JP4880279B2 - 工具アンクランプ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、工具アンクランプ装置に関し、より特定的には、工作機械の主軸に装着した工具を交換する際に、主軸にクランプされた工具を解放してアンクランプ状態とすることが可能な工具アンクランプ装置に関する。
従来から、工具を収納した工具マガジンや自動的に工具を交換可能な工具交換装置を備えた工作機械は知られている。このような工作機械の主軸は、当該主軸に装着された工具を工具交換装置によって自動的に交換できるように、工具を自動的に着脱可能な構造を有している。
工作機械の主軸に装着された工具を交換する際には、工作機械の主軸から工具を解放する必要があるが、その際に工具着脱装置が用いられる。この工具着脱装置の一例が、特開平6−63806号公報に記載されている。
特開平6−63806号公報
特開平6−63806号公報に記載された工具着脱装置では、電動モータでカムを回転させて機械的にドローバーを押し下げて工具ホルダーを解放させているので、油圧シリンダを用いてドローバーを駆動する場合と比較すると、応答性が良好で高速動作も可能となる。
しかし、電動モータからの駆動力のみでドローバーを駆動するには高出力が可能な大型のモータを使用する必要がある。そのため、モータの設置位置の自由度が低下することに加えて、工具着脱装置が大型化するという問題があった。
つまり、従来の工具着脱装置では、1つの駆動源からの動力のみを用いて工具ホルダーを解放させていたため、駆動源の設置位置の自由度が低下するばかりでなく、工具着脱装置自体も大型化するという問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高出力でかつコンパクト化することが可能な工具アンクランプ装置を提供することを目的とする。
本発明に係る工具アンクランプ装置は、工作機械の主軸にクランプされた工具をアンクランプ状態とすることが可能な装置であって、ケーシングと、該ケーシングに設置され工具をアンクランプ状態とする際に必要な動力を出力可能な出力軸と、出力軸を駆動するための動力を与えることが可能な動力源と、動力源からの動力を出力軸に伝達する動力伝達機構と、動力源からの動力に加えて、該動力伝達機構に工具をアンクランプ状態とするための補助動力を与えることが可能な補助動力源とを備える。
上記動力源は、好ましくは、機械的な力を動力として与えることが可能な要素であるモータを含む。他方、補助動力として、機械的な力を与えてもよいが、機械的な力以外の力を与えてもよい。また、補助動力の大きさは、典型的には、動力源からの動力よりも小さいものであるが、動力源からの動力と同等のものであってもよい。
上記補助動力源は、好ましくは、補助動力として、流体からの圧力、弾性部材からの弾性力、および電磁力から選ばれた少なくとも1つの力を動力伝達機構に与える。上記補助動力源は、より好ましくは、内部に収容したガスからの圧力を動力伝達機構に与えるガスシリンダを含む。
上記動力伝達機構は、好ましくは、動力源からの動力により回転駆動され出力軸を押圧するなどして直接または間接的に出力軸を往復動させることが可能な偏心カムと、該偏心カムと同軸に設けられたクランクアームと、該クランクアームに設けられた連結ピンなどの連結部材と、該連結部材を介してクランクアームと機械的に接続され回動可能なレバーとを有する。この場合、該レバーに補助動力源からの補助動力を作用させることが好ましい。しかし、レバー以外の動力伝達機構内の要素に補助動力源からの補助動力を作用させることも考えられる。
上記レバーに分岐部を設け、該分岐部に補助動力源からの補助動力を作用させることが好ましい。また、上記レバーに連結部材を受入れる凹部を設けてもよい。この場合、該凹部は、工具をクランプする際に連結部材を受入れる第1部分と、該第1部分の延在方向と交差する方向に延在し工具をアンクランプ状態とする際に連結部材を受入れる第2部分とを含むことが好ましい。
