JPH06262410A - 工具ホルダ着脱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸とホルダ本体との相対回転阻止部材を備
えた工具ホルダを主軸に自動で着脱する装置を得る。 【構成】 工具ホルダ１２を保持スリーブ９６に保持さ
せ、主軸１４を前進させてホルダ本体３０を主軸１４に
挿入する。ホルダ本体３０の係合突起５０が主軸１４の
先端面１６に当接した場合は、可動部材９０がスプリン
グ１３０の付勢力に抗して後退し、過大な軸力の発生を
防止する。主軸１４を正転させれば、係合突起５０が係
合切欠２２に嵌入し、ホルダ本体３０が主軸１４に規定
の深さまで嵌合する。さらに主軸を正転させれば、係合
突起５０が係合溝２０と係合してホルダ本体３０が主軸
１４から離脱不能になるとともに、カラー６２の係合突
起６４が主軸１４の係合切欠２２に係合し、工具ホルダ
１２の主軸１４に対する回転が阻止される。その後の主
軸１４および工具ホルダ１２の余分な回転はトルクリミ
ッタ１９２により吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具を保持する工具ホ
ルダを工作機械の主軸に着脱する工具ホルダ着脱装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の主軸に取り付けられる工具ホ
ルダの一種に、（ａ）工具を保持して工作機械の主軸と
第一相対位相で軸方向に嵌合離脱可能であり、その第一
相対位相から第二相対位相へ一定角度相対回転させられ
ることにより軸方向に離脱不能となるホルダ本体と、
（ｂ）そのホルダ本体に、ホルダ本体が離脱不能な状態
において主軸と相対回転不能に係合する第一位置と係合
しない第二位置とに軸方向移動可能かつ相対回転不能に
取り付けられた相対回転阻止部材と、（ｃ）その相対回
転阻止部材を前記ホルダ本体に対して相対的に前進方向
に付勢する付勢手段とを含むものがある。

【０００３】この工具ホルダを主軸に取り付ける場合に
は、ホルダ本体に切削工具等を保持させた状態で、作業
者がホルダ本体を軸方向に移動させ、第一相対位相で主
軸に嵌合する。このとき、相対回転阻止部材は主軸によ
り付勢手段の付勢力に抗して第二位置に後退させられる
が、ホルダ本体を第二相対位相へ一定角度回転させ、主
軸を軸方向に離脱不能に係合させれば、相対回転阻止部
材が付勢手段の付勢力により第一位置へ前進させられ
て、主軸と相対回転不能に係合する。この相対回転阻止
部材はホルダ本体とも相対回転不能であるため、結局、
工具ホルダが主軸に対して相対回転不能かつ相対移動不
能となる。

【０００４】また、工具ホルダを主軸から取り外す場合
には、相対回転阻止部材を付勢手段の付勢力に抗して第
二位置に位置させた状態でホルダ本体を取付け時とは逆
方向に一定角度回転させれば、ホルダ本体と主軸とが第
一相対位相となったとき、ホルダ本体を主軸から抜き出
すことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術には工具ホルダの着脱作業を作業者が行わなけれ
ばならないという問題があった。特に、工作機械に複数
の主軸が設けられ、それぞれの主軸に工具を保持した工
具ホルダを着脱する場合には、作業に時間がかかり面倒
であるという問題があった。そのため、多軸工作機械に
おいては、工具ホルダを主軸およびギヤ駆動部と共に工
作機械から取り外し、別の工具を保持した工具ホルダ，
主軸およびギヤ駆動部と交換する自動着脱装置が使用さ
れていたが、この着脱装置は大形であり、広いスペース
を必要とするとともに、コストが高いという問題があっ
た。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑み、工具を保持し
た工具ホルダのみを自動で主軸に着脱し得る着脱装置を
得ることを課題として為されたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして、本発明の要旨
は、前記（ａ）ホルダ本体と、（ｂ）相対回転阻止部材
と、（ｃ）付勢手段とを含む工具ホルダを主軸に着脱す
る工具ホルダ着脱装置であって、主軸と平行に延びる
軸方向穴を備えた装置本体と、その装置本体の軸方向
穴に、主軸に接近する向きの前進と反対向きの後退とが
可能であり、かつ相対回転が可能な状態で嵌合された可
動部材と、その可動部材に設けられ、工具ホルダを、
その工具ホルダの一定角度以上の相対回転を阻止すると
ともに、回転阻止部材のホルダ本体に対する後退を許容
しつつホルダ本体を前進させ得、かつホルダ本体の回転
阻止部材に対する前進を許容しつつ回転阻止部材を後退
させ得る状態で保持するホルダ保持装置と、可動部材
を常には装置本体に対する軸方向の基準位置に保ち、少
なくとも可動部材が基準位置から後退させられることを
許容するとともに基準位置への付勢力を発生する後退許
容手段と、装置本体と可動部材との間に両者の軸方向
の移動を許容する状態で設けられ、常には両者の相対回
転を阻止しているが、少なくとも装置本体と前記主軸と
が、前記ホルダ本体と前記主軸とを前記第一相対位相か
ら第二相対位相へ相対回転させる方向に相対回転させら
れる際、両者の相対回転トルクが設定トルクを超えれば
相対回転を許容するトルクリミッタとを含むように構成
される。

