JP2014226768A - 工作用割出しテーブルのクランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油が封入されている、またはグリスが塗布されている割出しテーブルであっても大きなクランプ力が得られる割出しテーブルのクランプ構造を提供する。【解決手段】本体１０にベアリング１１を介して、回転軸Ｊを中心に回転可能に支持されたスピンドル１２と、本体１０の径方向内方において、本体１０に固定された弾性変形する薄肉ドーナツ形状の固定プレート１３と、スピンドル１２の径方向外方において、スピンドル１２に固定された弾性変形する薄肉ドーナツ形状の回転プレート１４とを備えた割出しテーブルにおいて、回転プレートと固定プレートのどちらか一方のプレートには、径方向外方に切り欠き部を有し、固定プレートの径方向内方近傍と回転プレートの径方向外方近傍とは、外力により重ね合わされる重なり部を有し、重なり部は、切り欠き部の全体を覆わないようになされている。【選択図】 図５

Description

本発明は、加工物の割出し作業に使用される工作用割出しテーブルのクランプ装置に関するものである。

工作機械の中には、工作物を固定して予め定められた角度ずつ回転させる工作用割出しテーブルを備えたものがある。工作用割出しテーブルは、工作物を固定して回転させる回転テーブルと、駆動モータと、伝達機構およびモータ制御回路とを備え、モータ制御回路は駆動モータの回転制御を行い、伝達機構は駆動モータから駆動力を回転テーブルに伝える。
一般的に工作機械が工作物を加工するときは、工作用割出しテーブルに固定された工作物が指令角度に割出され、割出された角度のまま保持された状態で切削される。切削完了後、工作物は次の指令角度に割出され、割出された角度のまま保持された状態で切削されるといった一連の作業となっている。
したがって、工作機械が工作用割出しテーブルに固定された工作物を加工するとき、工作物には切削抵抗分の外力が作用する。
そのため、工作用割出しテーブルは、工作物を外力に抗して割出された角度の状態に保持するためのクランプ機構が必要となる。
従来、割出しテーブルのクランプ機構の一つとして、構造が簡単でありクランプ力を大きくすることができる等の理由で、ディスクプレートを用いたディスククランプ方式が使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特許文献１では、薄肉円盤状のクランププレートが外周の複数箇所を切除した切り欠きで形成されており、切り欠き部に本体の端面部とピストンとの両面における食い込みによる引っ掛かり作用によって、工作用割出しテーブルに働く大きな外力に対処している。
特許文献２では、弾性変形する薄肉の摩擦プレートとクランププレートを備え、クランププレートが摩擦プレートを軸方向において挟み込むことによって、工作用割出しテーブルに働く大きな外力に対処している。
特に、近年では、工作機械が重切削可能となってきているため、外力が大きくなり、クランプ力を大きくすることが強く求められている。

特開２００１−２７７０７４号公報 特開２００３−３１１５９０号公報

クランププレートの切り欠き部に本体の端面部とピストンとの両面で食い込ませる際、クランプ力を大きくするには、本体の端面部とピストンとの両面を滑りにくくする必要がある。しかしながら、工作用割出しテーブルの内部には、本体の端面部とクランププレートとの重なり面、またはクランププレートとピストンとの重なり面における摩擦による金属材料の焼き付きと錆を防止するために潤滑油が封入されたり、グリスが塗布されたりしている。
そのため、潤滑油が封入またはグリスが塗布された金属材料の両面を滑りにくくして、クランプ力を大きくすることは難しい。
本発明は、潤滑油が封入されている、またはグリスが塗布されている工作用割出しテーブルであってもクランププレートの機能に最適な構造となして、クランプを確実なものにすべく大きなクランプ力が得られる割出しテーブルのクランプ構造を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、固定プレートと回転プレートとを備えた割出しテーブルにおいて、固定プレートの径方向内方（内周部）と回転プレートの径方向外方（外周部）とが接する構成を採用する。
すなわち、本発明の割出しテーブルのクランプ構造は、本体にベアリングを介して回転可能に支持されたスピンドルと、本体の径方向内方において、本体に固定された薄肉ドーナツ形状の固定プレートと、スピンドルの径方向外方において、スピンドルに固定された薄肉ドーナツ形状の回転プレートとを備え、回転プレートと固定プレートのどちらか一方のプレートには、径方向外方に切り欠き部を有し、固定プレートの径方向内方近傍と回転プレートの径方向外方近傍とは、外力により重ね合わされる重なり部を有し、重なり部は、前記切り欠き部の全体を覆わないようになされている。

