(57)【要約】【課題】増力機構によりドローバーの引張り力を増力して工具を主軸に強力に固定可能で且つ耐久性に優れる主軸の工具固定装置を提供する。【解決手段】工具固定装置４は、ドローバー２１とコレット２０とを連動連結する連結機構２２を備え、この連結機構２２は、ドローバー２１の先端側にドローバー２１に対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つコレット２０の基端部分に連動連結された内側伝達部材４０と、この内側伝達部材４０とドローバー２１の先端部に外嵌され且つドローバー２１の引張り力を内側伝達部材４０に伝達可能な外側伝達部材４１と、コレット２０と外側伝達部材４１が内嵌可能な筒体４３と、ドローバー２１の引張り力を増力して外側伝達部材４１に伝達する増力機構４４とを備えている。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸の先端部分に装着される工具又は工具ホルダを主軸に固定する工具固定装置であって、周方向に分割された複数のコレット分割体からなり工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なコレットと、主軸の中心部に配設されたドローバーと、このドローバーとコレットとを連動連結する連結機構と、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢可能で且つドローバーを主軸先端側へ押動可能な駆動手段とを備えた工具固定装置において、
前記連結機構は、
前記ドローバーの先端側にドローバーに対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つ主軸基端側へ一体的に移動可能にコレットに連結された内側伝達部材と、
この内側伝達部材とドローバーの先端部に外嵌され且つドローバーの引張り力を内側伝達部材に伝達可能な外側伝達部材と、
前記コレットと外側伝達部材が内嵌可能な筒体と、
前記ドローバーの引張り力を増力して外側伝達部材に伝達する増力機構と、
を備えたことを特徴とする主軸の工具固定装置。
【請求項２】
前記内側伝達部材は、冷却液を通す為の管部材に外嵌される筒状部材に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の主軸の工具固定装置。
【請求項３】
前記外側伝達部材は、周方向に分割された複数の分割伝達部材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の主軸の工具固定装置。
【請求項４】
前記ドローバーを主軸先端側へ押動するとき、外側伝達部材が筒体に内嵌することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の主軸の工具固定装置。
【請求項５】
前記増力機構は、外側伝達部材の基端部の内面部に形成され基端側程小径化するように傾斜した第１傾斜面と、外側伝達部材の基端部の外面部に形成され基端側程大径化するように傾斜した第２傾斜面と、ドローバーの先端側部分の外周部に形成され前記第１傾斜面に係合する第３傾斜面と、筒体の基端部の内周部に形成され前記第２傾斜面と係合可能な第４傾斜面とを有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の主軸の工具固定装置。
【請求項６】
前記各コレット分割体の基端部の外周部に径方向外側へ突出する突出部を設け、前記筒体の内周部に内側へ突出する環状突出部を設け、
駆動手段によりコレットが押出し側へ解除駆動された際に、複数の突出部と環状突出部の当接により、複数のコレット分割体の基端部を径方向内側に移動させることにより複数のコレット分割体の先端部を拡開させて、複数のコレット分割体を把持解除させることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の主軸の工具固定装置。
【請求項７】
前記複数のコレット分割体に主軸基端側へ突出する複数の第１の突出係合部を設けるとともに、前記複数の分割伝達部材に主軸先端側へ突出する第２の突出係合部を設け、前記内側伝達部材に周方向に複数の溝部を形成し、複数の溝部に複数の第１、第２突出係合部を係合させて複数のコレット分割体と複数の分割伝達部材とが内側伝達部材に対して周方向に移動しないように構成したことを特徴とする請求項３に記載の主軸の工具固定装置。
【請求項８】
前記内側伝達部材と外側伝達部材に、これら両部材を連動連結する係合機構を設け、
前記係合機構は、内側伝達部材の外周部に形成した環状係合溝と、前記複数の分割伝達部材の先端部に夫々形成されて環状係合溝に係合する複数の係合部とを有することを特徴とする請求項３に記載の主軸の工具固定装置。
【請求項９】
前記環状係合溝は、ドローバーの軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、複数の係合部の内面部も、前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されて環状係合溝に係合するように構成されたことを特徴とする請求項８に記載の主軸の工具固定装置。
【請求項１０】
前記駆動手段は、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢する弾性付勢部材と、この弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動する流体圧シリンダとを有することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の主軸の工具固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主軸の工具固定装置に関し、特に、ドローバーの引張り力を増力して工具把持用のコレットに伝達可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、工作機械の主軸に工具又は工具ホルダを固定する工具固定装置の多くは、主軸の中心部に配設されたドローバーと、このドローバーの先端側部分に連結され工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なコレットと、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向に付勢可能で且つドローバーを主軸先端側へ押動可能な駆動手段とを備えており、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ駆動したときに、コレットで工具又は工具ホルダの基端部を把持しつつこれら工具又は工具ホルダを主軸基端側へ引き込んで工具を主軸に固定するように構成されている。
