(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-30
(45)【発行日】2023-11-08
(54)【発明の名称】締め付け装置及び工作機械
(51)【国際特許分類】
B23Q 3/06 20060101AFI20231031BHJP
【ＦＩ】
B23Q3/06 302Z
B23Q3/06 302K
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020043393
(22)【出願日】2020-03-12
(65)【公開番号】P2021142615
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2022-12-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000006297
【氏名又は名称】村田機械株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000202
【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー
(72)【発明者】
【氏名】明石 匡弘
(72)【発明者】
【氏名】平田 健人
【審査官】山本 忠博
(56)【参考文献】
【文献】実開平０２－０２７８０７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開昭５８－０４４１６８（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００５－１６１４５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２６８６８４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｑ ３／００－３／１５４，３／１６－３／１８；
Ｂ２３Ｂ ３１／００－３３／００；
Ｂ２４Ｂ ５／００－７／３０，４１／００－５１／００；
Ｂ２５Ｂ １／００－１１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空ワークを締め付ける締め付け装置であって、締め付け方向に延びる棒ネジと、
前記棒ネジに螺合する螺合部及び内部空間を有する筒状部と、前記内部空間の前記中空ワーク側に配置されて前記中空ワークに荷重を付与するための押さえ部材と、前記内部空間に配置された圧縮バネと、前記押さえ部材に接触した状態で前記筒状部からの荷重を前記押さえ部材に伝達する接触位置と前記押さえ部材と非接触の状態の非接触位置との間で移動可能な荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材を前記接触位置から前記非接触位置に移動させる操作に用いられる操作部材と、を有するナット部材と、
前記操作部材を操作する操作工具と、を備え、
荒加工時には、前記荷重伝達部材が前記接触位置にあり、前記筒状部を前記棒ネジに対して回転させると、前記荷重伝達部材から大きな第１荷重が前記押さえ部材に作用し、
仕上げ加工時には、前記操作工具を移動制御することで、前記荷重伝達部材を前記接触位置から前記非接触位置に移動させ、それにより前記荷重伝達部材から第１荷重が前記押さえ部材に作用しなくなり、前記押さえ部材に作用する荷重は前記圧縮バネからバネ力として作用する小さな第２荷重になる、コントローラを備える、
締め付け装置。
【請求項2】
請求項１に記載の前記締め付け装置と、前記中空ワークに対して切削加工を行うカッタ、前記操作工具のいずれも選択的に保持可能な工具主軸と、を備え、
前記操作部材は、前記荷重伝達部材に螺合しており、前記工具主軸によって駆動される前記操作工具が回転させるネジである、工作機械。
【請求項3】
前記筒状部に固定され、前記荷重伝達部材が前記接触位置から前記非接触位置に移動するときに前記荷重伝達部材の移動を案内する案内部材をさらに備えている、請求項１に記載の締め付け装置。
【請求項4】
前記筒状部に固定され、前記荷重伝達部材が前記接触位置から前記非接触位置に移動するときに前記荷重伝達部材の移動を案内する案内部材をさらに備えている、請求項２に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、締め付け装置及び工作機械、特に、中空ワークに対して荒加工と仕上げ加工を行う工作機械において中空ワークを締め付けて固定する締め付け装置及びそれを用いた工作機械に関する。
【背景技術】
【0002】
中空ワークの内面を加工する際には、例えば汎用のマシニングセンタの主軸に取り付けられた工具が用いられる。そして、中空ワークは、加工治具を用いて固定される。加工治具は、例えば、押え金にクランプ力を付与するためのボルトとナットを有している。
【0003】
上記の加工治具では、ナットからのクランプ力を加工精度に合わせて変更する必要がある。具体的には、荒加工時には中空ワークをクランプする力を大きくし、仕上げ加工時に中空ワークをクランプする力を小さくする（例えば、特許文献１を参照）。