本発明によれば、潤滑油が封入されている、またはグリスが塗布されている工作用割出しテーブルであってもクランププレートの機能に最適な構造となして、クランプを確実なものにすべく大きなクランプ力が得られる割出しテーブルのクランプ構造を提供することができる。

従来の割出しテーブルの構成を示した回転軸に沿う断面図である。 図１に示すＡ部の部分拡大図である。 従来の回転プレートと固定プレートの重なり時の正面図である。 図３に示すＢ部の部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態における割出しテーブルの構成を示した回転軸に沿う断面図である。 図５に示すＣ部の部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態における回転プレートと固定プレートの重なり時の正面図である。 図７に示すＤ部の部分拡大図である。 本発明の第１の実施形態における回転プレートと固定プレートの変形状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態における回転プレートと固定プレートの作用説明図である。

本発明を説明する前に、本発明を想到するに至った経緯を説明する。
図１は、従来の割出しテーブルの構成を示した回転軸に沿う断面図である。
図１に示すように、従来の割出しテーブル２００は、本体１１０にベアリング１１１を介して、回転軸Ｊを中心に回転可能に支持されたスピンドル１１２と、本体１１０の径方向内方において、本体１１０に固定された薄肉ドーナツ形状の固定プレート１１３と、スピンドル１１２の径方向外方において、スピンドル１１２に固定された薄肉ドーナツ形状の回転プレート１１４とを備えている。
ここで、回転プレート１１４は、径方向外方（外周部）に、切り欠き部Ｘを有している。

図２は、図１に示すＡ部の部分拡大図である。
図２に示すように、回転プレート１１４Ｂの径方向外方の上方には、隙間が設けられ本体１１０の端面部１１５が位置している。また、回転プレート１１４Ａの径方向外方の下方には、隙間が設けられスピンドル１１２の軸方向へ移動可能な外力となるピストン１１６が配設されている。
このピストン１１６の軸方向上方への移動によるピストン軸力によって、回転プレート１１４Ａの径方向外方部分が押圧されて固定プレート１１３Ａの内周部分が押圧される。さらにその状態のまま、回転プレート１１４Ｂの径方向外方部分に押圧されて本体１１０の端面部１１５に押圧される。
上述の一連の作用によって、テーブル１１７の回動が阻止される構造になっている。

その際、上述の構造では、ピストン１１６は回転する回転プレート１１４Ａを押圧するため、軸方向への移動によって押圧しても回転プレート１１４Ａと共回りしてしまい、テーブル１１７の回動を阻止することができない。
従って、回転プレート１１４Ａとピストン１１６との共回りを防ぐために、回り止めプレート１１８を介してピストン１１６にボルトを軸方向上方に固定し、回り止めプレート１１８を介してシリンダにボルトを軸方向下方に固定する構造としている。すなわち、ピストン１１６は、回り止めプレート１１８を介して間接的にシリンダに固定されている。
さらに、シリンダは本体１１０に固定されているため、上述のピストン１１６は共回りしない構造となっている。
以上のことより、任意の回転位置に停止されたテーブル１１７は、その回動を完全に止められ、テーブル１１７上にセットされた加工物の加工が行われる。

ところで、割出しテーブル２００のクランプ力を大きくするには、交互に挟み込む回転プレート１１４と固定プレート１１３の枚数を増やし、回転プレート１１４と固定プレート１１３との重なり合う箇所に摩擦作用を発生させると良い。
しかしながら、この場合、枚数を増やすことによって割出しテーブル２００の胴厚Ｔ１が厚くなり、近年割出しテーブル２００の胴厚Ｔ１を薄くして加工時の作業スペースを確保したいというユーザー要求にそぐわないこととなる。また、枚数増加による部品点数の増加にもなりコストが高くなってしまう。
他の案としては、プレートを摩擦係数を高い材料で選定したり、プレート側に摩擦係数が高くなるような表面加工処理をしたりすれば良い。
しかしながら、この場合、ブレーキノイズやブレーキ振動が起こりやすくなる。さらにコストが高くなってしまう。
従って、従来の方法では、胴厚を厚くしないで、または、コストを抑えてクランプ力を大きくするには限界があった。

図３は従来の回転プレート１１４と固定プレート１１３の重なり時の正面図である。
図４は図３に示すＢ部の部分拡大図である。
ところで、図３に示すように、従来の固定プレートの径方向内方と前記回転プレートの径方向外方とは、外力により重ね合わされる重なり部を有している。
また、従来の回転プレート１１４は、径方向外方に、切り欠き部Ｘを有している。従来の割出しテーブル２００は、クランプ時に切り欠き部Ｘを有した回転プレート１１４が固定プレート１１３を押圧することで、切り欠き部Ｘの全体は固定プレートに完全に覆われ、切り欠き部Ｘに食い込み作用を発生させクランプ力を大きくしている。

