(57)【要約】【課題】クランプ状態からアンクランプ状態に状態を遷移させる際、短時間で移行でき、且つ衝撃音の発生もない主軸装置を提供する。【解決手段】主軸装置１は、固定部１０と、回転体２０と、ドローバー６０と、クランプユニット７０と、ハウジング１０に対し、相対回転不能、且つ軸線方向に相対移動可能となるようハウジング１０に支持されるベアリングケース８０と、軸線方向と直交する径方向において、ベアリングケース８０とドローバー６０との間に設けられ、ドローバー６０をベアリングケース８０に対して相対回転可能とし、且つベアリングケース８０と軸線方向に一体移動可能とするよう支持する軸受９０と、ベアリングケース８０に軸線方向への力を付与する駆動機構１１０と、を備える。【選択図】図１
2019018306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
前記固定部内に配置され、前記固定部に対して軸線周りに相対回転可能な軸状の回転体と、
前記回転体内に、前記回転体と一体回転可能、且つ前記回転体に対して軸線方向へ相対移動可能に配置されるドローバーと、
前記ドローバーの前記軸線方向の前端に設けられ、前記ドローバーの前記軸線方向の前後動作に伴って、工具ホルダをクランプするクランプ状態と前記工具ホルダをアンクランプするアンクランプ状態とを切替可能なクランプユニットと、
前記固定部に対し、相対回転不能、且つ前記軸線方向に相対移動可能となるよう前記固定部に支持されるベアリングケースと、
前記軸線方向と直交する径方向において、前記ベアリングケースと前記ドローバーとの間に設けられ、前記ドローバーを前記ベアリングケースに対して相対回転可能とし、且つ前記ベアリングケースと前記軸線方向に一体移動可能とするよう支持する軸受と、
前記ベアリングケースに前記軸線方向への力を付与する駆動機構と、
を備える主軸装置。
【請求項２】
前記駆動機構は、ボールねじナットが前記ベアリングケースに連結されるボールねじ機構と、前記ボールねじ機構に回転力を付与するモータと、を備え、
前記モータの回転位相に基づき前記ドローバーの位置を算出する制御装置を備える、請求項１に記載の主軸装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記工具ホルダが備える工具が加工する工作物の加工条件に応じて、前記駆動機構の前記モータの駆動力を制御し、前記ベアリングケースに加える力を変化させる、請求項２に記載の主軸装置。
【請求項４】
前記軸線方向において前記固定部と前記ベアリングケースとの間に配置され、前記工具ホルダをクランプする前記クランプ状態とするよう前記ドローバーを前記軸線方向に向って付勢する弾性部材を備える、請求項１−３の何れか１項に記載の主軸装置。
【請求項５】
前記弾性部材は、コイルばねである、請求項４に記載の主軸装置。
【請求項６】
前記クランプ状態とするよう前記ドローバーを前記軸線方向に向って付勢する軸方向力は、前記弾性部材のみによって付与する、請求項４又は５に記載の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械（マシニングセンタ等）の主軸装置において、工具（ホルダ）をクランプ又はアンクランプする構造には、特許文献１に示すようなものがある。特許文献１に記載の技術では、主軸装置（主軸頭１）に設けられた主軸２の内部にロッド３（ドローバー）が挿入され、ロッド３の先端部である左端部（特許文献１、図１参照）にコレット４が係合される。コレット４の先端部には、工具８のプルスタッド９が係止される。また、ロッド３の中央部の外周には多数の皿ばね５が圧縮状態で設けられ、ロッド３を軸線方向に付勢する。これにより、多数の皿ばね５がロッド３をばね力によって後端側に移動させ押圧する。このため、コレット４の先端部に係止された工具８のプルスタッド９が主軸２の後端側方向に引き込まれてクランプ状態となり、工具８が主軸テーパ２ａ内に強固にクランプ（保持）される。
【０００３】
また、主軸頭１の後端側である右端部（特許文献１、図１参照）には、シリンダ１０が配設される。シリンダ１０が備えるピストン１１の端面は、ロッド３の後端面に対向するとともにロッド３の後端面との間に所定の隙間を有して配置される。なお、この隙間は、回転部である主軸２と非回転部であるピストン１１との間において主軸２を良好に回転させるとともに、工具ホルダ８を確実にクランプ状態とするために必要な隙間である。後者については、このような隙間を設けることにより、ロッド３の可動範囲（ストローク）を所定量以上確保し、これによって工具ホルダ８を十分引き込み、確実にクランプ状態とすることができる。このようなクランプ状態において、シリンダ１０内の空間に作動油が供給されると、ピストン１１が前進する。そして、ピストン１１は上記隙間を空走したのちロッド３の後端面に当接し、ロッド３に軸方向力を付与して前方側に押し出す。この結果、コレット４の爪が開放され、工具８をアンクランプ状態とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−５０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記において、工具８をクランプ状態からアンクランプ状態とするためにピストン１１が上記隙間を移動する空走時間（空走距離）は、ピストン１１が工具８をアンクランプ状態とするために移動するべき全移動時間（全移動距離）に対して大きな割合を占める。このため、ピストン１１がクランプ状態を始点として移動を開始し、アンクランプ状態とするまでの時間が長くなり、工具交換時間短縮の妨げとなる。また、ピストン１１が上記隙間を空走しロッド３の後端部と衝突する際には、衝突による衝撃音が生じるという課題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、クランプ状態からアンクランプ状態に状態を遷移させる際、短時間で移行でき、且つ衝撃音の発生もない主軸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】
