JPS62199306A - 加工用工具の保持装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、研削加工用工具等を工作機械の主軸に着脱可
能に保持する装置に関する。

（従来の技術） 従来より、工作機械の主軸に加工用工具を取り付ける場
合、油圧を利用する方法、空圧を利用する方法あるいは
ネジ力を利用する方法など種々の方法があるが、そのう
ち、ネジ力を利用する方法の一例として、例えば特開昭
５９−１６６４３８号公報に開示されているものが知ら
れている。すなわち、このものでは、主軸に連結される
加工用工具である砥石の回転軸上に主軸先端に螺合する
雄ネジ部を形成して砥石をネジ軸砥石とする一方、砥石
先端の回転中心上に六角穴等のドライバ用係合凹部を設
け、該係合凹部に上記主軸に対し接離可能に対向配置さ
れた固定ドライバの先端を係合させて、砥石を主軸の回
転中心上に支持した状態で上記ドライバを回転主軸に接
近させ、その回転力により砥石のネジ軸を主軸先端に螺
合連結するようになされている。

一方、工作機械の主軸が小径である場合には、主軸先端
の挿着孔に加工用工具のクイル基端を挿入した状態で主
軸上の固定用ネジを主軸半径方向に螺合させることによ
り、主軸に対し工具を締結する方法も一般によく知られ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記前者の従来例の場合は、主軸に対しドラ
イバを接離可能に移動させるようになされていることか
ら、それ用に別途移動装置を要し、そのため工具保持機
構が複雑化するという問題があった。

また、後者の場合は、主軸に対しタイルを半径方向外方
から締め付けるようになされていることから、主軸挿着
孔とクイル基端との間の僅かな間隙により双方の回転軸
心にずれが生じてしまい、このずれによる偏心が特に高
速回転時には遠心力の作用により増大されることとなっ
て加工仕上げ精度の低下を招くおそれがある。ざらに、
このものはタイルをネジ力により主軸半径方向の一方向
にのみ押し付けているため、この押付力の作用により主
軸およびタイルが偏摩耗するおそれがあり、この偏摩耗
により上記偏心量の増大化が促進されてさらに加工仕上
げ精度に悪影響を及ぼすことにもなる。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、上述の如きネジ力等を利用するの
ではなく、形状記憶合金を主軸の工具保持機構りに用い
ることにより、その素材の性質を利用して主軸に対し加
工用工具を着脱可能に保持せしめるようにし、これによ
り、複雑な工具保持機構を不必要として装置の簡素化を
図るとともに、主軸に対し加工用工具を軸心ずれするこ
となく確実に保持せしめるようにすることにある。

（問題点を解決するだめの手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、加工
用工具を工作機械の主軸に着脱可能に保持する装置とし
て、上記主軸の先端に、加工時と工具交換時とにおける
温度変化により形状記憶合金を変形させて主軸に対し上
記加工用工具をクランプ・アンクランプせしめるクラン
プ手段を設りる構成とする。

（作用） 上記の作用により、本発明では、加工用工具は形状記憶
合金の温度変化による変形力により加工時には主軸にク
ランプされる一方、工具交換時にはアンクランプされる
。このように形状記憶合金の温度変化に応じ変形する特
性を利用することにより加工用工具を主軸に着脱可能に
保持するようになされていることから、加工時と工具交
換時とで形状記憶合金に対Ｊる温度を変えるだけで工具
の着脱ができ、別途複雑な工具保持機構を必要とするこ
とがなく、装置の簡素化が図られることとなる。しかも
、形状記憶合金の変形力をクランプ動作に応用する場合
、通常、その変形による締付力を加工用工具外周に均等
に作用させることが可能であり、このことから、主軸に
対する加工用工具の軸心ずれが生ずることがなく、加工
用工具が確実に正規の位置に保持されることとなる。

（第１実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例に係る加工用
工具の保持装置を示し、１は研削盤（工作機械）のオシ
レート移動可能なテーブル上のホイールヘッド（共に図
示せず）に回転自在に設けられた主軸、２は該主軸１先
端に保持される加工用工具としての研削砥石であって、
上記主軸１の先端部にはその回転軸心方向に先端側に開
口する工具挿着孔６が形成され、かつ外周に先端から回
転軸心方向に延びる複数（図では６つ）のスリット７．
７．・・・が円周方向に等間隔をあけて設けられており
、上記挿着孔６に挿入した砥石２のタイル３基端をスリ
ット７．７．・・・で分割された主軸１先端部で半径方
向内方に締め付けることにより、砥石２をクイル３と主
軸１との回転軸心を合致ぼしめて主軸１に回転一体に保
持するようになされている。

