発明の名称 工具および装着物保持装置 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平８−４７８０４ 公開日 平成８年（１９９６）２月２０日 出願番号 特願平６−１８１０１１ 出願日 平成６年（１９９４）８月２日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】大胡 典夫 発明者 伊達 隆夫 要約 目的 回転継手を使用しないで、流体圧力を利用できる工具および装着物保持装置を提供すること。 構成 工具１２０を取り付けて回転する主軸１１１のテ−パ部１２２に工具１２０のテ−パ部１２３を押し付けるように、工具のプルスタッド１２１を保持し引っ張るコレット１１９と、それに力を伝える軸１１８を持つ主軸において、軸１１８に力を伝え且つ移動させる主軸１１１と一体のシリンダ−１１４及びピストン１１６と、その作用圧力回路内にあり主軸と一体に組み込まれたアキュムレ−タ１４０と、主軸と一体の逆止弁１２５付きの作用回路への流体受口１２６、１２７と、主軸の外部にあり定位置で流体受口に接続した時に流体を授受する流体供給部１２９、１３０を具備する。 特許請求の範囲 【請求項１】 工具および装着物のプルスタッドを保持するコレットと、このコレットを前後に移動させ、前記プルスタッドを保持しあるいは解放する動作を前記コレットに行わせる軸と、この軸を前後に移動する力を発生するシリンダおよびピストンと、前記シリンダ内に流体を供給し、また前記シリンダ内から流体を排出する給排出口と、この給排出口に組み込まれた逆止弁と、前記シリンダ内に供給された流体が前記ピストンに作用する力をある値以上に保持する圧力保持機構と、前記物品が取り付けられ、前記コレットやシリンダ、ピストン、給排出口、圧力保持機構と一体で回転する主軸と、この主軸の回転とは独立して運動し、かつ前記給排出口を通して流体の供給と排出を行う流体給排出部とを具備した工具および装着物保持装置。 【請求項２】 前記ピストンが前記軸に作用する力を検知するセンサを設けたことを特徴とする請求項１記載の工具および装着物保持装置。 【請求項３】 前記流体給排出口に対する前記流体給排出部の位置を検知するセンサを設けたことを特徴とする請求項１記載の工具および装着物保持装置。 発明の詳細な説明 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、流体圧力を利用して工具や装着物などの物品を保持する工具および装着物保持装置に関する【０００２】 【従来の技術】従来の工具および装着物保持装置について図３を参照して説明する。図３は、皿バネの力を利用して工具および装着物を保持する工具および装着物保持装置を示している。 【０００３】この従来例では、工具および装着物保持装置は主軸３１１に組込まれている。なお、主軸３１１は、回転できるように支持されたスリ−ブ３１２や軸受３１３に対し、ネジ３１４により軸方向に移動できるように構成されている。また、スリ−ブ３１２と一体で回転できるように軸受３１５によって支持されている。 【０００４】ここで、工具および装着物が工具３１６である場合を例にとり、工具３１６を保持する機構について説明する。先ず、主軸３１１が回転運動中でも固定状態にあるシリンダ３１７の油口３１８に対し油圧回路（図示せず）から油を供給する。この油は、油口３１８から油室３１９に入り油室３１９を広げる。油室３１９が広がるとピストン３２０は図面の下方に移動し、ピストン３２０の面３２１が中空軸３２２の下面３２３から離れる。 【０００５】このとき、中空軸３２２と一体の皿バネ受３２４が、皿バネ３２５のバネ力によって図の下方に押される。皿バネ受３２４が下がると、皿バネ受３２４と一体のドロ−バ−３２６が引っ張られ、そしてドロ−バ−３２６と一体の軸３２７が下方に引かれる。軸３２７が下がると軸３２７の面３２８がコッレト３２９の下側の面３３０を引き、コレット３２９の上側の面３３１が工具３１６と一体のプルスタッド３３２の面３３３を押す。プルスタッド３３２の面３３３が押されると、工具３１６のテ−パ部３３４が主軸３１１のテ−パ部３３５に押し付けられ、主軸３１１によって工具３１６が保持される。 【０００６】次に、主軸３１１によって保持された工具３１６を解放する機構について説明する。油圧回路（図示せず）からシリンダ３１７の油口３３６に油が供給される。油は油口３３６から油室３３７に入る。