JP6616581B2

JP6616581B2 - クランプ装置

Info

Publication number: JP6616581B2
Application number: JP2015069220A
Authority: JP
Inventors: 秀治宮入
Original assignee: 株式会社アルプスツール
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: JP2016187857A

Description

本発明は、工作機械に取り付けられるツールホルダを着脱可能なクランプ装置に関し、特には、クランプ装置とツールホルダに形成される通路に供給される流体の漏洩を防止するシール構造に関する。

一般的にマシニングセンタ・旋盤等の工作機械は、工具主軸の先端側に取り付けられるツールホルダを着脱可能なクランプ装置を備えている。クランプ装置とツールホルダには、冷却液を工具の刃先に供給するための通路が形成されており、この通路を通して工具の刃先に冷却液が供給される。

一般的にこの通路１１０は、図６に示すように、工具主軸１０１の軸線方向に直線的に形成され、各通路１０１ａ、１０１ｂは、クランプ装置１００のドローバ１０５とツールホルダ１２０間に配置されるクーラントチューブ１２５を介して連絡される。また、クランプ装置のドローバとクーラントチューブの嵌合面にはＯリング１３６によるシール機構１３５が設けられており、冷却液の漏洩が防止される。

なお、一般的にシール機構は、外部に連絡する隙間に接するどちらか一方の部材に溝を形成し、この溝にＯリングを配置して、当該Ｏリングにより隙間を封止して外部への漏洩が防止される（特許文献１参照）。

特表２００９−５１３３７４号公報

一方、手動式のクランプ装置が従来から知られており、この種のクランプ装置は、図１に示すように、クランプ用カムシャフト等の部品が工具軸の軸線を横切るように配置されているため、クランプ装置の通路を工具軸の軸線方向に直線的に形成しにくい。

したがって、手動式のクランプ装置に冷却液を供給するための通路を形成する場合、ツールホルダに形成された通路と直交するように、クランプ装置の周囲から中央に向かって横穴等により通路を形成し、ツールホルダ側の通路と連絡させればよい。

この場合、ドローバとツールホルダの間の隙間をシール部材により封止しクランプ装置内部への液体の漏洩を防止したいが、ツールホルダをアンクランプする際、ドローバーがツールホルダ側に押し出される関係上、ツールホルダ側の通路にシール部材が露出するため、ツールホルダを引き抜く際に、ツールホルダとドローバの間の隙間にシール部材が食い込み破損するおそれがある。

そこで、本発明は上記問題を課題の一例として為されたもので、クランプ装置内部への液体の漏洩を防止可能であって、ツールホルダのアンクランプによってシール体を破損させずにツールホルダのクランプ・アンクランプが良好に行えるクランプ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載のクランプ装置（１０）は、第１の流体通路（５１）を有するツールホルダ（３０）を着脱可能であって、前記第１の流体通路（５１）と連絡する第２の流体通路（５２）が形成された本体（１１）を備え、前記本体に前記ツールホルダをクランプした際に前記第１の流体通路と前記第２の流体通路が連絡し、当該流体通路に流体が供給されるクランプ装置において、前記第１及び第２の流体通路と前記クランプ装置内部が連絡する前記本体とツールホルダの間の隙間（Ｓ）を塞ぐシール部材（６５）を備え、前記シール部材を、前記ツールホルダのクランプ時において前記ツールホルダとの間の潰し代が大きい第１の位置と、前記ツールホルダのアンクランプ時において前記第１の位置よりも前記ツールホルダとの間の潰し代が小さい第２の位置との間で移動可能とし、前記シール部材を配置する溝（６４）を有し、前記溝の底面（６４ａ）は、前記ツールホルダのアンクランプ方向に向かって徐々に深くなるように傾斜しており、前記溝に配置される前記シール部材は、前記ツールホルダのアンクランプ時において前記第１の流体通路に露出することを特徴とする。

本発明によれば、液体の漏洩を確実の防止しつつ、ツールホルダのアンクランプによってシール体が隙間に食い込んで破損することを防止できる。また、ツールホルダのクランプ・アンクランプ動作を良好に行うことができる。

