JP2001087910A - 工作機械主軸の工具固定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工作機械の主軸に工具を固定するのに多数の皿
バネを用いた付勢手段では、付勢力を高めにくく、付勢
特性が不安定で耐久性に欠ける。主軸内にガススプリン
グ式の付勢機構を設ける場合は、主軸と工具固定装置の
構造が複雑化し、組み付けや保守点検も面倒になる。 【解決手段】 主軸ユニットＭＳの工具固定装置２の付
勢機構３では、ドローバー本体２４の基端側部分のドロ
ーバー延長部２４ａに、シリンダ孔３１を有するシリン
ダ部材３０を外嵌状に設け、シリンダ孔３１にピストン
部材３３を所定ストローク移動可能に装着し、シリンダ
孔３１のガス作動室３９に圧縮ガスを封入し、このガス
スプリングによりピストン部材３３を介してドローバー
２３を工具固定側へ強力に付勢する。また、解除機構４
により固定を解除可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、工作機械主軸の
工具固定装置に関し、特にドローバーを圧縮ガスの付勢
力により固定側へ付勢する付勢手段を設けたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】 ワークに機械加工を施す工作機械の主
軸には、先端部分にテーパ状の工具保持部が形成され、
この工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工具固
定装置が設けられている。一般的な工具固定装置は、工
具の基端部に係合するコレットチャックと、このコレッ
トチャックに連係したドローバーと、ドローバーを工具
固定側（主軸の基端側）へ付勢する付勢機構と、付勢機
構の付勢力に抗してドローバーを固定解除側（主軸の先
端側）へ駆動可能な解除機構等で構成されている。

【０００３】従来の工作機械の工具固定装置における付
勢機構は、特開平６−１７９１０４号公報、特開平７−
２２３１４６号公報、特開平１１−３３８０６号公報に
記載のように、主軸内のバネ収容孔に多数の皿バネを直
列状に且つ圧縮状態に装着し、これら多数の皿バネの弾
性力でドローバーを工具固定側へ弾性付勢している。最
近の工作機械では、主軸を20,000ｒｐｍもの高速で回転
させることが少なくないが、付勢機構の付勢力により工
具を強固に固定できない場合には、加工精度が低下する
ばかりでなく、主軸の回転速度を高めることが難しくな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 前述したような公報
に記載の工具固定装置では、多数の皿バネの付勢力で工
具を固定する構造である。この場合、多数の皿バネを装
着する為の収容孔が軸方向に長くなり、主軸が軸方向に
大きくなるうえ、工具固定装置の部品数が非常に多く構
造が複雑化し製作費が高価になる。各皿バネに製作誤差
があり、多数の皿バネの製作誤差が軸方向に累積するた
め工具固定装置の性能にバラツキが生じ易く、安定した
付勢力を発生させることが難しい。しかも、工作機械を
長期間使用している間に皿バネが劣化しその弾性力が低
下していき、付勢機構の性能が低下してしまう。

【０００５】主軸を高速回転させる場合に、遠心力によ
り工具保持部が径方向に拡大し、振動が発生したり、加
工精度が低下しやすくなるので、工具固定機構の付勢力
を格段に強化することが要請されている。ところで、本
願出願人は、主軸の内部に高圧窒素ガスを封入したガス
スプリングを組み込み、そのガススプリングによりドロ
ーバーを付勢する型式の工具固定装置（例えば、特願平
１０−１７６１８１号）を検討中である。しかし、この
工具固定装置のように、主軸の内部にガススプリングを
組み込む構造では、主軸を小型化しにくく、工具固定装
置の構造を簡単化しにくく、既存の工作機械に適用しに
くく、工具固定装置の組み付けや保守点検の面でも不利
となる。

