JP2008229801A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】工具を振れ精度良く簡単に取り付けることができるとともに、工具の取付時及び取り外し時に過大な圧力がチャック部に作用した場合であっても、チャック部が塑性変形して破損するのを防止することができる工具ホルダを提供する。
【解決手段】工具１の工具シャンク部２を挿入する工具保持孔４２が形成されたチャック部４０を備え、チャック部４０を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で工具保持孔４２に工具シャンク部２を挿入し、前記加圧を解除することにより工具１を取り付ける工具ホルダ１０において、チャック部４０には工具保持孔４２に開口する一対の凹部４８が互いに対向して形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、切削、研磨等に用いられる工具を工作機械の主軸に装着するための工具ホルダに関する。

例えば、マシニングセンタ等の工作機械の主軸に取り付けられる切削工具として、工具ホルダにドリル等の工具を固定したものが使用されており、ホルダへの工具取り付け方式として、工具ホルダの弾性を利用した嵌め合い方式が知られている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

工具ホルダの弾性を利用した嵌め合い方式は、チャック部の先端に設けられた工具保持孔と工具の工具シャンク部とを互いに締まり嵌め寸法に形成し、チャック部を弾性領域内で強制的に変形させることにより、工具保持孔と工具シャンク部との間にクリアランスを確保して工具シャンク部を工具保持孔に挿入した後、チャック部の強制的な変形を解除することで工具ホルダに工具を結合する方式であり、結合後は、チャック部を弾性領域内で強制的に変形させて工具保持孔と工具シャンク部との間にクリアランスを確保して工具保持孔から工具シャンク部を取り外す。

このような嵌め合い方式では、焼嵌め方式のようにチャック部を加熱及び冷却する必要が無く安全かつ簡便に結合することができたり、圧入方式のようにチャック部を強制変形させながら工具シャンク部を押し込む必要が無くチャック部や工具シャンク部を傷つけにくいといったメリットがある。

しかしながら、工具保持孔と工具シャンク部との当接箇所を増やして求心性を高めるため、あるいは、弾性領域内で工具保持孔を大きく変形させるため、上記のような従来の弾性を利用した嵌め合い方式による工具ホルダは、３方向あるいはそれ以上の方向からチャック部を加圧変形させる構成となっている。そのため、チャック部を加圧する方向と、各方向での加圧量とを厳密に制御しなければ、工具保持孔を工具シャンク部の軸回りに対称に変形させることができず、振れ精度良く工具を取り付けるのが困難である問題がある。

しかも、従来の嵌め合い方式では、工具保持孔の周囲に中空部等を設けてチャック部が小さな加圧力で弾性変形し易い構成となっているため、工具の取付時及び取り外し時にあやまって過大な圧力を加えるとチャック部を塑性変形させてしまうおそれがある。
特表２００４−５０４１６０号公報 特表２００２−５１８６３９号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、工具を振れ精度良く簡単に取り付けることができるとともに、工具の取付時及び取り外し時に過大な圧力がチャック部に作用した場合であっても、チャック部が塑性変形するのを防止することができる工具ホルダを提供することを目的とする。

本発明に係る工具ホルダの１つは、工具の工具シャンク部を挿入する工具保持孔が形成されたチャック部を備え、前記チャック部を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で前記工具保持孔に前記工具シャンク部を挿入し、前記加圧を解除することにより前記工具を取り付ける工具ホルダにおいて、前記チャック部には前記工具保持孔に開口する一対の凹部が互いに対向して形成されていることを特徴とする。

上記発明のように、工具保持孔に開口する一対の凹部を互いに対向して設けることにより、凹部の外側よりチャック部を加圧することで２方向から工具保持孔を変形させることができるため、加圧方向及び加圧量を制御し易くなり、振れ精度良く工具を簡単に取り付けることができる。

また、上記発明において、前記工具保持孔の曲率が前記工具シャンク部の曲率より大きく形成してもよい。このような形状にすることで、工具シャンク部には周方向において凹部近傍の４箇所から内径方向の大きな締付力が作用することとなり求心性を向上させることができる。

更にまた、上記発明において、前記一対の凹部の各凹部は、前記工具保持孔の円周角が９０度の範囲にわたって開口してもよく、これにより、工具の保持安定性を向上させることができる。

