を低減することができる。すなわち、板ばねの十分な寿命を確保しながら、コイルばねによって十分なクランプトルクを発生させて、回転テーブルを静止状態に維持することができる。

上記態様においては、前記ピストンを駆動する前記作動流体を流入させる作動流体室を備え、前記コイルばねが、前記作動流体室に対して気密状態に区画された設置スペース内に配置されていてもよい。
このようにすることで、作動流体室の容積を必要最小限に抑えることができ、ピストンをクランプ位置またはアンクランプ位置に動作させるときの応答性を向上することができる。

また、上記態様においては、前記ピストンを駆動する前記作動流体を流入させる作動流体室を備え、前記コイルばねが、前記作動流体室につながる設置スペース内に配置されていてもよい。

本発明によれば、板ばねの十分な寿命を確保しながら、十分なクランプトルクを発生させて、回転テーブルを静止状態に維持することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る回転テーブル装置を示す縦断面図である。 図１の回転テーブル装置に備えられたアンクランプ状態のクランプ機構を示す拡大縦断面図である。 図１の回転テーブル装置に備えられたクランプ状態のクランプ機構を示す拡大縦断面図である。 コイルばねを有しない場合のアンクランプ状態のクランプ機構を示す拡大縦断面図である。 コイルばねを有しない場合のクランプ状態のクランプ機構を示す拡大縦断面図である。 図１の回転テーブル装置の変形例を示すクランプ機構の部分的な拡大縦断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る回転テーブル装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る回転テーブル装置１は、図１に示されるように、例えば、ダイレクトドライブ方式の割出し回転テーブル装置であって、工作機械等の外部構造物に設置されるケース（ベース部材）３と、該ケース３に固定されたハウジング（ベース部材）２と、該ハウジング２に軸受部４を介して中心軸線（軸線）Ｏ回りに回転可能に支持された円筒状のシャフト（回転部材）５と、該シャフト５を回転駆動するモータ６と、シャフト５に固定されたブレーキディスク７と、シャフト５をハウジング２に対して静止状態に維持するクランプ機構８とを備えている。

モータ６は、ハウジング２に固定されたステータ６ａと、該ステータ６ａに対して回転させられるロータ６ｂとを備えている。ロータ６ｂはシャフト５に固定されている。
ブレーキディスク７は、シャフト５の端面と取付部材９との間に挟まれて、シャフト５に固定されている。

本発明の一実施形態に係るクランプ機構８は、ケース３に固定されるシリンダ１０およびリアプレート（ベース部材）１１と、シリンダ１０に対してブレーキディスク７の板厚方向にブレーキディスク７に接触するクランプ位置とブレーキディスク７から離間するアンクランプ位置との間で中心軸線Ｏに沿う方向に移動可能に支持されたピストン１２と、ブレーキディスク７を板厚方向に挟んでピストン１２とは反対側に配置されるクランプ部材（ベース部材）１３と、ディスク状の板ばねからなるスプリングディスク１４と、コイルばね１５とを備えている。

スプリングディスク１４は周方向に間隔をあけて配置された複数のボルト１６ａによってピストン１２に固定されるとともに、複数のボルト１６ｂによってリアプレート１１に固定されている。これにより、ピストン１２は、シリンダ１０に対して軸方向に移動できる一方、周方向には回転できないようにスプリングディスク１４によって拘束されている。

リアプレート１１およびピストン１２におけるスプリングディスク１４の取付面の位置関係から、スプリングディスク１４は常に弾性変形させられている。これにより、ピストン１２は、スプリングディスク１４の弾性変形の復元力によってブレーキディスク７をクランプ部材１３に押し付ける方向に常に付勢されている。すなわち、ブレーキディスク７がピストン１２とクランプ部材１３との間に挟持されたクランプ状態が保たれるようになっている。
図１中、符号２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、後述する空気室１７ａ，１７ｂを密封するシール部である。

回転テーブル装置１に電源が供給されているときには、図２に示されるように、図示しない電磁弁の作動によって、空気室（作動流体室）１７ａ，１７ｂへの圧縮空気の供給が制御され、圧縮空気の圧力によってクランプ機構８によるクランプ状態とアンクランプ状態とが切り替えられるようになっている。
回転テーブル装置１に電源が供給されていないときには、図３に示されるように、いずれの空気室１７ａ，１７ｂにも圧縮空気が供給されないので、ピストン１２はスプリングディスク１４の弾性変形の復元力によってブレーキディスク７をクランプ部材１３との間に挟むようになっている。

