WO2007114483A1

WO2007114483A1 - 主軸頭装置及び工作機械

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Publication number: WO2007114483A1
Application number: PCT/JP2007/057615
Authority: WO
Inventors: Keizo Shinano
Original assignee: Citizen Holdings Co., Ltd.
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-11
Also published as: KR101397635B1; CN101400467A; KR20080114756A; US20090116924A1; EP2000238A1; JP4846410B2; EP2000238B1; US8376670B2; JP2007268626A; EP2000238A4; CN101400467B

Abstract

主軸頭装置（10）は、主軸（12）と、主軸に工具ホルダ（14）を着脱自在に保持する工具保持機構（16）とを備える。工具保持機構は、工具ホルダのシャンク部（46）を着脱自在に受容する受容凹部（50）を有する工具支持部材（52）と、工具支持部材に対し作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置される工具クランプ部材（54）と、工具支持部材と工具クランプ部材とを主軸に脱離可能に装着する装着部材（56）とを備える。工具クランプ部材は、作用位置で、工具ホルダのシャンク部を拘持して工具支持部材の受容凹部にシャンク部を固定的に保持し、非作用位置で、シャンク部を解放して受容凹部に対する工具ホルダの着脱動作を許容する。

Description

主軸頭装置及び工作機械

技術分野

本発明は、工作機械に装備され、工具主軸を備える主軸頭装置に関する。本発明はまた、工具主軸を備える主軸頭装置を装備したェ作機械に関する。明田

背景技術

工具を固定支持して回転する主軸（いわゆる工具主軸）を装備した工作機械（例えばフライス盤ゃマシニングセンタ） 'は、工具ホルダに個別に取り付けた複数種類の工具を、加工プログラムに従い適宜選択して、主軸の軸線方向先端（以下、主軸端と称する）に交換可能に取着することで、多様な切削加工を遂行するように構成される。その目的で、この種の工作機械は一般に、工具主軸を備える主軸頭装置に、個々の工具ホルダを主軸端に着脱自在に保持するための工具保持機構を内蔵している。

工具ホルダは、工具をチャックするチャック部と、主軸端に受容保持されるシャンク部とを有レ、チャック部とシャンク部との間には通常、自動工具交換装置（A T C ) によって把持されるフランジ部が設けられる。これに対応して、主軸端には、工具ホルダのシャンク部（ツールシャンクとも称する）を着脱自在に受容する受容凹部が形成される。他方、工具保持機構は、ツールシャンクを解放可能に拘持（クランプ）するための可動クランプ要素と、可動クランプ要素をシャンク解放位置とシャンク拘持位置との間で変位させる作動要素とを備えて、主軸の軸線方向貫通穴に収容される。工具保持機構の作動要素は、主軸頭装置の外部の駆動機構（例えば油圧シリンダ機構）によって駆動され、主軸貫通穴内でのそれ自体の軸線方向変位に伴い、可動クランプ要素を変位させる。

上記工作機械において、工具ホルダのシャンク部の構成、及びこれに対応する主軸の主軸端の構成は、現在、 J I S (日本工業規格 ) 、 D I N (ドイツ工業規格）、 J B S (日本小型工作機械工業会規格）等で規格化されている。例えば、 J I Sや J B Sに規定されるツールシャンクは、円錐台形状 ( 7 / 2 4テーパ) の外面を有するとともに、その末端にプルスタッドと称する棒状要素を固定して構成され、これに対応する主軸端には、円錐台形状（ 7 Z 2 4テーパ）の内面を有するシャンク受容凹部が形成される（ J I S B 6 1 0 1、 B 6 3 3 9 ； J B S 4 0 0 1 , 4 0 0 2等）。他方、 D I N に規定されるツールシャンクは、円錐台形状（ 1 / 1 0テーパ）の外面を有する薄肉の中空筒状体からなり、これに対応する主軸端には、円錐台形状（ 1 / 1 0テーパ）の内面を有するシャンク受容凹部が形成される（D I N 6 9 0 6 3 — 5、 6 9 8 9 3— 5等）。

そして、 J I S ( J B S ) の工具ホルダを主軸端に保持するための工具保持機構は、シャンク受容凹部に受容されたツールシャンクの末端のプルスタッドを取り囲むように配置された複数の可動クランプ要素が、作動要素の作動下で径方向動作してプルスタッドの肩面に外側から係合することにより、プルスタッドを拘持する。これに対し、 D I Nの工具ホルダを主軸端に保持するための工具保持機構は、シャンク受容凹部に受容されたツールシャンクの内側空洞部に挿入された複数の可動クランプ要素が、作動要素の作動下で径方向動作してツールシャンクの肩面に内側から係合することにより、ツールシャンクを拘持する。なお、 J I S ( J B S ) に従う工具ホルダ、主軸端及び工具保持機構の構成は、例えば特開平 9一 3 1 4 4 0 4号公報（ J P— A— 9— 3 1 4 4 0 4) に記載されている。また、 D I Nに従う工具ホルダ、主軸端及び工具保持機構の構成は、例えば特開平 5— 2 2 0 6 0 7号公報（ J P— A— 5— 2 2 0 6 0 7 ) に記載されている。

• 上記したように、工具主軸を装備した従来の工作機械では、工具ホルダ、主軸端及び工具保持機構の構成に関して、機械構造的に異なりかつ互換性が無い複数の規格が存在する。そのため、工作機械の使用者が、そのような互換性が無い規格に従う異種の工具ホルダを使用する際には、それぞれの規格に対応する主軸及び工具保持機構を備えた専用の主軸頭装置を装備した異種の工作機械を用意する必要がある。一般に使用者は、多種多様な工具をそれぞれ工具ホルダに取り付けた状態で保管するので、例えば、加工精度、工具寿命、運転騒音等の諸要件を勘案して、 J I Sの機械構成と D I Nの機械構成とを適宜使い分けようとする場合には、同一種類の工具に対しても、 J I S用の工作機械と D I N用の工作機械とを常設しなければならず、設備費が高騰するとともに、維持管理が煩雑になることが懸念される。

また、工具主軸を装備した従来の工作機械では、規格を問わず、工具ホルダのシャンク部を主軸端のシャンク受容凹部に受容保持する構成となっている。そのため、工具交換作業を繰り返すことにより、主軸端のシャンク受容凹部が損耗する場合があるが、そのような場合には主軸を更新する必要が生じる。ここで、主軸は通常、シャンク受容凹部を含む内面と軸受に嵌合する外面との双方を、高精度に加工する必要があり、しかも、清掃用や冷却用の流体を工具に供給するための流体通路を、主軸に貫通形成する要求も近年高まつているので、工作機械の構成部品の中で比較的高価なものとなっている。したがって、工具交換の頻度が高い場合には、そのような高価な主軸を新しいものに交換することで、維持費が高騰することが懸念される。発明の開示

本発明の目的は、工作機械に装備される主軸頭装置において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に安定して保持でき、以つて設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止できる汎用型の主軸頭装覃を提供することにある。

本発明の他の目的は、工作機械に装備される主軸頭装置において、工具ホルダのシャンク部を受容保持するシャンク受容凹部が損耗した場合にも、主軸を更新する必要が無く、以つて維持費の高騰を防止できる主軸頭装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、工作機械において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に安定して保持できる主軸頭装置を備え、以つて設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止できる汎用型の工作機械を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、工作機械において、工具ホルダのシヤンク部を受容保持する主軸頭装置のシャンク受容凹部が損耗した場合にも、主軸を更新する必要が無く、以つて維持費の高騰を防止できる工作機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、工作機械の主軸頭装置であって、主軸と、主軸に工具ホルダを着脱自在に保持する工具保持機構とを具備し、工具保持機構は、工具ホルダのシャンク部を着脱自在に受容する受容凹部を有する工具支持部材と、工具支持部材に対し作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置され、作用位置で、工具ホルダのシャンク部を拘持して工具支持部材の受容凹部にシャンク部を固定的に保持するとともに、非作用位置で、シャンク部を解放して受容凹部に対する工具ホルダの着脱動作を許容するェ具クランプ部材と、工具支持部材と工具クランプ部材とを主軸に脱離可能に装着する装着部材と、を具備する主軸頭装置を提供する。

上記主軸頭装置において、主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有することができ、工具支持部材は、受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、主軸の軸線方向一端に隣接して主軸貫通穴の一部分に収容される寸法を有することができ、工具クランプ部材は、工具支持部材の部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、主軸の軸線方向他端と工具支持部材との間の主軸貫通穴の他部分に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有することができる。