クランプ装置の使用状態を示す模式図である。ツールホルダの構成を示す模式図である。クランプ装置の動作例を説明するための模式図である。シール機構の構成例を示す模式図である。他のシール機構の構成例を示す模式図である。従来のクランプ装置の冷却液を供給するための通路の一例を示す模式図である。

以下、本願の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、以下のクランプ装置１０の説明において、便宜的に図１に示す左・右方向をクランプ装置１０の前後方向、上・下方向をクランプ装置１０の上下方向として説明する。また、以下の説明において、ツールホルダ３０をクランプ装置１０に装着する行為を「クランプ」と称し、ツールホルダ３０をクランプ装置１０から取り外す行為を「アンクランプ」と称する。

本実施形態のクランプ装置１０は、例えば、図示しないが、マシニングセンタ・旋盤等の工作機械に設けられ、ツールホルダ３０を着脱するための着脱ユニットとして機能する。ツールホルダ３０には、切削工具として機能する複数の種類の工具（以下、「ツール」という）の中から切削すべきワークに応じて選択されたツールがそれぞれ取り付けられる。また、本実施形態のクランプ装置１０は、特に、手動式のクランプ装置１０に好適に使用される。なお、工作機械は、従来から公知のため、詳細な説明は省略するものとする。

図１に示すように、クランプ装置１０は、軸線方向に延びる工具軸１１（本願の本体）を備え、その前方部は環状に形成され、内側に空間部１２を有している。図示しないが、この工具軸１１の前方部には、ドローバー１５を介してツールホルダ３０がクランプされる。なお、工具軸１１は、工作機械の種類により、回転する場合も固定されて回転しない場合も存在する。

工具軸１１の空間部１２には、図１に示すように、ドローバ１５と、このドローバ１５に形成されている貫通孔（図示しない）に配置されるカム部１６ａを有するカムシャフト１６と、が設けられている。そして、カムシャフト１６によりこのカム部１６ａを工具軸１１の軸線に直交する軸周りに所定の方向に回転させることで、ドローバ１５を工具軸１１の軸線方向に移動（往復運動）可能になっている。

工具軸１１には、その外周面からカムシャフト１６の一端側に向けて貫通穴１７が形成され、その貫通穴１７には、カムシャフト１６が配置され、このカムシャフト１６には回転操作するための操作部２０が設けられている。この操作部２０は、六角レンチ等の操作工具と嵌合され、この操作工具によって回転操作される。

ドローバ１５は、バネ等の弾性部材２２によって常に前方側に付勢されているとともに、その外周面が工具軸１１の内壁に対して工具軸１１の軸線方向に擦動可能に配置されている。また、ドローバ１５は、操作部２０によるカムシャフト１６の回転操作により、弾性部材２２に抗して後方へと移動可能となっている。

また、ドローバ１５の前方外周面には、ツールホルダ２０を固定するためのクランプセグメント２４を含むチャック機構２５が設けられているとともに、クランプセグメント２４の先端側を径方向に移動させるためのガイド部２６を有している。

また、ドローバ１５の前方端部の周面は、斜面を有するように面取りされて形成されており、後述するシール体６５を溝６４に挿入しやすくなっている。

図２に示すように、ツールホルダ３０は、後方が環状に形成された結合部３２を備え、この結合部３２の後方にはドローバ１５の先端部を収容する収容部３３を有している。結合部３２の後方内周面には環状の溝３５が形成されており、この溝３５は、図１に示すように、ツールホルダ３０がクランプされる際に、ドローバ１５に設けられているクランプセグメント２４の先端部と係合される。また、結合部３２の外周面は後方側の径が若干縮小されるように工具軸１１の軸線方向に傾斜するテーパ面を有して形成されており、アンクランプ時におけるドローバ１５の移動により押し出されやすくなっている。

なお、本実施形態の用語として用いられる「環状」には、略多角形状も含まれ、具体的には結合部３２の後方は、工具軸１１の軸線方向に対する横断面が円形状であるが多角形状であっても構わない。

図１に示すように、ツールホルダ３０は、操作部２０によるカムシャフト１６の回転操作により、ドローバー１５を工具軸１１の軸線方向へ移動させることで工具軸１１の先端側でクランプ、又はアンクランプされる。

