JP2002066855A - 回転工具保持装置及びヘッド取外し治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の主軸ないし工具軸に取付けて孔の
内周面などを加工する回転工具保持装置に関し、高速加
工が実現可能な剛性が高くかつ回転バランスの良い回転
工具保持装置を得る。 【解決手段】 ヘッド２に設けた嵌合軸６をホルダ１に
設けた嵌合孔５に嵌合して加工用切刃７を固定したヘッ
ド２をホルダ１に装着する回転工具保持装置において、
嵌合軸６及び嵌合孔５の周面がテーパ周面であり、この
テーパ周面相互を嵌合したときに、ホルダの端面とヘッ
ドの端面とが密着した２面拘束によりヘッド２がホルダ
１に固定される。嵌合軸に回転可能に嵌挿された偏心し
た重心を有する同一重さの２個のバランスリングを備え
ている。２個のバランスリングがヘッドの嵌合軸の根元
側の端面１０とホルダ９の端面との間で挟持固定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転工具を用い
てワークに孔加工、内周加工、面加工などを行なう際に
工作機械の主軸ないし工具軸に取付けて使用する回転工
具保持装置とそのヘッド取外し治具に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ボーリングヘッド、正面フライス、ミー
リングチャック、チップ交換式の超硬ドリル、ドリルチ
ャックなどの回転工具ヘッドは、マシニングセンタなど
で孔加工、内周加工、面加工などをを行うときに用いら
れる。一般的な回転工具の装着構造は、図１２に示すよ
うに、工作機械の主軸（工具軸と呼ばれるものを含む）
の先端に嵌着するシャンク４を備えたホルダ（ベースホ
ルダ）１と、ホルダに固定される円筒形のヘッド２と、
ヘッドの先端に固定される刃物３とで構成される。刃物
３は先端に切刃７を備えている。ヘッド２は、刃物や加
工径や仕上精度に応じて複数種のものが用いられ、また
孔加工において孔深さが深いときは、ホルダ１とヘッド
２との間にヘッドを延長するための繋ぎブロック（エク
ステンションホルダ）を装着することもあるので、ホル
ダ１に対して着脱自在である。

【０００３】回転工具ヘッドは、精密加工する一方、重
切削を可能にし、高い加工精度を保証するために、十分
な剛性が必要である。またワークの加工精度が刃物の切
刃７の位置精度によって決定されるので、例えば図１２
に示したボーリングヘッドでは、切刃７の位置を微細
に、かつ正確に設定可能であることが必要であり、かつ
その設定作業も簡単でなければならない。このような要
求は、互いに矛盾する要素を含んでいるため、どの要求
に重点を置くかにより、回転工具ヘッドの構造も異なっ
てくる。

【０００４】図１２は、従来構造の回転工具保持装置の
一例を示した図である。ホルダ１とヘッド２の固定は、
一般にホルダ１に設けた嵌合孔５にヘッド２に設けた嵌
合軸６を差し込んで、半径方向にねじ８で固定する構造
が採用されている。嵌合軸６はストレートのものとテー
パのものとがあり、ストレートのものは、ホルダとヘッ
ドの端面９、１０相互の突き当てによりヘッド装着部の
剛性を確保しており、テーパのものは、テーパ孔とテー
パ軸との楔作用により剛性を確保している。図１２に示
した構造では、半径方向に設けた止めねじ８の先端の円
錐をヘッドの嵌合軸に設けた径の大きな円錐孔３９の偏
った位置に挿入することにより、楔作用により嵌合軸を
引込み、この力でホルダとヘッドの端面９、１０相互を
強い力で密着させている。

【０００５】上記構造の回転工具ヘッドの止めねじ８
は、図１３や図１４に示すように、１本又は互いに９０
度をなす方向に２本設けられているのが普通である。

【０００６】また、図１２に示した構造では、ヘッド２
の先端側に半径方向に移動自在に設けたバイト３の基端
に、ヘッド２に軸方向移動不能に装着したダイヤル付き
のねじが螺合しており、このダイヤル４０を回すことに
よってバイト３を半径方向に進退させ、その進退位置を
止めねじ４１で固定する構造が採用されている。この構
造は、バイト３を半径方向に微少に進退させる機構がヘ
ッド２に内蔵されているので、バイトの切刃７の位置調
整操作は容易であるが、バイト３の長さが短くなるため
に、バイトの固定部の剛性が低くなる欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
回転工具保持装置は、３，０００〜４，０００ｒｐｍの
主軸回転で用いられている。しかし、工作機械側の主軸
回転数はより高速化される傾向にあり、主軸を１０，０
００ないし３０，０００ｒｐｍで回転可能な工作機械も
実現している。このような高速回転では、従来構造の回
転工具ヘッド、特にボーリングヘッドでは、剛性と回転
バランスに問題が生じ、使用することができなくなる。

