JP2001025932A

JP2001025932A - 工具ホルダ把持機構

Info

Publication number: JP2001025932A
Application number: JP11197519A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Kanbara; 博文神原
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 1999-07-12
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧を利用せず空圧のみによっても動作させ
る。空圧を大きく増圧させずにピストン部材を十分に動
作させてクランプ力を発揮させる。【解決手段】圧力源により移動されるピストン部材２
によりドローバー部材３を移動させ工具を保持した工具
ホルダを把持するようにした工具ホルダ把持機構１に、
圧力源により移動される副ピストン部材４をピストン部
材２に対して移動可能に設けるとともに副ピストン部材
４の動きをピストン部材２に伝達する連結部材５を設
け、連結部材５を増力機構により構成する。連結部材５
を回転可能なリンク部材６にて構成する場合は、増力機
構を、リンク部材６の回動支点７をピストン部材２側に
位置させることにより、副ピストン部材４の動きを増力
させてピストン部材に伝達することが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具ホルダ把持機
構に関する。さらに詳述すると、本発明は工具ホルダを
クランプ（把持）し、あるいはアンクランプするときに
動く機構への動力の作用のし方の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の工具を自動的に交換しながらワー
クの加工を行うマシニングセンタでは、図３に示すよう
に工具１１１を保持する工具ホルダ１０６を装着するた
めのスピンドル１０３と、このスピンドル１０３を回転
させるスピンドル駆動装置１０１を有している。スピン
ドル駆動装置１０１は、モータ１０２とスピンドル１０
３との間をプーリ１０４およびベルト１０５により連結
して、モータ１０２の回転駆動をスピンドル１０３に伝
達している。

【０００３】このスピンドル駆動装置１０１は、スピン
ドル１０３が工具ホルダ１０６を保持するクランプ位置
および工具ホルダ１０６の保持を解除するアンクランプ
位置に移動するドローバー部材１０７と、ドローバー部
材１０７の位置をクランプ位置またはアンクランプ位置
に変更するピストン部材１０９と、油等の圧力媒体を圧
力室１０８に注入してピストン部材１０９の位置をクラ
ンプ位置またはアンクランプ位置に変更する圧力付与手
段（図示せず）と、ドローバー部材１０７をクランプ位
置側に付勢する多数の皿ばね１１０などからなる工具ホ
ルダの把持機構を有している。

【０００４】このスピンドル駆動装置１０１に装着した
工具ホルダ１０６を交換する際は、圧力付与手段を作動
させてピストン部材１０９をアンクランプ位置に移動さ
せる。ピストン部材１０９は、皿ばね１１０の抗力を受
けながらドローバー部材１０７をアンクランプ位置に移
動させる。これにより、スピンドル１０３のコレット１
１２を緩めて工具ホルダ１０６のプルスタッド１１３を
解放して工具ホルダ１０６を取り外すことができる。そ
して、次に使用する工具１１１を保持する工具ホルダ１
０６をスピンドル１０３に差し入れてから、圧力付与手
段を作動させてピストン部材１０９をクランプ位置に移
動させる。ピストン部材１０９の移動により、皿ばね１
１０が解放されてドローバー部材１０７をクランプ位置
に移動させる。これにより、スピンドル１０３のコレッ
ト１１２を締めて工具ホルダ１０６のプルスタッド１１
３をチャックして工具ホルダ１０６を保持することがで
きる。

【０００５】そして、ピストン部材１０９のスピンドル
１０３側（先端側）の圧力室１０８を形成する先端側壁
１１４とスピンドル１０３との間には、これら先端側壁
１１４とスピンドル１０３とを引き離す際に引っ掛かっ
てこれらが離れることを防止するストッパ１１５および
フック部材１１６が取り付けられている。これにより、
ピストン部材１０９をアンクランプ位置側（先端側）に
移動させるときにピストン部材とドローバー部材１０７
との間で生じた反力は、基端側壁１１７とシリンダ周壁
１１８と先端側壁１１４とフック部材１１６とストッパ
１１５とにより受けることができる。

【０００６】また、ピストン部材１０９がクランプ位置
にあるときには、ピストン部材１０９をクランプ位置側
（基端側）に維持するためにスピンドル１０３側の圧力
室１０８に若干の油圧を作用させている。このため、ピ
ストン部材１０９とドローバー部材１０７との間に隙間
Ｓ７を設けることができる。

【０００７】さらに、ピストン部材１０９がクランプ位
置にあるときに、基端側壁１１７とシリンダ周壁１１８
と先端側壁１１４とは、圧縮コイルスプリングから成る
付勢ばね１１９によりスピンドル１０３側に付勢されて
いる。このため、フック部材１１６とストッパ１１５と
の間に隙間Ｓ８を設けることができる。

