JP2006068850A - 工具ホルダのクランプ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 重心位置の変化を少なくして、振動を抑制すること。案内隙間を低減して、振動を抑制すること。
【解決手段】 ドローバーを摺動させて工具ホルダの保持と開放させるバネについて、ドローバーの主軸シャフトに対する案内機構に特徴を持たせ、主軸回転時の振動を低く抑える。第１の態様は、ドローバーを摺動するバネにコイルスプリングを用い、ドローバーの外径とコイルスプリングの内径の隙間が最小限となるように、コイルスプリングの内径を揃える除去加工を施し、コイルスプリングをドローバーに一体的に案内されるようにすることで、主軸回転動作や工具クランプ動作の繰り返しにより生じるスプリングの重心移動を低減し振動振幅を小さくする。第２の態様は、ドローバーを案内する主軸内壁の半径方向に対して、ドローバーの一部を弾性的に押圧する手段を設け、ドローバーが主軸に一体的に保持されることで、全ての回転速度域で振動レベルを低く抑える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械の主軸機構に関し、特に、工具ホルダのクランプ機構に関する。

年々、加工能率を向上させるために、工作機械の主軸の回転速度は高速化してきており、最高速度が２０，０００回転を超えるものも一般化してきている。そのような高速回転の主軸においては、騒音、信頼性、加工精度の点で、主軸回転時の振動をいかに小さく抑えられるかという点が重要になる。

主軸速度の高速化が進む中で、主軸の内部に設けられる工具クランプ機構に対しても、主軸の回転振動を小さく抑えることが可能な構造が要求されていた。

図５は従来から知られているクランプ機構を用いた主軸機構の一構成例を示す図である。図５において、クランプ機構１（１ａ〜１ｅ）は、主軸シャフト２の内部に設けられている。主軸シャフト２はハウジング５に軸受６を介して回転自在に支承されている。

クランプ機構１はドローバー１ａ、スチールボール１ｂ、ドローバー１ａに連結されたナット１ｃ、座板１ｄ、及びサラバネ１ｅにより構成される。
クランプ機構１は工具ホルダ４ａを保持する工具保持状態と、工具ホルダの保持を解除したアンクランプ状態の二つの状態をとることができる。

工具保持状態では、クランプ機構１は、圧縮されたサラバネ１ｅの反発力をナット１ｃ，ドローバー１ａ，スチールボール１ｂを介してプルスタッド４ｃに伝えることによって、工具ホルダ４ａを主軸シャフト０２側に引き込むことで工具ホルダ４ａを保持する。

また、工具ホルダ４ａをアンクランプする際には、ローラー７を動作させて、ロッド３ａを介してナット１ｃに連結されたリング３ｂを、サラバネ１ｅの反発力に抗して押し下げる。これにより、ナット１ｃ，ドローバー１ａ，スチールボール１ｂは、共に前進（下降）して、スチールボール１ｂが主軸シャフト２内部の空隙２ａへ移動し、プルスタッド４ｃの保持を解除してアンクランプ状態とする。
工具ホルダを保持する駆動源として、特許文献１にはサラバネを用いた構成が開示され、また、特許文献２にはコイルスプリングを用いた構成が開示されている。

実開平５−６３７０１号公報 特開２０００−２９６４０４号公報

上記したような従来の構造において、主軸の回転速度が比較的低い場合は特に問題を生じないが、主軸の速度が毎分２０，０００回転を超えるような高速回転に至った場合には、回転振動（振動加速度、振動振幅）を小さく抑えることができないという問題が顕在化している。

主軸回転時の振動の主な原因としては、軸受を含む主軸の組立精度、主軸回転部の質量アンバランス、構造の共振等と考えられる。
クランプ機構は、主軸回転部の質量アンバランスを増大させないことや、特定の主軸速度で共振しないことによって回転振動を抑制することが望ましく、また、動作寿命が長いことが望ましい。
しかしながら、それらの理想的な状態を実現するには、従来のクランプ機構には次のような課題がある。

