JPH02100844A - 工作物係合手段の作動機構 - Google Patents

工作物係合手段の作動機構

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JPH02100844A
JPH02100844A JP1158151A JP15815189A JPH02100844A JP H02100844 A JPH02100844 A JP H02100844A JP 1158151 A JP1158151 A JP 1158151A JP 15815189 A JP15815189 A JP 15815189A JP H02100844 A JPH02100844 A JP H02100844A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は流体作動の作動機構に関し、特に、力の増加を
伴う比較的長い作動ストロークを有する流体作動の作動
機構に関する。
(従来の技術) 本発明は、工作機械のコレット、バイス、チャック等の
ような工作物係合装置の作動に適用されるものとして説
明されるが、力の増加を伴った比較的長い作動ストロー
クを用意することが望まれるいずれの場合にも同様に適
用できる。従来のチャック、コレットおよびここに説明
するタイプの作動装置は、たとえば、米国コネチカット
州のパワーホールド社により製造されている。
自動旋盤のコレットやチャックは、製造工場で得られる
通常80psi〜85psiの圧力の加圧空気が供給さ
れる空気圧作動ピストンにより与えられる直線運動によ
り、開位置と閉位置すなわちクランプ位置との間を動か
される。面記ピストンは、クランプ機構にこれを工作物
に接触させる運動をさせ1次いで、クランプ機構に工作
物を把持するクランプ力を与える。クランプ機構を工作
物に接触するよう運動させるために、比較的小さい力が
必要とされるが、工作物を把持するためには、比較的大
きな力が必要とされる。そのようなピストンに与えられ
る力は、空気圧とピストンの面積との積に等しいので、
より大きなりランブカを得るためには、より大径のピス
トン・シリンダの使用またはより高圧の空気の使用が必
要となる。より大きな直径は、事実上また経済上の制限
があり、結局は、液圧作動のピストンが高いクランプ力
を必要とする用途に使用され、液圧装置は容易に100
0ρsiの圧力を与える。それは、液圧装置の比較的高
いコストを加える必要があるが、この液圧装置は心押し
台整列装置のような補助アタッチメントを作動させるた
めに使用することができる。液圧装置の多用途は、多項
目にわたってコストの低減に寄与する。
(発明が解決しようとする課題) 大抵の機械は、コンピュータ制御により電気的に作動さ
れる補助アタッチメントを備え、ある場合には、もっば
らクランプ機構の作動のための液圧装置を用意すること
が必要であるが、これは、クランプ機構の全コストが比
較的高くなることを意味する。したがって、要求される
高いクランプ力を生み出す比較的小寸法の、空気圧によ
り作動される作動装置が必要になる。
力を増すために使用される従来知られた多数の機械装置
があるが、いずれも、クランプ機構を作動させるために
要求され、ピストンにより容易に与えられる、比較的長
い直線的なストロークを便宜に与えることができない。
したがって、本発明の主たる目的は、圧縮空気により附
勢されたとき、比較的大きな力を与えることができる流
体作動の作動装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、比較的長い直線的なストロークと
組み合わされた力増加を与えることができる作動機構を
提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、直径が比較的小さい作動機
構を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明に係る工作物係合装置のための流体作動の作動機
構は、ピストンの面積と該ピストンの面に及ぼされる流
体圧との積に等しい力で工作物に向けて係合装置を動か
すピストンを備える。前記係合手段か工作物と係合する
とき、付加的な、比較的わずかなピストンの動きが、力
増加装置に流体供給の圧力を増加することなしに増加し
た係合力を与えさせる。作動機構の全運動量は、係合装
置の工作物への運動後にのみ機能し始めるカー増加装置
