JP2002126916A - ドローバ変位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 大きな力で確実に工具を主軸に固定（クラン
プ）し、それでいて小型のドローバ用カム機構で工具を
アンクランプできる構造を提案する。 【解決手段】 主軸６４に対して軸方向に変位して主軸
に工具３２をクランプ・アンクランプするドローバ７０
と、ドローバ７０をクランプ位置側（上側）に付勢する
第１付勢手段６８と、ドローバ７０をアンクランプ位置
側（下側）に付勢する第２付勢手段７８と、ドローバ７
０をアンクランプ位置に移動させるドローバ用カム機構
２４を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、工作機械の主軸
に工具をクランプ・アンクランプする装置に関する。特
に、クランプ状態とアンクランプ状態の切換えを簡単な
構造で高速化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】 工具交換可能な工作機械は、主軸と、
その主軸に対して軸方向に変位して主軸に工具をクラン
プ・アンクランプするドローバと、そのドローバをクラ
ンプ位置側に付勢する付勢手段と、その付勢手段の付勢
力に抗してドローバをアンクランプ位置に移動させるド
ローバ用カム機構を備えている。その一例が特開平１０
−４３９８４号公報に記載されている。

【０００３】工具回転数を高速化し、加工精度を向上さ
せるためには、主軸に工具を固定しておくクランプ力を
大きくする必要があり、ドローバ付勢手段の付勢力は極
めて大きくなる。ドローバ用カム機構はこの大きな力に
抗してドローバをアンクランプ位置に変位させなければ
ならず、大きくて頑丈なものが必要とされる。工作機械
はますます高速化しており、高精度が要求されており、
ドローバ付勢手段とドローバ用カム機構の双方がますま
す大型化している。これに伴ってドローバ用カム機構を
駆動するモータも大型化している。大型化を避けるため
に、ドローバのアンクランプ用に大きな駆動力が得られ
るシリンダを用いる構造も提案されている。この構造で
は、シリンダの他に、主軸と工具マガジンの間で工具を
交換する別のアクチュエータが用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】 本発明は、大きな力
で確実に主軸に工具をクランプし、それでいて小型のド
ローバ用カム機構と小型のモータで工具をアンクランプ
できる構造を提案する。これによって、小型のモータで
小型のドローバ用カム機構を変位させることでアンクラ
ンプでき、しかも大きなクランプ力を発揮させることが
可能となる。また、ドローバのアンクランプ動作と工具
交換動作を一つの小型モータで実現することが可能とな
り、制御装置が簡単化され、同期制御のための待ち時間
を確保する必要もなく、工具交換時間を短時間で完了す
ることが可能となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段と作用と効果】 この発明
のドローバ変位装置は、図１に模式的に示すように、主
軸６４と、その主軸６４に対して軸方向に変位して主軸
６４に工具３２をクランプ・アンクランプするドローバ
７０と、そのドローバ７０をクランプ位置側（上側）に
付勢する第１付勢手段６８と、そのドローバ７０をアン
クランプ位置側（下側）に付勢する第２付勢手段７８
と、ドローバ７０をアンクランプ位置に移動させるドロ
ーバ用カム機構２４を備える。ここで第２付勢手段７８
は、ドローバ用カム機構２４によるアンクランプ動作に
先立ってドローバ７０にアンクランプ位置側への付勢力
を付与し、ドローバ用カム機構２４によるクランプ動作
後にその付勢力を除去する。なお、図１は本発明の技術
的思想を理解しやすくするための模式図であり、本発明
の技術的思想を図示のものに限定するものでない。

【０００６】このドローバ変位装置では、第１付勢手段
６８のクランプ位置側（上側）への付勢力でクランプ力
を確保する。加工中には第２付勢手段７８の付勢力がド
ローバ７０に加えられず、第２付勢手段７８が工具３２
のクランプ力を弱めることがない。第１付勢手段６８の
付勢力によって、主軸６４に工具３２を強固にクランプ
することができる。アンクランプ作動時には第２付勢手
段７８がドローバ７０にアンクランプ位置側（下側）へ
の付勢力を付与する。即ち、アンクランプ作動時には、
第１付勢手段６８によるクランプ位置側への付勢力が第
２付勢手段７８によるアンクランプ位置側への付勢力に
よって相殺される。このために、ドローバ７０に作用し
ている付勢力に抗してドローバ７０をアンクランプ位置
に移動させるドローバ用カム機構２４は小さなもので足
りる。従ってドローバ用カム機構のためのモータも小さ
なもので足りる。本発明によると、小型モータと小型ド
ローバ用カム機構２４でアンクンプすることができる第
１付勢手段６８の付勢力に限界がなくなり、必要なクラ
ンプ力を必要に応じて得ることができる。

