JP2008272898A - 工作機械における工具のアンクランプ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械における工具のアンクランプ方法にあって、ドローバーの移動を的確に行うとともに、小さな力で高速度に実行できるようにする。
【解決手段】主軸３内のドローバー９をアンクランプ方向に移動させる駆動装置８を備え、この駆動装置８は、シリンダー手段と、このシリンダー手段からの動力を前記ドローバー９に伝達可能なリンク機構２、および該リンク機構２と並設されたカム部材４とを具備してなり、前記シリンダー手段による常時加圧および前記カム部材４の回転駆動に伴う双方の動力伝達作用に基づき、前記ドローバー９をアンクランプ方向に移動させるようにする。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着された工具を着脱可能とするところのアンクランプ方法に関する。

従来、マシニングセンタなどの工作機械では多数の工具が採用されていることから、工具の交換などの着脱作業を効率的に行う必要がある。そのために、自動工具交換装置が装備され自動的に行われるようにしているが、このような作業時間も加工時間に含まれることから、一層効率よく行うことが求められている。
しかるに、この種のアンクランプ手段は、通常主軸側に装着した工具を、該主軸内のドローバーを軸方向に移動させることでアンクランプするようにしている。

そこで、工作機械の主軸から工具をアンクランプする手段として、駆動源とするエアシリンダーの一方の圧力室に、アンクランプ方向に付勢するコイルスプリングを挿設し、エアシリンダーを駆動しアンクランプ側への始動に際して、前記コイルスプリングの同方向への付勢力が補助となるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１９８７５８号公報

上記構成によれば、上記コイルスプリングの付勢力がエアシリンダーの駆動による始動を補助でき、始動速度を速めることが可能と思われる。しかしながら、コイルスプリングが安定した付勢力にて補助できるようにするには、スプリングの有効長を十分に設定したばね定数とせねばならず、該スプリングを挿設する圧力室もそれに対応すべく大型化することが懸念される。また、一旦挿設されたコイルスプリングは、外部から調整したり着脱することが容易でないことから、汎用性に欠けるなどの実用上における不安定要因を有している。一方、エアシリンダーの加圧による動力は、前記ドローバーを所望の移動変位（ストローク）を的確に得るべく停動させるなどの具体的制御が難しく、そのために必要以上のストロークを設定したり、時間的ロスを招くことになるなどの問題点を有する。

本発明は、上記問題点を解決するために、ドローバーの軸方向の移動を的確に行える上で、小さな力で高速度にアンクランプできる工作機械における工具のアンクランプ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の工作機械における工具のアンクランプ方法は、主軸内のドローバーを軸方向に移動させることで、該主軸に装着した工具をアンクランプするものにあって、前記ドローバーは、弾性部材の弾発力でクランプ方向に付勢され、その付勢力に抗して前記ドローバーをアンクランプ方向に移動させる駆動装置を備え、前記駆動装置は、シリンダー手段と、このシリンダー手段からの動力を前記ドローバーに伝達可能なリンク機構、および該リンク機構と並設されたカム部材とを具備してなり、前記シリンダー手段による常時加圧および前記カム部材の回転駆動に伴う双方の動力伝達作用に基づき、前記ドローバーをアンクランプ方向に移動するようにしたことを主たる特徴とするものである。

上記手段によれば、ドローバーをアンクランプ方向に移動させる際、カム部材の負荷としては、ドローバーの付勢力とシリンダー手段からの動力との差圧負荷に相当する小さな負荷とすることができる。従って、カム部材は小さな力で円滑に回転駆動することが可能となり、カム部材による的確な制御ができるとともに高速度にてドローバーを移動可能とする工作機械における工具のアンクランプ方法を提供できる。

（第１の実施の形態）
図１〜図６は、本発明の第１実施例を示す工作機械における工具のアンクランプ装置にあって、図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃは夫々異なる動作形態を動作順に沿って示す縦断正面図、図２はカム部材の正面図、図３はカム部材の回転駆動に伴う移動変位（ストロークに相当）を示す作用説明図、図４は図１Ａの要部の拡大図、図５は図４の左側面図、図６は図４の背面図であり図５の左側面図にも相当する。

まず、本実施例に示す基本的形態のクランプ・アンクランプ装置につき説明すると、その概要は例えば図１Ａに示すように、最上部にアンクランプに必要な一つの駆動源であるシリンダー手段として第１のエアシリンダー１を備え、該エアシリンダー１による動力たる移動変位を直接的に伝達する手段としてのリンク機構２を介して、上下方向たる軸方向に移動可能としたドローバー９を内装した主軸３が配設されている。そして、前記リンク機構２に対し、後述するカム駆動源により駆動されるカム部材４が並設された構成にあって、該カム部材４は後述するように変位伝達手段として特に有効に機能する。このように、主軸３のドローバー９を移動させるための動力を発生する所謂駆動装置８は、主軸３の直上に位置して第１のエアシリンダー１、リンク機構２、カム部材４等の主力要素を具備した構成からなる。