荒加工時にクランプ力を大きくする理由は、加工代が大きいので、強く締付けないとワークが加工中に動いてしまうからである。仕上げ加工時にはクランプ力を小さくする理由は、クランプ力が強いとワークが弾性変形して歪みが生じ、加工精度、平面度及び粗面度等が低下するからである。なお、仕上げ加工時にクランプ力を小さくできる理由は、加工代が小さいので、クランプ力が弱くてもワークは動かないからである。
荒加工時にクランプ力を大きくする理由は、加工代が大きいので、強く締付けないとワークが加工中に動いてしまうからである。仕上げ加工時にはクランプ力を小さくする理由は、クランプ力が強いとワークが弾性変形して歪みが生じ、加工精度、平面度及び粗面度等が低下するからである。なお、仕上げ加工時にクランプ力を小さくできる理由は、加工代が小さいので、クランプ力が弱くてもワークは動かないからである。
【0004】
また、クランプ力自動切換機構（螺子を回してバネ力を変更する）が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００５－１０３７３１号公報
【文献】実開平０２－０２７８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来では、仕上げ加工を行う前に、加工機を停止させて次に作業者がスパナで加工治具のナットを一旦緩め、次に弱いクランプ力が発生するようにナットを締付けていた。したがって、自動的に荒加工及び仕上げ加工を連続して行うことができなかった。
【0007】
本発明の目的は、締め付け装置において、中空ワークの荒加工と仕上げ加工とでクランプ力の大きさを自動的に変更できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【0009】
本発明の一見地に係る締め付け装置は、中空ワークを締め付ける装置であって、棒ネジと、ナット部材と、操作工具と、コントローラとを備えている。
棒ネジは、締め付け方向に延びる。
ナット部材は、筒状部と、押さえ部材と、圧縮バネと、荷重伝達部材と、操作部材とを有する。筒状部は、棒ネジに螺合する螺合部及び内部空間を有する。押さえ部材は、内部空間の中空ワーク側に配置されて中空ワークに荷重を付与するための部材である。圧縮バネは、内部空間に配置されている。荷重伝達部材は、押さえ部材に接触した状態で筒状部からの荷重を押さえ部材に伝達する接触位置と、押さえ部材と非接触の状態の非接触位置との間で移動可能である。操作部材は、荷重伝達部材を接触位置からと非接触位置に移動させる操作に用いられる。
操作工具は、操作部材を操作する。
荒加工時には荷重伝達部材が接触位置にあり、筒状部を棒ネジに対して回転させると、荷重伝達部材から大きな第１荷重が押さえ部材に作用する。
コントローラは、仕上げ加工時には、操作工具を移動制御することで、荷重伝達部材を接触位置から非接触位置に移動させる。それにより荷重伝達部材から第１荷重が押さえ部材に作用しなくなり、押さえ部材に作用する荷重は圧縮バネからバネ力として作用する小さな第２荷重になる。
この装置では、ナット部材に圧縮バネを内蔵させ、操作工具によって、ナット部材からの荷重の切換え操作が行われる。つまり、中空ワークの荒加工と仕上げ加工とでクランプ力の大きさが自動的に変更される。
棒ネジは、締め付け方向に延びる。
ナット部材は、筒状部と、押さえ部材と、圧縮バネと、荷重伝達部材と、操作部材とを有する。筒状部は、棒ネジに螺合する螺合部及び内部空間を有する。押さえ部材は、内部空間の中空ワーク側に配置されて中空ワークに荷重を付与するための部材である。圧縮バネは、内部空間に配置されている。荷重伝達部材は、押さえ部材に接触した状態で筒状部からの荷重を押さえ部材に伝達する接触位置と、押さえ部材と非接触の状態の非接触位置との間で移動可能である。操作部材は、荷重伝達部材を接触位置からと非接触位置に移動させる操作に用いられる。
操作工具は、操作部材を操作する。
荒加工時には荷重伝達部材が接触位置にあり、筒状部を棒ネジに対して回転させると、荷重伝達部材から大きな第１荷重が押さえ部材に作用する。
コントローラは、仕上げ加工時には、操作工具を移動制御することで、荷重伝達部材を接触位置から非接触位置に移動させる。それにより荷重伝達部材から第１荷重が押さえ部材に作用しなくなり、押さえ部材に作用する荷重は圧縮バネからバネ力として作用する小さな第２荷重になる。
この装置では、ナット部材に圧縮バネを内蔵させ、操作工具によって、ナット部材からの荷重の切換え操作が行われる。つまり、中空ワークの荒加工と仕上げ加工とでクランプ力の大きさが自動的に変更される。
【0010】
本発明の他の見地に係る工作機械は、前述の締め付け装置と、工具主軸とを備えている。
工具主軸は、中空ワークに対して切削加工を行うカッタ、操作工具のいずれも選択的に保持可能である。
操作部材は、荷重伝達部材に螺合しており、工具主軸によって駆動される操作工具が回転させるネジであってもよい。
