(57)【要約】【課題】スピンドルのテーパー孔に密着した工具ホルダーとテーパー孔との密接状態を解除して工具ホルダーの交換を容易に行う。【解決手段】アンクランプ時にプランジャピン２１６を押すと、テーパー面２１２Ｂとボール２２２による倍力機構によってドローバー２０が下方へ移動し、工具ホルダー４０が押し出されて、テーパー面３１と工具ホルダー４０のテーパー面４４との密接状態が解除される。仮保持機構１００では、仮保持バネ１１２によってボール１０４が溝１０２に戻るため、ドローバー２０が上方に移動し、工具ホルダー４０も上方に戻り、そのテーパー面４４は、スピンドル３０側のテーパー面３１と再び接触して本来の位置に戻る。【選択図】図１
2010214568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパー面を備えたクランプ対象物，
クランプ時に前記テーパー面に接触するテーパー面が先端に形成されたスピンドル，
前記スピンドル内を移動し、前記クランプ対象物を把持する把持手段を備えたドローバー，
アンクランプ時に、前記クランプ対象物のテーパー面と前記スピンドルのテーパー面との接合状態を解除するノック機構，
該ノック機構によって変位した前記クランプ対象物の位置を元に戻して保持する仮保持機構，
を備えたことを特徴とするアンクランプ装置。
【請求項２】
ハウジング内に回転可能に支持された中空状のスピンドルの一方の端部側に、該一方の端部へ向けて径が拡大するテーパー面が形成されており、該テーパー面に工具ホルダーのテーパー面を密着させることで、前記スピンドルと工具ホルダーが一体に回転する主軸装置であって、
前記スピンドルの中空部をその軸方向に移動可能なドローバーの先端に設けられ、前記工具ホルダーのプルスタッドを着脱可能に把持する把持手段，
前記スピンドルの他方の端部側の中空部に設けられており、前記ドローバーを介してクランプ状態の工具ホルダーを先端側に押し出して、該工具ホルダーのテーパー面と前記スピンドル側のテーパー面との接合状態を解除するノック機構，
該ノック機構によって押し出された工具ホルダーを、そのテーパー面が前記スピンドル側のテーパー面と接する元の位置に戻す仮保持機構，
を備えたことを特徴とする主軸装置。
【請求項３】
前記ノック機構は、
前記ドローバーの周囲に設けられた倍力カム，
前記ドローバーと前記倍力カムとの間に設けられた第１及び第２のボール，
前記ドローバー外側に設けられた第１の凹部と、前記第１のボールと、前記倍力カムの内側に設けられた第１のテーパー面とによって構成され、クランプ時に動作する第１の倍力機構，
前記ドローバー外側に設けられた第２の凹部と、前記第２のボールと、前記倍力カムの内側に設けられた第２のテーパー面とによって構成され、アンクランプ時に動作する第２の倍力機構，
を含むことを特徴とする請求項２記載の主軸装置。
【請求項４】
前記仮保持機構は、
前記ドローバーの先端側の外周面に形成された第１及び第２の溝，
前記スピンドル側から前記ドローバー側に付勢されており、径方向に拡大可能な弾性手段，
を備えており、
クランプ状態では、前記弾性手段は、前記第１の溝に嵌り込んでおり、前記第１の倍力機構の動作によって移動したドローバーを元の位置に戻して仮保持し、
アンクランプ状態では、前記弾性手段は、前記第２の溝に嵌り込んで前記ドローバーを仮保持することを特徴とする請求項２又は３記載の主軸装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の主軸装置を備えたことを特徴とするマシニングセンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンクランプ装置，主軸装置，及びマシニングセンターに関し、例えば、マシニングセンターのＡＴＣ（オートマチック・ツール・チャンジャー：自動工具交換装置）における工具ホルダーの交換に好適なアンクランプ装置，主軸装置，及びマシニングセンターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンターの自動工具交換装置の主軸装置ないし主軸機構の先端にはテーパー孔が先端に設けられており、これに、同じテーパー形状の工具ホルダーが差し込まれてクランプ（固定）されるようになっている。主軸内部には多数の皿バネが設けられており、その撓みによって工具ホルダー後端のプルスタッドを主軸側のコレットで掴む。主軸装置の後端部には、例えば油圧シリンダが設けられており、そのピストンによって、主軸装置の内部を貫通しているドローバーを押すことで、前記コレットの開閉が行われる。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、主軸内におかれたバネのバネ力を、プルスタッドを引き込む引き込みバーに伝える倍力機構を具備した自動工具保持装置が開示されている。下記特許文献２には、短時間で工具交換を可能とするため、ドローバーの周囲に皿ばねの他にクランプバネを設け、皿ばねによるドローバー引込付勢が解除された際にクランプバネによってドローバーを弱い力で引き込み付勢して工具が脱落しないようにした工具クランプ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−１０４９０６公報
