(57)【要約】【課題】クランプ対象物を位置決めしてクランプするクランプ装置で発生するクランプ力をロードセルを介して測定することは、位置決め機能とロードセル組み込みスペースの面から到底不可能である。【解決手段】クランプ力測定装置は、測定装置本体と、この測定装置本体に設けられた流体圧シリンダ機構であって、ピストン部材装着孔と、このピストン部材装着孔に可動に装着されたピストン部材と、ピストン部材で加圧される流体が封入された環状の流体室とを有する流体圧シリンダ機構と、前記流体室の流体圧を測定可能な流体圧測定手段とを有し、前記クランプ装置のクランプ力出力部からピストン部材にクランプ力を作用させた状態で、流体圧測定手段で前記流体圧を測定することにより、クランプ力を測定するように構成されている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランプ対象物を位置決めしてクランプするクランプ装置で発生するクランプ力を測定するクランプ力測定装置であって、
前記クランプ装置に着脱可能な測定装置本体と、
この測定装置本体に設けられた流体圧シリンダ機構であって、ピストン部材装着孔と、このピストン部材装着孔に可動に装着されたピストン部材と、ピストン部材で加圧される流体が封入された環状の流体室とを有する流体圧シリンダ機構と、
前記流体室の流体圧を測定可能な流体圧測定手段とを備え、
前記クランプ装置のクランプ力出力部から前記ピストン部材にクランプ力を作用させた状態で、前記流体圧測定手段で前記流体圧を測定することにより、クランプ力を測定するように構成したことを特徴とするクランプ力測定装置。
【請求項２】
前記流体室に封入された流体の初期設定圧を調整する為の流体圧調整機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載のクランプ力測定装置。
【請求項３】
前記クランプ装置は、クランプ本体と、クランプ本体から突出する筒状軸部と、この筒状軸部に形成された複数の保持孔に径方向外側へ可動に保持された複数の鋼球と、筒状軸部に軸方向へ可動に挿通され且つ複数の鋼球を径方向外側へ駆動可能な駆動軸部材と、この駆動軸部材を軸方向へクランプ駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ力測定装置。
【請求項４】
前記クランプ装置は、クランプ本体と、このクランプ本体に形成されたテーパ筒部と、クランプ本体内に可動に装着されたピストン部材と、ピストン部材の筒状ロッド部に形成された複数の保持孔に径方向内側へ可動に保持された複数の鋼球と、前記筒状ロッド部が相対摺動するクランプ本体の周壁部に形成され複数の鋼球を案内する部分コーン状の案内面と、ピストン部材を軸方向へクランプ駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ力測定装置。
【請求項５】
前記クランプ装置は工作機械の主軸に切削工具をクランプする主軸用クランプ装置であり、前記測定装置本体は、主軸の先端側の工具ホルダ装着孔に着脱可能に装着されることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランプ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランプ対象物を位置決め可能なクランプ装置で発生するクランプ力を測定するクランプ力測定装置に関し、ロードセルを用いてクランプ力を測定するのが難しいクランプ装置に適用可能なクランプ力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械加工に供するワーク等は、通常ワークパレットにセットされ、このワークパレットを工作機械のテーブル上に搬送し、テーブル側に装備されたクランプ装置によりワークパレットをテーブルに位置決めしてクランプした状態で、ワークの機械加工が行われる。
この種のワークパレットを固定するクランプ装置には、ワークパレットを直交する２方向へ夫々位置決めする位置決め機能を有し、複数の鋼球を介してクランプするボールロック式のクランプ装置が広く採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示されているように、上記のボールロック式のクランプ装置は、テーブル側に装備されたクランプ駆動部と、ワークパレット側に装備されたクランプ受動部とで構成されている。クランプ駆動部は、本体部材、本体部材から上方へ突出する筒状軸部、この筒状軸部の下部に可動に装着されたテーパコーン、筒状軸部の複数の保持孔に径方向外側へ可動に装着された複数の鋼球と、筒状軸部に可動に挿通された駆動軸部を含むピストン部材、このピストン部材を下方へクランプ駆動する皿バネ積層体、ピストン部材を上昇させるクランプ解除油室などを有する。
【０００４】