【０００７】上記の構造で用いられる第２付勢手段７８
を、オン・オフの切換えが可能なシリンダで構成するこ
とが好ましい。この場合、アンクランプ動作に先立って
第２付勢手段７８が付勢力を発揮してドローバ用カム機
構２４が小さな力でアンクランプできる状態を得ること
ができ、クランプ動作後に第２付勢手段７８による付勢
力を消失させて大きなクランプ力を得ることができる。
しかも、安価に生産することができる。さらに、シリン
ダのオン・オフの切換えタイミングの時間精度がラフで
よく、安価な制御装置で工具交換時間を短縮化すること
ができる。

【０００８】図８に模式的に示すように、主軸６４の軸
方向変位に連動して、第２付勢手段１７８とドローバ７
０が結合・分離するようにしても良い。この場合、第２
付勢手段１７８に制御装置を付加しないでも、ドローバ
用カム機構によるアンクランプ動作に先立ってドローバ
７０にアンクランプ位置側への付勢力を付与し、ドロー
バ用カム機構によるクランプ動作後にその付勢力を除去
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】 以下に説明する実施例の主要な
特徴を最初に列記する。 （形態１） 図１に模式的に示すように、工具交換モー
タ１０と、工具交換モータの出力軸１２と、工具交換ア
ーム軸５０と、モータ出力軸１２の回転を工具交換アー
ム軸５０の軸方向変位に変換する工具交換アーム用軸方
向カム機構２０と、モータ出力軸１２の回転を工具交換
アーム軸５０の回転に変換する工具交換アーム用旋回カ
ム機構２２を備え、ドローバ用カム機構２４が、モータ
出力軸１２とドローバ７０の間に設けられていることを
特徴とする請求項１のドローバ変位装置。この構造によ
ると、一つの工具交換モータ１０が下記の一連の動作、
即ち、（１）工具交換アーム用旋回カム機構２２によっ
て工具交換アーム５２を旋回させ、主軸６４にクランプ
されている工具と、工具マガジンに収容されている工具
群のうちの一つの工具を把持し、（２）ドローバ用カム
機構２４によってドローバ７０をアンクランプ位置に変
位させて主軸６４から工具３２をアンクランプし、
（３）工具交換アーム用軸方向カム機構２０によって工
具交換アーム軸５０を下方に送り出し、一対の工具を主
軸と工具マガジンから抜き、（４）工具交換アーム用旋
回カム機構２２によって工具交換アーム５２を旋回させ
て主軸６４にクランプされていた工具を工具マガジン側
に移動させ、工具マガジンに収容されていた工具を主軸
６４の直下に移動させ、（５）工具交換アーム用軸方向
カム機構２０によって工具交換アーム軸５０を軸方向上
側に変位させて一対の工具を主軸と工具マガジンに取り
付け、（６）ドローバ用カム機構２４によってドローバ
７０をクランプ位置に変位させて主軸６４に工具３２を
クランプし、（７）工具交換アーム用旋回カム機構２２
によって工具交換アーム５２を旋回させて主軸６４の上
下動を妨げない待機位置に回転させる。という一連の動
作を順序良く実行することができ、工具交換時間を短縮
化し、装置構造を単純化することができる。第２付勢手
段７８によってドローバ７０をアンクランプ位置に移動
させるに要する力が小さくてすむために、一つの小型の
モータ１０で、ドローバ用カム機構２４、工具交換アー
ム用軸方向カム機構２０、工具交換アーム用旋回カム機
構２２の全部を作動させることができる。２以上のアク
チュエータを同期制御する必要がなく、一つのモータで
３つのカム機構を順序良く作動させることができる。簡
単な制御と装置で工具交換時間を短縮することができ
る。

【００１０】（形態２） 主軸が上死点にある間は第２
付勢手段であるシリンダ７８をオンし、上死点以外にあ
る間はオフするシリンダ制御装置７９を持つ。 （形態３） 第２付勢手段であるシリンダ７８のオン動
作と、工具交換モータ１０のオン動作を同時に開始させ
る制御装置９、７９を持つ。 （形態４） 主軸６４外周には、主軸と一緒に回転して
軸方向にはドローバ７０と共に変位可能な連携部材６６
と、連携部材に連携する梃子７６が設けられており、そ
の梃子７６がドローバ用カム機構２４に結合・分離す
る。 （形態５） 前記梃子７６の一端に第２付勢手段７８が
結合されている。 （形態６） 前記梃子１７６の一端に第２付勢手段１７
８が結合・分離する。

