JPH0463609A - 工具クランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工具クランプ装置に関する。

［従来の技術］ 従来の工具クランプ装置を第３図に示す。

この装置は、軸穴８を有する主軸２を有してあり、軸穴
８の先端部は工具６を軸方向に移動（脱着）可能に収容
する先広のテーパ穴７となっている。軸穴８内にはドロ
ーバー１２が挿入されており、ドローバ−１２の両端部
は軸穴８により軸方向へ摺動自在に保持されている。ド
ローバー１２には複数の皿ばね１３が嵌装されており、
皿ばね１３はドローバ−１２を引扱き方向に付勢してい
る。

ドローバ−１２の先端に固定されたスリーブ（把持部）
１１ａは、工具６の後端部に設けられたプルスタッド６
ｂを鋼球１０を介して掴み、ドローバ−１２が皿ばね１
３の弾性力によってクランプ方向く第３図中、右方向）
に引張られることにより主軸２のテーパ穴７に工具６の
テーパ部６ａが嵌合されて工具６が主軸２にクランプさ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述したように従来の工具クランプ装置では、工具解放
時にアンクランプ方向（（第３図中、へ方向）へ皿ばね
１３を圧縮させつつドローバ−１２を押し込み、スリー
ブ１１ａから工具６を解放する。

しかし、工具解放を容易とするためにドローバ１２の押
し込み量を充分確保する必要があり、その分だけ皿ばね
１３の圧縮量を大きく設計する必要がある。−枚の皿ば
ね１３の圧縮量の増加には制限があるので、必然的に皿
ばね１３の枚数を増加させる必要がある。

このような要請により従来、多数の皿ばね１３の嵌装が
なされていたが、その結果、ドローバ−１２の軸長増加
のためにドローバー１２の固有振動数が低下して主軸２
の回転数に近づき、共振が生じる可能性がある。そのた
めに、主軸装置を危険速度（共振を生じる回転速度）以
下で運転する必要があり、切削能力の限界となっていた
。

また、ドローバ−１２の軸長が増加するとその剛性低下
により、たとえ上記危険速度以下であっても、ドローバ
−１２の振動が増加して加工精度を悪化させるという欠
点もある。

また、皿ばね１３が偏心する可能性も増え、主軸振動増
大の要因となる。

更に、工具解放時に大きな力でドローバ−１２を押し込
まねばならないので各部の強度を大きくするために装置
が大型化するという問題もある。

本発明は上記問題の少なくとも一つを解決するためにな
されたものであり、その第１の目的は皿ばね枚数を低減
して制振性を向上させた工具クランプ装置を提供するこ
とである。その第２の目的はより小さなアンクランプ力
で工具解放が可能な工具クランプ装置を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の工具クランプ装置は、軸穴を有し該軸穴の先端
部が工具を軸方向に移動可能に収容・する先広のテーパ
穴となっている主軸と、前記軸穴内に軸方向へ摺動自在
に挿入される工具引込み用のドローバーと、該ドローバ
ーの先端部に固定され軸方向への前動により前記工具を
把持し軸方向への後動により前記工具を解放する把持部
と、前記軸穴及び前記ドローバーに軸方向に摺動自在に
嵌装されるプルケースと、該プルケース内の前記ドロー
バーに嵌着され前記ドローバーを軸方向後方に前記プル
ケースを軸方向前方に付勢するばね機構と、前記ドロー
バー後方に配設され前記プルケス及び前記ドローバーを
軸方向に摺動させる摺動手段とを備え、 前記摺動手段は、工具解放時に前進してまず前記プルケ
ースを前動させて前記ばね機構を緩め続いて前記ドロー
バーを前動させて前記工具を解放させ、工具把持時に後
進してまず前記ドローバから離れ引き続き前記プルケー
スを後進させて前記ばね機構を圧縮し工具を把持させる
ものでおることを特徴としている。

［作用］ 本発明の工具クランプ装置では、摺動手段がドローバー
後方に配設されていて、ドローバーのみならずプルケー
スをも軸方向に摺動させる。

すなわら、摺動手段はその工具解放時に前進して、まず
プルケースを前動させてばね機構を緩め、続いてばね機
構に対する付勢力が低下した後、ドローバーを前動させ
て工具を解放させる。

また、摺動手段はその工具把持時に後進して、まずドロ
ーバーから離ればね機構を復元し、引き続きプルケース
を後進させてばね機構を再圧縮し工具を把持する。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図に示す。なお、第３図に示す
従来の工具クランプ装置と等しい機能要素には同一符号
を付す。