この工作機械では、工具主軸及び操作工具によって操作部材は簡単に操作される。
工具主軸は、中空ワークに対して切削加工を行うカッタ、操作工具のいずれも選択的に保持可能である。
操作部材は、荷重伝達部材に螺合しており、工具主軸によって駆動される操作工具が回転させるネジであってもよい。
この工作機械では、工具主軸及び操作工具によって操作部材は簡単に操作される。
【0011】
締め付け装置は、筒状部に固定され、荷重伝達部材が接触位置から非接触位置に移動するときに荷重伝達部材の移動を案内する案内部材をさらに備えていてもよい。
この装置では、案内部材によって、荷重伝達部材が非接触位置に移動するときの動作が安定する。
この装置では、案内部材によって、荷重伝達部材が非接触位置に移動するときの動作が安定する。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係る締め付け装置では、中空ワークの荒加工と仕上げ加工とでクランプ力が自動的に変更される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】マシニングセンタの模式的側面図。
【図2】中空ワーク及びワーク固定治具の模式的斜視図。
【図3】ワーク固定治具の模式的斜視図。
【図4】ワーク固定治具の平面図。
【図5】ワーク固定治具の断面図。
【図6】ワーク固定治具の断面図。
【図7】ワーク固定治具の断面図。
【図8】ワーク固定治具の断面図。
【図9】ワーク固定治具の模式的平面図。
【図10】ワーク固定治具の模式的平面図。
【図11】ワーク固定治具及び操作工具の断面図。
【図12】マシニングセンタの制御構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
１．第１実施形態
（１）マシニングセンタ
図１を用いて、マシニングセンタ１（工作機械の一例）を説明する。図１は、マシニングセンタの模式的側面図である。
マシニングセンタ１は、工具主軸１１（後述）の回転中心軸Ｘが水平方向に延びる、いわゆる横型である。
マシニングセンタ１は、前後方向（図１の左右方向）に延びる基台７と、基台７の一端側（図１の右側であり、以下これを後側と呼ぶ）上に載置された本体部９と、を有している。
（１）マシニングセンタ
図１を用いて、マシニングセンタ１（工作機械の一例）を説明する。図１は、マシニングセンタの模式的側面図である。
マシニングセンタ１は、工具主軸１１（後述）の回転中心軸Ｘが水平方向に延びる、いわゆる横型である。
マシニングセンタ１は、前後方向（図１の左右方向）に延びる基台７と、基台７の一端側（図１の右側であり、以下これを後側と呼ぶ）上に載置された本体部９と、を有している。
【0015】
マシニングセンタ１は、工具主軸１１を有している。工具主軸１１は、水平方向に延びる回転中心軸Ｘ回りに回転可能になるように、本体部９に設けられている。工具主軸１１には、中空ワーク３に対して切削加工を行う、つまりスラスト面の切削加工や球面の切削加工を行うためのカッタ１２が取り付けられる。
本体部９は、基台７上に取り付けられたガイドレール１３によって前後に移動可能にされている。また、工具主軸１１は、本体部９に取り付けられたガイドレール１５によって上下に移動可能にされている。このため、工具主軸１１は、前後及び上下のそれぞれに移動可能となっている。
本体部９は、基台７上に取り付けられたガイドレール１３によって前後に移動可能にされている。また、工具主軸１１は、本体部９に取り付けられたガイドレール１５によって上下に移動可能にされている。このため、工具主軸１１は、前後及び上下のそれぞれに移動可能となっている。
【0016】
マシニングセンタ１は、さらに、各種ツールが収容されるツールマガジン１７を有している。
マシニングセンタ１は、オートツールチェンジャ１９を有している。オートツールチェンジャ１９は、ツールマガジン１７に収容された各ツールを工具主軸１１に対して取り付ける、及び、工具主軸１１に取り付けられたツールをツールマガジン１７に収容されたツールと交換する。
マシニングセンタ１は、オートツールチェンジャ１９を有している。オートツールチェンジャ１９は、ツールマガジン１７に収容された各ツールを工具主軸１１に対して取り付ける、及び、工具主軸１１に取り付けられたツールをツールマガジン１７に収容されたツールと交換する。
【0017】
中空ワーク３は、例えば、工作機械の一構成部品であり、軸部を収容する中空部３ａを有している。
【0018】
マシニングセンタ１は、基台７上における前側位置において、上下方向に延びる回転軸Ｚ回りに回転したり直線移動したりするテーブル２１を有している。テーブル２１上に、加工対象の中空ワーク３を保持するワーク固定治具３１が配設されている。
【0019】
（２）ワーク固定治具
図２～図１１を用いて、ワーク固定治具３１を説明する。図２は、中空ワーク及びワーク固定治具の模式的斜視図である。図３は、ワーク固定治具の模式的斜視図である。図４～図８は、ワーク固定治具の平面図である。図９及び図１０は、ワーク固定治具の模式的平面図である。図１１は、ワーク固定治具及び操作工具の断面図である。
