(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に固定縁を備え主軸の装着孔に挿入されたツールホルダを、外周面に固定部を有するコレットを拡径させて上記固定部を上記固定縁に係止させることにより主軸に固定する工作機械の主軸装置において、
上記コレットの内周面には、先窄り状の受圧面が形成され、
上記主軸には、ツールホルダに近づくように前進移動させられて外周面の先窄り状の押圧面でコレットの上記受圧面を押しコレットを拡径させるプッシュロッドが設けられ、
該プッシュロッドの先端部には、コレットを拡径させるプッシュロッドの前進移動でツールホルダのクーラント用接続筒部に嵌合させられる筒状の嵌合部が形成されたことを特徴とする工作機械の主軸装置。
【請求項２】
コレットが主軸の軸方向に移動自在に設けられ、プッシュロッドとコレットとの間に、コレットを拡径させるプッシュロッドの前進移動によってコレットを後退させるコレット後退手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の工作機械の主軸装置。
【請求項３】
コレット後退手段は、プッシュロッドと一緒に前進移動させられる後退用テーパ面と、主軸に前進移動を止めて設けられた停止部材に保持されプッシュロッドの前進移動時に上記後退用テーパ面で押されてプッシュロッドの径方向に動かされる可動部材と、上記コレットに止着されて主軸の軸方向に移動自在に設けられ、プッシュロッドの前進移動による可動部材の径方向の移動で後退用傾斜面を可動部材で押されてコレットと一緒に後退移動する後退部材と、該後退部材を前進方向に付勢する付勢手段とを具備したことを特徴とする請求項２記載の工作機械の主軸装置。
【請求項４】
コレット後退手段は、コレットに止着されるとともにプッシュロッドの太径部を液密に挿通させて主軸の軸方向に移動自在に設けられたシリンダ状の後退部材と、プッシュロッドの細径部を液密に挿通させて主軸に前進移動を止めて設けられるとともに液体が封入されるシリンダ室を形成して上記後退部材に液密にかつ後退部材に対して移動自在に装入された停止部材と、上記後退部材を前進方向に付勢する付勢手段とを具備したことを特徴とする請求項２記載の工作機械の主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に工具を着脱自在に取り付ける主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸装置として図８に示すものが知られている。この主軸装置は、主軸３１に挿入され所要の移動手段によって左右に移動させられるパイプ状のドローバー（バー本体）３２と、外周面に先広り状の押圧面３３ａ，３３ｂを有し、ドローバー３２の先端に固定された筒部材３３と、内周面に先広り状の受圧面３４ａ，３４ｂが形成されるとともに外周面に固定部３４ｃが形成され、上記筒部材３３の外周に拡径自在に嵌合されたコレット３４とを主体とし、ツールホルダ（工具）Ｔがクーラント用接続筒部Ｔａを筒部材３３に嵌め入れて主軸３１の装着孔３１ａに挿入された状態において（図８の上半分参照）、ドローバー３２を右に後退移動させると、押圧面３３ａ，３３ｂで受圧面３４ａ，３４ｂが押されてコレット３４が拡径し、図８の下半分のようにその固定部３４ｃを固定縁Ｔｂに係止してツールホルダＴを主軸３１に固定する構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の工作機械の主軸装置は、ツールホルダＴを主軸３１の装着孔３１ａに挿入する際に、クーラント用接続筒部Ｔａが筒部材３３に嵌め入れられる構成となっているので、工具Ｔを主軸３１（筒部材３３）の中心軸線に沿って直線的に正確に移動させる必要がある。このため、円弧状の軌跡を描いて工具を主軸３１の装着孔３１ａに挿し込むような高速の自動工具交換装置ではその嵌合スキマを大きくする必要が有り、クーラントのシーリングが難しくなる。
【０００４】
また、ドローバー３２の後退移動により、コレット３４を拡径させることと、ツールホルダＴを主軸３１に引き付けることを同時に行っている関係で、コレット３４の引付け後退移動量とクーラント用接続筒部Ｔａの筒部材３３に対する最終的な挿入長さとによって、ドローバー３２の最大後退移動量が制約を受けるため、押圧面３３ａ，３３ｂと受圧面３４ａ，３４ｂの傾斜角度を小さくして倍力機能を高めることが難しい。
