JPS6161733A - ツ−ルクランプ装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、工作機械のスピンドル内に設けられ、ツール
を１２自在にクランプするツールクランプ装置に関する
。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

マシニングヒンタなど複数のツールを順次交換して使用
づ゛る工作機械のスピンドル内には、ツールを着脱自在
に自動的にクランプするツールクランプ装置が設りられ
ている。

このツールクランプ装置として、スピンドル内に軸線方
向移動可能に配設されたコレット軸と、こりコレット軸
の先端部に取句番プられた複数の弾性爪部材からなるコ
レットと、コレットの外周囲に当接しコレットを閉状態
にＮ　ｌｊＪするようスピンドル内に固設されたコレッ
ト押えブツシュと、コレット軸に積層された状態で装着
されたη数の皿ばねと、冊ばねを押圧し、コレット軸を
軸線方向に移動させる皿はね押圧ＲＮ４とを略１えた構
造のものが従来から良く知られている。

このようなＨ？＋造からなるツールクランプ装置におい
ては、冊ばねを押圧し、そのたゎみＱに相当する距離だ
けコレット軸を軸線方向に移動させ、先端部に取付けら
れたコレットをコレット押えブツシュとの当接状態から
開放し、コレットに開動作を生じさせることによりツー
ルホルダのプルスタッドをアシクランプする動作がなさ
れる。

このように、従来のツールクランプ装置においては、コ
レットを軸線方向に移動させ、スピンドル内の所定位置
に配設されているコレット押えブツシュと係服させるこ
とにより、ツールのクランプ、アンクランプ動作を行わ
Ｕ゛ているので、コレット軸を比較的大ぎい距離（例え
ば１０数ｍｍ　）移動させる必要がある。このことは、
コレット軸に装着されている冊ばねのたわみ（７３乙大
さくする必要があり、その結果、装着されるＩｎばねの
枚数を多くする原因となっている。

コレット軸に積層装着された皿ぼねの枚数が多いと、そ
れだけツールクランプ装置の軸線方向寸法が長くなり、
ツールクランプ装置の大型化の原因となる。また、■ば
ねに大ぎなたわみ変位を生じさせるため、■ばね押圧は
１１４も大型化する必要があるという問題がある。

さらに、皿ばねはスピンドルとともに回転させられるが
、多数枚の皿ばねを積層して装着した場合、個々の皿ば
ねは完全に均一ではないため、スピンドルの動バランス
に悪影響を及ぼし、とりわけ１速回転時には振動、スピ
ンドルの振れ等の原因となる。

このように、従来のツールクランプ装置においては、多
数枚の冊ばねを装着づ”る必要があり、装置が大型化す
るとともに、スピンドルの高速回転化を困難とする原因
となっている。

〔発明の目的） 本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
コレット軸に積層された状態で装着される冊ばねの枚数
を減少させ、装置の小型化を図ることのできるツールク
ランプ装置を提供することを目的とする。

（発明の概要〕 本発明は、スピンドル内に配設されたコレット軸と、こ
のコレット軸の先端部に取付けられた複数の弾性爪部材
からなるコレットと、このコレラ（〜の外周囲に当接し
、コレットを閉状態に保持するようスピンドル内に固設
されたコレット押えブツシュとを備えたツールクランプ
装置であって、コレットとコレット押えブツシュとが互
いに相対回転可能に配設され、コレット押えブツシュに
コレットの先端部が侵入可能な凹部が設けられているこ
とを特徴どしている。

本発明によれば、コレットの開閉動作は、コレットとコ
レット押えブツシュとの相対回転動作により（ｑられ、
コレットを軸線方向に移動させる必要がない。したがっ
て、コレット軸に装着されている■ばねは、コレットに
及ぼしているクランプ力を解除するだけの押圧力を受け
ればよく、軸線方向のたわみ変位を必要としないので、
従来のように多数枚の皿ばねを積層装着させる必要がな
く、皿ばねの数を大幅に減少させることができる。１ｍ
ばねの故を減少さゼることにＪ：す、装置の軸線方向寸
法を小ざくし、装置の小型化を図ることができるととも
に、スピンドルの動バランスが改良され、スピンドルの
高速回転化を図ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明によるツールクランプ装置の一実施例を
示す縦断面図である。

