JP4921121B2 - 工具アンクランプ装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動工具交換装置（ＡＴＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ）を備えたマシニングセンタなどの工作機械の主軸に把持（クランプ）された工具を開放（アンクランプ）する工具アンクランプ装置に関する。

ＡＴＣを備えたマシニングセンタなどの工作機械では、工具ホルダ（工具）が次のようにして主軸に把持される。すなわち、主軸内の軸方向にドローバーが進退動可能に配設され、このドローバーを後方に引っ張る複数の皿ばねが配設されている。また、ドローバーの前端部にはコレットが配設され、このコレットが工具ホルダのプルスタッド（コブ）を把持した状態で、皿ばねの力によってドローバーが後方に引っ張られることで、工具ホルダが後方に引っ張られて主軸に把持されるものである。

一方、主軸から工具ホルダを開放するのに、油圧シリンダを用いたアンクランプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このアンクランプ装置は、ドローバーの後端部に油圧シリンダが配設され、この油圧シリンダのピストンを前進させることでドローバーを皿ばねの力に抗して前進させる。これにより、コレットが工具ホルダのプルスタッドを開放し、工具ホルダが主軸から開放されるものである。

また、工具や被加工物に付着した切り屑を除去したり、工具を冷却したりするために、工具および被加工部にエアや切削油などのクーラントを高圧で供給するクーラント機構が知られている（例えば、特許文献２参照。）。例えば、油圧シリンダを用いたアンクランプ装置においてクーラント機構を備えるには、図１６に示すような構成となる。

すなわち、ドローバー１０１の軸心にクーラントを供給するクーラント孔１０１ａが形成されており、このクーラント孔１０１ａの後端部には、クーラント孔１０１ａに連通する軸孔１０２ａが形成されたキャップ１０２が装着されている。また、シリンダブロック１０３のシリンダ凹部１０３ａの底壁には、バルブ機構１０４が配置固定されている。このバルブ機構１０４は、シリンダ凹部１０３ａに支持部材１０５を介してシリンダ１０６を固定し、このシリンダ１０６に形成されたシリンダ孔１０６ａを開閉するバルブピストン１０７を軸方向に移動可能に挿入し、このバルブピストン１０７の軸心にシリンダ孔１０６ａに連通するクーラント通路１０７ａを形成したものである。

また、シリンダブロック１０３には、クーラント孔１０１ａに対して垂直に曲がり、シリンダ孔１０６ａと連通するクーラント供給通路１０３ｂが形成され、この供給通路１０３ｂの上流端は、配管を介してクーラントタンクに連通接続されている。そして、ドローバー１０１がクランプ位置に後方移動してキャップ１０２が後退端に位置している状態で、クーラント供給通路１０３ｂの開閉バルブが開かれると、バルブ機構１０４のバルブピストン１０７が前進してクーラント通路１０７ａとシリンダ孔１０６ａとが連通するとともに、クーラント通路１０７ａと軸孔１０２ａとが接続される。また、ドローバー１０１がアンクランプ位置に前方移動している状態では、クーラント供給通路１０３ｂの開閉バルブが閉じられる、というものである。
特開２００２−０６６８１４号公報 特開２０００−３１７７０７号公報

ところで、上記特許文献１に記載されているようなアンクランプ装置では、油圧シリンダとＡＴＣとが機構的に連動されていないため（駆動が独立しているため）、油圧シリンダの動きをＡＴＣと同調させるように制御しなければならないが、油圧シリンダとＡＴＣとの作動タイミングがずれる場合がある。すなわち、油圧シリンダのピストンの動きとＡＴＣのチャンジャアームの動き（回転・ストローク）とがずれてしまい、例えば、チャンジャアームが工具ホルダを保持する前にピストンが前進し、ドローバーを前進させてしまう場合があり得る。また、油圧シリンダのための複雑な配管や制御装置などを要するため、アンクランプ装置が複雑化し費用もかさむとともに、油漏れなどによって環境を汚染するおそれがある。

また、上記特許文献２に記載されているようなクーラント機構では、上記のように、シリンダブロック１０３のシリンダ凹部１０３ａに、シリンダ１０６とバルブピストン１０７とを備えたバルブ機構１０４を支持部材１０５を介して配置する必要がある。また、シリンダブロック１０３には、クーラント孔１０１ａに対して垂直に曲がり、シリンダ孔１０６ａと連通するクーラント供給通路１０３ｂを形成するなど、複雑な構成・機構となる。

