(57)【要約】【課題】摩擦抵抗力を大幅に低減させてクランプ力の増大を図る、球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置を提供する。【解決手段】工具ホルダ２５に係着する係着用コレット２００Ａとこの開閉動作を行う開閉機構部２００Ｂとの間の接触面の部位に球状ころがり支持体１００を配置し、すべての摩擦をころがり摩擦とし、摩擦係数の大幅の低減を図り、大きなクランプ力を得るようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に着脱自在に装着される工具ホルダのプルスタッドに開閉自在に係着する係着用コレットと、該係着用コレットの開閉機構部とを有する工具クランプ装置であって、該工具クランプ装置は、前記係着用コレットと前記開閉機構部との間の接触面に球状ころがり支持体を介設するものからなり、前記係着用コレットは、先端側に係着部と後端側にテーパ部とを形成するレバー状本体と、該レバー本体の後端に設けられる開閉用スプリングとを有するものからなり、前記開閉機構部は、前記テーパ部に当接するテーパ面を形成するドローバと、前記主軸側に固定され前記テーパ部に当接するテーパ面及び前記係着部に当接する当接部とを有するスリーブ及び前記ドローバの移動機構部とを有するものからなり、前記球状ころがり支持体は、大球及び小球を用い内面に球状面を形成し、これに連通する開口部を形成してなるケース本体と、該ケース本体に挿入され前記ケース本体の前記球状面と対峙する部位に弧状面を形成し、前記大球の挿入可能な穴を形成してなる第１の球ガイドと、該第１の球ガイドの前記弧状面と前記ケース本体の球状面との間に形成される空間部内に装着され外面側に前記球状面に当接する外面球状部と、前記大球に当接する内面球状部とを形成すると共に、前記空間部内に前記大球に当接して移動する複数の前記小球の通路を形成してなる第２の球ガイドと、前記第１の球ガイドの前記穴に挿入された前記大球の飛び出しを防止すべく第１の球ガイドに装着される押え部材とを有するものからなることを特徴とする球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置。
【請求項２】
前記係着用コレットの前記テーパ部の内の第１のテーパ部が、前記ドローバの先端側に形成されるテーパ面に接触するものからなり、前記テーパ部の内の第２のテーパ部が、前記スリーブのテーパ面に接触するものからなることを特徴とする請求項１に記載の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置。
【請求項３】
前記球状ころがり支持体が、円周方向に沿って複数配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等の主軸に着脱自在に装着される工具ホルダに開閉自在に係着する工具クランプ装置に係り、特に、接触部がころがり接触からなり、摩擦力が小さく工具ホルダの係着固定のためのクサビ力が大きく確実なクランプが出来る球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械等の主軸には工具ホルダが着脱自在に装着され、この工具ホルダは主軸内に確実に固持されると共に主軸より容易に離脱されることが必要となり、このために工具クランプ装置が主軸内に配設されている。この工具クランプ装置としては、工具ホルダのプルスタッドに係着する係着用コレットと、この係着用コレットを開閉するための開閉機構部が主たる構成要素として採用されている。この係着用コレットと開閉機構部としては各種の先行技術があるが、その一例として「特許文献１」が開示されている。
【特許文献１】実開昭６２−１９２８３８号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
「特許文献１」の「実開昭６２−１９２８３８号」の「工具クランプ機構」は、コレット（１）とこれに係合するドローバ（１２）等とよりなる比較的標準型の工具クランプ機構であり、リング状のスリーブ（９）や補助部材（２１）等に特徴を有するものであるが、コレット（１）とスリーブ（９）のテーパ部（１０）及びコレット（１）とドローバ（１２）のテーパ部（１４）との接触が面接触であり、両者間でスベリ摩擦が生ずるものからなり、摩擦抵抗が大きく、クランプ力を低下させる問題がある。
【０００４】
一般に工具クランプ機構における工具引き上げ力Ｎと、工具クランプ機構の各諸元との間には次の関係式が成立する。
Ｎ＝Ｆｃｏｓλ／ｓｉｎ（λ＋α）
