本発明である割出装置について、工具が� ��付けられるスピンドルユニットの割出機構� ��して、工作機械用の加工用ヘッドに組み込� ��れる装置を一例として、以下説明する。

 図1は、上記した複合加工機の一例として 、門型工作機械(いわゆるマシニングセンタ)1 を示している。この種の門型工作機械1は、� �ッド4上に付設された左右のコラム2、2と、� �ラム2、2上を上下方向(Z軸方向)に移動するク ロスレール6と、クロスレール6上を水平に左� ��方向(Y軸方向)に移動するサドル7と、サドル 7上をZ軸方向に移動するラム8と、ベッド4上� �前後方向(X軸方向)に移動するテーブル5とを� ��む。さらに、ラム8には、工具が取り付けら れるスピンドルを備えたスピンドルユニット 20を含む加工用ヘッド10が取り付けられてい� �。

 上記門型工作機械1は、ワークの加工時に おいて、予め設定されたプログラムに基づく 数値制御により、上記テーブル5、クロスレ� �ル6、サドル7及びラム8を移動させると共に� �加工用ヘッド10がスピンドルユニット20の角� ��位置の割出しを行う。これにより、上記工� ��機械では、ワークの各加工面に対して工具� ��最適な角度で当てて加工を行うことができ� ��複雑な形状のワークの切削加工等を可能と� ��ている。

 このため、上記加工用ヘッドは、スピン� ��ルユニットの角度位置を割り出すための割� ��し機構を備えている。そして、この割出し� ��構の駆動手段として、そのモータステータ� ��びモータロータが加工用ヘッド10のハウジ� �グ内に配置され、ロータが、スピンドルユ� �ットを支持する支持軸に連結された直接駆� �型の駆動モータ(以下、「DDモータ」という)� ��採用した加工用ヘッドである。そのような� ��工用ヘッドは、スピンドルユニット(ヘッド )およびスピンドルユニットを支持する支持� �ッド(ヘッド支持部)で構成され、駆動手段と して、ステータの内周面にロータが対向する インナーロータ型のDDモータを支持ヘッド内� ��備えている。なお、このような加工用ヘッ� ��としては、例えば特開平2-116437号公報に示� �れるものがある。

 このような加工用ヘッド10について、図2~ 図4を用いて、以下詳細に説明する。

 図2~4に示すのは本発明の一実施形態であ� ��て、図示の加工用ヘッド10は、工具が取り� �けられるスピンドル21を有するスピンドルユ ニット20と、スピンドルユニット20を支持す� �第1の支持ヘッド30(本発明の「支持ヘッド」� ��相当)と、第1の支持ヘッド30を支持する第2� �支持ヘッド50とを含む。(図4)

 スピンドルユニット20は、駆動モータ内� �型のスピンドルヘッドであって、内蔵され� �駆動モータによってスピンドル21を高速回転 駆動するものである。(図2)

 このスピンドルユニット20のハウジング23 内には、スピンドル21が挿通配置されており� ��このスピンドル21を囲繞するようにして駆� �モータ25が内蔵されている。駆動モータ25は� ��スピンドル21に外嵌固定されたロータ25aと� �ロータ25aの外周面に対向するように設けら� �たステータ25bとから成っている。スピンド� �21は、駆動モータ25の前後(図の上下)に複数� �配置された軸受(例えば、アンギュラコンタ� ��トベアリング)27によって回転自在に支持さ� ��ている。そして、ステータ25bに励磁電流を� ��給すると、ロータ25aとの間に励磁力が発生� ��、その励磁力によってロータ25aが回転して� ��ピンドル21が回転駆動される。

 第1の支持ヘッド30は、上記スピンドルユ� ��ット20を支持すると共に、スピンドルユニ� �ト20を、上記スピンドル21の回転軸線と直交� ��る軸線(以下、「A軸」という)を中心に回転� ��せてその角度位置を割り出すためのもので� ��る。

 第1の支持ヘッド30は、支持部30cに一対の� ��部30a、30bを組み付けたフォーク形に構成さ� ��ており、その脚部30a、30b間で上記スピンド� ��ユニット20を支持する。スピンドルユニッ� �20は、脚部30a、30bのそれぞれの内部に回転自 在に組み込まれた支持軸によって支持されて いる。なお、図示の支持ヘッドは、スピンド ルユニット20を回転駆動するためのDDモータ(� ��発明の「駆動モータ」に相当)が、一対の脚 部30a、30bのうちの脚部30aにのみ設けられた構 成となっている。従って、以下では、両脚部 30a、30bの各支持軸について、脚部30a側の支持 軸を駆動支持軸(本発明の「支持軸」に相当)� ��いい、脚部30b側の支持軸を従動支持軸とい� ��。

 以下に、脚部30aの構成を詳細に説明する� ��

 脚部30aは、ハウジング31aを主体とし、そ� ��内部に、DDモータ33を構成するロータ(モー� �ロータ)33a及びステータ(モータステータ)33b� �スピンドルユニット20を支持する駆動支持軸 、この駆動支持軸を回転自在に支持するため の軸受(例えば、クロスローラベアリング)35� �及びスピンドルユニット20へ加工用の流体(� �下、単に「流体」という)を供給するための� ��ータリジョイント37、等が組み込まれてい� �。

 ハウジング31aは、DDモータ33及び後述の回 転軸を挿入するために、脚部30b側が大きく開 口した形状となっている。また、ハウジング 31aには、反脚部30b側の側面からA軸方向に伸� �る円筒部31a1が形成されている。そして、円� ��部31a1には、A軸方向にロータリジョイント37 が挿入される貫通孔31a2が形成されている。� �た、ハウジング31aの反脚部30b側の端面には� �後述の流体供給用のパイプや電流を供給す� �ためのケーブルが通される凹部31a3が形成さ� ��ている。さらに、脚部30aの反脚部30b側には� ��側面カバー18aが取り付けられており、凹部3 1a3がこの側面カバー18aによって覆われている 。なお、図3には、この側面カバー18aを外し� �状態を示しており、より詳しくは、図3(A)に� ��、脚部30aからカバー18aを取り外した状態で� ��反脚部30b側より見た図を示し、図3(B)には、 脚部30bからカバー18bを取り外した状態で、反 脚部30a側より見た図を示す。

 ロータリジョイント37は、ハウジング31a� �対して固定されたディストリビュータ37aと� �ディストリビュータ37aの円筒部37a1の外周面� ��回転可能に嵌装されたシャフト37bとで構成� ��れている。

 ディストリビュータ37aは、ハウジング31a� ��貫通孔31a2に挿入された状態で、そのフラン ジ部37a2において、円周方向に配設された複� �のネジ部材37cによってハウジング31aに取り� �けられている。また、ディストリビュータ37 aの中心には、スピンドルユニット20に向けて のケーブル等の通過を許容するための貫通孔 37a4が形成されている。

 また、ディストリビュータ37aには、流体� ��供給又は排出するための複数の流体流路37a3 が円周方向に位置をずらして形成されている 。一方、シャフト37bには、ディストリビュー タ37aの各流体流路37a3に対応する複数の流体� �路37b1が形成されている。なお、図2では、複 数の流体流路37a3及び流体流路37b1は、その1つ のみが代表的に示されている。