【０００８】このように、工具ホルダ把持機構を備えた
マシニングセンタは、駆動源として油圧ピストンを利用
し、クランプには皿ばね１１０などの付勢力を利用して
いるものが多い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年環
境問題に対して非常に関心が高く、油による切削水の汚
染、工場の油による汚れ、劣化した油の処理等環境に対
してユーザーサイドの意識が高まってきつつあり、今後
の製品は環境に対する配慮が必要不可欠である。よっ
て、環境を汚さないようにするため、油以外の媒体を使
用することが望ましい。

【００１０】また、油圧を利用するには油圧ポンプユニ
ットが必要となるが、マシニングセンタの周辺装置に油
圧を使用していないような場合には、工具ホルダの把持
機構のためだけに油圧装置を設置するという状況になっ
てしまう。このため、空圧を利用した場合と比べてコス
トが高くなるという問題がある。

【００１１】さらに、空圧でアンクランプを行う場合は
一般にコンプレッサ使用圧力が低く（例えば０．４ＭＰ
ａ程度）、増圧しても大きな直径のピストンが必要とな
り、構造的に大きくクランプ力が弱くなるという問題が
ある。また、増圧する場合でも頻繁に工具交換を行う場
合は空圧の大きな増圧機を必要とし、費用や効率の面で
も悪いという問題もある。

【００１２】そこで、本発明は、油圧を利用せず空圧の
みによっても動作し、しかも空圧を大きく増圧させずに
ピストン部材を十分に動作させてクランプ力を発揮する
ことができる工具ホルダ把持機構を提供することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、圧力源により移動されるピ
ストン部材によりドローバー部材を移動させ、工具を保
持した工具ホルダを把持するようにした工具ホルダ把持
機構において、圧力源により移動される副ピストン部材
をピストン部材に対して移動可能に設けるとともに副ピ
ストン部材の動きをピストン部材に伝達する連結部材を
設け、連結部材を増力機構により構成したものである。

【００１４】この工具ホルダ把持機構では、空気を注入
して圧力をかけると副ピストン部材がその圧力を受けて
移動する。このとき、副ピストン部材の動きは連結部材
によってピストン部材に増力された後に伝達される。し
たがって、空気を注入して空圧をかけると、ピストン部
材にはこれまでと同様に力が直接に作用するほか、副ピ
ストン部材の増力された動きが加えられ、移動のための
力が十分に作用して所定位置まで移動する。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の工
具ホルダ把持機構において、連結部材を回転可能なリン
ク部材にて構成するとともに、増力機構を、リンク部材
の回動支点をピストン部材側に位置させることにより、
副ピストン部材の動きを増力させてピストン部材に伝達
するようにしたものである。

【００１６】すなわち、リンク部材の支点から力点まで
の長さが支点から作用点までよりも長くなるように形成
することで、力点が受ける力を増幅して作用させること
ができる。したがってこの場合、回動支点の位置を設定
することによって増幅の程度を適宜決定することがで
き、副ピストン部材が空圧を受けて移動したときに受け
る力を大きくしてピストン部材を作動させることができ
る。

【００１７】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の工具ホルダ把持機構において、圧力源を空圧と
し、副ピストン部材が移動を行うための空気室を設け、
増力機構を工具ホルダのアンクランプ時に動作させるよ
うにしたものである。したがって、クランプ状態からア
ンクランプ状態へと変化させる場合は、空気室に空気を
注入することによって増力機構を作動させ、ピストン部
材に力を作用させることができる。

【００１８】請求項４記載の発明は、請求項３記載の工
具ホルダ把持機構において、ピストン部材に、空圧によ
る力を受けるピストン体を固定し、アンクランプ時には
ピストン体と副ピストン部材との間に空圧を注入するよ
うにしたものである。この場合、空圧が作用すると、ピ
ストン体はピストン部材を移動させるように直接作用
し、一方の副ピストン部材はその動きを増力機構によっ
て増幅させた後ピストン部材を同方向に移動させるよう
間接的に作用する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００２０】図１に、本発明の工具ホルダ把持機構１の
一実施形態を示す。この工具把持機構１は、図示しない
圧力源により移動されるピストン部材２によりドローバ
ー部材（以下、本実施形態では「ロッド」ともいう」）
３を移動させ、工具を保持した工具ホルダを把持するも
のである。そして本実施形態では、このピストン部材２
に加えて副ピストン部材４と連結部材５を設け、これら
両ピストン部材２，４を移動させることで増力機構を構
成させるようにしている。なお、本実施形態中で先端側
Ｔといえばロッド３の長手方向に関して符号Ｔで示した
側（図中ではスピンドル１０のある右側）を、また基端
側といえば先端側Ｔとは反対側となる符号Ｂで示した側
を意味している。