【０００６】本発明の目的は、工具固定装置において、
ガススプリングにより強力な付勢力を発生させること、
構造を簡単化し製作費を低減すること、組み付けや保守
点検を容易にすること、既存の工作機械に適用可能にす
ること、などである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 請求項１の工作機械主
軸の工具固定装置は、工作機械の主軸の先端側部分のテ
ーパ状の工具保持部に装着された工具を固定する為に、
その工具の基端部に係合するチャック手段と、このチャ
ック手段に連係したドローバーと、このドローバーを工
具固定側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力
に抗してドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段
とを備え、工具保持部に工具を固定解除可能に固定する
工具固定装置において、ドローバーの基端側部分に、主
軸の基端の端面外へ延びるドローバー延長部が形成さ
れ、付勢手段は、ドローバー延長部に外嵌され且つ主軸
の基端に一体回転するように連結されたシリンダ部材
と、このシリンダ部材内に形成されたシリンダ孔と、シ
リンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピスト
ン部を有し且つドローバー延長部に外嵌されたピストン
部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対して主軸側
に形成されたガス作動室と、このガス作動室に封入され
た圧縮ガスとを備えたものである。

【０００８】ドローバーの基端側部分に主軸の基端外へ
延びるドローバー延長部が形成され、このドローバー延
長部に付勢手段が外嵌状に設けられている。この付勢手
段においては、ガス作動室に封入された圧縮ガスでピス
トン部材を付勢し、このピストン部材によりドローバー
を工具固定側へ付勢可能である。ドローバーに連係され
たチャック手段を工具固定側へ付勢することで、工具は
その付勢力によりテーパー状の工具保持部に引きつけら
れ強力に固定される。工具の固定を解除する際には、解
除手段により付勢機構の付勢力に抗してドローバーを固
定解除側へ駆動すればよい。

【０００９】前記付勢手段は、主軸の基端の端面外へ延
びるドローバー延長部に外嵌状に設けられているため、
主軸と工具固定装置の構造が全体として簡単化し、主軸
の長さを短くして主軸を軽量化することができ、主軸と
工具固定装置の製作費を低減できる。そして、ドローバ
ー等に改造を施すだけで、この工具固定装置を既存の工
作機械にも容易に適用することができ、工具固定装置の
組み付けや保守点検の面でも有利である。

【００１０】ここで、前記ガス作動室は、ピストン部材
がドローバーの移動ストロークよりも軸方向へ大きく移
動可能な大きさに形成されている場合（請求項１に従属
の請求項２）には、ドローバーをその工具固定側及び固
定解除側の何れの方向へも、その移動ストローク分移動
させることができ、工具を工具保持部に支障なく固定す
ることができる。また、ガス作動室の容量を大きくで
き、ガス作動室の圧縮ガスが漏れるような場合でも、そ
の圧縮ガスのガス圧低下度合いが小さくなる。

【００１１】前記ピストン部材はガス作動室とは反対側
へシリンダ部材外へ延びる筒状部を有し、この筒状部に
当接してピストン部材からの付勢力を受ける伝達部材を
ドローバー延長部に設けた場合（請求項１又は２に従属
の請求項３）には、ガス作動室に封入された圧縮ガスの
付勢力がピストン部材に作用し、そのピストン部材から
の付勢力を伝達部材を介してドローバー延長部に確実に
伝達できる。

【００１２】前記ガス作動室内のガス圧を検知するガス
圧検知手段を設けた場合（請求項１〜３の何れかに従属
の請求項４）には、ガス作動室の圧縮ガスがリークして
ガス圧が低下したような場合でも、ガス作動室内のガス
圧をガス圧検知手段により容易に検知でき、ガス圧が異
常に低下しないうちに、ガス作動室に圧縮ガスを早期に
補充でき、圧縮ガスによる付勢力の低下を確実に防止す
ることができる。

【００１３】前記ガス作動室に圧縮ガスを充填する為の
充填用プラグを設けた場合（請求項４に従属の請求項
５）には、ガス作動室の圧縮ガスがリークしてガス圧が
低下した場合でも、充填用プラグから圧縮ガスを容易に
補充することができ、圧縮ガスのリークによる付勢力の
低下を防止することができる。

【００１４】請求項６の工作機械主軸の工具固定装置
は、工作機械の主軸の先端側部分のテーパ状の工具保持
部に装着された工具を固定する為に、その工具の基端部
に係合するチャック手段と、このチャック手段に連係し
たドローバーと、このドローバーを工具固定側へ付勢す
る付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗してドローバ
ーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備え、工具保
持部に工具を固定解除可能に固定する工具固定装置にお
いて、ドローバーの基端側部分に、主軸の基端の端面外
へ延びるドローバー延長部が形成され、付勢手段は、ド
ローバー延長部に外嵌され且つ主軸の基端に一体回転す
るように連結されたシリンダ部材と、このシリンダ部材
内に形成されたシリンダ孔と、シリンダ孔に所定ストロ
ーク移動可能に装着されたピストン部を有し且つドロー
バー延長部に外嵌されたピストン部材と、シリンダ孔の
うちのピストン部に対して主軸側に形成された作動室
と、この作動室に装着された環状の金属製のベローズで
あって圧縮ガスが封入されピストン部材を工具固定側へ
付勢するベローズとを備えたものである。

