特許 6670219 主軸装置、および工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6670219

(24)【登録日】2020年3月3日

(45)【発行日】2020年3月18日

(54)【発明の名称】主軸装置、および工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/117 20060101AFI20200309BHJP

   B23B 31/00 20060101ALI20200309BHJP

   B23Q 3/155 20060101ALI20200309BHJP

【ＦＩ】

   B23B31/117 601A

   B23B31/00 D

   B23Q3/155 F

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-206538(P2016-206538)

(22)【出願日】2016年10月21日

(65)【公開番号】特開2018-65229(P2018-65229A)

(43)【公開日】2018年4月26日

【審査請求日】2018年10月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】森口 卓也

(72)【発明者】

【氏名】平坂 長博

【審査官】 久保田 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２３９８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３１９５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０６８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０２００２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ３１／１１７

Ｂ２３Ｂ ３１／００

Ｂ２３Ｑ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸装置であって、
主軸ケースと、
前記主軸ケースに回転自在に内蔵された中空の主軸と、
前記主軸に内蔵され、前記主軸と一体となって回転し、前記主軸の軸方向に摺動してツールをアンクランプするドローバーと、
前記主軸に内蔵され、前記ドローバーを前記主軸の後端方向へ付勢する第１の付勢部材と、
前記主軸と垂直の方向に、前記主軸を貫通して前記ドローバーに設けられる突出部と、
突出部押出しスライダーであって、
カム面と、
前記突出部の回転を許容する収容室と、
前記突出部を付勢して前記ドローバーを前記主軸の先端方向に押し出す押出し面と、を有し、
前記主軸を囲むように設けられ、前記主軸の軸方向に摺動する突出部押出しスライダーと、
前記カム面を転動するカムフォロアを有し、前記主軸の軸方向と垂直方向に摺動し、一方に摺動したときに前記カムフォロアが前記突出部押出しスライダーを前記主軸の先端方向へ押し出すカム押しスライダーと、
前記突出部押出しスライダーの位置を検知する検知装置と、
前記主軸ケースに配設され、前記カム押しスライダーを前記一方および前記一方と反対方向である他方に往復移動させる駆動源を有する移動装置と、を備え、
前記移動装置は、
前記カム押しスライダーを前記他方に向けて付勢するリターンスプリングと、
前記リターンスプリングの付勢力に抗して、前記カム押しスライダーを前記一方へ向けて押し出す押出し装置を含み、
前記押出し装置は、
前記カム押しスライダーの前記他方の端部に設けたローラフォロアと、
前記主軸の直線方向に設けられた平板カムスライダーと、
前記平板カムスライダーに設けられ、前記カム押しスライダーを前記一方へ向けて前記ローラフォロアを押し出す平板カムと、
前記平板カムスライダーを駆動する駆動装置と、を含む、
主軸装置。

【請求項2】

請求項１の主軸装置であって、前記検知装置は、主軸の軸方向における前記平板カムの位置を検知する、主軸装置。

【請求項3】

請求項２の主軸装置であって、
前記駆動装置は、
前記主軸の軸方向に軸支されたボールねじと、
前記平板カムスライダーに固定され、前記ボールねじに組合せられるボールナットと、
前記ボールねじと連結する送りモータと、を含み、
前記検知装置は、前記送りモータの回転角度を検知する回転計を含む、
主軸装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項の主軸装置であって、
前記検知装置は、
前記突出部押出しスライダーに設けられたドグと、
前記主軸を軸支する筐体に設けられ、前記ドグの前記主軸の軸方向に沿った位置を検知する位置センサと、を含む、
主軸装置。