ここで、Ｆはバネの引き上げ力であり、λは摩擦角であり、摩擦係数μはμ＝ｔａｎλにより求められる。また、αはドローバのテーパ部の傾斜角である。
【０００５】
以上の式から解るように、工具引き上げ力はテーパ部の傾斜面αと摩擦係数μの大小により主として決められるため、この摩擦係数μを極力小さくすることが必要になる。従って、接触面はスベリ接触よりもころがり接触にすることが望ましく、これにより大きな工具引き上げ力Ｎを発生させることができる。
【０００６】
本発明は、以上の事情に鑑みて発明されたものであり、接触面がころがり接触になるようにし、摩擦係数を極力低減せしめて大きな工具の把持力（クサビ力）を得るようにした球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、主軸に着脱自在に装着される工具ホルダのプルスタッドに開閉自在に係着する係着用コレットと、該係着用コレットの開閉機構部とを有する工具クランプ装置であって、該工具クランプ装置は、前記係着用コレットと前記開閉機構部との間の接触面に球状ころがり支持体を介設するものからなり、前記係着用コレットは、先端側に係着部と後端側にテーパ部とを形成するレバー状本体と、該レバー本体の後端に設けられる開閉用スプリングとを有するものからなり、前記開閉機構部は、前記テーパ部に当接するテーパ面を形成するドローバと、前記主軸側に固定され前記テーパ部に当接するテーパ面及び前記係着部に当接する当接部とを有するスリーブ及び前記ドローバの移動機構部とを有するものからなり、前記球状ころがり支持体は、大球及び小球を用い内面に球状面を形成し、これに連通する開口部を形成してなるケース本体と、該ケース本体に挿入され前記ケース本体の前記球状面と対峙する部位に弧状面を形成し、前記大球の挿入可能な穴を形成してなる第１の球ガイドと、該第１の球ガイドの前記弧状面と前記ケース本体の球状面との間に形成される空間部内に装着され外面側に前記球状面に当接する外面球状部と、前記大球に当接する内面球状部とを形成すると共に、前記空間部内に前記大球に当接して移動する複数の前記小球の通路を形成してなる第２の球ガイドと、前記第１の球ガイドの前記穴に挿入された前記大球の飛び出しを防止すべく第１の球ガイドに装着される押え部材とを有するものからなることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の発明は、前記係着用コレットの前記テーパ部の内の第１のテーパ部が、前記ドローバの先端側に形成されるテーパ面に接触するものからなり、前記テーパ部の内の第２のテーパ部が、前記スリーブのテーパ面に接触するものからなることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の発明は、前記球状ころがり支持体が、円周方向に沿って複数配設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置によれば、係着用コレットの開閉機構部との接触部に球状ころがり支持体を用いてすべての接触をころがり接触とするため、係着用コレットの作動時における摩擦係数が極めて小さくなり、結果として大きな工具引き上げ力を発生させることができる。
【００１１】
また、本発明の請求項２の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置によれば、ころがり接触する部位が明確に表示され、本発明の工具引き上げ力の大となる機能を明確に示すことができる。
【００１２】
また、本発明の請求項３の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置によれば、球状ころがり支持体が複数個配設されるため、ころがり摩擦の確実化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。
図１は、球状ころがり支持体１００を設けた工具クランプ装置２００の主要構成要素を示す軸断面図である。
主軸２２は、軸受２３を介して主軸台２４に枢支される。
主軸２２は、その先端側に工具ホルダ２５の装着されるテーパ部２６が形成される。また、主軸２２にはテーパ部２６に連通する内孔が中心部に形成され、この内孔内には本発明の主要構成要素である工具クランプ装置２００が収納されている。この工具クランプ装置２００としては、大別して係着用コレット２００Ａと開閉機構部２００Ｂとからなる。
【００１４】
図１及び図２に示すように、係着用コレット２００Ａは図示の断面形状からなり、レバー状本体２７の前端側に形成される係着部２８と後端側に形成されるテーパ部２９と開閉用スプリング３０等とからなる。