上記動力伝達機構は、好ましくは、出力軸を押圧する第1偏心カムと、該第1偏心カムと同軸あるいは異なる軸上に設けられ補助動力源からの補助動力を第1偏心カムに伝達する第2偏心カムとを含む。また、動力伝達機構は、補助動力源と第2偏心カムとの間に回動可能に設置され中央部に押圧部を有するレバーを含むものであってもよい。この場合、レバーの先端部に補助動力源からの補助動力を作用させ、押圧部を介して第2偏心カムに補助動力を作用させるようする。第2偏心カムの表面に押圧部の一部を受入れる凹部を設けることが好ましい。
本発明に係る工具アンクランプ装置は、動力源と補助動力源とを備えているので、これらの動力源からの動力を利用することができる。それにより、高出力が可能な大型の単一の動力源を使用する必要がなくなり、動力源の設置位置の自由度を向上することができるとともに各動力源を小型化することもできる。その結果、高出力でかつコンパクト化された工具アンクランプ装置が得られる。
以下、図1〜図10を用いて本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の1つの実施の形態における工具アンクランプ装置の部分断面平面図であり、図2は、本実施の形態における工具アンクランプ装置の特徴的な内部構造を示す部分断面側面図である。
本実施の形態における工具アンクランプ装置は、工作機械の主軸に装着された工具をクランプ状態からアンクランプ状態とすることが可能な装置であり、典型的には出力部から出力される力を他の部材に与えることで、工作機械の主軸に装着された工具をクランプ状態からアンクランプ状態とする機能を有する装置である。
図1に示すように、本実施の形態における工具アンクランプ装置1は、ケーシング2と、該ケーシング2に設置され工具をクランプ状態からアンクランプ状態とする際に必要な動力を出力可能な出力軸11と、出力軸11を駆動するための動力を与えることが可能なモータ(動力源)3と、モータ3からの動力を出力軸11に伝達する動力伝達機構と、動力伝達機構に補助動力を与えることが可能なガスシリンダ(補助動力源)4とを備える。
上記のように本実施の形態では、工具アンクランプ装置1は、動力源としてのモータ3と、補助動力源としてのガスシリンダ4とを備えている。つまり、本実施の形態における工具アンクランプ装置1は複数の動力源を備えることとなる。そのため、複数の動力源からの動力を利用することができ、高出力が可能な大型の単一の動力源を使用する必要がなくなる。その結果、動力源であるモータ3やガスシリンダ4の設置位置の自由度を向上することができるとともに、モータ3やガスシリンダ4自体を小型化することもできる。その結果、高出力でかつコンパクト化された工具アンクランプ装置1が得られる。
また、動力源として機械的な力を発生可能なモータ3を使用することにより、油圧を動力として使用する場合と比較して、各種配管、バルブ、タンク等の設備が不要となり、設備を簡素化および小型化することができる。また、応答性も向上することができ、油漏れの問題も回避することができる。
上記のように補助動力源としてのガスシリンダ4を設置しているので、モータ3としては、比較的小型である400Wのギアモータを使用可能である。このモータはコンパクトでかつ軽量であるので、主軸ユニット上にモータ3を設置することができる。該モータ3は、駆動軸3aを有し、該駆動軸3aの外周にはギアが形成されている。
動力伝達機構は、回転軸6と、回転軸8aと、偏心カム8と、カムフォロア9と、レバー12と、軸部14と、カムフォロア13と、連結ピン(連結部材)15と、クランクアーム16とを有する。
回転軸6は、モータ3からの動力を回転軸8aに伝達する。該回転軸6は、モータ3の駆動軸3aの外周に設けられたギアと噛合うギア(減速ギア)5を一端に有し、他端にギア6aを有する。回転軸8aは、回転軸6の他端に設けられたギア6aと噛合うギア7と、偏心カム8とを有する。
