JP3439077B2 - 工具クランプ・アンクランプ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の工具を
主軸に把持又は開放させる機構に関し、詳しくは、主軸
の長さを短くすることができる工具クランプ・アンクラ
ンプ機構に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、工作機械の工具を主軸に把持又は
開放させる工具クランプ・アンクランプ機構として、例
えば、実公平５−２４４２６号公報に記載されたものが
あった。この方法は、図６に示すように、主軸ヘッド２
１８に軸支されたアンクランプレバー２３０の揺動によ
り、アンクランプレバー２３０の一端に設けられたフォ
ーク部２８１が、主軸に対し上下に摺動可能に挿通され
たドローバ２７６を、主軸に設けられた一対の長円形の
スロット２６０から延出したピン２７２を介し、該スロ
ット２６０をガイドとして下方に押圧又は該押圧力を開
放することにより、工具の開放又は把持を行うものであ
った。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記工
具クランプ・アンクランプ機構においては、アンクラン
プレバー２３０のフォーク部２８１がピン２７２を上方
から押圧する構成となっているため、主軸の上端に接続
されたカップリング２５０と上記スロット２６０との間
にアンクランプレバー２３０のフォーク部２８１が揺動
できるだけのスペースを設ける必要があった。一方、主
軸のピン２７２の下方については、長円孔の上記スロッ
ト２６０を設けるだけのスペースとドローバを上方に付
勢するバネを収納する長さが必要となり、ピン２７２の
下方の主軸の長さを短くするには限界があった。この結
果、主軸全体を短くするには限界があり、主軸を短くす
ることによって工作機械の小型化を図ると共に製造コス
トの削減につなげることができないという問題があっ
た。本発明は、後述するアンクランプディスクを設ける
ことにより、上記主軸の長さを短くすることができる工
具クランプ・アンクランプ機構を提供すると共に、工作
機械の小型化及びこれに伴う製造コストの削減につなげ
ることを目的とする。 【０００４】 【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
に鑑みて、本発明に係る工具クランプ・アンクランプ機
構は、一端に工具を装着するための工具装着部を有し、
他端近傍の側面に一対のスロットを有する中空の主軸
と、上記主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドと、上記
主軸ヘッド内壁に回動可能に軸支され、一端に受圧部、
他端に押圧部を有するアンクランプレバーと、上記アン
クランプレバーの上記受圧部を押圧することにより、上
記アンクランプレバーを回動させる回動機構とを備え、
上記主軸が、工具を脱着するためのドローバと、該ドロ
ーバを工具脱着側とは反対側の方向に付勢するバネとを
内部に有し、上記アンクランプレバーの回動により、上
記ドローバの一端部に設けられた貫通孔と上記主軸に設
けられた一対のスロットとを貫通した直交ピンに上記押
圧部を介して負荷をかけて、該ドローバをバネの付勢力
に抗してスロット内で移動させることにより、上記主軸
に装着された工具を開放する工具クランプ・アンクラン
プ機構において、周壁を有する中空円筒形状のアンクラ
ンプディスクを、上記主軸を貫通させて設け、該アンク
ランプディスクには、上記周壁の一端部に上記直交ピン
が挿通される一対の挿通孔を設け、該挿通孔から間隔を
あけて、上記押圧部の押圧を受けうるフランジを設けた
ことを特徴とする。 【０００５】上記構成をとれば、直交ピンの位置に対
し、カップリングとは反対側の位置にあるアンクランプ
ディスクのフランジを押圧することにより、工具を開放
することができる。すなわち、従来カップリングと直交
ピンとの間に配置させていたアンクランプレバーの押圧
部を、上記直交ピンと上記アンクランプディスクのフラ
ンジとの間に配置させることができる。 【０００６】上記のような配置をとれば、従来カップリ
ングと直交ピンとの間に上記アンクランプレバーの押圧
部を配置するために設けていた長さは不要となり、カッ
プリングを直交ピンに近接して配置することができるよ
うになる。従って、主軸全体の長さを従来より短くする
ことができるという効果が得られる。このことは、工作
機械そのものの小型化と、これに伴う製造コストの削減
