JPH07227705A - 工具保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】皿ばねを使用しない構造とすることにより、高
速化にも安定して対応できる回転バランスの良いスピン
ドル装置を提供する。 【構成】軸端に工具ホルダ取付け用のテーパ穴２を有し
てハウジング１２に回転自在に支持されたスピンドル軸
１と、その内径面に軸方向に摺動可能に嵌合され一端に
工具ホルダ３の保持部６を他端にフランジ部５５をする
ドローバ７と、内径部に周溝５２とこれに連通する貫通
孔５３を有しドローバ７の軸端のフランジ部５５に一方
の端面を当接せしめてスピンドル軸１の端部外周面に嵌
合された固定スリーブ５１と、これを介してドローバ７
のフランジ部５５を押圧しドローバ７を軸方向に移動さ
せるための押圧手段６０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、工作機械の工具保持
装置に係り、特に振動バランスの改善に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ（ＭＣ）などの工作機
械用のスピンドル装置としては、例えば図５に示すよう
なものが周知である。このものは、スピンドル軸１の先
端に工具取付け用のテーパ穴２を有し、このテーパ穴２
に工具ホルダ３のテーパシャンク部４を嵌合させて所定
の工具を装着するようにしている。スピンドル軸１の軸
心部には、先端に工具ホルダ３のプルスタッド５を引き
込んで工具ホルダ３をスピンドル軸１に固定する工具ホ
ルダ保持部６を有するドローバ７が挿通されており、こ
のドローバ７を工具ホルダ装着時に後方に５００〜２０
００ｋｇｆの大荷重で引っ張るために、多数の皿ばね８
が用いられている。

【０００３】また、装着した工具ホルダ３を外すため
に、ドローバ７の後端に対し不図示の油圧シリンダなど
を用いて軸方向荷重を負荷して皿ばね８を圧縮させる構
造になっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近時、
スピンドル装置は急激に高速化される傾向にあり、工具
装着時には多数の皿ばね８の弾性力を用いてドローバ７
を引き込む従来のスピンドルの工具保持装置では、高速
回転すると皿ばねの影響を受けて装置の振動が大きくな
るという問題点がある。

【０００５】しかも、皿ばね８はドローバ７に挿通され
てスピンドル軸１に設けた軸孔１Ａ内に収納装着される
が、皿ばねに撓みを持たせるためにはスピンドル軸の軸
孔内径面及びドローバ外径面との間にある程度のすき間
が必要であるから、振動を抑制するべくバランスを修正
するにも限界がある。また、高速回転させるためにバラ
ンス修正しても、回転中あるいは工具の脱着を繰り返す
と皿ばねの姿勢が変化してバランス量が変化し、その結
果振動が大きくなるという問題点がある。

【０００６】そこで、この発明は、このような従来の問
題点にかんがみてなされたものであり、皿ばねを使用し
ない構造とすることにより、高速化にも安定して対応で
きるスピンドル装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の工具保持装置
は、軸端に工具ホルダ取付け用のテーパ穴を有し軸受を
介してハウジングに回転自在に支持されたスピンドル軸
と、一端に工具ホルダのプルスタッドに係合する工具ホ
ルダ保持部を有すると共に他端にドローバ駆動端を有し
前記スピンドル軸の内径面に軸方向に摺動可能に嵌合さ
れた工具ホルダ固定用ドローバと、内径部に周溝と該周
溝に連通する貫通孔を有して前記スピンドル軸の端部外
周面に嵌合され前記ドローバの軸端のドローバ駆動端部
に外方の端部を当接せしめた固定スリーブと、前記ドロ
ーバのドローバ駆動端を前記固定スリーブを介して押圧
しドローバを軸方向に移動させるための押圧手段とを備
えたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】この発明の工具保持装置では、ドローバを引き
込む駆動力の発生源として、皿ばねではない押圧手段を
用いている。ドローバはスピンドル軸の内径面に皿ばね
を介することなく当接して、軸方向の運動をスピンドル
軸で直接に案内される。工具クランプ時の作動は次の通
り行う。