具体的には、図１の下方側のクランプ状態図に示すように、矢印で示すドローバ１５の後方への移動によって、クランプセグメント２４はガイド部２６に沿ってその先端部が後端部を支点としてツールホルダ３０側へと回動し、その先端部がツールホルダ３０の溝３５に案内される。そして、クランプセグメント２４の先端部がツールホルダ３０の溝３５と係合されることでツールホルダ３０がクランプ装置１０に固定される。

一方、図１の上方側のアンクランプ状態図に示すように、矢印で示すドローバ１５の前方への移動によって、クランプセグメント２４はガイド２６に沿ってその先端部が後端部を支点としてドローバ１５側へと回動し、その先端部がツールホルダ３０の溝３５から解放され離反する、またドローバ１５で押し出されることで結合部３２の結合（食いつき）が解かれる、続いてツールホルダ３０がクランプ装置１０から引き抜かれ、取り外される。

また、図３に示すように、ツールホルダ３０とクランプ装置１０には、ツールに冷却液（本願の流体）を供給するための冷却液供給路５１、５２がそれぞれに形成されており、ツールホルダ３０をクランプ装置１０にクランプした際に各冷却液供給路５１、５２が連絡しツールに冷却液を供給可能である。なお、図示しないが、冷却液供給路５１（本願の第１の流体通路）の一端はツールに連絡し、他の冷却液供給路５２（本願の第２の流体通路）の他端は、冷却液を供給する冷却液供給源と連絡し、冷却液供給源から供給される冷却液が各冷却液供給路５１、５２を通って、ツールから外部へと放出される。

ツールホルダ３０の冷却液供給路５１は、結合部３２の外周面から収容部３３に鉛直方向に貫通して形成される第１の孔部５１ａと、収容部３３と連絡し結合部３２の内部を軸線方向に直線的に延びる第２の孔部５１ｂによって形成されている。

一方、クランプ装置１０の冷却液供給路５２は、工具軸１１の前方部外周面側から空間部１２に鉛直方向に貫通して形成される第３の孔部５２ａによって形成されている。

そして、ツールホルダ３０がクランプされた際に、クランプ装置１０の第３の孔部５２ａとツールホルダ３０の第１の孔部５１ａとが連絡するとともに、ツールホルダ３０とクランプ装置１０との隙間Ｈを介して第１の孔部５1ａと第２の孔部５１ｂが連絡すること
で、冷却液が冷却供給源からツールへと供給される。

また、ツールホルダ３０のクランプ時において、ツールホルダ３０の後端側外周面は工具軸１１の内壁面に沿って工具軸１１の空間部１２に挿入され、ツールホルダ３０の後端側内周面は、ドローバ１５の外周面に沿って工具軸１１の空間部１２に挿入される。

そして、ツールホルダ３０がクランプされ、冷却液が供給されると、ドローバ１５の外周面とツールホルダ３０の内周面との間に形成された環状の隙間Ｓからクランプ装置１０内部へと冷却液が漏洩するため、この隙間Ｓにはシール機構６０が設けられている。

図４に示すように、シール機構６０は、ドローバ１５の先端部外周面に形成された環状の溝６４と、この溝６４に保持される環状のシール体６５（本願のシール部材）と、を備え、シール体６５は、初期の漏れが生じないようツールホルダ３０の内周面に常に接触するように溝６４の開口から突出して配置され、環状の隙間Ｓは、このシール体６５によって封止される。

溝６４は、シール体６５を移動させるために工具軸１１の軸線方向に延びて形成され、その底面６４ａは前方側の径が縮小されるように工具軸１１の軸線方向に傾斜して形成されている。また、前記溝６４の側面は、前記ツールホルダ３０のクランプ時かつ冷却液の加圧時において、前記シール体６５の一端側が接触する壁面６４ｂと、前記ツールホルダ３０のアンクランプ時において、前記シール体６５の他端側が接触する壁面６４ｃを有する。また、壁面６４ｃと底面６４ａとが接続する隅部はシール体の外周面の一部が接触するように傾斜して形成されている。

