JP4534687B2

JP4534687B2 - 工具クランプ機構、工作機械

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Publication number: JP4534687B2
Application number: JP2004268920A
Authority: JP
Inventors: 文彦加藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: JP2006082175A

Description

本発明は、工作機械の工具を主軸にクランプ又はアンクランプさせる工具クランプ機構、該工具クランプ機構を備えた工作機械に関する。特に工具のクランプ異常時に、異常な状態のまま主軸を回転させることを未然に防止することができる工具クランプ機構、該工具クランプ機構を備えた工作機械に関する。

従来、工作機械の工具を主軸にクランプ又はアンクランプさせる工具クランプ機構では、例えば特許文献１に開示されているように、所定の工具を取り付けてある工具ホルダと、工作機械の主軸ヘッドとを、主軸貫通孔内でクランプフィンガ等の工具クランプ部を用いて接合している。すなわち、工具クランプ部により工具ホルダのプルスタット（被クランプ部）をクランプすることにより、工具ホルダの主軸へのクランプ又は主軸からのアンクランプを行うものであった。

図１１は、従来の工具クランプ機構により工具ホルダをクランプした状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。図１１では、ツールシャンクがＮＣ５である場合について説明する。工具クランプ機構１００は、主軸１０１の内部に複数のクランプフィンガ１０２、１０２、・・・、例えば６本のクランプフィンガ１０２、１０２、・・・を設けている。すなわち、主軸１０１は中空円筒形状をしており、下端部に工具ホルダ１０３を装着するためのクランプフィンガ１０２、１０２、・・・を設けている。

クランプフィンガ１０２、１０２、・・・は、主軸１０１の内面とドローバ１０４の外面との間に挟持されており、一端には主軸１０１の中心軸側へ突出し、ドローバ１０４の摺動支持面に設けてある凹部１０５へ嵌入可能な支持部１０６、１０６、・・・を設け、他端には工具ホルダ１０３のプルスタッド（被クランプ部）１０７を嵌合する工具クランプ部１０８、１０８、・・・を設けている。

ドローバ１０４は、バネ部材等の弾性部材により、主軸１０１側（上方）へ付勢してあり、図１１に示すように、クランプフィンガ１０２、１０２、・・・の支持部１０６、１０６、・・・を上方へ押し上げ、ドローバ１０４を押し下げない限り、クランプフィンガ１０２、１０２、・・・の支持部１０６、１０６、・・・が、外面に設けてある凹部１０５へ嵌入した状態となるよう配設してある。
特開２００３−２７５９３３号公報

しかし、上述した従来の工具クランプ機構１００では、工具ホルダ１０３のプルスタット（被クランプ部）１０７が、工具回転軸と略平行な円筒面を有する部分１０９を備えており、工具クランプ部１０８、１０８、・・・も工具回転軸と略平行な円筒面を有する部分１１０を備えている。したがって、工具クランプ部１０８、１０８、・・・のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因してプルスタット（被クランプ部）１０７の円筒面を有する部分１０９に接する高さとなった場合、プルスタット（被クランプ部）１０７の円筒面を有する部分１０９と工具クランプ部１０８、１０８、・・・の円筒面を有する部分１１０とが当接し、工具ホルダ１０３が下部に落下することなく、しかもスピンドルテーパ１１１に密着しない状態で接合されることがあった。

斯かる状態で主軸が高速回転した場合、回転により生じる遠心力により工具ホルダ１０３が不規則振動し、主軸ヘッドのスピンドルテーパ１１１を損傷するおそれがあるという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決すべく、工具クランプ部１０８、１０８、・・・のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して変動した場合であっても、工具ホルダ１０３は工具クランプ部１０８、１０８、・・・に接合されるか、又は接合されずに工具ホルダ１０３が下部に落下することで、主軸ヘッドのスピンドルテーパ１１１の損傷を未然に防止することができる工具クランプ機構、及びこの工具クランプ機構を備えた工作機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために第１発明に係る工具クランプ機構は、一端に工具を装着し、他端に被クランプ部を備える工具ホルダをクランプ又はアンクランプする工具クランプ部を有し、前記被クランプ部を、前記工具クランプ部でクランプすることにより、工具ホルダのクランプを行う工具クランプ機構において、前記工具クランプ部及び被クランプ部は、夫々との接触部分が中心軸を含む面内で鋭角をなしており、前記工具クランプ部の中心軸と前記被クランプ部の中心軸とが略一致する状態で、前記接触部分同士が線接触するようにしてあることを特徴とする。