【０００９】ドローバの端部に設けたフランジ部に固定
スリーブを介して押圧手段で圧力を加えることにより、
大荷重でドローバをプルスタッドの引き込み方向（後退
方向）に移動させる。その際、同時に固定スリーブの貫
通孔から内径部の周溝に加圧流体を供給して固定スリー
ブとスピンドル軸との締め代を開放することで固定スリ
ーブの軸方向移動を可能にする。ドローバがプルスタッ
ドを引き込み工具ホルダがクランプされたら、先ず固定
スリーブの加圧流体を抜いて締め代を与え引き込まれた
状態でドローバを固定する。次いで、押圧手段の圧力を
抜く。これにより工具ホルダは完全にクランプされる。

【００１０】工具アンクランプ時の作動は次の通り行
う。先ず固定スリーブの内周溝に加圧流体を供給してス
ピンドル軸との締め代を開放する。次にその固定スリー
ブ開放状態でドローバの端末に前進方向の加圧力を負荷
する。これによりドローバが前進して工具ホルダはアン
クランプになる。その後、固定スリーブに供給していた
加圧流体を抜く。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。なお、従来と同一または相当部分には同一の符
号を付してある。図１は、この発明の一実施例の縦断面
図で、モータビルトイン形スピンドル装置を表してい
る。

【００１２】先ず構成を説明すると、スピンドル軸１は
複数個（図では４個）の玉軸受１０と１個のころ軸受１
１とを介してハウジング１２内に回転自在に支承されて
いる。ハウジング１２は軸受１０，１１の外周を取巻く
円筒体であって、取付け用フランジ１３を有する外筒１
４と、この外筒１４の前端面にボルトＢ１で取り付けら
れた前蓋１５および後端面に取り付けられた後蓋１６を
有している。

【００１３】玉軸受１０はハウジング１２の先端側から
間座と共に挿入され、その外輪１０ａは外間座１７を介
してハウジング１２の内面に前蓋１５で固定されてい
る。一方、内輪１０ｂの方は、内間座１８を介して押さ
えリング１９によりスピンドル軸１の外周面に固定され
ている。ころ軸受１１はハウジング１２の後端側から間
座と共に挿入され、その外輪１１ａは外輪押さえ板２６
を介してハウジング１２の内面に固定されている。一
方、同ころ軸受け１１の内輪１１ｂは、間座２７を介し
て押さえリング２８でスピンドル軸１の外周面に固定さ
れている。

【００１４】なお、２０は軸受ハウジング１２に埋設さ
れた給油ノズルであり、その給油ノズル２０の先端は外
間座１７を貫通していて、玉軸受１０に給油するように
なっている。その給油路２１はハウジング１２内を軸方
向に延設され、ハウジング後蓋１６に螺着した給油配管
継手２２及び給油配管２３を経て図外の給油装置に連結
される。給油ノズル２０から玉軸受１０及びころ軸受１
１に供給された潤滑油は、各軸受を潤滑した後、排出油
路２４を経て給油装置に還流されるようになっている。

【００１５】このようにして回転自在にハウジング１２
に支承されているスピンドル軸１の軸端の中心には、工
具取付け用のテーパ穴２が形成されると共に、このテー
パ穴２の奥からスピンドル軸後端に抜ける貫通孔３０が
スピンドル軸１の軸心部を通して形成されていて、この
貫通孔３０の内径面にドローバ７が軸方向に摺動可能に
嵌合させて挿通されている。