 そして、各流体流路37a3とそれに対応する 各流体流路37b1とは、ディストリビュータ37a� �シャフト37bとの嵌合周面に全周に形成され� �環状溝を介して連通しており、シャフト37b� �回転した場合でもその連通状態が維持され� �ように構成されている。また、流体流路37b1� ��、スピンドルユニット20の流体供給用又は� �出用のポート24に連通されている。さらに、 ディストリビュータ37aとシャフト37bとの間に は、各環状溝の間に密封用のシール部材が介 装されている。

 また、ディストリビュータ37aには、その� ��周方向に位置をずらして複数の流体供給用� ��は排出用のポート37dが形成されており、各� ��ート37dに流体供給用又は排出用のパイプ12� �接続されている。そして、供給用のパイプ12 を介し図示しない流体制御回路から供給され た流体が、ロータリジョイント37からポート2 4を介してスピンドルユニット20へ供給される 。また、流体を循環させる場合には、スピン ドルユニット20内を循環した流体が、ロータ� ��ジョイント37を介して排出用のパイプ12へ排 出される。因みに、このスピンドルユニット 20へ供給される流体としては、例えば、高速� ��回転するDDモータ25やスピンドル21を冷却す� ��ための冷却用の油、スピンドルユニット20(� ��ピンドル21の回転部分)への切り粉の侵入を� ��ぐためのシール用のエア、加工時に回転工� ��等を冷却するための冷却用の水、等がある� ��

 DDモータ33は、ハウジング31aに対し固定的 に配設されたステータ33bと、ステータ33の内� ��面に対向するように配設されたロータ33aと� ��らなり、ロータ33aは回転軸32の円筒部32aの� �周に嵌り合うようにかつ円筒部32aと一体に� �付けられている。すなわち、インナーロー� �型のモータとして構成される図示のDDモータ 33は、例えば、ロータ33aが希土金属類等を材� ��とする永久磁石によって構成された磁極で� ��って円周方向に隣接する複数の磁極が互い� ��反転するように円周方向に並び設けられて� ��り、他方ステータ33は、通電によって磁力� �発生する複数の電磁石がロータの磁極に対� �して周方向に並び設けられていて、ステー� �33における電磁石の選択的な通電によってロ ータ33aを回転させる、いわゆる永久磁石同期 型ブラシレスDCモータとして構成される。

 ステータ33bは、ハウジング31aに固定され� ��ステータスリーブ33cの内周面に内嵌固定さ� ��ている。このステータスリーブ33cの外周面� ��は、環状溝33c1が形成されている。一方、ハ ウジング31aには、この環状溝33c1に連通する� �体供給路31a4及び流体排出路31a5が形成されて いる。そして、上記環状溝33c1に対し、流体� �給路31a4からDDモータ33を冷却するための冷却 用の流体(例えば、油)が供給され、ロータ33a� ��回転に伴うDDモータ33の発熱を抑えるように なっている。なお、環状溝33c1は、流体供給� �31a4から供給された流体が、環状溝33c1を循環 して流体排出路31a5から排出されるように、� �旋状に形成されている(図示略)。

 ロータ33aは、ハウジング31a内に回転可能� ��設けられた回転軸32の外周面に外嵌固定さ� �ている。この回転軸32は、前述のロータリジ ョイント37のシャフト37bに対しその回転軸線� ��ついて同心的に配置されており、円周方向� ��配設された複数のネジ部材によってシャフ� ��37bに固定されている。そして、ロータ33aは� ��その外周面がステータ33bの内周面に対向す� ��配置で、回転軸32に形成された円筒部32aの� �周面に外嵌固定され、回転軸32に対し相対回 転不能に設けられている。

 また、回転軸32には、その脚部30b側の端� �32bに対し、円周方向に配設された複数のネ� �部材14によってスピンドルユニット20が固定� ��れる。すなわち、スピンドルユニット20は� �回転軸32の端面32bに対して固定されることに より、回転軸32と一体とされて支持される。� ��って、脚部30a側では、回転軸32及びこれと� �体的に回転するロータリジョイント37のシャ フト37bが、スピンドルユニット20のための駆� ��支持軸を構成している。

 回転軸32の円筒部32aは、回転軸32をロータ リジョイント37のシャフト37bに組み付けた状� ��で、僅かな隙間を介して前記したハウジン� ��31aの円筒部31a1を囲繞するように形成されて いる。言い換えると、回転軸32をシャフト37b� ��組み付けた状態で、円筒部32aの内周面の内� ��、すなわち、円筒部32aに外嵌固定されたロ� ��タ33aの半径方向内側には、ハウジング31aの� ��筒部31a1が存在している。

 一方、ハウジング31aの円筒部31a1と円筒部 31a1の貫通孔31a2内に位置するロータリジョイ� ��ト37のシャフト37bとの間には、軸受35が介装 されている。そして、この軸受35によってシ� ��フト37bがハウジング31aに対し回転自在に支� ��された状態となっている。

 このように、図示の例では、駆動支持軸( ロータリジョイント37のシャフト37b+シャフト 37bに組み付けられた回転軸32)は、DDモータ33� �ロータ33aが外嵌固定される大径部(回転軸32� �円筒部32a)と、この大径部の半径方向内側で� ��受35によって回転自在に支持される軸部(ロ� ��タリジョイント37のシャフト37b)とを有して� ��る。そして、この大径部と軸部との間には� ��ウジング31aに形成された円筒部31a1が配設さ れ、この円筒部31a1と支持軸との間に軸受35が 介装される構成となっている。これにより、 支持軸が、ハウジング31aに対し回転自在に支 持される構成となっている。しかも、図示の ように、軸受35のA軸方向に関する配置は、A� �方向におけるDDモータ33の存在範囲内となっ� ��いる。

 次に、脚部30aと対向する位置でスピンド� ��ユニット20を支持する脚部30bの構成につい� �、以下で詳細に説明する。

 脚部30bは、ハウジング31bを主体とし、そ� ��内部に、スピンドルユニット20の角度位置� �保持するクランプ機構34、スピンドルユニッ ト20を支持する従動支持軸、この従動支持軸� ��回転自在に支持するための軸受36、及びロ� �タリジョイント38、等が組み込まれている。

 ハウジング31bは、A軸方向に貫通する貫通 孔31b1が形成されており、その貫通孔31b1内に� ��記クランプ機構34、従動支持軸、軸受36、及 びロータリジョイント38が組み込まれている� ��また、ハウジング31bの反脚部30a側の端面に� ��、脚部30aと同様に凹部が形成されており(図 示略)、これが側面カバー18bによって覆われ� �いる。

 ロータリジョイント38は、脚部30a側のロ� �タリジョイント37と同様のものであって、ハ ウジング31bに固定されたディストリビュータ 38aと、ディストリビュータ38aの円筒部38a1の� �周面に回転可能に嵌装されたシャフト38bと� �構成されている。

 ディストリビュータ38aは、上記の円筒部3 8a1と、円筒部38a1の反脚部30b側の端部で半径� �向に広がるように形成されたフランジ部38a2� ��からなっている。そして、ディストリビュ� ��タ38aは、このフランジ部38a2において、円周 方向に配設された複数のネジ部材38cによって ハウジング31bに対し組み付けられている。ま た、ディストリビュータ38aの中心には、A軸� �向に貫通する貫通孔38a4が形成されている。

 このディストリビュータ38aには、円周方� ��に位置をずらして複数の流体流路38a3が形成 されている。また、シャフト38bには、ディス トリビュータ38aの各流体流路38a3に対応する� �数の流体流路38b1が形成されている。そして� ��各流体流路38a3とそれに対応する各流体流路 38b1とは、ディストリビュータ38aとシャフト38 bとの嵌合周面に形成された環状溝を介して� �通しており、シャフト38bが回転した場合で� �その連通状態が維持されるように構成され� �いる。