【０００８】

【作用】上記のように構成された工具ホルダ着脱装置に
おいて、工具ホルダの主軸への装着が行われる場合に
は、まず、工具を保持したホルダ本体がホルダ保持装置
に、相対回転不能な状態、あるいは一定角度以上の相対
回転が阻止された状態で保持される。そして、装置本体
と主軸とが接近させられ、ホルダ本体が主軸に嵌合され
る。この際、主軸が特定の位相、すなわちホルダ本体と
主軸とが第一相対位相になる位相で停止していることは
不可欠ではない。ホルダ本体と主軸とは第一相対位相以
外では軸方向に嵌合できないものであるから、主軸が特
定の位相で停止していなければ、ホルダ本体は主軸に規
定の深さまで嵌合できない。一方、装置本体と主軸とは
ホルダ本体と主軸とが規定の深さまで嵌合するに足る相
対位置まで接近させられるため、装置本体とホルダ本体
との軸方向の相対移動が許容されることが必要である。
この相対移動は、可動部材の後退が後退許容手段により
許容されることによって許容される。そして、可動部材
とホルダ本体とは後退許容手段により前進方向へ付勢さ
れた状態となる。ホルダ本体は主軸にさらに深く嵌合す
る方向に付勢された状態となるのである。

【０００９】この状態で、主軸と装置本体とが相対回転
させられれば、ホルダ本体と主軸とが相対回転させられ
る。ホルダ本体はホルダ保持装置に少なくとも一定角度
以上の相対回転が阻止された状態で保持され、かつ、ホ
ルダ保持装置および可動部材の装置本体に対する相対回
転はトルクリミッタにより阻止されているため、ホルダ
本体は装置本体に対して当初から相対回転不能である
か、いずれ相対回転不能になるからである。ホルダ本体
と主軸との相対位相が第一位相となれば、両者が規定の
深さまで嵌合する。このときには工具ホルダの回転阻止
部材は主軸と相対回転不能に嵌合できる位相にはないた
め、主軸に付勢手段の付勢力に抗して押し戻され、第一
位置から第二位置へ移動する。

【００１０】この状態から装置本体と主軸とがさらに相
対回転させられることによりホルダ本体と主軸とが第二
相対位相になれば、ホルダ本体と主軸とが軸方向に離脱
不能に係合する。それと同時に回転阻止部材と主軸とが
相対回転不能に嵌合し、回転阻止部材が第一位置へ復帰
する。これで、工具ホルダは主軸に、軸方向に相対移動
不能かつ相対回転不能に固定された状態となる。

【００１１】上記のように、装置本体と主軸とが相対回
転させられるとき、ホルダ本体と主軸との相対回転が相
対回転阻止部材によって阻止されると同時に、装置本体
と主軸との相対回転が停止させられる必要はない。トル
クリミッタにより可動部材と装置本体との相対回転が許
容され、工具ホルダと主軸とに無理なトルクがかかるこ
とが回避されるからである。

【００１２】一方、工具ホルダが主軸から取り外される
場合には、まず、主軸に取り付けられている工具ホルダ
の回転阻止部材がホルダ保持装置に保持される。そし
て、装置本体と主軸とが相対的に離間させられることに
よって、相対回転阻止部材がホルダ本体に対して相対的
に、付勢手段の付勢力に抗して第一位置から第二位置へ
後退させられる。この状態で、主軸と装置本体とが取付
け時とは逆方向に第二相対位相から第一相対位相へ相対
回転させられることにより、ホルダ本体と主軸との係合
が解かれる。したがって、主軸と装置本体とが離間させ
られることにより、工具ホルダが主軸から取り外され
る。

【００１３】上記工具ホルダの取外し時に、相対回転阻
止部材が第一位置から第二位置へ後退させられた状態
で、未だ相対回転阻止部材が後退可能である場合には、
装置本体と主軸との余分な相対移動量が付勢手段により
吸収されるため、可動部材が装置本体に対して相対的に
基準位置から前進可能である必要はない。したがって、
可動部材の基準位置からの前進を許容する前進許容手段
は不可欠ではない。

【００１４】しかしながら、相対回転阻止部材が第一位
置から第二位置へ移動させられた状態で、相対回転阻止
部材がそれ以上移動し得ない場合には、可動部材が基準
位置から前進してその軸方向力を吸収しなければならな
い。したがって、この場合には、可動部材の基準位置か
らの前進を許容する前進許容手段が必要となる。

【００１５】また、主軸と装置本体とが、主軸とホルダ
本体とを第二相対位相から第一相対位相へ相対回転させ
る方向に相対回転させられる際、その回転速度がごく小
さければ主軸とホルダ本体とが第一相対位相となったと
き、付勢手段の付勢力によってホルダ本体が主軸から速
やかに離脱させられる。したがって、この方向において
両者の相対回転を許容するトルクリミッタは不可欠では
ない。

【００１６】しかしながら、主軸と装置本体とが、主軸
とホルダ本体とを第二相対位相から第一相対位相へ相対
回転させる方向に相対回転させられる際、その回転速度
が大きい場合には、主軸とホルダ本体とが第一相対位相
にある時間が短いため、ホルダ本体が主軸から離脱する
前に、主軸と装置本体とがさらに相対回転させられるこ
とになる。したがって、この方向における装置本体と可
動部材との相対回転を許容するトルクリミッタを設ける
ことが必要となる。