図２～図１１を用いて、ワーク固定治具３１を説明する。図２は、中空ワーク及びワーク固定治具の模式的斜視図である。図３は、ワーク固定治具の模式的斜視図である。図４～図８は、ワーク固定治具の平面図である。図９及び図１０は、ワーク固定治具の模式的平面図である。図１１は、ワーク固定治具及び操作工具の断面図である。
【0020】
ワーク固定治具３１（締め付け装置の一例）は、中空ワーク３を締め付けて固定する装置である。
ワーク固定治具３１は、中空ワーク３の４カ所ある上側角部３ｂを下側に押さえつける。
ワーク固定治具３１は、中空ワーク３の４カ所ある上側角部３ｂを下側に押さえつける。
【0021】
以下、４つのワーク固定治具３１の内の１つを説明する。
ワーク固定治具３１は、図２に示すように、テーブル２１から上方に延びる第１支柱３３ａと、第２支柱３３ｂとを有している。第２支柱３３ｂは、第１支柱３３ａに対して中空ワーク３から離れる外側に並んで配置されている。具体的には、第１の対の第２支柱３３ｂと第２の対の第２支柱３３ｂは、各第１支柱３３ａに対して互いに離れる側に配置されている。
ワーク固定治具３１は、図２に示すように、押さえプレート３７を有している。押さえプレート３７は、水平方向に延びており、第１端が中空ワーク３の上側角部３ｂに当接しており、第２端が第２支柱３３ｂの上端に当接している。これにより、押さえプレート３７の第２端が下がらないようになっている。押さえプレート３７の中間部分又は第２端近傍部分に、ナット部材４１（後述）が装着されている。したがって、ナット部材４１から押さえプレート３７に下向きの荷重が付与されると、押さえプレート３７が中空ワーク３にクランプ力を付与する。
ワーク固定治具３１は、図２に示すように、テーブル２１から上方に延びる第１支柱３３ａと、第２支柱３３ｂとを有している。第２支柱３３ｂは、第１支柱３３ａに対して中空ワーク３から離れる外側に並んで配置されている。具体的には、第１の対の第２支柱３３ｂと第２の対の第２支柱３３ｂは、各第１支柱３３ａに対して互いに離れる側に配置されている。
ワーク固定治具３１は、図２に示すように、押さえプレート３７を有している。押さえプレート３７は、水平方向に延びており、第１端が中空ワーク３の上側角部３ｂに当接しており、第２端が第２支柱３３ｂの上端に当接している。これにより、押さえプレート３７の第２端が下がらないようになっている。押さえプレート３７の中間部分又は第２端近傍部分に、ナット部材４１（後述）が装着されている。したがって、ナット部材４１から押さえプレート３７に下向きの荷重が付与されると、押さえプレート３７が中空ワーク３にクランプ力を付与する。
【0022】
第１支柱３３ａには、図７及び図８に示すように、上端から上方に延びる棒ネジ３５が設けられている。
ワーク固定治具３１は、図３に示すように、ナット部材４１を有している。ナット部材４１は、図７及び図８に示すように、棒ネジ３５に装着されており、筒状部４３と、押さえ部材４５と、圧縮バネ４７と、荷重伝達部材４９と、操作部材５１とを有する。
ワーク固定治具３１は、図３に示すように、ナット部材４１を有している。ナット部材４１は、図７及び図８に示すように、棒ネジ３５に装着されており、筒状部４３と、押さえ部材４５と、圧縮バネ４７と、荷重伝達部材４９と、操作部材５１とを有する。
【0023】
筒状部４３は、棒ネジ３５の上部に螺合する螺合部４３ａを有している。筒状部４３は、下方に向かって開いた内部空間４３ｂを有する。
押さえ部材４５は、内部空間４３ｂの中空ワーク３側に配置されて中空ワーク３に荷重を付与するための部材である。押さえ部材４５は、棒ネジ３５の周囲に配置された筒状の部材であり、所定範囲内で筒状部４３に対して上下動可能である。押さえ部材４５は、前述の押さえプレート３７に固定されている、又は、上側から当接している。
押さえ部材４５は、内部空間４３ｂの中空ワーク３側に配置されて中空ワーク３に荷重を付与するための部材である。押さえ部材４５は、棒ネジ３５の周囲に配置された筒状の部材であり、所定範囲内で筒状部４３に対して上下動可能である。押さえ部材４５は、前述の押さえプレート３７に固定されている、又は、上側から当接している。
【0024】
圧縮バネ４７は、内部空間４３ｂに配置されている。圧縮バネ４７は、コイルスプリングである。圧縮バネ４７は、上端が筒状部４３の上部の下向き面４３ｃに支持されており、下端が押さえ部材４５の上面４５ａに支持されている。圧縮バネ４７は、弱い第２荷重を押さえ部材４５に付与するように設定されている。
なお、筒状部４３は、筒状の第１部材４３Ａと、螺合部４３ａを含む蓋状の第２部材４３Ｂとから構成され、両者はボルト４４によって着脱自在に固定されている。これより、内部空間４３ｂ内に圧縮バネ４７や他の部材を配置可能である。また、第１部材４３Ａと第２部材４３Ｂの間にシム等のバネ力調整部材を配置可能である。
なお、筒状部４３は、筒状の第１部材４３Ａと、螺合部４３ａを含む蓋状の第２部材４３Ｂとから構成され、両者はボルト４４によって着脱自在に固定されている。これより、内部空間４３ｂ内に圧縮バネ４７や他の部材を配置可能である。また、第１部材４３Ａと第２部材４３Ｂの間にシム等のバネ力調整部材を配置可能である。