【００１５】この工具固定装置は、請求項１の発明と概
ね同様の構成を有し、請求項１ではガス作動室に直接圧
縮ガスを封入したのに対して、この工具固定装置では、
前記ガス作動室に対応する作動室に、環状の金属製のベ
ローズであって圧縮ガスが封入されピストン部材を工具
固定側へ付勢するベローズを組み込んであるので、基本
的に請求項１と同様の作用を奏する。しかも、圧縮ガス
を金属製のベローズに封入したので、圧縮ガスのリーク
がなく、耐久性に優れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて説明する。図１に示すように、工作機
械の主軸ユニットＭＳは、主軸１１とその駆動モータを
含む主軸本体部１と、主軸１１に工具５を固定解除可能
に固定する為の工具固定装置２とを有する。工具固定装
置２は、コレットチャック２０（チャック手段に相当す
る）と、ドローバー２３と、ドローバー２３を工具固定
方向へ付勢する付勢機構３と、その付勢機構３の付勢を
解除して工具５の着脱を可能にする解除機構４などを有
する。尚、以下の説明において図１〜図３における左右
を左右として説明する。

【００１７】図１に示すように、主軸１１の先端部分に
先端側程大径化するテーパ状の工具保持部１５が形成さ
れ、種々の工具５の基端側のテーパ軸部６５が工具保持
部１５に固定解除可能に固定される。最初に、主軸本体
部２について説明すると、主軸１１はハウジング１０の
収容孔に水平姿勢に配設され、主軸１１の両端部が１対
のベアリング１２，１３によりハウジング１０に回転自
在に枢支されている。ハウジング１０のモータ収容部１
０ａには、ハウジング１０に対して主軸１１を回転駆動
する駆動モータ１４（ビルトインモータ）が組み込まれ
ている。

【００１８】主軸１１には、工具保持部１５と収容孔１
６とが直列状に形成されている。工具５は、工具保持部
１５に内嵌可能なテーパ軸部６５と、テーパ軸部６５の
基端側の小径軸部６６及び被係合部６７と、大径の把持
部６８を有する。工具５を主軸１１に装着した状態で
は、テーパ軸部６５が工具保持部１５に密着状に面接触
し、被係合部６７が収容孔１６の先端部に臨む状態にな
る。

【００１９】収容孔１６の内部には、第１円筒部材１７
と、その右側の第２円筒部材１８ととが内装されてい
る。この第２円筒部材１８と主軸１１の右端部に当接す
るフランジ部材１９も設けられ、主軸１１に複数のボル
トで固定されている。第１円筒部材１７の内側にはコレ
ットチャック２０が配設されている。コレットチャック
２０は、その複数の分割部２１により工具５の被係合部
６７を把持したり、把持解除したりする為のものであ
る。但し、コレットチャック２０の代わりに、小さな複
数の鋼球を介して把持する型式のチャックやその他のチ
ャックを適用してもよい。

【００２０】第１，第２円筒部材１７，１８とフランジ
部材１９の内側には、工具１５を固定する為のドローバ
ー２３が左右方向に摺動可能に配設されている。このド
ローバー２３は、ドローバー本体２４と、このドローバ
ー本体２４の先端部に固定された連結体２５とからな
る。ドローバー本体２４の基端側部分には、主軸１１の
基端の端面外へ延びるとともにハウジング１０の端面外
へ延びるドローバー延長部２４ａが形成され、このドロ
ーバー延長部２４ａは付勢機構３と解除機構４とを挿通
して右方に延びている。ドローバー本体２４の左端部は
連結体２５に内嵌螺合により連結され、その連結体２５
に、コレットチャック２０とスペーサ２６とが係合され
ている。

