(57)【要約】  【課題】  ガス漏れが発生したときの、ガス作動室内のガス圧の低下をできるだけ小さく抑え、また、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧を従来よりも低くして、ドローバーを付勢する所定の大きな付勢力を発生さることができる、主軸の工具固定装置を提供する。  【解決手段】  工具固定装置１において、ドローバー２１を主軸基端側へ引っ張り付勢するガススプリング２３は、主軸２の基端外へ突出するシリンダ部材５１を有し主軸２に固定されたシリンダ本体５０、シリンダ本体５０の内部に装着されドローバー２１に一体的に連結されたピストン５２、シリンダ部材５０内のピストン５２に対して主軸２側に形成され且つ圧縮ガスＧが収容されたガス作動室５３、主軸２の基端側部分の内部に形成され且つ圧縮ガスＧが収容されたガス収容室５４、ガス作動室５３とガス収容室５４とを連通する連通通路５５とを有する。【選択図】  図１
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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の基端部を把持可能なコレットと、主軸の内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っ張り付勢するガススプリングとを備えた主軸の工具固定装置において、
前記ガススプリングは、
前記主軸の基端外へ突出するシリンダ部材を有し主軸に固定されたシリンダ本体と、
前記シリンダ本体の内部に装着されドローバーに一体的に連結されたピストンと、
前記シリンダ部材内のピストンに対して主軸側に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス作動室と、
前記主軸の基端側部分の内部に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス収容室と、
前記ガス作動室とガス収容室とを連通する連通通路と、
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】
前記ピストンはドローバーと一体形成され、ドローバーの基端部はシリンダ本体から主軸と反対側へ突出している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】
前記ガス収容室は、主軸の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴の大部分でもって形成され、前記円筒穴の先端側の奥端部分には、ガス収容室の先端側端部を仕切るための環状部材が装着され、前記円筒穴の基端部分には、シリンダ本体と一体の環状仕切り部材が装着された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】
前記シリンダ本体のシリンダ部材は主軸の外径以上の外径を有し、前記ガス収容室は、ガス作動室の容積の少なくとも５倍以上の容積を有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】
前記ガス収容室に圧縮ガスを充填する為のガス充填用通路を主軸に形成した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】
前記ガス収容室内に封止機能を得るためのオイルを封入した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】
前記ガススプリングによる付勢を解除する際に、ドローバーの基端部を主軸先端側へ押圧駆動する油圧シリンダを設けたことを特徴とする請求項１〜６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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸に工具又は工具ホルダを固定する、ガススプリングを備えた工具固定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、主軸の工具固定装置の多くは、主軸の先端部分に装着される工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なコレットと、主軸の内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駆動する第１駆動手段と、ドローバーを主軸先端側へ駆動する第２駆動手段と備えている。コレットは、先端を広げた非作動位置と、その非作動位置よりも少し主軸基端側に位置して先端をすぼめた作動位置とに亙って切り換え可能であり、コレットが非作動位置に位置している状態で、主軸の先端部分に工具又は工具ホルダが着脱される。
【０００３】
主軸の先端部分に工具又は工具ホルダが装着された状態で、第１駆動手段によりドローバーが主軸基端側へ駆動されると、連結機構を介してコレットが作動位置に切り換えられ、その際に、コレットが工具又は工具ホルダの基端部を把持して主軸基端側へ引き込み、工具又は工具ホルダが主軸の工具保持部に強力に押圧されて固定される。一方、この状態から、第２駆動手段によりドローバーが主軸先端側へ駆動されると、連結機構を介してコレットが非作動位置に切り換えられて、工具又は工具ホルダが主軸から固定解除される。
【０００４】
ところで、前記第１駆動手段として、従来、ドローバーを主軸基端側へ付勢する皿バネ等のバネ部材を適用したものが周知である。しかし、バネ部材の製作誤差や劣化により、ドローバーを安定した強力なバネ力で付勢することが難しいこと、等の問題があり、そこで、本願出願人は、前記第１駆動手段としてガススプリングを適用した工具固定装置を提案し実用化している（特許文献１〜３等）。