このとき、油室３１９の油は油圧回路によって油口３１８から排出される。 【０００７】油室３３７に油が入ると油室３３７が広がり、ピストン３２０は図面の上方、即ち工具３１６の方向に動く。これにより、ピストン３２０の面３２１が中空軸３２２の面３２３を押す。このとき、中空軸３２２と一体の皿バネ受３２４が皿バネ３２５を押す。この場合、皿バネ３２５のバネ力より油圧力の方が強いので、皿バネ３２５が撓み、皿バネ受３２４と一体のドロ−バ−３２６を工具３１６の方向に動かす。 【０００８】ドロ−バ−３２６が工具３１６の方向に動くと、ドロ−バ−３２６と一体になっている軸３２７の面３３８がコレット３２９の面３３９を上方に押す。このとき、コレット３２９の先端３４０が主軸３１１の内径の広がった部分３４１に入り、軸方向にすり割ってあるコレット３２９の内径が広がる。この結果、コレット３２９の面３３１で保持されていたプルスタッド３３２の面３３３が解放される。なお、広がったコレット３２９の内径寸法は、プルスタッド３３２の外径寸法より大きいため、プルスタッド３３２やこれと一体に結合している工具３１６を主軸３１１から取り除けるようになる。 【０００９】上記した皿バネを利用する方式は、工具などの保持を解除するたびに皿バネが半径方向に微小に変化する。また皿バネには疲労の問題もあり、さらに主軸が高速に回転する時に皿バネに遠心力が働き工具および装着物を保持する力が減少するという問題もある。 【００１０】次に、皿バネに代えて油圧力を利用し、工具および装着物を保持する従来の工具および装着物保持装置について図４で説明する。この従来例の場合も、物品保持装置は主軸４１１に組込まれている。なお主軸４１１は、回転可能に支持されたスリ−ブ４１２や軸受４１３に対し、ネジ４１４により軸方向に移動できるように支持されている。また、主軸４１１は、スリ−ブ４１２と一体に回転できるように軸受４１５で支持されている。さらに主軸４１１と回転継手４１６が一体で回転できるように、ブラケット４１７、４１８は軸受４１５、４１９、４２０によって支持されている。 【００１１】上記した構成で、油圧力を利用して工具および装着物例えば工具４２１を主軸４１１に保持する場合、油圧回路（図示せず）からブラケット４１７の油口４２２に油が供給される。油は、ブラケット４１８の面４２３と回転継手４１６の継手面４２４の間を通って油室４２５に入る。これにより油室４２５が広がり、ピストン４２６を図面の下方に動かす。このときピストン４２６と一体のドロ−バ−４２７が引っ張られ、さらにドロ−バ−４２７はこれと一体の軸４２８を引っ張る。そして軸４２８の面４２９がコレット４３０の面４３１を引き、面４３１は工具４２１と一体のプルスタッド４３２の面４３３を押す。この結果、工具４２１のテ−パ部４３４が主軸４１１のテ−パ部４３５に押し付けられ、工具４２１が主軸４１１に保持される。 【００１２】次に、主軸４１１に保持された工具４２１を解放する機構について説明する。油圧回路からブラッケト４１７の油口４３６に油が供給される。この油は、ブラケット４１８の面４２３と回転継手４１６の継手面４２４の間を通って油室４３７に入る。このとき、油室４２５の油は油口４２２から排出される。 【００１３】油室４３７に油が入ると油室４３７が広がり、ピストン４２６が工具４２１の方向に動く。ピストン４２６の動きは一体になったドロ−バ−４２７を押し、ドロ−バ−４２７はこれと一体の軸４２８を押す。そして軸４２８の面４３８がコレット４３０の面４３１を押す。この結果、コレット４３０は工具４２１の方向に動き、その先端部４３９が主軸４１１の内径部が広がった部分４４０に入る。このとき、軸方向にすり割ってあるコレット４３０の内径が広がり、コレット４３０の面４４１で保持されているプルスタッド４３２の面４３３が解放される。なお内径が広がったコレット４３０の内径寸法は、プルスタッド４３２の外径寸法より大きいため、プルスタッド４３２やこれと一体の工具４２１を主軸４１１から取り除くことができる。 【００１４】上記したように、油圧を利用して工具および装着物を保持する構成の場合、主軸の回転中も工具および装着物を保持する必要がある。そのため、回転継手が用いられその部分から油が供給される。この場合、回転継手部分が発熱するという問題がある。 