【００１５】
係着部２８は、段付状の第１係着部２８ａと外面側に形成されるテーパ状の第２係着部２８ｂと第２係着部２８ｂの後方にこれに連通して山形を形成するテーパ状の第３係着部２８ｃ等とから形成されている。
【００１６】
テーパ部２９は、内面側に形成される第１テーパ部２９ａとこれに連通して山形を形成する第３テーパ部２９ｃと外面側に形成される第２テーパ部２９ｂと主軸２２側に保持されて係着用コレット２００Ａに係着される開閉用スプリング３０の連結される部２９ｄが夫々形成される。
【００１７】
開閉機構部２００Ｂのドローバ３１は長軸のロッド状のものからなり、その前端に下りテーパ状の第１ドローバテーパ部３１ａが形成され、これに続く縮径部３１ｃとこれに連設する上りテーパ状の第２ドローバテーパ部３１ｂが形成される。また、ドローバ３１の後端側には図略の移動機構部が設けられ、ドローバ３１を軸線方向に沿って往復動すべく形成される。
【００１８】
開閉機構部２００Ｂのスリーブ３２は、主軸２２の前記内孔に外周部を嵌着するリング体からなる。その内面側には、係着部２８に係合する当接部である平面部３２ａと段付部３２ｂが形成され、更にテーパ部２９に当接する上り傾斜状のスリーブテーパ部３２ｃが夫々形成される。
【００１９】
本発明の球状ころがり支持体１００は、図１及び図２等に示すようにドローバ３１の第１ドローバテーパ部３１ａとレバー状本体２７のテーパ部２９の第１テーパ部２９ａとの接触部に設けられ、本発明ではテーパ部２９側に配設されている。また、もう１つの球状ころがり支持体１００は、スリーブ３２のスリーブテーパ部３２ｃとテーパ部２９の第２テーパ部２９ｂとの接触部に設けられ、本発明ではスリーブ３２側に配設されているが、勿論これに限定するものではない。なお、図２（ｃ）に示すように、球状ころがり支持体１００は円周方向に沿って複数個配設されている。
【００２０】
次に、球状ころがり支持体１００の形状を図３乃至図９により説明する。
図３に示すように、本発明の球状ころがり支持体１００は、大別してケース本体１と第１の球ガイド２と第２の球ガイド３と押え部材４と大球５及び小球６等とからなる。
【００２１】
図３及び図４に示すように、ケース本体１は内面に球状面７を形成し、図の上方側に球状面７に連通する開口部８を有するブロック体９からなる。なお、ブロック体９は角状でも球体状でもよく、製作し易い任意の形状のものからなる。
【００２２】
図３及び図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１の球ガイド２は全体形状としては球体からなり、その相対向する左右面にはケース本体１の球状面７と対峙する弧状面１０，１０が形成され、弧状面１０，１０と直交する前後面は、（ｂ）に示すように略Ｔ字形状のものからなる。また、上方側には大球５の挿入される穴１１が底付きで形状され、穴１１に大球５が挿入された状態では、図３に示すように大球５はその上部を少し第１の球ガイドの上面からはみ出た形状のものになるように深さが形成される。なお、このはみ出し量は、移動物体１７と固定体１８（図９に示す）との間の隙間に対応するものである。
【００２３】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）は第２の球ガイド３を示し、図の実線がそのものを示し、他の一点鎖線はその形状を解り易く示すための投影画法の一部を示すものである。全体形状としては、球体の一部を切り取った駒状の形状からなり、その外面側にはケース本体１の球状面７に当接する外面球状部１２が形成され、内面には大球５の外面に当接する内面球状部１３が形成される。
【００２４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、押え部材４はリング状の部材からなり、第２の球ガイド３の孔１１に嵌入可能の外径を形成すると共に、下方側には大球５に当接する弧状面１４が形成される。
【００２５】
図３及び図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、以上の構成要素（ケース本体１，第１の球ガイド２，第２の球ガイド３，押え部材４，大球５及び小球６）を組み合わせた球状ころがり支持体１００の全体形状を示すものであり、図３及び図８（ａ）は同一の図面であるが、図８（ａ）は球状ころがり支持体１００の動作を示すものである。また、図８（ｂ），（ｃ）は、図８（ａ）の側面形状とその状態での小球６の動作を示すものであり、図８（ｃ）は図８（ａ）の上面図であり、小球６の移動形態を示すものである。