 脚部30bにおいて、脚部30aの回転軸32に対� �する回転軸39は、軸受36を受け入れるため、� ��部材39aとフランジ部材39bとの2つの部材で構 成されている。この回転軸39(軸部材39a及びフ ランジ部材39b)は、その回転軸線が、脚部30a� �回転軸32の回転軸線(=A軸)と一致するように� �設される。

 回転軸39の軸部材39aは、ディストリビュ� �タ38aの貫通孔38a4内に配置されており、ディ� ��トリビュータ38aに対し、軸受36を介して回� �自在に支持されている。従って、軸部材39a� �ディストリビュータ38aとは、A軸に関して同� ��的に配設された状態となっている。

 また、回転軸39のフランジ部材39bは、脚� �30b側に、脚部30aにおける回転軸32の端面32bと 平行な端面39b1を有しており、この端面39b1に� ��し、円周方向に配設された複数のネジ部材1 5によってスピンドルユニット20が固定される 。従って、この回転軸39が、脚部30bにおける� ��ピンドルユニット20のための従動支持軸と� �て機能する。なお、回転軸39は、フランジ部 材39bにおいて、ロータリジョイント38のシャ� ��ト38bに固定されており、シャフト38bと一体� ��に回転する。従って、ロータリジョイント3 8のシャフト38bも、従動支持軸の一部に相当� �る。

 スピンドルユニット20の回転位置(角度位� ��)を保持するためのクランプ機構34は、リン� ��状に設けられるクランプスリーブ34aを主要� ��として構成している(図2,図5)。クランプス� �ーブ34aは、圧力室となる環状溝34a1が形成さ� ��た円筒部34a2と、この円筒部34a2の脚部30a側� �部で半径方向に広がるように形成されたフ� �ンジ部34a3とを有している。また、円筒部34a2 は、回転軸39と一体的に回転するロータリジ� ��イント38のシャフト38bを、その回転を許容� �る状態で囲繞している。

 一方、ハウジング31bには、貫通孔31b1に挿 入されるクランプスリーブ34aを受けるため、 A軸方向に対して半径方向外側に向かって延� �る平面を有する取付座31b3が貫通孔31b1に連続 して設けられる。他方、クランプスリーブ34a のフランジ部34a3には、後述する受圧部材34b� �取付ける際にネジ部材34c2を挿入するための� ��通孔、ならびにクランプスリーブ34aをハウ� ��ング31bに対して取付ける際にネジ部材34c1を 挿入するための貫通孔が、円周方向に間隔を おいて、それぞれ複数設けられる。

 クランプスリーブ34aの円筒部34a2とハウジ ング31bの貫通孔31b1との間には、ハウジング31 b1に内嵌固定された円筒形状の受圧部材34bが� ��装されている。より詳しくは、受圧部材34b� ��は、前記フランジ部34a3の前記設けられる複 数の貫通孔に対応して複数のネジ穴が設けら れる。そして円筒状の受圧部材34bが、クラン プスリーブ34aの円筒部34a2の外側に嵌り合う� �うに挿入されるとともに、フランジ部34aの� �記複数の貫通孔よりネジ部材34c2を上記受圧� ��材34bの対応するネジ穴にそれぞれ螺入され� ��。このように受圧部材34bは、クランプスリ� ��ブ34aに対して外嵌固定されている。またク� ��ンプスリーブ34aは、装着した受圧部材34bが� ��通孔31b1に内嵌されるように挿入される。一 方、ハウジング31bの取付座31b3には、上記受� �部材34bの円周方向に設けられる複数の貫通� �に対応して複数のネジ穴が設けられており� �クランプスリーブ34aは、フランジ部34aの貫� �孔よりネジ部材34c1を挿入し対応するネジ穴� ��螺入することによって取付座31b3に対して取 り付けられ、これによりハウジング31bに対し て内嵌固定されている。

 受圧部材34bの軸端34b4、34b5は、半径方向� �直交する方向に延びる平面を円周方向に連� �して形成し、その一方の軸端34b4がクランプ� ��リーブ34aのフランジ部34a3に係合するように 配設されている。そして、受圧部材34bの内周 面31b3には、全周方向にわたって図示しないO� ��ングが環状溝34a1を挟んで軸方向の両側の位 置にそれぞれ配置されており、これにより、 圧力室34dは、気密あるいは液密状態を維持可 能にされている。さらに、この圧力室34dには 、受圧部材34bに形成された流体流路34b1が連� �している(図2)。この流体流路34b1は、クラン� ��スリーブ34aのフランジ部34a3に形成された流 体流路34a4を介し、ハウジング31bに形成され� �流体流路31b2に連通している。

 そして、このクランプ機構34では、これ� �の流体流路を介して圧力流体(例えば、圧油) が圧力室34dに供給されることにより、クラン プスリーブ34aの円筒部34a2における環状溝34a1� ��よって設けられた薄肉部34a5が縮径方向(半� �方向内側)に変形する。その結果、シャフト3 8bに対して締付け力が作用して、シャフト38b� ��びこれに組み付けられた回転軸39の回転が� �止された状態(クランプ状態)となる。

 また、流体制御回路を介して圧力室に供� ��する流体(圧油)の圧力を解放することによ� �、円筒部34a2の薄肉部の変形状態が解消され� ��シャフト38aに対する締付け力が消失される� ��とによって、回転軸39に対するクランプ状� �が解除される。

 さらに、図示の例では、脚部30b内に、回� ��軸39の回転角度(=スピンドルユニット20の角� ��位置)を検出するための回転検出器41、及び� ��ピンドルユニット20の回転範囲を制限する� �めの角度検出器42が設けられている。

 回転検出器41は、ロータリジョイント38に おけるディストリビュータ38aの貫通孔38a4内� �、貫通孔38a4の内周面から半径方向に突出す� ��円盤状の支持部の所定位置に取り付けられ� ��一対の検出ヘッド41a、41aと、検出器ヘッド4 1a、41aの内側に対向するように配置され、回� ��軸39の軸部材39aに取り付けられた検出リン� �41bとで構成されている。この回転検出器41に よるスピンドルユニット20の角度位置の検出� ��号は、本発明の加工用ヘッド10が搭載され� �工作機械の制御装置(図示せず)に送られ、ス ピンドルユニット20の回転制御(数値制御)に� �いられる。

 また、角度検出器42は、例えばリミット� �イッチであって、ディストリビュータ38aの� �通孔38a4内に設けられた支持板上に取り付け� ��れ、回転軸39の端部に取り付けられた円盤� �の部材43の周面に対向するように設けられて いる。この部材43の周面には、許容角度範囲� ��対応するドグが形成され、このドグに対向� ��た状態では、リミットスイッチ42は不作動� �態におかれる。従って、制御の異常等によ� �、スピンドルユニット20が許容角度以上に回 転した場合、それがリミットスイッチ42によ� ��て検出され、その検出信号が、例えば非常� ��止信号として工作機械の制御装置へ送られ� ��。

 つまり、上記したスピンドルユニット20� �その両側より回転可能に保持する脚部30a,30b� ��、いわゆるスピンドルユニット20をA軸を回� ��中心とする割出装置を構成し、脚部30bは、� ��らに圧力流体によるクランプ機構を備えた� ��出装置が構成される。

