WO2010073501A1

WO2010073501A1 - 工作機械用主軸の工具固定装置

Info

Publication number: WO2010073501A1
Application number: PCT/JP2009/006599
Authority: WO
Inventors: 橋立昭武
Original assignee: パスカルエンジニアリング株式会社
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2010-07-01
Also published as: TW201029777A; JP2010149227A

Abstract

ガススプリング(２０)は、主軸(２)に軸心方向へ移動自在に装着されたシリンダ部材(２１)、シリンダ部材(２１)に収容されたピストン(２２ａ)とピストン(２２ａ)から主軸先端側へ延びるロッド(２２ｂ)とを有するロッド部材(２２)、シリンダ部材(２１)の内部においてピストン(２２ａ)よりも主軸基端側に形成され且つ圧縮ガス(Ｇ)が収容されたガス作動室(２３)を有し、チャック機構(１０)の荷重入力部(１０ａ)とシリンダ部材(２１)とを連結するチャックシリンダ連結機構(３０)、主軸(２)に対してロッド部材(２２)が少なくとも主軸先端側へ移動しないようにロッド部材(２２)を主軸(２)に固定するロッド部材固定機構(４０)を有する。

Description

工作機械用主軸の工具固定装置

　本発明は工作機械用主軸の工具固定装置に関し、特に、チャック機構を主軸基端側へ引っ張り付勢するガススプリングを備え、このガススプリングのシリンダ部材によってチャック機構を引っ張り付勢するようにしたものである。

　工作機械用主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸の先端部分に工具ホルダを固定解除可能に固定するものであり、主軸の先端部分に装着される工具ホルダの基端部を把持可能なチャック機構と、このチャック機構に連動連結されたドローバーと、このドローバーを主軸基端側へ引っ張り付勢する付勢機構と、ドローバーを付勢機構の付勢力に抗して主軸先端側へ駆動する解除機構とを備えている（例えば、特許文献１～４参照）。

　この工具固定装置では、解除機構が作動して、ドローバーが主軸先端側へ駆動されると、工具ホルダが主軸の先端部分に固定されている場合には固定解除され、工具ホルダを主軸の先端部分に着脱可能になる。工具ホルダが主軸の先端部分に装着された状態で、解除機構が停止すると、付勢機構の付勢力により、工具ホルダがチャック機構により把持されて主軸の先端部分に固定される。ところで、前記付勢機構として、特許文献１～３のようにガススプリングを採用したもの（ガススプリング方式）と、特許文献４のように皿バネを採用したもの（皿バネ方式）とが実用化されている。

　ガススプリング方式の工具固定装置では、ガススプリングのシリンダ部材が主軸に固定的に設けられ、ドローバーはチャック機構から主軸基端側へ延びて、ガススプリングのシリンダ部材及びピストン内を挿通している。シリンダ部材の内部においてピストンよりも主軸先端側にガス作動室が形成され、このガス作動室に収容された圧縮ガスにより、ピストンと共にドローバーが主軸基端側へ付勢される。

　皿バネ方式の工具固定装置では、先端側バネ受け部が主軸に固定的に設けられ、ドローバーは、前記同様、チャック機構から主軸基端側へ延びて、先端側バネ受け部を挿通している。ドローバーの基端側部分に基端側バネ受け部が設けられ、先端側バネ受け部と基端側バネ受け部との間に皿バネが積層状に装着されている。

特開２０００－５９０７号公報特開２００１－８７９１０号公報特開２００５－１６９５６２号公報特開２００４－２４３４５９号公報

　皿バネ方式の工具固定装置では、主軸の先端部分に工具ホルダを固定する工具固定力、つまり、皿バネの付勢力を大きくするために、皿バネが全体的に軸心方向に大型化し、その皿バネを収容するために主軸の長さが長くなる。そこで、皿バネの付勢力を増力してチャック機構に入力する増力機構を設け、皿バネの大型化を抑制することもできるが、この増力機構を設ける分、構成が複雑化し製作コストが高価になる。しかも、皿バネを主軸に安定的に収容し装着するのには限界があり、主軸の高速回転時に皿バネに振れが生じて主軸が振動する虞がある。

　ガススプリング方式の工具固定装置では、ガススプリングのシリンダ部材及びピストン内をドローバーが挿通するため、ピストンの受圧面積が小さくなり、ガススプリングの付勢力が低下する。ドローバーはチャック機構に大きな工具固定力を伝達するために、ドローバーの直径を小径化するにも限度がある。つまり、ドローバーの直径を小径化することによりピストンの受圧面積の増大を図ることは難しい。そこで、ピストンの受圧面積を大きくするために、ガススプリングの内径を大きくすることが考えられるが、主軸内にガススプリングを組付けできない虞もある。

　そこで、ガススプリングを主軸の基端側へ取付けることも考えられるが、主軸及び工具固定装置を含む主軸ユニットが大型化する。また、ガス作動室に収容する圧縮ガスのガス圧を高くすることも考えられるが、ガス圧を高くし過ぎると圧縮ガスのリークが発生し易くなり、ガス圧を高く維持するのが容易ではない。他方、前記同様、ガススプリングの付勢力を増力してチャック機構に入力する増力機構を設けることもできるが、この増力機構を設ける分、構成が複雑化し製作コストが高価になる。

　本発明の目的は、ガススプリングの付勢力、つまり、主軸の先端部分に工具又は工具ホルダを固定する工具固定力を大きくすることができ、しかも、構成を簡単化でき、小型化でき、製作コスト的にも有利になり、主軸の高速回転時の振動安定性に優れ、高寿命化を図ることができる、工作機械用主軸の工具固定装置を提供することである。