図において符号１１はスピンドルヘッドのケーシングで
あり、このケーシング１１内にスピンドル１２が回転可
能に軸受支持さ机ている。符号１３はスピンドル１２内
にｒ′１１１Ｉｔｌｌに配設されたコレットｊ１づ１で
あり、先端部に複数の弾性爪部（イからなるコレラｌ〜
１４が取付りられ、後端部に爪ナツト１５がｔ’Ａ　？
ｉ’されている。爪ナツト１５は、スピンドル１２の後
端開口部に軸線方向移動可能に挿嵌された皿ばね押えリ
ング１６の内側に配設されている。冊ばね押えリング１
６は、２つの異なる内径を有する段付きリングであり、
爪ナツト１５は、冊ばね押えリング１６の大径部に遊嵌
されるとともに、その先端面１５ａが皿ばね押えリング
１６の段付ぎ而１６ａに当接している。爪ナツト１５の
後端面１５ｂには係合用爪１５ｃが軸線方向に向けて突
設され、また爪ナツト１５の後端面１５ｂ【ユ、皿ばね
押えリング１６の後端部１６ｂよりわずかに（例えば１
　ａｎ　）皿ばね押えリング１６内に入り込／Ｖでいる
。

コレット軸１３の前方側のスピンドル１２内には、コレ
ット１４の外周囲に当接し、コレット１７′Ｉを開状態
に保持するようコレット押えブツシュ１７か固設されて
いる。このコレット押えプツシ：＋１７は、コレット１
４のＩＩＨ部１４ｂから先端部１４ａに至るまで延び、
コレット１４の外周囲に１習動可能に当接することにＪ
二り、コレットＩ咄１３の先端部をスピンドル１２内に
支持している。

また、コレット押えブツシュ１７のコレラ１へ１４の先
端部１４ａが当接する位置には、第２図に示ずように、
円周方向に複数個の凹部１８が設けられている。この凹
部１８は、コレットの先端部１４ａが侵入可１１Ｌな幅
および長手寸法を有しており、コレット１４の弾性爪部
材の本数と同数（本実施例では６（１７！Ｉ）たり、等
しい間隔で配置されている。

皿ばね押えリング１６とコレット押えブツシュ１７の間
には、複数枚の皿ばね１９が、コレット軸１３の外周囲
に積層された状態で装着されている。

スピンドルヘッドのケーシング１１内上方には、皿ばね
押圧機構２０が配設され、冊ばね１９を押圧することに
より、コレット１　ｌｌにアンクランプ動作を生じさせ
１（するようにしである。皿ばね押圧ＵＭ　４Ｍ　２０
は、ケーシング１１の上部に形成された油圧シリンダ２
１と、この油圧シリンダ２１内に配設されスピンドル１
２の軸線方向に往復移動する油圧ピストン２２と、油圧
シリンダ２１にピストン駆動用圧力油を供給する油圧回
路２３と、ピスト°ン戻し用ばね２４とを備えている。

また、本実施例においてはコレット軸回転駆動手段が設
けられ、これは、油圧ピストン２２を軸線方向に挿通し
て配設され、油圧ビス１〜ン２２とともに往復移動する
とともに自転可能な駆動軸３１と、駆動軸３１の途中に
嵌着されたピニオン３２と、このピニオン３２を回転駆
動するラック３３と、このラック３３を往復移動させる
手段、例えば油圧駆動手段（図示せず）とから（＋１１
成されている。駆動軸３１の前端には、爪ナツ１〜１５
の係合用爪１５ｃと係合する凹溝あるいは係合爪３１ａ
が設（プらｈている。また駆動ｌＮ１３１の後端には、
駆動軸３１の回転角検知用ドッグ３１ｂが取付（プられ
、所定位置に配設されたリミットスイッヂ（図示せ′？
Ｊ′）に当接げることにより駆動軸３１の回転角度を検
知、制ｆｉｌｌ　Ｌ　ＩＷるようになっている。

符号３４は、スピンドル１２の外周に嵌着され、工作機
械の主軸駆動系（図示せず）と係合してスピンドル１２
に所定の回転運動を与える歯車である。

次にこのようなも４成からなる本実施例の作用について
３１明する。

第１図は、ツールクランプ装置により、ツールホルダ１
」を用いてツールＴがクランプされている状態を示して
いる。すなわち、切１’ｉｌｌ加工等に用いられるツー
ルＴは、テーバシャンク部Ｓ、プルスタッドＰ等を尚え
たツールホルダ１−１に保持され、このツールボルダ１
」はテーバシャンク部Ｓをスピンドル１２の先端部に設
けられた円錐形間口部に挿入係合させるとともに、プル
スタッドＰをコレット１４の内側に挿入させ、１ｌｌｌ
ばね１９の弾発力を利用して後方に引張ることにより、
スピンドル１２に対して固着されている。この場合、コ
レット押えブツシュ１７の内壁面は、コレット１４の先
端部１４ａに当接してこれを半（￥内方向に弾性変形さ
せ、コレット１４を閉じた状態に保持している。

