JP6917555B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備えた工作機械において、主軸のテーパ穴に着脱する工具の把握精度向上と食い付き防止を行えるようにした工作機械の主軸装置に関する。

工作機械の自動工具交換装置において、工具交換は工具を把持する主軸を備えた主軸装置と工具交換するチェンジャユニットによって行われる。例えば、自動工具交換装置において、主軸の中心を通って工具とワークに吐出される切削液をテーパ穴に付着させないことはテーパ穴への工具の食い付きを防止するために有効であった。
しかし、センタースルー方式では、主軸のテーパ穴にエアブラストを行う場合、主軸の中心からのみエアを噴射するためテーパ面にエアブラストが十分触れず、工具のテーパ穴への食い付き防止の重要な要素である潤滑油も十分に付与できなかった。更に、テーパ穴の中央からのみエアを噴射させると周囲に逆向きの渦が発生する（図１３参照）。そのため、テーパ面にもエアブラストの吐出孔を設けたいが、切削液が逆流して主軸内部に流入すると内部の部品が損傷してしまうという問題があった。

これに対し、特許文献１に記載された工作機械の主軸装置では、テーパ穴のテーパ面に加工空気供給孔を設けて加圧エアを噴射させている。しかも、空気供給孔のエア通路の途中に逆止弁を設けているためエア圧が高くなる。主軸のテーパ穴に工具ホルダを装着する前に空気供給孔を通して加圧空気を供給してテーパ面を清掃している。

また、特許文献２に記載された主軸装置では、主軸ハウジングに形成された第１エア供給通路と主軸に形成された第２エア供給通路を介して、工具ホルダを装着するテーパ穴のテーパ面からエアを噴出させている。主軸ハウジングと主軸の当接面に第２エア供給通路に侵入したクーラントを回収する螺旋状のクーラント回収溝を設け、主軸の回転によってクーラントがドレン開口側に押し出される。

特許文献３に記載された主軸装置では、主軸内のドローバーインナパイプをクーラント通路とし、ドローバーインナパイプと貫通穴との隙間をエア通路とし、ばね部材配置空間を冷却ジャケットに冷却液を供給する冷却液供給通路とした。

特許第２９１４９１８号公報 特許第４７８６２５８号公報 特開２０１６−５９９７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された工作機械の主軸装置は、エアを後方から主軸のテーパ穴へ送る際、狭いすき間のラビリンスを介して圧縮エアを送るが、エア圧が高いとラビリンス隙間を通って軸受にエアが流入してしまう。そして、軸受にごみや他の種類の潤滑油を入れてしまうおそれがあった。加圧空気供給路には途中に逆止弁が設置されており、エア圧は逆止弁のばね力に打ち勝って通過しなければならないため高圧にせざるを得ない。しかも、テーパ穴への工具ホルダの食い付きを防止するためにはエアに潤滑油を混ぜたミストを供給したいが、軸受がグリース潤滑の場合には浸入したミストによってグリースが溶けだしてしまうという問題が生じる。
また、特許文献２に記載の主軸装置でも、同様に高圧のエアがラビリンス隙間を通って軸受に流入してしまうという同様な問題があり、主軸を逆回転させると更に悪い状況になる恐れがある。

また、特許文献３に記載された主軸装置においても、エア通路にラビリンスが存在し、エア圧の高さに制限がある。工具ホルダを装着するテーパ穴のテーパ面に開口するエア通路は工具ホルダがテーパ面を離れるとエアを噴射する構造であるため、切削液を吐出する主軸中央のセンタースルー接続部のシールが摩耗した場合、切削液が漏れてしまい、テーパ面と工具ホルダとの間に切屑が挟まって微細な隙間ができた場合に切削液がエア通路を逆流して主軸の後部に流れてしまうという問題が生じる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、テーパ穴のテーパ面及び工具の清掃と工具の食い付き防止を図ると共に、切削液がエア流路を逆流することを阻止する工作機械の主軸装置を提供することを目的とする。

