(57)【要約】【課題】低廉なコストにより装置の駆動中においてもエア抜きを行なうことを可能として、稼働率の向上が図られた工具アンクランプ装置を提供する。【解決手段】工具をクランプ可能な主軸と、主軸にクランプされた工具をアンクランプ状態とする際に必要な動力を、主軸に出力可能な出力部１０と、動力を発生可能な動力部７０と、出力部１０と動力部７０とを接続して、動力部７０にて生じた動力を出力部１０に伝達可能な液体状の媒体Ａが収容する流路７１と、液体状の媒体Ａが充填されたタンク３０と、流路７１とタンク３０とを連通する連通路４６と、タンク３０内の圧力と流路７１内の圧力との圧力差により移動可能に設けられ、連通路４６の連通状態を制御する弁体とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具をクランプ可能な主軸と、
前記主軸にクランプされた工具をアンクランプ状態とする際に必要な動力を、前記主軸に出力可能な出力部と、
動力を発生可能な動力部と、
前記出力部と前記動力部とを接続して、前記動力部にて生じた動力を前記出力部に伝達可能な液体状の媒体を収容する流路と、
前記液体状の媒体が充填されたタンクと、
前記流路と前記タンクとを連通する連通路と、
移動可能に設けられ、前記連通路の連通状態を制御する弁体と、
を備える工具アンクランプ装置。
【請求項２】
前記連通路は、前記流路から分岐し、前記弁体の一部を受け入れる分岐室を有し、
前記分岐室は、前記弁体との間に設けられ、前記液体状の媒体中に混入したガスを貯留可能なガス貯留室と、前記流路からガスを抜くガス抜き通路とを含む、請求項１に記載の工具アンクランプ装置。
【請求項３】
前記弁体による前記連通路の閉塞状態を解除する方向に、前記弁体に付勢力を及ぼす弾性体をさらに備えた、請求項１または請求項２に記載の工具アンクランプ装置。
【請求項４】
前記弁体は、前記分岐室内の内表面との間に、前記ガス抜き通路を形成する太幅部を含み、
前記ガス貯留室は、前記太幅部より前記流路から離れた位置に設けられた、請求項２または請求項３に記載の工具アンクランプ装置。
【請求項５】
前記流路の内壁面のうち、前記分岐室と対向する位置に形成された凹部をさらに備え、
前記弁体は、前記凹部内に挿入される軸部を含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載の工具アンクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具アンクランプ装置に関し、より特定的には、工作機械の主軸に装着した工具を交換する際に、主軸にクランプされた工具を解放してアンクランプ状態とすることが可能な工具アンクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、主軸にツールマガジン等に収納された工具を主軸の先端部に装着して、各種加工を行なう工作機械が知られている。一般に、このような工作機械は、主軸にクランプされた工具を自動的に交換する工具交換装置を備えている。この工具交換装置は、主軸にクランプされた工具をアンクランプ状態にするために、主軸に駆動源からの駆動力を伝達する油圧装置を有している。この油圧装置は、油圧により駆動力の伝達を行なうため、駆動力を伝達する媒体であるオイル内にエアが混入している場合には、エアが収縮することにより、駆動力の伝達が著しく阻害される。特に、工具交換装置においては、主軸にクランプされたツールホルダの抜き取りを行なう際には、油圧装置は、主軸に大きな駆動力を伝達する必要がある。このため、工具交換装置の油圧装置内のエア抜きは、非常に重要なものとなっている。そして、特許第３０６２８８９号公報には、エア抜きを行なう機構を備えたブースタ駆動式油圧シリンダ装置が記載されている。
【０００３】
この特許第３０６２８８９号公報は、カムポンプのポンプ室と、ブースタのプランジャ室とは、オイル供給孔を介して接続されおり、このオイル供給孔の途中部にプランジャ圧遮断弁が設けられている。そして、プランジャ室に接続されたエア抜き孔に、エア抜き弁が設けられている。
【０００４】
この特許第３０６２８８９号公報に記載されたブースタ駆動式油圧シリンダ装置においては、プランジャ室、ポンプ室および、オイル補給室内のエアを排出するには、まず、プランジャ遮断弁を操作して、プランジャ室と、ポンプ室と、オイル補給タンクとを連通状態とする。そして、エア抜き弁の開閉を繰り返すことにより、オイル補給孔内やプランジャ室内及びエア抜き孔内のエアを外部へ排出する。