【００２６】
図３，図８等に示すように、ケース本体１には第１の球ガイド２及び第２の球ガイド３が挿入されると共に、大球５及び複数個の小球６が挿入される。
この状態で、ケース本体１の球状面７と第１の球ガイド２の弧状面１０との間には空間部１５が形成され、この空間部１５内に挿入されている小球６は、空間部１５内において第２の球ガイド３によって形成されている通路１６（図８（ｂ），（ｃ））内に収納され、大球５やケース本体１の球状面７や第１の球ガイド２の弧状面１０や第２の球ガイド３の内側面に当接した状態で通路１６内を循環するように形成される。
以上の構造により、大球５が回転するとこれに接触している小球６が回転し、かつ小球６は通路１６内を循環するため大球５は自転するのみとなり、大球５と接触する部材（例えば、移動物体１７内のすべり面１９）との間の摩擦力が大幅に低減することになる。
【実施例１】
【００２７】
図９の（ａ），（ｂ）は、本発明の球状ころがり支持体１００を用いた場合の移動物体１７の移動状態を示すものである。本実施例では、球状ころがり支持体１００は固定体１８側に装着されるものからなり、球状ころがり支持体１００の大球５が移動物体１７のすべり面１９に接触した状態で移動物体１７が移動する場合が示されている。なお、図示していないが、球状ころがり支持体１００を移動物体１７側に装着、固定体１８側の支持面２０（図９に示す）に大球５が接触して移動物体１７が移動する形態のものでもよく、両者の作用は同一である。
【００２８】
図９に示すように、移動物体１７は一定の位置で自転する大球５に接触した状態で円滑に移動することにより、移動物体１７のすべり面１９と大球５との間の摩擦力が小さいため、極めて小さな力で移動物体１７が移動することができる。
【００２９】
本発明における球状ころがり支持体１００は以上のような構造からなるが、本発明は以上の内容に限定されるものでなく、同一の技術的範疇のものが適用されることは勿論である。
【００３０】
次に、主として図１，図２により本発明の工具クランプ装置によるクランプ動作を説明する。
図１に示すように、工具ホルダ２５は主軸２２内に挿入される。工具ホルダ２５はその挿入端に段付状のプルスタッド２５ａが突出形成され、段部２５ｂが形成されている。
図２（ａ）の中心線より上方の図は、係着用コレット２００Ａの係着部２８がプルスタッド２５ａの段部２５ｂに係着し、工具ホルダ２５を主軸２２内に堅く引き込んだ状態を示す。即ち、ドローバ３１が後退し、その第１ドローバテーパ部３１ａがレバー状本体２７のテーパ部２９の第１テーパ部２９ａに当接し、レバー状本体２７を反時計方向に回動し係着部２８の第１係着部２８ａをプルスタッド２５ａの段部２５ｂに圧接した状態を示す。この状態で、テーパ部２９の第２テーパ部２９ｂは、スリーブ３２のスリーブテーパ部３２ｃに圧接している。また、この状態で、開閉用スプリング３０はプルスタッド２５ａを引き込む方向に付勢している。
【００３１】
図２（ｂ）の中心線より上方の図は、ドローバ３１が図２（ａ）の上方の図の位置から前進し、係着部２８を段部２８ｂから少し開放した状態を示し、図２（ａ）及び図２（ｂ）の中心線より下方の図は、ドローバ３１が更に前進し、係着部２８がプルスタッド２５ａから完全に離れて工具ホルダ２５を解放した状態を示す。
【００３２】
以上のレバー状本体２７の移動において、係着部２８の第１乃至第３係着部２８ａ，２８ｂ，２８ｃやテーパ部２９の第１乃至第３のテーパ部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ及びドローバ３１の第１ドローバテーパ部３１ａ，第２ドローバテーパ部３１ｂ及び縮径部３１ｃとの関係や、スリーブ３２の平面部３２ａ，段付部３２ｂ及びスリーブテーパ部３２等との関係は図示されているためと説明が繁雑のため、ここでの説明は省略する。
【００３３】
以上の係着用コレット２００Ａと関係機構部２００Ｂとの関係において、球状ころがり支持体１００が接触面において作用している。即ち、図２（ａ）においては、第１テーパ部２９ａと第１ドローバテーパ部３１ａとの接触面において作用すると共に、テーパ部２９の第２テーパ部２９ｂとスリーブ３２のスリーブテーパ部３２ｃとの接触面において作用している。この状態が一番摩擦力が生ずる状態となるが、球状ころがり支持体１００の介在により、この接触面での摩擦力は面接触の場合に較べて極めて小さいものとなる。従って、前記の数式に示したように、極めて大きな工具引き上げ力を得ることができる。
