JPH03264203A - 工作機械スピンドル内の工具または加工物クランプ装置の作動装置 - Google Patents

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 この発明は、ばね装置の力の元で工作機械スピンドルの
締結方向で軸方向に変位可能なクランプバーと、スピン
ドルとクランプバーとの間で動作し、３個の円錐面にそ
れぞれ係止する移動自在なボールを有する第１くさび伝
達装置であって、第１円錐面が、クランプバー上で軸方
向に変位自在なクランプスリーブ上に設けられ、第２円
錐面が、クランプバーに接続したクランプリング上に設
けられ、第３円錐面がスピンドルに対して静止配置され
た支持リング上に設けられている前記第１くさび伝達装
置と、ばね装置とクランプスリーブとの間でクランプバ
ー上を軸方向に変位自在で締結方向でクランプスリーブ
に作用する圧力スリーブと、締結方向とは反対方向の解
除工程移動の第１段階でまずクランプスリーブに作用し
、第２段階でクランプバーの環状肩部に作用するピスト
ンを有するピストン、シリンダ装置とを備えた、工作機
械スピンドル内の工具または加工物クランプ装置の作動
装置に関する。

従来の技術 この種の公知作動装置（エイ・オツド・ケンブテン社の
文献「精度の良い工具スパナ」、１９８６年版、第３頁
を参照）においては、くさび伝達装置が締結（クランプ
）動作で働き、ばね装置からクランプバーに作用する力
を増大させて工具または加工物クランプ装置の引き込み
力（締結力）を高めている。さらに、くさび伝達装置は
締結状態においてスピンドルに対してクランプバーをロ
ックする働きもするので、例えば、ばねの破損によりば
ね装置が故障した場合や、大きな引き出し力が締結方向
と反対方向に工具や加工物に作用した場合でも、クラン
プ装置によって締結された部材の位置を確実に保持でき
る。

発明が解決しようとする課題 上記公知の作動装置では、ピストン、シリンダ装置はば
ね装置に応力を与えクランプバーの前端のコレットを開
放するだけではなく、スピンドルから工具を取り出す（
エジェクトする）働きもする。しかし急なテーパ角を持
つ工具の場合、スピンドルの高速回転でスピンドルの円
錐もしくはテーパ受は部が拡がり、ばね装置の作用のも
とて上記円錐もしくはテーバ受は部内へ工具がさらに引
き込まれるという問題が生じる。したがって、工具取り
出し動作は焼ばめ式の嵌め合いに打ち勝たなければなら
ない。さらに、高速スピンドル回転では、遠心力の影響
によりボールは支持リングの円錐面とクランプリングと
の間のくさび型環状間隙に押入され、その結果クランプ
力が異状に増大する。したがって、工具を取り出すのに
大きな取り出し力が必要になる。この高エジェクション
力を得るためには、それ相応に大形であるか上記目的に
合う高動作圧力のピストン、シリンダ装置を作動装置に
設ける必要がある。また、工具または加工物の締結力を
増大しようとすると、ばね装置の大きさを増すしかなく
そのためにはピストン、シリンダ装置のサイズや動作圧
力の大きさを増さなければならないという問題がある。

したがって、この発明の目的は上記のような従来装置の
もつ問題点に鑑み、装置の寸法を増大すること無く取り
出し力、引き込み力を高めた上記の種類の工具または加
工物クランプ装置の作動装置を提供するにある。

