(57)【要約】【課題】  主軸に強固に固定された工具の引き抜きが容易になり、交換時間を短縮することが求められる。【解決手段】  回転可能に支持され、工具が挿入可能な開口である工具口を有する主軸と、工具の一端の把持を行なう把持部を一端に有し、回転軸の方向に延在するドローバと、主軸に対して工具口と反対の方向にドローバを引き込む付勢力を付与する付勢部材と、ドローバを主軸に対して第一加圧力または第二加圧力をドローバに対して付加できる加圧装置であって、ドローバを主軸に対して工具口の方向に第一加圧力を、またはドローバを主軸に対して工具口の方向に第二加圧力を、ドローバに対して付加できる加圧装置と、を備え、第一加圧力の絶対値は付勢力の絶対値よりも大きく、第二加圧力の絶対値は付勢力の絶対値よりも小さい主軸装置により解決する。【選択図】  図４
2020026003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸装置であって、
前記主軸装置のハウジング内で回転軸まわりに回転可能に支持され、工具が挿入可能な開口である工具口を有する主軸と、
工具の一端の把持を行なう把持部を一端に有し、前記回転軸の方向に延在するドローバと、
前記主軸に対して前記工具口と反対の方向に前記ドローバを引き込む付勢力を付与する付勢部材と、
前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第一加圧力を、または前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第二加圧力を、前記ドローバに対して付加できる加圧装置と、を備え、
前記第一加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも大きく、前記第二加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも小さい主軸装置。
【請求項２】
請求項１に記載の主軸装置であって、
前記加圧装置は前記ドローバには圧力を付与していない状態では、前記ドローバは前記付勢力により前記把持部を閉じて前記工具の把持を行う第一位置にある主軸装置。
【請求項３】
請求項１に記載の主軸装置であって、
前記加圧装置は前記ドローバに前記第二加圧力を付与した状態では、前記ドローバは依然として第一位置にある主軸装置。
【請求項４】
請求項１に記載の主軸装置であって、
前記加圧装置が前記工具口の方向に第一加圧力をドローバに付与した状態では、前記ドローバは前記主軸に対して前記工具口の方向に移動して前記ドローバが前記把持部を開放して前記工具の前記把持を解除する第二位置にある主軸装置。
【請求項５】
請求項１に記載の主軸装置であって、
前記加圧装置が前記工具口と反対側の方向に加圧力をドローバに付与した状態では、前記ドローバは前記把持部を開放して前記工具の前記把持を解除する第二位置から前記工具口と反対側の方向に前記把持部を閉じて前記工具の把持を行う第一位置まで移動する主軸装置。
【請求項６】
請求項１に記載の主軸装置であって、前記付勢部材は、複数の皿バネがドローバの延在する方向に重ねられて形成されている主軸装置。
【請求項７】
請求項１に記載の主軸装置であって、
前記加圧装置は、加圧ポンプと、前記加圧ポンプと前記主軸装置との間に接続される第一加圧管路系と、前記加圧ポンプと前記主軸装置との間に第一加圧管路系に対して並列に接続される第二加圧管路系とを備え、
前記第一加圧管路系は第一段加圧バルブと、
前記第二加圧管路系は第二段加圧バルブと減圧弁とを有し、
前記加圧ポンプは前記工具口の方向に前記第一加圧力を前記第一加圧管路系から前記ドローバに付与することが可能であって、
前記減圧弁は前記第二加圧管路系で前記第一加圧力を前記第二加圧力に減圧して前記工具口の方向に前記ドローバに付与することが可能である主軸装置。
【請求項８】
請求項７に記載の主軸装置であって、
前記第一段加圧バルブと第二段加圧バルブとのいずれをも閉鎖した状態では、前記加圧装置は前記ドローバには圧力を付与しておらず、前記ドローバは前記付勢力により前記把持部を閉じて前記工具の把持を行う第一位置にある主軸装置。
【請求項９】
請求項８に記載の主軸装置であって、
前記第一段加圧バルブを閉鎖し第二段加圧バルブを開放した状態では、前記ドローバには前記工具口の方向に前記第二加圧力が付与されているが、前記ドローバは依然として前記第一位置にある主軸装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の主軸装置であって、
前記第一段加圧バルブを開放し第二段加圧バルブを閉鎖した状態では、前記加圧装置が第一加圧力を前記ドローバに付与し、前記ドローバは前記主軸に対して前記工具口の方向に移動して前記ドローバが前記把持部を開放して前記工具の前記把持を解除する第二位置にある主軸装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の主軸装置であって、
第一検出センサと、
前記回転軸の方向に沿って前記第一検出センサと対向して配置される第二検出センサと、
前記第一検出センサと前記第二検出センサとの間に配置される位置指示部材とを有する検出装置を備え、
前記位置指示部材は前記回転軸と垂直方向に延出するようにドローバに対して固定され、
前記検出装置は、前記位置指示部材が、前記第一検出センサに接触したか、または前記第二検出センサよりも前記第一検出センサに極めて近接した際に前記工具の把持がなされた旨の信号を出力し、前記位置指示部材が前記第二検出センサに接触したか、または前記第一検出センサよりも前記第二検出センサに極めて近接した際に前記工具の把持が解除された旨の信号を出力する主軸装置。
【請求項１２】
工作機械の主軸装置と、
前記主軸装置に取り付けられる工具を交換する工具交換装置とを備える工作機械であって、前記主軸装置は、