この工具クランプ装置は、ハウジング５、ハウジング５
に回転自在に保持される主軸２、主軸２の軸穴８内に挿
入されたドローバ−１２、ドローバー１２の先端部に固
定されるスリーブ（把持部）９、軸穴８及びドローバー
１２に軸方向摺動自在に嵌装されるプルケース１４、プ
ルケース内のドローバ−１２に嵌装された複数の皿ばね
（ばね機構）１３、ドローバ−１２後方に配設される摺
動手段１００とを備えている。

主軸２は、ハウジング５の貫通孔５１内に４個のベアリ
ング４に回転自在に保持されつつ貫入されており、前側
（図中左側）の２個のベアリング４と後側２個のベアリ
ング４との間にはベアリング間隔を保持するためのスリ
ーブ５２が介設されている。主軸２の後端部外周はブー
９３を介してモータ（図示せず）に連結されている。

主軸２の先端部には、クランプすべき工具６のテーパ部
６ａが嵌め合わされる先広のテーパ穴７が形成されてお
り、このテーパー穴７から軸方向後方に軸穴８が貫設さ
れている。また、軸穴８は前方側から順番に前方径大穴
部８ａ、斜孔部８ｂ、径小穴部８Ｃ１中央径大穴部８ｄ
、後方径大穴部８ｅから構成されており、後方径大穴部
８ｅにはプーリ３のボス部３ａか嵌入されている。更に
、ベアリング４の軸方向変位防止のために固定リング３
０が主軸２の後端部外周面に嵌着されており、ピン３１
により固定リング３０、主軸２の後端部及びプーリ３の
ボス部３ａか固定されている。

第１図ではテーパ穴７に工具６か収容されており、工具
６の先端のプルスタッド部６ｂは径小穴部８Ｃにまで達
している。また、径小穴部８Ｃはスリーブ９の外周面に
接してスリーブ９を軸方向摺動自在に保持している。ス
リーブ９の先端の複数の球受は孔にはそれぞれ鋼球１０
が収容されてあり、鋼球１０は径小穴部８Ｃの内周面に
圧迫されてスリーブ９の内周面よりも内側に突出してあ
り、プルスタッド部６ｂを把持している。

スリーブ９の径小な後端部にはドローバ−１２の先端部
１２ａか嵌入しており、両者はスリーブ９の径小穴９ｂ
とドローバ−１２の先端部１２ａとを貫通するピン１５
により固定されている。

長棒状のドローバ−１２は、軸穴８の軸心に沿って軸穴
８から１変方に突出しており、ドローバ−１２の後端は
径大板部１２Ｃとなっている。

また、ドローバー１２には両端開口円筒形状のプルケー
ス１４が嵌着されており、プルケース１４はその前端部
を軸孔８の中央径大穴部８ｄ及びドローバー１２にそれ
ぞれ軸方向摺動自在に保持されている。プルケース１４
の後半部外周面はブリ３の中央貫通孔３ｂを開動自在に
貫通して軸方向後方に突出している。

プルケース１４の内部には、ドローバー１２に嵌着され
た複数の皿ばね１３が嵌入されており、皿ばね１３の前
端はプルケース１４の内端面を軸方向前方に付勢し、皿
ばね１３の後端は上記したドローバ−１２の径大板部１
２Ｇを軸方向後方に付勢している。

以下、唐動手段１００について説明する。

摺動手段１００は、端面カム１８、円筒カム２０、エア
シリンダ４０からなる。

端面カム１８は、プーリー３の後端面に固着されており
、断面角形でリング状に形成されそのカム面１８ａは後
方に面している。

円筒カム２０は、全体として軸心に治って延設された鍔
付円柱形状を有し、プルケース１４の後端部に嵌入され
ピン１６によりプルケース１４に固定される小径部２０
ａと、小径部２０ａから後方に軸心に沿って設けられた
大径部２０ｂと、大径部２０ｂから後方に軸心に沿って
設けられた中径部２０ｃとを有している。