工具ホルダを引き上げて保持するサラバネは、少ないスペース内に設置が可能であり、且つ高いバネ力を発揮できるという利点がある一方下記のような問題がある。
（１）サラバネの内径とドローバー外径の案内隙間を十分に小さくすることができないため、工具ホルダのクランプ・アンクランプ動作の繰り返しや、主軸の回転・停止の繰り返しによって、その重心の位置が変化する。

そのため、主軸全体の質量アンバランスを初期設定やメンテナンス等において正確に修正して振動を小さく抑えたとしても、その後クランプ・アンクランプ動作や主軸の回転・停止を繰り返すことによって、質量アンバランスのバランス修正による調整状態にずれが生じ、再び振動が大きくなる。

（２）複数設けられたサラバネ間に生じる摩擦抵抗により、個々のバネの伸縮ストロークに不均等が生じる。伸縮ストロークが不均等となると、一式の複数のサラバネの中で応力振幅の大きなサラバネが局部的に存在することになり、圧縮・開放動作の繰返し寿命が短くなる。

（３）サラバネは扁平形状であるため、サラバネの内径部分において軸方向で案内する長さが短い。そのため、サラバネの軸方向の摺動が円滑に行われず、サラバネの内径部分とドローバーの外径部分が相互に摩耗を及ぼし、破損に至ることがある。

上記した課題（１）〜（３）のサラバネに起因する問題点を解決するものとしてコイルスプリングを用いたクランプ機構が提案されている（例えば、前記した特許文献２参照）。

しかしながら、コイルスプリングを用いたクランプ機構では、成形されたコイルスプリングの内径とドローバーガイドの案内隙間を小さくできないため、工具ホルダのクランプ・アンクランプ動作を繰り返す度に、又、主軸の回転・停止を繰り返す度に、その重心の位置が変化する。そのため、主軸全体の質量アンバランスを正確に修正して振動を小さく抑えたとしても、その後、クランプ・アンクランプ動作や主軸の回転・停止の動作を繰り返すとバランス修正による調整状態が狂い、再び振動が大きくなるという問題がある。

また、
（４）上記課題の他に、高速回転時において工具クランプ機構の位置が常に不安定となるという問題がある。

通常、クランプ機構は工具のクランプ・アンクランプ動作のために機構を伸縮させる動作が必要であるため、主軸の内壁に対し一定の隙間を持って滑り案内される構造となっている。この隙間により、ドローバーや積層したサラバネが径方向に振動し、工具クランプ機構の位置が常に不安定となり、振動が発生する。この振動は主軸速度の上昇に伴って顕著なものとなる。

上記した課題（４）のドローバーの径方向の振動を抑えるものとして、ドローバーと主軸内壁にスラストベアリングを設ける方法が前記した特許文献１に開示される。この方法によれば、主軸の高速回転中にドローバーを撓ませることなく、高精度に主軸内壁に案内させることが可能と考えられる。

しかしながら、スラストベアリングの円滑な動作とドローバーの案内を両立するためには、ドローバーの外径及びボールの外径と主軸の内径の間に最小限（例えば、数μｍ）の圧入代が必要である。このような、圧入代を設けるには、それぞれの部品寸法を極めて精密に管理する必要があり、コストが上昇するという問題がある。

そこで、本発明は、従来の課題を解決し、重心位置の変化を少なくして、振動を抑制することを目的とし、伸張ストロークを均一として応力振幅を低減して耐久性を高めることを目的とし、安定した摺動状態によって摩耗を低減することを目的とする。また、案内隙間を低減して、振動を抑制することを目的とする。

本発明は、工作機械の主軸に用いられる工具ホルダのクランプ機構に係わる。
ドローバーを摺動させて工具ホルダの保持と開放を行うバネについて、ドローバーの主軸シャフトに対する案内する機構に特徴を持たせることによって、主軸回転時の振動を低く抑える。

第１の態様は、ドローバーを摺動するバネにコイルスプリングを用い、ドローバーの外径とコイルスプリングの内径の隙間が最小限となるように、コイルスプリングの内径を揃える除去加工を施し、コイルスプリングをドローバーに一体的に案内されるようにすることで、主軸回転動作や工具クランプ動作の繰り返しにより生じるスプリングの重心移動を低減し、振動振幅を小さくする。また、コイルスプリングは角形断面ではなく、円形断面とすることにより耐久性を高める。

第２の態様は、ドローバーを案内する主軸内壁の半径方向に対して、ドローバーの一部を弾性的に押圧する手段を設けて、ドローバーが主軸に一体的に保持されるようにすることで、低速から最高速に至る全ての回転速度域で振動レベルを低く抑える。

本発明の工具ホルダのクランプ機構の第１，２の態様は、より詳細には以下の構成を含む。
本発明の第１の態様は、略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、バネは円形断面を有するコイルスプリングであって、このコイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状の除去加工によって、ドローバー外径よりも所定量だけ大きな内径とする。

また、工具ホルダのクランプ機構の第１の態様は、略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、圧縮されたバネが復元しようとする反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、バネは円形断面を有するコイルスプリングであって、工具ホルダを保持状態とするコイルスプリングの圧縮状態において、コイルスプリングの内径はドローバーの外径よりも大きく、且つ、コイルスプリングの内径とドローバー外径との差が０．１ｍｍ以内とする。

また、本発明の第２の態様は、略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、ドローバーを半径方向の一方向の主軸内壁へ押し当てる押し当て手段を備える。

また、本発明は第１の態様と第２の態様を組み合わせる構成とすることができ、略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、バネは円形断面を有するコイルスプリングであって、コイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状の除去加工によって、ドローバー外径よりも所定量だけ大きな内径とし、ドローバーを半径方向一方向の主軸内壁へ押し当てる押し当て手段を備える構成とする。

第１の態様において、除去加工は、コイルスプリングを使用時の長さに圧縮した状態で行うことによって、ドローバー外径よりも所定量（例えば、コイルスプリングの内径とドローバー外径との差が０．１ｍｍ以内）だけ大きな内径に形成することができる。

第２の態様において、押し当て手段は、ドローバーと同軸上に設けた軸部材の外周に設けたＯリング溝と、このＯリング溝内に組み込むＯリングを備え、Ｏリングの反発力の分布は軸芯に対して不均一な構成とする。
Ｏリングの反発力の分布は軸芯に対して不均一とする構成として、第１の構成例では、Ｏリング溝の中心は軸部材の中心から離心した構成とし、第２の構成例では、Ｏリング溝の溝に深さを軸部材に周方向の角度位置により異ならせる構成とする。

また、第２の態様において、別の押し当て手段は、ドローバーと同軸上に設けた軸部材と、軸部材を内部に収納する主軸の内壁との間に設け、軸部材を主軸の一方向の内壁に弾性的に押し当てるバネ機構とする。

本発明に用いるバネは、複数の条からなるコイルスプリングで構成することができ、２本のコイルスプリングを、互いの螺旋の間に組み込んで、同心で同一コイル径の並列バネとする。これによって、サラバネと同じ組み込みスペース内で、サラバネに相当するクランプ力を発揮することができる。

また、本発明は工具ホルダのクランプ機構の形成方法の態様を含む。方法の態様によれば、略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置に用いるバネを形成する形成方法であり、バネは、円形断面を有するコイルスプリングを、工具ホルダを保持する状態まで圧縮し、当該圧縮状態においてコイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状に除去加工し、コイルスプリングの内径をドローバーの外径よりも大きく、且つ、コイルスプリングの内径とドローバー外径との差を０．１ｍｍ以内とする。
この形成方法により、ドローバーの外径とスプリングの内径の隙間を、実際に工具ホルダを保持する保持状態において最小限となるように加工することができる。

本発明によれば、重心位置の変化を少なくして、振動を抑制することができる。
また、伸張ストロークを均一として応力振幅を低減して耐久性を高めることができる。 また、安定した摺動状態によって摩耗を低減することができる。
また、案内隙間を低減して、振動を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の工具ホルダのクランプ機構を説明するための図である。
スピンドルヘッド等に装着されるハウジング５ａの中には、主軸シャフト２が軸受６ａを介して回転自在に支持されている。主軸シャフト２には、主軸シャフト２の軸芯に沿って設けられた孔内にプルスタッド４ｃを介してクランプ機構１１が配置される。プルスタッド４ｃは、工具ホルダ４をクランプ機構１１と接続して工具ホルダ４を引き込むための柱状部材であり、クランプ機構１１を構成するドローバー１１ａの先端に取り付けられている。

