JP5503616B2 - 工作機械の工具取付装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の工具取付装置に関し、特に、工具が着脱可能に装着される工具主軸を当該工具主軸の軸心のまわりで回転可能な状態と固定された状態とに切り替えて設定可能な工作機械の工具取付装置に関する。

回転加工及び旋削加工の双方を行うことが可能な複合工作機械が知られている。この複合工作機械は、工具が着脱可能に装着される工具主軸を回転可能な状態と固定された状態とに切り替える切替機構を有している。

このような切替機構として、工具主軸が内側に配置される工具主軸ホルダに設けられた固定カップリングと、工具主軸に設けられた回転カップリングと、これら固定カップリング及び回転カップリングに噛合可能な可動カップリングとを備えた複合工作機械が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここで、可動カップリングは、工具主軸ホルダ内に供給される流体圧を制御することによって、移動させられる。そして、可動カップリングが固定カップリング及び回転カップリングの双方に噛合することにより、工具主軸は固定された状態とされ、一方、可動カップリングが固定カップリング及び回転カップリングから離脱することにより、工具主軸は回転可能な状態とされる。

特許第３１６７６４４号公報 特許第３９６４６４２号公報

ところで、前記特許文献１及び前記特許文献２に記載の工作機械では、工具主軸を固定する場合、可動カップリングが固定カップリング及び回転カップリングに向けて工具主軸の軸心方向に押し付けられて噛合される。この押付力は、確実な噛合のために必要であるが、一方で、工具主軸にスラスト負荷となって伝達されて、工具主軸を支持する軸受に負荷となり得る。

これに対して、前記特許文献１に記載の工作機械は、工具主軸の固定時に、可動カップリングの後方への押付力に抗するように、流体圧により作動する押圧部材によって工具主軸の後端側端面を前方に押圧することにより、工具主軸へのスラスト負荷を抑制できるようになっている。

しかしながら、前記特許文献１に記載の押圧部材によって工具主軸を押圧する機構は、工具主軸ホルダの後端側外部に配置されており、工作機械の工具取付装置自体が大型化してしまうと共に、工具主軸ホルダ内の可動カップリングに供給される流体圧に関する制御と押圧部材に供給される流体圧に関する制御とを同時に行う必要があり、複雑な流体圧制御が必要となる。更に、固定カップリング及び回転カップリングの歯部の可動カップリング側に向かう軸心方向の位置に差が存在すると、可動カップリングと固定カップリング及び回転カップリングのうちの可動カップリングから遠い方のカップリングとの噛合が不十分となって、工具主軸に円周方向のガタが生じてしまう。これを防止するためには、固定カップリング及び回転カップリングの歯部の軸心方向の位置を高精度に揃えなければならない。

また、前記特許文献２に記載の工作機械は、工具主軸の固定時に、可動カップリングの前方への押付力に抗するように、流体圧により作動するバランス押圧部材によって可動カップリングを後方に押圧することにより、工具主軸へのスラスト負荷を抑制できるようになっている。

しかしながら、前記特許文献２に記載のバランス押圧部材によって可動カップリングを押圧する機構は、工具主軸ホルダの内部に配置されてはいるものの、複雑な流体圧制御が依然として必要になると共に、バランス押圧部材に供給される流体の経路の形成等により工具主軸ホルダ内での占有スペースが大きくなる。更に、工具主軸の円周方向のガタを防止するために、固定カップリング及び回転カップリングの歯部の軸心方向の位置を、依然として高精度に揃えなければならない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易でコンパクトな構成により、工具主軸を回転可能な状態とガタ無く確実に固定された状態とに切り替えて設定できると共に、可動カップリングの押付力による工具主軸へのスラスト負荷を抑制できる工作機械の工具取付装置を提供することを目的とする。

前記目的を解決するため、請求項１に係る発明は、工具が着脱可能に装着される工具主軸を当該工具主軸の軸心のまわりで回転可能な状態と固定された状態とに切り替えて設定可能な工作機械の工具取付装置であって、前記工具主軸が内側に配置される工具主軸ホルダ内の前記工具主軸の外周側に配置され、流体圧の供給によって前記工具主軸ホルダ内を前記工具主軸の軸心方向に移動可能な可動カップリングと、前記工具主軸と連動して回転可能な回転カップリングと、前記回転カップリングの外周側に配置され、前記工具主軸ホルダに固定された固定カップリングと、前記回転カップリングと前記工具主軸とを連結すると共に、前記軸心方向に可撓性を有するたわみ機構と、を備え、前記可動カップリング、前記回転カップリング、及び固定カップリングは、それぞれ複数の歯部を有しており、流体圧の供給によって前記可動カップリングが前記工具主軸の前記工具が装着される側である先端側から前記工具主軸の基端側の方向に移動して、前記回転カップリング及び前記固定カップリングに噛合することにより、前記工具主軸を前記固定された状態とし、前記可動カップリングが前記回転カップリング及び前記固定カップリングから離脱することにより、前記工具主軸を前記回転可能な状態とすることを特徴とする。