そこでこの発明は、油圧を使用せずにＡＴＣと精度高く連動し、しかも、クーラントを簡単な構成・機構で供給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。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、自動工具交換装置を備えた工作機械の主軸ヘッドに配設され主軸に把持された工具を開放する工具アンクランプ装置であって、前記自動工具交換装置のチャンジャアームの作動タイミングと同期するサーボモータによって回転し、前記自動工具交換装置のチャンジャアームの作動タイミングと同調したカム曲線を有し、前記チャンジャアームと同調して回転するアンクランプカムと、前記アンクランプカムの回転に連動して前記カム曲線に一端の先端部が摺動可能に挿入されて当該カム曲線に従って揺動する作動アームと、この作動アームの他端を回動自在に支持するレバー軸と、このレバー軸を基端に前記作動アームと交差する方向に延びて揺動する従動アームと、を有するクランプレバーと、軸線が前記主軸の軸線の延長線上に配設され、前記クランプレバーの従動アームの揺動に連動して軸方向に進退し、前記軸線に沿って貫通したクーラント孔が形成されたアンクランプシャフトと、を備え、前記アンクランプカム、クランプレバー、アンクランプシャフトがケースに収容され、前記チャンジャアームが前記工具を保持するタイミングにおいて、前記アンクランプカムの回転に連動して揺動した前記クランプレバーに連動して、前記アンクランプシャフトが前記主軸側に前進して前記主軸のドローバーを押圧する、ことを特徴としている。
（作用）
自動工具交換装置の主軸ヘッドに配設され、チャンジャアームと同期して回転するサーボモータによりアンクランプカムを回転させ、このアンクランプカムに連動して、クランプレバーがカム曲線に従って揺動し、この揺動に連動してアンクランプシャフトが主軸のドローバーを押圧する。これにより、ドローバーの前端部のコレットが工具ホルダのプルスタッドを開放し、工具ホルダ（工具）が主軸から開放される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工具アンクランプ装置において、前記アンクランプシャフトの主軸側の端部に、外周側に突出した被押圧部を設け、前記クランプレバーの従動アームの一端部を前記被押圧部に当接し、前記アンクランプシャフトの他端部側が開放されるように前記クランプレバーを配設し、前記クランプレバーが揺動することで前記従動アームの一端部が前記被押圧部を押圧し、前記アンクランプシャフトが前記主軸側に前進して前記主軸のドローバーを押圧するとともに、前記作動アームと従動アームとは、ほぼ直角に位置し、長さの比は、約３：１に設定されることを特徴としている。
（作用）
アンクランプカムの回転に連動してクランプレバーが揺動し、クランプレバーの従動アームの一端部がアンクランプシャフトの被押圧部を押圧する。これにより、アンクランプシャフトが主軸のドローバーを押圧し、工具ホルダが主軸から開放される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の工具アンクランプ装置において、前記アンクランプシャフトの主軸側の端部に、前記クーラント孔から流入したクーラントを前記ドローバー側に流出させるクーラントジョイントが着脱可能であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、アンクランプカムのカム曲線がチャンジャアームの作動タイミングと同調し、かつアンクランプカムの回転がチャンジャアームと同調しているため、ＡＴＣのチャンジャアームと本工具アンクランプ装置とが精度高く連動する。すなわち、チャンジャアームの回転・ストロークに対して、アンクランプカムの回転とカム曲線とが同調しているため、チャンジャアームが工具を保持するタイミングと、本工具アンクランプ装置によるアンクランプ（アンクランプシャフトによるドローバーの押圧）のタイミングとを、完全に一致（連動）させることが可能となる。また、油圧を使用しないため、複雑な配管や制御装置などを要せず、油漏れなどによって環境を汚染するおそれもない。

さらに、クーラント孔を有するアンクランプシャフトが主軸と同軸線上に配設されているため、クーラントを簡単な構成・機構で工具側に供給することが可能となる。すなわち、主軸のドローバーとクーラント孔とが同軸線上（一直線上）に位置するため、クーラント孔の開放端部（ドローバーと反対側の端部）からクーラントを供給することで、クーラント孔とドローバーの軸方向に形成された孔とを介してクーラントを工具側に供給することが可能となる。従って、クーラントを供給するための複雑なバルブ機構やクーラント供給通路などが不要となる。