【００２１】この工具ホルダ把持機構１は、工具ホルダ
を保持するクランプ位置（中心線より下側に示すように
クランプ部材２などが基端側Ｂに寄った状態）および工
具ホルダの保持を解除するアンクランプ位置（中心線よ
り上側に示すようにクランプ部材２などが先端側Ｔに寄
った状態）に移動するロッド３、ロッド３の位置をクラ
ンプ位置またはアンクランプ位置に変更するピストン部
材２、空気などの圧力媒体を空気室８に注入してピスト
ン部材２の位置をクランプ位置またはアンクランプ位置
に変更する圧力付与手段（図示せず）などを備えて形成
したものである。

【００２２】この工具ホルダ把持機構１は、ロッド３な
どを先端側Ｔに移動させたとき工具ホルダを把持したり
離したりできるアンクランプ状態となり、また基端側Ｂ
に移動させれば把持した工具の抜き取りが不可能なクラ
ンプ状態となる。図１は中心線を含んだ縦断面による断
面図であるが、このクランプ位置およびアンクランプ位
置がわかりやすくなるように中心線より上側と下側とで
工具ホルダ把持機構１の異なる状態を示している。この
場合、上側がアンクランプ状態、下側がクランプ状態で
ある。

【００２３】まず、ピストン部材２は、ボス部１１を備
えた円環形状の部材をロッド３との間に隙間Ｓ１を有す
るように構成したもので、ロッド３が回転してもピスト
ン部材２との間で摩擦を生じないようにしている。この
ピストン部材２が先端側Ｔすなわちアンクランプ位置側
に移動することにより、図１に示すようにボス部１１の
先端側Ｔがスリーブ１２を介してロッド３の拡径部１３
を押圧し、この拡径部１３よりも先端側Ｔに設けられる
第１ばね手段（図示省略）の抗力に反してロッド３を先
端側Ｔに移動させる。また、ピストン部材２が基端側Ｂ
すなわちクランプ位置側に移動することにより、図示す
るようにボス部１１とスリーブ１２とが離隔して隙間Ｓ
２を形成する。このため、クランプ時にスピンドル１０
が回転しても、回転しないボス部１１との間で摩擦を生
ずるのを防止することができる。

【００２４】そして、本実施形態の工具ホルダ把持機構
１では、上述のピストン部材２に加えてさらに副ピスト
ン部材４と連結部材５を設け、増力機構を構成するよう
にしている。副ピストン部材４は、上述のピストン部材
２に対して移動可能に設けた円環状の部材で、その外周
はシールリング１４を介してシリンダ周壁１５と、また
内周は別のＯリング１６を介してピストン部材２とそれ
ぞれ接している。これらは外周、内周をそれぞれ気密に
接触させていて、この副ピストン部材４が軸方向に移動
しても気体の漏れがないようにしている。したがってこ
の副ピストン部材４は、ピストン部材２に固定したピス
トン体９との間で気密な空気室８を形成している。な
お、図示するようにこの副ピストン部材４は中央に溝部
１７が形成されているが、気密を保ちながら移動可能で
ある限りにおいて形状はこのようなものに限定されるこ
とはない。

【００２５】また、このように副ピストン部材４とピス
トン体９との間に形成される空気室８の周壁には、アン
クランプ空気入口１８を設けている。このアンクランプ
空気入口１８は、空気室８を高圧にするような空気供給
が可能で、空気室８を高圧とすることでピストン部材２
と副ピストン部材４を移動させることができる。したが
ってこの工具ホルダ把持機構１における圧力源は空圧で
あり、特に図示していないが増力機構と両ピストン部材
２，４を作動させるのに十分な圧力を付与するコンプレ
ッサを用いて空気を注入している。

【００２６】連結部材５は、上述の副ピストン部材４の
軸方向基端側Ｂに隣り合わせて設けた部材で、副ピスト
ン部材４の動きをピストン部材２に伝達するものであ
る。例えば本実施形態では、この連結部材５を図示する
ような棒状のリンク部材６を回動支点７を中心としてロ
ッド３の移動方向に回動可能に設けることで構成してい
る。

【００２７】この連結部材５は、図示するようにその中
心よりもロッド３側に寄った点を回動支点７として回動
可能に設けられている。連結部材５の内側端部はピスト
ン部材２と係合する突起状の係合部１９であり、ピスト
ン部材２上の溝部２０内に位置している。この場合、係
合部１９は当接面を丸みを帯びた形状とし、溝部２０と
滑らかに係合し合うようにすることが好ましい。