 より詳しくは、脚部30bには、中央に貫通� ��31b1を有するハウジング31bと、前記ハウジン グ31bの貫通孔31b1に挿入され、前記ハウジン� �31bに対して回転可能に支持される回転軸39(� �ランジ部材39b+回転軸39a)と、前記回転軸39aと 一体に設けられその回転中心(A軸)より半径方 向に離間しかつ軸方向に延在されるシャフト 38bと、シャフト38bの外周端に嵌り合うリング 状の円筒部34a2を有するクランプスリーブ34a� �、円筒形状に形成される受圧部材34bとを含� �。

 そして、リング状に設けられるクランプ� ��リーブ34aは、環状溝34a1が設けられる円筒部 34a2と、円筒部34a2の端部より半径方向外側に� ��かって延在し、かつ円筒部34a2に一体に形成 されるフランジ部34a3とを有する一方、上記� �続される円筒部34a2ならびにフランジ部34a3に 対してその内側に貫通孔としての内周端34a5� �有している。一方、ハウジング31b1には、ク� ��ンプスリーブ34aのフランジ部34a3を収容すべ く貫通孔31b1より半径方向外側に向かって延� �る係合面を有する取付部31b3が設けられてい� ��。受圧部材34bは、その軸端34b4がクランプス リーブ34aのフランジ部34a3に係合するように� �軸に挿入されるとともに、フランジ部34a3に� ��けられた複数のネジ穴に螺入される複数の� ��付け部材34c2を介してフランジ部34a3に対し� �取付けられる。またクランプスリーブ34aの� �ランジ部34a3がハウジング31bの取付部31b3に固 着されることにより、いわゆるフレームとし て機能するハウジング31b側に移動不能に取付 けられている。このようにして受圧部材34bは 、フランジ部34b3を介してハウジング31bに取� �けられており、クランプスリーブ34aは、回� �軸39aに対して一体のシリンダ部38bとシリン� �部38bの外側に設けられるハウジング31bとの� �に配置されている。

 さらに、クランプスリーブ34aの円筒部34a2 には、その軸方向断面において、軸端側の外 周端34e5、34e5’より軸方向内側の領域におい� ��、軸線の半径方向内側に陥没される環状溝3 4a1が外周周りに連続して形成される。そこで 、本発明の特徴点であるクランプスリーブ34a について、その要部を拡大する図6を用いて� �説する。なお、図6は、図5を右側に90°回転� �せた状態で、かつ環状溝34a1の周辺部(軸方向 断面図)を拡大した図であり、図示の都合上� �クランプスリーブ34a以外の部材は、一点鎖� �で図示している。

 また、図6に示す第1の実施例は、クラン� �スリーブの内側端面に連なる第1の緩和面と� ��底面との間に、直線状の第2の緩和面および 曲率の緩和された第3の緩和面が連続的に設� �られる実施例である。

 図6ないし図7を参照するに、クランプス� �ーブ34aの円筒部34a2は、その外周周りに環状� ��34a1が、外周端34e5,34e5’よりも回転軸の半径 方向内側に向かって延在されかつ軸方向内側 の図示領域q5にわたって形成される。環状溝3 4a1は、大まかに言えば、軸端両側の外周端34e 5,34e5’より回転軸(A軸)の半径方向内側に向か って延び、かつ回転軸方向に互いに離間して 設けられる一対の内側端面34e6、34e6’と、内� ��端34a7に対して平行に延びる溝底面34e0と、� �の一端が内側端面34e6、34e6’に連続される第 1の緩和面34e1,34e1’とを形成するとともに、� �2の緩和面34e2,34e2’および第3の緩和面34e3,34e3 ’とを、前記第1の緩和面34e1,34e1’と前記溝� �面34e0との各間にそれぞれ連続して形成して� ��る。

 また、溝底面34e0が設けられる領域におけ る溝底面34e0と内周端34a7との間の距離である� ��厚t1が、後述される圧力室34dへの圧力流体� �供給によって変形可能な肉厚を有するよう� �、環状溝34e0が設けられていて、溝底面34e0と 内周端34a7とで画定される、図示領域q1にわた り肉厚t1の薄肉部(直線延在部34a5)を構成する� ��また、内周端34a7とシリンダ部38bとの間には 、シリンダ部38bの回転を妨げないように、か つ後述されるクランプ動作時には直線延在部 34a5が変形してシリンダ部38bを押圧保持可能� �程度の所定の隙間34f1を有している。

 上記直線延在部34a5を構成する溝底面34e0� �両端p1,p1’は、いずれも軸端方向に進むにつ れて、図示領域q3、q3’の第3の緩和面34e3,34e3� ��、図示領域q2,q2’の第2の緩和面34e2,34e2’な� ��びに第1の緩和面34e1,34e1’を経て内側端面34e 6,34e6’にそれぞれ連続されており、これら連 続される複数の面によって、環状溝34a1が構� �される。なお、直線状に設けられる第2の緩� ��面34e2,34e2’は、第1の緩和面34e1、34e1’の始� ��と終点p3,p3’とを結ぶ各直線に対して、回� �軸方向に対する傾斜角度が緩やかになるよ� �に設けられており、また円弧面として設け� �れる第3の緩和面34e3,34e3’は、その始点p1,p1� �と終点p2,p2’とを結ぶ各直線が第2の緩和面34 e2,34e2’の回転軸方向に対する傾斜角度より� �より緩やかな角度となるようにされ、円弧� �はこの直線に対して凹状(下に凸)に設けられ る。

 第2の緩和面34e2,34e2’は、その始点p2と終� ��p3との間の領域q2、ならびに始点p2’と終点p 3’の間の領域q2’にわたって、終点p3、p3’� �方向に進むにつれて一定の勾配で内周端34a7� ��の距離(すなわち肉厚)が増大される直線状� �傾斜面としてそれぞれ設けられる。また、� �2の緩和面34e2,34e2’の各始点p2、p2’は、第2� �緩和面よりも大なる曲率半径R1を有する円弧 面とされる第3の緩和面34e3,34e3’を経由して� �溝底面34e0の両端p1,p1’にそれぞれ連続され� �いる。他方、第2の緩和面34e2,34e2’の終点p3,p 3’は、数mm程度(より具体的には2~8mm程度)の� �率半径を有する円弧面(R面)とされる第1の緩� ��面34e1、34e1’を経由して、内側端面34e6,34e6� �の端部に連続されている。

 言い換えれば、第2の緩和面34e2,34e2’は、 始点から終点までの回転軸方向の長さL1とそ� ��区間における内周端との間で増大された長� ��(すなわち肉厚増加量L2)との割合、すなわち 曲率が、第1の緩和面34e1,34e1’よりも緩和さ� �た曲率を有しており、また第3の緩和面34e3,34 e3’は、始点から終点までの回転軸方向の長� ��(図示領域q3の長さ)とその区間における内周 端との間で増大された長さ(すなわち肉厚増� �量δt=t2-t1)との割合、すなわち曲率が、第2の 緩和面34e2,34e2’よりも緩和された曲率を有し ている。なお、内側端面34e6,34e6’の前記他方 の端部は、図示しないテーパ面(c面)を介して 外周端34e5,34e5’に連続されている。