【特許文献１】特許第３０６２８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記ブースタ駆動式油圧シリンダ装置のエア抜機構においては、プランジャ遮断弁等の電磁弁が必須の構成となっており、装置自体のコストが高くなるという問題が生じる。さらに、プランジャ遮断弁を制御する制御部も必須となるという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、油圧シリンダなどを備えた装置に適用可能であり、簡易な構成のエア抜き機構を低廉なコストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る工具アンクランプ装置は、工具をクランプ可能な主軸と、主軸にクランプされた工具をアンクランプ状態とする際に必要な動力を、主軸に出力可能な出力部と、動力を発生可能な動力部と、出力部と動力部とを接続して、動力部にて生じた動力を出力部に伝達可能な液体状の媒体を収容する流路と、液体状の媒体が充填されたタンクと、流路とタンクとを連通する連通路と、移動可能に設けられ、連通路の連通状態を制御する弁体とを備える。好ましくは、上記連通路は、流路から分岐し、弁体の一部を受け入れる分岐室を有し、分岐室は、弁体との間に設けられ、液体状の媒体中に混入したガスを貯留可能なガス貯留室と、流路からガスを抜くガス抜き通路とを含む。好ましくは、弁体による連通路の閉塞状態を解除する方向に、弁体に付勢力を及ぼす弾性体をさらに備える。好ましくは、弁体は、分岐室内の内表面との間に、ガス抜き通路を形成する太幅部を含み、ガス貯留室は、太幅部より流路から離れた位置に設けられる。好ましくは、上記流路の内壁面のうち、分岐室と対向する位置に形成された凹部をさらに備え、上記弁体は、凹部内に挿入される軸部を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る工具アンクランプ装置によれば、低廉なコストで簡易な構成のエア抜き機構を備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１から図７を用いて、本実施の形態に係る工具アンクランプ装置１００について説明する。図１は、本実施の形態に係る工具アンクランプ装置１００を模式的に表わした回路図である。この図１に示されるように、工具アンクランプ装置１００は、工具をクランプする工具着脱部４０と、この工具着脱部４０に動力を伝達する油圧シリンダ（出力部）１０と、クランプされた工具をアンクランプ状態とするために必要な動力を発生可能なカムポンプ（動力部）７０と、油圧シリンダ１０とカムポンプ７０との間に設けられ、カムポンプ７０により圧力を加えられることにより、油圧シリンダ１０に動力を伝達可能なオイル（液体状の媒体）Ａを収容する管路７１と、オイルＡが貯留されたタンク３０と、タンク３０の下端部と管路７１とを接続する流通路４６と、この流通路４６に設けられ、液体状の媒体Ａ内に含まれるエア（気体状の異物）を取り除くエア抜き機構３６と、手動操作で油圧シリンダ１０を伸長させて、工具着脱部４０にクランプされた工具をアンクランプさせる際に用いられるブースタ２０と、空圧源６９とを備えている。
【００１０】
ブースタ２０は、空圧源６９に接続され、圧縮空気が供給される高圧駆動室２０Ａと、オイルＡが充填され、高圧駆動室２０Ａからの駆動力により、オイルＡを吐出するプランジャ室２０Ｂとを備えている。空圧源６９と、高圧駆動室２０Ａとの間には電磁開閉弁７５が設けられており、高圧駆動室２０Ａへの圧縮空気の供給が制御されている。
【００１１】
油圧シリンダ１０は、管路７１と接続してオイルＡが充填された伸長用シリンダ室２２と、この伸長用シリンダ室２２内の圧力により摺動可能に設けられたピストン２１とを備えている。カムポンプ７０は、オイルＡが充填されたシリンダ室７０Ａと、図示されないモータ等の駆動源により駆動させられ、シリンダ室７０Ａ内にオイルＡを吸引したり、シリンダ室７０Ａ内のオイルＡを吐出したりするピストン７０Ｂとを備えている。
【００１２】
管路７１は、駆動力を伝達するオイルＡが充填されており、ブースタ２０のプランジャ室２０Ｂと、カムポンプ７０のシリンダ室７０Ａ内と、油圧シリンダ１０の伸長用シリンダ室２２内とを接続している。タンク３０の下端部と、管路７１との間には、連通路４６が設けられており、この連通路４６には、エア抜き機構３６が設けられている。タンク３０には、オイルＡと圧縮空気とが充填されており、タンクの上端部には、空圧源６９が接続されており、常時圧縮空気がタンク３０内に供給されている。
