JP4846410B2 - 主軸頭装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械に装備され、工具主軸を備える主軸頭装置に関する。本発明はまた、工具主軸を備える主軸頭装置を装備した工作機械に関する。

工具を固定支持して回転する主軸（いわゆる工具主軸）を装備した工作機械（例えばフライス盤やマシニングセンタ）は、工具ホルダに個別に取り付けた複数種類の工具を、加工プログラムに従い適宜選択して、主軸の軸線方向先端（以下、主軸端と称する）に交換可能に取着することで、多様な切削加工を遂行するように構成される。その目的で、この種の工作機械は一般に、工具主軸を備える主軸頭装置に、個々の工具ホルダを主軸端に着脱自在に保持するための工具保持機構を内蔵している。

工具ホルダは、工具をチャックするチャック部と、主軸端に受容保持されるシャンク部とを有し、チャック部とシャンク部との間には通常、自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって把持されるフランジ部が設けられる。これに対応して、主軸端には、工具ホルダのシャンク部（ツールシャンクとも称する）を着脱自在に受容する受容凹部が形成される。他方、工具保持機構は、ツールシャンクを解放可能に拘持するための可動クランプ要素と、可動クランプ要素をシャンク解放位置とシャンク拘持位置との間で変位させる作動要素とを備えて、主軸の軸線方向貫通穴に収容される。工具保持機構の作動要素は、主軸頭装置の外部の駆動機構（例えば油圧シリンダ機構）によって駆動され、主軸貫通穴内でのそれ自体の軸線方向変位に伴い、可動クランプ要素を変位させる。

上記工作機械において、工具ホルダのシャンク部の構成、及びこれに対応する主軸の主軸端の構成は、現在、ＪＩＳ（日本工業規格）、ＤＩＮ（ドイツ工業規格）、ＪＢＳ（日本小型工作機械工業会規格）等で規格化されている。例えば、ＪＩＳやＪＢＳに規定されるツールシャンクは、円錐台形状（７／２４テーパ）の外面を有するとともに、その末端にプルスタッドと称する棒状要素を固定して構成され、これに対応する主軸端には、円錐台形状（７／２４テーパ）の内面を有するシャンク受容凹部が形成される（ＪＩＳＢ６１０１、Ｂ６３３９；ＪＢＳ４００１、４００２等）。他方、ＤＩＮに規定されるツールシャンクは、円錐台形状（１／１０テーパ）の外面を有する薄肉の中空筒状体からなり、これに対応する主軸端には、円錐台形状（１／１０テーパ）の内面を有するシャンク受容凹部が形成される（ＤＩＮ６９０６３−５、６９８９３−５等）。

そして、ＪＩＳ（ＪＢＳ）の工具ホルダを主軸端に保持するための工具保持機構は、シャンク受容凹部に受容されたツールシャンクの末端のプルスタッドを取り囲むように配置された複数の可動クランプ要素が、作動要素の作動下で径方向動作してプルスタッドの肩面に外側から係合することにより、プルスタッドを拘持する。これに対し、ＤＩＮの工具ホルダを主軸端に保持するための工具保持機構は、シャンク受容凹部に受容されたツールシャンクの内側空洞部に挿入された複数の可動クランプ要素が、作動要素の作動下で径方向動作してツールシャンクの肩面に内側から係合することにより、ツールシャンクを拘持する。なお、ＪＩＳ（ＪＢＳ）に従う工具ホルダ、主軸端及び工具保持機構の構成は、例えば特許文献１に記載されている。また、ＤＩＮに従う工具ホルダ、主軸端及び工具保持機構の構成は、例えば特許文献２に記載されている。

特開平９−３１４４０４号公報 特開平５−２２０６０７号公報

上記したように、工具主軸を装備した従来の工作機械では、工具ホルダ、主軸端及び工具保持機構の構成に関して、機械構造的に異なりかつ互換性が無い複数の規格が存在する。そのため、工作機械の使用者が、そのような互換性が無い規格に従う異種の工具ホルダを使用する際には、それぞれの規格に対応する主軸及び工具保持機構を備えた専用の主軸頭装置を装備した異種の工作機械を用意する必要がある。一般に使用者は、多種多様な工具をそれぞれ工具ホルダに取り付けた状態で保管するので、例えば、加工精度、工具寿命、運転騒音等の諸要件を勘案して、ＪＩＳの機械構成とＤＩＮの機械構成とを適宜使い分けようとする場合には、同一種類の工具に対しても、ＪＩＳ用の工作機械とＤＩＮ用の工作機械とを常設しなければならず、設備費が高騰するとともに、維持管理が煩雑になることが懸念される。

また、工具主軸を装備した従来の工作機械では、規格を問わず、工具ホルダのシャンク部を主軸端のシャンク受容凹部に受容保持する構成となっている。そのため、工具交換作業を繰り返すことにより、主軸端のシャンク受容凹部が損耗する場合があるが、そのような場合には主軸を更新する必要が生じる。ここで、主軸は通常、シャンク受容凹部を含む内面と軸受に嵌合する外面との双方を、高精度に加工する必要があり、しかも、清掃用や冷却用の流体を工具に供給するための流体通路を、主軸に貫通形成する要求も近年高まっているので、工作機械の構成部品の中で比較的高価なものとなっている。したがって、工具交換の頻度が高い場合には、そのような高価な主軸を新しいものに交換することで、維持費が高騰することが懸念される。

本発明の目的は、工作機械に装備される主軸頭装置において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に安定して保持でき、以って設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止できる汎用型の主軸頭装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、工作機械に装備される主軸頭装置において、工具ホルダのシャンク部を受容保持するシャンク受容凹部が損耗した場合にも、主軸を更新する必要が無く、以って維持費の高騰を防止できる主軸頭装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、工作機械において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に安定して保持できる主軸頭装置を備え、以って設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止できる汎用型の工作機械を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、工作機械において、工具ホルダのシャンク部を受容保持する主軸頭装置のシャンク受容凹部が損耗した場合にも、主軸を更新する必要が無く、以って維持費の高騰を防止できる工作機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、主軸と、主軸に工具ホルダを着脱自在に保持する工具保持機構とを具備する工作機械の主軸頭装置において、工具保持機構は、工具ホルダのシャンク部を着脱自在に受容する受容凹部と、受容凹部にシャンク部を固定的に保持する作用位置と、シャンク部を解放して受容凹部に対する工具ホルダの着脱を許容する非作用位置との間で、変位可能に配置される工具クランプ部材とを、それぞれに備えた複数のユニットであって、互いに異なる形状の受容凹部と、作用位置と非作用位置との間で互いに異なる変位動作を遂行する工具クランプ部材とを、それぞれに備えた複数のユニットを具備し、複数のユニットが、互いに交換可能に主軸に装着され、それぞれの工具クランプ部材が、共通の駆動機構によって駆動されること、を特徴とする工作機械の主軸頭装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸頭装置において、複数のユニットの各々は、受容凹部を有する工具支持部材を備え、主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有し、工具支持部材は、受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、主軸の軸線方向一端に隣接して主軸貫通穴の一部分に収容される寸法を有し、工具クランプ部材は、工具支持部材の部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、主軸の軸線方向他端と工具支持部材との間の主軸貫通穴の他部分に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有する、主軸頭装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の工作機械の主軸頭装置において、工具保持機構は、主軸の主軸貫通穴の他部分に収容され、工具クランプ部材を非作用位置から作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材と、主軸に対し固定的に配置され、付勢部材が主軸貫通穴から脱落することを防止する係止部材とをさらに具備する、主軸頭装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の工作機械の主軸頭装置において、複数のユニットの各々は、受容凹部を有する工具支持部材を備え、主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有し、工具支持部材は、受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、主軸の主軸貫通穴の軸線方向全長に渡って収容される寸法を有し、工具クランプ部材は、工具支持部材の部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、工具支持部材の部材貫通穴に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有する、主軸頭装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の工作機械の主軸頭装置において、工具保持機構は、工具支持部材の部材貫通穴に収容され、工具クランプ部材を非作用位置から作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材と、工具支持部材に対し固定的に配置され、付勢部材が部材貫通穴から脱落することを防止する係止部材とをさらに具備する、主軸頭装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか１項に記載の工作機械の主軸頭装置において、主軸は、主軸貫通穴の軸線方向一端に隣接する領域に、軸線方向一端に向けてテーパ状に拡径して工具支持部材を心出し支持する嵌合面を有する、主軸頭装置を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の工作機械の主軸頭装置において、工具支持部材は、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダに供給するための流体通路を有する、主軸頭装置を提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の主軸頭装置を具備することを特徴とする工作機械を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、主軸頭装置において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを使用する際に、個々の工具ホルダに対応する受容凹部と、個々の工具ホルダに対応するクランプ機能を有する工具クランプ部材とを、必要に応じて、主軸に装着して使用することができる。その結果、そのような異種の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に、安定して保持することが可能になり、以って、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止することが可能になる。また、工具交換作業を繰り返すことにより、受容凹部が損耗した場合には、比較的高価な主軸を更新することなく、受容凹部を新たなものに交換すればよいから、工具交換の頻度が高い場合であっても、維持費の高騰を防止することが可能になる。また、複数のユニットの各々の受容凹部と工具クランプ部材とを互いに組み合わせた状態で取り扱うことで、主軸に対する工具保持機構の交換作業が極めて容易になる。

