WO2023286418A1 - 工具クランプ装置 - Google Patents

Abstract

工具クランプ装置は、ハウジング（５１）と、ドローバ（６１）と、ドローバ（６１）が、工具のクランプ状態を得る第１位置と、工具のアンクランプ状態を得る第２位置との間でスライドするようにストロークするピストン（８１）と、中間部材（７１）とを備える。ハウジング（５１）は、第１周面（５６）と、第１テーパ面（５７）とを有する。所定軸（２１０）に対して第１周面（５６）がなす角度は、所定軸（２１０）に対して第１テーパ面（５７）がなす角度よりも小さい。中間部材（７１）は、ドローバ（６１）が第２位置に配置される場合に、第１周面（５６）と接触する第２周面（７６）と、ドローバ（６１）が第１位置に配置される場合に、第１テーパ面（５７）と接触する第２テーパ面（７７）とを有する。

Description

工具クランプ装置

　この発明は、工具クランプ装置に関する。

　たとえば、特開２００４－３１４２９９号公報（特許文献１）には、工具のクランプ機構を備えたマシンスピンドルが開示されている。クランプ機構は、軸線方向に移動可能な第１引っ張り棒と、軸線方向における第１引っ張り棒の移動に伴って、軸線方向、かつ、半径方向に相対移動し、工具のクランプ力を増加させる第１楔部材および第２楔部材と、軸線方向における第１引っ張り棒の移動に伴って、工具を軸線方向に引き込み、工具のクランプを行なうクランプ部材とを有する。

特開２００４－３１４２９９号公報

　上述の特許文献１に開示されるように、ピストン（第１引っ張り棒）のその軸線方向におけるストロークに伴って楔力を発生させ、工具のクランプ力を増強する工具クランプ装置が知られている。このような工具クランプ装置においては、クランプ時における工具の引き込み量が予め定められているため、その工具の引き込みに必要なドローバ（クランプ部材）のスライド量を確保する必要がある。

　しかしながら、ピストンのその軸線方向における動作は、第１楔部材および第２楔部材を介してクランプ部材に伝達されるため、半径方向における第１楔部材および第２楔部材の移動に起因して、軸線方向におけるドローバの移動量が小さくなる。このため、工具の引き込みに必要なドローバのスライド量を確保しようとすると、ピストンストロークが大きくなり、その結果、工具クランプ装置の大型化を招いてしまう。

　そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、小さいピストンストロークで、工具の引き込みに必要なドローバのスライド量を確保することが可能な工具クランプ装置を提供することである。

　この発明に従った工具クランプ装置は、所定軸を中心に配置されるハウジングと、ハウジング内に収容され、工具を所定軸の軸方向に沿った第１方向に引き込むことにより工具のクランプ状態を得る第１位置と、工具を所定軸の軸方向に沿った第２方向に押し出すことにより工具のアンクランプ状態を得る第２位置との間で、所定軸の軸方向にスライド可能なドローバと、所定軸の軸上に配置され、ドローバを第２位置から第１位置にスライドさせるために第１方向にストロークし、ドローバを第１位置から第２位置にスライドさせるため第２方向にストロークするピストンと、所定軸の半径方向においてハウジングおよびピストンの間に介挿され、ドローバとともに所定軸の軸方向にスライド可能で、かつ、ドローバに対して所定軸の半径方向にスライド可能なように、ドローバにより支持される中間部材とを備える。ピストンは、第１方向に向けたストローク時、中間部材に対して、第１方向かつ所定軸の半径方向外側に向けた力を付与するように構成される。

　ハウジングは、所定軸を中心として所定軸に沿って延在し、第１方向に向かうほど大きくなる直径、または、所定軸の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径を有する第１周面と、第１方向における第１周面の端部に接続され、所定軸を中心として所定軸に沿って延在し、第１方向に向かうほど大きくなる直径を有する第１テーパ面とを有する。所定軸に対して第１周面がなす角度α（０°≦α＜９０°）は、所定軸に対して第１テーパ面がなす角度β（０°＜β＜９０°）よりも小さい。中間部材は、所定軸に沿って延在し、第１方向に向かうほど大きくなる直径、または、所定軸の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径を有し、ドローバが第２位置に配置される場合に、第１周面と接触する第２周面と、第２方向における第２周面の端部に接続され、所定軸に沿って延在し、第１方向に向かうほど大きくなる直径を有し、ドローバが第１位置に配置される場合に、第１テーパ面と接触する第２テーパ面とを有する。所定軸に対して第２周面がなす角度γ（０°≦γ＜９０°）は、所定軸に対して第２テーパ面がなす角度δ（０°＜δ＜９０°）よりも小さい。

　このように構成された工具クランプ装置によれば、第１方向に向けたピストンのストローク時の前半において、第１テーパ面と比較して、所定軸に対して小さい角度をなす第１周面と、第２テーパ面と比較して、所定軸に対して小さい角度をなす第２周面とを接触させる。これにより、所定軸の半径方向外側に向けた中間部材のスライド量の割合を減少させ、第１方向に向けた中間部材のスライド量の割合を増大させることが可能となるため、ピストンのストローク量を抑えつつ、中間部材とともにドローバを第１方向に大きくスライドさせることができる。結果、小さいピストンストロークで、工具の引き込みに必要なドローバのスライド量を確保することができる。