【００１７】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、従来、
自動で主軸に着脱が不可能であった工具ホルダ、すなわ
ち、工作機械の主軸と第一相対位相で軸方向に嵌合離脱
可能であり、その第一相対位相から第二相対位相へ一定
角度相対回転させられることにより軸方向に離脱不能と
なるホルダ本体と、そのホルダ本体に、そのホルダ本体
が前記離脱不能な状態において主軸と相対回転不能に係
合する第一位置と係合しない第二位置とに軸方向移動可
能かつ相対回転不能に取り付けられた相対回転阻止部材
と、その相対回転阻止部材をホルダ本体に対して相対的
に前進方向に付勢する付勢手段とを含む工具ホルダの主
軸への着脱を自動で行うことが可能となる。また、従来
行われていたように工具ホルダを主軸ごと工作機械から
取り外す必要がなく、各主軸から工具ホルダのみを取り
外すことができるため、着脱装置を小形化し得、設備コ
ストを低減させることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１に示す着脱装置１０は、図示しない
切削工具を保持する工具ホルダ１２（図４〜図６参照）
を工作機械の多軸ヘッドに設けられた各主軸に着脱する
ものである。図３に示すように、主軸１４には、それの
先端面１６から同心に後端側に向かって延びる中心穴１
８が形成されている。中心穴１８の開口端近傍の内周面
には、環状の係合溝２０が形成されている。また、主軸
１４の先端面１６からは、直径方向に隔たった位置に一
対の係合切欠２２（一方のみ示す）が形成されている。
各係合切欠２２は中心穴１８の軸方向に延びており、そ
の先端が係合溝２０に達している。主軸１４は、図示し
ない工作機械の駆動装置により軸方向に前進後退させら
れるとともに、正逆両方向に回転させられる。

【００１９】図４〜図６に工具ホルダ１２を示す。工具
ホルダ１２は円筒状のホルダ本体３０を備えている。ホ
ルダ本体３０の先端側には工具保持部３２が設けられる
とともに、後退側は主軸１４の中心穴１８に嵌合される
取付部３４とされている。ホルダ本体３０内には軸方向
に雌ねじ穴３６が形成されるとともに、その雌ねじ穴３
６の軸線に平行に延びる一対の長穴３８が相対向して形
成されている。雌ねじ穴３６にはトルク伝達部材４０が
摺動可能に嵌合されるとともに、そのトルク伝達部材４
０に圧入されたドライブピン４２の両端部が一対の長穴
３８に嵌入させられることにより、トルク伝達部材４０
とホルダ本体３０との相対回転が防止されている。トル
ク伝達部材４０の工具保持部３２側の端面には、図示し
ない切削工具の後端面に形成されたタングと係合可能な
係合溝４４が形成されている。また、雌ねじ穴３６には
ナット４６が螺合されており、ホルダ本体３０の後端側
からナット４６の六角穴４８に工具を係合させてナット
４６を回転操作することにより、ナット４６およびトル
ク伝達部材４０が軸方向に移動し、切削工具のホルダ本
体３０からの突出量が調整される。

【００２０】また、図６に示すように、ホルダ本体３０
の外周面には、直径方向に隔たって一対の係合突起５０
が形成されている。係合突起５０は主軸１４の係合溝２
０と係合可能とされており、係合突起５０が主軸１４の
係合切欠２２に対応する位相でホルダ本体３０が主軸１
４の中心穴１８に挿入され、両者が相対回転させられる
ことにより、係合溝２０と係合する。係合突起５０と係
合溝２０とが係合した状態では、ホルダ本体３０が主軸
１４から軸方向に離脱不能となる。本実施例において
は、係合突起５０が係合切欠２２に嵌入可能な位相が、
ホルダ本体３０と主軸１４との第一相対位相であり、係
合突起５０と係合溝２０とが係合した位相が第二相対位
相なのである。

【００２１】ホルダ本体３０の工具保持部３２は、ホル
ダ本体３０の先端部のテーパ内周面に対応するテーパ外
周面を備えたコレット５４を備えている。コレット５４
のホルダ本体３０から突出した部分にはクランプナット
５６が螺合されており、クランプナット５６は、ホルダ
本体３０との間に設けられた多数のボール５８によって
回転のみ可能にホルダ本体３０に取り付けられている。
したがって、クランプナット５６が回転操作されれば、
コレット５４がホルダ本体３０内へ押し込まれて縮径
し、切削工具の軸部を締め付けて保持する。

【００２２】また、ホルダ本体３０の先端側には、半径
方向外向きのフランジ６０が形成されており、このフラ
ンジ６０とクランプナット５６との間には、ホルダ本体
３０と主軸１４との相対回転を阻止する相対回転阻止部
材としてのカラー６２が嵌合されている。カラー６２の
ホルダ本体３０側の端面からは一対の係合突起６４が延
び出させられており、これら係合突起６４がフランジ６
０に形成された一対の係合切欠６６に係合されることに
より、カラー６２のホルダ本体３０に対する相対回転が
防止されている。図６に示すように、係合突起６４はホ
ルダ本体３０に形成された係合突起５０と９０度位相を
異にしており、ホルダ本体３０と主軸１４とが離脱不能
に係合する第二相対位相となったとき、主軸１４の先端
面１６に形成された係合切欠２２に係合可能とされてい
る。

