JP2008036747A - 工作機械の主軸 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガイドチューブと軸受とが相対的に進退移動することによる摩耗を防止し、高速回転でも振動や騒音が生じにくい工作機械の主軸を提供する。
【解決手段】 貫通孔１００ａに挿入され、主軸１００と一体になって回転する進退移動部材１３０と、進退移動部材１３０の一端に形成され、チャック１１０の係合部１１０ａと係合し、進退移動部材１３０の進退移動にともなってチャック爪を径方向に開閉させる被係合部１３０ａと、進退移動部材１３０及びチャック１１０と干渉しない近傍位置に一端が位置し、貫通孔１００ａの他端から挿入されたワークをチャック１１０まで案内しつつ支持するガイド部材１４０と、このガイド部材１４０を貫通孔１００ａ内で主軸１００に対して相対的に回転自在に支持する支持部材１０５と、進退移動部材１３０を少なくとも一方又は他方に移動させる駆動手段（１５０〜１５５）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、チャック爪を径方向に開閉させることで棒状のワークの把持又は把持の解除を行うチャックを備えた工作機械の主軸に関する。

自動旋盤等の工作機械の中には、主軸の貫通孔を通して長尺の棒材を供給し、前記棒材を所定長さずつ送りながら連続加工を行うものがある。長尺の棒材は、自重や回転による遠心力によって前記貫通孔の内部でたわみやすい。そして、このたわみによって、主軸のチャックから突出する部分に芯振れが生じ、精密な加工が困難になるという問題がある。
そこで、主軸貫通孔内に棒材の外径寸法に近似する内径寸法を有するガイドチューブを挿入し、このガイドチューブに棒材を挿入して加工を行うようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００２−２８３１０４号公報 特開２００２−２８３１０５号公報

図１０及び図１１は、このようなガイドチューブを備えた主軸の一例を示す図で、図１０（ａ）は主軸前端部分の断面図、図１０（ｂ）は主軸後端部分の断面図、図１１（ｂ）は主軸貫通孔内におけるガイドチューブの支持構造を説明するための図１０の主要部の拡大図である。
なお、以下の説明において「前」というときには図の左方を、「後」というときには図の右方を指すものとする。
主軸台３０１にベアリング等の軸受３０２によって回転自在に支持された主軸３００には、前端（図の左端）から後端（同右端）まで貫通する貫通孔３００ａが形成されている。主軸３００の途中部位には、ビルトイン形のモータＭが設けられていて、このモータＭの駆動により、主軸３００を回転させる。
主軸３００の貫通孔３００ａの前端には、筒状のホルダスリーブ３３０が嵌入されている。このホルダスリーブ３３０は主軸３００と一体になって回転するとともに、主軸３００の貫通孔３００ａ内で主軸軸線Ｃと同方向に進退移動自在である。

ホルダスリーブ３３０の貫通孔３３０ｂの前端には、コイルばね３１１とともにコレットチャック３１０が挿入されている。コレットチャック３１０は、ホルダスリーブ３３０と一体になって回転するとともに、ホルダスリーブ３３０に対して進退移動自在である。コレットチャック３１０は、ホルダスリーブ３３０に嵌め込まれたコイルばね３１１によって常時前方に付勢されているが、主軸３００の前端に螺着されたキャップ３０６によって、ホルダスリーブ３３０及び主軸３００から脱出しないように規制されている。

コレットチャック３１０の前端外周面にはテーパ面３１０ａが形成され、ホルダスリーブ３３０の貫通孔３３０ｂの前端内周面には、テーパ面３１０ａに摺接するテーパ面３３０ａが形成されている。そして、テーパ面３３０ａがテーパ面３１０ａに摺接しつつホルダスリーブ３３０がコレットチャック３１０に対して前進することで、コレットチャック３１０の前端に形成されたチャック爪（図示せず）が径方向に縮径し、ワークを把持する。

ホルダスリーブ３３０の後端は、主軸３００の貫通孔３００ａ内で進退移動するドローバ３２０の前端に螺着されていて、ドローバ３２０の進退移動とともに進退移動する。
ドローバ３２０の後端部には、カム３５１とアーム３５０とを有する駆動機構が設けられていて、この駆動機構が駆動することで、ドローバ３２０が主軸３００の貫通孔３００ａ内で進退移動する。

すなわち、アーム３５０は、主軸３００の外周に沿って均等間隔で複数（図示の例では二つ）配置されていて、軸３５０ａを支点として揺動自在である。また、アーム３５０の先端は、アーム３５０の配置位置に合わせて主軸３００の周壁に貫通形成された孔３００ｂを通って、ドローバ３２０の後端に接している。カム３５１は、図示しないシリンダ等の駆動体の駆動により主軸軸線Ｃと同方向に進退移動自在で、カム３５１が進退移動することで、アーム３５０が矢印Ｉで示す方向又はその逆方向に揺動する。そして、カム３５１が後退すると、アーム３５０が図中矢印Ｉで示す方向に回転して、ドローバ３２０の後端を押し、ドローバ３２０を前進させる。