　また好ましくは、第１周面および第２周面の各々は、所定軸の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径を有する。

　このように構成された工具クランプ装置によれば、さらに小さいピストンストロークで、工具の引き込みに必要なドローバのスライド量を確保することができる。

　以上に説明したように、この発明に従えば、小さいピストンストロークで、工具の引き込みに必要なドローバのスライド量を確保することが可能な工具クランプ装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１における工具クランプ装置を用いた工作機械を示す斜視図である。 刃物台における工具の自動交換位置を示す側面図である。 刃物台における工具のワーク加工位置を示す側面図である。 図１中の工具ホルダを示す斜視図である。 図１中の工具ホルダ（アンクランプ状態）を示す断面図である。 図１中の工具ホルダ（クランプ状態）を示す断面図である。 図４から図６中のドローバおよび中間部材を示す斜視図である。 図５中の２点鎖線ＶＩＩＩにより囲まれた範囲の工具クランプ装置（アンクランプ状態）を示す断面図である。 工具クランプ装置（アンクランプ状態からクランプ状態への移行時）を示す断面図である。 図６中の２点鎖線Ｘにより囲まれた範囲の工具クランプ装置（クランプ状態）を示す断面図である。 比較例における工具クランプ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における工具クランプ装置（アンクランプ状態）を部分的に示す断面図である。 図１２中の工具クランプ装置（アンクランプ状態からクランプ状態への移行時）を示す断面図である。 図１２中の工具クランプ装置（クランプ状態）を示す断面図である。 図１２中の２点鎖線ＸＶで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。

　この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

　（実施の形態１）
　図１は、この発明の実施の形態１における工具クランプ装置を用いた工作機械を示す斜視図である。図１中では、工作機械の外観をなすカバー体が透視されることにより、工作機械の内部構造が示されている。

　図１を参照して、工作機械１０は、回転するワークに工具を接触させることによって、ワーク加工を行なう旋盤である。工作機械１０には、停止するワークに回転する工具を接触させることによって、ワーク加工を行なうミーリング機能が備わっている。

　工作機械１０は、コンピュータによる数値制御によって、ワーク加工のための各種動作が自動化されたＮＣ（Numerically　Control）工作機械である。

　まず、工作機械１０の全体構造について説明する。工作機械１０は、ベッド１１と、主軸台２１と、刃物台３１と、自動工具交換装置１８（後出の図２を参照）とを有する。

　ベッド１１は、主軸台２１、刃物台３１および自動工具交換装置１８等を支持するためのベース部材であり、工場などの床面上に設置される。ベッド１１は、鋳鉄などの金属から形成されている。

　主軸台２１は、ベッド１１に取り付けられている。主軸台２１は、主軸（不図示）を有する。主軸は、水平方向に延びるＺ軸に平行な中心軸１０１を中心に回転駆動する。主軸の先端には、ワークを着脱可能に保持可能なチャック機構が設けられている。チャック機構に保持されたワークは、主軸の回転駆動に伴って、中心軸１０１を中心に回転する。

　刃物台３１は、カバー体（不図示）によって区画形成される加工エリア内に設けられている。刃物台３１は、タレット型刃物台であり、Ｚ軸に平行な中心軸（旋回中心軸）１０２を中心に旋回可能である。

　刃物台３１は、刃物台ベース３２と、タレット３３と、複数の工具ホルダ１２１とを有する。刃物台ベース３２には、刃物台３１を旋回駆動させるためのモータ等が搭載されている。刃物台ベース３２は、後述する横送り台に取り付けられている。

　タレット３３は、刃物台ベース３２から、Ｚ軸方向において主軸台２１に近接する方向に突出するように設けられている。タレット３３は、旋回中心軸１０２の軸方向が厚み方向となる円盤形状を有する。タレット３３は、旋回中心軸１０２を中心に旋回可能である。

　複数の工具ホルダ１２１は、タレット３３に装着されている。複数の工具ホルダ１２１は、ボルトを用いてタレット３３に締結されている。複数の工具ホルダ１２１は、旋回中心軸１０２の周方向に並んで設けられている。各工具ホルダ１２１は、工具を保持可能なように構成されている。

　なお、複数の工具ホルダ１２１は、回転工具を保持するための工具ホルダと、固定工具を保持するための工具ホルダとを含む。回転工具は、回転しながらワークを加工する工具であり、ドリル、エンドミルまたはリーマ等である。固定工具は、回転するワークを加工する工具であり、外径切削用バイト、内径切削用バイト、端面切削用バイトまたは突っ切りバイト等である。

　刃物台３１は、サドル１６および横送り台（不図示）を介して、ベッド１１に取り付けられている。サドル１６は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｚ軸方向に移動可能である。横送り台は、各種の送り機構、案内機構およびサーボモータなどによって、Ｚ軸に直交し、鉛直方向に対して傾斜するＸ軸方向に移動可能である。サドル１６および横送り台が、それぞれ、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に移動することによって、工具ホルダ１２１に保持された工具によるワークの加工位置をＺ軸－Ｘ軸平面内で移動させることができる。

