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(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】
(24)【登録日】2022-06-15
(45)【発行日】2022-06-23
(54)【発明の名称】工作機械
(51)【国際特許分類】
B23B 19/02 20060101AFI20220616BHJP
B23B 39/02 20060101ALI20220616BHJP
B23B 31/02 20060101ALI20220616BHJP
【ＦＩ】
B23B19/02 A
B23B39/02
B23B31/02 601C
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019032504
(22)【出願日】2019-02-26
(65)【公開番号】P2020131413
(43)【公開日】2020-08-31
【審査請求日】2021-08-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000003458
【氏名又は名称】芝浦機械株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】多田 敦司
【審査官】亀田 貴志
(56)【参考文献】
【文献】実公昭６２－４３６８４（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】特開２００４－３５８６４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平４－１７６５０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭４７－２５２８７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平５－４４７０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第１９９８／１０８８９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｂ １９／０２
Ｂ２３Ｂ ３９／０２
Ｂ２３Ｂ ３１／０２
Ｂ２３Ｑ １／２８
Ｂ２３Ｑ ５／０４ － ５／２６
Ｆ１６Ｂ ２／００ － ２／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、前記主軸を前記中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、前記フライス軸を前記中心軸線廻りに回転自在に支持する主軸ヘッド本体と、前記フライス軸の回転を前記主軸に伝達する回転伝達機構と、前記主軸ヘッド本体に設置されて前記フライス軸を回転駆動する駆動モータと、前記主軸ヘッド本体に設置されて前記主軸を進退させる進退駆動装置と、前記フライス軸の内側に設置されて前記主軸を拘束するクランプ装置と、を有し、前記クランプ装置は、前記フライス軸に対して前記中心軸線方向の位置を固定されかつ内側に前記主軸が挿通される内リングと、前記内リングと円錐面を介して嵌合可能な外リングと、前記外リングまたは前記内リングのいずれか一方を前記外リングと前記内リングとが嵌合する方向へ駆動可能なクランプピストンを有するクランプシリンダと、前記外リングまたは前記内リングのいずれか他方を前記クランプピストンとは逆向きに駆動可能なアンクランプピストンを有するアンクランプシリンダと、を有し、
前記フライス軸は、前記フライス軸の外周面に設置されかつ軸側クランプ管路を通して前記クランプシリンダに連通された軸側クランプカプラと、前記フライス軸の外周面に設置されかつ軸側アンクランプ管路を通して前記アンクランプシリンダに連通された軸側アンクランプカプラと、を有し、
前記主軸ヘッド本体は、前記フライス軸が操作角度位置にある状態で前記軸側クランプカプラに結合可能なヘッド側クランプカプラと、前記フライス軸が操作角度位置にある状態で前記軸側アンクランプカプラに結合可能なヘッド側アンクランプカプラと、前記ヘッド側クランプカプラおよび前記ヘッド側アンクランプカプラに圧油を供給可能な圧油供給装置と、を有することを特徴とする工作機械。
【請求項2】
請求項１に記載の工作機械において、前記主軸ヘッド本体は、前記ヘッド側クランプカプラおよび前記ヘッド側アンクランプカプラを、それぞれ前記主軸ヘッド本体の前記フライス軸を収容する部位の内周面から前記フライス軸に向けて進退させるカプラ駆動装置を有することを特徴とする工作機械。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の工作機械において、前記軸側クランプカプラおよび前記軸側アンクランプカプラは、前記ヘッド側クランプカプラまたは前記ヘッド側アンクランプカプラとの結合が解除された状態で圧油の流通を遮断可能なバルブを有することを特徴とする工作機械。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の工作機械において、前記外リングおよび前記内リングが互いに嵌合する前記円錐面は、前記フライス軸の先端側に向けて拡径した形状であることを特徴とする工作機械。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の工作機械において、前記内リングは、内周面が前記主軸の外周面に接触可能に配置され、かつ前記フライス軸に対して前記中心軸線方向に位置規制されており、
前記外リングは、前記クランプシリンダおよび前記アンクランプシリンダで駆動可能であることを特徴とする工作機械。
【請求項6】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の工作機械において、前記外リングは、前記フライス軸の内周面に固定され、
前記内リングの内周面と前記主軸の外周面との間には前記フライス軸に対して前記中心軸線方向に位置規制された円筒状のスリーブが設置され、
前記内リングは、前記クランプシリンダおよび前記アンクランプシリンダで駆動可能であることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は主軸繰り出し方式の工作機械に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械では、主軸ヘッド本体に回転自在に支持された主軸の先端に工具を装着し、主軸ヘッド本体をワークに対して相対移動させることで、ワークの任意位置を工具で切削加工することができる。
工作機械において、例えば横中ぐり盤などには、主軸繰り出し方式の工作機械が利用されている（特許文献１参照）。
主軸繰り出し方式の工作機械は、先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、主軸を中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、フライス軸を中心軸線廻りに回転自在に支持する主軸ヘッド本体と、フライス軸の回転を主軸に伝達する回転伝達機構と、主軸ヘッド本体に設置されてフライス軸を回転駆動する駆動モータと、主軸ヘッド本体に設置されて主軸を進退させる進退駆動装置と、フライス軸の内側に設置されて主軸を拘束するクランプ装置と、を有する。
進退駆動装置としては、主軸の工具装着側とは反対側の端部に接続され、主軸を軸線方向へ移動させるボールねじ等などが利用される。回転伝達機構としては、フライス軸の回転を主軸に伝達可能かつ軸線方向の相対移動を許容可能な係合機構、例えばフライス軸の内面および主軸の外面に形成されて主軸の軸線方向に延びるキーおよびキー溝などが利用される。
クランプ装置は、フライス軸の工具に近い先端側に設置され、クランプ状態では主軸を拘束して主軸の軸心の振れを抑制する。進退駆動装置による主軸の進退は、クランプ装置による主軸の拘束を解除したアンクランプ状態で行われる。
工作機械において、例えば横中ぐり盤などには、主軸繰り出し方式の工作機械が利用されている（特許文献１参照）。
主軸繰り出し方式の工作機械は、先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、主軸を中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、フライス軸を中心軸線廻りに回転自在に支持する主軸ヘッド本体と、フライス軸の回転を主軸に伝達する回転伝達機構と、主軸ヘッド本体に設置されてフライス軸を回転駆動する駆動モータと、主軸ヘッド本体に設置されて主軸を進退させる進退駆動装置と、フライス軸の内側に設置されて主軸を拘束するクランプ装置と、を有する。
進退駆動装置としては、主軸の工具装着側とは反対側の端部に接続され、主軸を軸線方向へ移動させるボールねじ等などが利用される。回転伝達機構としては、フライス軸の回転を主軸に伝達可能かつ軸線方向の相対移動を許容可能な係合機構、例えばフライス軸の内面および主軸の外面に形成されて主軸の軸線方向に延びるキーおよびキー溝などが利用される。
クランプ装置は、フライス軸の工具に近い先端側に設置され、クランプ状態では主軸を拘束して主軸の軸心の振れを抑制する。進退駆動装置による主軸の進退は、クランプ装置による主軸の拘束を解除したアンクランプ状態で行われる。
【0003】
このような主軸繰り出し方式の工作機械では、駆動モータでフライス軸を回転駆動することで、回転伝達機構を介して回転力が主軸に伝達され、主軸に装着された工具を回転させてワークを加工することができる。
加工の際には、進退駆動装置で主軸を進出または後退させることで、ワークに対する工具の位置を変更することができる。主軸が進出した状態では、クランプ装置によりフライス軸の先端近傍で主軸を拘束することで、主軸の振れを抑制することができる。
加工の際には、進退駆動装置で主軸を進出または後退させることで、ワークに対する工具の位置を変更することができる。主軸が進出した状態では、クランプ装置によりフライス軸の先端近傍で主軸を拘束することで、主軸の振れを抑制することができる。
【0004】
前述のような主軸繰り出し方式の工作機械において、主軸を拘束するクランプ装置としては、例えば円錐面（リング状のテーパ面）を用いて主軸を全周から締め付ける機構が利用されている（特許文献２参照）。
具体的には、フライス軸に対して中心軸線方向の位置を固定されかつ内側に主軸が挿通される内リングと、内リングと円錐面を介して嵌合可能な外リングと、で構成されるクランプリングを有するとともに、外リングが内リングに嵌合する嵌合方向へ外リングを付勢する皿ばね列などの付勢部材と、外リングを内リングとの嵌合が解除される解除方向へ駆動可能な油圧ピストンなどの解除機構と、を有するクランプ装置が利用されている。特許文献２では、前述のようなクランプリング式のクランプ装置を一対、逆向きに設置している。
このようなクランプ装置を有する主軸繰り出し方式の工作機械においては、解除機構によりクランプ装置を解除した状態で、主軸の繰り出し動作を実行できる。一方、クランプ装置を動作させ、主軸をフライス軸の先端近傍で拘束することで、進出状態の主軸の振れを抑制できる。
具体的には、フライス軸に対して中心軸線方向の位置を固定されかつ内側に主軸が挿通される内リングと、内リングと円錐面を介して嵌合可能な外リングと、で構成されるクランプリングを有するとともに、外リングが内リングに嵌合する嵌合方向へ外リングを付勢する皿ばね列などの付勢部材と、外リングを内リングとの嵌合が解除される解除方向へ駆動可能な油圧ピストンなどの解除機構と、を有するクランプ装置が利用されている。特許文献２では、前述のようなクランプリング式のクランプ装置を一対、逆向きに設置している。
このようなクランプ装置を有する主軸繰り出し方式の工作機械においては、解除機構によりクランプ装置を解除した状態で、主軸の繰り出し動作を実行できる。一方、クランプ装置を動作させ、主軸をフライス軸の先端近傍で拘束することで、進出状態の主軸の振れを抑制できる。
【0005】
