JP2519909Y2 - 自動工具交換機構 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ATC装置（自動工具交換装置）を有する工
作機械の主軸ヘッド、プリント基板穴明機用スピンドル
等における自動工具交換機構に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば、プリント基板穴明機用スピンドルは、第5A図
に示すように、ハウジング内に挿入されたスピンドル主
軸（31）を空気軸受（32）によって回転自在に支持して
構成される。空気軸受（32）は、圧縮空気導入口（32
a）から供給される圧縮空気を、ノズル（32b）から噴出
させてスピンドル主軸（31）に吹き付けることによって
ハウジング内に静圧を発生させ、この静圧によってスピ
ンドル主軸（31）を非接触支持する。スピンドル主軸
（31）の先端には、コレットチャック（33）が前後動自
在に挿入されており、コレットチャック（33）の後端に
シャフト（34）を着脱可能に結合し、シャフト（34）の
前後動を利用してコレットチャック（33）を前後動させ
る。コレットチャック（33）の先端部外周は、先端に向
かって、漸次、拡径して傾斜部（35）を形成しており、
傾斜部（35）をスリット（36）によって、第5B図に示す
ように、３つ割りに分断している。スリット（36）は、
コレットチャック（33）の先端から長手方向に沿って形
成され、かつ、中心部に形成される工具穴（37）に達す
るまで切り欠いて形成される。

コレットチャック（33）は、傾斜部（35）を外側から
圧迫すると、スリット（36）の幅が縮小するため、工具
穴（37）を縮径させ、圧迫を解除すると、縮径した工具
穴（37）を拡径させ元の状態に戻る。コレットチャック
（33）は、シャフト（34）によって後方へ引き込まれる
と、傾斜部（35）がスピンドル主軸（31）の先端部内壁
に圧迫されるため工具穴（37）を縮径させ、工具（38）
を保持する。逆に、前方へ押し出されると、工具穴（3
7）を拡径させ、工具（38）の着脱を可能にする。

〔考案が解決しようとする課題〕

コレットチャック（33）は、傾斜部（35）を外側から
圧迫して、スリット（36）の幅を縮小させることによっ
て工具（38）の保持を可能にするが、スリット（36）に
微細な切屑やゴミ等の異物が入り込んだ場合、傾斜部
（35）を圧迫してもスリット（36）の幅が十分縮小せ
ず、そのために、工具穴（37）が十分縮径せず、工具保
持力を低下させることがあった。

従来、これを防止するため、定期的にコレットチャッ
クをスピンドル主軸から取り外して洗浄していた。しか
し、コレットチャックの脱着、および、洗浄には人手が
かかると共に、洗浄の都度、装置を停止させなければな
らないため、装置の稼動率を低下させる原因の一つとな
っていた。

本考案は、上記問題点に鑑みて提案されたもので、コ
レットチャックをスピンドル主軸から取り外すことな
く、スリット部に入り込んだ異物を確実に除去できるよ
うにすることをその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１の自動工具交換機構は、ハウジングに形成さ
れた圧縮空気の供給口と、シャフトに形成され、コレッ
トチャックの工具穴に連通した貫通穴と、供給口と貫通
穴とを連通させるスピンドル主軸の内径部とからなる一
連の空気通路を備え、工具保持時は、コレットチャック
の工具穴に保持された工具によって、空気通路とコレッ
トチャックのスリットとの間が閉塞され、工具着脱時
は、プランジャの前進に伴い、コレットチャックの工具
穴が拡径して、空気通路とコレットチャックのスリット
との間が開通することを特徴とするものである。

請求項２の自動工具交換機構は、プランジャとシャフ
トとの間に前後動自在に介装され、工具保持時は、第１
弾性手段よりも弾性力の小さな第２弾性手段で後方に押
圧されて空気通路を遮断する弁体を備え、工具着脱時
は、プランジャの前進に伴い、先ず弁体が第２弾性手段
に抗して前進することにより空気通路が開通し、次いで
シャフトが弁体と共に第１弾性手段に抗して前進するこ
とによりコレットチャックの工具穴が拡径することを特
徴とするものである。

上記いずれの構成においても、ハウジングの供給口を
空気軸受に連通させ、スリット清掃用の圧縮空気と空気
軸受に供給する圧縮空気を兼用する構成としても良い
（請求項３）。