本発明に係る主軸装置は、固定部と、前記固定部内に配置され、前記固定部に対して軸線周りに相対回転可能な軸状の回転体と、前記回転体内に、前記回転体と一体回転可能、且つ前記回転体に対して軸線方向へ相対移動可能に配置されるドローバーと、前記ドローバーの前記軸線方向の前端に設けられ、前記ドローバーの前記軸線方向の前後動作に伴って、工具ホルダをクランプするクランプ状態と前記工具ホルダをアンクランプするアンクランプ状態とを切替可能なクランプユニットと、前記固定部に対し、相対回転不能、且つ前記軸線方向に相対移動可能となるよう前記固定部に支持されるベアリングケースと、前記軸線方向と直交する径方向において、前記ベアリングケースと前記ドローバーとの間に設けられ、前記ドローバーを前記ベアリングケースに対して相対回転可能とし、且つ前記ベアリングケースと前記軸線方向に一体移動可能とするよう支持する軸受と、前記ベアリングケースに前記軸線方向への力を付与する駆動機構と、を備える。
【０００８】
上記の構成を有する主軸装置は、工具ホルダの状態をクランプ状態からアンクランプ状態に切替える際、駆動機構を作動させ、ベアリングケースに軸線方向への力を付与する。これにより、ベアリングケースを介して軸線方向への力が軸受に付与される。軸受は、ベアリングケースに対してドローバーを相対回転可能に支持するとともに、ベアリングケースと軸線方向に一体移動可能である。従って、ベアリングケースの前進に伴って軸受が前進し、軸受の前進に伴ってドローバーが前進してクランプユニットを作動させ、工具ホルダをクランプ状態からアンクランプ状態に切替える。このように、上記ベアリングケース及び軸受が駆動機構で発生した軸線方向の力を伝達するとともに、回転するドローバーと非回転部（固定部）である駆動機構との間において、ドローバーの回転支持を行なうので、従来技術のように軸線方向における隙間を設けずとも主軸装置を成立させることが出来る。これにより、駆動機構の空走時間がなくなるので、駆動機構が作動しドローバーを移動させ工具ホルダをクランプ状態からアンクランプ状態とするときの時間を短くでき工具交換時間が短縮できる。また、隙間がないので、駆動機構の部材とドローバーとが衝突し衝撃音が生じることもない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】工作機械の主軸装置のクランプ状態を示す断面図である。
【図２】工作機械の主軸装置のアンクランプ状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１．主軸装置の構成）
本発明に係る本実施形態の工作機械の主軸装置について、図１を参照し説明する。本実施形態の主軸装置１は、主として、ハウジング１０（固定部に相当）、主軸２０（回転体に相当）、軸受３０，４０、主軸モータ５０、ドローバー６０、クランプユニット７０、ベアリングケース８０，軸受９０、コイルばね１００、駆動機構１１０及び制御装置１２０等を備える。なお、以降の説明においては、図１の左側を前方とし、右側を後方として説明する場合がある。
【００１１】
ハウジング１０（固定部）は、前側ハウジング１１，中央ハウジング１２，後側ハウジング１３，及びハウジングキャップ１４を備える。各ハウジング１１〜１３及びハウジングキャップ１４は略円筒状に形成される。そして、各ハウジング１１〜１３及びハウジングキャップ１４が、所定の手段によって一体に連結固定されることで、ハウジング１０が略円筒状に形成される。このとき、連結固定するための所定の手段としては、例えばボルト等による締結が挙げられる。しかし、この態様に限らずどのような手段で固定してもよく限定はしない。
【００１２】
図１に示すように、前側ハウジング１１は、同軸で形成される第一円筒部１１ａ（図１において左側）及び第二円筒部１１ｂ（図１において右側）を備える。第一円筒部１１ａの外径、及び内径は、それぞれ第二円筒部１１ｂの外径、及び内径よりも小さく形成される。
【００１３】
第一円筒部１１ａの内周面は、軸受３０（後に詳述する）の外輪の外周面を支持する大径内周面１１ａ１（図１左側）と、小径内周面１１ａ２（図１右側）と、を備える。大径内周面１１ａ１と小径内周面１１ａ２とは、ハウジング１０の軸線と直交する平面上に形成される接続面１１ａ３によって接続される。接続面１１ａ３は、前述した軸受３０の外輪の右端面に当接し右端面を支持する。なお、軸受３０の内輪は、図１に示すように後に詳述する主軸２０（回転体に相当する）の前方側の外周面に支持される。
【００１４】
第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１には、主軸モータ５０を構成するステータ５２の外周面が固定される。なお、主軸モータ５０については、後に説明する。そして、第一円筒部１１ａの小径内周面１１ａ２と第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１とは、ハウジング１０の軸線と直交する平面上に形成される接続面１１ｂ２によって接続される。
