JP5412944B2 - 回転体のクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランピングスリーブを用いて回転体を基台に対してクランプする回転体のクランプ装置に関するものである。

工作機械の回転テーブル等においては、回転テーブル等の回転軸部が基台に軸受を介して回転割出し可能に支持され、工作物の加工時に回転テーブルを基台に対して所定の角度位置でクランプするようになっている。回転テーブルをクランプする１つの手段として、特許文献１に記載されているように、クランピングスリーブ（弾性リング５）を用いたものがある。クランピングスリーブは、例えば、弾性変形可能な高弾性鋼によって構成され、複数の環状溝が内外周に交互に形成されたクランク状の断面形状をなすもので、クランピングスリーブを基台に固定された中空円筒体の外周面と回転軸部の内周面との間に形成された環状の空間部に配設して、ピストンにより軸方向に押圧することにより、蛇腹と同じような作用によって内径が縮小するとともに外径が拡大し、これによって、クランピングスリーブの内外周が中空円筒体の外周面と回転軸部の外周面とに緊密に摩擦係合し、回転テーブルを基台に精密かつ強固にクランプするものである。

特開平１１−７７４９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、ピストンによってクランピングスリーブを軸方向に押圧して回転テーブルを基台にクランプする際には、特に問題ないが、回転テーブルを回転割出しさせるためにアンクランプする際に、ピストンをクランピングスリーブから離間する方向に後退させても、回転テーブルの回転軸部と基台の中空円筒体の内外周面との間で強固に摩擦係合したクランピングスリーブが自身の弾性復帰力によって確実に復帰しない恐れがあった。

しかも、クランピングスリーブは、回転テーブルの回転軸部の内周面と基台に固定された中空円筒体の外周面との間に配設されているだけであるので、回転テーブルのアンクランプ時に、クランピングスリーブの径方向位置が定まらず、回転軸部の内周面や中空円筒体の外周面に接触してしまい、このために、高精度加工が要求される超精密加工機のようなものにおいては、摺動抵抗や発熱による精度不良を招く恐れがあり、採用するうえでのネックとなっていた。

本発明は、上記した従来の問題点を解決するためになされたもので、回転体のアンクランプ時のピストンの後退時に、クランピングスリーブを確実に弾性復帰できる回転体のクランプ装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明の特徴は、基台と、該基台に回転割出し可能に支持された回転体と、前記基台および前記回転体の一方に形成された外周面と他方に形成された内周面との間に形成された環状空間部に配置され、ピストンによって軸方向に押圧されることにより圧縮して前記基台および前記回転体の内外周面に摩擦係合されるクランピングスリーブとを備え、該クランピングスリーブによって前記回転体を前記基台に対してクランプする回転体のクランプ装置において、前記クランピングスリーブの一端を、前記ピストンと一体的に設け、前記ピストンの移動によって前記クランピングスリーブを、前記基台および前記回転体の内外周面との摩擦係合作用に抗して弾性復帰方向に強制的に引張してアンクランプすることを特徴とする回転体のクランプ装置。
たことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記クランピングスリーブの他端を、前記基台側に一体的に連結したことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記クランピングスリーブの一端を、前記ピストンにボルトによって一体的に連結し、前記クランピングスリーブの他端を、前記基台側にボルトによって一体的に連結したことである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項３において、前記クランピングスリーブの他端を、前記クランピングスリーブによって前記回転体を前記基台に対してクランプした状態で、前記ボルトによって前記基台側に一体的に連結できるように構成したことである。

請求項１に係る発明によれば、基台および回転体の一方に形成された外周面と他方に形成された内周面との間に形成された環状空間部に配置したクランピングスリーブの一端を、ピストンと一体的に設け、ピストンの移動によってクランピングスリーブを、基台および回転体の内外周面との摩擦係合作用に抗して弾性復帰方向に強制的に引張してアンクランプするようにしたので、回転体のアンクランプ時に、クランピングスリーブの一端をピストンによって強制的に引張することができ、これによって、クランピングスリーブを、基台および回転体の内外周面との摩擦係合作用に抗して確実にアンクランプさせることができる。

請求項２に係る発明によれば、クランピングスリーブの他端を、基台側に一体的に連結したので、クランピングスリーブと基台および回転体の内外周面との間にクリアランスを確保することが可能となり、回転体のアンクランプ時にクランピングスリーブを基台および回転体の内外周面に接触しないようにすることができる。