クランプ機構１１はドローバー１１ａ、スチールボール１１ｂ、ドローバー１１ａに連結されたナット１１ｃ、座板１１ｄ、コイルスプリング１１ｅ、Ｏリング１１ｆを備える。
クランプ機構１１において、ドローバー１１ａの一端にはプルスタッド４ｃが設けられ、他端にはナット１１ｃが設けられ、ドローバー１１ａは主軸シャフト２の軸芯に沿って形成された孔内に移動（上下動）自在に取り付けられる。ドローバー１１ａは、主軸シャフト２に対して、プルスタッド４ｃ側の一端に設けたスチールボール１１ｂと主軸シャフト２の内壁との摺動によって支持される。

主軸シャフト２の軸方向の孔内には、ドローバー１１ａと共にコイルスプリング１１ｅが設けられる。コイルスプリング１１ｅは、ドローバー１１ａの外周と主軸シャフト２の内壁との間に、ドローバー１１ａを軸方向に覆うように配置され、工具ホルダ側の一端（下端）は座板１１ｄを介して主軸シャフト２に形成された肩部と当接し、他端（上端）はナット１１ｃと当接している。ここで、コイルスプリング１１ｅの両端における当接は、圧縮されたコイルスプリング１１ｅが伸張する際の反発力によって行われる。

また、主軸シャフト２の孔の工具ホルダ側の端部は空隙２ａが形成される。ドローバー１１ａを主軸シャフト２内で上下動させると、ドローバー１１ａの先端のプルスタッド４ｃは空隙２ａ内において上下動する。この上下動において、上方に移動させた場合には、プルスタッド４ｃは主軸シャフト２の孔内に引き込まれる方向に移動し、これによって工具ホルダ４を保持する。また、下方に移動させた場合には、プルスタッド４ｃは主軸シャフト２の孔内から外に向かって押し出される方向に移動し、これによって工具ホルダ４を開放する。

ドローバー１１ａの他端にはナット１１ｃが取り付けられ、このナット１１ｃにはロッド３ａを介してリング３ｂが取り付けられている。さらに、リング３ｂの上方位置にはローラー７が設けられている。

ナット１１ｃは、圧縮されたコイルスプリング１１ｅによる反発力によって上方向の力を受け、ロッド３ａを介してリング３ｂをローラー７に当接させ、ローラー７の位置で定まる所定位置で止まる。このとき、プルスタッド４ｃは工具ホルダ４を引き込んだ状態で保持している。

この状態から、図示しない駆動機構によりローラー７を駆動してリング３ｂを下方に押し下げると、押されたリング３ｂはロッド３ａを介してナット１１ｃを下方に押しげる。このとき、ナット１１ｃは、圧縮されているコイルスプリング１１ｅの反発力によって上方に押されているが、ローラー７の駆動は、コイルスプリング１１ｅの圧縮の反発力に抗してナット１１ｃを介してドローバー１１ａを下方に押し下げる。

押し下げられたドローバー１１ａは、その下端においてプルスタッド４ｃを保持するスチールボール１１ｂを空隙２ａ内に押し出す。これによって、工具ホルダ４の開放が行われる。
また、ナット１１ｃの外周部分にはＯリング溝１１ｇが形成され、当該Ｏリング溝１１ｇ内にはＯリング１１ｆが取り付けられる。これによって、Ｏリング１１ｆは、ナット１１ｃの外周と主軸シャフト２の内壁との間に設けられ、ナット１１ｃを半径方向一方向の主軸内壁へ押し当てる。ナット１１ｃを主軸シャフト２の内壁に押し当てることによって、ナット１１ｃと軸方向で連接しているドローバー１１ａを主軸シャフト２の内壁に押し当てられる。したがって、Ｏリング溝１１ｇは、ドローバー１１ａを主軸シャフト２の内壁に押し当てる押し当て手段を構成している。この押し当て手段によって、主軸シャフト２とナット１１ａの案内隙間を実質的に０にすることができ、これにより、低速回転から高速回転に至る主軸速度の全速度域で、低い振動レベルに抑えることが可能となる。