【０００３】
ここで、ドローバーの引張り力を増力してコレットに伝達する増力機構を備えた工具固定装置も提案されている。例えば、特許文献１に記載の工具固定装置においては、周方向に分割された複数の分割片からなるコレットと、このコレットに外嵌する筒体が設けられ、コレットの基端部の内外周部に形成された２つの傾斜面と、ドローバーの先端側部分及び筒状体の基端部に夫々設けられ前記コレットの２つの傾斜面に係合可能な傾斜状の２つの傾斜面とで増力機構が構成されている。そして、駆動手段によりドローバーが主軸基端側に引張られたときには、係合関係にある２組の傾斜面によりドローバーの引張り力が増力されてコレットに伝達され、工具又は工具ホルダがコレットの先端部により把持された状態で引き込まれて、工具又は工具ホルダが主軸に固定されるようになっている。
【０００４】
尚、コレットを構成する複数の分割片は、コレットの基端部に設けられたコイルバネにより径方向内側へ付勢されており、コレットがドローバーと共にスムーズに移動できるように構成されている。さらに、コレットよりも先端側には、主軸基端側へ突出し且つ放射状に形成された複数のコレット拡開突起を有するセパレータが設けられており、駆動手段の油圧シリンダ等によりドローバーが主軸先端側へ押動されたときには、コレットの先端部がセパレータのコレット拡開突起により押しひろげられて、コレットによる工具又は工具ホルダの把持状態が解除される。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−７６１０５号公報（第４−７頁、図１−９）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記特許文献１に記載の工具固定装置においては、コレットの基端部において増力機構によりドローバーの引張り力が増力されるとともに、コレットの先端部にその増力された力が伝達されて工具又は工具ホルダが把持される。従って、このコレットによる把持動作を繰り返すにつれ、コレットの先端部と基端部の間の途中部には繰り返し応力が作用するため、場合によってはコレットに疲労破壊が生じる虞もあり、耐久性の面で不利である。
【０００７】
さらに、ドローバーを主軸先端側へ押動して工具又は工具ホルダの把持を解除する際に、コレットを筒体に対してスムーズに主軸先端側へ移動させるために、複数の分割片を径方向内側へ付勢するコイルバネが必要になり、部品数が増えて製作コスト的に不利である。また、機械加工の際に主軸が高速回転するときなどに、様々な要因によりコイルバネに局所的に大きな力が作用すると、コイルバネが容易に破断してしまう虞がある。さらに、工具又は工具ホルダの固定を解除する際にコレットの先端部を拡げるために、放射状に設けられた複数のコレット拡開突起を有する複雑形状のセパレータが必要になり、構造が複雑になるし、製作コスト的にも不利である。
【０００８】
さらに、コレットがドローバーの先端側に位置する増力機構の一部を構成しているため、必然的にコレットの長さが大きくなってしまう。そして、強度確保の為、工具ホルダを把持するコレット先端部の拡開状態における径を大きくすれば、コレットの増力機構の一部を構成しドローバーと係合する部分の強度も確保するために、コレット全体の径を大きくしなければならず、工具固定装置が大型化してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、増力機構によりドローバーの引張り力を増力して工具を主軸に強力に固定可能に構成するとともにコレットの耐久性を向上させること、簡単な構造で工具又は工具ホルダの把持状態を解除可能に構成すること、等である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸の先端部分に装着される工具又は工具ホルダを主軸に固定する工具固定装置であって、周方向に分割された複数のコレット分割体からなり工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なコレットと、主軸の中心部に配設されたドローバーと、このドローバーとコレットとを連動連結する連結機構と、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢可能で且つドローバーを主軸先端側へ押動可能な駆動手段とを備えた工具固定装置において、前記連結機構は、前記ドローバーの先端側にドローバーに対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つ主軸基端側へ一体的に移動可能にコレットに連結された内側伝達部材と、この内側伝達部材とドローバーの先端部に外嵌され且つドローバーの引張り力を内側伝達部材に伝達可能な外側伝達部材と、前記コレットと外側伝達部材が内嵌可能な筒体と、前記ドローバーの引張り力を増力して外側伝達部材に伝達する増力機構とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
この工具固定装置により、主軸に工具又は工具を保持する工具ホルダを固定する場合には、工具又は工具ホルダを主軸の先端部分に装着した状態で、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ引っ張る。すると、連結機構によりドローバーに連動連結されたコレットも主軸基端側へ駆動されて連結機構の筒体に内嵌され、コレットの先端部が径方向内側に移動して工具又は工具ホルダの基端部がコレットに把持される。
【００１２】
このとき、ドローバーの引張り力は、増力機構により増力された後、ドローバーの先端部に外嵌された外側伝達部材と、コレットに連結された内側伝達部材を介してコレットに伝達される。従って、工具又は工具ホルダを把持した状態でコレットが主軸基端側に強力に引き込まれて、工具又は工具ホルダが主軸に強力に固定される。