【０００８】そこでこの発明は、高速加工が実現可能な
剛性が高くかつ回転バランスの良い回転工具保持装置を
得ることを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の回転工
具保持装置は、ヘッド２に設けた嵌合軸６をホルダ１に
設けた嵌合孔５に嵌合して切刃７を保持するヘッド２を
ホルダ１に装着する回転工具保持装置において、嵌合軸
６及び嵌合孔５の周面がテーパ周面であり、かつこのテ
ーパ周面相互を嵌合したときに、ホルダの端面９とヘッ
ドの嵌合軸の根元側の端面１０とが密着した２面拘束に
よりヘッド２がホルダ１に固定されることを特徴とする
ものである。

【００１０】請求項２の発明の回転工具保持装置は、ヘ
ッド２に設けた嵌合軸６をホルダ１に設けた嵌合孔５に
嵌合し、かつヘッドの嵌合軸の根元側の端面１０をホル
ダの端面９に押圧して、切刃７を保持するヘッド２をホ
ルダ１に固定する回転工具保持装置において、嵌合軸６
に回転可能に嵌挿された重量が等しくかつ半径方向に等
しく偏心した重心を有する２個のバランスリング１１
ａ、１１ｂと、これらのバランスリングの回転位相を示
す目盛１２ａ、１２ｂとを備え、ヘッド２をホルダ１に
固定したときに前記２個のバランスリングがヘッドの嵌
合軸の根元側の端面１０とホルダの端面９との間で挟持
固定されることを特徴とするものである。

【００１１】また、上記回転工具保持装置のヘッドをホ
ルダから取り外すための請求項３のヘッド取外し治具
は、半円状の内周刃３３と、その円周方向一端に設けた
部分刃３４と、この部分刃３４を進出させるつまみ付き
のねじ杆３７とを備えている。

【００１２】ヘッド２の先端側に設けた直径方向のバイ
ト装着孔に、先端に切刃７を設けたバイト３が長手方向
に移動自在に装着され、かつその長手方向の位置を固定
する止めねじ１７が設けられているボーリングヘッドに
おいては、バイト３を断面略正方形としかつその両端が
ヘッド２の直径方向両側に若干突出する長さとし、止め
ねじ１７をバイト３を案内するバイト装着用の角孔１４
の２つの壁面にバイトを押圧するように斜めに設けて、
かつ当該止めねじをバイトの長手方向に間隔を隔てて複
数個設ける構造が好ましい。

【００１３】上記ボーリングヘッドの切刃の位置を調整
するための切刃設定治具としては、マグネット１８によ
りヘッド２の円筒上の周面に吸着固定される位置測定器
２０と、この位置測定器の装着位置と反対の側でバイト
３の終端を押動する押動治具１９とを備えた構造とする
のが好適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図１０に示した
ボーリングヘッドを参照して、この発明の実施の形態を
説明する。図１において、１はホルダ、２はヘッド、３
はバイトであり、４はホルダのシャンク、５はホルダの
嵌合孔、６はヘッドの嵌合軸、７はバイトの切刃であ
る。

【００１５】ホルダの嵌合孔５は１０分の１のテーパ孔
となっており、その周面の円周を等分する位置に半径方
向の止めねじ８が装着されている。止めねじ８は、図２
に示すように、円周を３等分する位置に設けるのがバラ
ンスと固定の安定性の点で優れているが、ヘッドが小径
であるときは、図３に示すように、対向して設ける構造
が適している。ホルダ１のその他の部分の形状及び構造
は、従来のこの種のホルダと同様である。

