(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドル内に設けられたクランプロッド、該クランプロッドの外周部に装着されたばね、及び前記クランプロッドの先端に設けられたクランプ機構からなる工具クランプ装置において、ヘッド本体内部に取外し可能に固定され、大径筒部とその下方に小径筒部を備えたシリンダ部材と、該シリンダ部材より下方において前記ヘッド本体の内周面に摺動自在に嵌装される大径部とその上方に前記シリンダ部材の小径筒部の内周面に摺動自在に嵌装される小径部を有する第１ピストンと、該第１ピストンの小径部にボルトで一体化され前記シリンダ部材の大径筒部の内周面に摺動自在に嵌装される第２ピストンと、前記第１ピストンの小径部外周面と前記第２ピストンの下端面と前記シリンダ部材の大径筒部の内周面とこれに続く小径筒部の上端面とによって構成される空気室と、前記第１ピストンの小径部の外周面及びこれに続く大径部の上端面と前記シリンダ部材の小径筒部下端面と前記ヘッド本体の内周面とによって構成される油圧室とを有し、前記油圧室に油が供給され前記ばねの付勢力に抗して第１ピストン及び第２ピストンを一体的に下方へ摺動させ、ばねを油圧にて押圧せしめて前記クランプ機構をアンクランプ状態にし、前記油圧による押圧力を開放すると同時に前記空気室にエアが供給されエアを該ばねの弾発力を発揮する向きに作用せしめて第１ピストン及び第２ピストンを一体的にばねの弾発力とともに上方へ摺動させて前記クランプ機構をばねによりクランプ状態になるように構成したことを特徴とする工具クランプ装置。
【請求項２】
前記第２ピストンの少なくとも空気室の内面となる部分を防錆処理した請求項１に記載の工具クランプ装置。
【請求項３】
スピンドルがモータに直結したスピンドルである請求項１または２に記載の工具クランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等における工具クランプ装置に関し、さらに詳しくは工作機械等における工具のアンクランプ及びクランプ用のシリンダに工夫を加えた応答速度に優れた工具クランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシニングセンタなどの数値制御工作機械のスピンドル内には、工具を着脱自在に自動的にクランプ、アンクランプする工具クランプ装置が設けられている。
【０００３】
例えば、実公平３ー２９０５５号公報には、駆動源のモータ軸と主軸とを直結した直結主軸のアンクランプ装置が示されている。このアンクランプ装置は、引込棒のテーパ穴の清掃作用と同時期に、アクチユエータの働きで押圧レバー体を降下させてピン棒とー体の引込棒を皿ばねに抗して押し下げアンクランプし、クランプの場合には押圧レバー体を上げることにより行なうものである。
【０００４】
しかし、このアンクランプ装置は、複雑であること、また、機械工作の高速化に対応しにくいこと、さらにはレバー体の磨耗をロックナットで調節するようにしているので微調整に手間がかかる等の欠点を有する。
【０００５】
また、特開平１ー３３２８１号公報には、油圧によって油圧ピストンをわずかに降下させ皿ばねをわずかな量だけたわみ変形させ、コレツト軸への皿ばねの付勢力を解放し、スピンドルを回転することによりコレツト押えブッシュを回転し、該ブッシュの凹部内にコレツトの先端部を侵入させて、コレツトをアンクランプし、クランプする場合には油圧回路への圧力油の供給を停止することにより行なう技術が開示されている。
【０００６】
この技術は、アンクランプするために油圧を用いているものの、クランプ動作を開始するために皿ばねの弾発力にたよるのみである。しかし、その場合、皿ばねのみでは、クランプの応答速度が遅くなりがちである。
【０００７】
また、図４に示す様な工具クランプ装置も試みられている。すなわち、スピンドル４の内部には中実円断面の案内体５が嵌装され、軸体１６がスピンドル４の側部に穿設された長孔開口部１９から案内体５とスピンドル４を貫通し、図２及び図４に示すように、ピン１３が案内体５と軸体１６とを連結するように挿入され、ピン１３の頭部側からボルト１２が螺合され、ピン１３の飛び出しが防止されている。案内体５の下部は、その周囲に多数の皿ばね２２を装着したクランプロツド２５の上部先端に座金２１を介して締め付けられているナツト２０に接している。そして、軸体１６はスピンドル４に対し上下に動き、軸体１６がピストン３９により押し下げられる場合には、案内体５も皿ばね２２の付勢力に抗して押し下げられる。
