JPH09314404A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来は、アンクランプ時には固定用スリーブ３
３に圧液を供給することなく、工具ホルダ３をクランプ
する時のみ圧液を固定用スリーブ３３に供給してそのス
リーブ３３を軸方向に移動させるだけであり、特に固定
用スリーブ３３のストッパ機能はなく、よって工具ホル
ダ３の無いときに圧液を供給すると固定用スリーブ３３
は軸１から脱落してしまう。 【解決手段】スピンドル軸１の軸端に、スピンドル軸１
と工具ホルダ３との流体圧負荷時の固定用スリーブ３３
のストッパ機能を有するドライブキー２９を固定用スリ
ーブに対しすき間δを介して対向配置して、固定用スリ
ーブ３３の軸１からの脱落を防止した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械のスピン
ドル装置に係り、特に、その工具取付け部の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば工具自動交換装置（ＡＴＣ）を備
えたマシニングセンタ（ＭＣ）などの工作機械では、図
７に示すように、スピンドル軸１の先端に工具取付け用
のテーパ穴２を有し、このテーパ穴２に工具ホルダ３の
テーパシャンク部４を嵌合させて所定の工具を装着する
ようにしている。この従来のスピンドル装置では、工具
ホルダ３がテーパシャンク部４部分でのみスピンドル軸
１に保持されており、剛性はあまり高いとは言えず、テ
ーパ穴２とテーパシャンク部４との当たり具合も全面が
正しい当たりとなるものでもないこともあって重切削が
困難であり、また仕上げ切削の場合にも良好な切削面が
得られ難かった。

【０００３】最近、このような問題を解決するべく図８
に示すような新しいタイプのスピンドル装置が提案され
るに至った。これは、工具ホルダ３の保持を、テーパシ
ャンク部４とテーパ穴２との間及び工具ホルダ３の端面
３ａとスピンドル軸１の端面１ａとの間で行う両面当た
りのとしたものである。

【０００４】しかしながら、このような二面拘束方式の
スピンドル軸の場合は、テーパ面とこれに交叉する軸端
面とを同時に接触させることが実際問題として非常に困
難である。しかもその場合、効果的な工具保持力を確保
するために、テーパ穴２とテーパシャンク部４とが当た
った状態で、更に工具ホルダ３の端面３ａとスピンドル
軸１の端面１ａとの間のすき間δの大きさを負にして予
圧を与えなければならず、その大きさは２μｍ程度と極
めて厳しい範囲内でテーパ同士の当たりを管理する必要
がある。ところが工具ホルダ３は工具の種類が異なる毎
に交換されるため、多数の工具ホルダ３を使用すること
が必要で、それらの全ての工具ホルダ３についてスピン
ドル軸１とのすき間を厳しく管理することはかなり難し
いことから、工具ホルダ３の互換性が良くないという別
の問題が生じている。

【０００５】これに対して、本出願人は先に、特開平７
−１７８６０７号公報に開示された新たなスピンドル装
置を提案した。このものは、図９に示すように、軸端に
工具取付け用のテーパ穴２を有するスピンドル軸１の外
面に小径部３０と大径部３１を形成して、その外面に外
部に貫通する流体通路３４を設けた固定用スリーブ３３
を締め代をもって嵌合する。一方、工具ホルダ３のテー
パシャンク部４の根元にはテーパシャンク部４より大径
とされたフランジ部３ｆを設ける。そして、固定用スリ
ーブ３３の流体通路３４に流体圧を加えることにより、
固定用スリーブ３３をスピンドル軸１に嵌合した工具ホ
ルダ３のフランジ部３ｆに当接させ、しかる後、流体圧
を除いて固定用スリーブ３３をスピンドル軸１に固定
し、工具ホルダ３を高剛性に支持するものである。これ
により、工具ホルダの端面とスピンドル軸の端面との間
のすき間を管理する必要がなくなり、したがって工具ホ
ルダの良好な互換性が得られ、しかも高い保持剛性が得
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に記載の従来のスピンドル装置にあっては、 固定用スリーブ３３の軸方向に対するストッパがない
ため、工具ホルダ３がテーパシャンク部４に嵌合されて
いない時や、工具ホルダ３を引っ張ってクランプ位置
（後退位置）に保持するドローバーがアンクランプ位置
（前進位置）にある時に、固定用スリーブ３３の流体通
路３４に流体圧を加えると固定用スリーブ３３がスピン
ドル軸１から脱落してしまう。

【０００７】工具ホルダ３をスピンドル軸１から脱着
する時（アンクランプ時）には、ドローバをアンクラン
プ位置に前進移動させて工具ホルダ３を突き出すように
している。しかして、交換作業時間短縮のため、ドロー
バーがアンクランプ位置に前進移動すると同時に、交換
すべき工具ホルダ３を受け取るＡＴＣ装置のホルダ交換
用アームを駆動して迎えにいく動作を開始する。ところ
が、先にドローバーが前進して工具ホルダ３の端部に当
接し、工具ホルダ３を突き出してしまうと、ホルダ交換
用アームが来る前に工具ホルダ３はスピンドル軸１から
外れてしまい、その結果ホルダ交換用アームは工具ホル
ダ３を受け取ることができなくなる。