　本発明の工作機械用主軸の工具固定装置は、工作機械の主軸の先端部分に装着される工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なチャック機構と、このチャック機構の荷重入力部を主軸基端側へ引っ張り付勢するガススプリングとを備えた工作機械用主軸の工具固定装置において、前記ガススプリングは、前記主軸に軸心方向へ移動自在に装着されたシリンダ部材と、前記シリンダ部材に収容されたピストンとピストンから主軸先端側へ延びるロッドとを有するロッド部材と、前記シリンダ部材の内部においてピストンよりも主軸基端側に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス作動室とを有し、前記チャック機構の荷重入力部とシリンダ部材とを連結するチャックシリンダ連結機構と、前記主軸に対してロッド部材が少なくとも主軸先端側へ移動しないようにロッド部材を主軸に固定するロッド部材固定機構とを設けたことを特徴とする。

　この工作機械用主軸の工具固定装置では、ガススプリングのシリンダ部材が、主軸に軸心方向へ移動自在に装着され、チャックシリンダ連結機構によりチャック機構の荷重入力部に連結されている。ガススプリングのロッド部材が、シリンダ部材に収容されたピストンとピストンから主軸先端側へ延びるロッドとを有し、ロッド部材固定機構により主軸に対して主軸先端側へ移動しないように主軸に固定されている。そして、シリンダ部材の内部においてピストンよりも主軸基端側にガス作動室が形成され、このガス作動室に圧縮ガスが収容されている。つまり、ガス作動室に収容された圧縮ガスのガス圧により、シリンダ部材が主軸基端側へ付勢され、このシリンダ部材とチャックシリンダ連結機構を介して、チャック機構の荷重入力部が主軸基端側へ引っ張り付勢される。

　本発明の工作機械用主軸の工具固定装置によれば、ガススプリングのシリンダ部材が、主軸に軸心方向へ移動自在に装着され、チャックシリンダ連結機構によりチャック機構の荷重入力部に連結され、ガススプリングのロッド部材が、シリンダ部材に収容されたピストンとピストンから主軸先端側へ延びるロッドとを有し、ロッド部材固定機構により主軸に対して主軸先端側へ移動しないように主軸に固定され、シリンダ部材の内部においてピストンよりも主軸基端側にガス作動室が形成され、このガス作動室に圧縮ガスが収容され、この圧縮ガスのガス圧により、シリンダ部材が主軸基端側へ付勢され、このシリンダ部材とチャックシリンダ連結機構を介して、チャック機構の荷重入力部が主軸基端側へ引っ張り付勢される。

　つまり、ドローバーとガススプリングとを備えた工具固定装置に比べて、シリンダ部材及びピストン内を挿通するドローバーを省略して、ガススプリングによりチャック機構の荷重入力部を主軸基端側へ引っ張り付勢することができ、ドローバーを省略できる分、シリンダ部材の受圧面積を大きくすることができるので、ガススプリングの付勢力を大きくして、主軸の先端部分に工具又は工具ホルダを固定する工具固定力を大きくすることができる。しかも、ガススプリングの付勢力を増力してチャック機構に入力する増力機構を設けなくても、所望の大きな工具固定力を発生することができるので、構成を簡単化でき、小型化でき、製作コスト的にも有利になる。そして、ガススプリング方式の工具固定装置であるため、皿バネ方式の工具固定装置に比べて、主軸の長さを短くでき、主軸の高速回転時の振動安定性に優れ、高寿命化を図ることができる。

　本発明の上記の構成に加えて、次のような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記チャックシリンダ連結機構とロッド部材固定機構とが相互干渉しないように構成される。この構成によれば、ガススプリングのロッド部材を主軸に固定した状態で、チャック機構を動作させるためにシリンダ部材を軸心方向へ移動させ得るようにすることができる。

（２）前記主軸に取付孔が貫通状に形成され、前記ガススプリングとチャックシリンダ連結機構が主軸の取付孔内に装着される。この構成によれば、ガススプリングについては軸心方向に小型化できることから、主軸の長さを短くすることができ、主軸と工具固定装置とを有する主軸ユニットをコンパクトに構成できる。

（３）前記チャックシリンダ連結機構は、シリンダ部材から主軸先端側へ一体的に延びるように設けられた連結筒部を有し、前記チャック機構の荷重入力部が、連結筒部の先端部に連結されたドローボルト部材を有する。この構成によれば、チャックシリンダ連結機構の構成を簡単化し、シリンダ部材とチャック機構の荷重入力部とを確実に連結することができる。

（４）前記連結筒部にロッド部材のロッドが軸心方向へ相対的に移動自在に挿通され、前記ロッド部材固定機構は、ロッド部材のロッドに軸心直交方向へ貫通状に固定され且つ両端部が主軸に固定されたピン部材を有し、前記連結筒部がチャック機構を動作させる為に軸心方向へ移動する際にピン部材と干渉しないように、連結筒部にピン部材が貫通する１対の長穴が形成される。この構成によれば、工具固定装置を軸心方向にコンパクトに配設することができ、また、ピン部材を介してロッド部材を主軸に確実に固定することができ、この状態で、チャック機構を動作させるためにシリンダ部材を軸心方向へ移動させ得るようにすることができる。

（５）前記ロッド部材固定機構は、主軸の取付孔に内嵌されたカラー部材と、このカラー部材が主軸に対して主軸先端側へ移動しないように且つ回転しないようにカラー部材を主軸に固定するカラー固定部とを有し、このカラー部材に前記ピン部材の両端部が嵌合固定される。この構成によれば、ピン部材とカラー部材とカラー固定部とを介してロッド部材を主軸に確実に固定することができる。