【００２８】また、連結部材５の外側端部は、副ピスト
ン部材４の端面と滑らかに摺接し合うように形成する。
本実施形態では、図示するように回転可能なローラ体２
１を設け、連結部材５が副ピストン部材４の動きに伴い
滑らかに回動運動し得るようにしている。ただし、外側
端部は、このようなローラ体２１を備えて構成するほ
か、例えば内側端部と同様に丸みを帯びた形状とするな
どとしても構わない。

【００２９】さらに、この連結部材５は、ロッド３寄り
に設けた回動支点７を中心として回動するリンク部材６
によって増力機構として機能するように構成したもので
ある。したがって連結部材５は、ローラ体２１を備えた
外側端部を大きく揺動させ、てこの作用でピストン部材
２に動きを増力して伝達することができる。すなわち、
リンク部材６は、副ピストン部材４が基端側Ｂに移動し
たときその端面に押圧されて揺動し、ピストン部材２を
先端側Ｔへと移動させ得る。ここで、本実施形態では外
側端部から回動支点７までの長さを回動支点７から内側
端部までの長さの３倍程度に設定することにより、リン
ク部材６に大きなトルクがかかるようにしている。

【００３０】また本実施形態においては、図中想像線で
示すように３つの連結部材５，５，５をロッド３を中心
として周方向等間隔に配置し、ピストン部材２に動きを
伝達する際のバランスをとるようにしている。この場
合、連結部材５の個数は特に３つに限定されることはな
いが、バランスの取りやすさと構造の簡素化の観点から
は多すぎないようにすることが好ましい。

【００３１】ピストン体９は、空圧による力をピストン
部材２に伝達するようピストン部材２に固定したもので
あり、図示するように中心に孔を有した円環形状に形成
されている。このピストン体９はシールリング３９を有
し、副ピストン部材４、ピストン部材２およびシリンダ
周壁１５とともに空気室８を気密に仕切っている。そし
てこの空気室８は、アンクランプ時に空圧が注入される
ことによってピストン部材２などに圧力を付与し、所定
のアンクランプ位置に移動させる。一方、このピストン
体９の先端側Ｔには気密に仕切られた別の空気室２２を
設けている。この空気室２２にはクランプ空気入口２３
を設けていて、ここから空気を注入することによって圧
力を付与し、ピストン体９を介してピストン部材２をク
ランプ位置まで移動させることができる。

【００３２】上述のアンクランプ空気入口１８から空気
を注入した場合、圧力を受けたピストン体９は先端側Ｔ
へ、また副ピストン部材４は基端側Ｂへそれぞれ移動
し、空気室８は体積を増大させる。このとき、ピストン
体９がピストン部材２を先端側Ｔへ一体に移動させるこ
とに加え、副ピストン部材４の動きに伴い増力機構とし
て作用するリンク部材６がピストン部材２にさらに先端
側Ｔ方向への力を付与している。このため、ピストン部
材２は大きな力を受け、ロッド３を介してスピンドル１
０を先端側Ｔへ押し出し、チャック部をアンクランプ可
能な状態へと変化させる。

【００３３】一方、クランプ空気入口２３から別の空気
室２２に空気注入した場合、圧力を受けたピストン部材
９は逆に基端側Ｂへ移動し、ピストン部材２も一体とな
って移動する。これに伴いリンク部材６は回転し、ロー
ラ体２１を介して副ピストン部材４を先端側Ｔへ押し出
すように移動させる。この結果、ピストン部材２などは
図１の中心線より下に示すクランプ状態となり、空気室
８からは空気が排出される。なお、アンクランプ空気入
口１８とクランプ空気入口２３のいずれか一方から空気
を注入するときは、他方の空気入口は導通可能状態とな
るようにバルブを開けておくことはいうまでもない。

【００３４】以上は増力機構を中心とした構成について
の説明であるが、以下においては、本実施形態の工具ホ
ルダ把持機構１の別の構成についても説明する。この工
具ホルダ把持機構１は、上述のほかにも、もっとも先端
側Ｔに設けられた工具チャック部（図示省略）、スピン
ドル１０を回転させる回転駆動部（図示せず）、ロッド
３を先端側Ｔと基端側Ｂとに移動させるクランプ動作部
２４、最も基端側Ｂに配置されてロッド３および工具ホ
ルダを介して工具にクーラントを供給するクーラント供
給部（図示せず）などを備えている。