請求項２に記載の発明によれば、アンクランプシャフトの主軸側に設けられた被押圧部をクランプレバーの一端部で押圧することで、アンクランプシャフトが主軸のドローバーを押圧するため、アンクランプシャフトによるドローバーの押圧をより確実かつ安定して行うことが可能となる。また、被押圧部がアンクランプシャフトの外周側、つまりクーラント孔の外側に設けられているため、クーラント孔の主軸（ドローバー）との同軸性（同心性）が損なわれない。しかも、アンクランプシャフトの他端部側が開放されるようにクランプレバーが配設されているため、クーラント孔の他端部（開放端部）に配管などを容易に接続することができ、クーラントをより容易に供給することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、アンクランプシャフトにクーラントジョイントが着脱可能であるため、より簡単にクーラントを工具側に供給することが可能となる。すなわち、アンクランプシャフトの主軸側の端部にクーラントジョイントを装着し、クーラント孔の開放端部（クーラントジョイントと反対側の端部）からクーラントを供給することで、クーラントジョイントからドローバー側にクーラントが流出し、ドローバーの軸方向に形成された孔を介してクーラントを工具側に供給できる。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る工具アンクランプ装置１の外観斜視図であり、図２は、ケースカバー２ａを外して工具アンクランプ装置１の内部を示した表面図（一部断面図）である。この工具アンクランプ装置１は、図３に示すように、主軸ヘッド５０のドローバーキャップ５１側に配設され、後述するようにしてドローバー５２を工具ホルダ５３側に押すことで、主軸５４が工具ホルダ５３（工具）を開放（アンクランプ）するものである。

主軸ヘッド５０は、マシニングセンタのコラムに主軸ボールネジ（図示せず）を介して図中上下動可能に配設され、主軸ヘッド５０内には、主軸５４が収容されている。主軸５４は、広く一般に使用されている主軸と同様の構成であるため、ここでは詳細な説明を省略するが、概略次のような構成となっている。

すなわち、主軸５４内の軸方向にドローバー５２が進退動可能に配設され、このドローバー５２を後方（図中右方）に引っ張る複数の皿ばねが配設されている。また、ドローバー５２の前端部にはコレットが配設され、このコレットが工具ホルダ５３のプルスタッドを把持した状態で、皿ばねの力によってドローバー５２が後方に引っ張られることで、工具ホルダ５３が後方に引っ張られて主軸５４に把持（クランプ）される。一方、ドローバー５２を皿ばねの力に抗して前進させる（図中左方に押圧する）ことで、コレットが工具ホルダ５３のプルスタッドを開放し、工具ホルダ５３が主軸５４から開放（アンクランプ）されるものである。また、ドローバーキャップ５１およびドローバー５２の軸中心には、貫通するクーラント孔５１ａ、５２ａが形成され、後述するように、このクーラント孔５１ａ、５２ａを介してクーラントが、工具および被加工部に供給（噴出）されるようになっている。

ところで、工具ホルダ５３は、図４に示すようなＡＴＣのチャンジャアーム装置５５のチャンジャアーム５６によって保持され、チャンジャアーム５６の回転および進退動（図中上下方向のストローク）に伴って、回転、進退動するようになっている。この実施の形態におけるチャンジャアーム装置５５は、概略次のような構成となっている。

すなわち、カムシャフト５７に、旋回カム５８、シフトカム５９、ウォームホイール６０が配設され、さらにウォームホイール６０と噛み合うウォームシャフト６１が配設されている。そして、モータ（図示せず）によってウォームシャフト６１が駆動されると、その駆動力がウォームホイール６０に伝達され、カムシャフト５７が回転するようになっている。

また、アウトプットシャフト６２の下端部側には、工具（図示せず）を保持する工具ホルダ５３を保持するチャンジャアーム５６が取り付けられ、上端部には、スプライン６２ａを介してタレット６３が取り付けられている。このタレット６３の外周面には、外周に沿って複数のスチールボール６４が配設され、このスチールボール６４が旋回カム５８と噛み合うようになっている。そして、旋回カム５８が回転すると、スチールボール６４を介してタレット６３およびアウトプットシャフト６２が回転し、チャンジャアーム５６が回転するようになっている。