【００１３】
請求項２の主軸の工具固定装置は、請求項１の発明において、前記内側伝達部材は、冷却液を通す為の管部材に外嵌される筒状部材に形成されたことを特徴とするものである。管部材は、機械加工時に工具等を冷却する冷却液を工具へ供給する為のものであり、この管部材に内側伝達部材が外嵌されるため、主軸内のスペースを有効に利用して内側伝達部材を配設することができる。
【００１４】
請求項３の主軸の工具固定装置は、請求項１又は２の発明において、前記外側伝達部材は、周方向に分割された複数の分割伝達部材からなることを特徴とするものである。従って、周方向に分割された複数の分割伝達部材により、ドローバーの引張り力を内側伝達部材に周方向に均等に伝達することができる。
【００１５】
請求項４の主軸の工具固定装置は、請求項１〜３の発明において、前記ドローバーを主軸先端側へ押動するとき、外側伝達部材が筒体に内嵌することを特徴とするものである。ドローバーが主軸先端側へ押動されたときには、ドローバーとともに外側伝達部材も主軸先端側へ移動して、外側伝達部材が筒体に内嵌される。
【００１６】
請求項５の主軸の工具固定装置は、請求項１〜４の発明において、前記増力機構は、外側伝達部材の基端部の内面部に形成され基端側程小径化するように傾斜した第１傾斜面と、外側伝達部材の基端部の外面部に形成され基端側程大径化するように傾斜した第２傾斜面と、ドローバーの先端側部分の外周部に形成され前記第１傾斜面に係合する第３傾斜面と、筒体の基端部の内周部に形成され前記第２傾斜面と係合可能な第４傾斜面とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
駆動手段によりドローバーが主軸基端側へ引張られると、外側伝達部材の第１傾斜面がドローバーの第３傾斜面に係合して、第１、第３傾斜面によりドローバーの引張り力が増力されて、径方向外向きの力として第１傾斜面から外側伝達部材に伝達される。さらに、外側伝達部材の第２傾斜面が筒体の第４傾斜面に係合して、ドローバーから外側伝達部材の第１傾斜面に伝達された力が、第２、第４傾斜面によりさらに増力されて、主軸先端方向の力として筒体に伝達される。従って、外側伝達部材は、筒体から前記の増力された力と同じ大きさで主軸基端方向の反力を受けることになり、この反力が内側伝達部材を介してコレットにも伝達されて、工具又は工具ホルダがコレットにより確実に把持されて主軸に固定される。
【００１８】
請求項６の主軸の工具固定装置は、請求項１〜５の発明において、前記各コレット分割体の基端部の外周部に径方向外側へ突出する突出部を設け、前記筒体の内周部に内側へ突出する環状突出部を設け、駆動手段によりコレットが押出し側へ解除駆動された際に、複数の突出部と環状突出部の当接により、複数のコレット分割体の基端部を径方向内側に移動させることにより複数のコレット分割体の先端部を拡開させて、複数のコレット分割体を把持解除させることを特徴とするものである。
【００１９】
駆動手段によりドローバーが主軸先端側へ押動され、それに伴ってコレットも押出し側へ駆動されると、コレット分割体の外周部に形成された突出部が、筒体の内周部に形成された環状突出部に当接する。このとき、環状突出部により複数のコレット分割体の基端部が径方向内側へ駆動されることになり、それに伴って、コレット分割体の先端部が径方向外側へ移動して拡開するため、複数のコレット分割体による工具又は工具ホルダの把持状態が解除される。
【００２０】
請求項７の工具固定装置は、請求項３の発明において、前記複数のコレット分割体に主軸基端側へ突出する複数の第１の突出係合部を設けるとともに、前記複数の分割伝達部材に主軸先端側へ突出する第２の突出係合部を設け、前記内側伝達部材に周方向に複数の溝部を形成し、複数の溝部に複数の第１、第２突出係合部を係合させて複数のコレット分割体と複数の分割伝達部材とが内側伝達部材に対して周方向に移動しないように構成したことを特徴とするものである。
【００２１】
従って、複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が、内側伝達部材に対して周方向に移動しないように規制されるため、これら複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が主軸の軸心に対して対称な位置に配設されることになり、主軸の高速回転時における振動を極力防止できる。
【００２２】
請求項８の主軸の工具固定装置は、請求項３の発明において、前記内側伝達部材と外側伝達部材に、これら両部材を連動連結する係合機構を設け、前記係合機構は、内側伝達部材の外周部に形成した環状係合溝と、前記複数の分割伝達部材の先端部に夫々形成されて環状係合溝に係合する複数の係合部とを有することを特徴とするものである。従って、駆動手段によりドローバーが主軸基端側へ引張られると、ドローバーの引張り力が増力機構で増力されてから複数の分割伝達部材に伝達される。ここで、複数の分割伝達部材の係合部が内側伝達部材の環状係合溝に係合しているため、これら複数の分割伝達部材から増力された力が内側伝達部材に伝達される。
【００２３】
請求項９の主軸の工具固定装置は、請求項８の発明において、前記環状係合溝は、ドローバーの軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、複数の係合部の内面部も、前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されて環状係合溝に係合するように構成されたことを特徴とするものである。従って、環状係合溝のうちの前記軸心を含む断面が円弧状に形成された部分に、同じく前記断面が円弧状に形成された複数の係合部が係合して、係合部と環状係合溝との間の面圧を小さくして耐久性を向上させることができる。従って、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ引張る方向に付勢したときに、係合部と環状係合溝とを係合させつつ外側伝達部材の基端部を径方向外側にスムーズに移動させることができる。
【００２４】
