(57)【要約】【課題】簡単な機構で、クランプした工具の抜け落ちを防止できる新たな工具クランプ機構を提供する。【解決手段】ドローバー３が上方に移動し、その先端で工具又は工具ホルダのプルスタッドをクランプしているとき、ドローバー３連結されたガイドリング７の内部に設けられた爪状部材２５が、主軸シャフトの外周に設けられた溝２６と係合している（図２（ａ）参照）。ドローバーの移動が阻止され、工具又は工具ホルダが主軸から抜け落ちることはない。ローラ９が下降してリング状部材２８を押圧し、爪状部材２５を溝２６から離脱させる。さらにローラ９が下降し、ガイドリング７及びドローバー３を押し下げることにより、工具又は工具ホルダをアンクランプする（図２（ｂ）参照）。簡単な構成で、確実にドローバー３の移動をロックし、工具又は工具ホルダの抜け落ちを防止できる。【選択図】図２
2008105110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸シャフト内のドローバーをばねの反発力によって主軸の軸方向に沿って後方に摺動させて、主軸先端の工具又は工具ホルダのプルスタッドを把持する把持機構により工具又は工具ホルダをクランプし、前記ばねの反発力に抗して前記ドローバーを主軸シャフトの軸方向に沿って前方に摺動させることによって、工具又は工具ホルダをアンクランプする工作機械のクランプ機構において、
前記ドローバーの後端に連結され、主軸シャフトとを囲繞するガイドリングと、
該ガイドリングの内部に設けられ、弾性部材によって内方向に付勢された爪状部材と、
前記主軸シャフトの外周に設けられ、工具又は工具ホルダがクランプされたとき前記弾性部材の付勢力により前記爪状部材が係合する凹部と、
ガイドリングの後方に前記主軸シャフトを囲むように配置され、工具又は工具ホルダをアンクランプする際に、前記ガイドリングを前方へ移動させる部材により押され前記爪状部材を前記弾性部材の力に抗して前記凹部から解放する部材と、
を有し、前記ドローバーの工具又は工具ホルダをアンクランプする方向への摺動を規制することを特徴とする工作機械の工具クランプ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸構造に関し、主軸に工具を取り付ける工具クランプ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械は、主軸先端に工具又は工具ホルダを交換可能に装着し、各種加工を行う。この工具又は工具ホルダを主軸に取り付ける主軸構造は、主軸に対してドローバーを前記主軸の軸線に沿って移動させてボールチャック部又はコレットで工具又は工具ホルダのプルスタッドを掴み、工具を主軸内に引き込むことで主軸テーパ面とツールシャンクテーパ面を密着させ、工具のクランプを行っている。又、ドローバーを逆方向に移動させて、ボールチャック部又はコレットによるプルスタッドの把持を解き工具又は工具ホルダを解放する構成となっている。
【０００３】
近年、工作機械の生産性向上に伴い、強力で高品位な切削能力を得るために、より高い切削能力を持つ主軸が求められている。そのため、切削負荷による引抜力が、工具をクランプするバネの引き込み力を上回る場合が考えられ、主軸の工具保持力を高めることが要求されている。この主軸による工具保持を確実にするため、主軸構造の各種改良が提案されている。
【０００４】
例えば、前記ドローバーと前記ボールチャック部との間に、前記ドローバーの前記軸線方向に沿う力を増幅して前記ボールチャック部に伝達する引き込み力を増幅する機構を設けて、工具保持力を増大させる方法が知られている（特許文献１参照）。
又、ドローバーが挿入された主軸内周面に設けた段差とドローバー後端部に固着されたナット間に、３つのストッパーと駒を配設すると共に、カラーを設け該カラーと前記段差間に配置したばねで、該カラーをドローバー後端のナット方向に付勢しておき、シリンダロッドを後方に移動させることにより、ばねでカラーを後方に移動させ、該カラーのテーパ面と係合する駒をドローバー軸中心方向に移動させて、ストッパー間に配置させることによって、ドローバーが前方（工具が引き抜かれる方向）へ移動すること阻止し、工具保持を確保した発明も知られている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、ドローバーの後端に設けた受圧体を皿ばねで後方に付勢することによってドローバーを後方に付勢して、ドローバーの先端で工具を主軸内に引き込んで保持するものにおいて、受圧体に一部テーパを有する貫通孔を設け、該穴内に位置部テーパ部を有しロック棒を挿入し、該ロック棒とドローバーの後端面間にばねを配置し、ロック棒の先端受圧体より後方に突出させ、かつ、受圧体の貫通孔のテーパ部には径方向に放射孔が設けられ、該放射孔には球体が挿入されており、ドローバーが後退して工具を保持した状態では、球体がロック棒のテーパ部で外方向に押され、球体が主軸に設けた窪みと契合し、ドローバーの移動を阻止することによって、工具のクランプを確実にし、工具をアンクランプするときは、押圧体により、まずロック棒を押圧してロック棒のテーパ部の小径部により球体を中心方向に移動させて、球体による主軸と受圧体及びドローバーのロックを解除し、その後受圧体を押圧してドローバーを前方に押しだし、工具のクランプを解くようにした発明も知られている（特許文献３参照）。
【０００６】
さらに、ドローバーの後端に設けられたナットに径方向に延びる貫通孔を設け、該貫通孔にばねで付勢されたロックピンを配設して、ドローバーが皿ばねにより後方に引っ張られて工具をクランプした状態では、ロックピンがナットの外周から突出し、主軸の端部と係合してナット及びドローバーの前方への移動を防止して工具の保持を確実にし、工具をアンクランプするときは、ロックピンに設けたテーパ面と係合するテーパ面を有する押圧ロッドを前進させることによって、ロックピンをナット内に引っ込ませ、ナット及びドローバーを主軸内で前方へ移動させて、工具の保持を解くようにした発明も知られている（特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２９６４０４号公報
【特許文献２】特開２００１−１５０２１１号公報
【特許文献３】特開平８−１４１５号公報
【特許文献４】特開平１０−１３８０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ばねの引っ張り力によって、工具をクランプして保持することは、切削負荷による引き抜き力により、工具を引き抜かれる恐れがある。特許文献１に記載された引き込み力増幅機構を用いてもこの問題は残る。又、工具をクランプした後、ドローバーの移動をロックする特許文献２〜４に記載された発明は、その構造が複雑である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡単な機構で、クランプした工具の抜け落ちを防止できる新たな構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、主軸シャフト内のドローバーをばねの反発力によって主軸の軸方向に沿って後方に摺動させて、主軸先端の工具又は工具ホルダのプルスタッドを把持する把持機構により工具又は工具ホルダをクランプし、前記ばねの反発力に抗して前記ドローバーを主軸シャフトの軸方向に沿って前方に摺動させることによって、工具又は工具ホルダをアンクランプする工作機械のクランプ機構であって、前記ドローバーの後端に連結され、主軸シャフトとを囲繞するガイドリングと、該ガイドリングの内部に設けられ、弾性部材によって内方向に付勢された爪状部材と、前記主軸シャフトの外周に設けられ、工具又は工具ホルダがクランプされたとき前記弾性部材の付勢力により前記爪状部材が係合する凹部と、ガイドリングの後方に前記主軸シャフトを囲むように配置され、工具又は工具ホルダをアンクランプする際に、前記ガイドリングを前方へ移動させる部材により押され前記爪状部材を前記弾性部材の力に抗して前記凹部から解放する部材とを有し、前記ドローバーの工具又は工具ホルダをアンクランプする方向への摺動を規制することによって、工具又は工具ホルダが主軸から抜け落ちることを防止した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、爪状部材、該爪状部材と係合する凹部、該爪状部材を凹部から解放する部材等を従来の主軸構造に付加するだけの簡単な構造で、工具又は工具ホルダを確実に保持し、工具又は工具ホルダが主軸から抜け落ちることを確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるボールチャック式の工具クランプ機構の構造を示すものである。又、図２は同実施形態におけるドローバー後端部の動作の状態説明図であり、図２（ａ）は工具又は工具ホルダをクランプしたときの状態、図２（ｂ）は工具又は工具ホルダをアンクランプしたときの状態を示している。