偏心カム8は、モータ3からの動力により回転駆動され出力軸11を押圧して往復動させる。該偏心カム8は、相対的に半径の大きな大径部(径方向外方に膨出する膨出部:押圧部)と、相対的に半径の小さな小径部とを有しており、大径部で出力軸11を押圧することで出力軸11を下方に向けて前進させることができ、小径部が出力軸11上に位置した際に、出力軸11を上方に向けて後退させることができる。図1の例では、偏心カム8と出力軸11とは接続機構を介して機械的に接続され、該接続機構を介して偏心カム8によって間接的に押圧されることで出力軸11が進退(往復動)可能となっているが、偏心カム8により直接出力軸11を押圧して往復動させてもよい。偏心カム8と出力軸11とを機械的に接続する接続機構としては、偏心カム8と出力軸11との間で動力を伝達可能な様々な要素を採用可能であるが、図1の例では、上記接続機構の一部としてカムフォロア9を設置している。該カムフォロア9は、偏心カム8と出力軸11との間に設けられ、軸部と、該軸部外周に装着され回転可能なリング状部材とを含む。
図1および2に示すように、レバー12は、軸部14の周りに回動可能に設けられ、連結ピン15を受入れる凹部12bを有する。該凹部12bは屈曲状であり、第1と第2部分12b1,12b2を有する。第1と第2部分12b1,12b2は、ともに直線状であり、第2部分12b2は第1部分12b1の延在方向と交差する方向に延在する。この第1と第2部分12b1,12b2のなす角度θは、たとえば150度程度である。
上記のように凹部12bを屈曲形状とすることで、工具のクランプ動作の際とアンクランプ動作の際に連結ピン15を適切な位置に案内することができる。具体的には、工具のクランプ動作の際には第1部分12b1内に連結ピン15を受入れ、該第1部分12b1に沿って連結ピン15を移動させることができ、工具のアンクランプ動作の際には連結ピン15を第2部分12b2内に受入れ、該第2部分12b2に沿って連結ピン15を移動させることができる。なお、図1および図2の例では、レバー12に連結ピン15を受入れる凹部12bを設ける場合について説明したが、凹部12bの代わりに貫通孔を設けることも可能である。
レバー12は、図2に示すように、分岐部(突出部)12aを有する。該分岐部12aは、レバー12本体から突出するように設けられ、先端部近傍にカムフォロア13を有する。本実施の形態では、この分岐部12aにガスシリンダ4からの補助動力を作用させている。しかし、レバー12における分岐部12a以外の箇所に補助動力を作用させることも考えられる。また、動力伝達機構内の要素であってレバー12以外の要素にガスシリンダ4からの補助動力を作用させることも考えられる。
クランクアーム16は、偏心カム8と同軸に設けられ、該クランクアーム16に上記の連結ピン15が設けられる。この連結ピン15を介してクランクアーム16とレバー12とが機械的に接続される。図1および図2に示すように、連結ピン15は、クランクアーム16に取付けられた軸部の外周に回転自在に装着されたリング状部材で構成される。なお、クランクアーム16とレバー12とを連結する連結部材の一例として連結ピン15を挙げたが、クランクアーム16とレバー12とを連結可能な要素であれば連結ピン15以外の各種要素を採用することができる。
動力伝達機構に加えられる補助動力としては、機械的な力であってもよいが、機械的な力以外の力を与えてもよい。本実施の形態では、補助動力源としてのガスシリンダ4を設け、気体からの圧力を補助動力として動力伝達機構に作用させている。このガスシリンダ4の構造例を図10に示す。
図10に示すように、ガスシリンダ4は、ケーシング4aと、ガス収容空間4bと、押圧部4cとを備える。ガス収容空間4b内には、たとえば窒素ガスなどのガスを充填する。このガスの初期充填圧力はたとえば3〜14Mpa程度とすることができる。押圧部4cは、進退(往復動)可能にケーシングに装着され、押圧部4cのストローク量に応じた所望のクッション力が得られる。このガスシリンダ4としては、高さ50mm〜200mm程度、幅30mm〜40mm程度、質量0.2kg〜1kg程度の小型で軽量のものを使用可能である。
補助動力としては、上記のような流体からの圧力以外に、弾性部材からの弾性力や電磁力、あるいはこれらを組合せた力を使用することも考えられる。たとえば、ガスシリンダ4の代わりにバネなどの弾性部材を採用することも可能である。また、ガスシリンダ4等から得られる補助動力の大きさは、典型的には、モータ3からの動力よりも小さいものであるが、モータ3からの動力と同等程度のものとしてもよい。