また、本発明の特徴として、上記主軸１の先端部は小径
に形成され、この小径部外周には形状記憶合金よりなる
リング部材８が外嵌合により固着されており、この形状
記憶合金製のリング部材８と主軸１先端部とで主軸１に
対し砥石２をクランプ・アンクランプせしめるクランプ
手段５が構成されている。上記リング部ｖＵ８を構成す
る形状記憶合金は加熱または冷却等による温度変化によ
り略瞬間的に元の成形時の形状に復帰する性質を有する
ある種の合金（例えばチタン−ニッケル合金等）が使用
される。そして、本実施例における形状記憶合金製すン
グ部材８は、常温ではその内径が上記主軸１の小径部外
径よりも小さくなり、主軸１小径部を半径方向内方に締
め付けてその挿着孔６の孔径を縮小せしめる一方、常温
以上の加熱時ではこの温度変化の影響を受けて内径が上
記主軸１の小径部外径よりも大きくなり、該主軸１小径
部を半径方向外方に強制的に拡げてその挿着孔６の孔径
を拡張せしめるような特性を持つものが使用される。

この形状記憶合金製リング部材８を温度変化により変形
させるためには、例えば高周波加熱により全体が加熱さ
れて放熱するリング状の加熱ヘッド９が設けられる。該
加熱ヘッド９は、第３図に示すようにアーム１０の一端
に固設されており、該アーム１０の他端は主軸ヘッドに
摺動可能かつ回動可能に支持せしめた主軸回転軸心方向
に延びるロッド１２に固定されている。そして、上記加
熱ヘッド９を図で仮想線にて示す待は位置に保持した状
態でロッド１２の前進移動により砥石２前方に対応位置
させ、その後、アーム１０を実線にて示す姐く所定角度
だけ回動させたのち、上記ロッド１２の後退移動により
、第１図に示す如く主軸１先端に外嵌合させるようにな
されている。

そして、ワーク加工時、上記加熱ヘッド９の熱影響を受
けない形状記憶合金製リング部材８の収縮変形力でもっ
て主軸１の小径部を締め付け、その挿着孔６孔径を縮小
ぼしめて砥石２をクランプする一方、工具交換時、加熱
ヘッド９の放熱作用により加熱されたリング部材８の伸
張変形力でもって主軸１の小径部を半径方向外方に強制
的に引っ張り、その挿着孔６孔径を拡張せしめて砥石２
をアシクランプするようにした工具保持装置１３が構成
されている。

次に、上記実施例の作動を説明する。

まず、主軸１先端に取り付けられている砥石２を取り外
す場合は、加熱ヘッド９を主軸ヘッドに対するロッド１
２の前方向への摺＠ｌ動作および回ｖＪ勅作により砥石
２前方に対応配置させ、その後、ロッド１２の後方向へ
の１習初動作により主軸１先端に外嵌合させる。

次に、上記加熱ヘッド９を通電により発熱させてその温
度を所定値に上昇させる。このとき、上記加熱ヘッド９
の加熱の影響により形状記憶合金製リング部材８が伸張
変形して主軸１の小径部を半径方向外方に引っ張り、こ
れにより挿着孔６７１゜径が拡張せしめられて砥石２に
対するクランプ手段５（主軸１小径部）の締付力が弱め
られる。この状態では砥石２は主軸１小径部から離脱可
能となっていて引張操作により主軸１小径部から容易に
引き扱くことができる。

一方、砥石２を主軸１先端に装着する場合は、上記加熱
ヘッド９による加熱により拡張状態にある主軸１の挿着
孔６内に砥石２のクイル３を挿入し、その後、上記加熱
ヘッド９への通電を停止してリング部材８の温度を自然
冷却により常温まで低下させる。この温度低下により該
リング部材８が収縮変形して主軸１の小径部を半径方向
内方に引っ張り、これにより挿着孔６孔径が縮小せしめ
られて砥石２に対するクランプ手段５（主軸１小径部）
の締付力が増大される。この状態で、砥石２は主軸１小
径部に強固に締付は保持される。その後、上記加熱ヘッ
ド９を上記とは逆の動作により主軸１小径部より取り外
して待機位置に移動させ、次回の工具交換に備える。そ
して、クランプ手段５により主軸１先端にクランプ保持
された砥石２でもってワークの加工を行う。

このように、本実施例では、形状記憶合金製リング部材
８の温度変化による変形力を利用して、主軸１先端部の
挿着孔６孔径を拡張・縮小変化させることにより、主軸
１に対して砥石２をクランプ・アンクランプせしめるよ
うになされていることから、工具保持機構の複雑な装置
を別途用いる必要がなく、よって装置の簡素化を図るこ
とができる。

また、砥石２を主軸１にクランプ保持した状態では、砥
石２に対するクランプ手段５の締付力は外周全体に均等
に作用することから、力ｎ工中に遠心力が作用しても砥
石２は主軸１に強固に保持されて軸心ずれすることがな
く、よって加工仕上げ精度を高めることができる。