以下、図４〜図６も適宜参照して具体的に説明する。まず、駆動装置８を構成するシリンダー手段は、複動型のエアシリンダーからなる第１のエアシリンダー１にあって、圧力室１ａの圧力変化等に伴い上下方向に変位可能なシリンダーロッド５を備え、該ロッド５の下方への変位は、円筒状の上軸受６ａにより垂直な上下方向にガイドされる構成としている。以って、第１のエアシリンダー１による加圧動力はシリンダーロッド５に一体的に伝達される構成にある。

上記第１のエアシリンダー１は、箱状の主ケース７の上部に固着されている。この主ケース７は、前記リンク機構２およびカム部材４を囲うように中空箱状をなし、上部の天面部７ａには前記上軸受６ａが固定されている。また、下部の底面部７ｂには上軸受６ａと対称的な配置構成とする下軸受６ｂが設けられ、該下軸受６ｂには前記ドローバー９に対峙した押し込みロッド１０が挿通され、該ロッド１０を軸方向たる上下方向に移動可能にガイドする。なお、上，下軸受６ａ，６ｂには、リンク機構２や後述するピン１１ａ，１１ｂの逃げ溝としての複数のスリットを、夫々筒状部に形成している。

そして、前記リンク機構２の具体構成につき述べると、これは図４などの正面図に示すように全体に弓形弧状をなした平行な２枚板構成（図５参照）からなり、上下の両端部を前記シリンダーロッド５および押し込みロッド１０にそれぞれ連結した構成としている。細部構成としては、特に図５に示すように上下に配した同一形状のピン１１ａ，１１ｂに回動可能に軸支され、これらピン１１ａ，１１ｂは前記各ロッド５，１０に一体的に固定され、以って２枚板の上下端部が同心状に連結された構成にある。なお、その２枚板間に後述するカムフロアーを介在して堅固なリンク機構２を構成している。従って、リンク機構２は上下端部を各ロッド５，１０に連結され、第１のエアシリンダー１からの動力を押し込みロッド１０側に伝達可能な手段として構成されている。

しかるに、その２枚板の間に前記カム部材４（詳細は後述する）と摺接可能とする円筒状のカムフロアー１２ａ，１２ｂが夫々上下に配置されており、上記ピン１１ａ，１１ｂに対し同心位置に、例えばニードルベアリングを介して回転自在に装着されており（図５参照）、以って上，下カムフロアー１２ａ，１２ｂはカム部材４による変位を直接受け、且つ伝達する手段として機能し、結果的にはやはり押し込みロッド１０側に変位伝達可能な手段として構成されている。但し、図４（或は図１Ａ）に示すように、クランプ状態においては、カム部材４の下端面（カム面４ａ）と下カムフロアー１２ｂの周面との間には僅少のギャップＧ（例えば、０．１〜０．２ｍｍ）が存在する配置構成としている。

次いで、上記カム部材４の具体構成につき、図４，５と、図２に示す正面図に基づき説明すると、該カム部材４は板状をなし、周側面に異なる半径を基本とした非円形（正面視）のカム面４ａを形成している。まず、このカム部材４の組込み構成から説明すると、特に図５に開示するようにカム部材４は、正面から見て（図４参照）前記リンク機構２の中間部位の凹状側内側に一部重なるように並んで位置し、且つカム面４ａが上記ギャップＧに基づき前記上カムフロアー１２ａ若しくは下カムフロアー１２ｂのいずれかに摺接可能に介挿支持されている。

このようなリンク機構２およびカム部材４の組立構成により、図５の側面図から分るように両者が鉛直方向の同一中心線上に配列され、更にはその下方の１個の押し込みロッド１０とも同一中心線上に連結された構成となる。このことは、後述する作用説明からも明らかとなるが、リンク機構２およびカム部材４の双方からの動力が、位置ずれしないで的確に、しかも１個の押し込みロッド１０に効果的に伝達されるようにしている。

そして、このカム部材４の軸支構成は、その中心を水平方向に貫通して一体的に連結固定されたカム軸１３を、前記主ケース７内の左右両端部に配したボール軸受１４，１５を介して回転自在に支持される。しかるに、カム軸１３の図５に示す左端側（後面側）は主ケース７外に延出されるとともに、その径大な端部（以下、径大軸部１３ａと称す）には、カム部材４のカム駆動源からの動力伝達手段（詳細は後述する）が連結され、カム部材４を回転駆動する構成としている。なお、主ケース７外に突出して設けられた上記動力伝達手段は、その駆動形態に沿ってこれを覆うような不規則な形態の駆動ケース１６内に配備され、該駆動ケース１６は主ケース７の後面側に取付固定されている。

このような、カム部材４の駆動源およびその動力伝達手段は、特に図５，６に開示するようにカム軸１３の後面側端部を延出して形成した径大軸部１３ａに回転動力が伝達されるようにしている。すなわち、この径大軸部１３ａの外周面には、その１８０度にわたり例えば球状歯を有するピニオン１７を形成している。このピニオン１７に対し、水平方向に直線運動するラック１８が噛合して設けられ、駆動ケース１６内にスライド可能に収容されている。