【００１５】
中央ハウジング１２は、図１に示すように、円筒状に形成され、後方側端面における内周側の所定位置から後方に向って突設される円筒状の突部１２ａを備える。中央ハウジング１２の内周面（突部１２ａの内周面を含む）は、後述する軸受４０の外輪の外周面を支持する大径内周面１２ｂ（図１左側）と、小径内周面１２ｃ（図１右側）と、を備える。大径内周面１２ｂと小径内周面１２ｃとは、ハウジング１０の軸線と直交する平面上に形成される接続面１２ｄによって接続される。
【００１６】
また、中央ハウジング１２の前方側の端面は、ハウジング１０の軸線を中心とした径方向外方側に位置する外周側端面１２ｅと、径方向内方側に位置する内周側端面１２ｆと、を備える。そして、図１に示すように、外周側端面１２ｅは、軸線方向において内周側端面１２ｆより後方側に後退して形成される。外周側端面１２ｅと内周側端面１２ｆとは、ハウジング１０の軸線を中心とする接続周面１２ｇによって接続される。この接続周面１２ｇには、前側ハウジング１１が備える第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１が係合する。また、突部１２ａの外周面１２ａ１には、後述する後側ハウジング１３の内周面１３ａ１が係合する。
【００１７】
後側ハウジング１３は、図１に示すように、鍔部１３ａと、有底筒部１３ｂと、円筒状の突部１３ｃと、を備える。鍔部１３ａは、有底筒部１３ｂの前側端部において、ハウジング１０の軸線ＣＬを中心とする径方向外方に延在し形成される。有底筒部１３ｂは、筒部１３ｂ１と、底部１３ｂ２とを備える。突部１３ｃは、底部１３ｂ２の後方側端面において、有底筒部１３ｂの軸線を中心とした径方向内方側の所定位置から有底筒部１３ｂと同軸になるよう突設される。突部１３ｃの円筒内空間は、底部１３ｂ２を貫通し筒部１３ｂ１の円筒内部に連通され、円筒内周面１３ｅを備える貫通孔が形成される。
【００１８】
貫通孔の円筒内周面１３ｅは、小径内周面１３ｅ１（図１において左側）と、後述する軸受１１４の外輪の外周面を支持する大径内周面１３ｅ２（図１において右側）とを備える。なお、軸受１１４は駆動機構１１０を構成する部材である。駆動機構１１０は、主軸装置１の後端部に配置される機構である。いずれも、後に詳細に説明する。
【００１９】
小径内周面１３ｅ１と大径内周面１３ｅ２とは、ハウジング１０の軸線と直交する平面上に形成される接続面１３ｆによって接続される。そして、前述したように、軸線方向における鍔部１３ａ側の有底筒部１３ｂの内周面１３ａ１は、中央ハウジング１２の突部１２ａの外周面１２ａ１と係合する。
【００２０】
ハウジングキャップ１４は、前側ハウジング１１の軸線方向前側端（図１の左端）に取り付けられる。ハウジングキャップ１４は、後方に向って延在する突部１４ａを備える。突部１４ａの外周面に前側ハウジング１１の第一円筒部１１ａの大径内周面１１ａ１が係合する。
【００２１】
主軸２０（回転体に相当する）は、図１に示すように、ハウジング１０（固定部）内に配置される。主軸２０は、略円筒状（軸状に相当）に形成され、ハウジング１０に対して軸線周りに相対回転可能となるよう配置される。主軸２０は、図１において左から順に第一筒部２０ａ，第二筒部２０ｂ及び第三筒部２０ｃを備える。第一筒部２０ａ〜第三筒部２０ｃの並びは、外径の大きな順の並びでもある。ただし、この態様に限らず、上記並びにおいて第二筒部２０ｂが一番大きくても良い。
【００２２】
図１に示すように、主軸２０は内部に貫通孔を備える。そして、貫通孔には、工具ホルダ８，クランプユニット７０及びドローバー６０がこの記載順で左から順に配置される。なお、図１では、クランプユニット７０が工具ホルダ８をクランプ（保持）しているクランプ状態を示している。
【００２３】
主軸２０の第一筒部２０ａは、主に、工具ホルダ８を保持する主軸テーパ孔８ａを内部に備える。第二筒部２０ｂは、主に、クランプユニット７０及びドローバー６０を収容する貫通孔を備える。第三筒部２０ｃは、ドローバー６０を収容する貫通孔を備える。
【００２４】
第一筒部２０ａの外周面は、ハウジングキャップ１４の内周面と係合する。第二筒部２０ｂの前端部外周側には、軸受３０が取り付けられ、第二筒部２０ｂの外周面が軸受３０の内輪の内周面を支持する。これにより、主軸２０の前端部は、軸受３０を介してハウジング１０（前側ハウジング１１の第一円筒部１１ａの大径内周面１１ａ１）に回転自在に支持される。軸受３０は、図１に示すように、公知の並列組合わせ型のアンギュラ玉軸受である。ただし、並列組合わせ型のアンギュラ玉軸受はあくまで一例として例示したものであり、軸受３０は、使用条件に応じて、他の形式の軸受としてもよい。
【００２５】
軸受３０の内輪の左端面には、主軸２０の第一筒部２０ａと第二筒部２０ｂとの間の段差によって形成された接続面２０ｄが当接する。また、ハウジングキャップ１４の突部１４ａの後方側端面１４ａ１が軸受３０の外輪の左端面に当接するとともに、前側ハウジング１１の第一円筒部１１ａの接続面１１ａ３が軸受３０の外輪の右端面に当接し、左右両側から軸受３０の外輪を挟みこんでいる。
【００２６】
