(57)【要約】  本発明は、特に工作機械のワークスピンドル（４）において、ツール（８）またはツールホルダを締め付けるためのクランプ装置であって、前記ワークスピンドル（４）内で変位するように配置されたドローバー（１０）と、前記ワークスピンドル（４）内に配置され、締め付け位置と解放位置との間で前記ドローバー（１０）によって変位可能なクランプセット（１２）と、クランプセット（１２）のための引張り力を発生するために前記ドローバー（１０）のために備えられたバネ装置（１４）と、前記クランプセット（１２）が前記ドローバー（１０）によって前記バネ装置（１４）の力に抗して前記解放位置内に移動することができる解放ユニット（１７；４９）と、を備えるクランプ装置に関する。本発明によると、前記解放ユニット（１７；４９）を、電動アクチュエータ（５，  ６，  ３３，  ３４；  ６２，  ６３，  ５３，  ５４）によって作動することができることにより、クランプ装置の操作を簡素化することができる。  【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に工作機械のワークスピンドル（４）において、ツール（８）またはツールホルダを締め付けるためのクランプ装置であって、
前記ワークスピンドル（４）内で変位するように配置されたドローバー（１０）と、
前記ワークスピンドル（４）内に配置され、締め付け位置と解放位置との間で前記ドローバー（１０）によって変位可能なクランプセット（１２）と、
クランプセット（１２）のための引張り力を発生するために前記ドローバー（１０）のために備えられたバネ装置（１４）と、
前記クランプセット（１２）が前記ドローバー（１０）によって前記バネ装置（１４）の力に抗して前記解放位置内に移動することができる解放ユニット（１７；４９）と、を備えており、
前記解放ユニット（１７；４９）は、電動アクチュエータ（５，６，３３，３４；６２，６３，５３，５４）によって作動させることができることを特徴とするクランプ装置。
【請求項２】
電動アクチュエータ（５，６，３３，３４；６２，６３，５３，５４）は、モータ（５，６；６２，６３）と、このモータ（５，６；６２，６３）の回転運動を直線運動に変換してドローバー（１０）を変位するための直線ギアユニット（３３，３４；５３，５４）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のクランプ装置。
【請求項３】
直線ギヤユニット（３３，３４；５３，５４）は、モータ（５，６；６２，６３）によって回転することができるスピンドルスリーブ（３３，５３）と、これに対応するスピンドル（３４；５４）を有する螺合された機構として設計されていることを特徴とする請求項２に記載のクランプ装置。
【請求項４】
スピンドルスリーブ（５３）は、解放ユニット（４９）の筐体（５０，５１，５２）内に配置されたモータ（６２，６３）によって回転可能であることを特徴とする請求項３に記載のクランプ装置。
【請求項５】
モータ（６２，６３）は、筐体（５０，５１，５２）内に固定配置されたステータ（６３）と、スピンドルスリーブ（５３）を回転するためのロータ（６２）とを備えることを特徴とする請求項４に記載のクランプ装置。
【請求項６】
ロータ（６２）は、筐体（５０，５１，５２）内に回転可能に搭載された作動ブッシュ（５９）上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のクランプ装置。
【請求項７】
作動ブッシュ（５９）は、前方に突出した複数の移動ピン（６４）を備えており、この移動ピン（６４）の上には、軸方向に変位可能な移動リング（６５）が配置されていることを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
【請求項８】
スピンドルスリーブ（５４）は、移動リング（６５）内に回転不能に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のクランプ装置。
【請求項９】
移動リング（６５）の内側には、スピンドルスリーブ（５４）の前面に対して軸方向のベアリング（６７）によって回転を可能にするように支持される中空のピストン（６６）が配置されていることを特徴とする請求項７に記載のクランプ装置。
【請求項１０】
ネジ切りされたスピンドル（５３）は、解放ユニット（４９）の後部筐体部（５２）上に配置されていることを特徴とする請求項３〜９のいずれかに記載のクランプ装置。
【請求項１１】