請求項３に係る発明によれば、クランピングスリーブの一端を、ピストンにボルトによって一体的に連結し、クランピングスリーブの他端を、基台側にボルトによって一体的に連結したので、別々に製作したクランピングスリーブとピストンを容易に一体連結することができる。

請求項４に係る発明によれば、クランピングスリーブの他端を、クランピングスリーブによって回転体を基台に対してクランプした状態で、ボルトによって基台側に一体的に連結できるように構成したので、回転体のアンクランプ時にクランピングスリーブを環状空間部の径方向の中心位置に確実に保持することができる。これによって、クランピングスリーブが基台および回転体の内外周面に接触しないようにすることができ、摩擦抵抗や発熱を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る回転体のクランプ装置を示す断面図である。 図１の要部を拡大して示す拡大断面図である。 図２の変形例を示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の回転体のクランプ装置を、回転テーブルのクランプ装置に適用した具体例を示すものである。

図１において、１０は基台を示し、基台１０には軸受１１を介して回転体としての回転テーブル１２が鉛直軸線の回りに回転可能に支持されている。基台１０には、回転テーブル１２の中心軸線Ｏ１上に中空円筒体１３がボルトによって固着されている。中空円筒体１３の上部には、フランジ部１４が形成され、このフランジ部１４の下部に所定の外径を有する中心軸部１５が形成されている。

回転テーブル１２は、上面に工作物が載置される中空円盤状のテーブル部１７と、テーブル部１７の下面に同軸的に配設され、ボルトによって一体的に固着された段付筒状部１８とからなっている。段付筒状部１８は、軸受１１を構成するクロスローラベアリング１９によって基台１０に鉛直軸線の回りに回転可能に支持されている。段付筒状部１８には、基台１０の中空円筒体１３のフランジ部１４の外周に遊嵌する中空状の回転軸部２０が形成され、回転軸部２０は中空円筒体１３の中心軸部１５の外径より大きな内径を有しており、図２に示すように、回転軸部２０の内周面２０ａと中心軸部１５の外周面１５ａとの間に、環状の空間部２１を形成している。

回転軸部２０の外周には、ウォームホイール２３がボルトによって一体的に固着され、このウォームホイール２３に噛合するウォーム軸２４が基台１０に回転可能に支持されている。ウォーム軸２４には、サーボモータ（図示せず）が連結され、サーボモータを回転指令に基づいて回転させることにより、回転テーブル１２を所定の角度位置に割出すことができるようになっている。

回転軸部２０の内周面２０ａと中心軸部１５の外周面１５ａとの間に形成された環状の空間部２１内には、図２に詳細に図示するように、下部にクランピングスリーブ３０が配設されているとともに、このクランピングスリーブ３０を軸方向に圧縮および引張するピストン３１がクランピングスリーブ３０の上部に配設されている。ピストン３１のピストン部の両側には油室３３、３４が形成され、これら油室３３、３４に中空円筒体１３に形成された油路３５、３６がそれぞれ接続されている。油路３５、３６には、圧油供給源Ｐより電磁切替弁３８を介して圧油が供給されるようになっており、ピストン３１は圧油の作用によって上下方向に摺動できるようになっている。なお、ピストン３１の内周と中空円筒体１３の外周との間には、複数のオイルシールが装着され、油室３３、３４をシールしている。

クランピングスリーブ３０は、例えば、弾性変形可能な高弾性鋼からなり、周知のように、複数の環状溝が内外周に交互に形成されてクランク状の断面形状をなすものである。クランピングスリーブ３０は自由状態においては、その径方向の寸法（外径−内径）が、環状の空間部２１の径方向の寸法より小さくなっており、回転テーブル１２の回転軸部２０は基台１０の中心軸部１５に対して自由に回転できるようになっているが、クランピングスリーブ３０がピストン３１によって軸方向に押圧されると、蛇腹と同じような作用によって、クランピングスリーブ３０の内径が収縮されるとともに外径が拡大される。これによって、クランピングスリーブ３０の内周が中心軸部１５の外周面１５ａに緊密に摩擦係合するとともに、クランピングスリーブ３０の外周が回転軸部２０の内周面２０ａに緊密に摩擦係合し、回転軸部２０（回転テーブル１２）が中心軸部１５（基台１０）に精密かつ強固にクランプされる。