前記主軸装置のハウジング内で回転軸まわりに回転可能に支持され、工具が挿入可能な開口である工具口を有する主軸と、
工具の一端の把持を行なう把持部を一端に有し、前記回転軸の方向に延在するドローバと、
前記主軸に対して前記工具口と反対の方向に前記ドローバを引き込む付勢力を付与する付勢部材と、
前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第一加圧力を、または前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第二加圧力を、前記ドローバに対して付加できる加圧装置と、を備え、
前記第一加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも大きく、前記第二加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも小さい工作機械。
【請求項１３】
請求項１２に記載の工作機械であって、
前記加圧装置は前記ドローバには圧力を付与していない状態では、前記ドローバは前記付勢力により前記把持部を閉じて前記工具の把持を行う第一位置にある工作機械。
【請求項１４】
請求項１２に記載の工作機械であって、
前記加圧装置は前記ドローバに前記第二加圧力を付与した状態では、前記ドローバは依然として第一位置にある工作機械。
【請求項１５】
請求項１２に記載の工作機械であって、
前記加圧装置が前記工具口の方向に第一加圧力をドローバに付与した状態では、前記ドローバは前記主軸に対して前記工具口の方向に移動して前記ドローバが前記把持部を開放して前記工具の前記把持を解除する第二位置にある工作機械。
【請求項１６】
請求項１２に記載の工作機械であって、
前記加圧装置が前記工具口と反対側の方向に第一加圧力をドローバに付与した状態では、前記ドローバは前記ドローバが前記把持部を開放して前記工具の前記把持を解除する第二位置から前記工具口と反対側の方向に前記把持部を閉じて前記工具の把持を行う第一位置まで移動する工作機械。
【請求項１７】
請求項１２に記載の工作機械であって、前記付勢部材は、複数の皿バネがドローバの延在する方向に重ねられて形成されている工作機械。
【請求項１８】
請求項１２に記載の工作機械であって、
前記加圧装置は、加圧ポンプと、前記加圧ポンプと前記主軸装置との間に接続される第一加圧管路系と、前記加圧ポンプと前記主軸装置との間に第一加圧管路系に対して並列に接続される第二加圧管路系とを備え、
前記第一加圧管路系は第一段加圧バルブと、
前記第二加圧管路系は第二段加圧バルブと減圧弁とを有し、
前記加圧ポンプは前記工具口の方向に前記第一加圧力を前記第一加圧管路系から前記ドローバに付与することが可能であって、
前記減圧弁は前記第二加圧管路系で前記第一加圧力を前記第二加圧力に減圧して前記工具口の方向に前記ドローバに付与することが可能である工作機械。
【請求項１９】
請求項１８に記載の工作機械であって、
前記第一段加圧バルブと第二段加圧バルブとのいずれをも閉鎖した状態では、前記加圧装置は前記ドローバには圧力を付与しておらず、前記ドローバは前記付勢力により前記把持部を閉じて前記工具の把持を行う第一位置にある工作機械。
【請求項２０】
請求項１９に記載の工作機械であって、
前記第一段加圧バルブを閉鎖し第二段加圧バルブを開放した状態では、前記ドローバには前記工具口の方向に前記第二加圧力が付与されているが、前記ドローバは依然として前記第一位置にある工作機械。
【請求項２１】
請求項２０に記載の工作機械であって、
前記第一段加圧バルブを開放し第二段加圧バルブを閉鎖した状態では、前記加圧装置が第一加圧力を前記ドローバに付与し、前記ドローバは前記主軸に対して前記工具口の方向に移動して前記ドローバが前記把持部を開放して前記工具の前記把持を解除する第二位置にある工作機械。
【請求項２２】
請求項１２から２１のいずれか一項に記載の工作機械であって、
第一検出センサと、
前記回転軸の方向に沿って前記第一検出センサと対向して配置される第二検出センサと、
前記第一検出センサと前記第二検出センサとの間に配置される位置指示部材とを有する検出装置を備え、
前記位置指示部材は前記回転軸と垂直方向に延出するようにドローバに対して固定され、
前記検出装置は、前記位置指示部材が、前記第一検出センサに接触したか、または前記第二検出センサよりも前記第一検出センサに極めて近接した際に前記工具の把持がなされた旨の信号を出力し、前記位置指示部材が前記第二検出センサに接触したか、または前記第一検出センサよりも前記第二検出センサに極めて近接した際に前記工具の把持が解除された旨の信号を出力する工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、工具の交換時間を短縮化する工作機械の主軸装置、およびそれを備える工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マシニングセンタなどの工作機械では、加工時間を短縮化するために工具（ツール）交換機（ツールチェンジャー）により、工具を交換するようになっている。図１は、本願発明の実施の形態である工作機械１の主軸装置２の部位を示した図である。たとえば、工具（ツール）交換機は、図１に示すように、工作機械１は、工作機械１と、工具交換装置３とを備えている。工作機械１には工具Ｔが固定されて、工作機械１が回転してワーク（加工対象物）を加工する。工具交換装置３は、工具交換アーム（以下、「アーム」）３１ａおよびアーム３１ｂと、回転機構３３とを有している。回転機構３３は、アーム３１ａとアーム３１ｂとを回転軸３４まわりに回動させる。アーム３１ａとアーム３１ｂとは、回転軸３４中心に、互いに反対方向に向かって延在している。アーム３１ａの先端にはグリップ３２ａを有し、とアーム３１ｂの先端にはグリップ３２ｂを有している。グリップ３２ａとグリップ３２ｂとはそれぞれ工具Ｔを把持することが可能である。アーム３１ａとアーム３１ｂとは、回転機構３３により、一体的に、たとえば主軸の延在する方向と平行に延在する回転軸３４周りＲに回転可能であるとともに、その回転軸３４の延在する方向Ｐに沿って移動可能である。