【請求項5】

工作機械であって、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項の主軸装置と、
自動工具交換装置と、
制御装置であって、前記検知装置が検出した前記突出部押出しスライダーの位置に基づいて、前記自動工具交換装置を前記ドローバーの先端側への押し出しと同期するように構成された制御装置と、を備える、
工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の主軸装置、および工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１の主軸装置が提案されている。特許文献１の主軸装置は、中空の主軸に内蔵され、主軸の軸方向に摺動してツールをクランプ・アンクランプするドローバーと、ドローバーを貫通して両端が主軸から突出する受動ピンと、受動ピンの両端を円筒形の収容部に収容して主軸の軸方向に移動する、主軸とともに回転しないアンクランプリングと、主軸に対して交差する向きで、主軸をはさんで平行に支持した２本のスライドシャフトを備えている。アンクランプリングは、カム部を有する。スライドシャフトはカム部に接するカムフォロワを有するとともに一端が主軸頭から突出する。スライドシャフトを主軸頭の外側から押し込むと、カム部とカムフォロワを介してアンクランプリングが前方に押し出され、ツールがアンクランプされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−２３９８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の主軸装置は、自動工具交換装置等に設けられたアンクランプカムからの動力によって、工具をアンクランプしていた。従って、主軸装置が工具をアンクランプする位置があらかじめ定められていた。本発明は、主軸装置の位置に関わらず、自在に工具をアンクランプできる主軸装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題に鑑みて、本発明は、主軸装置であって、主軸ケースと、前記主軸ケースに回転自在に内蔵された中空の主軸と、前記主軸に内蔵され、前記主軸と一体となって回転し、前記主軸の軸方向に摺動してツールをアンクランプするドローバーと、前記主軸に内蔵され、前記ドローバーを前記主軸の後端方向へ付勢する第１の付勢部材と、前記主軸と垂
直の方向に、前記主軸を貫通して前記ドローバーに設けられる突出部と、突出部押出しスライダーと、を備える。
前記突出部押出しスライダーは、カム面と、前記突出部の回転を許容する収容室と、前記突出部を付勢して前記ドローバーを前記主軸の先端方向に押し出す押出し面と、を有する。前記突出部押出しスライダーは、前記主軸を囲むように設けられ、前記主軸の軸方向に摺動する。
さらに本発明に係る主軸装置は、カム押しスライダーと、前記突出部押出しスライダーの位置を検知する検知装置と、前記主軸ケースに配設され、前記カム押しスライダーを前記一方および前記一方と反対方向である他方に往復移動させる駆動源を有する移動装置と、を備える。前記カム押しスライダーは、前記カム面を転動するカムフォロアを有し、前記主軸の軸方向と垂直方向に摺動し、一方に摺動したときに前記カムフォロアが前記突出部押出しスライダーを前記主軸の先端方向へ押し出す。
また、前記移動装置は、前記カム押しスライダーを前記他方に向けて付勢するリターンスプリングと、前記リターンスプリングの付勢力に抗して、前記カム押しスライダーを前記一方へ向けて押し出す押出し装置を含む。
また、前記押出し装置は、前記カム押しスライダーの前記他方の端部に設けたローラフォロアと、前記主軸の直線方向に設けられた平板カムスライダーと、前記平板カムスライダーに設けられ、前記カム押しスライダーを前記一方へ向けて前記ローラフォロアを押し出す平板カムと、前記平板カムスライダーを駆動する駆動装置と、を含む。

【発明の効果】

【0006】

本発明の主軸装置は、主軸装置の位置に関わらず、自在に工具をアンクランプできる。なお、上記以外の課題、構成、作用効果については、発明の実施形態において示される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態１の主軸装置の縦断面図を示す。

【図2】図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。

【図3】本発明の実施形態１の主軸装置の縦断面図を示す。

【図4】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図を示す。

【図5】本発明の実施形態２の主軸装置の縦断面図を示す。

【図6】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図を示す。

【図7】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（実施形態１）
図１ないし図４を参照して、本発明の実施形態１の主軸装置１０について説明する。以下、説明の便宜のため、図１の右方向であり、主軸１５の回転軸３に沿った方向をＺ方向、紙面に垂直で表から裏へ向かう方向をＸ方向、紙面の上方向をＹ方向とする。Ｚ方向の負方向側を先端側、Ｚ方向の正方向側を基端側と呼ぶ場合もある。図において、丸にＸを重ねたマークは表から裏への方向を、丸に点を重ねたマークは、裏から表への方向をそれぞれ示している。

【0009】

図１は、図３のＩ−Ｉ断面図である。図１の主軸１５の回転軸３の上側半面は、ドローバー１７が引き込まれ、主軸装置１０が工具（ツール）１をクランプしている状態を表す。図１の回転軸３の下側半面は、ドローバー１７が先端側に押し出され、工具１をアンクランプしている状態を示す。

【0010】

図２は、カム押しスライダー４１、カムフォロア４３と、カム押しスライダー４１、ドローバー１７との位置関係を示す主軸装置１０の縦断面図である。図２は、回転軸３の下側半面がドローバー１７の前進状況を、回転軸３の上側半面がドローバー１７の後退状況を表す。理解を助けるため、カム押しスライダー４１は、切断せず、かつ、カムフォロア４３を破線で示した。また、カム押しスライダー４１の中心軸５の右側半面は、カム押しスライダー４１の後退状況を表す。図２の中心軸５の左側半面は、カム押しスライダー４１の前進状況を表す。ここで、カム押しスライダー４１の前進（図の上昇方向）に伴ってドローバー１７が前進するため、中心軸５の左半分のカム機構の部分と、回転軸３の下半分の主軸部分が対応する。また、カム押しスライダー４１の後退（図の下降方向）に伴ってドローバー１７が後退するため、中心軸５の右半分のカム機構の部分と、回転軸３の上半分の主軸部分が対応する。