また、この押し当て手段は、単にＯリング溝１１ｇを形成してＯリング１１ｆを取り付けるだけの簡易な構造であるため、厳しい寸法管理を必要とせず、従ってコスト面でも不利を生ずることなく、主軸高速回転時の振動を効果的に抑えることができる。

なお、工具ホルダ４は、カッター４ｂを保持する工具ホルダ本体４ａと、プルスタッド４ｃとの間に形成されたツールシャンク４ｄを備え、自動工具交換機によってツールシャンク４ｄを主軸シャフト２の端部開放端内に挿入し、先端のプルスタッド４ｃをスチールボール１ｂを押し広げることで取り付けが行われる。

次に、本発明のクランプ機構において、ドローバーを上方に引き上げるコイルスプリングの構成について図２を用いて説明する。
本発明のコイルスプリングは、成形したバネ単体を圧縮状態とし、この圧縮状態においてコイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状に除去加工を施すことによって、スプリングの内径がドローバーの外径との関係において所定状態となるように加工する。

図２（ａ）は、バネ単体をコイリング（成形）しコイルスプリングの形状とした状態を示している。この成形時には、比較的大きなコイルピッチとする。また、コイル端はオープンエンドに仕上げている。

ここで、コイルスプリングは、断面形状が円形のコイルバネを用いることで、十分な耐久寿命を得ることができる。ピアノ線やシリコンクロム鋼等の弁バネに用いられる円形断面を持った素材（線材）は、寿命を正確に予測することが可能であり、設計上、永久寿命にすることが可能である。

次に、成形したコイルスプリング１１ｄを圧縮し、圧縮した状態において、コイルスプリング１１ｄの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状に除去加工を施す。コイルスプリングは圧縮状態では内径が拡大する。そのため、圧縮前の状態で内径を設定すると、ドローバーに取り付けて圧縮状態で使用した際には、ドローバーの外壁とコイルスプリングの内壁との間に隙間寸法が大きくなり、振動発生の要因となる。

本発明では、成形したコイルスプリングを実際の使用時の全長に圧縮し、この圧縮状態において、スプリングの内径部分に研磨による仕上げ加工を施すことによって、ドローバーの外壁とスプリングの内壁の隙間が、実際に工具ホルダを保持する保持状態において最小となるように加工することができる。

例えば、スプリング内径に研磨による仕上げ加工を施すことにより、ドローバー１１ａの外径Ｄとコイルスプリング１１ｄ１の内径ｄの差を０．１ｍｍ以下にすることが可能になる。

さらに、本発明のコイルスプリングは、バネを複数の条により構成することができる。例えば、図２（ｃ）に示すように、２本のコイルスプリング１１ｄ１，１１ｄ２を互いの螺旋の間に組み込むことによって、同心で同一コイル径の並列バネとする。これにより、サラバネと同じ組込みスペース内で、サラバネに相当するクランプ力を発揮することが可能となる。

次に、図３〜図５を用いて、ドローバーを主軸内壁へ押し当てる構成例について説明する。
ドローバーを主軸内壁へ押し当てる構成例として、前記したようにナット１１ｃの外周にＯリング溝１１ｇを形成し、このＯリング溝１１ｇ内にＯリング１１ｆを組み込む構成とすることができる。ここで、ナット及びドローバーを主軸内壁へ押し当てるためには、Ｏリング１１ｆによる反発力の分布が軸芯に対して不均一な構成とする。反発力の分布を軸芯に対して不均一とすることで、ナット及びドローバーを半径方向の一方向の主軸内壁に押し当てる。

Ｏリングの反発力の分布を軸芯に対して不均一とする構成として、例えば、Ｏリング溝の中心を軸部材の中心から離心させる構成や、Ｏリング溝の溝に深さを角度位置により異ならせる構成とすることができる。