（６）前記カラー固定部は、主軸に取付けられ且つカラー部材に軸心直交方向から係合するように軸心対称に設けられた１対のストッパピンからなる。この構成によれば、この１対のストッパピンにより、カラー部材を主軸に容易に固定でき、しかも、ストッパピンを設けたことによる主軸の高速回転時のバランスの狂いによる振動発生を防止することができる。

（７）前記シリンダ部材の基端側端壁に軸心対称に取付けられ、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為の１対のガス充填用チェック弁を備える。この構成によれば、このガス充填用チェック弁により、ガス作動室に圧縮ガスを容易に充填でき、しかも、ガス充填用チェック弁を設けたことによる主軸の高速回転時のバランスの狂いによる振動発生を防止することができる。

（８）前記カラー部材の先端部にチャック機構の先端部を案内するチャック案内部が形成される。この構成によれば、このチャック案内部により、チャック機構を確実に動作させることができ、そして、カラー部材を有効利用してチャック案内部を設けることができる。

（９）前記シリンダ部材の基端側端壁から主軸先端側へ延び且つロッド部材に軸心方向へ摺動自在に液密に内嵌された軸状部材を有し、前記主軸の基端側から内部を通って先端側へ冷却液を供給する冷却液通路として、シリンダ部材の基端側端壁及び軸状部材とロッド部材に貫通状に形成された冷却液通路部を設ける。この構成によれば、冷却液を主軸の基端側から内部を通って先端側へ確実に供給することができ、ここで、ドローバーとガススプリングとを備えた工具固定装置に比べて、軸状部材の直径をドローバーの直径よりもかなり小径にできるため、受圧面積を大きくして、ガススプリングの付勢力を大きくすることができる。

（１０）前記ピン部材がロッド部材に形成された冷却液通路部と交差するように配置され、このピン部材の外周部に冷却液通路部に連通する冷却液環状通路部が形成される。この構成によれば、ピン部材に阻害されることなく、冷却液を主軸の基端側から内部を通って先端側へ確実に供給することができ、また、ピン部材も冷却液通路部の形成に制限されずに配設することができる。

実施例１の工具固定装置（工具保持状態）を含む主軸ユニットの断面図である。工具固定装置（工具保持解除状態）を含む主軸ユニットの断面図である。工具固定装置を含む主軸ユニットの要部を拡大した断面図である。実施例２の図１相当図である。実施例３の図３相当図である。実施例４の図１相当図である。

　以下、本発明を実施する為の最良の形態について実施例に基づいて説明する。

　図１～図３に示すように、工作機械の主軸ユニット１は、主軸２と、主軸２を複数のベアリング３ａ，３ｂ，３ｃを介して回転自在に支持するハウジング３と、主軸２を回転駆動する主軸駆動機構４と、主軸２の先端部分に工具Ｔを保持した工具ホルダＴＨを固定解除可能に固定する工具固定装置５とを備えている。尚、以下の説明で単に軸心という記載は主軸２の軸心を意味するものとする。

　主軸２には、先端部分に先端側程大径化するテーパ状の内周面を有するホルダ保持部２ａが形成され、ホルダ保持部２ａの基端側近傍部にホルダ保持部２ａの内周面基端部の直径よりも大径の保持部基端側穴２ｂが形成され、保持部基端側穴２ｂよりも基端側に保持部基端側穴２ｂの直径よりも大径の取付孔２ｃが貫通状に形成されている。工具ホルダＴＨのテーパ状の外周面を有するシャンク部ＴＨａがホルダ保持部２ａに係合して装着された状態になり、工具ホルダＴＨの基端部に鍔状の被係合部ＴＨｃを有するプルスタッドＴＨｂが保持部基端側穴２ｂと取付孔２ｃの先端部に挿入された状態になる。

　主軸２の先端部に鍔部２ｄが形成され、この鍔部２ｄよりも基端側において主軸２に筒状部材６が外嵌固定され、鍔部２ｄと筒状部材６との間にベアリング３ａ，３ｂが装着されている。主軸駆動機構４は、主軸２の外周部に固定された複数の永久磁石４ａと、主軸２の外周外側に配置されハウジング３に取付けられた複数の電磁石４ｂとを有し、この永久磁石４ａと電磁石４ｂとで電動モータを構成している（図１参照）。

　工具固定装置５について説明する。
　図１～図３に示すように、工具固定装置５は、主軸２の先端部分のホルダ保持部２ａに装着される工具ホルダＴＨの基端部の被係合部ＴＨｃを把持可能なチャック機構１０と、このチャック機構１０の荷重入力部１０ａを主軸基端側へ引っ張り付勢するガススプリング２０とを備えている。

　ガススプリング２０は、主軸２に軸心方向へ移動自在に装着されたシリンダ部材２１と、シリンダ部材２１に収容されたピストン２２ａとピストン２２ａから主軸先端側へ延びるロッド２２ｂとを有するロッド部材２２と、シリンダ部材２１の内部においてピストン２２ａよりも主軸基端側に形成され且つ圧縮ガスＧが収容されたガス作動室２３とを有する。シリンダ部材２１とロッド部材２２の軸心は主軸２の軸心と一致している。

　工具固定装置５は、チャック機構１０の荷重入力部１０ａとシリンダ部材２１とを連結するチャックシリンダ連結機構３０と、主軸２に対してロッド部材２２が少なくとも主軸先端側へ移動しないようにロッド部材２２を主軸２に固定するロッド部材固定機構４０とを備え、このチャックシリンダ連結機構３０とロッド部材固定機構４０とが相互干渉しないように構成されている。主軸２の取付孔２ｃ内に、ガススプリング２０とチャックシリンダ連結機構３０の全部が装着されるとともに、チャック機構１０とロッド部材固定機構４０の大部分が装着されている。