長尺棒状のワークを案内・支持するガイドチューブ３４０は、主軸台３０１の後端部にボルトで取り付けられた支持スリーブ３４２を挿通して支持スリーブ３４２に固定されている。このガイドチューブ３４０は、支持スリーブ３４２の前方に配置されたドローバ３２０の貫通孔３２０ａに挿入され、さらに、ドローバ３２０の貫通孔３２０ａを挿通して、貫通孔３２０ａ内に設けられたベアリング等の軸受３４１によって、主軸軸線Ｃ上でドローバ３２０に対して相対的に回転自在に支持されている。なお、この明細書において「相対的に」とは、一方から見て他方が回転状態又は移動状態にある全ての場合を含み、一方（例えばドローバ３２０）が回転又は移動していて他方（例えばガイドチューブ３４０）が停止している場合のほか、一方と他方が異なる回転速度で回転又は移動速度で移動する場合も含まれるものとする。
このガイドチューブ３４０の前端は、ホルダスリーブ３３０の貫通孔３３０ｂの内部まで延びていて、コレットチャック３１０の後端に対峙している。そして、ガイドチューブ３４０を挿通して供給されたワークが、ホルダスリーブ３３０の貫通孔３３０ｂ内を通り、コレットチャック３１０まで送られる。

上記構成の主軸では、ドローバ３２０の後端部に設けられた前記駆動機構が駆動してドローバ３２０が前進すると、ドローバ３２０の前端に螺着されたホルダスリーブ３３０がドローバ３２０とともに前進し、コレットチャック３１０のチャック爪を閉動させてワークを把持する。前記駆動機構が駆動してドローバ３２０が後退すると、これにともなってホルダスリーブ３３０が後退してチャック爪を開動させ、ワークの把持を解除する。

上記の構成の主軸では、ガイドチューブ３４０は、進退移動するドローバ３２０の貫通孔３２０ａ内で、ドローバ３２０に取り付けられた軸受３４１によって相対的に回転自在に支持されている。そのため、ワークを把持又はワークの把持を解除する際にドローバ３２０が進退移動すると、軸受３４１の内輪とガイドチューブ３４０とが擦れて摩耗し、やがてはガイドチューブ３４０に振動を発生させるという問題がある。
ガイドチューブ３４０の振動は、ワーク加工時の騒音や振動の原因となり、ワークの加工精度を低下させる原因になる。そして、このような問題は、高速で主軸を回転させながらワークの加工を行う工作機械ほど顕著になる。
また、上記構成の主軸では、チャック爪によるワークの把持力は、ドローバ３２０を進退移動させるための駆動体に供給されるエア等の圧力によって一義的に決定されるため、ワークの径や材質、表面仕上げの状態等に応じて適切な把持力を調整することが困難であるという問題があった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、ガイドチューブと軸受とが相対的に進退移動することによる摩耗を防止し、高速回転でも振動や騒音が生じにくく、ワークの加工精度を長期にわたって高く維持することのできる工作機械の主軸の提供を第一の目的とする。また、本発明は、上記第一の目的を達成しつつ、ワークの径や材質、表面仕上げの状態等に応じて適切な把持力を調整する調整手段を備えた工作機械の主軸の提供を第二の目的とする。

上記第一の目的を達成するために、本発明の主軸は、貫通孔を有する円筒状に形成され、前記貫通孔の一端に設けられワークを把持するチャックと、前記貫通孔の内部に設けられ前記チャックまでワークを案内するガイド部材と、前記チャックのチャック爪を開閉させてワークの把持又は把持の解除を行う駆動手段とを有する工作機械の主軸において、前記貫通孔の一端部分に挿入され、前記主軸と一体になって回転するとともに前記貫通孔内で進退移動自在な進退移動部材と、この進退移動部材の一端に形成され、前記チャックの係合部と係合するとともに、前記進退移動部材の進退移動にともなって前記チャック爪を径方向に開閉させる被係合部と、前記貫通孔内の前記進退移動部材及び前記チャックと干渉しない近傍位置に一端が位置するとともに、前記貫通孔の他端から挿入された前記ワークを前記チャックまで案内しつつ支持するガイド部材と、このガイド部材を前記主軸の貫通孔内で前記主軸に対して相対的に回転自在に支持する支持部材と、この支持部材よりも一端側に設けられ、前記進退移動部材を少なくとも一方又は他方に移動させる駆動手段とを有する構成としてある。

この構成によれば、ガイド部材は主軸に設けられた軸受等の支持部材によって主軸に対して相対的に回転自在に支持されているので、支持部材とガイド部材とが相対的に進退移動することがなく、ガイド部材又は軸受の磨耗による振動の発生を抑制することができる。
なお、前記係合部及び前記被係合部は、前記進退移動部材の進退移動にともなってチャック爪を開閉することができるものであればよく、斜面どうしを摺接させてチャック爪の開閉を行うテーパ部に限らず、前記被係合部を前記チャックの径方向に張り出し形成された係合部に突き当てることで前記チャックの一部を弾性変形させてチャック爪の開閉を行うタイプのものであってもよい。

