JP2006346781A - 工具把持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度の工具把持が可能で、構造が簡素な工作機械用工具の把持構造の提供。
【解決手段】 工具シャンク３をスリーブ２の内径穴に通し、工具シャンク嵌入穴１１に嵌入する。スリーブ２の挿入部２１を大径部１１ａに挿入しボルト等で主軸シャフト１と同軸で固定し、大径部１１ａに設けた１個以上の環状弾性部材４を軸方向に圧縮する。環状弾性部材４は径方向に膨張し工具シャンク３を主軸シャフト１に保持固定する。工具シャンク嵌入穴１１内にシャンク第１支持部Ａ１、スリーブ２の内径穴にシャンク第２支持部Ａ２が形成される。挿入部２１の先端部の軸方向断面形状は半円、台形等とする。工具シャンク嵌入穴１１、スリーブ２の内径穴、及び環状弾性部材４は、工具シャンク３と、軸方向に垂直な断面形状について整合させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械の工具把持に関し、更に詳しく言えば、工作機械の主軸シャフトに工具シャンクを把持させる把持構造に関する。

従来の技術では、コレットやハイドロチャックなどが工作機械に対する工具把持のために広く利用されている。しかし、コレットタイプのものを使用すると、コレット及びシャフトのテーパ部分の精度によって工具取り付け誤差が生じ易い。また、ハイドロチャックのような機構を、小型で、高速動作する主軸に設けることは、設計上の困難から実際的でない。その他、工作機械に対する工具把持に関して種々の技術が提案されており、特許文献にも開示されている。

下記特許文献１はその代表的な例で、工具を保持する蛇腹状保持具を開示している。この蛇腹状保持具は、被保持部材で覆い被せられる外周面または被保持部材が挿入される内部孔を有し、一端面が環状基準体または環状基準部位に当接される一方、他端面はつば部を有する管状部材を構成している。この管状部材は弾性部材状の部材であり、被保持部材の装着に際し、軸方向に沿って上記一端面側に押圧されると半径方向に膨張し、被保持部材を保持固定する。そして、蛇腹状保持具の周面には、上記押圧時の半径方向の膨張を容易にするために、軸方向全長の一部にすり割り（スリット）が設けられている。

このような蛇腹は一種の弾性部材とみることができる。一方、本発明に係る工具保持構造も弾性部材を利用しており、その意味で特許文献１は、本発明と同系統の技術を開示している。但し、本発明とは、工具（被保持部材）のシャンクの支持の仕方が全く異なっている。詳細は後述するが、本発明に係る保持構造においては、シャンクを支持する箇所が、弾性部材の両側に２点（工具の軸方向に沿った２つの位置）あるのみで、この２点支持により把持構造の簡素化と把持の高精度化を容易にしている。

特許文献１に記された手法は、本発明のような２点支持ではなく、蛇腹状保持具の内周面（全体）で工具のシャンクをクランプしており（特許文献１の段落００１２等参照）、本発明が採用する２点支持の手法とは明らかに相違している。つまり、特許文献１が示す従来技術では、シャンクを支持する部分がシャフト前方の内径１点である。そのため、工具の挿入角度などにより工具が振れて、取付け姿勢に誤差を生じる可能性がある。

特開平１１−７７４１３号公報

工作機械において工具のアンバランスや取り付け精度が加工に影響を与えるため、工具の精密な把持及び工具交換の繰り返し精度が必要となる。また小型で、且つ、高速動作する主軸では、より簡便で精密な工具把持構造が求められている。そこで本発明は、工具シャンクを２点支持方式で支持する新規な工具把持構造を提案し、単純且つ高精度の工具把持を実現しようとするものである。

本発明は、シャフトの内部に２点支持を行う箇所を設け、その支持点の間に工具を把持する弾性部材を設けることにより、工作機械の主軸シャフトに工具シャンクを把持させる把持構造を簡略化し、上記問題点を解決したものである。本発明では、シャフト先端に具備させたスリーブとシャフト内部の２点をシャンクの支持点とし、その中間部に設けた弾性部材を圧縮し、内径を小さくすることによりシャンクを固定する。これにより、単純且つ高精度の工具把持が可能になる。

より具体的に言えば、本発明は、工作機械の主軸シャフトに工具シャンクを把持させる把持構造において、
「前記主軸シャフトに設けられた工具シャンク嵌入穴の一部の内周面をシャンク第１支持部とし、前記主軸シャフトの工具シャンク取り付け側端面に前記主軸シャフトと同軸に取付けられるスリーブに設けた内径穴をシャンク第２支持部とし、シャンク第１支持部とシャンク第２支持部間の、前記工具シャンク嵌入穴と前記工具シャンクとの隙間に配置された少なくとも１個の弾性部材と該少なくとも１個の弾性部材を軸方向に圧縮することにより径方向に膨張させて前記工具シャンクを前記主軸シャフトに保持固定する手段とを備えたこと」を特徴としている。