　工具固定装置５は、ガススプリング２０の付勢力に抗してシリンダ部材２１を主軸先端側へ駆動する解除機構５０を備え、主軸ユニット１は、主軸２の基端側から内部を通って先端側へ冷却液を供給する冷却液通路６０を備えている。

　チャック機構１０について説明する。
　チャック機構１０は、周方向に複数分割（例えば、４分割）された部材で構成されたコレット１１を有し、このコレット１１は、複数分割された部材の基端部分が環状の弾性部材１１ａにより束ねられ、工具ホルダＴＨのプルスタッドＴＨｂを先端側から受け入れ可能に形成されている。コレット１１には、先端部の外周側にテーパ状の被案内部１１ｂ，１１ｃが形成され、先端部分の内周側にプルスタッドＴＨｂの被係合部ＴＨｃに係合可能な係合部１１ｄが形成され、基端部に内鍔部１１ｅが形成されている。

　荷重入力部１０ａは、ドローボルト部材１２とナット部材１３とを有する。ドローボルト部材１２は、コレット１１の内鍔部１１ｅの中心側の穴を先端側から挿通し、ナット部材１３はチャックシリンダ連結機構３０の連結筒部３１の先端部に内嵌螺合され、ドローボルト部材１２がナット部材１３に螺合されている。つまり、ドローボルト部材１２がナット部材１３を介して連結筒部３１に連結されている。コレット１１の内鍔部１１ｅは、ドローボルト部材１２の頭部とナット部材１３との間に可動に係合されている。

　チャック機構１０は、荷重入力部１０ａが連結筒部３１と共に軸心方向へ移動することにより、コレット１１も形状を変化させながら軸心方向へ移動し、コレット１１の先端部分が取付孔２ｃ内に退入して工具ホルダＴＨの被係合部ＴＨｃに係合可能な図１に示す保持状態と、コレット１１の先端部分が保持部基端側穴２ｂ内に突出して広がり工具ホルダＴＨの被係合部ＴＨｃを出し入れ可能な図２に示す保持解除状態とに切換えられる。

　ガススプリング２０について説明する。
　シリンダ部材２１は、主軸２の取付孔２ｃに摺動自在に内嵌されたシリンダ本体２１ａと、シリンダ本体２１ａの先端部に一体形成された先端側端壁２１ｂと、シリンダ本体２１ａの基端部に内嵌された基端側端壁２１ｃとを有する。基端側端壁２１ｃは、シリンダ本体２１ａの内周部に装着されたストップリング２４により、シリンダ本体２１ａに対して主軸基端側へ移動不能に係止され、基端側端壁２１ｃに装着された環状シール２５ａにより、シリンダ本体２１ａと基端側端壁２１ｃとの間がシールされている。基端側端壁２１ｃには、ガス作動室２３に圧縮ガスＧを充填する為の１対のガス充填用チェック弁２６が軸心対称に取付けられている。

　ロッド部材２２のピストン２２ａは、シリンダ本体２１ａに摺動自在に内嵌され、ピストン２２ａに装着された環状シール２５ｂ，２５ｃにより、シリンダ本体２１ａとピストン２２ａとの間がシールされている。ロッド部材２２のロッド２２ｂは、ピストン２２ａと一体形成され、先端側端壁２１ｂを摺動自在に挿通して延び、その先端がナット部材１３の近くに達している。先端側端壁２１ｂに装着された環状シール２５ｄにより、先端側端壁２１ｂとロッド２２ｂとの間がシールされている。ガススプリング２０の基端側において、主軸２の取付孔２ｃの内面部には、シリンダ部材２１が主軸基端側へ移動不能にシリンダ部材２１を係止する係止リング２７が装着されている。

　チャックシリンダ連結機構３０について説明する。
　チャックシリンダ連結機構３０は、シリンダ部材２１から主軸先端側へ一体的に延びるように設けられた連結筒部３１を有し、前記のように、この連結筒部３１の先端部にドローボルト部材１２がナット部材１３を介して連結されている。連結筒部３１の軸心は主軸２の軸心と一致している。連結筒部３１は先端側端壁２１ｂに一体形成されて、主軸２の取付孔２ｃよりも小径に形成され、この連結筒部３１にロッド部材２２のロッド２２ｂが軸心方向へ相対的に移動自在に挿通されている。

　ロッド部材固定機構４０について説明する。
　ロッド部材固定機構４０は、ロッド部材２２のロッド２２ｂに軸心直交方向へ貫通状に固定されたピン部材４１と、主軸２の取付孔２ｃに内嵌され且つピン部材４１の両端部が嵌合固定されたカラー部材４２と、このカラー部材４２が主軸２に対して主軸先端側へ移動しないように且つ回転しないようにカラー部材４２をガススプリング２０の付勢力により主軸２に固定するカラー固定部を構成する１対のストッパピン４３とを有する。つまり、ピン部材４１の両端部は、カラー部材４２と１対のストッパピン４３とを介して、主軸２に固定されている。カラー部材４２の軸心は主軸２の軸心と一致している。

　連結筒部３１は、カラー部材４２に摺動自在に内嵌され、且つ、ロッド部材２２のロッド２２ｂに摺動自在に外嵌されている。連結筒部３１がチャック機構１０を動作させる為に図１の状態と図２の状態とに亙って軸心方向へ移動する際にピン部材４１と干渉しないように、連結筒部３１にピン部材４１が貫通する１対の長穴３１ａが形成されている。

　カラー部材４２の基端部分に、ピン部材４１の両端部が嵌合する１対のピン部材嵌合孔４２ａが形成され、カラー部材４２の先端部分に、１対のストッパピン４３が係合する１対のストッパピン係合溝４２ｂが形成されている。ストッパピン係合溝４２ｂは、カラー部材４２の先端から主軸基端側へ延びる短い溝に形成されている。１対のストッパピン４３は、軸心対称に設けられて、主軸２に軸心直交方向から取付けられ、そのために、主軸２には１対のストッパピン取付孔２ｅが形成されている。

