JPH09168906A - 締付駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 それぞれの圧力室５，６に、互いに独立
した別個の圧力測定のために電気的信号を発生する固有
の圧力センサ１７，１８が配属されており、かつ、両方
の圧力室の両方の圧力測定からアナログ差圧信号が電気
的に形成されるようになっている。 【効果】 圧力室の遮断時並びに圧力媒体供給時でも極
めて高い運転安全性が保証される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に工作機械の回
転駆動される締付手段のための締付駆動装置であって、
締付ピストンを備えた回転する締付シリンダが設けられ
ており、締付ピストンが、締付ピストンの両側でシリン
ダ本体と共に圧力室を制限しており、これらの圧力室が
チェック弁により閉鎖可能であり、かつ圧力室に圧力監
視装置が配属されており、かつ、定置の回転案内部と、
該回転案内部の内部に支承された、締付ピストンのピス
トンロッドとにより、圧力室に圧力媒体が供給可能であ
る形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】市販の公知締付駆動装置では、締付シリ
ンダの互いに反対側に位置する両方の圧力室がそれぞれ
１つの定置の液力装置により圧力オイルの供給を受けて
おり、この圧力オイルにより、締付ピストンの速度と、
この締付ピストンへ作用する圧力とが規定されている。
液力装置から回転する締付シリンダへのエネルギ伝達は
無接触式間隙シールにより作動する回転案内部を介して
行われる。公知構造の締付シリンダは、工作機械の例え
ばワークスピンドルの回転中に締付圧力の維持のために
常に圧力オイルの供給を受けなければならない。その
際、シール間隙から流出する漏れ油が損失源となり、回
転数の２乗で増大するシール間隙内のオイルの粘性摩擦
が別の損失源となる。両方のエネルギ損失は、到達可能
な回転数並びに到達可能な締付圧力に関連して回転案内
部ひいては回転する締付シリンダの使用範囲を著しく規
制する。

【０００３】これらの欠点を回避すべく、圧力室がそれ
ぞれ、相互に閉鎖解除するチェック弁により密に閉鎖可
能であり、その結果、締付シリンダの回転中に圧力媒体
供給を原則的に遮断することがてきるような冒頭に記載
した形式の締付駆動装置が公知である（ドイツ連邦共和
国特許出願公開第２４１９８０８号明細書、欧州特許第
０２２０１３４号明細書）。しかしその場合、安全の理
由で、閉鎖されたシリンダ室内の締付圧力が常に監視さ
れる必要がある。この基本的な構造ではさらに、回転案
内部のエネルギ損失を回避するために、圧力媒体供給の
遮断後には可能な限りシール間隙内に圧力媒体が例えば
ワークスピンドルの回転中に存在しないように考慮され
るのが効果的である。

【０００４】その場合、圧力室内の締付圧力の監視のた
め、基本構造の点で機械的に作用するように形成された
圧力監視装置が提案されており、このことのために圧力
室内にはばね負荷され遊動的に配置された複数の補助ピ
ストンが対応して配置されており、これらの補助ピスト
ンは共通して１つのロッドを介して軸方向移動可能に、
制御ディスクとして作用するリングに固定的に結合され
ている。駆動装置の定置の領域には位置センサが軸方向
移動可能に配置されている。締付圧力の低下時にはリン
グ状の制御ディスクが移動し、これを位置センサが検知
する。その際、位置センサは軸方向移動により、監視す
べき締付圧力に応じて調整される。この圧力監視は自動
的といわれているが、しかし、実際には締付圧力をワー
クに応じて調整した後に作業員が位置センサを手により
後送りしなければならないため、自動的とはいいがた
い。要するに作業員は安全に関して著しいリスクを有し
ていることになる。この公知の構成において一方の圧力
室内に所望圧力が存在し、かつそれと同時に他方の圧力
室内には残圧が存在すると、両方の圧力の差だけがピス
トンへ作用する力となる。この合力だけが締付力を決定
する。他方の圧力室内の残圧は、例えばこの圧力室を閉
鎖するチェック弁が機械的に故障して開放しなかったと
きに発生する。それにもかかわらず、この公知圧力監視
装置は一方の圧力室内だけに所望圧力が生じているかど
うか、又は他方の圧力室内に残圧が形成されているかど
うかを識別することができない。実際に起こり得ないこ
とではないが、この残圧が所望締付圧力と同じ大きさに
達してしまうと、締付力は実際にゼロとなる。締付シリ
ンダのこの極端に危険な運転状態を公知圧力監視装置は
検知することができない。公知圧力監視装置はむしろ所
望の締付圧力の存在を応答するのみである。このこと
が、この種の締付シリンダが従来実地で使用されないで
いた原因である。この公知圧力監視装置では両方の圧力
室のために位置センサが１つしか使用されていないた
め、当然ながら、いずれの圧力室内に圧力が形成されて
いるのか、かつその結果、いずれの方向にピストンロッ
ドが移動しているのかを、この位置センサが検知できな
い。機械の制御にとって重要なことは、ピストンロッド
が所望の運動方向に運動しているかどうかを確認するこ
と、もしくは例えばチャック装置の操作のためにピスト
ンロッドが引張力又は圧縮力のいずれを作用しているの
かを検知することができることである。