【特許文献２】特開２００３−２３１００８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、工具をクランプして加工を行った状態では、工具ホルダー側のテーパー面と、主軸先端側のテーパー面とが密着接合した状態となる。このため、アンクランプ時に、油圧シリンダのピストンによって相当の力でドローバーを押さないと、コレットを開いて工具ホルダーをアンクランプすることができない。また、このテーパー部分の密接状態を解除するために、高速で工具ホルダーの交換を行うことができないという不都合もある。
【０００６】
本発明は、以上のような点に着目したもので、その目的は、テーパー面におけるクランプ対象の密接状態を良好に解除してアンクランプすることができるクランプ機構を提供することである。他の目的は、特にＡＴＣの主軸装置において、スピンドルのテーパー孔に密着した工具ホルダーとテーパー孔との密接状態を解除して工具ホルダーの交換を容易に行うことである。更に他の目的は、工具ホルダーをアンクランプ状態で仮保持することで工具交換動作の高速化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアンクランプ装置は、テーパー面を備えたクランプ対象物，クランプ時に前記テーパー面に接触するテーパー面が先端に形成されたスピンドル，前記スピンドル内を移動し、前記クランプ対象物を把持する把持手段を備えたドローバー，アンクランプ時に、前記クランプ対象物のテーパー面と前記スピンドルのテーパー面との接合状態を解除するノック機構，該ノック機構によって変位した前記クランプ対象物の位置を元に戻して保持する仮保持機構，を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の主軸装置は、ハウジング内に回転可能に支持された中空状のスピンドルの一方の端部側に、該一方の端部へ向けて径が拡大するテーパー面が形成されており、該テーパー面に工具ホルダーのテーパー面を密着させることで、前記スピンドルと工具ホルダーが一体に回転する主軸装置であって、前記スピンドルの中空部をその軸方向に移動可能なドローバーの先端に設けられ、前記工具ホルダーのプルスタッドを着脱可能に把持する把持手段，前記スピンドルの他方の端部側の中空部に設けられており、前記ドローバーを介してクランプ状態の工具ホルダーを先端側に押し出して、該工具ホルダーのテーパー面と前記スピンドル側のテーパー面との接合状態を解除するノック機構，該ノック機構によって押し出された工具ホルダーを、そのテーパー面が前記スピンドル側のテーパー面と接する元の位置に戻す仮保持機構，を備えたことを特徴とする。
【０００９】
主要な形態の一つによれば、前記ノック機構は、前記ドローバーの周囲に設けられた倍力カム，前記ドローバーと前記倍力カムとの間に設けられた第１及び第２のボール，前記ドローバー外側に設けられた第１の凹部と、前記第１のボールと、前記倍力カムの内側に設けられた第１のテーパー面とによって構成され、クランプ時に動作する第１の倍力機構，前記ドローバー外側に設けられた第２の凹部と、前記第２のボールと、前記倍力カムの内側に設けられた第２のテーパー面とによって構成され、アンクランプ時に動作する第２の倍力機構，を含むことを特徴とする。
【００１０】
他の形態の一つは、前記仮保持機構が、前記ドローバーの先端側の外周面に形成された第１及び第２の溝，前記スピンドル側から前記ドローバー側に付勢されており、径方向に拡大可能な弾性手段，を備えており、クランプ状態では、前記弾性手段は、前記第１の溝に嵌り込んでおり、前記第１の倍力機構の動作によって移動したドローバーを元の位置に戻して仮保持し、アンクランプ状態では、前記弾性手段は、前記第２の溝に嵌り込んで前記ドローバーを仮保持することを特徴とする。
【００１１】