解放ユニット（１７）は、係合可能な継手（２３、２４、２６、２７）を備えており、この継手によって、モータ（５，６）によって作動されるワークスピンドル（４）が直線ギヤユニット（３３、３４）に連結することができることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクランプ装置。
【請求項１２】
係合可能な継手（２３、２４、２６、２７）は、回転不能に配置されたコイル本体（２３）においてコイル（２４）およびアーマチュア（２６）を回転可能に内部に搭載し、このコイル本体（２４）の前面が、ワークスピンドル（４）の後面で摩擦リング（２８）に係合するための摩擦ライニング（２７）を備えるように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のクランプ装置。
【請求項１３】
直線ギヤユニット（３３，３４）は、アーマチュア（２６）に回転不能に結合されたスピンドルスリーブ（３４）と、回転に対して固定されるネジ切りされたスピンドル（３３）とを備えることを特徴とする請求項１２に記載のクランプ装置。
【請求項１４】
ネジ切りされたスピンドル（３３）は、支持ローラ（３７）によって回転に対して固定されているが、解放ユニット（１８）の筐体部（１９）の支持面（２０）上で軸方向に可動であるように支持されることを特徴とする請求項１３に記載のクランプ装置。
【請求項１５】
ネジ切りされたスピンドル（３３）には、ピストン（１８）が配置されており、このピストン（１８）は、スリーブ（３８）によってネジ切りされたスピンドル（３３）と共に軸方向に変位することができることを特徴とする請求項１４に記載のクランプ装置。
【請求項１６】
ピストン（１８）は、バネ（４２）によってスリーブ（４２）に対向して軸方向のプレストレスの下に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部に記載の、特に工作機械の、ワークスピンドル（工作主軸）においてツール（工具）またはツールホルダを締め付けるためのクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプのクランプ装置は、ドイツ国特許公報ＤＥ１００４３００６Ｃ１に示されている（特許文献１）。そこでは、ツールは、ワークスピンドルに配置されたクランプセットによって保持され、このクランプセットは、バネ装置によってプレストレスの下に置かれたドローバーの前端部に配置されている。クランプセットは一般的に、幾つかの放射状に移動可能な要素を備えており、これによりツールがワークスピンドル内に引き込まれる。このツールを解放するために、ドローバーがバネ装置の力に抗して解放ユニットによって変位され、把持部を備えるクランプセットが開いてこのツールを解放する。この解放ユニットは、液圧で作動するピストンシリンダー装置を備えており、これにより、ドローバーによってクランプセットをバネ装置の力に抗して解放位置に移動することができる。
【特許文献１】ドイツ国特許公報ＤＥ１００４３００６Ｃ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これは、解放ユニットに作動液を供給するために、比較的高価な供給機器、組立体または接続体を必要とする。加えて、特別な封止手段を備える必要がある。
【０００４】
ドイツ国特許公報ＤＥ１０１０１０９３Ａ１には、ドローバーを作動するための電動モータ作動装置を備えることを特徴とするクランプ装置が記載されている。しかしながら、この公知のクランプ装置では、クランプセットの引張り力を発生するためのバネ装置は備えられていない。
【０００５】
本発明の課題は、簡素化された動作を可能にする上記タイプのクランプ装置を創作することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を備えるクランプ装置によって解決される。本発明の適切な改良および有益な構成は、従属項に記載されている。
【０００７】
本発明によるクランプ装置において、この解放ユニットは、特別な液圧または空圧機器が必要にならないように、電動アクチュエータによって作動される。更に、高価な封止手段を使用する必要もない。
【０００８】
電動アクチュエータは、便宜上、モータと、このモータの回転運動を、ドローバーを移動するために適切な部材またはピストンの直線運動に変換する直線ギアユニット、とを備える。
【０００９】