につなげることができる。 【０００７】また、上記アンクランプレバーは、具体的
には、先端において分岐して一対の押圧片を形成し、上
記アンクランプディスクは、環状円板の両端を切り欠い
た形状の一端部と環状形状の他端部とを円筒部材で接続
した形状を有し、上記挿通孔は、上記一端部において両
端を切り欠いていない面に開口部を有し、上記アンクラ
ンプレバーの押圧片の間隔は、上記アンクランプディス
クの一端部の切り欠いた両端面の間隔より大きくなって
おり、さらに、上記アンクランプディスクは、上記アン
クランプレバーの押圧片間を他端部から一端部に向かう
方向へ抜けられる位置関係で配設され、他端部における
一端部と対向する面が、アンクランプレバーの回動に伴
うアンクランプレバーの押圧片による押圧を受けるのに
充分な面積を有していることを特徴とする。 【０００８】上記構成により、アンクランプディスク
は、アンクランプレバーの押圧片の間をフランジ側方
向、すなわち工具脱着側方向に抜けられる。従って、主
軸をカップリングから取り外して工具脱着側に抜き取る
場合に、上記アンクランプディスクが、アンクランプレ
バーに引っかかる等の問題が生ずることがない。この結
果、主軸の抜き取り操作が容易であり、該主軸の補修，
交換を効率よく行うことができる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を一層
明確にするため、本発明の好適な実施例を図面と共に説
明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に
何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属
する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもな
い。 【００１０】図１は本実施例に用いられる工作機械の一
部を示す断面図、図２は本実施例の主要部に係る工具ク
ランプ・アンクランプ機構を説明する概略断面図、図３
は主軸による工具の把持が開放されるときの状態を説明
する概略断面図、図４は図２のＡ方向矢視図、図５は本
実施例の主要部品であるアンクランプディスクの外観を
示した斜視図である。 【００１１】まず、本実施例に使用される工作機械の概
略構成について説明する。図１に示すように、本実施例
に係る工作機械１は、基台（図示せず）に立設されたコ
ラム１０，該コラム１０の前面に水平に配設固定された
箱形中空ケーシングからなるフレーム１６，該フレーム
１６内に昇降可能に配設された主軸ヘッド２０，該主軸
ヘッド２０に回転自在に支持されている主軸２５，主軸
２５に装着される工具を把持又は開放するための工具ク
ランプ・アンクランプ機構１００，複数種類の工具を収
納する工具マガジン９０等より構成されている。以下詳
細について説明する。 【００１２】工作機械１の基台には、コラム１０が直立
して固定されており、コラム１０の前面には、鉛直軸線
方向に延びる一対のガイドレール１２が設けられてい
る。該一対のガイドレール１２の間には、上記コラム１
０の上部に配置されたＡＣサーボモータ４０により回転
させられるボールねじ１４が配設されている。上記主軸
ヘッド２０は、その背面にボールねじ１４に螺合するナ
ット２３が装着されており、上記ＡＣサーボモータ４０
の駆動により、上記ガイドレール１２に沿って上下方向
に移動される。 【００１３】主軸ヘッド２０の前方には、軸受５０を介
して中空円筒状の主軸２５が鉛直軸線回りに回転自在に
支持されている。この主軸２５は、その上端のカップリ
ング部において、カップリング５４を介し、上記主軸ヘ
ッド２０の頂部に直立配置された駆動部である減速機５
８及び主軸モータ５６に接続されている。主軸２５は、
主軸モータ５６の駆動により回転する。 【００１４】フレーム１６には工具支持台９２が上記主
軸２５の軸線方向に移動し得るように支持されている。
この構成を説明すると、フレーム１６を構成する対向し
合う一対の側壁（図示せず）の右上端部には、水平支持
板１３，１３が水平に取り付けられ、各々の下方に対向
するように支持板１５，１５が水平に取り付けられてい
る。そして各水平支持板１３及び支持板１５の適所に穿
設した垂直貫通孔に丸棒状のガイドレール９４が摺動自
在に挿通されている。上記ガイドレール９４の上端部及
び下端部は、工具支持台９２の頂部に水平に橋架した支
持板９６及び底部に設けた支持板９８にそれぞれ固定さ
