JP2000061715A - 主軸の工具クランプ・アンクランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ドローバーを高速に駆動し、工具の高速なクラ
ンプ・アンクランプ、高速な工具交換を実現し、高速な
加工を実現すること。 【解決手段】軸送りによる第１ドローバー駆動手段６１
及び油圧による第２ドローバー駆動手段６２とドローバ
ー装置１８との間に、レバー装置３９によるドローバー
装置１８に対する前方への駆動力を該ドローバー装置１
８に伝達し、かつ該駆動力が第２ドローバー駆動手段６
２へ伝達されることを防止し、アクチェータ３０による
ドローバー装置１８に対する前方への駆動力を該ドロー
バー装置１８へ伝達する軸方向クラッチ機構７０を設け
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマシニングセンタ等
の工作機械において、主軸に対して工具を着脱する際
に、該工具に対するクランプ・アンクランプを行う主軸
の工具クランプ・アンクランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マシニングセンタ等の主軸には、
該主軸に工具を装着するためのコレット装置が備えられ
ており、このコレット装置はドローバーによって駆動さ
れる仕組みになっている。またドローバーを駆動するド
ローバー駆動手段に関しては、ヘッドストック等を駆動
する際の軸送りにより（例えばカム・レバー等を利用し
て）ドローバーを駆動するメカニカルタイプのものが知
られており、これは、油圧や空圧等を利用してドローバ
ーを駆動するタイプのものよりもドローバーを高速に駆
動でき有利とされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、軸送りによ
りドローバーを駆動するメカニカルタイプのドローバー
駆動手段をもつマシニングセンタ等では、主軸に装着さ
れている工具を自動工具交換によらず手作業で交換或い
は取外しする場合のドローバーの駆動手段として、前記
ドローバー駆動手段とは別個に第２のドローバー駆動手
段が設けられている。通常この第２のドローバー駆動手
段は、油圧（或いは空気圧）アクチェータによってドロ
ーバーを主軸の中心軸に平行な方向に駆動するようにな
っている。そのため自動工具交換時にメカニカルタイプ
のドローバー駆動手段によりドローバーを駆動する際に
は、該ドローバーの動作に伴って、第２のドローバー駆
動手段も前記メカニカルタイプのドローバー駆動手段に
より強制的に駆動され、その結果、第２のドローバー駆
動手段においてシリンダとピストンの相対移動が生じる
ことになる。このようにシリンダとピストンの相対移動
が生じると、該シリンダ内の圧油（空気）による抵抗が
生じ、その結果、ドローバーの高速な駆動を妨げること
になっていた。

【０００４】本発明は上記事情に鑑み、工作機械におい
て、ドローバーを高速に駆動することができ、これによ
り工具の高速なクランプ・アンクランプ、従って高速な
工具交換を実現し、高速な加工を実現することのでき
る、主軸の工具クランプ・アンクランプ装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち本発明のうち第１の
発明は、フレーム（５）を有し、前記フレーム（５）に
ヘッドストック（７）を、軸送り駆動機構（９）を介し
て所定の軸方向に移動駆動自在に設け、前記ヘッドスト
ック（７）に主軸（１２）を、所定の中心軸（ＣＴ１）
を中心に軸回転駆動自在に保持して設け、前記主軸（１
２）内に、前記主軸（１２）の先端部（１２ａ）におい
て工具（５０）をクランプ・アンクランプ自在となった
コレット装置（１７）を設け、前記主軸（１２）内に、
該主軸（１２）に対して中心軸方向における第１及び第
２の方向に往復移動自在な形で、かつ第１の方向におけ
る移動動作により前記コレット装置（１７）をクランプ
駆動し、第２の方向における移動動作により前記コレッ
ト装置（１７）をアンクランプ駆動し得る形で、前記コ
レット装置（１７）に接続されたドローバー装置（１
８）を設け、第１のドローバー駆動手段（６１）及び第
２のドローバー駆動手段（６２）を、前記ドローバー装
置（１８）を第２の方向に移動駆動自在に設け、前記第
１のドローバー駆動手段（６１）は、前記フレーム
（５）に設けられた係合手段（４６）と、前記ヘッドス
トック（７）が前記軸送り駆動機構（９）を介して前記
フレーム（５）に対し軸方向に所定の位置（ＴＣＰ）ま
で移動駆動された際に前記係合手段（４６）と係合して
前記ドローバー装置（１８）を第２の方向に移動駆動す
るレバー手段（３９）を有し、前記第２のドローバー駆
動手段（６２）は、前記ヘッドストック（７）に設けら
れた流体圧によるアクチェータ（３０）を有し、該アク
チェータ（３０）を駆動することにより前記ドローバー
装置（１８）を第２の方向に移動駆動するようになって
いる工作機械（１）における、主軸（１２）の工具クラ
ンプ・アンクランプ装置（６０）において、前記第１の
ドローバー駆動手段（６１）及び前記第２のドローバー
駆動手段（６２）と前記ドローバー装置（１８）との間
に、前記レバー手段（３９）による前記ドローバー装置
（１８）に対する第２の方向への駆動力を該ドローバー
装置（１８）に伝達し、かつ該駆動力が前記第２のドロ
ーバー駆動手段（６２）へ伝達されることを防止し、前
記アクチェータ（３０）による前記ドローバー装置（１
８）に対する第２の方向への駆動力を該ドローバー装置
（１８）へ伝達する軸方向クラッチ機構（７０）を設け
て構成される。

【０００６】本発明のうち第２の発明は、第１の発明に
よる工具クランプ・アンクランプ装置において、前記軸
方向クラッチ機構（７０）は、前記ドローバー装置（１
８）を第２の方向へ押圧自在な形で該ドローバー装置
（１８）の外周側に挿嵌されたスリーブ（２１）及び、
前記アクチェータ（３０）に、前記ドローバー装置（１
８）に対して第２の方向に当接係合自在に設けられた当
接係合手段（２２、２６）を有しており、前記スリーブ
（２１）は、前記レバー手段（３９）により第２の方向
へ押圧駆動自在な形で該レバー手段（３９）に係合し
た。