請求項２に記載の発明によれば、比較的簡単で小型の構造により、工具ホルダを工具支持部材の受容凹部に確実に保持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、工具保持機構の交換に際し、クランプ力を得るための付勢部材を共用でき、また、工具保持機構を主軸から脱離した状態でも、付勢部材が主軸貫通穴から脱落することを防止できる。

請求項４に記載の発明によれば、比較的簡単で取り扱いが容易な構造により、工具ホルダを工具支持部材の受容凹部に確実に保持することができる。

請求項５に記載の発明によれば、付勢部材も含めて工具保持機構を簡単に交換することができ、また、工具保持機構を主軸から脱離した状態でも、付勢部材が部材貫通穴から脱落することを防止できる。

請求項６に記載の発明によれば、工具支持部材を主軸の主軸貫通穴に収容したときに、両者の中心軸線を互いに容易に合致させて、工具支持部材を主軸上に心出し支持することができる。

請求項７に記載の発明によれば、主軸に流体通路を形成する必要が無くなるので、主軸の作製コストを削減できる。

請求項８に記載の発明によれば、工作機械において、機械構造的に異なるシャンク部を有する複数種類の工具ホルダを、それぞれに対応する工具保持機構により、共通の主軸上に交換可能に安定して保持できる主軸頭装置を装備しているから、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止できる。また、工具ホルダのシャンク部を受容保持する主軸頭装置の受容凹部が損耗した場合に、主軸を更新する必要が無いから、維持費の高騰を防止できる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１及び図２は、本発明の第１の実施形態による主軸頭装置１０を、共通の主軸１２に異種の工具ホルダ１４Ａ、１４Ｂ（工具ホルダ１４と総称する）を保持した状態でそれぞれ示す図、図３は、主軸１２から工具保持機構１６を取り外した状態の主軸頭装置１０を示す図、図４は、第１の工具ホルダ１４Ａを主軸１２に保持するための工具保持機構１６の第１ユニット１８を示す図、図５は、第２の工具ホルダ１４Ｂを主軸１２に保持するための工具保持機構１６の第２ユニット２０を示す図である。主軸頭装置１０は、フライス盤やマシニングセンタ等の、工具を固定支持して回転する主軸（いわゆる工具主軸）を装備した工作機械に装備される。

図１及び図２に示すように、主軸頭装置１０は、主軸１２と、主軸１２に工具ホルダ１４を着脱自在に保持する工具保持機構１６とを備えて構成される。主軸１２は、中心軸線１２ａを有する中空筒状体であり、軸線方向へ貫通する段付の主軸貫通穴２２が、中心軸線１２ａに沿って設けられる。主軸貫通穴２２は、主軸１２の軸線方向前端（図で左端）に隣接する所定長さ領域で最大内径を呈する前方部分２２ａと、主軸１２の軸線方向後端（図で右端）に隣接する所定長さ領域で前方部分２２ａよりも小さい内径を呈する後方部分２２ｂと、前方部分２２ａと後方部分２２ｂとの間の領域で最小内径を呈する中間部分２２ｃとを有する（図３）。主軸１２の前端面には、主軸貫通穴２２の前方部分２２ａの開口端の周囲所定位置に、複数の雌ねじ２４が軸線方向へ凹設される。

主軸１２は、主軸頭装置１０のハウジング２６に設けた空洞部２６ａに、玉軸受２８及びころ軸受３０を介して、軸線中心に回転可能に搭載される。ハウジング２６の空洞部２６ａから前方（図で左方）へ突出する主軸１２の軸線方向前端領域は、その外面が、ハウジング２６の前端面２６ｂに固定される前カバー３２（玉軸受２８の外輪押さえを兼ねる）によって、相対回転可能に被覆される。ハウジング２６の空洞部２６ａから後方（図で右方）へ突出する主軸１２の軸線方向後端領域には、その外面に、サーボモータ等の図示しない主軸回転駆動源に接続されるプーリ３４が、キー３６及びナット３８により固定される（図３）。プーリ３４は、ハウジング２６の後端面２６ｃに固定される後カバー４０（ころ軸受３０の外輪押さえを兼ねる）の後方に隣接して、相対回転可能に配置される。このような構成を有する主軸１２は、軸受２８、３０に嵌合する外面が高精度加工される。

図１及び図２に示すように、工具ホルダ１４は、工具（図示せず）をチャックする（例えば図示しないチャック要素を内蔵する）チャック部４２（第１工具ホルダ１４Ａのチャック部４２Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂのチャック部４２Ｂの総称）と、チャック部４２に隣接し、図示しない自動工具交換装置（ＡＴＣ）等の把持部によって把持されるフランジ部４４（第１工具ホルダ１４Ａのフランジ部４４Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂのフランジ部４４Ｂの総称）と、フランジ部４４に隣接し、工具保持機構１６に保持されるシャンク部４６（第１工具ホルダ１４Ａのシャンク部４６Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂの総称）とを有する。

第１工具ホルダ１４Ａのシャンク部４６Ａは、ＪＩＳ（ＪＢＳ）に規定される円錐台形状（７／２４テーパ）の外面を有するとともに、その末端に、ＪＩＳ（ＪＢＳ）に規定されるプルスタッド４８を固定して構成される（ＪＩＳＢ６１０１、Ｂ６３３９；ＪＢＳ４００１、４００２等）。他方、第２工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂは、ＤＩＮに規定される円錐台形状（１／１０テーパ）の外面を有する薄肉の中空筒状体から構成される（ＤＩＮ６９０６３−５、６９８９３−５等）。