本発明に係る工作機械の主軸装置は、主軸先端のテーパ穴にエアを吐出することで前記テーパ穴の清掃を行う工作機械の主軸装置において、先端の前記テーパ穴に工具が取り付けられる中空状の主軸と、前記テーパ穴のテーパ面からエアを吐出するエア吐出孔と、前記主軸内で進退して前記工具のクランプとアンクランプを切り換える工具把持部材と、前記工具把持部材の外周側に設けられていて前記エア吐出孔にエアを供給するエアブロー流路と、前記エアブロー流路内に摺動可能に設けられていて前記エアブロー流路を開閉可能な可動シール部材と、を備え、前記工具のクランプ時に前記可動シール部材によって前記エアブロー流路を閉鎖して前記テーパ穴から切削液が逆流することを阻止し、前記工具把持部材内には先端側に切削液を供給する切削液流路が設けられ、前記切削液流路は、前記可動シール部材でエアと仕切られ、かつ、弾性部材が設けられた室に連通し、前記可動シール部材は、前記弾性部材によって前記エアブロー流路を閉鎖することで切削液の逆流を阻止し、前記エアブロー流路内には、液密に固定されたストッパ部材と、前記可動シール部材と前記ストッパ部材の間に設けられたシール部材とを備え、前記工具のクランプ時に前記シール部材と前記ストッパ部材によって前記エアブロー流路を閉鎖することによって切削液の逆流を阻止し、前記ストッパ部材は前記工具把持部材に設けられた凸部に当接されていることによって切削液の逆流を阻止していることを特徴とする。
本発明では、工具のアンクランプ時にエアブロー流路から供給されるエアを、エア吐出孔を通して主軸先端のテーパ穴に吐出して着脱する工具やテーパ穴の清掃を行い、エアに潤滑油を含む場合には潤滑油を付着させる。エアブロー流路は閉じられた空間であるため高圧でも漏れることがない。クランプ時に工具とテーパ穴の間の密着が不完全でも切削液がエアブロー流路を逆流することを可動シール部材によって阻止できる。
エアブロー流路の閉鎖状態で切削液が逆流することを阻止できる。
可動シール部材に加えてシール部材とストッパ部材によって三重にエアブロー流路を封止できるため、テーパ穴から切削液がエアブロー流路に逆流することを確実に阻止できる。
アンクランプ状態からクランプ状態に切り換えた場合、弾性部材によって可動シール部材を摺動させてエアブロー流路を閉鎖させ、その後、弾性部材を設けた室内の切削液の圧力によって更に可動シール部材を閉鎖する圧力を高める。

また、工具のアンクランプ時に、工具把持部材に可動シール部材を連動させてエアブロー流路を開放させることが好ましい。
アンクランプ時に工具把持部材の移動に連動する可動シール部材によってエアブロー流路を開放するため、エア吐出孔を通してエアをテーパ穴に吐出することができる。

エアブロー流路は、エア吐出孔とテーパ穴近傍に設けた主軸中央の空間部とにエアを供給するようにしてもよい。
エアブロー流路を通してエア吐出孔と主軸中央の空間部を通してテーパ穴にエアを吐出して工具やテーパ面を清掃し、エア中の潤滑油のミストで工具の食い付きを防止できる。
なお、切削液流路は、工具の中心または径方向外側のフランジ部を通して切削液を吐出するようにしてもよい。

本発明に係る工作機械の主軸装置によれば、工具のアンクランプ時にエアブロー流路から供給されるエアをテーパ穴のテーパ面に吐出して、着脱する工具やテーパ穴の清掃を行い、エアに潤滑油を含むことでテーパ穴に工具が食い付くことを防止できる。
しかも、エアブロー流路は閉じられた空間であるためエアが高圧でも漏れることがない。また、クランプ時に異物等で工具とテーパ穴の間の密着が不完全でも切削液がエアブロー流路に逆流することを可動シール部材で阻止できる。

本発明の第一実施形態による工作機械の主軸装置の要部構成を示す断面図である。 クランプ状態のプッシュロッドとコレットの拡大断面図である。 アンクランプ状態のプッシュロッドとコレットの拡大断面図である。 図１に示す主軸装置の主エアブロー流路とシールピストン部分の拡大図である。 図４のＡ部拡大図である。 主エアブロー流路の付勢部材の部分の拡大断面図である。 主軸装置のアンクランプ機構の拡大断面図である。 主軸の主エアブロー流路とアンクランプ用ピストンの拡大断面図である。 主軸装置のプッシュロッドとシールホルダ部分の拡大断面図である。 アンクランプ状態のプッシュロッドで主エアブロー流路を開放状態にした断面図である。 第二実施形態による主軸装置の先端側部分を示す断面図であり、上半分がクランプ状態、下半分がアンクランプ状態を示す図である。 図１１と同様な図であり、エアブロー流路と切削液流路を示す図である。 従来例による主軸装置のテーパ穴と中央ノズルからのエアの流れを示す図である。 図１１に示す中央エアノズルを備えた主軸装置の要部断面図である。

以下、本発明の実施形態による工作機械の主軸装置について図１乃至図１０に基づいて説明する。
図１は本実施形態による工作機械１の自動工具交換装置の主軸装置２を示すものである。本実施形態による主軸装置２は、主軸６の中心軸線Ｏに沿って切削液が先端に送られて吐出されるセンタースルー方式である。
図１に示す主軸装置２において、マシニングセンタ等の主軸頭に固定された略筒状のハウジング本体５と、その内部に軸受周りに回転可能に設けた中空状の主軸６と、主軸６の後部に進退可能に配設されたアンクランプ機構７とを備えている。なお、本明細書において、図１の主軸装置２の工具ホルダ（工具）１３側を前側、前方とし、アンクランプ機構７側を後側、後方というものとする。

主軸６の前部は前軸受９を介してハウジング本体５に保持され、後部は後軸受１０を介してハウジング本体５に保持されている。ハウジング本体５内には、その前軸受９と後軸受１０の間に主軸６を中心軸線Ｏ回りに回転させるための電動モータＭを備えている。電動モータＭは内側にモータロータ１１が設置され、その外側にモータステータ１２が設置されている。モータロータ１１と一体に回転する主軸６を含む軸状部分がスピンドル８である。