この発明では、可動カップリングが、工具主軸の先端側から基端側の方向に移動して、工具主軸との間にたわみ機構が介在された回転カップリングと、固定カップリングとに噛合することにより、工具主軸が固定された状態とされる。また、可動カップリングから回転カップリングに対しては、たわみ機構による復元力（弾性力）のみが作用する。
したがって、この発明によれば、簡易でコンパクトな構成により、工具主軸を回転可能な状態とガタ無く確実に固定された状態とに切り替えて設定できると共に、可動カップリングの押付力による工具主軸へのスラスト負荷を抑制できる工作機械の工具取付装置を提供することができる。

前記目的を解決するため、請求項２に係る発明は、工具が着脱可能に装着される工具主軸を当該工具主軸の軸心のまわりで回転可能な状態と固定された状態とに切り替えて設定可能な工作機械の工具取付装置であって、前記工具主軸が内側に配置される工具主軸ホルダ内の前記工具主軸の外周側に配置され、流体圧の供給によって前記工具主軸ホルダ内を前記工具主軸の軸心方向に移動可能な可動カップリングと、前記工具主軸と連動して回転可能な回転カップリングと、前記回転カップリングの外周側に配置され、前記工具主軸ホルダに固定された固定カップリングと、前記回転カップリングと前記工具主軸とを連結すると共に、前記軸心方向に可撓性を有するたわみ機構と、を備え、前記可動カップリング、前記回転カップリング、及び固定カップリングは、それぞれ複数の歯部を有しており、流体圧の供給によって前記可動カップリングが前記工具主軸の前記工具が装着される側と反対側である基端側から前記工具主軸の先端側の方向に移動して、前記回転カップリング及び前記固定カップリングに噛合することにより、前記工具主軸を前記固定された状態とし、前記可動カップリングが前記回転カップリング及び前記固定カップリングから離脱することにより、前記工具主軸を前記回転可能な状態とすることを特徴とする。

この発明では、可動カップリングが工具主軸の基端側から先端側の方向に移動して、工具主軸との間にたわみ機構が介在された回転カップリングと固定カップリングとに噛合することにより、工具主軸が固定された状態とされる。また、可動カップリングから回転カップリングに対しては、たわみ機構による復元力（弾性力）のみが作用する。
したがって、この発明によれば、簡易でコンパクトな構成により、工具主軸を回転可能な状態とガタ無く確実に固定された状態とに切り替えて設定できると共に、可動カップリングの押付力による工具主軸へのスラスト負荷を抑制できる工作機械の工具取付装置を提供することができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の工作機械の工具取付装置において、前記可動カップリングが前記回転カップリング及び前記固定カップリングから離脱した状態において、前記回転カップリングの歯部の前記軸心方向の位置は、前記固定カップリングの歯部の前記軸心方向の位置よりも前記可動カップリングに近くなるように設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、回転カップリングの歯部が、たわみ機構による復元力（弾性力）に抗して可動カップリングにより押されて、固定カップリングの歯部と同じ軸心方向の位置となる。したがって、可動カップリングと回転カップリング及び固定カップリングとの噛合の精度及び剛性が高くなり、工具主軸をよりガタ無く確実に固定された状態とすることができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の工作機械の工具取付装置において、前記可動カップリングに供給される流体圧に基づいて前記可動カップリングの前記回転カップリング及び前記固定カップリングに対する噛合又は離脱を検知する検知手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、可動カップリングに供給される流体圧に基づいて工具主軸が回転可能な状態にあるか固定された状態にあるかを判断でき、この工具主軸の状態を確認した上で、回転加工や旋削加工等の加工の種類に応じた動作を確実に行うことができる。

本発明によれば、簡易でコンパクトな構成により、工具主軸を回転可能な状態とガタ無く確実に固定された状態とに切り替えて設定できると共に、可動カップリングの押付力による工具主軸へのスラスト負荷を抑制できる工作機械の工具取付装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る工具取付装置が適用された工作機械の全体構成を示す斜視図である。 図１に示される主軸ヘッドを一部断面にして模式的に示す拡大正面図である。 図２に示される工具取付装置の要部拡大断面図である。 工具主軸がアンロックにある工具取付装置の要部拡大断面図である。 工具主軸がロックにある工具取付装置の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る工具取付装置の要部拡大断面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る工具取付装置が適用された工作機械の全体構成を示す斜視図である。

図１に示すように、工作機械１０は、ここでは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の３軸の直線送りと、Ａ軸、及びＣ軸の２本の軸回りの回転（回動）との自由度を有する縦型の工作機械である。なお、図１では、Ｚ軸方向が重力の方向に一致しており、Ｚ軸方向は上下方向、Ｙ軸方向は前後方向、Ｘ軸方向は左右方向に相当している。

工作機械１０は、基台となるベッド１を有しており、ベッド１には、テーブル装置２がＹ軸方向（前後方向）に往復移動可能に支持されている。ベッド１の奥側において上方に延伸するコラム３には、移動台４がＸ軸方向（左右方向）に往復移動可能に支持されている。また、移動台４のテーブル装置２側の面には、主軸ヘッド５がＺ軸方向（上下方向）に往復移動可能に支持されている。