【0011】

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線組合せ断面図である。図３の主軸１５の回転軸３の上側半面は、ドローバー１７が引き込まれ、主軸装置１０が工具１をクランプしている状態を表す。図１の回転軸３の下側半面は、ドローバー１７が先端側に押し出され、工具１をアンクランプしている状態を示す。

【0012】

図１を参照して、主軸ケース１１は、Ｚ方向に延びている。主軸ケース１１の内部には、主軸１５が回転軸３のまわりに回転可能に支持されている。主軸１５は、主軸受１３で支持されている。主軸１５は、中空円筒状をなしている。主軸１５の先端部には、工具装着穴１５ａが設けられている。主軸１５の内部空間は、基端側で内径が広がる段付き構造になっている。主軸１５の内部空間の内、基端側の空間を大径部１５ｃと、先端側の空間を小径部１５ｄと呼ぶ。主軸１５の基端側には、Ｚ方向に沿って、長穴１５ｂが設けられている。長穴１５ｂは、主軸１５を両側に貫通する貫通穴である。

【0013】

主軸ケース１１の基端部には、主軸モータ３９が設けられている。カップリング３７は、主軸モータ３９の出力軸３９ａと主軸１５とを連結する。主軸モータ３９は、主軸１５を回転させる。出力軸３９ａの先端部には、ガイド穴３９ｂが設けられている。

【0014】

主軸１５の内部には、ドローバー１７が設けられている。ドローバー１７は、主軸方向に長く伸びる円柱状をなす。ドローバー１７の先端側は、ドローヘッド１７ａである。ドローヘッド１７ａの先端部には、プルスタッドコレット１９が設けられている。プルスタッドコレット１９は、ドローバー１７が基端方向に引かれると、工具１のプルスタッド１ａを掴み、引き込む。ドローバー１７が先端側に押し出されると、プルスタッドコレット１９は開き、工具１を離す。ドローヘッド１７ａの中央より基端側の部分は、主軸１５の小径部１５ｄと摺動する。ドローバー１７の中央部１７ｃは、ドローヘッド１７ａと後述のアンクランプスライダー１７ｄとを結ぶ。中央部１７ｃは、ドローヘッド１７ａよりも小径に構成されている。

【0015】

ドローバー１７の後端側は、アンクランプスライダー１７ｄである。アンクランプスライダー１７ｄは基端側が小径の段付き円柱状である。アンクランプスライダー１７ｄの基端部は、小径のガイド部１７ｄ２が設けられている。アンクランプスライダー１７ｄは、主軸１５の大径部１５ｃの基端部寄りに摺動可能に納められている。ガイド部１７ｄ２は、主軸モータ３９のガイド穴３９ｂに摺動するように挿入される。アンクランプスライダー１７ｄには、Ｙ方向に貫通する貫通穴１７ｄ１が設けられている。貫通穴１７ｄ１の位置は、長穴１５ｂと対応している。なお、アンクランプスライダー１７ｄは、ドローバー１７と一体に構成されていても、別々に構成されていてもよい。

【0016】

ドローバー１７は、主軸１５の内部を、Ｚ方向に摺動する。ここで、ドローヘッド１７ａが主軸１５の小径部１５ｄに、アンクランプスライダー１７ｄの大径部が主軸１５の大径部１５ｃに、基端側のガイド部１７ｄ２がガイド穴３９ｂにそれぞれ摺動することで、ドローバー１７が回転軸３と同軸に支持される。

【0017】

アンクランプスライダー１７ｄの貫通穴１７ｄ１に、ピン２３が貫通して設けられている。ピン２３の内、アンクランプスライダー１７ｄから突出した部分は、請求項の突出部に相当する。ピン２３は、長穴１５ｂを貫通する。ピン２３は、長穴１５ｂ内をＺ方向に摺動できるように設けられている。ピン２３は、ドローバー１７に、主軸の回転を伝達する。ピン２３と長穴１５ｂによって、ドローバー１７は、主軸１５と一体となって回転する。そしてピン２３は長穴１５ｂと共に、ドローバー１７の摺動範囲を規定する。

【0018】

主軸１５の内部の大径部１５ｃには、皿ばね２５が重ねて設けられている。この皿ばね２５は、第１の付勢部材である。皿ばね２５は、ドローバー１７を、主軸１５の基端方向へ付勢する。皿ばね２５の付勢力によって、工具１は、ドローバー１７によって引っ張られ、工具装着穴１５ａへ密着する。そして、主軸１５は工具１を保持する。第１の付勢部材は、皿ばね２５に限定されるものではなく、コイルばねやガススプリング等の種々の付勢手段を採用できる。

