JP2022148049A - 主軸装置及び主軸装置を搭載した工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの駆動手段で多機能ホルダーの内外の２箇所をクランプすることができる主軸装置及び主軸装置を搭載した工作機械等を提供すること。【解決手段】二重に配置された第１の被クランプ部と第２の被クランプ部とを有するホルダーを主軸先端に装着して使用する主軸装置において、第１のドローバー６と第２のドローバー７は主軸筒内で重複しかつ直列に配置させられ、第１のドローバー６がピストンロッド２１によって押動されて進出すると、それと共に第２のドローバー７は皿バネ集合体２８の付勢力に抗して前進させられ、第２のクランプ機構も解除される。第１のドローバー６が第１の進出位置から後退することに伴って第１のドローバー６の第１のクランプ機構が作動され、第２のドローバー７への押動作用が解除されて第２のドローバー７が皿バネ集合体２８の付勢力によって後退することで第２のクランプ機構も作動される。【選択図】図１

Description

本発明は、内側と外側に二重に配置された第１の被クランプ部と第２の被クランプ部とをその基部側に有する工具用又はワーク用のホルダーを主軸先端に装着されて使用する主軸装置及び主軸装置を搭載した工作機械等に関するものである。

ホルダーとして工具もワークもどちらも取り付け可能な工作機械の主軸に装着する多機能ホルダーが出願人によって開発されている。そのようなホルダーを主軸に装着する際にホルダー保持機構、そのようなホルダー保持機構を有する主軸装置等もホルダーと同時に開発されている。これらの技術が開示されている先行技術として特許文献１を示す。特許文献１の主軸装置ではこのような多機能ホルダーを装着するための独自のクランプ構造を備えている。具体的には、例えばその図２に示すように、ホルダー自体をクランプ（把持する）ための外掴み機構（外ドローバ８５、外ボール９２ａ等から構成される）と、ホルダーのチャック機構を開閉するための可動式のプルスタッドのヘッドをクランプするための内掴み機構（内ドローバ８４、内ボール９２ｂ等から構成される）を備える構成が採用されている。つまり、内側と外側に二重の被クランプ部を有する多機能ホルダーをクランプするための機構である。そして、主軸上部に配置された２つのシリンダ装置（２重押引機構９ａ）によって外ドローバ８５と内ドローバ８４をそれぞれ別個に進退させてクランプ動作をさせるようにしていた。

特開２０１０－２８４７６８号公報

しかし、二つの被クランプ部をクランプするために上記のように２つのシリンダ装置を別個に主軸装置に配置させることは、主軸装置を大型化・重量化させることとなり、かつ複数のシリンダ装置が必要であるため高コスト化する。また、２つのシリンダ装置の動作を制御しなければならず操作上も面倒である。また、メンテナンス上でも不利である。
そのため、例えばシリンダ装置のような駆動手段を１つだけ使用して上記のようなホルダーの内側と外側の２箇所をクランプする機構が求められていた。
本発明は、このような問題点に鑑み主たる目的として、１つの駆動手段を駆動させることで多機能ホルダーの内外の２箇所をクランプすることができる主軸装置及び主軸装置を搭載した工作機械等を提供するものである。

上記課題を解決するために第１の手段では、内側と外側に二重に配置された第１の被クランプ部と第２の被クランプ部とをその基部側に有する工具用又はワーク用のホルダーを主軸先端に装着して使用する主軸装置において、前記ホルダーの前記第１の被クランプ部をクランプする第１のクランプ機構を前端側に備えた第１のドローバーと、前記ホルダーの前記第２の被クランプ部をクランプする第２のクランプ機構を前端側に備えた第２のドローバーとを備え、前記第１のドローバーと前記第２のドローバーは主軸筒内で一部が重複するように直列に配置させられ、前記第１のドローバーは駆動手段によって駆動され前記主軸筒内を進退可能とされるとともに、前記第２のドローバーは前記主軸筒基部方向に付勢手段によって付勢されており、前記第１のドローバーの前進に伴って前記第２のドローバーは前記第１のドローバーに直接的又は間接的に押動されて前記付勢手段による付勢力に抗して前進させられるように構成され、前記第１のドローバーは第１の進出位置で前記第１のクランプ機構が解除されるとともに前記第２のドローバーを押動し、押動された前記第２のドローバーが前記付勢手段の付勢力に抗して進出することで前記第２のクランプ機構も解除され、前記第１のドローバーが前記第１の進出位置よりも後退した第２の進出位置に移動することに伴って前記第１のドローバーの前記第１のクランプ機構が作動されるとともに、前記第２のドローバーへの押動作用が解除され前記第２のドローバーが前記付勢手段の付勢力によって後退することで前記第２のクランプ機構が作動されるようにした。
これによって、一台の駆動手段によって第１のドローバーを進退させるだけで、第２のドローバーをその動作に追随して進退させることができ、その結果第１のドローバーの第１のクランプ機構でホルダーの第１の被クランプ部をクランプし、第２のドローバーの第２のクランプ機構でホルダーの第２の被クランプ部をクランプすることができる。また、逆にクランプ動作の解除（アンクランプ）も一台の駆動手段によって可能となる。つまり、一台の駆動手段によってホルダーの２つの被クランプ部をクランプし、またアンクランプすることができるため、主軸装置の小型化・低コスト化に貢献することとなる。
ここで、第１のドローバーが第２の進出位置に移動することに伴って第１のクランプ機構が作動され、これに伴って第２のクランプ機構も作動されることになるが、第１のクランプ機構と第２のクランプ機構が同時に作動されてもよく、第１のクランプ機構よりも先に第２のクランプ機構が先に作動してもよい。

