JP4782312B2 - 工具保持具装着装置 - Google Patents

Description

【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の主軸端に工具保持具を装着するための工具保持具装着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作機械の分野では、自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備えたマシニングセンタ等の自動工作機械が広範に利用されている。
このようなマシニングセンタ等の自動工作機械では、所定の切削プロセスに適合した複数の工具がそれぞれ工具保持具に装着され、自動工具交換装置のマガジンに格納されている。
【０００３】
自動工具交換動作が開始すると、マガジンが回転して所望の工具が選択され、既に主軸先端に装着されている工具と交換される。
この工具交換プロセスは、工具を工具保持具に装着したままで実行される。
従来の工具保持具は、７／２４テーパのテーパシャンクを備えており、主軸の先端には、テーパシャンクと相補形状のテーパ孔が設けられている。
【０００４】
マシニングセンタは、テーパシャンクを主軸のテーパ孔に嵌合してドローバーにて工具保持具を主軸後方に引き込むことにより、工具保持具を主軸先端にクランプするように構成されている。
一方、近時、切削加工の高速化に伴い従来の７／２４テーパの工具保持具に代わり、いわゆる２面拘束式の工具保持具が利用されつつある。
【０００５】
従来の工具保持具が、テーパ面のみにて主軸に支持されているのに対して、２面拘束式の工具保持具では、テーパ面に加えて主軸端面でも支持されるように構成されている。
また、２面拘束式の工具保持具には、種々の形式のものが提案されている。
近時、ドイツ規格協会が定めたＤＩＮ６９８９３号規格には、ＨＳＫシャンクが規定されている。
【０００６】
ＤＩＮ６９８９３号規格には、ＨＳＫシャンクの形状、寸法のみが規定されており、その主軸への装着機構は定められていないために、種々の装着機構が提案されている。
このような装着機構として、従来、例えば、特表平２−５０３７６９号公報に開示されるものが知られている。
【０００７】
この公報の装着機構では、ＨＳＫシャンクをロックする機能と、締め付け力を発生する増力機構とが、同一構造により達成されるように構成されており、機構の簡略化が図られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の装着機構では、使用上以下の問題が発生している。
（１）工具保持具のＨＳＫシャンクが主軸端面から一定量以上離れている場合にはクランプすることができない。
【０００９】
（２）クランプ爪が完全に閉じない状態が起こり、工具保持具の挿入ができないことがある。
（３）クランプ時にクランプ爪が開かないままで機構が作動してしまい、クランプしていないにも係わらずクランプしたものとして次の動作をしてしまうことがある。
【００１０】
（４）ミスクランプの検出が困難である。
本発明者は、かかる従来の問題を解決すべく鋭意研究した結果、このような問題が生じるのは、クランプ動作と引き込み動作とが同時に行われることに起因していることを見出した。
すなわち、ＡＴＣによって搬送されてきた工具保持具のＨＳＫシャンクが、主軸のテーパ孔に挿入された際に、クランプ爪が半径方向外側に拡径する動作と、ＨＳＫシャンクを引き込んでクランプする操作が同時になるため、（１）のようにＨＳＫシャンクが主軸端面から離れている場合には、クランプ爪がＨＳＫシャンクの内部の係合溝に確実に係合しないままに移動してしまう。
【００１１】
そして、このような不具合は、高速で工具交換する際に、特に発生し易いもので、それが原因で、（２），（３），（４）のような現象が使用上の問題点として顕在化することになる。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、工具保持具のテーパシャンクの位置が多少ずれていても、工具保持具を主軸側に確実にクランプすることができる工具保持具装着装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の工具保持具装着装置は、工具保持具の中空テーパシャンクを主軸部側のテーパ孔に挿入し、前記中空テーパシャンクの外表面と前記テーパ孔の内面とを接触させるとともに、前記工具保持具の端面を前記主軸部側の端面に当接させて前記工具保持具を前記主軸部側に装着する工具保持具装着装置において、前記主軸部内に配置され後端部を前記主軸部内に配置される駆動手段に着説可能に装着されるロックロッドと、前記ロックロッド側に揺動可能に支持される突出部が後端部に形成され、前記中空テーパシャンクの中空部内面に設けられた係止面に係合される係合面が先端部の外側に形成され、内側に突出する突起部が形成される複数のクランプ爪部材と、前記複数のクランプ爪部材の先端部を縮径方向に向けて付勢する付勢手段と、前記ロックロッドの先端部が嵌挿される穴部が後端部に形成され、同心状に配置される前記複数のクランプ爪部材の内側に前記主軸部側に固定されて配置され、前記複数のクランプ爪部材の内側に形成される突起部が前記複数のクランプ爪部材の縮径時に収容される収納凹部が外周に形成されるガイド軸部材とを備え、前記ロックロッドの引き込み方向への移動により、前記複数のクランプ爪部材を引き込み方向へ移動するとともに前記複数のクランプ爪部材の突起部が前記ガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されて前記複数のクランプ爪部材の先端部が拡径された後、前記複数のクランプ爪部材の係合面が前記中空テーパシャンクの係止面に係合されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の工具保持具装着装置は、請求項１記載の工具保持具装着装置において、前記ロックロッドに形成された凹部内に一部が収容される鋼球と、前記ロックロッドの外側に配置されるとともに、前記鋼球が嵌合する貫通孔が形成され、前記鋼球を介し前記ロックロッドの移動により移動される支持部材とをさらに備え、前記工具保持具の装着の際には、前記ロックロッドの引き込み方向への移動により、前記鋼球および前記支持部材を介して前記複数のクランプ爪部材を引き込み方向へ移動するとともに前記複数のクランプ爪部材の突起部が前記ガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されて前記複数のクランプ爪部材の先端部が拡径された後、前記複数のクランプ爪部材の係合面が前記中空テーパシャンクの係止面に係合され、前記工具保持具の取り外しの際には、前記ロックロッドの引き込み方向と逆方向への移動により、前記複数のクランプ爪部材の先端部が前記付勢手段の弾性力により縮径し、前記複数のクランプ爪部材で前記工具保持具を押し出すことを特徴とする。
請求項３記載の工具保持具装着装置は、請求項１または請求項２記載の工具保持具装着装置において、前記主軸部側のテーパ孔が、主軸本体の端面に着脱可能に固定される主軸端体に形成され、前記主軸端体にクランプ部材が直接または間接的に固定されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の工具保持具装着装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の工具保持具装着装置において、前記複数のクランプ爪部材は、後端部側の外側に前記主軸部側のテーパ孔側に当接する突起部を備え、前記ロックロッドの引き込み方向への移動により、前記突起部および前記突出部を支点として前記付勢手段の付勢力に抗して前記先端部を拡径されることを特徴とする。
請求項５の工具保持具装着装置は、請求項１記載の工具保持具装着装置において、前記ロックロッドに形成された凹部内に一部が収容される鋼球と、前記ロックロッドの外側に配置されるとともに、前記鋼球が嵌合する貫通孔が形成され、前記鋼球を介し前記ロックロッドの移動により移動される支持部材と、前記中空テーパシャンクの外周のテーパ面に対応する形状とされるテーパ孔が形成され、前記主軸部の端面に着脱可能に固定される主軸端体と、前記主軸端体に固定されるクランプ爪押えと、前記クランプ爪押えを介して固定されるクランプ部材とをさらに備え、前記複数のクランプ爪部材は、前記支持部材に前記クランプ爪押えを介して揺動可能に支持される突出部および突起部が後端部に形成され、前記中空テーパシャンクの中空部内面に設けられた係止面に係合される係合面が先端部の外側に形成され、内側に突出する突起部が形成され、前記主軸端体に直接または間接的に固定され、前記ガイド軸部材は、軸長方向に貫通穴が形成され、前記ロックロッドの先端部が嵌挿される穴部が後端部に形成され、同心状に配置される前記複数のクランプ爪部材の内側に前記主軸端体側に固定されて配置され、前記複数のクランプ爪部材の内側に形成される突起部が前記複数のクランプ爪部材の縮径時に収容される収納凹部が外周に形成され、前記ロックロッドの引き込み方向への移動により、前記複数のクランプ爪部材の突起部および突出部を支点として前記付勢手段の付勢力に抗して前記先端部を拡径させるとともに、前記鋼球および前記支持部材を引き込み方向へ移動し、前記突起部が前記ガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されて前記複数のクランプ爪部材の先端部が拡径された後、前記複数のクランプ爪部材の係合面が前記中空テーパシャンクの係止面に係合されることを特徴とする。
請求項６の工具保持具装着装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の工具保持具装着装置において、前記ロックロッドおよび前記ガイド軸部材の中心に貫通穴を形成するとともに、前記ロックロッドの先端部を前記ガイド軸部材の後端部に嵌挿してなることを特徴とする。
請求項７の工具保持具装着装置は、請求項１ないし請求項６のいずれか１記載の工具保持具装着装置において、前記複数のクランプ爪部材の係合面が前記中空テーパシャンクの係止面に係合した後に、前記ロックロッドの引き込み力を増大して前記支持部材に伝達する増力手段をさらに備えることを特徴とする。
請求項８の工具保持具装着装置は、請求項７記載の工具保持具装着装置において、前記増力手段は、前記支持部材に形成される貫通穴と、前記貫通穴に配置される球体と、前記ロックロッドの外周に形成され、前記球体の一部が位置される凹部と、前記支持部材の外側に前記主軸部側に固定して配置され、前記球体の前側から前記球体に向けて傾斜される、第１の傾斜面、および、前記第１の傾斜面の角度より大きく設定される第２の傾斜面を有するクランプ部材とで構成され、前記増力手段は、前記ロックロッドの引き込み初期段階に前記球体を前記第１の傾斜面によって径方向へ押し出し、前記複数のクランプ爪部材の係止面が前記中空テーパシャンクの係止面に当接後に前記複数のクランプ爪部材と前記支持部材の移動ができない状態での前記ロックロッドの引き込み段階に前記球体を前記第２の傾斜面によって径方向へ押し込み、前記複数のクランプ爪部材の係止面を前記テーパシャンクの係止面に強固に係合させることを特徴とする。