主軸６の前端部には、工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａを嵌め込むテーパ穴６ａが工具保持部として形成され、工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａの後端部にはプルスタッド１３ｂが設けられている。工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａに続く先端側の外周面には図示しないチェンジャアームで把持するためのＶフランジ１３ｃが形成されている。
図２において、主軸６のテーパ穴６ａに連通していて中心軸線Ｏ方向に延びる略筒状の穴部６ｂが形成され、穴部６ｂ内の前側にはプルスタッド１３ｂを把持可能で中心軸線Ｏの前後方向に移動可能なコレット１５が設置されている。コレット１５の後部にはプッシュロッド１６が前後動可能に連結されている。プッシュロッド１６の外周面には円筒状のシールホルダ１４が固定されている。プッシュロッド１６はその後端部が主軸６の後端から突出している（図１参照）。プッシュロッド１６の前後動によってコレット１５が前後動することになる。

プッシュロッド１６の内部には、切削液を先端側に供給する中心穴として切削液流路１６ａが形成されている。プッシュロッド１６の切削液流路１６ａと工具ホルダ１３との間には切削液を工具ホルダ１３内に供給する接続ノズル１７が設置されている。接続ノズル１７の後部には、プッシュロッド１６の先端に形成された凹部内に圧縮ばね１９が配設されている。工具ホルダ１３がテーパ穴６ａ内に挿入された際、プッシュロッド１６が接続ノズル１７を後方に押すことで装着され、工具ホルダ１３にテーパ穴６ａを外れる方向に付勢力を与えている。

コレット１５の先端部には工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂを把持するための爪部１５ａが形成されている。主軸６の筒状の穴部６ｂの先端にはテーパ穴６ａとの連通部に拡径された空間部１８が形成されている。コレット１５が穴部６ｂ内を前方に移動した場合には爪部１５ａが空間部１８内に進入して、ばねの力で拡径するように回動してプルスタッド１３ｂを離す（図３参照）。コレット１５が後方に移動した場合には、爪部１５ａが穴部６ｂ内に納められて縮径しプルスタッド１３ｂを把持することになる（図２参照）。
空間部１８内には、後述する主エアブロー流路３０のエア通路２０から分岐された中央エアブロー流路３１から供給されるエアを貯留可能である。しかも中央エアブロー流路３１の先端側の空間部３１を含む空間はテーパ穴６ａを除いて気密な閉鎖空間とされ、エアの漏れを防いでいる。

図４及び図５において、主軸６の穴部６ｂの中心軸線Ｏ方向には、シールホルダ１４において前側段部１４ｂを介して略円筒状の拡径通路１４ａがプッシュロッド１６の外周面に沿って後方に延びて形成されている。拡径通路１４ａには後方からエアが供給される。拡径通路１４ａの径方向外側にはエア連通路１４ｃを介して主軸６内を前方に延びるエア通路２０が形成されている。エア通路２０の先端にはテーパ穴６ａのテーパ面からエアを吐出するエア吐出孔２１が接続されている。エア通路２０は途中で分岐されて中央エアブロー流路３１に接続されている。

拡径通路１４ａ内には、エア連通路１４ｃでエア通路２０との間を開閉可能な略円筒状のシールピストン２２が摺動可能に配設されている。シールピストン２２は拡径通路１４ａを液密にシールしている。シールピストン２２とその前方の前側段部１４ｂとの間には弾性部材としてコイルばね２３が配設されたばね室２３ａが形成され、シールピストン２２を後方に押圧してエア連通路１４ｃを閉鎖するように付勢している。切削液流路１６ａと拡径通路１４ａとはばね室２３ａで切削液連通路１６ｂを介して連通しており、拡径通路１４ａのばね室２３ａに流入した切削液の液圧によってもシールピストン２２を後方に押動可能である。

拡径通路１４ａ内において、シールピストン２２の後方にはシール部材２４を介してストッパナット２５が配設され、ストッパナット２５はシールホルダ１４の外側内面にねじ締結されている。ストッパナット２５の外面にはパッキンが装着され、内面に形成された凸部１６ｄとの間で拡径通路１４ａを液密にシールしている。拡径通路１４ａ内において、後方側から前進するエアと切削液流路１６ａから流入する切削液はシールピストン２２で液密に仕切られている。
工具ホルダ１３のクランプ状態において、拡径通路１４ａは後方から供給されるエアがエア連通路１４ｃを介してエア通路２０に流れ込んでエア吐出孔２１から吐出させる。テーパ穴６ａ内の切削液がエア吐出孔２１を通してエア通路２０を逆流する場合には、シールピストン２２でエア連通路１４ｃを閉鎖することになる。

図１、図６及び図７において、拡径通路１４ａ内のストッパナット２５の後方には、プッシュロッド１６の外周面に略筒状の前部バネリテーナ２７と後部バネリテーナ２８とが所定の間隔を開けて設置されている。前部バネリテーナ２７はストッパナット２５に螺合するシールホルダ１４に係止されている。後部バネリテーナ２８は後部でプッシュロッド１６の外周面に固定されている。前部バネリテーナ２７と後部バネリテーナ２８の間には、例えば皿ばね等からなる付勢部材２９が圧縮状態で取り付けられている。