【０００５】損失のない作業を考慮してチェック弁と閉
鎖可能な圧力室とにより間隙シールから圧力媒体を排除
することに関連してさらに、シール間隙内に位置するオ
イルを圧縮空気により吹き飛ばすことが提案されている
（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２４１９８０８号明
細書参照）。しかし、このことのためには付加的なエネ
ルギ源が必要となり、かつ回転案内部内に特別な環状溝
を設け、かつ弁を配置しなければならないので不利であ
る。シール間隙内からオイルを吹き飛ばす際に生じるオ
イル空気混合霧の発生は実際に抑制されない。それとい
うのは、一般にこの種の回転案内部内で使用される間隙
シールとしてのラビリンスシールは休止状態では効果を
発揮しないからである。シール間隙からのオイルの吹き
飛ばしに関連してさらに、締付シリンダの回転する領域
内に付加的に取付けた制御ブロックを回転案内部に付加
することが提案されている（欧州特許第０２２０１３４
号明細書参照）。この制御ブロックは、圧力オイルが一
方の圧力室内に導入されなければならない場合にのみ締
付シリンダに沿って軸方向に移動させられる。圧力室内
への圧力オイルの供給後、この制御ブロックはばねによ
りその出発位置へ戻される。圧力監視装置を設けること
によりすでに高くなっている機械的なコストがこのよう
にしてさらに著しく増大する。実際にはスペース的に実
現困難な構造容積増大も生じる。その上、実際には制御
ブロックの所要の圧着力の大きさを検知することが困難
である。圧着力が大きすぎると、制御ブロックと締付シ
リンダとの許容されない金属接触が生じ、圧着力が小さ
すぎると、圧力伝達中のエネルギ損失が著しく大きい。
この結果、コントロール不能な機能リスクが生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題とすると
ころは主として、冒頭に記載した形式の締付駆動装置を
改良して、安全要求に対応する自動的な締付圧力監視を
行い、その結果、チェック弁により気密に閉鎖可能な、
回転する締付シリンダ内の圧力室により信頼性よく作動
することができ、かつ運転状態での圧力媒体の供給がリ
スクなしに遮断されるような締付駆動装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の構成では、それぞれの圧力室に、互いに独立
した別個の圧力測定のために、圧力に比例した電気的信
号を発生する固有の圧力センサが配属されており、か
つ、両方の圧力室の両方の圧力測定からアナログ差圧信
号が電気的に形成されるようにした。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば、圧力室の閉鎖時並びに
圧力媒体供給時でも極めて高い運転安全性が保証され
る。全く手による操作の必要のない連続的かつ自動的な
圧力監視、それも常に実際に提供される締付け力を得る
ために重要な圧力差の監視が行われる。この構成によ
り、両方の圧力シリンダからの差圧信号が制御パラメー
タとして極性も正しく機械制御のために提供され、これ
により、ピストンロッドが引張力又は圧縮力のいずれで
作動しているかが検知される。総じて、機能確実かつ自
動的かつ実際的なインプロセス計測が例えばワークの加
工中に行われる。