【0019】

突出部押出しスライダーであるピン押しスライダー３３は、中空円筒状をなしている。ピン押しスライダー３３は、主軸１５の基端側を取り囲むように、カップリング３７の先端側に設けられている。ピン押しスライダー３３は、Ｚ軸を中心に回転せず、Ｚ軸方向に主軸１５に沿って摺動する。ピン押しスライダー３３の先端側は、内部が拡大されて形成されている収容室３３ａとなっている。

【0020】

収容室３３ａは、円筒状をなしている。収容室３３ａは、主軸１５から突出したピン２３が、収容室３３ａの内部で回転できる広さを持っている。収容室３３ａの基端側の端面は、押出し面３３ｃとなっている。押出し面３３ｃは、皿ばね２５の付勢力に抗して、ピン２３を押し出す。ピン押しスライダー３３が主軸１５の軸方向（Ｚ方向）先端側に押し出すときに、押出し面３３ｃがピン２３を押し下げる。ピン２３がＺ方向先端側に押し出されることにより、ドローバー１７が先端側に移動して工具１を押し出すと共に、プルスタッドコレット１９が工具１を開放する。

【0021】

ピン押しスライダー３３の基端側は、斜めに切り落とされている。ピン押しスライダー３３の斜めに切り落とされた面がカム面３３ｂを構成する。カム面３３ｂは、Ｙ方向に向くにしたがって、徐々に基端側に延びるように形成されている。ピン押しスライダー３３のＹ正方向端面側には、ドグ３５が設けられている。カム面３３ｂは、後述するカム押しスライダー４１（図２参照）の移動速度に応じて、ドローバー１７の位置及び速度がスムーズな工具交換に適するように構成される。なおカム面３３ｂは、平面または曲面で構成できる。

【0022】

ピン押しスライダー３３は、直動案内３１に案内されて、Ｚ方向に摺動する。直動案内３１は、ボールスプラインのように構成されている。直動案内３１は、ピン押しスライダー３３の先端側に形成された軸３１ａと、保持器３１ｃと、保持器３１ｃ内に保持された複数のボール３１ｂとからなる。軸３１ａには、Ｚ方向に設けられた転動溝３１ａ１が設けられている。ボール３１ｂは、転動溝３１ａ１内を転動して、ピン押しスライダー３３を回転不能に案内する。
なお、上述の構成に替えて、ボール３１ｂは、ピン押しスライダー３３に保持され、外輪側に転動溝を設けても良い。
また、直動案内は上述の構成に替えて、主軸１５の回転軸方向に沿って直線方向に回転不能に案内できればよく、例えば直線ガイドを用いても良い。

【0023】

第２の付勢部材である戻しスプリング２７は、スナップリング２８と、ピン押しスライダー３３との間に設けられている。戻しスプリング２７は、つるまきばねである。ピン押しスライダー３３は、戻しスプリング２７で、Ｚ正方向へ付勢されている。後述のカム押しスライダー４１が後退位置に戻るときに、ピン押しスライダー３３は、戻しスプリング２７の付勢力により基端位置に戻る。

【0024】

図２ないし図４を参照して、カム押しスライダー４１および移動装置５０について説明する。

【0025】

カム押しスライダー４１は、主軸１５を挟むように、一対設けられている。一対のカム押しスライダー４１は、Ｙ方向に延びて設けられる。一対のカム押しスライダー４１は回転軸３を通り、Ｙ方向に平行な線に対称に設けられている。Ｙ方向正方向を一方（又は先端）、Ｙ方向負方向を他方（又は基端）と呼ぶ。一対のカム押しスライダー４１は、連結板４５で連結されている。

【0026】

図３および図４を参照して、カム押しスライダー４１は、段付きの略円筒状をなす。基端部４１ａと先端側ガイド部４１ｄが細く、中央部基端側の基端側ガイド部４１ｂが最も大径となっている。中央部４１ｃは中間の太さで形成され、その主軸１５向きの内側に切欠部４１ｅが設けられている。切欠部４１ｅがあるために、カム押しスライダー４１がＹ軸方向に移動するときに、カム押しスライダー４１が主軸１５と干渉しない。カム押しスライダー４１は、基端側ガイド部４１ｂと先端側ガイド部４１ｄがそれぞれブッシュ４７でガイドされてＹ方向に摺動自在に支持されている。

【0027】

一対のカム押しスライダー４１は、その基端部４１ａにおいて、連結板４５により連結されている。連結板４５は、直方体状をなしている。連結板４５は、一対のカム押しスライダー４１のＹ方向の位置が一致するように保持する。