図１及び図２に示すように、工具保持機構１６は、工具ホルダ１４のシャンク部４６を着脱自在に受容する受容凹部５０（第１工具ホルダ１４Ａ用の受容凹部５０Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂ用の受容凹部５０Ｂの総称）を有する工具支持部材５２（第１工具ホルダ１４Ａ用の工具支持部材５２Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂ用の工具支持部材５２Ｂの総称）と、工具支持部材５２に対し、後述する作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置され、作用位置で、工具ホルダ１４のシャンク部４６を拘持して工具支持部材５２の受容凹部５０にシャンク部４６を固定的に保持するとともに、非作用位置で、シャンク部４６を解放して受容凹部５０に対する工具ホルダ１４の着脱動作を許容する工具クランプ部材５４（第１工具ホルダ１４Ａ用の工具クランプ部材５４Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂ用の工具クランプ部材５４Ｂの総称）と、工具支持部材５２と工具クランプ部材５４とを主軸１２に脱離可能に装着する装着部材５６とを備えて構成される。

第１工具ホルダ１４Ａ用の工具支持部材５２Ａの受容凹部５０Ａは、ＪＩＳ（ＪＢＳ）に規定される円錐台形状（７／２４テーパ）の内面を有する（ＪＩＳＢ６１０１、Ｂ６３３９；ＪＢＳ４００１、４００２等）。他方、第２工具ホルダ１４Ｂ用の工具支持部材５２Ｂの受容凹部５０Ｂは、ＤＩＮに規定される円錐台形状（１／１０テーパ）の内面を有する（ＤＩＮ６９０６３−５、６９８９３−５等）。

工具支持部材５２は、中心軸線５２ａを有する中空筒状体であり、軸線方向前端（図で左端）に隣接する所定長さ領域に、最大内径の前端開口部を有する受容凹部５０が中心軸線５２ａに沿って形成されるとともに、受容凹部５０の後端開口部に連通して軸線方向へ貫通する段付の部材貫通穴５８（工具支持部材５２Ａの部材貫通穴５８Ａ及び工具支持部材５２Ｂの部材貫通穴５８Ｂの総称）が、中心軸線５２ａに沿って設けられる。部材貫通穴５８は、工具支持部材５２の軸線方向後端（図で右端）に隣接する所定長さ領域で最小内径を呈する後方部分５８ａと、受容凹部５０と後方部分５８ａとの間の領域で後方部分５８ａよりも大きな内径を呈する前方部分５８ｂとを有する（図４及び図５）。

図４及び図５に示すように、工具支持部材５２の軸線方向前端領域には、径方向外方へ突出するフランジ部分６０が形成される。フランジ部分６０には、受容凹部５０の前端開口部の周囲所定位置に、複数の貫通孔６２が形成され、それら貫通孔６２に、装着部材５６であるボルト５６が挿入される。工具支持部材５２は、フランジ部分６０を除く筒状部分が、主軸１２の主軸貫通穴２２の前方部分２２ａ（図３）に、がたつき無く収容される寸法を有する。

工具支持部材５２を主軸貫通穴２２の前方部分２２ａに適正に収容した状態で、フランジ部分６０の個々の貫通孔６２に挿通した複数の装着部材（ボルト）５６を、主軸１２の前端面に形成した複数の雌ねじ２４（図３）に個別に螺着することにより、工具支持部材５２が主軸１２に固定される。この状態で、工具支持部材５２の中心軸線５２ａは、主軸１２の中心軸線１２ａに合致する（図１及び図２）。また、それら装着部材（ボルト）５６を対応の雌ねじ２４から抜き取ることにより、工具支持部材５２を主軸１２から脱離することができる。

図１及び図２に示すように、工具クランプ部材５４は、工具支持部材５２の部材貫通穴５８に径方向変位可能に収容される複数の可動クランプ要素６４（工具クランプ部材５４Ａの可動クランプ要素６４Ａ及び工具クランプ部材５４Ｂの可動クランプ要素６４Ｂの総称）と、主軸１２の主軸貫通穴２２の後方部分２２ｂ及び中間部分２２ｃ（図３）に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により複数の可動クランプ要素６４を径方向変位させる作動要素６６（工具クランプ部材５４Ａの作動要素６６Ａ及び工具クランプ部材５４Ｂの作動要素６６Ｂの総称）とを有する。

作動要素６６は、中心軸線６６ａを有する棒状要素であり、その軸線方向前端（図で左端）領域を包囲するように、複数の可動クランプ要素６４が、周方向へ適当に分散して配置される。作動要素６６は、工具支持部材５２に対し、両者の中心軸線５２ａ、６６ａ同士を合致させた状態で、軸線方向前端領域が複数の可動クランプ要素６４と共に部材貫通穴５８に軸線方向変位可能に収容される（図４及び図５）。作動要素６６は、主軸頭装置１０の外部の駆動機構（例えば油圧シリンダ機構）によって駆動され（図１及び図２にシリンダ先端駒６８を示す）、主軸貫通穴２２内でのそれ自体の軸線方向変位に伴い、可動クランプ要素６４をシャンク解放位置とシャンク拘持位置との間で変位させる。なお、作動要素６６は、図４及び図５に示すように２部品を組み合わせて構成することもできるし、一体部品から構成することもできる。

図４に示すように、工具クランプ部材５４Ａの各可動クランプ要素６４Ａは、基端（図で右端）で作動要素６６Ａに固定され、かつ末端の自由端（図で左端）に内向きの爪７０を有する腕状要素であり、それ自体の弾性作用下で、作動要素６６Ａの中心軸線６６ａに対して径方向へ片持ち梁式に撓むことができる。複数の可動クランプ要素６４Ａは、それぞれの末端領域を作動要素６６Ａの前端から所定長さ突出させて、工具支持部材５２Ａの受容凹部５０Ａに受容された第１工具ホルダ１４Ａのシャンク部４６Ａの末端のプルスタッド４８を取り囲むように配置される（図１）。それら可動クランプ要素６４Ａは、後述するように、作動要素６６Ａの軸線方向変位に伴い径方向へ弾性的に揺動動作して、末端の爪７０を、プルスタッド４８の外面に形成した肩面７２（図６）に外側から係合させることにより、プルスタッド４８を拘持する。

他方、図５に示すように、工具クランプ部材５４Ｂの各可動クランプ要素６４Ｂは、前端（図で左端）に外向きの爪７４を有するとともに、後端（図で右端）に膨出部分７６を有する腕状要素であり、それ自体が変形すること無く、作動要素６６Ｂの中心軸線６６ａに対して径方向へ実質的に平行移動することができる。複数の可動クランプ要素６４Ｂは、それぞれの径方向内面を作動要素６６Ｂの前端に設けたカム要素７８の外面に対向させて、工具支持部材５２Ｂの受容凹部５０Ｂに受容された第２工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂの内側空洞部に、それぞれの前端領域を挿入して配置される（図２）。それら可動クランプ要素６４Ｂは、後述するように、作動要素６６Ｂの軸線方向変位に伴い径方向へ個々に平行移動して、前端の爪７４を、シャンク部４６Ｂの内面に形成した肩面８０（図７）に内側から係合させることにより、シャンク部４６Ｂを拘持する。

図１及び図２に示すように、工具保持機構１６は、主軸１２の主軸貫通穴２２の後方部分２２ｂ（図３）に収容され、工具クランプ部材５４を非作用位置から作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材８２と、主軸１２に対し固定的に配置され、付勢部材８２が主軸貫通穴２２から脱落することを防止する係止部材８４とをさらに備える。図示の付勢部材８２は、例として、工具クランプ部材５４の作動要素６６を囲繞して軸線方向へ重畳配置される複数の皿ばねから構成される。それら皿ばね８２の集積体は、その軸線方向前端（図で左端）で、主軸貫通穴２２の後方部分２２ｂと中間部分２２ｃとの間の肩面に支持されるとともに、軸線方向後端（図で右端）で、作動要素６６の軸線方向後端領域に取り付けられたばね受け８６に支持され、作動要素６６の軸線方向後端に固定されるナット８８により、主軸貫通穴２２の後方部分２２ｂに保持される。