【００２３】クランプナット５６とカラー６２との間に
はスプリング６８が配設されており、常には、カラー６
２がフランジ６０に当接して、係合突起６４が係合切欠
６６を経て主軸１４の係合切欠２２に係合する第一位置
に保持されているが、スプリング６８の付勢力に抗して
係合突起６４と係合切欠２２とが係合しない第二位置へ
後退することが可能である。カラー６２が第一位置にあ
り、係合突起６４が係合切欠２２と係合した状態では、
係合突起６４およびフランジ６０を介してホルダ本体２
０と主軸１４との相対回転が阻止される。一方、カラー
６２が第二位置にあり、係合突起６４が係合切欠２２か
ら離脱した状態では、ホルダ本体２０と主軸１４との相
対回転が許容される。

【００２４】さらに、カラー６２の外周面には、直径方
向に隔たった位置に一対の係合突起７０が形成されてい
る。図６に示すように、係合突起７０は、ホルダ本体３
０に形成された係合突起５０と同じ位相に設けられてい
る。

【００２５】次に、図１および図２に基づいて着脱装置
１０を説明する。着脱装置１０の本体８０には、主軸１
４と平行に延びる軸方向穴８２が形成されており、軸方
向穴８２の中央部には半径方向内向きのフランジ８３が
形成されている。また、装置本体８０の両端面には支持
板８４が固定されており、各支持板８４には、軸方向穴
８２と同心に貫通穴８６が形成されている。

【００２６】軸方向穴８２には円筒状の可動部材９０が
嵌合されている。可動部材９０は主軸１４と平行に延び
る軸方向穴９２を備えており、かつ、主軸１４側の端部
には保持スリーブ９６が嵌合されている。可動部材９０
は保持スリーブ９６を介して軸方向穴８２に嵌合され、
装置本体８０に対して主軸１４に接近する向き（図にお
いて右方向）の移動（以下、前進という）と反対向き
（図において左方向）の移動（以下、後退という）とが
可能、かつ相対回転が可能である。

【００２７】保持スリーブ９６は可動部材９０より大径
の円筒状を成し、支持板８４の貫通穴８６に半径方向に
移動不能に支持されるとともに、先端部が主軸１４に対
向させられている。保持スリーブ９６は、基端部が可動
部材９０に嵌合されるとともに、キー９８および複数本
のボルト１００により可動部材９０に固定されている。
保持スリーブ９６は主軸１４と平行に延びる軸方向穴１
０４を備えており、その内周面の主軸１４に近い部分に
は環状の係合溝１０６が形成されている。係合溝１０６
は、工具ホルダ１２のカラー６２に形成された係合突起
７０と係合可能とされており、その幅が、係合突起７０
が係合溝１０６に係合した状態でカラー６２が第一位置
と第二位置とに移動可能な大きさとされている。

【００２８】また、保持スリーブ９６の主軸１４側の端
面１０８に、直径方向に隔たった位置に一対の切欠１１
０が形成されている。各切欠１１０は軸方向に延びてお
り、係合溝１０６に達している。また、図２に示すよう
に、端面１０８からは一対の係止ピン１１２が打ち込ま
れている。これら係止ピン１１２は軸方向穴１０４の直
径方向に隔たった位置にあり、各係止ピン１１２の一部
が切欠１１０と係合溝１０６とに露出している。

【００２９】さらに、保持スリーブ９６の係合溝１０６
近傍には、半径方向に延びる３つの貫通穴１１８（図に
は１個のみ示す）が等角度間隔に形成されており、それ
ぞれにボール１２０が嵌合されている。保持スリーブ９
６の外周には、貫通穴１１８に対応する位置にリング状
のばね部材１２２が嵌合されており、それによりボール
１２０が軸方向穴１０４側へ付勢されている。ただし、
貫通穴１１８の軸方向穴１０４側の端部の直径がボール
１２０の直径より小さくされているため、ボール１２０
が軸方向穴１０４側へ離脱することはない。

【００３０】保持スリーブ９６の後端面と、フランジ８
３との間にはスプリング１３０が配設されている。ま
た、可動部材９０の後端部には半径方向外向きのフラン
ジ１３２が形成されており、このフランジ１３２とフラ
ンジ８３との間にスプリング１３６が配設されている。
これらスプリング１３０，１３６の弾性力は等しくされ
ており、両スプリング１３０，１３６によって、可動部
材９０が常には図１に示す基準位置に位置させられてい
る。可動部材９０が基準位置から前進させられた場合に
は、スプリング１３０の付勢力によって、また、基準位
置から後退させられた場合には、スプリング１３６の付
勢力によって、可動部材９０が基準位置に復帰させられ
る。本実施例においては、スプリング１３０，１３６に
より付勢手段が構成されているのである。

【００３１】軸方向穴８２の主軸１４側とは反対側の端
部からは、支持板８４の貫通穴８６を経て大径スリーブ
１４０が軸方向移動可能に嵌合されている。大径スリー
ブ１４０は貫通穴８６の内周面により半径方向の移動を
防止されている。また、軸方向穴８２の内周面には、軸
方向に延びる一対のキー溝１４２が形成されており、各
キー溝１４２に嵌合されたキー１４４によって大径スリ
ーブ１４０の装置本体８０に対する回転が防止されてい
る。大径スリーブ１４０は軸方向穴１４６を備えるとと
もに、その内周面に半径方向内向きのフランジ１４８を
備えている。フランジ１４８には、軸方向に複数個（３
個以上が望ましい）の貫通穴１５０が等角度間隔で形成
されている。