なお、本実施例ではリング部材８を構成する形状記憶合
金として、常温で主軸１先端部の挿着孔６孔径を縮小し
て砥石２に対する締付力を増大する一方、加熱により所
定温度に上昇すると上記挿着孔６孔径を拡大して砥石２
に対する締付力を減少ないし解除するような特性のもの
を用いたが、これに限らず、例えば常温では上記同様に
クランプする一方、冷却によりｉＩｆ＋＠孔６孔径を拡
大して砥石２をアンクランプするような特性のものや、
これとは逆に冷却時にクランプし、常温時にアンクラン
プするような特性のもの、あるいは冷即時にクランプし
、加熱時にアンクランプするような特性のもの等々、種
々の組合わせのものを採用することも可能である。

（第２実施例） 第４図は本発明の第２実施例を示す。本実施例では、主
軸１の先端部外周に雄ねじ部１ａが形成され、該ｌＪｔ
ねじ部１ａにはナツト部材１４がその雌ねじ部１４ａを
螺合せ（）めて取り付けられている。該ナツト部材１４
にはねじ孔の一端側（図で左端側）に内向突出する鍔部
１４ｂが一体に形成され、該鍔部１４ｂと上記主軸１先
端との間には形状記憶合金製の冊バネ部材８′が挟圧保
持されている。

ま１＝、上記主軸１の挿着孔６の壁面は奥部に向かって
縮小するテーパ面６ａに形成されていて、挿着孔６内に
はこのテーパ面６ａに面接触する外周テーバ面１５ａと
孔部１５ｂとを有する筒状の押圧部材１５が主軸軸心方
向に移動可能に嵌装されている。該押圧部材１５にはそ
の孔部１５ｂの中心線方向に延びる複数のスリット１７
．１７゜・・・が先端（図で右端）から基端〈図で左端
）寄りに亘って周方向に等間隔をあけて形成され、かつ
基端面には上記形状記憶合金製圧バネ部材８′の挿着孔
６内に臨む内周部分が当接する切欠状押圧面部１８が形
成されており、上記ナツト部材１４、皿バネ部材８′お
よび押圧部材１５でもってクランプ手段５が構成されて
いる。

そして、本実施例における皿バネ部材８′は上記第１実
施例のリング部材８と同様の特性を有する形状記憶合金
で構成されており、常温では皿バネ部材８が実線で示す
如く上記押圧部材１５を挿着孔６の奥部側に向かって押
圧して挿着孔６のテーパ面６ａに押圧部材１５のテーパ
面１５ａを押し付ける。この押付力の作用により押圧部
材１５の孔部１５ｂ孔径を縮小せしめて押圧部材１５の
クイル３への締付力を増大させることにより、砥石２を
クランプするようになされている。

一方、加熱時では皿バネ部材８′の挿着孔６内に臨む内
周部分が加熱ヘッド９の加熱作用により仮想線で示ず如
く変形して上記押圧部材１５に対する押付力を弱め、こ
れにより押圧部材１５のクイル３への締付力を減少ない
し解除させることにより、砥石２をアンクランプするよ
うになされている。なお、上記加熱ヘッド９も上記第１
実施例と同様に待機位置と工具交換位置（この場合は主
軸１先端の前方近接位置）との間を移動可能なように設
定されている。したがって、本実施例においても上記第
１実施例と同様の作用効果を奏することができるもので
ある。

なお、本発明は、上記各実施例に限らず、主軸１先端部
に砥石２を保持するクランプ手段５自体を形状記憶合金
で構成し、この形状記憶合金製のクランプ手段５で砥石
２のクイル３を直接にクランプ・アンクランプするよう
にすることも採用可能である。

また、上記実施例では、研削盤の主軸１に砥石２を装着
する場合について説明したが、本発明はその他の工作機
械の主軸に加工用工具を装着する場合にも適用できるの
は勿論のことである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、形状記憶合金の
温度変化による変形力を利用して、加工用工具を主軸上
にクランプ・アンクランプするようにしたので、別途複
雑な工具保持機構を採用する必要がなく、装置の簡素化
を図ることができるとともに、クランプ状態での主軸に
対づる加工用工具の軸心ずれを防止して加工仕上げ精度
の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は工作機械の主軸先端に対する加工用工具のクランプ
保持状態を示すＭ１１側面図、第２図は第１図のＩ［−
Ｈ線にＪ３ける断面図、第３図は工具交換時における主
軸先端に対する加熱ヘッドの動作説明図である。第４図
は本発明の第２実施例を示す第１図相当図である。 １・・・主軸、２・・・砥石、５・・・クランプ手段、
８・・・リング部材、８′・・・皿バネ部材、１３・・
・保持装置。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社−代　　　　　
理　　　　　人　　　　前　　１）　　　　弘　１〜Ｊ
　’−、’−’〜、１第１図 ■ ■ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加工用工具を工作機械の主軸に着脱可能に保持す
   る装置であつて、上記主軸の先端に設けられ、加工時と
   工具交換時とにおける温度変化により形状記憶合金を変
   形させて主軸に対し上記加工用工具をクランプ・アンク
   ランプせしめるクランプ手段を備えてなることを特徴と
   する加工用工具の保持装置。