「第１のドローバー」はホルダーの第１の被クランプ部をクランプする第１のクランプ機構を前端側に備えている。前端側とは主軸先端側となる。ホルダーの第１の被クランプ部は第２のドローバーとの関係で定まり内側となる場合も外側となる場合もある。
「第２のドローバー」はホルダーの第２の被クランプ部をクランプする第２１のクランプ機構を前端側に備えている。
「駆動手段」は例えば、油圧シリンダ装置、エアシリンダ装置、モータ装置等がよい。モータ装置は交流式でも直流式のどちらもよい。
「付勢手段」は常時第２のドローバーを主軸筒基部方向に付勢する手段であり、第２のドローバーを基準となる原位置に保持させる機能を有する。付勢手段は例えば、バネ装置であれば例えばコイルばね、皿ばね、板ばね等がよい。エアシリンダ装置、油圧シリンダ装置を使用するようにしてもよい。
「被クランプ部」は、クランプ機構によってクランプ（掴む）できる形状である必要がある。被クランプ部は、例えば張り出し部を有したりクランプ側の部材が嵌まり込む形状であることがよい。それによって被クランプ部がクランプ機構と干渉してホルダーの取り出し方向への移動が阻止されるためである。
「クランプ機構」は、被クランプ部に対して例えば主軸の径方向に進退する干渉体を有する構造であることがよい。そして、被クランプ部が挿通される通路内に出没して被クランプ部をクランプすることがよい。干渉体の形状は例えばボール状、円筒状、樽状であることがよい。あるいは干渉体を例えばコレットのような軸を中心に揺動して主軸の径方向に進退するようにしてもよい。
「第２のドローバーが第１のドローバーに直接的又は間接的に押動される」ため、第１のドローバーが第２のドローバーに接して押動してもよく、他の部材を介して押動してもよい。

また、第２の手段として、前記第１のドローバーは前記第２のドローバーの内周面に接する外周面を備え、前記内周面と前記外周面に案内されて前後にスライド移動するようにした。
これによって、第１のドローバーが進退する際に、あるいは第１のドローバーに押動されて第２のドローバが進出する際等の両者の相対的な進退動作において中心軸を一致させてがたつかずに移動させることができる。
また、第３の手段として、前記第１のクランプ機構と前記第２のクランプ機構とは前後方向にずれた位置に配置されている前記第１のクランプ機構よりも前記第２のクランプ機構は前記主軸先端寄りに配置されているようにした。
これによって、ホルダーの第１の被クランプ部と第２の被クランプ部の位置が前後にずれている場合に対応しやすく、第１のクランプ機構と第２のクランプ機構が同じ位置にないため両者が干渉してしまうこともない。

また、第４の手段として、前記第１のクランプ機構は前記主軸の径方向に進退する干渉体を有し、前記第１のドローバーが前記第１の進出位置に配置された状態において、前記第１の被クランプ部をクランプする前記干渉体が、前記第２のドローバーの内周面に形成された収容部に面した位置に配置されることによって前記第１のクランプ機構が解除されるようにした。
具体的な第１のクランプ機構のクランプ状態からの解除構造の構成である。これによって、第１のクランプ機構のホルダーの第１の被クランプ部へのクランプ状態から解除（アンクランプ）することができる。
また、第５の手段として、前記第２のクランプ機構は前記主軸の径方向に進退する干渉体を有し、前記第１のドローバーが前記第１の進出位置に配置された状態において、前記第２の被クランプ部をクランプする前記干渉体が、前記主軸筒の内周面に形成された収容部に面した位置に配置されることによって前記第２のクランプ機構が解除されるようにした。
具体的な第２のクランプ機構のクランプ状態からの解除構造の構成である。これによって、第２のクランプ機構のホルダーの第２の被クランプ部へのクランプ状態から解除（アンクランプ）することができる。
ここでは干渉体が径方向に進出して被クランプ部をクランプし、そのクランプ状態が保持されることでホルダーは装着される。ホルダーの取り外し方向への移動を阻止する係合部があるとなおよい。径方向に進退する干渉体としては、例えば上記のようなボール等やコレットや割爪めを配置してもよい。

また、第６の手段として、前記第１の進出位置から前記第２の進出位置に前記第１のドローバーが後退する際に、前記第２のドローバーの前記第２のクランプ機構が作動された後に前記第１のドローバーの前記第１のクランプ機構が作動するようにした。
このように時間差で第２のクランプ機構が作動された後に第１のクランプ機構が作動されるようにすることで、ホルダーの誤装着を防止することができる。例えばホルダーが正しく主軸装置に装着されて第２のクランプ機構によってクランプされ、その後に第１のクランプ機構が可動式のプルスタッドのヘッドをクランプするというような二段階のクランプ動作が可能となるため、ホルダーが正しく主軸装置に装着される前の例えば傾いた状態でプルスタッドをクランプしてしまったり、第１のクランプ機構がうまく作動しなかったりというような不具合が生じにくくなる。
また、第７の手段として、前記第１のドローバー及び前記第２のドローバーと前記主軸筒との間には前記第１のドローバー及び前記第２のドローバーの軸方向の進退を許容し、前記主軸筒に対する周方向の相対回動を規制する規制手段が配設されるようにした。
これによって、主軸が回転する際に第１のドローバーと第２のドローバーを主軸筒の回転と同期して回転させることができる。また、第１のドローバーと第２のドローバーは主軸の軸方向に進退可能な構造であるが、その動作も許容されることとなる。具体的には例えば、第１のドローバー（及び第２のドローバー）から主軸とに向かって突起体を配置し、この部材が軸方向に移動できるような軸径の幅に形成した長孔を主軸に形成するように実現する。逆に主軸側に突起体を配置して第１のドローバー（及び第２のドローバー側に長孔を形成するようにしてもよい。