本発明のマシニングセンターは、前記いずれかの主軸装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アンクランプ時に、クランプ対象物のテーパー面とスピンドル側のテーパー面との接合状態を解除するとともに、この解除によって変位したクランプ対象物の位置を元に戻して仮保持することとしたので、テーパー面におけるクランプ対象の密接状態を良好に解除してアンクランプを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１のアンクランプ状態を示す図であり、(A)は全体を示す図，(B)はノック機構の拡大図，(C)は仮保持機構の拡大図である。
【図２】前記実施例１のクランプ時の動作を示す図である。
【図３】前記実施例１のクランプ時の動作を示す図である。(A)は全体を示す図，(B)はノック機構の拡大図，(C)は仮保持機構の拡大図である。
【図４】前記実施例１のアンクランプ時の動作を示す図である。(A)は全体を示す図，(B)はノック機構の拡大図である。
【図５】前記実施例１のアンクランプ時の動作を示す図である。
【図６】本発明の実施例２を示す図であり、(A)はクランプ時，(B)はアンクランプ時の状態を示す図、(C)はボール押えを側面から見た様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。なお、説明の都合上、図の下方を「前側」ないし「下側」と表現し、図の上方を「後側」ないし「上側」と表現する。また、図面は、いずれも本発明の理解を容易にするため、誇張して表示している。
【実施例１】
【００１５】
最初に、図１を参照しながら、本実施例の主軸装置の構成を説明する。同図において、主軸装置１０は、ドローバー２０を中心に構成されており、図示しないハウジングに回転可能に支持されて、スピンドル３０内を貫通している。ドローバー２０の先端には、工具ホルダー４０のプルスタット４２を回転可能に把持するためのコレット２２が設けられている。ドローバー２０の略中心部分と、スピンドル３０との間の空間３２内には、クランプバネ５０が設けられている。ドローバー２０の先端側であって、前記コレット２２の近傍には仮保持機構１００が設けられており、ドローバー２０の後端側には、ノック機構２００が設けられている。前記スピンドル３０の先端内側には、先端に向けて径が拡大するテーパー面３１が形成されており、これに当接するテーパー面４４が前記工具ホルダー４０の外側面に形成されている。すなわち、スピンドル３０の回転は、それらテーパー面３１，４４を介して工具ホルダー４０に伝達され、工具ホルダー４０に取り付けられた工具（図示せず）が回転するようになっている。
【００１６】
仮保持機構１００は、図１(C)に示すように、ドローバー２０の側面に等間隔で形成された複数の溝１０２，１０４と、これらに嵌まり込むボール１１０と、ボール１１０をドローバー２０側に押し付ける仮保持バネ１１２を中心に構成されている。すなわち、ボール１１０及び仮保持バネ１１２は、スピンドル３０の径方向（長手方向に垂直の方向）に放射状に等間隔に形成された複数の穴３４内にそれぞれ納められており、穴３４の外側にはバネ押え１１４が設けられている。
【００１７】
アンクランプ状態では、同図に示すように、ボール１１０は溝１０４内に嵌まり込むようになっており、クランプ状態では、後述する図３に示すように、ボール１１０は溝１０２内に嵌まり込むようになっている。すなわち、アンクランプ状態とクランプ状態との間でドローバー２０が上下動すると、ボール１１０は、仮保持バネ１１２によって付勢されているために、溝１０２，１０４の形状に沿って穴３４から突出したり引っ込んだりする。なお、ボール１１０は、スピンドル３０の回転に伴ってドローバー２０の外側を回転するため、溝１０２，１０４は、ドローバー２０の外側の全周にわたって形成されている。
【００１８】
一方、ノック機構２００は、図１(B)に示す構成となっており、前記ドローバー２０の外側に、倍力カム２１０が設けられている。すなわち、ドローバー２０と、スピンドル３０に連結する装置本体（ハウジング）３６との間に、ボール２２０及び２２２を回転自在に保持したボール押え２３０と、倍力カム２１０が挟まれた構成となっている。ボール押え２３０は、装置本体３６に固定されている。ボール２２０及び２２２は、ドローバー２０の外周側に等間隔で複数組設けられている。前記ドローバー２０の外周面には凹部２０２，２０４が形成されており、前記倍力カム２１０の内周側には凹部２１２，２１４が形成されている。
【００１９】
ドローバー２０側の凹部２０２は、クランプ時にボール２２０を介して倍力機構を構成するためのものであり、凹部２０４は、クランプ時にボール２２０を退避させるとともに、アンクランプ時にボール２２２を介し倍力機構を構成するためのものである。一方、倍力カム２１０側の凹部２１２は、アンクランプ時にボール２２０を退避させるとともに、クランプ時にボール２２０を介して倍力機構を構成するためのものであり、凹部２１４は、アンクランプ時にボール２２２を介して倍力機構を構成するためのものである。