本発明のさらに他の１つは、工具の工具シャンク部を挿入する工具保持孔が形成されたチャック部を備え、前記チャック部を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で前記工具保持孔に前記工具シャンク部を挿入し、前記加圧を解除することにより前記工具を取り付ける工具ホルダにおいて、前記工具保持孔の先端側に内径が工具シャンク部の外径より大きい拡径部を備えることを特徴とする。

上記の工具ホルダでは、工具シャンク部の外径より大きい内径を有する拡径部を前記工具保持孔の先端側に設けることにより、工具シャンク部の端部を拡径部に挿入した状態でチャック部を変形させて工具保持孔に工具シャンク部を挿入することができるため、工具取付時にあやまって過大な圧力を加えても、チャック部が塑性変形する前に拡径部の内周面を工具シャンク部に接触させてチャック部の塑性変形を防止し、工具ホルダの破損を防止することができる。

本発明の他の１つは、工具の工具シャンク部を挿入する工具保持孔が形成されたチャック部を備え、前記チャック部を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で前記工具保持孔に前記工具シャンク部を挿入し、前記加圧を解除することにより前記工具を取り付ける工具ホルダにおいて、前記チャック部には前記工具保持孔に開口する凹部が形成され、前記凹部には、前記工具保持孔に挿入された前記工具シャンク部と所定間隔をあけて内方に向かって突出する突部が配設されていることを特徴とする。

上記の工具ホルダでは、前記工具保持孔に挿入された前記工具シャンク部と所定間隔をあけて内方に向かって突出する突部を凹部に設けることにより、工具取り外し時にあやまって過大な圧力を加えても、チャック部が塑性変形する前に凹部に設けられた突部を工具シャンク部に接触させることができるため、チャック部の塑性変形を防止して工具ホルダの破損を防止することができる。

本発明の工具ホルダによれば、工具を振れ精度良く簡単に取り付けることができるとともに、工具の取付時及び取り外し時に過大な圧力がチャック部に作用した場合であっても、チャック部が塑性変形して工具ホルダの破損を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、工具１を取り付けた状態における本実施形態に係る工具ホルダ１０の側面図であり、図２は工具ホルダ１０のチャック部４０の先端を拡大して示す斜視図、図３はチャック部４０を示す図であって（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）図のＡ−Ａ断面図、図４は図１のＢ−Ｂ断面図、図５は図４のＣ−Ｃ断面図、図６は工具１の取付方法を説明する工具ホルダ１０の部分断面図、図７は工具１の取付方法を説明する工具ホルダの平面図、図８は工具１の取付方法を説明する工具ホルダの部分断面図、図９は工具１の取り外し方法を説明する工具ホルダ１０の断面図である。

本実施形態に係る工具ホルダ１０は、図１に示すように、ドリル等の切削工具１を保持する工具ホルダであって、工作機械主軸に接続固定されるテーパシャンク部２０と、工具自動交換装置と係合するマニュピュレータ把持部３０と、切削工具１の工具シャンク部２を受け入れて保持するチャック部４０とを備える。この焼嵌め式工具ホルダ１０におけるテーパ状シャンク部２０とマニュピュレータ把持部３０は従来公知のものと同様であり、ここでは説明を省略する。

工具ホルダ１０はＳＣＭ材等の合金鋼材で作られたもので、チャック部４０の先端部には、図２及び図３に示すように、工具シャンク部２を嵌入して保持する工具保持孔４２と、この工具保持孔４２の先端側に工具保持孔４２より大きな内径をなす拡径部４４とが形成されており、拡径部４４がシャンク部４０の先端に開口している。

図３（ｂ）に示すように、工具保持孔４２の内径Ｄ１は、工具シャンク部２の外径Ｄ２より若干小さく形成され、工具シャンク部２と締まり嵌め寸法に形成されている。一方、拡径部４４の内径Ｄ３は、工具シャンク部２の外径Ｄ２より大きく形成されており、チャック部４０が変形していない状態において、拡径部４４が工具シャンク部２の端部を受け入れて工具保持孔４２と拡径部４４とを区画する段部４６に工具シャンク部２の端面２ａが当接する。

このような工具シャンク部２の端部を拡径部４４に挿入した状態において、工具シャンク部２と拡径部４４の内周面との間には所定量の間隙Ｙ１が形成されている。この間隙Ｙ１は、工具シャンク部２の抜き差しが可能なクリアランスを工具保持孔４２と工具シャンク部２との間に確保できる程度にチャック部４０の変形を許容するとともに、チャック部４０が塑性変形する前に拡径部４４の内周面を工具シャンク部２に当接させることができる程度の間隔をあけて形成されている。