れている。従って、上記工具支持台９２は、ガイドレー
ル９４を各水平支持板１３及び支持板１５に対して摺動
させることにより、フレーム１６に対して昇降可能にな
っている。 【００１５】上記工具支持台９２には、多数の工具６０
を放射状に保持した工具マガジン９０が回転割りだし可
能に支持されている。すなわち、工具支持台９２には、
水平面に対し所定の角度だけ、斜め下方に傾斜させた軸
線を有する枢軸（図示せず）が突出固定されており、こ
の枢軸に工具マガジン９０が回転自在に支持されてい
る。この工具マガジン９０には、その外周に半径方向に
延出する複数個の工具把持具９５が配設されている。 【００１６】本実施例の工具交換動作については、実公
平５−２４４２６号公報に開示されたものと同様であ
り、主軸ヘッド２０の上下動に伴って、後述する工具ク
ランプ・アンクランプ機構が機能し、主軸に装着された
工具の開放，把持が行われる。また、これと同時にフレ
ーム１６の内壁に回動可能に軸支されたクランク１３１
が、主軸ヘッド２０の側面に設けられたカム１２１との
係合によって回動することにより、工具マガジン９０が
工具交換位置に昇降されると共に、上記工具支持板９２
に軸着されたベルクランク１３５の一端が、上記水平支
持板１３及び支持板１５の前面に支持された溝カム１２
７を摺動することによって揺動し、工具把持具９５の先
端に設けられた爪部の開閉を行うことにより、該工具把
持具９５による工具の把持，開放等が行われる。 【００１７】図２に本発明の主要部周辺を示すように、
本発明の工具クランプ・アンクランプ機構１００は、主
軸２５の外側にアンクランプディスク８０を設けたこと
に特徴を有する。以下、詳細に説明する。主軸ヘッド２
０の前方に設けられた主軸２５は、中空円筒形状をして
おり、下端部に工具を装着するための工具装着部５２を
有し、工具を脱着するために摺動可能に挿通されたドロ
ーバ６５と該ドローバ６５を上方に付勢する皿バネ７８
とを内部に有している。また、主軸２５のカップリング
側の端部近傍には、下端にフランジ８３を有する中空円
筒形状のアンクランプディスク８０が上記主軸２５を貫
通させて設けられている。更に、主軸ヘッド２０の内部
に設けられた水平方向の内壁２７上部には支持部材２９
が設けられ、該支持部材に設けられた水平方向の軸１５
３にはＬ型形状を有するアンクランプレバー３０が回動
可能に支持されている。 【００１８】上記アンクランプレバー３０を構成する長
いアーム部３１の先端には受圧部としてローラ３６が回
転自在に枢着されており、また短いアーム部３３は、そ
の先端の押圧部が押圧片３５，３５として二股に分岐形
成されている。この各々の押圧片３５の先端には、ロー
ラ３８（図４参照）が回動自在に枢着され、アンクラン
プディスク８０を外方から囲むと共に、該アンクランプ
ディスク８０の下端に設けられたフランジ８３の僅か上
方に、常時非接触で位置して工具開放指令が出力される
まで待機している。 【００１９】図５に示すように、上記アンクランプディ
スク８０は、環状円板の側面に互いに平行な切り欠き面
８４，８４を有する上端部８１と環状形状の下端部８３
とを円筒部材８５で接続した形状を有する。上端部８１
の曲面には、上記切り欠き面８４に平行な一対の挿通孔
８２が水平方向に設けられており、後述する直交ピンが
円筒軸の中心を通過し得るように構成されている。 【００２０】図４に図２の矢視図を示すように、上記ア
ンクランプディスク８０の上端部に設けられた切り欠き
面８４，８４の間隔は、上記アンクランプレバー３０の
押圧片３５，３５の先端に設けられたローラ３８，３８
の間隔よりも小さく、かつ、下端部に設けられたフラン
ジ８３の上面は、ローラ３８が押圧するのに十分な面積
を有するものとする。 【００２１】上記構成をとれば、アンクランプディスク
８０は、上記ローラ３８，３８間を下方に抜けられる。
従って、主軸２５をカップリング５４から取り外して下
方に抜き取る場合に、上記アンクランプディスク８０
が、アンクランプレバー３０の押圧部に引っかかる等の
問題が生ずることがない。従って、主軸２５の抜き取り
操作が容易であり、該主軸２５の補修，交換を効率よく
行うことができる。 【００２２】また、主軸２５には、長円形のスロット２
６，２６が、ドローバ６５の上端位置に対応して穿設さ
れている。上記ドローバ６５の上端に直交的に挿通した
直交ピン７０の両端部は、上記一対のスロット２６，２
６を介して上記アンクランプディスク８０の上部に設け
られた挿通孔８２を挿通嵌合している。この結果、アン