　前記筒状部材６によって、１対のストッパピン取付孔２ｅの外周外側がカバーされて、ストッパピン取付孔２ｅに取付けられたストッパピン４３が抜け止めされている。この１対のストッパピン４３がカラー部材４２の１対のストッパピン係合溝４２ｂに軸心直交方向から係合し、ガススプリング２０の付勢力により１対のストッパピン係合溝４２ｂの基端側端部に係合した状態に保持され、この状態で、カラー部材４２が主軸先端側へ移動不能となり、カラー部材４２の先端が、主軸２の取付孔２ｃと保持部基端側穴２ｂとの境界段部に略当接した状態になる。尚、ストッパピン４３及びストッパピン係合溝４２ｂを用いた固定構造により、カラー部材４２等を主軸２から容易に分解可能になる。

　カラー部材４２の先端部は、主軸２の保持部基端側穴２ｂの内周面よりも軸心側へ張出し、このカラー部材４２の先端部に、チャック機構１０の先端部（コレット１１）の被案内部１１ｂ，１１ｃを案内するテーパ状のチャック案内部４２ｃ，４２ｄが形成されている。チャック案内部４２ｃが被案内部１１ｂを案内し、このチャック案内部４２ｃと被案内部１１ｂは、互いに当接可能に先端側ほど小径化するテーパに形成され、また、チャック案内部４２ｄが被案内部１１ｃを案内し、このチャック案内部４２ｄと被案内部１１ｃは、互いに当接可能に先端側ほど大径化するテーパに形成されている。

　コレット１１が軸心方向へ移動することにより、コレット１１の被案内部１１ｂ，１１ｃがカラー部材４２の案内部４２ｃ，４２ｄに案内されて、図１に示す保持状態と図２示す保持解除状態とに亙って切換えられる。

　解除機構５０について説明する。
　解除機構５０は、油圧シリンダ５１を有し、この油圧シリンダ５１は、主軸２の基端部分が挿通するハウジング３の基端壁部３ｄに取付けられている。この油圧シリンダ５１において、シリンダ部材５２がハウジング３の基端壁部３ｄに固定されて、シリンダ部材５２の内部において、シリンダ部材５２の基端側端壁５２ａとピストン５３との間に油室５４が形成され、シリンダ部材５２の先端側端壁５２ｂとピストン５３との間に復帰バネ５５が装着され、ピストンロッド５６がピストン５３から両側へ延び両端壁５２ａ，５２ｂを挿通しシリンダ部材５２外へ突出している。尚、５７ａ～５７ｃは環状シールである。

　ピストンロッド５６の先端側部分は、主軸２の取付孔２ｃの直径よりも小径に形成されて、取付孔２ｃに基端側から挿入されている。図１に示すように、解除機構５０が作動停止状態のとき、油圧シリンダ５１のピストンロッド５６の先端部が、係止リング２７よりも主軸基端側に位置した状態になる。コレット１１が工具ホルダＴＨを保持した状態では、シリンダ部材２１の基端部が係止リング２７よりも主軸先端側に位置した状態になるが、コレット１１が工具ホルダＴＨを保持していない状態では、シリンダ部材２１の基端部が係止リング２７に係止された状態になり、ここで、連結筒部３１の長穴３１ａの先端側端部もピン部材４１に係止された状態になる。

　図２に示すように、解除機構５０が作動すると、油圧シリンダ５１の油室５４に油圧が供給されて、ピストンロッド５６が主軸先端側へ駆動され、ピストンロッド５６の先端部が係止リング２７の内側を通って、シリンダ部材２１の基端部に当接して、シリンダ部材２１を主軸先端側へ押動する。これにより、連結筒部４２と共にドローボルト部材１２とナット部材１３も主軸先端側へ移動するため、コレット１１が主軸先端側へ移動し保持解除状態になる。油室５４への油圧の供給を停止すると、復帰バネ５５によりピストンロッド５６が復帰して、解除機構５０が前記の作動停止状態になり、コレット１１がガススプリング２１の付勢力により前記の保持状態になる。

　冷却液供給通路６０について説明する。
　ここで、先ず、シリンダ部材２１の基端側端壁２１ｃには、基端側端壁２１ｃから主軸先端側へ延びる軸状部材６１と、基端側端壁２１ｃから主軸基端側へ延びる基端側軸状部材６２とが一体的に形成され、軸状部材６１はロッド部材２２に軸心方向へ摺動自在に液密に内嵌されている。尚、主軸２の回転時、軸状部材６１とロッド部材２２が一体的に回転する。また、油圧シリンダ５１のピストンロッド５６には貫通孔５６ａが形成され、この貫通孔５６ａに解除機構側軸状部材６３が軸心方向へ移動自在に且つ回転自在に挿通され、基端側軸状部材６２が解除機構側軸状部材６３に液密に内嵌されている。尚、主軸２の回転時、基端側軸状部材６２と解除機構側軸状部材６３が一体的に回転し、ピストンロッド５６の軸心方向への移動時、解除機構側軸状部材６３がピストンロッド５６に対して軸心方向へ相対的に移動可能である。

　そして、冷却液供給通路６０として、シリンダ部材２１の基端側端壁２１ｃ及び軸状部材６１及び基端側軸状部材６２、ロッド部材２２、解除機構側軸状部材６３に貫通状に形成された冷却液通路部６５が設けられている。また、ピン部材４１がロッド部材２２に形成された冷却液通路部６５と交差するように配置され、このピン部材４１の外周部に冷却液通路部６５に連通する冷却液環状通路部６６が形成されている。更に、ドローボルト部材１２にも冷却液通路部６７が貫通状に形成されている。