【００１６】また、スピンドル軸１の外径面には、ビル
トインモータＭのロータ３１がロータスリーブ３２を介
して締りばめで固定されている。このロータスリーブ３
２は内周面に浅い溝３３が形成されていて、その溝３３
に注入路３４を経て外部から油圧を送り込みスピンドル
軸１との締まりばめを開放することで取り外しできるよ
うになっている。ロータ３１に周面対向させて同軸に配
設されたステータ３５は、ハウジング１２の内周面にス
テータスリーブ３６を介して固定されている。なお、ス
テータスリーブ３６の外周面は、ハウジングの外筒１４
の内径面に形成された環状空間からなる冷却ジャケット
３７に面しており、冷却流体で強制冷却されるようにし
てある。３８はその冷却流体の漏れ止め用のＯリングシ
ールである。

【００１７】スピンドル軸１の外周面には、またロータ
３１の前方位置に先方のバランスリング４０が、ロータ
３１の後方位置に後方のバランスリング４１がそれぞれ
取り付けられている。更にまた、スピンドル軸１の後端
寄りの位置には、回転位置センサとして例えば磁気式ロ
ータリエンコーダ４５の検出リング４６が嵌め込まれ、
スピンドル軸１の後端側に形成されている雄ねじ４７に
螺合した締付けナット４８で固定されている。前記ロー
タリエンコーダ４５の検出リング４６の外周は一定間隔
の歯が形成されており、これに対向する磁気読み取りヘ
ッド４９はハウジング１２の側壁に取付けて支持されて
いる。このロータリエンコーダ４５の位置検出信号に基
づいて、前記ロータ３１とステータ３５とからなるサー
ボモータＭの回転を制御することで、スピンドル軸１の
回転速度，回転方向が低速，高速，正逆自在に制御され
る。

【００１８】上記スピンドル軸１の後端部はハウジング
の後蓋１６の外に突き出している。その突出した軸端外
周面に、固定スリーブ５１が嵌合されている。この固定
スリーブ５１の内径部には周溝５２が形成されていて、
その周溝５２は貫通孔５３によりスリーブ外面の油圧配
管取付け口５４に連通している。固定スリーブ５１の後
端面５１ａは、スピンドル軸１の後端面より更に後方に
僅か突き出して取り付けられている。その固定スリーブ
の後端面５１ａは、ドローバ７の後端に螺着されたフラ
ンジ部（ドローバナット）５５に当接している。

【００１９】また、ハウジングの後蓋１６には、固定ス
リーブ５１の押圧手段としてスプリングリターン式の油
圧機構６０が設けられている。この押圧手段６０は、油
圧シリンダ６１として機能する環状の凹溝をハウジング
の後蓋１６の端面にスピンドル軸１を取り巻くようにし
て形成し、その油圧シリンダ６１内に円筒状の油圧ピス
トン６２をＯリングシール６３と共に挿入したもので、
油圧室６４はハウジングの後蓋１６内を半径方向に貫通
する油圧路６５を経て外面の油圧配管口６６に連通させ
てある。油圧ピストン６２の端面は固定スリーブ５１の
前端面５１ｂに当接してこれを押圧することによりドロ
ーバ７を軸方向に後進させる。また、ハウジングの後蓋
１６の端面に、ばね取付けカバー６７がボルト止めさ
れ、油圧ピストン６２の端面との間にリターンばね６８
が介装されている。

【００２０】更に、図示されていないが、ドローバー７
の後端は図外の油圧シリンダにより押圧されて軸方向に
前進駆動されるようになっている。スピンドル軸１の先
端のテーパ穴２には、工具ホルダ３のテーパシャンク部
４が嵌合されるが、そのテーパシャンク部４の頂部に
は、小径の頸部５ａと大径の頭部５ｂを有するプルスタ
ッド５が設けられており、スピンドル軸心の貫通孔３０
内に嵌入するようになっている。

【００２１】一方、ドローバ７の先端の工具保持部６
は、貫通孔３０内に嵌入された工具ホルダのプルスタッ
ド５を把持するための複数個のボール６ａを円周等分に
配してラジアル方向に退避可能に保持したスリーブ６ｂ
を有し、このスリーブ６ｂ内に前記プルスタッド５が嵌
入した状態でドローバ７を後方へ引き込むとボール６ａ
がスリーブ内径側に突出してプルスタッド５の頭部５ｂ
を把持するようになっている。