【０００５】
特許文献１の工具固定装置では、主軸の基端側部分にガススプリングが設けられている。その詳細は、主軸の基端側部分の内部に基端開放状の円筒穴が形成され、その円筒穴にピストンが装着され、円筒穴においてピストンの主軸先端側に圧縮ガスを収容するガス作動室が形成され、主軸の基端部に蓋部材が装着され円筒穴が塞がれている。ピストンには主軸の軸心方向へ延びる筒部が一体形成され、その筒部の両端部分が主軸と蓋部材に摺動自在に内嵌され、このピストン及び筒部にドローバーが貫通した状態で固定されている。
【０００６】
特許文献２の工具固定装置では、シリンダ部材、ピストン、ガス作動室を備えたガススプリングが、主軸の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴に組み込まれ、ピストン及びピストンと一体の筒部にドローバーが貫通した状態で固定されている。
特許文献３の工具固定装置では、シリンダ部材、ピストン、ガス作動室を備えたガススプリング全てが、主軸の基端外に配設されて主軸に固定され、ピストン及びピストンと一体の筒部にドローバーが貫通した状態で固定されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−５９０７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４６５０７号公報
【特許文献３】特開２００１−８７９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
主軸の工具固定装置において、ドローバーを主軸基端側へ付勢するガススプリングを適用した場合、ガス作動室からガス漏れが発生すると、ガス作動室内のガス圧が低下し、ドローバーを主軸基端側へ付勢する付勢力が低下する。ガス作動室へは圧縮ガスを充填できるようになっているが、そのガス充填作業を頻繁に行うことは大変である。しかし、ガス作動室から徐々にガス漏れが発生することは致し方ないところでもある。従って、ガス作動室からガス漏れが発生したときのガス作動室のガス圧（ドローバーへの付勢力）の低下をできるだけ小さく抑えることが必要とされ、そのためには、ガス作動室の容積をできるだけ大きくすればよい。
【０００９】
しかし、特許文献１のように、ガススプリングを主軸の内部に設けた場合、ガススプリングの大きは、主軸のサイズ（長さ・太さ）や内部構成によって制約され、しかも、主軸内にピストンを配設するために、ガス作動室を大きくして、前記ガス漏れが発生したときのガス圧の低下を小さく抑えるに限界がある。特許文献２ように、ガススプリングを主軸の内部に組み込んだ場合には、特許文献１に増して、ガス作動室を大きくして、前記ガス漏れが発生したときのガス圧の低下を小さく抑えることが難しい。
【００１０】
また、特許文献１、２のように、主軸の内部にピストンを配設するため、ピストンの直径つまり受圧面積は、主軸のサイズ（直径）によって制約され、ピストンの受圧面積を大きくするのにも限界がある。従って、ドローバーを付勢する所定の大きな付勢力を発生させるために、ガス作動室内のガス圧を高くすると、ガス作動室からガス漏れが起こり易くなり、また、ガス作動室への圧縮ガス充填作業も大変になる。
【００１１】
尚、特許文献３の工具固定装置では、ガススプリング全体が主軸の基端外に配設されて主軸に固定されているため、ガス作動室の容積を大きくすることが難しい。また、ガススプリングの配設のために主軸が有効に利用されていない。その分、主軸の長さを短くすることができるが、かなり大型で重くなるガススプリングを、高速回転する主軸に強固に精度よく組み付ける必要があり非常に大変である。
【００１２】
本発明の目的は、主軸の工具固定装置において、ガススプリングの圧縮ガスを収容するガス作動室とガス収容室（これら両方を含めて、適宜、ガス室という）全体の容積を大きして、ガス室からのガス漏れが発生したときのガス作動室内のガス圧（ドローバーへの付勢力）の低下をできるだけ小さく抑えること、ピストンの受圧面積を大きくして、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧を従来よりも低くして、ドローバーを付勢する所定の大きな付勢力を発生さること、ガス室からのガス漏れを極力防止すること、ガス室への圧縮ガス充填作業を簡単化すること、等である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１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の基端部を把持可能なコレットと、主軸の内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っ張り付勢するガススプリングとを備えた主軸の工具固定装置において、前記ガススプリングは、前記主軸の基端外へ突出するシリンダ部材を有し主軸に固定されたシリンダ本体と、前記シリンダ本体の内部に装着されドローバーに一体的に連結されたピストンと、前記シリンダ部材内のピストンに対して主軸側に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス作動室と、前記主軸の基端側部分の内部に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス収容室と、前記ガス作動室とガス収容室とを連通する連通通路とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