チャック部４０の内周面には、工具保持孔４２の軸心方向に沿って延びる一対の凹部４８，４８が互いに対向した位置に形成され、各凹部４８，４８の周方向中央部における底面部４８ａから互いに対向し内方に向かって突出する突部５０が工具保持孔４２の軸心方向に沿って設けられている。

各凹部４８，４８は、工具保持孔４２を画定するチャック部４０の内周面が径外方向へ陥没して形成され、工具保持孔４２の円周角が９０度の範囲にわたって工具保持孔４２側に開口している。これにより、工具保持孔４２の周方向には、一対の凹部４８，４８の間に工具シャンク部２と当接して工具１を締付固定する一対の把持部５２，５２が形成されている。

突部５０は、図４及び図５に示すように、工具保持孔４２に工具シャンク部２を嵌入し工具１を工具ホルダ１０に取り付けた状態において、突部５０と工具シャンク部２との間には所定量の間隙Ｙ２が形成されている。この間隙Ｙ２は、工具シャンク部２の抜き差しが可能なクリアランスを工具保持孔４２と工具シャンク部２との間に確保できる程度にチャック部４０の変形を許容するとともに、チャック部４０が塑性変形する前に突部５０を工具シャンク部２に当接させることができる程度の間隔をあけて形成されている。

なお、本実施形態では、図２及び図５に示すように、突部５０を拡径部４４より工具保持孔４２の内方へ突出するように形成しているが、本発明は、これに限定されず、拡径部４４が突部５０より内方へ突出してもよく、また、拡径部４４と突部５０とを段差無く同径に形成してもよい。

ここで、図３及び図５を参照して各寸法の一例を挙げれば、工具シャンク部の外径Ｄ２＝３ｍｍに対して、工具保持孔４２の外径Ｄ１＝２．９８ｍｍ〜２．９８５ｍｍ、拡径部の内径Ｄ３＝３．０２ｍｍ〜３．０４５ｍｍであって、この時、工具シャンク部２と拡径部４４の内周面との間隙Ｙ１の大きさは０．０２０〜０．０４５ｍｍとなる。また、工具１を工具ホルダ１０に取り付けた状態において、突部５０と工具シャンク部２との間に形成される間隙Ｙ２の大きさは０．０２０〜０．０４５ｍｍに設定することができる。

このような工具ホルダ１０に工具１を取り付けるには、まず、チャック部４０への加圧を解除した状態において、図６に示すように、拡径部４４に工具シャンク部２の先端部を挿入し、工具シャンク部２の端面２ａを段部４６に当接させる。

次いで、凹部４８，４８の外側よりチャック部４０を加圧し弾性変形させることで工具保持孔４２を拡径させ段部４６に当接する工具シャンク部２を工具保持孔４２に挿入する。

詳細には、図７に示すように、対向した位置に形成された一対の凹部４８，４８の外側からチャック部４０を矢符Ｆで示す内径方向に加圧して、２方向からチャック部４０を変形させる。この時、円弧状をなす凹部４８，４８の底面部４８ａが把持部５２を径外方向に移動させながら平らに近づくように変形することで、工具保持孔４２を拡径させるため、把持部５２を曲率が大きくなるように変形し、工具保持孔４２を拡径することができる。

次いで、上記した矢符Ｆで示す内径方向の加圧を解除することでチャック部４０は元の形状に戻り、把持部５２が工具シャンク部２を締め付ける。

工具保持孔４２の内径Ｄ１は工具シャンク部２の外径Ｄ２より若干小さく形成されており、工具保持孔４２の曲率が工具シャンク部２の外周面の曲率より大きいため、図８に示すように、把持部５２の縁部５２ａが工具シャンク部２と当接し弾性変形することで、把持部５２全体が工具シャンク部２と当接する。

これにより、工具シャンク部２には、周方向において把持部５２の縁部５２ａに近づくほど内径方向の大きな締付力が作用し、一対の把持部５２であっても４箇所の縁部５２ａから内径方向の大きな締付力が工具シャンク部２に作用することとなり、求心性を向上させることができる。

しかも、凹部４８は工具保持孔４２の円周角が９０度の範囲にわたって開口しているため、大きな締付力が作用する縁部５２ａを周方向に等間隔に配置させることができ、工具の保持安定性を向上させることができる。