【0025】
荷重伝達部材４９は、ブロック又は板状片であり、筒状部４３に支持されている。荷重伝達部材４９は、押さえ部材４５に接触した状態で筒状部４３からの荷重を押さえ部材４５に伝達する接触位置（図５、図７、図９）と、押さえ部材４５と非接触の状態の非接触位置（図８、図１０）との間で移動可能である。
具体的には、荷重伝達部材４９は、筒状部４３に対して半径方向にのみ移動可能になるように支持されている。さらに具体的には、荷重伝達部材４９は、筒状部４３の円周方向の一カ所において半径方向外側に開いた切欠き４３ｄに摺動自在に支持されている。
さらに、荷重伝達部材４９は、筒状部４３に固定された案内部材５３によって、荷重伝達部材４９が接触位置から非接触位置に移動するときに円周方向に移動不能にかつ半径方向外側に外れることが不能となるように支持されている。したがって、荷重伝達部材４９の移動が安定する。具体的には、案内部材５３は、荷重伝達部材４９の円周方向外側面に当接する一対の案内部５３ａと、一対の案内部５３ａの半径方向外側端同士を連結するストッパー５３ｂとを有している。
具体的には、荷重伝達部材４９は、筒状部４３に対して半径方向にのみ移動可能になるように支持されている。さらに具体的には、荷重伝達部材４９は、筒状部４３の円周方向の一カ所において半径方向外側に開いた切欠き４３ｄに摺動自在に支持されている。
さらに、荷重伝達部材４９は、筒状部４３に固定された案内部材５３によって、荷重伝達部材４９が接触位置から非接触位置に移動するときに円周方向に移動不能にかつ半径方向外側に外れることが不能となるように支持されている。したがって、荷重伝達部材４９の移動が安定する。具体的には、案内部材５３は、荷重伝達部材４９の円周方向外側面に当接する一対の案内部５３ａと、一対の案内部５３ａの半径方向外側端同士を連結するストッパー５３ｂとを有している。
【0026】
荷重伝達部材４９は、係合部４９ａを有している。係合部４９ａは、荷重伝達部材４９全体の半径方向内側端部に設けられ、押さえ部材４５と係合及び係合解除するための構造である。具体的には、係合部４９ａは、平面視で、円弧形状を有している。
荷重伝達部材４９は、図７及び図９に示すように、接触位置では半径方向内側にあり、係合部４９ａが、筒状部４３に形成された切欠き４３ｄ内に半径方向外側から入り込み、係合部４９ａの内側先端下面４９ｂが、押さえ部材４５の上部に形成された環状凹部４５ｂの下部にある上向き面４５ｃに当接又は近接する（上下方向に重なる位置になる）。このとき、係合部４９ａは、図９に示すように、押さえ部材４５の環状凹部４５ｂの外周面に近接又は当接している。
荷重伝達部材４９は、図８及び図１０に示すように、非接触位置では半径方向外側にあり、係合部４９ａが、筒状部４３に形成された切欠き４３ｄから半径方向外側に外れ、内側先端下面４９ｂが環状凹部４５ｂの上向き面４５ｃから半径方向に外れる。なお、環状凹部４５ｂの上向き面４５ｃにおいて係合部４９ａの内側先端下面４９ｂが当接するのは、円周方向の一部である。したがって、環状凹部４５ｂの上向き面４５ｃが摩耗した場合は、押さえ部材４５を適宜回転させて係合部４９ａと接触する部分を変更すればよい。
荷重伝達部材４９は、図７及び図９に示すように、接触位置では半径方向内側にあり、係合部４９ａが、筒状部４３に形成された切欠き４３ｄ内に半径方向外側から入り込み、係合部４９ａの内側先端下面４９ｂが、押さえ部材４５の上部に形成された環状凹部４５ｂの下部にある上向き面４５ｃに当接又は近接する（上下方向に重なる位置になる）。このとき、係合部４９ａは、図９に示すように、押さえ部材４５の環状凹部４５ｂの外周面に近接又は当接している。
荷重伝達部材４９は、図８及び図１０に示すように、非接触位置では半径方向外側にあり、係合部４９ａが、筒状部４３に形成された切欠き４３ｄから半径方向外側に外れ、内側先端下面４９ｂが環状凹部４５ｂの上向き面４５ｃから半径方向に外れる。なお、環状凹部４５ｂの上向き面４５ｃにおいて係合部４９ａの内側先端下面４９ｂが当接するのは、円周方向の一部である。したがって、環状凹部４５ｂの上向き面４５ｃが摩耗した場合は、押さえ部材４５を適宜回転させて係合部４９ａと接触する部分を変更すればよい。
【0027】
操作部材５１は、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる操作に用いられる。操作部材５１は、半径方向に延びており、荷重伝達部材４９のネジ穴４９ｃに螺合している解除ボルトである。
操作部材５１は、ネジ部５１ａと頭部５１ｂとを有している。頭部５１ｂは例えば四角形状である。ネジ部５１ａの先端は、筒状部４３に形成され半径方向外側を向いた壁面４３ｅに当接又は近接している。この状態で、操作部材５１が回転すると、荷重伝達部材４９が半径方向外側に移動する。