或いは、主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有することができ、工具支持部材は、受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、主軸の主軸貫通穴の軸線方向全長に渡つて収容される寸法を有することができ、工具クランプ部材は、ェ具支持部材の部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、工具支持部材の部材貫通穴に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有することができる。

また、主軸は、主軸貫通穴の軸線方向一端に隣接する領域に、軸線方向一端に向けてテーパ状に拡径して工具支持部材を心出し支持する嵌合面を有することができる。

また、工具支持部材は、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダに供給するための流体通路を有することができる。また、工具保持機構は、第 1の受容凹部を有する第 1 の工具支持部材、及び作用位置と非作用位置との間で第 1 の変位動作を遂行する第 1 の工具クランプ部材を含む第 1ユニットと、第 1 の受容凹部とは形状が異なる第 2の受容凹部を有する第 2の工具支持部材、及び作用位置と非作用位置との間で第 1の変位動作とは異なる第 2の変位動作を遂行する第 2の工具クランプ部材を含む第 2ュニッ卜とを、互いに交換可能に具備することができる。

本発明はさらに、上記構成を有する主軸頭装置を具備する工作機械を提供する。図面の簡単な説明

本発明の上記並びに他の目的、特徴及び利点は、添付図面に関連した以下の好適な実施形態の説明により一層明らかになろう。同添付図面において、

図 1は、本発明の第 1 の実施形態による主軸頭装置を、共通の主軸に第 1 の工具ホルダを保持した状態で示す断面図、

図 2は、図 1の主軸頭装置を、共通の主軸に第 2の工具ホルダを保持した状態で示す断面図、

図 3は、図 1 の主軸頭装置を、主軸から工具保持機構を取り外した状態で示す断面図、

図 4は、図 1の主軸頭装置において、第 1の工具ボダを主軸に保持するための工具保持機構の第 1ュニットを示す断面図、

図 5は、図 1の主軸頭装置において、第 2の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第 2ュニットを示す断面図、

図 6 A及び ¾ 6 Bは、図 1の主軸頭装置において、工具保持機構の工具クランプ部材による第 1工具ホルダに対するツールシャンク拘持ノ解放動作を説明する部分拡大断面図で、作用位置及び非作用位置のそれぞれの状態を示す図、

図 7 A及び図 7 Bは、図 1の主軸頭装置において、工具保持機構の工具クランプ部材による第 2工具ホルダに対するツールシャンク拘持 Z解放動作を説明する部分拡大断面図で、作用位置及び非作用位置のそれぞれの状態を示す図、

図 8は、本発明の第 2の実施形態による主軸頭装置を、共通の主軸に第 1の工具ホルダを保持した状態で示す断面図、

図 9は、図 8の主軸頭装置を、共通の主軸に第 2の工具ホルダを保持した状態で示す断面図、

図 1 0は、図 8の主軸頭装置を、主軸から工具保持機構を取り外した状態で示す断面図、

図 1 1 Aは、図 8の主軸頭装置において、第 1の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第 1ュニッ卜を示す断面図、図 1 1 Bは、図 8の主軸頭装置において、係止部材の変形例を示す図、

図 1 2は、図 8の主軸頭装置において、第 2の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第 2ュニッ卜を示す断面図、図 1 3 A及び図 1 3 Bは、図 1の主軸頭装置の変形例を示す断面図で、第 1 の工具ホルダを保持した状態、及び第 2の工具ホルダを保持した状態をそれぞれ示す図、

図 1 4 A及び図 1 4 Bは、図 8の主軸頭装置の変形例を示す断面図で、第 1 の工具ホルダを保持した状態、及び第 2の工具ホルダを保持した状態をそれぞれ示す図、及び

図 1 5は、図 1又は図 8の主軸頭装置を装備可能な本発明の一実施形態による工作機械の図である。発明を実施するための最良の形態以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。

図面を参照すると、図 1及び図 2は、本発明の第 1の実施形態による主軸頭装置 1 0 を、共通の主軸 1 2に異種の工具ホルダ 1 4 A 、 1 4 B (工具ホルダ 1 4と総称する）を保持した状態でそれぞれ示す図、図 3は、主軸 1 2から工具保持機構 1 6 を取り外した状態の主軸頭装置 1 0 を示す図、図 4は、第 1 の工具ホルダ 1 4 Aを主軸 1 2に保持するための工具保持機構 1 6の第 1ユニット 1 8 を示す図、図 5は、第 2の工具ホルダ 1 4 Bを主軸 1 2 に保持するための工具保持機構 1 6の第 2ユニット 2 0 を示す図である。主軸頭装置 1 0は、フライス盤ゃマシニングセンタ等の、ェ真を固定支持して回転する主軸（いわゆる工具主軸）を装備した工作機械に装備される。

図 1及び図 2に示すように、主軸頭装置 1 0は、主軸 1 2 と、主軸 1 2に工具ホルダ 1 4を着脱自在に保持する工具保持機構 1 6 とを備えて構成される。主軸 1 2は、中心軸線 1 2 aを有する中空筒状体であり、軸線方向へ貫通する段付の主軸貫通穴 2 2が、中心軸線 1 2 aに沿って設けられる。主軸貫通穴 2 2は、主軸 1 2 の軸線方向前端（図で左端）に隣接する所定長さ領域で最大内径を呈する前方部分 2 2 aと、主軸 1 2の軸線方向後端（図で右端）に隣接する所定長さ領域で前方部分 2 2 aよりも小さい内径を呈する後方部分 2 2 bと、前方部分 2 2 aと後方部分 2 2 bとの間の領域で最小内径を呈する中間部分 2 2 c とを有する（図 3 ) 。主軸 1 2の前端面には、主軸貫通穴 2 2の前方部分 2 2 aの開口端の周囲所定位置に、複数の雌ねじ 2 4が軸線方向へ凹設される。

主軸 1 2は、主軸頭装置 1 0のハウジング 2 6に設けた空洞部 2 6 aに、玉軸受 2 8及びころ軸受 3 0を介して、軸線中心に回転可能に搭載される。ハウジング 2 6の空洞部 2 6 aから前方（図で左方）へ突出する主軸 1 2の軸線方向前端領域は、その外面が、ハウジング 2 6の前端面 2 6 bに固定される前カバー 3 2 (玉軸受 2 8 の外輪押さえを兼ねる）によって、相対回転可能に被覆される。ハウジング 2 6の空洞部 2 6 aから後方（図で右方）へ突出する主軸 1 2の軸線方向後端領域には、その外面に、サーポモータ等の図示しない主軸回転駆動源に接続されるブーリ 3 4力キー 3 6及びナット 3 8により固定される（図 3 ) 。プーリ 3 4は、ハウジング 2 6の後端面 2 6 c に固定される後カバ一 4 0 (ころ軸受 3 0の外輪押さえを兼ねる）の後方に隣接して、相対回転可能に配置される。このような構成を有する主軸 1 2は、軸受 2 8、 3 0に嵌合する外面が高精度加工される。

図 1及び図 2に示すように、工具ホルダ 1 4は、工具（図示せず ) をチャックする（例えば図示しないチャック要素を内蔵する）チャック部 4 2 (第 1工具ホルダ 1 4 Aのチャック部 4 2 A及び第 2 工具ホルダ 1 4 Bのチャック部 4 2 Bの総称）と、チャック部 4 2 に隣接し、図示しない自動工具交換装置（AT C) 等の把持部によつて把持されるフランジ部 4 4 (第 1工具ホルダ 1 4 Aのフランジ部 4 4 A及び第 2工具ホルダ 1 4 Bのフランジ部 4 4 Bの総称）と、フランジ部 4 4に隣接し、工具保持機構 1 6に保持されるシャンク部 4 6 (第 1工具ホルダ 1 4 Aのシャンク部 4 6 A及ぴ第 2工具ホルダ 1 4 Bのシャンク部 4 6 Bの総称）とを有する。

第 1工具ホルダ 1 4 Aのシャンク部 4 6 Aは、 J I S ( J B S ) に規定される円錐台形状（ 7 Z 2 4テーパ）の外面を有するとともに、その末端に、 J I S ( J B S ) に規定されるプルスタッド 4 8 を固定して構成される（ J I S B 6 1 0 1、 B 6 3 3 9 ； J B S 4 0 0 1、 4 0 0 2等）。他方、第 2工具ホルダ 1 4 Bのシャンク部 4 6 Bは、. D I Nに規定される円錐台形状（ 1 / 1 0テーパ）の外面を有する薄肉の中空筒状体から構成される（D I N 6 9 0 6 3— 5、 6 9 8 9 3 - 5等）。