ここで、前記弾性部材は環状弾性部材であることが好ましい。また、前記スリーブの主軸シャフトへの取り付けにより、該スリーブの前記弾性部材との接触部より圧縮力を付与するように構成することができる。前記スリーブの前記弾性部材への前記圧縮力付与側の軸方向断面形状は、例えば半円もしくは台形とすることができる。前記シャフトの工具嵌入穴、前記スリーブの内径穴、及び前記弾性部材の、軸方向に垂直な夫々の断面形状については、前記工具シャンクの断面形状に合わせた形状とすることができる。

本発明に係る工具把持構造は単純であるため信頼性の向上につながる。また、超精密加工の用途で用いられる工具で採用されるピンゲージクラスの工具シャンクに対しても、シャンク支持部を精密に作り、工具との外径誤差を少なくすれば、精密な工具把持が容易に実現できる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。先ず、図１は本発明の実施形態に係る把持構造の概要を示す、主軸シャフトの軸方向に沿った断面図である。同図において、符号１は工作機械の主軸シャフトを示し、軸方向に延在する工具シャンク嵌入穴１１を有している。また、符号２は、主軸シャフト１と同軸に取付けられるスリーブを示し、工具シャンク嵌入穴１１の入口側に形成された大径部１１ａに挿入される挿入部２１を有している。

大径部１１ａの内周面と挿入部２１の外周面は、形状及び寸法が互いに高精度で一致するように加工されている。スリーブ２には更に工具シャンク３を通す内径穴を有している。この内径穴は、挿入部２１の外周面と高精度で同心に形成されるとともに、工具シャンク３の外周面と形状及び寸法が互いに高精度で一致するように加工されている。また、工具シャンク嵌入穴１１の内周面は、大径部１１ａが終了した部分から適当な範囲（例えば、軸方向に沿って数ｃｍの範囲；以下、「小径部ともいう」）で、工具シャンク３の外周面と、形状及び寸法が互いに高精度で一致するように加工されている。

一方、工具シャンク嵌入穴１１の大径部１１ａの底部の外周部（工具シャンク嵌入穴１１と工具シャンク３との隙間になる部分）には、環状弾性部材４が設けられている。この環状弾性部材４の内周面は、自然状態（外力を受けない状態）で、工具シャンク３の外周面と形状及び寸法がほぼ一致するように設計されている。工具シャンク３の取付け・把持は例えば次のような手順で行うことができる。

先ず、工具シャンク３をスリーブ２の内径穴に通し、工具シャンク嵌入穴１１に嵌入する。次いで、スリーブ２の挿入部２１を大径部１１ａに挿入し主軸シャフト１と同軸で固定する。固定の仕方については後述する。スリーブ２が固定された状態において、挿入部２１の先端部は環状弾性部材４を軸方向に圧縮する。これに伴い、環状弾性部材４は径方向に膨張し、工具シャンク３を主軸シャフト１に保持固定する。

ここで、工具シャンク３がどの箇所で支持されているかを見てみると、先ず工具シャンク嵌入穴１１の一部（上記した小径部）の内周面が１つのシャンク支持部（シャンク第１支持部Ａ１）となり、スリーブ２の内径穴の内周面はもう１つのシャンク支持部（シャンク第２支持部Ａ２）となっている。このような「２点支持」が本発明の基本的な特徴であり、この特徴により、工具の挿入角度などにより工具が振れて、取付け姿勢に誤差を生じる可能性が殆どなくなる。なお、環状弾性部材４の内周面は、工具シャンク３の外周に押圧力を及ぼす押圧部Ｂであり、その意味でシャンク第３支持部ということもできる。

図２は、環状弾性部材を複数個設けた工具把持構造の変形例について説明する、主軸シャフトの軸方向に沿った断面図である。同図に示したように、本変形例では、軸方向に沿って２つの環状弾性部材４１、４２が設けられている。なお、本変形例の他に、複数の弾性部材で工具シャンク３の外周を取り囲む態様も採用し得る。例えば、ほぼ１８０゜を分担する半環状弾性部材２つで工具シャンク３の外周を取り囲む態様が考えられる。

図３（ａ）、（ｂ）は、弾性部材を圧縮する力を一定に保つための機構を例示した図である。図３（ａ）は、環状弾性部材４１、４２に圧縮力を及ぼすスリーブ２を、タップ穴１２に螺合するボルト２２により主軸シャフト１へ固定し、チャックする例を表わしている。また、図３（ｂ）は、スリーブ２を主軸シャフト１の外周にかぶせる形状とし、主軸シャフト１の外周に雌タップを切り、そこにかぶせるスリーブ２の傘部２３の内周部に雄タップを切ることで、ネジ−ナット構造５を形成し、スリーブ２の傘部２３を主軸シャフト１の外周に螺合して、スリーブ２を主軸シャフト１に固定する例を示している。これらの機構により、弾性部材４１、４２を圧縮し、把持力を一定に保つことができる。