【0028】

それぞれのカム押しスライダー４１の切欠部４１ｅには、カムフォロア４３が設けられている。一対のカムフォロア４３は、Ｘ方向のまわりに回転するように設けられる。一対のカムフォロア４３は、Ｙ方向の同じ位置に向かい合って設けられる。カム押しスライダー４１の先端方向への移動に伴って、カムフォロア４３は、ピン押しスライダー３３のカム面３３ｂを転動し、ピン押しスライダー３３を主軸１５の先端方向へ押し出す。カム面３３ｂが回転軸３から４５°以上の角度で設けられているため、カム押しスライダー４１の押し出し力が、皿ばね２５の付勢力よりも小さな力となる。

【0029】

移動装置５０について説明する。移動装置５０は、主軸ケース１１に配設された押し出し装置である流体圧シリンダ５１とリターンスプリング４９とを備えている。

【0030】

それぞれのカム押しスライダー４１の基端部４１ａは、流体圧シリンダ５１のピストンロッド５１ａと結合している。流体圧シリンダ５１は、複動式シリンダが用いられる。流体圧シリンダは、非圧縮性流体シリンダである油圧シリンダを利用できる。カム押しスライダー４１は、流体圧シリンダ５１によって、先端方向又は基端方向へ移動する。２つの流体圧シリンダ５１によって、それぞれのカム押しスライダー４１を押し上げ、かつ、一対のカム押しスライダー４１を連結板４５で連結しているため、一対のカムフォロア４３がスムーズにかつ均等にピン押しスライダー３３を押し下げる。流体圧シリンダ５１が複動型シリンダであるため、電源停止後にアンクランプ位置で保持できる。

【0031】

リターンスプリング４９は、主軸ケースに設けられたガイド穴４８内の、カム押しスライダー４１の先端側に設けられる。リターンスプリング４９はつるまきばねである。リターンスプリング４９は、カム押しスライダー４１を後端方向へ付勢する。

【0032】

メカストッパ４２がガイド穴４８に設けられてもよい。メカストッパ４２は、カム押しスライダー４１の一方の移動を制限する。なお、メカストッパ４２は省いても良い。

【0033】

流体圧供給装置５２は、流体圧シリンダ５１へ流体を供給する。流体圧供給装置５２は、流体圧ポンプと、流体タンクと、方向切替え弁とを含む。これらの機器は一般的であるため図示しない。流体圧ポンプは、常時回転する。流体圧シリンダ５１を駆動する時のみ、供給弁を介して、流体圧ポンプが汲み上げた流体を流体圧シリンダ５１へ送る。

【0034】

望ましくは、流体圧供給装置５２は、主軸ケース１１のうち、流体圧シリンダ５１に近接する位置に設ける。これにより、配管５４の配管長を短くできる。そのため、アンクランプ動作およびクランプ動作の所要時間を短縮できる。また、配管内の流体圧力伝達が早くなり、気温変化に伴う動作の所要時間変化を小さくできる。なお、流体圧供給装置５２は、主軸装置１０を支持する工作機械２のＺサドル、移動コラム等の流体圧シリンダ５１に近接した位置に設けても良い。

【0035】

さらに望ましくは、流体圧供給装置５２とそれぞれの流体圧シリンダ５１とを結ぶ配管５４の配管抵抗を同一にする。配管５４内の流体抵抗が一対の流体圧シリンダ５１について同一であれば、一対の流体圧シリンダ５１のピストンの動きが同期できる。従って、連結板４５への負荷が小さくなり、一対のカム押しスライダー４１およびピン押しスライダー３３の動作が滑らかになる。

【0036】

なお、流体圧供給装置５２は、流体の温度を計測する温度センサと、配管５４の配管抵抗を調整するサーボ弁を備えてもよい。温度センサが計測した流体温度に応じて、サーボ弁の開きを調整すれば、流体温度の違いによる流体圧シリンダ５１の移動速度を一定速度に調整できる。

【0037】

図１を参照して、主軸ケース１１には、検知装置である位置センサ２９が設けられる。位置センサ２９は、ドグ３５の位置を直接検知して、ピン押しスライダー３３の位置を検知する。望ましくは、位置センサ２９の分解能は、ピン押しスライダー３３の移動幅（ストローク）の、好ましくは２０分の１ないし２００分の１、より好ましくは５０分の１ないし１００分の１とする。位置センサ２９としては、例えば誘電式の距離センサを利用できる。