前述したクランプ装置では、回転するフライス軸の解除機構に主軸ヘッド本体側から油圧（加圧された油）を供給するために、フライス軸の外周面には周方向に連続した圧力ポケットが形成され、主軸ヘッド本体の内周面には圧力ポケットを囲むリング状のブロック（ブシュ）が設置され、ブシュに形成されたポートと圧力ポケットとが常時連通する構成とされる。
圧力ポケットおよびポートは、フライス軸の工具から離れた側に設置される。一方、クランプ装置はフライス軸の工具に近い先端側に設置される。クランプ装置と圧力ポケットとは、フライス軸の内部に形成された軸方向に延びる油圧通路で接続される。
フライス軸が回転する際に圧力ポケットに残油があると、ブシュにより油が剪断されて発熱し、部材が熱膨張することがある。そこで、フライス軸を回転させる前に、ポートから圧縮空気を供給し、圧力ポケットの残油を排出することがなされている（特許文献２の段落００１３参照）。
圧力ポケットおよびポートは、フライス軸の工具から離れた側に設置される。一方、クランプ装置はフライス軸の工具に近い先端側に設置される。クランプ装置と圧力ポケットとは、フライス軸の内部に形成された軸方向に延びる油圧通路で接続される。
フライス軸が回転する際に圧力ポケットに残油があると、ブシュにより油が剪断されて発熱し、部材が熱膨張することがある。そこで、フライス軸を回転させる前に、ポートから圧縮空気を供給し、圧力ポケットの残油を排出することがなされている（特許文献２の段落００１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平８－２８１５０１号公報
【文献】特開平５－４４７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
前述した主軸繰り出し方式の工作機械においては、油圧式のクランプ装置により、進出時の主軸の振れを抑制できる。しかし、フライス軸を主軸ヘッド本体に対して回転させるため、圧力ポケットとポートとは密封することができず、各々の間から周囲に油が漏れ出すことが避けられなかった。
このような油漏れが避けられないため、圧力ポケットおよびポートはフライス軸先端のクランプ装置から離れた位置とせざるを得ず、そのためにフライス軸には軸方向に延びる長い油圧通路を形成する必要があった。
フライス軸に長い油圧通路を形成するには、ガンドリル等による深穴加工が必要になり、製造コストが低減できない。また、長い油圧通路はフライス軸の重量バランスに影響するため、フライス軸の回転中心を挟んで対称に一対の油圧経路を形成することも必要になり、製造時の作業およびコストが倍増していた。
従って、深穴加工を解消して製造作業を容易にし、製造コストを低減することが望まれていた。
このような油漏れが避けられないため、圧力ポケットおよびポートはフライス軸先端のクランプ装置から離れた位置とせざるを得ず、そのためにフライス軸には軸方向に延びる長い油圧通路を形成する必要があった。
フライス軸に長い油圧通路を形成するには、ガンドリル等による深穴加工が必要になり、製造コストが低減できない。また、長い油圧通路はフライス軸の重量バランスに影響するため、フライス軸の回転中心を挟んで対称に一対の油圧経路を形成することも必要になり、製造時の作業およびコストが倍増していた。
従って、深穴加工を解消して製造作業を容易にし、製造コストを低減することが望まれていた。
【0008】
前述した従来のクランプ装置では、皿ばねを用いた付勢部材により常時クランプ状態が維持され、油圧により解除機構を動作させた状態ではクランプ状態が解除される。
ここで、クランプ状態でのクランプ力は皿ばねに依存するので、安定したクランプ力が得られる。一方、クランプ状態解除の際には、皿ばねによるクランプ力以上のアンクランプ力を加える必要がある。
しかし、前述したように、圧力ポケットとポートとの間が密封されておらず、油漏れによる圧力損失が生じる。そのため、アンクランプ力を大きくすることができず、その結果クランプ力も大きくできなかった。
従って、ワークに対する加工能力を高めるために、クランプ装置のクランプ力を更に強化することが望まれていた。
さらに、アンクランプ状態を維持するためには、アンクランプ力を生じさせる油圧の供給を継続する必要があり、油圧供給が継続されることで圧力ポケットとポートとの間からの油漏れも続くことになっていた。
従って、油圧供給がなくてもアンクランプ状態を維持できるようにすることが望まれていた。
ここで、クランプ状態でのクランプ力は皿ばねに依存するので、安定したクランプ力が得られる。一方、クランプ状態解除の際には、皿ばねによるクランプ力以上のアンクランプ力を加える必要がある。
しかし、前述したように、圧力ポケットとポートとの間が密封されておらず、油漏れによる圧力損失が生じる。そのため、アンクランプ力を大きくすることができず、その結果クランプ力も大きくできなかった。
従って、ワークに対する加工能力を高めるために、クランプ装置のクランプ力を更に強化することが望まれていた。
さらに、アンクランプ状態を維持するためには、アンクランプ力を生じさせる油圧の供給を継続する必要があり、油圧供給が継続されることで圧力ポケットとポートとの間からの油漏れも続くことになっていた。
従って、油圧供給がなくてもアンクランプ状態を維持できるようにすることが望まれていた。
【0009】
本発明の目的は、主軸に対するクランプ力を強化でき、アンクランプ状態での油圧供給に起因する発熱（剪断熱の発生）を解消できるとともに、製造が容易で低コストにできる主軸繰り出し方式の工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の工作機械は、先端に工具を装着可能かつ中心軸線廻りに回転可能な主軸と、前記主軸を前記中心軸線方向へ進退自在に収容するフライス軸と、前記フライス軸を前記中心軸線廻りに回転自在に支持する主軸ヘッド本体と、前記フライス軸の回転を前記主軸に伝達する回転伝達機構と、前記主軸ヘッド本体に設置されて前記フライス軸を回転駆動する駆動モータと、前記主軸ヘッド本体に設置されて前記主軸を進退させる進退駆動装置と、前記フライス軸の内側に設置されて前記主軸を拘束するクランプ装置と、を有し、
前記クランプ装置は、前記フライス軸に対して前記中心軸線方向の位置を固定されかつ内側に前記主軸が挿通される内リングと、前記内リングと円錐面を介して嵌合可能な外リングと、前記外リングまたは前記内リングのいずれか一方を前記外リングと前記内リングとが嵌合する方向へ駆動可能なクランプピストンを有するクランプシリンダと、前記外リングまたは前記内リングのいずれか他方を前記クランプピストンとは逆向きに駆動可能なアンクランプピストンを有するアンクランプシリンダと、を有し、
前記フライス軸は、前記フライス軸の外周面に設置されかつ軸側クランプ管路を通して前記クランプシリンダに連通された軸側クランプカプラと、前記フライス軸の外周面に設置されかつ軸側アンクランプ管路を通して前記アンクランプシリンダに連通された軸側アンクランプカプラと、を有し、
前記主軸ヘッド本体は、前記フライス軸が操作角度位置にある状態で前記軸側クランプカプラに結合可能なヘッド側クランプカプラと、前記フライス軸が操作角度位置にある状態で前記軸側アンクランプカプラに結合可能なヘッド側アンクランプカプラと、前記ヘッド側クランプカプラおよび前記ヘッド側アンクランプカプラに圧油を供給可能な圧油供給装置と、を有することを特徴とする。
前記クランプ装置は、前記フライス軸に対して前記中心軸線方向の位置を固定されかつ内側に前記主軸が挿通される内リングと、前記内リングと円錐面を介して嵌合可能な外リングと、前記外リングまたは前記内リングのいずれか一方を前記外リングと前記内リングとが嵌合する方向へ駆動可能なクランプピストンを有するクランプシリンダと、前記外リングまたは前記内リングのいずれか他方を前記クランプピストンとは逆向きに駆動可能なアンクランプピストンを有するアンクランプシリンダと、を有し、
前記フライス軸は、前記フライス軸の外周面に設置されかつ軸側クランプ管路を通して前記クランプシリンダに連通された軸側クランプカプラと、前記フライス軸の外周面に設置されかつ軸側アンクランプ管路を通して前記アンクランプシリンダに連通された軸側アンクランプカプラと、を有し、
前記主軸ヘッド本体は、前記フライス軸が操作角度位置にある状態で前記軸側クランプカプラに結合可能なヘッド側クランプカプラと、前記フライス軸が操作角度位置にある状態で前記軸側アンクランプカプラに結合可能なヘッド側アンクランプカプラと、前記ヘッド側クランプカプラおよび前記ヘッド側アンクランプカプラに圧油を供給可能な圧油供給装置と、を有することを特徴とする。
【0011】
このような本発明では、駆動モータでフライス軸を回転駆動することで、フライス軸と連結された主軸が回転駆動され、主軸の先端に装着された工具によってワークを加工することができる。
加工にあたって、進退駆動装置で主軸を進退させることで、主軸先端すなわち工具の繰り出し長さを調整することができる。フライス軸から主軸を繰り出した場合でも、クランプ装置で主軸をクランプすることで、工具の振れを抑制できる。
本発明のクランプ装置では、主軸をクランプするクランプ動作、およびクランプを解除するアンクランプ動作を実行する際に、それぞれ圧油を供給し、クランプ動作およびアンクランプ動作のとき以外は圧油を停止しておく。
加工にあたって、進退駆動装置で主軸を進退させることで、主軸先端すなわち工具の繰り出し長さを調整することができる。フライス軸から主軸を繰り出した場合でも、クランプ装置で主軸をクランプすることで、工具の振れを抑制できる。
本発明のクランプ装置では、主軸をクランプするクランプ動作、およびクランプを解除するアンクランプ動作を実行する際に、それぞれ圧油を供給し、クランプ動作およびアンクランプ動作のとき以外は圧油を停止しておく。
【0012】
クランプ動作を行う場合、先ず、クランプ準備動作として、フライス軸を主軸ヘッド本体に対して所定の操作角度位置に停止させ、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとが正対する状態としたうえ、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとを結合させる。このとき、併せてヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとの結合も行ってもよい。
次に、クランプ動作として、圧油供給装置からヘッド側クランプカプラに圧油を供給し、軸側クランプカプラおよび軸側クランプ管路を通してクランプシリンダまで圧油を送りこむ。送り込む圧油は、立ち上がりの急なパルス状とすることが好ましい。
クランプシリンダに圧油が供給されると、クランプピストンが、圧油を受けて外リング（または内リング）を、外リングと内リングとが嵌合する方向へ駆動する。駆動された外リング（または内リング）は、円錐面（リング状のテーパ面）を介して嵌合し、内リングが主軸を径方向内向きに締め付け、これにより主軸のクランプが行われる。
このとき、供給される圧油がパルス状であれば、駆動する外リング（または内リング）にインパクトが与えられ、円錐面での嵌合が強固に行われ、クランプ状態の保持性能を高めることができる。
クランプ状態となったら、圧油供給装置からの圧油を停止し、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとを分離する。このとき、ヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとが結合されていれば、併せてこれらの分離も行う。
クランプ状態では、外リングと内リングとの嵌合が、各々の円錐面の摩擦力により維持することができ、クランプシリンダへの圧油を停止してもクランプ状態が維持される。
この状態でフライス軸を駆動モータで回転駆動することで、主軸はフライス軸にクランプされた状態で一体に回転することができる。
次に、クランプ動作として、圧油供給装置からヘッド側クランプカプラに圧油を供給し、軸側クランプカプラおよび軸側クランプ管路を通してクランプシリンダまで圧油を送りこむ。送り込む圧油は、立ち上がりの急なパルス状とすることが好ましい。
