(57)【要約】【課題】主軸ユニットの小型・軽量化、主軸の短小化が可能で、高価な油圧発生装置を必要としない主軸の工具クランプ・アンクランプ装置を提供する。【解決手段】工具クランプ・アンクランプ装置は、機械本体１に対して移動可能な主軸ユニット２に設けられた中空状の主軸４の先端での工具３のクランプ・アンクランプを行なう装置であって、主軸４内に配置されて軸方向移動により工具３のクランプ・アンクランプを行なうドローバー１４と、ドローバー１４をクランプ方向に付勢するばね１７，１８と、ドローバー１４をアンクランプ方向に移動させるドローバー駆動装置２０とを備えている。主軸ユニット２側にドローバー１４およびばね１７，１８が設けられ、機械本体１側に連結された主軸４の回転を利用してドローバー１４をアンクランプ方向に移動させるドローバー駆動装置２０が設けられている。【選択図】　図１
2004114232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械本体に対して移動可能な主軸ユニットに設けられた中空状の主軸の先端での工具のクランプ・アンクランプを行なう装置であって、主軸内に軸方向移動可能に配置されて軸方向移動により工具のクランプ・アンクランプを行なうドローバーと、ドローバーをクランプ方向に付勢する付勢手段と、ドローバーをアンクランプ方向に移動させるドローバー駆動手段とを備えているものにおいて、
主軸ユニット側にドローバーおよび付勢手段が設けられ、機械本体側に連結された主軸の回転を利用してドローバーをアンクランプ方向に移動させるドローバー駆動手段が設けられていることを特徴とする主軸の工具クランプ・アンクランプ装置。
【請求項２】
付勢手段が、主軸をクランプ方向に付勢する第１のばねと、第１のばねよりも弱い力で主軸をクランプ方向に付勢する第２のばねとを備え、ドローバー駆動手段が、ドローバーに対する第１のばねの付勢力をなくす付勢力除去手段と、ドローバーに対する第１のばねの付勢力がなくされた状態でドローバーをアンクランプ方向に移動させるドローバー移動手段とを備えており、付勢力除去手段が、連結された主軸の回転により第１のばねをアンクランプ方向に押すものであることを特徴とする請求項１の主軸の工具クランプ・アンクランプ装置。
【請求項３】
付勢力除去手段が、主軸が連結されて回転させられ内側にめねじが形成されたスリーブと、スリーブのめねじにはめられたおねじが形成されスリーブに対して回転せずに軸方向にのみ移動するようになされた中空状の押圧部材とを備えており、ドローバー移動手段が、軸方向に移動しうるように押圧部材内に通されたドローバー移動部材と、ドローバー移動部材をアンクランプ方向に移動させる移動部材駆動手段とを備えていることを特徴とする請求項２の主軸の工具クランプ・アンクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マシニングセンタなどの工作機械における主軸の工具クランプ・アンクランプ装置、さらに詳しくは、主軸ユニットに設けられた中空状の主軸の先端での工具のクランプ・アンクランプを行なう装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置として、従来、主軸内に軸方向移動可能に配置されて軸方向移動により工具のクランプ・アンクランプを行なうドローバーと、ドローバーをクランプ方向に付勢する皿ばねと、ドローバーをアンクランプ方向に移動させるための油圧シリンダとが主軸ユニット内に設けられたものが知られている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−７８４０２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の主軸のクランプ・アンクランプ装置では、皿ばねを緩めてドローバーをアンクランプ方向に移動させるために、油圧シリンダを使用しているため、高価な油圧発生装置を備える必要がある。また、油圧シリンダが主軸ユニット内に設けられているため、主軸ユニットが大型化して、重量が増し、主軸も長くなる。主軸が長くなることにより、その慣性が大きくなる。主軸ユニットの重量が増すことにより、主軸ユニットを含む移動部分の重量が増し、移動のための動力が大きくなる。
【０００５】