図３は、ナット１１ｃのＯリング１１ｆが組み込まれるＯリング溝１１ｇの断面図である。ナット１１ｃ上の角度Ａの範囲は溝の深さをａのように浅く設け、角度Ｂの範囲では溝深さをｂのように深く設ける。このＯリング溝１１ｇ内にＯリング１１ｆを組み込み、ドローバー１１ａを主軸シャフト２内部へ組み込むと、Ｏリング１１ｆと主軸シャフト２の内壁との間で発生する反発力は、断面図の周囲に示す模式図のように不均一となる。この反発力の不均一な分布により、図３では、左方の内壁を押す力は、右方の内壁を押す力よりも大きくなるため、ナット１１ｃは図の右方向の主軸内壁へ押し付けられることになる。

なお、押し付け手段はＯリングの反発力を用いた構成に限らず、バネを用いた機構でも同様の作用を得ることができる。本発明の押し付け手段は、主軸回転時に、主軸シャフトの内径一方向へドローバーを弾性的に押し当てて両者を一体的に回転させることで、振動を抑制する構成であれば、任意の構成を適用することができる。

また、クランプ機構に取り付ける押し付け手段の個数や、押し付け手段によりドローバーが主軸シャフトの内壁と接触する接触点数は任意の設定することができる。
図４は、押し付け手段の設定例を説明するための図である。

図４（ａ）は、一つの押し付け手段によってナット１１ｃが主軸シャフト２の内壁へ押し付けられ、一つの接触点で接触する状態を示している。
また、図４（ｂ）は、複数の押し付け手段（ここでは二つの押し付け手段）によってナット１１ｃが主軸シャフト２の内壁へ押し付けられ、一つの接触点で接触する状態を示している。

また、図４（ｃ）は、一つの押し付け手段によってナット１１ｃが主軸シャフト２の内壁へ押し付けられ、複数の接触点（ここでは二つの接触点）で接触する状態を示している。なお、図４（ｃ）の例において、押し付け手段は複数としてもよい。

本発明の態様によれば、サラバネに代えて本発明に特徴的なコイルスプリングを用いることで以下のような作用を奏することができる。
本発明は２重のコイルスプリングを用いることによって、サラバネと同等のバネ力を得ることができる。

また、本発明は、コイルスプリング内径とドローバー外径の隙間が十分に小さくなるように加工を施すことによって、工具ホルダのクランプ・アンクランプ動作を繰り返した際、あるいは、主軸の回転・停止を繰り返した際においても、重心位置の変化を極めて少なくすることができ、振動を小さく抑えることができる。

また、本発明は２重のコイルスプリングを用いる構成とすることによって、個々のバネ間の摩擦抵抗が生じないため、伸縮ストロークをバネ全長に渡って均一とすることができ、耐久性を向上させることができる。この点は、応力振幅から算出される設計寿命を永久寿命とした上で、耐久試験において長期間、十分な耐久寿命を発揮することを確認している。

また、本発明のコイルスプリングは内径の接触状態が軸方向に螺旋状に連続しているため、片当たりを生じないという効果がある。これにより、安定した摺動状態が得られ、異常な摩耗を生じないことを確認している。
本発明の態様によれば、クランプ機構のナットを主軸シャフトへ弾性的に押し当てる機構を備える構成とすることで以下のような作用を奏することができる。

本発明のクランプ機構は押し当てる機構を備えることにより、主軸シャフトとナットの案内隙間を実質的に０にすることができ、これにより、低速回転から高速回転に至る主軸速度の全速度域で、低い振動レベルに抑えることが可能になる。

また、本発明のクランプ機構は押し当てる機構は、構造が簡便であるため、厳しい寸法管理が不要となり、従ってコスト面でも不利を生ずることなく、主軸高速回転時の振動を効果的に抑えることができる。

本発明の工具ホルダのクランプ機構を説明するための図である。 本発明のクランプ機構のコイルスプリングの構成を説明するための図である。 本発明のナットのＯリングが組み込まれるＯリング溝の断面図である。 本発明の押し付け手段の設定例を説明するための図である。 従来から知られているクランプ機構を用いた主軸機構の一構成例を示す図である。