テーブル装置２は、ワークテーブル６を備えており、ワークテーブル６は、Ｘ軸方向に沿った軸であるＡ軸回りに往復回動（チルト動）可能とされている。また、ワークテーブル６には、ワーク（図示せず）を載置して支持するテーブル７が備えられており、テーブル７は、Ａ軸に直交するＣ軸回りに回転可能となっている。

また、工作機械１０は、複数の工具（図示せず）が収容されるツールマガジン８を備えている。主軸ヘッド５の先端部に取り付けられる工具Ｔ（図２参照）は、ツール交換アーム９によってツールマガジン８内の任意の工具と自動的に交換されるようになっている。

図２は、図１に示される主軸ヘッドを一部断面にして模式的に示す拡大正面図である。図３は、図２に示される工具取付装置の要部拡大断面図である。なお、図２及び図３は、Ｚ軸方向（上下方向）が横になるように描かれている。

図２に示すように、主軸ヘッド５は、その先端部に工具Ｔを取り付けるための工具取付装置１１と、工具Ｔを回転させる回転駆動力を発生する駆動源１２とを備えている。そして、工具取付装置１１は、工具Ｔが着脱可能に装着される工具主軸１３と、工具主軸１３が内側に配置される工具主軸ホルダ１４とを有する。

工具主軸１３は、略円筒形状を呈しており、工具主軸ホルダ１４の内部に同軸をなして挿入されている。工具主軸１３内には、工具主軸１３の先端部に工具Ｔを着脱するための周知の着脱機構１５が配置されている。

工具主軸１３の工具Ｔが装着される側と反対側である基端側は、カップリング１６を介して、駆動源１２の回転軸１７と連結されている。駆動源１２としては、例えば電動モータが使用される。但し、駆動源１２は、工具主軸１３の基端側と、ベルトやギア等の駆動力伝達部材を介して、駆動源１２の回転軸１７と連結されてもよい。あるいは、駆動源１２は、工具主軸１３の外周側に配置されるビルトインモータであってもよい。

工具主軸ホルダ１４は、工具主軸１３を、軸受１８，１９を介して回転可能に支持する支持本体２０と、工具主軸１３の先端部の外周側に位置され支持本体２０の先端側に取り付けられる先端ブロック２１とを備えている。また、先端ブロック２１は、支持本体２０の先端面に、ボルト２４により固定される第１ブロック２２と、第１ブロック２２の先端面に、ボルト２５により固定される第２ブロック２３とを有している。そして、第１ブロック２２、第２ブロック２３、及び工具主軸１３の間に形成される空間に、工具主軸１３を当該工具主軸１３の軸心のまわりで回転可能な状態（以下、「アンロック」ともいう）と固定された状態（以下、「ロック」ともいう）とに切り替える切替機構３０が設けられている。

図３に示すように、切替機構３０は、工具主軸１３の先端部の外周側に配置されており、可動カップリング３１と、回転カップリング３２と、固定カップリング３３とを備えている。回転カップリング３２及び固定カップリング３３は、概ね環状板形状を呈しており、一方の面に複数の歯部３５，３６がそれぞれ放射状に円周方向等角度間隔で形成されている。また、可動カップリング３１は、概ね環状板形状を呈しており、一方の面に、回転カップリング３２及び固定カップリング３３の歯部３５，３６と噛合可能な複数の歯部３４が放射状に円周方向等角度間隔で形成されている。歯部３４，３５，３６には、耐摩耗性、硬度、強度等の機械的特性を上げるために適宜の表面硬化処理が行われることが望ましい。

なお、図３において、工具主軸１３の軸心Ｌよりも上側部分は、可動カップリング３１が固定カップリング３３及び回転カップリング３２から離脱したアンロックを示しており、工具主軸１３の軸心Ｌよりも下側部分は、可動カップリング３１が固定カップリング３３及び回転カップリング３２に噛合したロックを示している（図２も同様）。また、図３では、工具Ｔ及び着脱機構１５（図２参照）は、図示省略してある。

可動カップリング３１は、第２ブロック２３に形成されたシリンダボア４４内に、工具主軸１３の軸心Ｌ方向に移動可能に配置されている。そして、可動カップリング３１のシリンダボア４４底面側に、第１流体圧室３７が形成されており、可動カップリング３１のシリンダボア４４底面側と反対側に、第２流体圧室３８が形成されている。

第１流体圧室３７は、第２ブロック２３内に形成された第１経路３９、及び第１経路３９に接続された第１チューブ４１を介して、流体圧源（図示せず）に接続されており、第２流体圧室３８は、第２ブロック２３内に形成された第２経路４０、及び第２経路４０に接続された第２チューブ４２を介して、流体圧源（図示せず）に接続されている。また、第１チューブ４１及び第２チューブ４２の途中には、第１流体圧室３７及び第２流体圧室３８にそれぞれ供給される流体圧（ここでは、例えば空気圧）を検出するセンサＳ１，Ｓ２が設けられている。そして、センサＳ１，Ｓ２により検出された可動カップリング３１に供給される流体圧に基づいて可動カップリング３１の回転カップリング３２及び固定カップリング３３に対する噛合又は離脱を検知する検知手段５９が備えられている。