また、主軸２０の軸線方向中央部における第二筒部２０ｂの外周面上には、後に詳述する主軸モータ５０を構成するロータ５１の内周面が固定される。なお、主軸２０への軸受３０及びロータ５１の組み付けの都合上、図１に示すように、第二筒部２０ｂにおいて、ロータ５１が固定される部分の外径は、軸受３０が支持される部分の外径よりも若干小さい方が好ましい。しかしながら、この態様に限らず、軸受３０が支持される部分の外径は、ロータ５１が固定される部分の外径と同じであってもよい。
【００２７】
主軸モータ５０は、前述したロータ５１、及びステータ５２を備える。ステータ５２は、ロータ５１の外周面側（軸線を中心とした径方向外方側）に配置される。詳細には、ステータ５２は、内周面がロータ５１の外周面と所定の隙間を有するよう、前側ハウジング１１が有する第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１に固定される。主軸２０は、主軸モータ５０の作動によりロータ５１と一体的に回転駆動される。
【００２８】
第三筒部２０ｃの外周面側には、軸受４０が取り付けられ、第三筒部２０ｃの外周面が軸受４０の内輪の内周面を支持する。これにより、主軸２０の後端部は、軸受４０を介してハウジング１０（中央ハウジング１２の大径内周面１２ｂ）に回転自在に支持される。軸受４０は、図１に示すように、一個の公知の円筒ころ軸受で構成される。このように、主軸２０はロータ５１を挟んで両端で軸受３０，４０に支持されるので、安定して回転作動できる。ただし、円筒ころ軸受は、あくまで一例として例示したものであり、軸受４０は、使用条件に応じて、他の形式の軸受としてもよい。
【００２９】
ドローバー６０は、軸状部材であり、上述したように主軸２０（回転体）の貫通孔内に挿通され、主軸２０と一体回転可能、且つ主軸２０に対して軸線方向へ相対移動可能に配置される。ドローバー６０は、前端部（左端部）にクランプユニット７０を構成するコレット７１が係合される。
【００３０】
なお、クランプユニット７０は、ドローバー６０の軸線方向の前端に設けられ、ドローバー６０の軸線方向の前後動作に伴って、工具ホルダ８が備えるプルスタッド９を把持し工具ホルダ８をクランプするクランプ状態と、工具ホルダ８が備えるプルスタッド９を開放し工具ホルダ８をアンクランプするアンクランプ状態とを切替可能な装置である。クランプユニット７０は、前述したコレット７１等を備えて構成される。クランプユニット７０は、公知の技術であるので、詳細な説明については、省略する。
【００３１】
ドローバー６０の後端部（右端部）には、軸受支持部材６１がドローバー６０と一体的に形成される。このとき、軸受支持部材６１とドローバー６０とは、一体で形成されてもよいし、別体で形成されたのち一体化してもよい。軸受支持部材６１は、主軸２０の後端（右端）よりも後方側に設けられる。軸受支持部材６１は、図１の左から順に鍔部６２，軸受支持部６３，及びおねじ部６４を備える。軸受支持部６３には軸受９０が右方向から挿通され、軸受支持部６３の外周面で軸受９０の内輪の内周面を支持する。鍔部６２は、軸受９０の内輪の左端面と当接する。軸受９０の内輪の右端面は、右端からおねじ部６４に螺合されたナット６５の側面と当接され鍔部６２とナット６５との間で内輪を挟み込み、軸受９０をドローバー６０に対して軸線方向に相対移動不能に固定する。これにより、軸受９０とドローバー６０とは軸線方向に一体移動可能である。
【００３２】
なお、軸受９０は、図１に示すように、公知である背面組合わせ型のアンギュラ玉軸受である。ただし、背面組合わせ型のアンギュラ玉軸受は、あくまで一例として例示したものであり、軸受９０は、使用条件に応じて、他の形式の軸受としてもよい。軸受９０は、軸線方向を中心とする径方向において、図１に示すベアリングケース８０（後に詳述する）と軸受支持部材６１（ドローバー６０）との間に設けられる。
【００３３】
前述したベアリングケース８０は、略円筒状に形成され、軸線ＣＬを中心とする径方向において軸受９０の外輪の外周面と、後側ハウジング１３の内周面との間に配置される。このとき、ベアリングケース８０の外周面は、有底筒部１３ｂ（後側ハウジング１３）の内周面に対し、軸線周りに相対回転不能で、且つ軸線方向に相対移動可能となるよう有底筒部１３ｂの内周面に当接する。このため、ベアリングケース８０及び後側ハウジング１３は、キー及びキー溝、又はスプライン等の構成を備える（図略）。
【００３４】
また、ベアリングケース８０は、内周面に、大径内周面８０ａ（図１左側）及び小径内周面８０ｂ（図１右側）を備える。大径内周面８０ａと小径内周面８０ｂとは、ハウジング１０の軸線と直交する平面上に形成される接続面８０ｃによって接続される。
【００３５】
このように形成されたベアリングケース８０は、大径内周面８０ａによって軸受９０の外輪の外周面を支持する。また、ベアリングケース８０は、接続面８０ｃを外輪の右端面に当接させ外輪を軸線方向前方に向って支持する。このような構成により軸受９０は、ドローバー６０をベアリングケース８０に対して相対回転可能とし、且つ軸線方向前方に向ってベアリングケース８０（及びドローバー６０）と一体移動可能である。
【００３６】
コイルばね１００（弾性部材に相当）は、軸線方向において、中央ハウジング１２（固定部に相当）が有する円筒状の突部１２ａの後方端面と、ベアリングケース８０の前端面との間に押圧部材１０１を介して所定の圧縮荷重を有した状態で複数配設される。詳細には、突部１２ａの後方端面と、ベアリングケース８０の前端面との間において、押圧部材１０１は、ベアリングケース８０側に配置され、コイルばね１００は、突部１２ａ側に配置される。
【００３７】
