JP7074669B2

JP7074669B2 - 出力装置

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Publication number: JP7074669B2
Application number: JP2018525889A
Authority: JP
Inventors: 繁夫後藤; 良彦澤端; 昭伍黒木
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Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: JPWO2018008120A1; WO2018008120A1; CN109475948A

Description

本発明は、出力時のストロークを拡大する出力装置に関する。

軸方向の直線運動を受けて所定の動作を実行するものとしては、工作機械の主軸チャックなどを例に挙げることができる。その主軸チャックは、軸方向の直線運動を径方向の動きに変換してワークをクランプおよびアンクランプするものであり、軸方向の直線運動を出力する出力装置と、その軸方向出力によって径方向の開閉運動を実行するチャック装置とが一体に組み付けられている。下記特許文献１には、工作機械の工具チャック装置が開示されている。

その工具チャック装置でも、ワークを把持するチャック装置と、把持力を発生させるための出力装置とが一体に組み付けられ、出力装置のドローバを介してコレット式のチャック機構が連結されている。そのドローバには、クランプ方向である引き込み方向にバネ力が作用する一方、アンクランプ方向である押し出し方向にシリンダからの出力が作用するよう構成されている。そして、出力装置には、シリンダのピストンロッドに円板状のドッグが固定され、さらにドッグの位置を検出するセンサが設けられている。よって、シリンダの作動状態をセンサで検出することにより、チャック装置におけるクランプ状態とアンクランプ状態とが確認できるようになっている。

特開２００３－２２５８１２号公報

出力装置は、前述した主軸チャックの場合のように、作動装置であるチャック装置などと一体に構成され、作動装置に所定の作業を行わせるための軸方向の直線運動を出力するものである。よって、作動装置での動きが小さくその作動範囲が狭い場合、それに応じて出力装置の作動範囲も小さくなってしまう。すなわち、アクチュエータにおける出力ロッドの軸方向変位が小さくなり、装置によっては１ｍｍ以下の微小ストロークとなることもある。このような場合、ドッグの変位も微小になるため、その変位を検出する検出センサ（近接センサなど）の設定調整が非常に難しくなってしまう。一方で、検出センサによる設定調整を容易なものとするには、出力装置の出力時のストロークが大きくなるような作動装置を選択しなければならなくなる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、出力時のストロークを拡大する出力装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様における出力装置は、一体に組み付けられたチャック装置に対して軸方向の運動を出力するものであって、前記チャック装置に対してワークをクランプおよびアンクランプさせる軸方向の運動を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータの出力ロッドに対して同軸上に設けられ、前記チャック装置に対する前記アクチュエータの軸方向の運動を伝達する連結ロッドと、前記アクチュエータの出力ロッドの変位を検出する検出センサとを有し、前記連結ロッドは、前記出力ロッド側に固定された第１ロッドと、前記チャック装置側に固定された第２ロッドとを備え、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドを連結するため、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドのうちの一方に径方向の内側に突出した第１径方向突出部が形成され、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドのうちの他方に径方向の外側に突出した第２径方向突出部が形成され、前記第１ロッドには前記第１径方向突出部による第１環状溝が形成され、前記第２ロッドには前記第２径方向突出部による第２環状溝が形成され、前記第１径方向突出部は前記第２ロッドに当該第１径方向突出部より軸方向寸法が長く形成された前記第２環状溝に噛み合うようにして前記第２径方向突出部との間に軸方向の隙間をあけて入り込み、前記第２径方向突出部は前記第１ロッドに当該第２径方向突出部より軸方向寸法が長く形成された前記第１環状溝に噛み合うようにして前記第１径方向突出部との間に軸方向の隙間をあけて入り込み、前記出力ロッドの変位に伴い軸方向に隙間のあいた前記第１径方向突出部と前記第２径方向突出部とが軸方向に突き当たることによって、前記アクチュエータが前記チャック装置にワークをクランプさせる軸方向の出力を伝達するようにした連結部が構成されたものであり、前記連結部には、前記第２ロッドに対して前記チャック装置にワークをクランプさせる引き込み方向に常時付勢力を作用させるスプリングが設けられ、前記アクチュエータが前記第１ロッドを引き込み方向に変位させた場合、前記スプリングの付勢力により前記チャック装置に対してワークをクランプさせ、前記第１径方向突出部と前記第２径方向突出部とが軸方向に突き当たって伝わる前記アクチュエータの引き込み力によって更にワークをクランプさせるものである。