回転カップリング３２と工具主軸１３との間には、回転カップリング３２と工具主軸１３とを連結すると共に、軸心Ｌ方向に可撓性（弾性）を有するたわみ機構４５が設置されている。たわみ機構４５は、概ね環状板形状を呈するたわみ板４６と、適宜の枚数の皿ばね４７とを有する。

回転カップリング３２は、たわみ板４６の外周側にボルト４８により固定され、たわみ板４６の内周側は、工具主軸１３の外周面から外方に向けて突設されたフランジ５０の根元側にボルト４９により固定されている。これにより、回転カップリング３２は、工具主軸１３と連動して回転可能とされている。フランジ５０の外周側には、環状の凹部５１が形成されており、この凹部５１に皿ばね４７が収容される。

また、環状板形状を呈する押さえ部材５２が、工具主軸１３の外周面に嵌合され、フランジ５０と対向する位置に配置されている。押さえ部材５２は、たわみ機構４５の復元力（弾性力）に抗して回転カップリング３２をフランジ５０側に押圧し、工具主軸１３に形成された段部５４に当接した状態で、ナット部材５３により位置決め固定される。

固定カップリング３３は、回転カップリング３２の外周側に配置されており、工具主軸ホルダ１４の第１ブロック２２に、ボルト４３により固定されている。

そして、工具取付装置１１において、第１流体圧室３７に流体圧が供給されると、可動カップリング３１が工具主軸１３の工具Ｔ（図２参照）が装着される側である先端側から工具主軸１３の基端側の方向に移動して、回転カップリング３２及び固定カップリング３３に噛合し、一方、第２流体圧室３８に流体圧が供給されると、可動カップリング３１が工具主軸１３の基端側から先端側の方向に移動して、回転カップリング３２及び固定カップリング３３から離脱するように構成されている。

また、可動カップリング３１が回転カップリング３２及び固定カップリング３３から離脱したアンロック（図３の上側部分に示す状態）において、回転カップリング３２の歯部３５の軸心Ｌ方向の位置は、固定カップリング３３の歯部３６の軸心Ｌ方向の位置よりも可動カップリング３１に所定距離だけ近くなるように設定されている（なお、図３中では同位置に描いてある）。したがって、可動カップリング３１が回転カップリング３２及び固定カップリング３３に噛合する場合には、可動カップリング３１は、まず回転カップリング３２に当接してから固定カップリング３３に当接するようになっている。

次に、図４及び図５を参照して、前記のように構成された工作機械の工具取付装置１１の作用について説明する。図４は、工具主軸がアンロックにある工具取付装置の要部拡大断面図である。図５は、工具主軸がロックにある工具取付装置の要部拡大断面図である。

図４に示すように、回転加工用の工具（図示せず）が工具主軸１３の先端部に装着されて回転加工を行う場合には、流体圧源（図示せず）から、第２チューブ４２、第２経路４０を経て、第２流体圧室３８に流体圧が供給される。

第２流体圧室３８に流体圧が供給されると、可動カップリング３１が、回転カップリング３２及び固定カップリング３３と反対側に向けて、工具主軸１３の基端側から先端側の方向に移動する。一方、第１流体圧室３７内の流体は、第１経路３９、第１チューブ４１を経て排出される。これにより、可動カップリング３１は、回転カップリング３２及び固定カップリング３３から離脱する。

センサＳ２により検出された第２流体圧室３８に供給される流体圧が所定の閾値以上であった場合、可動カップリング３１が回転カップリング３２及び固定カップリング３３から離脱したこと、すなわち工具主軸１３のアンロックが検知される。なお、センサＳ２の検出値がセンサＳ１の検出値よりも所定の閾値以上高い場合に、工具主軸１３のアンロックが検知されるように構成されてもよい。

このように工具主軸１３のアンロックが確認された後に、駆動源１２（図２参照）の動作開始が許可される。そして、駆動源１２からの回転駆動力が工具主軸１３に伝達され、テーブル装置２（図１参照）のテーブル７に設置されたワーク（図示せず）に対する回転加工が行われる。このとき、工具は例えば３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）で移動させられ、ワークは所望の形状に加工される。

一方、図５に示すように、旋削加工用の工具（図示せず）が工具主軸１３の先端部に装着されて旋削加工を行う場合には、まず、主軸オリエンテーションにより、工具主軸１３を固定する角度位置に止める。続いて、流体圧源（図示せず）から、第１チューブ４１、第１経路３９を経て、第１流体圧室３７に流体圧が供給される。

第１流体圧室３７に流体圧が供給されると、可動カップリング３１が、回転カップリング３２及び固定カップリング３３の側に向けて、工具主軸１３の先端側から基端側の方向に移動する。一方、第２流体圧室３８内の流体は、第２経路４０、第２チューブ４２を経て排出される。