第１発明に係る工具クランプ機構では、工具クランプ部及び被クランプ部の夫々との接触部分が、中心軸を含む面内で鋭角をなし、工具回転軸と略平行な円筒面を有しない。工具クランプ部のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して上下動し、接触部分同士が突き合わされた場合、両者は線接触し、工具ホルダは工具クランプ部により接合されるか、又は接合されずに下部に落下するか、のいずれかとなる。したがって、主軸の高速回転により生じる遠心力により工具ホルダが不規則振動し、主軸ヘッドのスピンドルテーパを損傷することを未然に防止することが可能となる。

また、第２発明に係る工具クランプ機構は、一端に工具を装着し、他端に被クランプ部を備える工具ホルダをクランプ又はアンクランプする工具クランプ部を有し、前記被クランプ部を、前記工具クランプ部でクランプすることにより、工具ホルダのクランプを行う工具クランプ機構において、前記被クランプ部は、前記工具クランプ部との接触部分が中心軸を含む面内で鋭角をなし、前記工具クランプ部は、前記被クランプ部との接触部分に二以上の球体を備えており、前記工具クランプ部の中心軸と前記被クランプ部の中心軸とが略一致する状態で、前記接触部分が前記球体の表面に点接触するようにしてあることを特徴とする。

第２発明に係る工具クランプ機構では、工具ホルダの被クランプ部が、中心軸を含む面内で鋭角をなす接触部分を有し、工具クランプ部が、被クランプ部との接触部分に球体を備える。工具クランプ部のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して上下動した場合、鋭角をなす接触部分が球体に点接触し、工具ホルダは工具クランプ部により接合されるか、又は接合されずに下部に落下するか、のいずれかとなる。したがって、主軸の高速回転により生じる遠心力により工具ホルダが不規則振動し、主軸ヘッドのスピンドルテーパを損傷することを未然に防止することが可能となる。

また、第３発明に係る工具クランプ機構は、第１又は第２発明において、前記工具ホルダの被クランプ部が、傾斜面又は曲面で構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る工具クランプ機構では、工具ホルダの被クランプ部が、鋭角をなす接触部分に連続する傾斜面又は曲面を備える。工具クランプ部のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して上下動した場合、工具ホルダは工具クランプ部により接合されるか、又は接合されず、傾斜面又は曲面に工具クランプ部が作用して下部に落下するか、のいずれかとなる。したがって、主軸の高速回転により生じる遠心力により工具ホルダが不規則振動し、主軸ヘッドのスピンドルテーパを損傷することを未然に防止することが可能となる。

また、第４発明に係る工作機械は、上述したいずれかの工具クランプ機構を備えることを特徴とする。

第４発明に係る工作機械では、被クランプ部及び工具クランプ部に工具回転軸と略平行な円筒面を有する部分が存在せず、工具クランプ部のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して上下動した場合、工具ホルダは工具クランプ部により接合されるか、又は接合されずに下部に落下するか、のいずれかとなる。したがって、主軸の高速回転により生じる遠心力により工具ホルダが不規則振動し、主軸ヘッドのスピンドルテーパを損傷することを未然に防止することが可能となる。

本発明によれば、被クランプ部及び工具クランプ部に工具回転軸と略平行な円筒面を有する部分が存在せず、工具クランプ部のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して上下動した場合、工具ホルダは工具クランプ部により接合されるか、又は接合されずに下部に落下するか、のいずれかとなる。したがって、主軸の高速回転により生じる遠心力により工具ホルダが不規則振動し、主軸ヘッドのスピンドルテーパを損傷することを未然に防止することが可能となる等の優れた効果を奏する。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。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言うまでもない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構を備えた工作機械の一部を示す断面図である。本実施の形態１に係る工具クランプ機構を備えた工作機械１は、基台（図示せず）に立設されたコラム１０、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、フレーム１６内に昇降可能に配設された主軸ヘッド２０、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に装着される工具ホルダ６０をクランプ又はアンクランプするための工具クランプ機構１００等より構成されている。