【０００７】本発明のうち第３の発明は、第２の発明に
よる工具クランプ・アンクランプ装置において、前記当
接係合手段（２２、２６）は、前記アクチェータ（３
０）に、前記スリーブ（２１）に対して第２の方向に当
接係合自在に設けられた第１の当接係合部（２２）及
び、前記スリーブ（２１）に、前記ドローバー装置（１
８）に対して第２の方向に当接係合自在に設けられた第
２の当接係合部（２６）を有する。

【０００８】本発明のうち第４の発明は、第２又は第３
の発明による工具クランプ・アンクランプ装置におい
て、前記レバー手段（３９）と前記第スリーブ（２１）
とは、２つのカム機構（２８、２８）を介して係合され
ており、前記各カム機構（２８）は、前記レバー手段
（３９）及び前記スリーブ（２１）のうちの、一方に設
けられたカム（４２）と、該カム（４２）が係合された
形で他方に設けられたカム溝（２７）から構成されてお
り、前記各カム機構（２８）は、前記中心軸（ＣＴ１）
を中心に対称的に配置されている。

【０００９】なお、括弧内の番号等は、図面における対
応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述
は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。図１は、本発明による工具クランプ
・アンクランプ装置の一例を採用したマシニングセンタ
を示した全体斜視図、図２は、図１のうちヘッドストッ
ク及び主軸等を示した側断面図、図３は、図２のうち工
具クランプ・アンクランプ装置付近を拡大して示した
図、図４は、図２のＸ１−Ｙ１断面図、図５は、カム部
材付近を示した側面図、図６は、ドローバーがアンクラ
ンプ位置に位置している状態での工具クランプ・アンク
ランプ装置付近を示した図である。

【００１１】マシニングセンタ１は、図１に示すように
ベース２を有し、該ベース２上には、パレット等を介し
てワークが設置自在となったテーブル３が、水平方向で
ある所定のＸ軸方向（図の矢印Ａ、Ｂ方向）に移動駆動
自在な形で設けられている。更にベース２上には塔状の
コラム５が、前記Ｘ軸方向とは直角な水平方向である所
定のＺ軸方向（図の矢印Ｅ、Ｆ方向）に移動駆動自在な
形で、従ってテーブル３に対して接近・後退自在な形で
設けられている。コラム５には、テーブル３側に向いた
位置に、前記Ｘ軸方向及びＺ軸方向と直角な上下方向で
ある所定のＹ軸方向（図の矢印Ｃ、Ｄ方向）に伸延した
レール６、６が設けられており、更にコラム５には、こ
れらレール６、６を介してヘッドストック７がＹ軸方向
に移動自在に設けられている。またコラム５には、ボー
ルねじ装置等のＹ軸駆動装置９が設けられており、この
Ｙ軸駆動装置９によってヘッドストック７は、前記レー
ル６、６を介してＹ軸方向に移動駆動自在になってい
る。

【００１２】ヘッドストック７は、図１及び図２（なお
簡略化のため図２では、ヘッドストック７のうち主軸ホ
ルダ１０以外の殆どの部分を省略している。）に示すよ
うに略筒状になった主軸ホルダ１０を有しており、主軸
ホルダ１０内には設置空間１１がＺ軸方向（矢印Ｅ、Ｆ
方向）に伸延し、かつ図２の矢印Ｅ方向に外部に開口し
た形で形成されている。主軸ホルダ１０には、前記設置
空間１１に格納された形で、Ｚ軸方向に伸延した基本的
に円筒状の主軸１２が、複数のベアリング装置１３を介
して設けられており、従って主軸１２は、主軸ホルダ１
０に対し、Ｚ軸方向に平行な該主軸１２の中心軸ＣＴ１
を中心に図２の矢印Ｐ、Ｑ方向に軸回転自在になってい
る。更に設置空間１１にはモータユニット１５が、主軸
ホルダ１０と主軸１２との間に設けられており、該モー
タユニット１５を作動させることにより、前記主軸１２
は、主軸ホルダ１０に対して中心軸ＣＴ１を中心に図の
矢印Ｐ、Ｑ方向に軸回転駆動されるようになっている。

【００１３】主軸１２の前端部１２ａ（主軸１２の矢印
Ｅ側端部）は、前記設置空間１１から主軸ホルダ１０の
外部に向けて矢印Ｅ方向に露出しており、該前端部１２
ａには、前方（図の矢印Ｅ方向）に開口した形のテーパ
状の工具装着穴１６が形成されている。なお説明の便宜
上、図２では、工具装着穴１６の内部や後述するコレッ
ト装置１７及びドローバー装置１８等に関し、中心軸Ｃ
Ｔ１を示す図２中の一点鎖線を境にして、紙面上側では
工具未装着時の状態を、紙面下側では工具装着完了時の
状態を示している。またこの主軸１２に装着される工具
５０（公知のプルスタッド付きの工具）は、図１及び図
２に示すように、工具本体５１及び、該工具本体５１の
後端側（矢印Ｆ側）に設けられた、基本的にコーン状と
なったシャンク５２から構成されており、更にシャンク
５２は、その後端側にプルスタッド５２ａを有してい
る。従って、図２の工具装着完了時の状態を示す部分で
は、工具５０が、該工具５０のシャンク５２側を工具装
着穴１６に挿入した形で装着されている。

