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

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２６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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