JPH0133281B2

JPH0133281B2 -

Info

Publication number: JPH0133281B2
Application number: JP59184084A
Authority: JP
Inventors: Saneji Sato; Takeshi Momochi
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1984-09-03
Filing date: 1984-09-03
Publication date: 1989-07-12
Also published as: JPS6161733A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、工作機械のスピンドル内に設けら
れ、ツールを着脱自在にクランプするツールクラ
ンプ装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

マシニングセンタなど複数のツールを順次交換
して使用する工作機械のスピンドル内には、ツー
ルを着脱自在に自動的にクランプするツールクラ
ンプ装置が設けられている。

このツールクランプ装置として、スピンドル内
に軸線方向移動可能に配設されたコレツト軸と、
このコレツト軸の先端部に取付けられた複数の弾
性爪部材からなるコレツトと、コレツトの外周囲
に当接しコレツトを閉状態に保持するようスピン
ドル内に固設されたコレツト押えブツシユと、コ
レツト軸に積層された状態で装着された複数の皿
ばねと、皿ばねを押圧し、コレツト軸を軸線方向
に移動させる皿ばね押圧機構とを備えた構造のも
のが従来から良く知られている。

このような構造からなるツールクランプ装置に
おいては、皿ばねを押圧し、そのたわみ量に相当
する距離だけコレツト軸を軸線方向に移動させ、
先端部に取付けられたコレツトをコレツト押えブ
ツシユとの当接状態から開放し、コレツトに開動
作を生じさせることによりツールホルダのプルス
タツドをアンクランプする動作がなされる。

このように、従来のツールクランプ装置におい
ては、コレツトを軸線方向に移動させ、スピンド
ル内の所定位置に配設されているコレツト押えブ
ツシユと係脱させることにより、ツールのクラン
プ、アンクランプ動作を行わせているので、コレ
ツト軸を比較的大きい距離（例えば10数mm）移動
させる必要がある。このことは、コレツト軸に装
着されている皿ばねのたわみ量も大きくする必要
があり、その結果、装着される皿ばねの枚数を多
くする原因となつている。

コレツト軸に積層装着された皿ばねの枚数が多
いと、それだけツールクランプ装置の軸線方向寸
法が長くなり、ツールクランプ装置の大型化の原
因となる。また、皿ばねに大きなたわみ変位を生
じさせるため、皿ばね押圧機構も大型化する必要
があるという問題がある。

さらに、皿ばねはスピンドルとともに回転させ
られるが、多数枚の皿ばねを積層して装着した場
合、個々の皿ばねは完全に均一ではないため、ス
ピンドルの動バランスに悪影響を及ぼし、とりわ
け高速回転時には振動、スピンドルの振れ等の原
因となる。

このように、従来のツールクランプ装置におい
ては、多数枚の皿ばねを装着する必要があり、装
置が大型化するとともに、スピンドルの高速回転
化を困難とする原因となつている。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたもの
であり、コレツト軸に積層された状態で装着され
る皿ばねの枚数を減少させ、装置の小型化を図る
ことのできるツールクランプ装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、スピンドル内に配設されたコレツト
軸と、このコレツト軸の先端部に取付けられた複
数の弾性爪部材からなるコレツトと、このコレツ
トの外周囲に当接し、コレツトを閉状態に保持す
るようスピンドル内に固設されたコレツト押えブ
ツシユとを備えたツールクランプ装置であつて、
コレツトとコレツト押えブツシユとが互いに相対
回転可能に配設され、コレツト押えブツシユにコ
レツトの先端部が侵入可能な凹部が設けられてい
ることを特徴としている。

本発明によれば、コレツトの開閉動作は、コレ
ツトとコレツト押えブツシユとの相対回転動作に
より得られ、コレツトを軸線方向に移動させる必
要がない。したがつて、コレツト軸に装着されて
いる皿ばねは、コレツトに及ぼしているクランプ
力を解除するだけの押圧力を受ければよく、軸線
方向のたわみ変位を必要としないので、従来のよ
うに多数枚の皿ばねを積層装着させる必要がな
く、皿ばねの数を大幅に減少させることができ
る。皿ばねの数を減少させることにより、装置の
軸線方向寸法を小さくし、装置の小型化を図るこ
とができるとともに、スピンドルの動バランスが
改良され、スピンドルの高速回転化を図ることが
できる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図は本発明によるツールクランプ装置の一
実施例を示す縦断面図である。