この工具固定装置では、例えば、コレットは、複数のコレット分割体からなり、先端を広げた非作動位置と、その非作動位置よりも少し主軸基端側に位置して先端をすぼめた作動位置とに亙って切り換え可能に、主軸に支持されている。ドローバーが主軸先端側へ駆動されて、コレットが非作動位置に位置している状態で、主軸の先端部分に工具又は工具ホルダが着脱される。
【００１５】
主軸の先端部分に工具又は工具ホルダが装着された状態で、ガススプリングにより、ドローバーが主軸基端側へ引っ張られると、連結機構を介してコレットが作動位置に切り換えられ、その際に、コレットが工具又は工具ホルダの基端部を把持して主軸基端側へ引き込み、工具又は工具ホルダが主軸の工具保持部に強力に押圧されて固定される。一方、この状態から、例えば、主軸の外部に設けられた油圧シリンダにより、ドローバーが主軸先端側へ駆動されると、連結機構を介してコレットが非作動位置に切り換えられて、工具又は工具ホルダが主軸から固定解除される。
【００１６】
ガススプリングにおいては、主軸の基端外へ突出するシリンダ部材を有するシリンダ本体が主軸に固定され、そのシリンダ本体の内部に、ドローバーに一体的に連結されたピストンが装着され、シリンダ部材内のピストンに対して（シリンダ部材内においてピストンよりも）主軸側にガス作動室が形成されている。このガス作動室に収容された圧縮ガスのガス圧により、ピストンと共にドローバーが主軸基端側へ付勢される。
【００１７】
前記ピストン部材内のガス作動室とは別に、主軸の基端側部分に、圧縮ガスが収容されたガス収容室が形成され、これらガス作動室とガス収容室とが連通通路により連通されている。それ故、主軸のサイズ（長さ・太さ）や内部構成による制約を殆ど受けることなく、ガススプリングのガス作動室とガス収容室の全体の容積を大きくすることができ、更に、シリンダ部材の直径、つまりはピストンの直径を大きくして、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧が作用するピストンの受圧面積を大きくすることができる。
【００１８】
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、前記ピストンはドローバーと一体形成され、ドローバーの基端部はシリンダ本体から主軸と反対側へ突出していることを特徴とするものである。ピストンはドローバーと一体形成されているため、部品点数が低減して構成が簡単になる。ドローバーの基端部はシリンダ本体から主軸と反対側へ突出しているので、そのドローバーの基端部を主軸先端側へ押して、ドローバーを主軸先端側へ駆動することができる。
【００１９】
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、前記ガス収容室は、主軸の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴の大部分でもって形成され、前記円筒穴の先端側の奥端部分には、ガス収容室の先端側端部を仕切るための環状部材が装着され、前記円筒穴の基端部分には、シリンダ本体と一体の環状仕切り部材が装着されたことを特徴とするものである。
【００２０】
ガス収容室は、主軸の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴の大部分でもって形成されるので、ガス収容室が簡単に構成される。円筒穴の先端側の奥端部分にガス収容室の先端側端部を仕切るための環状部材が装着され、円筒穴の基端部分にシリンダ本体と一体の環状仕切り部材が装着されるので、円筒穴において環状部材と環状仕切り部材の間にガス収容室が形成される。環状仕切り部材がシリンダ本体と一体であるので、環状仕切り部材を円筒穴の基端部分に装着することで、シリンダ本体が主軸に固定される。
【００２１】
請求項４の主軸の工具固定装置は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記シリンダ本体のシリンダ部材は主軸の外径以上の外径を有し、前記ガス収容室は、例えば、ガス作動室の容積の少なくとも５倍以上の容積を有することを特徴とするものである。シリンダ本体のシリンダ部材は主軸の外径以上の外径を有するので、主軸の内部にピストンを装着したものに比べて、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧が作用するピストンの受圧面積が大きくなる。ガス収容室は、例えば、ガス作動室の容積の少なくとも５倍以上の容積を有するので、ガス室の全体の容積を大きくすることがでる。
【００２２】
請求項５の主軸の工具固定装置は、請求項１〜４の何れかの発明において、前記ガス収容室に圧縮ガスを充填する為のガス充填用通路を主軸に形成したことを特徴とするものである。ガス充填用通路が簡単に構成される。
【００２３】
請求項６の主軸の工具固定装置は、請求項１〜５の何れかの発明において、前記ガス収容室内に封止機能を得るためのオイルを封入したことを特徴とするものである。ガス収容室からのガス漏れを極力防止することができる。
【００２４】