【００２１】ドローバー２３が、図１に示すように右方
（工具固定側）へ移動し右方へ付勢されている状態で
は、コレットチャック２０も右方へ移動して工具１５を
把持する。ドローバー２３が、図３に示すように左方
（固定解除側）へ移動した状態では、コレットチャック
２０も左方へ移動して工具１５の把持を解除する。ドロ
ーバー本体２４内部には、工具５に供給する切削液を流
す通路２７が形成され、連結体２５の内部にはその通路
２７に連通された先端チューブ２８が設けられている。
工具５の装着時に先端チューブ２８の先端部が被係合部
６７に押圧状に接触し、切削液供給装置からロータリジ
ョイント６を介して供給される切削液が、通路２７と先
端チューブ２８を経て工具５内の通路に供給される。

【００２２】次に、付勢機構３について説明する。図
１、図２に示すように、付勢機構３はガススプリングを
主体とするもので、次のように構成されている。シリン
ダ部材３０は、ドローバー延長部２４ａに外嵌されてお
り、シリンダ部材３０は、略筒状で取り付けフランジ部
３０ｃを有するシリンダ本体３０ａと、このシリンダ本
体３０ａの左端部分に内嵌され且つＣ形ストップリング
を介して固定された環状のシリンダ分割体３０ｂとから
なる。このシリンダ部材３０はフランジ部材１９の右端
面の凹部に嵌合状態にして複数のボルトによりフランジ
部材１９に固定されている。但し、主軸１１の径が十分
に大きい場合には、フランジ部材１９を省略し、主軸１
１の基端面にシリンダ部材３０を直接固定してもよい。

【００２３】このシリンダ部材３０の内部にはシリンダ
孔３１が形成されており、ピストン部材３３は、ドロー
バー延長部２４ａに外嵌されている。ピストン部材３３
は、シリンダ孔３１内に気密摺動自在に装着された環状
のピストン部３４と、ピストン部３４の右側へシリンダ
部材３０外へ延びる厚肉の筒状部３５と、ピストン部３
４の左側へ延びる薄肉の筒状部３７とを有する。ピスト
ン部３４が、シリンダ孔３１にドローバー２３の移動ス
トロークよりも大きな所定ストローク移動可能に装着さ
れている。

【００２４】ドローバー延長部２４ａには、筒状部３５
が当接してピストン部材３３からの付勢力を受ける伝達
部材３６が螺着され、この伝達部材３６が筒状部３５の
右端に複数のボルトにて固定されている。筒状部３７
は、ピストン部３４の左方へ所定長さだけ延びて、ドロ
ーバー２３とシリンダ分割体３０ｂの間の環状隙間３８
に気密摺動自在に内嵌している。シリンダ部材３０内に
は、シリンダ孔３１のうちのピストン部３４に対して主
軸１１側にガス作動室３９が形成されている。ガス作動
室３９には、所定の高圧の圧縮ガス（例えば、１４ＭＰ
ａの圧縮窒素ガス）が封入されている。ガス作動室３９
内の圧縮窒素ガスの付勢力により、ピストン部材３３が
右方へ強力に付勢され、このピストン部材３３と伝達部
材３６とを介してドローバー延長部２４ａが右方（工具
固定側）へ付勢され、ドローバー２３が右方（工具固定
側）へ付勢される。

【００２５】ガス作動室３９内の圧縮ガスがリークしな
いように、ピストン部３４の外周部にはシール部材４０
ａ，４０ｂが装着され、環状隙間３８の内周部にはシー
ル部材４１ａ，４１ｂが装着されている。シリンダ分割
体３０ｂの外周部にはシール部材４１ｃが装着され、シ
リンダ本体３０ａの右端部の内周部にはダストシール４
０ｃが装着されている。ガス作動室３９に圧縮窒素ガス
を充填する為のガス通路４２と充填用プラグ４３とが図
示のように設けられている。伝達部材３６を外せば、充
填用プラグ４３から圧縮窒素ガスを充填することができ
る。

【００２６】ガス作動室３９内のガス圧を検知する為
に、シリンダ部材３０の外側には、ガス作動室３９内の
圧縮ガス温度を検出する温度センサ（例えば、赤外線セ
ンサ）４４がシリンダ部材３０に非接触状に設けられ、
制御ユニット６２に電気的に接続されている。そして、
伝達部材３６が図１のクランプ位置から固定解除側に所
定距離だけ移動したことを検出する位置検出スイッチ４
５が設けられ、制御ユニット６２に電気的に接続されて
いる。尚、付勢機構３はハウジング１０に複数のボルト
にて固定されたキャップ状のカバー部材４６で覆われて
いる。尚、前記温度センサ４４と位置検出スイッチ４５
と制御ユニット６２等がガス圧検知手段に相当する。