【０００９】本発明の構成の別の利点とするところは、
寸法の小さな圧力センサに基づき、従来のものに比して
著しく小さく締付シリンダを形成することを可能ならし
めることにある。その構成は極めてフレキシブルでもあ
る。それというのは、圧力センサを原則的には任意の位
置に配置することができるからである。回転案内部内に
位置するピストンロッド端部の近くに圧力センサを配置
し、かつこの圧力センサを、ピストンロッドを貫通して
延びる圧力媒体通路を介して圧力室に接続すると効果的
である。このようにすれば、特に効果的な形式でこのピ
ストンロッド端部に設けられてこれと一緒に回転する送
信機（この送信機の極めて近くには定置の回転案内部内
での無線の伝達のために受信機が送信機に対向して配置
されている）との電気的な配線のための短い経路が得ら
れる。

【００１０】本発明の特に有利な構成によれば、アナロ
グ差圧信号が、回転する送信機の内部ですでに形成され
る。なぜ有利かといえば、このようにすれば電気的な信
号だけが送信機から受信機へ伝達されればよく、要する
に信号が１チャンネルで処理されるからである。運転安
全性が完全に保証された際に、運転中の圧力媒体供給を
遮断することができるため、回転案内部は実際にいかな
る回転数でも、いかなる圧力でも損失なしに作動するこ
とができ、これにより、この種の回転する締付駆動装置
の従来の使用上の著しい制約が実際に取り除かれる。本
発明の特に効果的な構成によれば、回転案内部の無接触
式シールのシール間隙内の残留圧力媒体、要するに特に
残留圧力オイルの排除を保証するために、シール間隙領
域に対応するピストンロッド表面内にねじ溝状に延びる
マイクロ溝が設けられており、このマイクロ溝により、
粘性液体式ポンプのように残留オイルをシール間隙から
搬出することができる。極めて効果的なさらに別の構成
によれば、この残留オイルにより、回転案内部内でピス
トンロッドを支承する両方の軸受を潤滑することができ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に図示の実施例につき本発明を
詳しく説明する。

【００１２】締付駆動装置は回転する締付シリンダ１を
備えており、締付シリンダ１のシリンダ本体２は例えば
ねじ山付き孔３を介して、機械の回転するスピンドル、
特に例えば工作機械のワークスピンドルに固定的に結合
されることができる。締付シリンダ１のシリンダ本体２
内には締付ピストン４が配置されており、この締付ピス
トン４は両側でシリンダ本体２と共に圧力室５，６を制
限している。締付ピストン４のピストンロッド７は雌ね
じ山８により例えば引張棒を介して、ワークスピンドル
の他方の端部に設けた締付工具に結合される。引張棒、
ワークスピンドル及び締付工具は、図面を簡単にするた
めに図示されていない。

【００１３】締付ピストン４のピストンロッド７の一方
の端部は、定置に配置された回転案内部９内に２つのこ
ろがり軸受１０により回転可能に支承されている。回転
案内部９内には圧力媒体供給部１１，１２が設けられて
おり、これらの圧力媒体供給部１１，１２は適当に制御
可能な弁を備えた公知構造の液力装置に接続されてい
る。圧力媒体供給部１１，１２はピストンロッド７内に
設けられた圧力媒体通路１３，１４を介して圧力室５，
６に接続されている。圧力媒体通路１３，１４の途中
に、それぞれの圧力室５，６に対応して締付ピストン４
内にチェック弁１５，１６が設けられており、これらの
チェック弁１５，１６を設けたことにより、圧力媒体、
有利には圧力オイルの適当な供給により所望の締付圧力
で一方の圧力室５，６を負荷した後に、機械運転段階の
ために圧力媒体供給が遮断された場合でも、この圧力室
５，６内の締付圧力を維持することができる。

