JPS6099507A - 工作機械に於けるチヤツキング用回転流体圧シリンダ−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】 ックを操作するために用いられる回転流体シリンダーの
機能向上を図るための装置に関する。

近時、高速切削を目的とした旋盤主軸回転数の向上には
著しいものがあるが、高速化の難点の１つにパワーチャ
ック作動用回転流体シリンダーの発熱の問題がある。こ
の圧力媒体としては油圧又は空圧を用いるものが一般化
しているが、特に油圧を用いるものに於いては回転する
シリンダーに油圧を供給するため、流体回転継手部での
発熱が大きい、この主原因の１つに回転流体シリンダー
は非回転時、これと連結されたチャックを操作し被加工
物を把握するが、切削加工を行う回転中も旧握力保持又
は安全の目的で常に回転流体シリンダーに圧力媒体が供
給されておシ、この匣ノｙ　ｆｔ１体が粘性の大きい圧
油の場合、流体回転継手内の回転軸表面と固定ケーシン
グ内壁面との微小隙間内に漏出することにより充満して
いる油が、軸面の高い周速により粘性摩擦を受けるため
で、この発熱は速度の二乗に比例して増大することが知
られている。

上記対策の１つに特開昭５５−１５２９９１号の如く隙
間を形成する壁面の相対速度を低下させる方法が提案さ
れているが、微小隙間が二重に配置される構成から漏れ
損失が増大する欠陥がある。この漏れ損失も前記粘性摩
擦につぐ発熱原因の１つで微小隙間を圧油が漏出すると
とによシ圧油自身の持っていたエネルギーが熱変換され
ることによる発熱で、やがては装置全体の温度を上昇さ
せることになる。

この対策としては、部品精度の向上を図ることによって
更に隙間を微小化することが考えられるが、微小隙間内
に於いては隙間の二乗に反比例して前記粘性摩擦が増大
することが判明しているので、発熱対策としての効果は
期待できない。

これらの発熱は回転流体シリンダーの熱変形を生み、流
体効率の低下を招くばかシでなく、前記したように装置
全体の温度を」１昇させて各種弊害の原因となさしめる
のであシ、発生した熱の処理対策としてはシリンダー自
身に冷却ファンを取付けて放熱を促進させるもの、発熱
部に熱交換器部材としてのピー１〜パイプを埋込み各部
に熱を導出するもの、発熱部附近に外気を導入しこの熱
の一部を持去るものなどがあるが、何れも充分な効果が
得られていない。このため回転流体シリンダー装置とは
別に流体を循環使用するものに於いては、特別な冷却機
器を用いるものも少なくない。

省エネルギー的見地からは、これらの冷却エネルギー及
び発熱に要したエネルギーは全て無駄なものであシ、本
発明者の実験によれば貫通穴径１２．０　ａｍの回転油
圧シリンダーに油圧力２５　ｋｇ／ｃ１ｊを加えて回転
させたとき、粘性摩擦による動力損失は１５００　ｒ−
ｐ−ｍに於いて約１・５ＫＷ／Ｉ−１の機械エネルギー
が熱に変換されるものとなっている。

本発明は如」二の課題に苅し、回転流体シリンダー内に
送圧した圧力媒体を密封する逆止弁手段と、蜜月した圧
力媒体が万一漏出してイカ低下を来たしたシ、密封／ｊ
−カ媒体の温度変化により圧力変化を来たしたシするこ
とを緩和する蓄圧ＢＷと、密封した圧力媒体の圧力を監
現する検出手段とを供えたことを特徴とする。しかして
、チャックが工作物を把握後も依然圧力保持又は安全の
ため引続き送圧していた圧力媒体を、工作物の把握後は
遮断可能となさしめるのであって回転中の粘性摩擦及び
油漏れ損失による発熱を一挙に解決することのできたも
のである。

以下、本発明実施の一例を添附図面にもとづいて説明す
る。第１図は本発明装置の縦断面図である。

■はシリンダ一本体、２はヒストンロッド、３はピスト
ンである。こ！にシリンダ一本体内の油室は該ピストン
３により左右の二重４ａ、４ｂに分割され、５はＯリン
グである。６は前記ヒストンロッド２に嵌挿される回転
バルブであって、インロ一部には油の流入をロックする
逆止弁手段７．７１が組込まれて、前記シリンダ一本体
１に対しボ／ｌ／　Ｉ・８を使用して接合されてなる。