また、記進退移動部材の他端部に、前記ワークの径と実質的に同一径に形成され前記主軸軸線上に位置する最小径孔と、この最小径孔から前記ガイド部材の一端に向けて拡開し、前記ガイド部材の一端から送り出された前記ワークの一端を前記最小径孔まで案内する案内面とを有するテーパ孔を設けてもよい。
このようなテーパ孔を設けることで、特に外径が２ｍｍ以下の極細径のワークをスムースにチャックまで供給することができるほか、最小径孔がチャックとガイド部材との間でワークを支持するので、主軸の回転中におけるワークの振れを抑制して、主軸の回転中に発生する機械振動を小さくすることができる。

この場合、前記駆動手段は、前記主軸の外周部に設けてもよいし、前記チャックの他端と前記支持部材との間に設けてもよい。駆動手段をチャックの他端と支持部材との間に設ける場合は、前記駆動手段の駆動を前記進退移動部材に伝達して前記進退移動部材を一方及び／又は他方に移動させる伝達部材を設け、前記ガイド部材を前記支持部材から前記伝達部材を挿通させて前記チャックの近傍まで延出させるとよい。
このようにすることで、伝達部材とガイド部材とを非接触状態にすることができ、伝達部材が進退移動しても、軸受やガイド部材に磨耗が生じるということがない。

前記駆動手段の具体的構成としては、シリンダとこのシリンダに進退移動自在に設けられたピストンとを有するものとしてもよい。そして、前記ピストンに前記進退移動部材と係合する係合部を設け、ピストンの進退移動とともに前記進退移動部材が進退移動するようにしてもよい。
また、前記ピストンと前記進退移動部材とは一体に形成してもよく、さらに、前記ピストンと前記進退移動部材とを連結してもよい。

前記進退移動部材を常時一方又は他方に向けて付勢する付勢手段を設け、前記付勢手段の付勢力に抗して前記駆動手段が前記進退移動部材を他方又は一方に移動させるようにしてもよい。

また、本発明の第二の目的を達成するために、本発明は、前記主軸に設けられ、前記進退移動部材と当接して前記進退移動部材の一方への移動を規制するストッパと、このストッパを前記進退移動部材の移動軸線上で位置決めする位置決め部材とを有する調整手段を設けた構成としてある。
この構成によれば、前記ストッパを前記進退移動部材の移動軸線上の所定位置に位置決めすることで、進退移動部材の一方への移動が規制され、これにより、チャックによるワークの把持力を調整することができる。

この場合、前記ストッパが、前記主軸の外側に形成された所定ピッチの螺旋部に螺合され、予め均等ピッチで回転方向に目盛りが付されたダイヤルと、このダイヤルを所定位置で位置決め固定する固定手段とを有する構成としてもよい。
このように構成することで、進退移動部材の最前進位置を適宜調整して、チャック爪によるワークの把持力を、ワークの外径寸法や材質、ワーク表面の仕上げ状態等に応じた最適なものにすることができる。

本発明は上記のように構成されているので、主軸とガイドチューブとの間に介在する軸受は、ガイドチューブを主軸に対して相対的に回転自在に支持しているだけでガイドチューブに対して相対的に進退移動せず、従って、ガイドチューブ又は軸受の内輪の双方で摩耗が生じにくい。
そのため、長期間使用してもガイドチューブに振動が発生しにくく、特に高速回転下において高精度な加工を長期にわたって維持することが可能である。
また、進退移動部材の最前進位置を規制するストッパを設け、このストッパを位置調整可能とすることで、チャック爪によるワークの把持力を、加工しようとするワークに応じた最適なものにすることができる。

さらに、本発明では、チャック爪を開閉させるためのドローバが不要となり、かつ、チャックを進退移動させる進退移動部材を進退移動させるための駆動体を主軸前方の外周部に配置しているため、主軸の全長を短くすることができるという利点がある。特に、図１０に示すようなビルトインタイプのモータで主軸を回転させる工作機械において、チャックを開閉させるための駆動手段を前記モータの後方（他方）に配置すると、その分主軸全長が長くなり工作機械も大型化するが、本発明では、前記駆動手段を主軸前方（一方）に設けているので、このようなビルトインタイプの主軸においてもチャックの開閉機構をコンパクトにすることができ、工作機械の小型化を図ることができるという点で有利である。

以下、本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の主軸の一実施形態にかかり、ホルダスリーブを前進させてコレットチャックによりワークの把持させた状態を示す主軸前端部分の断面図である。
なお、以下の説明において「前」と記載するときには図１の左方を指すものとし、「後」と記載するときは同右方を指すものとする。

主軸１００は、好ましくはベアリング等の軸受１０２によって主軸台１０１に回転自在に支持されている。主軸１００には、主軸軸線Ｃに沿って前端から後端まで貫通する貫通孔１００ａが形成されている。
この貫通孔１００ａの前端には、進退移動部材である筒状のホルダスリーブ１３０が嵌入されている。長尺棒状のワークの前端部分を把持するチャックとしてのコレットチャック１１０は、このホルダスリーブ１３０に嵌め込まれた状態で、主軸１００の貫通孔１００ａの前端に装着される。