クランプ受動部は、ワークパレットの下部に設けられた係合リング部材、この係合リング部材の中心穴の下部のテーパ係合面、係合リング部材の中心穴の上端近傍部に形成された部分コーン状のテーパ受面などを有する。駆動軸部は、複数の鋼球を部分的に退入させる複数の退入用凹部、これら退入用凹部から上方へ連なる複数の傾斜部を有する。ワークパレットをセットする際、ワークパレットを下降させて、複数の鋼球を内側へ退入させた状態で筒状軸部を係合リングの中心穴に挿入し、駆動軸部を皿バネ積層体の付勢力で下降駆動し、駆動軸部の複数の傾斜部により複数の鋼球を径方向外側へ移動させてテーパ受面に係合させてテーパ受面を下方へクランプ駆動する。このとき、係合リングのテーパ係合面をテーパコーンに係合させることで水平方向の位置決めがなされ、係合リングの下端の環状当接面を本体部材の着座面に当接させることで鉛直方向の位置決めがなされる。尚、特許文献２にも、上記とほぼ同様のボールロック式のクランプ装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３に記載のボールロック式のクランプ装置は、テーブル側に装備されたクランプ駆動部と、ワークパレット側に装備されたクランプ受動部とで構成されている。クランプ駆動部は、クランプ本体、クランプ本体から突出するテーパコーン、クランプ本体内に可動に装着されたピストン部材、ピストン部材の筒状ロッド部の複数の保持孔に径方向内側へ可動に保持された複数の鋼球、筒状ロッド部が相対摺動する周壁部に形成され複数の鋼球を案内する傾斜案内面、ピストン部材を軸方向へクランプ駆動する油圧シリンダ、ピストン部材をアンクランプ駆動する皿バネ積層体などを有する。
【０００６】
クランプ受動部は、ワークパレットに固定されたソケット部材、このソケット部材に形成されテーパコーンに係合するテーパソケット、テーパソケットの中心穴に突出しているプルスタッドなどを有する。ピストン部材を上昇位置に保持して複数の鋼球を外側へ退避させた状態で、ワークパレットを下降させてテーパソケットをテーパコーンに係合させ、油圧シリンダを作動させてピストン部材を下降駆動することで、複数の鋼球を径方向内側へ移動させてプルスタッドに係合させてプルスタッドを下方へ引き付けてクランプする。  このとき、テーパソケットとテーパコーンの係合により水平方向の位置決めがなされ、テーパソケットの下端面をテーパコーンの環状着座面に当接させることで鉛直方向の位置決めがなされる。
【０００７】
他方、特許文献４には、工作機械の主軸に工具をクランプするクランプ装置と、このクランプ装置により発生するクランプ力を測定するクランプ力測定装置が開示されている。  このクランプ装置は、主軸の内部に配置されたドローバー、このドローバーをクランプ駆動する皿バネ積層体、ドローバーの先端側に設けられドローバーの先端部を工具ホルダのプルスタッドに係脱させるボールロック式の係脱機構、主軸の後端に付設されたアンクランプ用の油圧シリンダなどを有する。
【０００８】
クランプ力測定装置は、ドローバーの後端フランジ部に組み込まれて油圧シリンダのロッド部からアンクランプ力が作用するロードセル、このロードセルの検出信号を受けるプログラマブルコントローラ、プログラマブルコントローラに接続されアンクランプ力を表示させる表示装置などを有する。尚、この種の主軸用のクランプ装置において、工具ホルダの鍔部を主軸の先端に当接させることで軸心方向の位置決めを行い、工具ホルダのテーパシャンク部を主軸のテーパ嵌合孔に係合させることで、軸心と直交する方向の位置決めを行う形式のクランプ装置も広く採用されている。
【特許文献１】特開２００１−３８５６４号公報
【特許文献２】特開２００３−３９２６４号公報
【特許文献３】特開平８−１５５７７０号公報
【特許文献４】特開平１０−２９１１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１，２に開示されたクランプ装置等では、クランプ力を皿バネ積層体で発生させる構成であるため、クランプ装置を繰り返し使用中に、皿バネ積層体の弾性力が減衰してクランプ力が低下する。複数の鋼球は、駆動軸部の傾斜部の倍力作用により径方向外側へ強力に駆動され、テーパ受面を押圧してワークパレットをクランプする。
ここで、上記の駆動軸部の傾斜部が摩耗したり、傾斜部に鋼球の圧痕が発生したりすると、倍力作用の倍力率が低下する。また、複数の鋼球からのクランプ力が作用するテーパ受面に鋼球の圧痕が発生したりした場合にもクランプ力が低下する。
【００１０】
このように、ワークパレットを固定するクランプ装置のクランプ力が低下すると、ワークを機械加工する精度が低下する虞があるため、クランプ装置をクランプ力を定期的に測定したいという要請がある。そこで、特許文献４のクランプ力測定装置と同様に、特許文献１〜３に記載のようなクランプ装置にロードセルを用いたクランプ力測定装置を採用することが考えられる。
【００１１】
しかし、特許文献１〜３に記載したような、クランプ対象物を直交２方向へ夫々位置決めする機能のあるクランプ装置の場合、ワークパレットを位置決めしてクランプした状態では、ワークパレット側の当接面がテーブル側の着座面に着座してしまうため、クランプ装置でワークパレットをクランプするクランプ力をロードセルを介して測定することは本質的に難しい。ロードセルを組み込む為には、少なくとも数ｍｍの厚さの組み込みスペースが必要であるが、ロードセルを組み込むスペースを確保することも到底困難である。ロードセルを組み込むために当接面や着座面に改造を加えると、クランプ装置として使用できなくなる。しかも、クランプ装置にクランプ力測定装置を組み込む構成では、クランプ装置の製作費が高価になるため好ましくない。
【００１２】
本発明の目的は、クランプ装置のクランプ力をロードセルを用いることなく簡単に測定可能なクランプ力測定装置を提供すること、クランプ装置に着脱可能なクランプ力測定装置を提供すること等である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１のクランプ力測定装置は、クランプ対象物を位置決めしてクランプするクランプ装置で発生するクランプ力を測定するクランプ力測定装置であって、前記クランプ装置に着脱可能な測定装置本体と、この測定装置本体に設けられた流体圧シリンダ機構であって、ピストン部材装着孔と、このピストン部材装着孔に可動に装着されたピストン部材と、ピストン部材で加圧される流体が封入された環状の流体室とを有する流体圧シリンダ機構と、前記流体室の流体圧を測定可能な流体圧測定手段とを備え、前記クランプ装置のクランプ力出力部から前記ピストン部材にクランプ力を作用させた状態で、前記流体圧測定手段で前記流体圧を測定することにより、クランプ力を測定するように構成したことを特徴としている。