• 図 1及び図 2に示すように、工具保持機構 1 6は、工具ホルダ 1 4のシャンク部 4 6 を着脱自在に受容する受容凹部 5 0 (第 1工具ホルダ 1 4 A用の受容凹部 5 O A及び第 2工具ホルダ 1 4 B用の受容凹部 5 0 Bの総称）を有する工具支持部材 5 2 (第 1工具ホルダ 1 4 A用の工具支持部材 5 2 A及び第 2工具ホルダ 1 4 B用の工具支持部材 5 2 Bの総称）と、工具支持部材 5 2に対し、後述する作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置され、作用位置で、ェ具ホルダ 1 4のシャンク部 4 6を拘持（クランプ）して工具支持部材 5 2の受容凹部 5 0にシャンク部 4 6を固定的に保持するとともに、非作用位置で、シャンク部 4 6を解放して受容凹部 5 0に対する工具ホルダ 1 4の着脱動作を許容する工具クランプ部材 5 4 (第 1工具ホルダ 1 4 A用の工具クランプ部材 5 4 A及び第 2工具ホルダ 1 4 B用の工具クランプ部材 5 4 Bの総称）と、工具支持部材 5 2 と工具クランプ部材 5 4とを主軸 1 2に脱離可能に装着する装着部材 5 6 とを備えて構成される。

第 1工具ホルダ 1 4 A用の X具支持部材 5 2 Aの受容凹部 5 O A は、 J I S ( J B S ) に規定される円錐台形状（ 7 / 2 4テーパ）の内面を有する（ J I S B 6 1 0 1、 B 6 3 3 9 ； J B S 4 0 0 1 、 4 0 0 2等）。他方、第 2工具ホルダ 1 4 B用の工具支持部材 5 2 Bの受容凹部 5 0 Bは、 D I Nに規定される円錐台形状（ 1 / 1 0テ一パ）の内面を有する（D I N 6 9 0 6 3 — 5、 6 9 8 9 3— 5等）。

工具支持部材 5 2は、中心軸線 5 2 aを有する中空筒状体であり、軸線方向前端（図で左端）に隣接する所定長さ領域に、最大内径の前端開口部を有する受容凹部 5 0が中心軸線 5 2 aに沿って形成されるとともに、受容凹部 5 0の後端開口部に連通して軸線方向へ貫通する段付の部材貫通穴 5 8 (工具支持部材 5 2 Aの部材貫通穴 ' 5 8 A及び工具支持部材 5 2 Bの部材貫通穴 5 8 Bの総称）力中心軸線 5 2 aに沿って設けられる。部材貫通穴 5 8は、工具支持部材 5 2の軸線方向後端（図で右端）に隣接する所定長さ領域で最小内径を呈する後方部分 5 8 aと、受容凹部 5 0 と後方部分 5 8 aとの間の領域で後方部分 5 8 aよりも大きな内径を呈する前方部分 5 8 bとを有する（図 4及び図 5 ) 。

図 4及び図 5に示すように、工具支持部材 5 2の軸線方向前端領域には、径方向外方へ突出するフランジ部分 6 0が形成される。フランジ部分 6 0には、受容凹部 5 0の前端開口部の周囲所定位置に、複数の貫通孔 6 2が形成され、それら貫通孔 6 2 に、装着部材 5 6であるポル卜 5 6が挿入される。工具支持部材 5 2は、フランジ部分 6 0 を除く筒状部分が、主軸 1 2の主軸貫通穴 2 2の前方部分 2 2 a (図 3 ) に、がたつき無く収容される寸法を有する。

工具支持部材 5 2を主軸貫通穴 2 2の前方部分 2 2 aに適正に収容した状態で、フランジ部分 6 0の個々の貫通孔 6 2に揷通した複数の装着部材（ポルト） 5 6 を、主軸 1 2の前端面に形成した複数の雌ねじ 2 4 (図 3 ) に個別に螺着することにより、工具支持部材 5 2が主軸 1 2に固定される。この状態で、工具支持部材 5 2の中心軸線 5 2 aは、主軸 1 2の中心軸線 1 2 aに合致する（図 1及び図 2 ) 。また、それら装着部材（ポルト） 5 6を対応の雌ねじ 2 4 から抜き取ることにより、工具支持部材 5 2を主軸 1 2から脱離することができる。

図 1及び図 2に示すように、工具クランプ部材 5 4は、工具支持部材 5 2の部材貫通穴 5 8に径方向変位可能に収容される複数の可動クランプ要素 6 4 (工具クランプ部材 5 4 Aの可動クランプ要素 6 4 A及び工具クランプ部材 5 4 Bの可動クランプ要素 6 4 Bの総称）と、主軸 1 2の主軸貫通穴 2 2の後方部分 2 2 b及び中間部分 ■2 2 c (図 3 ) に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により複数の可動クランプ要素 6 4を径方向変位させる作動要素 6 6 (工具クランプ部材 5 4 Aの作動要素 6 6 A及び工具クランプ部材 5 4 Bの作動要素 6 6 Bの総称）とを有する。このような構成によれば、後述するように、比較的簡単で小型の構造により、工具ホルダ 1 4を工具支持部材 5 2の受容凹部 5 0に確実に保持することができる。

作動要素 6 6は、中心軸線 6 6 aを有する棒状要素であり、その軸線方向前端（図で左端）領域を包囲するように、複数の可動クランプ要素 6 4力周方向へ適当に分散して配置される。作動要素 6 6は、工具支持部材 5 2に対し、両者の中心軸線 5 2 a、 6 6 a同士を合致させた状態で、軸線方向前端領域が複数の可動クランプ要素 6 4と共に部材貫通穴 5 8に軸線方向変位可能に収容される（図 4及び図 5 ) 。作動要素 6 6は、主軸頭装置 1 0の外部の駆動機構 (例えば油圧シリンダ機構）によって駆動され（図 1及び図 2にシリンダ先端駒 6 8 を示す）、ま軸貫通穴 2 2内でのそれ自体の軸線方向変位に伴い、可動クランプ要素 6 4をシャンク解放位置とシャンク拘持位置との間で変位させる。なお、作動要素 6 6は、図 4及び図 5に示すように 2部品を組み合わせて構成することもできるし、一体部品から構成することもできる。

図 4に示すように、工具クランプ部材 5 4 Aの各可動クランプ要素 6 4 Aは、基端（図で右端）で作動要素 6 6 Aに固定され、かつ末端の自由端（図で左端）に内向きの爪 7 0 を有する腕状要素であり、それ自体の弾性作用下で、作動要素 6 6 Aの中心軸線 6 6 aに対して径方向へ片持ち梁式に撓むことができる。複数の可動クランプ要素 6 4 Aは、それぞれの末端領域を作動要素 6 6 Aの前端から所定長さ突出させて、工具支持部材 5 2 Aの受容凹部 5 O Aに受容された第 1工具ホルダ 1 4 Aのシャンク部 4 6 Aの末端のプルス夕ッド 4 8 を取り囲むように配置される（図 1 ) 。それら可動クランプ要素 6 4 Aは、後述するように、作動要素 6 6 Aの軸線方向変位' に伴い径方向へ弾性的に揺動動作して、末端の爪 7 0 を、プルス夕ッド 4 8の外面に形成した肩面 7 2 (図 6 A) に外側から係合させることにより、プルスタッド 4 8を拘持する。

他方、図 5に示すように、工具クランプ部材 5 4 Bの各可動クランプ要素 6 4 Bは、前端（図で左端）に外向きの爪 7 4を有するとともに、後端（図で右端）に膨出部分 7 6 を有する腕状要素であり、それ自体が変形すること無く、作動要素 6 6 Bの中心軸線 6 6 a に対して径方向へ実質的に平行移動することができる。複数の可動クランプ要素 6 4 Bは、それぞれの径方向内面を作動要素 6 6 Bの前端に設けたカム要素 7 8の外面に対向させて、工具支持部材 5 2 Bの受容凹部 5 0 Bに受容された第 2工具ホルダ 1 4 Bのシャンク部 4 6 Bの内側空洞部に、それぞれの前端領域を挿入して配置される（図 2 ) 。それら可動クランプ要素 6 4 Bは、後述するように、作動要素 6 6 Bの軸線方向変位に伴い径方向へ個々に平行移動して、前端の爪 7 4を、シャンク部 4 6 Bの内面に形成した肩面 8 0 ( 図 7 A) に内側から係合させることにより、シャンク部 4 6 Bを拘持する。