可動カップリング３１は、工具主軸１３の基端側の方に移動して、工具主軸１３との間にたわみ機構４５が介在された回転カップリング３２と、固定カップリング３３とに噛合することにより、工具主軸１３が固定された状態とされる。このとき、可動カップリング３１から回転カップリング３２に対しては、たわみ機構４５による復元力（弾性力）のみが作用する。

ここで、回転カップリング３２の歯部３５の位置が固定カップリング３３の歯部３６の位置よりも可動カップリング３１に近く設定されているため、可動カップリング３１は、まず回転カップリング３２に当接して噛合し、回転カップリング３２を工具主軸１３の基端側の方に押し付け、この押付け力によりたわみ機構４５が工具主軸１３の基端側の方にたわむ。そして、可動カップリング３１は、固定カップリング３３と噛合するまで移動して止まる。このとき、回転カップリング３２の歯部３５が、たわみ機構４５による復元力（弾性力）に抗して可動カップリング３１により押されて、固定カップリング３３の歯部３６と同じ軸心Ｌ方向の位置となる。これにより、可動カップリング３１は、回転カップリング３２及び固定カップリング３３と噛合する。

センサＳ１により検出された第１流体圧室３７に供給される流体圧が所定の閾値以上であった場合、可動カップリング３１が回転カップリング３２及び固定カップリング３３と噛合したこと、すなわち工具主軸１３のロックが検知される。なお、センサＳ１の検出値がセンサＳ２の検出値よりも所定の閾値以上高い場合に、工具主軸１３のロックが検知されるように構成されてもよい。

このように工具主軸１３のロックが確認された後に、テーブル装置２（図１参照）のテーブル７に設置されたワーク（図示せず）が回転させられ、工具を移動させることにより、ワークに対する旋削加工が行われる。

前記したように、第１実施形態に係る工具取付装置１１は、工具主軸１３と連動して回転可能な回転カップリング３２と、回転カップリング３２と工具主軸１３とを連結すると共に、軸心Ｌ方向に可撓性を有するたわみ機構４５と、を備えており、流体圧の供給によって可動カップリング３１が工具主軸１３の先端側から基端側の方向に移動して、回転カップリング３２及び固定カップリング３３に噛合することにより、工具主軸１３をロックとし、可動カップリング３１が回転カップリング３２及び固定カップリング３３から離脱することにより、工具主軸１３をアンロックとする。

この第１実施形態では、可動カップリング３１が、工具主軸１３の基端側の方に移動して、工具主軸１３との間にたわみ機構４５が介在された回転カップリング３２と、固定カップリング３３とに噛合することにより、工具主軸１３が固定された状態とされる。このとき、可動カップリング３１から回転カップリング３２に対しては、たわみ機構４５による復元力（弾性力）のみが作用する。
したがって、第１実施形態によれば、簡易でコンパクトな構成により、工具主軸１３を回転可能な状態とガタ無く確実に固定された状態とに切り替えて設定できると共に、可動カップリング３１の押付力による工具主軸１３へのスラスト負荷を抑制できる工作機械の工具取付装置１１を提供することができる。

また、第１実施形態では、可動カップリング３１が回転カップリング３２及び固定カップリング３３から離脱した状態において、回転カップリング３２の歯部３５の軸心Ｌ方向の位置は、固定カップリング３３の歯部３６の軸心Ｌ方向の位置よりも可動カップリング３１に近くなるように設定されている。

このような構成によれば、回転カップリング３２の歯部３５が、たわみ機構４５による復元力（弾性力）に抗して可動カップリング３１により押されて、固定カップリング３３の歯部３６と同じ軸心Ｌ方向の位置となる。したがって、可動カップリング３１と回転カップリング３２及び固定カップリング３３との噛合の精度及び剛性が高くなり、工具主軸１３をよりガタ無く確実に固定された状態とすることができる。

また、第１実施形態では、可動カップリング３１に供給される流体圧に基づいて可動カップリング３１の回転カップリング３２及び固定カップリング３３に対する噛合又は離脱を検知する検知手段５９が備えられている。

このような構成によれば、可動カップリング３１に供給される流体圧に基づいて工具主軸１３がアンロックであるかロックであるかを判断でき、この工具主軸１３の状態を確認した上で、回転加工や旋削加工等の加工の種類に応じた動作を確実に行うことができる。

図６は、本発明の第２実施形態に係る工具取付装置の要部拡大断面図である。図１〜図５に示した第１実施形態と同様又は対応する構成及び作用は、この実施形態に取り込まれるものとして、適宜説明を省略し、相違する点を主に説明する。

第２実施形態は、可動カップリング３１ａが工具主軸１３ａの基端側から先端側の方向に移動して、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａに噛合することにより、工具主軸１３ａをロックとする点で、可動カップリング３１が工具主軸１３の先端側から基端側の方向に移動して、回転カップリング３２及び固定カップリング３３に噛合することにより、工具主軸１３をロックとする第１実施形態（図３参照）と相違している。