また、第８の手段として、前記ホルダーが前記主軸筒の先端に形成されたホルダー装着穴に装着されているようにした。
つまり、ホルダーが主軸装置のホルダー装着穴に装着され、自身の第１の被クランプ部と第２の被クランプ部が第１のクランプ機構と第２のクランプ機構にクランプされている状態である。
「ホルダー」は内側と外側に二重に配置された第１の被クランプ部と第２の被クランプ部とをその基部側に有している。工具用又はワーク用としていずれでも使用できる汎用性の高い多機能ホルダーであることがよい。第１の被クランプ部と第２の被クランプ部とを有していても例えば工具用に特化したホルダーであってもよい。第１の被クランプ部と第２の被クランプ部の２つのクランプする部分があると、ホルダーの引っ張り力が向上するため、特に高負荷の切削に適する。この場合は多機能ホルダーではなく工具ホルダーとして機能する。
多機能ホルダーとした場合に、工具用としては、例えば、マシニングセンタのＡＴＣ（自動工具交換装置：Automatic Tool Change）において用意される例えばフライス、ドリル、エンドミル、バイト、リーマ等の種々の加工工具を先端側にチャック機構によってチャッキングして装着して使用することができる。ワークの場合にはワークを直接的又は間接的に先端側にチャック機構によってチャッキングして装着し、例えばＮＣ加工機でこのワークを加工することができる。チャック機構にはクランプ機構も含む。例えば、第１の被クランプ部をプルスタッドのようなレバー部材に形成させ、第１の被クランプ部を押引することでチャック機構を開閉させる。第２の被クランプ部はホルダー装着穴に装着される装着部に形成し、第２の被クランプ部によってホルダーを主軸筒の先端に装着するようにするとよい。

また、第９の手段として、前記ホルダーには前記ホルダー装着穴に装着される装着部から後方に突出する可動式のレバー部材が形成されるとともに前記レバー部材には前記第１の被クランプ部が形成され、前記装着部には前記レバー部材を包囲する位置に前記第２の被クランプ部が形成されているようにした。
このようなホルダーに対してはレバー部材の第１の被クランプ部に対して第１のクランプ機構をクランプし、装着部側の第２の被クランプ部に対して第２のクランプ機構をクランプすることになる。
また、第１０の手段として、前記第１のドローバーは第２の進出位置で前記第１のクランプ機構を作動させて前記レバー部材に形成された前記第１の被クランプ部をクランプし、前記第２の進出位置よりも後退した第３の進出位置に前記レバー部材を移動させるようにした。
第３の進出位置までレバー部材を移動させることで、レバー部材と連動する機構を動作させることができる。つまり、第１の被クランプ部をクランプすることで第１のドローバーによってレバー部材を操作することができることとなる。

また、第１１の手段として、前記第１の被クランプ部にはクランプ状態で前記第１のクランプ機構と係合する第１の係合部が形成されているようにした。
単にクランプするだけではなく、第１のクランプ機構と係合する第１の係合部を第１の被クランプ部に設けることで、しっかりと強い力でクランプしていなくとも第１のドローバーを進退させる際にこの第１の係合部を介してレバー部材を押引することができる。
また、第１２の手段として、前記第２の被クランプ部にはクランプ状態で前記第２のクランプ機構と係合する第２の係合部が形成されているようにした。
単にクランプするだけではなく、第２のクランプ機構と係合する第１の係合部を第１の被クランプ部に設けることで、しっかりと強い力でクランプしていなくともホルダー本体を所定の位置に保持することが可能となる。
上記第１の係合部又は第２の係合部は、例えばクランプされた状態で第１のクランプ機構又は第２のクランプ機構と係合されることでホルダーが後退できないような張り出し状の形状であることがよい。例えば、突起であったり、外方に膨出した膨出体を有していたり、フランジ状であったり、第１のクランプ機構や第２のクランプ機構が嵌まり合う関係の形状であったりすることがよい。
また、第１３の手段として、第１～第１３の手段のいずれかに記載の主軸装置を搭載した工作機械とすることがよい。
工作機械としては、ＮＣ工作機械やマシニングセンタがよい。マシニングセンタでは特にＡＴＣ（自動工具交換装置）の主軸装置として使用することがよい。
上述した第１～第１３の手段の各発明は、任意に組み合わせることができる。特に、第１の手段の構成を備えて、第２～第１３の手段の各発明の少なくともいずれか１つの構成と組み合わせを備えるとよい。第１～第１３の手段の各発明の任意の構成要素を抽出し、他の構成要素と組み合わせてもよい。

