JPH0763882B2 - 工具着脱機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械等における工具着脱機構に関する。

〔従来の技術〕

マシニングセンタ等の工作機械の使用中、工具の交換が
頻繁に行なわれ、工具は工作機械の主軸に確実に把持固
定する必要がある。従来、工具のシャンクを主軸に固定
する時には、例えば主軸内に設けた皿ばねにより工具を
主軸の後方に引っ張っており、特に重切削を行なう時等
工具を固定するために強力な皿ばねの力を必要とし、皿
ばねの力で固定された工具を開放する時には皿ばねに対
抗して皿ばねの弾発力以上の押圧力を有する押圧手段が
必要とされている。

そこで、工具着脱時に要する力を低減するため、例えば
特公昭63−19283号公報に示す工具着脱機構が第６図，
第７図に示すように知られている。

図において、１は操作軸であり、その中間部にフランジ
形突出部２が形成されている。３はフランジ形突出部２
の周囲に複数個配設された係止爪であり、主軸４内に固
定されたリング状のガイド部材５と前記操作軸１に嵌め
た円筒状のストッパ部材６との間に前後を挟まれた状態
で、これらの傾斜面5a,6aに沿って斜め方向にスライド
できるようにしてある。固定ガイド部材５は外周面に凹
溝（図示せず）が複数個所形成されており、この凹溝を
貫通するようにして可動ガイド部材７の突出片7aがそれ
ぞれ位置させられている。この可動ガイド部材７は操作
軸１にスライド可能に嵌合されたスリーブ８のフランジ
8aに固定され、かつ前記固定ガイド部材５との間にばね
９を介設してある。そして、固定ガイド部材５の凹溝を
貫通した可動ガイド部材７の突出片7a間にはそれぞれ前
記係合爪３が嵌まり込むようになっており、これによ
り、各係止爪３は主軸４の円周方向への回動が防止さ
れ、それぞれの位置が保持される。

10は前記ストッパ部材６に嵌めた円筒部材であり、主軸
４内に固定されたカラー11との間にばね12が介設され、
ストッパ部材６の外面と主軸４の内面との間隔を主軸４
の軸線方向に沿って摺動できるようにしてあり、円筒部
材10の内面にテーバ10aを設け、後縁部を断面略楔形に
係止してある。前記スリーブ８は後端にロックナット13
が螺着され、このロックナット13と主軸４内に固定され
たカラー14との間にばね15が設けられている。なお、工
具17の挿着時においては、スリーブ８の後端部は操作軸
１の後端より突出した状態になっている。18は主軸４の
後部に配置された押圧手段（例えば油圧シリンダ装置）
のロッドであり、先端部には装置軸１の後端面に当接す
る突起18aが形成されている。

しかして、ロッド18の押圧力を解除することにより操作
軸１が後退させられ、その時、円筒部材10により係止爪
３を後方に押して固定ガイド部材５とストッパ部材６と
の間でこの係止爪３を内方にスライドさせてフランジ形
突出部２に係止させる。この状態においては、操作軸１
の先端に取り付けられた工具把持部材19が閉じて主軸４
内に挿入された工具17が固定されている。

一方、ロッド18を前進させると操作軸１が前進させら
れ、その時、可動ガイド部材７の突出片7aが円筒部材10
を押すと共にスリーブ８の先端で係止爪３を押し上げて
固定ガイド部材５とストッパ部材６との間でこの係止爪
３を外方にスライドさせることによりフランジ形突出部
２に対する係止を解除させる。この状態においては、操
作軸１の先端に取り付けられた工具把持部材19が開いて
主軸４内に挿入された工具17が取り出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の工具着脱機構にあっては、操作軸
１のフランジ形突出部２をロックする係止爪３は、主軸
４内に浮いた状態で分離されてフランジ形突出部２の周
囲に何ら固定されずに配設されており、係止爪３がフラ
ンジ形突出部２に係止するには、第７図に示すように、
係止爪３の固定ガイド部材５側の外側傾斜3aを固定ガイ
ド部材５の傾斜面5aに接触させ、係止爪３の内側傾斜面
3bをフランジ形突出部の傾斜面2aに接触させ、係止爪３
の円筒部材10側の外側傾斜面3cを円筒部材10のテーパ10
aに接触させ、さらに、係止爪３の先端傾斜面3dをスト
ッパ部材６の傾斜面6aに接触させることが必要になる。

即ち、係止爪３を係止させるのに合計４個所の接触個所
が必要となり、従って、各摩擦個所での摩擦力により係
止爪３の種々の方向から複雑な力が作用することから、
また、誤差が集積して係止爪３の係止状態が不安定にな
り易いことから、係止爪３の係止作用の安定性が低いと
いう問題がある。さらに、かかる係止爪３の製作，組立
も非常に困難である。