【０００８】固定用スリーブ３３の流体通路３４に流
体圧ｐを供給する配管接続部３５が、例えば図１０
（ａ）に示すような接続継手の雄ねじ３６ｍが螺合する
雌ねじ３６ｆ構造となっていたり、あるいは同図（ｂ）
に示すような接続配管３７に取り付けたＯリングシール
３８との嵌合構造となっているため、接続継手の位置決
めや配管接続部３５との結合動作が複雑になり、例えば
ＡＴＣで工具交換を行うものではその交換スピードに対
応するのが困難になる。などの未解決の課題がある。

【０００９】そこで本発明は、このような従来の未解決
の課題に着目してなされたものであり、工具ホルダが装
着されていない状態で固定用スリーブがスピンドル軸か
ら脱落するようなことがなく、又アンクランプ時にドロ
ーバで工具ホルダを突き出す必要がなく、更に工具交換
時の流体圧供給配管の結合動作がワンタッチで自動着脱
できて工具交換時間を大幅に短縮し得るスピンドル装置
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の請求項１に係るスピンドル装置は、軸端に工具取
付け用のテーパ穴を有しかつ当該軸端側を小径とする小
径部と大径部とを外面に連設したスピンドル軸と、その
スピンドル軸のテーパ穴に嵌合するテーパシャンク部及
びそのテーパシャンク部より大径のフランジ部を有する
工具ホルダと、前記スピンドル軸の小径部と大径部にそ
れぞれ締め代をもって嵌合すると共に小径部と大径部の
接続部には外部に貫通する流体通路を設けた固定用スリ
ーブとを備え、前記流体通路に流体圧を加えることによ
り固定用スリーブを拡径すると共に軸方向に前進させて
スピンドル軸のテーパ穴と工具ホルダのテーパシャンク
部との嵌合を解除し、その流体圧を除くことにより固定
用スリーブを縮径してスピンドル軸のテーパ穴に工具ホ
ルダのテーパシャンク部を嵌合して工具ホルダをクラン
プするように構成したスピンドル装置において、前記ス
ピンドル軸の軸端に、前記流体通路に流体圧を加えた時
の前記固定用スリーブの前進移動距離を規制するドライ
ブキーを、前記固定用スリーブに対し軸方向のすき間を
介して対向配置したことを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項２に係るスピンドル装置
は、請求項１記載のスピンドル装置において、前記固定
用スリーブの流体通路に圧液を送る圧液供給装置と、前
記スピンドル軸のテーパ穴に前記工具ホルダを保持する
ドローバーを保持解除方向に押圧するドローバー押圧装
置と、前記工具ホルダの交換に際し先ず前記ドローバの
押圧装置をオンしてドローバーを保持解除位置に移動さ
せ、その後に前記圧液供給装置をオンして前記固定用ス
リーブで工具ホルダを突き出すことにより前記スピンド
ル軸のテーパ穴とそこに保持されている工具ホルダとの
結合を解除する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項３に係るスピンドル装置
は、請求項１または請求項２記載のスピンドル装置にお
いて、前記固定用スリーブの流体通路の入り口部に平面
部を設けると共に流体供給ノズルの先端にシール部材を
配設し、そのシール部材を介して前記流体供給ノズルの
先端を前記平面部に押しつけ前記流体通路に接続せしめ
るようにした圧液供給構造を有することを特徴とする。

【００１３】上記請求項１の発明におけるスピンドル軸
の軸端に取り付けたドライブキーは、流体通路に流体圧
を加えた時に前進移動する固定用スリーブの移動距離を
規制するストッパとして作用する。すなわち、工具ホル
ダが装着されていないときに固定用スリーブを加圧して
も、固定用スリーブがスピンドル軸から脱落することが
ない。

【００１４】また、上記請求項２の発明における制御手
段は、工具ホルダのアンクランプ時に、ドローバの押圧
装置の作動のタイミングと、固定用スリーブへの圧液供
給装置の作動のタイミングとをずらし、先ずドローバー
を工具ホルダ保持解除位置に移動させ（この時、ドロー
バーは工具ホルダをキックしない）、その後に圧液供給
装置をオンし固定用スリーブを前進させて工具ホルダを
キックさせる。すなわち、スピンドル軸のテーパ穴に保
持されている工具ホルダの解除タイミングを、ドローバ
ーの移動とは別に自在に調整する。

【００１５】また、上記請求項３の発明における圧液供
給構造は、固定用スリーブの平面部に流体供給ノズルを
シール部材を介して押し付けるだけでよく、流体供給ノ
ズルの位置決めを精密に行うことなく接続できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、従来と同一または相当部分
には同一の符号を付してある。