クランプシリンダに圧油が供給されると、クランプピストンが、圧油を受けて外リング（または内リング）を、外リングと内リングとが嵌合する方向へ駆動する。駆動された外リング（または内リング）は、円錐面（リング状のテーパ面）を介して嵌合し、内リングが主軸を径方向内向きに締め付け、これにより主軸のクランプが行われる。
このとき、供給される圧油がパルス状であれば、駆動する外リング（または内リング）にインパクトが与えられ、円錐面での嵌合が強固に行われ、クランプ状態の保持性能を高めることができる。
クランプ状態となったら、圧油供給装置からの圧油を停止し、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとを分離する。このとき、ヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとが結合されていれば、併せてこれらの分離も行う。
クランプ状態では、外リングと内リングとの嵌合が、各々の円錐面の摩擦力により維持することができ、クランプシリンダへの圧油を停止してもクランプ状態が維持される。
この状態でフライス軸を駆動モータで回転駆動することで、主軸はフライス軸にクランプされた状態で一体に回転することができる。
【0013】
アンクランプ動作を行う場合、先ず、アンクランプ準備動作として、フライス軸を主軸ヘッド本体に対して所定の操作角度位置に停止させ、ヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとが正対する状態としたうえ、ヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとを結合させる。このとき、併せてヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとの結合も行ってもよい。
次に、アンクランプ動作として、圧油供給装置からヘッド側アンクランプカプラに圧油を供給し、軸側アンクランプカプラおよび軸側アンクランプ管路を通してアンクランプシリンダまで圧油を送りこむ。送り込む圧油は、立ち上がりの急なパルス状とすることが好ましい。
アンクランプシリンダに圧油が供給されると、アンクランプピストンが、圧油を受けて外リング（または内リング）を、クランプ動作における嵌合方向と逆向きに駆動する。駆動された外リング（または内リング）は、円錐面（リング状のテーパ面）による外リングと内リングとの嵌合を分離し、内リングによる主軸の径方向内向きの締め付けを解除し、これにより主軸のアンクランプが行われる。
このとき、供給される圧油がパルス状であれば、駆動する外リング（または内リング）にインパクトが与えられ、円錐面での嵌合が強固であっても確実に解除させることができる。
アンクランプ状態となったら、圧油供給装置からの圧油を停止し、ヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとを分離する。このとき、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとが結合されていれば、併せてこれらの分離も行う。
アンクランプ状態では、内リングおよび外リングは嵌合方向に拘束されておらず、互いに接触することもあるが、クランプ動作のような圧油供給がない限りクランプ状態に至ることはなく、アンクランプシリンダの圧油を停止してもアンクランプ状態が維持される。
この状態でフライス軸を進退駆動装置で進退させることで、主軸はフライス軸からの繰り出し長さを調整することができる。
次に、アンクランプ動作として、圧油供給装置からヘッド側アンクランプカプラに圧油を供給し、軸側アンクランプカプラおよび軸側アンクランプ管路を通してアンクランプシリンダまで圧油を送りこむ。送り込む圧油は、立ち上がりの急なパルス状とすることが好ましい。
アンクランプシリンダに圧油が供給されると、アンクランプピストンが、圧油を受けて外リング（または内リング）を、クランプ動作における嵌合方向と逆向きに駆動する。駆動された外リング（または内リング）は、円錐面（リング状のテーパ面）による外リングと内リングとの嵌合を分離し、内リングによる主軸の径方向内向きの締め付けを解除し、これにより主軸のアンクランプが行われる。
このとき、供給される圧油がパルス状であれば、駆動する外リング（または内リング）にインパクトが与えられ、円錐面での嵌合が強固であっても確実に解除させることができる。
アンクランプ状態となったら、圧油供給装置からの圧油を停止し、ヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとを分離する。このとき、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとが結合されていれば、併せてこれらの分離も行う。
アンクランプ状態では、内リングおよび外リングは嵌合方向に拘束されておらず、互いに接触することもあるが、クランプ動作のような圧油供給がない限りクランプ状態に至ることはなく、アンクランプシリンダの圧油を停止してもアンクランプ状態が維持される。
この状態でフライス軸を進退駆動装置で進退させることで、主軸はフライス軸からの繰り出し長さを調整することができる。
【0014】
以上のように、本発明においては、クランプ動作およびアンクランプ動作の際にそれぞれ圧油を供給し、クランプ動作およびアンクランプ動作の際以外は圧油の供給を停止することができる。つまり、本発明では、従来のようなアンクランプ状態での継続的な油圧供給を解消することができる。
さらに、クランプ動作の際のクランプシリンダへの油圧、およびアンクランプ動作におけるアンクランプシリンダへの油圧は、それぞれ任意に設定することができ、必要に応じてクランプ状態での主軸に対するクランプ力を高めることができる。従って、ワークに対する加工能力を高めるために、クランプ装置のクランプ力を更に強化することができる。
さらに、クランプ動作の際のクランプシリンダへの油圧、およびアンクランプ動作におけるアンクランプシリンダへの油圧は、それぞれ任意に設定することができ、必要に応じてクランプ状態での主軸に対するクランプ力を高めることができる。従って、ワークに対する加工能力を高めるために、クランプ装置のクランプ力を更に強化することができる。
【0015】
さらに、本発明では、クランプ動作の際の圧油の供給にヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとを用い、アンクランプ動作の際の圧油の供給にヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとを用いるようにした。このため、従来のような、フライス軸と主軸ヘッド本体との間での圧油の漏れ出しを防止できる。
そして、フライス軸と主軸ヘッド本体との間の油漏れが防止できるため、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラ、およびヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラは、それぞれクランプ装置の他の部分（内リングおよび外リング、クランプシリンダおよびアンクランプシリンダ）とともに、フライス軸の先端近傍に設置することができる。その結果、従来のような軸方向に延びる長い油圧通路などが必要なく、ガンドリル加工のような特殊な加工を解消することができる。従って、本発明によれば、製造作業を容易にし、製造コストを低減することができる。
そして、フライス軸と主軸ヘッド本体との間の油漏れが防止できるため、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラ、およびヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラは、それぞれクランプ装置の他の部分（内リングおよび外リング、クランプシリンダおよびアンクランプシリンダ）とともに、フライス軸の先端近傍に設置することができる。その結果、従来のような軸方向に延びる長い油圧通路などが必要なく、ガンドリル加工のような特殊な加工を解消することができる。従って、本発明によれば、製造作業を容易にし、製造コストを低減することができる。
【0016】
本発明の工作機械において、前記主軸ヘッド本体は、前記ヘッド側クランプカプラおよび前記ヘッド側アンクランプカプラを、それぞれ前記主軸ヘッド本体の前記フライス軸を収容する部位の内周面から前記フライス軸に向けて進退させるカプラ駆動装置を有することが好ましい。
【0017】
このような本発明では、クランプ動作の際およびアンクランプ動作の際には、カプラ駆動装置でヘッド側クランプカプラおよびヘッド側アンクランプカプラを進出させることで、軸側クランプカプラおよび軸側アンクランプカプラに結合させることができる。一方、加工動作の際には、クランプ動作およびアンクランプ動作を行わないため、カプラ駆動装置でヘッド側クランプカプラおよびヘッド側アンクランプカプラを後退させておくことができる。これにより、フライス軸が主軸ヘッド本体に対して回転する際に、カプラどうしの干渉などが生じることを防止でき、円滑な動作を行うことができる。
【0018】
本発明の工作機械において、前記軸側クランプカプラおよび前記軸側アンクランプカプラは、前記ヘッド側クランプカプラまたは前記ヘッド側アンクランプカプラとの結合が解除された状態で圧油の流通を遮断可能なバルブを有することが好ましい。
【0019】
このような本発明では、ヘッド側クランプカプラと軸側クランプカプラとの結合、およびヘッド側アンクランプカプラと軸側アンクランプカプラとの結合が解除された際に、軸側クランプカプラおよび軸側アンクランプカプラがバルブで閉鎖され、軸側クランプ管路を通してクランプシリンダの圧油が流出すること、および軸側アンクランプ管路を通してアンクランプシリンダの圧油が流出することを防止できる。
【0020】
本発明の工作機械において、前記外リングおよび前記内リングが互いに嵌合する前記円錐面は、前記フライス軸の先端側に向けて拡径した形状であることが好ましい。
【0021】
このような本発明では、加工時にワークから工具への反力が生じ、主軸が先端側から反対側に向けて付勢された際に、フライス軸の先端側に向けて拡径した円錐面によって内リングが外リングに押込まれ、嵌合が補強されることになる。その結果、クランプ装置による主軸のクランプ力を補強することができる。
なお、内リングおよび外リングの組（クランプリング）を複数設置する場合、少なくとも１組の円錐面がフライス軸の先端側に向けて拡径していればよい。
なお、内リングおよび外リングの組（クランプリング）を複数設置する場合、少なくとも１組の円錐面がフライス軸の先端側に向けて拡径していればよい。
【0022】
本発明の工作機械において、前記内リングは、内周面が前記主軸の外周面に接触可能に配置され、かつ前記フライス軸に対して前記中心軸線方向に位置規制されており、前記外リングは、前記クランプシリンダおよび前記アンクランプシリンダで駆動可能であることが好ましい。
【0023】
このようは本発明では、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に、クランプシリンダまたはアンクランプシリンダで外リングが駆動されることで、内リングに対して嵌合または解除される。
内リングは、外リングとの嵌合時に内周面が主軸の外周面に接触することで、強いクランプ力が得られる。さらに、内リングは、中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
内リングは、外リングとの嵌合時に内周面が主軸の外周面に接触することで、強いクランプ力が得られる。さらに、内リングは、中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
【0024】
本発明の工作機械において、前記外リングは、前記フライス軸の内周面に固定され、
前記内リングの内周面と前記主軸の外周面との間には前記フライス軸に対して前記中心軸線方向に位置規制された円筒状のスリーブが設置され、前記内リングは、前記クランプシリンダおよび前記アンクランプシリンダで駆動可能であることが好ましい。
本発明において、外リングは、別部材をフライス軸の内周面に固定してもよく、フライス軸の内周面に円錐面を加工して外リングとしてもよい。