図示例でピストンロッド２の右端はドローチューブに連
結され、後述するピストン３の左右動でチャック本体の
ショー（何れも図示せず）を上下動させて工作物の把持
或は解放が行われるようになされる。

回転バルブ６は外形が二段の対状段部に１、Ｋ２に構成
されてなシ、下段にはスリーブボディ９が設けられる。

こ＼にクリープボディ９内部にはスリーブ１０が次の如
くして設けられる。即ち、スリーブ１０の両端に嵌込ん
だベアリング１１．１１１の一方（図示例では１１）は
直接に回転パルプの内側壁に当接され、他方のベアリン
グ（図示例では１１１）はボルト１２によりスリーブボ
ディ９に接合させたスリーブカバー１３の内側壁へ当接
されるようになされる。まだ該下端部の端縁部にはスト
ッパー１４をボルト１５を使用して止着させてなシ、前
記スリーブボディ９と回転バルブ６の接触箇所及びスリ
ーブカバー１３とヌ１゛ツバ−１４との接触箇所にはラ
ビリンヌシール構造の凹凸ｅを形成してなる。なお、１
７は排油管路と連結されるスリーブボディ９内に設けた
ドレン受けである。

次にシリンダ一本体１内でのピストン３の作動を説明す
れば、以下のようにして行われる。図示しない外部供給
装置（油槽）からの作動油はスリーブボディ９の注油口
１８を介し油路２０を通シ、逆止弁手段７を経て油路２
１から油室４ａへと導かれ、ピストン３を図面で左側方
向へ移動させる。該ピストン３の移動に伴って油室４ｂ
内の圧油は油路２２、逆止弁γを経て油路２０１を通り
、排油口１８’から外部供給装置へ回収されるのである
。

以」二によるピストンの往工程が終了し、復工程に移る
ときは前述の排油口１８１は注油口に、また注油口１８
は排油口となるように切換弁（図示せず）が切換えられ
ることによって変更されるのであり、且各油路も上記と
逆経路で復工程が行われる。

このさいの逆止ブ↑手段７．７“について説明すると第
２図に示す通シであり、即ち本図に於いて７１と７１”
は円筒状の弁匣であって内部の半径方向に突出しだ隔壁
７２．７２゛を設け、夫々れ２室に分割せしめると共に
隔壁中火部には円孔７３．７３１を穿設し、且つ各隔壁
７２．７２１を境にピストン側の室にはパイ四ツｌ一方
７４７４１を、左側の室にはパイロットスプー）ｖ７５
．７５１を収納させてなる。しかして突出した隔壁７２
．７２°はヅ「部を形成させるためのもので各パイロッ
ト弁７４．７４’の円錐状をなした頭部先端をスプリン
グ７６．７６１の抑圧作用で隔壁ングである。なお、隔
壁７２．７２゛内部には円孔７３．７３１に向う透孔７
９．７９′が穿設されてなり、各透孔７９．７９’は前
記回転バルブ５佃の油路２０．２０’と連通ずるように
なされてあシ、油路２０から圧油が流入するときはパイ
ロット弁７４をスプリング７６に抗し矢印（イ）方向に
移動させて油路２１からシリンダー１の油室４ａ内に流
入させるのであり、このとき反対側の油室４ｂの油は油
路２２、透孔７９１、油路２０“を経て排油口１８“か
ら排出されるのである。上記作用中パイロットヌプール
７５．７５″の背面側と連通する油路は前者７５が排油
口１８）側の油路２０１と、後者７５’が注油口１８側
の油路２０と夫々れ連通することによシ、前者７５は矢
印ρ）方向に移動し、これに対し後者７５“は矢印ｅ→
力方向移動して該突起端Ｔでパイロット弁７４”をスプ
リング７６’に抗し同方向に移動させるようになすので
ある。

上記作用はシリンダ一本体１の油室４ａ内に圧油が流入
し、油室４ｂ内の圧油は流出する場合の説明であるが、
油室４ｂ内に圧油が流入し油室４ａ内の圧油が流出する
場合は注入口１８と排油口１８゛の油路が切換えられて
逆止弁手段７．７′の作用が逆に行われるものとなる。