工作機械１の基台に対して、コラム１０は直立させて固定してあり、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を設けている。一対のガイドレール１２の間には、コラム１０の上部に配置されたＡＣサーボモータ４０により回転するボールねじ１４を配設している。主軸ヘッド２０は、背面にボールねじ１４に螺合するナット２３を装着しており、ＡＣサーボモータ４０の回転により、ガイドレール１２に沿って上下方向に移動する。

主軸ヘッド２０の前方には、中空円筒状の主軸２５が、複数の軸受５０、５０、・・・を介して鉛直軸線回りに回転自在に支持されている。主軸２５は、上端に有するカップリング５４を介して、主軸ヘッド２０の頂部に直立配置された駆動部である主軸モータ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。

図２は、本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構１００により工具ホルダ６０をクランプした状態を示す主軸２５の中心軸を含む面での模式断面図である。本実施の形態１では、ツールシャンクがＮＣ５である場合について説明する。工具クランプ機構１００は、主軸２５の内部に複数のクランプフィンガ２１、２１、・・・、例えば６本のクランプフィンガ２１、２１、・・・を設けている。すなわち、主軸２５は中空円筒形状をしており、下端部に工具ホルダ６０を装着するためのクランプフィンガ２１、２１、・・・を設けている。

クランプフィンガ２１、２１、・・・は、主軸２５の内面とドローバ２２の外面との間に挟持されており、一端には主軸２５の中心軸側へ突出し、ドローバ２２の摺動支持面に設けてある凹部２２１へ嵌入可能な支持部２１２、２１２、・・・を設け、他端には工具ホルダ６０のプルスタッド（被クランプ部）６１を嵌合する工具クランプ部２１１、２１１、・・・を設けている。

ドローバ２２は、バネ部材等の弾性部材により、主軸２５側（上方）へ付勢してあり、図２に示すように、クランプフィンガ２１、２１、・・・の支持部２１２、２１２、・・・を上方へ押し上げ、ドローバ２２を押し下げない限り、クランプフィンガ２１、２１、・・・の支持部２１２、２１２、・・・が、外面に設けてある凹部２２１へ嵌入した状態となるよう配設してある。

工具クランプ部２１１、２１１、・・・は、主軸２５の中心軸を含む平面での断面形状が、プルスタッド６１との接触部分で鋭角をなしており、プルスタッド６１も、主軸２５の中心軸を含む平面での断面形状が、工具クランプ部２１１、２１１、・・・との接触部分で鋭角をなしている。

以下、上述した構成の工具クランプ機構の動作について説明する。図２の状態からドローバ２２が工具ホルダ６０側（下方）へ摺動した場合、ドローバ２２の外面に設けた凹部２２１にクランプフィンガ２１、２１、・・・の支持部２１２が嵌入し、クランプフィンガ２１、２１、・・・の工具クランプ部２１１は、クランプフィンガ２１、２１、・・・の弾性力によって主軸２５の内面側へと付勢される。これにより、クランプフィンガ２１、２１、・・・の工具クランプ部２１１は、工具ホルダ６０のプルスタッド（被クランプ部）６１から離脱し、工具ホルダ６０が脱着される。

工具ホルダ６０を装着する場合、工具ホルダ６０を主軸２５の内面に沿って押し上げ、工具ホルダ６０のプルスタッド６１の外面に設けてあるテーパに沿ってクランプフィンガ２１、２１、・・・の工具クランプ部２１１、２１１、・・・が押し広げられる。工具クランプ部２１１、２１１、・・・がプルスタッド６１の最大周より大きく押し広げられ、プルスタッド６１の最大周部分より内側へ押し込まれた場合、工具クランプ部２１１、２１１、・・・は弾性反力によりプルスタッド６１と嵌合し、工具ホルダ６０は主軸２５のスピンドルテーパ２４に密着して装着される。

図３は、本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構１００による工具ホルダ６０のクランプが異常である状態を示す主軸２５の中心軸を含む面での模式断面図である。図３では、工具クランプ部２１１、２１１、・・・のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して変動した場合を示している。この場合、従来とは異なり、工具ホルダ６０のプルスタッド６１及び工具クランプ部２１１、２１１、・・・は円筒面部分を有していない。したがって、工具クランプ部２１１、２１１、・・・とプルスタッド６１とは、相互に線接触した状態となる。