【００１５】 【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の装置、例えば皿バネを用いた工具および装着物保持装置においては、工具および装着物を保持し解放するたびに皿バネが半径方向に僅かに変位し、それにより主軸系の動バランスが変化し、主軸の高速回転特性に悪い影響を与える。また主軸が高速に回転すると皿バネに遠心力が働き、工具および装着物を保持する力が減少することもある。また、工具および装着物の保持や解放を繰り返すうちに皿バネが疲労しその限界に至ることもある。 【００１６】一方、油圧力を利用する方法は、皿バネを用いた場合のような問題はなくなる。しかし、回転中でも工具および装着物を保持する力を維持する必要がある。このため、回転中のシリンダに油を供給するために回転継手が使用され、その部分を利用して油を供給している。この場合、回転継手の部分が発熱し熱変形を起こすことがある。また、熱変形が起こると機械の精度や寿命に悪い影響を与える。 【００１７】本発明は、上記した欠点を解決するもので、回転継手を使用せずに、流体の圧力を利用して物品が保持できる工具および装着物保持装置を提供することを目的とする。 【００１８】 【課題を解決するための手段】本発明は、工具および装着物のプルスタッドを保持するコレットと、このコレットを前後に移動させ、前記プルスタッドを保持しあるいは解放する動作を前記コレットに行わせる軸と、この軸を前後に移動する力を発生するシリンダおよびピストンと、前記シリンダ内に流体を供給し、また前記シリンダ内から流体を排出する給排出口と、この給排出口に組み込まれた逆止弁と、前記シリンダ内に供給された流体が前記ピストンに作用する力をある値以上に保持する圧力保持機構と、前記工具および装着物が取り付けられ、前記コレットやシリンダ、ピストン、給排出口、圧力保持機構と一体で回転する主軸と、この主軸の回転とは独立して運動し、かつ前記給排出口を通して流体の供給と排出を行う流体給排出部とを具備している。 【００１９】また、前記ピストンが前記軸に作用する力を検知するセンサを設けている。 【００２０】また、前記流体給排出口に対する前記流体給排出部の位置を検知するセンサを設けている。 【００２１】 【作用】上記した構成によれば、主軸と一体になったシリンダ−に油などの流体が供給されピストンが動く。このピストンは軸を引張り、軸と一体のコレットを引き、そして工具および装着物と一体のプルスッタドを引く。プルスッタドが引かれと、主軸のテ−パ部に工具および装着物のテ−パ部が押し付けられ、工具および装着物は主軸に保持される。 【００２２】なお、シリンダ−に流体を供給する場合、主軸を一定の位置に停止させる。このとき、主軸に設けられた逆止弁付の流体受口も一定の位置に停止する。一方、主軸の外部には、主軸の流体受口の停止位置に合わせて、針状の流体供給口が設けられている。そして、主軸が停止したときに、流体受口の逆止弁を押すようにしながら流体供給口を前進させ、流体受口と流体供給口を連結させ、流体供給口から流体受口に圧力流体を供給する。なお、圧力流体の排出もこの状態で行われる。圧力流体の供給が終了した後、流体受口と流体供給口の結合が解かれる。なお、圧力流体の供給や排出された後は、圧力保持機構が流体圧力を維持し、工具および装着物を保持する力を保っている。 【００２３】上記した構造によれば、従来技術のように皿バネが用いられていないため、皿バネが半径方向に変位して主軸系の動バランスを変化させたり、皿バネに働く遠心力で物品を保持する力が減少したり、また皿バネの疲労という問題がなくなる。 また、回転継手を使用しないので、回転継手部分が発熱することもない。したがって、回転継手部分の発熱が原因して、機械の精度や寿命に悪い影響を与えることがない。 【００２４】 【実施例】 （実施例１）本発明の一実施例について図１を参照して説明する。 【００２５】１１１は主軸で、工具や装着物などを保持する工具および装着物保持装置は主軸１１１に組込まれている。主軸１１１は、回転可能に支持されているスリ−ブ１１２と一体に回転できるように軸受１１３で支持されている。 【００２６】ここで、工具および装着物例えば工具を主軸に保持する機構について説明する。主軸１１１と一体に構成されたシリンダ−１１４の油室１１５に油が供給される。これにより油室１１５が広がりピストン１１６が下方に下がる。このときピストン１１６は一体になったドロ−バ−１１７を引張る。ドロ−バ−１１７は一体の軸１１８を引張り、そして軸１１８はコレット１１９を引く。