図において符号１１はスピンドルヘツドのケー
シングであり、このケーシング１１内にスピンド
ル１２が回転可能に軸受支持されている。符号１
３はスピンドル１２内に同軸に配設されたコレツ
ト軸であり、先端部に複数の弾性爪部材からなる
コレツト１４が取付けられ、後端部に爪ナツト１
５が螺着されている。爪ナツト１５は、スピンド
ル１２の後端開口部に軸線方向移動可能に挿嵌さ
れた皿ばね押えリング１６の内側に配設されてい
る。皿ばね押えリング１６は、２つの異なる内径
を有する段付きリングであり、爪ナツト１５は、
皿ばね押えリング１６の大径部に遊嵌されるとと
もに、その先端面１５ａが皿ばね押えリング１６
の段付き面１６ａに当接している。爪ナツト１５
の後端面１５ｂには係合用爪１５ｃが軸線方向に
向けて突設され、また爪ナツト１５の後端面１５
ｂは、皿ばね押えリング１６の後端面１６ｂより
わずかに（例えば１mm）皿ばね押えリング１６内
に入り込んでいる。

コレツト軸１３の前方側のスピンドル１２内に
は、コレツト１４の外周囲に当接し、コレツト１
４を閉状態に保持するようコレツト押えブツシユ
１７が固設されている。このコレツト押えブツシ
ユ１７は、コレツト１４の基端部１４ｂから先端
部１４ａに至るまで延び、コレツト１４の外周囲
に摺動可能に当接することにより、コレツト軸１
３の先端部をスピンドル１２内に支持している。
また、コレツト押えブツシユ１７のコレツト１４
の先端部１４ａが当接する位置には、第２図に示
すように、円周方向に複数個の凹部１８が設けら
れている。この凹部１８は、コレツトの先端部１
４ａが侵入可能な幅および長手寸法を有してお
り、コレツト１４の弾性爪部材の本数と同数（本
実施例では６個）だけ、等しい間隔で配置されて
いる。また、コレツトの先端部１４ａは第２図に
示すように、内方側の幅が大きい略台形状の断面
を有している。

皿ばね押えリング１６とコレツト押えブツシユ
１７の間には、複数枚の皿ばね１９が、コレツト
軸１３の外周囲に積層された状態で装着されてい
る。

スピンドルヘツドのケーシング１１内上方に
は、皿ばね押圧機構２０が配設され、皿ばね１９
を押圧することにより、コレツト１４にアンクラ
ンプ動作を生じさせ得るようにしてある。皿ばね
押圧機構２０は、ケーシング１１の上部に形成さ
れた油圧シリンダ２１と、この油圧シリンダ２１
内に配設されスピンドル１２の軸線方向に往復移
動する油圧ピストン２２と、油圧シリンダ２１に
ピストン駆動用圧力油を供給する油圧回路２３
と、ピストン戻し用ばね２４とを備えている。

また、本実施例においてはコレツト軸回転駆動
手段が設けられ、これは、油圧ピストン２２を軸
線方向に挿通して配設され、油圧ピストン２２と
ともに往復移動するとともに自転可能な駆動軸３
１と、駆動軸３１の途中に嵌着されたピニオン３
２と、このピニオン３２を回転駆動するラツク３
３と、このラツク３３を往復移動させる手段、例
えば油圧駆動手段（図示せず）とから構成されて
いる。駆動軸３１の前端には、爪ナツト１５の係
合用爪１５ｃと係合する凹溝あるいは係合爪３１
ａが設けられている。また駆動軸３１の後端に
は、駆動軸３１の回転角検知用ドツグ３１ｂが取
付けられ、所定位置に配設されたリミツトスイツ
チ（図示せず）に当接することにより駆動軸３１
の回転角度を検知、制御し得るようになつてい
る。

符号３４は、スピンドル１２の外周に嵌着さ
れ、工作機械の主軸駆動系（図示せず）と係合し
てスピンドル１２に所定の回転運動を与える歯車
である。

次にこのような構成からなる本実施例の作用に
ついて説明する。

第１図は、ツールクランプ装置により、ツール
ホルダＨを用いてツールＴがクランプされている
状態を示している。すなわち、切削加工等に用い
られるツールＴは、テーパシヤンク部Ｓ、プルス
タツドＰ等を備えたツールホルダＨに保持され、
このツールホルダＨはテーパシヤンク部Ｓをスピ
ンドル１２の先端部に設けられた円錐形開口部に
挿入係合させるとともに、プルスタツドＰをコレ
ツト１４の内側に挿入させ、皿ばね１９の弾発力
を利用して後方に引張ることにより、スピンドル
１２に対して固着されている。この場合、コレツ
ト押えブツシユの内壁面は、コレツト１４の先端
部１４ａに当接してこれを半径内方向に弾性変形
させ、コレツト１４を閉じた状態に保持してい
る。