本発明の目的は、主軸ユニットの小型・軽量化、主軸の短小化が可能で、ドローバーの移動のために高価な油圧発生装置を必要としない主軸の工具クランプ・アンクランプ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１の装置は、機械本体に対して移動可能な主軸ユニットに設けられた中空状の主軸の先端での工具のクランプ・アンクランプを行なう装置であって、主軸内に軸方向移動可能に配置されて軸方向移動により工具のクランプ・アンクランプを行なうドローバーと、ドローバーをクランプ方向に付勢する付勢手段と、ドローバーをアンクランプ方向に移動させるドローバー駆動手段とを備えているものにおいて、主軸ユニット側にドローバーおよび付勢手段が設けられ、機械本体側に連結された主軸の回転を利用してドローバーをアンクランプ方向に移動させるドローバー駆動手段が設けられていることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１の装置によれば、ドローバー駆動手段を主軸ユニット側に設ける必要がないため、主軸ユニットを小型化、軽量化することができ、したがって、主軸ユニットを含む移動部分を軽量化することができ、移動のための動力が小さくてすむ。また、主軸ユニット側に油圧シリンダを設ける必要がないため、主軸を短くして、その慣性を小さくすることができる。さらに、ドローバーの移動のために高価な油圧発生装置を備える必要がない。
【０００８】
たとえば、ドローバー駆動手段に、主軸の回転によりアンクランプ方向に移動する部材を設け、この部材により直接ドローバーをアンクランプ方向に移動させるようにしてもよい。
【０００９】
また、たとえば、ドローバー駆動手段に、主軸の回転によりアンクランプ方向に移動する部材を設け、この部材により、付勢手段による付勢力をなくし、その状態で、他の手段によってドローバーをアンクランプ方向に移動させるようにしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、ドローバーをアンクランプ方向に移動させるときには、付勢力がなくなっているので、油圧のような大きな動力を必要としない。したがって、高価な油圧発生装置を備える必要がない。
【００１１】
請求項２の装置は、請求項１の装置において、付勢手段が、主軸をクランプ方向に付勢する第１のばねと、第１のばねよりも弱い力で主軸をクランプ方向に付勢する第２のばねとを備え、ドローバー駆動手段が、ドローバーに対する第１のばねの付勢力をなくす付勢力除去手段と、ドローバーに対する第１のばねの付勢力がなくされた状態でドローバーをアンクランプ方向に移動させるドローバー移動手段とを備えており、付勢力除去手段が、連結された主軸の回転により第１のばねをアンクランプ方向に押すものであることを特徴とするものである。
【００１２】
この場合、たとえば、第１のばねには皿ばねが、第２のばねにはコイルばねが用いられる。
【００１３】
請求項２の装置によれば、クランプ状態では、付勢力の大きい第１のばねでドローバーをクランプ方向に付勢して、工具を強固にクランプすることができ、アンクランプ時には、ドローバー移動手段は、第１のばねよりも弱い第２のばねの付勢力に抗してドローバーをアンクランプ方向に移動させればよいので、油圧のような大きな動力を必要とせず、したがって、高価な油圧発生装置を備える必要がない。また、主軸の回転を利用して付勢力の大きい第１のばねの付勢力をなくすことができ、高価な油圧発生装置を備える必要がない。
【００１４】
請求項３の装置は、請求項２の装置において、付勢力除去手段が、主軸が連結されて回転させられ内側にめねじが形成されたスリーブと、スリーブのめねじにはめられたおねじが形成されスリーブに対して回転せずに軸方向にのみ移動するようになされた中空状の押圧部材とを備えており、ドローバー移動手段が、軸方向に移動しうるように押圧部材内に通されたドローバー移動部材と、ドローバー移動部材をアンクランプ方向に移動させる移動部材駆動手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
この場合、主軸が一方（アンクランプ方向）に回転することにより、押圧部材がアンクランプ方向に移動し、第１のばねを変形させて、その付勢力をなくす。逆に、主軸が反対方向（クランプ方向）に回転することにより、押圧部材がクランプ方向に移動し、第１のばねから離れる。
【００１６】