コレットチャック１１０は、ホルダスリーブ１３０及び主軸１００と一体になって回転するとともに、ホルダスリーブ１３０に対して進退移動自在である。また、ホルダスリーブ１３０の貫通孔１３０ｂの後部には、付勢手段としてのコイルばね１１１が嵌装されていて、コレットチャック１１０を常時前方に付勢している。

貫通孔１３０ｂの後端の軸線Ｃ上に形成されたテーパ孔１３３は、後述する筒状のガイドチューブ１４０に案内されながら送られてきた棒状のワークの先端を、コレットチャック１１０の中心軸線（軸線Ｃと一致する）に差しむけるためのものである。このテーパ孔１３３は、軸線Ｃ上の前側に位置する最小径孔１３３ａと同後側に位置する最大径孔１３３ｂとからなっている。前側に位置する最小径孔１３３ａの孔径は、コレットチャック１１０の爪の間にスムースにワークを導くことができるもの、好ましくは、ワークの進退移動を妨げない範囲内で、ワークの外径と同じ寸法に形成するとよい。

また、後側に位置する最大径孔１３０ｂの孔径は、棒状のワークの先端を確実にガイドチューブ１４０から最小径孔１３３ａに導くことができる大きさ、好ましくは、ガイドチューブ１４０の貫通孔の内径よりも大きく形成する。この実施形態では、最小径孔１３３ａと最大径孔１３３ｂとの間の傾斜面が、ガイドチューブ１４０の前端から送り出されたワークの一端を最小径孔１３３ａまで案内する案内面を形成する。このようなテーパ孔１３３は、外径が２ｍｍ以下の極細径のワークのスムースな供給に有利であるほか、最小径孔１３３ａがコレットチャック１１０とガイドチューブ１４０との間でワークを支持するので、主軸１００の回転中におけるワークの振れを抑制して、特に高速回転中に発生する機械振動を小さくすることができるという効果がある。
主軸１００の前端には、コレットチャック１１０がホルダスリーブ１３０及び主軸１００から脱出しないように規制する規制部材としてのキャップ１０６が取り付けられている。コレットチャック１１０は、コイルばね１１１の付勢力により、キャップ１０６に常時押し付けられている。

ホルダスリーブ１３０の貫通孔１３０ｂの前端内周面は、コレットチャック１１０の前端外周面に形成されたテーパ面１１０ａと摺接するテーパ面１３０ａとして形成されている。そして、そして、テーパ面１３０ａとテーパ面１１０ａが摺接しつつホルダスリーブ１３０をコレットチャック１１０に対して前進させることで、コレットチャック１１０の前端に形成されたチャック爪（図示せず）が径方向に縮径してワークを把持する。

ホルダスリーブ１３０の後端部分には、主軸軸線Ｃと同方向にキー溝１３０ｃが形成され、主軸貫通孔１００ａの内周面に取り付けられた滑りキー１３２と係合している。そのため、ホルダスリーブ１３０は、主軸１００と一体になって回転するとともに、主軸１００に対して進退移動自在である。
ホルダスリーブ１３０の前端には、径方向に張り出すフランジ１３１が形成されている。このフランジ１３１の外周縁は主軸１００の外周面から径方向外側に突出していて、後述する駆動手段のピストンロッド１５１がフランジ１３１に係合できるようになっている。

ホルダスリーブ１３０の後方の貫通孔１００ａ内には、加工中のワークを支持するとともに、加工終了後にワークの送りを案内する筒状のガイドチューブ１４０が配置されている。ガイドチューブ１４０の貫通孔の内径は、加工中の回転によるワークの振れを抑制するために、ワークの外径と一致した寸法または近似した寸法とするのが好ましいが、貫通孔の内径をワークの外径よりも大きく形成し、前記貫通孔内の複数箇所に設けた支持部材でワークを支持させるようにしてもよい。また、押し棒の前端に設けたフィンガでワークの後端を把持させてワークを送る場合には、前記貫通孔の内径は、前記フィンガの進退移動を妨げない範囲内で前記フィンガに一致させた大きさとするとよい。
ガイドチューブ１４０の前端は、ホルダスリーブ１３０と干渉しない範囲内で可能な限りホルダスリーブ１３０に近接させるのが好ましい。ガイドチューブ１４０は、主軸貫通孔１００ａ内に設けられた好ましくはベアリング等の軸受１０５により、主軸軸線Ｃ上で主軸１００に対して相対的に回転自在に支持されている。

次に、ホルダスリーブ１３０を進退移動させてコレットチャック１１０のチャック爪を開閉させる駆動手段について説明する。
駆動手段は、主軸１００の前端部分の外周部に設けられたシリンダ１５２と、このシリンダ１５２内で進退移動するピストン１５０と、このピストン１５０とともに進退移動する移動体としてのピストンロッド１５１とを有している。
シリンダ１５２の後方底部とピストン１５０との間にはシリンダ室１５３が形成されていて、主軸台１０１からロータリジョイント１５４を介してシリンダ室１５３までエア流路１５５，１５２ａが形成されている。そして、このエア流路１５５，１５２ａからシリンダ室１５３にエア等の圧力流体を供給することで、ピストン１５０及びピストンロッド１５１が前進する。
シリンダ１５２は、主軸１００の外周面に形成された螺旋部に螺着されている。そして、コレットチャック１１０の脱出を規制するキャップ１０６は、シリンダ１５２の前端外周面に形成された螺旋部に螺着されている。

