JP3303978B2 - 主軸装置 - Google Patents

主軸装置

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JP3303978B2
JP3303978B2 JP09830791A JP9830791A JP3303978B2 JP 3303978 B2 JP3303978 B2 JP 3303978B2 JP 09830791 A JP09830791 A JP 09830791A JP 9830791 A JP9830791 A JP 9830791A JP 3303978 B2 JP3303978 B2 JP 3303978B2
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史朗 村井
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株式会社日平トヤマ
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸装置に
おいて工具ホルダーをシリンダーによりクランプ状態と
する部分の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】工作機械の主軸の回転速度は、軸受けや
潤滑手段などの改良により、ますます高速化している。
このような主軸装置で、工具ホルダーのクランプ手段と
して、主軸内でクランプロッド付勢用重ね皿ばねが用い
られると、皿ばねのアンバランス状態により、主軸の高
速回転時に、振動が発生しやすくなる。このため、実用
上の回転速度の上限が振動の起きない範囲に制限され
る。
【0003】そこで、皿ばねに代えて、主軸の後端部分
にシリンダーを設け、シリンダー内のピストンでクラン
プロッドを進退方向に駆動する構造であれば、皿ばねが
存在しないため、高速回転時の皿ばねの影響がなくな
る。
【0004】
【従来技術の課題】しかし、何等かの原因で、圧力源の
供給装置が停止したとき、あるいは配管系の不具合によ
って漏れが発生すると、工具ホルダーのクランプに必要
なクランプ力がシリンダーによって確保できなくなるた
め、工具ホルダーが主軸から外れてしまう。特に高速回
転時に、その状態は、危険であり、重大な事故につなが
る。したがって、シリンダーによるクランプ手段の場合
に、適切な安全対策が必要となる。
【0005】
【発明の目的】したがって、本発明の目的は、主軸に対
し着脱可能な工具ホルダーのクランプをシリンダーおよ
びピストンによって行う主軸装置において、圧力流体に
よるクランプ力の低下あるいはゼロになった時にも、工
具ホルダーが主軸から外れることを防止できるようにす
ることである。
【0006】
【発明の解決手段】上記目的の下に、本発明は、主軸前
端の保持穴内で着脱可能なホルダーを主軸内のクランプ
ロッドの進退によりクランプ・アンクランプ状態とし、
このクランプロッドをシリンダーおよびピストンで操作
する形式の主軸装置において、シリンダーの内周および
ピストンの外周に半径方向の溝を形成し、この溝内に係
止体を半径方向に変位移動可能な状態で入れることによ
り、クランプ状態のときに主軸の回転にもとづく遠心力
で係止体をシリンダーとピストンとの間に移動させるこ
とによって、シリンダーのクランプ力の低下時にも、ク
ランプロッドのアンクランプ方向の移動を係止体によっ
て阻止できるようにしている。
【0007】したがって、工具ホルダーのクランプ状態
で、シリンダー内の圧力流体の圧力が何等かの原因で低
下あるいはゼロになったとしても、ピストンのアンクラ
ンプ方向への移動が係止体によって阻止されているた
め、クランプロッドのアンクランプ方向の移動はわずか
であり、工具ホルダーが外れることはない。
【0008】
【実施例】図1は、主軸装置1を示し、また図2および
図3は、本発明の特徴的な部分を示している。
【0009】主軸装置1は、ヘッド2の内部のクイル7
内で前後の複数の軸受け8、9により、主軸3を回転自
在に保持している。この主軸3は、中空状であり、前端
面の例えばテーパ状の保持穴4で工具ホルダー5を着脱
可能な状態で装着しており、主軸3の内部のクランプロ
ッド6によって、装着中の工具ホルダー5をクランプ状
態とする。
【0010】すなわち、クランプロッド6は、主軸3の
内部で軸方向に移動可能な状態となっており、直径方向
の孔12の内部でクランプボール11を半径方向に移動
可能な状態で保持しており、後退することによって、主
軸3の内周面のカム面10によってクランプボール11
を中心方向に変位させ、工具ホルダー5のプルスタッド
13を抜け止め状態とし、工具ホルダー5をクランプ状
態としている。
【0011】なお、主軸3は、後端部分のプーリ14お
よびそれに巻掛けられたベルト15によって、図示しな
い主軸駆動モータの回転力を取り入れて、工具ホルダー
5を高速で回転させる。
【0012】そして、本発明の主軸装置1は、特徴的な
部分として、主軸3の後端部分に固定されたクランプ用
のシリンダー16、このシリンダー16の内部に納めら
れたピストン17、シリンダー16の内周面およびピス
トン17の外周面に形成された溝18、19、これらの