【００１１】

【発明の実施例】 （第１実施例） 最初に図１を用い
て、第１実施例の全体を概説する。図１は工作機械の全
体構成を模式的に示す。但し、工具マガジンは図示省略
されている。図中６０は主軸装置を示し、全体として上
下動する（Ｚ軸矢印８２）。但し、上下動機構は図示省
略されている。図示６２は主軸モータ、６４は主軸、６
６は連携部材、６８は第１付勢手段（具体的には圧縮状
態で主軸内に収容されている皿バネ群）、７０はドロー
バ、７１はチャック部、７６は梃子を示す。図示９０は
被加工物であり、図示省略の機構によって左右方向（Ｘ
軸矢印９４）と前後方向（Ｙ軸矢印９２）に移動する。
主軸装置６０のＺ軸移動と、被加工物９０のＸ軸移動と
Ｙ軸移動が複合して、被加工物９０に工具３２によって
意図した加工がなされる。

【００１２】ドローバ７０は第１付勢手段６８によって
上方に付勢されている。ドローバ７０の下端には、工具
３２の上端に係合する係合部が設けられており、ドロー
バ７０の下端に工具３２の上端が係合した状態でドロー
バ７０が第１付勢手段６８によって上方に付勢される
と、工具３２はチャック部７１のテーパ部に押し当てら
れて主軸６４にクランプされる。工具３２の主軸６４に
対するクランプ力は第１付勢手段６８の付勢力によって
もたらされる。第１付勢手段６８の付勢力は充分に強
く、主軸６４に工具３２は強固にクランプされる。連携
部材６６は鍔つきの略リング状であり、主軸６４に対し
て軸方向に変位可能である。主軸６４の連携部材６６に
対応する高さには直径を挟んだ２箇所に貫通孔６４ａ
（図３に示されている）が設けられている。ドローバ７
０にも貫通孔が設けられており、それらの貫通孔をピン
６７が貫通している。ピン６７の両端は連携部材６６に
固定されている。ドローバ７０の貫通孔はピン６７の断
面形状に等しく、主軸６４の貫通孔６４ａは軸方向に所
定長さに亘っている。従って、ピン６７ひいては連携部
材６６とドローバ７０が長穴６４ａの長さ内で軸方向に
変位できる。連携部材６６とドローバ７０が長穴６４ａ
の長さ内で上動したときにドローバ７０が工具３２をク
ランプし、長穴６４ａの長さ内で下動したときにドロー
バ７０が工具３２をアンクランプする。

【００１３】図１に良く示されるように、連携部材６６
に梃子７６の一端が連携している。梃子７６の主軸６０
側の一端（第１の端部）は二股部７２となっており、各
先端にローラ７３が取り付けられている。図３に示すよ
うに、梃子７６はほぼＴ字形であり、中間部が主軸装置
６０にピン７４によって揺動可能に軸支されている。梃
子７６の第２の端部の先端にはローラ８０が取り付けら
れている。梃子７６の第３の端部には、空圧シリンダ７
８のピストンが連結されている。図１に示すように、空
圧シリンダ７８が梃子７６の第３の端部を持ち上げる
と、ローラ７３が連携部材６６の鍔を押し下げる。この
結果、ドローバ７０には下向き（アンクランプ位置側）
への付勢力が加えられる。空圧シリンダ７８はドローバ
７０にアンクランプ位置側への付勢力を加える第２付勢
手段として用いられている。主軸装置６０の全体が下降
して被加工物９０に加工している間は、空圧シリンダ７
８が梃子７６の第３の端部の位置を押し下げ、ローラ７
３を連携部材６６の鍔から浮かしている。これによっ
て、被加工物９０に加工している間のクランプ力が、第
２付勢手段７８の付勢力によって低下することはない。
また、空圧シリンダ７８がオンされて梃子７６の第３の
端部を持ち上げて、ローラ７３が連携部材６６の鍔を押
し下げても、ローラ７３が連携部材６６の鍔を押し下げ
る力は、第１付勢部材６８がドローバ７０を押し上げる
力よりもわずかに小さく、シリンダ７８がオンされても
それだけでは主軸６４から工具３２がアンクランプされ
ることはない。

【００１４】主軸装置６０の側方には、工具交換アーム
軸５０が主軸６４と平行に伸びている。その下端には工
具交換アーム５２が固定されている。工具交換アーム５
２は左右両端部に工具を把持する機構を備えている。工
具交換アーム５２は普段は主軸装置６０の上下動に干渉
しない角度に旋回している。