請求項１０の主軸の工具固定装置は、請求項１〜９の何れかの発明において、前記駆動手段は、ドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢する弾性付勢部材と、この弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動する流体圧シリンダとを有することを特徴とするものである。この弾性付勢部材の付勢力が増力機構により増力されてコレットに伝達されるため、比較的小型の弾性付勢部材でも工具又は工具ホルダを強力に主軸に固定できるし、弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動してコレットの把持状態を解除する流体圧シリンダを小型化することも可能になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、横型マシニングセンタの主軸ユニットに本発明を適用した一例である。尚、図１の上下左右を上下左右として以下説明する。
図１〜図４に示すように、主軸ユニット１は、主軸２と、この主軸２を回転駆動する駆動モータ１２を含むハウジング３と、主軸２に工具５ａを保持する工具ホルダ５を固定解除可能に固定する工具固定装置４とを有する。
【００２６】
主軸２の先端部分には、先端側程大径化するテーパ状のホルダ保持部２ａが形成され、このホルダ保持部２ａには、工具ホルダ５の基端側部分に形成されたテーパ状のシャンク部５ｂが係合可能である。主軸２は、ハウジング３内に配設されて、主軸２の両端側部分がベアリング１０，１１によりハウジング３に回転自在に支持されている。ハウジング３のモータ収容部３ａには、ハウジング３に対して主軸２を回転駆動する駆動モータ１２が組み込まれている。
【００２７】
主軸２の内部には、前述のホルダ保持部２ａとこのホルダ保持部２ａの右端に連なる収容孔２ｂとが直列状に形成されている。工具ホルダ５は、ホルダ保持部２ａに内嵌可能なシャンク部５ｂと、このシャンク部５ｂの基端部に形成された小径軸部５ｃ及び被係合部５ｄと、シャンク部５ｂの先端側に形成され工具５ａの交換時に図示しない自動工具交換装置により把持される大径の把持部５ｅとを有する。工具ホルダ５を主軸２に装着した状態では、シャンク部５ｂがホルダ保持部２ａに密着状に係合し、被係合部５ｄが収容孔２ｂの先端部に臨む状態となる。そして、収容孔２ｂには、後述のドローバー２１等、工具固定装置４の主要部が収容される。
【００２８】
次に、工具固定装置４について説明する。
図１〜図７に示すように、工具固定装置４は、周方向に分割された４つのコレット分割体３０からなり工具ホルダ５の基端部を把持可能なコレット２０と、主軸２の中心部に配設されたドローバー２１と、このドローバー２１とコレット２０とを連動連結する連結機構２２と、ドローバー２１を主軸２の基端側へ引張る方向へ付勢可能で且つドローバー２１を主軸２の先端側へ押動可能な駆動機構２３とを備えている。尚、ここで、図１〜図７は、主軸２の軸心よりも下側の断面が、上側の断面よりも周方向に４５度ずれた面で切断した状態を示す断面図である。
【００２９】
まず、コレット２０について説明する。
図６〜図８に示すように、コレット２０は、ホルダ保持部２ａの右側において収容孔２ｂ内に配設されている。図８（ａ）に示すように、コレット２０の４つのコレット分割体３０は周方向に並べて配設され、各コレット分割体３０は側面視で略円弧状に形成されている。そして、これら４つのコレット分割体３０は、夫々同様の構成を有するので、そのうちの１つについて以下説明する。
【００３０】
図８に示すように、コレット分割体３０の先端部には、径方向内側へ突出し工具ホルダ５の基端部の被係合部５ｄに係合して工具ホルダ５を把持する把持部３０ａと、把持部３０ａのすぐ右側の位置において径方向外側へ突出する突出部３０ｂが形成されている。コレット分割体３０の左右方向途中部の内側部分には、後述の連結機構２２の内側伝達部材４０の環状突出部４５と係合する段部３０ｃが形成され、コレット分割体３０の右半部の内周部には、右方ほど径拡大側へ傾斜する傾斜面３０ｄが形成されている。さらに、図６、図７に示すように、コレット分割体３０の右端部の外周部には、径方向外側へ部分的に突出する鋼球３１（突出部に相当する）が装着されている。
【００３１】
さらに、各コレット分割体３０には、その基端から右方（主軸基端側）へ突出する突出係合部３０ｅ（第１突出係合部）が形成されており、図８（ａ）に示すように、４つのコレット分割体３０の４つの突出係合部３０ｅは、周方向に９０度ずれた位置に夫々設けられている。そして、図５〜図７に示すように、これら４つの突出係合部３０ｅは、後述の連結機構２２の内側伝達部材４０に形成された４つの溝部４６ａに夫々係合し、４つのコレット分割体３０は、内側伝達部材４０に対して周方向に移動しないように規制されている。
【００３２】
次に、ドローバー２１について説明する。
図１〜図７に示すように、ドローバー２１の先端側部分は、収容孔２ｂに装着された筒状部材３２に摺動自在に内嵌され、さらに、ドローバー２１の基端側部分に形成された環状のバネ受け部２１ａが収容孔２ｂに摺動自在に内嵌され、ドローバー２１は収容孔２ｂ内において主軸２に対して左右方向に相対移動可能に配設されている。このドローバー２１の先端部には、後述の内側伝達部材４０を部分的に収容する収容凹部２１ｂと、この収容凹部２１ｂの右端に連通するバネ収容孔２１ｃが形成されている。ドローバー２１の先端側部分のうち、収容凹部２１ｂよりもやや右側部分の外周部には、後述の外側伝達部材４１の第１傾斜面５１に係合する第３傾斜面６２が形成されている。ドローバー２１の先端側には冷却液を通す為の管部材３３が配設され、バネ収容孔２１ｃには、管部材３３が工具ホルダ５の基端に当接するように管部材３３を左方へ付勢するコイルバネ３４が配設されている。
【００３３】
次に、連結機構２２について説明する。
連結機構２２は、ドローバー２１の先端側にドローバー２１に対して軸心方向へ相対移動可能に配設され且つ右方（主軸２の基端側）へ一体的に移動可能にコレット２０に連結された内側伝達部材４０と、この内側伝達部材４０とドローバー２１の先端部に外嵌され且つドローバー２１の引張り力を内側伝達部材４０に伝達可能な外側伝達部材４１と、内側伝達部材４０と外側伝達部材４１を連動連結する係合機構４２と、コレット２０と外側伝達部材４１が内嵌可能な筒体４３と、ドローバー２１の引張り力を増力して外側伝達部材４１に伝達する増力機構４４とを備えている。