本発明によれば、アクチュエータと作動装置側とを連結する連結ロッドが第１ロッドと第２ロッドとに分けられ、その第１及び第２ロッド同士が軸方向にアクチュエータの直線運動が伝達されない非伝達部分を備えて連結されているため、作動装置の作動範囲が狭いとしてもアクチュエータの出力時のストロークが拡大され、その作動状態を検出する検出センサの設定調整が容易になる。

出力装置の一実施形態を示した断面図である。出力装置を構成するドローバの連結部を拡大して示した断面図である。ドローバの連結部の変化を示した断面図である。

次に、本発明に係る出力装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、工作機械の主軸チャックの一部を構成する出力装置を例に挙げて説明する。図１は、その出力装置を示す断面図である。この出力装置１には、一点鎖線で示す範囲に作動装置であるチャック装置２が一体に組み付けられ、主軸チャック５が構成される。主軸チャック５は、出力装置１の軸方向出力によってチャック装置２でワークが把持され、更に出力装置１を介して回転運動が伝達されてワークに回転が与えられる。工作機械では、こうして回転するワークに工具が当てられるなどして所定の加工が行われる。

出力装置１は、円筒形状の回転台１１内にスピンドル１２が回転自在に構成され、そのスピンドル１２の先端部にチャック装置２が固定されている。スピンドル１２にはプーリ１３が固定され、スピンドルモータ（不図示）の回転軸に固定されたプーリとの間にベルト１４が掛け渡されている。また、スピンドル１２には、回転数を検出するためのエンコーダ（不図示）が設けられており、そのスピンドル１２に固定されたプーリ１５とエンコーダ側のプーリとの間にもタイミングベルト１６が掛け渡されている。そのため、回転制御されたスピンドルモータからスピンドル１２を介してチャック装置２に回転が伝達され、クランプされたワークに対して加工時の回転が与えられることとなる。

また、スピンドル１２の内部には筒形状のドローバ１７が挿入され、チャック装置２を駆動させるためのアクチュエータがドローバ１７に連結されている。本実施形態では、アクチュエータとして油圧シリンダ１８が使用され、ピストン１８１に円筒形状のピストンロッド１８２が一体に形成され、そのピストンロッド１８２に対して同じく円筒形状のドローバ１７が同軸上に連結されている。従って、回転継手１９を介して行われる作動油の給排油により油圧シリンダ１８が作動し、軸方向（ＸＲ方向及びＸＬ方向）の運動がドローバ１７を介してチャック装置２へと出力される。

油圧シリンダ１８は、ピストンロッド１８２がピストン１８１から両方向に突き出した両ロッドシリンダであり、出力装置１の後方側（ＸＬ側）にあるインジューサ２１まで延びている。そして、ピストンロッド１８２の内部にはエアパイプ２２が挿入されており、インジューサ２１のポートから圧縮エアがそのエアパイプ２２内に供給されるようになっている。エアパイプ２２は、チャック装置２内の流路へと接続され、そのチャック装置２で行われるチャックの検出用エアとして使用される。

更に、ピストンロッド１８２には円板状のドッグ２３が固定され、そのドッグ２３に対して近接センサ２５が設けられている。この近接センサ２５は、ドッグ２３の変位から油圧シリンダ１８の作動状態を検出するものである。主軸チャック５では、油圧シリンダ１８の作動により、ピストンロッド１８２から軸方向に直線運動が出力され、その直線運動がドローバ１７を介してチャック装置２に伝達される。チャック装置２では、軸方向の直線運動が径方向の開閉運動に変換され、ワークのクランプおよびアンクランプが行われる。

ところで、従来の出力装置は、ピストンロッドとドローバ、そしてチャック装置２のチャック機構が直結されていた。そのため、この主軸チャック５に従来の出力装置を使用すれば、チャック装置２の作動範囲に応じて出力装置から出力される直線運動のストロークが決定されることとなる。本実施形態のチャック装置２に関していえば、出力装置のストロークが１ｍｍとなってしまう。従って、ドッグ２３の軸方向変位が１ｍｍ程度であるとすると、前記課題でも述べたように、近接センサ２５で正確に検出するための設定調整が非常に困難になってしまう。