【００３５】副ピストン部材４およびピストン体９の外
周には、シリンダ周壁１５が取り付けられている。この
シリンダ周壁１５の先端側Ｔに先端側壁２５が配置され
るとともに基端側Ｂに基端側壁２６が配置されている。
そして、これら基端側壁２６とシリンダ周壁１５と先端
側壁２５とがボルト２７により一体化されてケーシング
２８に対して摺動可能とされている。さらに、これらシ
リンダ周壁１５と先端側壁２５と基端側壁２６とが、副
ピストン部材４やピストン体９を収容する空気室８，２
２を形成している。また、シリンダ周壁１５と先端側壁
２５との接合部分にはＯリング２９を介在させていると
ともに、ボス部１１と先端側壁２５の摺接部分にもＯリ
ング３０が用いられているので、空気室８，２２は高い
気密性を有している。

【００３６】また、回転駆動部は、モータと、該モータ
とスピンドル１０とを連結するプーリおよびベルト（図
示せず）とを備えたものである。

【００３７】ロッド３は、チャック部からクーラント供
給部まで連通するよう、円管形状のスピンドル１０の内
部に摺動可能に収容されている。ロッド３の中心部に
は、クーラント供給部からのクーラントを工具ホルダに
流通させる貫通孔から成るクーラント流通孔３１を形成
している。スピンドル１０は、チャック部からピストン
部材２の近傍まで連通するとともに、ケーシング２８に
対して回転可能に軸受により支持されている。

【００３８】ロッド３とスピンドル１０との間には多数
の皿ばねからなる第１ばね手段を嵌合している。また、
第１ばね手段の基端側Ｂはカラーを介してロッド３の拡
径部１３に当接している。この拡径部１３は、スピンド
ル１０の内径より僅かに小さい外径を有するよう形成さ
れている。

【００３９】そして、上述のロッド３にピストン部材２
による外力が作用していない場合は第１ばね手段はチャ
ック部を引き込んでいる（クランプ状態）。一方、ピス
トン部材２によりロッド３が先端側Ｔに移動した場合は
第１ばね手段の全体の長さが圧縮されて畜勢される。こ
のとき、第１ばね手段はロッド３を基端側Ｂすなわちク
ランプ位置側に付勢している。また、第１ばね手段がロ
ッド３およびスピンドル１０の周方向に摩擦を有するよ
うにしている。このため、スピンドル１０の回転により
ロッド３も同時に回転する。

【００４０】また、拡径部１３の基端側Ｂには、ロッド
３に対して摺動可能なスリーブ１２と、ロッド３に対し
て相対回転および摺動可能なピストン部材２とが設けら
れている。スリーブ１２の周囲には固定スリーブ３２が
設けられている。この固定スリーブ３２の周囲にはスト
ッパ３３が取り付けられている。ストッパ３３はスピン
ドル１０の基端側Ｂの端部にねじ止めされている。固定
スリーブ３２はストッパ３３によってスピンドル１０に
固定されている。固定スリーブ３２の内周面にはＯリン
グ３４が装着されて、スリーブ１２の軸方向への摺動を
制動している。このため、拡径部１３が勢い良く基端側
Ｂに移動してから停止するとスリーブ１２も直ぐ停止す
るので、スリーブ１２がピストン部材２に当接すること
を防止できる。

【００４１】クランプ動作部２４は、先端側Ｔと基端側
Ｂとに移動可能なピストン部材２と、ピストン体９の先
端側Ｔに空気室２２を形成する先端側壁２５と、副ピス
トン部材４の基端側Ｂに室３５を形成する基端側壁２６
と、先端側壁２５に形成されて空気室２２と工具ホルダ
把持機構１の外部とを連通するクランプ空気入口２３
と、空気室８と工具ホルダ把持機構１の外部とを連通す
るアンクランプ空気入口１８と、先端側壁２５および基
端側壁２６を固定するケーシング２８と、第２ばね手段
３６の付勢力を受けてピストン部材２を先端側Ｔに付勢
する付勢部材３７とを備えている。

【００４２】第２ばね手段３６は、断面矩形状のワイヤ
を巻回した角形の圧縮コイルばねからなるものとしてい
る。このため、容積の小さい割に強力なばねとすること
ができる。ただし、角形の圧縮コイルばねに限られない
のはもちろんである。ここで、第２ばね手段３６のばね
力は第１ばね手段のばね力よりも小さく設定してある。
このため、第２ばね手段３６と第１ばね手段とが付勢部
材３７とピストン部材２とスリーブ１２とロッド３とを
介して押し合った場合は、ロッド３は基端側Ｂ（クラン
プ位置）に位置する。