操作部材５１は、図１１に示すように、工具主軸１１によって駆動される操作工具７３によって、回転させられる。操作工具７３は、例えば、多数のピンが伸縮可能に設けられた万能ソケットである。このようにして、工具主軸１１及び操作工具７３によって操作部材５１は簡単に操作される。
操作部材５１は、ネジ部５１ａと頭部５１ｂとを有している。頭部５１ｂは例えば四角形状である。ネジ部５１ａの先端は、筒状部４３に形成され半径方向外側を向いた壁面４３ｅに当接又は近接している。この状態で、操作部材５１が回転すると、荷重伝達部材４９が半径方向外側に移動する。
操作部材５１は、図１１に示すように、工具主軸１１によって駆動される操作工具７３によって、回転させられる。操作工具７３は、例えば、多数のピンが伸縮可能に設けられた万能ソケットである。このようにして、工具主軸１１及び操作工具７３によって操作部材５１は簡単に操作される。
【0028】
（３）制御構成
図１２を用いて、マシニングセンタ１の制御構成を説明する。図１２は、マシニングセンタの制御構成を示すブロック図である。
マシニングセンタ１は、コントローラ７１を有している。
コントローラ７１は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。コントローラ７１は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
コントローラ７１は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
コントローラ７１の各要素の機能は、一部又は全てが、コントローラ７１を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、制御部の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。
図１２を用いて、マシニングセンタ１の制御構成を説明する。図１２は、マシニングセンタの制御構成を示すブロック図である。
マシニングセンタ１は、コントローラ７１を有している。
コントローラ７１は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。コントローラ７１は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
コントローラ７１は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
コントローラ７１の各要素の機能は、一部又は全てが、コントローラ７１を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、制御部の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。
【0029】
コントローラ７１には、工具主軸駆動部１０１と、回転テーブル駆動部１０３と、オートツールチェンジャ駆動部１０５とが接続されている。
コントローラ７１には、図示しないが、中空ワーク３の大きさ、形状及び位置検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
コントローラ７１には、図示しないが、中空ワーク３の大きさ、形状及び位置検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
【0030】
（４）荒加工前の締め付け
荒加工時には、図５、図７及び図９に示すように、荷重伝達部材４９が接触位置にある。この状態で、作業者が筒状部４３を棒ネジ３５に対して回転させると、荷重伝達部材４９から大きな第１荷重が押さえ部材４５に作用する。第１荷重の大きさは、例えば、１００ＫＮである。
荒加工時には、図５、図７及び図９に示すように、荷重伝達部材４９が接触位置にある。この状態で、作業者が筒状部４３を棒ネジ３５に対して回転させると、荷重伝達部材４９から大きな第１荷重が押さえ部材４５に作用する。第１荷重の大きさは、例えば、１００ＫＮである。
【0031】
（５）仕上げ加工前の締め付け
コントローラ７１は、オートツールチェンジャ１９を用いて工具交換を行い、それにより操作工具７３を工具主軸１１に装着する。
コントローラ７１は、テーブル５を回転又は直線移動させることで、ワーク固定治具３１を工具主軸１１の正面に移動させる。
コントローラ７１は、仕上げ加工時には、操作工具７３を移動制御することで、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる。具体的には、操作工具７３は、操作部材５１を回転させる。すると、操作部材５１のネジ部５１ａの先端が筒状部４３の壁面４３ｅに当接した状態で回転し、それにより、荷重伝達部材４９は半径方向外側に移動する。その結果、荷重伝達部材４９の係合部４９ａの内側先端下面４９ｂが、押さえ部材４５の上向き面４５ｃから外れる。
図８及び図１０に示すように、荷重伝達部材４９が非接触位置に移動させられると、荷重伝達部材４９から第１荷重が押さえ部材４５に作用しなくなり、押さえ部材４５に作用する荷重は圧縮バネ４７からバネ力として作用する小さな第２荷重になる。第２荷重は、例えば、３０ＫＮである。