図示のように、作動要素６６に取り付けたばね受け８６は、主軸貫通穴２２の後方部分２２ｂの内径寸法に近似する外径寸法を有し、作動要素６６に固定したナット８８は、ばね受け８６の外径寸法よりも小さな外径寸法を有する。係止部材８４は、主軸１２の軸線方向後端面（図で右端面）に固定される環板状部材であり、作動要素６６に固定したナット８８の外径寸法よりも僅かに大きく、かつ作動要素６６に取り付けたばね受け８６の外径寸法よりも小さい径の中心開口８４ａを有する（図３）。したがって、係止部材８４は、主軸１２に工具保持機構１６を適正に内蔵した状態で、駆動機構６８の駆動による作動要素６６及びナット８８の軸線方向変位を許容する一方、工具保持機構１６を主軸１２から脱離した状態（図３）では、付勢部材８２が主軸貫通穴２２から脱落しないようにばね受け８６に係合する。なお、係止部材８４は、工具保持機構１６に工具ホルダ１４を保持していないときに、作動要素６６の意図しない後方移動を阻止するようにも機能する。

工具保持機構１６は、第１工具ホルダ１４Ａ用の受容凹部５０Ａを有する第１の工具支持部材５２Ａ、並びに作用位置と非作用位置との間で第１の変位動作（すなわち作動要素６６Ａの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素６４Ａの径方向揺動変位）を遂行する第１の工具クランプ部材５４Ａを含む第１ユニット１８（図４）と、受容凹部５０Ａとは形状が異なる第２工具ホルダ１４Ｂ用の受容凹部５０Ｂを有する第２の工具支持部材５２Ｂ、並びに作用位置と非作用位置との間で第１の変位動作とは異なる第２の変位動作（すなわち作動要素６６Ｂの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素６４Ｂの径方向平行移動）を遂行する第２の工具クランプ部材５４Ｂを含む第２ユニット２０（図５）とを、互いに交換可能に備える。第１ユニット１８及び第２ユニット２０は、それぞれの工具支持部材５２Ａ、５２Ｂと工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂとを前述したように互いに組み合わせた状態で、取り扱われ、かつ保管される。

第１ユニット１８及び第２ユニット２０はいずれも、作動要素６６の後端からナット８８を取り外した状態で、主軸貫通穴２２の前方部分２２ａ（図３）の前端開口から作動要素６６を主軸貫通穴２２の中間部分２２ｃ及び後方部分２２ｂ（図３）に挿入し、かつ工具支持部材５２を主軸貫通穴２２の前方部分２２ａに挿入することで、主軸１２に装着される。このとき前述したように、工具支持部材５２及び工具クランプ部材５４を主軸貫通穴２２に適正に収容した状態で、複数の装着部材（ボルト）５６を主軸１２の前端面の複数の雌ねじ２４（図３）に個別に螺着することにより、工具支持部材５２が主軸１２に固定される。そして、作動要素６６の後端にナット８８を取り付けることで、第１ユニット１８又は第２ユニット２０の主軸１２への装着が完了する。

第１ユニット１８又は第２ユニット２０が主軸１２に適正に装着された状態では、工具支持部材５２及び工具クランプ部材５４（可動クランプ要素６４及び作動要素６６）が主軸１２に対して同心に配置され、作動要素６６が主軸貫通穴２２内で軸線方向変位する間も、工具支持部材５２が主軸貫通穴２２内で静止保持される。第１ユニット１８と第２ユニット２０とを交換する際には、装着部材（ボルト）５６を対応の雌ねじ２４から抜き取り、かつ作動要素６６の後端からナット８８を取り外すことにより、工具支持部材５２及び工具クランプ部材５４を主軸１２から脱離すればよい。

次に、図６及び図７を参照して、工具保持機構１６の工具クランプ部材５４によるツールシャンク拘持／解放動作を説明する。
図６（ａ）に示すように、工具ホルダ１４Ａを保持するための工具クランプ部材５４Ａは、作動要素６６Ａが軸線方向変位ストロークの後端位置にあるとき（すなわち駆動機構６８（図１）の休止時）に、複数の可動クランプ要素６４Ａがそれらの末端まで、工具支持部材５２Ａの部材貫通穴５８Ａの後方部分５８ａまで引き込まれる。それにより、それら可動クランプ要素６４Ａは、部材貫通穴５８Ａの後方部分５８ａの壁面から圧力を受けて径方向内方へ片持ち梁式に弾性的に撓み、それぞれの爪７０を互いに接近させた状態に維持される。

このとき、工具支持部材５２Ａの受容凹部５０Ａに工具ホルダ１４Ａのシャンク部４６Ａが受容されていれば、複数の可動クランプ要素６４Ａは、それぞれの爪７０を、工具ホルダ１４Ａのプルスタッド４８の肩面７２に外側から係合させて、付勢部材８２（図１）の大きな弾性的付勢力の下でプルスタッド４８を強固に拘持する（図６（ａ））。この状態で、工具クランプ部材５４Ａは作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素６４Ａがシャンク拘持位置に配置され）、工具ホルダ１４Ａは、工具支持部材５２Ａに強固に保持される。

上記状態から、駆動機構６８が作動して（図１矢印）、付勢部材８２の付勢力に抗して作動要素６６Ａを主軸貫通穴２２（図１）内で軸線方向前方へ変位させると、複数の可動クランプ要素６４Ａの末端領域が、工具支持部材５２Ａの部材貫通穴５８Ａの前方部分５８ｂに侵入する。それにより、それら可動クランプ要素６４Ａは、図６（ｂ）に示すように、部材貫通穴５８Ａの壁面からの押圧力が解除されて径方向外方へ弾性的に揺動復元し、それぞれの爪７０を互いに離反させるように変位する。

このとき、工具支持部材５２Ａの受容凹部５０Ａに工具ホルダ１４Ａのシャンク部４６Ａが受容されていれば、複数の可動クランプ要素６４Ａは、それぞれの爪７０を、工具ホルダ１４Ａのプルスタッド４８の肩面７２から離れる外方へ変位させて、プルスタッド４８を解放する（図６（ｂ））。この状態で、工具クランプ部材５４Ａは非作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素６４Ａがシャンク解放位置に配置され）、工具ホルダ１４Ａは、工具支持部材５２Ａの受容凹部５０Ａに対する着脱動作を許容される。

図７（ａ）に示すように、工具ホルダ１４Ｂを保持するための工具クランプ部材５４Ｂは、作動要素６６Ｂが軸線方向変位ストロークの後端位置にあるとき（すなわち駆動機構６８（図２）の休止時）に、複数の可動クランプ要素６４Ｂがそれらの内面で、作動要素６６Ｂの前端のカム要素７８の外面に乗り上げる。具体的には、各可動クランプ要素６４Ｂの前端の爪７４の部分がカム要素７８の前カム面７８ａを乗り越えると略同時に、後端の膨出部分７６がカム要素７８の後カム面７８ｂを乗り越える。それにより、それら可動クランプ要素６４Ｂは、カム要素７８の外面と工具支持部材５２Ｂの部材貫通穴５８Ｂの前方部分５８ｂの壁面との間に強固に挟持され、それぞれの爪７４を互いに離反させた状態に維持される。

このとき、工具支持部材５２Ｂの受容凹部５０Ｂに工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂが受容されていれば、複数の可動クランプ要素６４Ｂは、それぞれの爪７４を、工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂの肩面８０に内側から係合させて、付勢部材８２（図２）の大きな弾性的付勢力の下でシャンク部４６Ｂを強固に拘持する（図７（ａ））。この状態で、工具クランプ部材５４Ｂは作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素６４Ｂがシャンク拘持位置に配置され）、工具ホルダ１４Ｂは、工具支持部材５２Ｂに強固に保持される。

