特開 2023-157797 クランプ機構，クランプ装置，及び工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023157797

(43)【公開日】2023-10-26

(54)【発明の名称】クランプ機構，クランプ装置，及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/117 20060101AFI20231019BHJP

   B23Q 3/12 20060101ALI20231019BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALN20231019BHJP

【ＦＩ】

B23B31/117 601K

B23Q3/12 H

B23Q17/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022067947

(22)【出願日】2022-04-15

(71)【出願人】

【識別番号】514238825

【氏名又は名称】吉徑科技股▲分▼有限公司

(71)【出願人】

【識別番号】316000286

【氏名又は名称】町田 昌弘

(71)【出願人】

【識別番号】522155464

【氏名又は名称】町田 善弘

(74)【代理人】

【識別番号】100090413

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 康稔

(72)【発明者】

【氏名】町田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】町田 善弘

【テーマコード（参考）】

3C016

3C029

3C032

【Ｆターム（参考）】

3C016FA21

3C029EE05

3C032AA11

(57)【要約】

【課題】 単にクランプ・アンクランプの切り替えを行うのみならず、クランプ時のトルクを制御することができ、クランプ不良を検出する。
【解決手段】 スピンドル２００のテーパー面２２０と工具ホルダー５００の５０２との間に異物ＤＳが挟まると、図４(B)に示すように、ドローバー駆動制御機構６００によってドローバー３００を回転させても、そのスライド量がクランプ時よりも小さくなる。スライド量は、ドローバー３００の回転量に対応し、更にはステッピングモーター６１０の回転量に対応しており、クランプ不良検出部６３２によって検出される。スライド量が所定値以下のときは、異物ＤＳが挟まっており、工具ホルダー５００のクランプトルクが不十分であると判定できる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランプ対象物のクランプ部分に接触するクランプ面が先端に形成されたスピンドル，
前記スピンドル内で、前記クランプ対象物をクランプするコレット，
前記コレットを駆動するドローバー，
を備えており、
前記コレットと前記ドローバーとの間にネジ機構が設けられており、
前記ドローバーを回転させたときに、前記ネジ機構によって前記コレットが進退することで、前記クランプ対象物のクランプ・アンクランプを行うことを特徴とするクランプ機構。

【請求項2】

前記クランプ対象物が工具ホルダーであり、
前記工具ホルダーのクランプ部分を内側若しくは外側から係止することで、前記工具ホルダーをクランプすることを特徴とする請求項１記載のクランプ機構。

【請求項3】

前記コレットを、
前記ドローバーとの間にネジ機構が設けられた第１の部材，
該第１の部材の主軸方向の進退に応じて動作し、前記クランプ対象物の前記クランプ部分に係止するクランプ爪を有する第２の部材，
によって構成したことを特徴とする請求項１記載のクランプ機構。

【請求項4】

前記クランプ対象物を前記コレットから外すときに、前記クランプ爪が開くように、前記ドローバーの移動を可能とする可動手段を設けたことを特徴とする請求項３記載のクランプ機構。

【請求項5】

クランプ時に、前記クランプ対象物の前記クランプ部分及び前記スピンドルにそれぞれ前記クランプ爪が係止することを特徴とする請求項３記載のクランプ機構。

【請求項6】

前記クランプ対象物を前記コレットから外すときに、前記クランプ爪が開くように、前記ドローバーの移動を可能とする可動手段を設けたことを特徴とする請求項５記載のクランプ機構。

【請求項7】

アンクランプ時に、前記クランプ対象物の前記クランプ部分から前記クランプ爪を外すためのアンクランプ溝を、前記第１の部材に設けたことを特徴とする請求項３記載のクランプ機構。

【請求項8】

前記クランプ爪が、回転中心に向かって付勢手段で付勢されていることを特徴とする請求項７記載のクランプ機構。

【請求項9】

前記クランプ対象物のクランプ部分と前記スピンドルのクランプ面がテーパー面であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のクランプ機構。

【請求項10】

前記クランプ対象物をアンクランプ状態で仮保持する仮保持機構を備えたことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のクランプ機構。

【請求項11】

請求項１～８のいずれか一項に記載のクランプ機構を備えたことを特徴とする工作機械。

【請求項12】

請求項１～８のいずれか一項に記載のクランプ機構におけるドローバーを回転駆動するドローバー回転駆動機構を備えており、
前記ドローバーの回転量から前記コレットによるクランプ不良を検出するクランプ不良検出手段を備えたことを特徴とするクランプ装置。
。