【００１７】先ず、全体構成を説明すると、図１は、こ
の発明の一実施形態の縦断面図で、スピンドル装置のス
ピンドル軸１は、複数個（図では４個）の玉軸受６と一
個のころ軸受７とを介してハウジング８内に回転自在に
水平に支承されている。ハウジング８は、軸受６，７の
外周を取巻く円筒体であって外側面に取付け用フランジ
９を有する外筒１０と、この外筒１０の前端面にボルト
Ｂ１で固着された前蓋１１および後端面にボルトＢ２で
固着された後蓋１２とで構成されている。

【００１８】前記外筒１０は、外周面に螺旋状の溝Ｅを
有している。この溝Ｅは、ボアにスピンドル装置を取り
付けた場合、ボアの内面との間に螺旋状の通路を形成す
るもので、その螺旋状の通路に冷却流体を流通させてス
ピンドル装置を冷却する。

【００１９】前記前蓋１１は、複数個の玉軸受６の外輪
６ａを、外間座１３を介してハウジング８の内面に固定
している。同玉軸受６の内輪６ｂは、内間座１４を介し
て押さえリング１５によりスピンドル軸１の外周面に固
定されている。一方、後蓋１２は、ころ軸受７の外輪７
ａをハウジング８の内面に固定している。同ころ軸受け
７の内輪７ｂは、リング状の内輪押さえ蓋１６を介して
この内輪押さえ蓋１６に当接させたプーリ１７によりス
ピンドル軸１の外周面に固定されている。プーリ１７は
スピンドル軸１の外周面に締まりばめとされて取り付け
られており、その後端部に流体圧供給口Ｆを備えてい
る。この流体圧供給口Ｆは、プーリ１７を着脱する場合
に、嵌合面に圧力を加えてプーリ１７を拡径させ、着脱
を容易にするものである。

【００２０】このようにして回転自在に支承されている
スピンドル軸１の軸端の中心には、工具取付け用のテー
パ穴２が形成されると共に、このテーパ穴２の奥からス
ピンドル軸後端に抜ける貫通孔１８がスピンドル軸１の
軸心部を通して形成されていて、この貫通孔１８に次に
述べる工具着脱機構が内設されている。

【００２１】テーパ穴２には工具２１を保持する工具ホ
ルダ３のテーパシャンク部４が嵌合される。工具ホルダ
３は、そのテーパシャンク部４の根元にテーパシャンク
部分より大径とされたフランジ部３ｆが設けられてい
る。また、テーパシャンク部４の頂部には、小径の頸部
２２ａと大径の頭部２２ｂからなるプルスタッド２２が
設けられており、スピンドル軸心の貫通孔１８内に嵌入
するようになっている。

【００２２】前記工具着脱機構は、貫通孔１８内に嵌入
された工具ホルダ３のプルスタッド２２を把持するため
の複数個のボールコレット２３を円周等分に配してラジ
アル方向に退避可能に保持したスリーブ２４を有し、こ
のスリーブ２４を前後進駆動させる駆動用のドローバー
２５が貫通孔１８内を通って後端はスピンドル軸１から
突き出している。そのドローバー２５の後端は、ドロー
バ押圧装置Ｄのピストンにより押圧駆動されるようにな
っている。そして、ドローバー２５の押圧を解除する
と、ドローバー２５は皿ばね２６によって後退するので
スリーブ２４も後退する。このときボールコレット２３
は、貫通孔１８の比較的大径のスペース１８ａから、よ
り小径のスペース１８ｂに移動しつつ孔内周面に押され
てスリーブ２４の内径側に突出し、工具ホルダ３のプル
スタッド２２の頭部２２ｂに係止する。また、ドローバ
押圧装置Ｄを駆動してスリーブ２４を前進させると、ボ
ールコレット２３は貫通孔１８の大径のスペース１８ａ
内に移動し、内径が拡大されて退避可能となり、スリー
ブ２４の内径面２４ａから引っ込む。これにより工具ホ
ルダ３の抜き出しが可能となる（図５参照）。この図５
に示されるドローバ２５の前進限位置にある状態で、工
具ホルダ３のプルスタッド２２の頭部２２ｂの後端面
と、これに対向したスリーブ２４の内径の奥面２４ｂと
の間には、すき間αが介在されるようになっている。こ
のすき間αにより、ドローバー２５の前進による工具ホ
ルダ３の突き出し（キック）を防止するものである。

【００２３】貫通孔１８内部のドローバー２５の外周に
は多数の皿ばね２６が装着されて、ドローバー２５を常
時後端方向に強く付勢している。なお、２７は皿ばね２
６の押さえリング、２８はその押さえリング２７をスピ
ンドル軸１に固定する止めナットである。