上記状態から、駆動機構６８が作動して（図２矢印）、付勢部材８２の付勢力に抗して作動要素６６Ｂを主軸貫通穴２２（図２）内で軸線方向前方へ変位させると、複数の可動クランプ要素６４Ｂが、カム要素７８の後端側に相対移動して、それぞれの前端の爪７４の部分がカム要素７８の前カム面７８ａを滑り降りると略同時に、後端の膨出部分７６がカム要素７８の後カム面７８ｂを滑り降りる。それにより、それら可動クランプ要素６４Ｂは、図７（ｂ）に示すように、カム要素７８の外面と部材貫通穴５８Ｂの壁面との間から解放されて径方向内方へ平行移動し、それぞれの爪７４を互いに接近させるように変位する。なお、工具支持部材５２Ａの部材貫通穴５８Ｂの前方部分５８ｂには、各可動クランプ要素６４Ｂのこのような平行移動を実現するために、可動クランプ要素６４Ｂに軸線方向前方への弾性的付勢力を加える付勢要素（ばね９０及び押圧駒９２）が収容されている（図５）。

このとき、工具支持部材５２Ｂの受容凹部５０Ｂに工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂが受容されていれば、複数の可動クランプ要素６４Ｂは、それぞれの爪７４を、工具ホルダ１４Ｂのシャンク部４６Ｂの肩面８０から離れる内方へ変位させて、シャンク部４６Ｂを解放する（図７（ｂ））。この状態で、工具クランプ部材５４Ｂは非作用位置に配置され（すなわち複数の可動クランプ要素６４Ｂがシャンク解放位置に配置され）、工具ホルダ１４Ｂは、工具支持部材５２Ｂの受容凹部５０Ｂに対する着脱動作を許容される。

このように、上記構成を有する主軸頭装置１０では、工具保持機構１６が、工具ホルダ１４のシャンク部４６を受容する受容凹部５０を有する工具支持部材５２と、工具支持部材５２に対し作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置される工具クランプ部材５４と、工具支持部材５２と工具クランプ部材５４とを主軸１２に脱離可能に装着する装着部材５６とを備えて構成されるから、機械構造的に異なるシャンク部４６を有する複数種類の工具ホルダ１４を使用する際に、個々の工具ホルダ１４に対応する受容凹部５０を有する工具支持部材５２と、個々の工具ホルダ１４に対応するクランプ機能を有する工具クランプ部材５４とを、必要に応じて、装着部材５６により主軸１２に装着して使用することができる。その結果、そのような異種の工具ホルダ１４を、それぞれに対応する工具保持機構１６により、共通の主軸１２上に交換可能に、安定して保持することが可能になる。

例えば、工作機械の使用者が、加工精度、工具寿命、運転騒音等の諸要件を勘案して、ＪＩＳの機械構成とＤＩＮの機械構成とを適宜使い分けようとする場合に、ＪＩＳに従う工具ホルダとＤＩＮに従う工具ホルダとに取り付けた種々の工具を、１台の工作機械で、工具保持機構１６の機械構成を切り換えることにより、使用することができる。したがって、主軸頭装置１０によれば、使用者における設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止することが可能になる。しかもこのとき、工作機械の製造業者や販売業者においては、使用者の要求に答えて、機械納入前に、ＪＩＳの機械構成とＤＩＮの機械構成とを容易かつ迅速に切り換えることができる。

また、主軸頭装置１０では、工具ホルダ１４の種類に関わらず、そのシャンク部４６を、主軸１２に直接保持させるのではなく、主軸１２に脱離可能に装着される工具支持部材５２の受容凹部５０に保持するようになっている。そのため、工具交換作業を繰り返すことにより、受容凹部５０が損耗した場合には、比較的高価な主軸１２を更新することなく、工具支持部材５２を新たなものに交換すればよい。したがって、主軸頭装置１０によれば、工具交換の頻度が高い場合であっても、主軸１２を更新する必要が無く、維持費の高騰を防止することが可能になる。

特に主軸頭装置１０では、工具保持機構１６が、工具支持部材５２Ａ、５２Ｂ及び工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂをそれぞれに含む第１ユニット１８と第２ユニット２０とを互いに交換可能に備えているから、各ユニット１８、２０の工具支持部材５２Ａ、５２Ｂと工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂとを互いに組み合わせた状態で取り扱うことで、主軸１２に対する工具保持機構１６の交換作業が極めて容易になる。

上記した主軸頭装置１０では、図４及び図５に示すように、工具支持部材５２Ａ、５２Ｂが、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダ１４Ａ、１４Ｂ（図６及び図７）に供給するための流体通路９４を有することができる。この場合、工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂの作動要素６６Ａ、６６Ｂに、工具支持部材５２Ａ、５２Ｂの流体通路９４に流体を供給する第２の流体通路９６を軸線方向へ貫通形成して、第２の流体通路９６が、図示しない流体供給源に接続される構成とすることができる。図示構成では、第２の流体通路９６から送出された流体は、複数の可動クランプ要素６４Ａ、６４Ｂの間の空間を通って、工具支持部材５２Ａ、５２Ｂの流体通路９４に送給される。このような構成によれば、主軸１２に流体通路を形成する必要が無くなるので、主軸１２の作製コストを削減できる。

次に、図８〜図１２を参照して、本発明の第２の実施形態による主軸頭装置１００の構成を説明する。主軸頭装置１００は、前述した工具保持機構１６を付勢部材８２も含めてユニット化した点以外は、前述した第１実施形態による主軸頭装置１０と実質的同一の構成を有する。したがって、対応する構成要素には共通の参照符号を付して、その説明を省略する。

図８及び図９は、主軸頭装置１００を、共通の主軸１０２に異種の工具ホルダ１４Ａ、１４Ｂを保持した状態でそれぞれ示す図、図１０は、主軸１０２から工具保持機構１０４を取り外した状態の主軸頭装置１００を示す図、図１１は、第１の工具ホルダ１４Ａを主軸１０２に保持するための工具保持機構１０４の第１ユニット１０６を示す図、図１２は、第２の工具ホルダ１４Ｂを主軸１０２に保持するための工具保持機構１０４の第２ユニット１０８を示す図である。

図８及び図９に示すように、主軸頭装置１００は、主軸１０２と、主軸１０２に工具ホルダ１４を着脱自在に保持する工具保持機構１０４とを備えて構成される。主軸１０２は、中心軸線１０２ａを有する中空筒状体であり、軸線方向へ貫通する段付の主軸貫通穴１１０が、中心軸線１０２ａに沿って設けられる。主軸貫通穴１１０を形成する主軸内壁面の段差は、前述した主軸頭装置１０における主軸１２の内壁面の段差よりも著しく小さくなっている。主軸１０２の前端面には、主軸貫通穴１１０の開口端の周囲所定位置に、複数の雌ねじ１１２が軸線方向へ凹設される（図１０）。

主軸１０２は、主軸頭装置１００のハウジング２６に設けた空洞部２６ａに、玉軸受２８及びころ軸受３０を介して、軸線中心に回転可能に搭載される。また主軸１０２に関連して、前カバー３２、プーリ３４が、キー３６、ナット３８及び後カバー４０が設置される（図１０）。主軸１０２は、軸受２８、３０に嵌合する外面が高精度加工される。