【請求項13】

請求項１２記載のクランプ装置を備えたことを特徴とする工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具などを保持するクランプ機構，クランプ装置，及びそれらを使用するマシニングセンターなどの工作機械の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のクランプ装置としては、例えば、下記特許文献１記載の「工具クランプ装置」がある。これは、皿ばね以外に主軸内のドローバーの周囲に付勢用のコイルばねを設け、主軸後部のアンクランプシリンダの後部に仮保持シリンダを設けている。コイルばねは、アンクランプシリンダの動作で皿ばねによるドローバー引込付勢が解除された際にドローバーを弱い力で引込付勢して工具が脱落しないよう動作する。また、仮保持シリンダは、工具を引き抜き操作した際に前方へ移動したドローバーをその位置でロックし、次の工具が挿入されるまでドローバーがコイルばねの作用で後方に移動しないようにしている。

【0003】

下記特許文献２記載の「アンクランプ装置」は、アンクランプ時にプランジャピンを押すと、テーパー面とボールによる倍力機構によってドローバーが下方へ移動し、工具ホルダーが押し出されて、テーパー面と工具ホルダーとの密接状態が解除される。仮保持機構では、仮保持バネによってボールが溝に戻るため、ドローバーが上方に移動し、工具ホルダーも上方に戻り、そのテーパー面は、スピンドル側のテーパー面と再び接触して本来の位置に戻る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開2003-231008号公報

【特許文献2】特開2010-214568号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、スピンドルテーパー面と工具ホルダーテーパー面との間が密着していればよいが、何らかの原因で加工屑などが入り込むと、テーパー面同士の密着力が低下し、良好に工具ホルダーを保持できない恐れがある。上述した背景技術では、工具ホルダーのクランプ・アンクランプの切り替え動作のみであり、良好に工具ホルダーをクランプできているかどうかを判定することはできない。更に、皿ばねやコイルばねを用いているため、それらの劣化に応じてメンテナンスを行う必要がある。加えて、クランプ・アンクランプの切り替え時に、スピンドルとドローバーとの間のベアリングに衝撃が加わってしまうといった不都合もある。

【0006】

本発明は、かかる点に着目したもので、単にクランプ・アンクランプの切り替えを行うのみならず、クランプ不良を検出することができ、また、メンテナンスの簡略化を図ることができ、更にはベアリングに対する衝撃も生じないクランプ機構，クランプ装置，及びそれらを利用した工作機械を提供することを、その目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のクランプ機構は、クランプ対象物のクランプ部分に接触するクランプ面が先端に形成されたスピンドル，前記スピンドル内で、前記クランプ対象物をクランプするコレット，前記コレットを駆動するドローバーを備えており、前記コレットと前記ドローバーとの間にネジ機構が設けられており、前記ドローバーを回転させたときに、前記ネジ機構によって前記コレットが進退することで、前記クランプ対象物のクランプ・アンクランプを行うことを特徴とする。前記クランプ対象物は、例えば工具ホルダーであり、前記工具ホルダーのクランプ部分を内側若しくは外側から係止することで、前記工具ホルダーがクランプされる。

【0008】

主要な形態の一つによれば、前記コレットを、前記ドローバーとの間にネジ機構が設けられた第１の部材，該第１の部材の主軸方向の進退に応じて動作し、前記クランプ対象物の前記クランプ部分に係止するクランプ爪を有する第２の部材，によって構成したことを特徴とする。加えて、前記クランプ対象物を前記コレットから外すときに、前記クランプ爪が開くように、前記ドローバーの移動を可能とする可動手段を設けられている。

【0009】

他の形態によれば、クランプ時に、前記クランプ対象物の前記クランプ部分及び前記スピンドルにそれぞれ前記クランプ爪が係止することを特徴とする。更には、前記クランプ対象物を前記コレットから外すときに、前記クランプ爪が開くように、前記ドローバーの移動を可能とする可動手段を設けたことを特徴とする。

【0010】

更に他の形態によれば、アンクランプ時に、前記クランプ対象物の前記クランプ部分から前記クランプ爪を外すためのアンクランプ溝を、前記第１の部材に設けたことを特徴とする。更に他の形態によれば、前記クランプ爪が、回転中心に向かって付勢手段で付勢されていることを特徴とする。更に他の形態としては、前記クランプ対象物のクランプ部分と前記スピンドルのクランプ面がテーパー面であり、あるいは、前記クランプ対象物をアンクランプ状態で仮保持する仮保持機構を備えたことを特徴とする。