コントローラ７１は、オートツールチェンジャ１９を用いて工具交換を行い、それにより操作工具７３を工具主軸１１に装着する。
コントローラ７１は、テーブル５を回転又は直線移動させることで、ワーク固定治具３１を工具主軸１１の正面に移動させる。
コントローラ７１は、仕上げ加工時には、操作工具７３を移動制御することで、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる。具体的には、操作工具７３は、操作部材５１を回転させる。すると、操作部材５１のネジ部５１ａの先端が筒状部４３の壁面４３ｅに当接した状態で回転し、それにより、荷重伝達部材４９は半径方向外側に移動する。その結果、荷重伝達部材４９の係合部４９ａの内側先端下面４９ｂが、押さえ部材４５の上向き面４５ｃから外れる。
図８及び図１０に示すように、荷重伝達部材４９が非接触位置に移動させられると、荷重伝達部材４９から第１荷重が押さえ部材４５に作用しなくなり、押さえ部材４５に作用する荷重は圧縮バネ４７からバネ力として作用する小さな第２荷重になる。第２荷重は、例えば、３０ＫＮである。
【0032】
以上の動作が合計４回行われると、全てのワーク固定治具３１において、弱い力でのワークＷの締め付けが行われる。
以上に述べたように、このワーク固定治具３１では、筒状部４３に圧縮バネ４７を内蔵させ、操作工具７３によって、ナット部材４１からの荷重の切換え操作が行われる。つまり、中空ワーク３の荒加工と仕上げ加工とでクランプ力の大きさが自動的に変更される。
特に、マシニングセンタ１の工具交換機能を用いて、クランプ力の大きさを変更しているので、特別な装置が不要であり、しかも操作が容易になる。
さらに、ワーク固定治具３１は、従来からある第１支柱３３ａ、第２支柱３３ｂ、棒ネジ３５、押さえプレート３７をそのまま使い、従来のナットをナット部材４１に変更するだけで、クランプ力２段階変更機構を実現している。このように、従来の治具をそのまま使っているので、安価である。また、ワーク固定治具３１は、油圧、電気等を用いた動力源なしで、クランプ力２段階変更機構を実現している。
以上に述べたように、このワーク固定治具３１では、筒状部４３に圧縮バネ４７を内蔵させ、操作工具７３によって、ナット部材４１からの荷重の切換え操作が行われる。つまり、中空ワーク３の荒加工と仕上げ加工とでクランプ力の大きさが自動的に変更される。
特に、マシニングセンタ１の工具交換機能を用いて、クランプ力の大きさを変更しているので、特別な装置が不要であり、しかも操作が容易になる。
さらに、ワーク固定治具３１は、従来からある第１支柱３３ａ、第２支柱３３ｂ、棒ネジ３５、押さえプレート３７をそのまま使い、従来のナットをナット部材４１に変更するだけで、クランプ力２段階変更機構を実現している。このように、従来の治具をそのまま使っているので、安価である。また、ワーク固定治具３１は、油圧、電気等を用いた動力源なしで、クランプ力２段階変更機構を実現している。
【0033】
２．実施形態の特徴
前記実施形態は下記のようにも説明できる。
ワーク固定治具３１（締め付け装置の一例）は、中空ワーク３（中空ワークの一例）を締め付ける装置であって、棒ネジ３５と、ナット部材４１と、操作工具７３と、コントローラ７１とを備えている。
棒ネジ３５（棒ネジの一例）は、締め付け方向に延びる。
ナット部材４１（ナット部材の一例）は、筒状部４３と、押さえ部材４５と、圧縮バネ４７と、荷重伝達部材４９と、操作部材５１とを有する。筒状部４３（筒状部の一例）は、棒ネジ３５に螺合する螺合部４３ａ及び内部空間４３ｂを有する。押さえ部材４５（押さえ部材の一例）は、内部空間４３ｂの中空ワーク３側に配置されて中空ワーク３に荷重を付与するための部材である。圧縮バネ４７（圧縮バネの一例）は、内部空間４３ｂに配置されている。荷重伝達部材４９（荷重伝達部材の一例）は、押さえ部材４５に接触した状態で筒状部４３からの荷重を押さえ部材４５に伝達する接触位置と、押さえ部材４５と非接触の状態の非接触位置との間で移動可能である。操作部材５１（操作部材の一例）は、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる操作に用いられる。
操作工具７３（操作工具の一例）は、操作部材５１を操作する。
荒加工時には、荷重伝達部材４９が接触位置にあり、筒状部４３を棒ネジ３５に対して回転させると、荷重伝達部材４９から大きな第１荷重が押さえ部材４５に作用する。
コントローラ７１（コントローラの一例）は、仕上げ加工時には、操作工具７３を移動制御することで、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる。それにより荷重伝達部材４９から第１荷重が押さえ部材４５に作用しなくなり、押さえ部材４５に作用する荷重は圧縮バネ４７からバネ力として作用する小さな第２荷重になる。
前記実施形態は下記のようにも説明できる。