そして、上記ラック１８の一端側にカム駆動源として複動型のエアシリンダーからなる第２のエアシリンダー１９が配備され、これと一体的に形成された前記ラック１８を左右に往復動可能としている。この往復動は、前記ピニオン１７の球状歯を形成した１８０度の範囲にて実行される。また、駆動ケース１６と連結されたシリンダーケース１９ｃには、圧力室１９ａ，１９ｂが形成されるとともに、第２のエアシリンダー１９の移動変位（ストローク）を規制するストッパーとして機能する第１，第２の段部２０ａ，２０ｂが内方に突出形成してあり、エアシリンダー１９の往復動変位を確定し有効ストロークを的確に確保する構成としている。

なお、図３は前記カム部材４の回転角度に対する軸方向への移動変位を表したもので、所謂カム面４ａが形成するストローク変化を開示したものである。これは、図２のカム部材４のカム機能と合わせ追って作用説明の項で詳細説明するが、例えば図３からはカム部材４が１８０度回転する間に、軸方向の変位がトータル１１．５（ｍｍ）に達することが理解できる。また、図中に表記した符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図２に示すカム部材４の矢印イで示す回転方向に沿って所定の回転角度における主要な動作ポイントを表したもので、これらはいずれもカム部材４の中心線上に位置するとともに、そのうちポイントＡとＣ、またポイントＢとＣは夫々の中心線上にあって、相対する位置関係にある。

次いで、上記した駆動装置８から動力が伝達される前記主軸３側の構成について、例えば図１Ａに基づき説明する。その図１Ａは、駆動装置８の直下に主軸３を備えた実施例にあって、図示しない工具を装着した工具ホルダー２１をクランプした状態を示しており、主軸３内に軸方向たる上下方向に移動可能に設けられたドローバー９は、最も上方に移動した位置に保持されている。具体的には、ドローバー９が挿入された軸孔２２は、大小様々な径寸法の孔部を有して上下方向に貫通している。そのうちの上半部の有底孔部２２ａには、皿ばね（或はコイルスプリングなど）による弾性部材２３が装着され、この弾性部材２３はその中心に挿入したドローバー９を常時上方に付勢するよう弾発力が蓄積された状態で組み込まれている。

そして、該ドローバー９は、前記工具ホルダー２１等の負荷を有しない所謂アンクランプ後の状態（図示せず）では、軸孔２２内の径小な段部２２ｂに衝止されて、それ以上の上昇を阻止される構成としている。従って、ドローバー９には弾性部材２３の弾発力が蓄積された状態、所謂上方へ付勢された状態の所定位置に安定保持される構成にある。これに対し、図１Ａに示すように工具ホルダー２１が主軸３に装着されたクランプ状態にあっても、ドローバー９は上記同様に上方に付勢された状態に保持される。但し、このクランプ状態では工具ホルダー２１とテーパー孔部２２ｅとが嵌合し、後述するコレットチャック２４にて固持されるのが優先するので、ドローバー９の上昇は上記段部２２ｂに衝止される以前に規制され、該位置に安定保持される。

これに対し、上記軸孔２２の下半部においては、ドローバー９の下端部に設けられた周知のコレットチャック２４が配備されている。この軸孔２２の下半部では、径小孔部２２ｃ、径大孔部２２ｄ、およびテーパー孔部２２ｅが下方に連続して形成されている。そして、図１Ａに示すクランプ状態にあっては、コレットチャック２４は、弾性部材２３により引っ張られて径小孔部２２ｃの領域である上昇位置にある。このため、コレットチャック２４が有する球体は内方に突出した状態にあり、球体が工具ホルダー２１の頭部と係合した状態に保たれ、しかも上昇した位置にあって工具ホルダー２１の外周面がテーパー孔部２２ｃに嵌合し、工具ホルダー２１をクランプ状態に安定保持している。なお、このクランプ状態におけるドローバー９の上端面と、駆動装置８側の前記押し込みロッド１０の下端面との間には、所定寸法（例えば、３．５ｍｍ）の隙間Ｓを有する位置関係を保っていて、主軸３側を駆動可能な状態に維持する。

次に上記構成において、工具を交換する場合などのアンクランプする場合の作用につき説明する。
まず、図１Ａのクランプ状態から、図１Ｂに示す途中過程を経て、図１Ｃに示すアンクランプ状態に至るまでのアンクランプの動作手順につき説明する。そのうち、図１Ａに示すクランプ状態にあっては、第１のエアシリンダー１の圧力室１ａは所定の加圧状態に継続維持されており、それに基づくシリンダーロッド５の垂直な下方への移動動力は、リンク機構２および上カムフロアー１２ａを介してカム部材４の双方に伝達される。ところが、未だ停動状態のカム部材４によりその動力が衝止され、従って、リンク機構２およびカム部材４のいずれも動力伝達は行われず、駆動装置８としては実質的に本来の機能を奏していない。この結果、工具を装着した主軸３側も何らの変動もなく、ドローバー９の上端面と下ロッド１０の下端面との伝達部間は、当初の所定寸法（本実施例では、３．５ｍｍ）の隙間Ｓを存した状態に保持される。