さらに、レバー６５の一端部がシフトカム５９と噛み合い、他端部に取り付けられたカムフォロア６６がアウトプットシャフト６２の溝６２ｂに装着された状態で、レバー６５が配設されている。そして、シフトカム５９が回転すると、レバー６５およびカムフォロア６６を介してアウトプットシャフト６２に軸方向の動力が伝わり、アウトプットシャフト６２およびチャンジャアーム５６が図中上下方向に移動（ストローク）するようになっている。

このようなチャンジャアーム５６の回転・ストロークのタイミング（作動タイミング）は、図５（ｂ）に示すようになっており、詳細については後述する。

工具アンクランプ装置１は、主として、入力シャフト３と、アンクランプカム４と、クランプレバー５と、アンクランプシャフ６と、ロータリージョイント（クーラントジョイント）７とを備え、これらがケース２に収容されている。

入力シャフト３は、その両端部が第１のベアリング８、８によって回転自在に支持され、サーボモータ９によって回転駆動される。この入力シャフト３には、後述するウォームホイール４ａと噛み合うウォーム３ａが形成され、このウォーム３ａとウォームホイール４ａとによって、ウォームギアが構成されている。そして、入力シャフト３が回転することで、ウォーム３ａとウォームホイール４ａとを介してアンクランプカム４が回転する。また、サーボモータ９は、エンコーダを備え、回転角度（位置決め）や回転角速度などを高精度に制御可能であり、ＡＴＣからの制御信号を受けて、チャンジャアーム５６の作動タイミングと同調（同期）するようになっている。

アンクランプカム４は、略円盤形で、外周にウォームホイール４ａが形成され、図６に示すように、軸中心にカムシャフト１０が装着されている。このカムシャフト１０は、その両端部が第２のベアリング１１、１１によって回転自在に支持され、入力シャフト３の回転に伴って、アンクランプカム４およびカムシャフト１０が回転するようになっている。ここで、サーボモータ９は、チャンジャアーム５６の作動タイミングと同調するため、アンクランプカム４も入力シャフト３を介して、チャンジャアーム５６の作動タイミングと同調して回転する。

また、アンクランプカム４の盤面には、環状のカム溝４ｂが形成されている。このカム溝４ｂの環状の輪郭であるカム曲線は、チャンジャアーム５６の作動タイミングと同調するように設定されている。すなわち、後述するように、アンクランプカム４の回転に連動してカム曲線に従って揺動するクランプレバー５に連動するアンクランプシャフ６が、図５（ａ）に示すようなタイミングで進退（ストローク）するように設定されている。ここで、アンクランプシャフ６の進退タイミング（アンクランプカム４の回転角）と、チャンジャアーム５６の作動タイミング（カムシャフト５７の回転角）との関係については、図５に基づいて後述する。

クランプレバー５は、図７に示すように、そのレバー軸５ａの両端部が、第３のベアリング１２、１２によって回転（揺動）自在に支持され、レバー軸５ａを基端とする作動アーム５ｂと従動アーム５ｃとが形成されている。作動アーム５ｂと従動アーム５ｃとは、ほぼ直角に位置し、長さの比は、約３：１に設定されている。また、作動アーム５ｂの他端部（作動端部）には、円柱状の第１のカムフォロア１３が取り付けられ、この第１のカムフォロア１３の先端部（突出部）が、アンクランプカム４のカム溝４ｂに摺動可能に挿入されている。そして、アンクランプカム４が回転すると、第１のカムフォロア１３がカム溝４ｂに沿って（従って）摺動し、アンクランプカム４の回転に連動してレバー軸５ａおよび従動アーム５ｃが揺動するものである。

従動アーム５ｃは、二股に分れ、図８に示すように、それぞれの先端部に第２のカムフォロア１４が回転自在に装着されている。この第２のカムフォロア１４は、後述するアンクランプシャフト６の基部（被押圧部）６ａとガイド部６ｃとに当接するように（挟持されるように）位置され、レバー軸５ａと作動アーム５ｂとが、アンクランプシャフト６の図中上方に位置するように配設されている。このようにクランプレバー５が配設されることによって、アンクランプシャフト６の開口端部６ｅ側が開放される、つまり開口端部６ｅ側にスペースが確保されるようになる。また、２つの第２のカムフォロア１４は、アンクランプシャフト６の主柱部６ｂに対して対称に配設され、後述するカムフォロア１４による押圧力がバランスよくアンクランプシャフト６に加わるようになっている。

