JP2010155319A

JP2010155319A - 工具ホルダー

Info

Publication number: JP2010155319A
Application number: JP2008335741A
Authority: JP
Inventors: Ken Tajima; 愃田島
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】簡単な構造で工具の取り付け、取り外しが容易な工具ホルダーを提供すること。
【解決手段】工具ホルダーは、コレットチャックおよびスリーブを収納する略円筒形状の工具ホルダー本体１０、略円筒形状であり、外周部にテーパー面を備え、後端近傍以外の側面に複数のスリットが設けられたコレットチャック１２、工具ホルダー本体の前部に着脱可能に固着されたホルダーキャップ１１、内周面がテーパー面となっている中空の円筒形状のスリーブ１４、工具ホルダー本体内に配置され、スリーブとピストンとを連結する複数の連結棒１５、工具ホルダー本体内に収納され、複数の連結棒を押すピストン２０、ピストンの後部に配置され、ピストンを押圧する押圧手段３１とを備える。コレットチャックには回動する力がかからず、油圧を使用した増力効果によって、軽い力で工具の着脱ができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具ホルダーに関するものであり、特に簡単な構造で工具の取り付け、取り外しが容易な工具ホルダーに関するものである。

従来、工作機械、例えばボール盤、フライス盤、旋盤などに取り付け、ドリル、フライス工具、回転のこ刃のような軸工具を解放可能に保持することができる工具ホルダーが使用されている。下記の特許文献１には、ロックナットとテーパコレットとの間の摩擦抵抗を大幅に低減し、ロックナットの締付時におけるテーパコレットのねじれをなくすようにした工具ホルダーが開示されている。

この工具ホルダーは、テーパコレット１２をコレットチャック本体１１のテーパ穴１１５内に押し込んで切削工具１５をチャッキングするロックナット１３を備える工具ホルダーにおいて、テーパコレット１２の基準端面１２３とこれに対向するコレット支持部１３１との間に両接触面の摩擦抵抗を低減するベアリングワッシャ１４を介在する。このベアリングワッシャ１４の両面、すなわち基準端面１２３及びコレット支持部１３１と接触する各面に、イオン窒化、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング及びＴｉＮコーティングのいずれかの表面処理を施す。
特開２００４−２５５４７４号公報

また、下記の特許文献２には、工作機械に一端（2）を取り付け、他端（3）でドリル、フライス工具、回転のこ刃のような軸工具（4）を解放可能に保持することができる油圧機械式チャックが開示されている。この油圧機械式チャックは、半径寸法が変化可能な比較的薄肉の内側スリーブ（5）と、軸工具（4）の軸を受け入れ、該工具（4）の軸に対して半径方向に圧縮されることができる中央軸方向穴（8）と、内側スリーブ（5）上を軸方向に変位可能な概して形状堅固な外側スリーブ（6）とを有する円錐結合チャックとして形成されている。

前記内側スリーブ（5）と外側スリーブ（6）とは、外側スリーブ（6）が内側スリーブ（5）上を変位するときに内側スリーブ（5）の半径方向圧縮をもたらすようにされる対の円錐面（7）を有して形成され、また前記チャックは、加圧して外側スリーブが内側スリーブ（5）上を変位させ、それによって工具（4）のセンタリングと締付け接続とを行う油圧媒体からなる油圧締付け圧力室（9、11、12）と、チャックと工具（4）間の連絡を解放するための圧力解放室（10）とを有して形成される。
特表２００１−５０９０９０号公報

上記した特許文献１の工具ホルダーにおいては、ロックナットの締付時におけるテーパコレットのねじれが完全にはなくならないという問題点があった。また、ロックナットの締め付けには大型の専用工具を使用してロックナットを回動させる必要があり、複数の工具ホルダーを並べて配置するとロックナットが回動できず、工具ホルダー本体を工作機械から外して工具を交換し、また工具ホルダーを工作機械に取り付ける必要がり、工具の交換に手間がかかるという問題点もあった。