【００１５】
（作用）
請求項１の工具保持具装着装置では、ロックロッドが引き込み方向に移動されると、支持部材が引き込み方向に移動され、クランプ爪部材が引き込み方向に移動される。
クランプ爪部材の引き込み方向への移動により、クランプ爪部材の内側に形成される突起部が、ガイド軸部材に形成される収納凹部から外れ、ガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されて、クランプ爪部材の先端部が、付勢手段の付勢力に抗して拡径する。
【００１６】
そして、この後、さらなるクランプ爪部材の引き込み方向への移動により、クランプ爪部材の係合面が中空テーパシャンクの係止面に係合される。
請求項２の工具保持具装着装置では、工具保持具の取り外しの際には、ロックロッドの引き込み方向と逆方向への移動により、クランプ爪部材の先端部が付勢手段の弾性力により縮径し、クランプ爪部材で工具保持具を押し出す。
【００１７】
請求項３の工具保持具装着装置では、主軸側のテーパ孔が形成される主軸端体が、主軸本体の端面に着脱可能に固定され、この主軸端体にクランプ部材が直接または間接的に固定される。
従って、工具保持具装着装置をユニットとして、主軸本体に容易，確実に組み込むことが可能になる。
請求項４の工具保持具装着装置では、工具保持具の装着の際には、ロックロッドの引き込み方向への移動により、複数のクランプ爪部材の突起部および突出部を支点として付勢手段の付勢力に抗して先端部を拡径させる。
【００１８】
請求項５の工具保持具装着装置では、ロックロッドの引き込み方向への移動により、複数のクランプ爪部材の突起部および突出部を支点として付勢手段の付勢力に抗して先端部を拡径させるとともに、鋼球および支持部材を引き込み方向へ移動し、突起部がガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されて複数のクランプ爪部材の先端部が拡径された後、複数のクランプ爪部材の係合面が中空テーパシャンクの係止面に係合される。
【００１９】
請求項６の工具保持具装着装置では、クーラント，圧縮空気，オイルミスト等の流体が、ロックロッドの貫通孔を通った後、ガイド軸部材の貫通孔を通って工具保持具側に供給される。
請求項７の工具保持具装着装置では、増力手段により、ロックロッドの引き込み力を増大して支持部材に伝達するようにしたので、工具保持具を主軸側に強固にクランプすることができる。
請求項８の工具保持具装着装置では、ロックロッドの引き込みにより球体を外側に移動し、クランプ部材の傾斜面に押圧するようにしたので、支持部材の引き込み力を容易，確実に増大することができる。
そして、この反力により、支持部材がロックロッドの引き込み力より高い引き込み力で引き込まれる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態について説明する。
図１および図２は、本発明の工具保持具装着装置の一実施形態を示している。
この実施形態では、本発明の工具保持具装着装置が、工作機械の主軸部１１の先端にクランプユニット１３として装着される。
【００２１】
主軸部１１は、内部後部に軸長方向に移動する駆動機構１５（詳細は図示せず）を設けた貫通孔１１ａを有し、この貫通孔１１ａの開口端側にクランプユニット１３が装着される。
クランプユニット１３は、ロックロッド１７、支持筒１９、クランプスリーブ２１、クランプ爪押え２３、ガイド軸体２５、クランプ爪２７、鋼球２９およびリングばね３１を主構成要素としている。
【００２２】
ロックロッド１７は、後端部を駆動機構１５に着脱自在に連結可能とされ、中心軸に沿って、流体が流通される貫通孔１７ａが形成されている。
ロックロッド１７の中央には、大径軸部１７ｂが形成され、この大径軸部１７ｂには、断面円弧状の凹部１７ｃが形成されている。
【００２３】
また、凹部１７ｃの前側には、例えば、軸長方向に対して５０度の角度で傾斜されるテーパ面１７ｄが形成されている。
ロックロッド１７の大径軸部１７ｂの前側は、小径軸部１７ｅとされ、この小径軸部１７ｅには、間隔を置いてシール部材３３，３５が装着されている。
ロックロッド１７の大径軸部１７ｂの後部には、鍔部１７ｆが形成されている。
【００２４】
大径軸部１７ｂの後端部には、駆動機構１５に連結される、例えば、バヨネット継手からなる係合手段１７ｈが配置されている。
係合手段１７ｈの後方には、流体連結軸部１７ｉが形成され、この流体連結軸部１７ｉには、シール部材３７が装着されている。
ロックロッド１７の外側には、ロックロッド１７の移動により移動される支持筒１９が配置されている。
【００２５】
この支持筒１９は、ロックロッド１７の大径軸部１７ｂに被嵌される大径部１９ａを有しており、この大径部１９ａの前側には、ロックロッド１７の小径軸部１７ｅに被嵌される小径部１９ｂが形成されている。
支持筒１９の大径部１９ａには、一対の貫通孔１９ｃが対向して形成されている。
【００２６】
そして、これ等の貫通孔１９ｃには、鋼球２９が嵌合されている。
鋼球２９の一部は、ロックロッド１７の外周に形成される凹部１７ｃ内に収容されている。
支持筒１９の大径部１９ａの外側には、クランプスリーブ２１が配置されている。
【００２７】
クランプスリーブ２１の前側の内面と支持筒１９との間には、シール部材３９が配置されている。