 溝底面34e0の端部p1,p1’で画定される領域q 1すなわち直線延在部34a5の肉厚t1、第2の緩和� ��34e2,34e2’の始点p2,p2’における内周端34a7と� ��距離である肉厚t2、ならびに終点p3,p3’にお ける内周端34a7との距離である肉厚t3の各大小 関係は、肉厚t1≦肉厚t2<肉厚t3の関係にな� �ている。また、肉厚t1は、後述される圧力室 への圧力流体供給によって回転軸の半径方向 内側に変形可能な値にされており、肉厚t2は� ��第2の緩和面が設けられる領域の少なくとも 一部が、後述される圧力流体供給によって変 形可能な値にされている。このようにして、 第2の緩和面34e2,34e2’は、溝底面34e0の端部p1,p 1’から軸端方向の終点p3,p3’側に進むにつれ て、内周端34a7との距離である肉厚が徐々に� �加されるように設けられている。

 円筒部34a2に形成された上記複数の面で構 成される環状溝34a1と受圧部材34bとで囲まれ� �空間によって、圧力室34dを構成する。また� �圧部材34bの内周端34b3には、一対のシール部� ��34g1,34g1’を収容するための図示しない環状� ��が、内周端側全周にわたって設けられる。� ��ール部材34g1,34g1’は、対応される上記環状� ��に挿入されて受圧部材34bに対して相対的移� ��不能に、かつ円筒部34a2,34a2'の外周端34e5,34e5 ’に当接するように配置されていて、圧力室 34dを気密あるいは液密状態に維持している。 一方、受圧部材34bの内周端34b3には、流路34b1� ��前記圧力室34dに通ずるように設けられ、ま� ��流路34b1は、クランプスリーブ34aのフランジ 部34a3に対向して設けられる流路34a4に連通さ� ��、図示しない流体供給源にも連通されてい� ��。

 ハウジング31bの貫通孔31b1の内周面31b4と� �圧部材34bの外周面34b2との間には、所定の隙� ��34d2が設けられる。なお、クランプスリーブ 34aの材料としては、鋳物に比べて弾性を有す る材料であれば良く、例えばニッケル、クロ ム、モリブデンなどを含有する機械構造用合 金鋼とし、回転軸やハウジングさらには受圧 部材34bの材料としては、例えば機械構造用炭 素鋼などの鋼材とすることができる。また、 隙間34d2の具体的な数値範囲としては、具体� �には、千分の数十mm~1mmである。

 次に、図示の加工用ヘッド10における第2� ��支持ヘッド50について、その詳細を以下に� �明する。(図4)

 前述のように、本実施例における加工用� ��ッド10は、上記で説明した第1の支持ヘッド3 0に加え、この第1の支持ヘッド30を支持する� �2の支持ヘッド50を備えている。そして、第1� ��支持ヘッド30は、第2の支持ヘッド50を介し� �工作機械の主軸ヘッドを支持するラム8に取� ��けられる。この第2の支持ヘッド50は、第1の 支持ヘッド30を鉛直方向の軸線(工作機械のZ� �と平行な軸線/以下、「C軸」という)を中心� �回転駆動させるために設けられている(図4)� �

 第2の支持ヘッド50は、C軸方向に貫通する 貫通孔51aを有するハウジング51を主体として� ��り、軸部52aが貫通孔51a内に配設された回転� ��52を備えている。そして、第1の支持ヘッド3 0は、この回転軸52を介して第2の支持ヘッド50 に対し組み付けられている。また、第2の支� �ヘッド50は、ハウジング51に取り付けられた� ��状の支持体51bを介し、工作機械の主軸ヘッ� ��を支持するラム8に取り付けられる。

 第2の支持ヘッド50は、ハウジング51の貫� �孔51a内に、回転軸52を回転駆動するためのDD� ��ータ53、回転軸52の回転位置を保持するため のクランプスリーブ54、及び第1の支持ヘッド 30へ流体を供給するためのロータリジョイン� ��55を備えている。

 DDモータ53は、ステータスリーブ53cを介し てハウジング51に固定されたステータ53aと、� ��テータ53aの内周面に対向するように設けら� ��、回転軸52に固定されたロータ53bとで構成� �れている。また、DDモータ53を駆動するため� ��励磁電流の供給は、コネクタ17aを介してス� ��ータ53aに接続されたケーブル17を介して行� �れる。

 回転軸52は、ハウジング51の貫通孔51a内で 回転可能に設けられた軸部材52aと、軸部材52a の第1の支持ヘッド30側の端部に取り付けられ て半径方向(C軸と直交する方向)へ広がるフラ ンジ部材52bとを含んでいる。また、回転軸52� ��は、ロータリジョイント55が挿通される貫� �孔52cが形成されている。

 なお、図示の例では、回転軸52の軸部材52 aとフランジ部材52bとの間に軸受ハウジング52 dが形成されている。そして、この軸受ハウ� �ング52dとハウジング51との間に軸受56が介装� ��れ、この軸受56により回転軸52がハウジング 51に対し回転自在に支持された状態となって� ��る。因みに、図示の例における軸受56は、� �合ころ形式の旋回軸受の1つである3列円筒こ ろ軸受(3列ローラベアリング/アキシアル・ラ ジアルローラベアリング)であって、アキシ� �ル方向及びラジアル方向の大きい荷重を受� �ることができるものである。

 軸部材52aの外周面には、DDモータ53のロー タ53bが外嵌固定されており、ロータ53bの回転 に伴って軸部材52aがC軸を中心として回転駆� �される。また、フランジ部材52bは、円周方� �に配設された複数のネジ部材52eによって軸� �材52aに組み付けられており、軸部材52aと一� �的に回転する。さらに、フランジ部材52bに� �、円周方向に複数のネジ部材19が螺挿されて おり、このネジ部材19によって、第1の支持ヘ ッド30の支持部30cが、フランジ部材52bに組み� ��けられる。従って、回転軸52がDDモータ53に� ��って回転駆動されることにより、第1の支持 ヘッド30が回転軸52と共に回転する。

 ロータリジョイント55は、第1の支持ヘッ� ��30のロータリジョイント37、38と同様のもの� ��あって、ハウジング51に固定されたディス� �リビュータ55aと、ディストリビュータ55aに� �成された貫通孔55a1に回転可能に嵌装され、C 軸に対しディストリビュータ55aと同心的に配 設されたシャフト55bとで構成されている。

 ディストリビュータ55aは、回転軸52の貫� �孔52c内に配置される円筒部55a2と、円筒部55a2 の反第1の支持ヘッド30側の端部で半径方向に 広がるように形成されたフランジ部55a3とか� �なっており、そのフランジ部55a3において、� ��周方向に配設された複数のネジ部材により� ��ハウジング51に組み付けられている。

 また、シャフト55bには、第1の支持ヘッド 30側の端部に、円盤状のフランジ部材57が組� �付けられており、シャフト55bは、このフラ� �ジ部材57を介して回転軸52のフランジ部材52b� ��対し組み付けられている。従って、回転軸5 2の回転に伴い、シャフト55bも共に回転する� �なお、フランジ部材57は、第1の支持ヘッド30 の支持部30cに形成された円形の凹部30c1に嵌� �込まれる形状となっており、このフランジ� �材57と支持部30cの凹部30c1とにより、第1の支� ��ヘッド30と第2の支持ヘッド50とを組み付け� �際の位置決めが行われる。

 ディストリビュータ55aには、外部から流� ��を取り入れるための流体流路55a4が、円周方 向に位置をずらして複数形成されている。一 方、シャフト55bにも、ディストリビュータ55a の各流体流路55a4に対応する複数の流体流路55 b1が、円周方向に位置をずらして形成されて� ��る。