そのため、プッシュロッド１６は付勢部材２９の付勢力によって後部バネリテーナ２８を介して後方(クランプ方向)に付勢されて穴部６ｂ内に引き込まれ、これによってコレット１５を後方に引き込んで工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂをクランプする。付勢部材２９はプッシュロッド１６と共に後部バネリテーナ２８を拡径通路１４ａ内で後方に押動する。
後述するアンクランプ用ピストン３４でプッシュロッド１６が前方（アンクランプ方向）に押されると、後部バネリテーナ２８がシールホルダ１４に係止された前部バネリテーナ２７との間で付勢部材２９を圧縮させる。

図１及び図９において、穴部６ｂの拡径通路１４ａにおける、後部バネリテーナ２８、付勢部材２９、前部バネリテーナ２７、そしてエア連通路１４ｃ及びエア通路２０をエアが流れる。このエア流路を主エアブロー流路３０という。エア通路２０で分岐されて空間部１８までエアが流れる流路を中央エアブロー流路３１という。
そのため、主エアブロー流路３０を通してエア吐出孔２１からテーパ穴６ａにエアを吐出することができる。また、主エアブロー流路３０から中央エアブロー流路３１を介して空間部１８にもエアを吐出することができる。空間部１８に溜まったエアはテーパ穴６ａから工具ホルダ１３を引き抜くことでテーパ穴６ａ内に吐出される。

主エアブロー流路３０のエア吐出孔２１には潤滑油を供給する図示しない潤滑油ノズルが接続されており、エア吐出孔２１からミスト状の潤滑油を含むエアがエアブラストとしてテーパ穴６ａに噴出される。
また、主軸６の中心軸Ｏには、中央エアブロー流路３１とは別に切削液流路１６ａ及び接続ノズル１７を通して切削液をテーパ穴６ａを通して工具ホルダ１３による切削点に噴出する切削液の流路が形成されている。

次に主軸６の後方に設けたアンクランプ機構７について図７及び図８により説明する。
図７に示すように、主軸６の後方には、アンクランプ機構７のシリンダ３２内に略円筒状の油圧室３３が中心軸線Ｏ回りに形成されている。油圧室３３の外周側には前後方向に拡径する拡径溝３３ａ、３３ｂが形成されており、その中心軸線Ｏ寄りの面が拡径溝３３ａ、３３ｂよりも縮径した縮径部を形成する。主軸６のプッシュロッド１６は後端部に段部１６ｃを有しており、段部１６ｃの後方に延びるプッシュロッド１６の軸部１６ｅは油圧室３３を有するシリンダ３２を貫通してハウジング本体５の後方から外側に突出している。

この油圧室３３内にはアンクランプ用ピストン３４がプッシュロッド１６の軸部１６ｅを挿通させて進退可能に設置されている。アンクランプ用ピストン３４は本体部３４ａが油圧室３３と同軸に略円筒状に形成されている。アンクランプ用ピストン３４の後部にはストッパ３５が固定されている。ストッパ３５は、アンクランプ用ピストン３４の進退位置を油圧室３３と区画する枠体３６の別個の空間３６ａ内で進退し、前壁と後壁との間で移動を規制する。プッシュロッド１６の更に後端部はハウジング本体５の後端面から外側に突出しており、その外周側に軸受を介して拡径部材からなる被検体３８が装着されている。
この被検体３８に対向する位置にはクランプとアンクランプを検知する確認スイッチ３９が設置され、被検体３８の進退位置を検出して工具ホルダ１３がクランプ位置にあるかアンクランプ位置にあるかを判別して後述の制御装置５１に入力する。なお、被検体３８が前進位置にある場合にはアンクランプ位置を示し、後退位置にある場合にはクランプ位置を示している。被検体３８の更に後端部にはロータリージョイント４０が設置され、切削液流路１６ａに供給するための切削液が切削液供給源４８からロータリージョイント４０に供給される。

アンクランプ用ピストン３４の外周面には油圧室３３内の内周面に向けて本体部３４ａから拡径する略円板状の作動翼３４ｂが形成されている。油圧室３３の内周面に摺動可能に当接する作動翼３４ｂの外周面には油圧室３３の内周面との間をシールするシール部材が全周に亘って埋め込まれている。
また、油圧室３３の前側の拡径溝３３ａにはハウジング本体５の外周面からクランプ用油圧ポート４２が連通して形成されている。クランプ用油圧ポート４２から油圧室３３内に油圧が供給されると作動翼３４ｂを後方に押動させてアンクランプ用ピストン３４を主軸６の後端から離間させる。そして、付勢部材２９の付勢力でプッシュロッド１６を後方に移動させてコレット１５を引き込むことで、爪部１５ａで工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂをクランプする。

また、油圧室３３の後側の拡径溝３３ｂにはハウジング本体５の外周面からアンクランプ用油圧ポート４３が連通して形成されている。アンクランプ用油圧ポート４３から油圧室３３内に油圧が供給されると作動翼３４ｂを前方に押動させてアンクランプ用ピストン３４を後端の段部１６ｃから離間させる。そして、前進するアンクランプ用ピストン３４でプッシュロッド１６を押して前方に移動させてコレット１５を押し出すことで、爪部１５ａで工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂをアンクランプする。