【０００５】
一定の掛代を確保するとスキマＡ，Ｂでクランプの余裕が決まるので、太線部の位置がずれると掛代がなくなるかスキマが無くなりクランプができなくなる為、加工精度が厳しく要求される。
【０００６】
このため、ドローバー３２の後退移動力を大きくしてコレット３４によるツールホルダＴの固定力を強める為に皿ばねを用いているが、不連続体なので、高速回転時に振動を生じやすくなる。また、コレット３４を縮径させて工具を主軸３１から外す場合にヒステリシスのため大きな戻し力が必要で、仕事量が大きい。その皿ばね３５は比較的寿命が短いため、保守に注意する必要がある。
【０００７】
更に、自動工具交換装置は比較的案内精度が低く、主軸３１に対する工具の挿入軌跡が筒部材３３の中心軸線からずれやすいので、円弧軌跡の前記工具交換装置のみならず、直線挿入の工具交換装置であっても、筒部材３３の内周面とこれに取り付けられたシール部材３６が早期に摩耗しやすく、この点でも保守に手間がかかる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の少なくとも一つの課題を解決するために、請求項１に係る工作機械の主軸装置は、内周面に固定縁を備え主軸の装着孔に挿入されたツールホルダを、外周面に固定部を有するコレットを拡径させて上記固定部を上記固定縁に係止させることにより主軸に固定する工作機械の主軸装置において、上記コレットの内周面に、先窄り状の受圧面を形成し、上記主軸に、ツールホルダに近づくように前進移動させられて外周面の先窄り状の押圧面でコレットの上記受圧面を押しコレットを拡径させるプッシュロッドを設け、該プッシュロッドの先端部に、コレットを拡径させるプッシュロッドの前進移動でツールホルダのクーラント用接続筒部に嵌合させられる筒状の嵌合部を形成した構成とした。
【０００９】
プッシュロッドの嵌合部に、可動筒と、ツールホルダのクーラント用接続筒部に嵌合部を嵌合させるプッシュロッドの前進移動時に上記可動筒をクーラント用接続筒部に押し付ける為、ばねが設けてある。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、コレットを主軸の軸方向に移動自在に設け、プッシュロッドとコレットとの間に、コレットを拡径させるプッシュロッドの前進移動によってコレットを後退させるコレット後退手段を設けた構成とした。
【００１１】
コレット後退手段を、プッシュロッドと一緒に前進移動させられる後退用テーパ面と、主軸に前進移動を止めて設けられた停止部材に保持されプッシュロッドの前進移動時に上記後退用テーパ面で押されてプッシュロッドの径方向に動かされる可動部材と、上記コレットに止着されて主軸の軸方向に移動自在に設けられ、プッシュロッドの前進移動による可動部材の径方向の移動で後退用傾斜面を可動部材で押されてコレットと一緒に後退移動する後退部材と、該後退部材を前進方向に付勢する付勢手段とによって構成することができる。
【００１２】
また、コレット後退手段を、コレットに止着されるとともにプッシュロッドの太径部を液密に挿通させて主軸の軸方向に移動自在に設けられたシリンダ状の後退部材と、プッシュロッドの細径部を液密に挿通させて主軸に前進移動を止めて設けられるとともに液体が封入されるシリンダ室を形成して上記後退部材に液密にかつ後退部材に対して移動自在に装入された停止部材と、上記後退部材を前進方向に付勢する付勢手段とによって構成することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明の実施形態を実施例にもとづき図面を参照して説明する。
図１において、主軸１の中心孔に、プッシュロッド２が同心状に挿入されている。プッシュロッド２は、パイプ状のロッド本体２ａの先端外周面に、筒部材２ｂを螺着して成り、所要の移動手段（図示せず）によって図１で左右に移動させられる構成となっている。ロッド本体２ａと筒部材２ｂの螺合幅を変えてプッシュロッド２の長さを調節スペーサ３で調節することができる。シール部材４は、ロッド本体２ａと筒部材２ｂとの接合を液密にしている。