このようにすれば、シール体６５は、ツールホルダ３０のクランプ・アンクランプによって溝６４内を移動可能となり、シール体６５が溝６４の左側の第１の位置に配置された場合と、右側の第２の位置に配置された場合で溝６４から露出する露出量を相違させ、ツールホルダ３０のクランプ後、冷却液の加圧時には第１の位置においてシール部材６５の潰し代を大きくし、前記ツールホルダ３０のアンクランプ時には第２の位置において第１の位置よりもシール部材６５の潰し代が小さくなるように設定される。

さらに具体的には、シール体６５が第２の位置に配置された場合には、初期のシールに必要な最低限の接触圧でツールホルダ３０に接触させ、シール体６５が第１の位置に配置された場合には、高圧の液体（冷却液）の漏洩を防止するのに必要な接触圧でツールホルダ３０に接触させるように溝６４の底面６４ａの傾斜具合やシール体６５の外径及び硬さなどが適宜設定される。

シール体６５は、ゴム材又は弾力性を有する樹脂製の外観が環状に形成された部材であって、その断面は円形状に形成されている。このシール体６５は、例えば、Ｏリングが用いられ、径方向に伸ばされた上で、環状の溝６４に嵌合され、ツールホルダ３０の移動、冷却液の供給によって、溝６４内を移動する。シール体６５の断面形状は、ドローバ１５に形成される溝６４の断面形状にしたがって規定され、円形状のＯリングでなくても良い。例えば台形形状などの断面としても良い。

なお、シール体６５は、常にドローバ１５とツールホルダ３０との隙間Ｓを封止すべく、溝６４内のいずれの位置においてもツールホルダ３０との間がシールされるように設定される。

次に、本実施形態のクランプ装置の動作例について図３及び図４を用いて説明する。

まず、シール体６５は、ツールホルダ３０のアンクランプ時においてドローバ１５の移動により移動し、図３の上方側のアンクランプ状態図に示すように、溝６４の右側の壁面６４ｃに接触するように配置される。

そして、図３の下方側のクランプ状態図に示すように、ツールホルダ３０のクランプ時において、ツールホルダ３０を工具軸１１の空間部１２に挿入するとともに操作部２０におけるクランプ操作を行うことにより、ドローバ１５が左側に引き込まれ、上述したようにクランプセグメント２４の先端部がツールホルダ３０の溝３５と係合されることでツールホルダ３０がクランプ装置１０に固定される。

このとき、シール体６５は、ツールホルダ３０の挿入時には溝６４の右側に移動しているため、ツールホルダー３０が主軸１１の空間部１２に挿入しやすくなっている。

ツールホルダ３０のクランプ後、冷却液供給源から冷却液が供給されると、冷却液供給路５１、５２を冷却液が通過するため、シール体６５には冷却液による圧力流体が作用する。シール体６５は、この圧力流体により溝６４の左側壁面６４ｂに押し込まれることにより、ツールホルダ３０に対する接触圧が高められ、シール性能を発揮し、冷却液の隙間Ｓからのクランプ装置１０内部への漏洩を防止する。

一方、ツールホルダ３０のアンクランプ時において、冷却液の供給が停止され、操作部２０におけるクランプ操作によりドローバ１５が右側に移動すると、上述したようにクランプセグメント２４はツールホルダ３０の溝３５から離反するとともにツールホルダ３０が右側に押し出されるため、引き抜き可能となる。

このとき、シール体６５は、高い接触圧でツールホルダ３０に接触しているものの、溝６４の底面６４ａはシール体６５の移動によって接触圧が低くなるように傾斜しており、ツールホルダ３０の引き抜きとともにシール体６５が右に移動しやすくなっていることから、ツールホルダ３０を引き抜きやすい。

また、アンクランプ時において、シール体６５は溝６４の右側壁面６４ｃに移動し、第１の孔部５１ａに一部が露出しており、ツールホルダ３０の更なる引き抜きによって、この露出した部分がドローバ１５とツールホルダ３０の間の隙間Ｓに食い込み破損する可能性があるものの、本実施形態のシール機構６０では、シール体６５の接触圧が十分低い位置でツールホルダ３０が引き抜かれるため、シール体６５は変形しにくくなっており、ツールホルダ３０の引き抜きによって隙間Ｓにシール体６５が食い込まれることがなく、シール体６５の破損を十分に防止できる。