図６に示すように、支持本体２０の先端側に取り付けられる先端ブロック２１ａは、支持本体２０の先端面に、ボルト２４ａにより後記する中間ブロック６０と共に固定される第１ブロック２２ａと、第１ブロック２２ａの先端面に当接して固定される中間ブロック６０と、第１ブロック２２ａの先端側に、中間ブロック６０を間に挟んで、ボルト２５ａにより固定される第２ブロック２３ａとを有している。そして、第１ブロック２２ａ、中間ブロック６０、第２ブロック２３ａ、及び工具主軸１３ａの間に形成される空間に、工具主軸１３ａをアンロックとロックとに切り替える切替機構３０ａが設けられている。

切替機構３０ａは、工具主軸１３ａの先端部の外周側に配置されており、可動カップリング３１ａと、回転カップリング３２ａと、固定カップリング３３ａとを備えている。回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａは、概ね環状板形状を呈しており、一方の面に複数の歯部３５ａ，３６ａがそれぞれ放射状に円周方向等角度間隔で形成されている。また、可動カップリング３１ａは、概ね環状板形状を呈しており、一方の面に、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａの歯部３５ａ，３６ａと噛合可能な複数の歯部３４ａが放射状に円周方向等角度間隔で形成されている。なお、図６においても、図３と同様に、工具主軸１３ａの軸心Ｌよりも上側部分は、アンロックを示しており、工具主軸１３ａの軸心Ｌよりも下側部分は、ロックを示している。

可動カップリング３１ａは、第１ブロック２２ａに形成されたシリンダボア４４ａ内に、工具主軸１３ａの軸心Ｌ方向に移動可能に配置されている。そして、可動カップリング３１ａのシリンダボア４４ａ底面側に、第１流体圧室３７ａが形成されており、可動カップリング３１ａのシリンダボア４４ａ底面側と反対側に、第２流体圧室３８ａが形成されている。

第１流体圧室３７ａは、第１ブロック２２ａ内に形成された第１経路３９ａ、及び第１経路３９ａに接続された第１チューブ４１を介して、流体圧源（図示せず）に接続されており、第２流体圧室３８ａは、第１ブロック２２ａ内に形成された第２経路４０ａ、及び第２経路４０ａに接続された第２チューブ４２を介して、流体圧源（図示せず）に接続されている。また、第１チューブ４１及び第２チューブ４２の途中には、第１流体圧室３７ａ及び第２流体圧室３８ａにそれぞれ供給される流体圧を検出するセンサＳ１，Ｓ２が設けられている。そして、センサＳ１，Ｓ２により検出された可動カップリング３１ａに供給される流体圧に基づいて可動カップリング３１ａの回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａに対する噛合又は離脱を検知する検知手段５９が備えられている。

回転カップリング３２ａと工具主軸１３ａとの間には、回転カップリング３２ａと工具主軸１３ａとを連結すると共に、軸心Ｌ方向に可撓性（弾性）を有するたわみ機構４５が設置されている。たわみ機構４５は、概ね環状板形状を呈するたわみ板４６と、適宜の枚数の皿ばね４７とを有する。

回転カップリング３２ａは、たわみ板４６の外周側にボルト４８により固定され、たわみ板４６の内周側は、工具主軸１３ａの外周面から外方に向けて突設されたフランジ５０の根元側にボルト４９により固定されている。これにより、回転カップリング３２ａは、工具主軸１３ａと連動して回転可能とされている。フランジ５０の外周側には、環状の凹部５１が形成されており、この凹部５１に皿ばね４７が収容される。

また、環状板形状を呈する押さえ部材５２が、工具主軸１３ａの外周面に嵌合され、フランジ５０と対向する位置に配置されている。

押さえ部材５２は、たわみ板４６及び皿ばね４７の復元力（弾性力）に抗して回転カップリング３２ａをフランジ５０側に押圧し、工具主軸１３ａに形成された段部５４に当接した状態で、ナット部材５３により位置決め固定される。

固定カップリング３３ａは、回転カップリング３２ａの外周側に配置されており、工具主軸ホルダ１４ａの中間ブロック６０と第２ブロック２３ａとの間に挟持されて、ボルト２５ａにより固定されている。

そして、工具取付装置１１ａにおいて、第１流体圧室３７ａに流体圧が供給されると、可動カップリング３１ａが工具主軸１３ａの基端側から先端側の方向に移動して、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａに噛合し、一方、第２流体圧室３８ａに流体圧が供給されると、可動カップリング３１ａが工具主軸１３ａの先端側から基端側の方向に移動して、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａから離脱するように構成されている。

また、アンロック（図６の上側部分に示す状態）において、回転カップリング３２ａの歯部３５ａの軸心Ｌ方向の位置は、固定カップリング３３ａの歯部３６ａの軸心Ｌ方向の位置よりも可動カップリング３１ａに所定距離だけ近くなるように設定されている（なお、図６中では同位置に描いてある）。したがって、可動カップリング３１ａが回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａに噛合する場合には、可動カップリング３１ａは、まず回転カップリング３２ａに当接してから固定カップリング３３ａに当接するようになっている。