【００１４】
このクランプ力測定装置は、クランプ装置を使用状態のままクランプ力を測定する構成ではなく、クランプ装置のメンテナンス時に、このクランプ力測定装置をクランプ装置に装着して、クランプ力を測定することができる。クランプ装置のクランプ力を測定する場合、クランプ装置のクランプ力出力部からクランプ力測定装置の流体圧シリンダ機構のピストン部材にクランプ力を作用させると、ピストン部材によって環状の流体室に封入された流体が加圧されるので、その流体圧を流体圧測定手段で測定することにより、クランプ力を測定する。
【００１５】
請求項２のクランプ力測定装置は、請求項１の発明において、前記流体室に封入された流体の初期設定圧を調整する為の流体圧調整機構を設けたことを特徴としている。
流体圧調整機構により流体室に封入された流体の初期設定圧を適当な圧力に調整すると、流体圧シリンダ機構のシール部材が弾性変形してクランプ状態のときのシール部材と同様の状態になるので、クランプ力測定の精度が高まる。
【００１６】
請求項３のクランプ力測定装置は、請求項１又は２の発明において、前記クランプ装置は、クランプ本体と、クランプ本体から突出する筒状軸部と、この筒状軸部に形成された複数の保持孔に径方向外側へ可動に保持された複数の鋼球と、筒状軸部に軸方向へ可動に挿通され且つ複数の鋼球を径方向外側へ駆動可能な駆動軸部材と、この駆動軸部材を軸方向へクランプ駆動する駆動手段とを備えたことを特徴としている。
このクランプ装置によりクランプ対象物をクランプする際には、筒状軸部に対して駆動軸部材を上昇させた状態で、筒状軸部と駆動軸部材とをクランプ対象物の凹穴に挿入し、その後駆動手段によって駆動軸部材を下降駆動すると、複数の鋼球が径方向外側へ押動されてクランプ対象物に係合し、クランプ対象物にクランプ力が作用する。
【００１７】
請求項４のクランプ力測定装置は、請求項１又は２の発明において、前記クランプ装置は、クランプ本体と、このクランプ本体に形成されたテーパ筒部と、クランプ本体内に可動に装着されたピストン部材と、ピストン部材の筒状ロッド部に形成された複数の保持孔に径方向内側へ可動に保持された複数の鋼球と、前記筒状ロッド部が相対摺動するクランプ本体の周壁部に形成され複数の鋼球を案内する部分コーン状の案内面と、ピストン部材を軸方向へクランプ駆動する駆動手段とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
このクランプ装置によりクランプ対象物をクランプする際には、クランプ本体のテーパ筒部に対してピストン部材を上昇させた状態で、テーパ筒部とピストン部材の筒状ロッド部をクランプ対象物のソケット部材に挿入し、テーパ筒部をソケット部材に密着させつつ、駆動手段によってピストン部材をクランプ本体に対して下降駆動すると、複数の鋼球が径方向内側へ押動されてクランプ対象物に係合してそれをクランプする。
【００１９】
請求項５のクランプ測定装置は、前記クランプ装置は、工作機械の主軸に切削工具をクランプする主軸用クランプ装置であり、前記測定装置本体は、主軸の先端側の工具ホルダ装着孔に着脱可能に装着されることを特徴としている。それ故、このクランプ力測定装置は、主軸の内部に組み込む必要がなく、主軸の先端側部分に装着してクランプ力を測定することができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、このクランプ力測定装置は、測定装置本体と、流体圧シリンダ機構であって、ピストン部材とピストン部材で加圧される流体が封入された流体室とを備えた流体圧シリンダ機構と、流体室の流体圧を測定可能な流体圧測定手段とを備え、クランプ装置のクランプ力出力部からピストン部材にクランプ力を作用させた状態で、流体圧測定手段で前記流体圧を測定することにより、クランプ力を測定するように構成してあるため、クランプ力を流体圧に変換し、その流体圧を流体圧測定手段で測定することによりクランプ力を精度よく測定することができる。
【００２１】
特に、流体室は環状に形成されているため、ピストン部材の中心部に、クランプ装置のクランプ力出力部を挿入する構造や、ピストン部材側のプルスタッド等を配置する構造を、採用することが可能となり、ボールロック式のクランプ装置のクランプ力を測定するのに適したものとなる。しかも、環状の流体室であるため、ピストン部材にクランプ力が偏荷重的に作用してとしても、クランプ力を精度よく流体圧に変換することができるから、クランプ力測定精度を高めることもできる。
しかも、クランプ装置に着脱可能な測定装置本体を採用しているため、クランプ装置とは独立のクランプ力測定装置となるので、１台のクランプ力測定装置を用いて複数のクランプ装置のクランプ力を測定可能であるから、クランプ装置の製作費が高価になることもない。
【００２２】
請求項２のクランプ力測定装置によれば、前記流体室に封入された流体の初期設定圧を調整する為の流体圧調整機構を設けたため、流体室に封入された流体の初期設定圧を適当な圧力に調整することで、流体圧シリンダ機構のシール部材が弾性変形してクランプ状態のときのシール部材と同様の状態にして、クランプ力を測定できるから、クランプ力装置の精度を高めることができる。
【００２３】