【０００３】
ワークの加工の際に、ある工具Ｔによるワークの加工が一旦終了したら、工具交換装置３の回転機構３３によりアーム３１ａが回転軸３４周りＲに回転してグリップ３２ａが工具Ｔを把持する（図１の一点鎖線）。グリップ３２ａで工具Ｔを把持したら、アーム３１ａは回転軸３４の延在する方向Ｐに沿って工具Ｔを工作機械１から引き抜く。工具Ｔを引き抜いたアーム３１ａは、工具交換装置３の回転機構３３により、回転軸３４周りＲに回転して工具供給棚（ツールマガジン）（不図示）まで移動してグリップ３２ａに把持している工具Ｔを交換する。このとき、アーム３１ａと反対側にあるアーム３１ｂはグリップ３２ｂが工具Ｔを把持していて、ちょうど主軸装置２の位置にある。グリップ３２ｂが工具Ｔを工作機械１の主軸装置２の中に挿入して工作機械１に固定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ワークの加工においては、工具Ｔは加工時に高速回転をするため、工作機械１には強固に固定されている。一方、ワークの加工では、さまざまな工具Ｔが利用されるので、それらの工具Ｔの交換時間を短縮することが求められる。したがって、主軸に強固に固定された工具Ｔの引き抜きが容易になり、交換時間を短縮することが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
工作機械の主軸装置であって、前記主軸装置のハウジング内で回転軸まわりに回転可能に支持され、工具が挿入可能な開口である工具口を有する主軸と、工具の一端の把持を行なう把持部を一端に有し、前記回転軸の方向に延在するドローバと、前記主軸に対して前記工具口と反対の方向に前記ドローバを引き込む付勢力を付与する付勢部材と、前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第一加圧力を、または前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第二加圧力を、前記ドローバに対して付加できる加圧装置と、を備え、前記第一加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも大きく、前記第二加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも小さい主軸装置により解決する。
【０００６】
工作機械の主軸装置と、前記主軸装置に取り付けられる工具を交換する工具交換装置とを備える工作機械であって、前記主軸装置は、前記主軸装置のハウジング内で回転軸まわりに回転可能に支持され、工具が挿入可能な開口である工具口を有する主軸と、工具の一端の把持を行なう把持部を一端に有し、前記回転軸の方向に延在するドローバと、前記主軸に対して前記工具口と反対の方向に前記ドローバを引き込む付勢力を付与する付勢部材と、前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第一加圧力を、または前記ドローバを前記主軸に対して前記工具口の方向に第二加圧力を、前記ドローバに対して付加できる加圧装置と、を備え、前記第一加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも大きく、前記第二加圧力の絶対値は前記付勢力の絶対値よりも小さい工作機械により解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、主軸装置の工具取替え時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１の工作機械としてのマシニングセンタの主軸装置を示した図である。
【図２】本発明の主軸装置であって工具を固定している状態の断面を示した図である。
【図３】本発明の主軸装置であって工具を解放している状態の断面を示した図である。
【図４】本発明の主軸装置の加圧装置の構成を示した図である。
【図５】本発明の主軸装置のクランプ／アンクランプ装置が付加する力の関係と工作機械の工具交換の工程との関係を示した図である。
【図６】本発明の主軸装置の加圧装置が工具口の方向に第二加圧力を付与している状態を示した図である。
【図７】本発明の主軸装置の加圧装置が工具口の方向に第一加圧力を付与している状態を示した図である。
【図８】本発明の主軸装置の加圧装置が工具口と反対側の方向に第一加圧力を付与している状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１から図４を参照して、本発明の工作機械１の主軸装置２の構成について説明する。図１は、本願発明の実施の形態である工作機械１の主軸装置２の部位を示した図である。図２は、図１の断面Ｘ-断面Ｘを拡大した図であって、主軸装置２が工具Ｔを固定している状態の断面を示した図である。図３は主軸装置２が工具Ｔを解放している状態の断面を示した図である。図４は、クランプ／アンクランプ装置４の概略図である。
【００１０】
マシニングセンタのような工作機械１は、主軸装置２と、工具交換装置３とを備えている。工具交換装置３は前述の構成と同じであるので割愛する。主軸装置２は、主軸２２と、ドローバ２３と、付勢部材２５と、クランプ／アンクランプ装置４とを備えている。主軸装置２の一端側には工具Ｔが挿入可能な開口である工具口２ａが配置されている。工具Ｔが工具口２ａから挿入されると、工具ＴのプルスタッドＴｐが主軸２の内部に位置するようになる。また、主軸装置２は、さらに検出装置たるクランプ／アンクランプ検知器５を備えている。