【００１４】
ロッド本体２ａの外周面には、ロッド本体２ａの先端に近づくにしたがって窄まる先窄り状の後退用テーパ面２ｃが形成されている。また、筒部材２ｂの外周面には、筒部材２ｂの先端に近づくにしたがって窄まる先窄り状の押圧面２ｄ，２ｅが形成され、筒部材２ｂの開口端部は、主軸１の装着孔１ｂに挿入されたツールホルダＴのクーラント用接続筒部Ｔａに嵌合させられる嵌合部２ｆとなっている。
【００１５】
また、筒部材２ｂの内部には、可動筒５と戻しばね６が設けられ、嵌合部２ｆの先端内周面にはシール部材７が装着されている。可動筒５は、図２に示すように、押しばね９で弁座５ａに押し付けられて可動筒５を閉じる弁１０を備える。この弁１０は、プッシュロッド２の前進移動で嵌合部２ｆをクーラント用接続筒部Ｔａに嵌合させる際に、図２のように筒部Ｔａで押されて弁座５ａから離れ、クーラントの流れを自由にする構成となっている。
【００１６】
戻しばね６は、プッシュロッド２を前進移動させて嵌合部２ｆをクーラント用接続筒部Ｔａに嵌合させる場合に、可動筒５に押し付けられて圧縮される。シール部材７は、クーラント用接続筒部Ｔａの外周面に接して筒部材２ｂと筒部Ｔａとの嵌合を液密にする。
【００１７】
プッシュロッド２の筒部材２ｂには、コレット１２が嵌め付けられている。コレット１２は、内周面に先窄り状の受圧面１２ｂ，１２ｃを形成するとともに外周面に固定部１２ｄと係止溝１２ｅを形成した８個のコレット片１２ａを、コイルばねよりなる２本の結束リング１３で筒状に束ねたものであり、プッシュロッド２を図１で左に前進移動させると、受圧面１２ｂ，１２ｃを筒部材２ｂの押圧面２ｄ，２ｅで押されて図１と図３及び図４の下半分のように拡径し、プッシュロッド２が後退すると、図１と図３及び図４の上半分のように縮径するようになっている。
【００１８】
固定部１２ｄは、主軸１の装着孔１ｂに挿入されたツールホルダＴの内周面の固定縁Ｔｂをコレット１２の拡径状態において係止し、ツールホルダＴを主軸１に固定するものである。
【００１９】
主軸１の中心孔１ａには、停止部材１５と後退部材１６とが、プッシュロッド２のロッド本体２ａを透孔１５ａ，１６ａに挿通させて装入されている。停止部材１５の装着孔１ｂ側の一端には４個の停止脚１５ｂが、また他端には６個の保持部１５ｃが図４と図５に示すようにそれぞれの所定の間隔で設けられている。各停止脚１５ｂは、主軸１の段部１ｃに突き当てられ、停止部材１５の図１の左方への前進移動を止めている。
【００２０】
そして、各保持部１５ｃには、鋼球よりなる可動部材１７が保持されている。各可動部材１７には、ロッド本体２ａの径方向に移動自在とされ、プッシュロッド２の前進移動時に後退用テーパ面２ｃでロッド本体２ａの径方向外方に押し動されるようになっている。
【００２１】
後退部材１６には、先端内周面に係止突起１６ｂを有する４個の胴体片１６ｃが所定の間隔で設けられ、可動部材１７に向き合う面がコレット１２に近づくにしたがって広がる後退用傾斜面１６ｄとされている。後退部材１６は、各胴体片１６ｃを停止部材１５の停止脚１５ｂ，１５ｂの間に入れて係止突起１６ｂをコレット１２の係止溝１２ｅに係止するとともに、後退用傾斜面１６ｄを可動部材１７に触れさせて設けられており、コイル状の付勢ばね（付勢手段）１８によって前進側に付勢されている。
【００２２】
可動部材１７は、プッシュロッド２の前進移動時に後退用テーパ面２ｃでプッシュロッド２の径方向外方に押し動かされて後退用傾斜面１６ｄを押し、後退部材１６と一緒にコレット１２を後退させるものである。
【００２３】
次に上記の構成とされた本発明に係る工作機械の主軸装置の作用を説明する。図１の上半分はツールホルダＴの固定解除状態を示すもので、この状態からプッシュロッド２を左に前進移動させると、一方において、押圧面２ｄ，２ｅがコレット１２の受圧面１２ｂ，１２ｃを押すので、コレット１２は拡径して固定部１２ｄをツールホルダＴの固定縁Ｔｂに係止させるとともに、筒部材２ｂがツールホルダＴのクーラント用接続筒部Ｔａに嵌合される。
【００２４】
また他方においては、プッシュロッド２の後退用テーパ面２ｃが可動部材１７を径方向外方に押し動かすので、後退部材１６は可動部材１７によって後退用傾斜面１６ｄを図１で右に押されてコレット１２と一緒に右に後退し、ツールホルダＴを主軸１に引き付ける。これによってツールホルダＴは図１の下半分のように主軸１に強固に固定される。