このような状態からツールホルダト１を取り外す動作に
ついて説明する。

油圧回路２３から油圧シリンダ２１に圧力油を供給する
と、油圧ピストン２２が降下（前進）し、その先端面２
２ａが皿ばね押えリング１６の後端面１６ｂに当接する
。この場合、爪ナツト１５の復喘面１５ｂは、皿ばね押
えリング１６の後端面１６ｂよりわずかに皿ばね押えリ
ング１６の内側へ入っているので、油圧ピストン２２の
先端部２２ａは爪ナツト１５の後端面１５ｂには当接し
ない。また、駆動軸３１も油圧ピストン２２とともに前
進し、凹ｉＴｈ？３１ａが爪ナツト１５の係合用爪１５
Ｇに係合する。

油圧ピストン２２がさらに前進すると、皿ばね押えリン
グ１６に押されて皿ばね１９がわずかにたわむ。これに
より皿ばね押えリング１６の段付き面１６ａを介して、
爪ナツ１へ１５の先端部１５ａならびにこれに螺合δ゛
れたコレット軸１３への皿ばね１９の付勢力が解放され
る。このように、油圧ピストン２２による■■ばね押え
リング１６の押圧は、コレット軸１３に与えられている
皿ばね１９の弾発力を解除するために行われるものであ
り、皿ばね押えリング１６に当接した後の油圧ピストン
２２の前進移動距離はごく小さなもの（例えば１　ｍｍ
未満）で良い。

油圧ピストン２２により皿ばね押えリング１６を押圧し
た状態で、油圧駆動手段（図示せず）を作動させて、ラ
ック３３を移動させ、ビニオン３２およびこれに嵌合さ
れた駆動軸３１を所定角度（本実施例ではコレット１４
が６個の弾性爪部材により構成されている−ので３０６
）回転させる。

この回転角度の制御は、ドッグ３１ｂとリミットスイッ
チ（図示ゼず）により行うことができる。

駆動軸３１の回転は、爪ナツト１５の係合用爪１５ｃと
駆動ｌＮ１３１の凹Ｂ７３１ａとの係合によりコレラｌ
−’Ｉｔｌ１１３に伝達され、先端部に取付けられたコ
レット１４を回動さゼる。コレット１４が回動し、先端
部Ｌ４ａがそれぞれコレット押えブツシュ１７の凹部１
８の位置に来ると、先端部１４ａは半径外方向に弾性変
形して凹部１８内に侵入する。これにより、コレット１
４とツールホルダト１のプルスタッドＰどの係合状態が
解除される。

自動工具交換装置などを用いてツールホルダＨを軸線方
向に引張ることにより、スピンドル１２からツールＴ　
Ｊ５　、にびツールホルダ１−１が取外される。

続いて次に使用するツールの保持されたツールホルダを
スピンドル１２内に挿入し、プルスタッドをコレット１
４の先端部１４ａの位置に配置した状態で、ラック３３
を前述したとは逆方向に同一距離だけ移動させる。これ
により、前述したと同様の作動によりコレット１４が回
転し、コレット１４の先端部１４ａがコレット押えブツ
シュ１７の凹部１８から抜は出し、再びコレット押えブ
ツシュ１７により外周囲が拘束保持される。コレラ１へ
１４の先端部１４ａは半径内方向に弾性変形し、かつコ
レット押えブツシュ１７により拘束された状態でプルス
タッドをクランプする。続いて油圧回路２３への圧力油
の供給を停止すると、油圧ピストン２２はばね２４によ
り後方へ戻され、油圧ピストン２２と皿ばね押えリング
１６との当接状態が解除される。これにより、冊ばね押
えリング１６は、皿ばね１９の弾発力により再び後方へ
付勢され、この皿ばね１９の弾発力が、皿ばね押えリン
グ１６の段付き而１６ａ、爪ナツト１５の先端面１５ａ
を介してコレラＩ−＋１仙１３へ伝達され、コレット１
４を後方に引張る。プルスタッドをコレット１４により
引張ることにより、ツールホルダのテーパシャンク部Ｓ
がスピンドル１２の円錐形間口部に強固に密接嵌合され
、ツールおよびツールホルダの確実な取付【プがなされ
る。