【００１５】工作機械の上部には工具交換モータ１０が
設けられており、その出力軸１２が工具交換アーム軸５
０と主軸装置６０の上方を横切っている。出力軸１２に
はドローバ用カム機構２４、工具交換アーム用軸方向カ
ム機構２０と、工具交換アーム用旋回カム機構２２が取
り付けられている。

【００１６】ドローバ用カム機構２４には図３に示す二
股部２４ｆが設けられており、主軸装置６０が上死点ま
で上昇したときに梃子７６の第２の端部に設けられてい
るローラ８０が二股部２４ｆに受け入れられる。図４と
図５を参照して後で詳しく説明するように、工具交換ア
ーム軸５０は、工具交換アーム用軸方向カム機構２０
と、工具交換アーム用旋回カム機構２２に常時連携され
ている。図１に示すように、主軸装置６０に隣接してス
イッチ３が設けられており、そのスイッチ３は主軸装置
６０が上死点に移動したときにオンする。シリンダ制御
装置７９はこのスイッチ３がオンしている間オンして圧
力を加え、工具交換モータ１０の制御装置９はこのスイ
ッチ３がオンしたときにモータ１０を回転させはじめ
る。

【００１７】この結果、下記の動作が実現される。 （１）図１では図示省略されている主軸上下動機構によ
って主軸装置６０が上死点まで上昇すると、梃子７６の
第２の端部に設けられているローラ８０がドローバ用カ
ム機構２４に連携される。 （２）主軸装置６０が上死点まで上昇すると、シリンダ
７８がオンされ、梃子７６とローラ７３と連携部材６６
とピン６７を介してドローバ７０に下向きの力を付与す
る。但し、この下向きの力は第１付勢手段６８がドロー
バ７０を押し上げる力よりもわずかに小さく、シリンダ
７８がオンされてもそれだけではドローバ７０は下方に
変位しない。但し、第１付勢手段６８がドローバ７０を
押し上げる力は、シリンダ７８がドローバ７０を押し下
げようとする力で相殺される。結局、主軸装置６０が上
死点まで上昇すると、ドローバ７０を押し上げておく力
は非常に小さくされる。 （３）主軸装置６０が上死点まで上昇すると、工具交換
モータ１０が工具交換アーム用旋回カム機構２２によっ
て工具交換アーム５２を旋回させて主軸６４にクランプ
されている工具と、工具マガジン（図１では図示省略さ
れている）に収容されている工具の一つを把持する。即
ち、工具交換アーム５２の一端が主軸６４の直下に回り
込み、他端が工具マガジンの工具交換位置に入り込む。
これに先立って、工具マガジンが回転して次に使用する
工具が工具交換位置におかれている。図１では、次に使
用される工具３２ｂが選択されて工具交換アーム５２の
一端に把持された状態を示す。なお、ここでは、工具と
工具ホルダを集合的に工具を称している。 （４）工具交換モータ１０がドローバ用カム機構２４に
よってローラ８０と梃子７６とローラ７３と連携部材６
６とピン６７を介してドローバ７０を押し下げる。工具
交換モータ１０は小型モータであり、ドローバ用カム機
構２４によってドローバ７０を押し下げる力は小さい。
仮に、シリンダ７８による付勢力がなければ、小型の工
具交換モータ１０では第１付勢手段６８の付勢力に抗し
てドローバ７０を押し下げることはできない。しかしな
がら、前記したように、主軸装置６０が上死点まで上昇
した状態では、シリンダ７８がオンされ、第１付勢手段
６８がドローバ７０を押し上げる力はシリンダ７８がド
ローバ７０を押し下げようとする力で相殺され、ドロー
バ７０を押し上げておく付勢力は非常に小さくされてい
る。このために、小型の工具交換モータ１０でドローバ
７０を押し下げることができる。工具交換モータ１０は
小型ですみ、従って、ドローバ用カム機構２４にも大き
な力がかからず、小型カムで足りる。工具交換モータ１
０がドローバ７０を押し下げるので、主軸６４から工具
３２がアンクランプされる。 （５）次に、工具交換モータ１０が工具交換アーム用軸
方向カム機構２０によって工具交換アーム軸５０を下方
に変位させて工具を主軸から抜く。図１はこの状態を示
し、工具３２ｃが主軸６４のチャック部７１から抜かれ
た状態を示す。 （６）次に、工具交換モータ１０が工具交換アーム用旋
回カム機構２２によって工具交換アーム５２を旋回させ
て主軸６４にクランプされていた工具３２ｃを工具マガ
ジン側に移動させ、工具マガジンに収容されていた工具
３２ｂを主軸６４の直下に移動させる。 （７）次に、工具交換モータ１０が工具交換アーム用軸
方向カム機構２０によって工具交換アーム軸５０を上方
向に変位させて工具３２ｂを主軸６４のチャック部７１
に取り付ける。 （８）次に、工具交換モータ１０がドローバ用カム機構
２４によってドローバ７０をクランプ位置に変位させて
主軸６４に工具３２をクランプする。 （９）次に、工具交換モータ１０が工具交換アーム用旋
回カム機構２２によって工具交換アーム５２を旋回させ
て主軸６４の移動を妨げない待機位置に回転させる。 （１０）次に、図１では図示省略されている主軸上下動
機構によって主軸装置６０が被加工物９０の側に送り出
される。主軸装置６０が上始点から離れたときにシリン
ダ７８がオフされて圧縮空気が抜かれる。逆にピストン
後室に圧力が掛けられて梃子７６の第３の端部の位置を
押し下げる。この結果、ローラ７３が連携部材６６の鍔
から浮かび、工具３２と主軸６４間のクランプ力が第２
付勢手段７８の付勢力によって低下することはない。こ
の実施例では、連携部材６６の上端にも鍔を設けてお
き、シリンダ７８がオフされると梃子７６が連携部材６
６を上方に持ち上げるようにする。この力は工具のクラ
ンプ力を増大させる。この実施例では、第１付勢手段の
付勢力をＦ１、第２付勢手段の付勢力をＦ２としたとき
に、加工中にはＦ１＋Ｆ２の力でドローバを付勢して工
具をクランプし、工具交換時にはＦ１−Ｆ２の力でドロ
ーバを付勢して簡単にアンクランプできるようにするの
である。