〔作用〕

工具着脱時、ハウジングの供給口から供給された圧縮
空気は、一連の空気通路を通ってコレットチャックの工
具穴に流れ、工具穴からスリットに噴出して、スリット
に入り込んだ異物を外部に吹き飛ばす。

工具保持時は、コレットチャックの工具穴に保持され
た工具によって、空気通路とスリットとの間が閉塞され
るため（請求項１）、あるいは、空気通路が弁体によっ
て遮断されるため（請求項２）、スリット清掃用の圧縮
空気はハウジング内に保たれ、スリットから外部には洩
れない。すなわち、圧縮空気によるスリットの清掃は工
具着脱時にのみなされる。

弁体を備えた構成では、工具着脱時、先ず弁体が第２
弾性手段に抗して前進することにより空気通路が開通
し、次いでシャフトが弁体と共に第１弾性手段に抗して
前進することによりコレットチャックの工具穴が拡径す
るので、スリット清掃用の圧縮空気がコレットチャック
の拡径と同時に瞬時にスリットに噴出してこれを清掃す
る。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本考案に係る自動工具交換機構を用いた高
周波モーター付エアースピンドルの第１実施例を示す。
同図で、（１）はハウジング（２）内に回転自在に挿入
されたスピンドル主軸で、スピンドル主軸（１）はハウ
ジング（２）内に配置された空気軸受（３）によって非
接触支持されている。空気軸受（３）はスピンドル主軸
（１）の外周面、および、スピンドル主軸（１）の後端
に形成されたフランジ（４）面に、それぞれ、空気導入
口（3a）から供給された圧縮空気をノズル（3b）から噴
出させて静圧を発生させ、この静圧によってスピンドル
主軸（１）をラジアル方向、および、スラスト方向に支
持する。また、スピンドル主軸（１）の中央部にはモー
タロータ（５）が形成されており、モータロータ（５）
をハウジング（２）内に固着されたモータステータ
（６）と対向させて配置し、モータステータ（６）の励
磁力によって回転させる。

（７）はスピンドル主軸（１）の内径部（８）に前後
動自在に挿入されたプランジャであり、プランジャ
（７）の後端にダイヤフラム（９）を固着し、また、中
央部を滑り軸受（10）に嵌挿せしめて、ダイヤフラム
（９）の変形に応じて前後動させる。（11）は圧縮空気
の流入口であり、流入口（11）から供給させる圧縮空気
はダイヤフラム（９）を変形させ、プランジャ（７）を
前進させる。（12）はスピンドル主軸（１）の先端に前
後動自在に挿入されたコレットチャックであり、コレッ
トチャック（12）の後端にシャフト（13）の先端が結合
している。尚、この結合は嵌合、螺合いづれでもよい。
シャフト（13）は先端部を縮径させて形成した縮径部
（13a）にバネ手段、例えば、皿ばね（14）を挿嵌し、
コレットチャック（12）を、常時、後方に引き込む。

コレットチャック（12）は、第2A図、および、第2B図
に示すように、先端部外周を先端に向かって、漸次、拡
径させた傾斜部（15）をスリット（16）で３つ割りに分
断して形成され、傾斜部（15）を外側から圧迫すること
によって、スリット（16）の幅を縮小させ、中心部の工
具穴（17）を縮径させるようになっている。スリット
（16）は、コレットチャック（12）の先端から長手方向
に沿って、工具穴（17）に達するまで切欠いて形成され
る。また、傾斜部（15）はスピンドル主軸（１）の先端
部内壁と合致して摺接する。

従って、コレットチャック（12）はシャフト（13）に
よって後方に引き込まれると、スピンドル主軸（１）の
先端部内壁に圧接されるため、傾斜部（15）を該内壁に
圧迫され、工具穴（17）を縮径する。この状態で、工具
（18）を保持する。

逆に、コレットチャック（12）はシャフト（13）の前
進によって前方へ押し出されると工具穴（17）を拡径さ
せ、この時、工具（18）の脱着が可能になる。

シャフト（13）の前進は、プランジャ（７）をダイヤ
フラム（９）の変形によって前進させ、プランジャ
（７）の先端をシャフト（13）の後端に当接させること
によって行う。尚、プランジャ（７）の先端は、常時
は、シャフト（13）と適宜の間隔をもっている。