アンクランプシャフト６は、円盤状の基部６ａと、基部６ａから同心上に延び基部６ａよりも小径の円柱状の主柱部６ｂと、主柱部６ｂから突出したガイド部６ｃとから構成されている。そして、基部６ａが主軸５４側に位置し、その軸線が主軸５４の軸線の延長線上に位置するように（軸線が一致するように）配設され、その軸線方向に進退動可能に配設されている。これにより、主軸５４側の端部である基部６ａが、主柱部６ｂよりも外周側に突出した被押圧部となる。

また、アンクランプシャフト６の軸中心には、軸線に沿って貫通したクーラント孔６ｄが形成され、他端部側である開口端部６ｅには、雌ネジ６ｆが形成され、クーラントを供給するための供給管などを装着できるようになっている。基部６ａとガイド部６ｃとの隙間は、第２のカムフォロア１４が隙間なく挿入されるように（静合するように）設定されている。そして、上記のようにしてクランプレバー５の従動アーム５ｃが揺動し、第２のカムフォロア１４が基部６ａを押圧すると、アンクランプシャフト６が主軸５４側に前進し、また、第２のカムフォロア１４がガイド部６ｃを押圧すると、アンクランプシャフト６が主軸５４側から後退する。このようにして、クランプレバー５の揺動に連動して、軸方向に進退するものである。

さらに、基部６ａの端部、つまりアンクランプシャフト６の主軸５４側の端部には、複数の雌ネジ６ｇが形成され、この雌ネジ６ｇを介してロータリージョイント７が、着脱可能に基部６ａに配設されている。このロータリージョイント７は、軸方向に進退動可能なノズル部７ａを備え、このノズル部７ａに、クーラント孔６ｄと同心のノズル孔７ｂが形成されている。そして、クーラント孔６ｄから流入した切削油などのクーラントが、ノズル孔７ｂからドローバー５２側に流出（噴出）されるようになっている。すなわち、クーラントがロータリージョイント７を介して、ドローバーキャップ５１およびドローバー５２のクーラント孔５１ａ、５２ａに流入するものである。また、後述するように、ノズル部７ａがドローバーキャップ５１で押された状態で、アンクランプシャフト６の前進に伴って、ロータリージョイント７の先端面７ｃがドローバー５２を押圧する。ここで、このロータリージョイント７は、高速で回転するドローバーキャップ５１とノズル部７ａとが接触している状態においても、接触部からクーラントが漏出しない構造となっている。

このような工具アンクランプ装置１が、図３に示すように、主軸ヘッド５０のドローバーキャップ５１側にリテーナポスト２０を介して配設されている。すなわち、リテーナポスト２０を介して配設した際に、主軸５４のドローバーキャップ５１とロータリージョイント７のノズル部７ａとが同軸上（同心上）で接し、ロータリージョイント７の先端面７ｃとドローバー５２の先端部５２ｂとが５ｍｍ離れるように、リテーナポスト２０の長さが設定されている。そして、リテーナポスト２０の軸心に形成された貫通孔にボルト（図示せず）が挿入され、このボルトによって工具アンクランプ装置１と主軸ヘッド５０とが締結されている。

次に、このような構成の工具アンクランプ装置１の動作について、アンクランプカム４のカム溝４ｂのカム曲線とともに説明する。図９から図１４は工具アンクランプ装置１の動きを示し、図５（ａ）は、アンクランプカム４の回転角に対するアンクランプシャフト６のストローク位置（進退位置）を示し、図５（ｂ）は、カムシャフト５７の回転角に対するチャンジャアーム５６の回転角（旋回角）とストローク位置とを示す。また、説明のために、一部の寸法、数値を例として挙げて説明する。

まず、図９に示すように、主軸５４のドローバーキャップ５１とロータリージョイント７のノズル部７ａとが同軸上で接している状態を、アンクランプカム４の原点位置とする。この原点位置（０°）から角度２０°までは、クランプレバー５は動作（揺動）せず、図１０に示すように、アンクランプシャフト６も進退動しない。この状態では、ロータリージョイント７の先端面７ｃとドローバー５２の先端部５２ｂとの隙間は、５ｍｍとなっている。