【００４３】また、これら第１ばね手段および第２ばね
手段３６のばね力は、第１ばね手段によるロッド３のク
ランプ位置側への移動時間と、ピストン部材２および第
２ばね手段３６によるロッド３のアンクランプ位置側へ
の移動時間とが同等となるように設定することが好まし
い。これにより、ロッド３のアンクランプ位置側への移
動時間をクランプ位置側への移動時間と同等に高速化す
ることができる。

【００４４】そして、各空気入口１８，２３には、圧力
付与手段である高圧空気噴出ノズル（図示せず）が取り
付けられている。また、副ピストン部材４に溝部１７を
設けていることから、この副ピストン部材４が基端側Ｂ
（クランプ位置）にあるときにアンクランプ空気入口１
８に高圧空気を吹き込むと、高圧空気が副ピストン部材
４の基端側Ｂの溝部１７の全体に回り込むので副ピスト
ン部材４を先端側Ｔに容易に移動させることができる。
このとき、第２ばね手段３６が付勢部材３７を介してピ
ストン部材２を先端側Ｔに押圧するので、ピストン部材
２のアンクランプ位置への移動速度を高速化することが
できる。一方、ピストン部材２が先端側Ｔ（アンクラン
プ位置）にあるときにクランプ空気入口２３に高圧空気
を吹き込むと、高圧空気が空気室２２に流れ込みピスト
ン体９を基端側Ｂに容易に移動させることができる。

【００４５】さらに、先端側壁２５の先端側Ｔにはフッ
ク部材３８がボルト２７により固定されている。このフ
ック部材３８は、ストッパ３３の外周に対して僅かな隙
間Ｓ３を有して設置され、ストッパ３３に対して相対摺
動および相対回転可能とされている。ストッパ３３のフ
ランジ部は、先端側壁２５の円形状の凹部に径方向の隙
間Ｓ４を有して収容されている。このため、ストッパ３
３とフック部材３８および先端側壁２５とは軸方向の位
置に拘わらず径方向には常に隙間Ｓ３，Ｓ４を有してい
る。また、スピンドル１０およびストッパ３３が先端側
Ｔへ付勢されて先端側壁２５およびフック部材３８が基
端側Ｂへ付勢される場合は、ストッパ３３のフランジ部
とフック部材３８とが軸方向に当接して軸方向の隙間Ｓ
５がなくなって相対移動が制限される。

【００４６】一方、クランプ時には、第２ばね手段３６
によりピストン部材２と先端側壁２５とフック部材３８
とが先端側Ｔに付勢されるので、ストッパ３３のフラン
ジ部とフック部材３８との間に軸方向の隙間Ｓ５を生ず
るとともにストッパ３３と先端側壁２５との間に軸方向
の隙間Ｓ６を生ずる。このため、隙間Ｓ３，Ｓ４，Ｓ
５，Ｓ６があるので、スピンドル１０が回転しても回転
部材と非回転部材との間で接触することを防止できる。

【００４７】また、スピンドル１０の回転停止時にアン
クランプ空気入口１８に高圧空気を吹き込むと、ピスト
ン体９が先端側Ｔへ付勢される。このため、ボス部１１
とスリーブ１２とロッド３と第１ばね手段とスピンドル
１０とストッパ３３とに、先端側Ｔへの付勢力が作用す
る。これと同時に、アンクランプ空気入口１８に高圧空
気を吹き込むことにより、副ピストン部材４とシリンダ
周壁１５には基端側Ｂへの反力が作用する。そして、こ
れら逆方向への付勢力は、ストッパ３３とフック部材３
８との引っ張り合いにより相殺される。

【００４８】上述した工具ホルダ把持機構１の動作を説
明すると、以下のようになる。

【００４９】チャック部に保持した工具により加工作業
を行う場合はモータを駆動する。これにより、スピンド
ル１０が回転してチャック部および工具を回転させる。
このとき、ロッド３と第１ばね手段とストッパ３３と固
定スリーブ３２とスリーブ１２も同時に回転する。

【００５０】ここで、回転しないボス部１１と回転する
スリーブ１２との接触を避けるために、ボス部１１を基
端側Ｂに位置させる必要がある。このため、クランプ空
気入口２３に高圧空気を吹き込んでピストン部材２を基
端側Ｂに位置させる。このとき、ピストン部材２は第２
ばね手段３６の抗力を受けるので、高圧空気の圧力は第
２ばね手段３６よりも若干大きくする。

