(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具ホルダを装着するスピンドルと該スピンドルにドライブシャフトからの回転を伝達する伝達手段及び該伝達手段によって伝えられた回転運動を直線運動に変換して前記スピンドルを軸方向に進退移動させる変換手段とで構成した主軸部材と、該主軸部材全体を軸方向に進退移動する送り機構部と、前記ドライブシャフトに回転を与える回転駆動部とを備えた加工ユニットであって、前記送り機構部の先端に装着され、前記主軸部材をユニット本体から着脱自在に係止及び解除する係合手段をさらに備え、 前記係合手段が前記変換手段を挿嵌する主軸部材ホルダと、該主軸部材ホルダと摺動可能に嵌装し、内部先端部に環状の開口凹溝部と、該凹溝部深部から加工ユニット先端部から離れる方向に縮径するテーパ面とを設けた外周段付きカラーと、該外周段付きカラーの小径外周に装着したスプリングと、前記主軸部材ホルダに設けた抜き孔に配設して前記外周段付きカラー内面と係止し、前記外周段付きカラーの摺動により前記変換手段の外周部に設けた前記凹溝部に出没自在に移動する移動体とからなることを特徴とする主軸部材の着脱機能付き加工ユニット。
【請求項２】
前記移動体が複数の球体からなる請求項１に記載の主軸部材の着脱機能付き加工ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドリル加工あるいはタップ加工などを行う際に使用する加工ユニットに関するもので、特に、ドリルやタップ等の工具ホルダを取り付けて工具に回転と切削送りを与えるマスタスクリュアッシー等の主軸部材をユニット本体に容易に取り付けたりはずしたりできる即時交換（クイックチェンジ）型着脱機能付き加工ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ドリル加工、タップ加工を自動的に行う加工ユニットは多種多様に開発されている。例えば、駆動部の回転力を主軸部にスプライン機構を介して伝達する回転伝達機能を備え、さらに、工具の送りを早送りと切削送りの２段階送りにする各種変速機能とを備えた加工ユニットが多数公知である。その中でも早送りをエアーによるピストン／シリンダ機構とし、切削送りを精度の良い送りネジ機構とした加工ユニットが、小型でしかも簡易構造でありながら、精度や作業性が良いため広く活用されている。
【０００３】
図４に従来の加工ユニット４９におけるマスタスクリュアッシー部の拡大断面図を示す。この図面は、タップ（工具）４８をチャッキングしたツールホルダ４６をスピンドル４１の先端部に取り付けた状態を表している。マスタスクリュアッシーは、スピンドル４１とナット部材４２及びスクリュキャップ４５とで構成され、スピンドル後端部にはスプライン機構４３を設けて駆動部（図示せず）からの回転運動をツールホルダ４６に伝達している。また、ナット部材４２はラム４７先端部に挿着され回り止め機能により回転不能とし、スクリュキャップ４５でラム４７に固着されており、その内部でスピンドル４１と送りネジ機構４４により係合している。送りネジ機構４４は、タップ（工具）４８のピッチにあわせて、駆動部からの回転運動を直線運動に変換しているため、タップ仕様が変更になった場合にマスタスクリュアッシーを変換しなければならない。その交換手順は、ツールホルダー４６をスピンドル４１から離脱させ、スクリュキャップ４５を緩めてスピンドル４１とナット部材４２をラム４７から取りはずし、新しいスピンドルとナット部材をラム４７の回り止め溝にナット部材に設けたピンを合わせながらラム４７に挿入し、スクリュキャップ４５をラム４７にねじ込むことで固着させてから新しいツールホルダを取り付けていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
つまり、この種の加工ユニットは、主軸の回転運動を軸方向の切削送り用直線運動へ変換する送りネジ機構を備えたマスタスクリュアッシー等の主軸部材のみの交換で、種々工具サイズに対応できる構造としているため、１機種で多数の仕様に対応できる構成である反面、仕様変更による段取り換えごとに、主軸部材を加工ユニットから分解して新しいものを組み込むといった分解組立て作業が必要であった。