主軸シャフト１の軸心に沿って設けられた貫通孔には、ドローバー３が配設されている。該ドローバー３の先端には円周方向にボール４が配置され、工具又は工具ホルダのツールシャンク１０に取り付けられたプルスタッド１１を把持するボールチャック部が形成されている。ドローバー３の後端はドローバーガイド５が取り付けられ、該ドローバーガイド５には、主軸シャフト１を径方向に貫通し、軸方向に摺動するロッド６が取り付けられ、該ロッド６には、主軸シャフト１の外周上を軸方向に摺動するガイドリング７が固定されている。このドローバー３、ドローバーガイド５、ロッド６、ガイドリング７は、互いに固定され一体的に構成されており、該ロッド６が図示しない主軸シャフト軸方向に設けられた長円穴に案内され、ドローバー３、ドローバーガイド５、ガイドリング７と共に軸方向に摺動する構造になっている。
【００１３】
ドローバー３と同一軸心で該ドローバー３を囲むように主軸シャフト１の内周面の段差部１ａとドローバーガイド５の間に弾性部材のスプリング２が配置され、スプリング２の反発力によりドローバー３はプルスタッド１１を主軸シャフト１の貫通孔内に引き込む構造となっている。
【００１４】
ガイドリング７と主軸シャフト１の間にはガイドリング７に固定された支点２４により回転可能に支持された爪状部材２５が配置される。主軸シャフト１の外周には爪状部品２５の爪部が埋没可能な凹部が設けられており、この実施形態では溝２６でこの凹部が形成されている。該爪状部材２５は弾性体２７により該溝２６に埋没する方向に付勢されている。さらに、爪状部材２５の上端部には、ドローバー３の中心方向に向かって低くなった傾斜面が形成され、該傾斜面と係合する傾斜面を有する部材をリング状に形成し、主軸シャフト１に挿入されたリンク状部材２８が設けられている。
【００１５】
図３、図４は、この実施形態の工具クランプ機構を備える主軸を適用する工作機械における工具交換装置の概要図である。この工具交換装置はすでに公知であるので（特開２００６−１２３１１６号公報、特開２００５−２８４６０号公報参照）、概略を示している。図３は、カバー及びカム部材を取り外した側面図であり、図４は、カバー及びカム部材を取り付けた側面図である。
複数の工具（工具ホルダ）を保持するタレット１３はサポート１２上にタレット支点１４により回転可能に軸支され、図示しないスプリングにより図３の反時計方向に付勢されている。主軸１５は主軸頭１６に結合され、ガイドにより垂直方向に移動することができる。主軸頭１６は、タレット１３をスイングさせるための第一のカム１８及び第二のカム１９を備えている。
【００１６】
工具交換指令を受けると、主軸頭１６は図３の位置より上昇する。主軸頭１６の上昇に伴い、主軸頭１６の側面に設けられた第一のカム１８及び第二のカム１９のカム面に沿って、スイングローラ１３ａが移動し、タレット１３は主軸１５から工具又は工具ホルダを引き抜くためのスイング動作を行い、ツールシャンク１０に設けられた溝にグリップ２１を差し込む。更に主軸１５（主軸頭１６）が上昇することで、主軸頭１６上部のアーム支点１７により回転可能に支承されるアーム８が第三のカム２０に押出され、図３において反時計周りに回転し、アーム先端に結合されたローラ９が主軸１５上部のガイドリング７を押し下げる。これによりドローバー３のボールチャック部は工具又は工具ホルダの把持を解除し、同時に主軸１５の上昇に伴い、グリップ２１に保持された工具又は工具ホルダは主軸シャフト１から引き抜かれる。主軸１５はタレット１３の外周部に設けられたタレットギア２２と主軸１５下端に設けられた主軸ギア２３の噛み合う位置まで上昇し、主軸１５の回転によりタレット１３を回転させて工具割り出し動作を行う。即ち、専用の動力源を用いず、主軸頭１６の上下動と主軸の回転によって工具のクランプ／アンクランプ動作を含む一連の工具交換動作が実現される。
【００１７】
次に、図２を参照して、本実施形態における工具のクランプとそのロック及び該ロック解除と工具のアンクランプ動作について説明する。