このように、クランプ状態では第１のエアシリンダー１の動力はカム部材４にて受け止められ、カム面４ａとしては図２に示す中心線上のポイントＡにおいて上カムフロアー１２ａと接合状態にある。なお、このポイントＡは、中心線を挟んで例えば±５度（計１０度）の範囲にて同一半径とする区分ａを有するカム面４ａ形状としており、他のポイントＢ，Ｃ，Ｄも同様に同一半径区分ｂ，ｃ，ｄを有する形状としている。

従って、図３に示すようにカム部材４が上カムフロアー１２ａと接合状態にあるポイントＡでは、回転角度は０度で押し込みロッド１０の変位は０（ｍｍ）であり、本実施例では３．５（ｍｍ）の隙間Ｓを存した状態にある。このように、ポイントＡではカム部材４の停動状態における上カムフロアー１２ａとの接合部位を示しているが、これが該カム部材４のアンクランプ動作時に回転駆動を開始する駆動点でもある。
なお、本実施例ではクランプ状態における前記弾性部材２３によるドローバー９の上昇付勢力は、第１のエアシリンダー１の圧力と同等、若しくは若干上回る大きさに設定するのが好ましく、その設定は第１のエアシリンダー１により容易に可変設定できる。

次いで、図１Ａのクランプ状態からカム部材４が矢印イ方向に回転駆動され、図１Ｂに示す途中過程に至る状態につき説明する。これは、図６に示すようにカム部材４の駆動源である第２のエアシリンダー１９の一方の圧力室１９ａが加圧されると、ラック１８が図中矢印ロ方向に直線移動され、そしてピニオン１７を介して回転運動に変換され、一体のカム軸１３を経てカム部材４を図２中に示す矢印イ方向に回転駆動する。

この回転駆動に際して、当初カム部材４は上部の上カムフロアー１２ａ側とのみ摺接し、下カムフロアー１２ｂとの間にはギャップＧが存在しているので、小さな駆動力で円滑に回転させることができる。また、図２に示すようにカム面４ａは接触状態にあった上カムフロアー１２ａとの接合点でもあるポイントＡがポイントＢ方向に移行し、すなわち徐々に半径が小さくなる径小側に移行し、やがて回転角度が１０５度に達すると上カムフロアー１２ａとの接合点はポイントＢに達する。

なお、ここでカム面４ａの一部形状につき説明すると、カム部材４の中心（カム軸１３の軸心）を通した直径寸法は、全て同一寸法となるカム面４ａ形状としている。従って、上記上カムフロアー１２ａが接するカム面４ａのポイントＡの半径は、ポイントＢ側に移行するに伴い半径が徐々に小さくなるが、その反対側に位置するポイントＣからＤにかけての半径は対照的に徐々に大きくなり、それらの直径寸法は常に同一寸法となるよう形成されている。

このように、カム部材４が始動し径小側に回転することで、該カム面４ａに接する上カムフロアー１２ａは、第１のエアシリンダー１からの動力を常時受けていることから直ちに下降移動する。そして、この上カムフロアー１２ａと同じく軸支されたリンク機構２も同時に移動を開始し、押し込みロッド１０を下降移動する。このため、ドローバー９の上端面における隙間Ｓ（当初寸法３．５ｍｍ）が狭められ、遂には押し込みロッド１０の下端面がドローバー９の上端面に接合するに至る。すなわち、本実施例では３．５（ｍｍ）移動変位したことになる。

この状態は、図３からも明らかとなる。すなわち、上カムフロアー１２ａ側のポイントＡから前記したポイントＢ（カム部材４の回転角度は１０５度時点）の位置に達すると、厳密にはその５度手前の回転角度１００度の位置に至った時点で３．５（ｍｍ）変位したことが分る。しかるに、この３．５（ｍｍ）移動変位する間のカム部材４への負荷は、その上端側である上カムフロアー１２ａを介して常時加圧されている第１のエアシリンダー１の動力だけで、且つ上カムフロアー１２ａも回転自在なことも相俟って該カム部材４を回転させる駆動力としては大きな力を要しない。

斯くして、上記ポイントＢに到達以降、更に下降移動が進むとドローバー９の下降移動が開始されることになり、このポイントＢはドローバー９の停動状態から移動状態に切り換わる分岐点でもあり始動点でもある。但し、このポイントＢ近傍は、前記した如く僅かの回転角度１０度の範囲内において同一半径からなる区分ｂの形状を有するカム面４ａであるため、ドローバー９に対し下降すべき移動動力は実質的に作用しない。つまり、この同一半径区分ｂにおいては、カム部材４が回転駆動する中、アンクランプ方向への動力伝達が一時的に停留する区分として機能する。

このように、カム面４ａでは摺接状態で回転するのみで本来のカム機能を奏しない。従って、本実施例では押し込みロッド１０がカム部材４のポイントＡからＢまで同比率で下降移動し（図３に緩やかな直線状勾配で示す）、隙間Ｓの当初の寸法３．５（ｍｍ）移動した後、上記カム機能を奏しないポイントＢを中心とする同一半径区分ｂに至り、一時的にその移動方向の動力伝達が停止した停留状態に維持されることになる。