【０００８】
そして、ヘツド本体４８にボルト４１で取付けられたシリンダ部材４０及びヘツド本体４８内をピストン３９が摺動する様に構成され、第１油圧室４２がピストン３９、シリンダ部材４０及びヘツド本体４８で構成され、第２油圧室４５がピストン３９およびヘツド本体４８で構成されている。なお、４６は軸受、４７は円筒ハウジングである。
【０００９】
さて、この技術は、かかる構造をとることにより、図４に示すクランプ状態から、油圧通路４３を経て第１油圧室４２に送られてきた圧油の作用により、ピストン３９を押し下げ、そのピストン内孔肩部３９ａで軸体１６の軸体上部１５を押し下げて、皿ばね２２の付勢力に抗してクランプロツド２５を押し下げて工具をアンクランプし、他方、油圧通路４４を経て第２油圧室４５に送られてきた圧油の作用により、ピストン３９を押し上げ、軸体上部１５にかかる力を解除することにより、クランプロツド２５を介して皿ばね２２の弾発力により工具をクランプするものである。
【００１０】
ところで、この技術は、クランプ及びアンクランプにも油圧ユニツトを用いるものである。近年、高速化が叫ばれ、これに対応するために工具クランプ装置に関しても改良が求められている。アンクランプには皿ばねを圧縮する大きな力を必要とすることから油圧ユニツトが必要であり、高速化を狙うには大きな力を必要としないクランプに工夫を加えるべきことを見い出した。
【００１１】
しかし、仮にクランプのために高速化に優れたエアハイドロブースタを使用すると、供給されるエアに含まれる水分によりヘツド本体に錆が発生してピストンが摺動しなくなる問題が生じる。エアシリンダ内に錆が発生したときこの部分を交換するためにスピンドルを支えるヘツド本体、スピンドル本体及びモータ本体といつた３ピース構成にせざるを得ず、作業性、安全性、コンパクト化の点で問題がある。又、予めヘツド本体またはシリンダにメツキ処理を行なうことにより、かかる錆の発生を防止することは、膨大な費用がかかり、現実的でない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の工具クランプ装置の欠点を改良し、応答速度が速く、高速化に対応し、作業性、安全性、コンパクト化に優れた工具クランプ装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために次の手段をとるものである。すなわち、請求項１の発明は、スピンドル内に設けられたクランプロッド、該クランプロッドの外周部に装着されたばね、及び前記クランプロッドの先端に設けられたクランプ機構からなる工具クランプ装置において、ヘッド本体内部に取外し可能に固定され、大径筒部とその下方に小径筒部を備えたシリンダ部材と、該シリンダ部材より下方において前記ヘッド本体の内周面に摺動自在に嵌装される大径部とその上方に前記シリンダ部材の小径筒部の内周面に摺動自在に嵌装される小径部を有する第１ピストンと、該第１ピストンの小径部にボルトで一体化され前記シリンダ部材の大径筒部の内周面に摺動自在に嵌装される第２ピストンと、前記第１ピストンの小径部外周面と前記第２ピストンの下端面と前記シリンダ部材の大径筒部の内周面とこれに続く小径筒部の上端面とによって構成される空気室と、前記第１ピストンの小径部の外周面及びこれに続く大径部の上端面と前記シリンダ部材の小径筒部下端面と前記ヘッド本体の内周面とによって構成される油圧室とを有し、前記油圧室に油が供給され前記ばねの付勢力に抗して第１ピストン及び第２ピストンを一体的に下方へ摺動させ、ばねを油圧にて押圧せしめて前記クランプ機構をアンクランプ状態にし、前記油圧による押圧力を開放すると同時に前記空気室にエアが供給されエアを該ばねの弾発力を発揮する向きに作用せしめて第１ピストン及び第２ピストンを一体的にばねの弾発力とともに上方へ摺動させて前記クランプ機構をばねによりクランプ状態になるように構成したことを特徴とする工具クランプ装置である。
【００１６】
請求項２の発明は前記第２ピストンの少なくとも空気室の内面となる部分を防錆処理した請求項１に記載の工具クランプ装置である。
【００１７】
請求項３の発明はスピンドルがモータに直結したスピンドルである請求項１または２に記載の工具クランプ装置である。
【００１８】