【0038】

自動工具交換装置７は、サーボモータ７ｂでアーム７ａを駆動する。具体的には、サーボモータ７ｂは、アーム７ａを回転させる。一方で、サーボモータ７ｂの駆動力を、歯車機構で分岐し、カム機構を用いてアーム７ａの送り出しを行う。これによって、アーム７ａの送り出しと回転が同期できる。

【0039】

工具交換を行うには、アーム７ａの動きと、ドローバー１７の動きを連動させ、ドローバー１７が前進しきった位置で、ちょうどアーム７ａが工具を掴む必要がある。ここで、位置センサ２９の分解能が高いため、制御装置９は、ドローバー１７の移動速度、移動位置を位置センサ２９が読み取り、読み取った動きに合わせて、サーボモータ７ｂがアーム７ａとの動きを調整できる。ドローバー１７の位置及び速度に同期してアーム７ａを旋回できるため、工具交換速度（Ｔｏｏｌ ｔｏ Ｔｏｏｌ）を短縮できる。

【0040】

さらに、位置センサ２９の分解能が２０μｍないし５０μｍの場合、工具装着穴１５ａと工具１との間に切りくず等が噛み込んだ場合、ドローバー１７の位置が正常位置からずれていることを検知できる。このため、制御装置９は、工具装着穴１５ａへの切りくず噛み込みを検知できる。

【0041】

主軸装置１０の動作及びその他の作用効果について説明する。

【0042】

主軸装置１０において、制御装置９がアンクランプ指令を発すると、流体圧シリンダ５１は、カム押しスライダー４１を一方側（先端側）へ押し出す。カムフォロア４３は、カム面３３ｂを転動し、ピン押しスライダー３３、ピン２３を介してドローバー１７を、皿ばね２５および戻しスプリング２７の付勢力に抗して、主軸先端方向へ押下げる。プルスタッドコレット１９が工具１のプルスタッドを離し、工具１がアンクランプする。

【0043】

主軸装置１０において、制御装置９がクランプ指令を発すると、流体圧シリンダ５１は、カム押しスライダー４１を他方側（基端側）に引き込む。リターンスプリング４９の付勢力は、カム押しスライダー４１の移動を補助する。皿ばね２５および戻しスプリング２７の付勢力によって、ドローバー１７およびピン押しスライダー３３が主軸基端方向へ引き込まれる。

【0044】

主軸装置１０は、自動工具交換装置７と機械的に分離している。そして、主軸装置１０は、外部からの機械的な力を受けずに、工具１のクランプ動作およびアンクランプ動作を実行できる。そのため、主軸装置１０は、その位置や動作タイミングに関わらず、自由に工具１をクランプでき、又はアンクランプできる。

【0045】

本実施形態の主軸装置１０によれば、例えば、主軸装置１０と、点検扉付近に工具交換用の工具置き台（不図示）を設けた工作機械２を提供できる。主軸装置１０は、まず工具交換位置に移動し、摩耗した工具１を主軸装置１０に装着する。次いで工具置き台へ移動させ、工具アンクランプを実行する。続いて工作の動力を断ち、作業者（不図示）が工具置き台から摩耗した工具１を取り除き、新しい工具を工具置き台へ取付ける。作業者が点検扉を閉めた後、工作機械２は、工具置き台から新しい工具を主軸装置１０に装着する。最後に、工作機械２は工具交換位置へ主軸装置１０を移動させ、工具マガジン（不図示）へ新しい工具を納める。工具のシャンクが大きいとき、工具を取り付けた工具ホルダーは重く、取扱いが不便である。しかし、このような工作機械２によれば、作業者は、工具置き台を介して工具の取付け、取り外しを容易にできる。そして、工具置き台を工具交換位置、工具マガジンと無関係に、作業者がアクセスしやすい位置に設けられる。

【0046】

主軸装置に対して機械的に分離された自動工具交換装置やカム装置等、外部装置からの駆動力によって工具クランプ・アンクランプ機構を駆動するとき、外部装置の駆動力に抗して、外部装置を保持しなければならない。例えば、特許文献１の主軸装置によれば、アンクランプカムを駆動する際に、アンクランプカムに、アンクランプカムがローラフォロアを軸支した腕に対して与える駆動力の反力が作用する。この反力に耐えるように、アンクランプカムを支持する必要がある。例えばアンクランプカムが、ベッド上に設けられたフレームに設置されている場合、このフレームが十分な剛性をもつ必要がある。主軸のクランプ力が大きくなればなるほど、フレームの剛性が要求されフレームが大きくなる。