【００１４】また、主軸１２内には工具装着穴１６の後
端側（矢印Ｆ側）に隣接配置された形でコレット装置１
７が設けられており、このコレット装置１７は、プルス
タッドを介して工具をクランプ・アンクランプするタイ
プのものである（公知のタイプである）。即ち、コレッ
ト装置１７は、工具装着穴１６に挿入される形で受渡さ
れて来た工具５０のプルスタッド５２ａをクランプしな
がら後方（矢印Ｆ方向）に引込むことにより該工具５０
をクランプし装着することができ、またクランプしてい
たプルスタッド５２ａをアンクランプしながら前方（矢
印Ｅ方向）に押し出すことにより工具５０をアンクラン
プすることができるようになっている。なおコレット装
置１７は、図２で示したようなプルスタッドを介して工
具をクランプ・アンクランプするタイプのものに限定さ
れず、後述するドローバー１９等のドローバーのＺ軸方
向における動きにより駆動されるものであればどのよう
なタイプのものでも構わない。例えば、球状の係合部材
を工具のシャンク側の係合溝に係合・係合解除する形で
工具のクランプ・アンクランプを行うタイプ（公知のタ
イプ）のコレット装置も採用可能である。

【００１５】更に、主軸１２内にはコレット装置１７の
後端側（矢印Ｆ側）に隣接接続された形で、ドローバー
装置１８が設けられている。ドローバー装置１８は、主
軸１２内をＺ軸方向（矢印Ｅ、Ｆ方向）に伸延した形の
円筒棒状のドローバー１９を有しており、該ドローバー
１９のＺ軸方向における移動動作によってコレット装置
１７が駆動される仕組みになっている。更にドローバー
装置１８は、主軸１２内に設けられた形で、ドローバー
１９の伸延方向に配置された複数の皿バネ２０を有して
おり、この皿バネ２０により主軸１２内でドローバー１
９は矢印Ｆ方向に付勢されている。例えば、図２の工具
未装着時の状態を示す図（紙面上側）では、ドローバー
１９の位置は待機位置ＰＴ０となっている。また、図２
の工具５０が装着完了された状態を示す図（紙面下側）
では、ドローバー１９は前記待機位置ＰＴ０よりわずか
に前方（矢印Ｅ方向）に移動した装着完了位置ＰＴ１と
なっており、ドローバー１９は皿バネ２０により後方
（矢印Ｆ方向）に押圧され、この押圧により、コレット
装置１７を介した工具５０のクランプ及び装着が維持さ
れている。即ち、工具５０をクランプしているコレット
装置１７が、ドローバー１９を介して後方（矢印Ｆ方
向）に押圧されており、従って工具５０のシャンク５２
が工具装着穴１６の内壁に密着する形で後方（矢印Ｆ方
向）に押圧されている。

【００１６】ドローバー１９の後端側（図の矢印Ｆ側）
は主軸１２の後方外部に突出し、図２に示すように設置
空間１１を通って主軸ホルダ１０の後端部１０ｂにより
軸支されている。またドローバー１９のうち主軸１２の
後方外部に突出した箇所には、図３に示すように、基本
的に円筒状に形成された第１スリーブ２１が、ドローバ
ー１９の外周側に（該ドローバー１９は第１スリーブ２
１に対して回転自在であるが第１スリーブ２１は回転方
向が固定されている）挿嵌された形で、かつドローバー
１９に対してＺ軸方向（矢印Ｅ、Ｆ方向）に摺動自在に
設けられている。第１スリーブ２１には、Ｚ軸方向前方
（矢印Ｅ方向）に向いたバー押圧面２２が、ドローバー
１９に隣接した位置（第１スリーブ２１の内周寄りの位
置）に環状に形成されている。一方、上述したドローバ
ー１９の一部には、外周が拡径した形で押圧受部１９ｃ
が環状に形成されており、この押圧受部１９ｃと、上述
した第１スリーブ２１のバー押圧面２２はＺ軸方向（矢
印Ｅ、Ｆ方向）に対向配置されている。更に第１スリー
ブ２１には、基本的に円筒状に形成された第２スリーブ
２５が、第１スリーブ２１の外周側に挿嵌した形で、か
つ第１スリーブ２１に対してＺ軸方向（矢印Ｅ、Ｆ方
向）に摺動自在に設けられている。第２スリーブ２５に
は、Ｚ軸方向前方（矢印Ｅ方向）に向いたスリーブ押圧
面２６が、第１スリーブ２１に隣接した位置（第２スリ
ーブ２５の内周寄りの位置）に環状に形成されている。
一方、上述した第１スリーブ２１の前端寄り（矢印Ｅ側
端部寄り）の部位には、外周が拡径した形で押圧受部２
３が環状に形成されており、この押圧受部２３と、上述
した第２スリーブ２５のスリーブ押圧面２６はＺ軸方向
（矢印Ｅ、Ｆ方向）に対向配置されている。

【００１７】ところで主軸ホルダ１０の一部は、図２及
び図３に示すように、第２スリーブ２５の外周を基本的
に面当接して包囲した形のスリーブ包囲部１０ａとなっ
ており、前記第２スリーブ２５は、スリーブ包囲部１０
ａに対してＺ軸方向（矢印Ｅ、Ｆ方向）に摺動自在とな
っている。スリーブ包囲部１０ａには、第２スリーブ２
５に隣接した位置（スリーブ包囲部１０ａの内周寄りの
位置）に、環状溝形となったシリンダ３１が形成されて
いる。一方、第２スリーブ２５の一部には、外周が拡径
した形でピストン３２が環状に形成されており、該ピス
トン３２は前記シリンダ３１内に配置されている。シリ
ンダ３１には図示しない圧油供給・排出手段が設けられ
ており、この圧油供給・排出手段により供給・排出され
る圧油を介してピストン３２が押圧駆動自在となってい
る。即ち、これらシリンダ３１及びピストン３２及び第
２スリーブ２５（即ちピストンロッド）により油圧のア
クチェータ３０が構成されている。なお、別の実施例と
してこの油圧のアクチェータ３０の代わりに空気圧によ
るアクチェータ等を採用してもよい。