本発明は、高速化のため工具のクランプ時にエアシリンダを作用させるだけでなく、エアシリンダを用いることにより発生する錆の問題をも解決したものである。以下に、本発明を図に示す実施例にもとづいて詳細に説明する。図は、あくまでも説明のためのもので有り、多少の変更は許容される。
【００１９】
【実施例】
図１は、本発明に係る工具クランプ装置の一実施例を示す縦断面図であり、図２は図１においてＩＩ-ＩＩ線に沿って矢印方向に見た案内体５近辺の略断面図であり、図３は図１の円内のクランプ機構の拡大図である。
【００２０】
図１において、Ｍはモータであり、モータＭはボルト１によりヘツド本体Ｈに取付けられている。モータＭの駆動軸２は、カツプリング３によりスピンドル４に連結され、回転がスピンドル４に直接伝えられる。
【００２１】
スピンドル４の内部には中実円断面の案内体５が嵌装され、スピンドル４の側部に穿設された長孔開口部１９から軸体１６が案内体５とスピンドル４を貫通し、。図２及び図４に示すように、ピン１３が案内体５と軸体１６とを連結するように挿入され、ピン１３の頭部側からボルト１２が螺合され、ピン１３の飛び出しが防止されている。案内体５の下部は、その周囲に多数の皿ばね２２を装着したクランプロツド２５の上部先端に座金２１を介して締め付けられているナツト２０に接している。そして、軸体１６はスピンドル４に対し上下に動き、軸体１６が第１ピストン７により押し下げられる場合には、案内体５も皿ばね２２の付勢力に抗して押し下げられる。なお、軸体１６の例としては、加工上の点から中実の丸棒が好ましいが、角棒であつてもよい。
【００２２】
図５においてシリンダ部材８はヘッド本体Hに取外し可能にボルト１１により固定され、下部に小径筒部８aを持ち、これに続く上部側には大径筒部８bを持つ円筒状の部材である。第１ピストン７は、シリンダ部材８より下方において前記ヘッド本体Hの内周面に摺動自在に嵌装される大径部７bとその上方にシリンダ部材８の小径筒部８aの内周面に摺動自在に嵌装される小径部７aを有する円筒状の部材である。第２ピストン６は第１ピストン７の小径部７aに取外し可能にボルト１５で一体化され前記シリンダ部材８の大径筒部８bの内周面に摺動自在に嵌装される円筒状の部材である。空気室９は第１ピストン７の小径部７aの外周面と第２ピストン６の下端面とシリンダ部材８の大径筒部８bの内周面とこれに続く小径筒部８aの上端面とによって構成される。油圧室１７は第１ピストン７の小径部７aの外周面及びこれに続く大径部７bの上端面と前記シリンダ部材８の小径筒部８aの下端面と前記ヘッド本体Hの内周面とによって構成される。前記油圧室１７には油圧通路１８が開口している。前記空気室９にはエア通路１０が開口している。前記空気室９または油圧室１７にエア通路１０または油圧通路１８を介して流体圧が導入されることにより、第１ピストン７及び第２ピストン６が一体としてヘッド本体H及びシリンダ部材８内を上下に摺動する。また、前記第１ピストン７、第２ピストン６及びシリンダ部材８の少なくとも前記空気室９の内面となる部分をメッキ等で防錆処理している。
【００２３】
クランプロツド２５の外周部には、工具クランプ用のばねとして多数の皿ばね２２が装着されている。ばねとしては、弾発力を有するものであればよいが、叙上の皿ばねが好ましい。前記クランプロツド２５の下部先端にはクランプ機構３４が設けられており、工具ホルダ３３のプルスタツド３２の頭部３１が把持されている。プルスタツド３２の取外しは、図３の２点鎖線に示す様にクランプロツドの下部先端部２６が下降することにより球３７がスピンドル４の凹部３８に進入することにより行なわれる。
【００２４】
なお、３５はばね受けであり、軸受２３、３６は、ヘツド本体Ｈに嵌装された円筒ハウジング２４の内部に設けられ、スピンドル４を回転自在に軸支するものである。また、へツド本体Ｈの外部から図示しない通路を介して最終通路２７、通路２８、中空孔２９を経て開口部３０に圧縮エアが噴出され、テーパ穴内等の清掃が行なわれる。
【００２５】
【作用】
図１は、クランプ状態を示すが、このような状態から工具ホルダ３３をアンクランプする動作について説明する。
【００２６】