【００１６】ヘッドの嵌合軸６は、根元側が円筒軸で先
端側がホルダの嵌合孔と同じ１０分の１のテーパ軸とな
っており、円筒軸部分に２個のバランスリング１１ａ、
１１ｂが重ね合わせた状態で各独立に回動自在に嵌挿さ
れている。２個のバランスリング１１ａ、１１ｂは、外
径、内径及び厚さが等しい同一材質のもので、図４に示
すように、その半円の部分に複数個の抜孔４４を設ける
ことにより、重心を等しい量だけ半径方向に偏心させて
いる。バランスリング１１ａ、１１ｂの周面には、位相
角を示す目盛１２ａ、１２ｂが設けてあり、ホルダ及び
ヘッドの側面には、目盛１２ａ、１２ｂを合わせる指針
４３が刻設してある。ヘッドの嵌合軸の根元の端面１０
は、嵌合軸６が嵌合孔５にそのテーパ面相互が密着する
状態で嵌合されたときに、ホルダの端面９との間で２個
のバランスリングを挟持する精度で加工されている。従
って嵌合軸６を嵌合孔５に嵌挿したとき、ヘッド２は嵌
合軸６の周面と端面１０との２面が接触した状態でホル
ダ１に装填される。この状態で止めねじ８を均一に締結
することにより、ホルダ１とヘッド２との２面接触状態
が保持され、ヘッド２が高い剛性でホルダ１に装着され
る。

【００１７】すなわち、この発明の回転工具保持装置
は、嵌合軸６のテーパ状の周面６ａと、その根元の端面
１０との２面拘束によりホルダ１に装着している点が第
１の特徴である。従来の回転工具は、ヘッド２をテーパ
嵌合軸の周面のみか、あるいはストレート嵌合軸の周面
と、その根元の端面との２面接触による拘束であった。
そのため前者では、ホルダとヘッドとの嵌合部分に曲げ
剛性の低下が見られ、後者では、半径方向の切削反力に
対する剛性の低下が見られた。この出願の請求項１の発
明では、テーパ嵌合軸と端面との２面拘束を実現するこ
とにより、ホルダとヘッドとの嵌合部における剛性と回
転中心軸の正確な一致を実現している。

【００１８】また、上記実施形態の回転工具は、嵌合軸
６を固定する止めねじ８を円周を等分割する位置に設け
ている。従来のストレート嵌合軸の場合には、図１３に
示すように、この止めねじ８を９０度ずれた方向に２本
設けている。そのため、ストレート嵌合軸を用いる従来
構造では、止めねじの位置、バイトの位置、切粉逃がし
の切欠（ポケット）の位置関係が回転工具ヘッドの回転
バランスを低下させる一因となっていた。

【００１９】一方、従来のストレート嵌合軸を用いる構
造において、円周を等分割する位置に止めねじを設けた
ときは、嵌合軸が嵌合孔の周面に押接されないで、止め
ねじのみで保持される構造となり、ヘッドの安定な装着
を実現することができない。

【００２０】２個のバランスリング１１ａ、１１ｂは、
その半円周の部分に同じ抜孔４４が設けられて、等しい
重さで等しい量だけ半径方向に偏心した重心を備えてい
る。従って２個のバランスリング１１ａ、１１ｂを各別
に回動させることにより、２個合わせたときの重心の偏
倚方向と量とを調整できる。ヘッド２は、先端のバイト
３の出入りにより異なる量のアンバランスが生ずるが、
このアンバランスは、２個のバランスリング１１ａ、１
１ｂを等しい角度だけ右と左に回動させることにより、
バランスさせることができる。

【００２１】そこで例えばアンバランスの生じ易いボー
リングヘッドにおいて、図４に示すように２個のバラン
スリングの目盛１２ａ、１２ｂの方向を逆方向にし、加
工する孔の径（バイト３の出入り量に対応する）とバラ
ンスリングの回転角度との関係を示す表をヘッド及びこ
れに装着するバイト毎に準備しておけば、作業者は加工
する孔の径に合わせてバイト３の出入り量を決め、表を
参照してバランスリング１１ａ、１１ｂの目盛１２ａ、
１２ｂを指針４３に合わせてやれば、簡単にヘッド２の
バランスを取ることができる。非常に高い回転で加工を
行う場合のように、回転工具ヘッドに高い精度の回転バ
ランスが要求されるときは、このような手段を用いて回
転工具ヘッドの回転バランスを調整する。

【００２２】なお抜孔４４を設けただけではバランスリ
ング１１ａ、１１ｂに十分な重心の偏心量が確保できな
いときは、全周に抜孔を開けてその片側半分の抜孔に鉛
などの比重の大きい材料を充填してやれば、バランスリ
ングの偏心量をより大きくすることができる。