溝18、19内に納められた係止体20、およびピスト
ン17の外周に形成されたキー21を備えている。
【0013】シリンダー16は、主軸3の後端部分に対
しねじなどの手段によって固定されており、後端面で開
放し、後端の外周面でクイル7の後端面に取り付けられ
たフランジ22の内周面と一定の間隔をおいて対向して
いる。またピストン17は、シリンダー16の内部前方
で圧力室23を形成しながら、シリンダー16内に進退
自在に挿入されており、クランプロッド6の後端部分に
一体的に連結されている。
【0014】また、溝18は、シリンダー16の内周面
で、例えば中心角120度ごとすなわち3等配位置で、
半径方向の深さとして主軸3の軸方向に延在し、前方の
壁面で窪付きまたは平たんなストッパー18aを形成
し、かつ内部でピストン17の外周に形成されたキー2
1を入り込ませている。したがって、ピストン17は、
シリンダー16の内部で、溝18とキー21との係り合
いによって、クランプロッド6の中心の周りに回り止め
状態となっている。また、溝19は、上記溝18と対応
するピストン17の外周位置で、必要に応じ適当な傾斜
をつけて半径方向に形成されている。
【0015】この結果、溝18、19は、シリンダー1
6の内周とピストン17の外周とに渡って、互いに半径
方向に連通した状態となっている。そして、ピストン1
7の溝19は、内部で例えば球状の係止体20を半径方
向に移動可能な状態で収納している。なお、シリンダー
16の溝18は、ノズル24によって、適当な間隔を形
成しながら、フランジ22に形成された圧力空気25供
給用のポート26に通じている。ノズル24は、空気噴
射により、溝18内へ移動している係止体20を溝19
内に戻すために、上記シリンダーの外周位置に溝18に
向けて形成されている。
【0016】前記ピストン17は、後端中心部分で玉軸
受け28により固定軸27に対し回転自在に支持されて
いる。この固定軸27は配管ブロック29と一体となっ
て、サポート30によりヘッド2に取り付けられてい
る。
【0017】そして、ピストン駆動用の油または空気な
どの圧力流体31は、固定軸27の中心の出入口兼用の
ポート32から入り、必要に応じてピストン17内には
め込まれた焼き付き防止用材料製のブッシュ44のポー
ト34を経て圧力室23の内部に導かれる。また、圧力
室23の内部の圧力流体31は、ポート34と固定軸2
7の先細り部分との隙間、玉軸受け28の隙間を通り、
固定軸27の出口ポート33に通じている。
【0018】なお、ピストン17の後端部分にカラー3
5がはめ込まれており、カラー35の内面に円周方向の
シール溝36が形成されている。シール用の空気37
は、固定軸27のポート38に導かれ、シール溝36か
ら固定軸27の外周に向けて噴射されるようになってい
る。さらに、ピストン17の後端面は、アンクランプシ
リンダー40によって駆動されるコ字状のプッシャー3
9と対向している。
【0019】工具ホルダー5の装着前に、アンクランプ
シリンダー40は、プッシャー39によりピストン17
を前進方向に移動させることにより、クランプロッド6
を前進させ、クランプボール11を中心軸から離れる方
向に移動可能な状態としている。この状態で、主軸3の
保持穴4の内部に次の加工に適切な工具ホルダー5が工
具交換装置などによって装着される。
【0020】工具ホルダー5の装着が完了した時点で、
ポート32の内部にクランプ用の圧力流体31が供給さ
れる。このとき、圧力流体31は、ポート32からポー
ト34に達し、隙間から微少量だけ漏れながらも圧力室
23の内部に入り込み、ピストン17をクランプロッド
6とともに後退させる。
【0021】クランプロッド6の後退過程で、クランプ
ボール11がカム面10に押されて中心方向に移動し、
プルスタッド13の首部を挟み込んで抜け止め状態とす
る。このようにして、工具ホルダー5が主軸ヘッド2に
装着され、クランプ状態となる。
【0022】このあと、主軸3は、高速で回転し、工具
ホルダー5の回転によって、ワークに必要な切削加工を
施す。この加工中にも、圧力室23の内部の圧力流体3
1がクランプロッド6を後退方向に付勢しているため、
工具ホルダー5は、アンクランプ状態とならず、主軸3
の保持穴4で確実に保持されている。
【0023】主軸3の回転中に、シリンダー16および
その内部のピストン17は、主軸3とともに回転してい
る。このとき、係止体20に遠心力が作用するため、係
止体20は、中心から離れる方向に移動し、ピストン1
7の溝19の内部からシリンダー16の溝18の内部に
移動し、溝18内でキー21と溝18の壁面としてのス
トッパー18aとの間に介在している。
【0024】したがって、もし、何等かの原因によっ
て、圧力室23の内部で、圧力流体31の圧力がクラン
プ力に必要な圧力よりも低下あるいはゼロになったとし
ても、ピストン17およびこれと一体のクランプロッド
6は、少しだけ前進できるが、キー21の部分ですぐに
係止体20に当たって、ストッパー18aによって前進
方向に移動できなくなるため、工具ホルダー5は、圧力
室23の圧力異常にかかわらず、外れることはない。こ
れによって、不測の事故が未然に防止できる。