この実施形態においてピストン１５０とピストンロッド１５１とは一体に形成されていて、主軸１００の前端部分に進退移動自在に外嵌されている。ピストンロッド１５１の前端は、主軸１００の外周面から径方向外側に張り出すホルダスリーブ１３０のフランジ１３１に対峙していて、ピストン１５０及びピストンロッド１５１が前進したときに、ピストンロッド１５１の前端がフランジ１３１に当接してホルダスリーブ１３０を前方に押す。

なお、この実施形態においてピストン１５０及びピストンロッド１５１の後退は、ホルダスリーブ１３０に挿入されたコイルばね１１１の付勢力によって行われる。勿論、このコイルばね１１１とは別にばねを設け、このばねの付勢力によりピストン１５０及びピストンロッド１５１を後退させるようにしてもよい。

この実施形態の主軸においては、チャック爪の開閉量を調整する調整手段が設けられていて、ワークの径や材質，表面仕上げの状態等に応じて、コレットチャック１１０のチャック爪によるワークの把持力を適切なものに調整できるようにしている。
以下、図３を参照しながら、この調整手段の構成及び作用を説明する。
この実施形態の主軸では、コレットチャック１１０はコイルばね１１１により常時キャップ１０６に押し付けられていて移動しないから、チャック爪は径方向にのみ開閉してワークの把持又は把持の解除を行う。従って、コレットチャック１００に対するホルダスリーブ１３０の前進移動量、すなわち、ピストン１５０及びピストンロッド１５１の最前進位置を変化させることで、チャック爪の開閉量（ワークの把持力）を調整することが可能である。

そこで、この実施形態の主軸においては、キャップ１０６の外周に精密な螺旋ピッチを有する螺旋溝１０６ａを形成し、この螺旋溝１０６ａにストッパであるダイヤル１２０を螺合している。このダイヤル１２０の外周面には、均等ピッチで目盛りが付されていて、ダイヤル１２０の回転量を微調整できるようになっている。

シリンダ１５２の外側には、ダイヤル１２０に当接する当接部材１６０が設けられている。この当接部材１６０は、シリンダ１５２の壁部を貫通する中空状の取付部材１６２及びこの取付部材１６２を挿通してピストン１５０に螺合されるボルト１６１により、ピストン１５０に連結される。従って、当接部材１６０は、ピストン１５０及びピストンロッド１５１と一体になって前進し、当接部材１６０がダイヤル１２０に当接することで、ピストン１５０及びピストンロッド１５１の前進が規制される。この実施形態では、当接部材１６０が進退移動部材であるホルダスリーブ１３０の前進を規制するストッパを構成する。
なお、符号１６５は、当接部材１６０が確実に後退したことを検出する近接スイッチ等のセンサである。

ダイヤル１２０には、ボルト１２１と駒１２２とからなる固定手段が設けられている。この固定手段は、ダイヤル１２０を任意の回転角度位置で位置決めして固定するためのものである。
ボルト１２１は、主軸軸線Ｃと同方向にダイヤル１２０に形成された螺旋孔に螺入され、駒１２２は、前記螺旋孔に連通するようにダイヤル１２０の内周面から径方向に形成された孔に挿入されている。前記螺旋孔に螺入したボルト１２１を締め込んで駒１２２をキャップ１０６の外周面に押し付けることで、ダイヤル１２０がキャップ１０６に固定される。

ダイヤル１２０を角度θ（図３（ａ）中矢印θで示す）だけ回転させることによるピストン１５０及びピストンロッド１５１の前進量の変化分ｂとコレットチャック１１０のチャック爪の閉じ量の変化分ａとの関係は、螺旋溝１０６ａのピッチｐとコレットチャック１１０のテーパ面１１０ａのテーパ角αとに基づいて決定される。
すなわち、前進量の変化分ｂ（図３（ｂ）中矢印ｂで示す）はｐ×θ／３６０で表され、閉じ量の変化分ａ（図３（ｂ）中矢印ａで示す）はｂ×ｔａｎα／２で表されるから、閉じ量の変化分ａとダイヤル１２０の回転角度θとの関係は、ａ＝ｐ×θ／３６０×ｔａｎα／２で表すことができる。

例えば、螺旋溝１０６ａのピッチｐ＝０．５ｍｍでテーパ角αが３０°（勾配角α／２＝１５°）、ダイヤル１２０に全周を５０等分した目盛りが付されている場合において、ダイヤル１２０を一目盛り分（θ＝７．２°）だけ回転させたときのチャック爪の閉じ量の変化分ａは、
ａ＝ｐ×θ/３６０×ｔａｎα／２＝０．５×０．０２×ｔａｎ１５°
＝０．００２７ｍｍとなる。