本発明はかかる従来の問題点を解決するためになされた
もので、その目的は、操作軸のフランジ形突出部を係止
する係止爪の安定性を向上させることができる工具着脱
機構を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するために、本発明は、主軸内に移動可
能に設けられた操作軸にばね材の付勢力を作用させると
ともに操作軸の適当な個所に設けられたフランジ形突出
部に上記付勢力以外の力を作用させることにより操作軸
を後退させて、操作軸の先端に取り付けられた工具把持
部材が閉じて主軸内に挿入された工具を固定し、一方、
押圧手段によりばね材の付勢力に抗する力を操作軸に与
えるとともにフランジ形突出部に作用するばね材以外の
力を解除することにより操作軸を前進させて、工具把持
部材が開いて工具を外せるようにした工具着脱機構にお
いて、前記フランジ形突出部を操作軸の後端に設け、こ
のフランジ形突出部の後方に前記押圧手段により主軸の
軸線方向に沿って移動自在にプッシャを配設し、プッシ
ャの外側面により外方に開放される複数個の係止部の先
端に、それぞれフランジ形突出部に係止・解除するとと
もに外側に傾斜面を有する係止爪を形成してなるコレッ
トを主軸の後端部に固定し、主軸内に、プッシャの移動
により主軸の軸線方向に沿って摺動するとともに内周面
にコレットの各係止爪の外側の傾斜面に接触して係止爪
を内方にロックする傾斜面が形成されたクランプ用スリ
ーブを設け、クランプ用スリーブと主軸内の中間部に固
定されたカラーとの間にクランプ用スリーブを後方に押
すスリーブ用ばね材を介設したものである。

〔作用〕

本発明においては、操作軸はばね材により後方に移動さ
せようとする付勢力を常時与えられている。

押圧手段の作動により操作軸を後退させると、コレット
の係止爪により操作軸のフランジ形突出部が係止され、
操作軸の先端に取り付けられた工具把持部材が閉じて主
軸内に挿入された工具が固定されている。以下詳述す
る。

この状態においては、押圧手段の作動によりプッシャは
押圧されておらず、プッシャの先端は操作軸のフランジ
形突出部から離されている。

そして、スリーブ用ばね材によりクランプ用スリーブは
後方に付勢力を与えられて、主軸内を後方に摺動した後
退位置に位置している。この後退位置に位置しているク
ランプ用スリーブの傾斜面によりコレットの各係止爪が
内方に押圧され、この内方に押圧されたコレットの各係
止爪が操作軸のフランジ形突出部に係止している。

この状態においては、工作機械の作動中、工具を引き抜
こうとする引抜力が工具把持部材を介して操作軸に作用
するが、この引抜力に対しては、操作軸を後方に移動さ
せようとするばねの付勢力及び操作軸のフランジ形突出
部に係止しているコレットの係止爪のロック力が釣り合
っている。

一方、押圧手段の作動により操作軸のフランジ形突出部
に係止しているコレットの係止爪の係止を解除してコレ
ットを開放し、ばね材の付勢力に抗して操作軸を前進さ
せると、以下のように工具把持部材が開いて工具が取り
外される。

押圧手段によりプッシャを押圧して前進させると、プッ
シャの移動によりクランプ用スリーブがスリーブ用ばね
材の付勢力に抗して前進し、コレットの係止爪がフラン
ジ形突出部の外側に解除され、コレットが開放される。

次に、操作軸のフランジ形突出部にプッシャの先端が突
き当たり、ばね材の付勢力に抗して操作軸を前方に押す
と、工具把持部材が開き、工具が取り外される。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例について説明する。

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係る工具着脱機
構を示す。

第１図，第２図において、21は主軸で、この主軸21内に
操作軸22が主軸21の軸方向に沿って移動自在に挿入され
ている。操作軸22の先端には工具把持部材23が設けら
れ、この工具把持部材23により工具24のシャンク24aの
先端に設けたプルスタッド24bが把持され、シャンク24a
は主軸21の前端部に形成したテーパ部25内に嵌まって保
持されている。

主軸21の中間部にリング部材26が固定され、このリング
部材26と、操作軸22の中間部に一体に設けた環状部材27
との間にばね材28が介設されている。

そして、操作軸22の後端にはフランジ形突出部29が設け
られ、このフランジ形突出部29には傾斜面29aが形成さ
れている。

このフランジ形突出部29の後方に主軸21の軸線方向に沿
って移動自在のロッドからなるプッシャ30が配設され、
このプッシャ30の先端は縮径している。第４図にも示す
ように、プッシャ30にはその円周側面に６つの板状体31
が放射状に設けられている。