　こうして、冷却液供給源から供給される冷却液は冷却液供給通路６０を通って、コレット１１の内部に至った後、工具ホルダＴＨ、工具ホルダＴに形成された図示略の工具側冷却液供給通路を通って噴出され、この冷却液により、工具Ｔが冷却されるとともに、工具Ｔで切削されたワークの切屑が除去される。尚、冷却液が主軸２の基端側から内部を通って先端側へ供給される際、冷却液が不必要箇所に漏れないように、複数の環状シール６８ａ～６８ｅが図１～図３に示すように設けられている。

　以上説明した工具固定装置５の作用・効果について説明する。
　ガススプリング２０のシリンダ部材２１が、主軸２に軸心方向へ移動自在に装着され、チャックシリンダ連結機構３０によりチャック機構１０の荷重入力部１０ａに連結され、ガススプリング２０のロッド部材２２が、シリンダ部材２１に収容されたピストン２２ａとピストン２２ａから主軸先端側へ延びるロッド２２ｂとを有し、ロッド部材固定機構４０により主軸２に対して主軸先端側へ移動しないように主軸２に固定され、シリンダ部材２１の内部においてピストン２２ａよりも主軸基端側にガス作動室２３が形成され、このガス作動室２３に圧縮ガスＧが収容され、この圧縮ガスＧのガス圧により、シリンダ部材２１が主軸基端側へ付勢され、このシリンダ部材２１とチャックシリンダ連結機構３０を介して、チャック機構１０の荷重入力部１０ａが主軸基端側へ引っ張り付勢される。

　つまり、ドローバーとガススプリングとを備えた工具固定装置に比べて、シリンダ部材２１及びピストン２２ａ内を挿通するドローバーを省略して、ガススプリング２０によりチャック機構１０の荷重入力部１０ａを主軸基端側へ引っ張り付勢することができ、ドローバーを省略できる分、シリンダ部材２１の受圧面積を大きくすることができるので、ガススプリング２０の付勢力を大きくして、主軸２の先端部分に工具ホルダＴＨを固定する工具固定力を大きくすることができる。しかも、ガススプリング２０の付勢力を増力してチャック機構１０に入力する増力機構を設けなくても、所望の大きな工具固定力を発生することができるので、構成を簡単化でき、小型化でき、製作コスト的にも有利になる。そして、ガススプリング方式の工具固定装置５であるため、皿バネ方式の工具固定装置に比べて、主軸２の長さを短くでき、主軸２の高速回転時の振動安定性に優れ、高寿命化を図ることができる。

　チャックシリンダ連結機構３０とロッド部材固定機構４０とが相互干渉しないように構成されたので、ガススプリング２０のロッド部材２２を主軸２に固定した状態で、チャック機構１０を動作させるためにシリンダ部材２１を軸心方向へ移動させ得るようにすることができる。主軸２に取付孔２ｃが貫通状に形成され、ガススプリング２０とチャックシリンダ連結機構３０が主軸２の取付孔２ｃ内に装着されたので、ガススプリング２０については軸心方向に小型化できることから、主軸２の長さを短くすることができ、主軸２と工具固定装置５とを有する主軸ユニット１をコンパクトに構成できる。

　チャックシリンダ連結機構３０は、シリンダ部材２１から主軸先端側へ一体的に延びるように設けられた連結筒部３１を有し、チャック機構１０の荷重入力部１０ａが、連結筒部３１の先端部に連結されたドローボルト部材１２を有するので、チャックシリンダ連結機構３０の構成を簡単化し、シリンダ部材２１とチャック機構１０の荷重入力部１０ａとを確実に連結することができる。

　連結筒部３１にロッド部材２２のロッド２２ｂが軸心方向へ相対的に移動自在に挿通されたので、工具固定装置５を軸心方向にコンパクトに配設することができ、また、ロッド部材固定機構４０は、ロッド部材２２のロッド２２ｂに軸心直交方向へ貫通状に固定され且つ両端部が主軸２に固定されたピン部材４１を有し、連結筒部３１がチャック機構１０を動作させる為に軸心方向へ移動する際にピン部材４１と干渉しないように、連結筒部３１にピン部材４１が貫通する１対の長穴３１ａが形成されたので、ピン部材４１を介してロッド部材２２を主軸２に確実に固定することができ、この状態で、チャック機構１０を動作させるためにシリンダ部材２１を軸心方向へ移動させ得るようにすることができる。

　ロッド部材固定機構４０は、主軸２の取付孔２ｃに内嵌されたカラー部材４２を有し、このカラー部材４２が主軸２に対して主軸先端側へ移動しないように且つ回転しないようにカラー部材４２を主軸２に固定し、このカラー部材４２にピン部材４１の両端部が嵌合固定されたので、ピン部材４１とカラー部材４２とを介してロッド部材２２を主軸２に確実に固定することができる。カラー部材４２を主軸２に固定するために、主軸２に取付けられ且つカラー部材４１に軸心直交方向から係合するように軸心対称に設けられた１対のストッパピン４３を有するので、この１対のストッパピン４３により、カラー部材４２を主軸２に容易に固定でき、しかも、ストッパピン４３を設けたことによる主軸２の高速回転時のバランスの狂いによる振動発生を防止することができる。

　シリンダ部材２１の基端側端壁２１ｃに軸心対称に取付けられ、ガス作動室２３に圧縮ガスＧを充填する為の１対のガス充填用チェック弁２６を備えたので、このガス充填用チェック弁２６により、ガス作動室２３に圧縮ガスＧを容易に充填でき、しかも、ガス充填用チェック弁２６を設けたことによる主軸２の高速回転時のバランスの狂いによる振動発生を防止することができる。カラー部材４２の先端部にチャック機構１０の先端部を案内するチャック案内部４２ｃ，４２ｄが形成されたので、このチャック案内部４２ｃ，４２ｄにより、チャック機構１０を確実に動作させることができ、そして、カラー部材４２を有効利用してチャック案内部４２ｃ，４２ｄを設けることができる。