このチャック爪の閉じ量の変化分ａは片側だけであるから、コレットチャック１１０のチャック爪の実質的な閉じ量の変化分は上記の二倍の０．００５４ｍｍとなる。
このように、コレットチャック１１０のチャック爪の閉じ量の微調整が可能であるので、ワークの径の変化やワークの材質の変化、ワークの表面仕上げの状態などに応じて、チャック爪の開閉量を微調整し、最適な把持力でワークを把持させることが可能になる。

［主軸の作用］
上記構成の主軸の作用を、図１及び図２を参照しながら説明する。
図２は、ホルダスリーブを後退させてコレットチャックによるワークの把持を解除した状態を示す主軸前端部分の断面図である。
ワークの加工開始前の初期状態においては、図２に示すように、ピストン１５０，ピストンロッド１５１及びホルダスリーブ１３０が後退していて、コレットチャック１１０のチャック爪が開状態にある。
ワークの加工を開始するにあたり、ガイドスリーブ１４０を挿通させてワークを前方に送り、コレットチャック１１０の前端からワークの前端を所定長さ突出させる。

この状態で、エア流路１５５，１５２ａからシリンダ室１５３にエア等の圧力流体を供給し、ピストン１５０及びピストンロッド１５１とともにホルダスリーブ１３０を前進させる。これにより、ホルダスリーブ１３０のテーパ面１３０ａとコレットチャック１１０のテーパ面１１０ａとが摺接してチャック爪を閉動させ、ワークを把持する。なお、ホルダスリーブ１３０の前進位置は、当接部材１６０がダイヤル１２０に当接することで決定されるので、ワークの把持力は当該ワークに応じた最適のものとなっている。
この後、主軸１００を回転させながら図示しない工具によりワークの加工が行われるが、ワークは、コレットチャック１１０に把持された状態で、ホルダスリーブ１３０の直後に位置するガイドチューブ１４０によって支持されているため、長尺のワークの振れや波打ちに起因する加工精度の低下を抑止し、高精度な加工を行うことができる。

加工終了後は、図示しない切換弁を作動させてシリンダ室１５３を大気に開放する。これにより、ホルダスリーブ１３０，ピストン１５０及びピストンロッド１５１は、コイルばね１１１の付勢力によって後退し、コレットチャック１１０のチャック爪が開動して、ワークの把持を解除する。
この後、図示しないバーフィーダのワークプッシャがワークを後方から押して前進させる。ワークの前端がコレットチャック１１０の前端から所定寸法突出すると、ワークの送りが停止される。そして、上記と同様の手順でシリンダ室１５３にエア等の圧力流体が供給され、ホルダスリーブ１３０，ピストン１５０及びピストンロッド１５１が前進してチャック爪を閉動させ、ワークを把持する。

［第二の実施形態］
次に本発明の第二の実施形態を、図４を参照しながら説明する。
なお、この実施形態において、先の実施形態と同一の部位，部材には同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。
この実施形態では、ピストン１５０の前進だけでなく後退も、エアの圧力により行うようにしている。
すなわち、図４に示すように、主軸台１０１には、ピストン１５０の前進用のエア流路１５５，１５２ａのほかにピストン１５０の後退用のエア流路１５７，１５２ｂが形成され、主軸台１０１とシリンダ１５２との間には、前後に位置をずらして、エア流路１５５に連通するロータリジョイント１５４及びエア流路１５７に連通するロータリジョイント１５６が形成されている。
この態様により、ワークをコレットチャック１１０で把持する際には、エア流路１５５，１５２ａから、ピストン後方のシリンダ室１５３ａにエアを供給してピストン１５０を前進させ、コレットチャック１１０によるワークの把持を解除する際には、エア流路１５７，１５２ｂから、ピストン前方のシリンダ室１５３ｂにエアを供給してピストン１５０を後退させる。

［第三の実施形態］
次に本発明の第三の実施形態を、図５を参照しながら説明する。
この実施形態では、ピストン１５０の後退は第二の実施形態と同様に、エア流路１５７，１５２ｂからピストン前方のシリンダ室１５３ｂに供給されたエアによって行うが、ピストン１５０の前進は、ピストン１５０の後方に、皿ばね受け１５８ａとともに配置された皿ばね１５８の付勢力によって行うようにしている。

［第四の実施形態］
次に本発明の第四の実施形態を、図６〜図８を参照しながら説明する。
この実施形態では、ホルダスリーブ１３０′にピストン１５０′が一体に形成されていて、ホルダスリーブ１３０′がピストン１５０′と一体になって前進・後退するようになっている。
図６に示す例では、第一の実施形態と同様に、エア流路１５５，１５２ａを介してピストン後方のシリンダ室１５３にエアを供給することで、ホルダスリーブ１３０′が前進する。また、シリンダ室１５３のエアをエア流路１５５，１５２ａを介して大気に開放することで、ばね１１１の付勢力により、ホルダスリーブ１３０′が後退する。