なお、コレット１４とコレット押えブツシュ１７との相
対回転をスムーズに行ねぼるため、コレット１４の先端
部１４ａおよびコレット押えブツシュ１７の凹部１８に
は、適宜なめらがな面取りを設けておくことが望ましい
。

このように、本実施例によれば、ツールクランプＨａの
クランプ、アンクランプ動作を、コレット１４を回転さ
せ、その先端部１４ａをコレット押えブツシュ１７に設
けられた凹部１８に出し入れすることにより行うように
しであるので、従来のようにコレット軸を比較的長い距
離軸線方向に移動させる必要がない。このため、コレッ
ト軸１３に積層された状態で装着されている狙ばね１９
に、比較的大きなたわみ変位を生じさせなくてもよく、
１■ばね１９の装着枚数を少なくすることが可能である
。これにより、ツールクランプ装置の長手方向寸法を小
さくすることができる。また、完全に均一なものとする
ことが困難な皿ばねの装着枚数を少なくすることにより
、スピンドルの初バランスが改良され、良好な高速回転
を実現することができる。さらに、皿ばね押圧機溝２０
の押圧ストロークが小さいことから、皿ばね押圧ｇＭ　
１１′＋４２０の長手方向寸法も小さくすることができ
る。

以上のように、本実施例によれば、スピンドルならびに
スピンドルヘッドを小型化することができるとともに、
スピンドル回転数の高速化を図ることができる。

第３図は本発明によるツールクランプ装置を、工作機械
のスピンドルヘッドまたはラムに装着されるアタッチメ
ントに設置した例を示す縦断面図である。

本実施例においては、コレット１ｊづ１をコレット軸回
り止め手段に連結して固定し、スピンドルの回転を利用
してコレラ１〜押えプツシΔを回転さゼるようにしであ
る。なお、本実施例の特徴部分を明瞭にするため、第１
図に示した実施例と同一の構造については同一の符号を
付づのみで詳ａｌｌな説明は省略する。

］レット軸１３の後方部付近のスピンドル１２内には、
コレット押えブツシュ１７の後端面との間で、複数枚の
皿ばね１９を積層した状態で保持するＩ［Ｉばね押えリ
ング４１が軸線方向移動可能に嵌挿されている。この冊
ばね押えリング４１の後端面（第３図では上端面）４１
ａに当接するようスラストローラベアリング４２が配設
され、このスラストロ−ラベアリング４２の後方側（上
方側）に、中間リング４３がｉｌ＋Ｉ＋線方向移動可能
に嵌挿されている。コレット軸１３の後端部に螺着され
た爪ナツト１５は、その先端面１５ａを皿ばね押えリン
グ４１の後端面４１ａに当接させるとともに、スラスト
ローラベアリング４２および中間リング４３ｉ７）内側
に、これらと隙間を有して配置されている。また、爪ナ
ツト１５の後端面１５ｂは、中間リング４３の後端面４
３ａよりわずかに（例えば１ｍ）中間リング４３内に入
り込んでいる。

皿ばね押圧機構２０の油圧ピストン２２の先端面２２ａ
には、爪ナツト１５の係合用爪１５ｃと係合する凹Ｕ２
２ｃが設けられ、コレット軸回り止め手段とじての機能
が与えられている。

なお、符号４４はスピンドル１２に嵌着されたスピンド
ル駆動用傘歯車であり、アタッチメント内に配設された
動力伝達軸４５に嵌着された傘歯車４６と噛合っている
。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

第３図に示Ｊように、ツールホルダＨがスピンドル１２
に装着されている状態かｌう、これを取外す作動につい
て説明する。まず、油圧回路２３から油圧シリンダ２１
内に圧力油を供給すると、油圧ピストン２２が前進し、
その先端面２２ａが中間リング４３の後端面４３ａに当
接するとともに、凹溝２２ｃが爪ナツト１５の係合用爪
１５Ｇと係合する。この場合、油圧ピストン２２の先端
面２２ａは、爪ナツト１５の後端部１５ｂには当接して
いない。続いて油圧ピストン２２がわずかに（例えば１
Ｍ未満）前進移動すると、ａ０圧ピストン２２押圧力は
、中間リング４３、スラストローラベアリング４２を介
して皿ばね押えリング４１に伝達され、皿ばね１９をご
くわずかの囚だけたわみ変形させる。これにより、＋ｉ
ｆｆ述した実施例と同様、爪ナツト１５の先端面１５ａ
と皿ばね押えリング４１のｔｔＨａｉＴｉｉ４１ａとの
押圧状態が解除され、コレット：ｋｌ　１３への皿ばね
１９の付勢力が解放される。また、コレラｌ−’ｈｌｌ
　１３　置、爪ナツト１５の係合用爪１５ｃが油圧ピス
トン２２の凹ｈ’１ｆ２２ｃに挿入係合することににす
、回り止めきれる。続いて動力伝達軸４５全回動し、傘
歯車１６゜４４を介してスピンドル１２を所定角Ｉσ（
例えば３００）回転Ｊる。スピンドル１２０回転により
、内部に固着されているコレット押えブツシユ１７が回
転さ゛ぜられ、凹部１８がコレラ１−１４の先端部１４
ａの位置に来たとき、それぞれの先端部１４８は半径方
向に弾性変形して凹部１８内に浸入する。これにより、
コレラ１〜１４はアンクランプの状態となり、ツールホ
ルダＩ」がスピンドル１２から引扱かれる。なお、スラ
ストローラベアリング４２が旺ぼね押えリング４１と中
間リング４３との間に配設されているので、スピンドル
１２を回転さばた際、中間リング４３４．Ｌ静ｔｈ１ｉ
置を保つことができる。