出力軸11は、図1および図2の例では、ケーシング2から突出するように設けられた突壁部17に進退(往復動)可能に装着される。突壁部17は、内部にバネ収容空間を形成するようにケーシング2から突出しており、該突壁部17の内部にコイルバネ10などの弾性部材が設置される。より詳しくは、コイルバネ10は、出力軸11の一端に取付けられた拡径部(ベース部)11aと、突壁部17において屈曲した先端部との間に設置され、出力軸11をケーシング2の内方側に常時付勢する。
次に、図3を用いて、実際に工具をクランプした状態の工作機械の主軸とその近傍の構造の一例について説明する。
図3に示すように、上記の工具アンクランプ装置1の出力軸11の直下に後述するドローバー19が位置するように、工作機械の主軸ユニットは、工具アンクランプ装置1の下方に配置される。
工作機械の主軸18は、中空構造を有しており、主軸ヘッド20に挿通される。該主軸18の外周面と主軸ヘッド20の内周面との間には軸受けを設置し、主軸18は該軸受けに支持される。
主軸18内にドローバー19を挿入し、ドローバー19の周囲には複数の皿バネ21を設置する。この皿バネ21により、ドローバー19を常に上方(工具アンクランプ装置1側)に付勢することができる。ドローバー19は、上下方向に移動可能であり、工具アンクランプ装置1の出力軸11を下方に移動させて押圧することで下方に駆動され、出力軸11を上昇させることで皿バネ21の付勢力(弾性力)により上方に駆動することができる。
ドローバー19の下端にはコレット22を設ける。図3の例では、コレット22にボール26を装着している。主軸18の内周面には凹部27を設け、工具アンクランプ装置1の出力軸11でドローバー19を押圧して下方に移動させた際にコレット22の先端部を凹部27内に受入れ可能とする。コレット22の先端部が凹部27内に移動すると、コレット22の先端部が開くとともに、コレット22に保持されたボール2は外方に移動する。それにより、工具のクランプ状態が解除され、工具のアンクランプ状態が実現する。
主軸18の内周面の下端部にはテーパ部を設け、このテーパ部に当接した状態で、図3に示すように、工具ホルダ24を主軸18に保持することができる。工具ホルダ24はプルスタッド23を有しており、このプルスタッド23の先端部を上記のコレット22でクランプして保持することができる。工具ホルダ24には工具25が保持される。
次に、図4〜図9を用いて、上記の構成を有する工具アンクランプ装置1の動作について説明する。
まず、工具25をアンクランプする際の動作について説明する。図2に示す初期状態からモータ3を作動させ、動力伝達機構を介して偏心カム8を図4に示す矢印28に従う方向に少し回転駆動する。アンクランプ動作は、図2に示す初期状態から偏心カム8を少し回転させた図4に示す状態から開始することができる。
図4に示す状態からさらにモータ3を作動させ、図5に示すように、偏心カム8を矢印28に従う方向に回転駆動する。このとき、ガスシリンダ4からの押圧力(補助動力)が押圧部4cおよびカムフォロア13を介してレバー12の分岐部12aに作用しているが、当該押圧力により連結ピン15に矢印29で示される方向の力を作用させることができる。この矢印29で示される方向の力は、図4および図5に示すように、矢印28で示される方向と同方向の成分を有していることから、ガスシリンダ4からの押圧力(補助動力)によって、連結ピン15に対し、矢印28で示される方向と同方向の力を作用させることができる。つまり、モータ3からの動力と、ガスシリンダ4からの補助動力との双方で偏心カム8を矢印28に従う方向に回転駆動することができる。その結果、図5に示すように、出力軸11を図4の状態よりも下方に突出させることができる。
その後、図6に示すように、モータ3からの動力と、ガスシリンダ4からの補助動力との双方によって偏心カム8をさらに矢印28の方向に回転駆動させ、出力軸11を図5の状態よりもさらに下方に突出させる。このとき、ガスシリンダ4の押圧部4cは、図5の状態よりもさらに突出することとなる。