次に、アンクランプカム４が角度８５°まで回転すると、上記のようにして、クランプレバー５がカム溝４ｂに従って摺動し、第２のカムフォロア１４がアンクランプシャフト６の基部６ａを押圧する。これにより、図１１に示すように、アンクランプシャフト６が主軸５４側に５ｍｍ前進する。この状態では、ロータリージョイント７のノズル部７ａが、ドローバーキャップ５１によって押されて５ｍｍ後退し、ロータリージョイント７の先端面７ｃがドローバー５２の先端部５２ｂと接する（ドローバー５２は進退動しない）。一方、アンクランプカム４の回転角が８５°のときのカムシャフト５７の回転角は６４°であり、チャンジャアーム５６は工具ホルダ５３をつかむ（主軸５４から工具ホルダ５３を受け取る）位置に位置している。つまり、チャンジャアーム５６が工具ホルダ５３を保持するタイミングとなる。

続いて、アンクランプカム４が角度１６０°まで回転すると、上記と同様にしてクランプレバー５が摺動し、この揺動に連動して、図１２に示すように、アンクランプシャフト６が主軸５４側にさらに５ｍｍ（図９に示す状態から１０ｍｍ）前進する。これにより、ロータリージョイント７の先端面７ｃがドローバー５２の先端部５２ｂを押圧し、ドローバー５２が前進して、上記のようにして主軸５４が工具ホルダ５３を開放する。

さらに、アンクランプカム４が角度２００°まで回転する間は、図１３に示すように、アンクランプシャフト６が主軸５４側に１０ｍｍ前進した状態が維持される。ここで、アンクランプカム４の回転角が２００°のときのカムシャフト５７の回転角は２８１°であり、チャンジャアーム５６は工具ホルダ５３を開放する（放す）位置に位置している。

このように、アンクランプカム４の回転角が８５°の時点で、アンクランプシャフト６がドローバー５２を押し始め（工具ホルダ５３が開放され始め）、そのとき、チャンジャアーム５６は工具ホルダ５３を保持し始める。そして、アンクランプカム４の回転角が１６０°の時点で、アンクランプシャフト６がドローバー５２を押し終わり（工具ホルダ５３が完全に開放され）、そのとき、チャンジャアーム５６は工具ホルダ５３を保持したまま、静止している。その後、アンクランプカム４が角度２００°まで回転する間に、通常のＡＴＣ動作（工具交換動作）が行われる。すなわち、カムシャフト５７が１０６°から２８１°まで回転して、チャンジャアーム５６が、−９０°から９０°まで１８０°回転するとともに、片道１１５ｍｍの行程を往復動する。つまり、チャンジャアーム５６は、１８０°回転して元のストローク位置に戻り、主軸５４から開放された工具ホルダ５３を保持していない保持部５６ａが主軸５４側に位置する。ここで、主軸５４側に位置した保持部５６ａが別の（新たな）工具ホルダ５３を保持している場合には、この位置が、当該別の工具ホルダ５３を開放する（主軸５４に渡す）位置となる。

次に、アンクランプカム４が角度２７５°まで回転すると、図１４に示すように、クランプレバー５がカム溝４ｂに従って摺動し、第２のカムフォロア１４がアンクランプシャフト６のガイド部６ｃを押圧して、アンクランプシャフト６が主軸５４側から５ｍｍ後退する。これにより、ドローバー５２のコレットが上記別の工具ホルダ５３のプルスタッドを把持した状態で、ドローバー５２が皿ばねの力によって後方に引っ張られ、主軸５４が工具ホルダ５３をクランプする。

続いて、アンクランプカム４が角度３４０°まで回転すると、上記と同様にしてクランプレバー５が摺動し、この揺動に連動して、アンクランプシャフト６が主軸５４側からさらに５ｍｍ後退する。これにより、図９に示す場合と同様に、ロータリージョイント７の先端面７ｃとドローバー５２の先端部５２ｂとが離れて、その隙間が５ｍｍとなる。その後、角度３６０°まで、同一状態となるものである。一方、アンクランプカム４の回転角が２７５°の時点、つまり主軸５４による工具ホルダ５３のクランプが完了した時点で、チャンジャアーム５６が旋回し始め、カムシャフト５７の回転角が３６０°で、旋回が終了する。以上により、工具アンクランプ装置１およびチャンジャアーム装置５５の１サイクル動作が終了するものである。