【００３２】大径スリーブ１４０内には小径スリーブ１
５４が固定されている。小径スリーブ１５４が大径スリ
ーブ１４０の外側に嵌合されるとともにキー１８６によ
り回り止めされ、ボルト１８８により固定されているの
である。小径スリーブ１５４は軸方向穴１５６を備える
とともに、外周面に半径方向外向きのフランジ１５８を
備えている。このフランジ１５８は前記大径スリーブ１
４０のフランジ１４８と密着可能である。フランジ１５
８には軸方向に貫通する複数の保持穴１６０が形成され
ており、各保持穴１６０内にボール１６２が嵌合されて
いる。これら保持穴１６０は大径スリーブ１４０の貫通
穴１５０に対応する位置に形成されているが、直径は貫
通穴１５０より大きくされており、フランジ１４８とフ
ランジ１５８とが密着した状態でボール１６２の半分よ
り少ない部分が貫通穴１５０に嵌入可能である。

【００３３】さらに、大径スリーブ１４０と小径スリー
ブ１５４との間には、円環の押圧部材１７０が嵌合され
ている。また、大径スリーブ１４０の軸方向穴１４６の
後端部は雌ねじ部１７６とされており、プラグ１７８が
螺合されている。プラグ１７８は貫通穴１８０において
小径スリーブ１５４の後端部に嵌合されている。プラグ
１７８と押圧部材１７０との間にはスプリング１８２が
配設されており、スプリング１８２の付勢力によって押
圧部材１７０の底部がボール１６２を大径スリーブ１４
０の貫通穴１５０側へ押し付けている。したがって、常
には、ボール１６２が小径スリーブ１５４の保持穴１６
０と大径スリーブ１４０の貫通穴１５０との両方に跨が
って存在することとなり、大径スリーブ１４０と小径ス
リーブ１５４との相対回転が防止されている。

【００３４】フランジ１４８と可動部材９０との間には
スラスト軸受１９０が配設されて、可動部材９０，保持
スリーブ９６，小径スリーブ１５４および大径スリーブ
１４０が一体的に軸方向に移動するようにされており、
これらが一対の支持板８４およびフランジ８３により半
径方向に移動不能に支持されている。

【００３５】上記ボール１６２が両穴１５６，１６０に
跨がって存在している状態では、小径スリーブ１５４と
大径スリーブ１４０とが相対回転不能である。また、大
径スリーブ１４０は装置本体８０との相対回転を防止さ
れているため、可動部材９０，保持スリーブ９６および
小径スリーブ１５４の装置本体８０に対する相対回転が
防止される。しかし、可動部材９０，保持スリーブ９６
および小径スリーブ１５４の回転トルクが設定トルクを
超えれば、スプリング１８２の付勢力に抗してボール１
６２が貫通穴１５０から押し出される。したがって、小
径スリーブ１５４と大径スリーブ１４０との相対回転、
ひいては可動部材９０と装置本体８０との相対回転が許
容される。本実施例においては、大径スリーブ１４０，
小径スリーブ１５４，ボール１６２，押圧部材１７０，
スプリング１８２等によりトルクリミッタ１９２が構成
されているのである。

【００３６】以上のように構成された着脱装置１０は、
工作機械の多軸ヘッドの主軸１４の数より多く設けられ
ており、装置本体８０が図示しない移動装置により移動
させられることによって順次主軸１４に対向させられ、
切削工具を保持した工具ホルダ１２の主軸１４への自動
着脱を行う。以下、この自動着脱を図７〜図１６に基づ
いて説明する。

【００３７】まず、カラー６２の係合突起７０と保持ス
リーブ９６の切欠１１０との位相が合わされた状態で、
工具ホルダ１２が図示しない把持装置または作業者によ
り把持されて着脱装置１０に接近させられ、図７に示す
ように、工具ホルダ１２の工具保持部３２が保持スリー
ブ９６の軸方向穴１０４に嵌合される。そして、工具ホ
ルダ１２が図２において時計方向、すなわち正方向に回
転させられる。これにより、係合突起７０が係合溝１０
６に嵌入し、やがて係止ピン１１２に当接して工具ホル
ダ１２の保持スリーブ９６に対するそれ以上の正方向の
相対回転が阻止される。その状態で、把持装置が工具ホ
ルダ１２を解放すれば、工具ホルダ１２が保持スリーブ
９６に保持された状態となる。

【００３８】この保持状態では、図１に示すボール１２
０がカラー６２の外周面に押圧されて工具ホルダ１２の
保持スリーブ９６内でのがたつきおよび自由な回転が防
止される。また、工具ホルダ１２に保持された切削工具
は、着脱装置１０に取り付けられた状態で、可動部材９
０の軸方向穴９２および小径スリーブ１５４の軸方向穴
１５６内に収容される。