　図２は、刃物台における工具の自動交換位置を示す側面図である。図３は、刃物台における工具のワーク加工位置を示す側面図である。

　図１から図３を参照して、タレット３３が旋回中心軸１０２を中心に旋回することによって、工具ホルダ１２１に保持された工具が旋回中心軸１０２の周方向に移動する。自動工具交換装置（ＡＴＣ：Automatic　Tool　Changer）１８は、工具を把持可能なダブルアーム等を有しており、加工エリア内の刃物台３１と、加工エリア外の工具マガジン（不図示）との間で工具を交換可能なように構成されている。

　図２に示されるように、自動工具交換装置１８は、刃物台３１の機械前方側に設けられている。自動工具交換装置１８により刃物台３１における工具を交換する場合、交換対象となる工具を保持する工具ホルダ１２１は、図中の工具自動交換位置Ｊに位置決めされる。図３に示されるように、刃物台３１における工具によりワークＷの加工を行なう場合、加工に用いられる工具を保持する工具ホルダ１２１は、図中のワーク加工位置Ｋに位置決めされる。

　なお、上記の工具自動交換位置Ｊおよびワーク加工位置Ｋの各位置は、特に限定されるものではない。たとえば、自動工具交換装置１８が機械後方側に設けられる場合、工具自動交換位置Ｊは、図３に示されるワーク加工位置Ｋから１８０°ずれた位置であってもよい。

　本実施の形態における工具クランプ装置１００は、工具ホルダ１２１に内蔵されている。工具クランプ装置１００は、工具をクランプ可能なように構成されている。

　続いて、工具クランプ装置１００のより具体的な構造を説明する。本実施の形態では、代表的に、回転工具を保持するための工具ホルダ１２１を例に挙げて、工具クランプ装置１００の構造について説明する。

　図４は、図１中の工具ホルダを示す斜視図である。図５は、図１中の工具ホルダ（アンクランプ状態）を示す断面図である。図６は、図１中の工具ホルダ（クランプ状態）を示す断面図である。図５および図６中には、工具ホルダ１２１により保持される工具Ｔのシャンク部分が示されている。

　図４から図６を参照して、工具Ｔは、工具ホルダ１２１に対して、所定軸２１０に沿った矢印３１０に示される方向に挿入される。工具Ｔは、工具ホルダ１２１から、所定軸２１０に沿った矢印３２０に示される方向に引き抜かれる。

　工具クランプ装置１００は、ハウジング５１と、ドローバ６１と、複数のコレット４６と、ピストン８１と、シリンダ９１と、複数の中間部材７１とを有する。

　ハウジング５１は、所定軸２１０を中心に配置されている。ハウジング５１は、全体として、所定軸２１０を中心とする筒形状を有する。所定軸２１０は、図１から図３中に示される旋回中心軸１０２の半径方向に延びる仮想上の直線である。

　ハウジング５１には、第１挿入孔５２が設けられている。第１挿入孔５２は、所定軸２１０を中心に配置されている。第１挿入孔５２は、工具Ｔの挿入方向における手前側の端部で開口している。第１挿入孔５２は、工具Ｔの挿入方向においてハウジング５１を貫通している。

　図７は、図４から図６中のドローバおよび中間部材を示す斜視図である。図４から図７を参照して、ドローバ６１は、ハウジング５１内に収容されている。ドローバ６１は、第１挿入孔５２に挿入されている。ドローバ６１は、所定軸２１０を中心に配置されている。

　ドローバ６１は、図６に示される第１位置ＰＡと、図５に示される第２位置ＰＢとの間で、所定軸２１０の軸方向にスライド可能である。ドローバ６１は、図６に示される第１位置ＰＡにスライドした場合に、工具Ｔを所定軸２１０の軸方向に沿った第１方向Ｄａ（矢印３１０に示される方向）に引き込むことによって、工具Ｔのクランプ状態を得る。ドローバ６１は、図５に示される第２位置ＰＢにスライドした場合に、工具Ｔを所定軸２１０の軸方向に沿った第２方向Ｄｂ（矢印３２０に示される方向）に押し出すことによって、工具Ｔのアンクランプ状態を得る。

　第１方向Ｄａは、工具ホルダ１２１に対する工具Ｔの挿入方向に対応している。第２方向Ｄｂは、工具ホルダ１２１からの工具Ｔの引き抜き方向に対応している。

　ドローバ６１は、小径部６６と、大径部６７とを有する。小径部６６および大径部６７は、所定軸２１０の軸方向に連なっている。小径部６６および大径部６７は、挙げた順に、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に並んでいる。所定軸２１０を中心とする小径部６６の直径は、所定軸２１０を中心とする大径部６７の直径よりも小さい。

　ドローバ６１は、大径部６７が第１挿入孔５２を規定するハウジング５１の内周面と摺接することによって、所定軸２１０の軸方向にスライド可能なように支持されている。

　小径部６６の外周上には、複数のコレット４６が設けられている。複数のコレット４６は、所定軸２１０の軸方向に沿った第１方向Ｄａおよび第２方向Ｄｂにおけるドローバ６１のスライド動作に伴って、所定軸２１０を中心とする半径方向に変形可能なように構成されている。