【００５１】また、スリーブ１２はＯリング３４により
軸方向への動きに制動をかけられているので、回転時に
軸方向に移動してしまうことはない。これにより、スリ
ーブ１２とボス部１１との衝突を防止することができ
る。また、工具の回転時に、クーラント供給部からクー
ラントが噴出されてロッド３のクーラント流通孔３１と
チャック部の貫通孔（図示省略）を流通して工具に供給
される。これにより、工具を冷却するとともに加工の際
の摩擦を低減できる。

【００５２】そして、チャック部を交換する際は、工具
の回転を停止させてから、クランプ空気入口２３への高
圧空気の供給を停止する。この場合、高圧空気が吹くピ
ストン部材４を移動させるとともにリンク部材６を回転
させ、また第２ばね手段３６が付勢部材３８を介してピ
ストン部材２を先端側Ｔに押圧して移動させる。このた
め、空気室８に次に吹き込まれる高圧空気を引き込むこ
とができる。

【００５３】一方、クランプ空気入口２３への高圧空気
の供給を停止すると同時に、アンクランプ空気入口１８
に高圧空気を供給するように切り換える。ここで、高圧
空気の供給対象の切り換えに当たり初期応答遅れによる
タイムラグが発生するが、その間に第２ばね手段３６が
ピストン部材２を先端側Ｔに移動させるので時間の無駄
が無く立ち上がり時間を短縮してロッド３の先端側Ｔへ
の移動の高速化を図ることができる。また、ロッド３を
先端側Ｔのアンクランプ位置に移動させる際は、ロッド
３は副ピストン部材４およびピストン体９に作用する空
気圧と第２ばね手段３６の付勢力との合力により移動す
る。このため、従来のようにロッド３をピストン部材２
に作用する空気圧のみにより移動するよりもアンクラン
プ力を大きくできるので、ロッド３の先端側Ｔへの移動
の高速化を図ることができる。このため、工具ホルダ把
持機構１でのチャック部のアンクランプ動作を高速化し
てマシニングセンタでの工具交換を高速化することがで
きるので、ワーク加工の効率を向上させることができ
る。

【００５４】そして、ピストン部材２は、第１ばね手段
の抗力に反しながらスリーブ１２およびロッド３を先端
側Ｔに移動させる。ここで、第１ばね手段の先端側Ｔの
端部はカラーを介してスピンドル１０の係止段部に係止
しているので、スピンドル１０とストッパ３３とに先端
側Ｔへの押圧力が作用する。これに対し、空気室８で生
じた基端側Ｂへの反力を受けて副ピストン体９とシリン
ダ周壁１５とフック部材３８とには基端側Ｂへの反力が
生じている。このため、ピストン部材２とスピンドル１
０との間で生じた反力はストッパ３３とフック部材３８
との間の引っ張り応力になる。このため、スピンドル１
０を支持する軸受に軸方向への負担を掛けることがな
い。

【００５５】一方、ロッド３の先端側Ｔの端部ではコレ
ットが先端側Ｔに押し出されるため、チャック部のプル
スタッドが解放される。これにより、チャック部を取り
外すことができる。このとき、プルスタッドが占位する
空間に連通された開口部に接続された高圧空気噴出ノズ
ルから高圧空気が噴出されて空間に吹き込まれる。これ
により、テーパシャンクの周囲から空気が外部に吹き出
され、ごみ取りを行うことができる。

【００５６】そして、このチャック部を次の加工に使用
する工具を保持するチャック部に交換してから、空気室
２２のクランプ空気入口２３に高圧空気を吹き込む。こ
れにより、ピストン体９が基端側Ｂに移動して第１ばね
手段が解放されるので、ロッド３が基端側Ｂに移動す
る。このため、コレットが基端側Ｂに移動してチャック
部のプルスタッドがチャックされてチャック部が保持さ
れる。これと同時に、ロッド３の拡径部１３がスリーブ
１２を基端側Ｂに移動させる。

【００５７】さらにピストン部材２を移動させる。ここ
で、ピストン部材２には第２ばね手段３６の反力が作用
しているので、これより若干大きい付勢力を得られる空
気圧を空気室２２に供給する。このとき、ボス部１１と
スリーブ１２とが互いに離隔して隙間Ｓ２を生ずるの
で、モータが駆動してスピンドル１０が回転する際にこ
れらの部材の間で摩擦を生ずることはなく発熱等を考慮
する必要がない。このため、容易に高速回転を行うこと
ができる。

【００５８】しかも、クランプ時には、第１ばね手段と
第２ばね手段３６とが押し合うことはないので、第１ば
ね手段の付勢力を全てチャック部のチャックのために利
用することができる。また、クランプ時には、第２ばね
手段３６によりピストン部材２と先端側壁２５とフック
部材３８とが先端側Ｔに付勢されるので、フック部材３
８とストッパ３３との軸方向の隙間Ｓ５を確実に確保す
ることができる。