上記のように出力軸11を下方に突出させることにより、出力軸11で、図3に示す主軸18内のドローバー19を下方に押圧することができ、皿バネ21からの付勢力(弾性力)に抗してドローバー19を所定量だけ下降させることができる。それにより、コレット22の先端部を図3に示す凹部27内に移動させることができ、コレット22による、工具ホルダ24におけるプルスタッド23のクランプ状態を解除することができる。その結果、工具ホルダ24に保持された工具25をアンクランプ状態とすることができ、工具25を交換することができる。
次に、工具25のアンクランプ状態を解除してクランプ状態に移行する際の動作について説明する。
図6に示す状態からさらにモータ3を作動させて偏心カム8を矢印28の方向に回転駆動すると、図7に示す状態となる。この状態から工具25のクランプ動作を開始することができる。
図7に示す状態からさらにモータ3を作動させ、図8に示すように、偏心カム8を矢印28に従う方向に回転駆動する。この段階においても、ガスシリンダ4からの押圧力(補助動力)が押圧部4cおよびカムフォロア13を介してレバー12の分岐部12aに作用しているが、当該押圧力により連結ピン15に作用する力は、図7および図8において矢印29で示されるように、モータ3から得られる矢印28の方向の力とは逆方向に作用することとなる。
しかし、モータ3から得られる動力を、ガスシリンダ4からの押圧力(補助動力)よりも大きい値とすることにより、偏心カム8を矢印28で示される方向に回転駆動することができる。また、クランプ動作の際には、出力軸11をコイルバネ10からの付勢力に抗して下降させることができるような大きな動力は必要なく、偏心カム8を回転駆動するのに必要な動力は、アンクランプ動作の場合と比較して小さいもので足りる。よって、モータ3からの動力のみによって偏心カム8を矢印28に従う方向に回転駆動することができる。その結果、図8に示すように、偏心カム8における大径部(径方向外方に膨出する膨出部:押圧部)がカムフォロア9から遠ざかることとなり、主としてコイルバネ10の付勢力によって出力軸11を図7の状態よりも上方に移動させることができる。このとき、ガスシリンダ4の押圧部4cは、図7の状態よりもガスシリンダ4のケーシング内に押し込まれることとなる。
その後、図9に示すように、主としてモータ3からの動力によって偏心カム8をさらに矢印28の方向に回転駆動する。それにより、出力軸11を図8の状態よりもさらに上方に移動させるとともに、ガスシリンダ4の押圧部4cを、図8の状態よりもさらにガスシリンダ4のケーシング内に押し込むことができる。
上記のように出力軸11を上方に移動させることにより、出力軸11からの下方への押圧力が、図3に示す主軸18内のドローバー19に付与されるのを阻止することができる。それにより、皿バネ21の付勢力によってドローバー19を上昇させることができ、コレット22の先端部を図3に示す凹部27内から引き上げることができる。その結果、コレット22によって、工具ホルダ24におけるプルスタッド23をクランプすることができ、工具ホルダ24とともに工具25を主軸18に保持することができる。
次に、図11〜図14を用いて、本発明の他の実施の形態とその変形例について説明する。図11はこの他の実施の形態における工具アンクランプ装置1の部分断面図であり、図12は図11に示す工具アンクランプ装置1のケーシング2を側方から見た断面図である。
図11に示すように、工具アンクランプ装置1は、ケーシング2と、モータ3と、ガスシリンダ4と、フレーム33と、主軸18と、ドローバー19と、主軸ヘッド20と、皿バネ21とを備える。
ケーシング2内には、動力伝達機構として機能する各種要素が組み込まれる。具体的には、ケーシング2に回転可能に支持される回転軸8aと、この回転軸8aの外周上に取付けられる偏心カム(第1偏心カム:板カム)8および補助偏心カム(第2偏心カム:板カム)32と、レバー31と、該レバー31に取付けられるカムフォロア30,39と、偏心カム8に押圧され、出力軸11に保持されるカムフォロア9とが、ケーシング2内に設置される。