請求項３のクランプ力測定装置によれば、複数の鋼球を径方向外側へ押動させてクランプする形式のボールロック式のクランプ装置のクランプ力を確実に測定ができる。
請求項４のクランプ力測定装置によれば、複数の鋼球を径方向内側へ押動させてクランプする形式のボールロック式のクランプ装置のクランプ力を確実に測定できる。
【００２４】
請求項５のクランプ力測定装置によれば、クランプ装置は、工作機械の主軸に切削工具をクランプする主軸用クランプ装置であり、前記測定装置本体は、主軸の先端側の工具ホルダ装着孔に着脱可能に装着される構造であるので、このクランプ力測定装置は、主軸の内部に組み込む必要がなく、主軸の先端側の工具ホルダ装着孔に着脱可能に装着してクランプ力を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係るクランプ装置でクランプ対象物をクランプするクランプ力を測定するクランプ力測定装置は、クランプ装置のクランプ力出力部から、流体圧シリンダ機構のピストン部材にクランプ力を作用させ、流体室に封入されピストン部材で加圧される流体の流体圧を流体圧測定手段で測定することで、クランプ力を測定するようにしたものである。
【実施例１】
【００２６】
本実施例に係るクランプ装置１とこのクランプ装置１で発生するクランプ力を測定するクランプ力測定装置２について、図１〜図４に基づいて説明する。
初めに、クランプ装置１について簡単に説明する。
【００２７】
図１〜図２に示すように、このクランプ装置１は、機械加工に供するワークを取り付けるためのワークパレットＰを工作機械のテーブルに引き付けて固定するプル型のクランプ装置であり、このクランプ装置１は、テーブル側に装備されるクランプ駆動部１Ａと、ワークパレットＰに装備されるクランプ受動部１Ｂとで構成されている。クランプ駆動部１Ａは、テーブルＴに固定されたクランプ本体３、このクランプ本体３に一体形成されて上方へ突出する筒状軸部４、この筒状軸部４の複数の保持孔５に径方向へ可動に保持された複数の鋼球６、筒状軸部４に昇降可能に挿入された駆動軸部７を含むピストン部材８、環状のバネ収容室に装着された環状の皿バネ積層体９であってピストン部材８を下方へ弾性付勢する皿バネ積層体９、ピストン部材８に油圧を作用させる油室１０、この油室１０に図示外の油圧供給装置から油圧を給排する油圧給排ポート１１、エアブロー機構（１４〜２０）などを有する。
【００２８】
駆動軸部７には、複数の鋼球６を部分的に退入させる複数の退入用凹部１２と、これら退入用凹部１２から夫々上方へ連なる複数の傾斜凹部１３とが形成され、油室１０に油圧を供給し、筒状軸部４に対して相対的にピストン部材８を上昇させると、複数の鋼球６が複数の退入用凹部１２に部分的に退入して筒状軸部４の外周面から外側へ突出しない状態となり、その状態から油室１０の油圧を抜いて皿バネ積層体９の弾性付勢力でピストン部材８を下降させると、複数の鋼球６は複数の傾斜凹部１３により径方向外側へ押動されて、筒状軸部４から外側へ部分的に突出し、クランプ受動部１Ｂ側の係合リング２８をクランプする状態となる。
【００２９】
テーパ係合面２１，３１をエアブローすると共に環状当接面３３と着座面２２をエアブローする為のエアブロー機構は、加圧エアが供給されるエア通路１４，１５、ピストン部材８内のエア通路１６〜１８、複数のエアブローノズル１９、逆止弁２０などを有する。尚、逆止弁２０の鋼球は図示外のバネで付勢されている。ワークパレットＰの着座を検知する為のエア吐出機構は、加圧エアが供給されるエア通路１４，１５、複数のエア吐出ノズル２３などを有する。
【００３０】
筒状軸部４の下部の外周には上方ほど小径化するテーパ係合面２１が形成され、このテーパ係合面２１にワークパレットＰ側の係合リング２８の環状係合部３２のテーパ係合面３１を係合させることで、ワークパレットＰが水平方向に位置決めされる。このテーパ係合面２１の下端の外周側においてクランプ本体３の上端には、係合リング２８の下端の環状当接面３３を受け止めてワークパレットＰを上下方向に位置決めする環状の着座面２２が形成されている。
【００３１】
ワークパレットＰ側のクランプ受動部１Ｂは、ワークパレットＰの凹穴２６にシム２７を介在させて嵌合固定された係合リング２８と、この係合リング２８の中央部分に形成された中央穴２９と、この中央穴２９の上端近傍部に形成され且つ複数の鋼球６が夫々係合可能な複数の係合凹部３０と、中央穴２９の下半部の内周面であるテーパ係合面３１とを有する。尚、このクランプ受動部１Ｂにおけるテーパ係合面３１とその外側近傍部を含む環状係合部３２は、テーパリング３２ａと、このテーパリング３２ａの外側に周方向に等間隔おきに形成した径方向向きの複数のリブ３２ｂとの弾性変形を介して径方向外側へ弾性変形可能に構成されている。
【００３２】
以上のクランプ装置１により、ワークパレットＰをテーブルＴに固定する場合、図１に示すように、油室１０に油圧を供給してピストン部材８を上限位置に切換え、複数の鋼球６を駆動軸部７の複数の退入用凹部１２に部分的に退入させた状態で、ワークパレットＰを下降させることで、係合リング２８を筒状軸部４に外嵌させ、係合リング２８のテーパ係合面３１をテーパ係合面２１に当接させ且つ環状当接面３３を着座面２２に当接させるのと並行して、油室１０の油圧を抜くことで皿バネ積層体９の弾性付勢力によりピストン部材８を下降させると、複数の傾斜凹部１３により複数の鋼球６が径方向外側へ押動されて複数の係合凹部３０に係合してクランプ力が係合リング２８に伝達され、ワークパレットＰがテーブルＴ側のクランプ本体３に引き付けて固定される。
【００３３】