工具保持機構１０４は、工具ホルダ１４のシャンク部４６を着脱自在に受容する受容凹部１１４（第１工具ホルダ１４Ａ用の受容凹部１１４Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂ用の受容凹部１１４Ｂの総称）を有する工具支持部材１１６（第１工具ホルダ１４Ａ用の工具支持部材１１６Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂ用の工具支持部材１１６Ｂの総称）と、工具支持部材１１６に対し、後述する作用位置と非作用位置との間で変位可能に配置され、作用位置で、工具ホルダ１４のシャンク部４６を拘持して工具支持部材１１６の受容凹部１１４にシャンク部４６を固定的に保持するとともに、非作用位置で、シャンク部４６を解放して受容凹部１１４に対する工具ホルダ１４の着脱動作を許容する工具クランプ部材５４（第１工具ホルダ１４Ａ用の工具クランプ部材５４Ａ及び第２工具ホルダ１４Ｂ用の工具クランプ部材５４Ｂの総称）と、工具支持部材１１６と工具クランプ部材５４とを主軸１０２に脱離可能に装着する装着部材５６とを備えて構成される。

第１工具ホルダ１４Ａ用の工具支持部材１１６Ａの受容凹部１１４Ａは、ＪＩＳ（ＪＢＳ）に規定される円錐台形状（７／２４テーパ）の内面を有する（ＪＩＳＢ６１０１、Ｂ６３３９；ＪＢＳ４００１、４００２等）。他方、第２工具ホルダ１４Ｂ用の工具支持部材１１６Ｂの受容凹部１１４Ｂは、ＤＩＮに規定される円錐台形状（１／１０テーパ）の内面を有する（ＤＩＮ６９０６３−５、６９８９３−５等）。

工具支持部材１１６は、中心軸線１１６ａを有する中空筒状体であり、軸線方向前端（図で左端）に隣接する所定長さ領域に、最大内径の前端開口部を有する受容凹部１１４が中心軸線１１６ａに沿って形成されるとともに、受容凹部１１４の後端開口部に連通して軸線方向へ貫通する段付の部材貫通穴１１８（工具支持部材１１６Ａの部材貫通穴１１８Ａ及び工具支持部材１１６Ｂの部材貫通穴１１８Ｂの総称）が、中心軸線１１６ａに沿って設けられる。部材貫通穴１１８は、工具支持部材１１６の軸線方向後端（図で右端）に隣接する所定長さ領域で最大内径を呈する後方部分１１８ａと、受容凹部１１４の後端開口部に隣接する領域で後方部分１１８ａよりも小さな内径を呈する前方部分１１８ｂと、後方部分１１８ａと前方部分１１８ｂとの間の所定長さ領域で最小内径を呈する中間部分１１８ｃとを有する（図１１及び図１２）。

図１１及び図１２に示すように、工具支持部材１１６の軸線方向前端領域には、径方向外方へ突出するフランジ部分１２０が形成される。フランジ部分１２０には、受容凹部１１４の前端開口部の周囲所定位置に、複数の貫通孔１２２が形成され、それら貫通孔１２２に、装着部材５６であるボルト５６が挿入される。工具支持部材１１６は、フランジ部分１２０を除く筒状部分が、主軸１０２の主軸貫通穴１１０の軸線方向全長に渡って、がたつき無く収容される寸法を有する。

工具支持部材１１６を主軸貫通穴１１０の全体に適正に収容した状態で、フランジ部分１２０の個々の貫通孔１２２に挿通した複数の装着部材（ボルト）５６を、主軸１０２の前端面に形成した複数の雌ねじ１１２（図１０）に個別に螺着することにより、工具支持部材１１６が主軸１０２に固定される。この状態で、工具支持部材１１６の中心軸線１１６ａは、主軸１０２の中心軸線１０２ａに合致する（図８及び図９）。また、それら装着部材（ボルト）５６を対応の雌ねじ１１２から抜き取ることにより、工具支持部材１１６を主軸１０２から脱離することができる。

図１１及び図１２に示すように、工具クランプ部材５４は、工具支持部材１１６の部材貫通穴１１８に径方向変位可能に収容される複数の可動クランプ要素６４（工具クランプ部材５４Ａの可動クランプ要素６４Ａ及び工具クランプ部材５４Ｂの可動クランプ要素６４Ｂの総称）と、工具支持部材１１６の部材貫通穴１１８に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により複数の可動クランプ要素６４を径方向変位させる作動要素６６（工具クランプ部材５４Ａの作動要素６６Ａ及び工具クランプ部材５４Ｂの作動要素６６Ｂの総称）とを有する。

作動要素６６は、工具支持部材１１６に対し、両者の中心軸線６６ａ、１１６ａ同士を合致させた状態で、複数の可動クランプ要素６４と共に部材貫通穴１１８に収容される。作動要素６６は、主軸頭装置１００の外部の駆動機構（例えば油圧シリンダ機構）６８（図１）によって駆動され、部材貫通穴１１８内でのそれ自体の軸線方向変位に伴い、可動クランプ要素６４をシャンク解放位置とシャンク拘持位置との間で変位させる。なお、工具保持機構１０４の工具クランプ部材５４の構成（ツールシャンク拘持／解放動作を含む）は、前述した主軸頭装置１０における工具保持機構１６の工具クランプ部材５４の構成と同様である。

図１１及び図１２に示すように、工具保持機構１０４は、工具支持部材１１６の部材貫通穴１１８の後方部分１１８ａ（図３）に収容され、工具クランプ部材５４を非作用位置から作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材８２と、工具支持部材１１６に対し固定的に配置され、付勢部材８２が部材貫通穴１１８から脱落することを防止する係止部材１２４とをさらに備える。図示の付勢部材８２は、例として、工具クランプ部材５４の作動要素６６を囲繞して軸線方向へ重畳配置される複数の皿ばねから構成される。それら皿ばね８２の集積体は、その軸線方向前端（図で左端）で、部材貫通穴１１８の後方部分１１８ａと中間部分１１８ｃとの間の肩面に支持されるとともに、軸線方向後端（図で右端）で、作動要素６６の軸線方向後端領域に取り付けられたばね受け８６に支持され、作動要素６６の軸線方向後端に固定されるナット８８により、部材貫通穴１１８の後方部分１１８ａに保持される。

図示のように、作動要素６６に取り付けたばね受け８６は、部材貫通穴１１８の後方部分１１８ａの内径寸法に近似する外径寸法を有し、作動要素６６に固定したナット８８は、ばね受け８６の外径寸法よりも小さな外径寸法を有する。係止部材１２４は、部材貫通穴１１８の後端開口に隣接して固定される筒状部材であり、作動要素６６に固定したナット８８の外径寸法よりも僅かに大きく、かつ作動要素６６に取り付けたばね受け８６の外径寸法よりも小さい径の中心開口１２４ａを有する。したがって、係止部材１２４は、主軸１０２に工具保持機構１０４を適正に内蔵した状態で、駆動機構６８（図１）の駆動による作動要素６６及びナット８８の軸線方向変位を許容する一方、工具保持機構１０４を主軸１０２から脱離した状態では、付勢部材８２が部材貫通穴１１８から脱落しないようにばね受け８６に係合する。

なお、係止部材１２４は、工具保持機構１０４に工具ホルダ１４を保持していないときに、作動要素６６の意図しない後方移動を阻止するようにも機能する。ここで、図１１（ａ）に示すように、工具保持機構１０４の組立時に、部材貫通穴１１８の後端に係止部材１２４を取り付けるまでの間、付勢部材８２を部材貫通穴１１８内に仮保持するための保持ピン（図示せず）を挿入する横孔８６ａ、１１６ｂを、ばね受け８６及び工具支持部材１１６に形成することが好ましい。また、筒状の係止部材１２４（図１１（ａ））に代えて、主軸１０２に固定されるキャップ状の係止部材１２４´（図１１（ｂ））を採用することもできる。キャップ状の係止部材１２４´は、筒状の係止部材１２４の中心開口１２４ａと同様の中心開口１２４ａ´を有する。