【００３４】
図６、図７、図９に示すように、内側伝達部材４０は、冷却液を通す為の管部材３３に外嵌される筒状部材に形成され、内側伝達部材４０の右側１／３部分は、ドローバー２１の先端部に形成された収容凹部２１ｂに摺動自在に内嵌されている。図９に示すように、内側伝達部材４０には、径方向外側へ突出する３つの環状突出部４５，４６，４７が間隔を空けて形成されている。最も左側に位置する環状突出部４５は、４つのコレット分割体３０の段部３０ｃと係合可能である。
【００３５】
真ん中に位置する環状突出部４６の外周部には、図９（ｂ）に示すように、８つの溝部４６ａ，４６ｂが周方向に等分された位置に形成されている。この８つの溝部４６ａ，４６ｂのうち、図８（ｂ）における環状突出部４６の上下左右の４箇所に形成された４つの溝部４６ａには、４つのコレット分割体３０の突出係合部３０ｅが夫々係合している。一方、４つの溝部４６ａと周方向に位相が４５度ずれた位置に形成された４つの溝部４６ｂには、後述の外側伝達部材４１の４つの分割伝達部材５０の突出係合部５０ａが夫々係合している。２つの環状突出部４６，４７の間において、内側伝達部材４０の外周部には、後述の環状係合溝４０ａも形成されている。
【００３６】
図６、図７、図１０に示すように、外側伝達部材４１は、周方向に分割された４つの分割伝達部材５０からなり、図５に示すように、４つの分割伝達部材が４つのコレット分割体３０に対して周方向に４５度ずれた位置に配設された状態で、外側伝達部材４１は内側伝達部材４０とドローバー２１に外嵌されている。
【００３７】
図１０に示すように、各分割伝達部材５０には、その先端から左方（主軸先端側）へ突出する突出係合部５０ａ（第２突出係合部）が形成され、図１０（ａ）に示すように、４つの分割伝達部材５０の４つの突出係合部５０ａは、周方向に９０度ずれた位置に夫々設けられている。そして、図５〜図７に示すように、これら４つの突出係合部５０ａは、内側伝達部材４０の４つの溝部４６ｂに夫々係合し、４つの分割伝達部材５０は、内側伝達部材４０に対して周方向に移動しないように規制されている。
【００３８】
分割伝達部材５０の先端部には、内側伝達部材４０の環状係合溝４０ａに係合する係合部５０ｂが径方向内側へ突出するように形成され、さらに、分割伝達部材５０の先端部の外面部には、後述の筒体４３の内面部に密着状に係合する係合部材５１が装着されている。
【００３９】
分割伝達部材５０の右端部には、径方向外側及び径方向内側に夫々突出する傾斜面形成部５０ｃが設けられている。この傾斜面形成部５０ｃの内面部の左側部分には、右方（基端側）程小径化するように傾斜した第１傾斜面６０が形成され、傾斜面形成部５０ｃの外面部の左側部分には、右方程大径化するように傾斜した第２傾斜面６１が形成されている。
【００４０】
係合機構４２は、内側伝達部材４０の外周部に形成した環状係合溝４０ａと、４つの分割伝達部材５０の先端部に夫々形成されて環状係合溝４０ａに係合する４つの係合部５０ｂとを有する。図９（ａ）に示すように、環状係合溝４０ａは、ドローバー２１の軸心を含む断面が一部円弧状に形成されている。一方、図１０（ｂ）に示すように、係合部５０ｂの内面部も、前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されて環状係合溝４０ａに係合するように形成されている。そして、この係合機構４２により内側伝達部材４０と外側伝達部材４１とが連動連結されるため、後述の駆動機構２３により、ドローバー２１が主軸２の基端側へ引っ張られると、ドローバー２１の引張り力が外側伝達部材４１から内側伝達部材４０に伝達されて、内側伝達部材４０と外側伝達部材４１が一体的に右方へ移動する。
【００４１】
図６、図７に示すように、筒体４３は、収容孔２ｂに内嵌された第１筒体５５及び第２筒体５６からなる。第１筒体５５の先端部は収容孔２ｂの先端部に形成された段部２ｃと係合し、第２筒体５６の基端面は筒状部材３２の先端面に当接しており、筒体４３は主軸２に対して相対移動不能に収容孔２ｂ内に配設されている。
【００４２】
第１筒体５５の基端側部分の内周部には、内側へ突出する環状突出部５５ａが一体的に設けられている。後述の駆動機構２３によりドローバー２１が先端側へ押動され、コレット２０が左方へ押出されたときには、４つのコレット分割体３０に設けられた４つの鋼球３１が環状突出部５５ａに当接する。ここで、前述したように、コレット分割体３０の右半部の内周部には、右方ほど径拡大側へ傾斜する傾斜面３０ｄが形成されているため、コレット分割体３０の基端部と内側伝達部材４０との間に隙間が存在することになる。従って、図２に示すように、４つの鋼球３１が環状突出部５５ａに当接したときには、４つのコレット分割体３０の基端部が径方向内側に移動するとともに、コレット分割体３０の先端部が第１筒体５５から左方へ飛び出して、把持部３０ａが径方向外側へ移動してコレット２０による工具ホルダ５の把持状態が解除される。
【００４３】
第２筒体５６の基端部の内周部には、外側伝達部材４１に形成された第２傾斜面６１と係合可能な第４傾斜面６３が形成されている。また、筒状部材３２の先端部には凹部３２ａが形成されており、駆動機構２３によりドローバー２１が主軸２の基端側に引っ張られたときに、外側伝達部材４１の傾斜面形成部５０ｃが径方向外側に移動できるようになっている。
【００４４】
図６、図７、図１１に示すように、増力機構４４は、外側伝達部材４１の基端部の内面部に形成された第１傾斜面６０と、外側伝達部材４１の基端部の外面部に形成された第２傾斜面６１と、ドローバー２１の先端側部分の外周部に形成され第１傾斜面６０に係合する第３傾斜面６２と、筒体４３の基端部の内周部に形成され第２傾斜面６１と係合可能な第４傾斜面６３とを有する。
【００４５】
駆動機構２３によりドローバー２１が右方へ引っ張られると、外側伝達部材４１の第１傾斜面６０がドローバー２１の第３傾斜面６２と係合しているため、筒体４３内で外側伝達部材４１がドローバー２１と一体的に右方へ移動する。しかし、図６に示すように、外側伝達部材４１の傾斜面形成部５０ｃが筒体４３から右側へ飛び出すと、凹部３２ａの内側に形成された空間において傾斜面形成部５０ｃが径方向外側へ移動できるようになり、ドローバー２１が外側伝達部材４１に対して相対的に右方へ移動することで、第３傾斜面６２により４つの分割伝達部材５０を回動させて、それらの傾斜面形成部５０ｃを径方向外側へ移動させる。