このように本実施形態のクランプ装置１０のシール機構６０は、常にツールホルダ３０とドローバ１５との隙間Ｓのシール性を保持しつつ、アンクランプ時におけるツールホルダ３０の移動にともなってシール体６５が溝６４内を接触圧の低い右側に移動するため挿入しやすく、更には、クランプ後の冷却液の供給による圧力流体がシール体６５に作用した際に、シール体６５が溝６４内を接触圧の高い左側に移動し適切なシール性が保持されるため、冷却液の漏洩を適切に防止可能である。

また、アンクランプ時におけるツールホルダ３０の移動にともなって、接触圧が低下するようにシール体６５が移動し易くなっており、更には、シール体６５の接触圧が十分低い位置でツールホルダ３０が引き抜かれるため、シール体６５が変形しにくくなっており、シール体６５の一部が溝６４から飛び出し、隙間Ｓに食い込むことにより破損する危険性を低くすることが可能である。

次に、シール機構６０の溝の形状の他の実施形態について図５を用いて説明する。

上記実施形態のシール機構６０の溝６４は、底面６４ａが山型の傾斜面を有しているのに対して、図５（ａ）の溝７０は、底面７０ａと右側の壁面７０ｃとの隅部が傾斜してなく、所定の空間（隙間）を有している点で異なる。このようにすれば、シール体６５が変形しやすくなるとともに、溝７０の加工を容易にできる利点を有する。

また、図５（ｂ）の溝７１は、底面７１ａと右側の壁面７１ｃとの隅部が水平（主軸の軸線と平行）に形成されている点で異なる。このようにすれば、溝７１の寸法管理がしやすく、適切な接触圧の実現が出来る。

なお、本願は本実施形態に限定されるものではなく、種々の形態にて実施することが可能である。例えば、本実施形態では、シール機構６０はドローバ１５に設けられているが、ツールホルダ３０側に設けられていても構わない。

また、本実施形態のシール機構６０の溝６４の底面は傾斜面としたが、スムースな移動が可能であれば例えば細かな階段状に形成しても構わない。またドローバ１５の工具軸１１の軸線方向に対する横断面形状は、円形状の他、例えば、楕円、略多角形（三角・四角・六角・八角）の場合がある。この形状に合わせた一周の溝で溝６４を形成することも考えられる。

また、本実施形態では、冷却液通路が略Ｌ字状に曲折して形成されているが、例えば、図６に示すクランプ装置のように、軸方向に直線的に形成される冷却液通路を有する場合にも、本実施形態のシール機構６０を用いることで、ツールホルダの抜き差しが容易となる。

Ｓ隙間
１０クランプ装置
１１主軸
３０ツールホルダ
５１、５２冷却液供給路
６０シール機構
６４溝
６４ａ底面
６５シール体

Claims

第１の流体通路を有するツールホルダを着脱可能であって、前記第１の流体通路と連絡する第２の流体通路が形成された本体を備え、前記本体に前記ツールホルダをクランプした際に前記第１の流体通路と前記第２の流体通路が連絡し、当該流体通路に流体が供給されるクランプ装置において、
前記第１及び第２の流体通路に供給される流体と前記クランプ装置内部が連絡する前記本体とツールホルダの間の隙間を塞ぐシール部材を備え、
前記シール部材を、前記ツールホルダのクランプ時において前記ツールホルダとの間の潰し代が大きい第１の位置と、前記ツールホルダのアンクランプ時において前記第１の位置よりも前記ツールホルダとの間の潰し代が小さい第２の位置との間で移動可能とし、
前記シール部材を配置する溝を有し、前記溝の底面は、前記ツールホルダのアンクランプ方向に向かって徐々に深くなるように傾斜しており、
前記溝に配置される前記シール部材は、前記ツールホルダのアンクランプ時において前記第１の流体通路に露出することを特徴とするクランプ装置。