シリンダ３２内のアンクランプ用ピストン３４において、その前側部分には、プッシュロッド１６の軸部１６ｅの周囲に補助エアブロー流路４５が形成されている。補助エアブロー流路４５は主エアブロー流路３０の後端部に接続可能とされている。ハウジング本体５の外周面には補助エアブロー流路４５に連通するエアポート４６が設置されている。補助エアブロー流路４５は前端開口がプッシュロッド１６の段部１６ｃに形成した主エアブロー流路３０の後端開口に対向している。しかも、図７に示すように、工具ホルダ１３のクランプ状態でプッシュロッド１６の段部１６ｃはアンクランプ用ピストン３４の前面と隙間Ｋを介して対向している。

アンクランプ状態で、アンクランプ用ピストン３４がプッシュロッド１６の段部１６ｃに当接した状態で、外部からエアをエアポート４６に供給し、補助エアブロー流路４５を介して主エアブロー流路３０に供給させる。
なお、工具交換の際、図示しないチェンジャアームで工具ホルダ１３を主軸６のテーパ穴６ａから引き抜いたタイミングで、エアポート４６から主エアブロー流路３０を介して空間部１８のエアを噴出させると、エアの流れに時間を要するため工具交換に時間がかかる欠点がある。しかし、本実施形態では、工具交換の前段階で空間部１８内にエアを予め充満させておくことで、工具ホルダ１３の抜き取り時に即応してエアを吹き付けることができる。

図１により主軸装置２の制御機構について説明する。
ロータリージョイント４０には切削液供給源４８から切削液が供給される。切削液は、プッシュロッド１６内の切削液流路１６ａを通して中心軸Ｏに沿って前方に送られ、テーパ穴６ａに装着された工具ホルダ１３内を通ってワークの切削点に噴出される。切削液は工具ホルダ１３で保持された工具でワークを切削する場合に、切削点の冷却と工具刃先の摩耗低減用の潤滑のために供給される。
クランプ用油圧ポート４２とアンクランプ用油圧ポート４３には油圧供給源４９から油圧の供給と引き上げが交互に行われる。エアポート４６には空圧供給源５０からエアが供給され、補助エアブロー流路４５から主エアブロー流路３０を通して前方に送られる。そして、主エアブロー流路３０を通してエア吐出孔２１からミスト状潤滑油を含むエアが、中央エアブロー流路３１を通して中心軸Ｏ上の空間部１８からエアが、テーパ穴６ａにそれぞれ噴射される。油圧供給源４９と空圧供給源５０での圧油とエアの吐出と停止の制御は制御装置５１によって行われる。

本実施形態による工作機械１の主軸装置２は上述した構成を備えており、次にテーパ穴６ａでのエアの吐出方法について説明する。
最初に工具ホルダ１３のクランプ動作について説明する。主軸６のテーパ穴６ａに工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａを挿入した状態で、制御装置５１により、図７に示すアンクランプ用油圧ポート４３を開放し、クランプ用油圧ポート４２に圧油を投入して前側の拡径溝３３ａから油圧室３３へ供給する。

すると、油圧室３３内の油圧によってアンクランプ用ピストン３４は油圧室３３内で後退し、ピストン３４が拡径溝３３ｂ側の内壁に当接して止まる。これにより、プッシュロッド１６の段部１６ｃとアンクランプ用ピストン３４との間に隙間Ｋが生じる。プッシュロッド１６は、図１、図２及び図７において、付勢部材２９の付勢力で後方に移動するため、コレット１５が穴部６ｂ内に引き込まれて爪部１５ａで工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂを引き込んでテーパシャンク１３ａがテーパ穴６ａ内に嵌合保持される。
この状態で、電動モータＭ１を駆動することで工具ホルダ１３と主軸６を一体回転させて図示しないワークを切削加工できる。

しかも、切削液供給源４８から切削液がロータリージョイント４０に流れ、一体回転する主軸６のプッシュロッド１６内の切削液流路１６ａから接続ノズル１７を介してプルスタッド１３ｂから工具ホルダ１３内を通り、工具によるワークの切削点に吐出される。
シールホルダ１４に設けた拡径通路１４ａ内のシールピストン２２がコイルばね２３で押されるため、後方に移動してエア連通路１４ｃを閉鎖し、主エアブロー流路３０を遮断する。しかも、切削液流路１６ａの切削液の一部が切削液連通路１６ｂを通して拡径通路１４ａのコイルばね２３のばね室２３ａに流入してシールピストン２２を更に押圧する。これにより、主エアブロー流路３０とエア通路２０との間のエア連通路１４ｃを閉鎖する。切削液供給源４８からの切削液の供給によってばね室２３ａ内の液圧が増大するため、シールピストン２２はより強固にエア連通路１４ｃを閉鎖させる。

その際、工具ホルダ１３のクランプ時にテーパ穴６ａと工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂとの間にごみ等の異物が挟まる等して密着が不完全な状態であると、切削点に供給される切削液がテーパ穴６ａに流れ、エア吐出孔２１を通してエア通路２０を逆流することがある。この場合でも、エア連通路１４ｃにおいて拡径通路１４ａの主エアブロー流路３０がシールピストン２２で閉鎖されているため、切削液の逆流を阻止できる。しかも、初期ではコイルばね２３の付勢力がシールピストン２２に働き、切削液流路１６ａ内の切削液の圧力が高くなるに従い、ばね室２３ａ内の液圧が増大してより強くシールピストン２２を押圧する。
なお、シールホルダ１４とストッパナット２５はねじ締結されているため、シールピストン２２の軸方向の荷重はストッパナット２５で終結され、プッシュロッド１６や付勢部材２９に影響を及ぼさない。