　ドローバ６１が図６に示される第１位置ＰＡにスライドした場合に、複数のコレット４６は、所定軸２１０を中心に拡径するように変形する。工具Ｔが、複数のコレット４６により把持され、ドローバ６１により第１方向Ｄａに引き込まれることによって、工具Ｔのクランプ状態が得られる。一方、ドローバ６１が図５に示される第２位置ＰＢにスライドした場合に、複数のコレット４６は、所定軸２１０を中心に縮径するように変形する。複数のコレット４６による工具Ｔの把持が解除され、ドローバ６１により第２方向Ｄｂに押し出されることによって、工具Ｔのアンクランプ状態が得られる。

　図５から図７に示されるように、ドローバ６１には、第２挿入孔６２と、複数の開口部６３とが設けられている。第２挿入孔６２は、大径部６７に設けられている。第２挿入孔６２は、所定軸２１０を中心に配置されている。第２挿入孔６２は、工具Ｔの挿入方向における奥側の端部で開口し、工具Ｔの挿入方向における手前側の端部で底部をなしている。

　複数の開口部６３は、大径部６７に設けられている。複数の開口部６３は、所定軸２１０の周方向に互いに間隔を開けて設けられている。複数の開口部６３は、所定軸２１０の周方向において等間隔に設けられている。各開口部６３は、所定軸２１０の半径方向においてドローバ６１（大径部６７）を貫通し、第２挿入孔６２に連通している。

　ピストン８１は、所定軸２１０の軸上に配置されている。ピストン８１は、所定軸２１０の軸上で延びている。ピストン８１は、所定軸２１０の軸方向において、ドローバ６１と並んで設けられている。ピストン８１は、ドローバ６１よりも、工具Ｔの挿入方向の奥側に配置されている。

　ピストン８１は、ドローバ６１に接続されている。ピストン８１は、複数の中間部材７１を介して、ドローバ６１と接続されている。

　ピストン８１は、ドローバ６１を図５に示される第２位置ＰＢから図６に示される第１位置ＰＡにスライドさせるために、第１方向Ｄａにストロークする。ピストン８１は、ドローバ６１を図６に示される第１位置ＰＡから図５に示される第２位置ＰＢにスライドさせるため第２方向Ｄｂにストロークする。

　ピストン８１は、先端部８２と、胴部８４と、基部８３とを有する。先端部８２、胴部８４および基部８３は、所定軸２１０の軸方向に連なっている。先端部８２、胴部８４および基部８３は、挙げた順に、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に並んでいる。

　所定軸２１０に直交する平面により切断された場合の基部８３の断面積は、所定軸２１０に直交する平面により切断された場合の胴部８４の断面積よりも大きい。胴部８４は、所定軸２１０の軸方向における先端部８２および基部８３の間で、所定軸２１０の半径方向内側に向けてくびれた形状を有する。

　先端部８２は、第２挿入孔６２に挿入されている。先端部８２は、第２挿入孔６２の内部で、所定軸２１０の軸方向にスライド動作が可能なように設けられている。胴部８４は、先端部８２および基部８３の間で延びている。胴部８４は、第２挿入孔６２の内部から外部に延出し、基部８３に接続されている。

　シリンダ９１は、全体として、所定軸２１０を中心とする筒形状を有する。ピストン８１は、基部８３がシリンダ９１に挿入されることによって、所定軸２１０の軸方向にスライド可能なように支持されている。シリンダ９１は、基部８３とともに、第１油圧室９２および第２油圧室９３を区画形成している。図５に示されるように、第１油圧室９２に油が供給されることによって、ピストン８１は、所定軸２１０の軸方向に沿った第２方向Ｄｂに向けてストロークする。図６に示されるように、第２油圧室９３に油が供給されることによって、ピストン８１は、所定軸２１０の軸方向に沿った第１方向Ｄａに向けてストロークする。

　中間部材７１は、所定軸２１０の半径方向においてハウジング５１およびピストン８１の間に介挿されている。中間部材７１は、ドローバ６１とともに所定軸２１０の軸方向にスライド可能で、かつ、ドローバ６１に対して所定軸２１０の半径方向にスライド可能なように、ドローバ６１により支持されている。

　中間部材７１は、金属製のブロック体からなる。複数の中間部材７１は、それぞれ、複数の開口部６３に配置されている。複数の中間部材７１は、所定軸２１０の周方向に互いに間隔を開けて設けられている。複数の中間部材７１は、所定軸２１０の周方向において等間隔に設けられている。中間部材７１は、所定軸２１０の軸方向におけるスライド動作が規制され、かつ、所定軸２１０の半径方向におけるスライド動作が許容されるように、開口部６３に配置されている。

　中間部材７１は、第２挿入孔６２の内部において、ピストン８１（先端部８２）と接触している。中間部材７１は、第２挿入孔６２の外部において、ハウジング５１と接触している。

　図８は、図５中の２点鎖線ＶＩＩＩにより囲まれた範囲の工具クランプ装置（アンクランプ状態）を示す断面図である。図９は、工具クランプ装置（アンクランプ状態からクランプ状態への移行時）を示す断面図である。図１０は、図６中の２点鎖線Ｘにより囲まれた範囲の工具クランプ装置（クランプ状態）を示す断面図である。