上記ピストンの左右動は何れか片方が工作物の締めイ１
け側となり、他方が解放側となるものである。

第３図は第１図の横断面図である。本図に於いて見られ
る通り一ト記構成装置にはピストン３を貫通し、その両
端がシリンダ２本体１及び回転パルプ６に穿設しだ宮家
２５．２５’に嵌入支持させてなる１対の蓄圧器２６．
２６’が設けられる。こ−に宮家２５’は大径宮家２５
°ａと小径寝室２５１ｂとからなシ、まだ各蓄圧器２６
．２６“は次の如き構成であって、以下その１つの蓄圧
器２６（２６’についても同様）について説明する。

２７は筒匣本体であって内部には大小径ｆ＋、ｆ２の筒
段を形成した突起体Ｍをψ１“ｆｊえだＴ；　１蓄圧ピ
ストン２８が移動自在に設けられてなシ、このさい小径
ｆ１の突起体は水平方向に長く伸びて前記回転パルプ６
の小径寝室２５’ｂ内に挿入されるようなさしめられる
のほか、内部には油流出用の透孔２９が穿設され、且つ
該第１蓄圧ビス！−７２８は次述する弾性部材によって
常時回転バルブ６の小径寝室２５′ｂ内に向うようにな
さしめである。

３０は大径寝室２５’ａ内の隅角部位置に嵌着させてな
る封塞パットであって、ピストン３側に向って小径とな
る段部ｙが形成されてなり、該段部ｆを介し上記筒匣本
体２７が宮家２５１側ではシリンダ一本体１の油室４ｂ
と連通ずる間前記第１蓄圧ピストン２８の突起体Ｍを摺
動自在となすための透孔３３が穿設されてなる。

３４はシリンダ一本体１側の筒匣本体２７内を移動自在
に設けてなる第２蓄圧ピヌトンであって、該蓄圧ピスト
ン３４と前記第１蓄圧ピストン２８との間には弾性部材
として皿バネ３５が張在されてなシ、該皿バネ３５によ
って第１蓄圧ピストン２８は封塞パット３０側に、第２
蓄圧ピストン３４はシリンダ本体１側の宮家２５に向っ
て押圧されているように々される。

しかして、筒匣本体２７の前記封塞パット３０に止着さ
れる附近には透孔３６が穿設されてな９、該透孔３６は
前記第１著圧ピストン２８の中段ｆ２が形成するリング
状空間３７内と４連通ずるようになされ、また筒匣本体
２７の寝室２５側端縁部附近には透孔３８が穿設されて
なり、該透孔３８は第２蓄圧ピストン３４の灰皿ノくネ
側に突出させてなる凸起体ｎが寝室２５内に形成するリ
ング状空間３９内と連通ずるようになされている。これ
により、後述する操作時前者はシリンダーの油室４ｂ内
の圧油が、後者は同室４ａ内の圧油が流入し、夫々れ第
１蓄圧ヒ。

ヌトン２８及び第２蓄圧ピストン３４を皿ノくネ３５に
抗して矢印に）９０方向へ移動させ、１）θ匣本体２７
内に一定量の油が蓄積されるようになっている。なお図
面でｑは大小のシール用Ｏリングであって接合部や摺動
部などに於ける油の侵出人が阻止されるようになされる
が、皿バネ３５の位置する筒匣本体２７内に侵入した油
は透孔２９を経て小窩室２５′ｂに至シ、史に該室に於
いてスリーブ１０側に向けて穿設した透孔４１を経て１
・ルン受け１７内に向けて排出されるようになっている
。

一方、本発明装置ではシリンダ一本体１内に於ける圧力
媒体が予め定められた一定加圧状態−１にとなると自動
的にその供給停止を行うように作動する検出手段が設け
である。即ち、図面で４２ａは回転パルプブ６の細膜に
１上に於けるスリーブボディ９側の一定範囲に刻設させ
た雄ネジｒと螺合するブラケット板、４２ｂは雄ネジｒ
の刻設されない回転パルプ６の周面上を移動可能となさ
れる摺動板であって、両者間にはスプリング４３を張在
させスプリング４３の弾撥力で該摺動板４２ｂの反ヌプ
リング側を次述するシリンダ一本体側から突出する検出
ピストンで当接保持するようになさしめる。