【００１３】
図２は、油圧シリンダ１０とブースタ２０との断面図である。この図２に示されるように、油圧シリンダ１０の上面上にブースタ２０が設けられている。油圧シリンダ１０は、上ブロック１２と、下ブロック１１と、上ブロック１２と下ブロック１１との間に設けられたピストン２１と、このピストン２１を上ブロック１２に向けて付勢する復帰バネ１９とを備えている。そして、ピストン２１の内周面側には、ピストン２１の内周面と、上ブロック１２の外周面とにより規定される伸長用シリンダ室２２が形成されている。そして、この伸長用シリンダ室２２には、図１に示す管路７１に接続されたオイル供給路２４が接続されている。
【００１４】
ブースタ２０は、上ブロック１２の上面上に設けられた筒状のシリンダ１３と、このシリンダ１３の上面に設けられた上壁部１７と、上ブロック１２内に形成されたプランジャ室２０Ｂと、シリンダ１３内に設けられた空圧ピストン１５と、この空圧ピストン１５に設けられ、プランジャ室２０Ｂ内に挿入されるプランジャ１４と、空圧ピストン１５と上壁部１７とシリンダ１３とにより規定された高圧駆動室２０Ａとを備えている。プランジャ室２０Ｂは、上ブロック１２の上面に開口する凹部と、この凹部内に挿入されたプランジャ１４とにより規定されている。なお、高圧駆動室２０Ａの上面側には、図１に示す空圧源６９に接続された図示されないエア供給口が設けられており、圧縮空気が高圧駆動室２０Ａ内に供給可能とされている。プランジャ室２０Ｂは、プランジャ室２０Ｂの下端部側に設けられた管路２０ｂにより、伸長用シリンダ室２２と接続されている。
【００１５】
図３は、タンク３０の断面図である。この図２に示されるように、タンク３０は、底壁部３３と、この底壁部３３の上面上に形成された筒状の側壁部３１と、この側壁部３１の上面上に設けられた上壁部３２とを備えている。そして、タンク３０の下面側に位置する管路７１にエア抜き機構３６が設けられている。
【００１６】
図４は、エア抜き機構３６の要部を示す断面図である。この図４に示すように、エア抜き機構３６は、筐体３９と、この筐体３９内に設けられた弁体３４とを備えている。
【００１７】
筐体３９は、内部に弁体３４を収納する収納室７６を備えている。
筐体３９には、図１に示すカムポンプ７０に接続された管路７１ａと、図１に示すカムポンプ７０に接続された管路７１ｂと、油圧シリンダ１０に接続された管路７１ｃとが接続されている。そして、筐体３９は、管路７１ａが接続される開口部４３ａと、管路７１ｂが接続される開口部４３ｂと、管路７１ｃが接続される開口部４３ｃとを備えている。
【００１８】
収納室７６は、各管路（流路）７１ａ〜７１ｃに接続され、管路７１ａ〜７１ｃとして機能する接続部（流路）７６Ａと、この接続部７６Ａおよび管路７１ａ〜７１ｃから上方に分岐し、弁体３４の少なくとも一部を受け入れる分岐室７３を備えている。この分岐室７３の上面には、図１に示すタンク３０に接続された流通路４１が接続されており、この流通路４１の開口部４１ａが分岐室７３の上面に形成されている。
【００１９】
タンク３０と、管路７１とを接続する連通路４６は、流通路４１と、分岐室７３とを含む構成とされている。流通路４１内には、バネ等の弾性部材４２が設けられており、弁体３４を開口部４１ａから、離間する方向に向けて付勢している。図１に示すエア抜き機構３６は、連通路４６と、この連通路４６に設けられた弁体３４と、この弁体３４に付勢力を加える男性部材４２とを含む構成とされている。そして、収納室７６を規定する筐体３９の内壁面のうち、分岐室７３と対向する部分には、凹部７１ｄが形成されている。
【００２０】
弁体３４は、開口部４１ａ側の端部に形成された細幅部３４ｂと、この細幅部３４ｂに連設され、細幅部３４ｂより大径の太幅部３４ａと、この太幅部３４ａに連設された軸部３４ｃとを備えている。細幅部３４ｂの断面積（径）は、太幅部３４ａの断面積（径）より小さく形成されている。また、軸部３４ｃの断面積（径）も、太幅部３４ａの断面積（径）より小さく形成されている。
【００２１】
弁体３４の上端部から下端部までの距離は、開口部４１ａが形成された収納室７６の上面から凹部７１ｄの底面までの距離より、たとえば、０．４ｍｍ程度小さく形成されている。そして、軸部３４ｃは、凹部７１ｄ内にはめ込まれており、弁体３４は、収納室７６内にて、開口部４１ａを閉塞または開口するように移動可能に設けられている。
【００２２】