【００３９】次に、主軸１４が装置本体８０に接近させ
られて、ホルダ本体３０が主軸１４の中心穴１８に挿入
される。ただし、主軸１４は任意の位相で停止させられ
るものであるため、図８に示すように、ホルダ本体３０
の係合突起５０と主軸１４の係合切欠２２との位相は一
致していないのが普通である。したがって、係合突起５
０が主軸１４の先端面１６に当接し、ホルダ本体３０は
主軸１４に規定の深さ（フランジ６０が先端面１６に当
接する深さ）だけ嵌合できない。一方、主軸１４は装置
本体８０に、ホルダ本体３０が主軸１４に規定の深さ嵌
合する位置より微小距離余分に接近させられるため、ホ
ルダ本体３０と装置本体８０との相対移動が許容される
ことが必要である。この相対移動は、保持スリーブ９６
および可動部材９０がスプリング１３０の付勢力に抗し
て装置本体８０の軸方向穴８２内を後退することにより
許容される。この状態では、ホルダ本体３０の係合突起
５０がスプリング１３０の付勢力によって主軸１４の先
端面１６に押し付けられている。

【００４０】続いて、主軸１４が正方向に低速で回転さ
せられる。工具ホルダ１２は保持スリーブ９６により正
方向の回転を阻止されており、保持スリーブ９６および
可動部材９０は、常にはトルクリミッタ１９２を介して
装置本体８０により回転を阻止されているため、工具ホ
ルダ１２は回転せず、主軸１４が工具ホルダ１２に対し
て相対回転する。やがてホルダ本体３０と主軸１４との
相対位相が、係合突起５０と係合切欠２２とが一致する
第一相対位相となり、図９に示すように、係合突起５０
が係合切欠２２を経て係合溝２０と係合可能な位置まで
前進し、フランジ６０が主軸１４の先端面１６に当接す
る。ホルダ本体３０が主軸１４に規定の深さまで嵌合す
るのである。

【００４１】このときには、カラー６２の係合突起６４
は主軸１４の係合切欠２２と合致していないため、第一
位置にあるカラー６２の係合突起６４が主軸１４の先端
面１６に当接する。その結果、工具ホルダ１２全体が主
軸１４に押されて後退するが、ホルダ本体３０の後退
は、クランプナット５６と可動部材９０との当接によっ
て阻止されるため、カラー６２がスプリング６８の付勢
力に抗してホルダ本体３０に対して相対的に後退させら
れ、保持スリーブ９６の軸方向穴１０４内に押し込まれ
て第二位置へ移動させられる。保持スリーブ９６の係合
溝１０６の幅は、この際の係合突起７０の移動を許容す
る大きさとされている。

【００４２】前述のように、主軸１４は装置本体８０
に、ホルダ本体３０が主軸１４に規定の深さ嵌合する位
置より微小距離余分に接近させられるため、主軸１４の
先端面１６とホルダ本体３０のフランジ６０とが当接し
た後も、可動部材９０は装置本体８０に対する基準位置
までは復帰できず、スプリング１３０は僅かに圧縮され
た状態に保たれる。

【００４３】主軸１４がさらに正方向に回転させられる
につれて、ホルダ本体３０の係合突起５０が主軸１４の
係合溝２０内に進入し、工具ホルダ１２と主軸１４との
軸方向の離脱が不能となる。そして、主軸１４が９０度
回転したとき、図１０に示すようにカラー６２の係合突
起６４と主軸１４の係合切欠２２との位相が合致し、ス
プリング６８の付勢力によりカラー６２が第一位置に復
帰させられる。係合突起６４と係合切欠２２とが係合
し、工具ホルダ１２と主軸１４との相対回転が阻止され
るのである。

【００４４】主軸１４はこの後も正方向に回転させら
れ、主軸１４の回転トルクが工具ホルダ１２を経て可動
部材９０に伝達される。その結果、可動部材９０の装置
本体８０に対する相対回転トルクが設定トルクを超え、
トルクリミッタ１９２のボール１６２がスプリング１８
２の付勢力に抗して大径スリーブ１４０の貫通穴１５０
から押し出されて、トルクリミッタ１９２が解除状態と
なり、大径スリーブ１４０と小径スリーブ１５４との相
対回転が許容される。可動部材９０，保持スリーブ９６
および工具ホルダ１２が主軸１４と共に回転して主軸１
４の余分な回転が許容されるのであり、これらに無理な
トルクが作用することが回避される。

【００４５】工具ホルダ１２の主軸１４への装着後、主
軸１４が逆方向に回転させられる。この際、工具ホルダ
１２が保持スリーブ９６に対して回転することはボール
１２０とカラー６２との摩擦力によって防止されるた
め、まず、トルクリミッタ１９２が可動部材９０と装置
本体８０との相対回転を防止する状態に復帰させられ、
その後、工具ホルダ１２が保持スリーブ９６内で逆方向
に回転させられる。係合突起７０が係合溝１０６内でそ
れまで当接していた係止ピン１１２とは別の係止ピン１
１２に当接したとき、係合突起７０と切欠１１０との位
相が合致する。主軸１４はさらに逆方向に回転させられ
るため、トルクリミッタ１９２が工具ホルダ１２，保持
スリーブ９６，可動部材９０等の回転を許容する。主軸
１４の停止後、主軸１４が装置本体８０から離間させら
れれば、図１１に示すように、工具ホルダ１２が保持ス
リーブ９６から抜き出される。