そこで、本実施形態の出力装置１では、一体に組み付けられるチャック装置２などの作動範囲に影響されることなく、ある程度のストローク量を確保した油圧シリンダ１８の出力動作が可能な構成とした。具体的には、ピストンロッド１８２とチャック装置２などの作動装置との間で軸方向の直線運動を伝達するドローバ１７の構成に変更が加えられている。図２は、そうしたドローバ１７の一部（連結部３０）を拡大して示した断面図である。

ドローバ１７は、ピストンロッド１８に固定された第１ロッド３１と、チャック装置２のチャック機構側に固定される第２ロッド３２とが分離し、その第１ロッド３１と第２ロッド３２を連結する連結部３０が構成されている。その連結部３０では、第１ロッド３１に第１連結部材３３がネジ部の螺合によって一体になり、第２ロッド３２には第２連結部材３４がネジ部の螺合によって一体になっている。なお、本実施形態では、第１ロッド３１が第２ロッド３２に比べて長い寸法で形成されているが、長さの違いや寸法の大きさに特定の条件はない。

ドローバ１７を構成する第１ロッド３１、第２ロッド３２、第１連結部材３３および第２連結部材３４はすべて円筒形状であり、第１連結部材３３と第２連結部材３４には、互いに軸方向の移動を拘束する突出部が形成されている。第１連結部材３３の第１突出部３３１は内側に向けて環状に突出し、第１ロッド３１と第１連結部材３３によって径方向内側に第１環状溝３５が形成されている。一方、第２連結部材３４の第２突出部３４１は外側に向けて環状に突出し、第２ロッド３２と第２連結部材３４によって径方向外側に第２環状溝３６が形成されている。

そして、第１突出部３３１が第２環状溝３６内に入り込み、第２突出部３４１が第１環状溝３５内に入り込むことにより、当該突出部３３１，３４１同士が軸方向に噛み合うよう構成されている。ただし、第１突出部３３１は第２環状溝３６より、第２突出部３４１は第１環状溝３５より、それぞれ軸方向の寸法が短くなっている。そのため、この連結部３０には、第１ロッド３１と第２ロッド３２の間に軸方向（ＸＲ方向及びＸＬ方向）の隙間が形成され、その隙間が第１ロッド３１及び第２ロッド３２の一方が他方に対する相対的な移動を可能にする「非伝達部分」となっている。すなわち、第１環状溝３５や第２環状溝３６内の隙間分だけ、油圧シリンダ１８の出力がチャック装置２に対して伝達されない状態が生じる構成となっている。

次に、スピンドル１２のチャック装置２側先端部分には、その内部に円筒形状の支持部材３７が嵌め込まれてネジ止めされている。この支持部材３７は、ドローバ１７の先端部分つまり第２ロッド３２を内部に挿入して摺動可能に支持するものである。そして、本実施形態では、その支持部材３７が、第２ロッド３２を第１ロッド３１側に付勢するスプリング３８を支えるバネ受けの役割も果たしている。すなわち、第２ロッド３２は、その外周側突部３２１にスペーサ３９が突き当てられ、そのスペーサ３９と支持部材３７との間にスプリング３８が挿入されている。

図２に示す出力装置１の通常状態は、チャック装置２のアンクランプ状態であり、図１に示すように、油圧シリンダ１８は、ＸＲ方向にピストン１８１が変位し、ピストンロッド１８２およびドローバ１７を介してチャック装置２に対する押し出しが行われている。このとき、連結部３０では、第１ロッド３１と第１連結部材３３がピストン１８１に対応してＸＲ方向に位置が定められている。一方、第２ロッド３２と第２連結部材３４は、スプリング３８からＸＬ方向に付勢力を受け、第２連結部材３４が第１ロッド３１の端面に突き当てられるようにして位置が定められている。

そこで、チャック装置２をクランプ状態にする場合には、出力装置１は、ピストン１８１をＸＬ方向に変位させるように油圧シリンダ１８が作動し、ピストンロッド１８２を介してドローバ１７がＸＬ方向に引き込まれる。ここで、図３は、ドローバ１７がＸＬ方向に引き込まれる場合を段階的に示した連結部３０の断面図である。