　図８から図１０中には、所定軸２１０を含む平面により切断された場合の工具クランプ装置１００の断面が示されている。

　図５から図１０を参照して、ピストン８１は、第１方向Ｄａに向けたストローク時、中間部材７１に対して、第１方向Ｄａ、かつ、所定軸２１０の半径方向外側に向けた力を付与するように構成されている。

　ピストン８１は、テーパ面８６と、テーパ面８７とを有する。テーパ面８６およびテーパ面８７は、先端部８２に設けられている。テーパ面８６およびテーパ面８７は、所定軸２１０を中心として所定軸２１０に沿って延在している。テーパ面８６およびテーパ面８７は、所定軸２１０を中心に周回し、所定軸２１０に対して傾斜するテーパ形状をなす外周面（円錐面）からなる。

　テーパ面８６およびテーパ面８７は、所定軸２１０の軸方向に連なっている。テーパ面８６およびテーパ面８７は、挙げた順に、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に並んでいる。工具Ｔの挿入方向における奥側のテーパ面８６の端部が、工具Ｔの挿入方向における手前側のテーパ面８７の端部と接続されている。

　テーパ面８６は、第１方向Ｄａに向かうほど小さくなる直径（外径）を有する。テーパ面８６は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど小さくなる直径（外径）を有する。テーパ面８７は、第１方向Ｄａに向かうほど小さくなる直径（外径）を有する。テーパ面８７は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど小さくなる直径（外径）を有する。

　所定軸２１０を含む平面により切断された場合のピストン８１の断面において、テーパ面８６およびテーパ面８７の各々は、直線状に延びている。

　所定軸２１０に対するテーパ面８７の傾きは、所定軸２１０に対するテーパ面８６の傾きよりも急峻である。所定軸２１０に対してテーパ面８７がなす角度（０°を越え９０°未満の範囲）は、所定軸２１０に対してテーパ面８６がなす角度（０°を越え９０°未満の範囲）よりも大きい。

　中間部材７１は、テーパ面７８と、テーパ面７９とを有する。テーパ面７８およびテーパ面７９は、所定軸２１０に沿って延在している。テーパ面７８およびテーパ面７９は、所定軸２１０の軸周りで所定の角度範囲で周回し、所定軸２１０に対して傾斜するテーパ形状をなす内周面からなる。

　テーパ面７８およびテーパ面７９は、所定軸２１０の軸方向に連なっている。テーパ面７８およびテーパ面７９は、挙げた順に、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に並んでいる。工具Ｔの挿入方向における奥側のテーパ面７８の端部が、工具Ｔの挿入方向における手前側のテーパ面７９の端部と接続されている。

　テーパ面７８は、第１方向Ｄａに向かうほど小さくなる直径（内径）を有する。テーパ面７８は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど小さくなる直径（内径）を有する。テーパ面７９は、第１方向Ｄａに向かうほど小さくなる直径（内径）を有する。テーパ面７９は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど小さくなる直径（内径）を有する。

　所定軸２１０を含む平面により切断された場合の中間部材７１の断面において、テーパ面７８およびテーパ面７９の各々は、直線状に延びている。

　所定軸２１０に対するテーパ面７８の傾きは、所定軸２１０に対するテーパ面７９の傾きよりも急峻である。所定軸２１０に対してテーパ面７８がなす角度（０°を越え９０°未満の範囲）は、所定軸２１０に対してテーパ面７９がなす角度（０°を越え９０°未満の範囲）よりも大きい。

　所定軸２１０に対するテーパ面７８の傾きは、所定軸２１０に対するテーパ面８７の傾きに対応している。所定軸２１０に対するテーパ面７９の傾きは、所定軸２１０に対するテーパ面８６の傾きに対応している。

　図５および図８に示されるように、工具Ｔのアンクランプ状態において、ピストン８１のテーパ面８７と、中間部材７１のテーパ面７８とが接触している。図６および図１０に示されるように、工具Ｔのクランプ状態において、ピストン８１のテーパ面８６と、中間部材７１のテーパ面７９とが接触している。

　工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時の前半において、テーパ面８７およびテーパ面７８が接触しながら、ピストン８１が第１方向Ｄａにストロークすることによって、ピストン８１から中間部材７１に対して、第１方向Ｄａ、かつ、所定軸２１０の半径方向外側に向けた力が付与される。工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時の後半において、テーパ面８６とテーパ面７９とが接触しながら、ピストン８１が第１方向Ｄａにストロークすることによって、ピストン８１から中間部材７１に対して、第１方向Ｄａ、かつ、所定軸２１０の半径方向外側に向けた力が付与される。

　ハウジング５１は、第１周面５６と、第１テーパ面５７とを有する。第１周面５６は、所定軸２１０を中心として所定軸２１０に沿って延在している。第１周面５６は、所定軸２１０を中心に周回する内周面からなる。第１テーパ面５７は、所定軸２１０を中心に周回し、所定軸２１０に対して傾斜するテーパ形状をなす内周面からなる。