この一時的な停留状態は、押し込みロッド１０がドローバー９の上端面に当接したとき、そのまま続いて急激に下降移動させることなく前記した回転角度１０度の範囲内にて停留することで、当接時のショックをやわらげる作用をなし、当接する相互間の機械的強度や衝撃音を抑えるのに有利に作用する。従って、当然ながらこの停留状態ではドローバー９の下方への移動がないため、主軸３側にあってはコレットチャック２４による工具ホルダー２１は、依然として図１Ａに示すクランプされた状態にある。

そして、更にカム部材４の径小側への回転（矢印イ方向）が進みポイントＢの同一半径区分ｂを通過すると、カム機能が有効に作用し第１のエアシリンダー１からの動力がリンク機構２等を介してドローバー９を下方に押圧する作用を開始する。ところが、ドローバー９の弾性部材２３による上昇付勢力が、上記シリンダー手段の動力と同等に（若しくは若干大きく）設定してあるため、これがドローバー９の下降開始と同時に負荷として発生し、しかも負荷は大きくなっていくため、このままでは第１のエアシリンダー１の動力のみではドローバー９を押圧移動することはできない。

しかるに、本実施例によればポイントＢ区分を通過すると、上記ドローバー９側の負荷発声に伴いカム面４ａが下カムフロアー１２ｂ側と摺接するようになり、以降、カム部材４の回転駆動に伴いカム面４ａが下カムフロアー１２ｂを押圧し、押し込みロッド１０を押下してドローバー９を、その付勢力に抗して下方に移動させることができる。更に詳述すると、まず上カムフロアー１２ａ側に摺接していたカム面４ａを形成する半径は徐々に径小となる半面、反対側の半径は対照的に径大になる傾向にあること、および前記したように主軸３側では移動に伴い負荷としてドローバー９を上昇させる方向の付勢力が徐々に大きく作用する傾向にある。

このため、カム部材４の下部に存在し形成されていたギャップＧは消失し、当該ギャップＧは反対側の上カムフロアー１２ａ側に発生することとなる（図１Ｂ参照）。従って、以後カム面４ａは下カムフロアー１２ｂとのみ摺接するようになり、カム部材４への回動負荷としては下カムフロアー１２ｂを介してドローバー９の上方への付勢力が加担され、しかも該付勢力は弾性部材２３の圧縮に伴い増大する傾向にある。

しかしながら、この付勢力と反対方向に作用する常時加圧状態にある第１のエアシリンダー１からの動力が、リンク機構２を介して押し込みロッド１０に伝達され、ドロ−バー９を押下すべく作用する。この結果、相反するドローバー９側の付勢力と、第１のエアシリンダー１側の動力との差圧分（付勢力≧動力）が、ドローバー９を押下すべくカム部材４への負荷となるに過ぎない。依って、該カム部材４を回転させる駆動力は小さくて済み、円滑で迅速に回転駆動できる。このことは、ドローバー９の移動を高速度に実行するのに有効であり、特には図３の下カムフロアー１２ｂ側における後述するポイントＤからポイントＡに至る回転角度７５度進行する間に、変位８（ｍｍ）（＝１１．５−３．５ｍｍ）とする大きな移動を迅速に実行可能とする。

斯くして、以降はカム部材４の継続回転に伴い、図３に示すように下カムフロアー１２ｂと接するカム面４ａは、ポイントＤからポイントＡ側に向かうカム面４ａをカム機能として有効化し、所謂半径が急速に径大となる動作区分に進み下カムフロアー１２ｂを押圧するカム機能を発揮する。この結果、継続駆動中の第１のシリンダー１による動力と、上記カム部材４のカム機能による動力は、１個の押し込みロッド１０に集中的に伝達され、これらの共同作用を受けて該押し込みロッド１０は急速に下降移動し、付勢力に抗してドローバー９を押下する。

従って、上記から明らかなようにドローバー９をカム部材４の単独機能にて移動させる場合に比して、該カム部材４の回転負荷は小さくて済むので、その回転駆動力も小さくすることができる。因みに、この途中過程を具体的に示す図１Ｂにおいて、主軸３側ではドローバー９が若干押下された下降初期の位置状態を示し、未だコレットチャック２４は径小孔部２２ｃ内に位置し、工具ホルダー２１を把時した状態を示している。

そして、上記状態から更にカム部材４の回転動作が進むと、下カムフロアー１２ｂと接するカム面４ａは、ポイントＡに至りカム部材４も回転は停止する。この状態は、図１Ｃに示す通りコレットチャック２４は径大孔部２２ｄ側に移動しアンクランプ（可能）状態に至り、工具ホルダー２１を取外すことが可能となる。また、図３によればカム部材４としては総合的に回転角度１８０度の回転に対し、押し込みロッド１０のアンクランプ方向のトータル移動変位として１１．５（ｍｍ）軸方向に移動したことを示しており、実際にドローバー９を移動開始するポイントＢ以降にあっては、回転角度７５度（＝１８０度−１０５度）に対し、変位８．０（ｍｍ）（＝１１．５ｍｍ−３．５ｍｍ）軸方向に移動させたことになる。なお、本実施例によれば上記回転角度１８０度、移動変位１１．５（ｍｍ）に要する時間は０．２秒とする瞬時に行えることを確認しており、以って工具の着脱を高速度に実行できるようにしている。