この発明は上記の目的を達成するために、移動自在なボ
ール（２１）を有する第２くさび伝達装置を圧力スリー
ブ（１２）とクランプスリーブ（１３）との間に設け、
各ボール（２１）は、２個のスリーブ（１２，１３）の
相互対向端（１２ａ、　１３ａ）の所で互いに反対方向
に傾斜した２個の円錐面（２２，２３）に係止すると共
に、スピンドル（２）に対し静止スリーブ（１２，１３
）に対して同心的に配置されたリング（１５）上で相互
に反対方向に傾斜した２個の円錐面（２４，２５）に順
次係止し、ばね装置（１１）に対向する第１円錐面（２
４）は円錐状をなしてばね装置側へ延び、クランプスリ
ーブ（１３）に対向する第２円錐面（２５）は円錐状を
なしてクランプリング（１４）側へ延び、しかして、ば
ね装置（１１）による圧力スリーブ（１２）の締結工程
移動の開始時に、第２くさび伝達装置（ｌＯ）のボール
（２１）が第１円錐面（２４）に係合し、クランプスリ
ーブ（１３）に作用して移動増幅効果を生じ、締結工程
移動の第２段階でボール（２１）は第２円錐面（２５）
に係合し、クランプスリーブ（１３）に作用して力増大
効果を生じ、ピストン、シリンダ装置（７ａ、８）によ
って生じて反対方向に向かう解除工程移動の最終段階で
、第１円錐面（２４）に係合し圧力スリーブ（１２）を
ばね装置（１１）側へ作用して力増大効果を生じる作動
装置からなる。

締結工程移動の第２段階では、第２くさび伝達装置のボ
ールがまずクランプスリーブを押圧することによってば
ね力が増大される。

そこでクランプスリーブは、クランプリングおよび支持
リング上の円錐面間の第１くさび伝達装置のボールを押
圧して第２力増幅効果を得る。その結果ばね力は２回増
幅され、クランプバーは増大力をもって工具または加工
物をスピンドル内へ引き込む。ピストンの解除工程移動
においては、ボールは第２くさび伝達装置の第１円錐面
の領域内に再び入るので、ばね装置に向かうピストン力
が増大される。このため、ピストン力のほんの一部分に
よってばね装置に１０分の数ミリ程度の予備応力を与え
ることができる。ばねに予備応力効果を与えるのに必要
な力が低レベルであるので、より大きなピ゛ストンカを
工具の取り外しに利用できる。また、公知の作動装置に
さらにスペースを追加する必要がないということがこの
発明の作動装置の他の利点である。したがって、既存の
作動装置の部品をこの発明の装置のものに変えエジェク
ション力およびクランプ力を大きくすることができる。

実施例 以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。

第１図は、工作スピンドル２内に嵌入される工具クラン
プ装置ｌの全体を示す。第１図の上半部は工具クランプ
装置の解除位置を示し、下半部は締結位置を示す。クラ
ンプバー３はその軸Ａの方向においてスピンドル２に対
して軸方向変位可能であり、工具側の端部にコレット４
を担持している。そしてコレット４は、急テーパ角のシ
ャンク６を持つ工具の引き込み柱部−５に係合する。一
方、上記装置のシリンダハウジング７はスピンドル２に
螺合固定され、シリンダ７ａ内で摺動自在なピストン８
を持つ水圧ピストン、シリンダ装置を収容している。シ
リンダハウジング７には第１．第２くさび伝達装置９．
ｌＯも設けてあり、これらの装置の構成、動作について
は後に第２図〜第４図を参照して詳細に説明する。複数
個の板ばねからなるばね装置１１もクランプバー３を取
り囲んでいる。ばね装置１１の一端はスピンドル２の肩
部２ａで支持され、他端はクランプバー３上を軸方向に
変位自在な圧力スリーブ１２によって支持されている。