【0025】主軸3の回転を停止した後、工具ホルダー
5の取り外しに際し、ポート26から圧力空気25が供
給され、ノズル24から噴射される。これに押されて、
溝18の内部の係止体20がピストン17の溝19の内
部に戻される。このとき、ピストン17は、クランプロ
ッド6とともに必要なストロークだけ前進方向に移動
し、工具ホルダー5を開放できる状態となる。なお、係
止体20の戻し操作は、ノズル24に代わる孔内からノ
ッチなどで押して行うこともできる。
【0026】そこで、アンクランプシリンダー40は、
プッシャー39を前進させることによって、ピストン1
7およびクランプロッド6を前進させて、クランプボー
ル11を中心から離れる方向に移動できる状態とする。
これによって、工具ホルダー5は、保持穴4から取り外
し得る状態となる。
【0027】なお、ピストン17が前進する過程で、圧
力室23の内部の圧力流体31は、出入口兼用のポート
32から外部へ排出されるか、またはピストン17のポ
ート34と固定軸27の先細り部分との隙間、玉軸受け
28の隙間を経て、出口ポート33から排出される。こ
の排出過程で、カラー35の内周面が空気37によって
シールされているから、圧力流体31は、その部分を通
過せず、出口ポート33に導かれていく。
【0028】
【他の実施例】図4は、ピストン17にキー21を形成
しないで、溝18をシリンダー16の内周面で環状方向
に連続して形成した例である。この例の場合に、ピスト
ン17は、適当な手段によりシリンダー16内で回り止
め状態とされており、係止体20は、溝18の内部で半
径方向に移動可能な円柱体として構成されている。
【0029】なお工具ホルダー5のクランプ手段は、コ
レットチヤック式のもので構成することもできる。また
主軸装置1は、横(水平)型でも、縦(垂直)型でもよ
い。
【0030】
【発明の効果】本発明では、工具ホルダーのクランプ状
態で、シリンダーの圧力が低下あるいはゼロになり、、
ピストンおよびクランプロッドがアンクランプ方向に移
動可能な状態となったとしても、回転中に溝内の係止体
が遠心力によって中心から離れる方向に移動し、シリン
ダーの内部でピストンがアンクランプ方向に移動しない
ように保持されているため、圧力流体の異常な圧力低下
や配管経路の切断などの不測の故障があったとしても、
工具ホルダーがアンクランプ状態とならず、これによる
重大な事故が未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の主軸装置の全体的な断面図である。
【図2】本発明の主軸装置の特徴的な構成部分の拡大断
面図である。
【図3】シリンダーおよびピストンの後端の拡大平面図
である。
【図4】溝部分の変形例の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 主軸装置 2 主軸ヘッド 3 主軸 4 保持穴 5 工具ホルダー 6 クランプロッド 16 シリンダー 17 ピストン 18 溝 19 溝 20 係止体 21 キー 23 圧力室 24 ノズル

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘッドにより主軸を回転自在に支持し、
    主軸前端の保持穴内で着脱可能な工具ホルダーを主軸内
    のクランプロッドの進退運動によりクランプ・アンクラ
    ンプ状態とする主軸装置において、主軸の後端に連結し
    たシリンダーと、このシリンダーの内部に納められ上記
    クランプロッドの後端に連結されたピストンと、上記の
    シリンダーの内周とピストンの外周とに渡って半径方向
    に形成されたシリンダーの溝およびピストンの溝と、こ
    のピストンの溝内に納められ前記主軸の回転による遠心
    力によりシリンダーの溝内へ移動可能な係止体とからな
    ることを特徴とする主軸装置。
  2. 【請求項2】 ヘッドにより主軸を回転自在に支持し、
    主軸前端の保持穴内で着脱可能な工具ホルダーを主軸内
    のクランプロッドの進退運動によりクランプ・アンクラ
    ンプ状態とする主軸装置において、主軸の後端に連結し
    たシリンダーと、このシリンダーの内部に納められ上記
    クランプロッドの後端に連結されたピストンと、上記シ
    リンダーの内周で主軸の軸方向に形成されたシリンダー
    溝と、上記ピストンの外周で上記シリンダーの溝と対
    応する外周面に半径方向に形成されたピストンの溝と、
    上記ピストンの外周に設けられ上記シリンダーの溝内に
    突出するキーと、上記ピストンの溝内に納められ前記主
    軸の回転による遠心力により上記シリンダーの溝内へ
    動可能な係止体とからなることを特徴とする主軸装置。
  3. 【請求項3】 前記記載の遠心力により上記シリンダー
    の溝内へ移動している係止体を上記ピストンの溝内に戻
    すために、上記シリンダーの外周位置に空気噴射用のノ
    ズルを上記シリンダーの溝内に向けて形成することを特
    徴とする請求項1または請求項2の主軸装置。
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