【００１４】圧力室５，６内の締付圧力の運転安全上の
監視のためにこの締付圧力を常に監視することができる
ように、各圧力室５，６にそれぞれ１つの固有の圧力セ
ンサ１７，１８が対応して配置されている。これらの圧
力センサ１７，１８はこの場合、一方に圧力媒体供給部
を備え、かつ他方に電気的な信号出力部を備えた小型の
圧力センサから成る。これらの圧力センサ１７，１８に
より各圧力室５０の圧力が互いに別個に測定され、その
際、圧力センサが圧力に比例した電気的な信号を発す
る。

【００１５】基本的には、圧力室５，６内の直接かつ連
続的な圧力測定のための圧力センサ１７，１８の配置は
任意である。図１に示す効果的な実施例では、回転案内
部９内に支承されたピストンロッド端部領域内でこのピ
ストンロッド７の端部の近くに圧力センサ１７，１８が
配置されており、その結果、圧力室５，６へ通じた２つ
の若干長い圧力媒体通路１９，２０がピストンロッド７
内に必要とされるが、しかし、その反面、ピストンロッ
ド７の当該端部に挿入された回転する送信機２２への電
気的な配線２１は短くて済む。この送信機２２に隣り合
って、かつこれに対向して、送信機２２の信号の無線伝
達のために受信機２３が設けられており、この受信機２
３はこの実施例では定置の回転案内部９内に配置されて
いる。

【００１６】各圧力センサ１７，１８はそれぞれの圧力
室５，６内の圧力に比例した締付信号を発信し、この締
付信号が送信機２２から無線で受信機２３へ伝達され
る。両方の圧力センサから到来した締付信号から、アナ
ログ差圧信号が電気的に形成される。この差圧信号の形
成は有利にはすでに、回転する送信機２２の内部で行わ
れ、これにより、送信機２２から受信機２３へのただ１
つの信号だけが伝達されればよく、要するに信号が１チ
ャンネルで処理されることができる。これにより、受信
機２３からは圧力室５，６内の圧力の差だけに相応する
差圧信号が機械の制御のために供給される。それという
のは、この差圧からのみ、ピストンロッド７に作用する
力が合成されるからである。このことは問題なく極性も
正しく行われ、従って機械の制御機構はピストンロッド
７が引張力又は圧縮力のいずれで作用しているかを常に
検知することができる。

【００１７】圧力監視装置の別の実施例では、圧力セン
サと送信機とをシリンダ本体２内に配置することもでき
る。この場合でも、同様に送信機に対向して配置された
受信機を回転案内部に固定することが可能である。

【００１８】上記のような構成に基づき、所要の締付圧
力ひいては締付工具、例えばチャック装置における所要
の締付力の発生の後、運転安全性を完全に保証した状態
で圧力媒体供給を遮断することにより、この種の回転案
内部の使用範囲を制限する原因となる損失を回避するこ
とができる。このことのためには圧力媒体供給の遮断の
後に、ピストンロッド７の外周面と回転案内部９との間
で圧力媒体供給部のシールを行う軸方向のシール間隙２
４から残留圧力媒体、特に残留圧力オイルが排除されな
ければならない。このことが特に簡単かつ効果的に行な
われるように、回転案内部９と共に軸方向のシール間隙
２４を形成する、回転するピストンロッド７の対応する
外周面領域内に、ねじ溝状に延びるマイクロ溝が設けら
れている。このマイクロ溝は例えば仕上げ旋削によりピ
ストンロッド外周面を仕上げ加工するさいに簡単に形成
される。シール間隙２４の高さに対比してきわめて深い
このマイクロ溝２５は極めてわずかなシール間隙高さ及
び圧力オイルの粘性に基づき粘性液体ポンプとして作用
して、残留圧力オイルをシール間隙から搬出する。この
シール間隙領域とピストンロッド７の外周面上のマイク
ロ溝領域は両方のころがり軸受１０の間に配置される。
装置の回転方向に応じて、残留圧力オイルがいずれか一
方のころがり軸受１０内へ搬送され、この軸受で軸受潤
滑のために利用される。従ってころがり軸受は、圧力媒
体伝達に起因する力からも解放されることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例に基づく締付駆動装置の縦断
面図である。