尚、環状係合部３２の弾性変形を介してのテーパ係合面２１，３１の密着によりワークパレットＰが水平方向へ精度よく位置決めされ、環状当接面３３と着座面２２の密着によりワークパレットＰが上下方向に精度よく位置決めされ、ワークパレットＰは直交する２方向へ位置決めしてクランプされる。つまり、このクランプ装置１は、二面拘束型のプル型のクランプ装置である。
【００３４】
次に，クランプ装置１によってクランプ対象物（ワークパレットＰ）をクランプするクランプ力を測定するクランプ力測定装置２について図３〜図６に基づいて説明する。
このクランプ力測定装置２は、測定装置本体３７と、油圧シリンダ機構３８と、この油圧シリンダ機構３８の環状の油室３９の油圧を測定可能な油圧測定器４０と、油圧調整機構４１と、エア抜き弁４２と、油圧表示器４３などを備えている。
【００３５】
油圧シリンダ機構３８は、ピストン部材装着孔と、このピストン部材装着孔に可動に装着されたピストン部材４４と、ピストン部材４４で加圧される油が封入された環状の油室３９とを有する。測定装置本体３７は、中央部に縦向きのピストン部材装着孔が形成された環状のブロックに構成されている。ピストン部材装着孔は、下半部の小径孔部４５ａと上半部の大径孔部４５ｂとからなる。測定装置本体３７の下端には、クランプ装置１のクランプ駆動部１Ａの環状の着座面２２に当接する環状当接面４６が形成されている。
【００３６】
ピストン部材４４は、大径のピストン部４４ａと、このピストン部４４ａよりも小径でピストン部４４ａの下端から下方（ワークパレットＰを引き付けるプル方向）へ延びる小径のロッド部４４ｂを備え、ピストン部４４ａが大径孔部４５ｂに昇降自在に装着され且つロッド部４４ｂが小径孔部４５ａに昇降自在に装着されている。ピストン部４４ａとクランプ本体３７とでピストン部４４ａの下側に環状の油室３９が形成され、ピストン部４４ａにより油室３９と、油路４７ａ〜４７ｃ等に封入された油を加圧可能に構成され、ロッド部４４ｂの下端は環状当接面４６よりも上方に位置している。尚、ピストン部４４ａと測定装置本体３７の間をシールするシール部材４８と、ロッド部４４ｂと測定装置本体３７の間をシールするシール部材４９も設けられている。
【００３７】
ピストン部材４４には、クランプ装置１の筒状軸部４を導入可能な導入孔５０が形成され、この導入孔５０の下部の途中部において、ピストン部材４４には筒状軸部４の上半部を導入可能な環状内鍔部５１が形成され、この環状内鍔部５１の上部には、複数の鋼球６が夫々係合可能な複数の係合凹部５２が形成されている。尚、この係合凹部５２は、中心側ほど低くなる傾斜状の部分円筒溝からなる。ピストン部材４４の上側のリング部材５３は、ピストン部材４４よりも大径であり、クランプ本体４４に螺合にて固定され、ピストン部材４４の上限位置を規制している。
【００３８】
油圧測定器４０は測定装置本体３７の上端部に螺合にて固定され、この油圧測定器４０には、油路４７ｃの上端部から油圧が導入され、内蔵された拡散型半導体圧力センサにより油圧が測定される。油圧測定器４０の上端には、小型の液晶ディスプレイからなる油圧表示器４３が設けられ、油圧測定器４０は、圧力センサからの信号を受けてデータ処理すると共に油圧表示器４３を制御するマイクロコンピュータ及び入出力インターフェースを有する。
【００３９】
前記油圧調整機構４１は、油室３９等に封入された油圧の初期設定圧を微調整する為のもので、この油圧調整機構４１は、圧縮コイルスプリング５４と、油室３９等に封入された油を加圧可能な小径ピストン５５であって圧縮コイルスプリング５４で上方へ付勢された小径ピストン５５と、小径ピストン５５の上側の鋼球５６と、この鋼球５６を介して小径ピストン５５の位置を微調整可能な操作部材５７を有し、操作部材５７は測定装置本体３７のネジ穴に螺合されており、操作部材５７の六角穴に工具を嵌めて回動操作することで操作部材５７の位置を微調整し、油圧室３９等に封入された油の初期設定圧を微調整できるようになっている。
【００４０】
尚、油路４７ａの端部の油充填口はプラグ部材５８で封鎖され、油路４７ｂの端部はプラグ部材５９で封鎖されている。このクランプ力測定装置２の組み立て時に油充填口から油を充填する際に、内部の空気を抜く為のエア抜き弁４２も油路４７ｃに連通状に設けられている。
【００４１】
次に、このクランプ力測定装置２の作用、効果について説明する。
クランプ力測定装置２では、予め、前記油圧調整機構４１を調整して、油室３９等に封入された油の油圧を数ＭＰａ（例えば、３ＭＰａ）の初期設定圧に調整しておく。この初期設定圧を与えておくことにより、シール部材４８，４９が十分に弾性変形し、油室３９に連なる種々の微小隙間に油圧が充填された状態となる。そのため、クランプ力測定時に、ピストン部材４４にクランプ力を作用させた際に、そのクランプ力を精度よく油圧の増加分に変換することができる。
【００４２】
クランプ装置１のクランプ駆動部１ＡでワークパレットＰをクランプするクランプ力を測定する場合、クランプ駆動部１Ａの油室１０に油圧を供給して、ピストン部材８を上昇位置に保持し、複数の鋼球６を複数の退入用凹部１２に部分的に退入させて筒状軸部４の外周外へ突出しない状態に保持し、この状態においてクランプ力測定装置２を上方から下降させ、導入孔５０に駆動軸部７と筒状軸部４（クランプ力出力部に相当する）を挿入し、環状当接面４６を着座面２２に着座させる。
【００４３】
次に、クランプ力を作用させる前に、油圧測定器４０により油室３９等に封入された油の初期設定圧を測定して記憶すると共に油圧表示器４３に表示させる。これにより、初期設定圧をチェックすることができる。初期設定圧が不足している場合には、油圧調整機構４１の操作部材５７を操作して、初期設定圧を適切な油圧に調整する。
【００４４】