上記発明では、一台の駆動手段によってホルダーの２つの被クランプ部をクランプし、またアンクランプすることができるため、主軸装置の小型化・低コスト化に寄与する。

実施の形態の自動工具交換装置の一部破断縦断面図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置において、ホルダーを装着する直前及び取り外した直後の状態を説明する装置要部の縦断面図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置において、第１のドローバーを後退させて装着部をクランプした状態を説明する装置要部の縦断面図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置において、第１のドローバーを後退させて装着部及びプルスタッドをクランプした状態を説明する装置要部の縦断面図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置において、図２Ｃのクランプ状態から更に第１のドローバーを後退させてホルダーからプルスタッドが引き出された状態を説明する装置要部の縦断面図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置の要部の側面図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置のクランプ機構周辺において、第１のドローバーと第２のドローバーが内外のボールが出没自在となる位置に進出している状態を説明する拡大説明図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置のクランプ機構周辺において、図４Ａの状態で装着途中あるいは取り外し途中の装着部とプルスタッドがいずれもクランプされていない状態を説明する拡大説明図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置のクランプ機構周辺において、第１のドローバーと第２のドローバーが図４Ｂの状態から後退して装着部がクランプされている状態を説明する拡大説明図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置のクランプ機構周辺において、第１のドローバーが図４Ｃの状態から後退して装着部に加えてプルスタッドがクランプされている状態を説明する拡大説明図。 同じ実施の形態の自動工具交換装置の主軸装置のクランプ機構周辺において、第１のドローバーが図４Ｄの状態からさらに後退してホルダーからプルスタッドを引き出した状態を説明する拡大説明図。 第１のドローバー先端の部分拡大斜視図。 チャック開放状態にあるチャックホルダーの（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図。 チャック閉鎖状態にあるチャックホルダーの（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図。 工具チャックホルダーの（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図。

以下、図面に基づいて実施の形態を説明する。
図１に示すように、主軸ユニット１は、主軸装置２と、主軸装置２の周囲に配設されたベアリングユニット３及びモータ装置４とを主要な構成としている。まず、主軸ユニット１の概要について説明する。以下の説明では、主軸ユニット１は鉛直方向に主軸装置２が配置されるものとして、主軸装置２の先端側は下部側とする。
図１及び図２Ａ～図２Ｄに示すように、合金製の主軸装置２は略円筒形形状の主軸筒５を備えている。主軸筒５は上下方向に連通された通路を備え、外周形状が真円形状とされている。主軸筒５内には第１のドローバー６と第２のドローバー７が収容されている。主軸筒５の上部位置には回転シリンダ装置８が配設されている。
ベアリングユニット３はベアリング１０、ベアリング押さえ１１、ベアリングケース１２から構成されている。主軸装置２はベアリングユニット３のベアリング１０とベアリング押さえ１１によって主軸筒５が支持されて中心軸Ｏの回りに回転可能とされる。ベアリングケース１２は回転しない部分として主軸装置２を支持する。
モータ装置４はベアリングユニット３の上部位置に配設されている。主軸装置２はモータ装置４の回転力によって中心軸Ｏの回りに回転させられる。モータ装置４はハウジング１３内に収容されたステータ１４とロータ１５を備えている。本実施の形態ではモータ装置４として６相交流サーボモータを使用する。ベアリングケース１２に固定されたハウジング１３と、ハウジング１３に固定されたステータ１４は主軸装置２の回転しない部分とされ、主軸筒５に固着されたロータ１５は主軸装置２と一緒に回転する。モータ装置４のハウジング１３の上部位置には主軸筒５を包囲する押さえプレート１７が配設されている。押さえプレート１７の透孔１７ａの内周にはベアリング１６が配設されており、主軸筒５の上部位置主軸筒５を回転可能に支持している。

次に、主軸装置２についてより詳しく説明する。
主軸装置２は大きく主軸筒５側と回転シリンダ装置８側とに上下に分けられている。回転シリンダ装置８は主軸筒５と連結されて一体的に回転する下部ハウジング１９と、回転しない部分となる上部ハウジング２０とを備えている。下部ハウジング１９内には図示しないシリンダとピストンが配設されている。ピストンから下垂されたピストンロッド２１先端（下端）は主軸筒５内に進出させられ、第１のドローバー６の上端に連結されている。主軸筒５の先端には後述するチャックホルダー５１を取り付けるためのテーパ状の内周面を有するホルダー装着穴１８が形成されている。
図１及び図２Ａ～図２Ｄに示すように、主軸筒５内に収容された第１のドローバー６と第２のドローバー７は一部が重複するように直列に配設されている。第１のドローバー６は横断面における外形が円形形状となるように構成され、主軸筒５内において主軸筒５内周面に沿ってスライド移動可能とされている。

第１のドローバー６は３つの径の異なる部分から構成されている。すなわち、第１のドローバー６は、主軸筒５の上部内周面５ａと接するもっとも径の大きな第１の大径部６Ａと、第１の大径部６Ａ前方のもっとも径の小さな小径部６Ｂと、小径部６Ｂ先端に連結された中間の大きさの径の第２の大径部６Ｃを有している。小径部６Ｂと第２の大径部６Ｃは第２のドローバー７内に収容されている。
第２の大径部６Ｃの前端は第２の大径部６Ｃと同じ外形に構成された円筒形状に形成された円筒部６Ｄとされている。円筒部６Ｄの内部空間は後述するチャックホルダー５１のプルスタッド５５後端を収容しクランプする位置となる。第１のドローバー６の軸心位置には上下に連通するクーラント用通路２４が形成されている。
第１のドローバー６の第１の大径部６Ａには規制手段としての円柱形状の第１の連結ピン２２が両側に張り出すように装着されている。図３に示すように、主軸筒５には上部側内周面５ａに面した位置に一対の第１の長孔２３が対向して形成されている。第１の長孔２３は主軸筒５の軸方向に平行となるように長径側が配置されている。第１の長孔２３の短径側の幅は第１の連結ピン２２の直径と一致（実際にはスライドできるようにわずかに短径幅が広い）する。第１の連結ピン２２は第１の長孔２３内にスライド移動可能に嵌挿されている。第１のドローバー６の小径部６Ｂの基部が接続されている第１の大径部６Ａ先端面は第２のドローバー７を押動する押動面２９とされている。