コイルばね１５は、ピストン１２とリアプレート１１との間に周方向に間隔をあけて複数配置されている。コイルばね１５は、圧縮コイルばねであって、ピストン１２とリアプレート１１との間に圧縮された状態で配置されており、弾性変形の復元力によってピストン１２をブレーキディスク７側に常時付勢している。
また、図１から図３に示す例では、コイルばね１５は、空気室１７ｂにつながる設置スペース１８内に配置されている。

シール部２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、図１から図３に示されるように、シリンダ１０またはピストン１２に設けられた周溝内にＯリングまたはガスケット等のシール部材を収容することにより、リアプレート１１とピストン１２との間および、シリンダ１０とピストン１２との間を気密状態に密封するようになっている。これにより、空気室１７ａ，１７ｂが密封状態に画定されている。

このように構成された本実施形態に係る回転テーブル装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る回転テーブル装置１において、電源が供給されている状態で、電磁弁に対してアンクランプ指令が入力されると、空気室１７ａに圧縮空気が流入し、空気室１７ｂ内の空気が外部に排気される。空気室１７ａに流入した圧縮空気の圧力が、スプリングディスク１４およびコイルばね１５の弾性変形の復元力を上回ると、ピストン１２がリアプレート１１側に移動して、図２に示されるように、ブレーキディスク７がピストン１２とクランプ部材１３との間に挟持されている状態から解放されたアンクランプ状態となり、シャフト５を回転させることができるようになる。

一方、電磁弁に対してクランプ指令が入力されると、空気室１７ｂに圧縮空気が流入し、空気室１７ａ内の空気が外部に排気される。空気室１７ｂに流入した圧縮空気の圧力でピストン１２がブレーキディスク７側に押され、図３に示されるように、ブレーキディスク７がピストン１２とクランプ部材１３との間に挟持されたクランプ状態となり、シャフト５がケース３に対して静止した状態に維持される。

また、回転テーブル装置１への電源の供給が遮断された場合には、両空気室１７ａ，１７ｂへの圧縮空気の供給が停止するので、ピストン１２が、スプリングディスク１４およびコイルばね１５の弾性変形の復元力のみによってクランプ部材１３との間にブレーキディスク７を挟んだクランプ状態となる。

スプリングディスク１４は、図２のアンクランプ状態において最も大きく弾性変形させられており、図３のクランプ状態においては弾性変形が復元してたわみ量が減少する。
コイルばね１５がない場合の参考例を図４および図５に示す。
コイルばね１５がない場合には、図５に示されるようにクランプ状態において減少したたわみ量でもスプリングディスク１４によってシャフト５を静止状態に維持する摩擦力を発生させる必要がある。このために、図４に示されるアンクランプ状態では、スプリングディスク１４は、クランプ状態より大きなたわみ量で弾性変形させられなければならない。

これに対して、本実施形態に係る回転テーブル装置１によれば、コイルばね１５によってもピストン１２をブレーキディスク７側に付勢しているので、クランプ状態におけるスプリングディスク１４のたわみ量を低減することができる。したがって、アンクランプ状態におけるたわみ量もコイルばね１５がない図４の場合よりも小さくすることができる。

その結果、アンクランプ状態において最大となるスプリングディスク１４の応力を低下させることができ、スプリングディスク１４の寿命を長くすることができる。
そして、このように、コイルばね１５とスプリングディスク１４とを併用する場合には、主としてコイルばね１５がピストン１２をクランプ位置の方向へ付勢する役割を担うので、スプリングディスク１４はピストン１２の回転防止の役割のみを担えば足りる。

したがって、スプリングディスク１４として肉厚の薄いものを採用することもできる。板ばねは肉厚が薄い方が最大応力が低く、疲労強度が高くなるので、スプリングディスク１４として薄いものを採用することで、スプリングディスク１４の寿命をさらに長くすることができる。