【００１１】
主軸２は、主軸装置２のハウジング２１の内部に、ハウジング２１に対してベアリング２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄで回転軸ＣＬ周りに回転可能に支持されている。ドローバ２３は主軸２２の内部に配置されている。ドローバ２３は主軸２２の回転軸ＣＬの方向に沿って、工具口２ａに移動可能に配置される。工具口２ａ側にあたるドローバ２３の一端２３ａには工具Ｔを把持（クランプ）する把持部たるコレット２６が配置される。
【００１２】
付勢部材２５は、皿バネを複数、たとえば５０枚から７０枚程度重ねて構成して形成したものである。たとえば、皿バネの中央部の貫通穴にドローバ２３が挿嵌されて、主軸２２の内面とドローバ２３の外面との間に配置される。付勢部材２５は、ドローバ２３を回転軸ＣＬに沿って工具口２ａと反対側の方向に常に一定の力で付勢している。付勢部材２５の経年劣化による付勢力の低下があっても、所定の動作時間においては、ドローバ２３を回転軸ＣＬに沿って工具口２ａと反対側の方向に一定の力で付勢される。
【００１３】
コレット２６は工具口２ａ側になるコレット２６の先端がその反対端になるコレット２６の後端を中心として、コレット２６の先端が回転軸ＣＬから離れる方向（主軸２２の半径方向）に開くように付勢されている。主軸２２の内面には、回転軸ＣＬから主軸２２の主軸２２の内面への半径方向の距離は、コレット２６が位置する付近で回転軸ＣＬから主軸２２の内面への半径方向の距離が大きい部位２２ａと回転軸ＣＬから主軸２２の内面への半径方向の距離が小さい部位２２ｂとが配置される。ドローバ２３が、回転軸ＣＬの方向に沿って工具口２ａと反対の方向に移動して、回転軸ＣＬから主軸２２の内面への距離が小さい部位２２ｂにコレット２６が位置するときには、コレット２６の先端は主軸２２の内面に押されて閉じた状態になる。一方、ドローバ２３が、回転軸ＣＬの方向に沿って工具口２ａの方向に移動して、回転軸ＣＬから主軸２の内面への距離が大きい部位２２ａにコレット２６が位置するときには、コレット２６の先端は主軸２２の内面にしたがって広がり、開いた状態になる。付勢部材２５の付勢力は、コレット２６が閉じた位置、すなわち回転軸ＣＬから主軸２２の内面への距離が小さい部位２２ｂにコレット２６が位置するようにドローバ２３を工具口２ａと反対の方向に引っ張るように調整されている。この位置にあるときに、工具ＴのプルスタッドＴｐが工具口２ａから主軸２２の内部に挿入されているときに、コレット２６が閉じた際には、コレット２６が工具ＴのプルスタッドＴｐを把持する。コレット２６が工具Ｔを把持するこの位置を第一位置と呼ぶ。付勢部材２５の付勢力はドローバ２３がこの第一位置に位置するように調整されている。一方、第一位置からドローバ２３が回転軸ＣＬに沿って移動し、回転軸ＣＬから主軸２２の内面への距離が大きい位置に位置するとコレット２６が開放した際にコレット２６がプルスタッドＴｐの把持を解除する（アンクランプ）。コレット２６が工具Ｔの把持を解除するこの位置を第二位置と呼ぶ。すなわち、主軸装置２では、通常状態において、付勢部材２５は、工具口２ａと反対方向にドローバ２３を引き込む付勢力を付与し、これによりドローバ２３がコレット２６を閉じてコレット２６がプルスタッドＴｐの把持を行う第一位置にあるようになっている。
【００１４】
クランプ／アンクランプ装置４は、ドローバ２３を第一位置から第二位置に移動させるものである。クランプ／アンクランプ装置４は、アンクランプシリンダ４１と、加圧管路４２ａおよび加圧管路４２ｂと、加圧装置４３とを備えている。
【００１５】
アンクランプシリンダ４１は、主軸２２の回転軸ＣＬの方向に沿って、工具口２ａの側へと、または工具口２ａの反対側の方向へと移動可能に、ランプ／アンクランプ装置４の中をアンクランプシリンダ４１よりも工具口２ａの側に位置する工具口側室４ａとアンクランプシリンダ４１に対して工具口２ａと反対側に位置する工具口反対側室４ｂとの間を分割してクランプ／アンクランプ装置４の中を仕切るように配置される。加圧管路４２ａは工具口側室４ａに流体的に接続され、加圧管路４２ｂは工具口反対側室４ｂに流体的に接続されている。加圧装置４３が、作動媒体を加圧管路４２ａから工具口側室４ａに供給することによりアンクランプシリンダ４１が工具口２ａと反対側に向かって加圧されて移動する。その作動媒体はアンクランプシリンダ４１から加圧管路４２ｂを介して加圧装置４３に戻る。また、逆に、加圧装置４３が、作動媒体を加圧管路４２ｂから工具口反対側室４ｂに供給することによりアンクランプシリンダ４１が工具口２ａに向かって加圧されて移動する。その作動媒体はアンクランプシリンダ４１から加圧管路４２ａを介して加圧装置４３に戻る。コレット２６が配置されているドローバ２３の一端部２３ａと反対側のドローバ２３の他端部２３ｂはアンクランプシリンダ４１の接触面４１ａと当接可能、または接触面４１ａから離間可能となっている。アンクランプシリンダ４１が工具口２ａの方向に向かって加圧されて移動すると、アンクランプシリンダ４１の接触面４１ａがドローバ２３の他端部２３ｂと当接する。これにより、アンクランプシリンダ４１が受ける加圧力がアンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３に押圧力（加圧力）として伝達される。アンクランプシリンダ４１に押されたドローバ２３は、回転軸ＣＬに沿った方向に、ドローバ２３は付勢部材２５の付勢力に抗して工具口２ａの方向に移動する。回転軸ＣＬに沿った方向にドローバ２３が工具口２ａの方向に移動することにより、コレット２６の先端が開放される。アンクランプシリンダ４１が工具口２ａと反対側に向かって加圧されて移動すると、アンクランプシリンダ４１の接触面４１ａがドローバ２３の他端部２３ｂから離間して、工具口２ａの方向へのドローバ２３への加圧をリセットする。工具口２ａの方向に向かうドローバ２３への加圧がリセットされたドローバ２３は付勢部材２５の付勢力によって、工具口２ａと反対方向に回転軸ＣＬに沿って主軸２２内に引き込まれるように移動する。工具口２ａと反対方向に回転軸ＣＬに沿って主軸２２内に引き込まれる移動に応じて、コレット２６がコレット２６の先端が閉じる。上記のとおり、加圧装置４３からドローバ２３への工具口２ａの方向への加圧力はアンクランプシリンダ４１を介して行われるが、アンクランプシリンダ４１を介する旨の説明は省略して加圧装置４３がドローバ２３へ加圧力を付与するものとして記載するが、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３へ加圧力が付与される意味である。