図 1及び図 2に示すように、工具保持機構 1 6は、主軸 1 2の主軸貫通穴 2 2の後方部分 2 2 b (図 3 ) に収容され、工具クランプ部材 5 4を非作用位置から作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材 8 2 と、主軸 1 2に対し固定的に配置され、付勢部材 8 2が主軸貫通穴 2 2から脱落することを防止する係止部材 8 4とをさらに備える。このような構成によれば、後述するように、工具保持機構 1 6の交換に際し、クランプ力を得るための付勢部材 8 2 を共用でき、また、工具保持機構 1 6を主軸 1 2から脱離した状態でも、付勢部材 8 2が主軸貫通穴 2 2から脱落することを防止できる。

図示の付勢部材 8 2は、例として、工具クランプ部材 5 4の作動要素 6 6 を囲繞して軸線方向へ重畳配置される複数の皿ばねから構成される。それら皿ばね 8 2の集積体は、その軸線方向前端（図で左端）で、主軸貫通穴 2 2の後方部分 2 2 bと中間部分 2 2 c との間の肩面に支持されるとともに、軸線方向後端（図で右端）で、作動要素 6 6の軸線方向後端領域に取り付けられたばね受け 8 6に支持され、作動要素 6 6の軸線方向後端に固定されるナツ卜 8 8により、主軸貫通穴 2 2の後方部分 2 2 bに保持される。

図示のように、作動要素 6 6に取り付けたばね受け 8 6は、主軸貫通穴 2 2の後方部分 2 2 bの内径寸法に近似する外径寸法を有し、作動要素 6 6に固定したナット 8 8は、ばね受け 8 6 の外径寸法よりも小さな外径寸法を有する。係止部材 8 4は、主軸 1 2の軸線方向後端面（図で右端面）に固定される環板状部材であり、作動要素 6 6に固定したナット 8 8 の外径寸法よりも僅かに大きく、かつ作動要素 6 6に取り付けたばね受け 8 6 の外径寸法よりも小さい径の中心開口 8 4 aを有する（図 3 ) 。したがって、係止部材 8 4は、主軸 1 2に工具保持機構 1 6 を適正に内蔵した状態で、駆動機構 6 8の駆動による作動要素 6 6及びナット 8 8の軸線方向変位を許容する一方、工具保持機構 1 6 を主軸 1 2から脱離した状態（図 3 ) では、付勢部材 8 2が主軸貫通穴 2 2から脱落しないようにばね受け 8 6に係合する。なお、係止部材 8 4は、工具保持機構 1 6に工具ホルダ 1 4を保持していないときに、作動要素 6 6の意図しない後方移動を阻止するようにも機能する。

工具保持機構 1 6は、第 1工具ホルダ 1 4 A用の受容凹部 5 O A を有する第 1 の工具支持部材 5 2 A、並びに作用位置と非作用位置との間で第 1 の変位動作（すなわち作動要素 6 6 Aの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素 6 4 Aの径方向揺動変位）を遂行する第 1 の工具クランプ部材 5 4 Aを含む第 1ユニット 1 8 (図 4 ) と、受容凹部 5 0 Aとは形状が異なる第 2工具ホルダ 1 4 B用の受容凹部 5 0 Bを有する第 2の工具支持部材 5 2 B、並びに作用位置と非作用位置との間で第 1の変位動作とは異なる第 2の変位動作（すなわち作動要素 6 6 Bの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素 6 4 Bの径方向平行移動）を遂行する第 2の工具クランプ部材 5 4 Bを含む第 2ユニット 2 0 (図 5 ) とを、互いに交換可能に備える。第 1ュニット 1 8及び第 2ュニット 2 0は、それぞれの工具支持部材 5 2 A、 5 2 Bと工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 Bとを前述したように互いに組み合わせた状態で、取り扱われ、かつ保管される第 1ュニッ卜 1 8及び第 2ュニッ卜 2 0はいずれも、作動要素 6 6 の後端からナツト 8 8を取り外した状態で、主軸貫通穴 2 2 の前方部分 2 2 a (図 3 ) の前端開口から作動要素 6 6を主軸貫通穴 2 2 の中間部分 2 2 c及び後方部分 2 2 b (図 3 ) に挿入し、かつェ具支持部材 5 2を主軸貫通穴 2 2 の前方部分 2 2 aに挿入することで、主軸 1 2に装着される。このとき前述したように、工具支持部材 5 2及び工具クランプ部材 5 4を主軸貫通穴 2 2に適正に収容した状態で、複数の装着部材（ポル卜） 5 6を主軸 1 2の前端面の複数の雌ねじ 2 4 (図 3 ) に個別に螺着することにより、工具支持部材 5 2が主軸 1 2に固定される。そして、作動要素 6 6 の後端にナット 8 8 を取り付けることで、第 1ユニット 1 8又は第 2ュニット 2 0の主軸 1 2への装着が完了する。

第 1ュニッ卜 1 8又は第 2ュニット 2 0が主軸 1 2に適正に装着された状態では、工具支持部材 5 2及び工具クランプ部材 5 4 (可動クランプ要素 6 4及び作動要素 6 6 ) が主軸 1 2に対して同心に配置され、作動要素 6 6が主軸貫通穴 2 2内で軸線方向変位する間も、工具支持部材 5 2が主軸貫通穴 2 2内で静止保持される。第 1 ュニット 1 8 と第 2ュニット 2 0 とを交換する際には、装着部材（ポルト） 5 6 を対応の雌ねじ 2 4から抜き取り、かつ作動要素 6 6 の後端からナツト 8 8を取り外すことにより、工具支持部材 5 2及び工具クランプ部材 5 4を主軸 1 2から脱離すればよい。

次に、図 6 A〜図 7 Bを参照して、工具保持機構 ί 6の工具クランプ部材 5 4によるツールシャンク拘持/解放動作を説明する。図 6 Αに示すように、工具ホルダ 1 4 Αを保持するための工具クランプ部材 5 4 Αは、作動要素 6 6 Aが軸線方向変位ストロークの後端位置にあるとき（すなわち駆動機構 6 8 (図 1 ) の休止時）に、複数の可動クランプ要素 6 4 Aがそれらの末端まで、工具支持部材 5 2 Aの部材貫通穴 5 8 Aの後方部分 5 8 aまで引き込まれる。それにより、それら可動クランプ要素 6 4 Aは、部材貫通穴 5 8 A の後方部分 5 8 aの壁面から圧力を受けて径方向内方へ片持ち梁式に弾性的に撓み、それぞれの爪 7 0 を互いに接近させた状態に維持される。

このとき、工具支持部材 5 2 Aの受容凹部 5 O Aに工具ホルダ 1 4 Aのシャンク部 4 6 Aが受容されていれば、複数の可動クランプ要素 6 4 Aは、それぞれの爪 7 0 を、工具ホルダ 1 4 Aのプルス夕ッド 4 8の肩面 7 2に外側から係合させて、付勢部材 8 2 (図 1 ) の大きな弾性的付勢力の下でプルスタッド 4 8 を強固に拘持する（図 6 A) 。この状態で、工具クランプ部材 5 4 Aは作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素 6 4 Aがシャンク拘持位置に配置され）、工具ホルダ 1 4 Aは、工具支持部材 5 2 Aに強固に保持される。

• 上記状態から、駆動機構 6 8が作動して（図 1矢印）、付勢部材 8 2の付勢力に抗して作動要素 6 6 Aを主軸貫通穴 2 2 (図 1 ) 内で軸線方向前方へ変位させると、複数の可動クランプ要素 6 4 Aの末端領域が、工具支持部材 5 2 Aの部材貫通穴 5 8 Aの前方部分 5 8 bに侵入する。それにより、それら可動クランプ要素 6 4 Aは、図 6 Bに示すように、部材貫通穴 5 8 Aの壁面からの押圧力が解除されて径方向外方へ弾性的に揺動復元し、それぞれの爪 7 0 を互いに離反させるように変位する。

このとき、工具支持部材 5 2 Aの受容凹部 5 O Aに工具ホルダ 1 4 Aのシャンク部 4 6 Aが受容されていれば、複数の可動クランプ要素 6 4 Aは、それぞれの爪 7 0を、工具ホルダ 1 4 Aのプルス夕ッド 4 8の肩面 7 2から離れる外方へ変位させて、プルスタツド 4 8を解放する（図 6 B) 。この状態で、工具クランプ部材 5 4 Aは非作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素 6 4 Aがシャンク解放位置に配置され）、工具ホルダ 1 4 Aは、工具支持部材 5 2 Aの受容凹部 5 O Aに対する着脱動作を許容される。