この電動モータは、そのステータおよびロータが解放ユニットの筐体に収容されている別個のモータであってもよい。本発明の更なる有益な実施例において、ワークスピンドルを回転するために備えられる駆動モータを、直線ギアユニットを作動するために使用することができる。ここでは、係合可能な継手を備えることができ、これにより、ツールの変更を行うためにワークスピンドルを直線ギアユニットに接続することができる。
【００１０】
好適な実施例において、直線ギアユニットは、被回転駆動スピンドルスリーブとこれに対応するネジ切りされたスピンドルを備える螺合された機構として構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の更なる特徴および利点は、添付の図面を参考にして下記に説明される好適な実施例から得られる。
【００１２】
図１の縦断面図には、工作機械のモータスピンドルとして構成される駆動ユニットであって、スピンドル筐体（１）と、ベアリング（２，３）によってスピンドル筐体（１）内に回転可能に搭載されたワークスピンドル（４）と、スピンドル筐体（１）内に配置されたステータ（５）と、ワークスピンドル（４）の同心上に配置されておりかつこれに回転不能に連結されているロータ（６）とを備える駆動ユニットを示している。ステータ（５）およびロータ（６）を備える駆動モータは、ワークスピンドル（４）を高回転速度および低回転速度の両方において高水準の位置決め精度で駆動することができるように設計されている。図１の左側前面のワークスピンドル（４）は、ツールまたはツールホルダ上にツールテーパ部（８）を受けるために雌テーパ部（７）を備えることを特徴とする。図示された実施例において、ツールテーパ部（８）は、中空のシャンクテーパ部として構成される。クランプ装置が、ツールまたはツールホルダを締め付けるためにワークスピンドル（４）に一体化されている。
【００１３】
このクランプ装置は、ワークスピンドル（４）内に、この中心線（９）に同心のドローバー（１０）を備えており、このドローバーの前端には公知のクランプセット（１２）の締め付けテーパ部（１１）が搭載されている。このクランプセット（１２）は、コレットチャックを備えており、このコレットチャックは、締め付けテーパ部（１１）の回りに配置されており、ツールテーパ部（８）を締め付けおよび解放するために締め付けテーパ部（１１）を軸方向に移動することによって放射状に移動することができる幾つかの把持部（１３）を備える。ドローバー（１０）は、この回りに同心に配置されたバネ装置（１４）によって後方へのプリストレス下に配置されている。この実施例では円板バネユニットとして構成されたバネ装置（１４）は、片側ではワークスピンドル（４）内で支持される接触ディスク（１５）によって、更には反対側ではドローバー（１０）の後端に位置するカラー（１６）によって支持される。ドローバー（１０）は、ツールテーパ部（８）に動作流体を供給するために中空となっている。電気的に駆動される解放ユニット（１７）（下記に説明される）が、ドローバー（１０）の後端に配置されており、これにより、このドローバー（１０）をバネ装置（１４）の力に抗して前方に押すことができる。ドローバー（１０）が前方に押されると、ワークスピンドル（６）の前端に配置されたクランプセット（１２）がツールまたはツールホルダのツールテーパ部（８）を解放する。これとは対照に、ドローバー（１０）がバネ装置（１４）の力によって再び後方に引き戻されると、ツールテーパ部（８）は、ワークスピンドル（４）内に引っ張られ、締め付けられる。クランプセット（１２）の構成およびこの作動態様等は周知であるので、詳細な記載を省く。
【００１４】
図２と図３は、図１に示した駆動ユニットの解放ユニット（１７）の、締め付け位置または解放位置における拡大縦断面図を示している。この解放ユニット（１７）は、軸方向に変位可能なピストン（１８）を備えており、このピストンは、動力を備えた回転可能なワークスピンドル（４）によってドローバー（１０）を操作するために、係合可能な継手および直線ギアユニットによって配置され、スピンドル筐体（１）に回転不可能に結合された筐体内に軸方向に配置され得る。この筐体は、支持面（２０）を有する前面筐体部（１９）と、カバー筒体（２１）と、背面筐体部（２２）とを含む。この前面筐体部（１９）は、スピンドル筐体（１）にリングフランジによって共に螺合されている。軸方向に変位可能なピストン（１８）は、バネ装置（１４）の力に抗してドローバー（１０）を変位することができる。
【００１５】