請求項７の主軸の工具固定装置は、請求項１〜６の何れかの発明において、前記ガススプリングによる付勢を解除する際に、ドローバーの基端部を主軸先端側へ押圧駆動する油圧シリンダを設けたことを特徴とするものである。油圧シリンダによりドローバーの基端部が主軸先端側へ押圧駆動されて、ガススプリングによるドローバーへの付勢が解除され、主軸に固定されている工具又は工具ホルダを主軸から固定解除することができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の主軸の工具固定装置によれば、ガススプリングによりドローバーを主軸基端側へ引っ張り付勢することにより、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の基端部をコレットで把持し、工具又は工具ホルダを主軸基端側へ引き込んで、主軸の工具保持部に強力に押圧して固定することができる。ガススプリングにおいて、主軸の基端外へ突出するシリンダ部材を有するシリンダ本体を主軸に固定し、そのピストン部材内のガス作動室とは別に、主軸の基端側部分にガス収容室を形成し、これらガス作動室とガス収容室とを連通通路により連通したので、主軸のサイズ（長さ・太さ）や内部構成による制約を殆ど受けることなく、ガス作動室とガス収容室（これら両方を含めて、適宜、ガス室という）の全体の容積を大きくすることができ、これにより、ガス室からのガス漏れが発生したときのガス作動室内のガス圧（ドローバーへの付勢力）の低下をできるだけ小さく抑えることができる。更に、シリンダ部材を主軸の基端外へ突出するように設けたので、シリンダ部材の直径、つまりはピストンの直径を大きくして、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧が作用するピストンの受圧面積を大きくすることができ、これにより、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧を従来よりも低くして、ドローバーを付勢する所定の大きな付勢力を発生さることができ、ガス作動室からのガス漏れを極力防止することができ、ガス室への圧縮ガス充填作業も簡単化できる。
【００２６】
請求項２の主軸の工具固定装置によれば、ピストンをドローバーと一体形成したので、部品点数を低減して構成を簡単化することができ、ドローバーの基端部はシリンダ本体から主軸と反対側へ突出しているので、そのドローバーの基端部を主軸先端側へ押して、ドローバーを主軸先端側へ駆動し、コレットを非作動位置に切り換えて、主軸の先端部分に工具又は工具ホルダを着脱することができる。
【００２７】
請求項３の主軸の工具固定装置によれば、ガス収容室を、主軸の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴の大部分でもって形成したので、ガス収容室を簡単に構成することができ、円筒穴の先端側の奥端部分にガス収容室の先端側端部を仕切るための環状部材を装着し、円筒穴の基端部分にシリンダ本体と一体の環状仕切り部材を装着したので、円筒穴において環状部材と環状仕切り部材の間にガス収容室を確実に形成することができる。環状仕切り部材がシリンダ本体と一体であるので、環状仕切り部材を円筒穴の基端部分に装着することで、シリンダ本体を主軸に固定することができ、また、全体的に部品点数を減らして構成を簡単化できる。
【００２８】
請求項４の主軸の工具固定装置によれば、シリンダ本体のシリンダ部材は主軸の外径以上の外径を有するので、主軸の内部にピストンを装着したものに比べて、ガス作動室内の圧縮ガスのガス圧が作用するピストンの受圧面積を大きくすることができ、ガス収容室は、ガス作動室の容積の少なくとも５倍以上の容積を有するので、ガス室の全体の容積を大きくすることがで、それ故、ガス作動室の容積を小さくすることができるので、シリンダ本体を小型化することができる。
【００２９】
請求項５の主軸の工具固定装置によれば、ガス収容室に圧縮ガスを充填する為のガス充填用通路を主軸に形成したので、ガス収容室に圧縮ガスを簡単、確実に充填可能になり、また、ガス充填用通路を簡単に構成することもできる。
【００３０】
請求項６の主軸の工具固定装置によれば、ガス収容室内に封止機能を得るためのオイルを封入したので、ガス収容室からのガス漏れを極力防止することができる。
【００３１】
請求項７の主軸の工具固定装置によれば、ガススプリングによる付勢を解除する際に、ドローバーの基端部を主軸先端側へ押圧駆動する油圧シリンダを設けたので、油圧シリンダによりドローバーの基端部を主軸先端側へ確実に押圧駆動して、ガススプリングによるドローバーへの付勢を解除し、主軸に固定されている工具又は工具ホルダを主軸から確実に固定解除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本実施形態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の基端部を把持可能なコレットと、主軸の内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っ張り付勢するガススプリングとを備えたものであり、前記ガススプリングが、主軸の基端外へ突出するシリンダ部材を有し主軸に固定されたシリンダ本体と、シリンダ本体の内部に装着されドローバーに一体的に連結されたピストンと、シリンダ部材内のピストンに対して主軸側に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス作動室と、主軸の基端側部分の内部に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス収容室と、ガス作動室とガス収容室とを連通する連通通路とを備えたものである。
【実施例】
【００３３】
図１に示すように、工作機械の主軸ユニット１は、主軸２と、主軸２を回転駆動する駆動モータ（図示略）が装着されたハウジング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とを備えている。尚、図１の下方を下方として説明する。主軸２は上下方向向きに配設されており、その先端側が下側となり基端側が上側となる。
【００３４】
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、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が係合される。この主軸ユニット１において、交換可能な複数の主軸５ａの工具ホルダ５は同様の構成となっている。主軸２はハウジング３に挿通状に配設され、主軸２の先端側部分がハウジング３にベアリング（図示略）を介して回転自在に支持され、主軸２の基端側部分がハウジング３と一体又は別体の支持部材１０にベアリング１１，１２を介して回転自在に支持されている。