図５は、図４の弁体３４付近を拡大表示した断面図である。この図５に示されるように、細幅部３４ｂは、太幅部３４ａの開口部４１ａ側の端面から開口部４１ａに向けて突出する突出部３４ｄと、この突出部３４ｄの周面上に形成され、たとえば、Ｏリング等からなる環状のシール材３７とを備えている。シール材３７は、開口部４１ａの周囲を囲むことができるように形成されており、シール材３７の開口部４１ａ側の上端部は、突出部３４ｄの上端部より、開口部４１ａ側に位置している。突出部３４ｄの上端面は、平坦面状とされている。このため、細幅部３４ｂが、分岐室７３の内壁面のうち、開口部４１ａが形成された内壁面に当接すると、シール材３７が開口部４１ａの周囲を密封すると共に、突出部３４ｄが開口部４１ａを閉塞する。
【００２３】
太幅部３４ａの断面積は、分岐室７３の開口面積より僅かに小さく形成されており、太幅部３４ａは、分岐室７３内に摺動可能に嵌め込むことができる。そして、太幅部３４ａは、分岐室７３のうち、太幅部３４ａより開口部４１ａ側の領域をエア溜め室（ガス貯留室）７３Ａと規定する。このため、エア溜め室７３Ａは、分岐室７６のうち、太幅部３４ａに対して、接続室７６Ａに対して反対側に位置する領域に規定されている。
【００２４】
太幅部３４ａの外側面の一部は、分岐室７３の内壁面から僅かに離間しており、他の外側面は、分岐室７３の内壁面と当接している。そして、太幅部３４ａと、分岐室７３の内壁面とが離間している部分は、管路７１とエア溜め室７３Ａとの間を連通するエア抜き通路７８とされている。
【００２５】
ここで、太幅部３４ａの側面の殆どは、分岐室７３の内周面と接しているため、弁体３４は、分岐室７３の内周面にガイドされて摺動し、良好に変位可能とされている。
【００２６】
なお、細幅部３４ｂの断面積が、太幅部３４ａの断面積より小さく形成されているため、細幅部３４ｂが開口部４１ａを閉塞して、流通路４１を閉塞した際においても、太幅部３４ａのタンク３０側の端面上に確保される。
【００２７】
そして、図１に示す連通路４６は、図４に示す流通路４１と、エア溜め室７３Ａおよびエア抜き通路７８とを含む分岐室７３とを備えている。そして、弁体４６は、開口部４１ａを閉塞または、開口することにより、連通路４６の連通状態を制御する。
【００２８】
図６は、工具着脱部４０の断面図である。この図６に示すように、工具着脱部４０は、油圧シリンダ１０の下方に配置されている。工具着脱部４０は、ケーシングとしての主軸ヘッド６０と、主軸ヘッド６０内に配置された主軸５８とを備えている。主軸５８は、主軸５８内に挿入されたドローバー５９と、ドローバー５９の周囲に配置された複数の皿バネ６１とを備えている。皿バネ６１により、ドローバー５９は、常に上方（油圧シリンダ１０側）に付勢されている。ドローバー５９は、上下方向に移動可能に設けられており、油圧シリンダ１０のピストン２１によって、下方に押圧されることにより下方に移動することができ、ピストン２１を上方に移動させることにより、皿バネ６１の付勢力により、上方に移動することができる。
【００２９】
ドローバー５９の下端部には、コレット６２が設けられており、このコレット６２の下端部には、ボール６６が設けられている。主軸５８の下端部には、凹部６７が形成されている。ドローバー５９が、油圧シリンダ１０のピストン２１により押圧されていない場合には、コレット６２は、凹部６７より上方に位置している。そして、ボール６６が工具ホルダ６４のプルスタット６３を挟持しており、工具６５が主軸５８の下端部に工具ホルダ６４を介してクランプされる。また、ドローバー５９が油圧シリンダ１０のピストン２１により下方に移動すると、コレット６２が開き、ボール６６が凹部６７内に入り込むことにより、工具６５をアンクランプすることができる。
【００３０】
このように構成された工具アンクランプ装置１００においては、既に装着されている工具と、ツールマガジン内の工具とを交換するには、まず、装着されている工具をアンクランプ状態にする。そして、工具を取り外し、さらに、新たな工具をクランプする。
【００３１】
ここで、クランプされた工具をアンクランプ状態とするには、まず、図１において、カムポンプ７０が、管路７１内のオイルＡを加圧する。そして、油圧シリンダ１０の伸長用シリンダ室２２内の圧力を向上させる。伸長用シリンダ室２２内の圧力が上昇すると、ピストン２１は、工具着脱部４０に向けて下降する。そして、図６において、ピストン２１がドローバー５９を下方に移動させて、工具をアンクランプ状態として、工具６５が取り外される。このように、主軸５８の下端部にクランプされた工具をアンクランプ状態とする際には、図１に示すカムポンプ７０により管路７１内のオイルＡは、加圧され高圧な状態となっている。このため、管路７１内のオイルＡの圧力は、タンク３０内の圧力より高くなる。