特にこの実施例において重要な点であるが、小径部２０
ａの前端面２０Ｃ］はプルケース１４の内部においてド
ローバ−１２の後端部すなわち径大板部１２Ｃの後端面
に軸方向に所定間隔を隔てて対面している。大径部２０
ｂには、凹部２０ｄが設けられており、凹部２０ｄには
２個のカムフォロア１９が回転自在かつ互いに回転対称
に収容されている。カムフォロア１９は、それぞれ、上
記軸心と直角に交差する軸心をもつシャフト部と、この
シャフト部に固定されるローラ部とからなり、上記ロー
ラ部は端面カム１８のカム面１８ａに接している。なお
、中央径大穴部８ｄ内においてプルケース１４にはコイ
ルバネ１１が嵌着されており、コイルバネ１１はプルケ
ース１４の前端壁を前方に常時付勢している。そのため
に、カムフォロワ１９は常に端面カム１８のカム面１８
８に押圧されている。一方、円筒カム２０にはその後端
面から凹部２０ｄに達する中央小孔２０ｅが穿設されて
おり、中央小孔２０ｅに嵌入固定されたピン４５がカム
フォロア１９のシャフト部を固定している。また、円筒
カム２０の中径部２０Ｃの外周面には回転対称に２個の
カム溝２Ｏｆが略螺線方向に凹設されている。

エアシリンダ４０は、円筒カム２０の後方においてハウ
ジング５に固定されたシリンダ本体２３と、シリンダ本
体２３から軸心に沿って前方に伸びるピストンロッド２
４と、ピストンロッド２４の先端に保持されるアタッチ
メント２５と、アタッチメント２５に枢支される一対の
カムフォロア２１とからなる。アタッチメント２５は前
方に開口する角椀形状を有し、その外周面から径外方向
に係止突起２６が伸びている。一方、シリンダ本体２３
の前端面には支持板２７が固定されており、支持板２７
の外縁部には貫通孔２８が設けられている。この貫通孔
２８には軸心と平行な方向にガイドバー２２が挿通され
ており、ガイドバー２２の前端部はアタッチメント２５
の係止突起２６を係止してアタッチメント２５の回転を
規制する。

上記説明かられかる円筒カム２０の重要な機能は、回転
により軸方向に移動してプルケース１４を軸方向に前進
あるいは後退させるとともに、プルケース１４がコイル
バネ１１及び皿ばね１３により付勢されて前動するのを
規制する点にある。

以下、この工具クランプ装置の作動を説明する。

まず、工具クランプ動作を説明する。

エアシリンダ２３を作動させてアタッチメント２５を後
退させると円筒カム２０が回動する。円筒カム２０が回
動するとカムフォロア１９が端面カム１８のカム面１８
ａに沿って回動し、その結果、円筒カム２０は後退する
。この後退によりドローバ−１２及びプルケース１４が
一体的に後退する。引き続く円筒カム２０の後退により
円筒カム２０の前端面２０ｑがドローバー１２の後端面
から後方に離れ、更なる円筒カム２０の後退によりプル
ケース１４だけが後退して皿ばね１３を圧縮し、この圧
縮によりスリーブ９の鋼球１０が主軸２の径小穴部８Ｃ
に乗上げてプルスタッド６ｂを掴みかつ後方に強く付勢
し、その結果、工具６は主軸２のテーパ面に圧接される
。

第２図に端面カム１８のカム面１８ａの形状を示す。カ
ム面１８ａには９０度近傍及び２７０度近傍にカムフォ
ロア１９を係止し得゛る円筒凹面部１８ｅを有し、最後
退状態すなわち把持状態において一対のカムフォロア１
９はこの円筒凹面部１８ｅにて安定に静止することがで
きる。したがって円筒カム２０の後退はカムフォロア１
９が端面カム１８のカム面１８ｅに保持されることによ
り終了する。また、この時円筒カム２０とアタッチメン
ト２５は完全に分離される。

次に、工具クランプ動作を説明する。

エアシリンダ２３を作動させてアタッチメント２５を前
進させるとカムフォロア２１がカム溝２０ｆに嵌合し、
アタッチメント２５の前進とともにカムフォロア２１は
円筒カム２０を回動させる。

円筒カム２０が回動するとカムフォロワ１９が端面カム
１Ｂのカム面１８ａに沿って回動し、その結果、円筒カ
ム２０に固定されるプルケース１４は前進する。この前
進により皿ばね１３が前もって緩む。引き続く円筒カム
２０の前進により円筒カム２０の前端面２０Ｑがドロー
バ−１２の後端面に衝接し、その後はドローバ−１２及
びプルケース１４が一体的に前進する。ドローバ−１２
に固定されたスリーブ９も前進し、その結果、鋼球１０
は径小穴部８Ｃからより径大な前方径大穴部８ａに接す
ることとなる。更にドローバ−１２が前進すると、スリ
ーブ９の内底面がプルスタッド６ｂの後端面に衝接し、
プルスタッド６ｂを前進させテーパ穴７から解放する。