このとき、工具１２０と一体のプルスタッド１２１がコレット１１９によって引かれ、主軸１１１のテ−パ部１２２に工具１２０のテ−パ部１２３が押し付けられる。このようにして工具１２０は主軸１１１に保持される。 【００２７】次に、シリンダ−１１４の２つの油室１１５、１２４に油を供給する機構を説明する。主軸１１１は、主軸１１１の回転を制御する制御機構（図示せず）によって一定の位置で停止するように制御される。また、主軸１１１が停止した際、主軸１１１と一体に形成されている流体受口１２６、１２７も一定の位置に停止する。なお、流体受口１２６、１２７には逆止弁１２５が設けられている。 【００２８】また、主軸１１１とは独立して外部にブラケット１２８が配置されている。ブラケット１２８には針状の流体供給口１２９、１３０が設けられている。ブラケット１２８が設けられる位置は、流体供給口１２９、１３０から流体受口１２６、１２７に給油できるように、主軸１１１が停止した際に、流体供給口１２９、１３０と流体受口１２６、１２７が相対するような位置に選ばれる。また流体供給口１２９、１３０には配管１３１、１３２が接続され、配管１３１、１３２は電磁弁を介して油圧ユニット（図示せず）に連結されている。なお、ブラケット１２８は、ブラケット１０１内を動くピストン軸１３５によって、図の上下方向に移動できるようになっている。またブラケット１０１には配管１３３、１０２が設けられ、配管１３３は油室１３４に接続されている。 【００２９】ところで、ブラケット１０１の油室１３４に油が供給されると油室１３４が広がり、ピストン軸１３５が上方向に動く。このピストン軸１３５の動きでブラケット１２８が上方に動き、その流体供給口１２９、１３０も上方に移動し流体受口１２６、１２７に挿入される。なお流体受口１２６、１２７が設けられたブラケット１３６は主軸１１１と一体になっており、またブラケット１３６と主軸１１１の間は流体が漏れないようにシ−ル機構（図示せず）でシ−ルされている。なお、流体受口１２６、１２７は共通のブラケット１３６に、そして流体供給口１２９、１３０共通のブラケット１２８にそれぞれ設けられているが、これらは別々に設けてもよく、必ずしも共通のブラケットに設ける必要はない。 【００３０】また、流体供給口１２９、１３０は円筒形状をしており、その外径は流体受口１２６、１２７にはめあって挿入される適正な寸法になっている。なお、流体受口１２６、１２７にはそれぞれはＯリング１３７などが設けられ、挿入時に流体が漏れないようにシ−ルされる。また、流体受口１２６、１２７の内部は、スプリング１３８によって逆止弁１２５がブラケット１３６のテ−パ状の内壁に押し付けられ、流体をシ−ルするチエック弁機構になっている。なお流体供給口１２９、１３９の先端が更に深く流体受口１２６、１２７に挿入されると、スプリング１３８のバネが撓み逆止弁１２５を奥の方に押し下げ、流路が形成される。 【００３１】なお流体受口１２６に連結する流路１３９は、工具１２０を保持する力を発生するシリンダ−１１４の油室１１５に通じており、またアキュムレ−タ１４０にも通じている。アキュムレ−タ１４０はピストン１４２を有しており、ピストン１４２にはスプリング１４１によって図１の上方に向かう力が加えられている。なおアキュムレ−タ１４０は、油室１１５に連結する管路や流路１３９における流体の漏れ等を補い、また流体圧力をある値に保持するように機能している。またアキュムレ−タ１４０は主軸１１１と一体に固定され、そしてシ−ル機構（図示せず）でシ−ルされている。また流体受口１２７に連結する流路１４３は油室１２４に通じている。油室１２４はシリンダ−１１４内に位置し、工具１２０を解放する力を発生する。 【００３２】上記した構成によって、工具および装着物の保持や解放が行われる。 【００３３】（実施例２）上記した実施例１の構成において、アキュムレ−タ１４０のピストン１４２と一体で動く軸１４４の位置を検知するセンサ１４５が主軸１１１に設けられている。 【００３４】工具１２０などを保持する力は、シリンダ−１１４内の油室１１５に供給される流体がピストン１１６を押すことによって発生する。この場合、油室１１５内の流体の量が少なくなると、アキュムレ−タ１４０は、流体の量の減少を補償するようにスプリング１４１の力でピストン１４２を図１の上方に押し上げる。このときピストン１４２と一体の軸１４４も動く。 