【００２４】図２，図３に拡大して示すように、スピン
ドル軸１の先端（工具ホルダ取付け側）には、工具ホル
ダ３とスピンドル軸１の回転方向の位置決めをする一対
のドライブキー２９が、軸中心を挟み対称にボルトＢ３
で固定して取り付けられている。ドライブキー２９は六
面体形で、スピンドル軸１の先端に形成した切欠き溝１
Ｍに嵌合して取り付けられており、一部（先端部２９
ａ）はスピンドル軸端から軸方向外方（工具ホルダ３
側）へ突き出している。また、他の一部（側部２９ｂ）
はスピンドル軸１の外周面から外径側（固定用スリーブ
３３側）へ突き出している。

【００２５】一方、工具ホルダ３のフランジ部３ｆの外
周には、前記切欠き溝１Ｍに対応させて一対の切欠き溝
３Ｍが形成してある。そして工具ホルダ３をスピンドル
軸１に装着する際には、切欠き溝３Ｍにドライブキー２
９の突出している先端部２９ａを嵌合させて、工具ホル
ダ３とスピンドル軸１との位置決めを行う。

【００２６】スピンドル軸１の先端部外径面は小径とし
て、その小径部３０とこれに続く大径部３１との接続部
分に高さｈの段差３２が形成されている。そのスピンド
ル軸１の外面に、スピンドル軸の小径部３０と大径部３
１とに対してそれぞれ締め代をもつスリーブ３３（以下
固定用スリーブという）が嵌合されている。固定用スリ
ーブ３３の当該締め代は、スピンドル軸１の端部外周面
を径方向からしっかりと締め付けてテーパ穴２に嵌合し
た工具ホルダ３のテーパシャンク部４を保持するための
ものである。この締め代は、工具ホルダ３を支持する力
が加工時に加わる力に充分に対抗できる大きさとするこ
とが必要で、実験的に定められる。

【００２７】前記固定用スリーブ３３の先端外周面に
は、図２に示すように、スピンドル軸１の先端の前記ド
ライブキー２９に対応させて一対の切欠き溝３３Ｍが形
成してある。そして、固定用スリーブ３３をスピンドル
軸１に装着する際に、ドライブキー２９の外径側への突
出側部２９ｂをその切欠き溝３３Ｍに嵌合させて装着さ
れる。

【００２８】図３に示すように、ドライブキー２９が固
定用スリーブの切欠き溝３３Ｍに嵌合されて、固定用ス
リーブ３３が後退位置にある状態で、ドライブキー２９
の後端面２９ｃとこれに対向した切欠き溝３３Ｍの奥面
３３ｃとの間には、工具ホルダ３のクランプ状態で軸方
向のすき間δが介在するようになっている。このすき間
δは、固定用スリーブ３３が圧液の供給で軸方向へ前進
移動する距離を規制するものであり、本発明におけるド
ライブキー２９は、スピンドル軸１と工具ホルダ３との
回転方向の位置決めのみならず、固定用スリーブ３３の
軸方向移動距離を制限するストッパとしても機能する。

【００２９】こうして、スピンドル軸１に対し工具ホル
ダ３及び固定用スリーブ３３がドライブキー２９を介し
て一体に位置決めされ、同期回転可能になっている。上
記固定用スリーブ３３の内周面には、スピンドル軸外面
の段差３２の位置に環状凹部からなる流体通路３４が形
成され、この流体通路３４は流体圧供給配管の接続部３
５において外部に連通している。また、固定用スリーブ
３３の先端面３３ａはスピンドル軸１の軸端面１ａより
軸方向の長さγ（例えば０．５〜１ｍｍ程度）だけ僅か
に突出させてあり、その固定用スリーブの先端面３３ａ
が工具ホルダ３のフランジ部３ｆの端面に当接して係止
するようになっている。

【００３０】一方、固定用スリーブ３３の後端面３３ｂ
は凹凸の階段形状とされ、異物の侵入を防ぐラビリンス
構造のすき間３６を介してハウジング８の前蓋１１に非
接触で対向している。

【００３１】ここで、前記スピンドル軸端部の外径面の
段差３２の高さｈは、固定用スリーブ３３の内径の段差
でもあり、その段差を利用して流体圧で固定用スリーブ
３３を前進せしめるべく機能するものである。その固定
用スリーブ前進力は、段差３２の前後における固定用ス
リーブ３３の内径断面積の差の大きさと流体圧との積で
定まるから、前記段差の高さｈは所要流体圧の設定値と
関連して定められる。

【００３２】続いて、固定用スリーブ３３の圧液供給構
造について説明する。固定用スリーブ３３の外径面の流
体圧供給配管の接続部３５には、図４に示すように、ス
リーブ外径面を平らに切削した平面部４０が形成してあ
る。この平面部４０に、固定用スリーブ３３の内周面の
環状凹部からなる流体通路３４に連通する圧液供給路４
１が開口している。一方、流体供給ノズル４２は、前記
平面部４０の最小幅寸法より小さい直径とされ、且つそ
の接続端は平面４２ａになっていて、その平面中央部に
円形凹部４３を設けて、そこにＯリングシール部材４４
を外径拘束で嵌め込んである。その円形凹部４３の中心
に、圧液供給装置Ｐからの圧液供給路４５の出口が開口
している。