【００１６】
加圧装置４３は、まず、ドローバ２３に対して何の圧力も付加しないようにすることができる（第一状態）。続いて、加圧装置４３は、主軸２２に対してドローバ２３に、主軸装置２の工具口２ａの方向に第二加圧力を付与するように、アンクランプシリンダ４１を介して加圧することができる（第二状態）。加圧装置４３は、さらに、主軸２２に対してドローバ２３に、主軸装置２の工具口２ａの方向に第一加圧力を付与するように、アンクランプシリンダ４１を介して加圧可能である（第三状態）。加圧装置４３は、アンクランプシリンダ４１を工具口２ａと反対の方向に移動させて、ドローバ２３への加圧力を解除して、付勢部材２５の付勢力によってドローバ２３を主軸装置２の工具口２ａと反対の方向に移動させる（第四状態）。第四状態においては、ドローバ２３に対する工具口２ａの方向の力を解除させるだけでよいので、アンクランプシリンダ４１を工具口２ａと反対方向に移動させることができる大きさであれば足りる。
【００１７】
図５から図８を参照して、主軸装置２において工具を交換する工程と、第一加圧力，第二加圧力，付勢力のそれぞれの大きさとドローバ２３に付加する方向との関係について説明する。図５は、工作機械１が主軸装置２に工具Ｔが固定されている状態から、工作機械１によりワークの加工を行って、その後に工具Ｔを交換する工程を示している。このそれぞれの工程に対して、第一加圧力，第二加圧力，付勢力のそれぞれの大きさとドローバ２３に付加する方向との関係を図示している。図６から図８は、図５のそれぞれに対応して加圧装置４３がいかに動作するかを示している。
【００１８】
まず、主軸装置２において、工具を装着する状態ついて説明する。工具の装着状態（図５のＳ１）では、工具ＴのプルスタッドＴｐが主軸２２の中に挿入されている。このときドローバ２３には、付勢部材２５により、工具口２ａと反対方向にドローバ２３を引き込む付勢力が付与されている。ここで、加圧装置４３は、アンクランプシリンダ４１を工具口２ａと反対の方向に移動させるようにアンクランプシリンダ４１を加圧すれば、ドローバ２３は付勢部材２５の付勢力により主軸装置２の工具口２ａと反対の方向に移動して、コレット２６がプルスタッドＴｐを受容しながら閉じて、工具Ｔが主軸２２に固定される（第四状態）。このとき、加圧装置４３による加圧力は、工具口２ａと反対方向であって、アンクランプシリンダ４１を工具口２ａと反対の方向に移動させられる加圧力であれば十分である。
【００１９】
次に、ワークの加工を行う際（図５のＳ２）には、加圧装置４３は、ドローバ２３に対して何の圧力も付加しないようにする。工具Ｔは、付勢部材２５の付勢力により、工具Ｔが主軸２２に固定される（第一状態）。ここで、主軸を回転させて、ワークを加工し、その工具による加工が終了すると主軸の回転を停止する。
【００２０】
続いて、工具交換装置３により、工具Ｔの交換を行う。ここではまず、現時点で主軸２２に固定されている工具Ｔを取り外すことになる。工具交換装置３のアーム３１ａが回転軸３４周りＲに回転してグリップ３２ａが工具Ｔを把持する（図５のＳ３）。この把持するまでの間に、加圧装置４３は、ドローバ２３に主軸装置２の工具口２ａの方向に第二加圧力を付与するように、アンクランプシリンダ４１を介して加圧する（第二状態）。ここで、第二圧力は付勢部材２５の付勢力と反対方向の力であって、第二圧力の絶対値は付勢部材２５の付勢力の大きさの絶対値よりも小さい。すなわち、加圧装置４３は、主軸２２に対してドローバ２３に、主軸装置２の工具口２ａの方向に第二加圧力を付与しても、付勢部材２５がドローバ２３を付勢する付勢力のほうが大きいので、ドローバ２３は移動しない。
【００２１】
続いて、工具交換装置３により工具Ｔを主軸２２から抜き取る（図５のＳ４）。ここで、加圧装置４３は、ドローバ２３に、主軸装置２の工具口２ａの方向に第一加圧力を付与するように、アンクランプシリンダ４１を介して加圧可能である（第三状態）。第一加圧力は付勢部材２５の付勢力と反対方向であって、その絶対値は付勢部材２５の付勢力の絶対値よりも大きい。加圧装置４３が、主軸２２に対してドローバ２３に、主軸装置２の工具口２ａの方向に第一加圧力を付与している場合には、第一加圧力のほうが、付勢部材２５がドローバ２３を付勢する付勢力よりも大きくなるので、ドローバ２３は主軸装置２の工具口２ａの方向に移動する。コレット２６が開いて、プルスタッドＴｐがドローバ２３から開放される。そして、工具Ｔを把持している工具交換装置３のアーム３１ａを回転軸３４の延在する方向Ｐに沿って工具Ｔを主軸２２から引き抜く。
【００２２】
続いて、工具Ｔを引き抜いたアーム３１ａは回転軸３４周りＲに回転して工具供給棚まで移動してグリップ３２ａに把持している工具Ｔを交換する。このとき、アーム３１ａと反対側にあるアーム３１ｂでは前工程Ｓ４において、すでにグリップ３２ｂが別の工具Ｔを把持している。グリップ３２ｂがその別の工具ＴのプルスタッドＴｐを主軸２２の工具口２ａの中に挿入される。ここで、前述の工具Ｔの装着状態（図５のＳ１）に戻り、加圧装置４３は、アンクランプシリンダ４１を工具口２ａと反対側の方向に退行させて、ドローバ２３への加圧力を解除する。これにより、ドローバ２３に、主軸装置２の工具口２ａと反対の方向に移動して、コレット２６がプルスタッドＴｐを受容しながら閉じて、工具Ｔが主軸２２に固定される（第四状態）。