図 7 Aに示すように、工具ホルダ 1 4 Bを保持するための工具クランプ部材 5 4 Bは、作動要素 6 6 Bが軸線方向変位ストロークの後端位置にあるとき（すなわち駆動機構 6 8 (図 2 ) の休止時）に、複数の可動クランプ要素 6 4 Bがそれらの内面で、作動要素 6 6 Bの前端のカム要素 7 8の外面に乗り上げる。具体的には、各可動クランプ要素 6 4 Bの前端の爪 7 4の部分がカム要素 7 8の前カム面 7 8 aを乗り越えると略同時に、後端の膨出部分 7 6がカム要素 7 8の後カム面 7 8 bを乗り越える。それにより、それら可動クランプ要素 6 4 Bは、カム要素 7 8の外面と工具支持部材 5 2 Bの部材貫通穴 5 8 Bの前方部分 5 8 bの壁面との間に強固に挾持され、それぞれの爪 Ί 4を互いに離反させた状態に維持される。

このとき、工具支持部材 5 2 Bの受容凹部 5 0 Bに工具ホルダ 1 4 Bのシャンク部 4 6 Bが受容されていれば、複数の可動クランプ要素 6 4 Bは、それぞれの爪 7 4を、工具ホルダ 1 4 Bのシャンク部 4 6 Bの肩面 8 0 に内側から係合させて、付勢部材 8 2 (図 2 ) の大きな弾性的付勢力の下でシャンク部 4 6 Bを強固に拘持する（図 7 A ) 。この状態で、工具クランプ部材 5 4 Bは作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素 6 4 Bがシャンク拘持位置に配置され）、工具ホルダ 1 4 Bは、工具支持部材 5 2 Bに強固に保持される。

上記状態から、駆動機構 6 8が作動して（図 2矢印）、付勢部材

8 2 の付勢力に抗して作動要素 6 6 Bを主軸貫通穴 2 2 (図 2 ) 内で軸線方向前方へ変位させると、複数の可動クランプ要素 6 4 Bが、カム要素 7 8の後端側に相対移動して、それぞれの前端の爪 7 4 の部分がカム要素 7 8 の前カム面 7 8 aを滑り降りると略同時に、後端の膨出部分 7 6がカム要素 7 8の後力ム'面 7 8 bを滑り降りる。それにより、それら可動クランプ要素 6 4 Bは、図 7 Bに示すように、カム要素 7 8の外面と部材貫通穴 5 8 Bの壁面との間から解放されて径方向内方へ平行移動し、それぞれの爪 7 4を互いに接近させるように変位する。なお、工具支持部材 5 2 Aの部材貫通穴 5 8 Bの前方部分 5 8 bには、各可動クランプ要素 6 4 Bのこのような平行移動を実現するために、可動クランプ要素 6 4 Bに軸線方向前方への弾性的付勢力を加える付勢要素（ばね 9 0及び押圧駒 9 2 ) が収容されている（図 5 ) 。このとき、工具支持部材 5 2 Bの受容凹部 5 0 Bに工具ホルダ 1

4 Bのシャンク部 4 6 Bが受容されていれば、複数の可動クランプ要素 6 4 Bは、それぞれの爪 7 4を、工具ホルダ 1 4 Bのシャンク部 4 6 Bの肩面 8 0から離れる内方へ変位させて、シャンク部 4 6 •Bを解放する（図 7 B ) 。この状態で、工具クランプ部材 5 4 Bは非作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素 6 4 Bがシャンク解放位置に配置され）、工具ホルダ 1 4 Bは、工具支持部材 5 2 Bの受容凹部 5 0 Bに対する着脱動作を許容される。

このように、上記構成を有する主軸頭装置 1 0では、工具保持機構 1 6が、工具ホルダ 1 4のシャンク部 4 6を受容する受容凹部 5 0 を有する工具支持部材 5 2 と、工具支持部材 5 2に対し作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置される工具クンプ部材 5 4 と、工具支持部材 5 2 と工具クランプ部材 5 4とを主軸 1 2に脱離可能に装着する装着部材 5 6 とを備えて構成されるから、機械構造的に異なるシャンク部 4 6 を有する複数種類の工具ホルダ 1 4を使用する際に、個々の工具ホルダ 1 4に対応する受容凹部 5 0 を有する工具支持部材 5 2 と、個々の工具ホルダ 1 4に対応するクランプ機能を有する工具クランプ部材 5 4とを、必要に応じて、装着部材

5 6により主軸 1 2に装着して使用することができる。その結果、そのような異種の工具ホルダ 1 4を、それぞれに対応する工具保持機構 1 6により、共通の主軸 1 2上に交換可能に、安定して保持することが可能になる。

例えば、工作機械の使用者が、加工精度、工具寿命、運転騒音等の諸要件を勘案して、 J I Sの機械構成と D I Nの機械構成とを適宜使い分けようとする場合に、 J I Sに従う工具ホルダと D I Nに従う工具ホルダとに取り付けた種々の工具を、 1台の工作機械で、工具保持機構 1 6の機械構成を切り換えることにより、使用することができる。したがって、主軸頭装置 1 0 によれば、使用者における設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止することが可能になる。しかもこのとき、工作機械の製造業者や販売業者においては、使用者の要求に答えて、機械納入前に、 J I Sの機械構成と D I Nの機械構成とを容易かつ迅速に切り換えることができる。

また、主軸頭装置 1 0では、工具ホルダ 1 4の種類に関わらず、そのシャンク部 4 6を、主軸 1 2に直接保持させるのではなく、主軸 1 2 に脱離可能に装着される工具支持部材 5 2の受容凹部 5 0 に保持するようになっている。そのため、工具交換作業を繰り返すことにより、受容凹部 5 0が損耗した場合には、比較的高価な主軸 1 2 を更新することなく、工具支持部材 5 2を新たなものに交換すればよい。したがって、主軸頭装置 1 0によれば、工具交換の頻度が高い場合であっても、主軸 1 2 を更新する必要が無く、維持費の高騰を防止することが可能になる。

特に主軸頭装置 1 0では、工具保持機構 1 6が、工具支持部材 5 2 A、 5 2 B及び工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 Bをそれぞれに含む第 1ユニット 1 8 と第 2ユニット 2 0 とを互いに交換可能に備えているから、各ユニット 1 8、 2 0の工具支持部材 5 2 A、 5 2 B と工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 Bとを互いに組み合わせた状態で取り扱うことで、主軸 1 2に対する工具保持機構 1 6の交換作業が極めて容易になる。

上記した主軸頭装置 1 0では、図 4及び図 5に示すように、工具支持部材 5 2 A、 5 2 Bが、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダ 1 4 A、 1 4 B (図 6 A及び図 7 A) に供給するための流体通路 9 4を有することができる。この場合、工具クランプ部材 5 4 A、 5 48の作動要素 6 6 、 6 6 Bに、工具支持部材 5 2 A、 5 2 Bの流体通路 9 4に流体を供給する第 2の流体通路 9 6を軸線方向へ貫通形成して、第 2の流体通路 9 6が、図示しない流体供給源に接続される構成とすることができる。図示構成では、第 2の流体通路 9 6から送出された流体は、複数の可動クランプ要素 6 4 A、 6 4 B の間の空間を通って、工具支持部材 5 2 A、 5 2 Bの流体通路 9 4 に送給される。このような構成によれば、主軸 1 2に流体通路を形成する必要が無くなるので、主軸 1 2の作製コストを削減できる。次に、図 8〜図 1 2を参照して、本発明の第 2の実施形態による主軸頭装置 1 0 0の構成を説明する。主軸頭装置 1 0 0は、前述した工具保持機構 1 6 を付勢部材 8 2 も含めてュニット化した点以外は、前述した第 1実施形態による主軸頭装置 1 0 と実質的同一の構成を有する。したがって、対応する構成要素には共通の参照符号を付して、その説明を省略する。

図 8及び図 9は、主軸頭装置 1 0 0 を、共通の主軸 1 0 2に異種の工具ホルダ 1 4 A、 1 4 Bを保持した状態でそれぞれ示す図、図 1 0は、主軸 1 0 2から工具保持機構 1 0 4を取り外した状態の主軸頭装置 1 0 0 を示す図、図 1 1 A及び図 1 1 Bは、第 1の工具ホルダ 1 4 Aを主軸 1 0 2に保持するための工具保持機構 1 0 4の第 1ュニット 1 0 6を示す図、図 1 2は、第 2の工具ホルダ 1 4 Bを主軸 1 0 2に保持するための工具保持機構 1 0 4の第 2ユニット 1 0 8を示す図である。