工具保持機構１０４は、第１工具ホルダ１４Ａ用の受容凹部１１４Ａを有する第１の工具支持部材１１６Ａ、並びに作用位置と非作用位置との間で第１の変位動作（すなわち作動要素６６Ａの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素６４Ａの径方向揺動変位）を遂行する第１の工具クランプ部材５４Ａを含む第１ユニット１０６（図１１）と、受容凹部１１４Ａとは形状が異なる第２工具ホルダ１４Ｂ用の受容凹部１１４Ｂを有する第２の工具支持部材１１６Ｂ、並びに作用位置と非作用位置との間で第１の変位動作とは異なる第２の変位動作（すなわち作動要素６６Ｂの軸線方向変位及び複数の可動クランプ要素６４Ｂの径方向平行移動）を遂行する第２の工具クランプ部材５４Ｂを含む第２ユニット１０８（図１２）とを、互いに交換可能に備える。第１ユニット１０６及び第２ユニット１０８は、それぞれの工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂと工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂとを前述したように互いに組み合わせた状態で、取り扱われ、かつ保管される。

第１ユニット１０６及び第２ユニット１０８はいずれも、部材貫通穴１１８Ａ、１１８Ｂに工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂ及び付勢部材８２を収容した工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂを、主軸貫通穴１１０の前端開口から主軸貫通穴１１０に挿入することで、主軸１０２に装着される。このとき前述したように、工具支持部材１１６を主軸貫通穴１１０に適正に収容した状態で、複数の装着部材（ボルト）５６を主軸１０２の前端面の複数の雌ねじ１１２（図１０）に個別に螺着することにより、工具支持部材１１６が主軸１０２に固定され、第１ユニット１０６又は第２ユニット１０８の主軸１０２への装着が完了する。

第１ユニット１０６又は第２ユニット１０８が主軸１０２に適正に装着された状態では、工具支持部材１１６及び工具クランプ部材５４（可動クランプ要素６４及び作動要素６６）が主軸１０２に対して同心に配置され、作動要素６６が部材貫通穴１１８内で軸線方向変位する間も、工具支持部材１１６が主軸貫通穴１１０内で静止保持される。第１ユニット１０６と第２ユニット１０８とを交換する際には、装着部材（ボルト）５６を対応の雌ねじ１１２から抜き取ることにより、工具クランプ部材５４を収容した工具支持部材１１６を主軸１０２から脱離すればよい。

上記構成を有する主軸頭装置１００によっても、前述した主軸頭装置１０と同等の作用効果が奏される。つまり、機械構造的に異なるシャンク部４６を有する複数種類の工具ホルダ１４を使用する際に、個々の工具ホルダ１４に対応する受容凹部１１４を有する工具支持部材１１６と、個々の工具ホルダ１４に対応するクランプ機能を有する工具クランプ部材５４とを、必要に応じて、装着部材５６により主軸１０２に装着して使用することができる。その結果、そのような異種の工具ホルダ１４を、それぞれに対応する工具保持機構１０４により、共通の主軸１０２上に交換可能に、安定して保持することが可能になる。例えば、ＪＩＳに従う工具ホルダとＤＩＮに従う工具ホルダとに取り付けた種々の工具を、１台の工作機械で、工具保持機構１０４の機械構成を切り換えることにより、使用することができる。したがって、主軸頭装置１００によれば、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止することが可能になる。

また、主軸頭装置１００では、工具ホルダ１４の種類に関わらず、そのシャンク部４６を、主軸１０２に直接保持させるのではなく、主軸１０２に脱離可能に装着される工具支持部材１１６の受容凹部１１４に保持するようになっている。そのため、工具交換作業を繰り返すことにより、受容凹部１１４が損耗した場合には、比較的高価な主軸１０２を更新することなく、工具支持部材１１６を新たなものに交換すればよい。したがって、主軸頭装置１００によれば、工具交換の頻度が高い場合であっても、主軸１０２を更新する必要が無く、維持費の高騰を防止することが可能になる。

特に主軸頭装置１００では、工具保持機構１０４が、工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂ及び工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂをそれぞれに含む第１ユニット１０６と第２ユニット１１８とを互いに交換可能に備えているから、各ユニット１０６、１０８の工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂと工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂとを互いに組み合わせた状態で取り扱うことで、主軸１０２に対する工具保持機構１０４の交換作業が極めて容易になる。この点で、前述した主軸頭装置１０に比較して、各ユニット１０６、１０８は、工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂに工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂと付勢部材８２との双方を収容して構成されるから、主軸１０２に対する工具保持機構１０４の交換作業が一層容易になる利点がある。その反面、両ユニット１０６、１０８に個別に付勢部材８２を内蔵するので、コスト的には、付勢部材８２を共用できる前述した主軸頭装置１０のユニット構成が有利である。なお、主軸頭装置１０の構成は、工具支持部材５２を小型にできる利点も有する。

上記した主軸頭装置１００においても、図１１及び図１２に示すように、工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂに、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダ１４Ａ、１４Ｂに供給するための流体通路１２６を形成することができる。この場合にも、工具クランプ部材５４Ａ、５４Ｂの作動要素６６Ａ、６６Ｂに形成した第２の流体通路９６を介して、工具支持部材１１６Ａ、１１６Ｂの流体通路１２６に流体を供給することができる。このような構成によれば、主軸１０２に流体通路を形成する必要が無くなるので、主軸１０２の作製コストを削減できる。

図１３及び図１４は、前述した第１及び第２実施形態による主軸頭装置１０、１００の変形例をそれぞれ示す。図１３に示すように、第１実施形態による主軸頭装置１０において、主軸１２は、主軸貫通穴２２の軸線方向前端（図で左端）に隣接する領域（すなわち前方部分２２ａ）に、中心軸線１２ａを中心に前端開口に向けてテーパ状に拡径する嵌合面１２８を有することができる。この場合、工具支持部材５２Ａ（図１３（ａ））、５２Ｂ（図１３（ｂ））には、嵌合面１２８のテーパ率と同じテーパ率でフランジ部分６０に向けて拡径する外面１３０が形成される。このような構成によれば、工具支持部材５２を主軸１２の主軸貫通穴２２の前方部分２２ａに収容したときに、両者の中心軸線１２ａ、５２ａを互いに容易に合致させて、工具支持部材５２を主軸１２上に心出し支持することができる。

同様に、図１４に示すように、第２実施形態による主軸頭装置１００において、主軸１０２は、主軸貫通穴１１０の軸線方向前端（図で左端）に隣接する領域に、前端開口に向けてテーパ状に拡径する嵌合面１３２を有することができる。この場合、工具支持部材１１６Ａ（図１４（ａ））、１１６Ｂ（図１４（ｂ））には、嵌合面１３２のテーパ率と同じテーパ率でフランジ部分１２０に向けて拡径する外面１３４が、軸線方向前端領域に形成される。このような構成によれば、工具支持部材１１６を主軸１０２の主軸貫通穴１１０に収容したときに、両者の中心軸線１０２ａ、１１６ａを互いに容易に合致させて、工具支持部材１１６を主軸１０２上に心出し支持することができる。