一方、工具１の取り外しは、図９に示すように、工具シャンク部２の抜き差しが可能なクリアランスを工具保持孔４２と工具シャンク部２との間に確保できる程度に凹部４８，４８の外側よりチャック部４０を加圧し弾性変形させた後、工具１を抜き取り、チャック部４０の加圧を解除することで完了する。

以上のように、本実施形態に係る工具ホルダでは、チャック部４０の内周面には工具保持孔に開口する一対の凹部が互いに対向して形成されているため、凹部の外側からチャック部４０を内径方向に加圧することで工具保持孔４２を拡径させることができる。そのため、バイスのような２方向からの挟み込みによる加圧でチャック部４０を弾性変形させることができ、加圧方向及び加圧量を容易に制御することができる。

また、前記工具保持孔の先端側には拡径部４４が設けられており、チャック部４０の加圧変形前に工具シャンク部２の端部を拡径部４４に挿入することができるため、工具取付時にあやまって過大な圧力を加えても、チャック部４０が塑性変形する前に拡径部４４の内周面を工具シャンク部２に当接させてチャック部４０の塑性変形を防止し、工具ホルダ１０の破損を防止することができる。

さらにまた、工具保持孔４２に挿入された工具シャンク部２と所定間隔Ｙ２をあけて内方に向かって突出する突部５０が凹部４８に設けられているため、工具取り外し時にあやまって過大な圧力を加えても、チャック部４０が塑性変形する前に凹部４８に設けられた突部５０を工具シャンク部２に接触させることができるため、チャック部４０の塑性変形を防止して工具ホルダ１０の破損を防止することができる。

なお、本実施形態では、一対の凹部４８，４８を形成したチャック部４０に拡径部４４及び突部５０を設ける場合について説明したが、本発明において拡径部４４及び突部５０は、工具保持孔４２に開口する凹部４８が周方向に３箇所以上形成されたチャック部４０に対しても適用でき、工具１の取付時及び取り外し時においてチャック部４０の塑性変形を防止し工具ホルダ１０の破損を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る工具ホルダの側面図である。 チャック部の先端を拡大して示す斜視図である。 チャック部を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 工具の取付方法を説明するチャック部の部分断面図である。 工具の取付方法を説明するチャック部の平面図である。 工具の取付方法を説明するチャック部の部分断面図である。 工具の取り外し方法を説明するチャック部の断面図である。

符号の説明

１…工具
２…工具シャンク
１０…工具ホルダ
４０…チャック部
４２…工具保持孔
４４…拡径部
４８…凹部
４８ａ…底面
５０…突部

Claims (7)

1. 工具の工具シャンク部を挿入する工具保持孔が形成されたチャック部を備え、
   前記チャック部を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で前記工具保持孔に前記工具シャンク部を挿入し、前記加圧を解除することにより前記工具を取り付ける工具ホルダにおいて、
   前記チャック部には前記工具保持孔に開口する一対の凹部が互いに対向して形成されていることを特徴とする工具ホルダ。
2. 前記工具保持孔の内径が前記工具シャンク部の外形より小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記一対の凹部の各凹部は、前記工具保持孔の円周角が９０度の範囲にわたって開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具ホルダ。
4. 前記工具保持孔の先端側に内径が工具シャンク部の外径より大きい拡径部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具ホルダ。
5. 前記凹部には、前記工具保持孔に挿入された前記工具シャンク部と所定間隔をあけて内方に向かって突出する突部が配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の工具ホルダ。
6. 工具の工具シャンク部を挿入する工具保持孔が形成されたチャック部を備え、
   前記チャック部を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で前記工具保持孔に前記工具シャンク部を挿入し、前記加圧を解除することにより前記工具を取り付ける工具ホルダにおいて、
   前記工具保持孔の先端側に内径が工具シャンク部の外径より大きい拡径部を備えることを特徴とする工具ホルダ。
7. 工具の工具シャンク部を挿入する工具保持孔が形成されたチャック部を備え、
   前記チャック部を内径方向の加圧により弾性変形させた状態で前記工具保持孔に前記工具シャンク部を挿入し、前記加圧を解除することにより前記工具を取り付ける工具ホルダにおいて、
   前記チャック部には前記工具保持孔に開口する凹部が形成され、
   前記凹部には、前記工具保持孔に挿入された前記工具シャンク部と所定間隔をあけて内方に向かって突出する突部が配設されていることを特徴とする工具ホルダ。

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