【００５９】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば本実施形態ではリンク部材６をおよそ３対
１に分割する点に回動支点７を設けることで押圧力を３
倍程度とし、従来のピストン部材２に加わる力と合わせ
てこれまでの４倍程度の押圧力を発揮させるようにした
がこの態様は一例に過ぎず、回動支点７の位置を適宜変
えることによって増力値を変化させることが可能であ
る。したがって、アンクランプ位置からクランプ位置ま
での移動距離が少ない場合は、長さの比をさらに大きく
してより大きな押圧力を付与することも可能である。

【００６０】また、本実施形態では従来からのピストン
部材２やピストン体９という構成に、副ピストン部材４
や連結部材５を加えることで増力機構を構成するように
したが、増力機構の構成は特に上述のものに限定される
ことはない。例えば、図２に示すように、ピストン体を
設けず、空気室８を仕切らないで１室とした構成とする
こともできる。このとき、空気入口を１つにまとめるよ
うにしてもよい。この空気室８に空気を注入すると、副
ピストン部材４が基端側Ｂに移動し、リンク部材６が回
動してロッド３を先端側Ｔへ移動させる。この場合、本
実施形態のようなピストン体９の作用を得てはいない
が、この例のよう連結部材５を利用した増力機構のみで
もロッド３に大きな力を付与することが可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の工具ホルダ把持機構は副ピストン部材と連結部
材を設け、連結部材を増力機構により構成したことか
ら、副ピストン部材の動きを連結部材によってピストン
部材に伝達し、移動するように作用させることができ
る。したがってこの工具ホルダ把持機構によれば、油圧
を利用せず空圧のみによって動作させることができる
し、しかも空圧を大きく増圧させなくてもピストン部材
に力を十分に作用させて確実に動作させることができ
る。

【００６２】また請求項２記載の工具ホルダ把持機構に
よると、連結部材を回転可能なリンク部材で構成し、増
力機構によって副ピストン部材の動きを増力させてピス
トン部材に伝達するようにしたことから、回動支点の位
置を設定することによって増幅の程度を適宜決定するこ
とができ、副ピストン部材が空圧を受けて移動したとき
に受ける力を大きくしてピストン部材を作動させること
ができる。

【００６３】さらに請求項３記載の工具ホルダ把持機構
によれば、クランプ状態からアンクランプ状態へと変化
させる場合に、空気室に空気を注入することによって増
力機構を作動させピストン部材に力を作用させることが
できる。

【００６４】また請求項４記載の工具ホルダ把持機構に
よると、ピストン部材にピストン体を固定し、アンクラ
ンプ時にはピストン体と副ピストン部材との間に空圧を
注入するようにしたため、空圧を作用させることで、ピ
ストン体によりピストン部材を直接移動させるよう直接
作用させ、さらに副ピストン部材によりピストン部材を
同方向に移動させるよう間接的に作用させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具ホルダ把持機構の一実施形態を示
す縦断面図である。

【図２】本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。

【図３】従来の工具ホルダ把持機構を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１工具ホルダ把持機構２ピストン部材３ロッド（ドローバー部材）４副ピストン部材５連結部材６リンク部材７回動支点８空気室９ピストン体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧力源により移動されるピストン部材に
よりドローバー部材を移動させ、工具を保持した工具ホ
ルダを把持するようにした工具ホルダ把持機構におい
て、上記圧力源により移動される副ピストン部材を上記
ピストン部材に対して移動可能に設けるとともに上記副
ピストン部材の動きを上記ピストン部材に伝達する連結
部材を設け、上記連結部材を増力機構により構成したこ
とを特徴とする工具ホルダ把持機構。
【請求項２】上記連結部材を回転可能なリンク部材に
て構成するとともに、上記増力機構を、上記リンク部材
の回動支点を上記ピストン部材側に位置させることによ
り、上記副ピストン部材の動きを増力させて上記ピスト
ン部材に伝達するようにしたことを特徴とする請求項１
記載の工具ホルダ把持機構。
【請求項３】上記圧力源は空圧であり、上記副ピスト
ン部材が上記移動を行うための空気室が設けられてお
り、上記増力機構を上記工具ホルダのアンクランプ時に
動作させるようにしたことを特徴とする請求項１または
２記載の工具ホルダ把持機構。
【請求項４】上記ピストン部材に、上記空圧による力
を受けるピストン体を固定し、アンクランプ時には上記
ピストン体と上記副ピストン部材との間に上記空圧を注
入するようにしたことを特徴とする請求項３記載の工具
ホルダ把持機構。