次に、クランプ駆動部１Ａの油室１０の油圧を抜き、皿バネ積層体９の弾性付勢力によりピストン部材８を下降させると、複数の鋼球６は、傾斜凹部１３により径方向外側へ押動されて、環状内鍔部５１の複数の係合凹部５２に強力に係合して、ピストン部材４４に下向きのクランプ力を作用させる。その結果、ピストン部材４４が油室３９等に封入された油を加圧するため、油室３９等に封入された油の油圧がクランプ力の大きさに対応する増加分だけ増大する。
【００４５】
そこで、油圧測定装置４０により油室３９等に封入された油の油圧を測定して記憶すると共に、油圧表示器４３に表示させる。また、クランプ力に対応して増大した油圧増加分と、マイクロコンピュータに予め格納されているクランプ力演算プログラムに基づいて、クランプ力を演算して油圧表示器４３に表示させる。このとき、油圧表示器４３には、初期設定圧と、クランプ力作用状態の油圧と、クランプ力とが表示されることになる。
【００４６】
こうして、クランプ装置１で発生させるクランプ力を精度よく測定することができるため、クランプ装置１の性能を確認することができ、所期のクランプ力を発生できないクランプ装置１については、皿バネ積層体９やシール部材を交換する等の修理がなされ、修理不能のクランプ装置１は使用不可にされる。
【００４７】
このクランプ力測定装置２によれば、クランプ力を油圧に変換し、その油圧を油圧測定器４０で測定することによりクランプ力を精度よく測定することができる。特に、ピストン部材４４は筒状に形成され、油室３９は環状に形成されているため、ピストン部材４４の中心部に、クランプ装置１のほぼ円柱状のクランプ力出力部（筒状軸部４と駆動軸部７）を挿入する構造を採用することができ、ボールロック式のクランプ装置１のクランプ力を測定するのに適したものとなる。しかも、環状の油室３９であるため、ピストン部材４４にクランプ力が偏荷重的に作用したとしても、クランプ力を精度よく油圧に変換することができるから、クランプ力測定の精度を高めることもできる。
【００４８】
油室３９等に封入された油の初期設定圧を調整する為の油圧調整機構４１を設けたため、油室３９等に封入された油の初期設定圧を適当な圧力に調整することで、油圧シリンダ機構３８のシール部材４８，４９を弾性変形させたり、内部の微小隙間に油を充填させたりしてクランプ状態と同じ条件にして、クランプ力を測定できるから、クランプ力測定の精度を高めることができる。
【００４９】
しかも、クランプ装置１に着脱可能な測定装置本体３７を採用し、クランプ装置１に着脱可能に構成してあるため、クランプ装置１とは独立のクランプ力測定装置２となるので、１台のクランプ力測定装置２を用いて複数のクランプ装置１のクランプ力を測定可能であるから、クランプ装置１の製作費が高価になることもない。また、測定装置本体３７にクランプ駆動部１Ａの着座面２２に当接する当接面４６を形成し、この当接面４６を着座面２２に着座させた状態でクランプ力を測定するため、クランプ装置１でクランプ対象物をクランプするのと同様の条件で，クランプ力を測定することができる。
【実施例２】
【００５０】
次に、実施例２に係るクランプ装置６１と、クランプ力測定装置６２について、図７〜図９に基づいて簡単に説明する。
【００５１】
最初に、クランプ装置６１について説明する。
図７，図８に示すように、クランプ装置６１は、ワークパレットＰを工作機械のテーブルＴに引き付けて固定するプル型のクランプ装置であり、クランプ装置６１はテーブルＴ側に設けられたクランプ駆動部６１Ａと、ワークパレットＰ側に設けられたクランプ受動部６１Ｂとで構成されている。クランプ駆動部６１Ａは、テーブルＴに固定されたクランプ本体をなす下部本体６３ａと上部本体６３ｂとで構成されている。
【００５２】
クランプ本体の内部には、ピストン部材６４が昇降可能に装着され、このピストン部材６４は圧縮コイルバネ６５により下方へ強力に付勢され、油室６６に供給される油圧により上方へ駆動される。ピストン部材６４の筒状ロッド部６７の上端近傍部に形成された複数の保持孔６８に複数の鋼球６９が夫々径方向へ可動に装着されている。筒状ロッド部６７は下部本体６３ａの筒部７０に挿入され、ピストン部材６４は下部本体６３ａに対して昇降自在である。下部本体６３ａの筒部７０の上端部分には、下方に向かって小径化する部分コーン状の案内面７１が形成されている。
【００５３】
ピストン部材６４の筒状ロッド部７０の内部には、上端壁付き筒体からなる鋼球規制具７２が昇降自在に装着され、この鋼球規制具７２は圧縮コイルバネ７３で上方へ付勢され、鋼球規制具７２の鍔部が筒状ロッド部７０の段部に係止されると上限位置になる。
上部本体６３ｂにはテーパ筒部７４が形成され、このテーパ筒部７４の外周面には上方ほど小径化するテーパ係合面７５が形成されている。このテーパ筒部７４の下端の外周側には水平な環状の着座面７６が形成されている。
【００５４】
次に、クランプ受動部６１Ｂについて説明する。  
クランプ受動部６１Ｂは、ワークパレットＰの凹穴８０にシム８１を介在させて内嵌固定された係合リング８２と、ワークパレットＰに固定されて係合リング８２の中心穴を貫通して下方へ突出するプルスタッド８３と備えている。係合リング８２には、上記のテーパ係合面７５に係合するテーパ係合面８４と、着座面７６に当接する環状当接面８５が形成されている。
【００５５】
ワークパレットＰをテーブルＴ上に固定する場合、図７に示すように、ピストン部材６４を上昇位置にし、鋼球規制具７２で複数の鋼球６９を外側へ押動させ、複数の鋼球６９を筒状ロッド部６７の外周面外の案内面７１側へ部分的に突出させ、筒状ロッド部６７の内周面よりも内側へ突出しないように保持する。この状態で、ワークパレットＰを下降させて、図８に示すクランプ状態にする。