【００２２】次に、この実施例の作用を説明する。工具
ホルダ３をスピンドル軸１の軸端に装着する「工具クラ
ンプ」の際は、ドローバー７を図外の油圧シリンダの駆
動で前進させておく。その状態で、例えば自動工具交換
装置（ＡＴＣ）で運ばれてくる工具ホルダ３のテーパシ
ャンク部４をスピンドル軸１のテーパ穴２に挿入する。
このとき、ドローバ７の先端の工具保持部６ではボール
６ａが外径方向に退避可能な状態にあり、そのためテー
パシャンク部頂部のプルスタッド５の頭部５ｂは容易に
スリーブ６ｂ内に嵌入される。

【００２３】次いで、図２に示すように、ドローバ７の
後端の固定スリーブ５１の配管取付け口５４に接続され
た配管及び貫通穴５３を通して内径部の周溝５２に図外
の油圧供給装置からの油圧Ｐ₁ を供給する。その油圧力
Ｐ₁ により、固定スリーブ５１の内径面にラジアル方向
の力が作用してその内径が拡張され、固定スリーブ５１
のスピンドル軸１に対する締め代が開放されて固定スリ
ーブ５１とスピンドル軸１との軸方向相対移動が可能に
なる。

【００２４】この状態で、次に、配管口６６に接続され
た図外の油圧配管から油圧路６５を経て押圧手段６０の
油圧シリンダ６１の油圧室６４に油圧Ｐ₂ を供給する。
これにより油圧ピストン６２がリターンばね６８の弾性
に抗して進出し、固定スリーブ５１を介してドローバ端
部のフランジ部５５に押圧力が加えられる。その荷重
で、ドローバ７はスピンドル軸１の貫通孔３０の内径面
を摺動しつつ後退する。同時に、ドローバ先端の工具保
持部６が貫通孔３０の大径スペース３０ａからより小径
のスペース３０ｂに移動する。これにより、スリーブ６
ｂのボール６ａがスペース３０ｂの内周面に押されてス
リーブ６ｂの内側に突き出し、工具ホルダ３のプルスタ
ッド５の頭部５ｂの根元を締め付けて、工具ホルダ３を
保持する。ドローバ７は油圧で後方に付勢されているか
ら、これに引っ張られて工具ホルダ３のテーパシャンク
部４の傾斜面がテーパ穴２の内面に密着される。

【００２５】このようにしてドローバ７がプルスタッド
５を引き込み、工具ホルダ３がクランプされたら、固定
スリーブ５１の油圧Ｐ₁ を抜いて内径を縮小させ締め代
を与えてドローバ７を引込み状態で固定する。次いで、
押圧手段６０の油圧室６４の圧力Ｐ₂ を抜く。油圧ピス
トン６２はリターンばね６８の弾性力で油圧シリンダ６
１内に押し戻される（図３参照）。

【００２６】「工具アンクランプ」時の作動は次の通り
行う。先ず、上記と同様に固定スリーブ５１の内周溝５
２に油圧Ｐ₁ を供給して、スピンドル軸１の締め代を開
放する。次に、その固定スリーブ５１の締め***放状態
のままで、ドローバ７の後端に不図示の油圧シリンダに
より前進方向の加圧力Ｐ₃ を負荷する。これにより、ド
ローバ７がそのフランジ部５５を介して固定スリーブ５
１を押し進めながら前進する（図４参照）。

【００２７】ドローバ７の先端の工具保持部６も共に前
進するから、ボール６ａによる工具ホルダ３のプルスタ
ッド５の把持が解除されると当時に、スピンドル軸１の
先端のテーパ穴２と工具ホルダ３のテーパシャンク部４
との嵌合が解除されて工具ホルダ３はアンクランプにな
る。その後、固定スリーブ５１に供給していた油圧
Ｐ ₁ ，Ｐ₃ を抜いて、固定スリーブ５１を径を元に戻し
てやればよい。