係合可能な継手は、前面筐体部（１９）内に回転不可能に配置されたコイル本体（２３）を備えており、このコイル本体内には、コイル（２４）が配置されている。この係合可能な継手は、更に、ベアリング（２５）によってコイル本体（２３）内に回転可能に搭載されたアーマチュア要素（２６）を備えており、このアーマチュア要素（２６）の前面は、ワークスピンドル（４）の後面に配置された摩擦リング（２８）に係合する摩擦ライニング（２７）を備えることを特徴とする。フリクションリング（２８）は、幾つかのバネ荷重テンションボルト（２９）によって、ワークスピンドル（４）の後面に軸方向に引っ張られる。複数のネジ（３０）およびプルイン孔（３１）は、回転に対して摩擦リング（２８）を固定し、更に、これをワークスピンドル（４）へ軸方向に可動となるように連結する。
【００１６】
図示された実施例において、直線ギアユニットは、螺合された機構として構成され、この機構は、例えば台形ネジとして構成される作動ネジ（３５）によって互いに連結される中空のネジ切りされたスピンドル（３３）およびこれに対するスピンドルスリーブ（３４）を備える。このスピンドルスリーブ（３４）は、複数の嵌入キー（４７）によって、確実かつ軸方向に固定されるように回転アーマチュア（２６）に連結される。このネジ切りされたスピンドル（３３）は、直径が拡大された後部支持部分（３６）を備えており、これは放射状に突出する支持体（３７）の内部に配置される。図示された実施例において、この支持体（３７）は、回転可能に搭載された支持ローラとして構成されている。前記支持体（３７）は、ネジ切りされたスピンドル（３３）が軸方向には可動であるが回転に対して固定されるように、固定された前部筐体部（１９）の支持表面（２０）によってネジ切りされたスピンドル（３３）を支持する。ネジ切りされたスピンドル（３３）の後部支持部分（３６）は、スリーブ（３８）内に配置され、テンションリング（３９）によって軸方向に固定される。ピストン（１８）は、中空のネジ切りされたスピンドル（３３）を通して前進する筒体（４０）と、ディスク状の後部（４１）とを備えており、このディスク状の後部（４１）の一方の面は支持部分（３６）の後部に支持され、他方の面は、皿バネ（４２）または他のバネによってスリーブ（３８）のカラー（４３）に支持される。よって、スリーブ（３８）は、ピストン（１８）の軸方向の動きの間に、ネジ切りされたスピンドル（３３）によってピストン（１８）を巻き込む。ピストン（１９）の前端には軸ベアリング（４４）が搭載されており、この軸ベアリング（４４）の回転ベアリングリングは、クランプ装置が解放されるときにドローバー（１０）の後端に接触する。周知の回転シャフトのための密閉された経路（４６）に潤滑剤または圧縮空気を供給するための中空設計のドローバー（１０）を連結する連結筒体（４５）は、中空ピストン（１８）を通して前進する。
【００１７】
上記のクランプ装置の作動形態を下記に説明する。
ツールの変更を行うには、まず、図２に示された締め付け位置において、電流がコイル（２４）に印加され、一方、ワークスピンドル（４）は、摩擦リング（２８）がバネ負荷テンションボルト（２９）の力に抗してコイル（２４）に向かって引っ張られて摩擦ライニング（２７）に対して押圧されるように、静止している。次に、より遅い回転速度でワークスピンドル（４）を回転するために、駆動モータによって対応するように制御がなされ、アーマチュア（２６）およびこれに回転不能に結合されたスピンドルスリーブ（３４）は、係合した継手によってこれに沿って回転される。スピンドルスリーブ（３４）内に配置されたネジ切りされたスピンドル（３３）が支持体（３７）によって回転しないように固定されているので、このネジ切りされたスピンドル（３３）は、同様に軸方向に固定されたスピンドルスリーブ（３４）の回転によって、軸方向に移動する。この工程において、それは、スリーブ（３８）によってピストン（１８）を巻き込む。クランプ装置を解放するために、ネジ切りされたスピンドル（３４）およびピストン（１８）がドローバー（１０）の方向に移動して図３に示される前方解放位置に配置するように、スピンドルスリーブ（３４）が回転される。ピストン（１０）の前面に配置された軸ベアリング（４４）によって、非回転のネジ切りされたスピンドル（３３）と回転ドローバー（１０）が接触している間、それらの間の摩擦が減少される。ピストン（１８）の後端（４１）とスリーブ（３８）のカラー（４３）との間に搭載された皿バネ（４２）は、ドローバー（１０）が固定された前部制限ストッパに対して前部解放位置に移動してワークスピンドルがモータのスイッチがオフにされたにも関わらず幾らか回転を続ける場合、ピストン（１８）のバネサスペンションを提供する。これは、解放位置に移動する間に起こりうる衝撃を和らげ、かつ吸収する。
【００１８】