により制限されない。したがって、たとえば、通常の工
場汎用圧の圧縮空気が比較的高いクランプ力を与えるべ
く、工作機械のコレット、チャック等のために使用する
ことができる。
(実施例) 第1図ないし第3図を参照するに全体が参照番号10で
示された作動装置は、工作物16と係合する端部14を
有するクランプ・プランジャ12を含む。第1図におい
て作動装置10はその開位置にあり、第2図においてプ
ランジャ12の端部14は工作物16と係合すべく移動
されており、第3図において作動装置はそのカー増加位
置にある。第4図はカー増加機構の係合を理解するため
に参照される。
プランジャ12は、シリンダハウジング20に固定され
るパイロットカートリッジ18内に前後に軸線方向運動
可能に嵌合されている。シリンダハウジング20は、工
作物16を作動装置10に対する相対運動に抗して支持
するフレーム(図示せず)に取り付けられている。シリ
ンダハウジング20内に配置されているのは該シリンダ
ハウジング内において前後へ軸線方向運動可能のピスト
ン22である。ピストン22と一体のピストンロッド2
4はパイロットカートリッジ18の中心に配置されてお
りかつピストン22の延長部として作用する。シリンダ
ハウジング20は、図示のように配置されたカバー26
およびシール部材28.30によりシールをされている
。シール部材28.30は図示のようにOリングとする
ことができ、またはパツキンあるいはピストンリングの
ような従来知られた、他のタイプのシール部材であって
もよい。ピストン22の正面側32に対する流体は入口
34を介し、またピストンの背面側36に対しする流体
は入口38を介して流通する。
作動装置10の主な要素は、ピストンロッド24および
パイロットカートリッジ18に対して独立した軸線方向
運動を可能とするように配置された保持器40と、ピス
トンロッド24、パイロットカートリッジ18および保
持器40に対して独立した相対運動可能に配置された圧
力リング42と、ピストンロッド24、プランジャ12
および圧力リングの各傾斜面46.48および50であ
って、各隣接する傾斜面が■状のトラフを規定する傾斜
面に対して係合運動可能に配置されたローラ44と、保
持器40と圧力リング42との間に配置された固定用の
円錐ワッシャ52とである。理論上は、ただ1つのロー
ラ44が必要とされるが、力の釣合いのために、第4図
に示されるようにピストンロッド24の周りに120度
の間隔をおいて配置される少なくも3つのローラを使用
することが好ましい。固定用の円錐ワッシャ52は西ド
イツのアルブレヒト・マウラー社によって製造され、R
INGSPANNの商品名で販売されているタイプのも
のでよい。
ねじ54およびこれに関連するプレロードの圧縮ばね5
6は、ピストンロッド24およびクランプ・プランジャ
12の一体的運動を可能にするように設けられており、
他方、これらの要素は、第1図に示されたそれらの位置
から第2図に示された位置へ移動し、後に説明するカー
増加手段の作動のために、ピストンロッドとクランプ・
プランジャとの間の相対的な軸線方向運動を可能とする
。少なくとも1つの、望ましくは3つのねじ58および
これに関連する圧縮ばね60は、第1図および第2図に
示されるように突合せ関係にあるクランプ・プランジャ
12および保持器40を一体に結合するように設けられ
ており、それらの圧力リング42およびローラ44との
一体的な運動を可能にし、かつ第3図に示されるように
クランプ・プランジャおよび保持器から離れる相対運動
を可能とする。
作動時、作動装置10の要素は第1図に示されるように
配置されており、そこではクランププランジャ12の端
部14は、工作物14から間隔を置かれている。たとえ
ば、工作物に作動が完結されたとすれば、前の工作物は
取り除かれ、工作物16が図示の位置に移動され、加圧
流体(図示せず)が従来知られた適当な手段(図示せず
)により、入口34を経てピストン22の正面側32で
シリンダハウジング20に導入され、他方シリンダハウ
ジング内のピストンの背面側36で流体圧は入口38を
経て解除される。本発明は、実施上、圧縮空気の使用に
限定されないが、圧縮空気を作動流体として使用するこ
とが好ましく、その理由は圧縮空気は大抵の工場におい
て容易に使用することができかつ安価であることによる
。この圧縮空気は、ねじ54および圧縮ばね52により