【００２８】かくして、この実施例によれば、スピンド
ル軸１の軸端に工具ホルダ３を自動装着可能であり、し
かも皿バネを使用しないためドローバ７とスピンドル軸
１の内径面との嵌め合い小さく抑えることができて、バ
ランスリング４０，４１の調整によるスピンドル軸１の
回転バランスの修正も容易に且つ高精度に行うことが可
能である。

【００２９】また、スピンドル軸１の高速回転や工具ホ
ルダ３の脱着を繰り返し行っても回転バランスの崩れは
少なく、従って振動の変化も抑制される結果、従来に比
しより高速化，高精度化が達成できる。なお、上記実施
例は基本的な構成の一例を示したものであり、図示のも
のに限定されるものではない。例えば、必ずしもモータ
ビルトインタイプのスピンドル装置とは限らず、スピン
ドル軸１をハウジング外部の駆動源で駆動するタイプに
も適用可能である。

【００３０】また、従来の皿ばねに代わってドローバを
引っ張る押圧手段も、図示の油圧ピストンやリターンば
ねに限らず、あるいは固定スリーブやフランジ部（ドロ
ーバナット）の形状等に関しても種々の変形が考えられ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の工具保
持装置は、軸端に工具ホルダ取付け用のテーパ穴を有し
軸受を介してハウジングに回転自在に支持されたスピン
ドル軸と、一端に工具ホルダのプルスタッドに係合する
工具ホルダ保持部を有すると共に他端にドローバ駆動端
を有し前記スピンドル軸の内径面に軸方向に摺動可能に
嵌合された工具ホルダ固定用ドローバと、内径部に周溝
と該周溝に連通する貫通孔を有して前記スピンドル軸の
端部外周面に嵌合され前記ドローバの軸端のドローバ駆
動端部に外方の端部を当接せしめた固定スリーブと、ド
ローバのドローバ駆動端を前記固定スリーブを介して押
圧しドローバを軸方向に移動させるための押圧手段とを
備えたものとしたため、ドローバを引き込んで工具をク
ランプするための皿ばねが不要となり、その結果バラン
ス修正も高精度に行えると共に工具の脱着を繰り返して
もバランスの崩れは少なくなって、高速化に安定して対
応できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の縦断面図である。

【図２】図１に示すものの、工具クランプ時の作動を説
明する要部断面図である。

【図３】同じく工具クランプ時の作動を説明する要部断
面図である。

【図４】工具アンクランプ時の作動を説明する要部断面
図である。

【図５】従来のスピンドル装置の縦断面図である。

【符号の説明】 １ スピンドル軸 ２ テーパ穴 ３ 工具ホルダ ４ テーパシャンク部 ５ プルスタッド ６ 工具保持部 ７ ドローバ １０ 軸受 １１ 軸受 １２ ハウジング ５１ 固定スリーブ ５２ 周溝 ５３ 貫通孔 ５５ フランジ部 ６０ 押圧手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸端に工具ホルダ取付け用のテーパ穴を
   有し軸受を介してハウジングに回転自在に支持されたス
   ピンドル軸と、 一端に工具ホルダのプルスタッドに係合する工具ホルダ
   保持部を有すると共に他端にドローバ駆動端を有し前記
   スピンドル軸の内径面に軸方向に摺動可能に嵌合された
   工具ホルダ固定用ドローバと、 内径部に周溝と該周溝に連通する貫通孔を有して前記ス
   ピンドル軸の端部外周面に嵌合され前記ドローバの軸端
   のドローバ駆動端部に外方の端部を当接せしめた固定ス
   リーブと、 前記ドローバのドローバ駆動端を前記固定スリーブを介
   して押圧しドローバを軸方向に移動させるための押圧手
   段とを備えたことを特徴とする工具保持装置。