【０００５】
仕様変更ごとに、主軸部材の分解組立て作業は作業性が非常に悪く、また、作業者の熟練度にも作業効率がかなり影響されるといった問題があった。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、熟練者または新人のどんなレベルの作業者でも簡単にワンタッチで主軸部材の着脱が可能なまでに作業性を向上した主軸部材のクイックチェンジ式着脱機能付き加工ユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する本発明の主軸部材の着脱機能付き加工ユニットは、工具ホルダを装着するスピンドルと該スピンドルにドライブシャフトからの回転を伝達する伝達手段及び該伝達手段によって伝えられた回転運動を直線運動に変換して前記スピンドルを軸方向に進退移動させる変換手段とで構成した主軸部材と、該主軸部材全体を軸方向に進退移動する送り機構部と、前記ドライブシャフトに回転を与える回転駆動部とを備えた加工ユニットであって、前記送り機構部の先端に装着され、前記主軸部材をユニット本体から着脱自在に係止及び解除する係合手段をさらに備え、 前記係合手段が前記変換手段を挿嵌する主軸部材ホルダと、該主軸部材ホルダと摺動可能に嵌装し、内部先端部に環状の開口凹溝部と、該凹溝部深部から加工ユニット先端部から離れる方向に縮径するテーパ面とを設けた外周段付きカラーと、該外周段付きカラーの小径外周に装着したスプリングと、前記主軸部材ホルダに設けた抜き孔に配設して前記外周段付きカラー内面と係止し、前記外周段付きカラーの摺動により前記変換手段の外周部に設けた前記凹溝部に出没自在に移動する移動体とからなることを特徴とする。
【０００８】
また、前記移動体を複数の球体とすることができる。
【０００９】
【作用】
請求項１の発明によれば工具サイズ等仕様変更ごとに専用機に組み込まれた加工ユニットをいちいち取りはずしてからマスタスクリュアッシー等の主軸部材の分解及び組み立て作業を行う必要がなく、加工ユニットの先端部に設けた即時交換（クイックチェンジ）型係合手段のワンタッチ操作により、送りネジ機構を備えたマスタスクリュアッシー等の主軸部材を工具及び工具ホルダを取り付けたままの状態で交換が可能となり、しかも、加工ユニットを専用機に組み込んだままの状態で仕様変更が可能となるため段取り換え作業が短時間でできるようになった。
【００１０】
また、クイックチェンジ型係合手段としては、変換手段の外周部に凹溝部を設け、その溝部に主軸部材ホルダに設けた抜き孔に配設してカラー内面と係止させた移動体としての複数の球体を、スプリングによって常時加工ユニットの前方に付勢されているカラーの摺動によりはめたりはずしたりすることで、ワンタッチで主軸部材を着脱するカップリング方式の構成としたものが効果的である。
【００１１】
削除
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第一の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明による即時交換（クイックチェンジ）型着脱機能付き加工ユニットの一例を示す部分断面平面図である。また、図２は、ネジ送り機構及びスプライン機構を備えたマスタスクリュアッシーの拡大図である。
【００１３】
この加工ユニット１０は、ラム７の略中央外周部に設けたピストン７ａとユニット外筒９でエアーシリンダ機構を構成しており、ツールホルダ６に保持させた工具８の先端部を被加工物のちょっと手前まで移動させる早送りをエアーで行っている。早送り後の切削送りは、主軸の回転運動を軸方向の直線運動へ変換する送りネジ機構部の変換手段で行っている。具体的には、スピンドル１の部分的外周部に設けたオスネジ部と、そのスピンドル１に嵌装され前記オスネジ部と噛み合うメスネジ部を部分的内面に設けたナット部材２とで一体的に構成したマスタスクリュアッシー２０で切削送りを行っているため、精度の良い切削加工が効率良く可能である。
【００１４】