前記内リングの内周面と前記主軸の外周面との間には前記フライス軸に対して前記中心軸線方向に位置規制された円筒状のスリーブが設置され、前記内リングは、前記クランプシリンダおよび前記アンクランプシリンダで駆動可能であることが好ましい。
本発明において、外リングは、別部材をフライス軸の内周面に固定してもよく、フライス軸の内周面に円錐面を加工して外リングとしてもよい。
【0025】
このようは本発明では、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に、クランプシリンダまたはアンクランプシリンダで内リングが駆動されることで、外リングに対して嵌合または解除される。
内リングは、外リングとの嵌合時に内周面がスリーブを介して主軸の外周面に押し付けられることで、十分なクランプ力が得られる。
内リングと主軸との間のスリーブは、フライス軸の中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
外リングは、フライス軸の内周面に固定され、あるいはフライス軸の内周面と一体化することができるとともに、クランプシリンダまたはアンクランプシリンダが内リングを駆動するため、フライス軸に形成されるクランプ装置としての厚みを小さくすることができる。
内リングは、外リングとの嵌合時に内周面がスリーブを介して主軸の外周面に押し付けられることで、十分なクランプ力が得られる。
内リングと主軸との間のスリーブは、フライス軸の中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
外リングは、フライス軸の内周面に固定され、あるいはフライス軸の内周面と一体化することができるとともに、クランプシリンダまたはアンクランプシリンダが内リングを駆動するため、フライス軸に形成されるクランプ装置としての厚みを小さくすることができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、主軸に対するクランプ力を強化でき、アンクランプ状態での油圧供給を解消できるとともに、製造が容易で低コストにできる主軸繰り出し方式の工作機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の第１実施形態の工作機械の全体を示す斜視図。
【図2】前記第１実施形態の主軸ヘッド本体を示す断面図。
【図3】前記第１実施形態のクランプ装置を示す断面図。
【図4】前記第１実施形態の主軸先端側を示す正面図。
【図5】前記第１実施形態のクランプ装置のクランプ状態を示す拡大断面図。
【図6】前記第１実施形態のクランプ装置のアンクランプ状態を示す拡大断面図。
【図7】前記第１実施形態のクランプ装置の操作を示すフローチャート。
【図8】本発明の第２実施形態のクランプ装置を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0028】
〔第１実施形態〕
図１において、工作機械１は、本発明に基づく主軸繰り出し方式の工作機械である。
工作機械１は、ベッド２の上面にテーブル３およびコラム４を有する。
テーブル３は、Ｘ軸移動機構５およびＺ軸移動機構６により、水平かつ互いに交差するＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能である。
コラム４には、主軸ヘッド本体１０が支持されている。主軸ヘッド本体１０は、図示しないＹ軸移動機構を介してコラム４に支持され、コラム４に沿って昇降つまりＹ軸方向へ移動可能である。
図１において、工作機械１は、本発明に基づく主軸繰り出し方式の工作機械である。
工作機械１は、ベッド２の上面にテーブル３およびコラム４を有する。
テーブル３は、Ｘ軸移動機構５およびＺ軸移動機構６により、水平かつ互いに交差するＸ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能である。
コラム４には、主軸ヘッド本体１０が支持されている。主軸ヘッド本体１０は、図示しないＹ軸移動機構を介してコラム４に支持され、コラム４に沿って昇降つまりＹ軸方向へ移動可能である。
【0029】
図２において、主軸ヘッド本体１０には、繰り出し方式の主軸２０およびフライス軸３０が設置されている。
主軸２０は、先端に工具を装着するチャック２１を有し、フライス軸３０の中心部に同軸つまり互いの中心軸線が一致した状態で進退自在に収容されている。主軸２０およびフライス軸３０の中心軸線は、工作機械１のＺ軸方向とされている。
フライス軸３０は、軸受３１，３２を介して主軸ヘッド本体１０に回転自在に支持されている。主軸ヘッド本体１０には、フライス軸３０を回転駆動する駆動モータ１１が設置され、図示しない伝達機構を介してフライス軸３０に接続されている。
主軸２０は、先端に工具を装着するチャック２１を有し、フライス軸３０の中心部に同軸つまり互いの中心軸線が一致した状態で進退自在に収容されている。主軸２０およびフライス軸３０の中心軸線は、工作機械１のＺ軸方向とされている。
フライス軸３０は、軸受３１，３２を介して主軸ヘッド本体１０に回転自在に支持されている。主軸ヘッド本体１０には、フライス軸３０を回転駆動する駆動モータ１１が設置され、図示しない伝達機構を介してフライス軸３０に接続されている。
【0030】
主軸２０とフライス軸３０との間には、フライス軸３０の回転を主軸２０に伝達する回転伝達機構１２が設置されている。
回転伝達機構１２は、主軸２０の外周面に形成された長手方向に延びるキー溝２２と、フライス軸３０に固定されてキー溝２２に嵌合するキー部材３３とを有し、フライス軸３０と主軸２０との間で回転を伝達可能であるとともに、フライス軸３０と主軸２０との長手方向への移動を許容可能である。
回転伝達機構１２は、主軸２０の外周面に形成された長手方向に延びるキー溝２２と、フライス軸３０に固定されてキー溝２２に嵌合するキー部材３３とを有し、フライス軸３０と主軸２０との間で回転を伝達可能であるとともに、フライス軸３０と主軸２０との長手方向への移動を許容可能である。
【0031】
主軸ヘッド本体１０には、フライス軸３０および主軸ヘッド本体１０に対して主軸２０を中心軸線方向へ進退させる進退駆動装置１３が設置されている。
進退駆動装置１３は、主軸２０のチャック２１と反対側端に当接する当接部材１４と、当接部材１４を主軸２０の長手方向（中心軸線方向）へ移動させる送りねじ機構１５および進退駆動モータ１６とを有する。主軸２０は、当接部材１４で押されることで、先端側へ移動し、これによりフライス軸３０の先端側から繰り出し（Ｗ軸移動）が可能である。一方、当接部材１４を主軸２０の端部から離隔させるとともに、先端などから逆向きの力を与えることで、主軸２０はフライス軸３０内に戻すことができる。
進退駆動装置１３は、主軸２０のチャック２１と反対側端に当接する当接部材１４と、当接部材１４を主軸２０の長手方向（中心軸線方向）へ移動させる送りねじ機構１５および進退駆動モータ１６とを有する。主軸２０は、当接部材１４で押されることで、先端側へ移動し、これによりフライス軸３０の先端側から繰り出し（Ｗ軸移動）が可能である。一方、当接部材１４を主軸２０の端部から離隔させるとともに、先端などから逆向きの力を与えることで、主軸２０はフライス軸３０内に戻すことができる。
【0032】
このような工作機械１においては、テーブル３にワークを載置し、主軸２０に加工に応じた工具を装着して加工を行う。
加工の際には、Ｘ軸移動機構５、Ｚ軸移動機構６、およびコラム４に設置された図示しないＹ軸移動機構によりワークと工具との相対位置を制御し、駆動モータ１１でフライス軸３０を回転駆動することで、回転伝達機構１２を介して回転力が主軸２０に伝達され、主軸２０に装着された工具を回転させてワークを加工する。
ワークの奥まった部分などに対しては、進退駆動装置１３により主軸２０をＷ軸方向へ進出させて（繰り出して）加工を行うことができる。
このような繰り出し状態（主軸２０が進出した状態）において、フライス軸３０と主軸２０との振れを防止するために、フライス軸３０の先端近傍で主軸２０を拘束するクランプ装置４０が設置されている。
加工の際には、Ｘ軸移動機構５、Ｚ軸移動機構６、およびコラム４に設置された図示しないＹ軸移動機構によりワークと工具との相対位置を制御し、駆動モータ１１でフライス軸３０を回転駆動することで、回転伝達機構１２を介して回転力が主軸２０に伝達され、主軸２０に装着された工具を回転させてワークを加工する。
ワークの奥まった部分などに対しては、進退駆動装置１３により主軸２０をＷ軸方向へ進出させて（繰り出して）加工を行うことができる。
このような繰り出し状態（主軸２０が進出した状態）において、フライス軸３０と主軸２０との振れを防止するために、フライス軸３０の先端近傍で主軸２０を拘束するクランプ装置４０が設置されている。
【0033】
図３および図４において、クランプ装置４０は、内リング４１、外リング４２、クランプピストン４３１、アンクランプピストン４４１を有し、これらはフライス軸３０の先端側内周面に形成されたキャビティ４００に収容されている。
【0034】
内リング４１は、外周面が主軸２０の先端側に向けて拡径する円錐面４１１とされた円筒状の部材であり、内リング４１の内側には主軸２０が挿通されている。
内リング４１は、筒状部材４０１を介してキャビティ４００の端部壁に当接されるとともに、キャビティ４００を封止する蓋部材４０２から主軸２０に沿って伸びる筒状部４０３に当接されることで、フライス軸３０の中心軸線方向に対して位置を規制されている。
内リング４１の内周面と主軸２０の外周面との間には、僅かな間隔が形成されている。この間隔は、内リング４１が外力で内向きに絞られた際に、内リング４１と主軸２０とが密着する程度の僅かな寸法とされている。
内リング４１は、筒状部材４０１を介してキャビティ４００の端部壁に当接されるとともに、キャビティ４００を封止する蓋部材４０２から主軸２０に沿って伸びる筒状部４０３に当接されることで、フライス軸３０の中心軸線方向に対して位置を規制されている。
内リング４１の内周面と主軸２０の外周面との間には、僅かな間隔が形成されている。この間隔は、内リング４１が外力で内向きに絞られた際に、内リング４１と主軸２０とが密着する程度の僅かな寸法とされている。
【0035】
外リング４２は、内周面が主軸２０の先端側に向けて拡径する円錐面４２１とされた円筒状の部材であり、内リング４１の外側に同軸状に配置されている。
外リング４２の内側の円錐面４２１は、内リング４１の円錐面４１１に対向され、外リング４２と内リング４１とが主軸２０に沿って相対変位することで嵌合可能である。
すなわち、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端向きに変位させることで、互いの円錐面４１１，４２１が嵌合し、外リング４２により内リング４１を締め付けて主軸２０をクランプ可能である。クランプ状態では、互いの円錐面４１１，４２１の摩擦力により、当該クランプ状態を維持可能である。
一方、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端向きと逆向きに変位させることで、締め付け状態を解除（アンクランプ）し、この状態では主軸２０の移動（Ｗ軸方向の繰り出し）が可能である。
外リング４２の内側の円錐面４２１は、内リング４１の円錐面４１１に対向され、外リング４２と内リング４１とが主軸２０に沿って相対変位することで嵌合可能である。
すなわち、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端向きに変位させることで、互いの円錐面４１１，４２１が嵌合し、外リング４２により内リング４１を締め付けて主軸２０をクランプ可能である。クランプ状態では、互いの円錐面４１１，４２１の摩擦力により、当該クランプ状態を維持可能である。
一方、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端向きと逆向きに変位させることで、締め付け状態を解除（アンクランプ）し、この状態では主軸２０の移動（Ｗ軸方向の繰り出し）が可能である。
【0036】