次に、図６を参照して、前記のように構成された工作機械の工具取付装置１１ａの作用について説明する。
回転加工用の工具（図示せず）が工具主軸１３ａの先端部に装着されて回転加工を行う場合には、流体圧源（図示せず）から、第２チューブ４２、第２経路４０ａを経て、第２流体圧室３８ａに流体圧が供給される。

第２流体圧室３８ａに流体圧が供給されると、可動カップリング３１ａが、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａと反対側に向けて、工具主軸１３ａの先端側から基端側の方向に移動する。一方、第１流体圧室３７ａ内の流体は、第１経路３９ａ、第１チューブ４１を経て排出される。これにより、可動カップリング３１ａは、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａから離脱する。

センサＳ２により検出された第２流体圧室３８ａに供給される流体圧が所定の閾値以上であった場合、可動カップリング３１ａが回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａから離脱したこと、すなわち工具主軸１３ａのアンロックが検知される。なお、センサＳ２の検出値がセンサＳ１の検出値よりも所定の閾値以上高い場合に、工具主軸１３ａのアンロックが検知されるように構成されてもよい。

このように工具主軸１３ａのアンロックが確認された後に、駆動源１２（図２参照）の動作開始が許可される。そして、駆動源１２からの回転駆動力が工具主軸１３ａに伝達され、テーブル装置２（図１参照）のテーブル７に設置されたワーク（図示せず）に対する回転加工が行われる。

一方、旋削加工用の工具（図示せず）が工具主軸１３ａの先端部に装着されて旋削加工を行う場合には、まず、主軸オリエンテーションにより、工具主軸１３ａを固定する角度位置に止める。続いて、流体圧源（図示せず）から、第１チューブ４１、第１経路３９ａを経て、第１流体圧室３７ａに流体圧が供給される。

第１流体圧室３７ａに流体圧が供給されると、可動カップリング３１ａが、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａの側に向けて、工具主軸１３ａの基端側から先端側の方向に移動する。一方、第２流体圧室３８ａ内の流体は、第２経路４０ａ、第２チューブ４２を経て排出される。

可動カップリング３１ａは、工具主軸１３ａの先端側の方に移動して、工具主軸１３ａとの間にたわみ機構４５が介在された回転カップリング３２ａと、固定カップリング３３ａとに噛合することにより、工具主軸１３ａが固定された状態とされる。

このとき、可動カップリング３１ａから回転カップリング３２ａに対しては、たわみ機構４５による復元力（弾性力）のみが作用する。

ここで、回転カップリング３２ａの歯部３５ａの位置が固定カップリング３３ａの歯部３６ａの位置よりも可動カップリング３１ａに近く設定されているため、可動カップリング３１ａは、まず回転カップリング３２ａに当接して噛合し、回転カップリング３２ａを工具主軸１３ａの先端側の方向に押し付け、この押付け力によりたわみ機構４５が工具主軸１３ａの先端側の方にたわむ。そして、可動カップリング３１ａは、固定カップリング３３ａと噛合するまで移動して止まる。このとき、回転カップリング３２ａの歯部３５ａが、たわみ機構４５による復元力（弾性力）に抗して可動カップリング３１ａにより押されて、固定カップリング３３ａの歯部３６ａと同じ軸心Ｌ方向の位置となる。これにより、可動カップリング３１ａは、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａと噛合する。

センサＳ１により検出された第１流体圧室３７ａに供給される流体圧が所定の閾値以上であった場合、可動カップリング３１ａが回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａと噛合したこと、すなわち工具主軸１３ａのロックが検知される。なお、センサＳ１の検出値がセンサＳ２の検出値よりも所定の閾値以上高い場合に、工具主軸１３ａのロックが検知されるように構成されてもよい。

このように工具主軸１３ａのロックが確認された後に、テーブル装置２（図１参照）のテーブル７に設置されたワーク（図示せず）が回転させられ、工具を移動させることにより、ワークに対する旋削加工が行われる。

前記したように、第２実施形態に係る工具取付装置１１ａは、工具主軸１３ａと連動して回転可能な回転カップリング３２ａと、回転カップリング３２ａと工具主軸１３ａとを連結すると共に、軸心Ｌ方向に可撓性を有するたわみ機構４５と、を備えており、流体圧の供給によって可動カップリング３１ａが工具主軸１３ａの基端側から先端側の方向に移動して、回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａに噛合することにより、工具主軸１３ａをロックとし、可動カップリング３１ａが回転カップリング３２ａ及び固定カップリング３３ａから離脱することにより、工具主軸１３ａをアンロックとする。

この第２実施形態では、可動カップリング３１ａが、工具主軸１３ａの先端側の方に移動して、工具主軸１３ａとの間にたわみ機構４５が介在された回転カップリング３２ａと、固定カップリング３３ａとに噛合することにより、工具主軸１３ａが固定された状態とされる。このとき、可動カップリング３１ａから回転カップリング３２ａに対しては、たわみ機構４５による復元力（弾性力）のみが作用する。
したがって、第２実施形態によっても、第１実施形態と同様に、簡易でコンパクトな構成により、工具主軸１３ａを回転可能な状態とガタ無く確実に固定された状態とに切り替えて設定できると共に、可動カップリング３１ａの押付力による工具主軸１３ａへのスラスト負荷を抑制できる工作機械の工具取付装置１１ａを提供することができる。他の作用効果も第１実施形態と同様である。