【0011】

本発明のクランプ装置は、前記いずれかのクランプ機構におけるドローバーを回転駆動するドローバー回転駆動機構を備えており、前記ドローバーの回転量から前記コレットによるクランプ不良を検出するクランプ不良検出手段を備えたことを特徴とする。本発明の工作機械は、前記いずれかのクランプ機構もしくはクランプ装置を備えたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ドローバーとコレットの間のネジ機構によって、コレットによるクランプ対象物のクランプ・アンクランプを行うこととしたので、クランプ不良を検知することができ、また、皿ネジやコイルネジを必要とせず、メンテナンスの簡略化を図ることができ、更にはスピンドルとドローバーとの間にベアリングを用いないことから、クランプ・アンクランプの切り替え時のベアリングに対する衝撃の影響もない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１を示す主軸方向の主要断面図である。

【図2】前記実施例の主要部分を拡大して示す断面図及びコレットの主要部品を示す斜視図である。

【図3】前記実施例の仮保持及びクランプ時の様子を示す図である。

【図4】前記実施例のアンクランプ時及びクランプ不良時の様子を示す図である。

【図5】本発明の実施例２を示す主軸方向の主要断面図である。

【図6】本発明の実施例３を示す主軸方向の主要断面図である。

【図7】本発明の実施例４を示す主軸方向の主要断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

【実施例0015】

図１は、本実施例のクランプ装置の主軸方向に沿った断面を示す。同図は、クランプ機構１００から工具ホルダー５００を引き抜いた状態を示している。同図の主要部を拡大すると、図２(A)に示すようになる。これらの図において、クランプ機構１００は、外側の筐体（ハウジング）１１０の内側に、スピンドル２００が貫通して設けられている。筐体１１０とスピンドル２００の間には、軸受け１１２が適宜設けられており、これにより、筐体１１０に対してスピンドル２００が回転自在に支持されている。スピンドル２００内には、ドローバー３００が貫通しており、ドローバー３００の先端には、工具ホルダー５００をクランプするコレット４００が設けられている。

【0016】

以上のうち、スピンドル２００は、図示しない駆動源によって主軸回りに回転駆動されるようになっている。その後端（図の右側）内側には、可動溝２１０が設けられており、前記ドローバー３００の突起３１０が嵌まり込んでいる。この可動溝２１０により、工具ホルダー５００の引き抜き時における突起３１０の軸方向（図の左右方向）の動きが可能となり、更には、ドローバー３００の軸方向の動きが可能となっている。

【0017】

スピンドル２００の先端（図の左側）には、テーパー面２２０が形成されており、これが工具ホルダー５００のテーパー面５０２に当接するようになっている。また、スピンドル２００のテーパー面２２０のコレット側には、クランプ溝２３０が設けられており、後述するようにコレット４００の部品の先が引っ掛かるようになっている。更に、スピンドル２００のクランプ溝２３０の奥には、ボール２４２，バネ２４４，バネ抑え２４６による仮保持機構２４０が設けられており、これによってコレット４００の仮保持が行われるようになっている。仮保持機構２４０は、主軸の周りに適宜の間隔で複数設けられている。

【0018】

次に、コレット４００は、スライド体４１０と保持円環４２０を中心に構成されている。これらのうち、スライド体４１０は、ドローバー３００の先端が嵌まり込む円筒部４１２と、保持円環４２０を固定する円柱部４１４を備えている。円筒部４１２の外側には、上述した仮保持機構２４０のボール２４２が嵌まり込む溝４１６が全周に設けられており、円筒部４１２の内側には、ドローバー３００の先端との間に、ネジ機構４３０が設けられている。一方、スライド体４１０の円柱部４１４には、縮径部に保持円環４２０の一端が嵌め込まれて固定されている。

【0019】

一方、保持円環４２０は、図２(B)に示すように、図の左側の先端にクランプ爪４２２が設けられている。すなわち、保持円環４２０の左側の開口部分が外側に曲折しており、更にスリット４２４が軸方向に複数（図示の例では３つ）形成されている。これにより、クランプ爪４２２が、径方向に揺動して開閉可能となっている。保持円環４２０の後ろ側（図の右側）には、係止突起４２６が設けられており、これがドローバー３００の溝２３２内でスライドし、あるいは溝側面に引っ掛かかるようになっている。

【0020】

工具ホルダー５００は、その先端（図１の左側）に適宜の工具（図示せず）が取り付けられるようになっており、反対側は、テーパー面５０２とプルスタット５０４が設けられている。これらの構成は公知である。