請求項３の装置によれば、付勢力除去手段が、スリーブと押圧部材のねじの組み合わせにより、強い力で第１のばねを変形させて、確実に付勢力をなくすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図面は、工作機械の機械本体（１）と主軸ユニット（２）に設けられた工具（３）のクランプ・アンクランプ装置の部分を示している。図１は主軸ユニット（２）に設けられた主軸（４）の先端に工具（３）がクランプされている状態、図４は工具（３）がアンクランプされている状態を示し、図２および図３はこれらの中間の２つの異なる状態を示している。
【００１９】
主軸ユニット（２）は、機械本体（１）に対して水平方向および上下方向に移動可能である。主軸（４）は中空状をなし、詳細な図示は省略したが、機械本体（１）に対して移動可能なハウジング（５）内に支持されている。ハウジング（５）には、主軸を回転支持する複数組の転がり軸受、主軸を回転させるビルトイン型電動機などが設けられている。
【００２０】
主軸（４）の下端部に、工具（３）のテーパ部（３ａ）がはめ入れられるテーパ穴（６）が形成され、テーパ穴（６）の上端と主軸（４）の上端開口との間に、最も小径の第１穴部（７）、中間径の第２穴部（８）および最も大径の第３穴部（９）が下から順に形成されている。テーパ穴（６）と第１穴部（７）の境界部に、第１穴部（７）より大径のコレット逃がし部（１０）が形成されている。第１穴部（７）と第２穴部（８）の境界部に、第１穴部（７）より少し小径の内向きフランジ（１１）が形成されている。第２穴部（８）と第３穴部（９）の境界部に、上向きの段部（１２）が形成されている。また、主軸（４）の環状上端面に、連結用の複数の歯（１３）が周方向に等間隔をおいて形成されている。
【００２１】
主軸（４）の穴部（７）（８）（９）内に、上下方向にのびるドローバー（１４）が、主軸（４）に対して回転しないが軸方向に移動しうるように同軸上に配置されている。ドローバー（１４）の下端、下端より少し上方の部分、高さのほぼ中央部分および上端より少し下方の部分に、それぞれ、厚肉のコレット保持用の第１フランジ（１４ａ）、厚肉の案内用の第２フランジ（１４ｂ）、薄肉のばね受け用の第３フランジ（１４ｃ）および薄肉のばね受け用の第４フランジ（１４ｄ）が形成されている。第１フランジ（１４ａ）は第１穴部（７）内の下部に、第２フランジ（１４ｂ）は第１穴部（７）内の上部に、第３フランジ（１４ｃ）は第２穴部（８）内の上部に、第４フランジ（１４ｄ）は第３穴部（９）より少し上方に位置している。
【００２２】
ドローバー（１４）の第１フランジ（１４ａ）と第２フランジ（１４ｂ）の間の部分に、工具（３）を保持するコレット（１５）の上端の小径部（１５ａ）が係合されており、ドローバー（１４）の上下動により、コレット（１５）も上下動するようになっている。コレット（１５）の下端部には、工具保持部（１５ｂ）が形成されている。工具保持部（１５ｂ）の内径はその上側の部分より小さく、工具保持部（１５ｂ）の外径はその上側の部分より大きい。ドローバー（１４）が上方のクランプ位置に移動した状態では、コレット（１５）の保持部（１５ｂ）が第１穴部（７）に入って、その内径が小さくなった状態に保持されるため、保持部（１５ｂ）によって工具（３）の上端のプルスタッド（３ｂ）がつかまれる。ドローバー（１４）が下方のアンクランプ位置に移動すると、コレット（１５）の保持部（１５ｂ）がコレット逃がし部（１０）と合致し、保持部（１５ｂ）を広げることができるようになるため、工具（３）のプルスタッド（３ｂ）が開放される。
【００２３】
第４フランジ（１４ｄ）のすぐ下のドローバー（１４）の部分に、ばね受け用の厚肉のカラー（１６）が上下摺動自在にはめられ、カラー（１６）と段部（１２）の間のドローバー（１４）の部分に、ドローバー（１４）を上向き（クランプ方向）に付勢する付勢手段を構成する複数の皿ばね（第１のばね）（１７）が取り付けられている。皿ばね（１７）は、カラー（１６）を第４フランジ（１４ｄ）に下から圧接させ、ドローバー（１４）を上向きに付勢する。カラー（１６）の外径は、第４フランジ（１４ｄ）のそれより大きい。第３フランジ（１４ｃ）と内向きフランジ（１１）の間のドローバー（１４）の部分に、ドローバー（１４）を上向きに付勢する付勢手段を構成する圧縮コイルばね（第２のばね）（１８）が設けられている。コイルばね（１８）の上向きの付勢力は、皿ばね（１７）のそれより小さい。