第２のドローバー７も横断面における外形が円形形状となるように構成され、主軸筒５内において主軸筒５内周面に沿ってスライド移動可能とされている。第２のドローバー７は２つの径の異なる部分から構成されている。第２のドローバー７は第１のドローバーの小径部６Ｂを収容する小径部７Ａと、小径部７Ａの前側に形成され主軸筒５の下部内周面５ｂと接する大径部７Ｂとから構成されている。小径部７Ａ内における内周面７ａは第１のドローバー６の小径部６Ｂと密着し、大径部７Ｂ内における内周面７ｂは第１のドローバーの第２の大径部６Ｃと密着する。
つまり、第２のドローバー７は第１のドローバー６のスライド移動を許容し、かつ第１のドローバー６のスライド動作を案内する部材となる。
第２のドローバー７の基端には主軸筒５の上部内周面５ａと接するスライドカラー２５が固着されている。スライドカラー２５は第２のドローバー７が主軸筒５の上部内周面５ａに対して上下方向にスライド移動する際の案内となる。
第２のドローバー７の小径部７Ａには、スライドカラー２５と隣接した位置に規制手段としての円柱形状の第２の連結ピン２６が両側に張り出すように装着されている。図３に示すように、主軸筒５には上部側内周面５ａに面した位置に一対の第２の長孔２７が対向して形成されている。第２の長孔２７は主軸筒５の軸方向に平行に長径側が配置されている。第２の長孔２７の短径側の幅は第２の連結ピン２６の直径と一致（実際にはスライドできるようにわずかに短径幅が広い）する。第２の連結ピン２６は第２の長孔２７内にスライド移動可能に嵌挿されている。
第２のドローバー７の小径部７Ａと主軸筒５の間には付勢手段としての皿バネ集合体２８が配設されている。皿バネ集合体２８は複数の皿バネを縦列に配置して小径部７Ａに嵌挿させた部材であって、配設状態で第２のドローバー７側の第２の連結ピン２６を上方に常時押圧して付勢力を発生させている。第２のドローバー７はこの付勢力によって全体として常時上方に押動状態とされている。
第１のドローバー６と第２のドローバー７の先端は同じ進出位置ではなく、常に第２のドローバー７が第１のドローバー６よりも前方に突出した状態で配置される。

次に第１のドローバー６と第２のドローバー７のクランプ機構について図２Ａ～図２Ｄ、図４Ａ～図４Ｅ及び図５に基づいて説明する。
、第１のドローバー６は後述するチャックホルダー５１のプルスタッド５５側をクランプし、第２のドローバー７は後述するチャックホルダー５１の装着部５３側をクランプする。
図５に示すように、第１のドローバー６の円筒部６Ｄには周方向に所定間隔で複数の第１の透孔３１が形成されている。各第１の透孔３１は第１のドローバー６の円筒部６Ｄの径方向内外に連通される円径の開口部を有している。各第１の透孔３１は内側の開口部径が外側の開口部径よりも小さく内壁がテーパ状となるように構成されている。各第１の透孔３１内には第１のボール３２が収容されている。第１のボール３２の径は第１の透孔３１の内側の開口部径より大きく、外側の開口部径よりも小さく構成されている。
第２のドローバー７の先端寄り位置にも周方向に所定間隔で複数の第２の透孔３３が形成されている。第２の透孔３３の構成は第１の透孔３１と同じであるため省略する。また、各第２の透孔３３内には第２のボール３４が収容されている。第２のボール３４の構成・動作は第１のボール３２と同じであるため省略する。

第２のドローバー７の大径部７Ｂの内側であって第２の透孔３３よりも上方位置には周方向に所定間隔で第１の凹部３５が形成されている。
第１の凹部３５は円形の開口部形状とされ第１の透孔３１の外側の開口部径と同じ径で構成されている。第１の凹部３５は第１のボール３２が第１の透孔３１内でもっとも内側に進出した状態（図４Ａの状態）における第１のボール３２の突出量よりもわずかに深い凹部形状となるように構成されている。つまり、第１の凹部３５が第１の透孔３１に照合された状態で第１のボール３２は外側に後退し、もっとも第１の凹部３５内に没した状態では第１のボール３２は第１のドローバー６の面（つら）から突出することはない。第１の凹部３５の壁面は第１の透孔３１へ出没しやすいようにテーパ状に形成されている。
第１の凹部３５は第１のドローバー６と第２のドローバー７の相対的な位置関係によって第１の透孔３１に照合される。第１の凹部３５と第１の透孔３１が照合されると第１のボール３２は遊嵌状態となるため外側に退避可能となり、アンクランプ状態となる。一方、照合されていない場合には第１のボール３２が第１の透孔３１の内側には若干先端側が突出した状態で内外に移動できず保持されるためクランプ状態となる。本実施の形態ではクランプとは複数の第１のボール３２でチャックホルダー５１のプルスタッド５５や装着部５３の軸状の部分をその周囲から押さえ込むことである。

主軸筒５の下部内周面５ｂであってホルダー装着穴１８の基部側の近傍位置には周方向に所定間隔で第２の凹部３７が形成されている。
第２の凹部３７は第２のドローバー７が主軸筒５に干渉するのを避けるために第２の透孔３３よりも大きな径に構成されている。また、第２の凹部３７が第２の透孔３３に照合された状態で第２のボール３４がもっとも後退し、第２の凹部３７に没した状態では第２のボール３４が第２のドローバー７の面（つら）から突出することはないことは、第１のドローバー６側と同様である。第２の凹部３７の壁面は第２の透孔３３へ出没しやすいようにテーパ状に形成されている。
第２の凹部３７は第２のドローバー７が所定の進出位置に配置されることで第２の透孔３３に照合される。上記と同様に照合状態で第２のボール３４は遊嵌状態となるため外側に退避可能となり、アンクランプ状態となる。一方、照合されていない場合には第２のボール３４が若干先端側が突出した状態で内外に移動できず保持されるためクランプ状態となる。
第１の透孔３１、第１のボール３２、第１の凹部３５等によって第１のドローバー６と第２のドローバー７間に第１のクランプ機構が構成される。
第２の透孔３３、第２のボール３４、第２の凹部３７等によって主軸筒５と第２のドローバー７と間に第２のクランプ機構が構成される。