【００１８】一つの共通な工具交換モータ１０が、ドロ
ーバ用カム機構２４、工具交換アーム用軸方向カム機構
２０、工具交換アーム用旋回カム機構２２によって、ド
ローバ７０と工具交換アーム軸５０を順序良く動作させ
ることができることは、例えば特開平１０−４３９８４
号公報に記載されているところである。なお、図１で、
３４は工具マガジンの回転中心、矢印３６、３８は工具
マガジンの回転を示し、任意の位置にある工具を工具交
換位置に送り出せることを模式的に示している。

【００１９】明らかに、実施例のドローバ変位装置は、
主軸６４と、その主軸６４に対して軸方向に変位して主
軸６４に工具３２をクランプ・アンクランプするドロー
バ７０と、そのドローバ７０をクランプ位置側（上側）
に付勢する第１付勢手段６８と、そのドローバ７０をア
ンクランプ位置側（下側）に付勢する第２付勢手段７８
と、ドローバ７０をアンクランプ位置に移動させるドロ
ーバ用カム機構２４を備える。ここで、第２付勢手段７
８は、ドローバ用カム機構２４によるアンクランプ動作
に先立ってドローバ７０にアンクランプ位置側への付勢
力を付与し、ドローバ用カム機構２４によるクランプ動
作後にその付勢力を除去する。また、第２付勢手段７８
のアンクランプ位置側への付勢力が第１付勢手段６８の
クランプ位置側への付勢力未満に設定されている。ま
た、シリンダが第２付勢手段７８として用いられ、この
シリンダはオンされると付勢力を発揮し、オフされると
付勢力が除去される。また、主軸６４の軸方向変位に連
動してドローバ用カム機構２４とドローバ７０が二股部
２４ｆとローラ８０によって結合・分離する。さらに、
工具交換モータ１０と、工具交換モータの出力軸１２
と、工具交換アーム軸５０と、その出力軸１２の回転を
工具交換アーム軸５０の軸方向変位に変換する工具交換
アーム用軸方向カム機構２０と、その出力軸１２の回転
を工具交換アーム軸５０の回転に変換する工具交換アー
ム用旋回カム機構２２を備え、ドローバ用カム機構２４
がその出力軸１２とドローバ７０の間に設けられてい
る。

