(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする主軸装置。
【請求項３】
ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工すると共に、前記接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えたマシニングセンタ等工作機械の主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および課題】
この種、工作機械の主軸装置は、例えば特公平７−１０６５３４号公報等に開示されているように、ハウジングに回転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向（長手方向）に進退動可能に挿入し、ばね装置及び油圧シリンダの伸縮作動により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具（又は工具を保持した工具ホルダー）のクランプ・アンクランプを可能にしている。
【０００３】
当該主軸装置において、油圧シリンダのピストンを伸び側（主軸の先端側）にストロークさせると、やがてピストンの前端部がドローバーのロッドエンドに当接して当該ドローバーをばね装置の付勢力に抗して前進動（押出し）させ、これにより主軸先端に組み付けられたコレットチャックが解放動作して工具又は工具ホルダーをアンクランプする。一方、工具又はホルダーが主軸先端に挿入された状態で、油圧シリンダのピストンを縮み側（主軸の後端側）にストロークさせると、ばね装置によるドローバーの後退動（引込み）よりコレットチャックが係合動作して工具又は工具ホルダーをクランプするのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の主軸装置にあっては、前記ばね装置を構成する皿ばね等のばね部材が、その内径部とドローバー外周面との間に微小な隙間を有して、ドローバー上に巻装され、一般に、組付時には、主軸の端面にタップ等を埋め込んで当該主軸のバランスどりを行っている。
【０００５】
ところが、機械の高速化に伴う主軸の回転による遠心力や工具交換（ドローバーのクランプ・アンクランプ動作）時における頻繁な伸縮動作により、ばね部材の芯ずれ（主軸の半径方向のずれ）や位相ずれ（主軸の円周方向のずれ）が誘引され、これにより、前記主軸のバランスの変化が大きくなって主軸が振動するという問題点があった。即ち、前記主軸の振動により、加工精度が低下し、工具寿命も短くなると共に、振動騒音発生により作業環境が悪化するのである。
【０００６】
本発明は、前記従来の主軸装置に関わる諸問題に鑑み提案されたもので、ばね部材のずれによる主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる主軸装置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ための請求項１に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工すると共に、前記接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
［実施例］
図１は本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図、図２は同じく要部拡大断面図、図３は同じく圧縮コイルばねの説明図である。
【００１２】
図１に示すように、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えたマシニングセンタの主軸ヘッド１はハウジング２及び中間部材１３を有してなる。
【００１３】
当該ハウジング２及び中間部材１３内には、軸受３と軸受４とを介して主軸５が回転可能に収容保持されている。この主軸５の先端部にはプルスタッド６ａを有した工具ホルダー６を引き込み、主軸５と一体回転可能にするコレットチャック７が組み付けられる。主軸５はモータ（ビルトインモータ）２３によって回転駆動される。
【００１４】
前記主軸５の中心貫通孔８にはドローバー９が挿通されており、該ドローバー９は前記中心貫通孔８内を長手方向に摺動可能なナット１０に螺合させることによって、その中心軸線が主軸５の中心軸線と一致するようにセンタリング保持されている。また、ドローバー９のナット１０後方にはドローバー９と一体的に長手方向に移動するロッドエンド１２が嵌合される。
【００１５】
そして、前記ドローバー９はその先端部のコレットチャック７で前記工具ホルダー６のプルスタッド６ａを引き込むことにより、図示しない工具を保持した工具ホルダー６を主軸５と一体的に固定（クランプ）するようになっている。
【００１６】
また、前記ナット１０前方のドローバー９の外周には、左巻きと右巻きの前後一対の圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂが３個の筒状のスペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介して巻装され、ドローバー９を常時引き込み側に付勢している。
【００１７】
前記工具ホルダー６のクランプを解除（アンクランプ）するには、主軸５の後方に設けられた油圧シリンダ１６が使用される。この油圧シリンダ１６は、ハウジング２の後部（厳密には中間部材１３）に一体的に組み付けられたヘッド部１７ａ，１７ｂ内をピストン１８が摺動自在に収装されてなる。
【００１８】
そして、前記ピストン１８が、図示しない油圧供給源からの圧油により伸び側（主軸５の先端側）に初期間隙Ｃを埋めるべくストロークすると、やがてピストン１８の前端部がドローバー９のロッドエンド１２に当接して当該ドローバー９を圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂの付勢力に抗して前進動（押出し）させ、これにより主軸５先端に組み付けられたコレットチャック７が解放動作して工具ホルダー６をアンクランプする。
【００１９】
一方、工具ホルダー６が主軸５先端に挿入された状態で、ピストン１８を縮み側（主軸５の後端側）にストロークさせると、圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂの付勢力によるドローバー９の後退動（引込み）よりコレットチャック７が係合動作して工具ホルダー６をクランプするようになっている。
【００２０】
また、本実施例では、図２及び図３に示すように、前記ドローバー９上に巻装された圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂと該圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂを前記ドローバー９上で担持する担持部材としてのスペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃの接触面をテーパ加工すると共に、前記スペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃの接触面に摩擦増大（発生）手段としてのＯリング２２を埋設し、前記圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂのずれを防止するようになっている。