ホルダー装着穴１８先端にはチャックホルダー５１を主軸装置２に取り付けた際にチャックホルダー５１側と噛み合ってチャックホルダー５１の周方向への回転を阻止するためのキー３９が装着されている。回転シリンダ装置８の上部ハウジング２０は主軸装置２の回転に伴って連れ回りしないための回り止めステー４０が上部ハウジング２０と押さえプレート１７との間に連結されている。回転シリンダ装置８にはピストン（ピストンロッド２１）の進出位置を検出するドグ４１と近接センサ４２（進出量検出手段）が配設されている。押さえプレート１７上には回転量検出センサ４４が設置されている。主軸装置２とともに回転するリング４３の速度を検出して図示しないコンピュータ装置に出力してモータ装置４の回転数を制御する。
このように構成された主軸ユニット１はマシニングセンタ内において図示しないサドルに搭載され、図示しないコンピュータ装置の制御によってワークを加工する。

本実施の形態では図６及び図７に示す３つ爪のチャックホルダー５１を主軸装置２のホルダー装着穴１８に装着するものとする。チャックホルダー５１は図示しないチャック機構が収容されたホルダー本体５２と主軸装置２に装着するための装着部５３とから構成されている。装着部５３はホルダー本体５２と一体的に形成された円錐形状の突起体である。装着部５３の外周形状はホルダー装着穴１８の内周形状に対応する。ホルダー本体５２には３つの爪部５４が移動可能に取り付けられている。図６（ａ）（ｂ）の状態が爪部５４がもっとも開き、図７（ａ）（ｂ）の状態が爪部５４がもっとも閉じた状態とされる（チャックした状態）。装着部５３の後端からはプルスタッド５５が突出させられている。プルスタッド５５はホルダー本体５２内のチャック機構にレバー部材として連結されており、プルスタッド５５が後方に進出する（引っ張られる）ことで爪部５４は開いた状態から閉じた状態となる。
プルスタッド５５の先端には係合部としての外方に張り出した略楕円体形状の膨出部５６が一体的に形成されている。装着部５３の先端は円板状に外方に張り出した係合部としてのフランジ部５７が一体的に形成されている。フランジ部５７に隣接した装着部５３とフランジ部５７と間には係合部としてのくびれ部５８が形成されている。くびれ部５８は装着部５３の連続したテーパ形状に対して不連続な窪みが全周にわたって首輪状に形成された部分である。フランジ部５７はチャックホルダー５１のホルダー装着穴１８への装着時（テーパ面同士の密着状態）でホルダー装着穴１８よりも奥に配置される。
次に、図２Ａ～図２Ｄ、図４Ａ～図４Ｅに基づいて主軸ユニット１における主軸装置２へのチャックホルダー５１のクランプ及びアンクランプ動作について説明する。チャックホルダー５１を主軸装置２に装着させる際のチャックホルダー５１状態は図６（ａ）（ｂ）の爪部５４がもっとも開いた状態がデフォルトである。

Ａ．図２Ａ及び図４Ａはピストンロッド２１が下動して第１のドローバー６がもっとも進出（下降）させられた位置であって第１のクランプ機構も第２のクランプ機構も解除された状態である。この進出位置は第１の進出位置に相当する。尚、この位置は近接センサ４２で判断されている。
第１の進出位置を図２ＡにおいてＳ１とし第１の連結ピン２２の位置を基準とする。このＳ１位置においては、第１のドローバー６が第２のドローバー７を押動面２９によってスライドカラー２５とともに後方から押動し、この押圧力によって皿バネ集合体２８の付勢力に抗して皿バネ集合体２８を圧縮し（押し返し）、第２のドローバー７を下動させた状態である。このとき、第１の透孔３１内の第１のボール３２は第１の凹部３５方向への移動が許容され、第２の透孔３３内の第２のボール３４も第２の凹部３７方向への移動が許容されるため、図４Ａのように第１及び第２のクランプ機構ともにアンクランプ状態となっている。
この状態でチャックホルダー５１を主軸装置２のホルダー装着穴１８に装着させていく。ホルダー装着穴１８よりも奥側に装着部５３とプルスタッド５５が進出しても図４Ｂに示すようにプルスタッド５５の膨出部５６や装着部５３のフランジ部５７が第１のボール３２（第２のボール３４）に干渉して進出が妨害されることはない。
Ｂ．次いで、所定の制御動作によってピストンロッド２１が第１の進出位置から第１のドローバー６を後退（上昇）させていく。第１のドローバー６が図２Ｂに示すようにＳ１からＳ２に至ると、皿バネ集合体２８への押圧力が解除されるため、皿バネ集合体２８の付勢力によって第２のドローバー７が後退していく。第２のドローバー７が後退することでまずチャックホルダー５１の装着部５３の先端のくびれ部５８が第２のクランプ機構によってクランプされる。しかし、この時第１のクランプ機構はまだ作動しない。第１のドローバー６の後退に伴って第２のドローバー７がともに後退するため第１のクランプ機構の第１の凹部３５は第１の透孔３１に面して第１のボール３２は後退可能な状態を維持しているからである（図４Ｃの状態）。