【００３５】
主軸２の内部には、前記ホルダ保持部２ａとホルダ保持部２ａの上端に連なる収容孔２ｂとが直列状に形成されている。工具ホルダ５は、前記シャンク部５ｂと、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の交換時に自動工具交換装置（図示略）により把持される大径の把持部５ｅを有する。工具ホルダ５が主軸２の先端部分に装着されると、シャンク部５ｂがホルダ保持部２ａに略密着状に係合し、被係合部５ｄが収容孔２ｂに入り込んだ状態となり、その被係合部５ｄを、収容孔２ｂに収容されたコレット２０が把持可能になる。
【００３６】
工具固定装置４について説明する。
図１〜図４に示すように、工具固定装置４は、主軸２の先端部分に装着される工具ホルダ５の基端部の被係合部５ｄを把持可能なコレット２０と、主軸２の内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を主軸基端側（上側）へ引っ張り付勢するガススプリング２３と、ドローバー２１を主軸先端側（下側）へ押圧駆動する油圧シリンダ２４とを備えている。
【００３７】
ここで、主軸２に形成された収容孔２ａは、ホルダ保持部２ａの上側において主軸２の略下半部に形成されている。また、主軸２には、収容孔２ａの上端に連なる仕切装着穴２ｃが形成され、仕切装着穴２ｃの上端に連なる円筒穴２ｄが形成されている。この円筒穴２ｄは主軸２の基端側部分の内部に基端開放状に形成された穴であり、主軸２には、下端から順に、ホルダ保持部２ａ、収容孔２ｂ、仕切装着穴２ｃ、円筒穴２ｄが直列状に且つ主軸２を上下に貫通するように形成されている。
【００３８】
前記コレット２０は、図１〜図３に示すように、収容孔２ｂに固定的に装着された筒部材１５の内側下部に配設され、先端を広げた非作動位置（図３参照）と、この非作動位置よりも少し上側に位置して先端をすぼめた作動位置（図２参照）とに亙って切り換え可能に筒部材１５に支持されている。コレット２０は、周方向に並べて配設された複数のコレット分割体３０で構成されている。例えば、４つのコレット分割体３０が周方向に等間隔おきに配設されている。
【００３９】
各コレット分割体３０は横断面が略円弧状に形成され、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の被係合部５ｄに下側から係合可能な把持部３０ａと、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の基端部には、径方向内側へ張り出す内側張出部３０ｃと、径方向外側へ張り出す外側張出部３０ｄが形成され、内側張出部３０ｃの下部内面に、下側程大径化する横断面円弧状の第１傾斜面４１が形成され、外側張出部３０ｄの下部外面に、下側程小径化する横断面円弧状の第２傾斜面４２が形成されている。
【００４０】
コレット２０の内側にはドローバー２１の先端部の小径部２１ｃが配設され、各コレット分割体３０に対応させて、その小径部２１ｃに、内側張出部３０ｃの第１傾斜面４１が面接触状に係合可能な下側程大径化する横断面円弧状の第３傾斜面４３が形成され、筒部材１５の内面部に、径方向外側へ凹み且つ外側張出部３０ｄが係合可能な凹部１５ａが形成され、この凹部１５ａの下端部に、外側張出部３０ｄの第２傾斜面４２が面接触状に係合可能な下側程小径化する横断面円弧状の第４傾斜面４４が形成されている。尚、第１〜第４傾斜面４１〜４４は、後述の増力機構４０に含まれるものである。
【００４１】
前記ドローバー２１は、図１〜図３に示すように、その軸心が主軸２の軸心と一致するように上下方向向きに配設され、大部分が主軸２の内部に収容され、先端部が収容孔２ｂの内部のコレット２０の内側に位置し、基端部分は主軸２の基端側へ突出している。ドローバー２１は、先端側部分の第１ドローバー部材２１ａと、基端側部分の第２ドローバー部材２１ｂを有し、筒部材１５（収容孔２ｂ）の内部において、第１ドローバー部材２１ａの基端部に第２ドローバー部材２１ｂの先端部が螺合され連結されている。
【００４２】
第１ドローバー部材２１ａは、先端側部分の小径部２１ｃと、基端側部分の大径部２１ｄからなる。小径部２１ｃの上下方向中央部分にテーパ軸部２１ｅが形成され、そのテーパ軸部２１ｅの外面に前記第３傾斜面４３が形成されている。大径部２１ｄは筒部材１５の凹部１５ａの上側部分にスライド自在に内嵌され、その大径部２１ｄには、第２ドローバー部材２１ｂの先端部によって閉じられた装着穴２１ｆが形成されている。
【００４３】
装着穴２１ｆには、通路３５ａが形成されたピストン部材３５と、ピストン部材３５を下方へ弾性付勢する圧縮コイルバネ３６が装着されている。ドローバー２１の装着穴２１ｆの下側部分に貫通孔２１ｇが形成され、その貫通孔２１ｇに管部材３７がスライド自在に内嵌され、管部材３７の上端部がピストン部材３５に螺合され連結され、管部材３７の内部は通路３５ａに連通している。管部材３７の先端側には工具ホルダ３５の被係合部５ｄが下側から当接可能な鍔部３７ａが形成されている。
【００４４】
第２ドローバー部材２１ｂは、収容孔２ｂから上方へ延びて、ガススプリング２３を貫通し、その上端部分が、ガススプリング２３のうち、主軸２の基端外へ突出するシリンダ部材５０の上側へ突出している。この第２ドローバー部材２１ｂには通路２１ｈが形成され、通路２１ｈに供給された冷却水が、この通路２１ｈと装着穴２１ｆと通路３５ａと管部材３７の内部を通って工具ホルダ５側へ導出される。
【００４５】