一体に保持される作動装置10の諸要素を第2図に矢印
で示されるように工作物16に向けて一体的に移動させ
る。第1図の位置から第2図の位置への作動装置工0の
要素の移動長さは、事実上、本質的に制限されないが代
表的には数分の1インチないし数インチの範囲である。
プランジャ12の端部14が第2図に示すように工作物
に係合した後は、プランジャにその後の動きはない。ピ
ストン24は、そのような制限がなく、工作物に向けて
動き続ける。この連続したピストンロッド24の運動は
、ピストンロッド24の傾斜面46を第3図のローラ4
4に隣接するパイロットカートリッジ18の壁に向は矢
印で示された方向ヘローラ44を強制する。ローラ44
の結果的な運動は、プランジャ12および圧力リング4
2の各傾斜面48および50から離させる傾向を示し、
力の増加を伴なう直線カムまたはくさび作用を与える。
圧力リング42のプランジャ12から離れる軸線方向運
動は、固定用の円錐ワッシャ52をパイロットカートリ
ッジ18の壁に対して一層垂直な位置に向けて圧縮させ
る。円錐ワッシャ52の外周はばね60のプレロードに
より保持器の肩部で固定的に保持されるので、円錐ワッ
シャの周辺はカートリッジ18の内壁と係合し、次いで
これに割り込む。ばね60は、円錐ワッシャ52の予備
的な把持を与えるに充分子め圧縮されているが、クラン
プ・プランジャ12の工作物に対する力を大きく減する
には充分でない。結果として起こるシリンダのロックア
ウトは、圧力リング42の軸線方向運動を停止し、傾斜
面46.4B、50間のローラ44の継続するくさび作
用は、r作物16に及ぼされる増加したクランプ力を与
える。円錐ワッシャ52のくさび機能により、圧力リン
グを所定位置に保持する軸線方向力は工作物16に及ぼ
される推力と比例する。この推力は、眞記力の増加作用
なしにピストン22を介して工作物16に及ぼすことが
できる推力の倍数である。図示のように構成された1つ
の装置において、理論的な力の増加ファクターは約7.
5倍であり、達成される実際の増加ファクターは約4な
いし5倍である。
作動装置の最も実際的な寸法にとって、工作物16との
係合後のピストンの運動は1インチの数百分の1のオー
ダーであり、この運動は工作物が係合した後にのみ生ず
る。したがって、作動機構の全体の運動量は、ワークピ
ースへの移動とは関係のない距離の運動の後にのみ機能
し始めるカー増加手段によっては制限されない。
シリンダハウジング20に使用される流体は、作動装置
のウェット部の構造材料に適する適当な圧力の液体また
は気体とすることができる。作動装置10のカー増加作
用は、工場作業に通常使用できる圧力の圧縮空気の使用
を可能とする。
ローラ44は直線カムまたはくさび作用を与えるべく傾
斜面46,48.50と係合するように示されたが、ロ
ーラ以外の形状を同様に使用できることが当業者に理解
されよう。たとえば、ボールを設けることができ、その
場合傾斜面46゜48.50は、これに形成された対応
する丸味を持った溝を備える。同様に、チャックレバー
、輪止めまたは他のくさび手段を使用することができる
図示以外の固定手段を用いることができ、たとえば、第
5図ないし第7図は、そのような他の手段を示し、該手
段はこれまでに参照した図面に使用されたと同一の参照
番号で示された同じ機能の要素を備える。
第5図は、第1図ないし第3図の固定装置を示すが、第
2の圧力リング62および圧力リング42と圧力器40
との間に示された固定用の円錐ワッシャ64の第2の積
層体を示している。
第5図の配置は、−組のみの固定用円錐ワッシャを使用
し、第1図ないし第3図の配置の場合と同じロードでの
固定力が約2倍である。
第6図は、固定要素が内径が先細るスロットを持ったブ
ツシュ66である変形例を示す。
第7図における固定要素は弾性リング66であり、該弾
性リングはゴムまたは弾性を有する合成材料からなる。
第8図は本発明の他の実施例を示し、この実施例は、た
とえば、自動回転または研削機において、内部の棒スト
ック機能を有する回転スピンドルと共に使用するための
回転可能な作動装置である。この場合においてコレット
またはチャックの開閉を行う作動装置の作用は、第1図
ないし第3図に示した作動装置10の場合と同様にピス
トンが移動する作動装置の端部に生じない。作動装置の
作用は、ピストンが移動する方向とは反対の作動装置の
端部において生ずるが、後に説明するように、作動原理