【００２０】
倍力カム２１０の先端（図の下端）は、上述したクランプバネ５０に当接しており、後端（図の上端）には、複数のプランジャピン２１６が設けられている。これらのプランジャピン２１６は、図示しない油圧手段によって押し下げ可能となっている。なお、倍力カム２１０，ボール２２０及び２２２は、ドローバー２０の外側で回転することはない。従って、凹部２０２，２０４，２１２，２１４は、いずれもドローバー２０の外側の全周に設ける必要はなく、ボール２２０，２２２の位置に対応して設ければよい。
【００２１】
次に、図１〜図３を参照しながら、クランプ時の動作を説明する。まず、プランジャピン２１６を油圧手段によって押圧した図１(A)の状態で、工具ホルダー４０をスピンドル３０の先端側に押し込む。すると、工具ホルダー４０後端のプルスタット４２がドローバー２０先端のコレット２２に当接し、図２(A)に示すようになる。そして、更に工具ホルダー４０を押し込むと、そのテーパー面４４がスピンドル３０側のテーパー面３１に当接するとともに、ドローバー２０が上昇し、コレット２２がプルスタット４２を把持する。
【００２２】
このとき、仮保持機構１００では、ボール１１０がドローバー２０の溝１０４から溝１０２に移動する。一方、ノック機構２００では、下側のボール２２０がドローバー２０の凹部２０２に嵌まり込む。なお、倍力カム２１０の凹部２１４に嵌り込んでいる上側のボール２２２は、ドローバー２０側の凹部２０４内を摺動するのみである。その結果、図２(A)の状態が同図(B)に示すようになる。
【００２３】
この状態で、油圧手段によるプランジャピン２１６の押圧を解除すると、クランプバネ５０が伸張し、倍力カム２１０が上昇する。すると、倍力カム２１０の凹部２１２下側のテーパー面２１２Ａがボール２２０を押し上げるようになる。すなわち、ボール２２０とテーパー面２１２Ａによって倍力機構が構成されるようになり、これによってドローバー２０が強固に固定され、ひいては、その先端側のコレット２２による工具ホルダー４０のプルスタット４２のクランプが強固に行なわれることとなる。図３(A)には、このクランプ状態の様子が示されている。また、ノック機構２００の部分を拡大して示すと同図(B)のようになり、仮保持機構１００の部分を拡大して示すと同図(C)のようになる。
【００２４】
次に、図３〜図５を参照しながら、アンクランプ時の動作を説明する。図３に示すクランプ状態から、油圧手段によってプランジャピン２１６を押すと、図４(A)に示すように、倍力カム２１０が下がるとともに、凹部２１２の上側のテーパー面２１２Ｂがボール２２２に当たる。図４(B)には、その状態が拡大して示されている。
【００２５】
この状態で、更に、プランジャピン２１６を押すと、前記テーパー面２１２Ｂがボール２２２をドローバー２０側に押すようになり、結果的にドローバー２０が下方へ変位する。このため、ドローバー２０の先端側では、工具ホルダー４０がわずかに押し出されるようになる。すなわち、テーパー面２１２Ｂとボール２２２による倍力機構によって、工具ホルダー４０が押し出されて、図５(A)に示すようになる。
【００２６】
ところで、工具ホルダー４０のクランプ状態で工具を取り付け、何らかの作業をワークに対して行なうと、工具ホルダー４０がスピンドル３０に押し付けられて、テーパー面３１，４４が密着接合した状態となる。本実施例によれば、図５(A)に示した倍力機構の動作で、テーパー面３１，４４の密接状態が良好に解除される。
【００２７】
次に、図５(A)の状態では、仮保持機構１００のボール１１０が溝１０２から浮き上がるようになるが、仮保持バネ１１２によって溝１０２に戻ろうとする。このため、ドローバー２０が上方に移動することとなり、図５(B)に示すようになる。これにより、工具ホルダー４０も上方に戻り、そのテーパー面４４は、スピンドル３０側のテーパー面３１と再び接触することとなる。すなわち、工具ホルダー４０は、一度スピンドル３０から離れた後、再びスピンドル３０に接触した状態となり、本来の位置となる。
【００２８】
次に、図示しない手段によって、工具ホルダー４０の下方への引き抜きが行なわれる。図５(B)に示した動作によって、工具ホルダー４０が本来の位置となっているので、引き抜きの作業を行なう際の位置決めは、従来と同じでよい。工具ホルダー４０を下方に引き抜くと、ドローバー２０が下方に移動し、図２(A)の状態から更に図１の状態となり、工具ホルダー４０の引き抜きが完了する。このとき、ノック機構２００では、ボール２２２が凹部２１４に嵌まり込むこととなる。
【００２９】