４４．４４１はシリンダ一本体１の外周面近くに穿設し
た比較的小さな筒室、４５及び４５’は各小筒室４４．
４４′内を往復移動する検出ピストンであって、とのさ
い各検出ピストン４５．４５°は水平方向に長く突出し
た棒杆４５ａ、４５”ａを備え、各棒杆４５ａ、４５’
ａは回転パルプ６に穿設した水平透孔４６．４６°内を
摺動自在に嵌入される。４７及び４７”は」二記各筒室
４４．４４１とビヌトン３で仕切られた油室４ａ、４ｂ
とを連通させてなる油路である。本図示例では油室４ａ
内に圧油が流入するとき、その圧油１７）　一部が油路
４７′を経て筒室４４′内に人シ検出ピヌ１−ン４５′
の背面部１を押圧するようになっておシ、これに対し油
室４ｂ内に圧油が流入するときはその圧油の一部が油路
４７を経て筒室４４に入り検出ピストン４５の背面部１
を押圧する。

しかして、該押圧作用で各検出ピヌトン４５．４５１は
矢印（へ）方向へ各筒室内を前進移動し、その移動過程
で各水平透孔４６．４６１から突出される夫々れの棒杆
４５ａ、　４５’ａ先端部で摺動板４２ｂの背面部ｔを
当接保持するようになすのである。

上記は油室４ａ、４ｂが夫々れ圧油の流入サイドとなる
場合について説明したが、圧油の排出サイドとなる場合
は摺動板４２１］に押されて各検出ピストン４５．４５
１は夫々れ筒室４４．４４１内を矢印（ト）方向に後退
移動するのであシ、この後退移動では各棒杆４５ａ　、
’４５“α先端部は火々れ水平透孔４６．４６“内に収
納可能となされるのである。しかして、斯かる作用は１
つの油室例えば油室４ａが圧油の流入サイドとなる場合
には他の油室、即ち油室４ｂは圧油の排出サイドとなる
ことから、図示例の如く検出ピストン４５の前進移動で
は検出ピストン４５“は後退移動してａる相反する関係
にある。

４８は検知棒であってスリーブボディ９側に固定した軸
受架台４９を介し水平状態に止着されてなシ、且つ該検
知棒４８の頭部ｎが回転パルプ６上の摺動板４２ｂ内面
Ｗと対向するようになされてアシ、且つ摺動板４２ｂの
内面Ｗとは常時非接触の状態とスされるが、その間隙Ｓ
は軸受架台４９側で摘み５０の回動で適宜変えられるよ
うになされである。

なお、図面で５１は潤滑油導入孔であって本発明装置で
は加工作業中、シリンダ一本体内の油室に対する圧油の
循環供給を停止することから、ベアリング１１．１１１
に列する潤滑油の供給を該導入孔５１及びスリーブ１０
に穿設した油路５２を介して行われるように在しである
。

本発明装置は以上の如く構成してなり、シリンダ一本体
、■内の油室４ａ或は同４ｂ内に油が流入し、ピヌトン
３が左右動させられることによシ図示しないチャック本
体のジョーが上下動させられて工作物の把持及び解放を
行わしめるようになすのであって、今例えば油室４ａに
圧油が流入しピストン３の左動で工作押圧しながら移動
させ、内部に一定量の圧油を貯留するようになすのであ
り、また筒室４４１には透孔４７’を経て同じく油室４
ａ内の圧油が流入し、検出ピノ１−ン４５′を矢印（へ
）方向に移動させて透孔４６“から突出される棒杆４５
″ａ先端部で摺動板４２ｂの背面部ｔを抑圧保持するよ
うになすのであシ、且つこのさい摺動板４２ｂの内面部
Ｗと検知棒４８の頭部■との間には一定の間隙、通常１
馴程度の間隙Ｓが形成されるようになされるのであシ、
これには摘み５０を適宜回動させて゛その調整が行われ
る。

斯くして予め定められ′た規定５間隙Ｓがｌ　ｍｍ程度
に達すると検知棒４８よシ出力される信号によシ、流体
回転継手につながる前記注油口１８及び排油口１８１に
対する油の供給及び排出を自動的に遮断させると共に、
シリンダー自体を回転させて工作物の加工作業を行うの
で　。