第１くさび伝達装置９は、クランプバー３上を軸方向に
変位可能なクランプスリーブ１３と、クランプバー３の
環状肩部３ａを介して該クランプバー３に固定接続する
クランプリング１４と、環状肩部７ｂに支持されかつシ
リンダハウジング７に固定嵌入された支持リングＩ５と
、３個の円錐面１７．１８．１９にそれぞれ係止し移動
自在な複数個のボール１６とを備えている。第１円錐面
１７はクランプスリーブ１３上に、第２円錐面１８はク
ランプリング１４上に、第３円錐面１９は支持リング１
５上にそれぞれ設けられている。クランプスリーブ１３
にはボール１６用の滞留溝２０も設けである。圧力リン
グ１２とクランプスリーブＬ３との間に設けた第２くさ
び伝達装置ＩＯも、圧力リング上の円錐面２２、クラン
プスリーブ１３に設けられた円錐面２３に係止し、かつ
第１円錐面２４．第２円錐面２５と順次係止する複数個
の移動自在のボール２１を有している。円錐面２４．２
５は、第３円錐面１９とばね装置１１との間の支持リン
グＩ５の領域に設けると好適である。２個の円錐面２４
゜２５は、スピンドルハウジング７内に静止配置された
別々のリング上に設けることもできる。

第１円錐面２４と第２円錐面２５とは互いに反対方向に
傾斜し、第１円錐面２４は円錐状もしくはテーパ状をな
してばね装置側へ延び、クランプスリーブ１３に対向す
る第２円錐面は円錐状もしくはテーパ状をなしてクラン
プリング１４側へ延びる。圧力スリーブ１２の端面１２
ａとクランプスリーブ１３の端面１３ａとにそれぞれ設
けた円錐面２２．２３も互いに反対方向に傾斜している
。また、クランプバー３の環状肩部３ａは複数個の軸方
向穴２６を有し、これらの穴には圧力ピン２７が摺動自
在に設けられている。圧力ビン２７の一端はピストン８
に係止し他端はクランプスリーブ１３に係止している。

締結工程移動の開始時に、作動装置の各部材は第２図の
位置を取る。第１図の上半部に示すようにコレット４は
開いている。シリンダ７ａ内の圧力が除去されると、ば
ね装置１１は圧力スリーブ１２を右側Ｂ方向へ押す。円
錐面２２の作用によって、ボール２１は支持リング１５
の第１円錐面２４の所で径方向内側へ動かされる。そし
て、ボール２１はクランプスリーブ１３の円錐面２３を
押圧する。圧力スリーブ１２の締結工程移動の上記第１
段階で移動増幅効果が得られる。すなわち、クランプス
リーブ１３は圧力スリーブ１２よりも長距離右側へ移動
する。クランプスリーブ１３の右側への移動に伴い、ボ
ール１６はクランプリング１４の円錐面１８に係合して
リング１４を右へ押しやる。したがって、クランプバー
３はクランプリング１４によって右側締結方向Ｓへ押さ
れるので、コレット４が閉じ、引き込み柱部５の作用に
より最初は低レベルの力で工具をスピンドル２の円錐受
部２ｂへと引き込む。

ボール２１は支持リング１５の径方向最狭点を通過した
後に、第３図に示すように支持リング１５の第２円錐面
２５に係合する。第２円錐面２５は第１円錐面２４と反
対方向に傾斜しているので、力増幅効果が生じる。ばね
装Ｍｌｌは円錐面２３．２５間の減少テーパ環状間隙へ
ボール２１を押入するので、ばね装置内に蓄えられた軸
方向の力が上記力増幅効果を伴ってクランプスリーブ１
３へ伝達される。

すると、クランプスリーブ１３の円錐面Ｉ７が、円錐面
１８．１９間の減少テーパ環状間隙へボール１６を押入
するので第２力増幅効果が得られる。ボール１６はクラ
ンプリング１４に係合し、該リング１４およびこれに固
定接続したクランプバー３を右側の締結方向Ｓへ高レベ
ルの力で押すので、ばね装置が発生する軸方向の力より
も実質的に大きな高引き込み力によって工具が円錐受は
部２ｂ内へ引き込まれる。締結工程移動中、クランプス
リーブ１３はクランプバー３上で変位するので、ピスト
ン８は圧力ピン２７によって右側へ変位されて環状肩部
３ａから離間する。締結工程移動の終わりに作動装置の
部材は、第４図に示す位置値を取る。