【００１８】第１スリーブ２１のうち押圧受部２３より
も後方（矢印Ｆ側）位置には、図３及び図４に示すよう
に、該第１スリーブ２１の外周部が中心軸ＣＴ１に向か
って凹んだ形で幅Ｗ１の２つのカム溝２７、２７が形成
されており、これらカム溝２７、２７は、中心軸ＣＴ１
を含みＸ軸に直角な平面ＨＭ１（図４の一点鎖線で図
示）を中心に対称に形成され配置されている。なお、第
１スリーブ２１のうち上述したカム溝２７、２７が形成
された部位は、図３に示すように第２スリーブ２５から
その外部後方（矢印Ｆ側）に突出配置されており、各カ
ム溝２７は第１スリーブ２１の内周側に至らない程度の
深さで形成されている。また主軸ホルダ１０には、図２
及び図４に示すようにレバー装置３９が設けられてお
り、レバー装置３９は略上下方向に伸延した形のレバー
４０を、主軸ホルダ１０においてＸ軸方向に平行なピン
４０ａを介して、Ｘ軸方向に平行な中心軸ＣＴ２を中心
に図の矢印Ｒ、Ｓ方向に回動自在に枢着された形で有し
ている。レバー４０のうちピン４０ａより下の部分は支
持部４１、４１となって逆Ｙ字型に二股に分かれ、前記
第１スリーブ２１を上方から跨いだ形になっており、各
支持部４１には、二股内側位置に片持ち状にローラ４２
が支持されている。各ローラ４２はＸ軸方向に平行な回
転軸ＣＴ３を中心に各支持部４１に対して軸回転自在に
枢着されており、支持部４１、４１のローラ４２、４２
は、図４に示すように前記平面ＨＭ１を中心に対称に形
成され配置されている。また各ローラ４２は、上述した
第１スリーブ２１の各カム溝２７内に挿入配置されてい
る。これらカム溝２７とローラ４２による各組はそれぞ
れ、レバー装置３９と第１スリーブ２１とを係合してい
るカム機構２８、２８となっており、上述した配置関係
よりこれらカム機構２８、２８は中心軸ＣＴ１を中心に
対称的に配置されている。一方、レバー４０のうちピン
４０ａより上の部分でその先端付近には、図５に示すよ
うに、片持ち状にローラ４５（破線で図示）が支持され
ており、該ローラ４５はＸ軸方向に平行な中心軸ＣＴ４
を中心に、各レバー４０に対して軸回転自在に枢着され
ている。

【００１９】なお、レバー４０のうちピン４０ａより上
の所定の部位とヘッドストック７との間には図２に示す
ように戻しバネ４３が、該レバー４０を図の矢印Ｒ方向
に付勢した形で設けられている。一方、ヘッドストック
７の上方のコラム５内には図５に示すように、Ｘ軸方向
に対して直角な略板状のカム部材４６が設けられており
（カム部材４６は図１には現れていない）、カム部材４
６の一方の板面側には上下方向に屈曲して延びた形でカ
ム溝４７が形成されている。なおカム溝４７は開口部で
あるローラ受入口４７ａを介してカム部材４６の下方外
部に開口している。以上説明した、レバー装置３９とカ
ム部材４６により、ヘッドストック７の軸送りを利用し
てドローバー装置１８を駆動する第１ドローバー駆動手
段６１が構成されており、また以上説明したアクチェー
タ３０は、油圧を利用してドローバー装置１８を駆動す
る第２ドローバー駆動手段６２となっている。また上述
した、第１スリーブ２１及び第２スリーブ２５に形成さ
れたスリーブ押圧面２６により軸方向クラッチ機構７０
が構成されており、これら第１及び第２ドローバー駆動
手段６１、６２と、軸方向クラッチ機構７０と、ドロー
バー装置１８及びコレット装置１７により、主軸１２に
対して工具５０をクランプ・アンクランプさせ得る工具
クランプ・アンクランプ装置６０が構成されている。

【００２０】マシニングセンタ１等は以上のように構成
されているので、該マシニングセンタ１によるワークの
加工は、ベース２に対してテーブル３をＸ軸方向に、コ
ラム５をＺ軸方向にそれぞれ移動駆動すると共に、コラ
ム５に対してヘッドストック７をＹ軸駆動装置９を介し
てＹ軸方向に移動駆動することにより、テーブル３に設
置されたワーク（図示せず）と、ヘッドストック７に設
けられた主軸１２との間の相対位置関係を３次元的に変
化させながら、該主軸１２をモータユニット１５を介し
て図の矢印Ｐ、Ｑ方向に回転駆動させることにより該主
軸１２に装着された工具５０を回転させて前記ワークを
切削する形で行われる。また、通常、このような加工の
途中では自動工具交換による工具交換を行う。以下、マ
シニングセンタ１における自動工具交換による工具交換
（或いは工具未装着状態の主軸１２に対する工具装着）
の手順を説明する。

【００２１】工具交換を行う前の、主軸１２に工具５０
が装着されている工具装着完了状態では、図２の紙面下
側に示すようにドローバー１９は装着完了位置ＰＴ１に
あり、第１スリーブ２１は、図３に示すように、そのバ
ー押圧面２２が、ドローバー１９の押圧受部１９ｃに対
して近接した形で配置されており、第２スリーブ２５
は、そのスリーブ押圧面２６が、第１スリーブ２１の押
圧受部２３に対して近接した形で配置されている。この
状態では図２及び図３に示すように、アクチェータ３０
において、前記第２スリーブ２５に形成されているピス
トン３２がシリンダ３１内の後端側（矢印Ｆ方向）の位
置に配置されている。なお、主軸１２が工具未装着状態
である場合には、既に説明したようにドローバー１９は
待機位置ＰＴ０にあるが、この待機位置ＰＴ０と前記装
着完了位置ＰＴ１とではドローバー１９の位置は僅かに
違うだけなので、ドローバー１９、第１スリーブ２１、
第２スリーブ２５相互の位置関係及び、アクチェータ３
０におけるシリンダ３１とピストン３２の相対位置関係
は、工具装着完了状態の場合と略同様となる。