また、クランプスリーブ２１の外面と主軸部１１の穴部１１ｂとの間には、シール部材４１が配置されている。
クランプスリーブ２１の中央には、鋼球２９の前側から鋼球２９に向けて傾斜される第１の傾斜面２１ａおよび第２の傾斜面２１ｂが形成されている。
【００２８】
第１の傾斜面２１ａは、軸長方向に対して、例えば、３０度の角度で傾斜され、第２の傾斜面２１ｂは、軸長方向に対して、例えば、４５度の角度で傾斜されている。
そして、支持筒１９に配置される鋼球２９およびクランプスリーブ２１により、ロックロッド１７の引き込み力を増大して支持筒１９に伝達する増力機構４３が構成されている。
【００２９】
支持筒１９の前側には、ガイド軸体２５が配置されている。
このガイド軸体２５の軸長方向には、貫通穴２５ａが形成されている。
ガイド軸体２５の後端部に形成される穴部２５ｂには、ロックロッド１７の先端部が嵌挿されている。
ガイド軸体２５の先端部に形成される穴部２５ｃには、シール部材４５が配置されている。
【００３０】
このシール部材４５には、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａの内面の中央に軸長方向に設けられた流体案内用の突出部４７ｂが挿入される。
ガイド軸体２５の略中央には、収納凹部２５ｄが形成され、この収納凹部２５ｄの後側に案内軸部２５ｅが形成されている。
ガイド軸体２５の外側には、４体のクランプ爪２７が同心状に配置されている。
【００３１】
クランプ爪２７の後端部には、突出部２７ａが形成され、この突出部２７ａが、支持筒１９に形成される外周溝１９ｄに揺動可能に係合されている。
クランプ爪２７の略中央の内側には、内側に突出する突起部２７ｂが形成されている。
【００３２】
この突起部２７ｂは、クランプ爪２７の縮径時に、ガイド軸体２５の外周に形成される収納凹部２５ｄに収容される。
クランプ爪２７の突起部２７ｂの前側の内側には、凹部２７ｃが形成されている。
この凹部２７ｃは、クランプ爪２７の縮径時に、ガイド軸体２５の収納凹部２５ｄの前側に形成される軸部２５ｆに当接される。
【００３３】
クランプ爪２７の先端部の外側には、中空テーパシャンク４７ａの中空部４７ｃの内面に設けられた係止面４７ｄに係合される係合面２７ｄが形成されている。
すなわち、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａの中空部４７ｃの内面には、凹部４７ｅが形成され、この凹部４７ｅに係止面４７ｄが形成されている。
４体のクランプ爪２７の先端部には、凹部２７ｅが形成され、この凹部２７ｅには、４体のクランプ爪２７を縮径方向に向けて付勢するリングばね３１が配置されている。
【００３４】
そして、この実施形態では、主軸部１１の端面に主軸端体４９が着脱可能に固定され、この主軸端体４９に、主軸側のテーパ孔４９ａが形成されている。
テーパ孔４９ａは、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａ（ＨＳＫシャンク）の外周のテーパ面４７ｆに対応する形状とされている。
この主軸端体４９には、クランプ爪押え２３を介してクランプスリーブ２１が固定されている。
【００３５】
クランプ爪押え２３は、筒状をしておりフランジ部２３ａが、主軸端体４９の後面にボルト５１を介して固定されている。
フランジ部２３ａの前面には、環状突部２３ｂが形成されており、この環状突部２３ｂが、主軸端体４９の穴部４９ｂに嵌挿されている。
クランプ爪押え２３の内周には、クランプ爪２７の後端部の外周に突出する円弧状の突起部２７ｆの外周が当接されている。
【００３６】
クランプ爪押え２３の後面には、クランプスリーブ２１が、位置決め用のピン部材５３を介して連結されている。
図３は、図１のクランプユニット１３を主軸端体４９を取り去って先端側から見た正面図、図４は、クランプ爪押え２３、ガイド軸体２５およびクランプ爪２７を示す斜視図である。
【００３７】
これ等の図において、４体のクランプ爪２７が、ガイド軸体２５の外側に同心状に配置されている。
また、ガイド軸体２５の後端には、基部２５ｈが十字状に形成されている。
そして、この基部２５ｈが、クランプ爪押え２３の先端に形成される環状突部２３ｂの切欠溝２３ｃに嵌挿されている。
【００３８】
以上のように構成されたクランプユニット１３は、主軸部１１に主軸端体４９を介して固定される。
すなわち、主軸端体４９には、予め、クランプ爪押え２３、クランプスリーブ２１、支持筒１９、ロックロッド１７、ガイド軸体２５、クランプ爪２７等のクランプユニット１３を構成する部材が組み付けられている。
【００３９】
そして、主軸端体４９がロックロッド１７の後端部側から主軸部１１に挿入され、ロックロッド１７の係合手段１７ｈが、回転操作等により駆動機構１５に連結される。
そして、図示していないが、主軸端体４９を主軸部１１にボルト等により固定することにより取り付けが完了する。
【００４０】
以下、上述したクランプユニット１３の動作を説明する。
先ず、図１に示したように、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａが、主軸端体４９のテーパ孔４９ａに挿入される。
【００４１】
この時には、４体のクランプ爪２７は、アンクランプ状態のため、リングばね３１により縮径され、クランプ爪２７の突起部２７ｂが、ガイド軸体２５の収納凹部２５ｄに収容されている。
そして、中空テーパシャンク４７ａが、中空テーパシャンク４７ａの中空部４７ｃの底面に、クランプ爪２７の先端が当接するまで、主軸端体４９のテーパ孔４９ａに挿入される。