　シリンダ部材２１の基端側端壁２１ｃから主軸先端側へ延び且つロッド部材２２に軸心方向へ摺動自在に液密に内嵌された軸状部材６１を有し、主軸２の基端側から内部を通って先端側へ冷却液を供給する冷却液通路６０として、シリンダ部材２１の基端側端壁２１ｃ及び軸状部材６１とロッド部材２２に貫通状に形成された冷却液通路部６５を設けたので、冷却液を主軸２の基端側から内部を通って先端側へ確実に供給することができ、ここで、ドローバーとガススプリングとを備えた工具固定装置に比べて、軸状部材６１の直径をドローバーの直径よりもかなり小径にできるため、受圧面積を大きくして、ガススプリング２０の付勢力を大きくすることができる。

　ピン部材４１がロッド部材２２に形成された冷却液通路部６５と交差するように配置され、このピン部材４１の外周部に冷却液通路部６５に連通する冷却液環状通路部６６が形成されたので、ピン部材４１に阻害されることなく、冷却液を主軸２の基端側から内部を通って先端側へ確実に供給することができ、また、ピン部材４１も冷却液通路部６５の形成に制限されずに配設することができる。

　次に、実施例１を部分的に変更した実施例２～４について説明する。但し、実施例１と基本的に同一又は類似するものには同一符号又は類似符号を付して説明を省略する。

　図４に示すように、実施例２の主軸ユニット１Ａは、実施例１の冷却液通路６０を省略したものである。つまり、この工具固定装置５Ａにおいては、チャック機構１０Ａのドローボルト部材１２Ａ、ガススプリング２０Ａのシリンダ部材２１Ａの基端側端壁２１Ａｃ及びロッド部材２２Ａ（ピストン２２Ａａとロッド２２Ａｂ）と、ロッド部材固定機構４０Ａのピン部材４１Ａに、実施例１の冷却液通路部６５、冷却液環状通路部６６が形成されず、軸状部材６１、基端側軸状部材６２も省略されている。故に、実施例１と比べて、ガススプリング２０Ａのガス作動室２３Ａの容積が大きくなり、シリンダ部材２１Ａの受圧面積が大きくなる。

　解除機構５０Ａの油圧シリンダ５１Ａも一般的な構造に構成され、この油圧シリンダ５１Ａにおいては、ピストンロッド５６Ａがピストン５３Ａから主軸先端側へのみ延びて先端側端壁５２ｂを挿通しシリンダ部材５２Ａ外へ突出し、このピストンロッド５６Ａに、実施例１の貫通孔５６ａが形成されず、解除機構側軸状部材６３も省略されている。故に、実施例１と比べて、シリンダ部材５２Ａの基端側端壁５２Ａａとピストン５３Ａとの間の油室５４Ａが大きくなり、ピストン５３Ａの受圧面積が大きくなる。また、実施例１のような環状シール６８ａ～６８ｅも省略されている。

　この工具固定装置５Ａによれば、実施例１と比べて、ガススプリング２０Ａのシリンダ部材２１Ａの受圧面積が大きくなるため、ガススプリング２０Ａの付勢力、つまり、主軸２の先端部分に工具ホルダＴＨを固定する工具固定力を大きくすることができる。しかも、実施例１と比べて、シンプルに構成できる部材が多くなり、省略できる部材も多いため、構成を簡単化でき、製作コスト的に有利になる。

　図５に示すように、実施例３の工具固定装置５Ｂは、実施例１の工具固定装置５のロッド部材固定機構４０を変更したものである。このロッド部材固定機構４０Ｂでは、ピン部材４１Ｂが実施例１のピン部材４１よりも長く構成され、ピン部材４１Ｂの両端部が主軸２Ｂに直接嵌合固定されている。この変更に伴って、実施例１のロッド部材固定機構４０のカラー部材４２が省略されている。但し、カラー部材４２の先端部分に相当する環状案内部材７０が設けられ、この環状案内部材７０が主軸２Ｂに一体的に固定されている。

　そのために、１対の固定ピン７１が軸心対称に設けられ、主軸２Ｂに取付けられて環状案内部材７０に軸心直交方向から係合している。また、チャックシリンダ連結機構３０Ｂにおいて、連結筒部３１Ｂは、主軸２の取付孔２ｃと略同径に形成されて、主軸２の取付孔２ｃに摺動自在に内嵌されている。そして、この連結筒部３１Ｂがチャック機構１０を動作させる為に軸心方向へ移動する際にピン部材４１Ｂと干渉しないように、連結筒部３１Ｂにピン部材４１Ｂが貫通する１対の長穴３１Ｂａが形成されている。

　図６に示すように、縦型の工作機械の主軸ユニット１Ｃにおいて、主軸２が上下方向へ延びるように配設されている。この工具固定装置５Ｃにおいて、ガススプリング２０Ｃのガス作動室２３内に適量のオイル８０が収容されている。このオイル８０はガス作動室２３の下端部分に溜まり、このオイル８０により、ガス作動室２３内の圧縮ガスＧが、シリンダ本体２１ａとピストン２２ａとの間、及び、ピストン２２ａと軸状部材６１との間からリークするのを確実に防止し、更に、シリンダ本体２１ａとピストン２２ａの摺動面、及び、ピストン２２ａと軸状部材６１の摺動面の潤滑性を高めることが可能になる。