一方、割出しテーブル２００の内部には、回転プレート１１４と固定プレート１１３との両面における摩擦による金属材料の焼き付きと錆を防止するために潤滑油が封入されたり、グリスが塗布されたりしている。
従って、従来の固定プレート１１４または回転プレート１１３の形状では、ピストン１１６で押圧して、さらに切り欠き部Ｘに食い込み作用を発生させた状態であっても潤滑油が重なり部Ｋから逃げにくいため、クランプ力を大きくしにくい問題があった。

以上のことより、本願発明者等は第一にクランプ力の増加につながる面圧に注目した。すなわち、面圧は面積が小さいほど高くなるという面圧と面積の関係より、面圧を高くするために、押圧された回転プレート１１３と固定プレート１１４の重なり部Ｋの面積を小さくできないか検討を行った。
さらに、本願発明者等は第二に回転プレート１１４や固定プレート１１３の形状に注目した。すなわち、形状を変えることで、潤滑油を素早く逃がし、滑り難い（摩擦力が大きい）構造にできないか検討を行った。

以上の二つの検討から重なり部Ｋの面積を小さくすることで、回転プレート１１３と固定プレート１１４との重なり部Ｋの面積をピストン１１６で押圧すると、割出しテーブルの胴厚を厚くせず、あるいは回転プレート１１４や固定プレート１１３の枚数を増加することなく、割出しテーブル２００のクランプ力を大きくすることができ、また回転プレート１１３と固定プレート１１４の形状を変えることで、潤滑油が素早く逃げ、滑り難くなると考え、本発明を想到するに至った。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態における説明では、回転軸に平行な方向を「軸方向」とし、回転軸を中心とする半径方向を「径方向」としている。また、便宜上、軸方向のテーブル１７側を「上方」、テーブル１７と反対側を「下方」と定義し、ドーナツ形状のプレートの外周を「径方向外方」、内周を「径方向内方」と定義する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

（第１の実施形態）
図５は、本発明の第１の実施形態における割出しテーブル１００の構成を示した断面図である。
図５に示すように、本実施形態における割出しテーブル１００は、本体１０にベアリング１１を介して、回転軸Ｊを中心に回転可能に支持されたスピンドル１２と、本体１０の径方向内方において、本体１０に固定された弾性変形する薄肉ドーナツ形状の固定プレート１３と、スピンドル１２の径方向外方において、スピンドル１２に固定された弾性変形する薄肉ドーナツ形状の回転プレート１４とを備えている。

図６は、図５に示すＣ部の部分拡大図である。
図６に示すように、スピンドル１２に固定された回転プレート１４Ｂの径方向外方の上方には、隙間が設けられ本体１０の端面部１５が位置している。また、回転プレート１４Ｂの径方向外方の下方には、隙間が設けられ本体１０に固定された固定プレート１３Ｂが位置している。また、固定プレート１３Ｂの径方向内方の下方には、隙間が設けられスピンドル１２に固定された回転プレート１４Ａが位置している。また、回転プレート１４Ａの径方向外方の下方には、隙間が設けられ本体１０に固定された固定プレート１３Ａが位置している。また、固定プレート１３Ａの径方向内方の下方には、隙間が設けられスピンドル１２の軸方向へ移動可能な外力となるピストン１６が配設されている。

このピストン１６の軸方向上方への移動によるピストン軸力によって、固定プレート１３Ａの径方向内方部分が押圧されて、回転プレート１４Ａの径方向外方部分が押圧される。さらに、その状態のまま、固定プレート１３Ｂの径方向内方部分に押圧され、回転プレート１４Ｂの径方向外方部分に押圧された状態で、本体１０の端面部１５に押圧される。
上述の一連の作用によって、テーブル１７の回動が阻止される構造になっている。
これによって、任意の回転位置に停止されたテーブル１７は、その回動を完全に止められ、テーブル１７上にセットされた加工物の加工が行われる。

また、本実施形態では、図２に示した従来の割出しテーブルに比べて、固定プレートが一枚増えている。
前述の従来のクランプ構造は、ピストンが回転する回転プレートに押圧されるため、ピストンは、回らないようにするための回り止めプレートを介してボルトで固定している。
しかしながら、本実施形態においては、ピストンは固定側の固定プレートを押圧するため、前述のようなピストンが回らないようにするための回り止めプレートが必要でない。よって、ボルトも不要となり、ピストン側に開けていたボルトのタップ（ねじ穴）やシリンダ側に開けていたボルトの頭の逃がし穴も不要となる。