通常は、工具クランプ部２１１、２１１、・・・の内周端部２１３、２１３、・・・と、プルスタッド６１の外周端部６１とは、いずれかの方が高い位置又は低い位置となる。工具クランプ部２１１、２１１、・・・の内周端部２１３、２１３、・・・の方がプルスタッド６１の外周端部６１１よりも低い位置である場合、プルスタッド６１は工具クランプ部２１１、２１１、・・・と嵌合し、図２の状態となる。

図４は、本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構１００による工具ホルダ６０が落下した状態を示す主軸２５の中心軸を含む面での模式断面図である。図４に示すように、工具クランプ部２１１、２１１、・・・の内周端部２１３、２１３、・・・の方がプルスタッド６１の外周端部６１１よりも高い位置である場合、プルスタッド６１は工具クランプ部２１１、２１１、・・・と嵌合することなく、工具ホルダ６０は落下する。

図３の状態では、工具クランプ部２１１、２１１、・・・の内周端部２１３、２１３、・・・とプルスタッド６１の外周端部６１１とは、略同じ高さであるが、両者が線接触している以上、不安定な状態である。したがって、上下いずれかの方向へ何らかの外力が作用した時点で、図２に示すように工具クランプ部２１１、２１１、・・・の内周端部２１３、２１３、・・・とプルスタッド６１の外周端部６１１とが嵌合するか、又は図４に示すように両者が嵌合することなく、工具ホルダ６０が落下するか、のいずれかとなる。

これにより、例えば切削工程を開始すべく主軸２５が高速回転を開始する時点で、工具ホルダ６０は、主軸２５のスピンドルテーパ２４に密着して接合してある状態、又は既に落下している状態である。したがって、工具ホルダ６０が落下している状態では、工具ホルダ６０によるスピンドルテーパ２４の損害が生じることは無く、工具ホルダ６０が主軸２５のスピンドルテーパ２４に密着して接合してある状態では、回転により生じる遠心力により工具ホルダ６０が不規則振動することがなく、主軸２５のスピンドルテーパ２４を損傷するおそれがない。

なお、上述した実施の形態１では、クランプフィンガ２１を複数設けた場合について説明しているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば支持部２１２で一体化され、スリット状に工具クランプ部２１１、２１１、・・・に分割した形態であっても良い。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る工具クランプ機構１００により工具ホルダ６０ａをクランプした状態を示す主軸２５の中心軸を含む面での模式断面図である。本実施の形態２では、ツールシャンクがＨＳＫである場合について説明する。工具クランプ機構１００は、主軸２５の内部に複数のクランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・、例えば６本のクランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・を設けている。すなわち、主軸２５ａは中空円筒形状をしており、下端部に工具ホルダ６０ａを装着するためのクランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・を設けている。

クランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・は、主軸２５ａの内面とドローバ２２ａの外面との間に挟持してあり、一端には主軸２５ａの中心軸側及び外側の双方へ突出した支持部２１２ａ、２１２ａ、・・・を設け、他端には工具ホルダ６０ａのプルスタッド（被クランプ部）６１ａを嵌合する工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・を設けている。

支持部２１２ａの主軸２５ａの外側へ突出した部分は、主軸２５ａの内面に設けてある凹部２５１ａに嵌入することができ、クランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・が、ドローバ２２ａの外面に設けてあるクランプコレット２２２により外側へ押し出された場合に嵌入する。

ドローバ２２ａは、バネ部材等の弾性部材により、主軸側（上方）へ付勢してあり、図５に示すように、外面に設けてあるクランプコレット２２２によりクランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・を外側へ押し出し、支持部２１２ａの主軸２５ａの外側へ突出した部分が、主軸２５ａの内面に設けてある凹部２５１ａに嵌入する位置となるようにしてある。

工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・は、主軸２５ａの中心軸を含む平面での断面形状が、プルスタッド６１ａとの接触部分で鋭角をなしており、プルスタッド６１ａも、主軸２５ａの中心軸を含む平面での断面形状が、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・との接触部分で鋭角をなしている。