　その他、次のように変更してもよい。
（１）実施例１，２，４において、カラー部材４２を主軸２に一体的に固定してもよい。この場合、実施例３の環状案内部材７０を主軸２Ｂに固定するように、１対の固定ピンを軸心対称に設けて、主軸２Ｂに取付けカラー部材４２に軸心直交方向から係合させてもよい。或いは、カラー部材４２を主軸２Ｂに内嵌螺合するようにしてもよい。
（２）チャック案内部４２ｃ，４２ｄを主軸に一体形成してもよい。カラー部材４２を省略した実施例４に有効である。

（３）チャック機構１０の代わりに種々のチャック機構（例えば、特開２００５－１６９５６２号公報、特開２００４－２４３４５９号公報、ＷＯ２００４／４１４６５Ａ１号公報に記載のチャック機構）を採用可能である。
（４）主軸の先端部分に工具ホルダを固定する工具固定力を一層高めるために、ガススプリングの付勢力を増力してチャック機構に入力する種々の増力機構（例えば、特開２００４－２４３４５９号公報、ＷＯ２００４／４１４６５Ａ１号公報に記載の増力機構）を組込むことも可能である。
（５）その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前記開示事項以外の種々の変更を付加して実施することが可能である。

　本発明の工作機械用主軸の工具固定装置は、主軸を備えた種々の工作機械の工具固定装置に利用することができる。

Ｇ　圧縮ガス
Ｔ　工具
ＴＨ　工具ホルダ
２，２Ｂ　主軸
２ｃ　取付孔
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ　工具固定装置
１０，１０Ａ　チャック機構
１０ａ　荷重入力部
１２，１２Ａ　ドローボルト部材
２０，２０Ａ　ガススプリング
２１，２１Ａ　シリンダ部材
２１ｃ，２１Ａｃ　基端側端壁
２２，２２Ａ　ロッド部材
２２ａ，２２Ａａ　ピストン
２２ｂ，２２Ａｂ　ロッド
２３，２３Ａ　ガス作動室
２６　ガス充填用チェック弁
３０，３０Ｂ　チャックシリンダ連結機構
３１，３１Ｂ　連結筒部
３１ａ，３１Ｂａ　長穴
４０，４０Ａ，４０Ｂ　ロッド部材固定機構
４１，４１Ａ，４１Ｂ　ピン部材
４２　カラー部材
４２ｃ，４２ｄ　チャック案内部
４３　ストッパピン
６０　冷却液通路
６１　軸状部材
６５　冷却液通路部
６６　冷却液環状通路部

Claims

　工作機械の主軸の先端部分に装着される工具又は工具ホルダの基端部を把持可能なチャック機構と、このチャック機構の荷重入力部を主軸基端側へ引っ張り付勢するガススプリングとを備えた工作機械用主軸の工具固定装置において、
　前記ガススプリングは、
　前記主軸に軸心方向へ移動自在に装着されたシリンダ部材と、
　前記シリンダ部材に収容されたピストンとピストンから主軸先端側へ延びるロッドとを有するロッド部材と、
　前記シリンダ部材の内部においてピストンよりも主軸基端側に形成され且つ圧縮ガスが収容されたガス作動室とを有し、
　前記チャック機構の荷重入力部とシリンダ部材とを連結するチャックシリンダ連結機構と、
　前記主軸に対してロッド部材が少なくとも主軸先端側へ移動しないようにロッド部材を主軸に固定するロッド部材固定機構と、
　を設けたことを特徴とする工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記チャックシリンダ連結機構とロッド部材固定機構とが相互干渉しないように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記主軸に取付孔が貫通状に形成され、
　前記ガススプリングとチャックシリンダ連結機構が主軸の取付孔内に装着されたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記チャックシリンダ連結機構は、シリンダ部材から主軸先端側へ一体的に延びるように設けられた連結筒部を有し、
　前記チャック機構の荷重入力部が、連結筒部の先端部に連結されたドローボルト部材を有することを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記連結筒部にロッド部材のロッドが軸心方向へ相対的に移動自在に挿通され、
　前記ロッド部材固定機構は、ロッド部材のロッドに軸心直交方向へ貫通状に固定され且つ両端部が主軸に固定されたピン部材を有し、
　前記連結筒部がチャック機構を動作させる為に軸心方向へ移動する際にピン部材と干渉しないように、連結筒部にピン部材が貫通する１対の長穴が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記ロッド部材固定機構は、主軸の取付孔に内嵌されたカラー部材と、このカラー部材が主軸に対して主軸先端側へ移動しないように且つ回転しないようにカラー部材を主軸に固定するカラー固定部とを有し、このカラー部材に前記ピン部材の両端部が嵌合固定されたことを特徴とする請求項５に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記カラー固定部は、主軸に取付けられ且つカラー部材に軸心直交方向から係合するように軸心対称に設けられた１対のストッパピンからなることを特徴とする請求項６に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記シリンダ部材の基端側端壁に軸心対称に取付けられ、ガス作動室に圧縮ガスを充填する為の１対のガス充填用チェック弁を備えたことを特徴とする請求項７に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記カラー部材の先端部にチャック機構の先端部を案内するチャック案内部が形成されたことを特徴とする請求項６に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記シリンダ部材の基端側端壁から主軸先端側へ延び且つロッド部材に軸心方向へ摺動自在に液密に内嵌された軸状部材を有し、
　前記主軸の基端側から内部を通って先端側へ冷却液を供給する冷却液通路として、シリンダ部材の基端側端壁及び軸状部材とロッド部材に貫通状に形成された冷却液通路部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。
　前記ピン部材がロッド部材に形成された冷却液通路部と交差するように配置され、このピン部材の外周部に冷却液通路部に連通する冷却液環状通路部が形成されたことを特徴とする請求項１０に記載の工作機械用主軸の工具固定装置。