図３（Ａ）は、図２と同じく通常状態が示されている。つまり、チャック装置２はアンクランプ状態である。そこで油圧シリンダ１８が作動し、図３（Ｂ）に示すように、ピストン１８１がＸＬ方向に移動距離Ｘ１だけ移動する。このとき、ピストンロッド１８２に直結した第１ロッド３１及び第１連結部材３３は一体になってＸＬ方向に引き込まれる。そして、第２ロッド３２及び第２連結部材３４は、スプリング３８の付勢力によって第１ロッド３１及び第１連結部材３３との位置関係を維持したままＸＬ方向に移動する。この時の移動距離Ｘ１は１ｍｍ程度である。

ドローバ１７全体が移動距離Ｘ１だけ移動したことにより、チャック装置２ではアンクランプ状態からクランプ状態へと変化することとなる。つまり、チャック装置２がワークをクランプするためのストロークは１ｍｍである。しかし、この段階でワークに対するクランプは、出力装置１のスプリング３８のバネ力が作用しているだけである。そこで、更にピストン１８１がＸＬ方向に移動し、第１ロッド３１及び第１連結部材３３が図３（Ｃ）に示すように、ＸＬ方向に移動距離Ｘ２だけ移動する。この移動距離Ｘ２は、第１及び第２環状溝３５，３６内に設けられた非伝達部分に対応する移動距離であり、具体的には４ｍｍ程度である。

そして、第１環状溝３５内を第１突出部３３１がＸＬ方向に移動し、第２連結部材３４の径方向突出部３４１に突き当てられると、第２ロッド３２及び第２連結部材３４に対して油圧シリンダ１８の出力が伝達され、チャック装置２においてワークを把持するクランプ力が発生する。よって、出力装置１が、アンクランプ状態のチャック装置２に対してワークをクランプさせるには、油圧シリンダ１８は、ピストン１８１を移動距離（Ｘ１＋Ｘ２）だけ移動させることになる。

一方、チャック装置２をクランプ状態からアンクランプ状態にするには、油圧シリンダ１８が作動し、図３（Ｃ）から図３（Ｂ）に示すように、ピストン１８１がＸＲ方向に移動距離Ｘ２だけ移動する。このとき、ピストンロッド１８２に直結された第１ロッド３１及び第１連結部材３３は一体になってＸＲ方向に移動する。一方、第２ロッド３２及び第２連結部材３４は、スプリング３８によってＸＬ方向に付勢されているため移動することはない。ただし、図３（Ｂ）に示す状態では第１ロッド３１が第２連結部材３４に突き当てられている。

そこで、更にピストン１８１がＸＲ方向に移動距離Ｘ１だけ移動するが、このときは第２ロッド３２及び第２連結部材３４に対して油圧シリンダ１８の出力が伝達される。そのため、第２ロッド３２及び第２連結部材３４が、スプリング３８の付勢力に抗してＸＲ方向に移動し、チャック装置２においてワークがアンクランプされる。よって、出力装置１がクランプ状態のチャック装置２をアンクランプ状態に切り換える場合にも、油圧シリンダ１８は、ピストン１８１を移動距離（Ｘ１＋Ｘ２）だけ移動させることになる。

従って、本実施形態によれば、ドローバ１７の連結部３０に非伝達部分が構成されているため、より大きなストロークで油圧シリンダ１８を作動させることができる。つまり、チャック装置２のクランプ及びアンクランプの作動範囲によれば、実質的には油圧シリンダ１８の出力は１ｍｍ程度のストロークとなるが、本実施形態では５ｍｍ程度にまでストロークを拡大している。そのため、ピストンロッド１８２に固定されたドッグ２３の移動範囲が５ｍｍとなり、そのドッグ２３の移動を検出する近接センサ２５の設定調整が容易になる。

出力装置１は、詳しく図示しないが、ドローバ１７に替えて連結部３０を持たない従来の一体型ドローバを取り付けることも可能である。よって、出力装置１は、チャック装置２などの作動装置と組み付けられて一つの装置を構成するが、組み付けられる作動装置の作動範囲に応じてドローバを選択することができる。その際、出力装置１の本体はそのままでドローバの取り替えだけを行なえばよいため、コストをかけることなく上記効果を達成することができる。