以下、上述した構成の工具クランプ機構の動作について説明する。図５の状態からドローバ２２ａが工具ホルダ６０ａ側（下方）へ摺動した場合、ドローバ２２ａの外面に設けたクランプコレット２２２も下方へ摺動し、クランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・がクランプコレット２２２に沿って主軸２５ａの中心軸側へと移動する。これにより、クランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・の工具クランプ部２１１ａは、工具ホルダ６０ａのプルスタッド（被クランプ部）６１ａから離脱し、工具ホルダ６０ａが脱着される。

工具ホルダ６０ａを装着する場合、工具ホルダ６０ａを主軸２５ａの内面に沿って押し上げ、工具ホルダ６０ａのプルスタッド６１ａの内面に設けてあるテーパに沿ってクランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・が主軸２５ａの中心軸側へ押圧される。クランプフィンガ２１ａ、２１ａ、・・・がプルスタッド６１ａの内周より小さくなるまで押し込まれた場合、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・はドローバ２２ａの付勢力によりプルスタッド６１ａと嵌合し、工具ホルダ６０ａは主軸２５ａのスピンドルテーパ２４ａに密着して装着される。

図６は、本発明の実施の形態２に係る工具クランプ機構１００による工具ホルダ６０ａのクランプが異常である状態を示す主軸２５ａの中心軸を含む面での模式断面図である。図６では、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・のクランプ高さが、接合タイミングのズレ等に起因して変動した場合を示している。この場合、従来とは異なり、工具ホルダ６０ａのプルスタッド６１ａは円筒面部分を有していない。したがって、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・とプルスタッド６１ａとは、相互に線接触した状態となる。

通常は、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・の外周端部２１３ａ、２１３ａ、・・・と、プルスタッド６１ａの内周端部６１１ａとは、いずれかが高い位置又は低い位置となる。工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・の外周端部２１３ａ、２１３ａ、・・・の方がプルスタッド６１ａの内周端部６１１ａよりも低い場合、プルスタッド６１ａは工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・と嵌合し、図５の状態となる。

図７は、本発明の実施の形態２に係る工具クランプ機構１００による工具ホルダ６０ａが落下した状態を示す主軸２５ａの中心軸を含む面での模式断面図である。図７に示すように、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・の外周端部２１３ａ、２１３ａ、・・・の方がプルスタッド６１ａの内周端部６１１ａよりも高い場合、プルスタッド６１ａは工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・と嵌合することなく、工具ホルダ６０ａは落下する。

図６の状態では、工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・の外周端部２１３ａ、２１３ａ、・・・とプルスタッド６１ａの内周端部６１１ａとは、略同じ高さであるが、両者が線接触している以上、不安定な状態である。したがって、上下いずれかの方向へ何らかの外力が作用した時点で、図５に示すように工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・の外周端部２１３ａ、２１３ａ、・・・とプルスタッド６１ａの内周端部６１１ａとが嵌合するか、又は図７に示すように両者が嵌合することなく、工具ホルダ６０ａが落下するか、のいずれかとなる。

これにより、例えば切削工程を開始すべく主軸２５ａが高速回転を開始する時点で、工具ホルダ６０ａは、主軸２５ａのスピンドルテーパ２４ａに密着して接合してある状態、又は既に落下している状態である。したがって、工具ホルダ６０ａが落下している状態では、工具ホルダ６０ａによるスピンドルテーパ２４ａの損害が生じることは無く、工具ホルダ６０ａが主軸２５ａのスピンドルテーパ２４ａに密着して接合してある状態では、回転により生じる遠心力により工具ホルダ６０ａが不規則振動することがなく、主軸２５ａのスピンドルテーパ２４ａを損傷するおそれがない。

なお、上述した実施の形態２では、クランプフィンガ２１ａを複数設けた場合について説明しているが、特にこれに限定されるものではなく、例えば支持部２１２ａで一体化され、スリット状に工具クランプ部２１１ａ、２１１ａ、・・・に分割した形態であっても良い。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３に係る工具クランプ機構１００により工具ホルダ６０ｂをクランプした状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本実施の形態３では、ツールシャンクがＢＴである場合について説明する。工具クランプ機構１００は、主軸２５ｂの内部に工具クランプ部として機能する複数のクランプ鋼球２７、２７、・・・、例えば３個のクランプ鋼球２７、２７、・・・を設けている。すなわち、主軸２５ｂは中空円筒形状をしており、下端部に工具ホルダ６０ｂを装着するためのクランプ鋼球２７、２７、・・・を設けている。