【００２０】この実施例の場合、主軸６４が上死点にあ
る間は第２付勢手段であるシリンダ７８をオンし、上死
点以外にある間はオフするシリンダ制御装置７９を持っ
ている。また、スイッチ３がオンしたときに、第２付勢
手段であるシリンダ７８のオン動作と工具交換モータ１
０のオン動作を同時に実行させる制御装置９、７９を持
っている。この場合、シリンダ７８にオン動作を開始さ
せてから実際に圧力が掛かるのにある時間遅れが生じ
る。この実施例では、シリンダ７８のオン動作と工具交
換モータ１０のオン動作を同時に開始させるので、工具
交換モータ１０が工具交換アーム用旋回カム機構２２に
よって工具交換アーム５２を旋回させて主軸６４にクラ
ンプされている工具と工具マガジンに収容されている工
具の一つを把持するまでの間に、シリンダ７８に所定の
圧力が掛かる。上記処理が同時並行して進められるため
に、工具交換時間の短縮される。また、シリンダ７８に
所定の圧力が掛かってもそれだけではアンクランプしな
いことから、シリンダ７８に所定の圧力が掛かるのを待
って次の動作を開始させる必要がない。工具交換時間が
一層短縮される。さらに、シリンダ７８のオン・オフ切
換えタイミングの時間精度がラフで足り、安価な制御装
置で簡単に製造できる。モータの制御装置とシリンダの
制御装置の間で同期を取る必要もなければ、同期をとる
ために待つ必要もない。工具交換動作は、工具交換モー
タ１０の回転に伴って順序良く休みなく進行していく。

【００２１】この実施例では、主軸６４の外周に、主軸
６４と一緒に回転して軸方向にはドローバ７０と共に変
位可能な連携部材６６と、連携部材６６に連携する梃子
７６が設けられており、その梃子７６がドローバ用カム
機構２４に結合・分離する。そして、梃子７６の一端に
第２付勢手段７８が結合されている。これにかえて、図
８に模式的に示すように、梃子１７６の一端に第２付勢
手段が結合・分離するようにしても良い。またシリンダ
７８に代えてバネ１７８を使っても良い。図８では図１
と同じ部材には同じ番号を付して説明を省略する。図８
の例では、第２付勢手段がバネ１７８で構成され、主軸
装置６０が上死点に上昇すると、梃子の１７６の一端に
設けられているローラ７７がバネ１７８の下端に設けら
れている二股部１８０に受け入れられる。このために、
主軸装置６０が上死点位置近傍にある間はバネ１７８が
ドローバ７０に下向きの力を与える。主軸装置６０が上
死点位置に達したときに、バネ１７８による力は最大と
なる。この力は、第１付勢手段６８の付勢力に抗して工
具３２を主軸６４からアンクランプするにはわずかに足
りない力に設定されている。この実施の形態によると、
第二の付勢手段１７８をオン・オフ制御する必要がな
く、常時付勢力を発揮するものを使用できる。勿論、バ
ネ１７８に代えてシリンダを用いることもできる。

【００２２】以下、図２から図７を参照して構造の詳細
を説明する。図２は、主軸装置６０が上死点位置（工具
交換位置）に上昇した状態の正面図を示す。主軸装置６
０は連携部材６６を境界にしてそれよりも下方では主軸
６４の軸方向に沿った図を示し、それよりも上方では梃
子７６に沿った図を示す。図中３２は工具（正確には主
軸から取り外される工具３２ｃ）、７１はチャック部、
６６は連携部材、７２は梃子７６の二股部、７３はロー
ラ、７６は梃子、８０はローラであり、すでに説明した
ものである。

【００２３】図２の主軸装置６０の上方と、図３にドロ
ーバ用カム機構２４が示される。図３において、１２は
工具交換モータ１０の出力軸であり、ここに、ドローバ
用カム板２４ａが固定されている。カム板２４ａには略
Ｄ字状のカム溝２４ｂが切られている。工作機械の不動
部にレバー２４ｅがピン２４ｄによって軸支されてい
る。レバー２４ｅの中間部にはローラ状のカムフォロア
ー２４ｃが取り付けられており、カムフォロアー２４ｃ
はカム溝２４ｂに嵌りこんでいる。レバー２４ｅの自由
端側は二股部２４ｆとなっており、主軸装置６０が上死
点まで上昇すると梃子７６のローラ８０が二股部２４ｆ
に嵌り込む。

【００２４】工具交換モータ１０が回転して出力軸１２
とドローバ用カム板２４ａが回転すると、レバー２４ｅ
が揺動し、最終的には梃子７６がピン７４を中心として
揺動する。梃子７６が時計回転方向に揺動すると、ドロ
ーバ７０が押し下げられ、工具３２は主軸６４からアン
クランプされる。梃子７６の第３の端子にはシリンダ７
８のピストンが連携されており、主軸装置６０が上死点
にある間は、シリンダ７８が梃子７６を時計回転方向に
回そうとする。