【００３３】流体供給ノズル４２を流体圧供給配管の接
続部３５に接続する場合、スピンドル軸１はオリエンテ
ーション動作により一定位相に停止し、流体供給ノズル
４２は固定用スリーブ３３の平面部４０に対し直角方向
から移動してくる。その流体供給ノズル４２の平面４２
ａを押し当ててＯリングシール部材４４で平面部４０と
流体供給ノズル４２の平面４２ａとの間を密封すること
により接続する。

【００３４】前記固定用スリーブ３３の内周面の環状の
流体通路３４に圧液を送る圧液供給装置Ｐと、前記スピ
ンドル軸１に内挿されたドローバ２５を工具ホルダ３の
保持解除方向に押圧するドローバ押圧装置Ｄとは、制御
手段Ｃを介して接続されている。当該制御手段Ｃは、工
具ホルダ３の交換に際して先ずドローバ押圧装置Ｄをオ
ンしてドローバ２５を保持解除位置に移動させ、その後
に圧液供給装置Ｐをオンして固定用スリーブ３３で工具
ホルダ３を突き出し、スピンドル軸１のテーパ穴２とそ
こに保持されている工具ホルダ３との結合を解除するよ
うに指令信号をドローバ押圧装置Ｄ及び圧液供給装置Ｐ
の各駆動回路に出力する。そして、ドローバ押圧と固定
用スリーブ３３への圧液供給との動作タイミングを、Ａ
ＴＣでの工具交換動作に合わせて制御するものである。

【００３５】以上のように構成されたスピンドル装置
は、そのハウジング８のフランジ９を介して工作機械の
スピンドル取付け機台に取付けられる。スピンドル軸１
の後端のプーリ１７は、図示しない駆動モータの出力軸
のプーリとベルトにより連結される。

【００３６】次に作用を説明する。工具ホルダ３をスピ
ンドル軸１の軸端に装着する際は、工具着脱機構のドロ
ーバー２５を、ドローバ押圧装置Ｄのピストンの駆動で
皿ばね２６の弾性に抗して前進させておく（図５のアン
クランプ状態）。その状態で、図外のＡＴＣのマガジン
から交換用アームでスピンドル軸１に運ばれてくる工具
ホルダ３のテーパシャンク部４をスピンドル軸１のテー
パ穴２に挿入する。工具ホルダ３のフランジ部３ｆが固
定用スリーブ３３に近接した位置となったとき、固定用
スリーブ３３の配管接続部３５に圧液供給装置Ｐからの
配管４５の流体供給ノズル４２を接続する。この接続作
業は、図示しない接続装置で流体供給ノズル４２を固定
用スリーブ３３の平面部４０に対し直角方向から移動さ
せ、ノズル先端の平面４２ａをスリーブの平面部４０に
単に圧着させるだけでよく、従来のノズル先端をねじ穴
や嵌合穴に嵌合して接続するもののように、複雑な接続
動作やノズル位置決め精度を必要としない。したがっ
て、ワンタッチで自動接続可能であり、ＡＴＣでの工具
交換スピードに容易に対応することが出来る。

【００３７】接続完了後に、スリーブ内周の流体通路３
４に油圧ｐを供給する。その油圧力により、固定用スリ
ーブ３３の内径面にラジアル方向の力が作用して固定用
スリーブ３３の内径が拡張され、固定用スリーブ３３の
スピンドル軸１に対する締め代が開放される。

【００３８】それと同時に、スピンドル軸の外面の段差
３２に対応した固定用スリーブ３３内面の段差面には、
内径断面積の差に応じたスラスト方向の力が作用して、
固定用スリーブ３３が前進する。その結果、固定用スリ
ーブ３３の先端面３３ａが工具ホルダ３のフランジ部３
ｆの端面に当てられて密着する。この状態でさらに工具
ホルダ３を押し込む。そして、工具ホルダ３のテーパシ
ャンク部４をテーパ穴２に嵌合させ、テーパシャンク部
４の頂部のプルスタッド２２を工具着脱機構の先端のス
リーブ２４内に嵌入する。

【００３９】そのときドローバ押圧装置Ｄのピストンの
駆動を開放すると、皿ばね２６の弾性力でドローバー２
５が後退する。これにより、図３に示すように、スリー
ブ２４が貫通孔１８の大径スペース１８ａから小径のス
ペース１８ｂに移動すると共に、スリーブのボールコレ
ット２３が小径のスペース１８ｂの内周面に押されてス
リーブ２４の内側に突き出す。かくして、ボールコレッ
ト２３で工具ホルダのプルスタッド２２の頭部２２ｂの
根元を引っ張り込むことにより、工具ホルダ３を保持す
る。ドローバー２５は多数の皿ばね２６の強い弾性力で
後方に向けて弾圧付勢されているから、これに引っ張ら
れて工具ホルダ３のテーパシャンク部４の傾斜面がテー
パ穴２の内面に密着される。