従って、従来の割出しテーブルの胴厚Ｔ１より本実施形態における割出しテーブルの胴厚Ｔ２の方が薄くすることが可能である。
また、コスト面においても部品点数の削減および、加工代金の削減により、コスト削減することが可能である。

図７は本発明の第１の実施形態における回転プレート１４と固定プレート１３の重なり時の正面図である。
図７に示すように、回転プレート１４には、径方向外方（外周部）に切り欠き部Ｙを有している。本実施形態では、切り欠き部Ｙは回転プレート１４側に設けているが、固定プレート１３側に設けても構わない。
また、固定プレート１３の径方向内方近傍と回転プレート１４の径方向外方近傍とは、ピストン１６などの外力により重ね合わされる重なり部Ｌを有し、重なり部Ｌは、切り欠き部Ｙの全体を覆わないようになされている。ここで、「近傍」とは、固定プレート１３の内周部から外周方面に向けての径方向が１〜７ｍｍ程度の距離を言う。もしくは、回転プレート１４の外周部から内周方面に向けての径方向が１〜７ｍｍ程度の距離を言う。
また、回転プレート１４と固定プレート１３のうち、切り欠き部Ｙを有していない他方のプレート（本実施形態では固定プレート１３）は、重なり部Ｌより半径方向外方に同一円周上に形成された複数の円弧状長穴１８を有している。
本実施形態では、円弧状長穴１８の周方向の長さは、切り欠き部Ｙを３つ分の長さとしているが、プレートの大きさや材質、強度によって適宜決めれば良い。
また、切り欠き部Ｙは４つ以上で形成されているのが好ましい。切り欠き部Ｙの個数は多い方が食い込み作用の箇所が多くなりクランプ力は大きくなるが、プレートの大きさや材質、強度によって適宜決めれば良い。
また、切り欠き部Ｙは回転プレート１４に設ける場合、回転プレートは回転するため回転バランスをスムーズにするためには、回転プレート１４の外周面において等間隔に形成されるのが好ましい。

本実施形態において、回転プレート１４と固定プレート１３の材料は特に限定されないが、耐焼き付き性の高い材料を用い、且つ弾性力の高い材料を用いることが好ましい。
回転プレート１４と固定プレート１３との面圧を高くする条件は、使用する材料や大きさ等によって、適宜決めれば良い。典型的な条件を例示すれば、ピストン１６などの外力（エア圧、油圧等）は０．５ＭＰａ、重なり部Ｌの径方向の長さは５ｍｍである。本実施形態においては、外力（エア圧）は０．５ＭＰａ、重なり部Ｌの径方向の長さは２〜３ｍｍにしている。
また、本実施形態において、面圧を高くするために、図４に示した重なり部Ｋの面積を小さくしている。面積を小さくしたことで、従来のクランプ構造に比べて、潤滑油やグリスがにげやすくなることでクランプ力も大きくすることが可能である。

図８は図７に示すＤ部の部分拡大図である。
図８に示すように、本実施形態では固定プレート１３と回転プレート１４の形状をかえることで、重なり部Ｌの面積を小さくしている。また、固定プレート１３の内周面で切り欠き部Ｙの全体を覆うように重ねないで、敢えて切り欠き部Ｙの外方部分の一部だけ重ねる形状にしている。
それによって、回転プレート１４の切り欠き部Ｙの内方側一部の非重なり部と、固定プレート１３の円弧状長穴１８の長穴部によって、切り欠き部Ｙの外方部分と固定プレート１３が重なっている部分（以下、切り欠き外方重なり部Ｚと言う。）は、両端支持梁状態となることで、切り欠き部Ｙへの食い付きが強くなる。
尚、切り欠き部Ｙの形状を、両端支持梁状態により食い付きやすい形状、例えば、切り欠き外方重なり部Ｚの端が径方向において平行になるような形状（例えば、Ｕ字または矩形形状）にすることによって、より食い付き作用を強くすることができる。

また、本実施形態では、回転プレート１４と固定プレート１３との重なり部Ｌの面積を小さくすることで、プレートとプレートとの間に溜まってしまう潤滑油やグリスを逃げやすくしている。さらに、切り欠き部の全体を覆わないようにしたことで覆われてない箇所に潤滑油やグリスが逃げることが可能となっている。
以上のことより、本実施形態では、潤滑油の封入やグリスの塗布が必要なクランプ構造であっても、潤滑油やグリスが逃げやすい構造とすることでクランプ力を大きくすることが可能となっている。