【0047】

本実施形態の主軸装置１０は、主軸ケース１１に配設された移動装置５０を備えるため、外部装置からの駆動力が不要になる。そして、主軸装置１０を含む工作機械２全体のサイズを小型化できる。また、主軸装置１０は、移動装置５０を備えるため、クランプ・アンクランプ時に外部の駆動装置からの負荷が作用しない。従って、主軸装置１０の変形が抑制され、主軸装置１０を含む工作機械２の加工精度を高められる。さらに、主軸装置１０の寿命が延びる。

【0048】

外部装置からの駆動力によって工具クランプ・アンクランプ機構を駆動するときは、この外部装置と、自動工具交換装置７と、主軸装置の相対位置を互いに精密に位置決めする必要がある。しかし、本実施形態の主軸装置１０は、移動装置５０を備えるため、自由な位置で工具１をクランプ又はアンクランプできる。そのため、主軸装置１０は、アーム７ａとの相対位置のみを合わせれば、確実に自動工具交換できる。従って、主軸装置１０を含む工作機械２では、自動工具交換機構と主軸装置１０との位置を合わせやすい。

【0049】

（実施形態２）
図５ないし図７を参照して、本発明の実施形態２の主軸装置１００について説明する。主軸装置１００は、流体圧シリンダ５１を用いた移動装置５０に替えて、サーボモータ駆動式の平板カム装置１５１を利用している点で相違するが、その他の構成については上述の実施形態１の主軸装置１０と同様である。また、移動装置である平板カム装置１５１を主軸ケース１１に配設した点において、同様の構成であり、同様の作用効果を奏する。本実施形態の主軸装置１００において、主軸装置１０と同様の構成については、主軸装置１０と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0050】

図５の回転軸３の上側は、ドローバー１７を引き込んだ様子を、回転軸３の下側は、ドローバー１７を先端側に押し出した様子をそれぞれ示す。図５の中心軸５の右側はカム押しスライダー１４１が後端側に戻った様子を、中心軸５の左側はカム押しスライダー１４１が先端側に押し出された様子をそれぞれ示す。

【0051】

図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図の右側半分は、カム押しスライダー１４１が基端側（他方）へ移動した状態を、図の左側半分は、カム押しスライダー１４１が先端側（一方）へ移動した状態を示す。

【0052】

図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図７の上側半分は、ボールねじ１６３によって平板カム１５７を主軸１５の基端側に移動させた様子を、図７の下側半分は、ボールねじ１６３によって平板カム１５７を主軸１５の先端側に移動させた様子を示す。

【0053】

主に図５を参照して、カム押しスライダー１４１は、その基端部（Ｙ負方向端部）にローラフォロア１６９を備える。カム押しスライダー１４１のその他の構成は、実施形態１のカム押しスライダー４１と同様である。ローラフォロア１６９は、Ｘ方向のまわりに回転する。ローラフォロア１６９は、後述する平板カム１５７上を転動し、平板カム１５７の移動に従属してカム押しスライダー１４１をＹ方向に往復運動させる。２つのローラフォロア１６９は、共通の軸１７１で連結されている。軸１７１は、一対のカム押しスライダー１４１の中心を通るように貫通して設けられている。２つのローラフォロア１６９の回転軸３からの距離は同一に保たれる。

【0054】

ケース１５３は、平板カム装置（移動装置）１５１を納める。平板カム装置１５１は、送りモータ１６７、ボールねじ１６３、ボールナット１６１および平板カムスライダー１５９を含む駆動装置と、平板カム１５７を含む。

【0055】

平板カム１５７は、Ｙ方向から見て２又に分岐するフォーク状をなす（図７参照）。フォーク状の２本の先端部分は、それぞれＹ軸に対して斜めに切り取られている。この切り取られた面がカム面１５７ａを構成する。一対のカム面１５７ａは、同一の形状をもつ。カム面１５７ａは概ね１５ないし２５°の傾斜を持つ。カム面１５７ａは、平面で構成されても良い。カム面１５７ａの傾斜が１５ないし２５°と緩やかであるため、カム押しスライダー１４１のＹ方向の移動量に対する平板カム１５７の移動量が大きくなる。そのため、送りモータ１６７は、ピン押しスライダー３３の移動量を精密に制御できる。

【0056】

平板カム１５７の一対のカム面１５７ａは、主軸１５の先端方向への移動により、それぞれローラフォロア１６９を押し上げる。平板カム１５７の上面および下面には、それぞれガイド１５５が設けられる。ガイド１５５は、ピン押しスライダー３３が皿ばね２５から受ける付勢力を、平板カム１５７を介して受け止める。