【００２７】次に、解除機構４について説明する。この
解除機構４は工具１５を取り外す際に、付勢機構３の付
勢力に抗してドローバー２３を左方（固定解除側）へ所
定距離移動させるものである。カバー部材４６の右端面
には解除用の単動型油圧シリンダ５０がボルト５２によ
り固着され、そのシリンダ孔５１にドローバー延長部２
４ａに遊嵌状に外嵌された環状のピストン部材５３が所
定ストローク移動可能に装着され、そのピストン部材５
３の左端は伝達部材３６に右方から当接可能になってい
る。油圧シリンダ５０の作動油室をシールする為のシー
ル部材５５，６３が設けられている。

【００２８】油圧シリンダ５０の大気開放室には圧縮バ
ネ５４が装着され、この大気開放室は呼吸孔により大気
開放されている。油圧シリンダ５０の油圧作動室に油圧
を給排する為の油圧系について説明すると、油圧シリン
ダ５０のポート５５は、油路５７により油圧ポンプ５６
に接続されている。その油路５７には、デジタル式油圧
計５８と電磁方向切換弁５９とが介装されている。油圧
ポンプ５６を駆動する駆動モータ６１と、電磁方向切換
弁５９のソレノイド６０は制御ユニット６２に電気的に
接続されている。

【００２９】次に、以上説明した工具固定装置１の作用
について説明する。図１の工具固定状態において、解除
機構４が解除駆動されると、ドローバー２３が固定解除
側に駆動される。即ち、制御ユニット６２により電磁方
向切換弁５９を供給位置に切換えると、ピストン部材５
３に油圧が作用し、ピストン部材５３は、ガス作動室３
９の圧縮ガスの付勢力に抗して、図１の固定位置から図
３に示す解除位置に駆動される。その結果、ピストン部
材５３の解除位置への駆動と同時に伝達部材３６を介し
てドローバー２３が固定解除側へ駆動され、コレットチ
ャック２０も同時に固定解除側へ移動して固定解除し、
工具５を工具保持部１５に対して着脱可能になる（図３
参照）。

【００３０】このとき、工具保持部１５に手動操作によ
り又はＡＴＣ（オート・ツール・チェンジャー）によ
り、次の加工に用いる別の工具５の基端部が装着され
る。その状態で、電磁方向切換弁５９が排出位置に切換
えられ、解除機構４の解除動作が中止される。すると、
ガス作動室３９内の圧縮ガスの付勢力により、ピストン
部材３３とともにドローバー２３が工具固定側へ一体的
に移動し、ピストン部材３３は圧縮バネ４５の弾性力に
より伝達部材３６から離隔する位置まで後退する。図１
に示すように、コレットチャック２０が工具固定側へ移
動して複数の分割部２１が工具５の被係合部６７を把持
し、工具５はピストン部材３３と伝達部材３６とドロー
バー２３とコレットチャック２０とを介して工具保持部
１５に強力に押圧固定される。

【００３１】ここで、工作機械の保守点検の際に、ガス
圧検知手段によりガス作動室３９内のガス圧を次のよう
にして検知する。油圧シリンダ５０に油圧を供給して、
ドローバー２３が所定距離だけ固定解除側に移動して位
置検出スイッチ４５が作動したとき、油圧計５８の圧力
データと、温度センサ４４の温度データとを制御ユニッ
ト６２に読み込む。ガス作動室３９と油圧シリンダ５０
の諸元は既知であるから、ピストン部材３３が所定距離
固定解除方向へ移動した時のガス作動室３９の容積と、
油圧シリンダ５０における油圧駆動力と、圧縮ガスの温
度とから、ガス作動室３９内のガス圧を求めることがで
きる。こうして、ガス作動室３９内のガス圧を容易に検
知できるため、ガス圧が異常に低下しないうちに、圧縮
ガスを早期に補充でき、付勢機構３の付勢力の低下を確
実に防止することができる。