また、スピンドル１の後端部にスプライン機構部３を設けてスピンドル１と加工ユニット１０の駆動部に連結されたドライブシャフト１１とをドライブスリーブ１２を介して主軸回転を伝達させているため、マスタスクリュアッシー２０として、加工ユニット１０から一体的に取りはずしたり、または、加工ユニット１０に一体的に取り付けても、スプライン機構部３の凹凸条で簡単にスピンドル１とドライブスリーブ１２を係合でき、回転動作及び切削送り動作になんら問題はない。
【００１５】
以上のように一体的に組み込んだマスタスクリュアッシー２０は、そのままラム７の先端部に装着されたクイックチェンジ式係合手段３０にワンタッチで簡単に着脱できる構成となっている。
【００１６】
ここで、さらにマスタスクリュアッシーと前記係合手段との係止及び解除状態につき詳細に図３を用いて説明する。
【００１７】
図３（ａ）に本実施例の係合手段にマスタスクリュアッシーを装着させた係止状態の拡大平面断面図と、図３（ｂ）に本実施例の係合手段に装着したマスタスクリュアッシー係止解除状態の拡大平面断面図を示す。
【００１８】
本実施例によるマスタスクリュアッシー２０は、スピンドル１と該スピンドルと送りネジ機構部により螺合させたナット部材２とで一体的に構成しており、そのナット部材２は、係合手段を構成する主軸部材ホルダ１３にそのまま挿入させるため、その挿入部の外径は主軸部材ホルダ１３の内径とほぼ同じサイズとしており、また、挿入基部は挿入部よりも大外径とした段付き部を形成して挿入時のストッパ的役割りと交換時の把持部の役割りを持たせている。
【００１９】
また、本実施例による前記係合手段３０は、ラム７の先端部に螺合された主軸部材ホルダ１３と、該ホルダに摺動可能に嵌装された外周段付きカラー１４と、該カラーの段付き部と環状スペーサ１６の間の小径外周部に嵌装され常に前記カラー１４を加工ユニット前方に付勢するスプリング１５と、前記主軸部材ホルダ１３の開口側周側面に設けられた複数の抜き孔に遊嵌した移動体である鋼球５とで構成されている。外周段付きカラー１４の内周面形状は、内部先端部に設けた環状の開口凹溝部と、該凹溝の段付き深部からユニット後端部に向かって縮径する前記鋼球５の直径幅よりやや長めのテーパ面部と主軸部材ホルダ外径に摺動する円筒内面部とで形成されており、前記テーパ面での前記鋼球を押圧したりはずしたりすることで前記鋼球５を前記マスタスクリュアッシーのナット部材２の外周に設けた凹溝部に出没させることで本係合手段にマスタスクリュアッシーを係止したり解除したりできる構造としている。
【００２０】
ツールホルダ６を取り付けたマスタスクリュアッシー２０のナット部材２をその外径とほぼ同じサイズの内径を持つ主軸部材ホルダ１３の奥部まで挿入させると、主軸部材ホルダ１３の円周方向に間隔をあけて配設された複数の抜き孔２１に遊嵌した鋼球５がナット部材２の外周部に加工された凹溝部２２に落ち込んで、ナット部材２と主軸部材ホルダ１３とが係合する。鋼球５の落ち込みにより、スプリング１５によって常にユニット前方へ付勢されている外周段付きカラー１４が矢印イ側へ移動し、外周段付きカラー１４のテーパ面２３により鋼球５を押圧しナット部材２と主軸部材ホルダ１３を離脱不能に係止する。なお、ナット部材２には回り止め部（図示なし）を設けてマスタスクリュアッシー全体の回転動作を阻止している。また、凹溝部２２の後端部（加工ユニット後方側）は、後方に拡径するテーパ面２２ａを形成している。
【００２１】
マスタスクリュアッシー２０を交換する場合は、外周段付きカラー１４を矢印ロの方向のユニット側に移動させ、鋼球５に与えていたテーパ面２３の押圧力を解除する。ナット部材２の把持部２４をつかみ、マスタスクリュアッシー２０を引き抜こうとすると、ナット部材２の外周部の凹溝部２２に突出していた鋼球５が凹溝部後部に設けたテーパ面２２ａに沿って外側のカラー１４の開口凹溝部２５へ押されて鋼球５とナット部材２の係合を解除し、ツールホルダ６を取り付けたままマスタスクリュアッシー２０を係合手段３０から抜去することができる。
【００２２】