　第１周面５６および第１テーパ面５７は、所定軸２１０の軸方向に連なっている。第１周面５６および第１テーパ面５７は、挙げた順に、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に並んでいる。第１テーパ面５７は、第１方向Ｄａにおける第１周面５６の端部に接続されている。工具Ｔの挿入方向における奥側の第１周面５６の端部が、工具Ｔの挿入方向における手前側の第１テーパ面５７の端部と接続されている。

　第１周面５６は、所定軸２１０の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径（内径）を有する。第１周面５６は、所定軸２１０に沿って、所定軸２１０と平行に延在している。第１テーパ面５７は、第１方向Ｄａに向かうほど大きくなる直径（内径）を有する。第１テーパ面５７は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど大きくなる直径（内径）を有する。

　所定軸２１０を含む平面により切断された場合のハウジング５１の断面において、第１周面５６および第１テーパ面５７の各々は、直線状に延びている。

　所定軸２１０に対する第１周面５６の傾きは、所定軸２１０に対する第１テーパ面５７の傾きよりも緩やかである。所定軸２１０に対して第１周面５６がなす角度α（＝０°）は、所定軸２１０に対して第１テーパ面５７がなす角度β（０°＜β＜９０°）よりも小さい。たとえば、角度βは、１０°以上４５°以下の範囲であってもよいし、２０°以上３０°以下の範囲であってもよい。

　図５および図８に示されるように、工具Ｔのアンクランプ状態において、第１周面５６は、所定軸２１０の半径方向において、ピストン８１のテーパ面８６およびテーパ面８７と対向している。図６および図１０に示されるように、工具Ｔのクランプ状態において、第１周面５６は、所定軸２１０の半径方向において、ピストン８１のテーパ面８６と対向している。第１テーパ面５７は、所定軸２１０の半径方向において、ピストン８１のテーパ面８６およびテーパ面８７と対向している。

　中間部材７１は、第２周面７６と、第２テーパ面７７とを有する。第２テーパ面７７および第２周面７６は、所定軸２１０に沿って延在している。第２テーパ面７７は、所定軸２１０の軸周りで所定の角度範囲で周回し、所定軸２１０に対して傾斜するテーパ形状をなす外周面からなる。第２周面７６は、所定軸２１０の軸周りで所定の角度範囲で周回する外周面からなる。

　第２テーパ面７７および第２周面７６は、所定軸２１０の軸方向に連なっている。第２テーパ面７７および第２周面７６は、挙げた順に、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に並んでいる。第２テーパ面７７は、第２方向Ｄｂにおける第２周面７６の端部に接続されている。工具Ｔの挿入方向における奥側の第２テーパ面７７の端部が、工具Ｔの挿入方向における手前側の第２周面７６の端部と接続されている。

　第２周面７６は、所定軸２１０の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径（外径）を有する。第２周面７６は、所定軸２１０に沿って、所定軸２１０と平行に延在している。第２テーパ面７７は、第１方向Ｄａに向かうほど大きくなる直径（外径）を有する。第２テーパ面７７は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど大きくなる直径（外径）を有する。

　所定軸２１０を含む平面により切断された場合の中間部材７１の断面において、第２テーパ面７７および第２周面７６の各々は、直線状に延びている。

　所定軸２１０に対する第２周面７６の傾きは、所定軸２１０に対する第２テーパ面７７の傾きよりも緩やかである。所定軸２１０に対して第２周面７６がなす角度γ（＝０°）は、所定軸２１０に対して第２テーパ面７７がなす角度δ（０°＜δ＜９０°）よりも小さい。たとえば、角度δは、１０°以上４５°以下の範囲であってもよいし、２０°以上３０°以下の範囲であってもよい。

　所定軸２１０に対する第２周面７６の傾きは、所定軸２１０に対する第１周面５６の傾きに対応している。所定軸２１０に対する第２テーパ面７７の傾きは、所定軸２１０に対する第１テーパ面５７の傾きに対応している。

　本実施の形態では、所定軸２１０に対する第２テーパ面７７の傾きが、所定軸２１０に対するテーパ面７９の傾きよりも急峻である。第２周面７６および第２テーパ面７７の接続位置は、テーパ面７９およびテーパ面７８の接続位置よりも、工具Ｔの挿入方向における奥側に位置している。所定軸２１０の軸方向における第２テーパ面７７の長さは、所定軸２１０の軸方向におけるテーパ面７８の長さよりも大きい。

　図５および図８に示されるように、工具Ｔのアンクランプ状態において、ドローバ６１が第２位置ＰＢに配置される場合に、中間部材７１の第２周面７６は、ハウジング５１の第１周面５６と接触している。図６および図１０に示されるように、工具Ｔのクランプ状態において、ドローバ６１が第１位置ＰＡに配置される場合に、中間部材７１の第２テーパ面７７は、ハウジング５１の第１テーパ面５７と接触している。

　図１１は、比較例における工具クランプ装置を示す断面図である。図１１中では、所定軸２１０を挟んだ右側に、工具クランプ装置のアンクランプ状態が示され、所定軸２１０を挟んだ左だ側に、工具クランプ装置のクランプ状態が示されている。

　図１１を参照して、本比較例では、ハウジング５１が、第１周面５６および第１テーパ面５７に替わって、テーパ面２２２を有し、中間部材７１が、第２周面７６および第２テーパ面７７に替わって、テーパ面２２１を有する。テーパ面２２１およびテーパ面２２２は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向けて大きくなる直径を有する。