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、前記各実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

例えば、前記実施形態では、本発明に係る工具取付装置が縦型の工作機械に適用された場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、横型の工作機械にも適用可能である。また、本発明は、例えば、ベッドにワークを旋回駆動させるための主軸台と心押台が設置され、工具主軸がその軸心に垂直な軸回りで回動可能に構成された複合工作機械等の各種の工作機械にも適用可能である。

また、前記実施形態では、旋削加工用の工具が工具主軸の先端部に装着されて旋削加工を行う場合に、工具主軸がロックとされる場合について説明したが、本発明は、例えば溝加工用のスロッタ工具が工具主軸の先端部に装着されて溝加工を行う場合に、工具主軸がロックとされる場合にも適用可能である。

また、前記実施形態では、可動カップリングが、流体圧の供給により、回転カップリング及び固定カップリングと反対側に向けて退避移動するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、可動カップリングが、リターンスプリングにより、あるいは流体圧の供給及びリターンスプリングにより、回転カップリング及び固定カップリングと反対側に向けて退避移動するように構成されてもよい。

また、前記実施形態では、可動カップリングに供給される流体圧が空気圧である場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば油圧であってもよい。

１０ 工作機械
１１，１１ａ 工具取付装置
１３，１３ａ 工具主軸
１４，１４ａ 工具主軸ホルダ
３１，３１ａ 可動カップリング
３２，３２ａ 回転カップリング
３３，３３ａ 固定カップリング
３４，３５，３６，３４ａ，３５ａ，３６ａ 歯部
４５ たわみ機構
５９ 検知手段
Ｌ 軸心
Ｔ 工具

Claims (4)

1. 工具が着脱可能に装着される工具主軸を当該工具主軸の軸心のまわりで回転可能な状態と固定された状態とに切り替えて設定可能な工作機械の工具取付装置であって、
   前記工具主軸が内側に配置される工具主軸ホルダ内の前記工具主軸の外周側に配置され、流体圧の供給によって前記工具主軸ホルダ内を前記工具主軸の軸心方向に移動可能な可動カップリングと、
   前記工具主軸と連動して回転可能な回転カップリングと、
   前記回転カップリングの外周側に配置され、前記工具主軸ホルダに固定された固定カップリングと、
   前記回転カップリングと前記工具主軸とを連結すると共に、前記軸心方向に可撓性を有するたわみ機構と、を備え、
   前記可動カップリング、前記回転カップリング、及び固定カップリングは、それぞれ複数の歯部を有しており、
   流体圧の供給によって前記可動カップリングが前記工具主軸の前記工具が装着される側である先端側から前記工具主軸の基端側の方向に移動して、前記回転カップリング及び前記固定カップリングに噛合することにより、前記工具主軸を前記固定された状態とし、前記可動カップリングが前記回転カップリング及び前記固定カップリングから離脱することにより、前記工具主軸を前記回転可能な状態とすることを特徴とする工作機械の工具取付装置。
2. 工具が着脱可能に装着される工具主軸を当該工具主軸の軸心のまわりで回転可能な状態と固定された状態とに切り替えて設定可能な工作機械の工具取付装置であって、
   前記工具主軸が内側に配置される工具主軸ホルダ内の前記工具主軸の外周側に配置され、流体圧の供給によって前記工具主軸ホルダ内を前記工具主軸の軸心方向に移動可能な可動カップリングと、
   前記工具主軸と連動して回転可能な回転カップリングと、
   前記回転カップリングの外周側に配置され、前記工具主軸ホルダに固定された固定カップリングと、
   前記回転カップリングと前記工具主軸とを連結すると共に、前記軸心方向に可撓性を有するたわみ機構と、を備え、
   前記可動カップリング、前記回転カップリング、及び固定カップリングは、それぞれ複数の歯部を有しており、
   流体圧の供給によって前記可動カップリングが前記工具主軸の前記工具が装着される側と反対側である基端側から前記工具主軸の先端側の方向に移動して、前記回転カップリング及び前記固定カップリングに噛合することにより、前記工具主軸を前記固定された状態とし、前記可動カップリングが前記回転カップリング及び前記固定カップリングから離脱することにより、前記工具主軸を前記回転可能な状態とすることを特徴とする工作機械の工具取付装置。
3. 前記可動カップリングが前記回転カップリング及び前記固定カップリングから離脱した状態において、前記回転カップリングの歯部の前記軸心方向の位置は、前記固定カップリングの歯部の前記軸心方向の位置よりも前記可動カップリングに近くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械の工具取付装置。
4. 前記可動カップリングに供給される流体圧に基づいて前記可動カップリングの前記回転カップリング及び前記固定カップリングに対する噛合又は離脱を検知する検知手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の工作機械の工具取付装置。

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