32はコレットで、リング状の取付部33とこの取付部33に
連続してプッシャ31の外側に主軸21の軸線方向に沿って
位置する６つの帯板状の係止部34とから構成されてい
る。この係止部34の断面の形状は第４図に示されてい
る。コレット32の取付部33はボルト35により主軸21の後
端面21aに固定されている。コレット32の各係止部34の
先端にそれぞれ係止爪36が形成され、中間部位の内側面
にそれぞれ突起部37が設けられている。第３図に示すよ
うに、この係止爪36は内側にフランジ形突出部29の傾斜
面29aと接触する傾斜面38を有し、フランジ形突出部29
に係止・解除自在となっており、外側に摩擦角より小さ
い角度の傾斜面39を有している。

40はクランプ用スリーブで、主軸21内に主軸21の軸線方
向に沿って摺動自在に配設され、内周面にコレット32の
各係止爪36の外側の傾斜面39に接触して係止爪36を内方
にロックする傾斜面41が形成されている。上記クランプ
用スリーブ40とプッシャ30に設けた板状体31との間には
ばね材42が介設されている。

そして、第１図に示すように、主軸21内の中間部にカラ
ー43が固定され、このカラー43とクランプ用スリーブ40
に設けたばね受け部材44との間にクランプ用スリーブ40
を後方に押すスリーブ用ばね材45が介設されている。

さらに、主軸21の後端側の外周面には円筒部材46が嵌着
され、この円筒部材46に油圧シリンダ47が固定されてい
る。円筒部材46の外周面46aを摺動する内周面48a及び主
軸21の後端外周面21bを摺動する内周面48bが形成された
ピストン48からなる押圧手段が、油圧シリンダ47内に嵌
め込まれている。

次に、本実施例の作用を説明する。

第１図，第２図は工具把持状態を示し、第５図は工具開
放状態を示し、両状態において、操作軸22はばね材28に
より後方に移動させようとする付勢力を常時与えられて
いる。

第１図，第２図の工具把持状態においては、ピストン48
の作動により操作軸22は後退しており、コレット32の各
係止爪36により操作軸22のフランジ形突出部29が係止さ
れ、操作軸22の先端に取り付けられた工具把持部材23が
閉じて主軸21内に挿入された工具24が固定されている。
以下詳述する。

この状態においては、ピストン48は後退させられ、従っ
て、プッシャ30の後端はピストン48によって押圧されて
おらず、プッシャ30の先端は操作軸22のフランジ形突出
部29から離されている。

そして、スリーブ用ばね材45によりクランプ用スリーブ
40は後方に付勢力を与えられて、主軸21内を後方に摺動
した後退位置に位置している。この後退位置に位置して
いるクランプ用スリーブ40の傾斜面41によりコレット32
の各係止爪36が内方に押圧され、この内方に押圧された
コレット32の各係止爪36が操作軸22のフランジ形突出部
29に係止している。

この状態においては、工作機械の作動中、工具24を引き
抜こうとする引抜力が工具把持部材23を介して操作軸22
に作用するが、この引抜力に対しては、操作軸22を後方
に移動させようとするばね材28の付勢力及び操作軸22の
フランジ形突出部29に係止しているコレット32の係止爪
36のロック力が釣り合っている。

そして、クランプ用スリーブ40は内周面に形成されてい
る傾斜面41は摩擦角より小さいので、操作軸22に引抜力
が作用してもクランプ用スリーブ40は移動せず固定され
た状態になっており、プルスタッド24bが破壊に至る迄
工具24が抜け出ることがなく、重切削時にも工具24を主
軸21に強固に把持させることができる。

一方、ピストン48を前進させることにより、操作軸22の
フランジ形突出部29に係止しているコレット32の各係止
爪36の係止を解除してコレット32を開放し、ばね材28の
付勢力に抗して操作軸22を前進させると、以下に述べる
ように、第５図の工具開放状態になり、工具把持部材23
が開いて工具24が取り外される。

先ず、ピストン48を前進させると、このピストン48によ
りプッシャ30が押圧され、前進する。プッシャ30に設け
た６つの板状体31がクランプ用スリーブ40を前方に押圧
する。これにより、クランプ用スリーブ40がスリーブ用
ばね材45の付勢力に抗して前進し、同時にプッシャ30の
外周面がコレット32の係止部34の突起部37を外方に押し
拡げ、コレット32の係止爪36がフランジ形突出部29の外
側に解除され、コレット29が開放される。

次に、操作軸22のフランジ形突出部29にプッシャ30の先
端が突き当たり、ばね材28の付勢力に抗して操作軸22を
前方に押すと、工具把持部材23が開き、工具24が取り外
される。

以上の如き構成によれば、操作軸22のフランジ形突出部
29に係止する係止爪36が形成されたコレット32は、主軸
21に固定された一体物であるため、係止爪36のフランジ
形突出部29に対する係止状態を確実にすることでき、従
って、係止爪36の作用の安定性を高くし、全体の剛性も
高くすることができ、また、かかる係止爪36の製作，組
立も容易にすることができる。