【００４２】
次に、この状態で、駆動機構１５が図の右方向（以下引き込み方向という）に移動され、ロックロッド１７が引き込み方向に移動される。
このロックロッド１７の移動により、支持筒１９が鋼球２９を介して引き込み方向に移動され、クランプ爪２７が引き込み方向に移動される。
クランプ爪２７の引き込み方向への移動により、クランプ爪２７の内側に形成される突起部２７ｂが、ガイド軸体２５に形成される収納凹部２５ｄから外れ、ガイド軸体２５の収納凹部２５ｄの後側の案内軸部２５ｅに乗り上げる。
【００４３】
この動作により、クランプ爪２７の先端部が、クランプ爪２７の後端部に形成される突出部２７ａおよび突起部２７ｆを支点として、リングばね３１の付勢力に抗して拡径される。
そして、クランプ爪２７の外側に形成される係合面２７ｄが、中空テーパシャンク４７ａの内面に形成される凹部４７ｅまで拡径する。
【００４４】
そして、クランプ爪２７が案内軸部２５ｅに沿ってさらに引き込み方向に移動され、係合面２７ｄが、中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄに当接される。
これにより、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａのテーパ面４７ｆが、主軸端体４９のテーパ孔４９ａに強固に嵌合される。
そして、次に、この実施形態では、増力機構４３により、ロックロッド１７の引き込み力が増大されて支持筒１９に伝達され、この支持筒１９に伝達された力により、クランプ爪２７の係合面２７ｄが中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄに強固に係合される。
【００４５】
以下この増力機構４３の動作について説明する。
図１に示したアンクランプ状態では、鋼球２９は、ロックロッド１７の凹部１７ｃとクランプスリーブ２１の傾斜面２１ａ，２１ｂにより径方向の位置を規制されている。
そして、クランプ動作に入り、ロックロッド１７が引き込み方向に移動されると、鋼球２９は、ロックロッド１７の凹部１７ｃと共に移動する。
【００４６】
この時、支持筒１９も鋼球２９に押されて引き込み方向に移動する。
鋼球２９が、引き込み方向に移動すると、クランプスリーブ２１は、主軸端体４９にクランプ爪２７を介して固定されているため、クランプスリーブ２１の傾斜面２１ａ，２１ｂと鋼球２９との間に隙間が生じる。
鋼球２９は、初期段階では、傾斜が緩やかな第１の傾斜面２１ａに当接し、これにより鋼球２９が径方向に押し出される量が小さくなり、ロックロッド１７の引き込み方向への移動ストロークを、効率的にクランプ爪２７の移動に使用することができる。
【００４７】
そして、クランプ爪２７の係合面２７ｄが中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄに当接するとクランプ爪２７および支持筒１９は移動できなくなる。
この状態からロックロッド１７をさらに引き込み方向に移動すると、第２の傾斜面２１ｂにより鋼球２９が径方向に外側に押し出され、鋼球２９がクランプスリーブ２１の第２の傾斜面２１ｂに強く押圧される。
【００４８】
そして、この反力により、支持筒１９がロックロッド１７の引き込み力より高い引き込み力、例えば、２倍程度の引き込み力で引き込まれる。
なお、この実施形態では、ロックロッド１７を引き込む引っ張り力を最大９５００Ｎ（ニュートン）とすると、工具保持具４７を引き込む力が、約２倍の１８０００Ｎ発生することが確認されている。
【００４９】
なお、この増力比は、ロックロッド１７のテーパ面１７ｄの角度、あるいは、クランプスリーブ２１の第２の傾斜面２１ｂの角度を変えることにより容易に調整可能である。
そして、上述したクランプユニット１３では、工具保持具４７の取り外しに際しては、駆動機構１５を、引き込み方向と逆方向に移動することにより、上述した取り付け動作と逆の動作が行われ、クランプ爪２７は、中空テーパシャンク４７ａの凹部４７ｅから内方へリングばね３１の弾性力により縮径し、再び、図１に示した状態となり、クランプ爪２７の先端で、工具保持具４７を押し出すので、工具保持具４７を取り出すことができ、工具交換が可能となる。
【００５０】
なお、以上の説明は、工具保持具４７を手動で交換する場合を示したが、実際には、マシニングセンタのような工作機械においては、自動的に制御された中で、自動工具交換装置により行われる。
上述した工具保持具装着装置では、ロックロッド１７の引き込み方向への移動により、クランプ爪２７の突起部２７ｂがガイド軸体２５の収納凹部２５ｄの後側に案内されてクランプ爪２７の先端部が拡径された後、クランプ爪２７の係合面２７ｄが中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄに係合されるため、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａの位置が多少ずれていても、工具保持具４７を主軸側に確実にクランプすることができる。
【００５１】
すなわち、上述した工具保持具装着装置では、クランプ爪２７の拡径機能と、引き込み機能との動作に時間差を設け、確実にクランプ爪２７が、中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄが位置する部分まで拡径した後に引き込み作用が始まるため、確実なクランプが可能となり、高速交換時においても確実な取り付け取り外しが可能になった。