以上のように、この工具アンクランプ装置１によれば、アンクランプカム４のカム曲線がチャンジャアーム５６の作動タイミングと同調し、かつアンクランプカム４の回転がチャンジャアーム５６と同調（同期）しているため、ＡＴＣのチャンジャアーム５６と本工具アンクランプ装置１とが精度高く連動する。すなわち、チャンジャアーム５６の回転・ストロークに対して、アンクランプカム４の回転とカム曲線（カム溝４ｂ）とが同調しているため、チャンジャアーム５６が工具ホルダ５３を保持する（つかむ）タイミングと、本工具アンクランプ装置１によるアンクランプ（アンクランプシャフト６によるドローバー５２の押圧）のタイミングとが完全に一致（連動）する。同様に、チャンジャアーム５６が工具ホルダ５３を開放する（主軸５４に渡す）タイミングと、本工具アンクランプ装置１がドローバー５２の押圧を解除する（主軸５４が工具ホルダ５３をクランプする）タイミングとが完全に一致する。

また、アンクランプシャフト６の基部６ａをクランプレバー５の第２のカムフォロア１４で押圧することで、アンクランプシャフト６がロータリージョイント７を介してドローバー５４を押圧するため、アンクランプシャフト６によるドローバー５２の押圧がより確実かつ安定する。しかも、クランプレバー５の作動アーム５ｂと従動アーム５ｃとの長さの比が、約３：１に設定されているため、アンクランプシャフト６（ドローバー５２）を前進させるのに必要な力の約１／３の入力ですみ、省力化を図ることができる。さらに、油圧を使用しないため、複雑な配管や制御装置などを要せず、油漏れなどによって環境を汚染するおそれもない。

一方、アンクランプシャフト６が主軸５４と同軸線上に位置するように配設されているため、クーラントを簡単な構成・機構で工具側に供給することが可能となる。すなわち、ドローバー５２のクーラント孔５２ａとアンクランプシャフト６のクーラント孔６ｄとが連通するため、アンクランプシャフト６の開口端部６ｅに供給管などを装着してクーラントを供給することで、クーラント孔６ｄ、５２ａを介してクーラントを工具側に供給することができる。従って、クーラントを供給するための複雑なバルブ機構やクーラント供給通路などが不要となる。しかも、上記のように、アンクランプシャフト６の開口端部６ｅ側にスペースが確保されているため、開口端部６ｅに供給管などを容易に接続することができ、クーラントをより容易に供給することが可能となる。

さらに、アンクランプシャフト６の基部６ａにロータリージョイント７が着脱可能であるため、より簡単にクーラントを工具側に供給することが可能となる。すなわち、アンクランプシャフト６の基部６ａにクーラントジョイント７を取り付け、クアンクランプシャフト６の開口端部６ｅからクーラントを供給することで、クーラントジョイント７からドローバー５２側にクーラントを噴出させ、ドローバー５２のクーラント孔５２ａを介してクーラントを工具側に噴出させることができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この実施の形態では、クランプレバー５の従動アーム５ｃが二股に分れ、２つの第２のカムフォロア１４でアンクランプシャフト６を押圧しているが、必要な押圧力などに応じて、１つの第２のカムフォロア１４でアンクランプシャフト６を押圧するようにしてもよい。

また、この実施の形態では、アンクランプシャフト６の基部６ａに、上記のようなロータリージョイント７を配設しているが、図１５に示すようなクーラントジョイント１５を配設してもよい。このクーラントジョイント１５は、略コマ形で、アンクランプシャフト６の基部６ａに取り付けられる取付基部１５ａと、この取付基部１５ａの一端部から突出して基部６ａに挿入される挿入部１５ｂと、取付基部１５ａの他端部から突出する押圧部１５ｃとから構成されている。また、このクーラントジョイント１５には、アンクランプシャフト６のクーラント孔６ｄと同軸線上の貫通孔１５ｄが形成されており、ドローバー５２にはドローバーキャップ５１が取り付けられていない。そして、押圧部１５ｃがドローバー５２の先端部５２ｂを押圧し、貫通孔１５ｄを介してエア（クーラント）を工具側に噴出させるものである。このように、クーラントの種類やドローバー５２側の構造、形状などに応じて、複数種のクーラントジョイントをアンクランプシャフト６の基部６ａに着脱できる。なお、クーラントジョイントを取り付けずに、アンクランプシャフト６の基部６ａでドローバー５２の先端部５２ｂを直接押圧するようにしてもよいことは勿論である。

さらに、この実施の形態では、サーボモータ９によってアンクランプカム４（入力シャフト３）を回転させているが、チャンジャアーム装置５５のカムシャフト５７に直接連動させて、アンクランプカム４を回転させることも可能である。