図１５は、上記構成を有する主軸頭装置１０、１００を装備可能な本発明の一実施形態による工作機械２００を示す。工作機械２００は、例として立型マシニングセンタの構成を有し、ベッド２０２と、ベッド２０２上に水平移動可能に設置されるテーブル２０４と、テーブル２０４上に設置されるワークパレット２０６と、ベッド２０２からテーブル２０４の側方に立設されるコラム２０８と、コラム２０８の前面に鉛直移動可能に設置されるスライド２１０とを備え、スライド２１０に、前述した第１又は第２実施形態による主軸頭装置１０、１００が内蔵される。工作機械２００はさらに、図示しない自動工具交換装置（ＡＴＣ）を備え、工具を支持した工具ホルダ１４が、ＡＴＣによって、主軸頭装置１０、１００の主軸１２、１０２に着脱自在に取り付けられる。

工作機械２００は、前述したように、機械構造的に異なるシャンク部４６を有する複数種類の工具ホルダ１４を、それぞれに対応する工具保持機構１６、１０４（図１、図８）により、共通の主軸１２、１０２上に交換可能に安定して保持できる主軸頭装置１０、１００を装備しているから、設備費の高騰や維持管理の煩雑化を防止できる。また、工作機械２００は、工具ホルダ１４のシャンク部４６を受容保持する主軸頭装置１０、１００の受容凹部５０、１１４（図１、図８）が損耗した場合に、主軸１２、１０２を更新する必要が無いから、維持費の高騰を防止できる。

本発明の第１の実施形態による主軸頭装置を、共通の主軸に第１の工具ホルダを保持した状態で示す断面図である。 図１の主軸頭装置を、共通の主軸に第２の工具ホルダを保持した状態で示す断面図である。 図１の主軸頭装置を、主軸から工具保持機構を取り外した状態で示す断面図である。 図１の主軸頭装置において、第１の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第１ユニットを示す断面図である。 図１の主軸頭装置において、第２の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第２ユニットを示す断面図である。 図１の主軸頭装置において、工具保持機構の工具クランプ部材による第１工具ホルダに対するツールシャンク拘持／解放動作を説明する部分拡大断面図で、（ａ）作用位置、及び（ｂ）非作用位置のそれぞれの状態を示す。 図１の主軸頭装置において、工具保持機構の工具クランプ部材による第２工具ホルダに対するツールシャンク拘持／解放動作を説明する部分拡大断面図で、（ａ）作用位置、及び（ｂ）非作用位置のそれぞれの状態を示す。 本発明の第２の実施形態による主軸頭装置を、共通の主軸に第１の工具ホルダを保持した状態で示す断面図である。 図８の主軸頭装置を、共通の主軸に第２の工具ホルダを保持した状態で示す断面図である。 図８の主軸頭装置を、主軸から工具保持機構を取り外した状態で示す断面図である。 図８の主軸頭装置において、（ａ）第１の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第１ユニットを示す断面図、及び（ｂ）係止部材の変形例を示す図である。 図８の主軸頭装置において、第２の工具ホルダを主軸に保持するための工具保持機構の第２ユニットを示す断面図である。 図１の主軸頭装置の変形例を示す断面図で、（ａ）第１の工具ホルダを保持した状態、及び（ｂ）第２の工具ホルダを保持した状態をそれぞれ示す。 図８の主軸頭装置の変形例を示す断面図で、（ａ）第１の工具ホルダを保持した状態、及び（ｂ）第２の工具ホルダを保持した状態をそれぞれ示す。 図１又は図８の主軸頭装置を装備可能な本発明の一実施形態による工作機械の図である。

符号の説明

１０、１００ 主軸頭装置
１２、１０２ 主軸
１４、１４Ａ、１４Ｂ 工具ホルダ
１６、１０４ 工具保持機構
１８、１０６ 第１ユニット
２０、１０８ 第２ユニット
２２、１１０ 主軸貫通穴
４６、４６Ａ、４６Ｂ シャンク部
４８ プルスタッド
５０、５０Ａ、５０Ｂ、１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ 受容凹部
５２、５２Ａ、５２Ｂ、１１６、１１６Ａ、１１６Ｂ 工具支持部材
５４、５４Ａ、５４Ｂ 工具クランプ部材
５６ 装着部材
５８、５８Ａ、５８Ｂ、１１８、１１８Ａ、１１８Ｂ 部材貫通穴
６４、６４Ａ、６４Ｂ 可動クランプ要素
６６、６６Ａ、６６Ｂ 作動要素
８２ 付勢部材
８４、１２４、１２４´ 係止部材
９４、１２６ 流体通路
１２８、１３２ 嵌合面
２００ 工作機械

Claims (8)

1. 主軸と、該主軸に工具ホルダを着脱自在に保持する工具保持機構とを具備する工作機械の主軸頭装置において、
   前記工具保持機構は、
   工具ホルダのシャンク部を着脱自在に受容する受容凹部と、
   前記受容凹部に前記シャンク部を固定的に保持する作用位置と、前記シャンク部を解放して前記受容凹部に対する前記工具ホルダの着脱を許容する非作用位置との間で、変位可能に配置される工具クランプ部材とを、それぞれに備えた複数のユニットであって、
   互いに異なる形状の前記受容凹部と、前記作用位置と前記非作用位置との間で互いに異なる変位動作を遂行する前記工具クランプ部材とを、それぞれに備えた複数のユニットを具備し、
   前記複数のユニットが、互いに交換可能に前記主軸に装着され、
   それぞれの前記工具クランプ部材が、共通の駆動機構によって駆動されること、
   を特徴とする工作機械の主軸頭装置。
2. 前記複数のユニットの各々は、前記受容凹部を有する工具支持部材を備え、
   前記主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有し、
   前記工具支持部材は、前記受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、該主軸の軸線方向一端に隣接して該主軸貫通穴の一部分に収容される寸法を有し、
   前記工具クランプ部材は、該工具支持部材の該部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、該主軸の軸線方向他端と該工具支持部材との間の該主軸貫通穴の他部分に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により該可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有する、
   請求項１に記載の工作機械の主軸頭装置。
3. 前記工具保持機構は、前記主軸の前記主軸貫通穴の前記他部分に収容され、前記工具クランプ部材を前記非作用位置から前記作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材と、該主軸に対し固定的に配置され、該付勢部材が該主軸貫通穴から脱落することを防止する係止部材とをさらに具備する、請求項２に記載の工作機械の主軸頭装置。
4. 前記複数のユニットの各々は、前記受容凹部を有する工具支持部材を備え、
   前記主軸は、軸線方向へ貫通する主軸貫通穴を有し、
   前記工具支持部材は、前記受容凹部に連通して軸線方向へ貫通する部材貫通穴を有するとともに、該主軸の該主軸貫通穴の軸線方向全長に渡って収容される寸法を有し、
   前記工具クランプ部材は、該工具支持部材の該部材貫通穴に径方向変位可能に収容される可動クランプ要素と、該工具支持部材の該部材貫通穴に軸線方向変位可能に収容され、それ自体の軸線方向変位により該可動クランプ要素を径方向変位させる作動要素とを有する、
   請求項１に記載の工作機械の主軸頭装置。
5. 前記工具保持機構は、前記工具支持部材の前記部材貫通穴に収容され、前記工具クランプ部材を前記非作用位置から前記作用位置へ弾性的に付勢する付勢部材と、該工具支持部材に対し固定的に配置され、該付勢部材が該部材貫通穴から脱落することを防止する係止部材とをさらに具備する、請求項４に記載の工作機械の主軸頭装置。
6. 前記主軸は、前記主軸貫通穴の軸線方向一端に隣接する領域に、該軸線方向一端に向けてテーパ状に拡径して前記工具支持部材を心出し支持する嵌合面を有する、請求項２〜５のいずれか１項に記載の工作機械の主軸頭装置。
7. 前記工具支持部材は、清掃用又は冷却用の流体を工具ホルダに供給するための流体通路を有する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の工作機械の主軸頭装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の主軸頭装置を具備することを特徴とする工作機械。

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