切り欠き部Ｙの外方への食い付きの変形状態を図９を用いて説明する。
図９は本発明の第１の実施形態における回転プレート１４と固定プレート１３の変形状態を示す図である。
図９に示すように、図９（ａ）は図６のＡ−Ａ切断面である。図９（ａ）はアンクランプ状態を表し、ピストン１６などの外力が押圧する前の状態である。下からピストン１６、切り欠き部を有した回転プレート１３Ａ、固定プレート１４Ａ、切り欠き部を有した回転プレート１３Ｂ、固定プレート１４Ｂ、本体１０の端面部１５という配置である。
図９（ｂ）はクランプ状態を表し、図９（ａ）のアンクランプ状態からピストン１５が軸方向に押圧され、各プレートが重ね合わされ端面部１５に押圧されている状態である。
図９（ｃ）は切り欠き部Ｙに固定プレート１３が食い付いた状態（食い付き部１９）である。

図１０は本発明の第１の実施形態における回転プレート１４と固定プレート１３の作用説明図である。
図１０（ａ）に示すように、ピストン軸力（Ｐ１）が働きクランプ状態となると、固定プレートには上と下からとの圧縮力（Ｆ１）が発生する。
図１０（ｂ）に示すように、図１０（ａ）で発生した圧縮力（Ｆ１）は逃げ場がなくなり、左右に引張力（Ｆ２）が発生する。
図１０（ｃ）に示すように、図１０（ｂ）で発生した引張力は引張力同士がぶつかり、圧縮され、切り欠き部Ｙという逃げ場に向かって膨張力（Ｆ３）が発生する。
このように図１０（ａ）〜図１０（ｃ）のような力の働きによる、固定プレート１３に生じる膨張力（Ｆ３）によって、切り欠き部Ｙの空洞部へ向けて固定プレート１３の膨張変形をうながされ、固定プレート１３の食い付き部１９が発生する。
この固定プレート１３の食い付き部１９を切り欠き部Ｙへ入り込ませることによって、テーブルの回転停止をより強固にし、潤滑油の封入やグリスの塗布によるプレート間のすべり状態とは関係なく、クランプ力を大きくすることが可能となる。

本実施形態では、より膨張応力の効果を高めるために図９、図１０に示すように、各々の回転プレートの切り欠き部Ｙにおける軸方向の位置を同一にしているが、これに限定されものではなく、例えば一方の回転プレートを軸方向に対して数度回転させても、両端支持梁状態が発生しているため、従来のクランプ構造に比べて効果は高く、クランプ力を大きくすることが可能となる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

１０ 本体
１１ ベアリング
１２ スピンドル
１３、１３Ａ、１３Ｂ 固定プレート
１４、１４Ａ、１４Ｂ 回転プレート
１５ 端面部
１６ ピストン
１７ テーブル
１８ 円弧状長穴
１９ 食い付き部
１００ 割出しテーブル
１１０ 本体
１１１ ベアリング
１１２ スピンドル
１１３、１１３Ａ、１１３Ｂ 固定プレート
１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ 回転プレート
１１５ 端面部
１１６ ピストン
１１７ テーブル
１１８ 回り止めプレート
２００ 割出しテーブル
Ｋ、Ｌ 重なり部
Ｘ、Ｙ 切り欠き部
Ｚ 切り欠き外方重なり部

Claims (5)

1. 本体にベアリングを介して回転可能に支持されたスピンドルと、
   前記本体の径方向内方において、該本体に固定された薄肉ドーナツ形状の固定プレートと、
   前記スピンドルの径方向外方において、該スピンドルに固定された薄肉ドーナツ形状の回転プレートと、
   を備え、
   前記回転プレートと前記固定プレートのどちらか一方のプレートには、径方向外方に切り欠き部を有し、
   前記固定プレートの径方向内方近傍と前記回転プレートの径方向外方近傍とは、外力により重ね合わされる重なり部を有し、
   前記重なり部は、前記切り欠き部の全体を覆わないようになされている、割出しテーブルのクランプ構造。
2. 前記回転プレートと前記固定プレートのうち、切り欠き部を有していない他方のプレートは、前記重なり部より半径方向外方に同一円周上に形成された複数の円弧状長穴を有している、請求項１に記載の割出しテーブルのクランプ構造。
3. 前記切り欠き部がＵ字形状または矩形形状で形成されている、請求項１に記載の割出しテーブルのクランプ構造。
4. 前記切り欠き部が４つ以上形成されている、請求項１に記載の割出しテーブルのクランプ構造。
5. 前記重なり部の面圧が３〜１００ＭＰａである、請求項１に記載の割出しテーブルのクランプ構造。