クランプピストン４３１は、キャビティ４００と筒状部材４０１との間に配置された円筒状の部材である。クランプピストン４３１の外周面とキャビティ４００の内周面、およびクランプピストン４３１の内周面と筒状部材４０１の外周面との間は、それぞれシール部材でシールされている。
【0037】
図５に示すように、クランプピストン４３１は、一端側が外リング４２の主軸２０の先端と反対側の端面に当接され、クランプピストン４３１の他端側に圧油を供給することで、外リング４２を内リング４１と嵌合する方向へ駆動可能である。これらのキャビティ４００と筒状部材４０１との間の空間およびクランプピストン４３１により、クランプ装置４０をクランプ状態とするためのクランプシリンダ４３が形成されている。
【0038】
アンクランプピストン４４１は、キャビティ４００と筒状部４０３との間に配置された円筒状の部材である。アンクランプピストン４４１の外周面とキャビティ４００の内周面、およびアンクランプピストン４４１の内周面と筒状部４０３の外周面との間は、それぞれシール部材でシールされている。
【0039】
図６に示すように、アンクランプピストン４４１は、一端側が外リング４２の主軸２０の先端側の端面に当接され、アンクランプピストン４４１の他端側に圧油を供給することで、外リング４２を内リング４１との嵌合が解除される方向へ駆動可能である。これらのキャビティ４００と筒状部４０３との間の空間およびアンクランプピストン４４１により、クランプ装置４０のクランプ状態を解除する（アンクランプする）ためのアンクランプシリンダ４４が形成されている。
【0040】
クランプ装置４０においては、クランプシリンダ４３に圧油を供給することで、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端向きに変位させ、外リング４２により内リング４１を締め付けて主軸２０をクランプ可能である。
一方、アンクランプシリンダ４４に圧油を供給することで、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端側と逆向きに変位させ、外リング４２による内リング４１の締め付けを解除し、主軸２０をアンクランプ可能である。
一方、アンクランプシリンダ４４に圧油を供給することで、外リング４２を内リング４１に対して主軸２０の先端側と逆向きに変位させ、外リング４２による内リング４１の締め付けを解除し、主軸２０をアンクランプ可能である。
【0041】
図３および図４に戻って、これらのクランプシリンダ４３およびアンクランプシリンダ４４への交互的な圧油供給を行うために、クランプシリンダ４３はクランプ圧油ライン４５を介して、アンクランプシリンダ４４はアンクランプ圧油ライン４６を介して、それぞれ圧油供給装置１７に接続されている。
【0042】
圧油供給装置１７は、主軸ヘッド本体１０に設置されて、クランプ圧油ライン４５およびアンクランプ圧油ライン４６に圧油を交互に供給可能な油圧源であり、主軸２０のセンタースルーホールを通して工具にクーラントを供給する既存の油圧源が利用できる。
圧油供給装置１７は、立ち上がりの急なパルス状の圧油を供給可能であることが好ましい。
圧油供給装置１７は、立ち上がりの急なパルス状の圧油を供給可能であることが好ましい。
【0043】
クランプ圧油ライン４５は、フライス軸３０側に設置されるクランプシリンダ４３と主軸ヘッド本体１０に設置される圧油供給装置１７とを接続するものであり、軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、ヘッド側クランプカプラ４５３、およびヘッド側クランプ管路４５４で構成される。
軸側クランプ管路４５１は、フライス軸３０に穿孔された通路を連続させて形成され、クランプシリンダ４３と軸側クランプカプラ４５２とを連通させている。
軸側クランプカプラ４５２は、フライス軸３０の外周面に穿孔された凹部に嵌め込まれ、表面の一部がフライス軸３０の外周面に露出した状態で保持されている。ただし、軸側クランプカプラ４５２はフライス軸３０の外周面からは突出しない。
軸側クランプ管路４５１は、フライス軸３０に穿孔された通路を連続させて形成され、クランプシリンダ４３と軸側クランプカプラ４５２とを連通させている。
軸側クランプカプラ４５２は、フライス軸３０の外周面に穿孔された凹部に嵌め込まれ、表面の一部がフライス軸３０の外周面に露出した状態で保持されている。ただし、軸側クランプカプラ４５２はフライス軸３０の外周面からは突出しない。
【0044】
ヘッド側クランプカプラ４５３は、主軸ヘッド本体１０の軸側クランプカプラ４５２と対向可能な内周面に穿孔された凹部に移動可能に収容されている。フライス軸３０が所定の操作角度位置で停止し、軸側クランプカプラ４５２がヘッド側クランプカプラ４５３に正対した状態（互いに真正面に位置合わせされて結合可能な状態）にあるとき、ヘッド側クランプカプラ４５３を軸側クランプカプラ４５２に向けて移動させることで、ヘッド側クランプカプラ４５３の先端部が主軸ヘッド本体１０の内周面から突出し、軸側クランプカプラ４５２に液密状体で結合可能である。一方、ヘッド側クランプカプラ４５３を後退させることで、先端部が主軸ヘッド本体１０の内周面から突出しない状態とされ、フライス軸３０を主軸ヘッド本体１０に対して回転させることが可能となる。
【0045】
ヘッド側クランプカプラ４５３の移動を行うために、主軸ヘッド本体１０にはカプラ駆動装置４７が設置されている。
カプラ駆動装置４７は、例えば油圧シリンダで構成され、主軸ヘッド本体１０に収容されたヘッド側クランプカプラ４５３を駆動し、フライス軸３０に保持された軸側クランプカプラ４５２に向けて進出させ、あるいは逆向きに後退させることが可能である。
カプラ駆動装置４７は、例えば油圧シリンダで構成され、主軸ヘッド本体１０に収容されたヘッド側クランプカプラ４５３を駆動し、フライス軸３０に保持された軸側クランプカプラ４５２に向けて進出させ、あるいは逆向きに後退させることが可能である。
【0046】
ヘッド側クランプ管路４５４は、ヘッド側クランプカプラ４５３が収容された凹部に一端が接続され、この凹部を通してヘッド側クランプカプラ４５３に連通されるとともに、他端が圧油供給装置１７に接続されている。
【0047】
以上のように、軸側クランプカプラ４５２およびヘッド側クランプカプラ４５３が結合された状態では、軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、ヘッド側クランプカプラ４５３、およびヘッド側クランプ管路４５４により一連のクランプ圧油ライン４５が構成され、圧油供給装置１７からの圧油をクランプシリンダ４３まで供給可能である。一方、軸側クランプカプラ４５２およびヘッド側クランプカプラ４５３を分離し、ヘッド側クランプカプラ４５３を後退させた状態では、主軸２０およびフライス軸３０を主軸ヘッド本体１０に対して回転させることが可能である。
【0048】
ところで、軸側クランプカプラ４５２およびヘッド側クランプカプラ４５３を分離した状態で、クランプシリンダ４３ないし軸側クランプ管路４５１にあった圧油が軸側クランプカプラ４５２から漏出しないように、軸側クランプカプラ４５２には圧油の流路を閉鎖可能なバルブ４５５が設置されている。
バルブ４５５は、軸側クランプカプラ４５２の内部にボール状の弁体を配置し、軸側クランプ管路４５１内の油圧により流路を閉鎖する逆止弁とされている。ヘッド側クランプカプラ４５３には、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが結合された状態でバルブ４５５の弁体まで到達可能な図示しないプッシュロッドが設置されている。
バルブ４５５は、軸側クランプカプラ４５２の内部にボール状の弁体を配置し、軸側クランプ管路４５１内の油圧により流路を閉鎖する逆止弁とされている。ヘッド側クランプカプラ４５３には、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが結合された状態でバルブ４５５の弁体まで到達可能な図示しないプッシュロッドが設置されている。
【0049】
従って、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが結合された際には、バルブ４５５の弁体がプッシュロッドで押されて流路が開かれ、ヘッド側クランプカプラ４５３からクランプシリンダ４３へと圧油が供給される。
一方、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが分離された際には、バルブ４５５により流路が閉鎖され、軸側クランプ管路４５１およびクランプシリンダ４３からの圧油の漏出を防止できる。
一方、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが分離された際には、バルブ４５５により流路が閉鎖され、軸側クランプ管路４５１およびクランプシリンダ４３からの圧油の漏出を防止できる。
【0050】
アンクランプ圧油ライン４６は、フライス軸３０側に設置されるアンクランプシリンダ４４と主軸ヘッド本体１０に設置される圧油供給装置１７とを接続するものであり、軸側アンクランプ管路４６１、軸側アンクランプカプラ４６２、ヘッド側アンクランプカプラ４６３、ヘッド側クランプ管路４６４、およびバルブ４６５で構成されている。
これらは、それぞれクランプ圧油ライン４５の軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、ヘッド側クランプカプラ４５３、ヘッド側クランプ管路４５４、およびバルブ４５５と同様に構成されており、重複する説明は省略する。
これらは、それぞれクランプ圧油ライン４５の軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、ヘッド側クランプカプラ４５３、ヘッド側クランプ管路４５４、およびバルブ４５５と同様に構成されており、重複する説明は省略する。
【0051】
以上のようなクランプ圧油ライン４５およびアンクランプ圧油ライン４６のうち、回転動作するフライス軸３０に形成された部分、つまり軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、軸側アンクランプ管路４６１、および軸側アンクランプカプラ４６２は、それぞれフライス軸３０の反対側に一対（それぞれ回転中心軸線に対して対称に）設置されている。
なお、反対側に一対の構成のうち一方は、実際に圧油が通らないダミーであってもよく、あるいは反対側の構成との重量バランス（フライス軸３０の回転中心軸線に対する対称性）を確保するためのバランス調整用ウエイトなどであってもよい。
なお、反対側に一対の構成のうち一方は、実際に圧油が通らないダミーであってもよく、あるいは反対側の構成との重量バランス（フライス軸３０の回転中心軸線に対する対称性）を確保するためのバランス調整用ウエイトなどであってもよい。
【0052】
〔第１実施形態の動作〕
本実施形態の工作機械１においては、図７に示す手順で動作を行う。
工作機械１による加工を行う際には、クランプ装置４０によりフライス軸３０の先端で主軸２０をクランプする。
アンクランプ状態（図６の状態）では、内リング４１と外リング４２とは嵌合しておらず、主軸２０に対する締め付け力は解除されている。この状態で、クランプ準備動作（処理Ｓ１）およびクランプ動作（処理Ｓ２）を順次行うことで、主軸２０はクランプ状態（図５の状態）とされる。
本実施形態の工作機械１においては、図７に示す手順で動作を行う。
工作機械１による加工を行う際には、クランプ装置４０によりフライス軸３０の先端で主軸２０をクランプする。
アンクランプ状態（図６の状態）では、内リング４１と外リング４２とは嵌合しておらず、主軸２０に対する締め付け力は解除されている。この状態で、クランプ準備動作（処理Ｓ１）およびクランプ動作（処理Ｓ２）を順次行うことで、主軸２０はクランプ状態（図５の状態）とされる。
【0053】
クランプ準備動作（処理Ｓ１）では、フライス軸３０を回転させて所定の操作角度位置に停止させる。操作角度位置では、軸側クランプカプラ４５２とヘッド側クランプカプラ４５３と、および軸側アンクランプカプラ４６２とヘッド側アンクランプカプラ４６３とが、それぞれ正対した状態となる。