前記連結機構２２は、図１〜図３に示すように、収容孔２ｂに装着された筒部材１５に形成された凹部１５ａ、コレット２０の基端部に形成された内側張出部３０ｃ及び外側張出部３０ｄ、ドローバー２１の小径部２１ｃに形成されたテーパ軸部２１ｅ、等を有するものであり、これらの第１〜第４傾斜面４１〜４４を有する増力機構４０を含むものである。増力機構４０は、ガススプリング２３によりドローバー２１を主軸基端側へ付勢する付勢力（駆動力）を増力してコレット２０に伝達して、その強力な力でコレット２０を主軸基端側へ駆動するように構成されている。
【００４６】
この増力機構４０を含む連結機構２２においては、図３に示すように、ドローバー２１が下限位置に位置しているときに、コレット２０が非作動位置に切り換えられ、このコレット２０の基端部の外側張出部３０ｄが筒部材１５の凹部１５ａの下側の内面に係合すると共に、コレット２０の先端部の突出部３０ｂが筒部材１５の下端部に略係合し収容孔２ｂの内面に接近した状態となって、先端部の把持部３０ａが広がり、その内側を工具ホルダ５の被係合部５ｄが通過可能になる。
【００４７】
この状態から、ガススプリング２３の付勢力によりドローバー２１が主軸基端側へ駆動されると、先ず、コレット２０の第１傾斜面４１とドローバー２１の第３傾斜面４３の係合により、ドローバー２１と一体的にコレット２０が主軸基端側へ移動する。その後、コレット２０の第２傾斜面４２が筒部材１５の第４傾斜面４４に係合すると、コレット２０が作動位置に切り換えられ、増力機構４０が機能する。
【００４８】
即ち、図２に示すように、コレット２０の基端部の外側張出部３０ｄが筒部材１５の凹部１５ａに係合すると共に、コレット２０の先端部の突出部３０ｂが筒部材１５の内面に係合した状態となって、先端の把持部３０ａがすぼまり、工具ホルダ５の被係合部５ｄを把持する。そして、第１傾斜面４１と第３傾斜面４３との係合、及び、第２傾斜面４２と第４傾斜面４４との係合により、ガススプリング２３によるドローバー２１の引張り付勢力が増力されてコレット２０に伝達される。
【００４９】
これにより、コレット２０が主軸基端側へ強力に駆動され、このコレット２０により主軸基端側へ引っ張られた工具ホルダ５のシャンク部５ｂが、主軸２のホルダ保持部２ａに強く押圧されて密着状に係合して、工具ホルダ５が主軸２に強力に固定される。この状態から、ドローバー２１が下限位置まで移動すると、コレット２０が非作動位置に切り換わって、工具ホルダ５を取り外すことができる。
【００５０】
前記ガススプリング２３について詳細に説明する。
図１、図４に示すように、ガススプリング２３は、主軸２の基端外（上側）へ突出するシリンダ部材５０を有し主軸２に固定されたシリンダ本体５１と、シリンダ本体５１の内部に装着されドローバー２１に一体的に連結されたピストン５２と、シリンダ部材５０内のピストン５２に対して主軸２側（下側）に形成され且つ圧縮ガスＧが収容されたガス作動室５３と、主軸２の基端側部分の内部に形成され且つ圧縮ガスＧが収容されたガス収容室５４と、ガス作動室５３とガス収容室５４とを連通する連通通路５５とを備えている。
【００５１】
ガス収容室５４は、主軸２の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴２ｄの大部分でもって形成されている。この円筒穴２ｄの先端側（下側）の奥端部分には、ガス収容室５４の先端側端部を仕切るための環状部材５６が装着され、円筒穴２ｄの基端部分（上端部分）には、シリンダ本体５１と一体の環状仕切り部材５７が装着されている。本実施例では、環状仕切り部材５７がシリンダ部材５０と一体形成されている。
【００５２】
環状部材５６は主軸２の長さ方向中央部分に内嵌され、この環状部材５６には、主軸２と環状部材５６の間をシールするＯリング６０が装着されている。環状部材５６には挿通孔５６ａが形成され、この挿通孔５６ａにドローバー２１が上下移動自在に挿通されている。この挿通孔５６ａにおいて、環状部材５６には、筒状のドライベアリング６１と、ドローバー２１と環状部材５６の間をシールする環状のロッドシール６２と、環状のワイパ６３が装着されている。
【００５３】
環状仕切り部材５７は主軸２の基端部に内嵌状に螺合され、この環状仕切り部材５７には、主軸２と環状仕切り部材５７の間をシールするＯリング６５が装着されている。環状仕切り部材５７には挿通孔５７ａが形成され、この挿通孔５７ａにドローバー２１が上下移動自在に挿通されている。この挿通孔５７ａにおいて、環状仕切り部材５７には、筒状のドライベアリング６６と、環状のワイパ６７が装着されている。円筒孔２ｄにおいて、主軸２、環状部材５６、環状仕切り部材５７、ドローバー２１で囲まれた部分が、ガス収容室５４に形成されている。ガス収容室５４は、例えば、その上下長Ａが直径Ｂの約４倍となるように構成されている。
【００５４】
主軸２には、ガス収容室５４に圧縮ガスＧを充填する為のガス充填用通路５８が形成されている。このガス充填用通路５８は、主軸２の下端から上側へ延び、環状仕切り部材５６の近傍部おいてガス収容室５４に接続されている。このガス充填用通路５８の下端部分に逆止弁５９が装着され、この逆止弁５９に、所定の圧縮ガス充填器（図示略）を接続して、ガス充填用通路５８からガス収容室５４に圧縮ガスＧを充填することができる。
【００５５】
ガス収容室５４には、ガス収容室５４内に封止機能を得るためのオイルＬが封入されている。このオイルＬは、主軸２の回転停止状態において、少なくとも、ガス収容室５４に臨むガス充填用通路５８の孔の上側まで満たされる量封だけ封入され、このオイルＬによって、主軸２と環状部材５６の間、環状部材５６とドローバー２１の間が確実にシールされ、ガス収容室５４に臨むガス充填用通路５８の孔が確実に封止された状態となる。
【００５６】