【００４０】その後、流体圧を抜いて固定用スリーブ３
３の内面に加えた圧力を除去すると、固定用スリーブ３
３の内径が縮小されてスピンドル軸１の外面を締め付け
る。このとき流体圧を抜くはやさを変えると、固定用ス
リーブ３３が工具ホルダ３のフランジ部３ｆを押圧する
力を変化させることができるので、流体圧を抜く早さは
実験により定めた適当な早さを選ぶ。流体圧を抜いた
ら、流体供給ノズル４０を後退させて接続を解除し、ス
ピンドル軸１の運転に備える。

【００４１】こうして工具ホルダ３がクランプされてス
ピンドル軸１に装着された状態では、固定用スリーブ３
３の先端面３３ａは工具ホルダ３のフランジ部３ｆの端
面に密着したままであるが、フランジ部３ｆの端面とス
ピンドル軸１の軸端面１ａとの間にはすき間γが存在し
ている。また、ドローバー２５に引っ張られて後退限位
置に後退した固定用スリーブ３３の切欠き溝３３Ｍの奥
面３３ｃと、これに対向するドライブキー２９の後端面
２９ｃとの間には、軸方向のすき間δが介在する。

【００４２】装着されている工具ホルダ３をスピンドル
軸１から脱着（アンクランプ）する場合は、再び流体供
給ノズル４０を固定用スリーブ３３に接続するが、油圧
を供給する前にドローバ押圧装置Ｄの方を先に駆動（オ
ン）してドローバー２５を前進させる。これにより、ボ
ール２３によるプルスタッド２２の把持を解除する。た
だし、ドローバー２５の前進限度においても、プルスタ
ッド２２の頭部２２ｂの後端面とスリーブ２４の内径の
奥面２４ｂとの間にすき間αが設定してあるので、工具
ホルダ３を突き出すことはない。したがって、工具ホル
ダ３のテーパシャンク部４は縮径状態にある固定用スリ
ーブ３３の締めつけでスピンドル軸１のテーパ穴２に結
合したままであり、工具ホルダ３が脱落することはな
い。

【００４３】次に、制御装置Ｃで設定された時間遅れを
もって圧液供給装置Ｐが作動し、固定用スリーブ３３の
内周の流体通路３４に油圧ｐを供給する。その油圧力に
より、固定用スリーブ３３の内径が拡張されて固定用ス
リーブ３３の締め付けが開放されると同時に、固定用ス
リーブ３３にスラスト方向の力が作用して固定用スリー
ブ３３が前進する。その結果、工具ホルダ３は固定用ス
リーブ３３に突き出されてスピンドル軸１から分離し、
ＡＴＣの交換用アームで運び出される。

【００４４】ＡＴＣは脱着した工具ホルダ３をマガジン
に搬送して収納し、次の新たな工具ホルダ３をマガジン
から取り出して、再びスピンドル装置に搬送する。そし
て、先に述べた手順に従いスピンドル軸１への装着が行
われて、交換作業が終了する。

【００４５】図６は、工具ホルダ３のスピンドル軸１へ
の装着・脱着時に制御装置Ｃにより設定して行われるド
ローバ押圧，スリーブ油圧，ＴＡＣの交換用アームの各
動作のタイムチャートを示すもので、（ａ）は本発明の
場合、（ｂ）は従来例の場合である。

【００４６】脱着時におけるドローバー２５の前進駆動
開始のタイミングは、本発明の場合も従来の場合も、Ａ
ＴＣの交換用アームがスピンドル軸１の先端の工具ホル
ダ３を把持するタイミングと同時である。しかし、従来
はドローバー２５自体で工具ホルダ３をキックしてスピ
ンドル軸１から外しており、脱着時にスリーブは作動さ
せない。これに対して、本発明の場合は、ドローバー２
５の前進駆動開始後に所定のタイムラグをもってスリー
ブ油圧供給を開始し、スリーブで工具ホルダ３をキック
してスピンドル軸１から外す。すなわち、ドローバー２
５の前進移動のタイミングとは別に工具ホルダ３の押し
出しが可能となり、そのためＡＴＣの交換用アームの作
動のタイムラグが容易に調整できる。（従来の場合は、
交換用アームの作動が遅れると、ドローバー２５にキッ
クされた工具ホルダ３がスピンドル軸１から脱落してし
まい交換に支障を来す）。

【００４７】脱着が終わると、スピンドル装置は次の交
換用工具ホルダ３が運ばれてくるまで待機することにな
るが、その間、いずれの場合もドローバー押圧はオンの
ままである。