図７に示す例では、第二の実施形態と同様に、エア流路１５５，１５２ａを介して、ピストン後方のシリンダ室１５３ａにエアを供給することで、ホルダスリーブ１３０′が前進する。また、エア流路１５７，１５２ｂを介してピストン前方のシリンダ室１５３ｂにエアを供給することで、ホルダスリーブ１３０′が後退する。
図８に示す例では、第三の実施形態と同様に、エア流路１５７，１５２ｂを介してピストン前方のシリンダ室１５３ｂにエアを供給することで、ホルダスリーブ１３０′が後進する。また、ピストン１５０′の後方に配置された皿ばね１５８の付勢力によって、ホルダスリーブ１３０′が前進する。

［第五の実施形態］
次に本発明の第五の実施形態を、図９を参照しながら説明する。
この実施形態では、コレットチャックの後方にコレットチャックを開閉させるための駆動手段を設けている。図９に示す例の駆動手段は、図１０に示す従来例の駆動手段と同一構成のものである。すなわち、駆動手段は、主軸軸線Ｃ方向に進退移動自在なカム２５１と、このカム２５１の進退移動に伴って軸２５０ａを支点として、図中矢印Ｉで示す方向又はその逆方向に回転する複数のアーム２５０とを有している。カム２５１は、シリンダ等、図略の駆動体の駆動によって進退移動する。

ホルダスリーブ１３０の後方には、円筒状の伝達部材２５２が配置されていて、その前端がホルダスリーブ１３０の後端に接している。また、伝達部材２５２の後端にはアーム２５０の先端が接している。
ガイドチューブ２４０は、主軸２００の貫通孔２００ａ内に設けられた少なくとも一つの軸受２０５（好ましくはベアリング）によって、貫通孔２００ａ内で主軸２００に対して相対的に回転自在に支持されている。軸受２０５のうちの一つは、アーム２５０の後方のアーム２５０と干渉しない位置に配置され、この軸受２０５を挿通して前方に延びるガイドチューブ２４０が、片持ち状態で伝達部材２５２の貫通孔２５２ａに挿入されている。ガイドチューブ２４０の前端は、可能な限りコレットチャック１１０の近傍の位置させるのが好ましいが、図９に示す実施形態では、ホルダスリーブ１３０の後端まで延びている。

上記構成の主軸２００では、図示しない駆動体の駆動によりカム２５１が後退し、アーム２５０が図中符号Ｉで示す方向に回転すると、伝達部材２５２はアーム２５０に押されて前進し、これに伴ってホルダスリーブ１３０が前進して、コレットチャック１１０によるワークの把持が行われる。
また、駆動体が駆動してカム２５１が前進すると、アーム２５０が上記とは逆方向（矢印Ｉで示す方向と逆方向）に回転して伝達部材２５２の押圧を解除するので、ホルダスリーブ１３０及び伝達部材２５２がコイルばね１１１の付勢力により後退してコレットチャック１１０によるワークの把持が解除される。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるものではない。
例えば、上記の第一〜第三の実施形態の説明では、進退移動部材としてのホルダスリーブ１３０の係合部であるフランジ１３１と移動体としてのピストンロッド１５１との係合は、主軸１００の外周面の外側で行われるものとして説明したが、進退移動部材と移動体との係合は主軸１００の貫通孔１００ａの内側で行うようにしてもよい。

また、上記の説明においてチャック爪の開閉は、コレットチャック１１０のテーパ面１１０ａとホルダスリーブ１３０のテーパ面１３０ａとを摺接させることで行うものとしたが、チャック爪の開閉を行うことができるのであれば、係合部と被係合部は上記のものには限られない。例えば、コレットチャック１１０の前端に径方向に張り出す係合部を形成し、この係合部に突き当てられる被係合部をホルダスリーブ１３０の先端に形成して、ホルダスリーブ１３０の前進にともなって前記被係合部が前記係合部を押すことで、コレットチャック１１０の前端を弾性変形させ、チャック爪を閉じるように構成してもよい。

さらに、上記の第五の実施形態では、コイルばね１１１の付勢力のみでホルダスリーブ１３０及び伝達部材２５２を後方に押し戻すようにしているが、他のばね又はシリンダ等の駆動体の駆動によってホルダスリーブ１３０及び伝達部材２５２を後退させるように構成してもよい。さらに、第五の実施形態の変形例として、カム２５１及びアーム２５０の代わりにシリンダ及びピストンからなる駆動体を用いてもよい。
さらに本発明では、進退移動部材を進退移動させることができるのであれば、リニアモータやソレノイド等の他の駆動体を用いることも可能である。

本発明は、チャック爪を径方向に開閉させてワークの把持及び把持の解除を行うものであれば、あらゆる種類の工作機械の主軸に適用が可能である。また、上記の実施形態では、チャックを前方に押すことによってワークを把持する押し型チャックを備えた主軸であることを前提に説明をしたが、本発明は、チャックを主軸貫通孔内に引き込むことでワークを把持する引き型チャックを備えた主軸にも適用が可能である。