この状態で、カプラ駆動装置４７により、主軸ヘッド本体１０側のヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を進出させ、それぞれフライス軸３０側の軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２に結合させる。
この状態で、カプラ駆動装置４７により、主軸ヘッド本体１０側のヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を進出させ、それぞれフライス軸３０側の軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２に結合させる。
【0054】
クランプ準備動作（処理Ｓ１）により、クランプ側およびアンクランプ側の各カプラが結合した状態となったら、クランプ動作（処理Ｓ２）を行う。
クランプ動作（処理Ｓ２）では、圧油供給装置１７からクランプ圧油ライン４５を通してクランプシリンダ４３に、立ち上がりの急なパルス状の圧油を供給する。この圧油により、クランプピストン４３１が外リング４２にインパクトをもって当接し、外リング４２と内リング４１とが強固に嵌合される（図５参照）。その結果、アンクランプ状態にあったクランプ装置４０はクランプ状態となる。
クランプ動作（処理Ｓ２）では、圧油供給装置１７からクランプ圧油ライン４５を通してクランプシリンダ４３に、立ち上がりの急なパルス状の圧油を供給する。この圧油により、クランプピストン４３１が外リング４２にインパクトをもって当接し、外リング４２と内リング４１とが強固に嵌合される（図５参照）。その結果、アンクランプ状態にあったクランプ装置４０はクランプ状態となる。
【0055】
クランプ状態になったら、カプラ駆動装置４７により、主軸ヘッド本体１０側のヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を後退させ、それぞれフライス軸３０側の軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２から分離する。これにより、フライス軸３０は主軸ヘッド本体１０に対して回転可能な状態に戻る。
【0056】
クランプ状態で主軸２０およびフライス軸３０が回転可能な状態になったら、駆動モータ１１でフライス軸３０および主軸２０を回転させ、ワークに対して所望の加工動作を行う（処理Ｓ３）。
一連の加工が済んだら、フライス軸３０および主軸２０を停止させた状態で、オペレータまたは自動制御装置が、主軸２０のＷ軸移動（繰り出しあるいは戻し）が必要かを判定する（処理Ｓ４）。
Ｗ軸移動が必要でなければ、加工動作（処理Ｓ３）およびＷ軸移動の判定（処理Ｓ４）を繰り返す。
一連の加工が済んだら、フライス軸３０および主軸２０を停止させた状態で、オペレータまたは自動制御装置が、主軸２０のＷ軸移動（繰り出しあるいは戻し）が必要かを判定する（処理Ｓ４）。
Ｗ軸移動が必要でなければ、加工動作（処理Ｓ３）およびＷ軸移動の判定（処理Ｓ４）を繰り返す。
【0057】
Ｗ軸移動が必要なら、クランプ装置４０による主軸２０のクランプを解除するために、アンクランプ準備動作（処理Ｓ５）およびアンクランプ動作（処理Ｓ６）を順次行う。
アンクランプ準備動作（処理Ｓ５）では、フライス軸３０を所定の操作角度位置で停止させる。操作角度位置では、軸側クランプカプラ４５２とヘッド側クランプカプラ４５３と、および軸側アンクランプカプラ４６２とヘッド側アンクランプカプラ４６３とが、それぞれ正対した状態となる。
この状態で、カプラ駆動装置４７により、主軸ヘッド本体１０側のヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を進出させ、それぞれフライス軸３０側の軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２に結合させる。
本実施形態では、クランプ側およびアンクランプ側のカプラを共に操作するため、アンクランプ準備動作（処理Ｓ５）とクランプ準備動作（処理Ｓ１）とは同じ内容である。
アンクランプ準備動作（処理Ｓ５）では、フライス軸３０を所定の操作角度位置で停止させる。操作角度位置では、軸側クランプカプラ４５２とヘッド側クランプカプラ４５３と、および軸側アンクランプカプラ４６２とヘッド側アンクランプカプラ４６３とが、それぞれ正対した状態となる。
この状態で、カプラ駆動装置４７により、主軸ヘッド本体１０側のヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を進出させ、それぞれフライス軸３０側の軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２に結合させる。
本実施形態では、クランプ側およびアンクランプ側のカプラを共に操作するため、アンクランプ準備動作（処理Ｓ５）とクランプ準備動作（処理Ｓ１）とは同じ内容である。
【0058】
アンクランプ準備動作（処理Ｓ５）により、クランプ側およびアンクランプ側の各カプラが結合した状態となったら、アンクランプ動作（処理Ｓ６）を行う。
アンクランプ動作（処理Ｓ６）では、圧油供給装置１７からアンクランプ圧油ライン４６を通してアンクランプシリンダ４４に、立ち上がりの急なパルス状の圧油を供給する。この圧油により、アンクランプピストン４４１が外リング４２にインパクトをもって当接し、外リング４２と内リング４１との嵌合が確実に解除される（図６参照）。その結果、クランプ状態にあったクランプ装置４０はアンクランプ状態となる。
アンクランプ動作（処理Ｓ６）では、圧油供給装置１７からアンクランプ圧油ライン４６を通してアンクランプシリンダ４４に、立ち上がりの急なパルス状の圧油を供給する。この圧油により、アンクランプピストン４４１が外リング４２にインパクトをもって当接し、外リング４２と内リング４１との嵌合が確実に解除される（図６参照）。その結果、クランプ状態にあったクランプ装置４０はアンクランプ状態となる。
【0059】
アンクランプ状態になったら、カプラ駆動装置４７により、主軸ヘッド本体１０側のヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を後退させ、それぞれフライス軸３０側の軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２から分離する。これにより、フライス軸３０は主軸ヘッド本体１０に対して回転可能な状態に戻る。
アンクランプ状態においては、進退駆動装置１３で主軸２０を進出または後退させることで、主軸２０を所望のＷ軸位置に設定する（処理Ｓ７）。
アンクランプ状態においては、進退駆動装置１３で主軸２０を進出または後退させることで、主軸２０を所望のＷ軸位置に設定する（処理Ｓ７）。
【0060】
主軸２０のＷ軸移動が済んだら、前述したクランプ準備動作（処理Ｓ１）およびクランプ動作（処理Ｓ２）により、クランプ装置４０で主軸２０をクランプすることで、加工動作（処理Ｓ３）を再開することができる。
【0061】
〔第１実施形態の効果〕
本実施形態では、駆動モータ１１でフライス軸３０を回転駆動することで、回転伝達機構１２ないし主軸２０までが回転駆動され、主軸２０の先端に装着された工具によってワークを加工することができる。
加工にあたって、進退駆動装置１３で主軸２０を進退させることで、フライス軸３０からの主軸２０ないし工具の繰り出し長さを調整することができる。フライス軸３０から主軸２０を繰り出した場合でも、クランプ装置４０で主軸２０をクランプすることで、工具の振れを抑制できる。
本実施形態では、駆動モータ１１でフライス軸３０を回転駆動することで、回転伝達機構１２ないし主軸２０までが回転駆動され、主軸２０の先端に装着された工具によってワークを加工することができる。
加工にあたって、進退駆動装置１３で主軸２０を進退させることで、フライス軸３０からの主軸２０ないし工具の繰り出し長さを調整することができる。フライス軸３０から主軸２０を繰り出した場合でも、クランプ装置４０で主軸２０をクランプすることで、工具の振れを抑制できる。
【0062】
本実施形態においては、クランプ動作およびアンクランプ動作の際に、それぞれクランプシリンダ４３またはアンクランプシリンダ４４に圧油を供給し、クランプ動作およびアンクランプ動作の際以外は圧油の供給を停止することができる。つまり、本実施形態では、従来のようなアンクランプ状態での継続的な圧油供給を解消することができる。
さらに、クランプ動作の際のクランプシリンダ４３への圧油、およびアンクランプ動作におけるアンクランプシリンダ４４への圧油は、それぞれ任意に設定することができ、必要に応じてクランプ状態での主軸２０に対するクランプ力を高めることができる。従って、ワークに対する加工能力を高めるために、クランプ装置４０のクランプ力を更に強化することができる。
本実施形態では、送り込む圧油を、立ち上がりの急なパルス状とすることで、クランプ動作およびアンクランプ動作において外リング４２にインパクトを与えることができ、クランプ動作時には内リング４１との嵌合を強固にできるとともに、アンクランプ動作時には嵌合の解除を確実にできる。
さらに、クランプ動作の際のクランプシリンダ４３への圧油、およびアンクランプ動作におけるアンクランプシリンダ４４への圧油は、それぞれ任意に設定することができ、必要に応じてクランプ状態での主軸２０に対するクランプ力を高めることができる。従って、ワークに対する加工能力を高めるために、クランプ装置４０のクランプ力を更に強化することができる。
本実施形態では、送り込む圧油を、立ち上がりの急なパルス状とすることで、クランプ動作およびアンクランプ動作において外リング４２にインパクトを与えることができ、クランプ動作時には内リング４１との嵌合を強固にできるとともに、アンクランプ動作時には嵌合の解除を確実にできる。
【0063】
本実施形態では、クランプ動作の際の圧油の供給にヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とを用い、アンクランプ動作の際の圧油の供給にヘッド側アンクランプカプラ４６３と軸側アンクランプカプラ４６２とを用いるようにした。このため、従来のような、フライス軸３０と主軸ヘッド本体１０との間での圧油の漏れ出しを防止できる。
そして、フライス軸３０と主軸ヘッド本体１０との間の油漏れが防止できるため、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２、およびヘッド側アンクランプカプラ４６３と軸側アンクランプカプラ４６２は、それぞれクランプ装置４０の他の部分（内リング４１および外リング４２、クランプシリンダ４３およびアンクランプシリンダ４４）とともに、フライス軸３０の先端近傍に設置することができる。その結果、従来のような軸方向に延びる長い油圧通路などが必要なく、ガンドリル加工のような特殊な加工を解消することができる。従って、本実施形態によれば、製造作業を容易にし、製造コストを低減することができる。
そして、フライス軸３０と主軸ヘッド本体１０との間の油漏れが防止できるため、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２、およびヘッド側アンクランプカプラ４６３と軸側アンクランプカプラ４６２は、それぞれクランプ装置４０の他の部分（内リング４１および外リング４２、クランプシリンダ４３およびアンクランプシリンダ４４）とともに、フライス軸３０の先端近傍に設置することができる。その結果、従来のような軸方向に延びる長い油圧通路などが必要なく、ガンドリル加工のような特殊な加工を解消することができる。従って、本実施形態によれば、製造作業を容易にし、製造コストを低減することができる。
【0064】
本実施形態では、主軸ヘッド本体１０にカプラ駆動装置４７を設け、ヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を、それぞれ主軸ヘッド本体１０のフライス軸３０を収容する部位の内周面からフライス軸３０に向けて進退させるようにした。