　本変形例においては、工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時、テーパ面２２１およびテーパ面２２２が接触し続ける。この場合、第１方向Ｄａに向けたピストン８１のストロークに伴って、中間部材７１が、所定軸２１０の半径方向外側にスライドしつつ、所定軸２１０の軸方向にスライドするため、ピストン８１のストローク量と比較して、所定軸２１０の軸方向における中間部材７１のスライド量が小さくなる。このような構成において、工具Ｔの引き込みに必要なドローバ６１のスライド量Ｌａを確保するために、ピストン８１のストローク量Ｌｂを大きく設定する必要が生じる。

　図８および図９に示されるように、これに対して、本実施の形態では、工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時、まず、ハウジング５１の第１周面５６と、中間部材７１の第２周面７６とを接触させながら、ピストン８１を第１方向Ｄａに向けてストロークさせる。ピストン８１のストロークに伴って、中間部材７１が、所定軸２１０の半径方向にスライドすることなく、所定軸２１０の軸方向にのみスライドする。このとき、第１方向Ｄａにおけるピストン８１のストローク量と、第１方向Ｄａにおける中間部材７１のスライド量とが等しくなるため、中間部材７１とともにドローバ６１を第１方向Ｄａに向けて大きくストロークさせることができる。

　図９および図１０に示されるように、続いて、ハウジング５１の第１テーパ面５７と、中間部材７１の第２テーパ面７７とを接触させながら、ピストン８１を第１方向Ｄａに向けてストロークさせる。ピストン８１のストロークに伴って、中間部材７１が、所定軸２１０の半径方向外側にスライドしながら、所定軸２１０の軸方向にスライドする。このとき、ピストン８１から中間部材７１に対して所定軸２１０の半径方向外側に向けた力が付与されることによって、第２テーパ面７７が第１テーパ面５７に押し付けられ、工具Ｔのクランプ状態において、中間部材７１と、ピストン８１およびハウジング５１との間に楔効果が発生する。これにより、シリンダ機構からピストン８１に対する駆動力の供給が停止された場合であっても、工具Ｔのクランプ状態を保持することができる。

　このように本実施の形態では、工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時の前半には、所定軸２１０に平行に延びる第１周面５６および第２周面７６を接触させることによって、ドローバ６１を第１方向Ｄａに向けて大きくストロークさせることができる。また、工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時の後半には、所定軸２１０に対して傾斜する第１テーパ面５７および第２テーパ面７７を接触させることによって、中間部材７１と、ピストン８１およびハウジング５１との間に楔効果を発生させることができる。これにより、小さいピストンストロークで、工具Ｔの引き込みに必要なドローバ６１のスライド量を確保しつつ、工具Ｔのクランプ状態において工具Ｔのクランプ力を増強するための楔力を得ることができる。

　（実施の形態２）
　図１２は、この発明の実施の形態２における工具クランプ装置（アンクランプ状態）を部分的に示す断面図である。図１３は、図１２中の工具クランプ装置（アンクランプ状態からクランプ状態への移行時）を示す断面図である。図１４は、図１２中の工具クランプ装置（クランプ状態）を示す断面図である。図１５は、図１２中の２点鎖線ＸＶで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。

　本実施の形態における工具クランプ装置は、実施の形態１における工具クランプ装置１００と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については、その説明を繰り返さない。

　図１２から図１５を参照して、本実施の形態では、ハウジング５１の第１周面５６が、所定軸２１０を中心に周回し、所定軸２１０に対して傾斜するテーパ形状をなす内周面からなる。第１周面５６は、第１方向Ｄａに向かうほど大きくなる直径（内径）を有する。第１周面５６は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど大きくなる直径（内径）を有する。

　所定軸２１０に対する第１周面５６の傾きは、所定軸２１０に対する第１テーパ面５７の傾きよりも緩やかである。所定軸２１０に対して第１周面５６がなす角度α（０°＜α＜９０°）は、所定軸２１０に対して第１テーパ面５７がなす角度β（０°＜β＜９０°）よりも小さい。

　中間部材７１の第２周面７６は、所定軸２１０の軸周りで所定の角度範囲で周回し、所定軸２１０に対して傾斜するテーパ形状をなす外周面からなる。第２周面７６は、第１方向Ｄａに向かうほど大きくなる直径（外径）を有する。第２周面７６は、工具Ｔの挿入方向における手前側から奥側に向かうほど大きくなる直径（外径）を有する。

　所定軸２１０に対する第２周面７６の傾きは、所定軸２１０に対する第２テーパ面７７の傾きよりも緩やかである。所定軸２１０に対して第２周面７６がなす角度γ（０°＜γ＜９０°）は、所定軸２１０に対して第２テーパ面７７がなす角度δ（０°＜δ＜９０°）よりも小さい。

　図１２に示されるように、工具Ｔのアンクランプ状態において、ドローバ６１が第２位置ＰＢに配置される場合に、中間部材７１の第２周面７６は、ハウジング５１の第１周面５６と接触している。図１４に示されるように、工具Ｔのクランプ状態において、ドローバ６１が第１位置ＰＡに配置される場合に、中間部材７１の第２テーパ面７７は、ハウジング５１の第１テーパ面５７と接触している。