本発明の主軸の一実施形態にかかり、ホルダスリーブを前進させてコレットチャックによりワークの把持させた状態を示す主軸前端部分の断面図である。 ホルダスリーブを後退させてコレットチャックによるワークの把持を解除した状態を示す主軸前端部分の断面図である。 調整手段の構成及び作用を説明する図である。 本発明の第二の実施形態にかかり、主軸前端部分の断面図である。 本発明の第三の実施形態にかかり、主軸前端部分の断面図である。 本発明の第四の実施形態にかかり、主軸前端部分の断面図である。 本発明の第四の実施形態の変形例を示す主軸前端部分の断面図である。 第四の実施形態の他の変形例を示す主軸前端部分の断面図である。 本発明の第五の実施形態にかかり、主軸前端部分の断面図である。 本発明の従来例にかかり、ガイドチューブを備えた主軸の一例を示す図で、図１０（ａ）は主軸前端部分の断面図、図１０（ｂ）は主軸後端部分の断面図である、 主軸貫通孔内におけるガイドチューブの支持構造を説明するための図１０（ａ）の主要部の拡大図である。

符号の説明

１００：主軸
１００ａ：主軸貫通孔
１０１：主軸台
１０５：軸受
１０６：キャップ
１０６ａ：ねじ溝
１１０：コレットチャック
１１０ａ：テーパ面
１１１：コイルばね
１２０：ダイヤル
１２１：ボルト
１２２：駒
１３０：ホルダスリーブ
１３０ａ：テーパ面
１３０ｂ：貫通孔
１３１：フランジ
１３２：滑りキー
１４０：ガイドチューブ
１５０：ピストン
１５１：ピストンロッド
１５２：シリンダ
１５３：シリンダ室
１５４，１５６：ロータリジョイント
１５５，１５７：エア流路
１６０：当接部材
１６２：取付部材
１６５：センサ

Claims (10)

1. 貫通孔を有する円筒状に形成され、前記貫通孔の一端に設けられワークを把持するチャックと、前記貫通孔の内部に設けられ前記チャックまでワークを案内するガイド部材と、前記チャックのチャック爪を開閉させてワークの把持又は把持の解除を行う駆動手段とを有する工作機械の主軸において、
   前記貫通孔の一端部分に挿入され、前記主軸と一体になって回転するとともに前記貫通孔内で進退移動自在な進退移動部材と、
   この進退移動部材の一端に形成され、前記チャックの係合部と係合するとともに、前記進退移動部材の進退移動にともなって前記チャック爪を径方向に開閉させる被係合部と、
   前記貫通孔内の前記進退移動部材及び前記チャックと干渉しない近傍位置に一端が位置するとともに、前記貫通孔の他端から挿入された前記ワークを前記チャックまで案内しつつ支持するガイド部材と、
   このガイド部材を前記主軸の貫通孔内で前記主軸に対して相対的に回転自在に支持する支持部材と、
   この支持部材よりも一端側に設けられ、前記進退移動部材を少なくとも一方又は他方に移動させる駆動手段と、
   を有することを特徴とする工作機械の主軸。
2. 前記係合部及び被係合部がテーパ部であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸。
3. 前記進退移動部材の他端部に、前記ワークの径と実質的に同一径に形成され前記主軸軸線上に位置する最小径孔と、この最小径孔から前記ガイド部材の一端に向けて拡開し、前記ガイド部材の一端から送り出された前記ワークの一端を前記最小径孔まで案内する案内面とを有するテーパ孔を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械の主軸。
4. 前記駆動手段を前記チャックの他端と前記支持部材との間に設けるとともに、前記駆動手段の駆動を前記進退移動部材に伝達して前記進退移動部材を一方及び／又は他方に移動させる伝達部材を設け、前記ガイド部材を前記支持部材から前記伝達部材を挿通させて前記チャックの近傍まで延出させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械の主軸。
5. 前記駆動手段が、前記主軸の外周部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械の主軸。
6. 前記駆動手段が、シリンダとこのシリンダに進退移動自在に設けられたピストンとを有し、前記ピストンに前記進退移動部材と係合する係合部を設けたことを特徴とする請求項４又は５に記載の工作機械の主軸。
7. 前記駆動手段が、シリンダとこのシリンダに進退移動自在に設けられたピストンとを有し、前記ピストンと前記進退移動部材とが一体に形成又は連結されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の工作機械の主軸。
8. 前記進退移動部材を常時一方又は他方に向けて付勢する付勢手段を設け、前記付勢手段の付勢力に抗して前記駆動手段が前記進退移動部材を他方又は一方に移動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の工作機械の主軸。
9. 前記主軸に設けられ、前記進退移動部材と当接して前記進退移動部材の一方への移動を規制するストッパと、このストッパを前記進退移動部材の移動軸線上で位置決めする位置決め部材とを有する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の工作機械の主軸。
10. 前記ストッパが、前記主軸の外側に形成された所定ピッチの螺旋部に螺合され、予め均等ピッチで回転方向に目盛りが付されたダイヤルと、このダイヤルを所定位置で位置決め固定する固定手段とを有することを特徴とする請求項９に記載の工作機械の主軸。

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