【００２２】従って、上述した主軸１２の工具５０を交
換するには（或いは工具未装着状態の主軸１２に工具を
装着するには）、まずヘッドストック７を所定の工具交
換位置ＴＣＰ（本実施例ではヘッドストック７をコラム
５に対してＹ軸方向に略いっぱいまで上方に移動させた
位置としている。）に位置決めする必要がある。そこ
で、Ｙ軸駆動装置９によりヘッドストック７をコラム５
に対してＹ軸方向上方（図の矢印Ｃ方向）に移動させ
る。これによりヘッドストック７に設けられたレバー装
置３９もコラム５内をＹ軸方向上方に移動し、従って該
レバー装置３９のローラ４５も、図５の一点鎖線で示す
ようにコラム５内をＹ軸方向上方に移動する。更にヘッ
ドストック７を上方に移動駆動することにより、ローラ
４５をコラム５内のカム部材４６に到達させ、図５の二
点鎖線で示すように、該カム部材４６のカム溝４７に挿
入させる。即ち、カム部材４６は、ローラ４５が該カム
部材４６に到達していない状態（図５の一点鎖線で図
示）においては戻しバネ４３により、該ローラ４５の位
置とカム溝４７のローラ受入口４７ａとがＹ軸方向（矢
印Ｃ、Ｄ方向）に対応する形で配置されており、従って
ローラ４５が上方に移動してカム部材４６に到達する際
には、該ローラ４５がローラ受入口４７ａからカム溝４
７内に上向き（矢印Ｃ方向）に挿入されることになる。
続けて、ヘッドストック７を上方に移動駆動させる。こ
の時点ではローラ４５がカム溝４７に挿入されているの
で、ローラ４５はカム溝４７に沿った形で上方に移動す
る。カム溝４７は、図５に示すように、下から上に向か
って始めは略真上にその後図５の紙面右斜め上方に屈曲
して形成されているので、該カム溝４７に沿って始めは
略真上に移動したローラ４５は、その後、斜め上方（図
５の矢印Ｈ方向）に移動する。更に続けて、ヘッドスト
ック７を上方に移動駆動することにより所定の工具交換
位置ＴＣＰに位置決めする。この状態で、カム溝４７に
沿って移動して来たローラ４５の位置は、図５の破線で
示すように、カム部材４６に到達前の位置（図５の一点
鎖線で図示）よりもＺ軸方向（図の矢印Ｆ方向）に距離
Ｌ１だけ移動した位置に位置決めされている。

【００２３】一方、上述したようにローラ４５がカム溝
４７に沿って図５の矢印Ｈ方向に移動する際には、レバ
ー４０はヘッドストック７に対してピン４０ａの中心軸
ＣＴ２を中心に図の矢印Ｓ方向に回動駆動されることに
なる。これによって該レバー４０の支持部４１、４１に
設けられたローラ４２、４２は、図６に示すようにＺ軸
方向前方（矢印Ｅ方向）に駆動される。各ローラ４２は
第１スリーブ２１のカム溝２７に挿入されているので、
該ローラ４２がＺ軸方向前方に駆動される際には、該ロ
ーラ４２が挿入されたカム溝２７内の前方（矢印Ｅ側）
の内壁２７ａをＺ軸方向前方に押圧し、これによって第
１スリーブ２１を、図６に示すようにＺ軸方向前方に駆
動する。なおカム機構２８、２８は中心軸ＣＴ１を中心
に対称的に配置されているので、第１スリーブ２１はバ
ランスよく安定して駆動される。第１スリーブ２１がＺ
軸方向前方に駆動されることにより、該第１スリーブ２
１のバー押圧面２２においてドローバー１９の押圧受部
１９ｃをＺ軸方向前方に押圧して該ドローバー１９をＺ
軸方向前方に駆動する。こうしてヘッドストック７が工
具交換位置ＴＣＰに位置決めされた状態（図６に示す状
態）になると、図６に示すように各ローラ４２は、図３
に示す状態よりもＺ軸方向前方に距離Ｌ２だけ移動さ
れ、従ってドローバー１９も距離Ｌ２と略等しい距離だ
けＺ軸方向前方に移動駆動されて所定のアンクランプ位
置ＰＴ２に配置された。ドローバー１９がアンクランプ
位置ＰＴ２に配置されると、該ドローバー１９によって
コレット装置１７が駆動され、該コレット装置１７によ
ってクランプされていた工具５０がアンクランプされる
と共に前方に押し出される（コレット装置１７の動作の
仕組み及び動作方法は公知のものなので説明を省略す
る）。

【００２４】上述したように第１ドローバー駆動手段６
１によりドローバー１９がＺ軸方向前方に駆動される際
には、第１スリーブ２１の押圧受部２３が第２スリーブ
２５のスリーブ押圧面２６から矢印Ｅ方向に遠ざかる方
向に移動するので、Ｚ軸方向において第２スリーブ２５
は移動駆動されず、従ってアクチェータ３０におけるシ
リンダ３１内でのピストン３２の動きはない。つまり、
第１ドローバー駆動手段６１によるドローバー１９の駆
動時には、軸方向クラッチ機構７０により第２ドローバ
ー駆動手段６２のアクチェータ３０の動きを防止するの
で、シリンダ３１内の圧油等による抵抗が生じずドロー
バー１９の駆動は小さな力で素早く行うことができる。

【００２５】以上のようにヘッドストック７が工具交換
位置ＴＣＰに位置決めされ、従ってドローバー１９を介
してコレット装置１７が駆動されて、クランプされてい
た工具５０がアンクランプされると共に前方に押し出さ
れた状態で、図示しない公知の自動工具交換装置（ＡＴ
Ｃ装置）により前記工具５０を主軸１２から取外し、別
の工具を該主軸１２に受渡す（主軸１２が工具未装着状
態であった場合には、工具５０の取外しは無く、自動工
具交換装置からの工具の受渡しだけが行われる）。工具
の受渡しが完了すると、ヘッドストック７を、以降の加
工を行うための所定の待機位置に向けて移動駆動させる
ことになる。そこで、コラム５に対してヘッドストック
７をＹ軸方向下方に移動駆動する。これによりヘッドス
トック７に設けられたレバー装置３９もコラム５内をＹ
軸方向下方に移動し、従って該レバー装置３９のローラ
４５が、カム部材４６のカム溝４７に沿って斜め下方に
移動した後、Ｙ軸方向下方に移動してローラ受入口４７
ａから該カム溝４７の外部に移動する。こうしてローラ
４５がカム溝４７から外れることによりレバー４０は、
図３に示すように矢印Ｒ方向に回動駆動される（この
際、レバー４０とヘッドストック７との間に設けられた
戻しバネ４３により引っ張られる形でレバー４０の矢印
Ｒ方向への回動駆動は確実かつ素早く行われる）。