は第1図ないし第3図に示した実施例におけると同じで
ある。
第8図の作動装置は全体に参照番号100で示されてお
り、該作動装置はクランプ・プランジャ112を含み、
該プランジャにはねじ付きのリテーナ114により引張
管116が固定的に取り付けられている。引張管は、作
動装置100の中央に配置されており、該作動装置に関
して軸線方向へ前後動可能である。この運動は、作動装
置100が取り付けられるスピンドル121の曲部に取
り付けられたコレットまたはチャック機構(図示せず)
を作動させる。プランジャ112はシリンダハウジング
120に固定的に取り付けられるパイロットカートリッ
ジ118内に前後に軸線方向運動可能に嵌合されている
。シリンダハウジング120は、端部材126により一
端に近接されており、該端部材はカラー123およびね
じ付きりテーカ125によりスピンドル121の後端に
固定的に取り付けられている。シリンダハウジング12
0内に近接して配置されたピストン122は、シリンダ
ハウジング内で前後に軸線方向運動可能である。ピスト
ン122に固定的に取り付けられたピストンスリーブ1
24は、パイロットカートリッジ118の中央に配置さ
れている。シリンダハウジング120は、さらに図示の
ように配置されたシール部材128,129゜130に
よりシールをされている。シール部材128ないし13
0は、図示のようにOリングとすることができ、パツキ
ンあるいはピストンリングのような従来知られた他のタ
イプのシール部材でもよい。ピストン122の正面側1
32との流体の流通は、回転空気供給装置138と連通
する人口134を介して行われる。流体流通手段(図示
せず)は、回転空気供給装置138とピストン122の
背面側136との間に設けられている。
作動装置100の主な要素は、ピストンスリーブ124
およびパイロットカートリッジ118に対して独立した
軸線方向運動を行うように配置された保持器140と、
ピストンスリーブ124、パイロットカートリッジ11
8および保持器140に対して独立した軸線方向運動を
行うように配置された圧力リング142と、ピストンス
リーブ124、プランジャ112および圧力リング14
2の各傾斜面146.148,150に対する相対的な
係合運動を行うように配置されたローラ144と、保持
器140と圧力リング142との間に配置された固定用
の円錐ワッシャ152とである。理論的にはただ1つの
ローラ140が必要とされるが、力の釣合いのために、
ピストン124の周りに120度の間隔で配置された少
くとも3つのローラを使用することが好ましい。
少なくも1つの、好ましくは3つのねじ154およびこ
れと関連するプレロードの圧縮ばね156がピストンス
リーブ124およびプランジャ112の一体的な運動を
与えるために設けられ、一方これらの要素は開位置(図
示せず)からi8図のクランプ位置へ移動し、後に説明
するカー増加手段の作動のためにピストンスリーブとプ
ランジャとの間の相対的な軸線方向運動を可能にする。
少なくも1つの、好ましくは少なくも3つのねじ158
とこれに関係する圧縮ばね160は、図示のようにプラ
ンジャ112と保持器140とを突合せ関係に結合し、
作動装置100がその開位置く図示せず)にあるとき、
圧力リング142とローラ144とを一体に運動させか
つ第8図に示されるようにプランジャと保持器とから離
れる相対運動を可能にする。
第8図の作動装置100の作動は、第1図ないし第3図
の作動装置10の作動と木質的には同じであるが、相違
するところは、作動装置100の場合、工作物への力の
伝達は引張管116を介して行われ、他方、作動装置l
Oの場合、工作物に対する力の伝達はクランプ・プラン
ジャ112を介して行われる点にある。作動装置100
の付加的な特徴は、スピンドル速度でローラ144に生
ずる遠心力が把持力を増加する傾向を持ち、したがって
シリンダハウジング120の直径の低減および/または
流体供給圧の低減を可能にすることである。
くさび機構および固定手段の変形に関する前記の説明は
、ここでも同様に適用できる。
第8図は本発明の変形例を示し、本質的にシリンダハウ
ジング120、ピストンスリーブ124、保持器140
、パイロットカートリッジ118間に形成され、図示の
ようにシール部材130,164,166により絶縁さ
れる追加のシリンダハウジング162を与える。この場
合、ピストンは保持器140である。追加的なシリンダ