【００２３】
そして、たとえば、第一加圧力は５．０メガパスカル、第二加圧力は２．５メガパスカルとすることができる。この場合、付勢部材２５の付勢力は２．５メガパスカルよりも大きく５．０メガパスカルよりも小さく設定される。
【００２４】
加圧装置４３は、具体的にはさまざまな構成をとることができる。たとえば、加圧ポンプ４６と、第一段加圧バルブ４４と、第二段加圧バルブ４５と、第一加圧管路系４８と、第二加圧管路系４９とにより構成させることができる。この構成では、加圧ポンプ４６と加圧管路４２ａおよび加圧管路４２ｂとの間に、第一加圧管路系４８と、第二加圧管路系４９とが並列に接続されている。第一加圧管路系４８と第二加圧管路系４９とのそれぞれは、加圧管路４２ａに接続されてアンクランプシリンダ４１に加圧ポンプ４６から流体媒体を供給する上り管路と、加圧管路４２ｂに接続されてアンクランプシリンダ４１から加圧ポンプ４６へと流体媒体を戻す下り管路とを有している。
【００２５】
第一加圧管路系４８と第二加圧管路系４９とは並列に接続されている。第一段加圧バルブ４４は第一加圧管路系４８に配置されていて、第二段加圧バルブ４５は第二加圧管路系４９に配置されている。第一段加圧バルブ４４は、閉鎖状態と、順方向開放状態と、逆方向開放状態と、の間で切り替え可能なバルブである。第一段加圧バルブ４４を順方向開放状態にすると加圧ポンプ４６からの作動媒体が第一加圧管路系４８を介して加圧管路４２ａに供給され、アンクランプシリンダ４１を主軸装置２の工具口２ａと反対の方向に移動させて、ドローバ２３への加圧を解除する（第四状態）。第一段加圧バルブ４４を逆方向開放状態にすると加圧ポンプ４６からの流体媒体が第一加圧管路系４８を介して加圧管路４２ｂに供給され、それによりドローバ２３には主軸装置２の工具口２ａの方向に第一加圧力が付与されて、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３が加圧される（第三状態）。第一段加圧バルブ４４を閉鎖すると加圧ポンプ４６からの流体媒体は第一加圧管路系４８には流れず、第一加圧管路系４８ではドローバ２３は加圧されない。
【００２６】
第二段加圧バルブ４５は、閉鎖状態と、逆方向開放状態と、の間で切り替え可能なバルブである。第二段加圧バルブ４５を開放すると加圧ポンプ４６からの流体媒体が第二加圧管路系４９を介して加圧管路４２ｂに供給され、それによりドローバ２３には主軸装置２の工具口２ａの方向に加圧力が付与されて、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３が加圧される。第二段加圧バルブ４５を閉鎖すると加圧ポンプ４６からの流体媒体は第二加圧管路系４９には流れず、第二加圧管路系４９ではドローバ２３は加圧されない。
【００２７】
第二加圧管路系４９には、減圧弁４７が配置されていて、第二加圧管路系４９における減圧弁４７の一次側（加圧ポンプ４６の側）の地点４７ａの管路には加圧ポンプ４６に設定された圧力がかかる一方、減圧弁４７の二次側（アンクランプシリンダ４１の側）の地点４７ｂの管路には加圧ポンプ４６に設定された圧力より低く減圧された圧力がかかる。ここで、加圧ポンプ４６からの出力圧力を第一加圧力に設定することで第一加圧管路系４８から加圧管路４２ｂを経てアンクランプシリンダ４１には第一加圧力がかかり、第二加圧管路系４９における減圧弁４７の一次側（加圧ポンプ４６の側）の地点４７ａの管路にも第一加圧力がかかることになる。そして、減圧弁４７の二次側（アンクランプシリンダ４１の側）の地点４７ｂの管路を第二加圧力に設定すれば、第二加圧管路系４９から加圧管路４２ｂを経てアンクランプシリンダ４１には第二加圧力がかかることになる。
【００２８】
すなわち、第一加圧管路系４８の第一段加圧バルブ４４と第二加圧管路系４９の第二段加圧バルブ４５との両方を閉鎖すると、加圧管路４２ａおよび加圧管路４２ｂとアンクランプシリンダ４１には圧力がかからない（第一状態）。第一加圧管路系４８の第一段加圧バルブ４４を閉鎖し、第二加圧管路系４９の第二段加圧バルブ４５を開放すると、加圧管路４２ｂとアンクランプシリンダ４１とには主軸装置２の工具口２ａの方向に第二加圧力がかかる（第二状態）。第一加圧管路系４８の第一段加圧バルブ４４を逆方向開放の状態とし、第二加圧管路系４９の第二段加圧バルブ４５を閉鎖すると、加圧管路４２ｂとアンクランプシリンダ４１には主軸装置２の工具口２ａの方向に第一加圧力がかかる（第三状態）。一方、第一加圧管路系４８の第一段加圧バルブ４４を順方向開放の状態とし、第二加圧管路系４９の第二段加圧バルブ４５を閉鎖すると、加圧管路４２ａとアンクランプシリンダ４１には主軸装置２の工具口２ａの方向と反対側の方向に第一加圧力がかかる（第四状態）。この大きさが第一加圧力である必要はないが、第一段加圧バルブ４４を逆方向開放から順方向開放へと逆転させるだけで、加圧力の方向が逆側に変更されるので、加圧力の大きさを変更させずにもっとも容易にアンクランプシリンダ４１を工具口２ａと反対側の方向に移動させて、工具口２ａの方向へのドローバ２３の加圧力を解除することができる。このように、第一加圧管路系４８の第一段加圧バルブ４４と第二加圧管路系４９の第二段加圧バルブ４５とを切り替えることで、アンクランプシリンダ４１に付加される圧力を、加圧力なし(第一状態)と、工具口２ａの方向への第二加圧力(第二状態)と、工具口２ａの方向への第二加圧力(第三状態)と、ドローバ２３への加圧力を解除する逆方向圧力 (第四状態)と、の間で切り替えることが可能となる。
【００２９】