 そして、各流体流路55a4とそれに対応する 各流体流路55b1とは、ディストリビュータ55a� �シャフト55bとの嵌合周面に形成された環状� �を介して連通しており、シャフト55bが回転� �た場合でもその連通状態が維持されるよう� �構成されている。また、シャフト55bに形成� �れた複数の流体流路55b1は、それぞれ第1の支 持ヘッド30におけるロータリジョイント37又� �38のディストリビュータ37a、38aに形成された 対応する流体流路37a3又は38a3に連通されてい� ��。従って、外部からロータリジョイント55� �ディストリビュータ55aに供給された流体は� �シャフト55bを介し、第1の支持ヘッド30のロ� �タリジョイント37、38へ供給される。

 ハウジング51に固定されたディストリビ� �ータ55aと回転軸52の軸部材52aとの間には、回 転軸52の回転位置を保持するためのクランプ� ��リーブ54が設けられている。このクランプ� �リーブ54は、そのフランジ部54aにおいて、複 数のネジ部材によってディストリビュータ55a に組み付けられると共に、回転軸52との相対� ��転が許容されるように設けられている。ま� ��、クランプスリーブ54の円筒部54bには、デ� �ストリビュータ55aの円筒部55a2側に開口する� ��状溝54cが形成されており、この環状溝54cと� ��ィストリビュータ55aの円筒部55a2の外周面と により圧力室が形成される。

 そして、この圧力室に対し、ディストリ� ��ュータ55aに形成された流体流路54dを介して� ��力流体を供給することにより、円筒部54bの� ��状溝54cに対応する薄肉部が拡径方向に変形� ��る。その結果、回転軸52に対し拡径方向の� �付け力が作用し、回転軸52の回転が阻止され た状態(クランプ状態)となる。

 また、図示の例では、ロータリジョイン� ��55の上端部に、回転軸52の回転量、すなわち 、第1の支持ヘッド30の回転量を検出するため の回転検出器44が設けられている。この回転� ��出器44は、ディストリビュータ55a上の所定� �置に配置された一対の検出器ヘッド44a、44a� �、この検出ヘッド44a、44aに対向する配置で� �回転軸52と共に回転するシャフト55bに取り付 けられた検出リング44bとからなっている。こ の回転検出器44の検出信号は、第1の支持ヘッ ド30における回転検出器41と同様に、工作機� �の制御装置に送られ、第1の支持ヘッド30の� �転制御に用いられる。

 以上の構成からなる加工用ヘッド10では� �スピンドルユニット20を支持する支持ヘッド (第1の支持ヘッド30)は、スピンドルユニット2 0を、一対の脚部30a、30bの各支持軸に挟み込� �かたちで、両支持軸に相対回転不能に固定� �て支持している。そして、脚部30a側の駆動� �持軸をDDモータ33によって回転駆動すること� ��より、スピンドルユニット20を、支持軸の� �転軸線(=スピンドル21の回転軸線に直交する� ��線/A軸)を中心として、所望の角度位置へ向� ��て回転駆動する。

 さて、スピンドルユニット20のスピンド� �軸を、A軸を中心として所望の角度に位置決� ��駆動する際、回転軸32(回転軸39)は、工作機� ��の制御装置によってその回転量が制御され� ��DDモータ33を介して回転駆動される。DDモー� ��33の駆動は、予め設定されたプログラムに� �づく数値制御に従って行われ、ステータ33b� �構成する図示しない電磁石を選択的に励磁� �てロータ33aの回転を制御することにより、� �動支持軸を介してスピンドルユニット20の角 度位置が制御される。従って、図示の例では 、脚部30a内に設けられたDDモータ33及びDDモー タ33に連結された駆動支持軸(回転軸32+シャフ ト37b)が、スピンドルユニット20のための割出 し機構として機能する。なお、DDモータ33を� �動するための励磁電流は、コネクタ16aによ� �てDDモータ33(ステータ33a)に接続されたケー� �ル16によって供給される。

 そのような回転軸32(回転軸39)の割出駆動� ��終了されると、クランプ動作として、圧力� ��34dには、圧力流体供給源や開閉弁等で構成� ��れる図示しない流体制御回路から流体流路3 1b2を介して圧油が供給される。その際には、 圧力室34dを構成する薄肉部34a5は、A軸に対し� ��半径方向内側に向かって膨出してシャフト3 8bの外周端38b2を押圧することにより、回転軸 39はハウジング31bに対して回転不能に保持さ� ��る。

 なお、クランプ動作にともなう圧力流体� ��供給によって、圧力室34dの一部を構成する� ��圧部材34bにも圧力が加わるため、受圧部材3 4bも、回転軸半径方向外側に膨出することに� ��るが、ハウジング31bの貫通孔31b1の内周面31b 4と受圧部材34bの外周面34b2との間に、所定の� ��間34d2が設けられているため、膨出する受圧 部材34bの外周面34b2が少なくとも貫通孔31b1の� ��周面31b4に当接するまでは、ハウジング31bの 貫通孔31b1への押圧力(作用力)は作用しない。 このような構造とすることにより、角度割出 された回転軸を、クランプ動作によって傾き が発生しないようにすることができる。しか し、そのような不都合が生じなければ、貫通 孔との間に所定の隙間を有する受圧部材34bを 設ける必要はなく、図11に示す円テーブル装� ��のようにように、貫通孔102が圧力室112の一� ��として機能するように設けることも可能で� ��る。

 本発明の特徴点である第2の緩和面34e2,34e2 ’を有するクランプスリーブ34aでは、クラン プ動作時に圧力流体が圧力室34dに供給される と、クランプスリーブ34aの底部は、第2の緩� �面34e2,34e2’が設けられる領域q3,q3’、第3の� �和面34e3,34e3’が設けられる領域q3,q3’および 溝底面34e0で画定される肉厚t1の直線延在部34a 5が設けられる領域q1とからなる領域全体、す なわち実質的に変形される図示領域q5の薄肉� ��形部が全体的に撓むように変形し、シリン� ��部38bの外周端側に膨出してこれを押圧する� ��このため、クランプスリーブ34aは、シリン� ��部38bと一体の回転軸39aを、ハウジング31bに� ��して回転不能に保持することができる。

 さらに、第2の緩和面34e2,34e2’は、直線延 在部34a5より軸端側の終点p3,p3’に近づくにつ れて、その肉厚が徐々に肉厚t3に向けて徐々� ��増加されるように、換言すれば、第2の緩和 面が設けられる領域q3,q3’では、内側の始点p 2,p2’に近づくにつれて、その肉厚が直線延� �部34a5の肉厚t1に近づくように徐々に薄肉に� �成されている。このため、圧力室への圧力� �体供給時において、第2の緩和面34e2,34e2’が� ��けられる領域q3,q3’における変形量は、軸� �側より内側に進むにつれて(直線延在部34a5に 近づくにつれて)徐々に増大し、また溝底面34 e0が設けられる領域q1ではその変形量は一定� �なり、クランプスリーブ34aの底部は、図6に� ��線図示するように、図示領域q5にわたり全� �的に緩やかに撓むように変形して、シリン� �部38bを全周方向から押圧する。つまり、曲� �が急である緩和面によって溝底面に連続さ� �る従来のクランプスリーブ(図8)のように、� �定の狭い領域で大きく変形する箇所は存在� �ない。従って本発明のクランプスリーブに� �れば、圧力流体の供給によってそのような� �形が繰り返されたとしても、環状溝34a1の底� ��での疲労の進行は従来に比べて遅れること� ��なるから、より長命になる。