【００３２】以上説明した工具固定装置２によれば、ガ
ス作動室３９に封入した圧縮ガスにより発生する安定し
た強力な付勢力でドローバー２３を工具固定側へ付勢す
ることができる。工具５を工具保持部１５に強力に押圧
固定できるため、加工精度を高め、主軸１１の回転速度
を高めて加工性能を高めることができる。付勢機構３
は、主軸１１の基端の端面外へ延びるドローバー延長部
２４ａに外嵌状に設けられているため、主軸１１と工具
固定装置２の構造が全体として簡単化し、主軸１１の長
さを短くして主軸１１を軽量化することができ、主軸１
１と工具固定装置２の製作費を低減できる。そして、ド
ローバー２３等に改造を施すだけで、この工具固定装置
２を既存の工作機械にも容易に適用することができ、工
具固定装置２の組み付けや保守点検の面でも有利であ
る。

【００３３】工作機械を長期間使用している間に、ガス
作動室３９の圧縮ガスが外部へリークしてガス圧が低下
した場合でも、ガス圧検知手段によりガス圧の低下を確
実に検知し、充填用プラグ４３からガス作動室３９に圧
縮ガスを簡単に補充することができる。ガス作動室３９
を、ピストン部材３３がドローバー２３の移動ストロー
クよりも軸方向に大きく移動可能な大きさに形成したの
で、ドローバー２３をその工具固定側及び固定解除側の
何れの方向へも、移動ストローク分移動させることがで
き、工具５を工具保持部１５に支障なく固定することが
できる。また、ガス作動室３９の容量を大きくでき、ガ
ス作動室３９の圧縮ガスが僅かに漏れるような場合で
も、その圧縮ガスのガス圧低下度合いが小さくなる。

【００３４】ピストン部材３３は、ガス作動室３９とは
反対側へシリンダ部材３０外へ延びる筒状部３５を有
し、この筒状部３５に当接してピストン部材３３からの
付勢力を受ける伝達部材３６をドローバー延長部２４ａ
に設けたので、ガス作動室３９に封入された圧縮ガスの
付勢力をピストン部材３３と伝達部材３６を介してドロ
ーバー延長部２４ａに確実に伝達することができる。ガ
ス作動室３９内のガス圧を検知するガス圧検知手段を設
け、ガス作動室３９内のガス圧を検知可能に構成したの
で、ガス作動室３９内のガス圧の低下を確実に検知し
て、圧縮ガスを早期に補充することがができる。

【００３５】次に、工具固定装置の別実施形態について
説明する。但し、前記実施形態と同様の構成要素には同
一符号を付して説明を省略し、異なる構成について主に
説明する。図４に示すように、工具固定装置２Ａの付勢
機構３Ａは、シリンダ孔内のピストン部３４の左側の作
動室３９Ａに、環状のステンレス製のベローズ７０を装
着し、このベローズ７０によりピストン部材３３を右方
へ付勢するようにしたものである。ベローズ７０は、ピ
ストン部材３３の筒状部３７に相対移動可能に外嵌さ
れ、このベローズ７０には高圧の圧縮窒素ガスが封入さ
れている。シリンダ部材３０には、ベローズ７０の内部
に連通するガス通路４２が形成され、このガス通路４２
の端部に圧縮窒素ガスを充填する為の充填用プラグ４３
（充填用バルブユニット）が装着されている。

【００３６】ベローズ７０とガス通路４２から圧縮ガス
が漏れないようにする為に、ベローズ７０の基端面とピ
ストン部３４の先端面とを接着してもよいし、適当なシ
ール部材を装着してもよい。ベローズ７０を作動室３９
Ａに組付けてから、充填用プラグ４３から所定圧（例え
ば、１０〜２０ＭＰａの圧縮窒素ガス）の圧縮窒素ガス
を充填できるためベローズ７０の組付けが容易である。

【００３７】この工具固定装置２Ａにおいては、圧縮窒
素ガスが充填されたベローズ７０でピストン部材３３を
工具固定側へ付勢し、ドローバー２３とコレットチャッ
ク２０を介して工具５を固定する。圧縮窒素ガスがベロ
ーズ７０に収容されているため、長期の使用中にも圧縮
窒素ガスのリークが全く生じず、長期にわたって安定し
た付勢特性を発揮する。その他、基本的に前記工具固定
装置２と同様の作用を奏する。尚、圧縮窒素ガスを充填
した複数のベローズを作動室３９Ａに直列的に装着して
もよい。