（19）はハウジング（２）に穿設された圧縮空気の供
給口であり、供給口（19）は一端を空気圧源（図示せ
ず）に連通させ、他端をスピンドル主軸の内径部（８）
に連通させている。尚、供給口（19）を空気軸受（３）
の圧縮空気導入口（3a）と連通させてもよい。これによ
り、空気軸受（３）への外部配管が不要になり、構造が
簡単になる。

第3A図は、スピンドル主軸（１）の先端部（Ｘ）の拡
大断面を示す図である。同図で、（20）はシャフト（1
3）の中心部に形成された貫通穴であり、貫通穴（20）
は一端を絞り（22）を介して内径部（８）に連通させ、
他端を、工具穴（17）の開口部を保持工具（18）て閉塞
して形成されるエアチャンバ（21）に連通させている。

絞り（22）はシャフト（13）の後端中心部に埋設さ
れ、第3B図に示すように、段差部（23）を設け、プラン
ジャ（７）の先端が当接した場合でも、段差部（23）を
通って圧縮空気が絞り穴（24）に流入できるようにして
いる。供給口（19）から供給された圧縮空気は、内径部
（８）を通って貫通穴（20）へ流入し、さらにエアチャ
ンバ（21）へ流入するが、工具（18）の保持時、エアー
チャンバ（21）は工具（18）の後端面で閉塞されている
ため、圧縮空気はスピンドル主軸（１）内に密閉された
ままになっている。工具（18）の離脱時、工具穴（17）
が拡径し、さらに、工具（18）の後端面がスリット（1
6）の形成部位まで移動するため、エアチャンバ（21）
とスリット（16）とが連通し、圧縮空気はスリット（1
6）に吹き出す。

この時、圧縮空気は、スリット（16）に勢いよく吹き
込み、入り込んだ異物を吹き飛ばす。圧縮空気は、同時
に工具穴（17）内も清掃する。

第４図は、本考案に係る第２実施例を示す。尚、図示
していない他の部分は前記第１実施例と同一である。

同図で、（25）は弁体であり、本実施例では円錐台形
状を有するテーパロッドを用いた。テーパロッド（25）
は第２バネ手段、例えば、皿バネ（26）を介して拡径端
面がシャフト（13）の後端と対向するように配置されて
いる。尚、皿バネ（26）は第１バネ手段、例えば、皿バ
ネ（14）より付勢力の小さいものを選定してある。ま
た、内径部（８）の一部にテーパロッド（25）の外径形
状と対応させて傾斜面（27）を形成し、テーパロッド
（25）を皿バネ（26）の付勢力を利用して傾斜面に圧接
することによって、常時、内径部（８）と貫通穴（20）
との間の空気通路を遮断している。工具（18）の着脱の
ために、プランジャ（７）を前進させると、プランジャ
（７）は先端をテーパロッド（25）に当接させ、テーパ
ロッド（25）を前方へ押し出し、内径部（８）と貫通穴
（20）とを連通させる。この時、皿バネ（26）の付勢力
は皿バネ（14）の付勢力より小さいため、テーパロッド
（25）はシャフト（13）より先に前進する。

従って、圧縮空気は工具穴（17）が拡径するまでに、
既に、皿バネ（26）間の隙間を通って、エアーチャンバ
（21）に流れ込み、さらに、スリット（16）に吹き込ん
でいる。

尚、第一実施例の構造において、工具（18）が短く工
具（18）を工具穴（17）に挿入してもエアーチャンバ
（21）を閉塞することができない場合、圧縮空気が常時
スリット（16）から洩れるためエアーを浪費することに
なる。しかし、第２実施例のような構造とすることによ
って、これを防止することができる。

〔考案の効果〕

本考案によって以下の効果が得られる。

工具の着脱時に、その都度、コレットチャックのスリ
ット部に入り込んだ異物を除去するので、工具保持力の
低下によるトラブルを防止することができる。

コレットチャックの清掃は、コレットチャックをスピ
ンドル主軸に挿着したままで行うこができるので、清掃
のために、都度、装置を停止させる必要がなく、装置の
稼動率を高めることができる。