【0057】

平板カム１５７は、円筒状の平板カムスライダー１５９に固定されている。平板カムスライダー１５９の外周円筒面は、ケース１５３に設けられたガイド１５３ａと摺動する。平板カムスライダー１５９がガイド１５３ａと摺動するため、平板カム１５７は、回転軸３に平行に移動できる。平板カムスライダー１５９の基端側にはボールねじ１６３が収容される収容室１５９ａが設けられている。収容室１５９ａは、ボールねじ１６３が回転できる広さを有する。収容室１５９ａの基端部には、ボールナット１６１が固定されている。

【0058】

ボールナット１６１は、ボールねじ１６３と組み合わされる。ボールねじ１６３は、ベアリング１６５によってケース１５３内に軸支される。ボールねじ１６３は、カップリング１６６によって送りモータ１６７の出力軸１６７ａに連結している。

【0059】

送りモータ１６７はサーボモータが利用できる。送りモータ１６７に内蔵されるエンコーダは、検知装置として利用できる。エンコーダは、送りモータ１６７の回転量を測定し、間接的にピン押しスライダー３３の位置を検出できる。なお、検出器としてエンコーダに替えて、実施形態１の位置センサ２９を利用できる。また、検出器として送りモータ１６７のエンコーダと位置センサ２９を併用しても良い。この他、送りモータ１６７は、サーボモータに替えて、同期モータとエンコーダ、同期モータとレゾルバの組合せに替えても良い。エンコーダ、レゾルバを検出器として用いる場合、位置センサ２９は省いても良い。

【0060】

続いて主軸装置１００の動作および作用効果について説明する。
主軸装置１００が工具１をアンクランプするときは、送りモータ１６７がボールねじ１６３を回転させて、平板カム１５７を先端方向に移動させる。ローラフォロア１６９がカム面１５７ａ上を転動する。カム押しスライダー１４１は、ブッシュ４７にガイドされてＹ軸方向正方向へ移動する。カムフォロア４３は、カム面３３ｂを転動しながらピン押しスライダー３３を主軸１５の先端方向へ押し出す。そして、ピン押しスライダー３３は、ドローバー１７を押し出す。

【0061】

主軸装置１００が工具１をクランプするときは、送りモータ１６７がボールねじ１６３を回転させて、平板カム１５７を基端方向に移動させる。ピン押しスライダー３３が皿ばね２５に付勢されているため、カムフォロア４３がカム面３３ｂを転動しながらカム押しスライダーがＹ負方向へ押し戻される。従って、平板カム１５７の移動に従属して、ローラフォロア１６９が転動してカム押しスライダー１４１が戻る。

【0062】

本実施形態の主軸装置１００によれば、平板カム１５７をサーボ制御するため、ピン押しスライダー３３の位置および速度を正確に制御できる。このため、主軸装置１００のクランプ、アンクランプ動作を独立した自動工具交換装置７と連動できる。また、平板カム１５７をサーボ制御するため、クランプ動作、アンクランプ動作に所要する時間を正確に一定値にできる。そして、ドローバー１７の位置及び速度に合わせてアーム７ａを旋回させるため、工具交換速度（Ｔｏｏｌ ｔｏ Ｔｏｏｌ）を大きく短縮できる。

【0063】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が行われ得る。特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の範囲全てが本発明の対象となる。上述の実施形態は、好適な例を示したものである。当業者ならば、本明細書に開示した内容から各種の代替例、修正例、変形例、改造例を実現でき、これらは本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、ドローバー１７、を中空構造とし、主軸モータ３９をクーラントスルータイプのモータとし、主軸モータ３９の後端からクーラントを供給するクーラントスルーの主軸装置としても良い。また、主軸装置１００の平板カム装置１５１に替えて、丸カムと丸カムを回転させるサーボモータの組合せに替えても良い。

【符号の説明】

【0064】

１ 工具（ツール）
２ 工作機械
３ 回転軸
５ 中心軸
７ 自動工具交換装置
１０，１００ 主軸装置
１５ 主軸
１７ ドローバー
２３ ピン（突出部）
２５ 皿ばね（第１の付勢部材）
２９ センサ
２９ 位置センサ
３１ 直動案内
３３ ピン押しスライダー（突出部押出しスライダー）
３３ａ 収容室
３３ｂ カム面
３３ｃ 押出し面
３５ ドグ
３７ カップリング
３９ 主軸モータ
４０ 中心軸
４１，１４１ カム押しスライダー
４２ メカストッパ
４３ カムフォロア
４５ 連結板
４９ リターンスプリング
５０ 移動装置
５１ 流体圧シリンダ（押出し装置）
５２ 流体圧供給装置
１５１ 平板カム装置（移動装置）
１５７ 平板カム
１５９ 平板カムスライダー
１５９ａ 収容室
１６１ ボールナット
１６７ 送りモータ
１６７ａ 出力軸
１６９ ローラフォロア

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】