【００４６】次に、工具ホルダ１２を主軸１４から取り
外す場合について説明する。まず、工具ホルダ１２を保
持した主軸１４が装置本体８０に接近させられ、工具ホ
ルダ１２が保持スリーブ９６の軸方向穴１０４内挿入さ
れる。主軸１４は任意の位相で停止させられるため、カ
ラー６２の係合突起７０と保持スリーブ９６の切欠１１
０とが合致しないのが普通であり、図１２に示すよう
に、係合突起７０が保持スリーブ９６に当接する。しか
し、その後も主軸１４は装置本体８０に接近させられる
ため、工具ホルダ１２，保持スリーブ９６および可動部
材９０がスプリング１３０の付勢力に抗して後退する。
これにより、工具ホルダ１２等に無理な軸方向力が加え
られることが回避される。

【００４７】続いて、次に主軸が正方向に低速で回転さ
せられ、それに伴って工具ホルダ１２も正方向に回転す
る。このとき、着脱装置１０側のトルクリミッタ１９２
は解除状態にあるのが普通であるため、保持スリーブ９
６，可動部材９０および小径スリーブ１５４が工具ホル
ダ１２と共に回転するが、やがてトルクリミッタ１９２
が係合状態となり、保持スリーブ９６の回転が阻止され
る。その結果、工具ホルダ１２が保持スリーブ９６に対
して相対回転し、図１３に示すように、係合突起７０と
切欠１１０とが合致して、スプリング１３０の付勢力に
より、係合突起７０が切欠１１０内に嵌入させられる。
この状態から主軸１４がさらに正方向に回転させられれ
ば、カラー６２の係合突起７０が保持スリーブ９６の係
合溝１０６内に進入し、工具ホルダ１２と保持スリーブ
９６とが軸方向に離脱不能となる。また、カラー６２の
係合突起７０が係止ピン１１２に当接した後は、工具ホ
ルダ１２が保持スリーブ９６に対して正方向に相対回転
することが阻止され、この後の主軸１４の回転はトルク
リミッタ１９２により許容される。

【００４８】主軸１４の停止後、図１４に示すように、
主軸１４が小距離だけ装置本体８０から離間させられ
る。カラー６２は係合突起７０が保持スリーブ９６の係
合溝１０６の側壁に当接することにより前進限度を規定
されており、一方、ホルダ本体３０は係合突起５０と係
合溝２０との係合によって主軸１４との相対移動を阻止
されているため、ホルダ本体３０がカラー６２に対して
相対的に前進させられる。この相対的な前進はスプリン
グ６８の圧縮によって許容され、係合突起６４が主軸１
４の係合切欠２２から離脱する。また、クランプナット
５６がカラー６２の端面に当接することによりホルダ本
体３０の前進限度が規定され、係合突起６４がフランジ
６０の係合切欠６６から離脱することが防止される。主
軸１４はさらに小距離後退させられるが、この後退は、
スプリング１３６の付勢力に抗して可動部材９０および
保持スリーブ９６が工具ホルダ１２と共に前進すること
によって許容される。

【００４９】主軸１４が再び正方向に回転させられ、そ
れによってトルクリミッタ１９２が再び係合状態とな
る。そして、ホルダ本体３０は係合切欠６６と係合突起
６４との係合によりカラー６２との相対回転を阻止され
ており、カラー６２は係止ピン１１２と係合突起７０と
の係合により保持スリーブ９６に対する正方向の相対回
転を阻止されているため、主軸１４が工具ホルダ１２に
対して回転させられることになる。主軸１４が９０度回
転したとき、図１５に示すように、主軸１４の係合切欠
２２とホルダ本体３０の係合突起５０との位相が一致す
る。したがって、図１６に示すように、スプリング６
８，１３６の付勢力によりホルダ本体３０が主軸１４か
ら抜け出し、保持スリーブ９６の軸方向穴１０４内へ後
退させられる。その後、主軸１４が着脱装置１０から離
間させられ、原位置へ戻されれば、一連の工程が終了す
る。

【００５０】上記のように、係合切欠２２と係合突起５
０とが合致したとき、ホルダ本体３０が速やかに主軸１
４から離脱すれば、工具ホルダ１２と主軸１４とが相対
回転可能となる。したがって、主軸１４がさらに正方向
に回転させられても支障はない。しかし、係合突起５０
が係合切欠２２を通過中は、工具ホルダ１２と主軸１４
とが微小時間だけ相対回転不能となる。これによって、
工具ホルダ１２，保持スリーブ９６および可動部材９０
が回転する必要が生じた場合には、その回転はトルクリ
ミッタ１９２により許容される。

【００５１】本実施例においては、主軸１４の軸方向の
移動量および回転角度を精度よく決めなくても、過大な
軸方向力の作用がスプリング１３０，１３６により、ま
た過大な回転トルクの作用がトルクリミッタ１９２によ
りそれぞれ防止されるため、着脱装置１０，工具ホルダ
１２，主軸１４等の損傷が防止される。

【００５２】スプリング１３０により後退許容手段が、
また、スプリング１３６により前進許容手段が構成さ
れ、トルクリミッタ１９２が装置本体８０と可動部材９
０との正逆両方向の相対回転を許容するように構成され
ているのである。また、保持スリーブ９６，係合溝１０
６，切欠１１０，係止ピン１１２等によりホルダ保持装
置が構成されている。