また、図２（ａ）及び図２（ｂ）の下方の図に示すように、レバー状本体２７の解放時においても球状ころがり支持体１００が作用しているため、解放時において解放力が小さくて済む効果が上げられる。
【００３４】
以上のように、球状ころがり支持体１００を接触面に配置することにより、小さな力で大きな工具引き上げ力を得ることができ、工具ホルダ２５の着脱を円滑に、かつ確実に行うことができる。
【００３５】
本発明は以上の説明のものからなるが、その内容は以上の説明に限定するものではなく、同一技術的範疇のものが適用されることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、工作機械等における工具ホルダのクランプに適用されるものであるが、その利用範囲としては、係着用コレットを使用する部位においてすべて利用できるものであり、その利用範囲は極めて広い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の球状ころがり支持体を有する工具クランプ装置の主要構成要素を示す軸断面図。
【図２】本発明の工具クランプ装置の作用を説明するための説明図であり、（ａ）はクランプ時の状態を主に示し、（ｂ）はクランプ解放の状態を示す部分軸断面図であり、（ｃ）は球状ころがり支持体の配設状態を示す正面図。
【図３】本発明の球状ころがり支持体の全体構造を示す断面図。
【図４】本発明のケース本体の断面図。
【図５】本発明の第１の球ガイドの構造を示すものであり、（ｂ）は正面図、（ａ）は（ｂ）の上面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図。
【図６】本発明の第２の球ガイドの構造を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の上面図。
【図７】本発明の押え部材の構造を示すものであり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）の正面図。
【図８】本発明の球状ころがり支持体の動作を示すものであり、図６（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図、（ｃ）は（ａ）の上面図。
【図９】本発明の球状ころがり支持体を平板状の移動物体に適用した場合の移動物体の移動動作を示す作動図であり、（ａ）は移動前の状態を示し、（ｂ）は移動後の状態を示すものである。
【符号の説明】
【００３８】
１        ケース本体
２        第１の球ガイド
３        第２の球ガイド
４        押え部材
５        大球
６        小球
７        球状面
８        開口部
９        ブロック体
１０      弧状面
１１      穴
１２      外面球状部
１３      内面球状部
１４      弧状面
１５      空間部
１６      通路
１７      移動物体
１８      固定体
１９      すべり面
２０      支持面
２１      球体
２２      主軸
２３      軸受
２４      主軸台
２５      工具ホルダ
２５ａ    プルスタッド
２５ｂ    段部
２６      テーパ部
２７      レバー状本体
２８      係着部
２８ａ    第１係着部
２８ｂ    第２係着部
２８ｃ    第３係着部
２９      テーパ部
２９ａ    第１テーパ部
２９ｂ    第２テーパ部
２９ｃ    第３テーパ部
２９ｄ    スプリングの連結される部
３０      開閉用スプリング
３１      ドローバ
３１ａ    第１ドローバテーパ部
３１ｂ    第２ドローバテーパ部
３１ｃ    縮径部
３２      スリーブ
３２ａ    平面部
３２ｂ    段付部
３２ｃ    スリーブテーパ部
１００    球状ころがり支持体
２００    工具クランプ装置
２００Ａ  係着用コレット
２００Ｂ  開閉機構部
【図１】
2010137337.tif 000003
【図２】
2010137337.tif 000004
【図３】
2010137337.tif 000005
【図４】
2010137337.tif 000006
【図５】
2010137337.tif 000007
【図６】
2010137337.tif 000008
【図７】
2010137337.tif 000009
【図８】
2010137337.tif 000010
【図９】
2010137337.tif 000011