【００２４】
機械本体（１）側に、ドローバー駆動手段であるドローバー駆動装置（２０）が設けられている。
【００２５】
機械本体（１）の板状の保持部（１ａ）に形成された穴（２１）に、底部が開口した筒状のフレーム（２２）が上方から挿入されて、固定されている。フレーム（２２）内に、それより小径のスリーブ（２３）が配置され、上下２組の転がり軸受（２４）（２５）により回転支持されている。スリーブ（２３）は、フレーム（２２）に対して、回転はするが、軸方向には移動しない。スリーブ（２３）の下部開口端の内径および外径は主軸（４）の上部開口端のそれとほぼ等しく、スリーブ（２３）の環状下端面に、主軸（４）の歯（１３）と連結される連結用の複数の歯（２６）が形成されている。スリーブ（２３）の上部の小径の穴の部分に、めねじ（２７）が形成されている。
【００２６】
フレーム（２２）の上壁（２２ａ）に形成されたガイド穴（２８）および上壁（２２ａ）の上面に固定されたガイド部材（２９）の部分に、押圧部材である中空状の押し下げ軸（３０）の上側の案内部（３０ａ）が、軸方向には移動しうるが回転はしないように案内支持されている。軸（３０）の高さの中間部には、スリーブ（２３）のめねじ（２７）にはまり合うおねじ（３１）が形成されている。軸（３０）の下端部には、スリーブ（２３）の下部内に位置する大径の押し下げ部（３０ｂ）が形成されている。軸（３０）の押し下げ部（３０ｂ）には大径穴（３２）が形成され、それより上側の部分に小径穴（３３）が形成されている。大径穴（３２）の内径はドローバー（１４）の第４フランジ（１４ｄ）の外径より少し大きく、押し下げ部（３０ｂ）の外径はカラー（１６）の外径より少し小さい。また、大径穴（３２）の深さ（高さ）は、第１フランジ（１４ｄ）の下面からドローバー（１４）の上端面までの高さより十分に大きい。
【００２７】
スリーブ（２３）の上壁（２２ａ）上面のガイド部材（２９）の上方に空気シリンダ（３４）が固定されている。シリンダ（３４）内にピストン（３５）が上下に移動しうるように挿入されている。ピストン（３５）は、ドローバー移動部材であるピストンロッド（３６）の上端寄りの部分に固定されている。ロッド（３６）の上部はシリンダ（３４）の上壁を貫通して上方にのびており、ロッド（３６）の下部はシリンダ（３４）の下壁を貫通して軸（３０）の小径穴（３３）にすきまをあけてはまっている。ロッド（３６）は、その下端が小径穴（３３）内の下部に位置する上端のクランプ位置と、下端が大径穴（３２）内に位置する下端のアンクランプ位置との間を上下に移動しうる。シリンダ（３４）の上部空気室および下部空気室は、切換弁（３７）を介して圧縮空気源（３８）に接続されている。
【００２８】
スリーブ（２３）および押し下げ軸（３０）により、付勢力除去手段が構成されている。油圧シリンダ（３４）、ピストン（３５）、弁（３７）および圧縮空気源（３８）により、移動部材駆動手段が構成され、この手段およびピストンロッド（３６）により、ドローバー移動手段が構成されている。
【００２９】
主軸（４）に取り付けられた工具（３）で工作物の加工を行なうときは、主軸ユニット（２）は機械本体（１）側のドローバー駆動装置（２０）から切り離され、駆動装置（２０）とは別に移動させられる。このとき、皿ばね（１７）がドローバー（１４）を上向きに付勢し、これにより、工具（３）が主軸（４）の先端にクランプされている。
【００３０】
工具交換のための工具（３）のアンクランプは、次のようにして行なわれる。
【００３１】
アンクランプを行なうときには、まず、図１に示すように、主軸ユニット（２）がドローバー駆動装置（２０）の真下に移動させられる。このとき、駆動装置（２０）において、押し下げ軸（３０）は上端のクランプ位置に停止している。また、弁（３７）がクランプ位置に切り換えられて、空気シリンダ（３４）の下部室に圧縮空気が供給され、ロッド（３６）は上端のクランプ位置に停止している。
【００３２】