シリンダ本体５１は、主軸２の外径以上の外径を有するシリンダ部材５０と、シリンダ部材５０の上端部に複数のボルト７０ａにより連結された仕切り部材７０を有する。前述のように、シリンダ本体５１と一体の環状仕切り部材５７を主軸２の円筒孔２ｄに装着することで、シリンダ本体２が主軸２に固定される。仕切り部材７０には挿通孔７０ａが形成され、この挿通孔７０ａにドローバー２１が上下移動自在に挿通され、ドローバー２１の基端部がシリンダ本体５１から主軸２と反対側（上側）へ突出している。仕切り部材７０には、ドローバー２１と仕切り部材７０の間をシールする環状のロッドシール７１が装着されている。
【００５７】
また、ピストン５２には、シリンダ部材５０とピストン５２の間をシールする環状のピストンシール７２が装着されている。ガス作動室５３は、ピストン５２の下側において、シリンダ本体５１、ピストン５２、ドローバー２１で囲まれた部分に形成され、環状仕切り部材５７とシリンダ本体５１に、ガス作動室５３とガス収容室５４とを連通する連通通路５５が形成されている。この連通通路５５は、上下方向向きの１又は複数の通路で構成されている。
【００５８】
ガス作動室５３は、その最大上下長Ｃ（ピストン５２が上限位置に位置しているときの上下長）が直径Ｄの約１／２となり、また、最大上下長Ｃがガス収容室５４の上下長Ａの約１／６となるように構成され、更に、直径Ｄはガス収容室５４の直径よりも大径に構成されている。こうして、ガス収容室５４は、例えば、ガス作動室５３の容積の少なくとも５倍以上の容積、詳しくは約５．１倍の容積を有するものとなる。
【００５９】
例えば、シリンダ部材５０には、ガス作動室５３と外部とを連通する穴７３ａが形成され、穴７３ａにプラグ７３が装着され、そのプラグ７３を弛めることにより、ガス作動室５３内の圧出ガスＧを外部へ排出することができる。また、シリンダ本体５１と仕切り部材７０に呼吸孔７４が形成され、その呼吸孔７４にベントプラグ７５が装着されている。
【００６０】
油圧シリンダ２４は、ドローバー２１の上側において下向き姿勢で配設されている。この油圧シリンダ２４は、油圧供給装置（図示略）に接続されており、この油圧供給装置から油圧が供給されると、油圧シリンダ２４のピストンロッド２４ａが進出駆動され、そのピストンロッド２４ａによって、ドローバー２１の基端部が主軸先端側へ押圧駆動されて、ガススプリング２３による付勢が解除される。
【００６１】
次に、工具固定装置４の作用・効果について説明する。
コレット２０は、先端を広げた非作動位置（図３参照）と、その非作動位置よりも少し主軸基端側に位置して先端をすぼめた作動位置（図２参照）とに亙って切り換え可能であり、油圧シリンダ２４によりドローバー２１が主軸先端側へ駆動されて、コレット２０が非作動位置に位置している状態で、主軸２の先端部分に工具ホルダ５が着脱される。
【００６２】
主軸２の先端部分に工具ホルダ５が装着された状態で、油圧シリンダ２４によるドローバー２１の駆動を停止すると、ガススプリング２３により、ドローバー２１が主軸基端側へ引っ張られ、図２に示すように、連結機構２２によりコレット２０が作動位置に切り換えられ、コレット２０が工具ホルダ５の非係合部５ｄを把持して主軸基端側へ引き込む。このとき、駆動力が増力機構４０により増力され、その強力な駆動力で、コレット２０と工具ホルダ５が引き込まれ、工具ホルダ５が主軸２の強力に押圧固定される。
【００６３】
一方、工具ホルダ５が主軸２に固定された状態から、油圧シリンダ２４を駆動すると、油圧シリンダ２４によりドローバー２１が主軸先端側へ駆動されて、コレット２０が非作動位置に切り換わり、主軸２から工具ホルダ５を固定解除することができる。
【００６４】
ガススプリング２３においては、主軸２の基端外へ突出するシリンダ部材５０を有するシリンダ本体５１が主軸２に固定され、そのシリンダ本体５１の内部に、ドローバー２１に一体的に連結されたピストン５２が装着され、シリンダ部材５０内のピストン５２に対して主軸２側にガス作動室５３が形成されている。このガス作動５３室に収容された圧縮ガスＧのガス圧により、ピストン５２と共にドローバー２１が主軸基端側へ付勢される。
【００６５】
このように、ガススプリング２３によりドローバー２１を主軸基端側へ引っ張り付勢することにより、主軸２の先端部分に装着される工具ホルダ５の被係合部５ｄをコレット２０で把持し、工具ホルダ５を主軸基端側へ引き込んで、主軸２の工具保持部２ａに強力に押圧して固定することができる。
【００６６】
ガススプリング２３において、主軸２の基端外へ突出するシリンダ部材５０を有するシリンダ本体５１を主軸２に固定し、そのピストン部材５０内のガス作動室５３とは別に、主軸２の基端側部分にガス収容室５４を形成し、これらガス作動室５３とガス収容室５４とを連通通路５５により連通したので、主軸２のサイズ（長さ・太さ）や内部構成による制約を殆ど受けることなく、ガス作動室５３とガス収容室５４の全体のガス室５３，５４の容積を大きくすることができ、これにより、ガス室５３，５４からのガス漏れが発生したときのガス作動室５３内のガス圧（ドローバー２１への付勢力）の低下をできるだけ小さく抑えることができる。
【００６７】
更に、シリンダ部材５０を主軸２の基端外へ突出するように設けたので、シリンダ部材５０の直径、つまりはピストン５２の直径を大きくして、ガス作動室５３内の圧縮ガスＧのガス圧が作用するピストン５２の受圧面積を大きくすることができ、これにより、ガス作動室５３内の圧縮ガスＧのガス圧を従来よりも低くして、ドローバー２１を付勢する所定の大きな付勢力を発生さることができ、ガス室５３，５４からのガス漏れを極力防止することができ、ガス室５３，５４への圧縮ガス充填作業も簡単化できる。
【００６８】