しかるに、上記カム部材４が停止する位置は、図６に示すラック手段の採用により動力の伝達手段だけでなく、カム部材４の所定の停止位置を設定するにも有効である。すなわち、本実施例では、ラック１８の終端部と一体的な第２のエアシリンダー１９の端部が、図中二点鎖線で示すようにシリンダーケース１９ｃ内の段部２０ｂに衝止されることで規制され、ピニオン１７を経て回転動力が伝達されるカム部材４が所定位置にて停止され、図１Ｃに示すアンクランプ状態に達するものである。

なお、図２，３に示すようにカム部材４の各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、これを中心に±５度（計１０度）の範囲にて同一半径区分ａ，ｂ，ｃ，ｄを設けており、そのうち区分ｂでは既述の如くドローバー９への緩衝作用を得るのに好都合であり、また他の区分ａ，ｃ，ｄではカム部材４と上，下カムフロアー１２ａ，１２ｂの夫々との接合による停止状態を安定的に維持するに好都合であるが、これらは必ずしも設けなくても上記カム機能によるドローバー９の下降移動を高速度にて実行することができる。

一方、クランプ操作する場合につき述べると、これは実質的に上記アンクランプの動作手順と逆手順にて実行できる。従って、カム部材４は反アンクランプ方向である反矢印イ方向に回転駆動される。これは、図６に開示したように第２のエアシリンダー１９の圧力室１９ｂを加圧し、ラック１８を反矢印ロ方向に復帰移動させることで、ピニオン１７を介してカム部材４を反矢印イ方向に回転駆動することができる。

従って、カム部材４の回転方向を逆回転とする図１Ｃ，図１Ｂ，図１Ａの図示順に沿ってクランプ動作が実行される。このクランプ時におけるカム部材４への負荷は、ドローバー９が復帰する方向の付勢力が第１のエアシリンダー１側の動力と同等、若しくは勝る傾向にあるので、むしろマイナス負荷として作用することもあるなど、カム部材４の回転駆動力は極めて軽減された小さな力で済み、やはり円滑で迅速に回転駆動することができる。なお、必要であれば第１のエアシリンダー１の圧力を減じる制御も可能で、この場合一層カム部材４の回転駆動を円滑にすることも期待できる。

上記実施例によれば、次のような効果を奏する。
駆動装置８を構成する第１のエアシリンダー１からの動力をドローバー９に伝達可能なリンク機構２と、このリンク機構２と並設されたカム部材４とを備え、工具をアンクランプする場合、前記第１のエアシリンダー１の常時加圧状態に駆動および前記カム部材４の回転駆動に伴う双方の動力伝達作用に基づき、前記ドローバー９をその付勢力に抗してアンクランプ方向に移動して、コレットチャック２４を径大孔部２２ｄ側に移動し、工具ホルダー２１を離脱することができるアンクランプ方法を提供できる。

このアンクランプが行われる中で、ドローバー９をその付勢力に抗して押圧移動する際、駆動装置８側に当然大きな対抗負荷が加わる。すなわち、ドローバー９に対し動力たる機械的変位を伝達するために回転駆動されるカム部材４には、ドローバー９の付勢力が特に大きな負荷として加わることになる。しかしながら、本実施例ではドローバー９の付勢力に対して、常時加圧状態にある第１のエアシリンダー１からの動力にて相殺でき、その差圧分（付勢力）に基づく小さな力がカム部材４への負荷となる。

この結果、カム部材４は小さな力で円滑に回転駆動することができ、このカム部材４からの動力たる機械的変位に基づき、大きな付勢力を有するドロ−バー９をアンクランプ方向へ確実に移動させることができる。しかも、カム部材４の駆動は、シリンダー手段などに比し高速度制御が可能であることも加えて、的確な駆動制御ができる点で有効であり、しかもアンクランプ動作を極めて迅速に行え、延いては生産効率の向上も期待できる。

なお、本実施例では駆動源としてエアシリンダーを採用しているが、これは油圧シリンダーにても代用可能である。但し、エアシリンダーは、動力設備として油圧シリンダーに比べ比較的簡易に設置でき、しかも応答性に優れている点で有利である。しかしながら、これらシリンダー手段のみを利用したアンクランプ手段では、所望の移動変位（ストローク）にて的確に停動させるなどの駆動制御に不向きであり、そのために必要以上のストロークを設定したり、時間的ロスを招くことになる。しかるに、本実施例ではカム部材４によりシリンダー手段からの動力を含めて移動変位を制御でき、この点でも的確で高速度なアンクランプ方法を提供するに有効である。
することで、応答性に優れ簡易な構成の駆動装置８を提供できる。

そして、カム部材４は、第１のエアシリンダー１からの動力を一旦衝止した後、該カム部材４の回転駆動に伴いリンク機構２とカム部材４の共同作用にてドローバー９に動力を伝達するようにしているので、常時加圧状態に基づく第１のエアシリンダー１からの動力をカム部材４の回転駆動に合わせて常にタイミングよく発揮でき、アンクランプ動作を的確に実行できる。