また、従来においては、係止爪36に対応する第７図の従
来例における係止爪３が分離しており、この係止爪３を
作用させるための接触個所が４個所となっているが、本
実施例においては、係止爪36を係止させるのにフランジ
形突出部29とコレット29の係止爪36が相互に接触すると
ともに、コレット29の係止爪36の外側の傾斜面39とクラ
ンプ用スリーブ40の傾斜面41とが相互に接触していれば
足り、必要な摩擦接触個所は２個所である。従って、各
摩擦個所での摩擦力により係止爪36に複雑な力が作用せ
ず、係止爪36の作用の安定性を高くすることができる。

以上のように、操作軸22にフランジ形突出部29を係止す
る係止爪36の作用の安定性を向上させることができる。

また、本実施例においては、コレット32等の装置の主要
部分が主軸21の後端側に集約されているので、分解，組
立が容易になり、保守性を向上させることができる。

さらに、従来通常油圧シリンダ等の押圧手段の許容スペ
ースが充分になく、その大きさ，設置個所にも制限を受
けているが、本実施例においては、油圧シリンダ48を主
軸21の外周に設けることによりコンパクトに納めてお
り、押圧手段として必要な大きさ，容量等の仕様を確保
することができる。

なお、本実施例においては、コレット32の係止爪36の外
側の傾斜面39及びクランプ用スリーブ40の内周面に形成
されている傾斜面41は摩擦角より小さくなっているが、
傾斜面39,41の角度を摩擦角と等しい角度かまたはそれ
以上にすることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、操作軸のフランジ
形突出部を係止する係止爪が形成されたコレットは、主
軸に固定された一体物であるため、係止爪のフランジ形
突出部に対する係止状態を確実にすることでき、従っ
て、係止爪の作用の安定性を高くし、全体の剛性も高く
することができ、また、かかる係止爪の製作，組立も容
易にすることができる。

また、従来においては、係止爪が分離しており、係止爪
を作用させるための接触個所が４個所となっているが、
本発明においては、係止爪を係止させるのにフランジ形
突出部とコレットの係止爪が相互に接触するとともに、
コレットの係止爪の外側の傾斜面とクランプ用スリーブ
の傾斜面とが相互に接触していれば足り、必要な摩擦接
触個所は２個所である。従って、各摩擦個所での摩擦力
により係止爪に複雑な力が作用せず、係止爪の作用の安
定性を高くすることができる。

以上のように、操作軸のフランジ形突出部を係止する係
止爪の作用の安定性を向上させることができる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る工具着脱機構の工具把持
状態における断面図である。 第２図は同工具着脱機構の工具把持状態における要部断
面図である。 第３図は第１図のコレットの要部断面説明図である。 第４図は第２図のプッシャとコレットの関係を示す概略
横断面図である。 第５図は同工具着脱機構の工具開放状態における要部断
面図である。 第６図は従来における工具着脱機構の工具把持状態にお
ける断面図である。 第７図は同工具着脱機構の工具把持状態における要部断
面図である。 〔主要な部分の符号の説明〕 21……主軸 22……操作軸 23……工具把持部材 24……工具 28……ばね材 30……プッシャ 32……コレット 36……係止爪 40……クランプ用スリーブ 43……カラー 45……スリーブ用ばね材 47……油圧シリンダ 48……ピストン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸内に移動可能に設けられた操作軸にば
   ね材の付勢力を作用させるとともに操作軸の適当な個所
   に設けられたフランジ形突出部に上記付勢力以外の力を
   作用させることにより操作軸を後退させて、操作軸の先
   端に取り付けられた工具把持部材が閉じて主軸内に挿入
   された工具を固定し、一方、押圧手段によりばね材の付
   勢力に抗する力を操作軸に与えるとともにフランジ形突
   出部に作用するばね材以外の力を解除することにより操
   作軸を前進させて、工具把持部材が開いて工具を外せる
   ようにした工具着脱機構において、前記フランジ形突出
   部を操作軸の後端に設け、このフランジ形突出部の後方
   に前記押圧手段により主軸の軸線方向に沿って移動自在
   のプッシャを配設し、プッシャの外側面により外方に開
   放される複数個の係止部の先端に、それぞれフランジ形
   突出部に係止・解除するとともに外側に傾斜面を有する
   係止爪を形成してなるコレットを主軸の後端部に固定
   し、主軸内に、プッシャの移動により主軸の軸線方向に
   沿って摺動するとともに内周面にコレットの各係止爪の
   外側の傾斜面に接触して係止爪を内方にロックする傾斜
   面が形成されたクランプ用スリーブを設け、クランプ用
   スリーブと主軸内の中間部に固定されたカラーとの間に
   クランプ用スリーブを後方に押すスリーブ用ばね材を介
   設したことを特徴とする工具着脱機構。