【００２５】
なお、プッシュロッド２の筒部材２ｂがツールホルダＴのクーラント用接続筒部Ｔａに嵌合されると、弁１０が筒部Ｔａで押されて弁座５ａから離れ、工具に対するクーラントの供給を可能にする。
【００２６】
プッシュロッド２が後退すると、コレット１２は結束リング１３の弾性によって縮径してツールホルダＴの固定縁Ｔｂから固定部１２ｄを離すとともに、後退部材１６が付勢ばね１８の力で前進し、コレット１２をツールホルダＴ側に突き出す。この作動でツールホルダＴの固定が完全に解除される。なお、クーラント用接続筒部Ｔａが可動筒５から離されると、弁１０が押しばね９の作用で弁座５ａに当接して可動筒５を閉じる。
【００２７】
図６に示される実施例では、鋼製コレット１２Ａの各コレット片１２ａはリング部材１２ｆに一体に設けられ、自体に付与された弾性によって拡径（縮径）自在となっている。そしてコレット１２Ａは、図７に示すように後退部材１６Ａの４個の胴体片１６ｃにリング部材１２ｆを螺着された上でビス２１によって後退部材１６Ａに固定されている。胴体片１６ｃとリング部１２ｆの螺合幅を変えて後退部材１６Ａに対するコレット１２Ａの位置を調節することができる。
【００２８】
後退部材１６Ａはシリンダ状とされ、プッシュロッド２Ａのロッド本体２ａの太径部２ｇを透孔１６ａにシール部材２２で液密にして挿通させている。また、停止部材１５Ａは、プッシュロッド２Ａのロッド本体２ａの細径部２ｈを透孔１５ａにシール部材２３で液密にして挿通させるとともに、油等の液体が封入されるシリンダ室Ｓを形成して後退部材１６Ａにシール部材２４で液密にかつ後退部材１６Ａに対して移動自在に装入されている。この実施例の主軸装置の他の構造は図１の主軸装置と同一であるので、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００２９】
図６の主軸装置においては、図６の上半分に示すツールホルダＴの固定解除状態からプッシュロッド２Ａを前進させると、一方においては図１の主軸装置と同様に、押圧面２ｄが受圧面１２ｂを押してコレット１２Ａを拡径させる。また他方においては、プッシュロッド２Ａの前進移動でシリンダ室Ｓ内への太径部２ｇの侵入度合が大きくなってシリンダ室Ｓの容積を小さくするので、シリンダ室Ｓの容積が一定に保たれるように後退部材１６Ａが後退する。これによってコレット１６Ａが図６で右に移動してツールホルダＴを主軸１に引き付ける。図６の下半分はこの状態を示すものであり、上記の作動によってツールホルダＴが主軸１に固定される。
【００３０】
ツールホルダＴの固定状態からプッシュロッド２Ａが後退すると、コレット１２Ａが縮径して固定部１２ｄを固定縁Ｔｂから離す。また後退部材１６Ａは付勢ばね１８で押されて移動し、コレット１２Ａを前進させる。
【００３１】
図１の主軸装置においては、後退用テーパ面２ｃと、可動部材１７と、後退部材１６と、付勢ばね１８等がコレット後退手段を構成し、また図６の主軸装置においては、後退部材１６Ａと、停止部材１５Ａと、付勢ばね１８等がコレット後退手段を構成している。
【００３２】
コレット１２，１２Ａのコレット片１２ａの数、停止部材１５，１５Ａの停止脚１５ｂの数、後退部材１６，１６Ａの胴体片１６ｃの数、或いは各構成部材の形成等は図のものに限られるものではなく、種々設計変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１に係る工作機械の主軸装置は、内周面に固定縁を備え主軸の装着孔に挿入されたツールホルダを、外周面に固定部を有するコレットを拡径させて上記固定部を上記固定縁に係止させることにより主軸に固定する工作機械の主軸装置において、上記コレットの内周面には、先窄り状の受圧面が形成され、上記主軸には、ツールホルダに近づくように前進移動させられて外周面の先窄り状の押圧面でコレットの上記受圧面を押しコレットを拡径させるプッシュロッドが設けられた構成とされ、プッシュロッドの固定（前進）移動量が他の要素によって規制されないので、押圧面と受圧面の倍力機能を充分に高めることができる。