クランピングスリーブ３０の一端は、図２に示すように、ピストン３１にボルト４１によって一体的に結合されている。すなわち、クランピングスリーブ３０の一端にはねじ穴４３が形成され、このねじ穴４３に螺合するボルト４１がピストン３１を挿通してねじ穴４３に螺合されている。このように、クランピングスリーブ３０の一端がピストン３１に結合されていることにより、ピストン３１が上方向に移動されると、クランピングスリーブ３０の一端は摩擦係合作用に抗して弾性復帰方向に強制的に引張されるので、回転テーブル１２のアンクランプを確実に行うことができる。

次に、上記した実施の形態における回転体のクランプ装置の動作について説明する。回転テーブル１２を所定の角度位置に回転割出しする場合には、電磁切替弁３８が図２に示す状態に切替えられ、圧油供給源Ｐより油路３６を介して油室３４に圧油が供給され、油室３３より油路３５を介して油がリザーバＲに排出される。これにより、ピストン３１が上方向に移動され、これに結合されたクランピングスリーブ３０の他端が上方に引張される。これにより、クランピングスリーブ３０の一端は、中心軸部１５の外周面１５ａおよび回転軸部２０の内周面２０ａとの摩擦係合作用に抗して弾性復帰方向に強制的に引張され、図２に示すように、回転軸部２０（回転テーブル１２）がアンクランプされる。

その状態で、制御装置からの回転指令に基づいて図略のサーボモータが回転駆動され、ウォーム軸２４およびウォームホイール２３を介して回転テーブル１２が中心軸線Ｏ１の回りに所定角度回転される。回転テーブル１２の回転量は図略のエンコーダによって検出され、回転テーブル１２は定められた角度位置に位置決めされる。

回転テーブル１２が定められた角度位置に位置決めされると、電磁切替弁３８が切替えられて、圧油供給源Ｐより油路３５を介して油室３３に圧油が供給され、油室３４より油路３６を介して油がリザーバＲに排出される。これにより、ピストン３１が下方向に移動され、クランピングスリーブ３０が押圧（圧縮）される。ピストン３１によってクランピングスリーブ３０が押圧されると、クランピングスリーブ３０の内径が縮小されるとともに外径が拡大され、クランピングスリーブ３０は、中心軸部１５の外周面１５ａおよび回転軸部２０の内周面２０ａに強固に摩擦係合され、回転軸部２０（回転テーブル１２）を中心軸部１５（基台１０）に対してクランプする。

上記したように、本実施の形態によれば、クランピングスリーブ３０の一端をピストン３１にボルト４１によって一体的に連結したので、ピストン３１がクランピングスリーブ３０より離れる方向に移動されると、クランピングスリーブ３０は摩擦係合作用に抗して弾性復帰方向に強制的に引張され、回転テーブル１２のアンクランプを確実に行うことができる。

しかも、ピストン３１とクランピングスリーブ３０を別々に製作した後に、ピストン３１とクランピングスリーブ３０をボルト４１によって容易に一体連結することができる。

図３は、本発明の変形例を示すもので、上記した実施の形態と異なる点は、クランピングスリーブ３０の他端を、基台１０にボルト４２によって一体的に結合したことである。以下、主に実施の形態と異なる点を説明するが、同一の構成については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図３において、クランピングスリーブ３０の他端にもねじ穴４４が形成され、このねじ穴４４に螺合するボルト４２が基台１０を挿通してねじ穴４３に螺合されている。この際、ボルト４２を挿通する基台１０に形成された挿通穴４６はボルト４２の軸径より大きな内径を有するバカ穴にて構成され、回転テーブル１２をクランピングスリーブ３０によってクランプした状態で、クランピングスリーブ３０の他端がボルト４２によって基台１０に一体的に組付けられるようになっている。

すなわち、クランピングスリーブ３０の他端を基台１０に固定する組付け手順として、まず、ピストン３１によってクランピングスリーブ３０を押圧して、回転テーブル１２をクランプし、その状態で、ボルト４２を挿通穴（バカ穴）４６を挿通してクランピングスリーブ３０のねじ穴４４にねじ込むことにより、クランピングスリーブ３０を環状の空間部２１の径方向の中心位置で基台１０に結合することができる。このような簡便な方法によって、回転テーブル１２をアンクランプした状態においては、クランピングスリーブ３０を環状の空間部２１の径方向の中心位置に確実に保持することができ、クランピングスリーブ３０が中心軸部１５の外周面１５ａに接触したり、回転軸部２０の内周面２０ａに接触したりする事態を確実に回避することができ、摩擦抵抗や発熱を抑制することができる。