 本発明者は、クランプスリーブの実際の� ��計品の断面形状をもとに、また第2の緩和面 の寸法が異なる値に設定して生成した複数の モデルに対して、曲げ応力(von Mises応力)解析 をそれぞれ実施した。そして、各モデルの最 大応力値の状況により、クランプスリーブに おける第2の緩和面の各寸法の許容範囲を以� �得ることができた。このような曲げ応力解� �について、例えば電子計算機上で実行され� �有限要素法などの公知の解析方法を用いる� �

 より詳しくは、この解析には、その断面� ��例えば数十個の多面体要素にメッシュ分割� ��た有限要素モデルを用い、しかも直線状に� ��けられる第2の緩和面34e2の軸方向の区間長� �L2,および第1の緩和面に至るまでの間の肉厚� ��加量L1のうちいずれかが異なるように設定� �たものを用いる。この有限要素モデルには� �解析の際の条件として、実際の金属材料の� �性係数(縦弾性係数、横弾性係数、ポアソン� ��など)が設定される一方、環状溝(圧力室)を� ��成する第1の緩和面、第2の緩和面および直� �延在部の外周面の各節点に対し、供給され� �流体圧力に対応する荷重が加わるように設� �されており、そのような有限要素法による� �力解析によって、各多面体要素に働く応力� �(von Mises応力)が各多面体要素毎に求められ� �。求めた応力値が、金属材料、支持形態を� �とに決定される所定の限界値未満であれば� �設定された有限要素モデル(クランプスリー� ��)、言い換えれば第2の緩和面34e2の区間長さL 2,肉厚増加量L1は、条件をクリアしたと判断� �ることとする。なお、図7は、解析のもとに� ��ったクランプスリーブでの寸法(区間)を示� �ものであり、図8は、有限要素法による応力� ��析の過程で副次的に得られたクランプスリ� ��ブの変形(歪み)状態を視覚的に示すもので� �る。

 クランプスリーブ34aの実際の寸法、環状� ��の実際の寸法ならびに第1の緩和面および第 3の緩和面の設定の有無、解析のために設定� �た第2の緩和面の寸法、さらには応力解析の� ��界条件に関する具体的な設定等について、� ��つの解析事例として、以下説明する。

(1)クランプスリーブ34aの実際の寸法について
 ア)クランプスリーブ34aの内周端34a7の内径� �363mmとし、嵌り合うシャフト38bの外周端の外 径も363mmとする。なお、内周端34a7とシャフト 38bの外周端との間の隙間34f1は、0.05mmの隙間� �あるように、外周端は幾分小径に設けられ� �。
 イ)クランプスリーブ34aの軸方向の全長は135 mmとし、フランジ部34a3の外径は490mm、円筒部3 4a2の外周端34e5の外径は380mmとする。

(2)環状溝の各寸法について
 ア)クランプスリーブ34aの環状溝34a1の幅L0は 64mmとし、外周端34e5から溝底面34e0までの距離 である環状溝の深さL3は55mmとする。このよう な関係から、直線延在部34a5の肉厚t1は1.5mmと� ��る。
 イ)いわゆるR面として設けられる第1の緩和� ��34e1の曲率半径R1は4mmとする。

(3)解析のために設定した第2の緩和面34e2の寸� ��、ならびに第1の緩和面34e1および第3の緩和� ��34e3の設定の有無について
 ア)第2の緩和面34e2が設けられる領域の軸方� ��長さL1は、0.2mm,0.5mm,1mm,2mm,3mm,4mm,5mmおよび6mm� ��8通りとする。
 イ)第2の緩和面34e2が設けられる領域の始点p 2から終点p3との間で増大される肉厚増大量L2� ��、3mm,4mm,5mm,10mm,15mm,20mmおよび25mmの7通りとす る。
 ウ)第1の緩和面34e1の曲率半径R1は4mmである� �また、第3の緩和面34e3は設けることとし、そ の曲率半径R2は、第2の緩和面に対応して数十 mm~数mmとする。

(4)応力解析の境界条件に関する具体的な設定 について
 ア)環状溝に加える荷重について、想定され る油圧の最大値100kgf/cm2とし、環状溝の面に� �して直交する方向に荷重を加えるものとす� �。
 イ)クランプスリーブの金属材料について、 ニッケル、クロム、モリブデンなどを含有す る機械構造用合金鋼(例えば日本工業規格に� �ける、SCM435)とし、材料の弾性係数としてヤ� ��グ率は21088kgf/mm3、ポアソン比は0.29、また材 料の比重は7.8としてそれぞれ設定する。
 ウ)解析の都合上、クランプスリーブの両軸 端付近の内周端が拘束状態として設定する。
 エ)クランプスリーブ34aの内周端34a7と、こ� �に嵌り合うシャフトの外周端との間の隙間� �、0.05mmに設定する。

 このような条件のもとで、有限要素法に� ��る応力解析を行い、得られた応力値(von Mise s応力)の最大値を実験データとして図9に示す 。図9は、直線状に設けられる第2の緩和面34e2 の長さL1を横軸とし、得られた最大応力値を� ��軸とし、さらに、肉厚増大量L2毎にそれぞ� �グラフ化したものである。また、最大応力� �(von Mises応力)の限界値として、金属材料の� �有の疲労限界、荷重の加わり方(片振り荷重) や材質のバラツキ、解析精度の不確実性など を考慮して決定される安全率を考慮して、限 界値は30kgf/cm2とする。

 実験結果によれば、第2の緩和面における 肉厚増大量L2がいずれの場合においても、第2 の緩和面が設けられる軸方向の長さL1が4mmよ� ��小さくなるにつれて、最大応力値σは、急� �に増大し、また、長さL1が5mmを超えるとほぼ 一定になる傾向が見られる。また、上記導出 された限界値に満たない数値範囲としては、 第2の緩和面の長さL1は、4mm以上であり、第2� �緩和面による肉厚増加量L2は、0.5mm以上のと� ��、範囲内にあることが導き出される。

 第2の緩和面が形成される軸方向の長さL1� ��長くすれば、応力が緩和されるため良好で� ��るが、第2の緩和面を必要以上長く設けるこ とは、逆にクランプ力(保持力)が低下するこ� ��になる。なぜならば、上記したようにクラ� ��プスリーブ全体の大きさ(具体的には、軸方 向の長さ、換言すれば環状溝の幅L0)が制約を 受ける関係上、長さL1を延ばすことは、逆に� ��2の緩和面よりも薄肉である肉厚t1の直線延� ��部の長さを短くすることになるからである� ��本発明者らの研究によれば、円テーブル装� ��のテーブル径等の仕様を考慮すれば、長さL 1について15mm以下であっても実用上問題はな� ��ことを確認した。従って長さL1の好適な範� �としては、5mm以上15mm以下(言い換えれば、環 状溝の幅L0に対する割合が3分の1以下の長さ� �ある)とすることが望ましい。

 また、肉厚増大量L2についても、増大さ� �るほど応力がより緩和されるのでより良好� �あるが、肉厚が増大されるにつれて、圧力� �体供給時において実質的に変形する領域の� �さが短くなり、逆にクランプ力が低下する� �とが考えられる。本発明者の現在の実験で� �、肉厚増加量L2を7mm以上とした解析は行って いないが、現在の円テーブル装置などの仕様 等を考慮すれば、その上限は、10mm程度と考� �られる。言い換えれば、環状溝の深さに対� �る割合が5分の1以下とすることが望ましい。