加圧装置４３は、上記の例に限られず、アンクランプシリンダ４１に付加される圧力を、加圧力なしと、工具口２ａの方向への第一加圧力と、工具口２ａの方向への第二加圧力と、工具口２ａと反対側の方向への加圧力と、の間で切り替えることが可能である限り、さまざまな構成をとることができる。たとえば、一系統の管路で加圧ポンプ４６とアンクランプシリンダ４１とを連結して、加圧ポンプ４６の圧力をドローバ２３への加圧力なしと、工具口２ａの方向への第一加圧力と、工具口２ａの方向への第二加圧力と、工具口２ａの方向と反対側の方向への加圧力との間で切り替えてもよい。
【００３０】
クランプ／アンクランプ検知器５は、位置指示部材５１と、第一検出センサ５２と、第二検出センサ５３とを備えている。第一検出センサ５２と第二検出センサ５３とは回転軸の方向に沿ってそれぞれのセンサ面５２ａとセンサ面５３ａとが互いに対向して配置される。位置指示部材５１は、その一端側が第一検出センサ５２と第二検出センサ５３との間、すなわち、センサ面５２ａとセンサ面５３ａとの間に配置され、その他端側は回転軸ＣＬと垂直方向に延出するようにドローバ２３の回転軸ＣＬの位置が判別できるようにドローバ２３に対して固定されている。位置指示部材５１の他端部側は、ドローバ２３に対して固定されるが、これはドローバ２３に直接取り付けて実現しても良いが、アンクランプシリンダ４１に取り付けて実現してもよい。アンクランプシリンダ４１はドローバ２３の移動と対応して移動するので、アンクランプシリンダ４１に取り付けることにより、間接的にドローバ２３の回転軸ＣＬ方向の位置が判別できる。第一検出センサ５２と第二検出センサ５３はさまざまな種類のセンサを使用することができる。たとえば、光学的に検出を行うセンサであってもよいし、位置指示部材５１を金属として渦電流を検出するセンサであってもよい。または、センサ面５２ａとセンサ面５３ａに位置指示部材５１が接触してオンオフを行うことにより検知する機械的なリミッタであってもよい。
【００３１】
アンクランプ検知器５は、位置指示部材５１が、第一検出センサ５２に直接接触したか、または第二検出センサ５３よりも第一検出センサ５２に極めて近接した際に第一検出センサ５２からの出力（第一出力）を行い、位置指示部材５１が、第二検出センサ５３に直接接触したか、または第一検出センサ５２よりも第二検出センサ５３に極めて近接した際に第二検出センサ５３からの出力（第二出力）を行うようになっている。たとえば、第一検出センサ５２を回転軸ＣＬに沿った方向に工具口２ａから遠い側に配置し、第二検出センサ５３を回転軸ＣＬに沿った方向に第一検出センサ５２よりも工具口２ａに近い側に配置すれば、アンクランプ検知器５は、ドローバ２３がコレット２６を閉じてコレット２６がプルスタッドＴｐの把持を行う第一位置にあるときに第一出力を行い、ドローバ２３がコレット２６を開放してコレット２６がプルスタッドＴｐの把持を解除する第二位置にあるときに第二出力を行う。すなわち、位置指示部材５１が、第一検出センサ５２に直接接触したか、または第二検出センサ５３よりも第一検出センサ５２に極めて近接した際に第一検出センサ５２は工具Ｔの把持がなされている旨の信号を出力し、位置指示部材５１が第二検出センサ５３に接触したか、または前記第一検出センサ５２よりも第二検出センサ５３に極めて近接した際に工具Ｔの把持が解除された旨の信号を出力することになる。
【００３２】
上記の本発明の主軸装置２の機能の説明に続いて、以下、図６から図８を参照して、本発明の主軸装置２がどのように機能するかについて説明する。この発明は、主軸２２に強固に固定された工具Ｔの引き抜きが容易にして交換時間を短縮するものであるので、工具Ｔがすでに主軸２２にとりつけられている段階から工具Ｔを取り外す順序で説明する。
【００３３】
まず、主軸装置２において、工具Ｔを装着する。工具の装着状態（図５のＳ１）では、工具ＴのプルスタッドＴｐが主軸２２の中に挿入されている。ここで、ここで、加圧装置４３から第一加圧力を工具口２ａと反対の方向にアンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３に付与する。たとえば、第一段加圧バルブ４４を順方向開放状態にして第二段加圧バルブ４５を閉鎖すると、加圧ポンプ４６からの流体媒体が第一加圧管路系４８を介して加圧管路４２ｂに供給され、アンクランプシリンダ４１が主軸装置２の工具口２ａの方向と反対側の方向に移動してドローバ２３への加圧力が解除される。ドローバ２３への加圧力の解除により、ドローバ２３は付勢力によって、主軸２２に対して工具口２ａと反対の方向に移動してコレット２６を閉じて工具Ｔの把持を行う第一位置となる。この状態が第四状態である。
【００３４】
続いて、工具Ｔによる加工状態（図５のＳ２）では、加圧装置４３からドローバ２３には圧力を付与しない。すなわち、第一加圧管路系４８の第一段加圧バルブ４４と第二加圧管路系４９の第二段加圧バルブ４５との両方を閉鎖すると、加圧管路４２ｂとアンクランプシリンダ４１には圧力がかからずに、ドローバ２３は付勢力のみにより主軸２２に対して工具口２ａと反対の方向に移動した状態であってコレット２６を閉じて工具Ｔの把持を行う状態である第一位置にある。主軸２２に取り付けられた工具Ｔで、ワーク（不図示）の加工が行われる。このときは、主軸２２は通常回転状態にあり、クランプ／アンクランプ装置４は前述の第一状態になっている。
【００３５】