モータMの回転を止めてスピンドル４の回転が定位状態に停止したとき、図示しない工具交換アームが工具ホルダ３３のチャック部３３ａを把持する。そして、工具アンクランプ動作が開始する。空気室９は解放状態にされ、圧油が油圧通路１８から油圧室１７に供給され、このため第１ピストン７及び第２ピストン６が下降して、第１ピストン内孔肩部１４が軸体上部１６ａを押し下げることにより、案内体５がナット２０、座金２１を介して皿ばね２２の付勢力に抗してクランプロッド２５を押し下げ、図３の２点鎖線に示すように、球３７が凹部３８に進入してプルスタッド３２の頭部３１との係合が外れ、アンクランプ状態となる。この状態で図示しない工具交換アームにより工具ホルダ３３がスピンドル４から抜き取られる。
【００２７】
次に、上記アンクランプ状態から工具ホルダ３３をクランプする動作について説明する。
【００２８】
図示しない工具交換アームにより工具ホルダ３３がスピンドル４の開口部３０に挿入されたとき、工具クランプ動作が開始する。油圧室１７は解放状態にされ、同時に圧縮エアがエア通路１０から空気室９に供給される。これにより、皿ばね２２への押圧力が解除されると同時にエア圧が皿ばね２２の弾発力を発揮する向きに作用するため、即座に皿ばね２２が復帰開始し、第１ピストン７及び第２ピストン６が皿ばね２２の弾発力とともに上方に摺動する。よって、図３の実線で示すように、球３７がプルスタッド３２の頭部３１を引き込み、工具ホルダ３３はスピンドル４にクランプされる。その後は、皿ばね２２の弾発力によりクランプ状態が保たれる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１及び２記載の発明によれば、工具のアンクランプ状態からクランプ状態に変換するために、ばねの弾発力を発揮する向きにエアを作用させるので、ばねの弾発力のみにたよる場合に比べて応答速度が速く、しかも油圧を用いる場合に比べて排気効率が高く次の動作への応答速度が速く、したがつて高速化に対応することができ、また油圧機器、油圧ホースが不要となるという効果が奏される。
【００３０】
また、エアを用いるので安全性、作業性、コスト性にも優れるという効果が奏される。さらに、錆が発生する可能性のあるエアと接する箇所のみを取替え容易な構成とすることにより、ヘツド本体全体を分解する手間が省けるという効果が奏される。
【００３１】
また、前記の効果に加えて、工具クランプ装置を外部で組み立て、その後ヘッド本体に組み込めるので作業性が良いという効果が奏される。さらに、各部材へのメッキ等の防錆処理の作業が容易に行えるという効果がある。さらに、前記の効果に加えて、圧縮エアと接触する部分を防錆処理しているので、部品寿命を高めることができるという効果が奏される。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、前記の効果に加えて、モータと直結することにより工具クランプ装置を組み込んだ装置全体をヘッド本体のみの１ピースでの構成にコンパクト化することが可能になるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具クランプ装置のー実施例を示す縦断面図である。
【図２】  図１のＩＩ-ＩＩ線に沿って矢印方向に見た案内体近辺の略断面図である。
【図３】クランプ機構の拡大図である。
【図４】従来の工具クランプ装置の略縦断面図である。
【図５】  図１のピストン周辺の拡大図である。
【符号の説明】
M    モータ
H    ヘッド本体
１    ボルト
２    駆動軸
３    カップリング
４    スピンドル
５    案内体
６    第２ピストン
７    第１ピストン
７a  小径部
７b  大径部
８    シリンダ部材
８a  小径筒部
８b  大径筒部
９    空気室
１０  エア通路
１２  ボルト
１３  ピン
１４  第１ピストン内孔肩部
１６  軸体
１７  油圧室
１８  油圧通路
１９  長孔開口部
２０  ナット
２１  座金
２２  皿ばね
２４  円筒ハウジング
２５  クランプロッド
２６  クランプロッドの下部先端部
２９  中空孔
３１  プルスタッドの頭部
３２  プルスタッド
３３  工具ホルダ
３３a チャック部
３４  クランプ機構
３７  球
３８  凹部
３９  ピストン
４０  シリンダ部材
４２  第１油圧室
４３  油圧通路
４４  油圧通路
４５  第２油圧室
４７  円筒ハウジング
４８  ヘッド本体
【図１】
0003798110.tif 000002
【図２】
0003798110.tif 000003
【図３】
0003798110.tif 000004
【図４】
0003798110.tif 000005
【図５】
0003798110.tif 000006