ある。ところでシリンダ一本体に内蔵させだ蓄圧器２６
．２６’は加工作業中に於ける加圧流体の衝倣圧を緩和
すると共に、変圧時に皿バネを適宜変位させることによ
り、例えば遮断操作後方−密封した圧力油の一部が漏出
したシ或はチャックの工作物把握部の条件変化などでピ
ストンが微小変位して生・する密封流体圧の低下などに
対し、直ちに対応して補正する作用を秦せしめるものと
なるのである。

加えて、該シリンダ一本体丙に密封した加圧流体は回転
中の温度変化による熱影響を受けて体積膨張や収縮など
を起し密封圧力に変化を生じせしめることがあるが、こ
の問題も実用的に何ら差支えない範囲まで緩和させる作
用を奏せしめるものである。その他、密封範囲内で加圧
流体が操作や機能目的に反する原因などで規定圧力範囲
外となると、検知棒よ多出力される信号によシ警報を発
生させて運転条件の変更を行ったシ、運転を中止させた
シするのほか、間隙Ｓが許容限度以下となって油圧が低
下する場合には再度圧油の流入が行われるようにし、規
定圧力に復帰させると再び遮断するなどの操作が行われ
るようになすのである。

本発明装置は如上の如くシリンダ一本体内に於ける封入
流体の圧力変動で作動する検出手段が設けであることに
よシ、密封加圧媒体の自動監視が行われておシ、従って
工作作業中の安全運転及び作業を可能となすものである
。

なお、本発明装置では圧力媒体導入部である回転バルブ
とスリーブボディ及びスリーブを支える軸受部１工、１
１’に対し、従来装置とは異なシ別に潤滑用油路５２が
設けてあり、このことはシリンダ一本体内に対する作動
流体の遮断後に、最適の潤滑油−を上記軸受部に供給し
つ！高速回転を可能とし、スリーブやスリーブボディ部
での発熱を最小限に抑えることのできるものである。

上記実施例では蓄圧器を対称的に１対設けたものについ
て説明したが１箇のみであっても良い。また、上記実施
例では蓄圧器をシリンダ一本体内のピストン３と直交す
る状態に設けたものについて説明したが、第四図に示す
如くピストンを２枚プレート３．３′に形成し、両者間
に弾性バネ板５３を介在させることによシ同様の作用効
果が得られるようにしても良い。但し、この場合にはピ
ストンロッド２の自由な回動を阻止するべくピストンロ
ッド２に一部突出した鍔状リング５４を一体的に設け、
該鍔状リング５４に水平状態となしてピン５５を取付け
、該ピン５５をシリンダ一本体側に穿設した水平透孔５
６内に嵌入させるようになしである。

なお、上記実施例では検出装置の検出ピストンと蓄圧器
とを夫々れ別体に設けしめたものについて説明したが、
これは次に示す如く一体化した構成で同様の作用効果を
奏せしめることができる。

第５図は検出ピストン４５．４５’を夫々れの筒室４４
．４４１内でスプリング５７を介し弾撥的に収納させ、
各検出ピストン４：５．４５’の背面部ｉ　が油の流入
する側へ向けて常時押圧されているようになさしめるも
のである。

第６図はスプリングを使用せず、しかも１つのピストン
で油室４ａ、４ｂの作動圧力を検出する場合であシ、シ
リンダ一本体側に油室４１１１、！：透孔５８を介して
連通させる今１つの筒室５９を設け、該筒室内にボール
弁６０が往復動する弁体６１を収蔵させてなり、且つこ
のさいボール弁６０は透孔５８よシ大なる径であって油
室４ｂからの圧油が油路６２を経てツ「体６１内の背面
側から流入するときは、弁体６１の前面側へ移動して透
孔５８を閉塞し油室４ａからの油が流入しないようにし
て圧油を油路６２、透孔６３及び油路６４を経て筒室４
４内へ送）込むようになす。これに対し油室４ａから圧
油が流入するときはボール弁６０は弁体６１の後面側へ
移動し油路６２と連通する透孔６３を閉塞して油室４ｂ
からの圧油を遮断するようになすのであシ、油室４ａ内
の圧油は透孔５８、油路６４を経て筒室４４内に送シ込
まれるのである。