【００４８】スリーブ油圧動作については、本発明の場
合はオンのままとし、固定用スリーブ３３を拡径状態に
維持する。そして交換用アームにより搬送されてきた工
具ホルダ３がスピンドル軸１に挿入され、ドローバー押
圧がオフして工具ホルダ３を完全に把持した後に、所定
のタイムラグを経てスリーブ油圧をオフし、固定用スリ
ーブ３３で締めつけるから、工具ホルダ３を確実にスピ
ンドル軸１に固定することができる。工具ホルダ３を脱
着してから次に装着するまでの間は、スピンドル軸１の
先端に取り付けてあるドライブキー２９により固定用ス
リーブ３３の脱落が防止される。

【００４９】これに対して、従来の場合は、ドライブキ
ー２９がないので、スピンドル軸１から工具ホルダ３が
外されている時にスリーブ油圧をオンすると固定用スリ
ーブ３３が脱落してしまう。そこで、次の工具ホルダ３
が搬送されてきてスピンドル軸１に挿入されると同時に
スリーブ油圧をオンする。このタイミングが合わないと
工具ホルダ３の装着が困難になる。

【００５０】かくして、この実施形態によれば、スピン
ドル軸１の軸端に工具ホルダ３を、確実に且つ容易に自
動装着可能であり、工具ホルダ３はテーパ面と固定用ス
リーブ面との両当たり（二面拘束）を以て極めて高い剛
性で安定した保持をすることができると共に、切削等の
加工剛性も高くて、高負荷の重加工や精密な仕上げ加工
が可能である。また、多種にわたる工具ホルダ３の取付
け部の寸法差をも十分に吸収することができて工具の互
換性も良好である。

【００５１】また、工具ホルダ３がスピンドル軸１から
外されている時に固定用スリーブ３３に圧液を供給して
も、ドライブキー２９により固定用スリーブ３３の脱落
が防止できる。

【００５２】また、工具ホルダ３の脱着の際に、ドロー
バー２５がアンクランプ位置に移動しても工具ホルダ３
を突き出さず、固定用スリーブ３３の移動により始めて
工具ホルダ３を突き出すものであるから、ドローバー２
５の始動タイミングとは別のタイミングで工具ホルダ３
の突き出しが可能で、工具自動交換装置との作動調整が
容易にできる。

【００５３】また、固定用スリーブ３３に圧液を供給す
る場合に、流体供給ノズル４２と固定用スリーブ３３の
供給口との位置決め精度が不要になり、圧液供給装置Ｐ
の構造が簡単になる。

【００５４】なお、上記実施形態では、テーパシャンク
部がロングテーパのＢＴタイプ工具ホルダの場合につい
て説明したが、これに限らず、ＤＩＮ式のショートテー
パタイプの工具ホルダ３Ａについても同様に適用可能で
ある。

【００５５】また、スピンドル軸１の先端の工具ホルダ
取付け構造以外の部分の構造についても、図示のものに
限定するものではなく、他の公知の類似構造を任意に適
用して良い。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載のスピンドル装置によれば、スピンドル軸の軸端に
テーパ穴を設けると共に軸端部外径面に小径部と大径部
を連設置し、そのスピンドル軸のテーパ穴にテーパシャ
ンク部とそれより大径のフランジ部を有する工具ホルダ
を嵌合し、スピンドル軸の前記小径部と大径部にそれぞ
れ締め代をもって固定用スリーブを嵌合させ、その固定
用スリーブの小径部と大径部とが接続する部分に設けた
流体通路に流体圧を加えることにより固定用スリーブを
拡径すると共に前進させてスピンドル軸のテーパ穴と工
具ホルダのテーパシャンク部との嵌合を解除し、反対に
その流体圧を除くことにより固定用スリーブを縮径して
スピンドル軸のテーパ穴に嵌合された工具ホルダのテー
パシャンク部をクランプするように構成したスピンドル
装置において、スピンドル軸の軸端に、前記流体通路に
流体圧を加えた時の前記固定用スリーブの前進移動距離
を規制するドライブキーを、固定用スリーブに対し軸方
向のすき間を介して対向配置した。そのため、スピンド
ル軸に装着してある使用済工具ホルダを脱着してから次
の交換用の他の工具ホルダを装着するまでの間、流体圧
を連続的に固定用スリーブに加え続けても、固定用スリ
ーブの所定距離以上の前進が前記ドライブキーにより阻
止され、その結果、固定用スリーブのスピンドル軸から
の脱落が防止できるという効果を奏する。

【００５７】本発明の請求項２記載のスピンドル装置に
よれば、請求項１記載のスピンドル装置の固定用スリー
ブの流体通路に圧液を送る圧液供給装置と、スピンドル
軸のテーパ穴に工具ホルダを保持するドローバーを保持
解除方向に押圧するドローバー押圧装置と、工具ホルダ
の交換に際し先ず前記ドローバの押圧装置をオンしてド
ローバーを保持解除位置に移動させ、その後に圧液供給
装置をオンして固定用スリーブで工具ホルダを突き出す
ことによりスピンドル軸のテーパ穴とそこに保持されて
いる工具ホルダとの結合を解除する制御手段とを備えた
ものとしたため、ドローバーはアンクランプ位置に移動
しても工具ホルダを押し出さず、固定用スリーブに圧液
供給装置から圧液を供給して前進移動させることではじ
めて工具ホルダを押し出すことができ、ドローバーの移
動のタイミングとは別に工具ホルダの押し出しが可能
で、その結果ＡＴＣとの作動時間調整が容易になるとい
う効果を奏する。