【００３５】したがって、工具１２０などを強固に保持する力が保てる軸１４４の限界位置を測定しておき、センサ１４５で軸１４４の位置を検知すれば工具１２０を保持する力が限界に近付いたかどうかを判別できる。例えば、検知信号が検出された場合などに、工具１２０を保持する力が限界に近付いたと判断し、油室１１５内に流体を供給するなどすれば、物品の保持力を保つことができる。 【００３６】また軸１４４に主軸１１１の回転中心に一致する円形のドッグを設置し、その位置を検知するセンサ１４５を、主軸１１１の外部で主軸１１１と一緒に回転しない場所に設置しても良い。このようにすれば主軸１１１の回転中にピストン１４２の位置をセンサ１４５で検知できる。 【００３７】（実施例３）実施例１の場合、流体供給口１２９、１３０の外径は、流体受口１２６、１２７に適正なはめあいで挿入できるような寸法の円筒状をしている。また、流体受口１２６、１２７は、圧力流体が漏れないようにＯリング１３７でシ−ルされている。そして流体受口１２６、１２７の内部は、スプリング１３８によって逆止弁１２５がブラケット１３６のテ−パ状内壁に押し付けられ、内部の流体が漏れないようにシ−ルするチエック弁機構になっている。このような構成で、流体供給口１２９、１３０が流体受口１２６、１２７の内部に深く挿入されたとき、スプリング１３８のバネが撓み、逆止弁１２５が奥の方に押し下げられ、流路が開く構成になっている。 【００３８】上記した構成において、図１のシリンダ１０１について図２を参照して説明する。なお、図２では図１に対応する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 【００３９】シリンダ１０１には、３つの配管１０２、１０３、１３３が接続されている。この配管１０２、１０３、１３３は、電磁弁（図示せず）を経て油圧ユニット（図示せず）に連結されている。 【００４０】ここで、電磁弁が作動し配管１０２が給油状態になり、また配管１０３、１３３が排油状態にあると、ロッドと一体のブラケット１２８は図の右方に動き、ブラケット１２８の位置がセンサ１１０ａで検知される。この状態では、ロッドはシリンダ１０１の内側に入り、流体供給口１２９、１３０は流体受口１２６、１２７から離れ、両者は結合しない状態にある。 【００４１】次に、電磁弁が作動し、配管１０２、１３３給油状態に、そして配管１０３が排油状態になると、ブラケット１２８は図の左方に動き、ブラケット１２８の位置がセンサ１１０ｂで検知される。この状態では、流体供給口１２９、１３０の先端が流体受口１２６、１２７に入り、その後、Ｏリング１３７でシ−ルされている領域まで入っていく。 【００４２】次に、電磁弁が作動し、配管１０３が給油状態、そして配管１０２が排油状態になると、ブラケット２０４はさらに図の左方に動き、ブラケット１２８の位置がセンサ１１０ｃで検知される。この状態では、流体供給口１２９、１３０は逆止弁１２５を奥の方に押し下げ、流路が開かれている。 【００４３】上記した動作において、流体供給口１２９、１３０が流体受口１２６、１２７に挿入され、ブラケット１２８の位置がセンサ１１０ｂで検知され検知信号が出力されたときに、シリンダ１１４に対し油の供給を開始する。そして、油を供給しながらセンサ１１０ｃから検知信号が出力されるまで逆止弁１２５を奥へ押し下げて流路を開く。 【００４４】また、流体供給口１２９、１３０を流体受口１２６、１２７から抜く場合は、ブラケット１２８の位置がセンサ１１０ｃで検知されなくなった後、センサ１１０ｂから検知信号が出力される位置まで流体供給口１２９、１３０を移動させる。そしてセンサ１１０ｂから検知信号が出力された位置において、逆止弁１２５がブラケット１３６の内壁に押し付けられ、充分なシ−ル効果が出るまで例えばタイマ−で設定された一定時間だけ停止させる。その後、油の供給や排出を止め、センサ１１０ａから検知信号が出力される位置まで流体供給口１２９、１３０を後退させる。 【００４５】上記した各実施例によれば、主軸の高速回転での動バランスの変化が少なく、また主軸の高速回転で工具や装着物などの保持力が減少するようなこともない。また、使用による材料の疲労もなく、主軸の高速回転中での発熱の少ない工具および装着物保持装置を実現できる。なお、上記の実施例では、流体として油を使用しているが、その他の流体を使用することもできる。 【００４６】 【発明の効果】本発明によれば、回転継手を使用しないで、流体圧力を利用できる工具および装着物保持装置を実現できる。