【００４６】
図７に示すように、傾斜面形成部５０ｃが径方向外側へ移動して、傾斜面形成部５０ｃの第２傾斜面６１が筒体４３の第４傾斜面６３に係合すると、ドローバー２１の引張り力が外側伝達部材４１及び内側伝達部材４０を介してコレット２０に伝達される。このとき、第１傾斜面６０と第３傾斜面６２の係合関係、及び、第２傾斜面６１と第４傾斜面６３の係合関係により、ドローバー２１の引張り力が増力されてコレット２０に伝達される。
【００４７】
即ち、図１１に示すように、ドローバー２１の第３傾斜面６２から外側伝達部材４１の第１傾斜面６０に伝達されるドローバー２１の引張り力をＦ０、第３傾斜面６２における垂直抗力をＮ０、第１傾斜面６０及び第３傾斜面６２の傾斜角度をθ、第１傾斜面６０と第３傾斜面６２の間の摩擦係数をμとしたときに、傾斜面形成部５０ｃを径方向外側へ押しひろげる力Ｆ１は、Ｆ１＝Ｎ０ｃｏｓθ−μＮ０ｓｉｎθとなる。ここで、Ｎ０＝Ｆ０／ｓｉｎθである。
【００４８】
そして、このＦ１が外側伝達部材４１の第２傾斜面６１から筒体４３の第４傾斜面６３に作用する。第４傾斜面６３における垂直効力をＮ１、第２傾斜面６１及び第４傾斜面６３の傾斜角度をφとすると、筒体４３に水平方向に作用する力Ｆ２は、Ｆ２＝Ｎ１ｃｏｓφ−μＮ１ｓｉｎφとなる。ここで、Ｎ１＝Ｆ１／ｓｉｎφである。このＦ２と同じ大きさの右向きの力が筒体４３からの反力として外側伝達部材４１に作用し、内側伝達部材４０を介してコレット２０を筒体４３内に引き込むことになる。
【００４９】
ここで、例えば、θ＝φ＝２８°、μ＝０．１５とすると、Ｆ２＝２．９９５Ｆ０となる。従って、ドローバー２１の引張り力が増力されてその約３倍の力がコレット２０に作用することになるため、コレット２０で把持した工具ホルダ５を強固にホルダ保持部２ａに引きつけて工具ホルダ５を固定することができる。
【００５０】
次に、駆動機構２３について説明する。
図１〜図４に示すように、駆動機構２３は、ドローバー２１を主軸２の基端側へ引張る方向へ付勢するコイルバネ７０（弾性付勢部材）と、このコイルバネ７０の付勢力に抗してドローバー２１を主軸２の先端側へ押動する油圧シリンダ７１とを有する。コイルバネ７０は、ドローバー２１の左右方向途中部に外嵌され、収容孔２ｂ内において筒状部材３２とバネ受け部２１ａとの間に配設されている。油圧シリンダ７１は、ドローバー２１の基端部に連結されてドローバー２１を左方へ押動可能に構成されている。この油圧シリンダ７１は、一般的な構成を有するものであるため、詳細な説明は省略する。
【００５１】
次に、工具固定装置４の作用について説明する。
工具５ａを保持した工具ホルダ５をホルダ保持部２ａに固定する場合には、図２に示すように、工具ホルダ５をホルダ保持部２ａに装着した状態で、駆動機構２３の油圧シリンダ７１から油圧を排出して、コイルバネ７０の付勢力によりドローバー２１を右方へ引っ張る。すると、図３、図６に示すように、ドローバー２１の引張り力が第３傾斜面６２から外側伝達部材４１に伝達される。さらに、係合機構４２により外側伝達部材４１が内側伝達部材４０と連動連結されているため、ドローバー２１の引張り力が内側伝達部材４０に伝達されて、内側伝達部材４０に連結されたコレット２０の４つのコレット分割体３０が右方へ移動する。
【００５２】
このとき、４つのコレット分割体３０の把持部３０ａが夫々筒体４３内に引き込まれて、これら４つの把持部３０ａが径方向内側に移動して工具ホルダ５の被係合部５ｄに夫々係合し、これら４つの把持部３０ａにより工具ホルダ５の基端部が把持される。
さらに、駆動機構２３によりドローバー２１が右方へ引っ張られると、図７に示すように、外側伝達部材４１の傾斜面形成部５０ｃが筒体４３の外側へ移動して、凹部３２ａの内側に形成された空間において傾斜面形成部５０ｃが径方向外側へ移動できるようになるため、ドローバー２１が外側伝達部材４１に対して相対的に右方へ移動しつつ第３傾斜面６２により４つの分割伝達部材５０を回動させて、それらの傾斜面形成部５０ｃを径方向外側へ移動させる。このとき、係合機構４２において、内側伝達部材４０の環状係合溝４０ａが、ドローバー２１の軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、分割伝達部材５０の４つの係合部５０ｂの内面部も前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されているため、係合部５０ｂと環状係合溝４０ａとが係合した状態で４つの分割伝達部材５０の傾斜面形成部５０ｃが径方向外側へ移動しやすくなっている。
【００５３】
傾斜面形成部５０ｃが径方向外側へ移動すると、傾斜面形成部５０ｃの第２傾斜面６１が筒体４３の第４傾斜面６３に係合して、ドローバー２１の引張り力が外側伝達部材４１及び内側伝達部材４０を介してコレット２０に伝達される。このとき、増力機構４４において、第１傾斜面６０と第３傾斜面６２とが係合するとともに、第２傾斜面６１と第４傾斜面６３とが係合することで、ドローバー２１の引張り力が増力されてコレット２０に伝達されるため、コレット２０で把持した工具ホルダ５を強固にホルダ保持部２ａに引き込んで固定することができる。
【００５４】
工具ホルダ５の固定を解除する場合には、駆動機構２３の油圧シリンダ７１に油圧を供給して、コイルバネ７０の付勢力に抗してドローバー２１を左方へ押動する。すると、図６に示すように、ドローバー２１が外側伝達部材４１に対して相対的に左方へ移動し、ドローバー２１の先端が内側伝達部材４０の環状突出部４７に当接して、内側伝達部材４０とコレット２０も左方へ移動する。このとき、外側伝達部材４１の傾斜面形成部５０ｃが径方向内側へ移動し、外側伝達部材４１は内側伝達部材４０と一体的に左方へ移動して筒体４３に内嵌する。そして、４つのコレット分割体３０が左方へ移動してこれらコレット分割体３０の先端部が第１筒体５５から左方へ飛び出し、４つのコレット分割体３０に設けられた４つの鋼球３１が第１筒体５５の環状突出部５５ａに当接すると、４つのコレット分割体３０の基端部が径方向内側に移動するとともに把持部３０ａが径方向外側へ移動してコレット２０による工具ホルダ５の把持状態が解除される。