【００５２】
また、自動工具交換装置による交換作業時に、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａが主軸側のテーパ孔４９ａに挿入され、中空テーパシャンク４７ａの端面が主軸端体４９の端面から離れていても、クランプ爪２７の拡径動作により、確実にクランプ爪２７の係合面２７ｄが、中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄが位置する部分まで拡径した後に引き込み作用が始まるため、中空テーパシャンク４７ａの端面を主軸端体４９の端面に確実に密着してクランプすることができる。
【００５３】
また、上述した工具保持具装着装置では、増力機構４３により、ロックロッド１７の引き込み力を増大して支持筒１９に伝達するようにしたので、工具保持具４７を主軸側に強固にクランプすることができる。
そして、ロックロッド１７の引き込みにより鋼球２９を外側に移動し、クランプスリーブ２１の傾斜面２１ｂに押圧するようにしたので、支持筒１９の引き込み力を容易，確実に増大することができる。
【００５４】
また、上述した工具保持具装着装置では、主軸側のテーパ孔４９ａが形成される主軸端体４９を主軸部１１の端面に着脱可能に固定するようにしたので、工具保持具装着装置をクランプユニット１３として、主軸部１１に容易，確実に組み込むことができる。
さらに、上述した工具保持具装着装置では、ロックロッド１７およびガイド軸体２５の中心に貫通孔１７ａ，２５ａを形成するとともに、ロックロッド１７の先端部をガイド軸体２５の後端部に嵌挿したので、クーラント，圧縮空気，オイルミスト等の流体を工具保持具４７側に容易，確実に供給することができる。
【００５５】
また、クランプ爪２７の係合面２７ｄが、中空テーパシャンク４７ａの係止面４７ｄに正確に当接するため、係合面２７ｄおよび係止面４７ｄの摩耗を少なくすることができる。
すなわち、例えば、旋回的に先端が開くタイプのクランプ爪、あるいは、平行移動的に径を拡大するタイプでは、あるポイント以外での面当たりは困難である。
【００５６】
そして、上述した工具保持具装着装置では、４体のクランプ爪２７の先端部を先細り形状としたので、クランプ爪２７を縮径するリングばね３１が破損した場合にも、工具保持具４７の中空テーパシャンク４７ａの中空部４７ｃに強制的に閉じられて挿入されることになり、信頼性を高めることができる。
なお、上述した実施形態では、クランプ爪２７を４体に分割した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、２分割以上であれば良い。
【００５７】
また、上述した実施形態では、主軸部１１に主軸端体４９を着脱自在に固定した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、従来の公知の一体型のＨＳＫシャンク用主軸構造にも適用することができる。
この場合、径方向に限定があり、クランプ爪押え２３の外形形状や主軸部１１への固定方法を変更する必要があるが、設計変更の範疇で可能である。
【００５８】
また、取り付け方向も、主軸部１１の先端側からではなく、後端側からでも組み込み可能であり、工作機械の構造に合わせて変更できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１の工具保持具装着装置では、ロックロッドの引き込み方向への移動により、クランプ爪部材の突起部がガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されてクランプ爪部材の先端部が拡径された後、クランプ爪部材の係合面が中空テーパシャンクの係止面に係合されるため、工具保持具のテーパシャンクの位置が多少ずれていても、工具保持具を主軸側に確実にクランプすることができる。
【００６０】
請求項２の工具保持具装着装置では、工具保持具の取り外しの際には、ロックロッドの引き込み方向と逆方向への移動により、クランプ爪部材の先端部が付勢手段の弾性力により縮径し、クランプ爪部材で工具保持具を押し出すことができる。
請求項３の工具保持具装着装置では、主軸側のテーパ孔が形成される主軸端体を主軸本体の端面に着脱可能に固定するようにしたので、工具保持具装着装置をユニットとして、主軸本体に容易，確実に組み込むことができる。
【００６１】
請求項４の工具保持具装着装置では、工具保持具の装着の際には、ロックロッドの引き込み方向への移動により、複数のクランプ爪部材の突起部および突出部を支点として付勢手段の付勢力に抗して先端部を拡径させることができる。
請求項５の工具保持具装着装置では、請求項１の工具保持具装着装置の効果に加えて、工具保持具の装着の際には、ロックロッドの引き込み方向への移動により、複数のクランプ爪部材の突起部および突出部を支点として付勢手段の付勢力に抗して先端部を拡径させるとともに、鋼球および支持部材を引き込み方向へ移動し、ロックロッドの引き込み初期段階に球体を第１の傾斜面によって径方向へ押し出し、突起部がガイド軸部材の収納凹部の後側に案内されて複数のクランプ爪部材の先端部が拡径された後、複数のクランプ爪部材の係合面が中空テーパシャンクの係止面に係合され、複数のクランプ爪部材と支持部材の移動ができない状態でのロックロッドの引き込み段階に球体を第２の傾斜面によって径方向へ押し込み、複数のクランプ爪部材の係止面をテーパシャンクの係止面に強固に係合させることができる。