また、プッシュロッドの先端部に、コレットを拡径させるプッシュロッドの前進移動でツールホルダのクーラント用接続筒部に嵌合させられる筒状の嵌合部を形成した構成とされているので、ツールホルダを主軸の装着孔に挿入する際に、筒部材が後退していて邪魔にならず、ツールホルダの挿入軌跡が筒部材の中心軸線に正確に一致している必要がないので、案内精度が低くてツールホルダの挿入軌跡がその都度ばらつくような自動工具交換装置はもとより、円弧軌跡の高速自動工具交換装置でも、工具を常に円滑に主軸の装着孔に挿入することができる。
【００３４】
倍力機能を高めたことにより、ばねのエネルギーが小さくでき、不連続の皿ばねを用いる必要がなくなり、振動抑止と耐久性に優れたコイルバネを用いることができ、保守の点で有利である。また、前進のバネエネルギーが少ないので、後退に要するエネルギー（油圧）も少なく経済的である。なお、図８の従来装置の倍力能力は３倍程度であるが、本発明では７倍まで高めることができた。
【００３５】
拡径機能と引付機能が別々の動作で行われる為、コレットとツールホルダの位置関係が多少ずれても掛代は変わらず、クランプ余裕も大きくとれることにより、従来技術より製作が容易になり、押圧面、受圧面が摩耗しても余裕が出て、経済性と保守の点で有利である。
【００３７】
コレット後退手段を、プッシュロッドと一緒に前進移動させられる後退用テーパ面と、主軸に前進移動を止めて設けられた停止部材に保持されプッシュロッドの前進移動時に上記後退用テーパ面で押されてプッシュロッドの径方向に動かされる可動部材と、上記コレットに止着されて主軸の軸方向に移動自在に設けられ、プッシュロッドの前進移動による可動部材の径方向の移動で後退用傾斜面を可動部材で押されてコレットと一緒に後退移動する後退部材と、該後退部材を前進方向に付勢する付勢手段とによって構成すると、コレットの拡径と引込み後退移動のタイミングを、例えば後退用テーパ面の位置設定を変えることにより、最適に調節することが可能となる。
【００３８】
コレット後退手段を、コレットに止着されるとともにプッシュロッドの太径部を液密に挿通させて主軸の軸方向に移動自在に設けられたシリンダ状の後退部材と、プッシュロッドの細径部を液密に挿通させて主軸に前進移動を止めて設けられるとともに液体が封入されるシリンダ室を形成して上記後退部材に液密にかつ後退部材に対して移動自在に装入された停止部材と、上記後退部材を前進方向に付勢する付勢手段とによって構成すると、ツールホルダに対する液体の封入量を変えることによって、例えば付勢手段の付勢力を調節することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る工作機械の主軸装置の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】  クーラント用接続筒部と可動部材の関係を示す断面図である。
【図３】  図１の（III−III）線方向に見たコレットの図である。
【図４】  コレットと停止脚及び係止突起の関係を示す、図１の（IV−IV）断面図である。
【図５】  可動部材の保持部による保持状態を示す、図１の（Ｖ−Ｖ）断面図である。
【図６】  本発明に係る工作機械の主軸装置の他の実施例を示す縦断面図である。
【図７】  リング部と胴体片等の関係を示す、図６の（VII−VII）断面図である。
【図８】  従来の工作機械の主軸装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  主軸
１ｂ  装着孔
２，２Ａ  プッシュロッド
２ｂ  筒部材
２ｃ  後退用テーパ面
２ｄ，２ｅ  押圧面
２ｆ  嵌合部
２ｇ  太径部
２ｈ  細径部
５  可動筒
６  戻しばね
１２，１２Ａ  コレット
１２ｂ，１２ｃ  受圧面
１２ｄ  固定部
１５，１５Ａ  停止部材
１６，１６Ａ  後退部材
１６ｄ  後退用傾斜面
１７  可動部材
１８  付勢ばね（付勢手段）
Ｓ  シリンダ室
Ｔ  ツールホルダ（工具）
Ｔａ  クーラント接続筒部
Ｔｂ  固定縁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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