【００２５】図３において、６２は主軸６４を回転させ
る主軸モータ、６６は連携部材である。連携部材６６は
下端に周状の鍔を持つ管である。連携部材６６の内側の
主軸６４には直径を挟む２箇所に軸方向に伸びる長穴６
４ａが形成されている。ピン６７がこの一対の長穴６４
ａを貫通してドローバ７０と連携部材６６の間を連結し
ている。このために、連携部材６６は主軸６４と一緒に
回転し、ドローバ７０と一緒に主軸６４に対して軸方向
に変位可能となっている。

【００２６】図３において、６８は皿バネ群であってド
ローバ７０を上向き（クランプ位置側）に付勢してい
る。ドローバ７０は先端に複数個の球を持ち、各球はド
ローバの半径方向に移動可能となっている。ドローバ７
０が主軸６４に対して下動すると、主軸内面に形成され
ている凹所がボール存在位置に対応し、ボール群が半径
方向外側に変位することが許容される。この状態では、
工具後端の拡大部が球群の間を通過できる。この状態で
は主軸６４に対して工具３２を脱着できる。これをアン
クランプ状態という。ドローバ７０が主軸６４に対して
上動すると、主軸内面に規制されて、ボール群が半径方
向外側に変位することが禁止される。この状態では、工
具後端の拡大部が球群の間を通過できない。この状態で
はドローバ７０を押し上げる第１付勢手段６８の付勢力
が工具３２を上側に持ち上げる。この結果、工具３２は
主軸６４の工具取り付け用テーパ穴のテーパ面に押付け
られる。これをクランプ状態という。工具３２の主軸６
４に対するクランプ力は第１付勢手段６８の付勢力に起
因する。強いクランプ力が必要とされるので、第１付勢
手段６８は付勢力が大きいものが用いられる。前記した
ように、第２付勢手段の付勢力を反転させてクランプ力
に寄与するようにすることもできる

【００２７】第１付勢手段６８の大きな力に抗してドロ
ーバ７０を押し下げようとすると、大きな工具交換モー
タ１０が必要とされる。このドローバ変位装置では、シ
リンダ７８を用い、工具交換する場合、即ち、主軸装置
６０が上死点にある間は、シリンダ７８がドローバ７０
を押し下げようとするために、主軸装置６０が上死点に
ある間は、第１付勢手段（皿バネ群）６８の上向きの付
勢力が第２付勢手段（シリンダ）７８の下向きの付勢力
で相殺され、結局、ドローバ７０は小さな力で上向きに
付勢されている。この状態では小さな力でローラ８０を
時計回転方向に変位させることができ、小さな工具交換
モータ１０と小型のドローバ用カム機構２４でドローバ
７０をアンクランプ位置に移動させることができる。

【００２８】図４は、工具交換モータの出力軸１２に沿
って上方から見た図であり、左端にドローバ用カム機構
２４が設けられている。その右側に工具交換アーム軸５
０が配置されており、工具交換アーム軸５０と出力軸１
２の間に、出力軸１２の回転を工具交換アーム軸５０の
軸方向変位に変換する工具交換アーム用軸方向カム機構
２０と、出力軸１２の回転を工具交換アーム軸５０の回
転に変換する工具交換アーム用旋回カム機構２２が設け
られている。図中２０ａは工具交換アーム用軸方向カム
機構２０のカム板であり、２２ａは工具交換アーム用旋
回カム機構２２のカム板である。なお、図示１３は出力
軸１２の回転角を測定するエンコーダであり、１１は減
速機構である。図５は、出力軸１２の回転を工具交換ア
ーム軸５０の軸方向変位に変換する工具交換アーム用軸
方向カム機構２０を示す。

【００２９】図６は、主軸装置６０が上死点位置にある
ときの工具交換アーム５２の高さでの平面図を示す。図
中８は工作機械の不動部に固定されて上下方向に伸びる
レールであり、６３はそれによって案内されるリニアガ
イドであり、主軸装置６０はこのリニアガイドに固定さ
れている。図示６１は図示省略の上下方向に伸びるボー
ルネジを受け入れる部分であり、この構造によって主軸
装置６０は上限方向に移動できる。