バウンシング162は、流体の人口および出口(ともに
図示せず)を備える。追加的なピストンとして作用する
保持器は、いくつかの利点を有する。第1に、作動装置
の工作物との係合へのより早い動きが達成される。第2
に、保持器140はそ第1だけで予備的なりランプのた
めに使用することかでき、他方工作物の適当な位置決め
および真の走行かカー増加による把持航に確認されかつ
修正される。第3に、追加的なシリンダハウジング16
2への圧力供給は、固定手段の機能を増す。第4に、機
械的な固定手段は、流体を追加的なシリンダハウジング
162に導入するために使用できる場合、全て排除する
ことができる。後者の場合、保持器140および圧力リ
ング142は単一の要素からなり、液体の被圧縮性は該
単一要素のローラ144から離れる運動を阻止する。液
体は高圧で供給されることを要せず、クーラントのよう
な適用できる液体の使用が存利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による作動装置をその開位置で示す横
断面図である。 第2図は、工作物がまさに係合した位置における、第1
図に示した作動装置の横断面図である。 第3図は、カー増加が適用された位置における、第1図
に示した作動装置の横断面図である。 第4図は、第1図の作動装置の断面図である。 第5図ないし第7図は、第1図に示した作動装置の固定
手段の他の実施例を示す詳細図である。 第8図は、ロータリスピンドルを存する機械と共に使用
するための、本発明に従って構成された作動装置をその
閉位置において示す横断面図である。 10゜ 12・ 16・・ 18・・ 20・・ 22・・ 24・・ 40・・ 42・・ 44・・ 52・・ 100・・・作動機構、 ・クランプ・プランジャ、 ・工作物、 ・パイロットカートリッジ、 ・シリンダハウジング、 ・ピストン、 ・ピストンロッド、 ・保持器、 ・圧力リング、 ・ローラ、 ・円錐ワッシャ。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)工作物との係合手段を作動させる機構であって、
    前記係合手段と前記工作物との係合および前記工作物の
    第1の力との係合を生じさせるべく選択された距離だけ
    保持手段を移動させる第1の作動手段と、前記係合手段
    の前記工作物との係合後、第1の力の整数倍である第2
    の力で前記工作物の前記係合手段との係合を生じさせる
    、第1の作動手段と協働する第2の作動手段とを含む、
    工作物係合手段の作動機構。
  2. (2)前記係合手段が前記工作物と係合した後、前記第
    1の作動手段のその後の運動が前記第2の作動手段に入
    力を与える、請求項(1)に記載の作動機構。
  3. (3)前記第1の作動手段は流体作動のピストン手段を
    含む、請求項(1)に記載の作動機構。
  4. (4)前記第2の作動手段はくさび手段を含む、請求項
    (1)に記載の作動機構。
  5. (5)前記ピストン手段は、ハウジング手段と、該ハウ
    ジング手段と共に前後に相対的軸線方向運動可能に前記
    ハウジング手段内に配置され、第1および第2の側を有
    するピストン手段と、前記ピストン手段の前記第1の側
    で前記ハウジング手段に加圧流体を導入しかつ前記ピス
    トン手段の前記第2の側で加圧流体の圧力を解除する手
    段と、前記加圧流体が前記ピストン手段の前記第1の側
    で前記ハウジング手段に導入されかつ前記加圧流体の圧
    力が前記ピストン手段の前記第2の側で解除されたとき
    、前記工作物係合手段の前記工作物への運動を引き起こ
    すように前記ピストン手段に連結されたピストン延長手
    段とを含む、請求項(3)に記載の作動機構。
  6. (6)前記くさび手段は、前記ピストン延長手段に形成
    された第1の傾斜面と、前記工作物係合手段に前記軸線
    方向運動および前記クランプ力を伝達する部材と、前記
    伝達部材に形成された第2の傾斜面であって前記第1の
    傾斜面と共に第1のV状のトラフを形成する第2の傾斜
    面と、前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面との間に滑
    動可能に配置され、前記工作物係合手段が前記工作物に
    係合した後、前記ピストンの延長手段のその後の運動が