しかも、エア連通路１４ｃの閉鎖によるシール構造について、シールピストン２２で閉鎖する上に、その後方端面にシール部材２４がストッパナット２５との間で押圧されているため、シール部材２４によってもエア連通路１４ｃを通した切削液の逆流を阻止できる。更に、ストッパナット２５はプッシュロッド１６の凸部１６ｄに当接されていることによっても切削液の逆流を阻止できる。そのため、エア連通路１４ｃにおいて、切削液の逆流を３重に阻止するシール構造を備えている。

次に、工具ホルダ１３をクランプ状態からアンクランプ状態に切り換える場合について説明する。
図１及び図７において、確認スイッチ３９で被検体３８がクランプ位置にあることを確認してアンクランプ位置に切り換える。即ち、制御装置５１からの指示によりクランプ用油圧ポート４２を開放し、油圧供給源４９からアンクランプ用油圧ポート４３に圧油を投入し、後側の拡径溝３３ｂから油圧室３３へ供給する。

すると、油圧室３３内の油圧によってアンクランプ用ピストン３４は油圧室３３内で前進し、ストッパ３５が枠体３６の空間３６ａの前壁に当接して止まる。
アンクランプ用ピストン３４は前進してプッシュロッド１６の段部１６ｃに当接する。アンクランプ用ピストン３４とプッシュロッド１６の段部１６ｃとの当接により、アンクランプ用ピストン３４の補助エアブロー流路４５とプッシュロッド１６の段部１６ｃに設けた主エアブロー流路３０とが接続される。

更に大きな油圧力でアンクランプ用ピストン３４を押して前進させることにより、段部１６ｃでプッシュロッド１６を前方に押し込む。図１０において、プッシュロッド１６の前進によって、拡径通路１４ａ内でストッパナット２５に当接していた凸部１６ｄが前進し、その後半の一部のストロークによって凸部１６ｄがシールピストン２２をコイルばね２３の付勢力と切削液の液圧に抗して前方に押す。
これによって、拡径通路１４ａ内で、シールピストン２２はエア連通路１４ｃから外れて開放させる。その際、シールピストン２２の前進を妨げる逆止弁等がないためスムーズに移動し、エア連通路１４ｃを開放する。これによってエアポート４６から供給されるエアは、主エアブロー流路３０を前方に送られる。一部のエアは主エアブロー流路３０から中央エアブロー流路３１を介して空間部１８に貯留される。また、残りのエアはエア通路２０を通してテーパ穴６ａのテーパ面に連通するエア吐出孔２１に送られる。
主エアブロー流路３０及び中央エアブロー流路３１は完全に閉じられた空間であり、高圧のエアであっても漏れることなく空間部１８とエア吐出孔２１に運ばれる。エア吐出孔２１のエアは、テーパ穴６ａと工具ホルダ１３との間の狭い隙間に残る異物を吹き飛ばすことができる。

プッシュロッド１６の前進によって、後部バネリテーナ２８が押されて付勢部材２９が圧縮される。図３に示すように、プッシュロッド１６の前進によってコレット１５が押されるため爪部１５ａが空間部１８内で開き、プルスタッド１３ｂを解放する。プッシュロッド１６及びコレット１５で押された工具ホルダ１３は主軸６のテーパ穴６ａとの嵌合を解除されてアンクランプされる。更に工具ホルダ１３の後部に設けた空間部１８内にエアが充満しているために、工具ホルダ１３の食い付き解放に寄与する。

そして、主軸６のテーパ穴６ａに把持された工具ホルダ１３は図示しないチェンジャアームで引き抜かれて交換される。工具ホルダ１３の引き抜きにより、空間部１８に充満されたエアは、主軸６のテーパ穴６ａと工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａに吹き付けられて、付着したゴミ等を吹き飛ばす。しかも、エアは工具交換の前段階で空間部１８内に充満しておくために、工具ホルダ１３の引き抜きと同時に主軸６のテーパ穴６ａと工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａに高圧のエアを吹き付けることができ、迅速な工具交換動作に遅れを取らない。
空間部１８からエアの吹出しと同時に、テーパ穴６ａのテーパ面に形成されたエア吐出孔２１からミスト状の潤滑油を含むエアがエアブラストとして噴出される。これにより、テーパ穴６ａのテーパ面と工具ホルダ１３のテーパ面の清掃と潤滑油の付与を行う。

新たな工具ホルダ１３の差し込み時にも主エアブロー流路３０からエアが噴射されており、エア吐出孔２１からもミスト状の潤滑油を含むエアが噴射される。これらのエアとミスト状潤滑油がテーパシャンク１３ａとテーパ穴６ａに吹き付けられる。これによって、工具ホルダ１３のテーパ穴６ａ内への食い付きを抑制できる。工具ホルダ１３のテーパ穴６ａへの差し込み終了後にエアポート４６へのエアの供給が終了する。

