JPH0736961B2 - 工具クランプ装置 - Google Patents

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、おり、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にはドロ
ーバー12が挿入されており、ドローバー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
はドローバー12を引抜き方向に付勢している。

ドローバー12の先端に固定されたスリーブ（把持部）11
aは、工具６の後端部に設けられたプルスタッド6bを鋼
球10を介して掴み、ドローバー12が皿ばね13の弾性力に
よってクランプ方向（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、Ａ方向）へ皿ばね
13を圧縮させつつドローバー12を押し込み、スリーブ11
a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ー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。一枚の皿ばね
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、ドローバー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、ドローバー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、ドローバー
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ー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、ハウジングと、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から
なる軸穴を有するとともに前記ハウジングに回転自在に
嵌入される主軸と、前記軸穴内に軸方向摺動自在に挿入
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るとともに前進して前
記工具を把持し後退して前記工具を解放する把持部と、
前記軸穴に軸方向摺動自在に保持されるとともに前記ド
ローバーに軸方向相対移動自在に嵌着されるプルケース
と、該プルケース内にて前記ドローバーに嵌着されて前
記ドローバーを軸方向後方へ前記プルケースを軸方向前
方へ付勢するばね機構と、前記ドローバーの後方に配設
されるとともに、工具解放時に前進してまず前記プルケ
ースを前進させて前記ばね機構を緩め続いて前記ドロー
バーを前進させて前記工具を解放させ、工具把持時に後
退してまず前動ドローバーから離れ引き続き前記プルケ
ースを後退させて前記ばね機構を圧縮し前記把持部によ
り前記工具を把持させる摺動手段とを備え、 前記摺動手段は、前記主軸の後端部に固定される端面カ
ムと、前端面が前記ドローバーの後端面に接離可能に対
面する位置にて前記プルケースの後端部に固定されると
ともに前記端面カムに案内されて軸方向に進退する円筒
カムと、基端が前記プルケースに係止されて付勢端が前
記プルケースを通じて前記円筒カムのカムフォロワを前
記端面カムのカム面へ付勢するコイルスプリングと、前
記ハウジングに固定されて前記円筒カムを回動させるシ
リンダとを備え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。

すなわち、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。

更に説明すれば、摺動手段は、主軸の後端部に固定され
る端面カムと、端面カムに案内されて軸方向に進退する
円筒カムと、円筒カムのカムフォロワを端面カムのカム
面へ付勢するコイルスプリングと、円筒カムを回動させ
るシリンダとからなり、シリンダが円筒カムを回転させ
ると円筒カムのカムフォロワが端面カムのカム面に案内
されて円筒カムがプルケースとともに軸方向に進退す
る。そして円筒カムの前進の途中で、すなわちばね機構
を緩めた後で、円筒カムはドローバーを押して工具を解
放させる。

［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
入されたドローバー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
内のドローバー12に嵌装された複数の皿ばね（ばね機
構）13、ドローバー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の後端部外周はプーリ
３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8c、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が嵌入されている。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30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3
0、主軸２の後端部及びプーリ３のボス部3aが固定され
ている。

第１図ではテーパ穴７に工具６が収容されており、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け孔にはそれぞれ鋼球10が収容さ
れており、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おり、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ー12の先端部12
aが嵌入しており、両者はスリーブ９の径小穴9bとドロ
ーバー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。

長棒状のドローバー12は、軸穴８の軸心に沿って軸穴８
から後方に突出しており、ドローバー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
面はプーリ３の中央貫通孔3bを摺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ー12の径大板部12cを軸方向後方
に付勢している。

以下、摺動手段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、全体として軸心に沿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20a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20a
の前端面20gはプルケース14の内部においてドローバー1
2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20b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18
a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18a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20f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24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。

上記説明からわかる円筒カム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18a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
ドローバー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20g
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1
8a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19はこの円筒凹面部18
e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19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18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20gがドローバー12の
後端面に衝接し、その後はドローバー12及びプルケース
14が一体的に前進する。ドローバー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
ーバー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図における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14及びドローバー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ー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及びドローバー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ある。

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
けたがコレットで掴む方式であってもよい。更に、円筒
カム20を回転させるのに直動のエアシリンダ23を用いた
がリニアモータ等の他の直動動力源であってもよいし、
ボールねじ等を介して得られる動力であってもよい。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
することができる。

（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、ドローバーなどの固有振動
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で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。

更に、本発明では、端面カム、円筒カム、コイルスプリ
ング及びシリンダからなる簡素な機構によりドローバー
及びプルケースの互いに独立の進退動作を実現するの
で、主軸の回転質量の増加を抑止し、主軸の固有振動数
の低下を防止してその振動を低減することができる。

【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） 12……ドローバー 13……皿ばね（ばね機構） 14……プルケース 100……摺動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジングと、 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
   パ穴からなる軸穴を有するとともに前記ハウジングに回
   転自在に嵌入される主軸と、 前記軸穴に軸方向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るとともに前進して前
   記工具を把持し後退して前記工具を解放する把持部と、 前記軸穴に軸方向摺動自在に保持されるとともに前記ド
   ローバーに軸方向相対移動自在に嵌着されるプルケース
   と、 該プルケース内にて前記ドローバーに嵌着されて前記ド
   ローバーを軸方向後方へ前記プルケースを軸方向前方へ
   付勢するばね機構と、 前記ドローバーの後方に配設されるとともに、工具解放
   時に前進してまず前記プルケースを前進させて前記ばね
   機構を緩め続いて前記ドローバーを前進させて前記工具
   を解放させ、工具把持時に後退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退させて前記ばね
   機構を圧縮することにより前記把持部により前記工具を
   把持させる摺動手段とを備え、 前記摺動手段は、 前記主軸の後端部に固定される端面カムと、 前端面が前記ドローバーの後端面に接離可能に対面する
   位置にて前記プルケースの後端部に固定されるとともに
   前記端面カムに案内されて軸方向に進退する円筒カム
   と、 基端が前記プルケースに係止されて付勢端が前記プルケ
   ースを通じて前記円筒カムのカムフォロワを前記端面カ
   ムのカム面へ付勢するコイルスプリングと、 前記ハウジングに固定されて前記円筒カムを回動させる
   シリンダと、 を備えることを特徴とする工具クランプ装置。