このような状態からツールホルダＨを取り外す
動作について説明する。

油圧回路２３から油圧シリンダ２１に圧力油を
供給すると、油圧ピストン２２が降下（前進）
し、その先端面２２ａが皿ばね押えリング１６の
後端面１６ｂに当接する。この場合、爪ナツト１
５の後端面１５ｂは、皿ばね押えリング１６の後
端面１６ｂよりわずかに皿ばね押えリング１６の
内側へ入つているので、油圧ピストン２２の先端
面２２ａは爪ナツト１５の後端面１５ｂには当接
しない。また、駆動軸３１も油圧ピストン２２と
ともに前進し、凹溝３１ａが爪ナツト１５の係合
用爪１５ｃに係合する。

油圧ピストン２２がさらに前進すると、皿ばね
押えリング１６に押されて皿ばね１９がわずかに
たわむ。これにより皿ばね押えリング１６の段付
き面１６ａを介して、爪ナツト１５の先端面１５
ａならびにこれに螺合されたコレツト軸１３への
皿ばね１９の付勢力が解放される。このように、
油圧ピストン２２による皿ばね押えリング１６の
押圧は、コレツト軸１３に与えられている皿ばね
１９の弾発力を解除するために行われるものであ
り、皿ばね押えリング１６に当接した後の油圧ピ
ストン２２の前進移動距離はごく小さなもの（例
えば１mm未満）で良い。

油圧ピストン２２により皿ばね押えリング１６
を押圧した状態で、油圧駆動手段（図示せず）を
作動させて、ラツク３３を移動させ、ピニオン３
２およびこれに嵌合された駆動軸３１を所定角度
（本実施例ではコレツト１４が６個の弾性爪部材
により構成されているので30゜）回転させる。こ
の回転角度の制御は、ドツグ３１ｂとリミツトス
イツチ（図示せず）により行うことができる。駆
動軸３１の回転は、爪ナツト１５の係合用爪１５
ｃと駆動軸３１の凹溝３１ａとの係合によりコレ
ツト軸１３に伝達され、先端部に取付けられたコ
レツト１４を回動させる。コレツト１４が回動
し、先端部１４ａがそれぞれコレツト押えブツシ
ユ１７の凹部１８の位置に来ると、先端部１４ａ
は半径方向に弾性変形して凹部１８内に侵入す
る。この場合、コレツト先端部１４ａの半径外方
向の変形量は、コレツト１４とプルスタツドＰと
の係合が解除されるだけで十分である。すなわ
ち、略台形状断面の先端部１４ａは外方側の幅狭
部１８が凹部１８内に侵入し、傾斜面が凹部１８
の入口端に接触することにより停止する。これに
より、コレツト１４とツールホルダＨのプルスタ
ツドＰとの係合状態が解除される。自動工具交換
装置などを用いてツールホルダＨを軸線方向に引
張ることにより、スピンドル１２からツールＴお
よびツールホルダＨが取外される。

続いて次に使用するツールの保持されたツール
ホルダをスピンドル１２内に挿入し、プルスタツ
ドをコレツト１４の先端部１４ａの位置に配置し
た状態で、ラツク３３を前述したとは逆方向に同
一距離だけ移動させる。これにより、前述したと
同様の作動によりコレツト１４が回転し、コレツ
ト１４の先端部１４ａがコレツト押えブツシユ１
７の凹部１８から抜け出し、再びコレツト押えブ
ツシユ１７により外周囲が拘束保持される。コレ
ツト１４の先端部１４ａは半径内方向に弾性変形
し、かつコレツト押えブツシユ１７により拘束さ
れた状態でプルスタツドをクランプする。続いて
油圧回路２３への圧力油の供給を停止すると、油
圧ピストン２２はばね２４により後方へ戻され、
油圧ピストン２２と皿ばね押えリング１６との当
接状態が解除される。これにより、皿ばね押えリ
ング１６は、皿ばね１９の弾発力により再び後方
へ付勢され、この皿ばね１９の弾発力が、皿ばね
押えリング１６の段付き面１６ａ、爪ナツト１５
の先端面１５ａを介してコレツト軸１３へ伝達さ
れ、コレツト１４を後方に引張る。プルスタツド
をコレツト１４により引張ることにより、ツール
ホルダのテーパシヤンク部Ｓがスピンドル１２の
円錐形開口部に強固に密接嵌合され、ツールおよ
びツールホルダの確実な取付けがなされる。