【００５６】
このとき、プルスタッド８３が筒状ロッド部６７に上方から挿入後に油室６６の油圧を抜き、コイルバネ６５の弾性力でピストン部材６４を下降させると、複数の鋼球６９は案内面７１の案内作用で複数の保持孔６８の方へ移動し、プルスタッド８３に係合してプルスタッド８３に下向きのクランプ力が伝達され、クランプ状態となる。このとき、テーパ係合面７５，８４の係合によりワークパレットＰが水平方向へ位置決めされ、環状当接面８５と着座面７６の当接によりワークパレットＰが上下方向に位置決めされる。つまり，このクランプ装置６１は、ワークパレットＰを直交する２方向へ位置決めしてクランプする二面拘束型のプル型のクランプ装置である。
【００５７】
次に、クランプ測定装置６２について簡単に説明する。
図９に示すように、クランプ測定装置６２は、測定装置本体９０と、油圧シリンダ機構９１と、この油圧シリンダ機構９１の油室９２の油圧を測定可能な油圧測定器９３と、前記油圧調整機構４１と同様の油圧調整機構（図示略）と、前記エア抜き弁４２と同様のエア抜き弁（図示略）と、前記油圧表示器４３と同様の油圧表示器（図示略）などを備えている。
【００５８】
油圧シリンダ機構９１は、ピストン部材装着孔と、このピストン部材装着孔に可動に装着されたピストン部材９４と、ピストン部材９４で加圧される油が封入された環状の油室９２とを有する。測定装置本体９０は、中央部に縦向きのピストン部材装着孔が形成された環状のブロックに構成されている。ピストン部材装着孔は、下半部の小径孔部９５ａと上半部の大径孔部９５ｂとからなる。測定装置本体９０の下端には、クランプ装置６１のクランプ駆動部６１Ａの環状の着座面７６に当接する環状当接面９６が形成されている。  
【００５９】
ピストン部材９４は、大径のピストン部９４ａと、このピストン部９４ａよりも小径でピストン部９４ａの下端から下方（ワークパレットＰを引き付けるプル方向）へ延びる小径のロッド部９４ｂを備え、ピストン部９４ａが大径孔部９５ｂに昇降自在に装着され且つロッド部９４ｂが小径孔部９５ａに昇降自在に装着されている。ピストン部９４ａと測定装置本体９０とでピストン部９４ａの下側に環状の油室９２が形成され、ピストン部９４ａにより油室９２と油路９８ａ〜９８ｃ等に封入された油を加圧可能に構成され、ロッド部９４ｂの下端は環状当接面９６よりも上方に位置している。尚、ピストン部９４ａと測定装置本体９０の間をシールするシール部材９９と、ロッド部９４ｂと測定装置本体９０の間をシールするシール部材１００も設けられている。
【００６０】
上記のロッド部９４ｂは筒状に形成され、その筒部の内周面にはテーパ係合面７５に係合するテーパ係合面１０１が形成され、ピストン部材９４の中心部にはピストン部材９４よりも下方へ突出するプルスタッド１０２が固定されている。
【００６１】
図９は、クランプ駆動部６１Ａにクランプ力測定装置６２を装着してクランプした状態を示し、この状態においてテーパ係合面７５，１０１が密着し、環状当接面９６が着座面７６に密着し、ピストン部材６４はコイルバネ６５により下方へ弾性付勢され、複数の鋼球６９がプルスタッド１０２に係合してクランプ力を作用させている。このクランプ力測定装置６２により、クランプ装置６１で発生するクランプ力を測定する方法は、実施例１と同様であるので、その説明は省略する。このクランプ力測定装置６２の作用、効果も前記実施例１とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【実施例３】
【００６２】
次に、実施例３に係るクランプ装置１１１と、クランプ力測定装置１１２について、図１０に基づいて簡単に説明する。このクランプ装置１１１は工作機械の主軸１１０に装備されて、主軸１１０の先端部に装着された工具ホルダ（図示略）を主軸１１０の方へ引き付けてクランプするプル型のクランプ装置である。
【００６３】
図１０に示すように、主軸１１０の先端（前端）側部分には、工具を取り付けた工具ホルダが装着されるテーパ嵌合孔１１３ａが形成されている。クランプ装置１１１は、主軸１１０の内部に組み込まれ且つテーパ嵌合孔１１３ａが形成された筒状軸１１３と、この筒状軸１１３の内部に組み込まれたドローバー１１４と、このドローバー１１４を後方（図１０の右方）へ強力に付勢する皿バネ積層体１１５であってその内部をドローバー１１４が貫通する皿バネ積層体１１５と、ドローバー１１４の先端部を工具ホルダのプルスタッド（図示略）に解除可能に連結するチャック機構１１６と、主軸１１０の後端側に装備されたクランプ解除用油圧シリンダ手段（図示略）などを有する一般的な主軸用クランプ装置である。
【００６４】
このクランプ装置１１１で工具ホルダを位置決めしてクランプするとき、工具ホルダのテーパシャンク部がテーパ嵌合孔１１３ａに係合させることで主軸１１０と直交する方向へ位置決めされ、工具ホルダの鍔状部の後端面を筒状軸１１３の先端面（前端面）に当接させることで主軸１１０の軸心方向へ位置決めされる。つまり、このクランプ装置１１１も、主軸１１０に対して工具ホルダを直交する２方向へ位置決めしてクランプする二面拘束型のプル型のクランプ装置である。
【００６５】
図１０に示すように、上記のクランプ装置１１１で発生するクランプ力を測定するクランプ力測定装置１１２は、測定装置本体１２０と、この測定装置本体１２０の内部に設けられた油圧シリンダ機構１２１と、前記油圧測定器４０と同様の油圧測定器１２２と、油圧表示器と、油圧調整機構と、エア抜き弁などを備えている。但し、油圧表示器と、油圧調整機構と、エア抜き弁などは実施例１のものと同様のものであるため図示省略した。
【００６６】