【００２３】図に示したボーリングヘッドのバイト３
は、角の一箇所に斜面１３を設けた角杆状で、ヘッド２
の直径方向に両端が突出する長さを有しており、その一
端に切刃７が固定されている。バイト３はヘッド２の先
端側に直径方向に設けたバイト３の断面と等しい形状の
角孔に挿通されている（図５参照）。バイト３は角孔１
４内で直径方向に移動自在であり、その移動に抵抗を付
与する押圧ボール１５がバイト３の中心部を押圧するよ
うに設けられている。押圧ボール１５は、圧縮バネ１６
で角孔１４の内壁面に若干突出するように付勢された鋼
球である。

【００２４】また、ヘッド２にはバイトの斜面１３を押
圧する方向の２本の止めねじ１７が設けられている。角
孔１４内でのバイト３の軸方向位置は、この２本の止め
ねじ１７で固定される。止めねじ１７の推力は、斜面１
３に直角に働くため、バイトの反対側の２面が角孔１４
の壁面に押接されて、バイト３が高い剛性で安定にヘッ
ド２に固定される。更にバイト３が十分な長さを有し、
かつその軸方向の２本の止めねじ１７で固定されるの
で、この点でも高い取付け剛性が実現でき、かつ回転方
向の大きなアンバランスを生ずることがない。

【００２５】バイトの切刃７の半径方向の位置調整は、
マグネット１８によってヘッド２の円筒上の周面に吸着
して固定される押動治具１９とダイヤルゲージ２０とに
よって簡単に設定できる。

【００２６】押動治具１９の押動ねじ２１は、マグネッ
ト１８に固定のブラケット２２に螺合されており、その
外側端には大径と小径にした一体のつまみ２３、２４が
設けられている。小径のつまみ２４は、押動ねじ２１を
急速進退させるときに用い、大径のつまみ２３は微少進
退させるときに用いる。

【００２７】マグネット１８、１８により押動治具１９
とダイヤルゲージ２０とをバイト３の方向で対向させて
装着し、押動治具１９でバイト３を押したときの移動量
をダイヤルゲージ２０で測って切刃７の位置を設定す
る。切刃の位置が設定されたら止めねじ１７でバイト３
を固定し、押動治具１９及びダイヤルゲージ２０をヘッ
ド２から取外す。

【００２８】押動治具１９は、バイト３を押し引きでき
る構造であることが望ましい。これを実現するには、押
動治具の先端（バイトに当接する端部）をバイトに係止
できる構造とする。図６はその一例を示したもので、押
動ねじ２１の先端に４本のすり割り２６で縮径可能な膨
出端２７を設けた形状である。バイト３にはこの膨出端
２７が係入可能な係合孔を設けておく。この係合孔は、
孔の入口が小径で、孔の入口を通過するとき、膨出端２
７は押し縮められて縮径し、孔に挿入された後、弾力に
より拡がる。膨出端２７を挿入または抜き取るときは、
バイト３を止めねじ１７で固定しておく。このような構
造であれば、押動ねじ２１を螺進退させることにより、
切刃７を半径方向両側に移動させることができる。

【００２９】押動治具はヘッド２に固定しない構造とす
ることもできる。図７はそのような押動治具の一例を示
した図である。図７の押動治具は、先端にバイトに係合
する鍔を設けた押動杆の中間に中間鍔２８と終端鍔２９
とを設け、その間に周面にローレットを設けた操作錘３
０を軸方向に遊動自在に設けた構造である。バイト３の
終端には、図８に示すようなダルマ孔３１を設けて、押
動治具の鍔３２が係入されるようにしてある。

【００３０】この押動治具は、操作錘３０を中間鍔２８
に衝突させることにより、または終端鍔２９に衝突させ
ることによって、その衝撃力でバイト３を微少移動させ
るものである。すなわち片手で終端鍔２９を持ち、他方
の手で操作錘３０を中間鍔２８または終端鍔２９に繰返
し衝突させることによってバイト３を移動させる。

【００３１】バイトの移動量を検出するために、図１の
実施例ではデジタル表示のダイヤルゲージ２０を用いて
いるが、かならずしもダイヤルゲージでなくてよく、要
はバイト３または切刃７の移動量を検出できる測定器で
あればよい。この測定器はマグネット１８によってヘッ
ド２の周面に固定可能にする必要がある。