この位置は解除工程移動の開始位置でもある。工具を解
除してスピンドル２から取り外す時は、シリンダ７ａに
圧力を与える。ピストン８は圧力ビン２７を介してクラ
ンプスリーブ１３を左側すなわち締結方向Ｓと反対側へ
変位する。スリーブ１３の円錐面２３はボール２１を押
圧し、該ボールは圧力スリーブ１２を左側へ押す。ボー
ル２１が係止する第２円錐面２５はこの移動に関しては
径方向内方左側へ狭まっているので、解除工程移動の第
１段階において、クランプスリーブ１３と圧力スリーブ
１２との間に移動増幅効果が得られる。すなわち、解除
行程移動の第１段階で圧力スリーブ１２はクランプスリ
ーブ１３よりも長距離左側へ移動する。

そして、圧力スリーブ１２はばね装置に予備応力を与え
る。解除工程移動の第１段階では、ピストン８はクラン
プバー３の環状肩部３ａにも係合する。クランプスリー
ブ１３は解除工程移動の第１段階の際、ボール１６を滞
留溝２０へ送り込む程度まで左へ変位される。ピストン
８が環状肩部３ａに係合すると、直ちにクランプバー３
はクランプリング１４．クランプスリーブ１３と一緒に
左方へさらに変位され、第１図の上半部に示すように、
コレット４が引き込み柱部５を解除しコレットホルダ４
ａが引き込み柱部５に係着するまで上記の変位が行なわ
れる。ホルダ４ａが引き込み柱部５に接触する直前に、
ボール２１は支持リング１５の最狭部を通過し第１円錐
面円錐に係合する。

クランプスリーブ１３の円錐面２３はボール２１を円錐
面２２．２４間のくさび形環状間隙内へ押入するのでピ
ストン８による力が増大し、この増大した力の作用の元
で圧力スリーブ１２は左方へさらに押しやられる。ばね
装置１１に与える予備応力はせいぜい１０分の数ミリ程
度でよく、クランプスリーブ１３を左へ押すのに要する
力は力の増大効果により小さくてよい。ばね装置１１に
予備応力を与えるのに要する力が小さいから、ピストン
力の大部分が工具の取り出しに利用できる。ホルダ４ａ
が引き込み柱部５に係着した時、ピストン８の解除工程
移動の最後の段階で工具の取り外し動作が行われる。

クランプバーの軸Ａに対する第１円錐面２４の傾斜角α
は１５°から７５″好ましくは約４５＠であ、る。また
、クランプバーの軸Ａに対する第２円錐面２５の傾斜角
βは１０’から３０°好ましくは約２０’である。圧力
スリーブ１３の円錐面２２がクランプバーの軸Ａに対し
てなす傾斜角γが４５６から９０″′の範囲、好ましく
は約７５°である。さらに、第２くさび伝達装置ｌＯの
クランプスリーブ１３の円錐面がクランプバーの軸Ａに
対してなす傾斜角δは１５°から７５°の範囲、好まし
くは約４５°である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の工具クランプ装置の全体を示す縦断
面図、第２図は締結工程移動の開始段階および解除工程
移動の最終段階におけるこの発明の作動装置の実施例の
要部を示す縦断面図、第３図は中間位置における同上の
要部を示す縦断面図、第４図は締結工程移動の最終位置
もしくは解除工程移動の開始位置における同上の要部を
示す縦断面図である。 ２・・・スピンドル　７ａ、８・・・ピストン、シリン
ダ装置ｌＯ・・・第２くさび伝達装置　　１１・・・ば
ね装置ｌ２・・・圧力スリーブ １２ａ、　１３ａ・・・端　面 １５・・・リング ２２．２３，２４，２５・・・円錐面 １３・・・クランプスリーブ １４・・・クランプリング ２１・・・ボール