以上のように、本実施例によれば、アンクランプ時は、ノック機構２００によって工具ホルダー４０がスピンドル３０から一度離れ、その後、仮保持機構１００によって工具ホルダー４０が本来の位置に復帰する。このため、工具ホルダー４０の主軸装置１０からの引き抜きを、特段の位置決め作業を伴うことなく、良好に行なうことができ、短時間で簡便に工具ホルダー４０の交換が可能となる。
【実施例２】
【００３０】
次に、図６を参照しながら、本発明の実施例２について説明する。この例は、ノック機構の他の構成例で、上述した実施例における装置本体３６を省略した構造となっている。図６中、(A)はクランプ状態，(B)はアンクランプ状態をそれぞれ示す。これらの図において、ドローバー５００の下側には、上述した実施例と同様に、スピンドル５０２との間にクランプバネ５０４が設けられている。ドローバー５００の先端側のコレットや仮保持機構については、上述した実施例と同様である。ドローバー５００の外周側には、倍力カム５１０が設けられており、この倍力カム５１０とドローバー５００との間に、ボール５２０，５２２が設けられている。なお、ボール５２０，５２２は、ドローバー５００の外周側に等間隔で複数組設けられている。
【００３１】
前記ボール５２０，５２２は、ボール押え５２４によって回転自在に位置保持されており、ボール押え５２４は、スピンドル５０２側に固定されている。一方、倍力カム５１０は、ボール押え５２４を貫通する固定ピン５０６によって、ドローバー５００に固定支持されている。図６(C)には、ボール押え５２４を側面から見た様子が示されており、固定ピン５０６は、ボール押え５２４に形成された長穴５２６内を貫通しており、固定ピン５０６が長穴５２６内を移動できる構造となっている。
【００３２】
ドローバー５００外周面と倍力カム５１０内周面には、上述した倍力機構を構成するための凹部やテーパ面が形成されている。まず、ドローバー５００外周面の凹部５３０と、倍力カム５１０内周面のテーパー面５３２と、ボール５２０とによって、クランプ時の倍力機構が構成されている。ドローバー５００外周面の凹部５４０と、倍力カム５１０内周面のテーパー面５４２と、ボール５２２とによって、アンクランプ時の倍力機構が構成されている。本実施例によっても、簡便な構成でありながら、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
（１）前記実施例に示した形状や寸法は一例であり、同様の作用を得るように設計変更が可能である。例えば、前記実施例で示した仮保持機構１００のボール１１０と仮保持バネ１１２の代わりに、径方向に伸縮するコイルバネを用いるなどである。倍力機構，工具ホルダーのプルスタットやコレットなどについても、同様の作用を奏するような公知の構造としてよい。
（２）各部材も、公知の各種のものを適用してよい。例えば、前記実施例では、クランプバネ５０を使用したが、皿バネを用いるようにしてもよい。
（３）前記実施例は、本発明を、ＡＴＣの主軸装置に適用した場合であるが、各種のクランプ機構に適用することができる。従って、クランプする対象も、工具ホルダーに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明によれば、対象物をアンクランプする際に、一度対象物を押し出してから、その位置を戻して仮保持するため、ＡＴＣの主軸装置などの用途に好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１０：主軸装置
２０：ドローバー
２２：コレット
３０：スピンドル
３１，４４：テーパー面
３２：空間
３４：穴
３６：装置本体（ハウジング）
４０：工具ホルダー
４２：プルスタット
４４：テーパー面
５０：クランプバネ
１００：仮保持機構
１０２，１０４：溝
１１０：ボール
１１２：仮保持バネ
１１４：バネ押え
２００：ノック機構
２０２，２０４：凹部
２１０：倍力カム
２１２，２１４：凹部
２１２Ａ，２１２Ｂ：テーパー面
２１４：凹部
２１６：プランジャピン
２２０：ボール
２２２：ボール
２３０：ボール押え
５００：ドローバー
５０２：スピンドル
５０４：クランプバネ
５０６：固定ピン
５１０：倍力カム
５２０，５２２：ボール
５２４：ボール押え
５２６：長穴
５３０：凹部
５３２：テーパー面
５４０：凹部
５４２：テーパー面
【図１】
2010214568.tif 000003
【図２】
2010214568.tif 000004
【図３】
2010214568.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010214568.tif 000007
【図６】
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