【００２１】
詳述すると、スペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃの圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂと接する端面が、内径側が凹んだ所定のテーパ角θ（θ≒５°）のテーパ面１９に形成されると共に、圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂのスペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃと接する端部に、内径側が突出した所定のテーパ角θ（θ≒５°）のテーパ面部２０ａ，２０ｂが形成される。
【００２２】
尚、後段のスペーサー１５ｃは、他のスペーサ１５ａ，１５ｂと異なり、ドローバー９にねじ２１で固定されている。これにより、圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂの縮んだ際に発生する捩じりトルク（左巻きばねは左、右巻きばねは右）を、中段のスペーサ１５ｂが摺動し易くなることでキャンセルしている。
【００２３】
このように構成されるため、内径部とドローバー外周面との間に微小な隙間を有してドローバー上に巻装された圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂにおいては、主軸５のバランスどりの後においても、主軸５の高速回転による遠心力や工具交換（ドローバー９のクランプ・アンクランプ動作）時における頻繁な伸縮動作の作用下では、芯ずれ（主軸の半径方向のずれ）や位相ずれ（主軸の円周方向のずれ）が誘引される。
【００２４】
ところが、本実施例では、前記作用下であっても、スペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃのテーパ面１９と圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂのテーパ面部２０ａ，２０ｂとの接触による所謂くさび作用で、特に圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂの芯ずれが防止される。また、スペーサー１５ａ，１５ｂ，１５ｃのテーパ面１９に埋設したＯリング２２により、両部材の接触面間における摩擦係数が増大して、特に圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂの位相ずれが防止される。
【００２５】
これらの結果、主軸５のバランスの変化を低減して振動の発生が効果的に抑制され、依って、本マシニングセンタにおける加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避される。
【００２６】
尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、摩擦増大手段として、Ｏリング２２に代えて図３中に符号３０で示した回り止めキーを使用したり、両部材の接触面にダイヤモンドコーティングを施したりしても良い。また、ばね部材として、圧縮コイルばね１４ａ，１４ｂに代えて多数の皿ばねを用いた場合、位相ずれは誘引されないので摩擦増大手段は特に必要はない。また、本発明の主軸装置は、ＡＴＣやビルトインモータを有しない工作機械の主軸装置にも適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように請求項１の発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とするので、特にばね部材の芯ずれ（主軸の半径方向のずれ）を効果的に防止でき、主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる。この結果、加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避できる。
【００２８】
また、請求項２の発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とするので、特にばね部材の位相ずれ（主軸の円周方向のずれ）を効果的に防止でき、主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる。この結果、加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避できる。
【００２９】
また、請求項３の発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持された主軸内に、ドローバーを軸心方向へ進退動可能でかつばね部材により常時後退する側に付勢された状態で挿入し、駆動手段により前記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する工具のクランプ・アンクランプを可能にした主軸装置において、前記ドローバー上に巻装されたばね部材の端部と該ばね部材を前記ドローバー上で主軸軸方向に支持する担持部材の端部との接触面をテーパ加工すると共に、前記接触面に摩擦増大手段を介設し、前記ばね部材のずれを防止することを特徴とするので、特にばね部材の芯ずれと位相ずれの両方を効果的に防止でき、主軸のバランスの変化を低減して振動の発生を抑制することができる。この結果、加工精度が向上し、工具寿命も長くなると共に、振動騒音低減により作業環境の悪化が回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図である。
【図２】同じく要部拡大断面図である。
【図３】同じく圧縮コイルばねの説明図である。
【符号の説明】
１  主軸ヘッド
２  ハウジング
３  軸受
４  軸受
５  主軸
６  工具ホルダー
７  コレットチャック
８  中心貫通孔
９  ドローバー
１０  ナット
１２  ロッドエンド
１３  中間部材
１４ａ，１４ｂ  圧縮コイルばね
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ  スペーサー
１６  油圧シリンダ
１７ａ，１７ｂ  ヘッド部
１８  ピストン
１９  テーパ面
２０ａ，２０ｂ  テーパ面部
２１  ねじ
２２  Ｏリング
２３  モータ
３０  キー
Ｃ  初期間隙
【図１】
0003776700.tif 000002
【図２】
0003776700.tif 000003
【図３】
0003776700.tif 000004