【図２】ピストンロッドと回転案内部との間のシール間
隙領域の図１で円で囲ったＡ部分の部分拡大図である。

【符号の説明】

１ 締付シリンダ、 ２ シリンダ本体、 ３ ねじ山
付き孔、 ４ 締付ピストン、 ５，６ 圧力室、 ７
ピストンロッド、 ８ 雌ねじ山、 ９ 回転案内
部、 １０ ころがり軸受、 １１，１２ 圧力媒体供
給部、 １３，１４ 圧力媒体通路、 １５，１６ チ
ェック弁、 １７，１８ 圧力センサ、１９，２０ 圧
力媒体通路、 ２１ 配線、 ２２ 送信機、 ２３
受信機、２４ シール間隙、 ２５ マイクロ溝

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 締付駆動装置であって、締付ピストン
   （４）を備えた回転する締付シリンダ（１）が設けられ
   ており、締付ピストン（４）が、締付ピストン（４）の
   両側でシリンダ本体（２）と共に圧力室（５、６）を制
   限しており、これらの圧力室（５、６）がチェック弁
   （１５、１６）により閉鎖可能であり、かつ圧力室
   （５、６）に圧力監視装置が配属されており、かつ、定
   置の回転案内部（９）と、該回転案内部（９）の内部に
   支承された、締付ピストン（４）のピストンロッド
   （７）とにより、圧力室（５、６）に圧力媒体が供給可
   能である形式のものにおいて、それぞれの圧力室（５，
   ６）に、互いに独立した別個の圧力測定のために電気的
   信号を発生する固有の圧力センサ（１７，１８）が配属
   されており、かつ、両方の圧力室（５、６）の両方の圧
   力測定からアナログ差圧信号が電気的に形成されるよう
   になっていることを特徴とする締付駆動装置。
2. 【請求項２】 両方の圧力センサ（１７，１８）がその
   電気的な信号出力部により、圧力センサと一緒に回転す
   る送信機（２２）に接続されており、かつ、この送信機
   に対応して、無線の信号伝達のための受信機（２３）が
   送信機（２２）に対向して定置に配置されている、請求
   項１記載の締付駆動装置。
3. 【請求項３】 アナログ差圧信号の電気的な形成が、圧
   力センサ（１７，１８）と一緒に回転する送信機（２
   ２）の内部で行われるようになっている、請求項２記載
   の締付駆動装置。
4. 【請求項４】 圧力センサ（１７，１８）がピストンロ
   ッド（７）内に配置されている、請求項１から３までの
   いずれか１項記載の締付駆動装置。
5. 【請求項５】 ピストンロッド（７）内の圧力センサ
   （１７，１８）が、回転案内部（９）内に支承されたピ
   ストンロッド領域内に配置されており、かつ、送信機
   （２２）が圧力センサ（１７，１８）に隣り合ってピス
   トンロッド（７）の端面に配置されており、受信機（２
   ３）が、回転案内部（９）の、ピストンロッドの端面に
   対向して位置する側に配置されている、請求項４記載の
   締付駆動装置。
6. 【請求項６】 圧力センサが締付シリンダのシリンダ本
   体内に配置されている、請求項１から３までのいずれか
   １項記載の締付駆動装置。
7. 【請求項７】 締付ピストン（４）のピストンロッド
   （７）と回転案内部（９）との間のシール間隙（２４）
   から残留圧力媒体を排除するための装置が設けれてお
   り、この装置が、シール間隙（２４）の領域内でピスト
   ンロッド（７）の外周面に設けられたねじ溝状のマイク
   ロ溝（２５）により形成されている、請求項１記載の締
   付駆動装置。
8. 【請求項８】 シール間隙（２４）及びピストンロッド
   （７）の、マイクロ溝（２５）を有する領域が、回転案
   内部（９）内でピストンロッド（７）を支承している両
   方のころがり軸受（１０）の間に位置している、請求項
   ７記載の締付駆動装置。