【００２６】このようにレバー４０が矢印Ｒ方向に回動
駆動される際には、該レバー４０の支持部４１、４１に
設けられたローラ４２、４２はＺ軸方向後方に駆動され
るので、各ローラ４２は、該ローラ４２が挿入されたカ
ム溝２７内の後方（矢印Ｆ側）の内壁２７ｂをＺ軸方向
後方に押圧し、これによって第１スリーブ２１をＺ軸方
向後方に駆動する。第１スリーブ２１がＺ軸方向後方に
駆動されることにより、該第１スリーブ２１のバー押圧
面２２がドローバー１９の押圧受部１９ｃからＺ軸方向
後方に離れる方向に移動するので、ドローバー１９は皿
バネ２０により押圧される形でＺ軸方向後方に駆動され
る。こうしてドローバー１９は再び図２及び図３に示す
装着完了位置ＰＴ１に移動配置された。また、ドローバ
ー１９のＺ軸方向後方への駆動によりコレット装置１７
が駆動され、該コレット装置１７に受渡された工具がク
ランプされると共に後方に引込まれ主軸１２に対する装
着が完了された。

【００２７】第１ドローバー駆動手段６１によりドロー
バー１９を駆動し、前記受渡された工具を主軸１２に対
してクランプし装着する工程においても、第１スリーブ
２１と第２スリーブ２５はＺ軸方向に干渉しないので、
Ｚ軸方向において第２スリーブ２５は移動駆動されず、
従って第２ドローバー駆動手段６２のアクチェータ３０
におけるシリンダ３１内でのピストン３２の動きはな
い。つまり、アクチェータ３０の動きがないので、圧油
等による抵抗が生じずドローバー１９の駆動は小さな力
で素早く行うことができる。マシニングセンタ１におけ
る自動工具交換による工具交換（或いは工具未装着状態
の主軸１２に対する工具装着）の手順の説明は以上であ
る。

【００２８】ところでマシニングセンタ１には、主軸１
２に装着されている工具５０を自動工具交換を用いずに
手作業によって取外したり交換することもある。この場
合には、ヘッドストック７を上述した工具交換位置ＴＣ
Ｐ以外の位置に停止させた後、第２ドローバー駆動手段
６２を利用して以下のように工具の交換（或いは取外
し）を行うようにする。まず、アクチェータ３０を駆動
することによりシリンダ３１内でピストン３２をＺ軸方
向前方に移動駆動させ、従ってヘッドストック７に対し
て第２スリーブ２５をＺ軸方向前方に移動駆動させる。
すると、第２スリーブ２５のスリーブ押圧面２６により
押圧受部２３がＺ軸方向前方に押圧される形で第１スリ
ーブ２１がＺ軸方向前方に移動駆動され、従って第１ス
リーブ２１のバー押圧面２２によりドローバー１９の押
圧受部１９ｃがＺ軸方向前方に押圧される形で該ドロー
バー１９がＺ軸方向前方にアンクランプ位置ＰＴ２まで
移動駆動される。これによりコレット装置１７が駆動さ
れて、クランプされていた工具５０がアンクランプさ
れ、かつ前方に押し出される。この状態で、前記アンク
ランプされた工具５０を作業員が手動操作により取外
し、代わりに別の工具をコレット装置１７に受渡した後
（或いは工具５０の取外しのみを行ってもよい）、アク
チェータ３０を駆動することによりシリンダ３１内でピ
ストン３２をＺ軸方向後方（図の矢印Ｆ方向）に移動駆
動させ、従ってヘッドストック７に対して第２スリーブ
２５をＺ軸方向後方に移動駆動させる。すると、皿バネ
２０によりＺ軸方向後方に押圧されているドローバー１
９は、押圧受部１９ｃを介して第１スリーブ１をＺ軸方
向後方に押し戻す形で、第２スリーブ２５に伴ってＺ軸
方向後方に移動駆動され、図２及び図３に示す装着完了
位置ＰＴ１に戻る。また、このようにドローバー１９が
Ｚ軸方向後方に装着完了位置ＰＴ１まで移動駆動される
ことにより、コレット装置１７は、該コレット装置１７
に受渡された工具をクランプし、かつ該工具を主軸装着
穴１６に引込ませる形で駆動され、従って該工具は主軸
１２に装着完了された。なお、このように第２ドローバ
ー駆動手段６２によりドローバー１９を駆動する際に
は、第１スリーブ２１がＺ軸方向に移動駆動され、従っ
て該第１スリーブ２１とカム機構２８、２８を介して係
合されたレバー装置３９も図の矢印Ｒ、Ｓ方向に回動駆
動されることになるが、ヘッドストック７が上述した工
具交換位置ＴＣＰ以外の位置に配置されているため、コ
ラム５内でレバー装置３９を拘束しているものは戻しバ
ネ４３以外にはなくレバー４０等の動きに支障は無い。

【００２９】以上説明したようにマシンニングセンタ１
では、主軸１２に工具をクランプ・アンクランプする工
具クランプ・アンクランプ装置６０において、自動工具
交換時には、ヘッドストック７の軸送りを利用した形で
第１ドローバー駆動手段６１を介してドローバー１９の
駆動を行うようになっているため、ドローバー１９の駆
動が高速である。更に、第１ドローバー駆動手段６１に
よる駆動時には、軸方向クラッチ機構７０により第２ド
ローバー駆動手段６２のアクチェータ３０の動きを防止
するので、圧油による抵抗が生じず、ドローバー１９の
高速な駆動を妨げることはない。これによりマシニング
センタ１では工具の高速なクランプ・アンクランプ、従
って高速な工具交換が実現され、高速な加工を実現する
ことができる。