押圧部材１０１は、ベアリングケース８０の前端面に、例えばボルト等の連結手段によって連結され固定される。押圧部材１０１は、複数のコイルばね１００によって、軸線方向後方に向って付勢された状態において、後方に向って突設された突部が軸受９０の外輪の左端面を押圧可能な板状部材である。
【００３８】
複数のコイルばね１００は、ハウジング１０の軸線周りにおいて、同一円周上で、且つ周方向に等角度間隔で配置されることが好ましい。また、図１に示すクランプ状態において、複数のコイルばね１００の所定の圧縮荷重は、複数のコイルばね１００の付勢力のみによってドローバー６０を軸線方向後方に向って付勢し、クランプユニット７０によって工具ホルダ８をクランプしてクランプ状態とすることが可能な大きさであることが好ましい。このような構成により複数のコイルばね１００は、ベアリングケース８０，軸受９０及びドローバー６０を軸線方向後方に向って一体移動可能とする。
【００３９】
駆動機構１１０は、ベアリングケース８０に軸線方向（前後）への力を付与する機構である。前述したように駆動機構１１０は、主軸装置１の後端部に配置される。駆動機構１１０は、サーボモータ１１１（モータに相当）と、減速装置１１２と、減速装置１１２の出力軸を支持する軸受１１４と、ボールねじ機構１１５と、を備える。
【００４０】
サーボモータ１１１は、ボールねじ機構１１５に回転力を付与する。サーボモータ１１１は、出力軸１１１ａがハウジング１０の軸線と平行になるよう取付ハウジング１１９を介してハウジング１０の後側ハウジング１３に固定される。取付ハウジング１１９は前述した後側ハウジング１３の突部１３ｃの外周面に係合して固定される。
【００４１】
出力軸１１１ａの先端には、小径歯車１１１ａ１が出力軸１１１ａと一体回転可能に設けられる。サーボモータ１１１は、制御装置１２０と接続され、制御装置１２０から送信される指令値に基づき、所定の回転位相及び回転速度で出力軸１１１ａを回転駆動する。また、サーボモータ１１１はエンコーダ１１１ｂを有している。エンコーダ１１１ｂで検出したサーボモータ１１１の回転位相の信号は、制御装置１２０に送信される。そして、制御装置１２０は、エンコーダ１１１ｂから送信されたサーボモータ１１１（モータ）の回転位相に基づきドローバー６０の軸線方向位置を算出する（詳細については後に説明する）。
【００４２】
減速装置１１２は、取付ハウジング１１９内に設けられ大径歯車１１２ａ１を備える。大径歯車１１２ａ１は、サーボモータ１１１の小径歯車１１１ａ１と噛合し、ハウジング１０の軸線ＣＬと同軸に配置される出力軸１１２ａと一体回転するよう出力軸１１２ａに固定される。出力軸１１２ａは、後側ハウジング１３の貫通孔に配置された前述の軸受１１４に回転可能に支持される。
【００４３】
ボールねじ機構１１５は、ボールねじ１１６と、ボールねじナット１１７と、複数の転動ボール（図略）とを備える。ボールねじ１１６は、外周面に螺旋状の外周転動溝（図略）が形成される。ボールねじナット１１７は、筒状に形成される円筒部１１７ａと、円筒部１１７ａの後方に配置され円筒部１１７ａより外径が大きな円板状のフランジ部１１７ｂとを備える。ボールねじナット１１７は、内周面に螺旋状の内周転動溝（図略）が形成される。ボールねじナット１１７は、ボールねじ１１６の外周側にボールねじ１１６と同軸となるよう配置される。
【００４４】
ボールねじナット１１７の内周転動溝とボールねじ１１６の外周転動溝との間には、転動ボール（図略）が配置される。このとき、転動ボールは、ボールねじナット１１７に設けられた図略のデフレクタを介して無限循環される。デフレクタによる転動ボールの無限循環については、公知の技術であるので、詳細な説明については省略する。
【００４５】
ボールねじ１１６は、減速装置１１２の出力軸１１２ａと一体回転可能に連結される。また、ボールねじナット１１７は、ベアリングケース８０の内周側空間内に配置される。そして、ボールねじナット１１７とベアリングケース８０とは、図１に示すようにボールねじナット１１７のフランジ部１１７ｂを介して、一体的に固定される。
【００４６】
このような構成により、ボールねじ１１６が軸線周りに回転作動されると、ボールねじナット１１７がボールねじ１１６に対して軸線方向に相対移動する。このとき、ボールねじナット１１７とベアリングケース８０とは、ボールねじナット１１７のフランジ部１１７ｂを介して一体的に連結されているので、ベアリングケース８０もハウジング１０に対して軸線方向に相対移動する。
【００４７】
（２．作用）
（２−１.クランプ状態→アンクランプ状態への作動について）
次に作用について説明する。まず、初期のクランプユニット７０の状態を、図１に示すクランプ状態であるものとして説明する。クランプ状態からアンクランプ状態とするため、制御装置１２０がサーボモータ１１１に指令値を送信し、サーボモータ１１１を所定回転位相α°（図略）だけ回転駆動させる。
【００４８】
このとき、所定回転位相α°とは、ドローバー６０を前進させ、クランプ状態であったクランプユニット７０を図２に示すアンクランプ状態とするのに必要なドローバー６０の所定の前進量に対応する回転位相であり、予め制御装置１２０内の記憶部（図略）に記憶されている。また、制御装置１２０がサーボモータ１１１に送信した指令値とは別に、サーボモータ１１１に設けられたエンコーダ１１１ｂが、常にサーボモータ１１１の出力軸１１１ａの回転位相を検出し、制御装置１２０に検出信号を送信する。これにより、制御装置１２０は、送信した指令値とエンコーダ１１１ｂによって検出された検出値との差に基づきフィードバック制御を行ない、常に精度の良い回転位相でサーボモータ１１１の回転制御を行なうことができる。