以上のように、本発明のクイックチェンジ式着脱機能を加工ユニットに備えれば、工具サイズ等仕様変更が必要な場合には切削送りを制御するマスタスクリュアッシーのみを加工ユニットから簡単に交換できる構成としているが、その係合手段には、加工ユニットの作動中におけるマスタスクリュアッシーの離脱防止についても考慮している。そこで、実際に本発明のマスタスクリュアッシーを係合手段に挿着した加工ユニットの作動状態について説明する。
【００２３】
外周段付きカラー１４の内面に形成したテーパ面２３は、加工ユニット後端部に向かって縮径する形状としている。加工ユニットのラム７をエアシリンダ機構の作用で早送りにて前進させ、被加工物の手前で急停止をかけた場合、外周段付きカラー１４が慣性により前進方向へ移動しようとするためテーパ面２３の縮径形状でくさび効果を増大して鋼球５をより頑強にナット部材２の外周に設けた凹溝部へ押圧するためマスタスクリュアッシー２０が主軸部材ホルダ１３から離脱することを防止する構造としている。
【００２４】
なお、ラム７が加工ユニット本体側へ早戻り後急停止する時に発生する慣性力は、マスタスクリュアッシー２０を加工ユニット側に押し込む方向に作用し、しかも外周段付きカラー１４はスプリング１５によって常にユニット前方へ付勢され、テーパ面２３の縮径形状により鋼球５が内側軸方向に押圧されているため、マスタスクリュアッシー２０の離脱を防止できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明による即時交換（クイックチェンジ）型着脱機能付き加工ユニットによれば、マスタスクリュアッシー等の主軸部材の交換が、加工ユニットの専用機への据え付け状態のままワンタッチ操作で可能となったため、従来の加工ユニットのような分解及び組み立て作業を不要とし、しかも、従来のネジ送り機構による精度の良い切削加工機能を維持しながら、仕様変更に対しての段取り換え作業を簡単にして時間短縮を実現できた。
【００２６】
具体的には、スプリングによって常時加工ユニットの前方に付勢されているカラーをスプリングに対抗する方向に移動させ、マスタスクリュアッシーのナット部材の外周溝に突出していた鋼球の逃げ空間を作りだし、マスタスクリュアッシーのみを引き抜くだけで、ナット部材の外周溝後部に設けたテーパ面で鋼球を外側に押し出してマスタスクリュアッシーの係止が解除でき、逆に、マスタスクリュアッシーを主軸部材ホルダに挿入押し込むだけでナット部材の外周溝に鋼球が落ち込み係止できるワンタッチカップリング方式としているため、簡単な構成で、しかも確実に係止及び解除が短時間で可能となった。
【００２７】
また、カラー内面に形成したテーパ面を加工ユニットの後方側に縮径する形状としているため、加工ユニットの早送り移動時に発生する慣性力を利用して、より頑強にマスタスクリュアッシーを係合手段に係止し、加工ユニット作動中の離脱を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の即時交換型着脱機能付き加工ユニットの部分断面平面図である。
【図２】ネジ送り機構を備えたマスタスクリュアッシーの拡大図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の係合手段にマスタスクリュアッシーを装着させた係止状態及び解除状態の拡大断面平面図である。
【図４】従来の加工ユニットにおけるマスタスクリュアッシー部係合状態を表す拡大断面平面図である。
【符号の説明】
１，４１  スピンドル
２，４２  ナット部材
３，４３  スプライン機構部
４，４４  送りネジ機構部
５  鋼球
７，４７  ラム
９  ユニット外筒
１０，４９  加工ユニット
１３  主軸部材ホルダ
１４  外周段付きカラー
１５  スプリング
１６  スペーサ
２０  マスタスクリュアッシー
２１  抜き孔
２２  ナット部材の外周凹溝部
２２ａ  上記凹溝部の後部テーパ面
２３  カラーの内部テーパ面
２４  把持部
２５  カラーの開口凹溝部
３０  係合手段
【図１】
0004233183.tif 000002
【図２】
0004233183.tif 000003
【図３】
0004233183.tif 000004
【図４】
0004233183.tif 000005