【００３０】なお上述した実施例ではマシニングセンタ
１に採用された工具クランプ・アンクランプ装置を例に
して説明したが、本発明による主軸の工具クランプ・ア
ンクランプ装置はマシニングセンタ以外の工作機械に採
用されても良く、例えば工具を工具主軸にＡＴＣ装置を
利用して着脱するタイプのＮＣ旋盤などに採用しても良
い。また軸方向クラッチ機構は、必ずしも第１スリーブ
２１を有した形で構成しなくてもよい。例えば、ドロー
バー１９とレバー装置３９を直接係合し、アクチェータ
３０の第２スリーブ２５とドローバー１９を直接当接係
合するように構成しても良い。また上述した実施例では
カム機構２８において、カム溝２７は第１スリーブ２１
側に、ローラ４２はレバー装置３９側に設けられている
が、カム溝２７をレバー装置３９側に、ローラ４２を第
１スリーブ２１側に設けることも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のうち第１の
発明は、コラム５等のフレームを有し、前記フレームに
ヘッドストック７等のヘッドストックを、Ｙ軸駆動装置
９等の軸送り駆動機構を介して所定の軸方向に移動駆動
自在に設け、前記ヘッドストックに主軸１２等の主軸
を、中心軸ＣＴ１等の所定の中心軸を中心に軸回転駆動
自在に保持して設け、前記主軸内に、前記主軸の前端部
１２ａ等の先端部において工具５０等の工具をクランプ
・アンクランプ自在となったコレット装置１７等のコレ
ット装置を設け、前記主軸内に、該主軸に対して中心軸
方向における第１及び第２の方向に往復移動自在な形
で、かつ第１の方向における移動動作により前記コレッ
ト装置をクランプ駆動し、第２の方向における移動動作
により前記コレット装置をアンクランプ駆動し得る形
で、前記コレット装置に接続されたドローバー装置１８
等のドローバー装置を設け、第１ドローバー駆動手段６
１等の第１のドローバー駆動手段及び第２ドローバー駆
動手段６２等の第２のドローバー駆動手段を、前記ドロ
ーバー装置を第２の方向に移動駆動自在に設け、前記第
１のドローバー駆動手段は、前記フレームに設けられた
カム部材４６等の係合手段と、前記ヘッドストックが前
記軸送り駆動機構を介して前記フレームに対し軸方向に
工具交換位置ＴＣＰ等の所定の位置まで移動駆動された
際に前記係合手段と係合して前記ドローバー装置を第２
の方向に移動駆動するレバー装置３９等のレバー手段を
有し、前記第２のドローバー駆動手段は、前記ヘッドス
トックに設けられた流体圧によるアクチェータ３０等の
アクチェータを有し、該アクチェータを駆動することに
より前記ドローバー装置を第２の方向に移動駆動するよ
うになっている工作機械における、主軸の工具クランプ
・アンクランプ装置において、前記第１のドローバー駆
動手段及び前記第２のドローバー駆動手段と前記ドロー
バー装置との間に、前記レバー手段による前記ドローバ
ー装置に対する第２の方向への駆動力を該ドローバー装
置に伝達し、かつ該駆動力が前記第２のドローバー駆動
手段へ伝達されることを防止し、前記アクチェータによ
る前記ドローバー装置に対する第２の方向への駆動力を
該ドローバー装置へ伝達する軸方向クラッチ機構７０等
の軸方向クラッチ機構を設けて構成される。従って本発
明による工具クランプ・アンクランプ装置によると、自
動工具交換時等には、軸送り駆動機構を介したヘッドス
トックの軸送りを利用した形で第１のドローバー駆動手
段によりドローバー装置の駆動を行うようになっている
ため、ドローバー装置の駆動が高速であるだけでなく、
第１のドローバー駆動手段によるドローバー装置の駆動
時には、軸方向クラッチ機構により第２のドローバー駆
動手段への駆動力の伝達が防止され、アクチェータの動
きが防止されるので、該アクチェータにおいて流体圧に
よる抵抗が生じず、ドローバー装置の高速な駆動を妨げ
ることはない。これにより工具の高速なクランプ・アン
クランプ、従って高速な工具交換が実現され、高速な加
工を実現することができる。

【００３２】本発明のうち第２の発明は、第１の発明に
よる工具クランプ・アンクランプ装置において、前記軸
方向クラッチ機構は、前記ドローバー装置を第２の方向
へ押圧自在な形で該ドローバー装置の外周側に挿嵌され
た第１スリーブ２１等のスリーブ及び、前記アクチェー
タに、前記ドローバー装置に対して第２の方向に当接係
合自在に設けられたバー押圧面２２、スリーブ押圧面２
６等の当接係合手段を有しており、前記スリーブは、前
記レバー手段により第２の方向へ押圧駆動自在な形で該
レバー手段に係合したので、第１の発明による効果に加
えて、ドローバー装置と同様に中心軸を中心とするスリ
ーブを採用することにより、軸方向クラッチ機構は、そ
の構成やドローバー装置に対する配置が簡単になり好都
合である。

【００３３】本発明のうち第３の発明は、第２の発明に
よる工具クランプ・アンクランプ装置において、前記当
接係合手段は、前記アクチェータに、前記スリーブに対
して第２の方向に当接係合自在に設けられたバー押圧面
２２等の第１の当接係合部及び、前記スリーブに、前記
ドローバー装置に対して第２の方向に当接係合自在に設
けられたスリーブ押圧面２６等の第２の当接係合部を有
するので、第２の発明による効果に加えて、アクチェー
タに設ける当接係合手段は、スリーブと別個の位置に設
けなくて済むので、その分スペースが節約でき、工具ク
ランプ・アンクランプ装置のコンパクト化が実現する。