また、カム部材４は上方から第１のエアシリンダー１からの動力を受け、および下方からは主軸３側のドローバー９に課せられた付勢力を受けることになるが、該カム部材４の上下部に配置された上，下カムフロアー１２ａ，１２ｂと僅かのギャップＧ（本実施例では、０．１〜０．２ｍｍ）を存しているので、カム部材４の回転駆動が不要な摩擦等により拘束されることがない。

更にカム部材４の採用により、精度に優れた機械的変位を得るに好都合であるが、一方該カム部材４が回転駆動中でありながら、そのアンクランプ側への移動変位を０（ｍｍ）に抑えることも容易にできる。すなわち、停留区分として機能する同一半径の領域をカム面４ａに形成すればよいことである。しかして、本実施例のように駆動装置８側からの動力を受けてドローバー９が始動するポイントＢにおいて（図２，３参照）、カム面４ａの僅かの範囲（計１０度）に停留区分たる同一半径区分ｂを形成したので、ドローバー９への動力伝達時の当接による衝撃を緩和することができ、機械的強度による耐久性や衝撃音の低減等に有効である。従って、カム面４ａには、上記停留区分を経た後にドローバー９を急速に大きく移動させる動作区分を設けても、衝撃音などの憂いなくドローバー９を円滑に下降移動させることができる。

なお、カム部材４のカム駆動源として第２のエアシリンダー１９に限らず、モータ等を駆動源として採用することも可能である。しかるに、本実施例の如く第２のエアシリンダー１９からの動力を直線的に移動するラック１８からピニオン１７により回転運動に変換して回転駆動するようにした構成によれば、サーボモータにより回転駆動する場合に比して、安価に提供できるとともに、カム部材４の必要な回転角度に対応した規制変位を容易に設定できる利点を有する。

（第２の実施の形態）
上記実施例に対し、図７は本発明の第２実施例を示す図１Ａ相当図で、以下上記実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分につき説明する。このものは、上記実施例では第１のエアシリンダー１やカム部材４などを有する駆動装置８の直下に、ドローバー９を有する主軸３を配置した構成であったのに対し、例えば主軸３側が駆動装置８の直下より側方に位置ずれした配置構成とする場合などに好適する工作機械における工具のアンクランプ方法を提供するものである。

その特徴とするところは、第１のエアシリンダー１とリンク機構２、および該リンク機構２と並設されたカム部材４を具備してなる駆動装置８側と、工具を装着した主軸３側との間に、異なる方向に動力を伝達可能とするシリンダー伝達手段を介在した構成にある。すなわち、駆動装置８側のリンク機構２およびカム部材４から下カムフロアー１２ｂを介して動力を伝達すべく、シリンダー伝達手段としての油圧シリンダー装置２５を配置したもので、例えば側方に位置ずれした主軸３のドローバー９に対しても、動力たる移動変位を容易に伝達でき、該ドローバー９をアンクランプ方向の軸方向に移動可能として、設置条件に対し広く適用できるようにしたものである。

しかるに、上記油圧シリンダー装置２５の基本的な構成としては、図示するようにリンク機構２および下カムフロアー１２ｂからの双方の動力を受けて連動する第１の油圧シリンダー２６を主ケース７側に設け、一方主軸３側の直上部には第２の油圧シリンダー２７を設け、これら各シリンダー２６，２７間をシリンダーパイプ２８で連結した構成としたものである。従って、リンク機構２やカム部材４からの動力を受けて第１の油圧シリンダー２６の圧力室２６ａが加圧されると、シリンダーパイプ２８を介して直ちに第２の油圧シリンダー２７側に油圧が伝達され、シリンダーロッド２９を下方に押下する。

この結果、このシリンダーロッド２９は対峙するドローバー９を下方に移動させることができ、所謂シリンダーロッド２９は押し込みロッドとして機能する。因みに、第１実施例における押し込みロッド１０は、駆動装置８側に設けられているのに対し、本実施例のシリンダーロッド２９（押し込みロッド）は、大きく離間した主軸３側に配置されているが、リンク機構２およびカム部材４からの動力は第１実施例と同様に当該シリンダーロッド２９に集中的に伝達される。

なお、シリンダーロッド２９の側方には球体とコイルスプリングからなる弾接機構３０が設けられ、シリンダーロッド２９側の縦方向（上下方向）の溝部に弾力的に圧接した状態に嵌合している。これにより、弾接機構３０は、シリンダーロッド２９の不要な回転止めとして機能するとともに、クランプ時にスプリングの反動作用によりシリンダーロッド２９を上昇させる付勢作用をなす機能を有している。

上記構成によれば、駆動装置８と大きく離間した主軸３間に、動力を伝達するためにシリンダー伝達手段たる油圧シリンダー装置２５を介在した構成にある。しかるに、上記実施例とはシリンダー伝達手段を介在して点で異なるが、アンクランプを行なう機能については実質的に共通である。すなわち、カム部材４が矢印イ方向に回転駆動され下カムフロアー１２ｂにアンクランプ方向である下方への動力が伝達されると、圧力室２６ａの油圧が高められシリンダーパイプ２８を経て主軸３側の第２の油圧シリンダー２７に供給される。依って、弾接機構３０の圧接力に抗してシリンダーロッド２９を押下し、その直下に位置するドローバー９を弾性部材２３による付勢力に抗して下降移動し、以ってコレットチャック２４から工具ホルダー２１を取外すことができる。