次に、アンクランプ機構７において、アンクランプ用油圧ポート４３を開放し、クランプ用油圧ポート４２に圧油を投入して前側の拡径溝３３ａから油圧室３３へ供給する。これによって、アンクランプ用ピストン３４が後退してプッシュロッド１６から離れる。プッシュロッド１６は付勢部材２９の付勢力でクランプ位置に後退してエア連通路１４ｃを閉鎖する。同様に、後退するコレット１５の爪部１５ａによって新たな工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂをクランプする。

上述したように本実施形態による工作機械１の主軸装置２によれば、主エアブロー流路３０のエア連通路１４ｃを開閉可能なシールピストン２２、シール部材２４、凸部１６ｄ及びストッパナット２５で３重のシール構造を採用した。そのため、クランプ時に、切削点に吐出された切削液がテーパ穴６ａと工具ホルダ１３のわずかな隙間を介して主エアブロー流路３０を逆流することを阻止でき、主軸６の内部を損傷することを防止できる。
主エアブロー流路３０は閉じられた空間であるため高圧でも漏れることがない。しかも、エア連通路１４ｃの開閉切り替えは、プッシュロッド１６の前後動に連動して行うことができる。

しかも、アンクランプ時に、テーパ穴６ａのテーパ面からエア吐出孔２１を通してミスト状潤滑油を含むエアを工具ホルダ１３のテーパシャンク１３ａとテーパ面に噴射させることで、ゴミ等を吹き飛ばすと共に、潤滑油によって新たな工具ホルダ１３のテーパ穴６ａへの食い付きを防止できる。
また、工具交換の前段階で、主軸６のテーパ穴６ａに嵌合した工具ホルダ１３の後ろ側の空間部１８内にエアを予め充満させておくことで、工具交換が短時間で瞬時に行われる場合でも、工具ホルダ１３の抜き取りに即応してエアを空間部１８から噴射させ、テーパ穴６ａや工具ホルダ１３に付着したゴミ等を吹き飛ばすことができる。

なお、本発明による工作機械１の主軸装置２は、上述した実施形態によるものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能である。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述した実施形態による工作機械１の主軸装置２と同一または同様な部材、部品には同一の符号を用いて説明する。

次に本発明の第二実施形態による工作機械１の主軸装置２Ａについて図１１から図１４により説明する。
本実施形態による主軸装置２Ａは、上述のセンタースルー方式に代えて、工具ホルダ１３のフランジ部から切削液が吐出されるフランジスルー方式である。図１１及び図１２は、主軸装置２Ａにおける中心軸Ｏの上下両側で工具ホルダ１３のクランプ状態とアンクランプ状態を示している。
本第二実施形態による主軸装置２Ａでは、図１２に示すように、プッシュロッド１６に設けた切削液流路１６ａはシールホルダ１４の切削液連通路１６ｂを介して拡径通路１４ａのコイルばね２３を備えたばね室２３ａに連通している。ばね室２３ａに流入した切削液はコイルばね２３と共にシールピストン２２を押圧している。切削液連通路１６ｂより先端側の切削液流路１６ａは封止されている。

ばね室２３ａのシールピストン２２と反対側では、分岐切削液流路５５が階段状に形成されており、主軸６における前軸受９近傍を先端側に延びて工具ホルダ１３のＶフランジ１３ｃに対向して開口している。工具ホルダ１３では、分岐切削液流路５５の開口に対向してＶフランジ１３ｃの外周部から内部を通して先端側に延びる切削液通路５６が形成されている。切削液通路５６から工具ホルダ１３の内部を通してワークの切削点に切削液が吐出される。

次に、中央エアブロー流路３１の先端に設けた中央エアノズル５８について説明する。
図１３の従来例に示すように、工作機械１の主軸装置２Ｂがセンタースルー方式で、テーパ穴６ａのテーパ面に開口するエア吐出孔２１を設けない場合、主軸６の先端の中心軸線Ｏ付近からのみエアが噴射される。この場合、図に示すようにセンターエアのエア流の周囲に逆向きの渦流が発生するため、テーパ穴６ａ内にゴミ等を運んで付着させるという現象が生じる。

このような現象を改善する手段として、図１１に示す主軸装置２Ｂの中央エアノズル５８を図１４により説明する。
図１１及び図１４に示す主軸装置２Ｂでは、第一実施形態と同様に、エアを噴射するノズル形状としてエア吐出孔２１をテーパ穴６ａのテーパ面に備えている。エア吐出孔２１に接続されるエア通路２０が主軸６に設けられている。プッシュロッド１６の先端側には開閉可能な複数に分割されたコレット１５の間に、空間部１８に有底筒状の中央エアノズル５８が設置されている。

中央エアノズル５８は工具ホルダ１３のプルスタッド１３ｂが当接する先端面が閉鎖されており、先端面近傍の側部に所定間隔で複数の噴射口５８ａが形成されている。各噴射口５８ａから噴射するエアによってエア圧を高めることができる。コレット１５の付け根には開放方向に付勢する連結ばねが装着されている。そのため、クランプ状態とアンクランプ状態で、中央エアノズル５８から噴射したエアは、コレット１５の分割面の隙間を通って空間部１８に充満できる。