クランプ鋼球２７、２７、・・・は、主軸２５ｂの内面に接するようにドローバ２２ｂ内部に嵌挿してあり、ドローバ２２ｂの摺動により周方向の位置が変動する。

ドローバ２２ｂは、バネ部材等の弾性部材により、主軸２５ｂ側（上方）へ付勢してあり、図８に示すように、主軸２５ｂの内面に設けてある凹部２５２へクランプ鋼球２７、２７、・・・が移動できない位置に配設してある。

プルスタッド６１ｂは、主軸２５ｂの中心軸を含む平面での断面形状が、クランプ鋼球２７、２７、・・・との接触部分で鋭角をなしている。したがって、プルスタッド６１ｂとクランプ鋼球２７、２７、・・・とは点接触することになる。

以下、上述した構成の工具クランプ機構１００の動作について説明する。図８の状態からドローバ２２ｂが工具ホルダ６０ｂ側（下方）へ摺動した場合、ドローバ２２ｂ内に嵌挿されているクランプ鋼球２７、２７、・・・も主軸２５ｂの内面に沿って下方へ押し下げられ、主軸２５ｂの内面の凹部２５２へと移動する。これにより、クランプ鋼球２７、２７、・・・は、工具ホルダ６０ｂのプルスタッド（被クランプ部）６１ｂから離脱し、工具ホルダ６０ｂが脱着される。

工具ホルダ６０ｂを装着する場合、工具ホルダ６０ｂを主軸２５ｂの内面に沿って押し上げ、工具ホルダ６０ｂのプルスタッド６１ｂの内面に設けてあるテーパに沿ってクランプ鋼球２７、２７、・・・が主軸２５ｂの周方向に押圧されるに伴い、ドローバ２２ｂが下方へ移動し、クランプ鋼球２７、２７、・・・が主軸２５ｂの内面の凹部２５２へ入り込む。クランプ鋼球２７、２７、・・・間をプルスタッド６１ｂが通過できるようになるまで入り込んだ場合、クランプ鋼球２７、２７、・・・の頂点を越えた段階で、ドローバ２２ｂの付勢力によりドローバ２２ｂが上方へ引き上げられ、クランプ鋼球２７、２７、・・・が主軸２５ｂの内面の凹部２５２から元へ戻る。これにより、クランプ鋼球２７、２７、・・・がプルスタッド６１ｂと嵌合し、工具ホルダ６０ｂは主軸２５ｂのスピンドルテーパ２４ｂに密着して装着される。

図９は、本発明の実施の形態３に係る工具クランプ機構１００による工具ホルダ６０ｂのクランプが異常である状態を示す主軸２５ｂの中心軸を含む面での模式断面図である。図９では、クランプ鋼球２７、２７、・・・の頂点位置が、接合タイミングのズレ等に起因して変動した場合を示している。この場合、従来とは異なり、工具ホルダ６０ｂのプルスタッド６１ｂは円筒面部分を有していない。したがって、クランプ鋼球２７、２７、・・・とプルスタッド６１ｂとは、相互に点接触した状態となる。

通常は、クランプ鋼球２７、２７、・・・の頂点と、プルスタッド６１ｂの内周端部６１１ｂとは、いずれかが高い位置又は低い位置となる。クランプ鋼球２７、２７、・・・の頂点の方がプルスタッド６１ｂの内周端部６１１ｂよりも低い場合、プルスタッド６１ｂはクランプ鋼球２７、２７、・・・と嵌合し、図８の状態となる。

図１０は、本発明の実施の形態３に係る工具クランプ機構１００による工具ホルダ６０ｂが落下した状態を示す主軸２５ｂの中心軸を含む面での模式断面図である。図１０に示すように、クランプ鋼球２７、２７、・・・の頂点の方がプルスタッド６１ｂの内周端部６１１ｂよりも高い場合、プルスタッド６１ｂはクランプ鋼球２７、２７、・・・と嵌合することなく、工具ホルダ６０ｂは落下する。

図９の状態では、クランプ鋼球２７、２７、・・・の頂点とプルスタッド６１ｂの内周端部６１１ｂとは、略同じ高さであるが、両者が点接触している以上、不安定な状態である。したがって、上下いずれかの方向へ何らかの外力が作用した時点で、図８に示すようにクランプ鋼球２７、２７、・・・とプルスタッド６１ｂとが嵌合するか、又は図１０に示すように両者が嵌合することなく、工具ホルダ６０ｂが落下するか、いずれかとなる。