偏心カム8および補助偏心カム32は、回転軸8aとともに回転する。図11の例では偏心カム8と補助偏心カム32とは一体化されているが、偏心カム8と補助偏心カム32とを別体としてもよい。また、図11の例では偏心カム8と補助偏心カム32とは実質的に同一形状を有している(輪郭曲線が実質的に同一)が、偏心カム8の形状と補助偏心カム32の形状とを異ならせてもよい。さらに、偏心カム8と補助偏心カム32の大きさを異ならせることも考えられる。たとえば偏心カム8と補助偏心カム32を相似形状としてもよい。また、図11の例では、偏心カム8と補助偏心カム32の各回転角における変位量が一致しているが、偏心カム8と補助偏心カム32の各回転角における変位量を異ならせるようにしてもよい。また、図11の例では偏心カム8と補助偏心カム32とを同軸に設けているが、これらをそれぞれ異なる回転軸に設け、各回転軸同士をギアなどを介して接続し、相互に動力を伝達可能としてもよい。
レバー31は、図11および図12に示すように、軸部38を介して回動可能にケーシング2内に設置され、1組の板状部材を組合わせて構成される。このレバー31は、ガスシリンダ4と補助偏心カム32との間の空間に配置され、先端部にカムフォロア30を有し、中央部にカムフォロア39を有する。なお、この「中央部」とは、本願明細書では、レバー31においいて、その先端部と軸部38との間に位置する部分をいう。
カムフォロア30は、ガスシリンダ4の押圧部により押圧される部分であり、レバー31の補助動力作用部として機能する。よって、ガスシリンダ4の押圧部により押圧可能であれば、カムフォロア30以外の任意の構成を採用することができる。
他方、カムフォロア39は、補助偏心カム32を押圧することでガスシリンダ4からの補助動力を補助偏心カム32に伝達する押圧部として機能する。よって、当該機能を達成できるものであれば、カムフォロア39以外の任意の構成を採用することができる。また、カムフォロア39の設置位置は、図12の例ではレバー31の略中央部であるが、軸部38とカムフォロア30との間であればよく、軸部38とカムフォロア30のいずれか一方寄りの位置に設けてもよい。このように、軸部38とカムフォロア30との間にカムフォロア39を配置することにより、ガスシリンダ4から出力される補助動力が比較的小さい値であっても、大きな補助動力を補助偏心カム32に与えることができる。この観点からは、カムフォロア39は軸部38に近い位置に配置するのが好ましいといえる。
図11の例では、偏心カム8は、カムフォロア9を介して出力軸11を押圧する。この出力軸11は、凹部11bと脚部11cとを有し、フレーム33に挿通される。脚部11cには貫通孔が設けられ、該貫通孔にプレート35を受け入れる。プレート35は、フレーム33に固定され、該フレーム33は支持ボルト36を介して主軸ヘッド20に支持される。上記のプレート35には油通路を設け、ドローバー19の内部を通して主軸18内に油を供給可能とする。
出力軸11の凹部11b内には支持部材42を設置しており、この支持部材42をも貫通するようにプレート35は設置される。支持部材42と出力軸11との間にコイルバネ34を設置し、支持部材42はコイルバネ34の一端を支持し、コイルバネ34によって出力軸11を偏心カム8側に付勢する。
出力軸11の脚部11cに設けた貫通孔の幅(出力軸11の軸方向の幅:図11における上下方向の幅)は、プレート35の厚みより大きいので、出力軸11は軸方向(図11における上下方向)に移動可能となる。また、脚部11cの先端には、押圧部37が取付けられ、該押圧部37によってドローバー19を押圧することができる。上記以外の構成については、前述の実施の形態の場合と概ね同様である。
次に、本実施の形態における工具アンクランプ装置1の動作について説明する。
図11に示す状態からモータ3を作動させ、動力伝達機構を介して偏心カム8と補助偏心カム32とを図12に示す矢印に従う方向に回転駆動する。それにより、カムフォロア9を介して出力軸11を押圧することができる。このとき、補助偏心カム32には、ガスシリンダ4からの押圧力がレバー31のカムフォロア30を介して作用しており、当該押圧力によっても補助偏心カム32は回転駆動される。これが補助トルクとなり、モータ3からの回転トルクと補助トルクとの双方で、出力軸11を押圧することができる。それにより、出力軸11を図11における下方に移動させることができ、押圧部37を介してドローバー19を下方に押圧することができる。