【００４９】
サーボモータ１１１の作動により、サーボモータ１１１の回転駆動力が、サーボモータ１１１の出力軸１１１ａ→小径歯車１１１ａ１→大径歯車１１２ａ１→出力軸１１２ａを介してボールねじ１１６に伝達され、ボールねじ１１６が軸線周りに回転作動される。これにより、ボールねじナット１１７が、フランジ部１１７ｂを介して一体的に固定されるベアリングケース８０とともに、ハウジング１０（固定部）に対して軸線方向に相対移動（前進）する。
【００５０】
なお、このとき、複数のコイルばね１００は、中央ハウジング１２の突部１２ａの後方端面と、押圧部材１０１の前方端面との間において圧縮された状態で保持される。つまり、このとき、サーボモータ１１１の回転駆動力によって発生される前方への荷重は、複数のコイルばね１００の上記圧縮状態における荷重よりも大きな荷重である。
【００５１】
また、このとき、ベアリングケース８０と同時に前進するベアリングケース８０の内周面に形成された接続面８０ｃが、軸受９０の外輪の右端面を前方に向って押圧し、軸受９０を前進させる。これに伴い、ドローバー６０と一体的に形成される軸受支持部材６１の鍔部６２の右端面が、当接する軸受９０の内輪の左端面によって押圧されドローバー６０が所定の前進量だけ前進される。
【００５２】
これにより、クランプ状態にあるクランプユニット７０が作動し、コレット７１が工具ホルダ８のプルスタッド９を開放してアンクランプ状態（図２参照）とする。このように、サーボモータ１１１で発生された回転駆動力は、軸線方向において隙間なく形成された上記伝達経路を通ってドローバー６０を前進させるので、無駄な空走時間は発生せず、工具ホルダ８を短時間で交換できる。また、隙間を有する二部材が衝突して異音を発生させることもない。
【００５３】
（２−２．アンクランプ状態→クランプ状態への作動について）
次に、図２に示すアンクランプ状態から図１に示すクランプ状態へ状態を遷移させる際の作動について説明する。アンクランプ状態からクランプ状態に状態を遷移させるため、工具ホルダ８のプルスタッド９をクランプユニット７０内に挿入する。そして、制御装置１２０がサーボモータ１１１に指令値を送信し、サーボモータ１１１を所定回転位相−α°だけ回転駆動させる。このとき、所定回転位相−α°（図略）は、ドローバー６０を後退させ、アンクランプ状態であったクランプユニット７０をクランプ状態とするのに必要なドローバー６０の所定の後退量に対応する回転位相であり、予め制御装置１２０内の記憶部（図略）に記憶されている。
【００５４】
また、上記クランプ状態→アンクランプ状態への作動と同様、制御装置１２０がサーボモータ１１１に送信した指令値とは別に、サーボモータ１１１に設けられたエンコーダ１１１ｂが、常にサーボモータ１１１の出力軸１１１ａの回転位相を検出し、制御装置１２０に検出信号を送信する。これにより、制御装置１２０は、送信した指令値とエンコーダ１１１ｂによって検出された検出値との差に基づきフィードバック制御を行ない、常に精度の良い回転位相でサーボモータ１１１の回転制御を行なうことができる。
【００５５】
サーボモータ１１１の回転駆動により、サーボモータ１１１の回転駆動力が、サーボモータ１１１の出力軸１１１ａ→小径歯車１１１ａ１→大径歯車１１２ａ１→出力軸１１２ａを介してボールねじ１１６に伝達され、ボールねじ１１６が軸線周りに回転作動される。これにより、ボールねじナット１１７が、フランジ部１１７ｂを介して一体的に固定されるベアリングケース８０とともに、ハウジング１０（固定部）に対して軸線方向に所定の後退量だけ相対移動（後退）する。
【００５６】
このとき、本実施形態における軸受９０の外輪の左端面は、押圧部材１０１を介し複数のコイルばね１００により後方に向って付勢されている。このため、軸受９０は、サーボモータ１１１の作動によりベアリングケース８０が後退し始めると、コイルばね１００による後方への付勢によってベアリングケース８０の後退に追従し後退する。そして、その後退量が、所定の後退量となり、サーボモータ１１１の作動が停止し、停止位置でブレーキがかけられると、軸受９０及びベアリングケース８０等の後方への移動は停止する。
【００５７】
軸受９０の後方への移動に伴い、軸受９０と軸線方向において一体移動可能な軸受支持部材６１及びドローバー６０が所定の後退量だけ後退される。これにより、アンクランプ状態にあるクランプユニット７０が作動し、コレット７１が主軸２０に挿入された工具ホルダ８のプルスタッド９を把持する。そして、コイルばね１００の後方への付勢力により、コレット７１がプルスタッド９を主軸２０の後方側に所定の引張力で引き込み、工具ホルダ８が主軸テーパ孔８ａ内に強固に保持される。
【００５８】
なお、上記において、軸線方向におけるドローバー６０の位置と、サーボモータ１１１の回転位相とは、一対一の対応関係を有する。また、サーボモータ１１１の出力軸１１１ａの回転位相は、常にエンコーダ１１１ｂによって検出される。このため、主軸テーパ孔８ａ内に工具ホルダ８が保持されたとされる上記状態においてサーボモータ１１１の回転位相をエンコーダ１１１ｂによって確認することにより、工具ホルダ８が、初期に設定された正しい位置でクランプユニット７０に保持されたか否か、若しくは工具ホルダ８が本当にクランプユニット７０に保持されているか否か等を簡単且つ正確に確認できる。