図 8及び図 9 に示すように、主軸頭装置 1 0 0は、主軸 1 0 2 と、主軸 1 0 2に工具ホルダ 1 4を着脱自在に保持する工具保持機構 1 0 4とを備えて構成される。主軸 1 0 2は、中心軸線 1 0 2 aを有する中空筒状体であり、軸線方向へ貫通する段付の主軸貫通穴 1 1 0が、中心軸線 1 0 2 aに沿って設けられる。主軸貫通穴 1 1 0 を形成する主軸内壁面の段差は、前述した主軸頭装置 1 0における主軸 1 2の内壁面の段差よりも著しく小さくなつている。主軸 1 0 2の前端面には、主軸貫通穴 1 1 0の開口端の周囲所定位置に、複数の雌ねじ 1 1 2が軸線方向へ凹設される（図 1 0 ) 。

主軸 1 0 2は、主軸頭装置 1 0 0のハウジング 2 6に設けた空洞部 2 6 aに、玉軸受 2 8及びころ軸受 3 0 を介して、軸線中心に回転可能に搭載される。また主軸 1 0 2に関連して、前カバー 3 2、ブーリ 3 4力 S、キー 3 6、ナット 3 8及び後カバ一 4 0が設置される（図 1 0 ) 。主軸 1 0 2は、軸受 2 8、 3 0に嵌合する外面が高精度加工される。

工具保持機構 1 0 4は、工具ホルダ 1 4のシャンク部 4 6を着脱自在に受容する受容凹部 1 1 4 (第 1工具ホルダ 1 4 A用の受容凹部 1 1 4 A及び第 2工具ホルダ 1 4 B用の受容凹部 1 1 4 Bの総称 ) を有する工具支持部材 1 1 6 (第 1工具ホルダ 1 4' A用の工具支持部材 1 1 6 A及び第 2工具ホルダ 1 4 B用の工具支持部材 1 1 6 Bの総称）と、工具支持部材 1 1 6に対し、後述する作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置され、作用位置で、工具ホルダ 1 4のシャンク部 4 6 を拘持して工具支持部材 1 1 6の受容凹部 1 1 4にシャンク部 4 6 を固定的に保持するとともに、非作用位置で、シャンク部 4 6 を解放して受容凹部 1 1 4に対する工具ホルダ 1 4 の着脱動作を許容する工具クランプ部材 5 4 ' (第 1工具ホルダ 1 4 A用の工具クランプ部材 5 4 A及び第 2工具ホルダ 1 4 B用の工具クランプ部材 5 4 Bの総称）と、工具支持部材 1 1 6 と工具クランプ部材 5 4とを主軸 1 0 2に脱離可能に装着する装着部材 5 6 とを備えて構成される。

第 1工具ホルダ 1 4 A用の工具支持部材 1 1 6 Aの受容凹部 1 1 4 Aは、 J I S ( J B S ) に規定される円錐台形状（ 7 Z 2 4テーパ）の内面を有する（ J I S B 6 1 0 1、 B 6 3 3 9 ； J B S 4 0 0 1、 4 0 0 2等）。他方、第 2工具ホルダ 1 4 B用の工具支持部材 1 1 6 Bの受容凹部 1 1 4 Bは、 D I Nに規定される円錐台形状 ( 1 1 0テーパ）の内面を有する（D I N 6 9 0 6 3 — 5、 6 9 8 9 3 — 5等）。

工具支持部材 1 1 6は、中心軸線 1 1 6 aを有する中空筒状体であり、軸線方向前端（図で左端）に隣接する所定長さ領域に、最大内径の前端開口部を有する受容凹部 1 1 4が中心軸線 1 1 6 aに沿つて形成されるとともに、受容凹部 1 1 4の後端開口部に連通して軸線方向へ貫通する段付の部材貫通穴 1 1 8 (工具支持部材 1 1 6 Aの部材貫通穴 1 1 8 A及び工具支持部材 1 1 6 Bの部材貫通穴 1 1 8 Bの総称）が、中心軸線 1 1 6 aに沿って設けられる。部材貫通穴 1 1 8は、工具支持部材 1 1 6の軸線方向後端（図で右端）に隣接する所定長さ領域で最大内径を呈する後方部分 1 1 8 aと、受容凹部 1 1 4の後端開口部に隣接する領域で後方部分 1 1 8 aよりも小さな内径を呈する前方部分 1 1 8 bと、後方部分 1 1 8 aと前方部分 1 1 8 bとの間の所定長さ領域で最小内径を呈する中間部分 1 1 8 c とを有する（図 1 1 A及び図 1 2 ) 。

図 1 1 A及び図 1 2に示すように、工具支持部材 1 1 6の軸線方向前端領域には、径方向外方へ突出するフランジ部分 1 2 0が形成される。フランジ部分 1 2 0には、受容凹部 1 1 4の前端開口部の周囲所定位置に、複数の貫通孔 1 2 2が形成され、それら貫通孔 1 2 2に、装着部材 5 6であるポルト 5 6が挿入される。工具支持部材 1 1 6は、フランジ部分 1 2 0を除く筒状部分が、主軸 1 0 2の主軸貫通穴 1 1 0の軸線方向全長に渡って、がたつき無く収容される寸法を有する。

工具支持部材 1 1 6 を主軸貫通穴 1 1 0の全体に適正に収容した状態で、フランジ部分 1 2 0の個々の貫通孔 1 2 2に挿通した複数の装着部材（ポルト） 5 6 を、主軸 1 0 2の前端面に形成した複数の雌ねじ 1 1 2 (図 1 0 ) に個別に螺着することにより、工具支持部材 1 1 6が主軸 1 0 2に固定される。この状態で、工具支持部材 1 1 6の中心軸線 1 1 6 aは、主軸 1 0 2の中心軸線 1 0 2 aに合致する（図 8及び図 9 ) 。また、それら装着部材（ポルト） 5 6 を対応の雌ねじ 1 1 2から抜き取ることにより、工具支持部材 1 1 6 を主軸 1 0 2から脱離することができる。

図 1 1 A及び図 1 2に示すように、工具クランプ部材 5 4は、ェ具支持部材 1 1 6の部材貫通穴 1 1 8に径方向変位可能に収容される複数の可動クランプ要素 6 4 (工具クランプ部材 5 4 Aの可動クランプ要素 6 4 A及び工具クランプ部材 5 4 Bの可動クランプ要素 6 4 Bの総称）と、工具支持部材 1 1 6の部材貫通穴 1 1 8 に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により複数の可動クランプ要素 6 4を径方向変位させる作動要素 6 6 (工具クランプ部材 5 4 Aの作動要素 6 6 A及び工具クランプ部材 5 4 Bの作動要素 6 6 Bの総称）とを有する。このような構成によれば、後述するように.、比較的簡単で取り扱いが容易な構造により、工具ホルダ 1 4を工具支持部材 1 1 6の受容凹部 1 1 4に確実に保持することができる。

作動要素 6 6は、工具支持部材 1 1 6に対し、両者の中心軸線 6 6 a、 1 1 6 a同士を合致させた状態で、複数の可動クランプ要素 6 4と共に部材貫通穴 1 1 8 に収容される。作動要素 6 6は、主軸頭装置 1 0 0の外部の駆動機構（例えば油圧シリンダ機構） 6 8 ( 図 1 ) によって駆動され、部材貫通穴 1 1 8内でのそれ自体の軸線方向変位に伴い、可動クランプ要素 6 4をシャンク解放位置とシャンク拘持位置との間で変位させる。なお、工具保持機構 1 0 4のェ具クランプ部材 5 4の構成（ツールシャンク拘持 //解放動作を含む ) は、前述した主軸頭装置 1 0における工具保持機構 1 6の工具クランプ部材 5 4の構成と同様である。

図 1 1 A及び図 1 2に示すように、工具保持機構 1 0 4は、工具支持部材 1 1 6の部材貫通穴 1 1 8の後方部分 1 1 8 a (図 3 ) に収容され、工具クランプ部材 5 を非作用位置から作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材 8 2と、工具支持部材 1 1 6に対し固定的に配置され、付勢部材 8 2が部材貫通穴 1 1 8から脱落することを防止する係止部材 1 2 4とをさらに備える。このような構成によれば、後述するように、付勢部材 8 2 も含めて工具保持機構 1 0 4を簡単に交換することができ、また、工具保持機構 1 0 4を主軸 1 0 2 から脱離した状態でも、付勢部材 8 2が部材貫通穴 1 1 ·8から脱落することを防止できる。