【００３８】本発明は、以上説明した実施形態と変更形
態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しな
い範囲で種々の変更を付加した形態で実施可能である。
大型の工作機械の場合には、ガス作動室３９や作動室３
９Ａをドローバー２３の径方向に拡大してもよく、同時
に軸径方向に拡大してもよい。また、種々の工作機械の
主軸に固定する種々の工具固定装置に本発明を適用する
ことができる。

【００３９】

【発明の効果】 請求項１の発明によれば、ドローバー
の基端側部分にドローバー延長部を形成し、ガススプリ
ング式の付勢手段をドローバー延長部に外嵌させて設
け、ガス作動室に封入した圧縮ガスの付勢力でドローバ
ーを付勢するように構成したので、安定した強力な付勢
力で工具を固定でき、長期に亙って付勢特性が変化しな
いため耐久性に優れる。また、工具と主軸の一体性を高
め、加工精度を確実に高めることができ、主軸の回転速
度を高速化することも可能になる。しかも、ガス作動室
に封入する圧縮ガスのガス圧を調節するだけで付勢力を
調節することもできる。

【００４０】付勢手段を主軸とは独立の構造とするた
め、主軸の構造が複雑化することもなく、工具固定装置
の構造が簡単化し、製作コストを低減できる。そして、
従来技術のように主軸の内部に多数の皿バネを組み込む
必要もないので、主軸の長さを短くし、主軸を軽量化す
ることもできる。そして、ドローバー等に改造を施すだ
けで、この工具固定装置を既存の工作機械にも容易に適
用することができ、工具固定装置の組み付けや保守点検
の面でも有利である。

【００４１】請求項２の発明によれば、前記ガス作動室
は、ピストン部材がドローバーの移動ストロークよりも
軸方向へ大きく移動可能な大きさに形成されたので、ド
ローバーをその工具固定側及び固定解除側の何れの方向
へも、その移動ストローク分移動させることができ、工
具を工具保持部に支障なく固定解除可能に固定すること
ができる。また、ガス作動室の容量を大きくでき、ガス
作動室の圧縮ガスが漏れるような場合でも、その圧縮ガ
スのガス圧低下度合いが小さくなる。その他請求項１と
同様の効果を奏する。

【００４２】請求項３の発明によれば、前記ピストン部
材は、ガス作動室とは反対側へシリンダ部材外へ延びる
筒状部を有し、この筒状部に当接してピストン部材から
の付勢力を受ける伝達部材をドローバー延長部に設けた
ので、ガス作動室に封入された圧縮ガスの付勢力がピス
トン部材に作用し、そのピストン部材からの付勢力を伝
達部材を介してドローバー延長部に確実に伝達すること
ができる。その他請求項１又は２と同様の効果を奏す
る。

【００４３】請求項４の発明によれば、前記ガス作動室
内のガス圧を検知するガス圧検知手段を設けたので、ガ
ス作動室の圧縮ガスがリークしてガス圧が低下したよう
な場合でも、ガス作動室内のガス圧をガス圧検知手段に
より容易に検知でき、ガス圧が異常に低下しないうち
に、ガス作動室に圧縮ガスを早期に補充でき、圧縮ガス
のリークによる付勢力の低下を確実に防止することがで
きる。その他請求項１〜３の何れかと同様の効果を奏す
る。

【００４４】請求項５の発明によれば、前記ガス作動室
に圧縮ガスを充填する為の充填用プラグを設けたので、
ガス作動室の圧縮ガスが外部に漏れてガス圧が低下した
場合でも、充填用プラグから圧縮ガスを容易に充填する
ことができる。圧縮ガスのリークによる付勢力の低下を
防止できる。その他請求項４と同様の効果を奏する。

【００４５】請求項６の発明は、請求項１の発明と概ね
同様の構成を有し、請求項１ではガス作動室に直接圧縮
ガスを封入したのに対して、この工具固定装置では、前
記ガス作動室に対応する作動室に、環状の金属製のベロ
ーズであって圧縮ガスが封入されピストン部材を工具固
定側へ付勢するベローズを組み込んであるので、基本的
に請求項１と同様の効果を奏する。しかも、圧縮ガスを
金属製のベローズに封入したので、圧縮ガスのリークが
生じず、耐久性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る工作機械の主軸ユニッ
ト（工具固定状態）の縦断面図である。