【００５９】
（３．実施形態による効果）
上記実施形態によれば、主軸装置１は、ハウジング１０（固定部）と、ハウジング１０内に配置され、ハウジング１０に対して軸線周りに相対回転可能な軸状の主軸２０（回転体）と、主軸２０内に主軸２０と一体回転可能、且つ主軸２０に対して軸線方向へ相対移動可能に配置されるドローバー６０と、ドローバー６０の軸線方向の前端に設けられ、ドローバー６０の軸線方向の前後動作に伴って、工具ホルダ８をクランプするクランプ状態と工具ホルダ８をアンクランプするアンクランプ状態とを切替可能なクランプユニット７０と、ハウジング１０に対し、相対回転不能、且つ軸線方向に相対移動可能となるようハウジング１０に支持されるベアリングケース８０と、軸線方向と直交する径方向において、ベアリングケース８０とドローバー６０との間に設けられ、ドローバー６０をベアリングケース８０に対して相対回転可能とし、且つベアリングケース８０と軸線方向に一体移動可能とするよう支持する軸受９０と、ベアリングケース８０に軸線方向への力を付与する駆動機構１１０と、を備える。
【００６０】
このように、上記の構成を有する主軸装置１は、工具ホルダ８の状態をクランプ状態からアンクランプ状態に切替える際、駆動機構１１０を作動させ、ベアリングケース８０に軸線方向への力を付与する。これにより、ベアリングケース８０を介して軸線方向への力が軸受９０に付与される。軸受９０は、ベアリングケース８０に対してドローバー６０を相対回転可能に支持するとともに、ベアリングケース８０及びドローバー６０と軸線方向に一体移動可能である。従って、ベアリングケース８０の前進に伴って軸受９０が前進し、軸受９０の前進に伴ってドローバー６０が前進してクランプユニット７０を作動させ、工具ホルダ８をクランプ状態からアンクランプ状態に切替える。このように、ベアリングケース８０及び軸受９０が駆動機構１１０で発生した軸線方向の力を伝達するとともに、回転するドローバー６０と固定部（非回転部）である駆動機構１１０との間において、ドローバー６０の回転支持を行なうので、従来技術のように軸線方向における隙間を設けずとも主軸装置１を成立させることが出来る。これにより、駆動機構１１０の空走時間がなくなるので、駆動機構１１０が作動しドローバー６０を軸線方向に移動させ工具ホルダ８をクランプ状態からアンクランプ状態とするときの時間を短くでき工具交換時間が短縮できる。また、軸線方向における隙間がないので、駆動機構１１０の部材とドローバー６０とが衝突し衝撃音が生じることもない。
【００６１】
また、上記実施形態によれば、駆動機構１１０は、ボールねじナット１１７がベアリングケース８０に連結されるボールねじ機構１１５と、ボールねじ機構１１５に回転力を付与するサーボモータ１１１（モータ）と、を備え、サーボモータ１１１の回転位相に基づきドローバー６０の位置を算出する制御装置１２０を備える。これにより、サーボモータ１１１の回転位相をエンコーダ１１１ｂによって確認することにより、ドローバー６０の位置がわかるので、工具ホルダ８が、正しい位置でクランプユニット７０に保持されたか否か等を簡単且つ正確に確認できる。
【００６２】
また、上記実施形態によれば、制御装置１２０は、工具ホルダ８が備える工具が加工する工作物（図略）の加工条件に応じて、駆動機構１１０のサーボモータ１１１の駆動力を制御し、ベアリングケース８０に加える力を変化させる。このように、定圧与圧付与機構を備えずとも、サーボモータ１１１の回転駆動力を制御するだけで、各軸受の与圧調整ができるので、工作物の加工条件が変わっても、低コストに対応できる。
【００６３】
また、上記実施形態によれば、軸線方向においてハウジング１０（固定部）とベアリングケース８０との間に配置され、工具ホルダ８をクランプするクランプ状態とするようドローバー６０を軸線方向に向って付勢する弾性部材１００を備える。このような構成とすることによって、弾性部材１００は、従来技術（例えば、特開平５−５０３５９号公報）のように、主軸（回転体）の内部に設けることなく、非回転体に配置することが出来るので、主軸（回転体）の回転時においてイナーシャが大きくなること、又は回転がアンバランスになることが抑制できる。また、配置位置が主軸（回転体）の内部ではないので、組み付けがしやすい。
【００６４】
また、上記実施形態によれば、弾性部材は、コイルばね１００である。これにより、安価で、設計しやすく組み付けもし易くなる。
【００６５】
また、上記実施形態によれば、クランプ状態とするようドローバー６０を軸線方向に向って付勢する軸線方向の力は、コイルばね１００（弾性部材）のみによって付与する。これにより、サーボモータ１１１の制御負荷が低減される。
【００６６】
（４．その他）
（４−１．変形態様１）
なお、上記実施形態においては、駆動機構１１０の駆動源として、サーボモータ１１１を適用した。しかし、この態様には限らない。変形態様１（図略）として、駆動機構１１０の駆動源としては、従来技術（例えば、特開平５−５０３５９号公報）に記載の油圧シリンダ装置を適用してもよい。この場合、油圧シリンダ装置のピストン１１をベアリングケース８０と一体的に連結させればよい。
【００６７】