中央エアノズル５８の制御に際し、アンクランプ状態でエアを噴射してから工具ホルダ１３を引き抜く間に、エア圧が高まるまでタイマーで計測できる。高精度加工を行う工具ホルダ１３に交換する際には十分にエアを充満させる方がよく、タイマー時間の設定を長短調整することができる。
図１２に示すように、エア通路２０から分岐された中央エアブロー流路３１は、圧縮ばね１９内に延びており、圧縮ばね１９の先端部に装着された中央エアノズル５８の後部に連結されている。

そのため、図１１及び図１２の下半分に示すアンクランプ時において、中央エアブロー流路３１から中央エアノズル５８に供給されるエアは空間部１８に吐出されて充満される。中央エアノズル５８及びエア吐出孔２１から工具ホルダ１３内にエアを噴射する。すると、エア吐出孔２１は工具ホルダ１３のテーパ面に塞がれているので、主エアブロー流路３０からプッシュロッド１６の先端の空間部１８へエアが先に噴射されて充満し、空間部１８のエア圧が高まる。
その後、工具ホルダ１３を引き抜くことで、空間部１８とエア吐出孔２１から大流量のエアがテーパ穴６ａ内に噴射され、ゴミ等の異物の排除を効果的に行える。しかも、エア吐出孔２１からのエアは潤滑油のミストが含まれ、テーパ穴６ａに装着される工具ホルダ１３の食い付きを防止できる。
なお、第一実施形態においても、中央エアブロー流路３１の先端側に中央エアノズル５８が設置されていてもよい。或いは空間部１８を設けずに、中央エアノズル５８から直接エアをテーパ穴６ａに噴射するようにしてもよい。

なお、噴射させるエアに潤滑油を含まなくてもよい。
上述した各実施形態では、自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備えた工作機械１の主軸装置２について説明したが、自動工具交換装置を備えていない工作機械にも本発明を適用できる。また、空圧供給源５０から供給するエアに潤滑油のミストを混ぜてもよい。これによって、エア吐出孔２１のエアに潤滑油のミストを混ぜる必要がなくなる。
本発明において、プッシュロッド１６とコレット１５は工具把持部材に含まれ、シールピストン２２は可動シール部材に含まれ、ストッパナット２５はストッパ部材に含まれ、主エアブロー流路３０及び中央エアブロー流路３１はエアブロー流路に含まれる。

１ 工作機械
２，２Ａ，２Ｂ 主軸装置
６ 主軸
６ａ テーパ穴
１４ｃ エア連通路
１３ 工具ホルダ
１３ａ テーパシャンク
１４ａ 拡径通路
１６ プッシュロッド
１６ａ 切削液流路
１８ 空間部
２０ エア通路
２１ エア吐出孔
２２ シールピストン
２３ コイルばね
２３ａ ばね室
２４ シール部材
２９ 付勢部材
３０ 主エアブロー流路
３１ 中央エアブロー流路
３３ 油圧室
３４ アンクランプ用ピストン
４２ クランプ用油圧ポート
４３ アンクランプ用油圧ポート
４５ 補助エアブロー流路
４６ エアポート
５８ 中央エアノズル
Ｋ 隙間

Claims (4)

1. 主軸先端のテーパ穴にエアを吐出することで前記テーパ穴の清掃を行う工作機械の主軸装置において、
   先端の前記テーパ穴に工具が取り付けられる中空状の主軸と、
   前記テーパ穴のテーパ面からエアを吐出するエア吐出孔と、
   前記主軸内で進退して前記工具のクランプとアンクランプを切り換える工具把持部材と、
   前記工具把持部材の外周側に設けられていて前記エア吐出孔にエアを供給するエアブロー流路と、
   前記エアブロー流路内に摺動可能に設けられていて前記エアブロー流路を開閉可能な可動シール部材と、を備え、
   前記工具のクランプ時に前記可動シール部材によって前記エアブロー流路を閉鎖して前記テーパ穴から切削液が逆流することを阻止し、
   前記工具把持部材内には先端側に切削液を供給する切削液流路が設けられ、
   前記切削液流路は、前記可動シール部材でエアと仕切られ、かつ、弾性部材が設けられた室に連通し、
   前記可動シール部材は、前記弾性部材によって前記エアブロー流路を閉鎖することで切削液の逆流を阻止し、
   前記エアブロー流路内には、液密に固定されたストッパ部材と、前記可動シール部材と前記ストッパ部材の間に設けられたシール部材とを備え、
   前記工具のクランプ時に前記シール部材と前記ストッパ部材によって前記エアブロー流路を閉鎖することによって切削液の逆流を阻止し、
   前記ストッパ部材は前記工具把持部材に設けられた凸部に当接されていることによって切削液の逆流を阻止していることを特徴とする工作機械の主軸装置。
2. 前記工具のアンクランプ時に前記工具把持部材に前記可動シール部材を連動させて前記エアブロー流路を開放させる請求項１に記載された工作機械の主軸装置。
3. 前記エアブロー流路は、前記エア吐出孔と前記テーパ穴近傍に設けた空間部とにエアを供給するようにした請求項１又は２に記載された工作機械の主軸装置。
4. 前記切削液流路は、前記工具の中心または径方向外側のフランジ部を通して切削液を吐出するようにした請求項３に記載された工作機械の主軸装置。

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