かかる変形例によれば、クランピングスリーブ３０の他端を、クランピングスリーブ３０によって回転テーブル１２を基台１０に対してクランプした状態で、ボルト４２によって基台１０側に一体的に連結できるように構成したので、クランピングスリーブ３０の一端を環状空間部２１の径方向の中心位置で基台１０に結合することができ、回転テーブル１２のアンクランプ時にクランピングスリーブ３０を環状の空間部２１の径方向の中心位置に保持できる。従って、クランピングスリーブ３０が中心軸部１５の外周面１５ａに接触したり、回転軸部２０の内周面２０ａに接触したりする事態を確実に回避することができ、摩擦抵抗や発熱を抑制することができる。

上記した実施の形態においては、本発明を基台１０に回転割出し可能に支持された回転テーブル１２のクランプに適用した例について述べたが、本発明は、ハウジング等の基台に回転体を回転割出し可能に支持した広範な回転体のクランプ装置に適用できるものである。

また、上記した実施の形態においては、基台１０側に設けた中心軸部１５の外周面１５ａと、回転体（回転テーブル）１２側に設けた回転軸部２０の内周面２０ａとの間にクランピングスリーブ３０を配設した例について述べたが、クランピングスリーブ３０を配設する環状空間部を、基台１０側に設けた内周面と回転体１２側に設けた外周面との間に形成してもよく、回転体の回転軸線も実施の形態で述べたように、鉛直軸線である必要はなく、水平軸線の回りに回転支持するものにも適用できることは勿論である。

また、上記した実施の形態においては、クランピングスリーブ３０とピストン３１を別々に製作し、クランピングスリーブ３０の一端をボルト４１によってピストン３１に一体的に連結した例について述べたが、連結手段としてはボルトである必要はなく、また、クランピングスリーブ３０をピストン３１と一体に製造するようにしてもよい。

さらに、上記した実施の形態においては、クランピングスリーブ３０の他端を環状の空間部２１の径方向の中心位置で、基台１０に形成したバカ穴（挿通穴４６）を挿通するボルト４２によって一体的に結合できる例について述べた。しかしながら、このような形態は、特に高精度な加工を必要とする工作機械に好適であるが、本発明にとってクランピングスリーブ３０の他端を変形例に示したように基台１０側に結合することは必ずしも必要な要件ではない。すなわち、バカ穴を設けずにクランピングスリーブ３０の他端を基台１０側に単に結合するだけでも、アンクランプ時にクランピングスリーブ３０を基台１０側の外周面１５ａおよび回転テーブル１２側の内周面２０ａとの間にクリアランスを確保することが可能である。

以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。

本発明に係る回転体のクランプ装置は、基台に軸受を介して回転可能に支持された回転体を、所定の角度位置でクランプする工作機械に用いるのに適している。

１０…基台、１１…軸受、１２…回転体（回転テーブル）、１５…中心軸部、１５ａ…外周面、２０…回転軸部、２０ａ…内周面、３０…クランピングスリーブ、３１…ピストン、４１、４２…ボルト、４６…挿通穴。

Claims (4)

1. 基台と、該基台に回転割出し可能に支持された回転体と、前記基台および前記回転体の一方に形成された外周面と他方に形成された内周面との間に形成された環状空間部に配置され、ピストンによって軸方向に押圧されることにより圧縮して前記基台および前記回転体の内外周面に摩擦係合されるクランピングスリーブとを備え、該クランピングスリーブによって前記回転体を前記基台に対してクランプする回転体のクランプ装置において、
   前記クランピングスリーブの一端を、前記ピストンと一体的に設け、
   前記ピストンの移動によって前記クランピングスリーブを、前記基台および前記回転体の内外周面との摩擦係合作用に抗して弾性復帰方向に強制的に引張してアンクランプする、
   ことを特徴とする回転体のクランプ装置。
2. 請求項１において、前記クランピングスリーブの他端を、前記基台側に一体的に連結したことを特徴とする回転体のクランプ装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記クランピングスリーブの一端を、前記ピストンにボルトによって一体的に連結し、前記クランピングスリーブの他端を、前記基台側にボルトによって一体的に連結したことを特徴とする回転体のクランプ装置。
4. 請求項３において、前記クランピングスリーブの他端を、前記クランピングスリーブによって前記回転体を前記基台に対してクランプした状態で、前記ボルトによって前記基台側に一体的に連結できるように構成したことを特徴とする回転体のクランプ装置。

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