次に新しいツールホルダを取付（プる揚台には、上述し
たようにしてコレット１４をアンクランプ状態としてお
ぎ、ツールホルダのプルスタッドをコレット１４の先端
部１４ａの位置まで挿入し、スピンドル１２を回転駆動
する。これによりコレラ１〜１４の先端部１４ａがコレ
ット押えブツシュ１７の凹部１８から汰ぎ出され、再び
プルスタッドがコレット１４によりクランプされる。続
いて油圧回路２３への圧力油の供給を停止すると、油圧
ピストン２２がばね２４にＪ：すｔＱ　’ｒＦ１移動さ
せられ、中間リング４３から離間づ−る。これにより、
再び朋ばね押えリング４１が爪ナツト１５の先端部１５
ａに当接し、皿ばね１９の弾発力を付与し、コレット軸
１３およびコレラ１〜１４を後方に向けて引張り、ツー
ルホルダＨの確実な取付けがなされる。

このように本実施例によれば、コレット１４を固定し、
コレット押えブツシュ１７を回動させることにより、コ
レット１４のクランプ、アンクランプ動作を得ることが
できる。本実施例によるツールクランプ装置は小型であ
るためアタッチメントに組込むことが容易である。また
冊ばね押圧殿構２０の油圧ピストン２２の移動ストロー
クが小さいため、油圧ピストン駆動用の、１１Ｉωは少
なくてよく、外部から多品の圧力油を供給ザることが困
難なアタッチメントにおいては特に右利である。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明にＪ：れば、スピンドル内
に装着される皿ばねの枚数を少なくすることができると
ともに皿ばね押圧機構を小型化することができるので、
スピンドルならびにスピンドルヘッドの小型化を図るこ
とができるとと６に、スピンドル回転数の高速化を図る
ことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるツールクランプ装置の一実施例を
示７１縦断面図、第２図は第１図ＩＩ−ＩＩ線断面図、
第３図は本発明によるツールクランプ装置をアクッヂメ
ン１〜に組込んだ例を示す縦断面図である。 １２・・・スピンドル、１３・・・コレット軸、１４・
・・コレット、１４−　ａ・・・先端部、１５・・・爪
ナツト、１６．４１・・・冊ばね押えリング、１７・・
・コレット押えブツシュ、１８・・・凹部、１９・・・
１ｆｆｌばね、２０・・・■ばね押圧（幾構。 ｔ１１願人代理人　　猪　　ＩＩ受　　　　Ｔ１を躬１
目 ス１ｈ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スピンドル内に配設されたコレット軸と、前記コレ
   ット軸の先端部に取付けられた複数の弾性爪部材からな
   るコレットと、前記コレットの外周囲に当接しコレット
   を閉状態に保持するようスピンドル内に固設されたコレ
   ット押えブッシュとを備えたツールクランプ装置におい
   て、前記コレットとコレット押えブッシュとは互いに相
   対回転可能に配設され、前記コレット押えブッシュには
   前記コレットの先端部が浸入可能な凹部が設けられてい
   ることを特徴とするツールクランプ装置。 ２、コレット軸はコレット軸回転駆動手段に着脱自在に
   連結されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のツールクランプ装置。 ３、コレット軸はコレット軸回り止め手段に着脱自在に
   連結されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のツールクランプ装置。 ４、コレット押えブッシュに設けられた凹部は、円周方
   向に複数個等配されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のツールクランプ装置。