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ばね装置の力の元で工作機械スピンドルの締結方向
   で軸方向に変位可能なクランプバーと、スピンドルとク
   ランプバーとの間で動作し、３個の円錐面にそれぞれ係
   止する移動自在なボールを有する第１くさび伝達装置で
   あって、第１円錐面が、クランプバー上で軸方向に変位
   自在なクランプスリーブ上に設けられ、第２円錐面が、
   クランプバーに接続したクランプリング上に設けられ、
   第３円錐面がスピンドルに対して静止配置された支持リ
   ング上に設けられている前記第１くさび伝達装置と、ば
   ね装置とクランプスリーブとの間でクランプバー上を軸
   方向に変位自在で締結方向でクランプスリーブに作用す
   る圧力スリーブと、締結方向とは反対方向の解除工程移
   動の第１段階でまずクランプスリーブに作用し、第２段
   階でクランプバーの環状肩部に作用するピストンを有す
   るピストン、シリンダ装置とを備えた、工作機械スピン
   ドル内の工具または加工物クランプ装置の作動装置であ
   って、移動自在なボール（２１）を有する第２くさび伝
   達装置を圧力スリーブ（１２）とクランプスリーブ（１
   ３）との間に設け、各ボール（２１）は、２個のスリー
   ブ（１２、１３）の相互対向端（１２ａ、１３ａ）の所
   で互いに反対方向に傾斜した２個の円錐面（２２、２３
   ）に係止すると共に、スピンドル（２）に対し静止スリ
   ーブ（１２、１３）に対して同心的に配置されたリング
   （１５）上で相互に反対方向に傾斜した２個の円錐面（
   ２４、２５）に順次係止し、ばね装置（１１）に対向す
   る第１円錐面（２４）は円錐状をなしてばね装置側へ延
   び、クランプスリーブ（１３）に対向する第２円錐面（
   ２５）は円錐状をなしてクランプリング（１４）側へ延
   び、しかして、ばね装置（１１）による圧力スリーブ（
   １２）の締結工程移動の開始時に、第２くさび伝達装置
   （１０）のボール（２１）が第１円錐面（２４）に係合
   し、クランプスリーブ（１３）に作用して移動増幅効果
   を生じ、締結工程移動の第２段階でボール（２１）は第
   ２円錐面（２５）に係合し、クランプスリーブ（１３）
   に作用して力増大効果を生じ、ピストン、シリンダ装置
   （７ａ、８）によって生じて反対方向に向かう解除工程
   移動の最終段階で、第１円錐面（２４）に係合し圧力ス
   リーブ（１２）をばね装置（１１）側へ作用して力増大
   効果を生じる作動装置。 ２、請求項１において、支持リング（１５）上の第２く
   さび伝達装置（１０）の第１、第２円錐面（２４、２５
   ）が、第３円錐面（１９）とばね装置（１１）との間の
   伝達装置領域内に設けられている作動装置。 ３、請求項１または２において、クランプバーの軸（Ａ
   ）に対する第１円錐面（２４）の傾斜角（α）が１５°
   から７５°好ましくは約４５°である作動装置。 ４、請求項１ないし３のいずれかにおいて、クランプバ
   ーの軸（Ａ）に対する第２円錐面（２４）の傾斜角（β
   ）が１０°から３０°好ましくは約２０°である作動装
   置。 ５、請求項１ないし４のいずれかにおいて、圧力スリー
   ブ（１２）の円錐面（２２）がクランプバーの軸（Ａ）
   に対してなす傾斜角（γ）が４５°から９０°好ましく
   は約７５°である作動装置。 ６、請求項１ないし５のいずれかにおいて、第２くさび
   伝達装置（１０）のクランプスリーブ（１３）上の円錐
   面（２３）がクランプバーの軸（Ａ）に対してなす傾斜
   角（δ）が１５°から７５°好ましくは約４５°である
   作動装置。