【００３２】
そして、新たな工具をクランプするには、まず、図示されない工具交換アームが回転して、主軸５８の下端部側に新たな工具を配置する。そして、図１に示すカムポンプ７０のピストン７０Ｂが後退して、新たな工具を主軸５８の下端部にクランプさせる。
【００３３】
ここで、弁体３４は、弾性部材４２によって、開口部４１ａから離間するように押圧されている。このため、上記のような工具の交換過程期間においても、殆どの期間に亘って、弁体３４は、弾性部材４２からの付勢力によって、開口部４１ａから離間している。そして、上記のようなアンクランプ動作以外の期間においても、弾性部材３４によって、連通路４６の連通状態が維持されている。すなわち、略常時、弾性部材４２によって、弁体３４による連通路４６と管路７１との間の閉塞状態は解除されており、連通路４６と管路７１との間の連通状態が維持されている。
【００３４】
図７は、弁体３４が開口部４１ａを閉塞した状態を示す断面図であり、この図７に示されるように、アンクランプ動作時に、管路７１内の油圧が大きくなったときのみ、弁体３４が開口部４１ａを閉塞する。このように、弁体３４が開口部４１ａを閉塞している際においても、エア溜め室７３Ａは確保されている。
【００３５】
その一方で、オイルＡ内に含まれるエア（気体状の異物）は、図５に示すエア抜き通路７８を通って、分岐室７３内に入り込む。このエアは、オイルＡとの比重差でエア抜き通路７８内を上昇する。そして、開口部４１ａが、弁体３４によって閉塞されていないときには、開口部４１ａから流通路４１を通って、タンク３０内に入る。
【００３６】
特に、連通路４６は、アンクランプ動作時に管路７１内の圧力が大きくなるとき以外の長期間に亘って、連通状態が維持されているため、良好にオイルＡ内のエアをタンク３０内に排出することができる。
【００３７】
また、連通路４６が弁体３４によって閉塞される期間は、アンクランプ動作のうちの一部の期間に過ぎず、短時間である。しかも、連通路４６は、エア溜め室７３Ａを備えているため、アンクランプ動作時に開口部４１ａが閉塞されている場合でも、エアを貯留することにより、管路７１内のオイルＡからエアを分離し続けることができる。すなわち、本実施の形態に係る工具アンクランプ装置によれば、略常時、オイルＡ内のエアを分離することができ、動作中にオイルＡ内に溶け出したエアも排出することができる。
【００３８】
このように、オイルＡ内のエアを良好に排出することにより、オイルＡを加圧して、駆動力を伝達する際に、エアの圧縮により、駆動力の伝達が阻害されることを低減することができ、良好に駆動力を伝達することができる。
【００３９】
しかも、エア抜き機構３６は、筐体３９と、この筐体３９内に配置された弁体３４と、弾性部材４２とを備える簡易な構成とされており、低廉なコストで、容易に既存の工具アンクランプ装置１００に装着することができる。さらに、エア抜き機構３６による連通路４６の連通状態の制御は、弾性部材４２によって行うことができ、電気的な制御を要さず、低廉なコストでエア抜きを行うことができる。
【００４０】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、工作機械の主軸に装着した工具を交換する際に使用可能な工具アンクランプ装置に有効に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施の形態に係る工具アンクランプ装置を模式的に表わした回路図である。
【図２】油圧シリンダとブースタとの断面図である。
【図３】タンクの断面図である。
【図４】エア抜き機構の要部を示す断面図である。
【図５】エア抜き機構の要部を拡大した拡大断面図である。
【図６】工具着脱部の断面図である。
【図７】弁体３４が開口部４１ａを閉塞した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  油圧シリンダ、２０  ブースタ、３４  弁体、５８  主軸、７０  カムポンプ、７１  管路、１００  工具アンクランプ装置。
【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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【図６】
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【図７】
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