クランプディスク８０とドローバ６５とは、相互に固定
され、主軸に設けられた上記スロット２６，２６をガイ
ドとして上下に運動し得る。 【００２３】図２に戻り、主軸２５の工具装着部５２
は、テーパシャンクからなるアーバー６２を備える工具
６０を着脱自在に装着するものであって、上記アーバー
６２の密着挿通を許容する裁頭円錐形状の開口部として
形成されている。なお、工具６０のアーバー６２後端部
にはプルスタッド６４が設けられており、上記主軸２５
内に摺動可能に挿通したドローバ６５の下端に設けられ
た工具挟持部６６によって上記プルスタッド６４を挟持
することにより、工具６０を主軸２５に固定するように
なっている。すなわち、この工具挟持部６６は、上記プ
ルスタッド６４のネック部を複数のボール６８を介在さ
せて固定する公知のコレットからなり、ドローバ６５が
主軸２５の中空部を軸線方向に摺動することによって、
上記プルスタッド６４の把持及び開放を行うようになっ
ている。 【００２４】更に、工具装着部５２に工具６０が装着さ
れた場合において、主軸中空部の下方に形成した段部と
上記ドローバ６５の上端所定位置との間に一群の皿バネ
７８が弾力的に圧縮介挿され、この多数の皿バネ７８の
弾力によりドローバ６５を上方に押圧して、定位置に保
持すると共に、工具挟持部６６を弾力的に引き上げてプ
ルスタッド６４の挟持を確実にしている。 【００２５】次に、当該工具クランプ・アンクランプ機
構の動作について、図２及び図３に基づいて説明する。
工具開放指令が出力されると、主軸ヘッド２０に軸支さ
れたアンクランプレバー３０が、主軸ヘッド２０の上昇
に伴い上昇し、その上昇移動する経路中に、所要の傾斜
を付した傾斜カム面１２５を有する板カム１２３と当接
して所定のカム動作を行うようになっている。すなわ
ち、板カム１２３は、上記ＡＣサーボモータ４０の垂直
ケーシング面に固定させ、その傾斜カム面１２５を垂直
下方に指向させている。そして、主軸ヘッド２０を上昇
させると、図３に示すように、アンクランプレバー３０
における長いアーム部３１の先端に軸支したローラ３６
が上記板カム１２３の傾斜カム面１２５に乗り上げる結
果として、当該アンクランプレバー３０は、軸１５３を
中心として所定角度だけ時計方向に回動する。これによ
って短いアーム部３３の先端に設けた押圧片３５，３５
が上記フランジ８３に接触し、該フランジ８３を押圧付
勢することにより、該アンクランプディスク８０の上端
部に直交ピン７０を介して嵌合されたドローバ６５を下
降させるようになっている。すなわち、アンクランプデ
ィスク８０のフランジ８３を下方へ押圧付勢すれば、上
記ドローバ６５は、軸線方向に下降して、上記工具挟持
部６６を降下させ、ボール６８によるプルスタッド６４
の押圧を解除し、工具６０は工具装着部５２より開放さ
れる。 【００２６】なお、アンクランプレバー３０の長いアー
ム部３１には板バネ（図示せず）が取り付けられ、該板
バネの開放端部は主軸ヘッド２０の上端に設けた水平支
持板２８の直立端面に常時接触して該アンクランプレバ
ー３０に反時計方向へ復帰力を与えるようになってい
る。 【００２７】本実施例で示した工具クランプ・アンクラ
ンプ機構によれば、アンクランプレバー３０による押圧
位置を直交ピン７０の下側に設定することができる。こ
の結果、従来直交ピンとカップリングとの間にアンクラ
ンプレバーの押圧片を揺動させるために必要とされてい
たスペースが不要となるため、主軸全体の長さを短くす
ることができる。 【００２８】なお、上記実施例では、縦型の工作機械を
使用したが、横型の工作機械にも適用させ得る。また、
ドローバ等を用いて工具を開放する形式のものであれ
ば、いかなる形態の工作機械にも適用させうることはも
ちろんである。また、本実施例では主軸が、その一端に
カップリングを介して主軸モータに接続されているが、
いわゆるビルトインタイプのもの、すなわち、主軸モー
タの回転子軸が直接主軸に接続された形式のものでもよ
い。 【００２９】更に、上記実施例では、回動機構として、
主軸ヘッドの往復運動を利用してアンクランプレバーを
外部に設けられたカムに係合させることにより、該アン
クランプレバーの回動力を得る構成をとったが、主軸ヘ
ッドの動きとは関係なく、外部からアンクランプレバー
の受圧部を押圧する機構を有するものでもよい。 【００３０】あるいは、主軸ヘッド外部に備えられた駆
動軸に溝カムが装着され、アンクランプレバーの受圧部
がこの溝カムに係合し、上記駆動軸の回転を該溝カムに