【００５８】本発明の請求項３記載のスピンドル装置に
よれば、請求項１または請求項２記載のスピンドル装置
において、固定用スリーブの流体通路の入り口部に平面
部を設けて、この平面部に流体供給ノズルの先端をシー
ル部材を介して押しつけ流体通路に接続せしめる圧液供
給構造を有するものとした。そのため、流体供給ノズル
と固定用スリーブの流体通路の入り口部との接続の位置
決めがラフであっても固定用スリーブに圧液供給装置か
ら圧液を供給することが可能となり、その結果圧液供給
装置の構造が簡単になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピンドル装置の一実施形態の縦断面
図である。

【図２】図１のII−II線矢視図である。

【図３】図３のIII −III 線断面で示すクランプ時の要
部拡大断面図である。

【図４】（ａ）は本発明の圧液供給配管接続構造の一例
を説明する断面図、（ｂ）はそのｂ−ｂ線断面図であ
る。

【図５】図３に対応するアンクランプ時の要部拡大断面
図である。

【図６】スピンドル装置のドローバー押圧装置と圧液供
給装置との作動制御のタイムチャートで、（ａ）は本発
明の場合、（ｂ）は従来のスピンドル装置の場合を示し
ている。

【図７】従来のスピンドル装置における工具取付け部分
の一例の拡大図である。

【図８】従来のスピンドル装置における工具取付け部分
の他の例の拡大図である。

【図９】従来のスピンドル装置における工具取付け部分
の更に他の例の拡大図である。

【図１０】従来のスピンドル装置における圧液供給配管
接続構造の諸例を説明する断面図である。

【符号の説明】

１ スピンドル軸 ２ テーパ穴 ３ 工具ホルダ ３ｆ フランジ部 ４ テーパシャンク部 ２５ ドローバー ２９ ドライブキー ３０ 小径部 ３１ 大径部 ３３ 固定用スリーブ ３４ 流体通路 δ すき間 Ｐ 圧液供給装置 Ｄ ドローバー押圧装置 Ｃ 制御手段 ４０ 平面部 ４４ シール部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 晋哉 神奈川県藤沢市桐原町12番地 日本精工株 式会社内 (72)発明者 西井 幸司 奈良県橿原市新賀町201番地の２ＮＡＫＡ ＧＡＷＡビル アスカトレーディング株式 会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸端に工具取付け用のテーパ穴を有しか
   つ当該軸端側を小径とする小径部と大径部とを外面に連
   設したスピンドル軸と、そのスピンドル軸のテーパ穴に
   嵌合するテーパシャンク部及びそのテーパシャンク部よ
   り大径のフランジ部を有する工具ホルダと、前記スピン
   ドル軸の小径部と大径部にそれぞれ締め代をもって嵌合
   すると共に小径部と大径部の接続部には外部に貫通する
   流体通路を設けた固定用スリーブとを備え、前記流体通
   路に流体圧を加えることにより固定用スリーブを拡径す
   ると共に軸方向に前進させてスピンドル軸のテーパ穴と
   工具ホルダのテーパシャンク部との嵌合を解除し、その
   流体圧を除くことにより固定用スリーブを縮径してスピ
   ンドル軸のテーパ穴に嵌合された工具ホルダのテーパシ
   ャンク部をクランプするように構成したスピンドル装置
   において、 前記スピンドル軸の軸端に、前記流体通路に流体圧を加
   えた時の前記固定用スリーブの前進移動距離を規制する
   ドライブキーを、前記固定用スリーブに対し軸方向のす
   き間を介して対向配置したことを特徴とするスピンドル
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のスピンドル装置におい
   て、前記固定用スリーブの流体通路に圧液を送る圧液供
   給装置と、前記スピンドル軸のテーパ穴に前記工具ホル
   ダを保持するドローバーを保持解除方向に押圧するドロ
   ーバー押圧装置と、前記工具ホルダの交換に際し先ず前
   記ドローバの押圧装置をオンしてドローバーを保持解除
   位置に移動させ、その後に前記圧液供給装置をオンして
   前記固定用スリーブで工具ホルダを突き出すことにより
   前記スピンドル軸のテーパ穴とそこに保持されている工
   具ホルダとの結合を解除する制御手段とを備えたことを
   特徴とするスピンドル装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のスピンド
   ル装置において、前記固定用スリーブの流体通路の入り
   口部に平面部を設けると共に流体供給ノズルの先端にシ
   ール部材を配設し、そのシール部材を介して前記流体供
   給ノズルの先端を前記平面部に押しつけ前記流体通路に
   接続せしめるようにした圧液供給構造を有することを特
   徴とするスピンドル装置。