　図１２および図１３に示されるように、工具Ｔのアンクランプ状態からクランプ状態への移行時、まず、ハウジング５１の第１周面５６と、中間部材７１の第２周面７６とを接触させながら、ピストン８１を第１方向Ｄａに向けてストロークさせる。ピストン８１のストロークに伴って、中間部材７１が、所定軸２１０の半径方向外側にスライドしつつ、所定軸２１０の軸方向にスライドする。

　このとき、第１周面５６および第２周面７６が、それぞれ、第１テーパ面５７および第２テーパ面７７と比較して、所定軸２１０に対して小さい角度をなすため、所定軸２１０の半径方向外側に向けた中間部材７１のスライド量の割合を減少させ、所定軸２１０の軸方向における中間部材７１のスライド量の割合を増大させることができる。これにより、中間部材７１とともにドローバ６１を第１方向Ｄａに向けて大きくストロークさせることができる。

　このように構成された、この発明の実施の形態２における工具クランプ装置によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。また、所定軸２１０に対して第１周面５６および第２周面７６がなす角度と、所定軸２１０に対して第１テーパ面５７および第２テーパ面７７がなす角度とをより近づけることによって、工具Ｔのクランプ動作およびアンクランプ動作をより円滑にすることができる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　この発明は、たとえば、工作機械に搭載される工具ホルダに適用される。

　１０　工作機械、１１　ベッド、１６　サドル、１８　自動工具交換装置、２１　主軸台、３１　刃物台、３２　刃物台ベース、３３　タレット、４６　コレット、５１　ハウジング、５２　第１挿入孔、５５　接続部、５６　第１周面、５７　第１テーパ面、６１　ドローバ、６２　第２挿入孔、６３　開口部、６６　小径部、６７　大径部、７１　中間部材、７６　第２周面、７７　第２テーパ面、７８，７９，８６，８７，２２１，２２２　テーパ面、８１　ピストン、８２　先端部、８３　基部、８４　胴部、９１　シリンダ、９２　第１油圧室、９３　第２油圧室、１００　工具クランプ装置、１０１　中心軸、１０２　旋回中心軸、１２１　工具ホルダ、２１０　所定軸、Ｄａ　第１方向、Ｄｂ　第２方向、Ｊ　工具自動交換位置、Ｋ　ワーク加工位置、ＰＡ　第１位置、ＰＢ　第２位置、Ｔ　工具。

Claims (2)

1. 　所定軸を中心に配置されるハウジングと、
   　前記ハウジング内に収容され、工具を前記所定軸の軸方向に沿った第１方向に引き込むことにより工具のクランプ状態を得る第１位置と、工具を前記所定軸の軸方向に沿った第２方向に押し出すことにより工具のアンクランプ状態を得る第２位置との間で、前記所定軸の軸方向にスライド可能なドローバと、
   　前記所定軸の軸上に配置され、前記ドローバを前記第２位置から前記第１位置にスライドさせるために前記第１方向にストロークし、前記ドローバを前記第１位置から前記第２位置にスライドさせるため前記第２方向にストロークするピストンと、
   　前記所定軸の半径方向において前記ハウジングおよび前記ピストンの間に介挿され、前記ドローバとともに前記所定軸の軸方向にスライド可能で、かつ、前記ドローバに対して前記所定軸の半径方向にスライド可能なように、前記ドローバにより支持される中間部材とを備え、
   　前記ピストンは、前記第１方向に向けたストローク時、前記中間部材に対して、前記第１方向かつ前記所定軸の半径方向外側に向けた力を付与するように構成され、
   　前記ハウジングは、
   　前記所定軸を中心として前記所定軸に沿って延在し、前記第１方向に向かうほど大きくなる直径、または、前記所定軸の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径を有する第１周面と、
   　前記第１方向における前記第１周面の端部に接続され、前記所定軸を中心として前記所定軸に沿って延在し、前記第１方向に向かうほど大きくなる直径を有する第１テーパ面とを有し、
   　前記所定軸に対して前記第１周面がなす角度α（０°≦α＜９０°）は、前記所定軸に対して前記第１テーパ面がなす角度β（０°＜β＜９０°）よりも小さく、
   　前記中間部材は、
   　前記所定軸に沿って延在し、前記第１方向に向かうほど大きくなる直径、または、前記所定軸の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径を有し、前記ドローバが前記第２位置に配置される場合に、前記第１周面と接触する第２周面と、
   　前記第２方向における前記第２周面の端部に接続され、前記所定軸に沿って延在し、前記第１方向に向かうほど大きくなる直径を有し、前記ドローバが前記第１位置に配置される場合に、前記第１テーパ面と接触する第２テーパ面とを有し、
   　前記所定軸に対して前記第２周面がなす角度γ（０°≦γ＜９０°）は、前記所定軸に対して前記第２テーパ面がなす角度δ（０°＜δ＜９０°）よりも小さい、工具クランプ装置。
2. 　前記第１周面および前記第２周面の各々は、前記所定軸の軸方向に沿った位置に拘わらず一定の直径を有する、請求項１に記載の工具クランプ装置。

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