図示の付勢部材 8 2は、例として、工具クランプ部材 5 4の作動要素 6 6 を囲繞して軸線方向へ重畳配置される複数の皿ばねから構成される。それら皿ばね 8 2の集積体は、その軸線方向前端（図で左端）で、部材貫通穴 1 1 8の後方部分 1 1 8 aと中間部分 1 1 8 c との間の肩面に支持されるとともに、軸線方向後端（図で右端）で、作動要素 6 6の軸線方向後端領域に取り付けられたばね受け 8 6に支持され、作動要素 6 6 の軸線方向後端に固定されるナツト 8 8により、部材貫通穴 1 1 8の後方部分 1 1 8 aに保持される。図示のように、作動要素 6 6に取り付けたばね受け 8 6は、部材貫通穴 1 1 8 の後方部分 1 1 8 aの内径寸法に近似する外径寸法を有し、作動要素 6 6に固定したナツ卜 8 8は、ばね受け 8 6 の外径寸法よりも小さな外径寸法を有する。係止部材 1 2 4は、部材貫通穴 1 1 8の後端開口に隣接して固定される筒状部材であり、作動要素 6 6に固定したナット 8 8の外径寸法よりも僅かに大きく、かつ作動要素 6 6に取り付けたばね受け 8 6の外径寸法よりも小さい径の中心開口 1 2 4 aを有する。したがって、係止部材 1 2 4は、主軸 1 0 2に工具保持機構 1 0 4を適正に内蔵した状態で、駆動機構 6 8 (図 1 ) の駆動による作動要素 6 6及びナット 8 8の軸線方向変位を許容する一方、工具保持機構 1 0 4を主軸 1 0 2から脱離した状態では、付勢部材 8 2が部材貫通穴 1 1 8から脱落しないようにばね受け 8 6 に係合する。

なお、係止部材 1 2 4は、工具保持機構 1 0 4に工具ホルダ 1 4 を保持していないときに、作動要素 6 6の意図しない後方移動を阻止するようにも機能する。ここで、図 1 1 Aに示すように、工具保持機構 1 0 4の組立時に、部材貫通穴 1 1 8の後端に係止部材 1 2 4を取り付けるまでの間、付勢部材 8 2 を部材貫通穴 1 1 8内に仮保持するための保持ピン（図示せず）を挿入する横孔 8 6 a、 1 1 6 bを、ばね受け 8 6及び工具支持部材 1 1 6に形成することが好ましい。また、筒状の係止部材 1 2 4 (図 1 1 A) に代えて、主軸 1 0 2に固定されるキャップ状の係止部材 1 2 4 ' (図 1 1 B) を採用することもできる。キャップ状の係止部材 1 2 4 'は、筒状の係止部材 1 2 4の中心開口 1 2 4 aと同様の中心開口 1 2 4 a ' を有する。

工具保持機構 1 0 4は、第 1工具ホルダ 1 4 A用の受容凹部 1 1 4 Aを有する第 1 の工具支持部材 1 1 6 A、並びに作用位置と非作用位置との間で第 1の変位動作（すなわち作動要素 6 6 Aの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素 6 4 Aの径方向揺動変位）を遂行する第 1の工具クランプ部材 5 4 Aを含む第 1ユニット 1 0 6 ( 図 1 1 ) と、受容凹部 1 1 4 Aとは形状が異なる第 2工具ホルダ 1 4 B用の受容凹部 1 1 4 Bを有する第 2の工具支持部材 1 1 6 B、並びに作用位置と非作用位置との間で第 1の変位動作とは異なる第 2の変位動作（すなわち作動要素 6 6 Bの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素 6 4 Bの径方向平行移動）を遂行する第 2の工具クランプ部材 5 4 Bを含む第 2ユニット 1 0 8 (図 1 2 ) とを、互いに交換可能に備える。第 1ュニット 1 0 6及び第 2ユニット 1 0 8は、それぞれの工具支持部材 1 1 6 A、 1 1 6 Bと工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 Bとを前述したように互いに組み合わせた状態で、取り扱われ、かつ保管される。

第 1ユニット 1 0 6及び第 2ユニット 1 0 8はいずれも、部材貫通穴 1 1 8 A、 1 1 8 Bに工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 B及ぴ付勢部材 8 2を収容した工具支持部材 1 1 6 A、 1 1 6 Bを、主軸貫通穴 1 1 0の前端開口から主軸貫通穴 1 1 0 に挿入することで、主軸 1 0 2に装着される。このとき前述したように、工具支持部材 1 1 6を主軸貫通穴 1 1 0に適正に収容した状態で、複数の装着部材 (ポルト） 5 6を主軸 1 0 2の前端面の複数の雌ねじ 1 1 2 (図 1 0 ) に個別に螺着することにより、工具支持部材 1 1 6が主軸 1 0 2に固定され、第 1ユニット 1 0 6又は第 2ュニッ卜 1 0 8の主軸 1 0 2への装着が完了する。

第 1ュニッ卜 1 0 6又は第 2ュニット 1 0 8が主軸 1 0 2に適正に装着された状態では、工具支持部材 1 1 6及び工具クランプ部材 5 4 (可動クランプ要素 6 4及び作動要素 6 6 ) が主軸 1 0 2に対して同心に配置され、作動要素 6 6が部材貫逋穴 1 1 8内で軸線方向変位する間も、工具支持部材 1 1 6が主軸貫通穴 1 1 0内で静止保持される。第 1ユニット 1 0 6 と第 2ユニット 1 0 8 とを交換する際には、装着部材（ポルト） 5 6を対応の雌ねじ 1 1 2から抜き取ることにより、工具クランプ部材 5 4を収容した工具支持部材 1 1 6を主軸 1 0 2から脱離すればよい。

上記構成を有する主軸頭装置 1.0 0によっても、前述した主軸頭装置 1 0 と同等の作用効果が奏される。つまり、機械構造的に異なるシャンク部 4 6を有する複数種類の工具ホルダ 1 4を使用する際に、個々の工具ホルダ 1 4に対応する受容凹部 1 1 4を有する工具支持部材 1 1 6 と、個々の工具ホルダ 1 4に対応するクランプ機能を有する工具クランプ部材 5 4とを、必要に応じて、装着部材 5 6 により主軸 1 0 2に装着して使用することができる。その結果、そのような異種の工具ホルダ 1 4を、それぞれに対応する工具保持機構 1 0 4により、共通の主軸 1 0 2上に交換可能に、安定して保持することが可能になる。例えば、 J I Sに従う工具ホルダと D I N に従う工具ホルダとに取り付けた種々の工具を、 1台の工作機械で、工具保持機構 1 0 4の機械構成を切り換えることにより、使用することができる。したがって、主軸頭装置 1 0 0によれば、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止することが可能になる。

また、主軸頭装置 1 0 0では、工具ホルダ 1 4の種類に関わらず、そのシャンク部 4 6を、主軸 1 0 2に直接保持させるのではなく、主軸 1 0 2に脱離可能に装着される工具支持部材 1 1 6の受容凹部 1 1 4に保持するようになっている。そのため、工具交換作業を繰り返すことにより、受容凹部 1 1 4が損耗した場合には、比較的高価な主軸 1 0 2を更新することなく、工具支持部材 1 1 6を新たなものに交換すればよい。したがって、主軸頭装置 1 0 0によれば、工具交換の頻度が高い場合であっても、主軸 1 0 2 を更新する必要が無く、維持費の高騰を防することが可能になる。

特に主軸頭装置 1 0 0では、工具保持機構 1 0 4が、工具支持部材 1 1 6 A、 1 1 6 B及び工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 Bをそれぞれに含む第 1ユニット 1 0.6 と第 2ユニット 1 1 8 とを互いに交換可能に備えているから、各ユニット 1 0 6、 1 0 8の工具支持部材 1 1 6 A、 1 1 6 Bと工具クランプ部材 5 4 A、 5 4 Bとを互いに組み合わせた状態で取り扱うことで、主軸 1 0 2に対する工具保持機構 1 0 4の交換作業が極めて容易になる。この点で、前述した主軸頭装置 1 0に比較して、各ユニット 1 0 6 1 0 8は、工具支持部材 1 1 6 A 1 1 6 Bに工具クランプ部材 5 4 A 5 4 Bと付勢部材 8 2 との双方を収容して構成されるから、主軸 1 0 2 に対する工具保持機構 1 0 4の交換作業が一層容易になる利点がある。その反面、両ュニット 1 0 6 1 0 8 に個別に付勢部材 8 2を内蔵するので、コスト的には、付勢部材 8 2 を共用できる前述した主軸頭装置 1 0のユニット構成が有利である。なお、主軸頭装置 1 0の構成は、工具支持部材 5 2 を小型にできる利点も有する。