本例では当初例で述べた如き蓄圧器を別に設けるように
するのであるが、前述の如く検出ピストンにスプリング
を弾撥させることにより同様のケ用効果を奏せしめるこ
とができる。

本発明は以上の如く構成することにより、従来作業でチ
ャックが工作物を把握後も圧力保持や安全の目的のだめ
に引抜き圧油を送給させていたことを、工作物の把握後
は遮断することができるようになすのであって、運転作
業中の粘性摩擦や油漏れ損失などによる発熱、その他の
問題を一挙に解決することのできたものである。なお、
密封された圧力流体の圧力の増減で作動する圧力検出手
段が設けであることによシ圧力流体の監視が常時性われ
ており、安全運転と高速化に伴う能率的な工作作業の遂
行を可能となすものである。

【図面の簡単な説明】

添附図面は本発明装置実施の一例を示すものであって第
１図は装置の縦断面図、第２図紐→は第１図に於ける逆
止弁手段の部分詳細図、−第３図は装置の横断面図、第
４図〜第６図は他の例の部分説明図である。 ■　・・・　シリンダ一本体　２　・・・　ピストンロ
ッド３・・・ピストン　４ａ、４ｂ・・・油室６　・・
・回転バルグ　７．７１・・・逆止弁手段９　・・・ス
リーブボディ　ｌＯ・・・スリーブ１３・・・スリーブ
カバー　１４・・・ストッパー１７・・・　ドレン受け
　１８・・・注油口（排油口）１８″・・・排油口（注
油口）　２０．２１・・・油路２２・・・・・・油路　
２６．２６’・・・蓄圧器２７・・・筒匣　２８・・・
第」蓄圧ピストン２９・・・透孔　３０．・・封塞／＜
ット３３・・・透孔　３４・・・第２蓄圧ビヌトン８５
・・・皿バネ　４１・・・・・・透孔４２ａ・・・ブラ
ケット板　４２ｂ・・・摺動板４３・・・スプリング　
４４．４４’・・・筒室４狙４５’・・・検出ピストン
　４７．４７’・・・油路４８・・・検知棒　５１・・
・潤滑油導入口５２・・・油路　５５・・・ピン ５７・・・スプリング　５８・・・透孔５９・・・送室
６０・・・ボール弁 ６１・・・弁体　６８・・・透孔 ６４・・・油路　’１１、ｎ’・・・弁匣７４．７４’
・・・パイロット弁　７５．７５’・・・パイロットス
プール７６．７６’・・・スプリング　７９．７９’・
・・透孔特許出願人　株式会社北川鉄工所 代理人弁理士　忰　熊　弘　稔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転流体圧シリンダー内に圧力媒体を蜜月する逆
   止弁手段と、密封した圧力媒体が万一漏出して圧力低下
   をきたしたり或は密封圧力媒体の温度変化によシ圧力変
   化をきたしたシすることを緩和する蓄圧器と、密封した
   圧力媒体の圧力を監視する検出手段とを備えたことを特
   徴とする工作機械に於けるチャッキング用回転流体圧シ
   リンダー装置。
2. （２）蓄圧器はシリンダ一本体内で筒匣を往復連動する
   ピストンと直交する状態に設け、筒匣内には１対の蓄圧
   ピストンを対向配設すると共に両者間に弾性部拐を介在
   させ、各蓄圧ピストンがシリンダ一本体内に於ける圧力
   媒体の作用で弾性部拐に抗し筒匣内を摺動可能に構成さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   工作機械に於けるチャッキング用回転流体圧シリンダー
   装置。
3. （３）検出手段は検知棒と密封加圧体の作用でシリンダ
   一本体外周面から突出するようになされる検出ピストン
   と、これら両者間でスプリングによシ常時検出ピストン
   側へ向けて弾撥抑圧されているようになされる摺動板と
   からなシ、検出器と摺動板との対向間隙が変えられるこ
   とによシ圧力媒体の予め定められカー一定加圧状態下で
   の供給停止が行われるように作動することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の工作機械に於けるチャッキ
   ング用回転流体圧シリンダー装置。