このため、クランプ装置４０において、クランプ動作の際およびアンクランプ動作の際には、カプラ駆動装置４７でヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を進出させることで、軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２に結合させることができる。一方、加工動作の際には、クランプ動作およびアンクランプ動作を行わないため、カプラ駆動装置４７でヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を後退させておくことができる。これにより、フライス軸３０が主軸ヘッド本体１０に対して回転する際に、カプラどうしの干渉などが生じることを防止でき、円滑な動作を行うことができる。
このため、クランプ装置４０において、クランプ動作の際およびアンクランプ動作の際には、カプラ駆動装置４７でヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を進出させることで、軸側クランプカプラ４５２および軸側アンクランプカプラ４６２に結合させることができる。一方、加工動作の際には、クランプ動作およびアンクランプ動作を行わないため、カプラ駆動装置４７でヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３を後退させておくことができる。これにより、フライス軸３０が主軸ヘッド本体１０に対して回転する際に、カプラどうしの干渉などが生じることを防止でき、円滑な動作を行うことができる。
【0065】
本実施形態では、軸側クランプカプラ４５２にバルブ４５５を設け、ヘッド側クランプカプラ４５３との結合が解除された状態で圧油の流通を遮断できるようにした。
このため、ヘッド側クランプカプラ４５３との結合が解除された際に、軸側クランプカプラ４５２がバルブ４５５で閉鎖され、軸側クランプ管路４５１を通してクランプシリンダ４３の圧油が流出することを防止できる。このため、クランプ装置４０におけるクランプ状態は、円錐面４１１，４２１（リング状のテーパ）の摩擦力に加えて、圧油が残されたクランプシリンダ４３によって確実に保持できる。
このため、ヘッド側クランプカプラ４５３との結合が解除された際に、軸側クランプカプラ４５２がバルブ４５５で閉鎖され、軸側クランプ管路４５１を通してクランプシリンダ４３の圧油が流出することを防止できる。このため、クランプ装置４０におけるクランプ状態は、円錐面４１１，４２１（リング状のテーパ）の摩擦力に加えて、圧油が残されたクランプシリンダ４３によって確実に保持できる。
【0066】
本実施形態では、内リング４１および外リング４２が互いに嵌合する円錐面４１１，４２１は、フライス軸３０の先端側に向けて拡径した形状とした。
このため、加工時にワークから工具への反力が生じ、主軸２０が先端側から反対側に向けて付勢された際に、フライス軸３０の先端側に向けて拡径した円錐面４１１，４２１によって内リング４１が外リング４２に押込まれ、嵌合が補強されることになる。その結果、クランプ装置４０による主軸２０のクランプ力を補強することができる。
このため、加工時にワークから工具への反力が生じ、主軸２０が先端側から反対側に向けて付勢された際に、フライス軸３０の先端側に向けて拡径した円錐面４１１，４２１によって内リング４１が外リング４２に押込まれ、嵌合が補強されることになる。その結果、クランプ装置４０による主軸２０のクランプ力を補強することができる。
【0067】
本実施形態では、内リング４１は、内周面が主軸２０の外周面に接触可能に配置され、かつフライス軸３０に対して中心軸線方向に位置規制されており、外リング４２は、クランプシリンダ４３およびアンクランプシリンダ４４で駆動可能な構造とした。
つまり、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に、クランプシリンダ４３またはアンクランプシリンダ４４で外リング４２が駆動され、内リング４１に対して嵌合または解除されるようにした。
このため、内リング４１は、外リング４２との嵌合時に内周面が主軸２０の外周面に接触することで、強いクランプ力が得られる。さらに、内リング４１は、中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸２０の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
つまり、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に、クランプシリンダ４３またはアンクランプシリンダ４４で外リング４２が駆動され、内リング４１に対して嵌合または解除されるようにした。
このため、内リング４１は、外リング４２との嵌合時に内周面が主軸２０の外周面に接触することで、強いクランプ力が得られる。さらに、内リング４１は、中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸２０の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
【0068】
本実施形態では、クランプ圧油ライン４５およびアンクランプ圧油ライン４６のうち、回転動作するフライス軸３０に形成された部分、つまり軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、軸側アンクランプ管路４６１、および軸側アンクランプカプラ４６２は、それぞれフライス軸３０の反対側に一対（それぞれ回転中心軸線に対して対称に）設置した。
このため、フライス軸３０は回転中心軸線まわりの重量バランスが対称とされ、回転に伴う不要な振動などを防止できる。
また、一対の軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、軸側アンクランプ管路４６１、および軸側アンクランプカプラ４６２は、それぞれヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３と結合可能であり、本実施形態のフライス軸３０は１８０度離れた２位置を操作角度位置とすることができる。
このため、フライス軸３０は回転中心軸線まわりの重量バランスが対称とされ、回転に伴う不要な振動などを防止できる。
また、一対の軸側クランプ管路４５１、軸側クランプカプラ４５２、軸側アンクランプ管路４６１、および軸側アンクランプカプラ４６２は、それぞれヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３と結合可能であり、本実施形態のフライス軸３０は１８０度離れた２位置を操作角度位置とすることができる。
【0069】
〔第２実施形態〕
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態のクランプ装置５０は、前述した第１実施形態の工作機械１（図１参照）に設置され、主軸２０をフライス軸３０にクランプするものである。
本実施形態において、クランプ装置５０の基本的な機能は前述した第１実施形態のクランプ装置４０と同様である。このため、共通の構成（クランプ圧油ライン４５およびアンクランプ圧油ライン４６ほか）については同じ符号を用いて重複する説明は省略し、以下には第１実施形態と異なる部分について説明する。
図８には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態のクランプ装置５０は、前述した第１実施形態の工作機械１（図１参照）に設置され、主軸２０をフライス軸３０にクランプするものである。
本実施形態において、クランプ装置５０の基本的な機能は前述した第１実施形態のクランプ装置４０と同様である。このため、共通の構成（クランプ圧油ライン４５およびアンクランプ圧油ライン４６ほか）については同じ符号を用いて重複する説明は省略し、以下には第１実施形態と異なる部分について説明する。
【0070】
図８において、クランプ装置５０は、内リング５１、外リング５２、クランプピストン５３１、アンクランプピストン５４１を有する。
このうち、内リング５１、クランプピストン５３１、アンクランプピストン５４１は、フライス軸３０の先端側内周面に形成されたキャビティ５００に収容されている。外リング５２は、キャビティ５００の内周面に形成された段差部により形成され、フライス軸３０と一体になっている。
このうち、内リング５１、クランプピストン５３１、アンクランプピストン５４１は、フライス軸３０の先端側内周面に形成されたキャビティ５００に収容されている。外リング５２は、キャビティ５００の内周面に形成された段差部により形成され、フライス軸３０と一体になっている。
【0071】
キャビティ５００には、フライス軸３０の先端側と反対側に筒状部材５０１が設置されている。筒状部材５０１は、主軸２０の外周面に沿って配置され、キャビティ５００の内周面と筒状部材５０１の外周面との間には所定の間隔が形成されている。
キャビティ５００は、フライス軸３０の先端側を蓋部材５０２で封止されている。
蓋部材５０２は、フライス軸３０の先端側を封止する部分から主軸２０の外周面に沿って伸びる第１筒状部５０３および第２筒状部５０４（スリーブ）を有する。
第１筒状部５０３は、第２筒状部５０４よりも厚みが大きく、第１筒状部５０３とキャビティ５００の内周面（外リング５２に相当する段差部よりも先端側）との間には所定の間隔が形成されている。
第２筒状部５０４（スリーブ）は、第１筒状部５０３よりも厚みが薄く、第２筒状部５０４とキャビティ５００の内周面（外リング５２に相当する部分）との間には所定の間隔が形成されている。
第２筒状部５０４は、筒状部材５０１と接続されており、キャビティ５００は、フライス軸３０の内側の主軸２０が収容される空間とは遮断されている。
キャビティ５００は、フライス軸３０の先端側を蓋部材５０２で封止されている。
蓋部材５０２は、フライス軸３０の先端側を封止する部分から主軸２０の外周面に沿って伸びる第１筒状部５０３および第２筒状部５０４（スリーブ）を有する。
第１筒状部５０３は、第２筒状部５０４よりも厚みが大きく、第１筒状部５０３とキャビティ５００の内周面（外リング５２に相当する段差部よりも先端側）との間には所定の間隔が形成されている。
第２筒状部５０４（スリーブ）は、第１筒状部５０３よりも厚みが薄く、第２筒状部５０４とキャビティ５００の内周面（外リング５２に相当する部分）との間には所定の間隔が形成されている。
第２筒状部５０４は、筒状部材５０１と接続されており、キャビティ５００は、フライス軸３０の内側の主軸２０が収容される空間とは遮断されている。
【0072】
内リング５１は、外周面が主軸２０の先端側に向けて拡径する円錐面５１１とされた円筒状の部材であり、内リング５１の内側には第２筒状部５０４が挿通され、内リング５１は第２筒状部５０４に沿ってフライス軸３０の回転軸線方向へ変位可能である。
内リング５１の内周面と第２筒状部５０４の外周面と、および第２筒状部５０４の内周面と主軸２０の外周面との間には、それぞれ僅かな間隔が形成されている。この間隔は、内リング５１が外力で内向きに絞られた際に、内リング５１と第２筒状部５０４、および第２筒状部５０４と主軸２０とが、それぞれ密着する程度の僅かな寸法とされている。
内リング５１の内周面と第２筒状部５０４の外周面と、および第２筒状部５０４の内周面と主軸２０の外周面との間には、それぞれ僅かな間隔が形成されている。この間隔は、内リング５１が外力で内向きに絞られた際に、内リング５１と第２筒状部５０４、および第２筒状部５０４と主軸２０とが、それぞれ密着する程度の僅かな寸法とされている。
【0073】
外リング５２は、キャビティ５００の段差部となるフライス軸３０に、内周面が主軸２０の先端側に向けて拡径する円錐面５２１を加工して形成され、内側には内リング５１が同軸状に配置される。
外リング５２の内側の円錐面５２１は、内リング５１の円錐面５１１に対向され、外リング５２と内リング５１とが主軸２０に沿って相対変位することで嵌合可能である。
前述した第１実施形態では、外リング４２を内リング４１に対して変位させることで、相互の嵌合および解除がなされていたが、本実施形態では外リング５２がフライス軸３０に固定されており、内リング５１を変位させることで嵌合および解除を行う。