【0021】

一方、図１に示すように、ドローバー３００の後端（図の右側）には、ドローバー駆動制御機構６００が設けられている。ドローバー駆動制御機構６００は、駆動源としてステッピングモーター６１０を使用しており、その回転駆動がギア手段ないしベルト手段により適宜の回転速度に調整された後、クラッチ６２０を介してドローバー３００に伝達されるようになっている。ステッピングモーター６１０の回転駆動は、ドローバー制御装置６３０によって制御されており、ステッピングモーター６１０の回転量，すなわちスライド量は、クランプ不良検出部６３２によって検出されるようになっている。

【0022】

次に、ドローバー３００の回転とコレット４００の基本的な動作を説明する。ドローバー駆動制御機構６００を回転させると、その先端のネジ機構４３０によってコレット４００が軸方向にスライドする。すなわち、スライド体４１０と保持円環４２０が、主軸方向にスライドする。保持円環４２０が先端方向にスライドすると、その先端側のクランプ爪４２２が、スピンドル２００のクランプ溝２３０に引っ掛かるようになり、保持円環４２０は開いた状態となる（図１，図２参照）。これに対し、保持円環４２０が後端方向にスライドすると、その先端側のクランプ爪４２２が、スピンドル２００のクランプ溝２３０から外れ、保持円環４２０は、閉じた状態となる（後述する図３参照）。このときのコレット４００のスライド量は、ステッピングモーター６１０の回転量に対応していることから、ドローバー制御装置６３０のクランプ不良検出部６３２で検出される。なお、工具ホルダー５００の引き抜き時は、ドローバー３００のスライド動作が、後端側の突起３１０と、スピンドル２００側の可動溝２１０とによって可能となっている。

【0023】

次に、図３～図４も参照しながら、本実施例の動作を説明する。
＜仮保持＞ 上述した図１ないし図２の状態から、図３(A)に矢印Ｆ３Ａで示すように工具ホルダー５００をスピンドル２００の先端開口から挿入すると、工具ホルダー５００のプルスタット５０４がコレット４００のスライド体４１０の先端に当たり、コレット４００及びドローバー３００を後ろ方向に押すようになる。すると、コレット４００の保持円環４２０のクランプ爪４２２が閉じて、プルスタット５０４を係止して掴み込むとともに、スライド体４１０外周の溝４１６に仮保持機構２４０のボール２４２が嵌まり込むようになり、工具ホルダー５００が仮保持された状態となる。一方、工具ホルダー５００のテーパー面５０２が、スピンドル２００のテーパー面２２０に当接する。なお、ドローバー３００は、後ろ側の突起３１０がスピンドル２００の可動溝２１０の右側に当たるまで後退する（矢印Ｐ３Ａ参照）。

【0024】

＜クランプ＞ 次に、この状態で、図３(B)に矢印Ｆ３Ｂで示すように、ドローバー駆動制御機構６００によりドローバー３００を回転させると、ドローバー３００先端とコレット４００のスライド体４１０内側にネジ機構４３０が設けられていることから、矢印Ｆ３Ｃで示すように、ドローバー３００がスライド体４１０に入り込むようになる。そして、ドローバー３００の後ろ側の突起３１０が、スピンドル２００の可動溝２１０の左側に当たると、ドローバー３００の矢印Ｆ３Ｃ方向の動きは止まる（矢印Ｐ３Ｂ参照）。

【0025】

一方、前記ドローバー３００の回転によってコレット４００が矢印Ｆ３Ｄの方向に引き込まれるようになる。これにより、コレット４００のクランプ爪４２２がプルスタット５０４を強く咬むようになり、仮保持状態からクランプ状態（固定状態）となる。この状態では、ドローバー３００後端の突起３１０が、スピンドル２００の可動溝２１０の左側に当接した状態となっているので、工具ホルダー５００を引き抜こうとしても、ドローバー３００及びコレット４００が動かず、クランプ爪４２２が開かない。従って、工具ホルダー５００は、クランプされた状態を維持する。

【0026】

そして、ドローバー駆動制御機構６００をＯＦＦとして、スピンドル２００を回転させると、スピンドル２００，ドローバー３００，工具ホルダー５００が一体となって、筐体１１０（図１参照）に対して回転し、工具ホルダー５００に取り付けられた工具による加工が行われる。

【0027】

＜アンクランプ＞ 次に、工具ホルダー５００を外すときは、図４(A)に示すように、ドローバー駆動制御機構６００によりドローバー３００を前回とは逆のＦ４Ａ方向に回転させる。すると、ドローバー３００先端とコレット４００のスライド体４１０内側のネジ機構４３０により、ドローバー３００がスライド体４１０から離れるように、矢印Ｆ４Ｂ方向にスライドし、これにより、クランプ状態からアンクランプ状態ないし仮保持状態となる。