工具保持具の取り外しの際には、ロックロッドの引き込み方向と逆方向への移動により、球体を凹部内側へ移動させ、第２の傾斜面による径方向への押し込みを解除し、複数のクランプ爪部材の先端部が付勢手段の弾性力により縮径し、複数のクランプ爪部材で工具保持具を押し出すことができる。
請求項６の工具保持具装着装置では、ロックロッドおよびガイド軸部材の中心に貫通孔を形成するとともに、ロックロッドの先端部をガイド軸部材の後端部に嵌挿したので、クーラント，圧縮空気，オイルミスト等の流体を工具保持具側に容易，確実に供給することができる。
請求項７の工具保持具装着装置では、増力手段により、ロックロッドの引き込み力を増大して支持部材に伝達するようにしたので、工具保持具を主軸側に強固にクランプすることができる。
請求項８の工具保持具装着装置では、ロックロッドの引き込みにより球体を外側に移動し、クランプ部材の傾斜面に押圧するようにしたので、支持部材の引き込み力を容易，確実に増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の工具保持具装着装置の一実施形態のアンクランプ時の状態を示す縦正面図である。
【図２】図１の工具保持具装着装置のクランプ時の状態を示す縦断面図である。
【図３】図１の工具保持具装着装置を主軸端体を外して示す正面図である。
【図４】図１の工具保持具装着装置のクランプ爪押え、ガイド軸部材およびクランプ爪部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 主軸部
１３ クランプユニット
１５ 駆動機構
１７ ロックロッド
１７ｃ 凹部
１９ 支持筒
１９ｄ 外周溝
２１ クランプスリーブ
２１ａ 第１の傾斜面
２１ｂ 第２の傾斜面
２３ クランプ爪押え
２５ ガイド軸体
２５ｄ 収納凹部
２５ｅ 案内軸部
２７ クランプ爪
２７ａ 突出部
２７ｂ 突起部
２７ｄ 係合面
２９ 鋼球
３１ リングばね
４３ 増力機構
４７ 工具保持具
４７ａ 中空テーパシャンク
４７ｃ 中空部
４７ｄ 係止面
４９ 主軸端体
４９ａ テーパ孔

Claims (8)

1. 工具保持具（４７）の中空テーパシャンク（４７ａ）を主軸部（１１）側のテーパ孔に挿入し、前記中空テーパシャンク（４７ａ）の外表面と前記テーパ孔の内面とを接触させるとともに、前記工具保持具（４７）の端面を前記主軸部（１１）側の端面に当接させて前記工具保持具（４７）を前記主軸部（１１）側に装着する工具保持具装着装置において、
   前記主軸部（１１）内に配置され後端部を前記主軸部（１１）内に配置される駆動手段（１５）に着説可能に装着されるロックロッド（１７）と、
   前記ロックロッド（１７）側に揺動可能に支持される突出部（２７ａ）が後端部に形成され、前記中空テーパシャンク（４７ａ）の中空部内面に設けられた係止面（４７ｄ）に係合される係合面（２７ｄ）が先端部の外側に形成され、内側に突出する突起部（２７ｂ）が形成される複数のクランプ爪部材（２７）と、
   前記複数のクランプ爪部材（２７）の先端部を縮径方向に向けて付勢する付勢手段（３１）と、
   前記ロックロッド（１７）の先端部が嵌挿される穴部（２５ｂ）が後端部に形成され、同心状に配置される前記複数のクランプ爪部材（２７）の内側に前記主軸部（１１）側に固定されて配置され、前記複数のクランプ爪部材（２７）の内側に形成される突起部（２７ｂ）が前記複数のクランプ爪部材（２７）の縮径時に収容される収納凹部（２５ｄ）が外周に形成されるガイド軸部材（２５）と
   を備え、
   前記ロックロッド（１７）の引き込み方向への移動により、前記複数のクランプ爪部材（２７）を引き込み方向へ移動するとともに前記複数のクランプ爪部材（２７）の突起部（２７ｂ）が前記ガイド軸部材（２５）の収納凹部（２５ｄ）の後側に案内されて前記複数のクランプ爪部材（２７）の先端部が拡径された後、前記複数のクランプ爪部材（２７）の係合面（２７ｄ）が前記中空テーパシャンク（４７ａ）の係止面（４７ｄ）に係合される
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
2. 請求項１記載の工具保持具装着装置において、
   前記ロックロッド（１７）に形成された凹部（１７ｃ）内に一部が収容される鋼球（２９）と、
   前記ロックロッド（１７）の外側に配置されるとともに、前記鋼球（２９）が嵌合する貫通孔（１９ｃ）が形成され、前記鋼球（２９）を介し前記ロックロッド（１７）の移動により移動される支持部材（１９）と
   をさらに備え、
   前記工具保持具（４７）の装着の際には、前記ロックロッド（１７）の引き込み方向への移動により、前記鋼球（２９）および前記支持部材（１９）を介して前記複数のクランプ爪部材（２７）を引き込み方向へ移動するとともに前記複数のクランプ爪部材（２７）の突起部（２７ｂ）が前記ガイド軸部材（２５）の収納凹部（２５ｄ）の後側に案内されて前記複数のクランプ爪部材（２７）の先端部が拡径された後、前記複数のクランプ爪部材（２７）の係合面（２７ｄ）が前記中空テーパシャンク（４７ａ）の係止面（４７ｄ）に係合され、
   前記工具保持具（４７）の取り外しの際には、前記ロックロッド（１７）の引き込み方向と逆方向への移動により、前記複数のクランプ爪部材（２７）の先端部が前記付勢手段（３１）の弾性力により縮径し、前記複数のクランプ爪部材（２７）で前記工具保持具（４７）を押し出す
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
3. 請求項１または請求項２記載の工具保持具装着装置において、