そして、皿バネ21からの付勢力(弾性力)に抗してドローバー19を所定量だけ下降させると、コレット(図示せず)の先端部を凹部内に移動させて開かせることができ、コレットによる、工具ホルダにおけるプルスタッドのクランプ状態を解除することができる。その結果、工具ホルダに保持された工具をアンクランプ状態とすることができ、工具を交換することができる。
上記の状態からさらにモータ3を作動させて偏心カム8を図12の矢印の方向に回転駆動すると、偏心カム8から出力軸11への押圧力が徐々に減じられる。この段階においても、ガスシリンダ4からの押圧力は補助偏心カム32に作用しているが、モータ3から得られる動力の方が、ガスシリンダ4からの押圧力よりも大きいので、偏心カム8とともに補助偏心カム32を図12の矢印の方向に回転駆動することができる。その結果、偏心カム8における大径部(径方向外方に膨出する膨出部:押圧部)がカムフォロア9から遠ざかることとなり、コイルバネ34の付勢力によって出力軸11を上方に移動させることができる。
このように出力軸11を上方に移動させることにより、出力軸11からの下方への押圧力がドローバー19に付与されなくなり、皿バネ21の付勢力によってドローバー19を上昇させることができる。それにより、コレットの先端部を上記の凹部内から引き上げることができ、コレットによって、工具ホルダにおけるプルスタッドをクランプすることができ、工具ホルダとともに工具を主軸18に保持することができる。
次に、図13を用いて、補助偏心カム32の変形例について説明する。
図13に示すように、補助偏心カム32の表面に凹部40a,40bを設けてもよい。この凹部40a,40bは、押圧部であるカムフォロア39の一部を受け入れるものであり、凹部40a,40bの位置を検出することで、補助偏心カム32の回転角を検知することができる。図13の例では回転角で180度ずれた位置に2つの凹部40a,40bを設けているので、たとえば回転角が0度である初期位置と、初期位置から180度回転した位置を検出することができる。また、図13の例では、偏心カム8と補助偏心カム32とが同一形状であり、回転角度も一致しているので、容易に偏心カム8の回転角度を検知することもできる。なお、凹部の数は任意に設定可能である。たとえば回転角で90度ずれた位置に4つの凹部を設けることも考えられる。
次に、図14を用いて、本実施の形態の変形例について説明する。
図14に示すように、本変形例では、レバーを介するのではなく、カムフォロア30を保持する保持部材41を介して補助偏心カム32にガスシリンダ4からの補助動力を直接作用させている。また、保持部材41を案内する筒状のガイド壁をケーシング2の上面に突設している。これ以外の構成については、上述の実施の形態の場合と基本的に同様である。
本変形例のように、ガスシリンダ4の直下に補助偏心カム32を配置して補助動力を作用させた場合には、レバーを介して補助動力を作用させた場合のように大きな動力を作用させることは困難であるが、簡易な機構で必要な補助動力を補助偏心カム32に作用させることができる。また、本変形例の場合も、補助偏心カム32の表面に回転位置検出用の凹部を設けることで、補助偏心カム32や偏心カム8の回転角度を検知することができる。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
本発明は、工作機械の主軸に装着した工具を交換する際に使用可能な工具アンクランプ装置に有効に利用される。
本発明の1つの実施の形態における工具アンクランプ装置を示す部分断面平面図である。 図1に示す工具アンクランプ装置の部分断面側面図である。 図1に示す工具アンクランプ装置を使用可能な工作機械の主軸とその近傍の構造例を示す断面図である。 図1に示す工具アンクランプ装置におけるアンクランプ動作の第1段階を示す図である。 図1に示す工具アンクランプ装置におけるアンクランプ動作の第2段階を示す図である。 図1に示す工具アンクランプ装置におけるアンクランプ動作の第3段階を示す図である。 図1に示す工具アンクランプ装置におけるクランプ動作の第1段階を示す図である。 図1に示す工具アンクランプ装置におけるクランプ動作の第2段階を示す図である。 図1に示す工具アンクランプ装置におけるクランプ動作の第3段階を示す図である。 ガスシリンダの構造例を示す部分断面図である。 本発明の他の実施の形態における工具アンクランプ装置の一部を示す部分断面正面図である。 図11に示す工具アンクランプ装置の一部を示す断面図である。 図12に示す構造の変形例を示す断面図である。 図11に示す工具アンクランプ装置の変形例を示す部分断面図である。