したがって、第２図にあける０度近傍及び１８０度近傍
が解放状態の位置となる。円筒カム２０の前進はカムフ
ォロア１９が解放状態になることにより終了する。

以上説明したように、この実施例の工具クランプ装置で
は、２種類のカムを用いてプルケース１４の前進付勢力
に抗しつつプルケース］４及びドローバ−１２の両方を
それぞれ独立に摺動させることができ、工具解放時に予
め皿ばね１３を緩めた状態で工具を解放することが可能
となる。このために、皿ばね１３の総圧縮量は従来のよ
うにドローバーの工具解放時の移動必要量に依存する必
要がなく、皿ばね１３の枚数を大幅に低減することがで
きる。

更に、工具解放時におけるドローバ−１２の押出し力も
低減することができる。

上記説明では、摺動手段１００として２種類のカム装置
及びエアシリンダ２３を用いたが、本発明はそれらに限
定されるものではなく、プルケース１４及びドローバ−
１２に上述の動作を与える他の機構例えばギアやプーリ
等で代替することも当然可能でおる。

また、主軸２への回転力の伝達にはプーリ３に限らず公
知の他の手段を採用することもでき、またモータのシャ
フトを主軸に直結することも可能である。また、工具６
のプルスタッド６ｂをつかむ為にスリーブ９と鋼球１０
を設けたかコレットで掴む方式であってもよい。更に、
円筒カム２０よいし、ボールねじ等を介して得られる動
力でおってもよい。ま、た、本実施例では、主軸２側を
固定し円筒カム２０側を回転させているが、逆に円筒カ
ム側を固定し主軸２を回転させてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の切削装置の主軸装置は、工
具解放時に前進してまずプルケースを前動させてばね機
構を緩め続いてドローバーを前動させて工具を解放させ
、工具把持時に後進してまずドローバーから離れ引き続
きプルケースを後進させてばね機構を圧縮し工具を把持
させる摺動手段を具備しているので、以下の効果を奏す
ることかできる。

（ａ）ばね機構の圧縮量は工具解放のためのドローバー
押し込み量により制約されず、ばね機構を簡単にするこ
とができる。例えば皿ばね枚数の低減により、ドローバ
ーの軸長短縮が可能となり、ドローバ−などの固有振動
数が低下して主軸共振を防止することができる。また、
主軸装置を高回転数て駆動することができ、切削能力が
向上する。

また、ドローバーの軸長短縮により剛性が向上しドロー
バー１２の振動を低減して加工精度を向上することもで
き、また例えば皿ばねが偏心する可能性が減るので主軸
振動の増加を防止することができる。

更に、工具解放時に大きな力でドローバーを押し込む必
要がないので、各部の強度を減らし、装置の小形軽量化
が可能となる。

なお、上記実施例では、ばね機構として皿ばねを採用し
たが、その他、コイルばねなどを採用してもよいことは
当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による工具クランプ装置の一例を示す
断面図、第２図は端面カムのカム線図、第３図は従来の
工具クランプ装置を示す断面図である。 ２・・・主軸 ８・・・軸穴 ９・・・スリーブ（把持部） ゴ２・・・ドローバ １３・・・皿ばね（ばね機構） １４・・・プルケース １００・・・摺動手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸穴を有し該軸穴の先端部が工具を軸方向に移動可能に
   収容する先広のテーパ穴となつている主軸と、 前記軸穴内に軸方向へ摺動自在に挿入される工具引込み
   用のドローバーと、 該ドローバーの先端部に固定され軸方向への前動により
   前記工具を把持し軸方向への後動により前記工具を解放
   する把持部と、 前記軸穴及び前記ドローバーに軸方向に摺動自在に嵌装
   されるプルケースと、 該プルケース内の前記ドローバーに嵌着され前記ドロー
   バーを軸方向後方に前記プルケースを軸方向前方に付勢
   するばね機構と、 前記ドローバー後方に配設され前記プルケース及び前記
   ドローバーを軸方向に摺動させる摺動手段と、 を備え、前記摺動手段は、 工具解放時に前進してまず前記プルケースを前動させて
   前記ばね機構を緩め続いて前記ドローバーを前動させて
   前記工具を解放させ、 工具把持時に後進してまず前記ドローバーから離れ引き
   続き前記プルケースを後進させて前記ばね機構を圧縮し
   工具を把持させるものであることを特徴とする工具クラ
   ンプ装置。