【図２】主軸ユニットの付勢機構の拡大断面図である。

【図３】前記主軸ユニット（工具固定解除状態）の縦断
面図である。

【図４】別実施形態の工具固定装置の要部拡大縦断面図
である。

【符号の説明】

１，１Ａ 主軸本体部 ２，２Ａ 工具固定装置 ３，３Ａ 付勢機構 ４ 解除機構 ５ 工具 １１ 主軸 １５ 工具保持部 ２０ コレットチャック ２３ ドローバー ２４ ドローバー本体 ２４ａ ドローバー延長部 ３０ シリンダ部材 ３１ シリンダ孔 ３３ ピストン部材 ３４ ピストン部 ３５ 筒状部 ３６ 伝達部材 ３９ ガス作動室 ３９Ａ 作動室 ４４ 温度センサ ４５ 位置検出センサ ５０ 解除用油圧シリンダ ５３ ピストン部材 ５８ 油圧計 ６２ 制御ユニット ７０ ベローズ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸の先端側部分のテーパ状
   の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工
   具の基端部に係合するチャック手段と、このチャック手
   段に連係したドローバーと、このドローバーを工具固定
   側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗し
   てドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備
   え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工
   具固定装置において、 前記ドローバーの基端側部分に、主軸の基端の端面外へ
   延びるドローバー延長部が形成され、 前記付勢手段は、ドローバー延長部に外嵌され且つ主軸
   の基端に一体回転するように連結されたシリンダ部材
   と、このシリンダ部材内に形成されたシリンダ孔と、シ
   リンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピスト
   ン部を有し且つドローバー延長部に外嵌されたピストン
   部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対して主軸側
   に形成されたガス作動室と、このガス作動室に封入され
   た圧縮ガスとを備えたことを特徴とする工作機械主軸の
   工具固定装置。
2. 【請求項２】 前記ガス作動室は、ピストン部材がドロ
   ーバーの移動ストロークよりも軸方向へ大きく移動可能
   な大きさに形成されたことを特徴とする請求項１に記載
   の工作機械主軸の工具固定装置。
3. 【請求項３】 前記ピストン部材は、ガス作動室とは反
   対側へシリンダ部材外へ延びる筒状部を有し、この筒状
   部に当接してピストン部材からの付勢力を受ける伝達部
   材をドローバー延長部に設けたことを特徴とする請求項
   １又は２に記載の工作機械主軸の工具固定装置。
4. 【請求項４】 前記ガス作動室内のガス圧を検知するガ
   ス圧検知手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３の
   何れかに記載の工作機械主軸の工具固定装置。
5. 【請求項５】 前記ガス作動室に圧縮ガスを充填する為
   の充填用プラグを設けたことを特徴とする請求項４に記
   載の工作機械主軸の工具固定装置。
6. 【請求項６】 工作機械の主軸の先端側部分のテーパ状
   の工具保持部に装着された工具を固定する為に、その工
   具の基端部に係合するチャック手段と、このチャック手
   段に連係したドローバーと、このドローバーを工具固定
   側へ付勢する付勢手段と、この付勢手段の付勢力に抗し
   てドローバーを固定解除側へ駆動可能な解除手段とを備
   え、前記工具保持部に工具を固定解除可能に固定する工
   具固定装置において、 前記ドローバーの基端側部分に、主軸の基端の端面外へ
   延びるドローバー延長部が形成され、 前記付勢手段は、ドローバー延長部に外嵌され且つ主軸
   の基端に一体回転するように連結されたシリンダ部材
   と、このシリンダ部材内に形成されたシリンダ孔と、シ
   リンダ孔に所定ストローク移動可能に装着されたピスト
   ン部を有し且つドローバー延長部に外嵌されたピストン
   部材と、シリンダ孔のうちのピストン部に対して主軸側
   に形成された作動室と、この作動室に装着された環状の
   金属製のベローズであって圧縮ガスが封入されピストン
   部材を工具固定側へ付勢するベローズとを備えたことを
   特徴とする工作機械主軸の工具固定装置。