図１及び図２（ａ）は、工具又は工具ホルダのプルスタッド１１をボールチャック部で把持した状態を示している。主軸シャフトに設けられた段差部１ａとドローバーガイド５間に配置されたスプリング２の反発力によって、ドローバーガイド５、ドローバー３は、後方（図１，２で上方）に引っ張られ、ボールチャック部のボール４によって、プルスタッド１１をクランプしている。このとき、図２（ａ）に示すように、爪状部材２５が主軸シャフト１に設けられた溝２６に埋没し、ガイドリング７の工具又は工具ホルダを解放する方向への摺動を規制する。その結果ガイドリング７に結合されたドローバー３の工具又は工具ホルダを解放する方向への摺動を規制することになり、スプリング２による引き込み力を上回る切削負荷があったとしても、ドローバー３は移動せず、ボールチャック部でプルスタッド１１をクランプした状態を保持し、工具又は工具ホルダの脱落を防止する。
【００１８】
工具交換を行うとき、主軸頭１６が上昇し、アーム８に結合されたローラ９が前進してリング状部材２８を図２（ｂ）に示すように下方に押し下げ、該リング状部材２８の傾斜面を爪状部材２５の傾斜面に挿入して爪状部材２５を弾性体２７の力に抗してドローバー３外径方向に押し広げる。押し広げられた前記爪状部材２５の爪部は主軸シャフト１の溝から離脱し、ドローバー３（ガイドリング７、ロッド６、ドローバーガイド５）の主軸シャフト１に対する相対移動を可能とする。爪状部材２５は、押し拡げられガイドリング７内周面に当接する（図２（ｂ）参照）。さらに、ローラ９が前進すると、リング状部材２８を介して該ガイドリング７は、図２の下方に押し下げられる。これにより、ロッド６、ドローバーガイド５を介してドローバー３は主軸シャフト１に対して工具を解放する位置まで押し下げられ、主軸シャフト１内に設けられた貫通孔の拡径部によりドローバー３の先端に円周方向に配置されたボール４によるチャック部が開き、ボールチャック部は工具の解放動作を行う。このとき、前述したように、タレット１３はスイングしグリップ２１をツールシャンク１０に設けられた溝に差し込んでいる。さらに、主軸頭１６が上昇し、グリップ２１に保持された工具又は工具ホルダは主軸シャフト１から引き抜かれる。そして、タレット１３に設けられたタレットギア２２と主軸１５に設けられた主軸ギア２３の噛み合い、主軸１５の回転によりタレット１３を回転させて工具割り出し動作が行われ、工具が選択されると、主軸頭１６が下降し、工具のプルスタッド１１が主軸先端から挿入され、ローラ９が相対的に後退することにより、スプリング２の反発力によってドローバー３（ガイドリング７、ロッド６、ドローバーガイド５）が図１，２において上方向に移動しプルスタッド１１を引き込み、かつボールチャック部が主軸シャフト１内の縮径部によってプルスタッド１１を保持する。そして、爪状部材２５が弾性体２７に付勢されて主軸シャフト１の溝２６に嵌合して埋没し、ドローバー３（ガイドリング７、ロッド６、ドローバーガイド５）の主軸シャフト１に対する相対移動を阻止しロックする。これにより、工具はドローバー３によって確実に保持される。
【００１９】
なお、上述した実施形態では、工具又は工具ホルダのプルスタッド１１の把持及びクランプをボールにより行うボールチャック部で行うものとしたが、コレットを用いて工具又は工具ホルダのプロスタッドを掴み、工具を主軸内に引き込むようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態であるボールチャック式の工具クランプ機構の構造を説明する説明図である。
【図２】同実施形態におけるドローバー後端部の動作の状態説明図である。
【図３】同実施形態の工具クランプ機構を備える主軸を適用する工作機械における工具交換装置の概要図であり、カバー及びカム部材を取り外した側面図である。
【図４】同実施形態の工具クランプ機構を備える主軸を適用する工作機械における工具交換装置の概要図であり、カバー及びカム部材を取り付けた側面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  主軸シャフト
２  スプリング
３  ドローバー
４  ボール
５  ドローバーガイド
６  ロッド
７  ガイドリング
８  アーム
９  ローラ
１０  ツールシャンク
１１  プルスタッド
１２  サポート
１３  タレット
１４  タレット支点
１５  主軸
１６  主軸頭
２５  爪状部材
２６  溝
２７  弾性体
２８  リング状部材
【図１】
2008105110.tif 000003
【図２】
2008105110.tif 000004
【図３】
2008105110.tif 000005
【図４】
2008105110.tif 000006