このような態様により、工具ホルダ８が、初期に設定された正しい位置でクランプユニット７０に保持されたか否か、若しくは工具ホルダ８がクランプユニット７０に保持されているか否か、つまりクランプ状態の適否をエンコーダ１１１ｂによって確認することはできないが、アンクランプ時において、短時間で工具ホルダ８を交換する効果は十分得られる。なお、上記において、クランプ状態の適否を確認するには、従来技術と同様、近接センサを用いて行なえばよい。この場合においても、本発明では、駆動機構１１０とドローバー６０との間に軸方向隙間はないので、何れか一方の部材の軸線方向位置を確認すればよい。従って、軸線方向に隙間があるため、二部材（二箇所）で確認が必要な従来技術に対し、簡易且つ低コストに対応できる。
【００６８】
（４−２．変形態様２）
また、上記実施形態においては、アンクランプ状態からクランプ状態へ状態を遷移させる際、サーボモータ１１１を作動させた。しかし、この態様には限らない。変形態様２（図略）として、アンクランプ状態からクランプ状態へ遷移させる際、サーボモータ１１１を作動させず、サーボモータの電源を切断するだけでもよい。こうすることにより、複数のコイルばね１００の付勢力のみによる軸線方向の力によって、軸受９０，ベアリングケース８０，及びボールねじナット１１７が軸線方向後方に移動される。
【００６９】
このとき、ボールねじナット１１７と螺合するボールねじ１１６、減速装置１１２の大径歯車１１２ａ１の出力軸１１２ａ、及びサーボモータ１１１の小径歯車１１１ａ１の出力軸１１１ａは、各々空転し、クランプ状態における初期位置近傍に戻る。このような態様により、工具ホルダ８が、初期に設定された正しい位置でクランプユニット７０に保持されたか否か、若しくは工具ホルダ８がクランプユニット７０に保持されているか否か等をエンコーダ１１１ｂによって精度よく確認することはできないが、上記変形態様１と同様の方法で対応できる。これにより、アンクランプ時において、短時間で工具ホルダ８を交換する効果は十分得られる。
【００７０】
（４−３．変形態様３）
また、上記実施形態においては、複数のコイルばね１００を備える態様としたが、これには限らない。変形態様３として、複数のコイルばね１００はなくても良い。この場合、サーボモータ１１１の回転駆動力のみによって、軸受９０及びドローバー６０を一体的に軸線方向後方に移動させる必要がある。このため、サーボモータ１１１の回転駆動力によって、ベアリングケース８０が後方に向って移動する際、ベアリングケース８０と一体的に形成された部材が軸受９０の外輪の左端面に当接し、軸受９０を後方に向って一緒に移動させる必要がある。このような構成は、図１、図２に示す押圧部材１０１及びベアリングケース８０と同じ構成によって成立させることができる。従って、変形態様３では、上記実施形態から複数のコイルばね１００を廃止したのみの構成によって対応できる。また、別の態様として、複数のコイルばね１００の付勢力及びサーボモータ１１１の回転駆動力の両方の力を付与して軸受９０及びドローバー６０を一体的に軸線方向後方に移動させてもよい。
【００７１】
なお、上記変形態様３においては、クランプユニット７０をクランプ状態とした際には、制御装置１２０は、工具ホルダ８が備える工具が加工する工作物の加工条件に応じて、駆動機構１１０が有するサーボモータ１１１（モータ）の回転駆動力を制御し、ベアリングケース８０に加える力を変化させることで、工具クランプ力と、軸受３０及び軸受９０の与圧とを適切なものとすることが出来る。たとえば、工作物に対して低速重切削を行なう場合には、軸受剛性や工具クランプ力を上げるために、サーボモータ１１１の駆動力を増加させ軸受３０及び軸受９０の与圧と工具クランプ力とを上げればよい。また、工作物に対して高速回転切削を行なう場合には、軸受の発熱を抑制するために、サーボモータ１１１（モータ）の回転駆動力を抑制し軸受３０及び軸受９０の与圧を下げればよい。このように、定圧与圧付与機構を備えずとも、各軸受の与圧調整等ができるので、低コストに対応できる。なお、上記態様ではサーボモータ１１１の電源ＯＦＦ時においてもクランプ状態を維持することを可能とするため、サーボモータ１１１、又はベアリングケース８０等にドローバー６０の軸方向位置を規制する機構を設けておくことが好ましい。
【００７２】
また、上記実施形態においては、駆動機構１１０の駆動源にサーボモータ１１１を適用したが、この態様には限らない。駆動機構１１０の駆動源には、誘導モータを適用してもよい。この場合、ボールねじ１１６に機械的な停止機構を設けることにより適用できる。
【００７３】
また、上記実施形態においては、駆動機構１１０では、サーボモータ１１１の回転駆動力を軸線方向への力である軸方向力に変換し伝達する機構としてボールねじ機構１１５を適用した。しかし、この態様には限らない。駆動機構１１０では、ボールねじ機構１１５に替えてカム機構や、リンク機構を適用してもよい。
【００７４】
また、上記実施形態においては、弾性部材をコイルばね１００としたが、この態様には限らない。弾性部材は、必要な付勢力を発揮できれば、空気ばね等、どのような態様のものでも良い。
【符号の説明】
【００７５】
８；工具ホルダ、  １０；ハウジング（固定部）、  ２０；主軸（回転体）、  ３０，４０；軸受、  ６０；ドローバー、  ６１；軸受支持部材、  ７０；クランプユニット、  ８０；ベアリングケース、  ９０；軸受、  １００；弾性部材、  １１０；駆動機構、  １１１；サーボモータ、  １１１ａ１；小径歯車、  １１１ｂ；エンコーダ、  １１２；減速装置、  １１２ａ１；大径歯車、  １１５；ボールねじ機構、  １１７；ボールねじナット、  １２０；制御装置。
【図１】
2019018306.tif 000003
【図２】
2019018306.tif 000004