上記した主軸頭装置 1 0 0においても、図 1 1 A及び図 1 2に示すように、工具支持部材 1 1 6 A 1 1 6 Bに、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダ 1 4 A 1 4 Bに供給するための流体通路 1 2

6 を形成することができるの場合にも、工具クランプ部材 5 4

A 5 4 Bの作動要素 6 6 A 6 6 Bに形成した第 2の流体通路 9

6 を介して、工具支持部材 1 1 6 A 1 1 6 Bの流体通路 1 2 6に流体を供給することができるこのような構成によれば、主軸 1 0

2に流体通路を形成する必要が無くなるので、主軸 1 0 2の作製コストを削減できる。

図 1 3 A〜図 1 4 Bは、前述した第 1及び第 2実施形態による主軸頭装置 1 0 1 0 0の変形例をそれぞれ示す。図 1 3 A及び図 1 3 Bに示すように、第 1実施形態による主軸頭装置 1 0 において、主軸 1 2は、主軸貫通穴 2 2の軸線方向前端（図で左端）に隣接する領域（すなわち前方部分 2 2 a) に、中心軸線 1 2 aを中心に前端開口に向けてテーパ状に拡径する嵌合面 1 2 8 を有することができる。この場合、工具支持部材 5 2 A (図 1 3 A) 5 2 B (図 1 3 B ) には、嵌合面 1 2 8のテーパ率と同じテーパ率でフランジ部分 6 0 に向けて拡径する外面 1 3 0が形成される。このような構成によれば、工具支持部材 5 2を主軸 1 2の主軸貫通穴 2 2の前方部分 2 2 aに収容したときに、両者の中心軸線 1 2 a、 5 2 aを互いに容易に合致させて、工具支持部材 5 2 を主軸 1 2上に心出し支持することができる。

同様に、図 1 4 A及び図 1 4 Bに示すように、第 2実施形態による主軸頭装置 1 0 0において、主軸 1 0 2は、主軸貫通穴 1 1 0の軸線方向前端（図で左端）に隣接する領域に、前端開口に向けてテーパ状に拡径する嵌合面 1 3 2を有することができる。この場合、工具支持部材 1 1 6 A (図 1 4 A) 、 1 1 6 B (図 1 4 B) には、嵌合面 1 3 2のテーパ率と同じテーパ率でフランジ部分 1 2 0に向けて拡径する外面 1 3 4が、軸線方向前端領域に形成される。このような構成によれば、工具支持部材 1 1 6 を主軸 1 0 2の主軸貫通穴 1 1 0に収容したときに、両者の中心軸線 1 0 2 a、 1 1 6 aを互いに容易に合致させて、工具支持部材 1 1 6を主軸 1 0 2上に心出し支持することができる。

図 1 5は、上記構成を有する主軸頭装置 1 0、 1 0 0 を装備可能な本発明の一実施形態による工作機械 2 0 0を示す。工作機械 2 0 0は、例として立型マシニングセンタの構成を有し、ベッド 2 0 2 と、ベッド 2 0 2上に水平移動可能に設置されるテーブル 2 0 4と、テーブル 2 0 4上に設置されるワークパレット 2 0 6 と、ベッド 2 0 2からテーブル 2 0 4の倾方に立設されるコラム 2 0 8 と、コラム 2 0 8の前面に鉛直移動可能に設置されるスライド 2 1 0 とを備え、スライド 2 1 0に、前述した第 1又は第 2実施形態による主軸頭装置 1 0、 1 0 0が内蔵される。工作機械 2 0 0はさらに、図示しない自動工具交換装置（AT C) を備え、工具をま持した工具ホルダ 1 4力 S、 AT Cによって、主軸頭装置 1 0、 1 0 0の主軸 1 2、 1 0 2 に着脱自在に取り付けられる。

工作機械 2 0 0は、前述したように、機械構造的に異なるシャンク部 4 6を有する複数種類の工具ホルダ 1 4を、それぞれに対応する工具保持機構 1 6 、 1 0 4 (図 1、図 8 ) により、共通の主軸 1 2 、 1 0 2上に交換可能に安定して保持できる主軸頭装置 1 0 、 1 0 0を装備しているから、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止 'できる。また、工作機械 2 0 0は、工具ホルダ 1 4のシャンク部 4 6を受容保持する主軸頭装置 1 0 、 1 0 0の受容凹部 5 0 、 1 1 4 (図 1、図 8 ) が損耗した場合に、主軸 1 2 、 1 0 2を更新する必要が無いから、維持費の高騰を防止できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、主軸頭装置において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを使用する際に、個々の工具ホルダに対応する受容凹部を有する工具支持部材と、個々の工具ホルダに対応するク ^ンプ機能を有する工具クランプ部材とを、必要に応じて、装着部材により主軸に装着して使用することができる。その結果、そのような異種の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に、安定して保持することが可能になり、以つて、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止することが可能になる。また、工具交換作業を繰り返すことにより、受容凹部が損耗した場合には、比較的高価な主軸を更新することなく、工具支持部材を新たなものに交換すればよいから、工具交換の頻度が高い場合であっても、維持費の高騰を防止することが可能になる。

以上、本発明をその好適な実施形態に関連して説明したが、後述する請求の範囲の開示から逸脱することなく様々な修正及び変更を為し得ることは、当業者に理解されよう。

Claims

1 . 工作機械の主軸頭装置であって、

主軸と、

前記主軸に工具ホルダを着脱自在に保持する工具保持機構とを具備し、

請

前記工具保持機構は、

工具ホルダのシャンク部を着脱自在に受容する受容凹部を有する工具支持部材と、

前記工具支持部材に対し作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置され、該作用位置で、前記工具ホルダの前記シャンク部を拘囲

持して該工具支持部材の前記受容凹部に該シャンク部を固定的に保持するとともに、該非作用位置で、該シャンク部を解放して該受容凹部に対する該工具ホルダの着脱動作を許容する工具クランプ部材と、

前記工具支持部材と前記工具クランプ部材とを前記主軸に脱離可能に装着する装着部材と、

を具備する主軸頭装置。

2 . 前記主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有し、前記工具支持部材は、前記受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、該主軸の軸線方向一端に隣接して該主軸貫通穴の一部分に収容される寸法を有し、

前記工具クランプ部材は、該工具支持部材の該部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、該主軸の軸線方向他端と該工具支持部材との間の該主軸貫通穴の他部分に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により該可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有する、請求項 1 に記載の工作機械の主軸頭装置。

3 . 前記工具保持機構は、前記主軸の前記主軸貫通穴の前記他部分に収容され、前記工具クランプ部材を前記非作用位置から前記作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材と、該主軸に対し固定的に配置され、該付勢部材が該主軸貫通穴から脱落することを防止する係止部材とをさらに具備する、請求項 2に記載の工作機械の主軸頭装置

4 . 前記主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有し、前記工具支持部材は、前記受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、該主軸の該主軸貫通穴の軸線方向全長に渡って収容される寸法を有し、

前記工具クランプ部材は、該工具支持部材の該部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、該工具支持部材の該部材貫通穴に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により該可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有する、

請求項 1 に記載の工作機械の主軸頭装置。

5 . 前記工具保持機構は、前記工具支持部材の前記部材貫通穴に収容され、前記工具クランプ部材を前記非作用位置から前記作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材と、該工具支持部材に対し固定的に配置され、該付勢部材が該部材貫通穴から脱落することを防止する係止部材とをさらに具備する、請求項 4に記載の工作機械の主軸頭装置。

6 . 前記主軸は、前記主軸貫通穴の軸線方向一端に隣接する領域に、該軸線方向一端に向けてテーパ状に拡径して前記工具支持部材を心出し支持する嵌合面を有する、請求項 1 に記載の工作機械の主軸頭装置。

7 . 前記工具支持部材は、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダに供給するための流体通路を有する、請求項 1 に記載の工作機械の主軸頭装置。

8 . 前記工具保持機構は、

第 1 の前記受容凹部を有する第 1 の前記工具支持部材、及び前記作用位置と前記非作用位置との間で第 1 の変位動作を遂行する第 1 の前記工具クランプ部材を含む第 1ユニットと、

該第 1 の受容凹部とは形状が異なる第 2の前記受容凹部を有する第 2の前記工具支持部材、及び前記作用位置と前記非作用位置との間で該第 1 の変位動作とは異なる第 2の変位動作を遂行する第 2の前記工具クランプ部材を含む第 2ュニッ卜とを、互いに交換可能に具備する、

請求項 1 に記載の工作機械の主軸頭装置。

9 . 請求項 1 に記載の主軸頭装置を具備する工作機械。