なお、コレツト１４とコレツト押えブツシユ１
７との相対回転をスムーズに行わせるため、コレ
ツト１４の先端部１４ａおよびコレツト押えブツ
シユ１７の凹部１８には、適宜なめらかな面取り
を設けておくことが望ましい。

このように、本実施例によれば、ツールクラン
プ装置のクランプ、アンクランプ動作を、コレツ
ト１４を回転させ、その先端部１４ａをコレツト
押えブツシユ１７に設けられた凹部１８に出し入
れすることにより行うようにしてあるので、従来
のようにコレツト軸を比較的長い距離軸線方向に
移動させる必要がない。このため、コレツト軸１
３に積層された状態で装着されている皿ばね１９
に、比較的大きなたわみ変位を生じさせなくても
よく、皿ばね１９の装着枚数を少なくすることが
可能である。これにより、ツールクランプ装置の
長手方向寸法を小さくすることができる。また、
完全に均一なものとすることが困難な皿ばねの装
着枚数を少なくすることにより、スピンドルの動
バランスが改良され、良好な高速回転を実現する
ことができる。さらに、皿ばね押圧機構２０の押
圧ストロークが小さいことから、皿ばね押圧機構
２０の長手方向寸法も小さくすることができる。

以上のように、本実施例によれば、スピンドル
ならびにスピンドルヘツドを小型化することがで
きるとともに、スピンドル回転数の高速化を図る
ことができる。

第３図は本発明によるツールクランプ装置を、
工作機械のスピンドルヘツドまたはラムに装着さ
れるアタツチメントに設置した例を示す縦断面図
である。

本実施例においては、コレツト軸をコレツト軸
回り止め手段に連結して固定し、スピンドルの回
転を利用してコレツト押えブツシユを回転させる
ようにしてある。なお、本実施例の特徴部分を明
瞭にするため、第１図に示した実施例と同一の構
造については同一の符号を付すのみで詳細な説明
は省略する。

コレツト軸１３の後方部付近のスピンドル１２
内には、コレツト押えブツシユ１７の後端面との
間で、複数枚の皿ばね１９を積層した状態で保持
する皿ばね押えリング４１が軸線方向移動可能に
嵌挿されている。この皿ばね押えリング４１の後
端面（第３図では上端面）４１ａに当接するよう
スラストローラベアリング４２が配設され、この
スラストローラベアリング４２の後方側（上方
側）に、中間リング４３が軸線方向移動可能に嵌
挿されている。コレツト軸１３の後端部に螺着さ
れた爪ナツト１５は、その先端面１５ａを皿ばね
押えリング４１の後端面４１ａに当接させるとと
もに、スラストローラベアリング４２および中間
リング４３の内側に、これらと隙間を有して配置
されている。また、爪ナツト１５の後端面１５ｂ
は、中間リング４３の後端面４３ａよりわずかに
（例えば１mm）中間リング４３内に入り込んでい
る。

皿ばね押圧機構２０の油圧ピストン２２の先端
面２２ａには、爪ナツト１５の係合用爪１５ｃと
係合する凹溝２２ｃが設けられ、コレツト軸回り
止め手段としての機能が与えられている。