クランプ装置に張力をかけるには、モータの回転方向を、ピストン（１８）が図２に示された後部位置に再び移動するように逆回転する。この工程において、バネ装置（１４）は、後部締め付け位置でドローバー（１０）を再び押圧する。後部筐体部分（２２）には、スリーブ（３８）がその後部位置に到達したときにモータのスイッチをオフにするリミットスイッチ（４８）が搭載されている。この戻り動作の間にスリーブ（３８）が後部筐体部分（２２）で止まり、かつワークスピンドル（４）がモータのスイッチがオフになったにも関わらず慣性によって幾らか回転を続ける場合、バネ（４２）はクッション要素として再び機能する。
【００１９】
図４は、工作機械のワークスピンドル（４）に一体化されたクランプ装置のドローバー（１０）を変位するための、電気的に作動する解放ユニット（４９）の更なる実施例を示している。解放ユニット（４９）は、リング状の前部筐体部分（５０）を有する固定された筐体と、この前部筐体部分（５９）に固定連結されたカバー筒体（５１）と、このカバー筒体（５１）に螺合された後部筐体部分（５２）とを備える。後部筐体部分（５２）は、前方に突出するネジ切りされたスピンドル（５３）を有する。この後部筐体部分（５２）のベアリングショルダー（５６）上には、前部（５７）と後部（５８）から成る作動ブッシュが後部ベアリング（６０）および前部ベアリングブッシュ（６１）によって回転可能に配置されている。
【００２０】
作動ブッシュ（５９）は、前記作動ブッシュ（５９）に同心に配置されてこれに回転不能に結合されたロータ（６２）と、前記ロータを同心状に囲むステータ（６３）とを備えるモータとによって作動することができる。ステータ（６３）は、筐体内に固定されるようになされており、作動ブッシュ（５９）に配置されたロータ（６２）を同心状に囲む。幾つかの前方に突出する移動ピン（６４）が、作動ブッシュ（５９）の前部に取り付けられている。対応するボア孔を有する移動リング（６５）が、軸方向への変位が可能なように移動ピン（６４）上で滑ることができる。スピンドルスリーブ（５４）が、移動リング（６５）に回転不能に固定されている。移動リング（６５）の内側には、中空のピストン（６６）が更に配置されており、このピストン（６６）の後面は、軸方向のベアリング（６７）によってスピンドルスリーブ（５４）の前面に対して回転可能に支持され、このピストン（６６）の前面は、クランプ装置が解放されたときにドローバー（１０）の後面に接触する。同様に、クーラントまたは潤滑剤を供給するためにドローバー（１０）を回転フィードスルー（６９）に連結する連結筒体（６８）は、中空に設計された筐体部分（５２）を通して前進する。この実施例でも、モータの回転運動を直線運動に変換するために、直線ギアユニットは、作動されるスピンドルスリーブ（５４）およびこれのために備えられたネジ切りされたスピンドル（５３）を有するネジ切りされた機構として構成される。しかしながら、第１の実施例とは対照的に、ネジ切りされたスピンドル（５３）は静止しており、作動されるスピンドルスリーブ（５４）は軸方向に可動である。このスピンドルスリーブ（５４）が作動ブッシュ（５９）および移動リング（６５）を介してモータによって作動される場合、ネジ切りされたスピンドル（５４）は、そこに配置されたピストン（６６）と軸方向に移動する。
【００２１】
本発明によるクランプ装置は、上記の実施例に限定されない。よって、本発明によるクランプシステムは、中空のテーパ状のクランプシステムのための用途のみならず、テーパのきついクランプシステムのための用途もあり得る。このクランプセットは、中空のシャンクテーパー（ＨＳＫ）を保持するため、更にはチャック等によってきついテーパー（ＳＫ）を有するツールを保持するための両方に利用することができる。加えて、電動リニアアクチュエータも、解放ユニットを作動するために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】クランプ装置を備える工作機械の駆動ユニットの縦断面図。
【図２】図１に示したクランプ装置の解放ユニットの、解放位置における拡大縦断面図。
【図３】図１に示したクランプ装置の解放ユニットの、締め付け位置における拡大縦断面図。
【図４】別の解放ユニットの、解放位置における拡大縦断面図。
【図５】図４に示した解放ユニットの、締め付け位置における拡大縦断面図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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