ドローバ１７は、第１ロッド３１には第１連結部材３３が、第２ロッド３２には第２連結部材３４が、それぞれネジ部による簡単な組み付け構造によって構成されている。また、本実施形態では、第１及び第２連結部材３３，３４によって第１及び第２環状溝３５，３６が形成され、そこに非伝達部分を設けて互いに噛み合う第１及び第２突出部３３１，３４１が入り込むようになっており、簡単な構成によって上記効果を達成することができる。更に、油圧シリンダ１８に直結していない第２ロッド３２側にはスプリング３８によって常時付勢力が作用しているため、出力装置１の停止時および作動時のいずれにおいても第２ロッド３２側の状態が安定している。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、出力装置１のアクチュエータは油圧シリンダ１８に限らず、エアシリンダなどであってもよい。
また、前記実施形態では、検出センサとして非接触式の近接センサを示したが、接触式のセンサであってもよい。

１…出力装置２…チャック装置５…主軸チャック１７…ドローバ１８…油圧シリンダ２３…ドッグ２５…近接センサ３０…連結部３１…第１ロッド３２…第２ロッド３３…第１連結部材３４…第２連結部材３５…第１環状溝３６…第２環状溝１８１…ピストン１８２…ピストンロッド３３１…第１突出部３４１…第２突出部

Claims

一体に組み付けられたチャック装置に対して軸方向の運動を出力する出力装置において、
前記チャック装置に対してワークをクランプおよびアンクランプさせる軸方向の運動を発生するアクチュエータと、
前記アクチュエータの出力ロッドに対して同軸上に設けられ、前記チャック装置に対する前記アクチュエータの軸方向の運動を伝達する連結ロッドと、
前記アクチュエータの出力ロッドの変位を検出する検出センサとを有し、
前記連結ロッドは、前記出力ロッド側に固定された第１ロッドと、前記チャック装置側に固定された第２ロッドとを備え、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドを連結するため、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドのうちの一方に径方向の内側に突出した第１径方向突出部が形成され、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドのうちの他方に径方向の外側に突出した第２径方向突出部が形成され、前記第１ロッドには前記第１径方向突出部による第１環状溝が形成され、前記第２ロッドには前記第２径方向突出部による第２環状溝が形成され、前記第１径方向突出部は前記第２ロッドに当該第１径方向突出部より軸方向寸法が長く形成された前記第２環状溝に噛み合うようにして前記第２径方向突出部との間に軸方向の隙間をあけて入り込み、前記第２径方向突出部は前記第１ロッドに当該第２径方向突出部より軸方向寸法が長く形成された前記第１環状溝に噛み合うようにして前記第１径方向突出部との間に軸方向の隙間をあけて入り込み、前記出力ロッドの変位に伴い軸方向に隙間のあいた前記第１径方向突出部と前記第２径方向突出部とが軸方向に突き当たることによって、前記アクチュエータが前記チャック装置にワークをクランプさせる軸方向の出力を伝達するようにした連結部が構成されたものであり、
前記連結部には、前記第２ロッドに対して前記チャック装置にワークをクランプさせる引き込み方向に常時付勢力を作用させるスプリングが設けられ、
前記アクチュエータが前記第１ロッドを引き込み方向に変位させた場合、前記スプリングの付勢力により前記チャック装置に対してワークをクランプさせ、前記第１径方向突出部と前記第２径方向突出部とが軸方向に突き当たって伝わる前記アクチュエータの引き込み力によって更にワークをクランプさせることを特徴とする出力装置。
前記連結部は、径方向の内側または外側に突出した前記第１径方向突出部を備えた円筒形状の第１連結部材が、前記第１ロッドにネジ部の螺合によって一体になり、前記第１ロッドと前記第１径方向突出部との間に前記第１環状溝が形成され、前記第１径方向突出部と反対側に突出した前記第２径方向突出部を備えた円筒形状の第２連結部材が、前記第２ロッドにネジ部の螺合によって一体になり、前記第２ロッドと前記第２径方向突出部との間に前記第２環状溝が形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の出力装置。