Ｃ．更に、図２Ｃに示すように第１のドローバー６がＳ２からＳ３に後退していくと、第２のドローバー７に対して第１のドローバー６は相対的に後退することとため、第１の凹部３５が移動し、チャックホルダー５１のプルスタッド５５（の膨出部５６の根元のくびれたコーナー部分）も第１のクランプ機構によってクランプされる。この状態の第１のドローバー６の進出位置が第２の進出位置となる。この状態で前後二箇所の被クランプ部においてチャックホルダー５１はしっかりと主軸装置２に固定されることとなる（図４Ｄの状態）。
Ｄ．更に、図２Ｄ及び図４Ｅに示すように第１のドローバー６がＳ３からＳ４に後退していくと、第１のボール３２がプルスタッド５５の膨出部５６と係合するため、プルスタッド５５は後方（上方）に引き出されることとなり、チャックホルダー５１が図６の状態から図７の状態に変位する（爪部５４が閉じる）。工作機械全体の制御としては、Ｃ．からＤ．に移行する間にチャックホルダー５１の爪部５４に工具等が取り付けられることになる。
このように主軸装置２にチャックホルダー５１を装着した状態から逆にチャックホルダー５１を取り外す場合には、上記とは逆に上昇状態のピストンロッド２１を進出（下降）させ、Ｄ．から順にＡ．に至るように制御する。

上記のように構成することで、実施の形態の主軸ユニット１では次のような効果が奏される。
（１）内側と外側（及び前後）の二重の被クランプ部を有するチャックホルダー５１をクランプするために１つのシリンダ装置８のみを駆動させてクランプすることができる。１つのシリンダ装置８のみで実現しているため、主軸ユニット１及び主軸装置２を小型化、軽量化することができる。
（２）ピストンロッド２１の進退だけで第１のドローバー６を介して第２のドローバー７を動作させるような機構であり、第２のドローバー７は第１のドローバー６と皿バネ集合体２８で進退するため、シンプルな構成で故障しにくい。
（３）第１のドローバー６と第２のドローバー７は直列に配置され、かつ一部重複しているため、主軸装置２の全長や全幅を小型化することができる。
（４）クランプ動作においては、先にチャックホルダー５１の装着部５３を第２のドローバー７による第２のクランプ機構が作動し、その後にチャックホルダー５１のプルスタッド５５を第１のドローバー６による第１のクランプ機構が作動してクランプするように時間差でクランプ動作が行われるため、確実に先にチャックホルダー５１をホルダー装着穴１８に固定することができ、プルスタッド５５のクランプの誤動作、例えばプルスタッド５５が動いていたり振動していたりして第２のボール３４が所定位置でしっかりクランプできないようなクランプミスが生じにくい。
（５）第１のドローバー６は主軸筒５と第２のドローバー７の内周面をそれぞれ案内として進退するため、進退に伴う振動が生じにくい。また、第２のドローバー７も主軸筒５と第１のドローバー６を案内とするため、第２のドローバー７も進退に伴う振動が生じにくい。

上記実施の形態は本発明の原理およびその概念を例示するための具体的な実施の形態として記載したにすぎない。つまり、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明は、例えば次のように変更した態様で具体化することも可能である。
・上記実施の形態ではチャック機能を備えたチャックホルダー５１をクランプする対象とした例を説明したが、主軸装置２には他のホルダーを装着させるようにしてもよい。例えば、図８（ａ）（ｂ）に示すような、工具ホルダー６０を使用してもよい。工具ホルダー６０はホルダー本体６１と装着部６２を備えている。ホルダー本体６１内の取り付け穴６１ａには図示しない工具の基部が固定されるようになっている。装着部６２後端からはスタッド６３が突出させられている。スタッド６３は進退しない構成である。スタッド６３の先端には係合部としての外方に張り出した略楕円体形状の膨出部６４が一体的に形成されている。装着部６２の先端は円板状に外方に張り出した係合部としてのフランジ部６５が一体的に形成されている。フランジ部６５に隣接した装着部６２とフランジ部６５と間には係合部としてのくびれ部６９が形成されている。この工具ホルダー６０においては装着部６２とスタッド６３の形状はチャックホルダー５１の装着部５３と進出していない状態のプルスタッド５５と同形状に構成されている。
このような工具ホルダー６０も上記のように主軸装置２に２箇所の被クランプ位置で装着することができるため、工具ホルダー６０を内外及び前後において主軸装置２にしっかりと取り付けることができる。

・上記実施の形態では駆動手段としてシリンダ装置８を例示したが、第１のドローバー６を進退させるためには、これ以外の駆動手段、例えばモータ装置を使用することができる。シリンダ装置８も油圧式、空圧式のどちらも使用することが可能である。
・第２のドローバー７を付勢する手段、装置として、他のバネ装置を使用してもよい。また、付勢する装置としてシリンダ装置を使用するようにしてもよい。
・モータ装置４として６相交流サーボモータ以外のモータや、交流方式ではなく直流方式のモータ装置を使用してもよい。
・クランプ機構の径方向に進退する干渉体として、上記では一例として第１及び第２のボール３２、３４を使用したが、それ以外にもコレットや割爪めを配置して径方向に揺動するように進退するようなクランプ機構であってもよい。
本願発明は上述した実施の形態に記載の構成に限定されない。上述した各実施の形態や変形例の構成要素は任意に選択して組み合わせて構成するとよい。また各実施の形態や変形例の任意の構成要素と、発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素または発明を解決するための手段に記載の任意の構成要素を具体化した構成要素とは任意に組み合わせて構成するとよい。これらについても本願の補正または分割出願等において権利取得する意思を有する。
また、意匠出願への変更出願により、全体意匠または部分意匠について権利取得する意思を有する。図面は本装置の全体を実線で描画しているが、全体意匠のみならず当該装置の一部の部分に対して請求する部分意匠も包含した図面である。例えば当該装置の一部の部材を部分意匠とすることはもちろんのこと、部材と関係なく当該装置の一部の部分を部分意匠として包含した図面である。当該装置の一部の部分としては、装置の一部の部材としてもよいし、その部材の部分としてもよい。