一方、工具をクランプする場合は、やはり上記実施例と同様に逆の動作手順に沿って行われる。すなわち、カム部材４が反矢印イ方向に回転駆動されることで、まず第１の油圧シリンダー２６への加圧状態が解除され、従って無負荷状態に至る。これに伴い、主軸３側のドローバー９の弾性部材２３による付勢力が勝り、圧接状態であったシリンダーロッド２９を持ち上げるとともに、ドローバー９を当初の所定位置まで上昇させる。そして、このドローバー９の所定位置での停止後は、弾接機構３０の反動作用（弾発力）にて実質的に無負荷状態のシリンダーロッド２９を上方向への復帰移動が進められ、該ロッド２９とドローバー９との間に所定の隙間Ｓ（実施例では、３．５ｍｍ）を有する位置まで上昇し、図示するクランプ状態に達して停止する。

このように第２実施例によれば、工具をアンクランプするに際して、上記第１実施例と同様に的確で小さな力でドローバーを高速移動させることができる上に、特に駆動装置８側と被駆動側の主軸３側とが、図示したような側方に位置ずれした配置構成にあってもシリンダー伝達手段としての油圧シリンダー装置２５を介して動力を伝達し、何ら支障なくアンクランプを迅速に行うことができる特徴を有する。この場合、シリンダーパイプ２８が可撓性であっても、また剛性の場合には予め所望の形態に形成しておくことで、いずれも位置ずれした主軸３側への連結は容易に可能である。

従って、このシリンダー伝達手段は、駆動装置８側の動力を、シリンダー伝達手段を介して方向変換可能とする機能を発揮するもので、上記位置ずれの場合のみに限らず、例えば駆動装置８と直下に位置する主軸３とが大きく離間した配置条件、或は駆動装置８の動力伝達方向を水平方向とするのに対し、これとは異なる下方向に移動する主軸３を配置した場合など、種々の設置条件に対応できる実用的効果が期待できる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示した実施例に限定されることなく、例えばリンク機構は２枚板構成に限らず１枚板構成でも可能であり、その他実施に際し具体的構成において種々展開可能であるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できるものである。

本発明の第１実施例を示す縦断正面図 異なる動作状態を示す図１Ａ相当図 更に異なる動作状態を示す図１Ａ相当図 カム部材の正面図 カム部材の駆動に伴う作用説明図 図１Ａの要部の拡大図 図４の左側面図 図４の背面図 本発明の第２実施例を示す図１Ａ相当図

符号の説明

図面中、１は第１のエアシリンダー（シリンダー手段）、２はリンク機構、３は主軸、４はカム部材、８は駆動装置、９はドローバー、１０は押し込みロッド、１２ａ，１２ｂは上，下カムフロアー、１７はピニオン、１８はラック、１９は第２のエアシリンダー（カム駆動源）、２１は工具ホルダー、２３は弾性部材、２４はコレットチャック、２５は油圧シリンダー装置（シリンダー伝達手段）、および２８はシリンダーパイプを示す。

Claims (7)

1. 主軸内のドローバーを軸方向に移動させることで、該主軸に装着した工具をアンクランプするものにあって、
   前記ドローバーは、弾性部材の弾発力でクランプ方向に付勢され、その付勢力に抗して前記ドローバーをアンクランプ方向に移動させる駆動装置を備え、
   前記駆動装置は、シリンダー手段と、このシリンダー手段からの動力を前記ドローバーに伝達可能なリンク機構、および該リンク機構と並設されたカム部材とを具備してなり、
   前記シリンダー手段による常時加圧および前記カム部材の回転駆動に伴う双方の動力伝達作用に基づき、前記ドローバーをアンクランプ方向に移動するようにしたことを特徴とする工作機械における工具のアンクランプ方法。
2. カム部材は、シリンダー手段からの動力を一旦衝止した後、該カム部材の回転駆動に伴い前記リンク機構とカム部材の共同作用にてドローバーに動力を伝達するようにしたことを特徴とする請求項１記載の工作機械における工具のアンクランプ方法。
3. カム部材は、該カム部材の上下部側に夫々設けられたカムフロアー間に、僅少のギャップを有して介挿されていることを特徴とする請求項２記載の工作機械における工具のアンクランプ方法。
4. カム部材が有するカム面には、該カム部材の回転駆動によりアンクランプ方向への動力がドローバーに伝達されるとき、そのドローバーの始動を一時的に停留すべく、ほぼ同一半径からなる停留区分を有することを特徴とする請求項２または３記載の工作機械における工具のアンクランプ方法。
5. カム面には、停留区分を経た後にドローバーを急速に大きく移動させる動作区分を有することを特徴とする請求項４記載の工作機械における工具のアンクランプ方法。
6. カム部材は、カム駆動源からの動力を直線的に移動するラック手段から回転運動に変換して伝達され、回転駆動されるようにしたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の工作機械における工具のアンクランプ方法。
7. 駆動装置からの動力を、シリンダー伝達手段を介してドローバーに伝達し移動させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の工作機械における工具のアンクランプ方法。

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