符号の説明

１ クランプ機構
１ａ ドローバー
１ｂ スチールボール
１ｃ ナット
１ｅ サラバネ
２ 主軸シャフト
２ａ 空隙
３ａ ロッド
３ｂ リング
４ 工具ホルダ
４ａ 工具ホルダ本体
４ｂ カッター
４ｃ プルスタッド
５ａ ハウジング
６ａ 軸受
７ ローラー
１１ クランプ機構
１１ａ ドローバー
１１ｂ スチールボール
１１ｃ ナット
１１ｅ コイルスプリング
１１ｆ Ｏリング
１１ｇ Ｏリング溝

Claims (12)

1. 略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、
   前記バネは円形断面を有するコイルスプリングであって、前記コイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状の除去加工によって、ドローバー外径よりも所定量だけ大きな内径とすることを特徴とする、工具ホルダのクランプ機構。
2. 略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、圧縮されたバネが復元しようとする反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、
   前記バネは円形断面を有するコイルスプリングであって、工具ホルダを保持状態とするコイルスプリングの圧縮状態において、コイルスプリングの内径はドローバーの外径よりも大きく、且つ、コイルスプリングの内径とドローバー外径との差が０．１ｍｍ以内であることを特徴とする、工具ホルダのクランプ機構。
3. 略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、
   前記ドローバーを半径方向の一方向の主軸内壁へ押し当てる押し当て手段を備えることを特徴とする、工具ホルダのクランプ機構。
4. 略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置において、
   前記バネは円形断面を有するコイルスプリングであって、前記コイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状の除去加工によって、ドローバー外径よりも所定量だけ大きな内径とし、
   前記ドローバーを半径方向一方向の主軸内壁へ押し当てる押し当て手段を備えることを特徴とする、工具ホルダのクランプ機構。
5. 前記除去加工は、コイルスプリングを使用時の長さに圧縮した状態で行うことを特徴とする請求項１又は４に記載の工具ホルダのクランプ機構。
6. 前記押し当て手段は、前記ドローバーと同軸上に設けた軸部材の外周に設けたＯリング溝と、当該Ｏリング溝内に組み込むＯリングを備え、
   前記Ｏリングの反発力の分布は軸芯に対して不均一であることを特徴とする請求項３又は４に記載の工具ホルダのクランプ機構。
7. 前記Ｏリング溝の中心は前記軸部材の中心から離心することにより、Ｏリングの反発力の分布を軸芯に対して不均一とすることを特徴とする請求項６に記載の工具ホルダのクランプ機構。
8. 前記Ｏリング溝の溝に深さを軸部材の周方向の角度位置により異ならせることにより、Ｏリングの反発力の分布を軸芯に対して不均一とすることを特徴とする請求項６に記載の工具ホルダのクランプ機構。
9. 前記押し当て手段は、前記ドローバーと同軸上に設けた軸部材と、当該軸部材を内部に収納する主軸の内壁との間に設けたバネ機構であり、
   当該バネ機構は、前記軸部材を主軸の一方向の内壁に弾性的に押し当てることを特徴とする請求項３又は４に記載の工具ホルダのクランプ機構。
10. バネが複数の条からなるコイルスプリングであることを特徴とする、請求項１乃至９の何れかに記載の工具ホルダのクランプ機構。
11. ２本のコイルスプリングを、互いの螺旋の間に組み込んで、同心で同一コイル径の並列バネとすることを特徴とする、請求項１０に記載の工具ホルダのクランプ機構。
12. 略中空円筒状のバネの中空部にドローバーを前進後退可能に、且つバネと同心的に設け、バネを圧縮することにより工具ホルダを開放し、バネの反発力により工具ホルダを主軸内部へ引き込む工具クランプ手段を有する工作機械の主軸装置に用いるバネを形成する形成方法であり、
    前記バネは、円形断面を有するコイルスプリングを、工具ホルダを保持する状態まで圧縮し、当該圧縮状態においてコイルスプリングの螺旋形状の内壁に螺旋の軸方向に対して円筒状に除去加工し、コイルスプリングの内径をドローバーの外径よりも大きく、且つ、コイルスプリングの内径とドローバー外径との差を０．１ｍｍ以内とすることを特徴とする、工具ホルダのクランプ機構の形成方法。
    

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