【0028】

この状態では、ドローバー３００後端の突起３１０が、スピンドル２００の可動溝２１０の右側に当接した状態となっている（矢印Ｐ４Ａ参照）。このため、工具ホルダー５００を矢印Ｆ４Ｃ方向に引き抜くと、ドローバー３００及びコレット４００が動くことができ、クランプ爪４２２が開いて、工具ホルダー５００は、図１に示す外された状態となる。

【0029】

＜クランプ不良＞ところで、スピンドル２００と工具ホルダー５００との間、例えばスピンドル２００のテーパー面２２０と工具ホルダー５００のテーパー面５０２との間に切削屑などの異物ＤＳが挟まることがある。この場合、ドローバー駆動制御機構６００によってドローバー３００を回転させても、コレット４００によるクランプのトルクが不十分となる恐れがある。

【0030】

上述したように、通常であれば、クランプ状態では、図３(B)に矢印Ｐ３Ｂで示したように、ドローバー３００の後ろ側の突起３１０が、スピンドル２００の可動溝２１０の左側に当たるものの、ドローバー３００のスライド量が、僅かであるがクランプ時とは異なるようになる。

【0031】

これに対し、本実施例では、ドローバー３００のスライドは、コレット４００との間のネジ機構４３０による回転によって行われることから、ドローバー３００の回転量がクランプ不良検出部６３２によって検出されている。そして、異物ＤＳが挟まるなどの原因でドローバー３００の回転量が所定値からずれて許容値を超えているときは、工具ホルダー５００のクランプトルクが不十分であると判定できる。そこで、ドローバー制御装置６３０は、その旨の警告を行う，スピンドル２００の回転を停止する，などの制御を行う。

【実施例0032】

次に、図５を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応するものには、同一の符号にアルファベットを付して、説明を省略する（実施例３以下についても同様）。同図(A)はクランプ時の様子を示し、同図(B)はアンクランプ時の様子を示す。本実施例は、基本的な構造や動作は前記実施例１と同様であるが、コレット４００Ａのスライド体４１０Ａが長く、ドローバー３００Ａが短くなっており、ネジ機構４３０Ａが後端側に設けられている。また、コレット４００Ａのスライド体４１０Ａと、保持円環４２０Ａの形状が異なっており、仮保持機構２４０Ａとともに、回り止め用のピン２４１Ａがスライド体４１０Ａのピン溝２４７Ａ対して設けられている。

【0033】

＜クランプ＞ ドローバー駆動制御機構６００Ａによりドローバー３００Ａを回転させると、ネジ機構４３０Ａによってドローバー３００Ａがスライド体４１０Ａに入り込むようになる。そして、ドローバー３００Ａの後ろ側の突起３１０Ａが、スピンドル２００Ａの可動溝２１０Ａの左側に当たると、ドローバー３００Ａの動きは止まるとともに、コレット４００Ａのスライド体４１０Ａが引き込まれるようになる。これにより、同図(A)に示すように、コレット４００Ａのクランプ爪４２２Ａがプルスタット５０４Ａを強く咬むようになり、仮保持状態からクランプ状態（固定状態）となる。この状態では、ドローバー３００Ａ後端の突起３１０Ａが、スピンドル２００Ａの可動溝２１０Ａの左側に当接した状態となっているので、工具ホルダー５００Ａを引き抜こうとしても、ドローバー３００Ａ及びコレット４００Ａが動かず、クランプ爪４２２Ａが開かない。従って、工具ホルダー５００Ａは、クランプされた状態を維持する。

【0034】

＜アンクランプ＞ 次に、工具ホルダー５００Ａを外すときは、図５(A)に示すように、ドローバー駆動制御機構６００Ａによりドローバー３００Ａを前回とは逆の方向に回転させる。すると、ネジ機構４３０Ａにより、ドローバー３００Ａがスライド体４１０Ａから離れるようにスライドし、これにより、クランプ状態からアンクランプ状態ないし仮保持状態となる。この状態では、ドローバー３００Ａ後端の突起３１０Ａが、スピンドル２００Ａの可動溝２１０Ａの右側に当接した状態となっている。このため、工具ホルダー５００Ａを引き抜くと、ドローバー３００Ａ及びコレット４００Ａが動くことができ、クランプ爪４２２Ａが開いて、工具ホルダー５００Ａが外れるようになる。