【００５５】
以上説明した工具固定装置４によれば、次のような効果が得られる。
１）ドローバー２１に作用した駆動機構２３による引張り力は、増力機構４４により増力されてから、外側伝達部材４１と内側伝達部材４０の２つの部材を介してコレット２０に伝達されるので、工具ホルダ５を固定する際又はその固定を解除する際に、これら２つの部材に無理な力が作用することがなく、疲労破壊も生じにくいため、耐久性に優れる。
【００５６】
また、コレット２０と増力機構４４（外側伝達部材４１）とを別々に構成することで、前記特許文献１に記載のコレットのようにコレットが不必要に長くならず、コレット２０と外側伝達部材４１を適切な長さに設定できる。さらに、工具ホルダ５を把持するコレット２０の把持部３０ａの径と、ドローバー２１の先端部に外嵌する外側伝達部材４１の径とを夫々別々に適切な大きさに設定することができるため、コレット２０と外側伝達部材４１の強度を確保しつつ、工具固定装置４を小型化することも可能になる。
【００５７】
２）内側伝達部材４０は、冷却液を通す為の管部材３３に外嵌される筒状部材に形成されたので、主軸２内のスペースを有効に利用して内側伝達部材４０を配設することができ、主軸２を小型化することが可能になる。
【００５８】
３）外側伝達部材４１は、周方向に分割された４つの分割伝達部材５０からなるので、駆動機構２３によりドローバー２１を主軸２の基端側へ引っ張ったときに、このドローバー２１の引張り力をコレット２０に周方向に均等に伝達することができる。
【００５９】
４）増力機構４４は、外側伝達部材４１に形成された第１、第２傾斜面６０，６１と、ドローバー２１の先端側部分に形成され第１傾斜面６０に係合する第３傾斜面６２と、筒体４３の基端部に形成され第２傾斜面６１に係合可能な第４傾斜面６３を有し、駆動機構２３によりドローバー２１を主軸２の基端側へ引っ張ったときに、第１傾斜面６０と第３傾斜面６２とを係合させるとともに、第２傾斜面６１と第４傾斜面６３とを係合させることにより、ドローバー２１の引張り力を増力することができるので、増力機構４４の構造を簡単にすることができる。
【００６０】
５）駆動機構２３によりコレット２０を押出し側へ解除駆動したときに、４つのコレット分割体３０に装着された４つの鋼球３１と筒体４３の内周部に形成された環状突出部５５ａとを当接させることで、４つのコレット分割体３０の基端部を径方向内側に移動させて４つのコレット分割体３０を把持解除させるので、非常に簡単な構造でコレット２０よる工具ホルダ５の把持状態を解除できる。
【００６１】
６）係合機構４２において、内側伝達部材４０の環状係合溝４０ａは、ドローバー２１の軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、環状係合溝４０ａに係合する外側伝達部材４１の４つの係合部５０ｂも前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されているため、従って、駆動機構２３によりドローバー２１を主軸２の基端側へ引っ張ったときに、係合部５０ｂと環状係合溝４０ａとを係合させつつ外側伝達部材４１の傾斜面形成部５０ｃを径方向外側にスムーズに移動させることができる。
【００６２】
７）４つのコレット分割体３０に夫々形成された４つの突出係合部３０ｅと、外側伝達部材４１の４つの分割伝達部材５０に夫々形成された４つの突出係合部５０ａが、内側伝達部材４０に形成された溝部４６ａ，４６ｂに夫々係合し、４つのコレット分割体３０及び４つの分割伝達部材５０は、内側伝達部材４０に対して周方向に移動しないように規制されるため、これら４つのコレット分割体３０及び４つの分割伝達部材５０が主軸２の軸心に対して対称な位置に配設されることになり、主軸２の高速回転時における振動を極力防止できる。さらに、ドローバー２１の引張り力が、外側伝達部材４１、内側伝達部材４０、コレット２０を介して工具ホルダ５に対して周方向に均等に伝達されるため、工具ホルダ５を確実にホルダ保持部２ａに固定できる。
【００６３】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成のものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］コレット２０の複数のコレット分割体３０及び外側伝達部材４１の複数の分割伝達部材５０の分割数は４つに限るものではなく、主軸２の径やドローバー２１の引張り力の強さ等の種々の条件により、適宜変更してもよい。
２］コレット分割体３０に設けられた鋼球３１の代わりに、径方向外側へ突出する突出部をコレット分割体３０に対して一体的に設け、突出部を筒体４３の環状突出部５５ａに当接させて複数のコレット分割体３０を把持解除させるように構成してもよい。
【００６４】
３］前記実施形態においては、工具５ａを保持する工具ホルダ５をコレット２０で把持して工具５ａを主軸２に固定するようになっているが、工具５ａを直接コレット２０で把持するように構成してもよい。
４］前記実施形態においては、筒体４３は第１筒体５５と第２筒体５６の２つの部材で構成されているが、これら第１筒体５５と第２筒体５６を一体的に形成して筒体を１部材で構成してもよい。
【００６５】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ドローバーの引張り力は、増力機構により増力されて外側伝達部材に伝達され、さらに、外側伝達部材から内側伝達部材を介してコレットに伝達されるため、工具や工具ホルダを固定する際又はその固定を解除する際に、コレットに力を伝達するこれら２つの部材に無理な力が作用せず、疲労破壊も生じにくいため、耐久性に優れる。
【００６６】
また、コレットと増力機構（外側伝達部材）を別々に構成することで、前記特許文献１に記載のコレットのようにコレットが不必要に長くならず、コレットと外側伝達部材を適切な長さに設定できる。さらに、工具又は工具ホルダを把持するコレットの径と、ドローバーの先端部に外嵌する外側伝達部材の径とを夫々別々に適切な大きさに設定することができるため、コレットと外側伝達部材の強度を確保しつつ、工具固定装置を小型化することも可能になる。
【００６７】