外リング５２の内側の円錐面５２１は、内リング５１の円錐面５１１に対向され、外リング５２と内リング５１とが主軸２０に沿って相対変位することで嵌合可能である。
前述した第１実施形態では、外リング４２を内リング４１に対して変位させることで、相互の嵌合および解除がなされていたが、本実施形態では外リング５２がフライス軸３０に固定されており、内リング５１を変位させることで嵌合および解除を行う。
【0074】
すなわち、内リング５１を外リング５２に対して主軸２０の先端向きに変位させることで、互いの円錐面５１１，５２１が嵌合し、外リング５２により内リング５１を締め付けて主軸２０をクランプ可能である。クランプ状態では、互いの円錐面５１１，５２１の摩擦力により、当該クランプ状態を維持可能である。
一方、内リング５１を外リング５２に対して主軸２０の先端向きと逆向きに変位させることで、締め付け状態を解除（アンクランプ）し、この状態では主軸２０の移動（Ｗ軸方向の繰り出し）が可能である。
一方、内リング５１を外リング５２に対して主軸２０の先端向きと逆向きに変位させることで、締め付け状態を解除（アンクランプ）し、この状態では主軸２０の移動（Ｗ軸方向の繰り出し）が可能である。
【0075】
クランプピストン５３１は、キャビティ５００と第１筒状部５０３との間に配置された円筒状の部材である。クランプピストン５３１の外周面とキャビティ５００の内周面、およびクランプピストン５３１の内周面と第１筒状部５０３の外周面との間は、それぞれシール部材でシールされている。
【0076】
クランプピストン５３１は、一端側が内リング５１の主軸２０の先端側の端面に当接され、クランプピストン５３１の他端側に圧油を供給することで、内リング５１を外リング５２と嵌合する方向へ駆動可能である。これらのキャビティ５００と第１筒状部５０３との間の空間およびクランプピストン５３１により、クランプ装置５０をクランプ状態とするためのクランプシリンダ５３が形成されている。
【0077】
アンクランプピストン５４１は、キャビティ５００と筒状部材５０１との間に配置された円筒状の部材である。アンクランプピストン５４１の外周面とキャビティ５００の内周面、およびアンクランプピストン５４１の内周面と筒状部材５０１の外周面との間は、それぞれシール部材でシールされている。
【0078】
アンクランプピストン５４１は、一端側が内リング５１の主軸２０の先端と反対側の端面に当接され、アンクランプピストン５４１の他端側に圧油を供給することで、内リング５１を外リング５２との嵌合が解除される方向へ駆動可能である。これらのキャビティ５００と筒状部材５０１との間の空間およびアンクランプピストン５４１により、クランプ装置５０のクランプ状態を解除する（アンクランプする）ためのアンクランプシリンダ５４が形成されている。
【0079】
クランプ装置５０においては、クランプシリンダ５３に圧油を供給することで、内リング５１を外リング５２に対して主軸２０の先端側と逆向きに変位させ、外リング５２により内リング５１を締め付けて第２筒状部５０４を介して主軸２０をクランプ可能である。
一方、アンクランプシリンダ５４に圧油を供給することで、内リング５１を外リング５２に対して主軸２０の先端側向きに変位させ、外リング５２による内リング５１の締め付けを解除し、主軸２０をアンクランプ可能である。
一方、アンクランプシリンダ５４に圧油を供給することで、内リング５１を外リング５２に対して主軸２０の先端側向きに変位させ、外リング５２による内リング５１の締め付けを解除し、主軸２０をアンクランプ可能である。
【0080】
これらのクランプシリンダ５３およびアンクランプシリンダ５４への交互的な圧油供給を行うために、クランプシリンダ５３はクランプ圧油ライン４５を介して、アンクランプシリンダ５４はアンクランプ圧油ライン４６を介して、それぞれ圧油供給装置１７に接続されている。
本実施形態において、クランプ圧油ライン４５、アンクランプ圧油ライン４６、および圧油供給装置１７は、前述した第１実施形態と同じものである。
本実施形態において、クランプ圧油ライン４５、アンクランプ圧油ライン４６、および圧油供給装置１７は、前述した第１実施形態と同じものである。
【0081】
本実施形態においては、前述した第１実施形態と同様な動作により、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、内リング５１は、外リング５２との嵌合時に内周面がスリーブ（第２筒状部５０４）を介して主軸２０の外周面に押し付けられることで、十分なクランプ力が得られる。
内リング５１と主軸２０との間のスリーブ（第２筒状部５０４）は、フライス軸３０の中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸２０の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
外リング５２は、フライス軸３０の内周面に一体的に形成されるとともに、クランプシリンダ５３またはアンクランプシリンダ５４が内リング５１を駆動するため、フライス軸３０に形成されるクランプ装置５０としての厚みを小さくすることができる。
さらに、内リング５１は、外リング５２との嵌合時に内周面がスリーブ（第２筒状部５０４）を介して主軸２０の外周面に押し付けられることで、十分なクランプ力が得られる。
内リング５１と主軸２０との間のスリーブ（第２筒状部５０４）は、フライス軸３０の中心軸線方向に位置規制されているため、クランプ動作時およびアンクランプ動作時に主軸２０の中心軸線方向位置のずれを防止できる。
外リング５２は、フライス軸３０の内周面に一体的に形成されるとともに、クランプシリンダ５３またはアンクランプシリンダ５４が内リング５１を駆動するため、フライス軸３０に形成されるクランプ装置５０としての厚みを小さくすることができる。
【0082】
〔他の実施形態〕
前述した第１実施形態では、内リング４１を独立させ、筒状部材４０１と蓋部材４０２の筒状部４０３とで挟み込んで固定したが、内リング４１と筒状部材４０１とを一体とし、または、内リング４１と筒状部４０３とを一体に形成してもよい。
前述した第２実施形態では、フライス軸３０に直接円錐面５２１を形成することで外リング５２をフライス軸３０と一体に形成したが、円錐面５２１を有する別体の外リング５２をフライス軸３０に固定して一体化してもよい。
前述した第１実施形態では、内リング４１を独立させ、筒状部材４０１と蓋部材４０２の筒状部４０３とで挟み込んで固定したが、内リング４１と筒状部材４０１とを一体とし、または、内リング４１と筒状部４０３とを一体に形成してもよい。
前述した第２実施形態では、フライス軸３０に直接円錐面５２１を形成することで外リング５２をフライス軸３０と一体に形成したが、円錐面５２１を有する別体の外リング５２をフライス軸３０に固定して一体化してもよい。
【0083】
前述した各実施形態では、カプラ駆動装置４７によりヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３の双方を同時に移動させたが、ヘッド側クランプカプラ４５３およびヘッド側アンクランプカプラ４６３は必要な側のみを移動させるようにしてもよい。
すなわち、クランプ動作の際には、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが結合されていればよく、ヘッド側クランプカプラ４５３のみを移動させればよい。また、アンクランプ動作の際には、ヘッド側アンクランプカプラ４６３と軸側アンクランプカプラ４６２とが結合されていればよく、ヘッド側アンクランプカプラ４６３のみを移動させればよい。
すなわち、クランプ動作の際には、ヘッド側クランプカプラ４５３と軸側クランプカプラ４５２とが結合されていればよく、ヘッド側クランプカプラ４５３のみを移動させればよい。また、アンクランプ動作の際には、ヘッド側アンクランプカプラ４６３と軸側アンクランプカプラ４６２とが結合されていればよく、ヘッド側アンクランプカプラ４６３のみを移動させればよい。
【0084】
前述した各実施形態では、圧油供給装置１７からクランプシリンダ４３，５３およびアンクランプシリンダ４４，５４に、立ち上がりの急なパルス状を供給したが、立ち上がりの緩やかな圧油供給としてもよい。ただし、パルス状の圧油にすることで、駆動する外リング４２（または内リング５１）にインパクトが与えられ、クランプ時には円錐面４１１，４２１あるいは円錐面５１１，５２１での嵌合が強固に行われ、クランプ状態の保持性能を高めることができる。また、アンクランプ時には、円錐面４１１，４２１あるいは円錐面５１１，５２１での嵌合が強固であっても確実に解除させることができる。
【0085】
前述した各実施形態では、軸側クランプカプラ４５２にバルブ４５５を設けてクランプ動作における圧油保持に用いたが、バルブ４５５は逆止弁に限らず、ヘッド側クランプカプラ４５３との結合により機械的に開かれるバルブであってもよい。さらに、軸側クランプカプラ４５２にバルブ４５５を設置することが必須ではなく、省略してもよい。
【0086】
前述した各実施形態において、円錐面４１１，４２１，５１１，５２１は、それぞれフライス軸３０の先端側に向けて拡径した形状としたが、これは逆向きであってもよい。
ただし、各実施形態の向きとすることで、加工時にワークから工具への反力が生じ、主軸２０が先端側から反対側に向けて付勢された際に、フライス軸３０の先端側に向けて拡径した円錐面４１１，４２１，５１１，５２１によって内リング４１，５１が外リング４２，５２に押込まれ、嵌合が補強されることになる。その結果、クランプ装置４０，５０による主軸２０のクランプ力を補強することができるので好ましい。
前述した各実施形態では、内リング４１，５１および外リング４２，５２を一組ずつ設置したが、これらの組を複数設置してもよい。
ただし、各実施形態の向きとすることで、加工時にワークから工具への反力が生じ、主軸２０が先端側から反対側に向けて付勢された際に、フライス軸３０の先端側に向けて拡径した円錐面４１１，４２１，５１１，５２１によって内リング４１，５１が外リング４２，５２に押込まれ、嵌合が補強されることになる。その結果、クランプ装置４０，５０による主軸２０のクランプ力を補強することができるので好ましい。
前述した各実施形態では、内リング４１，５１および外リング４２，５２を一組ずつ設置したが、これらの組を複数設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0087】
本発明は主軸繰り出し方式の工作機械に利用できる。
【符号の説明】
【0088】
１…工作機械、２…ベッド、３…テーブル、４…コラム、５…Ｘ軸移動機構、６…Ｚ軸移動機構、１０…主軸ヘッド本体、１１…駆動モータ、１２…回転伝達機構、１３…進退駆動装置、１４…当接部材、１５…送りねじ機構、１６…進退駆動モータ、１７…圧油供給装置、２０…主軸、２１…チャック、２２…キー溝、３０…フライス軸、３１，３２…軸受、３３…キー部材、４０…クランプ装置、４００…キャビティ、４０１…筒状部材、４０２…蓋部材、４０３…筒状部、４１…内リング、４１１…円錐面、４２…外リング、４２１…円錐面、４３…クランプシリンダ、４３１…クランプピストン、４４…アンクランプシリンダ、４４１…アンクランプピストン、４５…クランプ圧油ライン、４５１…軸側クランプ管路、４５２…軸側クランプカプラ、４５３…ヘッド側クランプカプラ、４５４…ヘッド側クランプ管路、４５５…バルブ、４６…アンクランプ圧油ライン、４６１…軸側アンクランプ管路、４６２…軸側アンクランプカプラ、４６３…ヘッド側アンクランプカプラ、４６４…ヘッド側クランプ管路、４６５…バルブ、４７…カプラ駆動装置、５０…クランプ装置、５００…キャビティ、５０１…筒状部材、５０２…蓋部材、５０３…第１筒状部、５０４…第２筒状部（スリーブ）、５１…内リング、５１１…円錐面、５２…外リング、５２１…円錐面、５３…クランプシリンダ、５３１…クランプピストン、５４…アンクランプシリンダ、５４１…アンクランプピストン。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】