これにより、例えば切削工程を開始すべく主軸２５ｂが高速回転を開始する時点で、工具ホルダ６０ｂは、主軸２５ｂのスピンドルテーパ２４ｂに密着して接合してある状態、又は既に落下している状態である。したがって、工具ホルダ６０ｂが落下している状態では、工具ホルダ６０ｂによるスピンドルテーパ２４ｂの損害が生じることは無く、工具ホルダ６０が主軸２５のスピンドルテーパ２４に密着して接合してある状態では、回転により生じる遠心力により工具ホルダ６０ｂが不規則振動することがなく、主軸２５ｂのスピンドルテーパ２４ｂを損傷するおそれがない。

以上のように本実施の形態１乃至３によれば、工具ホルダ６０ｂは、主軸２５ｂのスピンドルテーパ２４ｂに密着して接合するか、落下するかのいずれかであることから、主軸２５ｂの回転により生じる遠心力により工具ホルダ６０ｂが不規則振動することがなく、主軸２５ｂのスピンドルテーパ２４ｂを損傷しないという優れた効果を奏する。

なお、本実施の形態１乃至３によれば、工具ホルダ６０ｂのプルスタッド６１ｂは、主軸２５ｂの中心軸を含む平面での断面形状が、いずれも接触部分で鋭角をなしている。これにより、プルスタッド６１ｂと工具クランプ部とは線接触又は点接触することになり、上述した効果を奏することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構を備えた工作機械の一部を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構により工具ホルダをクランプした状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構による工具ホルダのクランプが異常である状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態１に係る工具クランプ機構による工具ホルダが落下した状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態２に係る工具クランプ機構により工具ホルダをクランプした状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態２に係る工具クランプ機構による工具ホルダのクランプが異常である状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態２に係る工具クランプ機構による工具ホルダが落下した状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態３に係る工具クランプ機構により工具ホルダをクランプした状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態３に係る工具クランプ機構による工具ホルダのクランプが異常である状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。本発明の実施の形態３に係る工具クランプ機構による工具ホルダが落下した状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。従来の工具クランプ機構により工具ホルダをクランプした状態を示す主軸の中心軸を含む面での模式断面図である。

符号の説明

２０主軸ヘッド
２１、２１ａクランプフィンガ
２２、２２ａ、２２ｂドローバ
２４、２４ａ、２４ｂスピンドルテーパ
２５、２５ａ、２５ｂ主軸
２７クランプ鋼球
６０、６０ａ、６０ｂ工具ホルダ
６１、６１ａ、６１ｂプルスタッド（被クランプ部）
１００工具クランプ機構
２１１、２１１ａ、２１１ｂ工具クランプ部

Claims

一端に工具を装着し、他端に被クランプ部を備える工具ホルダをクランプ又はアンクランプする工具クランプ部を有し、
前記被クランプ部を、前記工具クランプ部でクランプすることにより、工具ホルダのクランプを行う工具クランプ機構において、
前記工具クランプ部及び被クランプ部は、夫々との接触部分が中心軸を含む面内で鋭角をなしており、
前記工具クランプ部の中心軸と前記被クランプ部の中心軸とが略一致する状態で、前記接触部分同士が線接触するようにしてあることを特徴とする工具クランプ機構。
一端に工具を装着し、他端に被クランプ部を備える工具ホルダをクランプ又はアンクランプする工具クランプ部を有し、
前記被クランプ部を、前記工具クランプ部でクランプすることにより、工具ホルダのクランプを行う工具クランプ機構において、
前記被クランプ部は、前記工具クランプ部との接触部分が中心軸を含む面内で鋭角をなし、前記工具クランプ部は、前記被クランプ部との接触部分に二以上の球体を備えており、前記工具クランプ部の中心軸と前記被クランプ部の中心軸とが略一致する状態で、前記接触部分が前記球体の表面に点接触するようにしてあることを特徴とする工具クランプ機構。
前記工具ホルダの被クランプ部は、傾斜面又は曲面で構成してあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具クランプ機構。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の工具クランプ機構を備えることを特徴とする工作機械。