【００５３】また、本実施例においては、切削時に主軸
１４を軸方向移動および回転させるための駆動装置を利
用して、静止状態の着脱装置１０により主軸１４に対す
る工具ホルダ１２の着脱を行い得るようになっているた
め、着脱装置１０に専用の移動装置を設ける必要がな
く、コストを低減させることができる。ただし、主軸が
工作機械に固定的に設けられて切削加工が行われる場合
等には、着脱装置側に移動装置を設け、着脱装置を主軸
に対して移動させることも可能である。

【００５４】また、本実施例においては、トルクリミッ
タ１９２が、スプリング１８２の付勢力を受けたボール
１６２を軸方向の貫通穴１５０に嵌入させる構成とされ
ていたが、装置本体８０に半径方向の保持穴を複数個設
け、各保持穴にそれぞれボールを保持させ、それらボー
ルをスプリング等により半径方向に内向きに付勢し、可
動部材の外周面の貫通穴，凹部等に嵌入させる構成とす
るなど、構成を変更することも可能である。

【００５５】さらに、本実施例においては、一対のスプ
リング１３０，１３６により可動部材９０の基準位置か
らの前進および後退が許容されるようになっていたが、
ダイアフラムのような一枚のばね部材により許容される
ようにしてもよい。

【００５６】その他、ホルダ保持装置の構成を変更する
など、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施し
た態様で、本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である工具ホルダ着脱装置を
示す正面断面図である。

【図２】上記着脱装置のホルダ保持装置の右側面図であ
る。

【図３】上記着脱装置により工具ホルダが着脱される主
軸の要部を示す正面断面図である。

【図４】上記主軸に着脱される工具ホルダを示す正面断
面図である。

【図５】上記工具ホルダの正面図である。

【図６】上記工具ホルダの右側面図である。

【図７】上記着脱装置による工具ホルダの主軸への取付
けの一過程を示す部分正面断面図である。

【図８】別の取付け過程を示す部分正面断面図である。

【図９】さらに別の取付け過程を示す部分正面断面図で
ある。

【図１０】さらに別の取付け過程を示す部分正面断面図
である。

【図１１】さらに別の取付け過程を示す部分正面断面図
である。

【図１２】上記着脱装置による工具ホルダの主軸からの
取外しの一過程を示す部分正面断面図である。

【図１３】別の取外し過程を示す部分正面断面図であ
る。

【図１４】さらに別の取外し過程を示す部分正面断面図
である。

【図１５】さらに別の取外し過程を示す部分正面断面図
である。

【図１６】さらに別の取外し過程を示す部分正面断面図
である。

【符号の説明】

１０ 着脱装置 １２ 工具ホルダ １４ 主軸 ２０ 係合溝 ２２ 係合切欠 ３０ ホルダ本体 ５０ 係合突起 ６２ カラー ６４ 係合突起 ６８ スプリング ７０ 係合突起 ８０ 装置本体 ８２ 軸方向穴 ９０ 可動部材 ９６ 保持スリーブ １０６ 係合溝 １１０ 切欠 １１２ 係止ピン １３０ スプリング １３６ スプリング １４０ 大径スリーブ １５０ 貫通穴 １５４ 小径スリーブ １６０ 保持穴 １６２ ボール １８２ スプリング １９２ トルクリミッタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を保持して工作機械の主軸と第一相
   対位相で軸方向に嵌合離脱可能であり、その第一相対位
   相から第二相対位相へ一定角度相対回転させられること
   により軸方向に離脱不能となるホルダ本体と、そのホル
   ダ本体に、そのホルダ本体が前記離脱不能な状態におい
   て前記主軸と相対回転不能に係合する第一位置と係合し
   ない第二位置とに軸方向移動可能かつ相対回転不能に取
   り付けられた相対回転阻止部材と、その相対回転阻止部
   材を前記ホルダ本体に対して相対的に前進方向に付勢す
   る付勢手段とを含む工具ホルダを主軸に着脱する工具ホ
   ルダ着脱装置であって、 前記主軸と平行に延びる軸方向穴を備えた装置本体と、 その装置本体の軸方向穴に、前記主軸に接近する向きの
   前進と反対向きの後退とが可能であり、かつ相対回転が
   可能な状態で嵌合された可動部材と、 その可動部材に設けられ、前記工具ホルダを、その工具
   ホルダの少なくとも一定角度以上の相対回転は阻止する
   とともに、前記回転阻止部材の前記ホルダ本体に対する
   後退を許容しつつホルダ本体を前進させ得、かつホルダ
   本体の回転阻止部材に対する前進を許容しつつ回転阻止
   部材を後退させ得る状態で保持するホルダ保持装置と、 前記可動部材を常には前記装置本体に対する軸方向の基
   準位置に保ち、少なくとも可動部材が基準位置から後退
   させられることを許容するとともに基準位置への付勢力
   を発生する後退許容手段と、 前記装置本体と前記可動部材との間に両者の軸方向の移
   動を許容する状態で設けられ、常には両者の相対回転を
   阻止しているが、少なくとも装置本体と前記主軸とが、
   前記ホルダ本体と前記主軸とを前記第一相対位相から前
   記第二相対位相へ相対回転させる方向に相対回転させら
   れる際、両者の相対回転トルクが設定トルクを超えれば
   相対回転を許容するトルクリミッタとを含むことを特徴
   とする工具ホルダ着脱装置。