ワーク固定治具３１（締め付け装置の一例）は、中空ワーク３（中空ワークの一例）を締め付ける装置であって、棒ネジ３５と、ナット部材４１と、操作工具７３と、コントローラ７１とを備えている。
棒ネジ３５（棒ネジの一例）は、締め付け方向に延びる。
ナット部材４１（ナット部材の一例）は、筒状部４３と、押さえ部材４５と、圧縮バネ４７と、荷重伝達部材４９と、操作部材５１とを有する。筒状部４３（筒状部の一例）は、棒ネジ３５に螺合する螺合部４３ａ及び内部空間４３ｂを有する。押さえ部材４５（押さえ部材の一例）は、内部空間４３ｂの中空ワーク３側に配置されて中空ワーク３に荷重を付与するための部材である。圧縮バネ４７（圧縮バネの一例）は、内部空間４３ｂに配置されている。荷重伝達部材４９（荷重伝達部材の一例）は、押さえ部材４５に接触した状態で筒状部４３からの荷重を押さえ部材４５に伝達する接触位置と、押さえ部材４５と非接触の状態の非接触位置との間で移動可能である。操作部材５１（操作部材の一例）は、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる操作に用いられる。
操作工具７３（操作工具の一例）は、操作部材５１を操作する。
荒加工時には、荷重伝達部材４９が接触位置にあり、筒状部４３を棒ネジ３５に対して回転させると、荷重伝達部材４９から大きな第１荷重が押さえ部材４５に作用する。
コントローラ７１（コントローラの一例）は、仕上げ加工時には、操作工具７３を移動制御することで、荷重伝達部材４９を接触位置から非接触位置に移動させる。それにより荷重伝達部材４９から第１荷重が押さえ部材４５に作用しなくなり、押さえ部材４５に作用する荷重は圧縮バネ４７からバネ力として作用する小さな第２荷重になる。
【0034】
このワーク固定治具３１では、ナット部材４１に圧縮バネ４７を内蔵させ、操作工具７３によって、ナット部材４１からの荷重の切換え操作が行われる。つまり、中空ワーク３の荒加工と仕上げ加工とでクランプ力の大きさが自動的に変更される。
【0035】
３．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
前記実施形態では、荷重伝達部材を非接触位置に移動させるために操作部材５１を回転させていたが、荷重伝達部材の移動方法は特に限定されない。例えば、荷重伝達部材を直接半径方向外側に引っ張って移動させてもよい。
第２支柱は第１支柱に対して中空ワークの角部から対角線外側に配置されていてもよい。この場合、押さえプレートは、中空ワークの角部から対角線方向に延びる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
前記実施形態では、荷重伝達部材を非接触位置に移動させるために操作部材５１を回転させていたが、荷重伝達部材の移動方法は特に限定されない。例えば、荷重伝達部材を直接半径方向外側に引っ張って移動させてもよい。
第２支柱は第１支柱に対して中空ワークの角部から対角線外側に配置されていてもよい。この場合、押さえプレートは、中空ワークの角部から対角線方向に延びる。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明は、中空ワークに対して荒加工と仕上げ加工を行う工作機械において中空ワークを締め付けて固定する締め付け装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【0037】
１ ：マシニングセンタ
３ ：中空ワーク
３ａ ：中空部
３ｂ ：上側角部
７ ：基台
９ ：本体部
１１ ：工具主軸
１２ ：カッタ
１３ ：ガイドレール
１５ ：ガイドレール
１７ ：ツールマガジン
１９ ：オートツールチェンジャ
２１ ：テーブル
３１ ：ワーク固定治具
３３ａ ：第１支柱
３３ｂ ：第２支柱
３５ ：棒ネジ
３７ ：押さえプレート
４１ ：ナット部材
４３ ：筒状部
４３ａ ：螺合部
４３ｂ ：内部空間
４３ｃ ：下向き面
４３ｄ ：切欠き
４５ ：押さえ部材
４５ａ ：上面
４５ｂ ：環状凹部
４５ｃ ：上向き面
４７ ：圧縮バネ
４９ ：荷重伝達部材
４９ａ ：係合部
４９ｂ ：内側先端下面
５１ ：操作部材
５３ ：案内部材
７１ ：コントローラ
７３ ：操作工具
３ ：中空ワーク
３ａ ：中空部
３ｂ ：上側角部
７ ：基台
９ ：本体部
１１ ：工具主軸
１２ ：カッタ
１３ ：ガイドレール
１５ ：ガイドレール
１７ ：ツールマガジン
１９ ：オートツールチェンジャ
２１ ：テーブル
３１ ：ワーク固定治具
３３ａ ：第１支柱
３３ｂ ：第２支柱
３５ ：棒ネジ
３７ ：押さえプレート
４１ ：ナット部材
４３ ：筒状部
４３ａ ：螺合部
４３ｂ ：内部空間
４３ｃ ：下向き面
４３ｄ ：切欠き
４５ ：押さえ部材
４５ａ ：上面
４５ｂ ：環状凹部
４５ｃ ：上向き面
４７ ：圧縮バネ
４９ ：荷重伝達部材
４９ａ ：係合部
４９ｂ ：内側先端下面
５１ ：操作部材
５３ ：案内部材
７１ ：コントローラ
７３ ：操作工具
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】