    前記第1のV状のトラフの頂点から離され、増大した力
    でのクランプを生じさせる可動手段とを含む、請求項(
    5)に記載の作動機構。
  7. (7)さらに、推力手段と、該推力手段に形成された第
    3の傾斜面であって前記第1の傾斜面と共に第2のV状
    トラフを形成しかつ前記第2の傾斜面と共に第3のV状
    トラフを形成する第3の傾斜面と、前記第1、第2およ
    び第3のV状トラフの間に滑動可能に配置され、前記係
    合手段が前記工作物と係合した後、前記ピストンの延長
    手段のその後の運動が前記可動手段を前記第2および第
    3のV状トラフの頂点に向けて強制し、さらに、前記可
    動手段が前記第2および第3のV状トラフの頂点に向け
    て強制されるとき、前記推力手段の前記可動手段から離
    れる実質的な運動を阻止する固定手段とを含む、請求項
    (6)に記載の作動機構。
  8. (8)前記固定手段は固定用円錐ワッシャからなる、請
    求項(7)に記載の作動機構。
  9. (9)前記工作物に係合させるべく、また前記工作物に
    係合後前記係合手段に力の増加を与えるべく前記係合手
    段を選択された距離移動させる機構であって、 プランジャ手段と、パイロットカートリッジであって内
    部に前記プランジャ手段が前後に軸線方向運動可能に嵌
    合されるパイロットカートリッジと、該パイロットカー
    トリッジに固定され、該パイロットカートリッジに軸線
    方向へ整列するシリンダハウジングと、第1および第2
    の面を有し前記シリンダハウジング内に配置されかつ該
    シリンダハウジングと共に前後に軸線方向へ運動可能の
    ピストンと、前記パイロットカートリッジの中央に配置
    され、前記ピストンの延長部として作用するピストンロ
    ッドと、前記ピストンの第1および第2の面とそれぞれ
    流体連通可能に前記シリンダハウジング内に形成された
    第1および第2の流体連通手段と、前記ピストンロッド
    と前記パイロッドカートリッジに対して独立した軸線方
    向運動可能に配置された保持器手段と、前記ピストンロ
    ッド、前記パイロットカートリッジおよび前記保持器手
    段に対して相対的に独立した軸線方向運動可能に配置さ
    れた圧力リング手段と、前記ピストンロッドに設けられ
    た第1の傾斜面と前記プランジャ手段に設けられた第2
    の傾斜面と、前記圧力リング手段に設けられた第3の傾
    斜面とを含み、 前記第1、第2および第3の傾斜面は、前記第1の傾斜
    面と第2の傾斜面との間、前記第2の傾斜面と前記第3
    の傾斜面との間および前記第3の傾斜面と前記第1との
    傾斜面との間にそれぞれV状のトラフを形成し、さらに
    、前記第1、第2および第3の傾斜面に対して相対的係
    合運動可能に配置されたローラと、前記保持器手段の面
    と前記圧力リングの面との間に配置された自己固定手段
    であって前記機構が前記力の増加を与えるとき前記プラ
    ンジャ手段に対して前記保持リングを固定的に保持する
    自己固定手段とを含む、工作物係合手段を移動させる機
    構。
  10. (10)前記プランジャ手段は前記工作物と係合する、
    請求項(9)に記載の工作物係合手段を移動させる移動
    機構。
  11. (11)前記プランジャ手段は引張管手段に作動的に連
    結されており、該引張管手段は前記係合手段の作動を引
    き起こす、請求項(9)に記載の工作物係合手段を移動
    させる機構。
  12. (12)前記自己固定手段は、前記パイロットカートリ
    ッジの内面と係合しかつ前記機構が前記力増加を与える
    とき、シリンダのロックアウトを与える固定用円錐ワッ
    シャからなる、請求項(9)に記載の工作物係合手段を
    移動させる機構。
  13. (13)さらに、前記パイロットカートリッジ、前記シ
    リンダハウジング、前記ピストンスリーブおよび前記保
    持器により規定された追加的なシリンダハウジング含む
    、請求項(9)に記載の工作物係合手段を移動させる機
    構。
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