ある工具Ｔによる加工が終了して、別の工具への交換を行う際（図５のＳ３）には、主軸２２の回転を停止させる。ここで、加圧装置４３から工具口２ａと反対の方向に第二加圧力を、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３に付与する。すなわち、第一段加圧バルブ４４を閉鎖して、第二段加圧バルブ４５を逆方向開放にすると、加圧ポンプ４６からの流体媒体が第二加圧管路系４９を介して加圧管路４２ｂに供給され、工具口２ａの方向に第二加圧力を、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３に付与する。ドローバ２３に第二加圧力のみがかかっている状態では、前述のとおり、付勢部材２５の付勢力よりも小さい第二加圧力のみがドローバ２３に付加されているので、ドローバ２３は移動せずに依然として第一位置にあり、クランプ／アンクランプ装置４は前述の第二状態になっている。しかし、この状態では、ドローバ２３は第一位置にあるものの、第一状態におけるドローバ２３と異なり、ドローバ２３には、付勢部材２５の付勢力より小さい力が付加されていることになる。すなわち、ドローバ２３は、第一状態よりも第二状態のほうが回転軸ＣＬの方向に沿って工具口２ａの方向に移動しやすい状態にあることになる。この段階で、工具交換装置３の回転機構３３により工具交換装置３のアーム３１ａが回転軸３４周りＲに回転してグリップ３２ａが工具Ｔを把持する。加圧装置４３から工具口２ａと反対の方向に第二加圧力を加圧する工程は、工具交換装置３のアーム３１ａが回転軸３４周りＲに回転している工程と並行して実行されることにより、加圧装置４３から工具口２ａと反対の方向に付加される第二加圧力で付勢部材２５の付勢力を減じる工程の時間を短縮することが可能となる。
【００３６】
続いて、工具交換装置３により工具Ｔを主軸２２から抜き取る際（図５のＳ４）には、加圧装置４３から工具口２ａの方向に第一加圧力を、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３に付与するように切り替える。すなわち、第二段加圧バルブ４５を閉鎖して第一段加圧バルブ４４を逆方向開放状態にすると、加圧ポンプ４６からの流体媒体が第一加圧管路系４８を介して加圧管路４２ａに供給され、工具口２ａと反対の方向に第一加圧力を、アンクランプシリンダ４１を介してドローバ２３に付与する。クランプ／アンクランプ装置４は前述の第三状態になっている。この状態では、付勢部材２５の付勢力よりも大きい第一加圧力が付勢力と反対方向にかかっているため、第一加圧力が付勢部材２５の付勢力に勝って、ドローバ２３が主軸２２に対して工具口２ａの方向に移動する。そして、ドローバ２３はコレット２６を開放して工具Ｔの把持を解除する第二位置となる。この段階では、工具交換装置３は、グリップ３２ａで工具Ｔの把持を完了しているので、工具交換装置３のアーム３１ａは回転軸の延在する方向Ｐに沿って工具Ｔを工作機械１から引き抜く。この段階では、ドローバ２３には、付勢部材２５の付勢力より小さい力が付加された状態から、付勢部材２５の付勢力に対する残分の抗力だけを付加すればよいので、ドローバ２３に力が全くかからない状態に至るまでの時間を短縮することができる。特に、工具交換装置３の回転機構３３により工具交換装置３のアーム３１ａが回転軸３４周りＲに回転してグリップ３２ａが工具Ｔを把持するまでのプロセスと、ドローバ２３に第一加圧力を付加して付勢部材２５の付勢力から第一加圧力の分だけ減じる第二状態にするプロセスを平行して行うことができるので、より短時間で工具Ｔの取り外しを行うことができる効果を奏する。
【００３７】
また、ドローバ２３が第一位置にある段階では、アンクランプ検知器は、位置指示部材５１が、第一検出センサ５２に直接接触したか、または第二検出センサ５３よりも第一検出センサ５２に極めて近接した状態にあって、第一検出センサ５２は工具Ｔの把持がなされている旨の信号である第一出力を行う。ドローバ２３が第二位置にある段階では、アンクランプ検知器は、位置指示部材５１が、第二検出センサ５３に直接接触したか、または第一検出センサ５２よりも第二検出センサ５３に極めて近接した状態にあり、第二検出センサ５３は工具Ｔの把持が解除されている旨の信号である第二出力を行う。本発明では、第一加圧力に加えて、第二加圧力を設定しているので、本来はドローバ２３が移動しないはずの第二加圧力を付与している段階において第一検出センサ５２の信号が消滅する、あるいは第二検出センサ５３は工具Ｔの把持が解除されている旨の信号である第二出力が検知されるような事象が生じる。これらの事象は、付勢部材２５の劣化により、ドローバ２３に付加されている付勢部材２５の劣化により付勢部材２５の付勢力が小さくなって、第二加圧力を付与している段階で既にドローバ２３が工具口２ａの方向に移動していることを意味する。第二加圧力を付与している段階を有している本発明において、アンクランプ検知器５を採用することで、これらの事象が検知できるので、より早く故障および異常の検知を行うことができる効果を奏する。
【符号の説明】
【００３８】
１  工作機械
２  主軸装置
３  工具交換装置
４  アンクランプ装置
５  クランプ／アンクランプ検知器
２１  ハウジング
２２  主軸
２３  ドローバ
２４  ベアリング
２５  付勢部材
２６  コレット
３１ａ，３１ｂ  アーム
３２ａ，３２ｂ  グリップ
３３    回転機構
３４    回転軸
４１    アンクランプシリンダ
４２ａ  加圧管路
４２ｂ  加圧管路
４３    加圧装置
４４    第一段加圧バルブ
４５    第二段加圧バルブ
４６    加圧ポンプ
４７    減圧弁
４８    第一加圧管路系
４９    第二加圧管路系
５１    位置指示部材
５２    クランプ検出センサ（第一検出センサ）
５２ａ  センサ面
５３    アンクランプ検出センサ（第二検出センサ）
５３ａ  センサ面
ＣＬ    回転軸
【図１】
2020026003.tif 000003
【図２】
2020026003.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020026003.tif 000007
【図６】
2020026003.tif 000008
【図７】
2020026003.tif 000009
【図８】
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