よりアンクランプレバーの揺動に変換する形式のもので
もよい。そして、このような構成をとることにより、本
発明の工具クランプ・アンクランプ機構を、主軸ヘッド
が不動であり、被加工物が固定されたワークテーブルが
動いて加工を行う形式の工作機械に適用させてもよい。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の実施例に用いられる工作機械の一部
を示す断面図である。 【図２】 本実施例の主要部に係る工具クランプ・アン
クランプ機構を示す概略断面図である。 【図３】 工具の把持が開放されるときの状態を示した
概略断面図である。 【図４】 図２のＡ方向矢視図である。 【図５】 本実施例のアンクランプディスクの外観を示
した斜視図である。 【図６】 従来の工具クランプ・アンクランプ機構を示
す要部断面図である。 【符号の説明】 １・・・工作機械、 １０・・・コラム、 １２・・・
ガイドレール、１３・・・水平支持板、 １５・・・支
持板、 １６・・・フレーム、２０・・・主軸ヘッド、
２５・・・主軸、 ２６・・・スロット、２９・・・
支持部材、 ３０・・・アンクランプレバー、３１・
・・長いアーム部、 ３３・・・短いアーム部、 ３５
・・・押圧片、３６，３８・・・ローラ、 ５２・・・
工具装着部、 ５６・・・主軸モータ、６０・・・工
具、 ６５・・・ドローバ、 ６６・・・工具挟持部、
７０・・・直交ピン、 ７８・・・皿バネ、 ８０・・
・アンクランプディスク、８１・・・上端部、 ８２・
・・挿通孔、 ８３・・・フランジ、８３・・・下端
部、 ８４・・・切り欠き面、 ８５・・・円筒部材、
９０・・・工具マガジン、 １００・・・工具クランプ
・アンクランプ機構、１２３・・・板カム、 １２５・
・・傾斜カム面、 ２１８・・・主軸ヘッド、２３０・
・・アンクランプレバー、 ２５０・・・カップリン
グ、２６０・・・スロット、 ２７２・・・ピン、 ２
７６・・・ドローバ、２８１・・・フォーク部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−245903（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 31/117

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 一端に工具を装着するための工具装着部
   を有し、他端近傍の側面に一対のスロットを有する中空
   の主軸と、 前記主軸を回転自在に支持する主軸ヘッドと、 前記主軸ヘッド内壁に回動可能に軸支され、一端に受圧
   部、他端に押圧部を有するアンクランプレバーと、 前記アンクランプレバーの前記受圧部を押圧することに
   より、前記アンクランプレバーを回動させる回動機構と
   を備え、 前記主軸が、工具を脱着するためのドローバと、該ドロ
   ーバを工具脱着側とは反対側の方向に付勢するバネとを
   内部に有し、 前記アンクランプレバーの回動により、前記ドローバの
   一端部に設けられた貫通孔と前記主軸に設けられた一対
   のスロットとを貫通した直交ピンに前記押圧部を介して
   負荷をかけて、該ドローバをバネの付勢力に抗して前記
   スロット内で移動させることにより、前記主軸に装着さ
   れた工具を開放する工具クランプ・アンクランプ機構に
   おいて、 周壁を有する中空円筒形状のアンクランプディスクを、
   前記主軸を貫通させて設け、 該アンクランプディスクには、前記周壁の一端部に前記
   直交ピンが挿通される一対の挿通孔を設け、該挿通孔か
   ら間隔をあけて、前記押圧部の押圧を受けうるフランジ
   を設け、 前記アンクランプレバーは、先端側において分岐して一
   対の押圧片を形成し、 前記アンクランプディスクは、環状円盤の両端を切り欠
   いた形状の一端部と環状形状の他端部とを円筒部材で接
   続した形状を有し、 前記アンクランプレバーの押圧片の間隔は、前記アンク
   ランプディスクの一端部の切り欠いた両端面の間隔より
   大きくなっており、 さらに、前記アンクランプディスクは、前記アンクラン
   プレバーの押圧片間を前記他端部から前記一端部に向か
   う方向へ抜けられる位置関係で配設され、前記 他端部に
   おける前記一端部と対向する面が、前記アンクランプレ
   バーの回動に伴う該アンクランプレバーの押圧片による
   押圧を受けるのに充分な面積を有している こと、 を特徴とする工具クランプ・アンクランプ機構。