 そのように導出された第2の緩和面が設け られる領域の軸方向長さL1、ならびにその領� ��における肉厚増加量L2に関し、本願発明の� �ンプル品1と従来品について、第1および第2� �検証としての、クランプ力の実測および耐� �試験を実施した。

 この比較実験で用いたサンプル品および従� ��品の緩和面の詳細については、以下である� ��
 ア)本願発明のサンプル品1について、第2の� ��和面の長さL1は8mm、また肉厚増加量L2は1.5mm� ��ある。また弧面形成される第3の緩和面34e3� �設けない。
 イ)サンプル品1および従来品の第1の緩和面� ��曲率半径R1は、いずれも4mmである。また直� �延在部の肉厚t1はいずれも1.5mmとする。それ� ��外のクランプスリーブの寸法については、� ��記応力解析で採用した実際品寸法そのもの� ��ある。

 第1の検証では、クランプ力を実測し、サ ンプル品1のクランプ力(クランプトルク)が従 来品に対しどの程度低下するかを検証するこ ととする。そこで、標準的な圧力である35kg� �f/cm2の圧油を圧力室に供給したときのクラン プ力(クランプトルク)を実測したところ、従� ��品では3400Nm、サンプル品1では3060Nmとなり、 サンプル品1は従来品に対してクランプ力が10 %程度低下することが確認された。また、や� �高めの圧力である50kg・f/cm2の圧力を供給し� �ときには、従来品では4900Nm、サンプル品1で� ��4650Nmとなり、サンプル品1は従来品に対して クランプ力が5%程度低下することが確認され� ��。なお、この程度のクランプ力の低下は、� ��用上支障を及ぼさないものである。

 第2の検証では、耐久試験として、圧力室 への圧油供給による加圧、圧油放出による減 圧を1サイクルとするいわゆるクランプ動作� �ンクランプ動作を継続的に実行し、薄肉部� �亀裂が発生する時点(言い換えれば亀裂に起� ��する油漏れを検出時)の積算サイクル数によ り、サンプル品1の寿命が従来品に対しどの� �度長命になったかを検証することとする。� �件としては、やや高めの圧力である50kg・f/cm 2の圧油を供給するものとし、5秒間圧油の供� ��、その後5秒間圧油の開放を1サイクルとし� �、数十万~百数十万サイクルを目安に実行す� ��。

 その結果、従来品では、40万サイクル付� �でクランプスリーブの底部から油漏れが発� �したのに対し、サンプル品1では、120万サイ� ��ルに達しても油漏れは発生しなかった。こ� ��によりサンプル品1は、従来品に対して寿命 が3倍以上延びることが確認された。

 第2の緩和面を備えるクランプスリーブに ついて、以下変形することができる。

 上記した第1の実施例では、第2の緩和面� �ついて、肉厚t1の直線延在部の両側に設けて いるが、クランプ力の低下を極力抑えるため に、例えばフランジ部34a3側(内側端面34e6側)� �みに設けたり、反フランジ部側(内側端面34e6 ’側)のみに設けるようにしてもよい。また� �線延在部34a5の肉厚t1について、1.5mmとしたが 、これよりも薄く(具体的には0.8mm程度まで)� �けることも可能である。

 第2の緩和面について、上記第1の実施例� �は、その断面形状が直線状(平面)に設けられ る例だが、曲線状(弧面等)に設けるようにし� ��も良い。図10に示す第2の実施例は、上記第1 実施例のような直線状の第2の緩和面34e2に代� ��て、曲率半径R2を有しかつその始点および� �点とを結ぶ直線に対して凹状(下に凸)の円弧 面を、軸端側に進むにつれてその肉厚が徐々 に増大される第2の緩和面34e7として設け、溝� ��面34e0と第1の緩和面34e1とに連続させる例で� ��り、また第3の緩和面が省略された例でもあ る。円弧面として図示領域q4にわたって形成� ��れる第2の緩和面の軸方向長さL1、および肉� ��増加量L2の好適な範囲は、上記した第1の実� ��例と同様であり、より具体的には、円弧面� ��曲率半径R2は、数mmとされる第1の緩和面の� �率半径R1よりも大きい値として、数十mm以上( 具体的には20mm以上)とすることができる。し� ��し、第3の緩和面を省略しない形態、つまり 第2の緩和面ならびに第3の緩和面をいずれも� ��弧面として設け、しかも第3の緩和面が第2� �緩和面に対して大なる曲率半径を有するよ� �に設けることも可能である。

 第1の実施例では、直線状の第2の緩和面34 e2、34e2’と直線延在部34a5との間に、第3の緩� ��面34e3、34e3’が設けられているが、その曲� �半径は、第2の緩和面の曲率半径よりも大き� ��なるようにして、その曲率がより緩やかに� ��るよう設ければよい。また第3の緩和面につ いて、第1の実施例では、数十mm程度の曲率半 径を有する円弧面として形成したが、これに 代えて、直線状のテーパ面としても良い。こ の場合、第2の緩和面よりも緩やかになるよ� �にその傾斜角度が決定される。

 上記した2つの実施例では、第1の緩和面34 e1,34e1’を、曲率半径を有する円弧面として� �けたが、直線状の傾斜面として設けること� �可能である。

 上記実施例では、回転軸39の駆動源がい� �ゆるDDモータで構成される例であるが、これ 以外のモータ、回転駆動機構で構成すること も可能である。

 また上記実施例では、工具が取付けられ� ��スピンドルユニット20の割出機構として、� �作機械用の加工用ヘッドに組み込まれる装� �を一例として説明したが、これ以外の割出� �置に適用可能である。例えば、ワークが載� �されるテーブルの角度を割り出すための前� �回転軸を備える割出装置(すなわち円テーブ� ��装置)とすることもできる。例えば、第1の� �施例(図5)を例として考えれば、スピンドル� �ニット20が省略され、また回転軸を構成する フランジ部材39bの端面39b1が段差のない平面� �形成され、また軸部材39aと軸受36とフランジ 部材39bとを結合するネジ部材15は、フランジ� ��材39bの端面39b1側より埋め込まれる形で軸部 材39aに対して螺入するように設けられる。フ ランジ部材39bに平面として設けられる端面39b 1には、ワークを固着する図示しない治具が� �置される、いわゆる円テーブル装置のテー� �ル面として機能する。

 なお、第1の実施例(図5)では、テーブル面 と一体の回転軸39を回転駆動する機構が構成� ��れていないが、公知の円テーブル装置のよ� ��に、回転軸39aに対してウオームホイールを� ��体に設けるとともに、例えば回転量を制御� ��能なサーボモータに連結されるウオームス� ��ンドルを、上記ウオームホイールに噛合す� ��ように構成したり、第1実施例における脚部 30aに倣ってDDモータによって回転軸39を回転� �動するように構成される。

 また円テーブル装置は、工作機械のベッ� ��に対して直交する回転軸のみを有する装置� ��限らない。具体的には、2軸以上の回転軸の 割出機能を有する円テーブル装置に適用し、 それの1軸以上の各クランプ機構に本発明を� �用可能である。

 なお、本発明は上記のいずれの実施形態� ��も限定されるものではなく、本発明の請求� ��囲を逸脱しない限りにおいて種々に変更す� ��ことが可能である。