測定装置本体１２０は、環状ブロック体１２０ａと、筒状軸１１３のテーパ嵌合孔１１３にテーパ嵌合されるテーパ嵌合部１２０ｂとを一体形成したものである。環状ブロック体１２０ａの後端面には、クランプ状態のときに筒状軸１１３の先端面である着座面１１３ｂに当接する環状の当接面１２０ｃが形成されている。油圧シリンダ機構１２１は、測定装置本体１２０に形成されたピストン部材装着孔に可動に装着されたピストン部材１２３と、環状の油室１２４と、ピストン部材１２３の後端部（奥端部）に螺合にて固定されたプルスタッド１２５、ピストン部材装着孔の端部を塞ぐ閉塞部材１２６などを有する。  
【００６７】
ピストン部材１２３は、大径のピストン部１２３ａと、これより小径のロッド部１２３ｂとからなり、ロッド部１２３ｂはピストン部１２３ａよりも後方（工具ホルダを引き付けるプル方向）に形成されている。ピストン部材装着孔は、ピストン部１２３ａが装着されるシリンダ孔１２７ａと、ロッド部１２３ｂが装着されるロッド挿通孔１２７ｂとを有する。プルスタッド１２５は、プルスタッド本体１２５ａと基軸部１２５ｂとネジ部１２５ｃとを一体形成したもので、ネジ部１２５ｃがピストン部材１２３のロッド部１２３ｂの後端部分のネジ孔に螺合され、基軸部１２５ｂがロッド部１２３ｂの後端に当接している。図１０は、クランプ力測定装置１１２を主軸１１０に装着してクランプ装置１１１のチャック機構１１６によりドローバー１１４をプルスタッド１２５に連結してクランプ力を作用させている状態を示すものである。
【００６８】
ピストン部材１２３のピストン部１２３ａと測定装置本体１２０とで、ピストン部１２３ａの後側に環状の油室１２４が形成され、この油圧１２４等に油が封入され、油圧調整機構により油圧の初期設定圧が調整され、実施例１と同様に、油圧測定器１２２により、上記の油室１２４等に封入された油の油圧を測定可能になっている。主軸１１０のクランプ装置１１１により、クランプ力測定装置１１２のプルスタッド１２５に後方向きのクランプ力を作用させると、油圧１２４の油圧が増加するので、実施例１と同様に、その油圧を測定することでクランプ力を測定することができる。このクランプ力測定装置６２の作用、効果も前記実施例１とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【００６９】
尚、前記クランプ装置と、クランプ力測定装置は３つの例を示すものにすぎないが、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、２面拘束型の種々のプル型クランプ装置または２面拘束型でない種々のプル型クランプ装置のクランプ力を測定するクランプ力測定装置に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施例１のクランプ装置（アンクランプ状態）の断面図である。
【図２】前記クランプ装置（クランプ状態）の断面図である。
【図３】実施例１のクランプ力測定装置（アンクランプ状態）の断面図である。
【図４】前記クランプ力測定装置（クランプ状態）の断面図である。
【図５】前記クランプ力測定装置の斜視図である。
【図６】前記クランプ力測定装置の平面図である。
【図７】実施例２のクランプ装置（アンクランプ状態）の断面図である。
【図８】図７のクランプ装置（クランプ状態）の断面図である。
【図９】実施例２のクランプ力測定装置（クランプ状態）の断面図である。
【図１０】実施例３のクランプ装置とクランプ力測定装置の断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
Ｐ        ワークパレット
１        クランプ装置
２        クランプ力測定装置
３        クランプ本体
４        筒状軸部
５        保持孔
６        鋼球
７        駆動軸部
９        皿バネ積層体
１０      油室
３７      測定装置本体
３８      油圧シリンダ機構
３９      油室
４０      油圧測定器
４４      ピストン部材
４５ａ    小径孔部
４５ｂ    大径孔部
６１      クランプ装置
６２      クランプ力測定装置
６３ａ    下部本体（クランプ本体）
６３ｂ    上部本体（クランプ本体）
６４      ピストン部材
６５      コイルバネ
６６      油室
６７      筒状ロッド部
６８      保持孔
６９      鋼球
７１      案内面
９０      測定装置本体
９１      油圧シリンダ機構
９２      油室
９３      油圧測定装置
９４      ピストン部材
９５ａ    小径孔部
９５ｂ    大径孔部
１１１      クランプ装置
１１２      クランプ力測定装置
１２０      測定装置本体
１２１      油圧シリンダ機構
１２２      油圧測定装置
１２３      ピストン部材
１２４      油室
【図１】
2008105122.tif 000003
【図２】
2008105122.tif 000004
【図３】
2008105122.tif 000005
【図４】
2008105122.tif 000006
【図５】
2008105122.tif 000007
【図６】
2008105122.tif 000008
【図７】
2008105122.tif 000009
【図８】
2008105122.tif 000010
【図９】
2008105122.tif 000011
【図１０】
2008105122.tif 000012