この発明の実施の形態に係る工具アンクランプ装置の外観斜視図である。 図１の工具アンクランプ装置のケースカバーを外して内部を示した表面図（一部断面図）である。 図１の工具アンクランプ装置と主軸ヘッドとの位置関係を示す図（一部断面図）である。 この発明の実施の形態に係るＡＴＣのチャンジャアーム装置の概略構成を示す図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角とアンクランプシャフトのストローク位置との関係を示すタイミングチャート（ａ）と、図４のチャンジャアーム装置のカムシャフトの回転角とチャンジャアームの旋回角とストローク位置との関係を示すタイミングチャート（ｂ）である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角が０°の状態を示す図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角が２０°の状態を示す図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角が８５°の状態を示す図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角が１６０°の状態を示す図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角が２００°の状態を示す図である。 図１の工具アンクランプ装置のアンクランプカムの回転角が２７５°の状態を示す図である。 この発明の実施の形態に係る工具アンクランプ装置に他のクーラントジョイントを配設した状態を示す断面図である。 従来のクーラント機構を示す断面図である。

符号の説明

１ チャンジャアーム装置
２ ケース
３ 入力シャフト
４ アンクランプカム
４ｂ カム溝（カム曲線）
５ クランプレバー
５ａ レバー軸
５ｂ 作動アーム
５ｃ 従動アーム
６ アンクランプシャフ
６ａ 基部
６ｂ 主柱部
６ｃ ガイド部
６ｄ クーラント孔
６ｅ 開口端部
６ｆ 雌ネジ
７ ロータリージョイント（クーラントジョイント）
７ａ ノズル部
７ｂ ノズル孔
７ｃ 先端面
９ サーボモータ
１３ 第１のカムフォロア
１４ 第２のカムフォロア
１５ クーラントジョイント
５０ 主軸ヘッド
５１ ドローバーキャップ
５１ａ クーラント孔
５２ ドローバー
５２ａ クーラント孔
５２ｂ 先端部
５３ 工具ホルダ
５４ 主軸
５５ チャンジャアーム装置
５６ チャンジャアーム
５７ カムシャフト

Claims (3)

1. 自動工具交換装置を備えた工作機械の主軸ヘッドに配設され主軸に把持された工具を開放する工具アンクランプ装置であって、
   前記自動工具交換装置のチャンジャアームの作動タイミングと同期するサーボモータによって回転し、前記自動工具交換装置のチャンジャアームの作動タイミングと同調したカム曲線を有し、前記チャンジャアームと同調して回転するアンクランプカムと、
   前記アンクランプカムの回転に連動して前記カム曲線に一端の先端部が摺動可能に挿入されて当該カム曲線に従って揺動する作動アームと、この作動アームの他端を回動自在に支持するレバー軸と、このレバー軸を基端に前記作動アームと交差する方向に延びて揺動する従動アームと、を有するクランプレバーと、
   軸線が前記主軸の軸線の延長線上に配設され、前記クランプレバーの従動アームの揺動に連動して軸方向に進退し、前記軸線に沿って貫通したクーラント孔が形成されたアンクランプシャフトと、を備え、
   前記アンクランプカム、クランプレバー、アンクランプシャフトがケースに収容され、
   前記チャンジャアームが前記工具を保持するタイミングにおいて、前記アンクランプカムの回転に連動して揺動した前記クランプレバーに連動して、前記アンクランプシャフトが前記主軸側に前進して前記主軸のドローバーを押圧する、
   ことを特徴とする工具アンクランプ装置。
2. 前記アンクランプシャフトの主軸側の端部に、外周側に突出した被押圧部を設け、
   前記クランプレバーの従動アームの一端部を前記被押圧部に当接し、前記アンクランプシャフトの他端部側が開放されるように前記クランプレバーを配設し、
   前記クランプレバーが揺動することで前記従動アームの一端部が前記被押圧部を押圧し、前記アンクランプシャフトが前記主軸側に前進して前記主軸のドローバーを押圧するとともに、
   前記作動アームと従動アームとは、直角に位置し、長さの比は、約３：１に設定されることを特徴とする請求項１に記載の工具アンクランプ装置。
3. 前記アンクランプシャフトの主軸側の端部に、前記クーラント孔から流入したクーラントを前記ドローバー側に流出させるクーラントジョイントが着脱可能であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の工具アンクランプ装置。

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