【００３２】この出願の請求項１の発明の回転工具保持
装置では、ホルダ１とヘッド２とがテーパ面と端面相互
の密着により嵌合しているため、通常の手段では両者を
取り外すことができない。図９はヘッド２をホルダ１か
ら取外すための治具の例を示したもので、半円状の内周
刃３３の一端に部分刃３４を設け、その部分刃３４を進
出させるハンドル３５とつまみ３６付きのねじ杆３７を
設けた構造である。ハンドル３５とつまみ３６はねじ杆
３７と一体である。

【００３３】この取外し治具３８は、図１０に示すよう
に、内周刃３３をホルダ１とヘッド２との境目に当て、
ハンドル３５又はつまみ３６を回動して部分刃３４を進
出させることにより、部分刃３４と内周刃の部分刃に対
向する部分とをホルダとヘッドとの当接面に食い込ませ
ることによって、ヘッド２をホルダ１から取り外す。内
周刃３３を半円弧状としているのは、ホルダ１とヘッド
２との境目に内周刃３３が側面からも当接して、取外し
治具３８の動作を安定にさせるためである。

【００３４】この発明の回転工具保持装置は、ボーリン
グヘッドの装着に特に適しているが、それ以外の回転工
具ヘッド、例えば図１１に示すエクステンションホルダ
４５、正面フライス４６、ミーリングチャック４７、チ
ップ交換式の超硬ドリル４８、ドリルチャック４９、更
にモールステーパホルダ、チップ交換式超硬ボールエン
ドミル、サイドカッタアーバ、シェルエンドミルアー
バ、サイドロックアーバ、タップホルダなどを工作機械
の回転工具軸に装着されたＢＴホルダ４ａ、ＨＳＫホル
ダ４ｂ、エクステンションホルダ４５などに装着する際
にも使用することができる。これらの工具を取付ける際
にこの発明の回転工具保持装置を使用することにより、
工具の保持剛性が向上す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側面図

【図２】図１の止ねじ部分の断面図

【図３】止ねじ部分の他の構造を示す断面図

【図４】バランスリングの斜視図

【図５】図１のヘッドの軸方向断面図

【図６】押動治具の実施例の側面図

【図７】押動治具の他の実施例の側面図

【図８】図１のバイト終端部詳細図

【図９】ヘッド取外し治具の側面図

【図１０】取外し治具の使用説明図

【図１１】他の回転工具ホルダの装着例を示した説明図

【図１２】従来例の一部断面側面図

【図１３】従来の止めねじ部分の断面図

【図１４】従来の他の止めねじ部分の断面図

【符号の説明】

１ ホルダ ２ ヘッド ３ バイト ５ 嵌合孔 ６ 嵌合軸 ７ 切刃 ９ 端面 10 端面 14 角孔 17 止めねじ 18 マグネット 19 押動治具 20 ダイヤルゲージ 33 内周刃 34 部分刃 37 ねじ杆

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッド(2)に設けた嵌合軸(6)をホルダ
   (1)に設けた嵌合孔(5)に嵌合して切刃(7)を保持するヘ
   ッド(2)をホルダ(1)に装着する回転工具保持装置におい
   て、嵌合軸(6)及び嵌合孔(5)の周面がテーパ周面であ
   り、このテーパ周面相互を嵌合したときに、ホルダの端
   面(9)とヘッドの嵌合軸の根元側の端面(10)とが密着し
   た２面拘束により、ヘッド(2)がホルダ(1)に固定される
   ことを特徴とする、回転工具保持装置。
2. 【請求項２】 ヘッド(2)に設けた嵌合軸(6)をホルダ
   (1)に設けた嵌合孔(5)に嵌合し、かつヘッドの嵌合軸の
   根元側の端面(10)をホルダの端面(9)に押圧して、切刃
   (7)を保持するヘッド(2)をホルダ(1)に固定する回転工
   具保持装置において、嵌合軸(6)に回転可能に嵌挿され
   た重量が等しくかつ半径方向に等しく偏心した重心を有
   する２個のバランスリング(11a,11b)と、これらのバラ
   ンスリングの回転位相を示す目盛(12a,12b)とを備え、
   ヘッド(2)をホルダ(1)に固定したときに前記２個のバラ
   ンスリングがヘッドの嵌合軸の根元側の端面(10)とホル
   ダの端面(9)との間で挟持固定されることを特徴とす
   る、回転工具保持装置。
3. 【請求項３】 半円状の内周刃(33)と、その円周方向一
   端に設けた部分刃(34)と、この部分刃(34)を進出させる
   つまみ付きのねじ杆(37)とを備えている、回転工具保持
   装置のヘッド取外し治具。