【００３０】図中４は工作機械の不動部の一部を示し、
ここに工具位置決め冶具６が固定されている。図２と図
７に示す工具マガジン３０は、複数の工具ポットを円周
上に持ち、各工具ポットに各工具が把持されている。３
３は工具マガジンの回転用モータであり、次に使用する
工具を最下点に移動させる。図２中の３９は最下点に位
置した一つの工具ポットのみを９０度回転させるシリン
ダであり、このシリンダ３９によって工具マガジン３０
内では水平状態で収容されていた工具が、下向きにおか
れる。なお、図示３５は、工具マガジン３０の回転位置
を正確に位置決めして一時的に固定するストッパ用シリ
ンダである。図６中の６は、下向きに置き換えられた工
具３２の位置決め用ストッパであり、次に使用される工
具３２はこのストッパ６に押付けられることで位置決め
される。工具交換アーム５２は、１８０度旋回すること
で、工具を主軸直下位置と工具マガジン側の工具交換位
置の間を移動させる。図７は工具マガジンの詳細を示し
ている。図中３１は工具マガジンの回転位置を検出する
センサであり、３４は複数の工具ポットを円周上に支え
るリング状の部材である。

【００３１】上記では、第２付勢手段７８、１７８のア
ンクランプ位置側への付勢力が第１付勢手段６８のクラ
ンプ位置側への付勢力未満に設定されている。しかしな
がら、主軸装置６０が上死点に位置して第２付勢手段７
８、１７８がドローバ７０にアンクランプ方向への付勢
力を作用させる場合には、すでにドローバ７０とドロー
バ用カム機構２４が連結している。従って、第２付勢手
段７８、１７８のアンクランプ位置側への付勢力を第１
付勢手段６８のクランプ位置側への付勢力以上に設定し
ていても良い。この場合、ドローバ７０とドローバ用カ
ム機構２４がすでに連結しているために、第２付勢手段
７８、１７８のアンクランプ位置側への付勢力が強くて
もドローバ用カム機構２４が作動しない限りドローバ７
０はアンクランプ位置に変位せず、意図した作動を実現
することができる。

【００３２】

【発明の効果】 この発明のドローバ変位装置では、第
１付勢手段の付勢力を第２付勢手段の付勢力で相殺した
状態で工具交換する。このために、ドローバアンクラン
プ機構と無関係に第１付勢手段の付勢力を決定すること
ができ、必要なクランプ力を簡単に得ることができる。
大きなクランプ力を必要とする場合でも、ドローバ用カ
ム機構やドローバ用カム機構用のモータは小さなもので
足りる。このために、工作機械をコンパクトなものに仕
上ることができる。

【００３３】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係わる工作機械を模式的に
示す図。

【図２】 主軸上部のドローバ用カム機構を中心に示す
図。

【図３】 ドローバカム機構を正面視した図。

【図４】 工具交換モータの出力軸に沿って見た平面
図。

【図５】 工具交換アーム用軸方向カム機構を示す図。

【図６】 工具交換アームの高さで見た平面図。

【図７】 工具マガジンを正面視した図。

【図８】 ドローバとドローバ用カム機構と第２付勢手
段の変形例を示す図。

【符号の説明】

１０：工具交換モータ １２：工具交換モータの出力軸 ２０：工具交換アーム用軸方向カム機構 ２２：工具交換アーム用旋回カム機構 ２４：ドローバ用カム機構 ３０：工具マガジン ３２：工具 ５０：工具交換アーム軸 ５２：工具交換アーム ６０：主軸装置 ６２：主軸モータ ６４：主軸 ６６：連携部材 ６８：皿バネ群：第１付勢手段 ７０：ドローバ ７１：チャック部 ７２：二股部 ７４：ピン ７６：梃子 ７８：シリンダ：第２付勢手段 ８０：ローラ ２４ｅ：レバー ２４ｆ：二股部 ２４ｂ：カム溝

フロントページの続き (72)発明者 福田 達也 愛知県幡豆郡吉良町大字富好新田字中川並 39番地１ 株式会社キラ・コーポレーショ ン内 Ｆターム(参考） 3C032 AA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸と、その主軸に対して軸方向に変位
   して主軸に工具をクランプ・アンクランプするドローバ
   と、そのドローバをクランプ位置側に付勢する第１付勢
   手段と、そのドローバをアンクランプ位置側に付勢する
   第２付勢手段と、そのドローバをアンクランプ位置に移
   動させるドローバ用カム機構を備え、その第２付勢手段
   は、ドローバ用カム機構によるアンクランプ動作に先立
   ってドローバにアンクランプ位置側への付勢力を付与
   し、ドローバ用カム機構によるクランプ動作後にその付
   勢力を除去することを特徴とするドローバ変位装置。
2. 【請求項２】 第２付勢手段は、オン・オフの切換えが
   可能なシリンダであることを特徴とする請求項１のドロ
   ーバ変位装置。
3. 【請求項３】 主軸の軸方向変位に連動して、第２付勢
   手段とドローバが結合・分離することを特徴とする請求
   項１のドローバ変位装置。