【００３４】本発明のうち第４の発明は、第２又は第３
の発明による工具クランプ・アンクランプ装置におい
て、前記レバー手段と前記第スリーブとは、カム機構２
８等の２つのカム機構を介して係合されており、前記各
カム機構は、前記レバー手段及び前記スリーブのうち
の、一方に設けられたローラ４２等のカムと、該カムが
係合された形で他方に設けられたカム溝２７等のカム溝
から構成されており、前記各カム機構は、前記中心軸を
中心に対称的に配置されているので、第２又は第３の発
明による効果に加えて、２つのカム機構を介してスリー
ブに伝達される駆動力は、中心軸を中心に対称的に加え
られるので、スリーブはバランスよく安定して駆動さ
れ、動作がスムーズな工具クランプ・アンクランプ装置
が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による工具クランプ・アンクラ
ンプ装置の一例を採用したマシニングセンタを示した全
体斜視図である。

【図２】図２は、図１のうちヘッドストック及び主軸等
を示した側断面図である。

【図３】図３は、図２のうち工具クランプ・アンクラン
プ装置付近を拡大して示した図である。

【図４】図４は、図２のＸ１−Ｙ１断面図である。

【図５】図５は、カム部材付近を示した側面図である。

【図６】図６は、ドローバーがアンクランプ位置に位置
している状態での工具クランプ・アンクランプ装置付近
を示した図である。

【符号の説明】

１……工作機械（マシニングセンタ） ５……フレーム（コラム） ７……ヘッドストック ９……軸送り駆動機構（Ｙ軸駆動装置） １２……主軸 １２ａ……先端部（前端部） １７……コレット装置 １８……ドローバー装置 ２１……スリーブ（第１スリーブ） ２２……当接係合手段、第１の当接係合部（バー押圧
面） ２６……当接係合手段、第２の当接係合部（スリーブ押
圧面） ２７……カム溝 ２８……カム機構 ３０……アクチェータ ３９……レバー手段（レバー装置） ４２……カム（ローラ） ４６……係合手段（カム部材） ５０……工具 ６０……工具クランプ・アンクランプ装置 ６１……第１のドローバー駆動手段（第１ドローバー駆
動手段） ６２……第２のドローバー駆動手段（第２ドローバー駆
動手段） ７０……軸方向クラッチ機構 ＣＴ１……中心軸 ＴＣＰ……位置（工具交換位置）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレームを有し、 前記フレームにヘッドストックを、軸送り駆動機構を介
   して所定の軸方向に移動駆動自在に設け、 前記ヘッドストックに主軸を、所定の中心軸を中心に軸
   回転駆動自在に保持して設け、 前記主軸内に、前記主軸の先端部において工具をクラン
   プ・アンクランプ自在となったコレット装置を設け、 前記主軸内に、該主軸に対して中心軸方向における第１
   及び第２の方向に往復移動自在な形で、かつ第１の方向
   における移動動作により前記コレット装置をクランプ駆
   動し、第２の方向における移動動作により前記コレット
   装置をアンクランプ駆動し得る形で、前記コレット装置
   に接続されたドローバー装置を設け、 第１のドローバー駆動手段及び第２のドローバー駆動手
   段を、前記ドローバー装置を第２の方向に移動駆動自在
   に設け、 前記第１のドローバー駆動手段は、前記フレームに設け
   られた係合手段と、前記ヘッドストックが前記軸送り駆
   動機構を介して前記フレームに対し軸方向に所定の位置
   まで移動駆動された際に前記係合手段と係合して前記ド
   ローバー装置を第２の方向に移動駆動するレバー手段を
   有し、 前記第２のドローバー駆動手段は、前記ヘッドストック
   に設けられた流体圧によるアクチェータを有し、該アク
   チェータを駆動することにより前記ドローバー装置を第
   ２の方向に移動駆動するようになっている工作機械にお
   ける、主軸の工具クランプ・アンクランプ装置におい
   て、 前記第１のドローバー駆動手段及び前記第２のドローバ
   ー駆動手段と前記ドローバー装置との間に、前記レバー
   手段による前記ドローバー装置に対する第２の方向への
   駆動力を該ドローバー装置に伝達し、かつ該駆動力が前
   記第２のドローバー駆動手段へ伝達されることを防止
   し、前記アクチェータによる前記ドローバー装置に対す
   る第２の方向への駆動力を該ドローバー装置へ伝達する
   軸方向クラッチ機構を設けて構成した、主軸の工具クラ
   ンプ・アンクランプ装置。
2. 【請求項２】前記軸方向クラッチ機構は、前記ドローバ
   ー装置を第２の方向へ押圧自在な形で該ドローバー装置
   の外周側に挿嵌されたスリーブ及び、前記アクチェータ
   に、前記ドローバー装置に対して第２の方向に当接係合
   自在に設けられた当接係合手段を有しており、 前記スリーブは、前記レバー手段により第２の方向へ押
   圧駆動自在な形で該レバー手段に係合したことを特徴と
   する請求項１記載の、主軸の工具クランプ・アンクラン
   プ装置。
3. 【請求項３】前記当接係合手段は、前記アクチェータ
   に、前記スリーブに対して第２の方向に当接係合自在に
   設けられた第１の当接係合部及び、前記スリーブに、前
   記ドローバー装置に対して第２の方向に当接係合自在に
   設けられた第２の当接係合部を有することを特徴とする
   請求項２記載の、主軸の工具クランプ・アンクランプ装
   置。
4. 【請求項４】前記レバー手段と前記スリーブとは、２つ
   のカム機構を介して係合されており、 前記各カム機構は、前記レバー手段及び前記スリーブの
   うちの、一方に設けられたカムと、該カムが係合された
   形で他方に設けられたカム溝から構成されており、 前記各カム機構は、前記中心軸を中心に対称的に配置さ
   れていることを特徴とする請求項２又は３記載の、主軸
   の工具クランプ・アンクランプ装置。