また、スプリングディスク１４をピストン１２やリアプレート１１に固定するボルト１６ａ，１６ｂの本数を増やすと、応力集中が発生するなどして、最大応力が増大し易くなる。コイルばね１５を併用することによってスプリングディスク１４に発生するたわみによる応力を低減することで、ボルト１６ａ，１６ｂを増加させても最大応力を低く抑えることができる。これにより、クランプ状態においてピストン１２にかかる回転方向の負荷に対する捩り剛性を増大させることができるとともに、ピストン１２とスプリングディスク１４との間あるいはリアプレート１１とスプリングディスク１４との間の滑りを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、コイルばね１５の設置スペース１８を空気室１７ｂにつながる位置に配置していたが、これに代えて、図６に示されるように、空気室１７ｂに対してシール部２０ａ，２０ｂによって気密状態に隔離された設置スペース１９内に配置してもよい。
図１から図３に示されるように、コイルばね１５の設置スペース１８が空気室１７ｂにつながっている場合には、コイルばね１５の本数分の設置スペース１８の容積だけ空気室１７ｂの容積が増加する。空気室１７ｂの容積が増加すると、クランプ機構８の作動流体が空気等の圧縮性のある作動流体である場合には、アンクランプ時には空気室１７ｂから圧縮空気が抜けるまでの時間、クランプ時には空気室１７ｂに圧縮空気が充填されるまでの時間がわずかに増加する可能性がある。

このため、シャフト５のクランプ完了あるいはアンクランプ完了までの時間が増加し、シャフト５に固定される回転テーブル（図示略）の割出し完了までの時間が長くなる可能性がある。
そこで、図６に示されるように、空気室１７ｂに対して気密状態に隔離された設置スペース１９内にコイルばね１５を配置することにより、空気室１７ｂの容積を最小限に抑えることができ、回転テーブルの割出し完了までの時間を短縮することができるという利点がある。

また、図６に示す例では、コイルばね１５を空気室１７ｂよりも径方向内方に配置しているが、空気室１７ｂから気密状態に隔離可能な位置であれば、これに限定されるものではなく、他の任意の位置に配置することにしてもよい。
また、本実施形態においては、ダイレクトドライブ方式の回転テーブル装置１を例示したが、駆動方式はこれに限定されるものではなく、ウォームギヤ方式等、他の駆動方式の回転テーブル装置や、駆動機構を持たない回転テーブル装置を採用してもよい。
また、クランプ機構８の駆動方式を空気圧駆動方式としたが、これに代えて、油圧駆動方式等、空気以外の作動流体を用いたクランプ機構８を採用することにしてもよい。

１ 回転テーブル装置
２ ハウジング（ベース部材）
３ ケース（ベース部材）
５ シャフト（回転部材）
７ ブレーキディスク
８ クランプ機構
１１ リアプレート（ベース部材）
１２ ピストン
１３ クランプ部材（ベース部材）
１４ スプリングディスク（板ばね）
１５ コイルばね
１７ａ，１７ｂ 空気室（作動流体室）
１８，１９ 設置スペース
Ｏ 中心軸線（軸線）

Claims (3)

1. ベース部材と、
   該ベース部材に対して所定の軸線回りに回転可能に支持された回転部材と、
   該回転部材に固定されたブレーキディスクと、
   該ブレーキディスクをクランプして前記回転部材を前記ベース部材に対して静止状態に維持するクランプ機構とを備え、
   該クランプ機構が、作動流体によって、前記ブレーキディスクを板厚方向に押圧するクランプ位置と、前記ブレーキディスクから離間したアンクランプ位置との間で、前記ベース部材に対して前記軸線に沿う方向に移動可能に取り付けられたピストンと、該ピストンおよび前記ベース部材に固定され、弾性変形の復元力によって前記ピストンを前記クランプ位置の方向に付勢する板ばねと、前記ピストンと前記ベース部材との間に配置され、弾性変形の復元力によって前記ピストンを前記クランプ位置の方向に常時付勢するコイルばねとを備える回転テーブル装置。
2. 前記ピストンを駆動する前記作動流体を流入させる作動流体室を備え、
   前記コイルばねが、前記作動流体室に対して気密状態に区画された設置スペース内に配置されている請求項１に記載の回転テーブル装置。
3. 前記ピストンを駆動する前記作動流体を流入させる作動流体室を備え、
   前記コイルばねが、前記作動流体室につながる設置スペース内に配置されている請求項１に記載の回転テーブル装置。

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