さらには、コレットと増力機構（外側伝達部材）を別々に構成したことで、工具又は工具ホルダの脱着、ドローバーの駆動、コレットによる工具又は工具ホルダの把持動作及び把持解除動作等の、工具固定装置の種々の作動タイミングを最適な組み合わせで設定することが容易になり、機械加工全体のサイクルタイムを短縮することも可能になる。
【００６８】
請求項２の発明によれば、内側伝達部材は、冷却液を通す為の管部材に外嵌される筒状部材に形成されたので、主軸内のスペースを有効に利用して内側伝達部材を配設することができ、主軸を小型化することが可能になる。
【００６９】
請求項３の発明によれば、外側伝達部材は、周方向に分割された複数の分割伝達部材からなるので、駆動機構によりドローバーを主軸基端側へ引張る方向へ付勢したときに、これら複数の分割伝達部材を介してドローバーの引張り力をコレットに周方向に均等に伝達することができる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、ドローバーを主軸先端側へ押動するときに、ドローバーとともに外側伝達部材も主軸先端側へ移動させて、外側伝達部材を筒体に内嵌させることができる。
【００７１】
請求項５の発明によれば、増力機構は、外側伝達部材に形成された第１、第２傾斜面と、ドローバーの先端側部分に形成され第１傾斜面に係合する第３傾斜面と、筒体の基端部に形成され第２傾斜面に係合可能な第４傾斜面とを有し、第１傾斜面と第３傾斜面とを係合させるとともに、第２傾斜面と第４傾斜面とを係合させることにより、工具固定時のドローバーの引張り力を増力することができるので、増力機構の構造を簡単にすることができる。
【００７２】
請求項６の発明によれば、駆動手段によりコレットが押出し側へ解除駆動された際に、複数のコレット分割体の複数の突出部と筒体の内周部に形成された環状突出部とが当接させることにより、複数のコレット分割体の基端部を径方向内側に移動させて複数のコレット分割体を拡開させて、複数のコレット分割体を把持解除させることができ、非常に簡単な構造でコレットの把持状態を解除することができる。
【００７３】
請求項７の発明によれば、内側伝達部材の複数の溝部に、複数のコレット分割体の複数の第１突出係合部と、複数の分割伝達部材の複数の第２突出係合部とが夫々係合し、複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が内側伝達部材に対して周方向に移動しないように規制されるため、これら複数のコレット分割体及び複数の分割伝達部材が主軸の軸心に対して対称な位置に配設されることになり、主軸の高速回転時における振動を極力防止できる。
【００７４】
請求項８の発明によれば、内側伝達部材と外側伝達部材に設けられた係合機構は、内側伝達部材の外周部に形成した環状係合溝と、複数の分割伝達部材の先端部に夫々形成されて環状係合溝に係合する複数の係合部とを有し、環状係合溝に複数の係合部が夫々係合して内側伝達部材と外側伝達部材とが連動連結されるので、駆動手段によりドローバーを主軸基端側へ引っ張る際に、内側伝達部材と外側伝達部材とを一体的に主軸基端側へ移動させてドローバーの引張り力をコレットに確実に伝達して、工具又は工具ホルダを強力に固定できる。
【００７５】
請求項９の発明によれば、内側伝達部材の環状係合部が、ドローバーの軸心を含む断面が一部円弧状に形成され、環状係合部に係合する外側伝達部材の複数の係合部も前記軸心を含む断面が一部円弧状に形成されているため、係合部が環状係合溝に係合した状態で、外側伝達部材を内側伝達部材に対してスムーズに移動させることが可能になる。
【００７６】
請求項１０の発明によれば、弾性付勢部材の付勢力が増力機構により増力されてコレットに伝達されるため、比較的小型の弾性付勢部材でも工具又は工具ホルダを強力に主軸に固定できるし、弾性付勢部材の付勢力に抗してドローバーを主軸先端側へ押動してコレットの把持状態を解除する流体圧シリンダを小型化することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る主軸ユニットの縦断面図である。
【図２】主軸ユニット（固定解除状態）の要部の縦断面図である。
【図３】主軸ユニット（固定動作中）の要部の縦断面図である。
【図４】主軸ユニット（固定状態）の要部の縦断面図である。
【図５】工具固定装置の主要部の斜視図である。
【図６】図３の一部拡大図である。
【図７】図４の一部拡大図である。
【図８】コレットを示す図であり、（ａ）は右側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】内側伝達部材を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１０】外側伝達部材を示す図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】増力機構の作用を説明する説明図である。
【符号の説明】
２        主軸
４        工具固定装置
５ａ    工具
５        工具ホルダ
２０    コレット
２１    ドローバー
２２    連結機構
２３    駆動機構
３０    コレット分割体
３０ｅ  突出係合部
３１    鋼球
３３    管部材
４０    内側伝達部材
４０ａ  環状係合溝
４１    外側伝達部材
４２    係合機構
４３    筒体
４４    増力機構
４６ａ，４６ｂ  溝部
５０    分割伝達部材
５０ａ  突出係合部
５０ｂ  係合部
５５ａ  環状突出部
６０    第１傾斜面
６１    第２傾斜面
６２    第３傾斜面
６３    第４傾斜面
７０    コイルバネ
７１    油圧シリンダ
【図１】
2004243459.tif 000003
【図２】
2004243459.tif 000004
【図３】
2004243459.tif 000005
【図４】
2004243459.tif 000006
【図５】
2004243459.tif 000007
【図６】
2004243459.tif 000008
【図７】
2004243459.tif 000009
【図８】
2004243459.tif 000010
【図９】
2004243459.tif 000011
【図１０】
2004243459.tif 000012
【図１１】
2004243459.tif 000013