次に、主軸ユニット（２）が上方に移動させられ、図２に示すように、主軸（４）の上端の歯（１３）がスリーブ（２３）の下端の歯（２６）にかみ合わされる。このとき、ドローバー（１４）の上端部および第４フランジ（４ｄ）が押し下げ軸（３０）の大径穴（３２）内に入り、軸（３０）の押し下げ部（３０ｂ）の下端面はカラー（１６）の上端面よりわずかに上方に位置している。歯（１３）（２６）がかみ合わされると、主軸（４）がアンクランプ方向に回転させられる。これにより、スリーブ（２３）がアンクランプ方向に回転し、押し下げ軸（３０）が下方に移動して、押し下げ部（３０ｂ）の下端面がカラー（１６）の上端面に当たり、軸（３０）がさらに下方に移動することにより、図３に示すように、カラー（１６）が第４フランジ（１４ｄ）から離れて下方に移動し、皿ばね（１７）が圧縮される。これにより、ドローバー（１４）に対する皿ばね（１７）の付勢力がなくなり、カラー（１６）が第４フランジ（１４ｄ）より所定距離下方に離れた時点で、主軸（４）の回転が停止する。
【００３３】
主軸（４）が停止すると、図４に示すように、弁（３７）がアンクランプ位置に切り換えられ、空気シリンダ（３４）の上部室に圧縮空気が供給されることにより、ロッド（３６）が下端のアンクランプ位置まで下降する。これにより、ドローバー（１４）が下方に押されて、コレット（１５）が下端のアンクランプ位置まで下降し、工具（３）をアンクランプする。
【００３４】
工具（３）のクランプは、上記と逆の手順で行なわれる。
【００３５】
簡単に説明すると、図４の状態から、まず、工具（３）が上方に移動させられて、テーパ面（３ａ）がドローバー（１４）のテーパ穴（６）に圧接させられる。そして、図３に示すように、弁（３７）がクランプ位置に切り換えられて、空気シリンダ（３４）の下部室に圧縮空気が供給され、ロッド（３６）が上端のクランプ位置まで上昇させられる。ロッド（３６）が上昇すると、コイルばね（１８）の付勢力により、ドローバー（１４）が上昇し、上端のクランプ位置に停止する。これにより、コレット（１５）も上端のクランプ位置に停止して、工具（３）をクランプする。この状態では、工具（３）はコイルばね（１８）により、比較的小さい力でクランプされている。なお、ロッド（３６）は、ドローバー（１４）がクランプ位置に停止した後も、ドローバー（１４）から離れて、クランプ位置まで上昇する。コイルばね（１８）によって工具（３）がクランプされると、主軸（４）がクランプ方向に回転させられる。これにより、スリーブ（２３）がクランプ方向に回転させられ、図２に示すように、押し下げ軸（３０）が上方に移動するため、皿ばね（１７）の付勢力により、カラー（１６）が上昇し、第４フランジ（１４ｄ）に当たって、ドローバー（１４）が上向きに付勢され、工具（３）は、皿ばね（１７）により、大きな力で強固にクランプされる。カラー（１６）が第４フランジ（１４ｄ）に当たって停止した後、軸（３０）がカラー（１６）から少し上方に離れた時点で主軸（４）の回転が停止する。主軸が停止すると、図１に示すように、主軸ユニット（２）が下方に移動させられ、ドローバー（１４）がスリーブ（２３）から離れる。
【００３６】
クランプ・アンクランプ装置、主軸ユニットおよびドローバー駆動装置の各部の構成など、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、主軸に工具がクランプされている状態を示すクランプ・アンクランプ装置の縦断面図である。
【図２】図２は、工具をクランプするときの第１の状態を示すクランプ・アンクランプ装置の縦断面図である。
【図３】図３は、工具をクランプするときの第２の状態を示すクランプ・アンクランプ装置の縦断面図である。
【図４】図４は、工具がアンクランプされた状態を示すクランプ・アンクランプ装置の縦断面図である。
【符号の説明】
（１）　　　　　　　　機械本体
（２）　　　　　　　　主軸ユニット
（３）　　　　　　　　工具
（４）　　　　　　　　主軸
（１４）　　　　　　　ドローバー
（１５）　　　　　　　コレット
（１７）　　　　　　　皿ばね
（１８）　　　　　　　コイルばね
（２０）　　　　　　　ドローバー駆動装置
（２３）　　　　　　　スリーブ
（２７）　　　　　　　めねじ
（３０）　　　　　　　押し下げ軸
（３０）　　　　　　　おねじ
（３４）　　　　　　　空気シリンダ
（３６）　　　　　　　ピストンロッド
（３７）　　　　　　　切換弁
（３８）　　　　　　　圧縮空気源
【図１】
2004114232.tif 000003
【図２】
2004114232.tif 000004
【図３】
2004114232.tif 000005
【図４】
2004114232.tif 000006