なお、符号４４はスピンドル１２に嵌着された
スピンドル駆動用傘歯車であり、アタツチメント
内に配設された動力伝達軸４５に嵌着された傘歯
車４６と噛合つている。

第３図に示すように、ツールホルダＨがスピン
ドル１２に装着されている状態から、これを取外
す作動について説明する。まず、油圧回路２３か
ら油圧シリンダ２１内に圧力油を供給すると、油
圧ピストン２２が前進し、その先端面２２ａが中
間リング４３の後端面４３ａに当接するととも
に、凹溝２２ｃが爪ナツト１５の係合用爪１５ｃ
と係合する。この場合、油圧ピストン２２の先端
面２２ａは、爪ナツト１５の後端面１５ｂには当
接していない。続いて油圧ピストン２２がわずか
に（例えば１mm未満）前進移動すると、油圧ピス
トン２２押圧力は、中間リング４３、スラストロ
ーラベアリング４２を介して皿ばね押えリング４
１に伝達され、皿ばね１９をごくわずかの量だけ
たわみ変形させる。これにより、前述した実施例
と同様、爪ナツト１５の先端面１５ａと皿ばね押
えリング４１の後端面４１ａとの押圧状態が解除
され、コレツト軸１３への皿ばね１９の付勢力が
解放される。また、コレツト軸１３は、爪ナツト
１５の係合用爪１５ｃが油圧ピストン２２の凹溝
２２ｃに挿入係合することにより、回り止めされ
る。続いて動力伝達軸４５を回動し、傘歯車４
６，４４を介してスピンドル１２を所定角度（例
えば30゜）回転する。スピンドル１２の回転によ
り、内部に固着されているコレツト押えブツシユ
１７が回転させられ、凹部１８がコレツト１４の
先端部１４ａの位置に来たとき、それぞれの先端
部１４ａは半径方向に弾性変形して凹部１８内に
侵入する。これにより、コレツト１４はアンクラ
ンプの状態となり、ツールホルダＨがスピンドル
１２から引抜かれる。なお、スラストローラベア
リング４２が皿ばね押えリング４１と中間リング
４３との間に配設されているので、スピンドル１
２を回転させた際、中間リング４３は静止位置を
保つことができる。

次に新しいツールホルダを取付ける場合には、
上述したようにしてコレツト１４をアンクランプ
状態としておき、ツールホルダＨのプルスタツド
をコレツト１４の先端部１４ａの位置まで挿入
し、スピンドル１２を回転駆動する。これにより
コレツト１４の先端部１４ａがコレツト押えブツ
シユ１７の凹部１８から抜き出され、再びプルス
タツドがコレツト１４によりクランプされる。続
いて油圧回路２３への圧力油の供給を停止する
と、油圧ピストン２２がばね２４により後退移動
させられ、中間リング４３から離間する。これに
より、再び皿ばね押えリング４１が爪ナツト１５
の先端面１５ａに当接し、皿ばね１９の弾発力を
付与し、コレツト軸１３およびコレツト１４を後
方に向けて引張り、ツールホルダＨの確実な取付
けがなされる。

このように本実施例によれば、コレツト１４を
固定し、コレツト押えブツシユ１７を回動させる
ことにより、コレツト１４のクランプ、アンクラ
ンプ動作を得ることができる。本実施例によるツ
ールクランプ装置は小型であるためアタツチメン
トに組込むことが容易である。また皿ばね押圧機
構２０の油圧ピストン２２の移動ストロークが小
さいため、油圧ピストン駆動用の油量は少なくて
よく、外部から多量の圧力油を供給することが困
難なアタツチメントにおいては特に有利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、スピン
ドル内に装着される皿ばねの枚数を少なくするこ
とができるとともに皿ばね押圧機構を小型化する
ことができるので、スピンドルならびにスピンド
ルヘツドの小型化を図ることができるとともに、
スピンドル回転数の高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるツールクランプ装置の一
実施例を示す縦断面図、第２図は第１図−線
断面図、第３図は本発明によるツールクランプ装
置をアタツチメントに組込んだ例を示す縦断面図
である。１２…スピンドル、１３…コレツト軸、１４…
コレツト、１４ａ…先端部、１５…爪ナツト、１
６，４１…皿ばね押えリング、１７…コレツト押
えブツシユ、１８…凹部、１９…皿ばね、２０…
皿ばね押圧機構。

Claims

【特許請求の範囲】１スピンドル内に配設されたコレツト軸と、前
記コレツト軸の外周部に積層された状態で装着さ
れた複数枚の皿ばねと、前記コレツト軸の先端部
に取付けられた複数の弾性爪部材からなるコレツ
トと、前記コレツトの外周囲に当接しコレツトを
閉状態に保持するようスピンドル内に固設された
コレツト押えブツシユとを備えたツールクランプ
装置において、前記ツールクランプ装置は、皿ば
ねを押圧することによりコレツトにアンクランプ
動作を生じさせる皿ばね押圧機構と、前記コレツ
トがアンクランプの状態にあるとき前記コレツト
とコレツト押えブツシユとを相対回転させる相対
回転駆動機構とを備え、前記コレツト押えブツシ
ユには前記コレツトの先端部が侵入可能な凹部が
設けられていることを特徴とするツールクランプ
装置。２相対回転駆動機構はコレツト軸に着脱自在に
連結されているコレツト軸回転駆動手段を有して
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のツールクランプ装置。３コレツト軸はコレツト軸回り止め手段に着脱
自在に連結されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のツールクランプ装置。４コレツト押えブツシユに設けられた凹部は、
円周方向に複数個等配されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のツールクランプ装
置。