次に図４（ａ）、（ｂ）は、弾性部材４を効率よく圧縮できるように、スリーブ２の先端部の形状（弾性部材への圧縮力付与側の軸方向断面形状）に工夫を施した例を示している。図４（ａ）は台形形状とした例を表わし、先端面は環状の平坦面となっている。図４（ｂ）は半円形状とした例を表わしており、先端面は環状の嶺を持つ曲面となっている。このように、弾性部材４を効率よく内径側へ圧縮することにより、把持力を向上させることが可能になる。また、弾性部材４の寿命を向上させる利点もある。

図５（ａ）、（ｂ）は、把持構造の把持接触部を示したもので、（ａ）工具シャンクの断面形状が円形であるケースを表わし、（ｂ）は工具シャンクの断面形状が多角形形状であるケースを表わしている。いずれのケースにおいても、主軸シャフト１の工具嵌入穴の内周面１３、１４、スリーブ２の内径穴の内周面２４、２５及び弾性部材４の内周面４３、４４の軸方向に垂直な夫々の断面形状は、前記工具シャンクの断面形状に合わせた形状とされている。このような形状選択により、丸棒形状のシャンクだけでなく、三角形、四角形、六角形などの多角形の断面を持つシャンクの把持のケースにも適切に対応することができる。

本発明の実施形態に係る把持構造の概要を示す、主軸シャフトの軸方向に沿った断面図である。 環状弾性部材を複数個設けた工具把持構造の変形例について説明する、主軸シャフトの軸方向に沿った断面図である。 環状弾性部材を圧縮するスリーブ位置を保持するための構造について説明する、主軸シャフトの軸方向に沿った断面図であり、（ａ）はボルトによる締結の例を表わし、（ｂ）はスリーブとシャフトで形成したネジ−ナット構造による締結の例を表わしている。 弾性部材への圧縮箇所におけるスリーブの、主軸シャフトの軸方向に沿った断面形状について説明する図で、（ａ）は台形状の断面形状とした例を表わし、（ｂ）は半円形状の断面形状とした例を表わしている。 把持構造の把持接触部を例示したもので、（ａ）工具シャンクの断面形状が円形であるケースを表わし、（ｂ）は工具シャンクの断面形状が多角形形状であるケースを表わしている。

符号の説明

１ 主軸シャフト
２ スリーブ
３ 工具シャンク
４、４１、４２ 環状弾性部材
５ ネジ−ナット構造
１１ 工具シャンク嵌入穴
１１ａ 大径部
１２ タップ穴
１３ 工具嵌入穴の内周面（凹円周面）
１４ 工具嵌入穴の内周面（凹多角形面）
２１ 挿入部
２１ａ 台形状断面部
２１ｂ 半円形状断面部
２２ ボルト
２３ スリーブの傘部
２４ スリーブの内周面（凹円周面）
２５ スリーブの内周面（凹多角形面）
４３ 弾性部材の内周面（凹円周面）
４４ 弾性部材の内周面（凹多角形面）
Ａ１ シャンク第１支持部
Ａ２ シャンク第２支持部
Ｂ シャンク押圧部

Claims (5)

1. 工作機械の主軸シャフトに工具シャンクを把持させる把持構造において、前記主軸シャフトに設けられた工具シャンク嵌入穴の一部の内周面をシャンク第１支持部とし、
   前記主軸シャフトの工具シャンク取り付け側端面に前記主軸シャフトと同軸に取付けられるスリーブに設けた内径穴をシャンク第２支持部とし、
   シャンク第１支持部とシャンク第２支持部間の、前記工具シャンク嵌入穴と前記工具シャンクとの隙間に配置された少なくとも１個の弾性部材と該少なくとも１個の弾性部材を軸方向に圧縮することにより径方向に膨張させて前記工具シャンクを前記主軸シャフトに保持固定する手段とを備えたことを特徴とする、工具把持構造。
2. 前記弾性部材は環状弾性部材である、請求項１に記載の工具把持構造。
3. 前記スリーブの主軸シャフトへの取り付けにより、該スリーブの前記弾性部材との接触部より圧縮力が付与されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の工具把持構造。
4. 前記スリーブの前記弾性部材への前記圧縮力付与側の軸方向断面形状が半円もしくは台形であることを特徴とする、請求項３に記載の工具把持構造。
5. 前記シャフトの工具嵌入穴、前記スリーブの内径穴、及び前記弾性部材の、軸方向に垂直な夫々の断面形状は、前記工具シャンクの断面形状に合わせた形状としたことを特徴とする、請求項１〜請求項４の内、いずれか１項に記載の工具把持構造。

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