コレットチャックの清掃が自動化されるので、清掃の
ための人手が必要ない。

圧縮空気は、同時に工具穴も清掃するため、異物のか
み込みによる工具の芯ずれがない。

工具保持時は、コレットチャックの工具穴に保持され
た工具によって、空気通路とスリットとの間が閉塞され
（請求項１）、あるいは、空気通路が弁体によって遮断
されるため（請求項２）、スリット清掃用の圧縮空気が
ハウジング内に保たれ外部には洩れない。そのため、ス
リット清掃用の圧縮空気の浪費がない。特に、スリット
清掃用の圧縮空気と空気軸受に供給する圧縮空気とを兼
用する構成（請求項３）では、スピンドル主軸の回転時
（工具保持時）における空気軸受の静圧低下が防止で
き、安定したスピンドル回転を維持することができる。

ハウジングの供給口を空気軸受に連通させ、スリット
清掃用の圧縮空気と空気軸受に供給する圧縮空気とを兼
用する構成（請求項３）とすることにより、空気配管を
簡単化することができる。

工具の着脱・保持とスリット清掃用の圧縮空気の開閉
とをプランジャの作動だけて行なう構成なので、構造が
簡単であり、装置の軽量化、コンパクト化を図る上で有
利である。

弁体を備えた構成では、工具着脱時、スリット清掃用
の圧縮空気がコレットチャックの拡径と同時に瞬時にス
リットに噴出してこれを清掃するので、清掃および工具
着脱に要する時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の第一の実施例を示す断面図、 第2A図は、コレットチャックの側面図、 第2B図は、コレットチャックの正面図、 第3A図は、スピンドル主軸先端部の拡大断面図、 第3B図は、絞りの斜視図である。 第４図は本考案の第二の実施例を示す断面図である。 第5A図は、従来のスピンドル主軸先端部の断面図、 第5B図は、コレットチャックの正面図である。 （１）……スピンドル主軸 （２）……ハウジング （３）……空気軸受、（3a）……圧縮空気導入口 （８）……スピンドル主軸の内径部 （12）……コレットチャック （13）……シャフト、（16）……スリット （17）……工具穴、（18）……工具 （19）……供給口、（22）……絞り （25）……テーパロッド（弁体） （26）……皿バネ

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングの内径部に回転自在に挿入さ
   れ、空気軸受で非接触支持されて回転する中空状のスピ
   ンドル主軸と、スピンドル主軸の先端に前後動自在に挿
   入され、工具穴およびその縮拡径用のスリットを有する
   コレットチャックと、コレットチャックの後端に結合さ
   れ、常時は、第１弾性手段に押されてコレットチャック
   を後方に引き込むことにより前記工具穴を縮径させるシ
   ャフトと、シャフトの後方に前後動自在に配置され、そ
   の前進時に、シャフトを前記第１弾性手段に抗して前進
   させてコレットチャックを前方に押し出すことにより前
   記工具穴を拡径させるプランジャとを備えた自動工具交
   換機構において、 前記ハウジングに形成された圧縮空気の供給口と、前記
   シャフトに形成され、前記コレットチャックの工具穴に
   連通した貫通穴と、前記供給口と前記貫通穴とを連通さ
   せる前記スピンドル主軸の内径部とからなる一連の空気
   通路を備え、 工具保持時は、前記コレットチャックの工具穴に保持さ
   れた工具によって、前記空気通路と前記コレットチャッ
   クのスリットとの間が閉塞され、工具着脱時は、前記プ
   ランジャの前進に伴い、前記コレットチャックの工具穴
   が拡径して、前記空気通路と前記コレットチャックのス
   リットとの間が開通することを特徴とする自動工具交換
   機構。
2. 【請求項２】前記プランジャと前記シャフトとの間に前
   後動自在に介装され、工具保持時は、前記第１弾性手段
   よりも弾性力の小さな第２弾性手段で後方に押圧されて
   前記空気通路を遮断する弁体を備えた請求項（１）記載
   の自動工具交換機構であって、 工具着脱時は、前記プランジャの前進に伴い、先ず前記
   弁体が前記第２弾性手段に抗して前進することにより前
   記空気通路が開通し、次いで前記シャフトが前記弁体と
   共に前記第１弾性手段に抗して前進することにより前記
   コレットチャックの工具穴が拡径することを特徴とする
   自動工具交換機構。
3. 【請求項３】前記ハウジングの供給口を前記空気軸受に
   連通させたことを特徴とする請求項（１）又は（２）記
   載の自動工具交換機構。