符号の説明
1 工具アンクランプ装置、2,4a ケーシング、3 モータ、3a 駆動軸、4 ガスシリンダ、4b ガス収容空間、4c 押圧部、5,6a,7 ギア、6,8a 回転軸、8 偏心カム、9,13,30,39 カムフォロア、10,34 コイルバネ、11 出力軸、11a 拡径部、11b 凹部、11c 脚部、12,31 レバー、12a 分岐部、12b,40a,40b 凹部、12b1 第1部分、12b2 第2部分、14,38 軸部、15 連結ピン、16 クランクアーム、17 突壁部、18 主軸、19 ドローバー、20 主軸ヘッド、21 皿バネ、22 コレット、23 プルスタッド、24 工具ホルダ、25 工具、26 ボール、27 凹部、28,29 矢印、32 補助偏心カム、33 フレーム、35 プレート、36 支持ボルト、37 押圧部、41 保持部材、42 支持部材。

Claims (9)

  1. 工作機械の主軸にクランプされた工具をアンクランプ状態とすることが可能な工具アンクランプ装置であって、
    ケーシングと、
    前記ケーシングに設置され、前記工具をアンクランプ状態とする際に必要な動力を出力可能な出力軸と、
    前記出力軸を駆動するための動力を与えることが可能な動力源と、
    前記動力源からの動力を前記出力軸に伝達する動力伝達機構と、
    前記動力源からの動力に加えて、前記動力伝達機構に前記工具をアンクランプ状態とするための補助動力を与えることが可能な補助動力源と、
    を備えた、工具アンクランプ装置。
  2. 前記動力源はモータを含み、
    前記補助動力源は、前記補助動力として、流体からの圧力、弾性部材からの弾性力、および電磁力から選ばれた少なくとも1つの力を前記動力伝達機構に与える、請求項1に記載の工具アンクランプ装置。
  3. 前記補助動力源は、内部に収容したガスからの圧力を前記動力伝達機構に与えるガスシリンダを含む、請求項1または請求項2に記載の工具アンクランプ装置。
  4. 前記動力伝達機構は、
    前記動力源からの動力により回転駆動され、前記出力軸を往復動させる偏心カムと、
    前記偏心カムと同軸に設けられたクランクアームと、
    前記クランクアームに設けられた連結部材と、
    前記連結部材を介して前記クランクアームと機械的に接続され回動可能なレバーとを有し、
    前記レバーに前記補助動力源からの補助動力を作用させた、請求項1から請求項3のいずれかに記載の工具アンクランプ装置。
  5. 前記レバーに分岐部を設け、該分岐部に前記補助動力源からの補助動力を作用させた、請求項4に記載の工具アンクランプ装置。
  6. 前記レバーに前記連結部材を受入れる凹部を設け、
    前記凹部は、前記工具をクランプする際に前記連結部材を受入れる第1部分と、該第1部分の延在方向と交差する方向に延在し前記工具をアンクランプ状態とする際に前記連結部材を受入れる第2部分とを含む、請求項4または請求項5に記載の工具アンクランプ装置。
  7. 前記動力伝達機構は、
    前記出力軸を押圧する第1偏心カムと、
    前記第1偏心カムに前記補助動力源からの補助動力を伝達する第2偏心カムとを含む、請求項1から請求項3のいずれかに記載の工具アンクランプ装置。
  8. 前記動力伝達機構は、
    前記補助動力源と前記第2偏心カムとの間に回動可能に設置され中央部に押圧部を有するレバーを含み、
    前記レバーの先端部に前記補助動力源からの補助動力を作用させ、前記押圧部を介して前記第2偏心カムに前記補助動力を作用させるようにした、請求項7に記載の工具アンクランプ装置。
  9. 前記第2偏心カムの表面に前記押圧部の一部を受入れる凹部を設けた、請求項8に記載の工具アンクランプ装置。
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