   前記主軸部（１１）側のテーパ孔が、主軸本体の端面に着脱可能に固定される主軸端体（４９）に形成され、前記主軸端体（４９）にクランプ部材（２１）が直接または間接的に固定されている
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の工具保持具装着装置において、
   前記複数のクランプ爪部材（２７）は、後端部側の外側に前記主軸部（１１）側のテーパ孔側に当接する突起部（２７ｆ）を備え、前記ロックロッド（１７）の引き込み方向への移動により、前記突起部（２７ｆ）および前記突出部（２７ａ）を支点として前記付勢手段（３１）の付勢力に抗して前記先端部を拡径される
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
5. 請求項１記載の工具保持具装着装置において、
   前記ロックロッド（１７）に形成された凹部（１７ｃ）内に一部が収容される鋼球（２９）と、
   前記ロックロッド（１７）の外側に配置されるとともに、前記鋼球（２９）が嵌合する貫通孔（１９ｃ）が形成され、前記鋼球（２９）を介し前記ロックロッド（１７）の移動により移動される支持部材（１９）と、
   前記中空テーパシャンク（４７ａ）の外周のテーパ面（４７ｆ）に対応する形状とされるテーパ孔（４９ａ）が形成され、前記主軸部（１１）の端面に着脱可能に固定される主軸端体（４９）と、
   前記主軸端体（４９）に固定されるクランプ爪押え（２３）と、
   前記クランプ爪押え（２３）を介して固定されるクランプ部材（２１）と
   をさらに備え、
   前記複数のクランプ爪部材（２７）は、前記支持部材（１９）に前記クランプ爪押え（２３）を介して揺動可能に支持される突出部（２７ａ）および突起部（２７ｆ）が後端部に形成され、前記中空テーパシャンク（４７ａ）の中空部内面に設けられた係止面（４７ｄ）に係合される係合面（２７ｄ）が先端部の外側に形成され、内側に突出する突起部（２７ｂ）が形成され、前記主軸端体（４９）に直接または間接的に固定され、
   前記ガイド軸部材（２５）は、軸長方向に貫通穴（２５ａ）が形成され、前記ロックロッド（１７）の先端部が嵌挿される穴部（２５ｂ）が後端部に形成され、同心状に配置される前記複数のクランプ爪部材（２７）の内側に前記主軸端体（４９）側に固定されて配置され、前記複数のクランプ爪部材（２７）の内側に形成される突起部（２７ｂ）が前記複数のクランプ爪部材（２７）の縮径時に収容される収納凹部（２５ｄ）が外周に形成され、
   前記ロックロッド（１７）の引き込み方向への移動により、前記複数のクランプ爪部材（２７）の突起部（２７ｆ）および突出部（２７ａ）を支点として前記付勢手段（３１）の付勢力に抗して前記先端部を拡径させるとともに、前記鋼球（２９）および前記支持部材（１９）を引き込み方向へ移動し、前記突起部（２７ｂ）が前記ガイド軸部材（２５）の収納凹部（２５ｄ）の後側に案内されて前記複数のクランプ爪部材（２７）の先端部が拡径された後、前記複数のクランプ爪部材（２７）の係合面（２７ｄ）が前記中空テーパシャンク（４７ａ）の係止面（４７ｄ）に係合される
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の工具保持具装着装置において、
   前記ロックロッド（１７）および前記ガイド軸部材（２５）の中心に貫通穴（１７ａ、２５ａ）を形成するとともに、前記ロックロッド（１７）の先端部を前記ガイド軸部材（２５）の後端部に嵌挿してなる
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１記載の工具保持具装着装置において、
   前記複数のクランプ爪部材（２７）の係合面（２７ｄ）が前記中空テーパシャンク（４７ａ）の係止面（４７ｄ）に係合した後に、前記ロックロッド（１７）の引き込み力を増大して前記支持部材（１９）に伝達する増力手段（４３）をさらに備える
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。
8. 請求項７記載の工具保持具装着装置において、
   前記増力手段（４３）は、
   前記支持部材（１９）に形成される貫通穴（１９ｃ）と、
   前記貫通穴（１９ｃ）に配置される球体（２９）と、
   前記ロックロッド（１７）の外周に形成され、前記球体（２９）の一部が位置される凹部（１７ｃ）と、
   前記支持部材（１７）の外側に前記主軸部（１１）側に固定して配置され、前記球体（２９）の前側から前記球体（２９）に向けて傾斜される、第１の傾斜面（２１ａ）、および、前記第１の傾斜面（２１ａ）の角度より大きく設定される第２の傾斜面（２１ｂ）を有するクランプ部材（２１）と
   で構成され、
   前記増力手段（４３）は、前記ロックロッド（１７）の引き込み初期段階に前記球体（２９）を前記第１の傾斜面（２１ａ）によって径方向へ押し出し、前記複数のクランプ爪部材（２７）の係止面（２７ｄ）が前記中空テーパシャンク（４７ａ）の係止面（４７ｄ）に当接後に前記複数のクランプ爪部材（２７）と前記支持部材（１９）の移動ができない状態での前記ロックロッド（１７）の引き込み段階に前記球体（２９）を前記第２の傾斜面（２１ｂ）によって径方向へ押し込み、前記複数のクランプ爪部材（２７）の係止面（２７ｄ）を前記テーパシャンク（４７ａ）の係止面（４７ｄ）に強固に係合させる
   ことを特徴とする工具保持具装着装置。

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