ピストン５２をドローバー２１と一体形成したので、部品点数を低減して構成を簡単化することができ、ドローバー２１の基端部はシリンダ本体５１から主軸２と反対側へ突出しているので、そのドローバー２１の基端部を主軸先端側へ押して、ドローバー２１を主軸先端側へ駆動し、コレット２０を非作動位置に切り換えて、主軸２の先端部分に工具ホルダ５を着脱することができる。
【００６９】
ガス収容室５４を、主軸２の基端側部分の内部に基端開放状に形成された円筒穴２ｄの大部分でもって形成したので、ガス収容室５４を簡単に構成することができ、円筒穴２ｄの先端側の奥端部分にガス収容室５４の先端側端部を仕切るための環状部材５６を装着し、円筒穴２ｄの基端部分にシリンダ本体５１と一体の環状仕切り部材５７を装着したので、円筒穴２ｄにおいて環状部材５６と環状仕切り部材５７の間にガス収容室５４を確実に形成することができる。環状仕切り部材５７がシリンダ本体５１と一体であるので、環状仕切り部材５７を円筒穴２ｄの基端部分に装着することで、シリンダ本体５１を主軸２に固定することができ、また、全体的に部品点数を減らして構成を簡単化できる。
【００７０】
シリンダ本体５１のシリンダ部材５０は主軸２の外径以上の外径を有するので、主軸２の内部にピストンを装着したものに比べて、ガス作動室５３内の圧縮ガスＧのガス圧が作用するピストン５２の受圧面積を大きくすることができ、ガス収容室５４は、例えば、ガス作動室５３の容積の少なくとも５倍以上の容積を有するので、ガス室５３，５４の全体の容積を大きくすることがで、それ故、ガス作動室５３の容積を小さくすることができるので、シリンダ本体５１を小型化することができる。
【００７１】
ガス収容室５４に圧縮ガスＧを充填する為のガス充填用通路５８を主軸２に形成したので、ガス収容室５４に圧縮ガスＧを簡単、確実に充填可能になり、また、ガス充填用通路５８を簡単に構成することもできる。ガス収容室５７内に封止機能を得るためのオイルＬを封入したので、ガス収容室５４からのガス漏れを極力防止することができる。ガススプリング２３による付勢を解除する際に、ドローバー２１の基端部を主軸先端側へ押圧駆動する油圧シリンダ２４を設けたので、油圧シリンダ２４によりドローバー２１の基端部を主軸先端側へ確実に押圧駆動して、ガススプリング２３によるドローバー２１への付勢を解除し、主軸２に固定されている工具ホルダ５を主軸２から確実に固定解除できる。
【００７２】
次に、前記実施例に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施例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の数は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］前記実施例においては、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。
【００７３】
３］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、この連結機構２２に含まれる増力機構４０においては、前記実施例で適用した構成以外の種々の構成を適用してもよい。
４］シリンダ本体５１と環状仕切り部材５７を別部材で構成し、これらシリンダ本体５１
と環状仕切り部材５７を固定して一体としてもよい。
【００７４】
５］ドローバー２１とピストン５２を別部材で構成し、これらドローバー２１とピストン５２とを一体的に連結してもよい。
６］主軸２の収容孔２ｂに装着される筒部材１５を省略してもよい。この場合、主軸の収容孔２ｂの内面部に、凹部１５ａ、第４傾斜面４４等が形成される。
【００７５】
７］主軸２のサイズ（長さ・太さ）や内部構成によって、ガス作動室５３、ガス収容室５４のサイズを適宜変更可能である。例えば、前記実施例では、ガス収容室５４は、ガス作動室３５の容積の少なくとも５倍以上の容積としているが、５倍未満の容積としてもよい。また、シリンダ部材５０は主軸２の外径未満の外径を有するものとしてもよい。
８］その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前記変形例以外の変更を加えて実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例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（工具固定状態）の下部の縦断面図である。
【図３】主軸ユニット（工具固定解除状態）の下部の縦断面図である。
【図４】主軸ユニットのガススプリングの縦断面図である。
【符号の説明】
【００７７】
１            主軸ユニット
２            主軸
２ｄ          円筒穴
４            工具固定装置
５            工具ホルダ
５ａ          工具
２０          コレット
２１          ドローバー
２２          連結機構
２３          ガススプリング
２４          油圧シリンダ
４０          増力機構
５０          シリンダ部材
５１          シリンダ本体
５２          ピストン
５３          ガス作動室
５４          ガス収容室
５５          連通通路
５６          環状部材
５７          環状仕切り部材
５８          ガス充填用通路
Ｇ            圧縮ガス
Ｌ            オイル
【図１】
2005169562.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005169562.tif 000005
【図４】
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