２…主軸装置、６…第１のドローバー、７…第２のドローバー、８…駆動手段としての回転シリンダ装置、２８…付勢手段としての皿バネ集合体、５１…ホルダーとしてのチャックホルダー、５５…第１の被クランプ部としてのプルスタッド、５８、６９…第２の被クランプ部としての装着部のくびれ部、６０…ホルダーとしての工具ホルダー、６３…第１の被クランプ部としてのスタッド。

２…主軸装置、６…第１のドローバー、７…第２のドローバー、８…駆動手段としての回転シリンダ装置、２８…付勢手段としての皿バネ集合体、５１…ホルダーとしてのチャックホルダー、５５…レバー部材としてのプルスタッド、５８、６９…第２の被クランプ部としての装着部のくびれ部、６０…ホルダーとしての工具ホルダー、６３…レバー部材としてのスタッド。

Claims (13)

1. 内側と外側に二重に配置された第１の被クランプ部と第２の被クランプ部とをその基部側に有する工具用又はワーク用のホルダーを主軸先端に装着して使用する主軸装置において、
   前記ホルダーの前記第１の被クランプ部をクランプする第１のクランプ機構を前端側に備えた第１のドローバーと、前記ホルダーの前記第２の被クランプ部をクランプする第２のクランプ機構を前端側に備えた第２のドローバーとを備え、前記第１のドローバーと前記第２のドローバーは主軸筒内で一部が重複するように直列に配置させられ、
   前記第１のドローバーは駆動手段によって駆動され前記主軸筒内を進退可能とされるとともに、前記第２のドローバーは前記主軸筒基部方向に付勢手段によって付勢されており、前記第１のドローバーの前進に伴って前記第２のドローバーは前記第１のドローバーに直接的又は間接的に押動されて前記付勢手段による付勢力に抗して前進させられるように構成され、
   前記第１のドローバーが第１の進出位置で前記第１のクランプ機構が解除されるとともに前記第２のドローバーを押動し、押動された前記第２のドローバーが前記付勢手段の付勢力に抗して進出することで前記第２のクランプ機構も解除され、
   前記第１のドローバーが前記第１の進出位置よりも後退した第２の進出位置に移動することに伴って前記第１のドローバーの前記第１のクランプ機構が作動されるとともに、前記第２のドローバーへの押動作用が解除され前記第２のドローバーが前記付勢手段の付勢力によって後退することで前記第２のクランプ機構が作動されることを特徴とする主軸装置。
2. 前記第１のドローバーは前記第２のドローバーの内周面に接する外周面を備え、前記内周面と前記外周面に案内されて前後にスライド移動することを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
3. 前記第１のクランプ機構と前記第２のクランプ機構とは前後方向にずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の主軸装置。
4. 前記第１のクランプ機構は前記主軸の径方向に進退する干渉体を有し、前記第１のドローバーが前記第１の進出位置に配置された状態において、前記第１の被クランプ部をクランプする前記干渉体が、前記第２のドローバーの内周面に形成された収容部に面した位置に配置されることによって前記第１のクランプ機構が解除されることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の主軸装置。
5. 前記第２のクランプ機構は前記主軸の径方向に進退する干渉体を有し、前記第１のドローバーが前記第１の進出位置に配置された状態において、前記第２の被クランプ部をクランプする前記干渉体が、前記主軸筒の内周面に形成された収容部に面した位置に配置されることによって前記第２のクランプ機構が解除されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の主軸装置。
6. 前記第１の進出位置から前記第２の進出位置に前記第１のドローバーが後退する際に、前記第２のドローバーの前記第２のクランプ機構が作動された後に前記第１のドローバーの前記第１のクランプ機構が作動することを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の主軸装置。
7. 前記第１のドローバー及び前記第２のドローバーと前記主軸筒との間には前記第１のドローバー及び前記第２のドローバーの軸方向の進退を許容し、前記主軸筒に対する周方向の相対回動を規制する規制手段が配設されていることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の主軸装置。
8. 前記ホルダーが前記主軸筒の先端に形成されたホルダー装着穴に装着されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の主軸装置。
9. 前記ホルダーには前記ホルダー装着穴に装着される装着部から後方に突出する可動式のレバー部材が形成されるとともに前記レバー部材には前記第１の被クランプ部が形成され、前記装着部には前記レバー部材を包囲する位置に前記第２の被クランプ部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の主軸装置。
10. 前記第１のドローバーは第２の進出位置で前記第１のクランプ機構を作動させて前記レバー部材に形成された前記第１の被クランプ部をクランプし、前記第２の進出位置よりも後退した第３の進出位置に前記レバー部材を移動させることを特徴とする請求項９に記載の主軸装置。
11. 前記第１の被クランプ部にはクランプ状態で前記第１のクランプ機構と係合する第１の係合部が形成されていることを特徴とする請求項８～１０のいずれかに記載の主軸装置。
12. 前記第２の被クランプ部にはクランプ状態で前記第２のクランプ機構と係合する第２の係合部が形成されていることを特徴とする請求項８～１１のいずれかに記載の主軸装置。
13. 請求項１～１２のいずれかに記載の主軸装置を搭載した工作機械。

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