また、上記した特許文献２の工具ホルダーにおいては、工具の取り付けや開放のために外部からニップル（１２、１４）に高圧油等の圧力媒体を供給する必要があるという問題点があった。また、薄肉の内側スリーブには直接油圧がかかるので、液密構造にする必要があり、スリットを切ることができないので変形量が少ないという問題点があり、更に、円錐面（テーパー面）の角度を大きくできないので、工具を開放するためには反対側から押さなければならない等の問題点もあった。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決し、簡単な構造で工具の取り付け、取り外しが容易な工具ホルダーを提供することを目的とする。

本発明の工具ホルダーは、前部に設けられた孔にコレットチャックおよびスリーブを収納する略円筒形状の工具ホルダー本体と、略円筒形状であり、前端に工具を差し込むための孔を備え、外周部にテーパー面を備え、後端近傍以外の側面に複数のスリットが設けられたコレットチャックと、前記工具ホルダー本体の前部に着脱可能に固着され、前記コレットチャックの前部と当接するホルダーキャップと、内周面が前記コレットチャックのテーパー面と当接するテーパー面となっている中空の円筒形状のスリーブと、前記工具ホルダー本体内に配置され、前記スリーブとピストンとを連結する複数の連結棒と、前記工具ホルダー本体内に収納され、前記複数の連結棒を押すピストンと、ピストンの後部に配置され、前記ピストンを押圧する押圧手段とを備えたことを最も主要な特徴とする。

また、前記した工具ホルダーにおいて、前記押圧手段は、前記工具ホルダー本体内に配置され、前記ピストンを押す油圧を増減あるいは維持する油圧調節手段である点にも特徴がある。また、前記した工具ホルダーにおいて、前記油圧調節手段は、前記ピストンより断面積が狭く、押圧ネジと連結された油を押す押圧ピストンである点にも特徴がある。

また、前記した工具ホルダーにおいて、前記押圧手段は、前記工具ホルダー本体内に配置され、前記工具ホルダー本体内に、あるいは前記工具ホルダー本体内に固着された部品に切られたネジ溝と嵌合するネジ溝が切られたボルトである点にも特徴がある。また、前記した工具ホルダーにおいて、前記工具ホルダー本体および前記ホルダーキャップの側面の一部に、前記工具ホルダー本体の軸と平行な姿勢合わせ用の平面が形成されている点にも特徴がある。

また、前記した工具ホルダーにおいて、前記スリーブ、前記連結棒、前記ピストンが一体の部品として構成されており、前記コレットチャックが前記一体の部品の内部に収納される点にも特徴がある。

本発明の工具ホルダーは、上記したような構成により以下のような効果がある。
（１）本発明の工具ホルダーはコレットチャックには回動する力がかからないので、工具の取り付け時に工具が回転することがなく、またコレットチャックのテーパー面や前面にすり傷が発生しない。
（２）油圧を使用した増力効果によって、軽い力で工具の着脱ができる。

（３）後方からのボルトの回動によって工具の着脱が可能であり、ホルダーを高密度で実装可能してもホルダーを外すことなく工具の交換が可能であり、作業効率が向上する。
（４）姿勢合わせ用の平面を使用することにより、工具交換の前後で容易に工具の向きや長さを同一にできる。

以下実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の工具ホルダーの構成を示す断面図および側面図である。図１（ａ）はホルダーの中心軸を含むＣ−Ｃ断面を示す断面図であり、図１（ｂ）はＢ方向から見た側面図、（ｃ）はＡ方向から見た側面図である。また、図２は、本発明の工具ホルダーの各部品の結合関係を示す説明図である。更に、図３は、本発明の工具ホルダーの各部品の構造を示す断面図および側面図である。

本発明の工具ホルダーは、工具ホルダー本体１０の前方にコレットチャック１２およびスリーブ１４が収納されてホルダーキャップ１１が装着されている。また、工具ホルダー本体１０の後部には複数の連結棒１５を介してスリーブ１４を押すピストン２０が挿入されており、最後部には油２２に圧力をかける押圧ピストン３１と連結している押圧ネジ３０が装着された押圧シリンダ部材２３が工具ホルダー本体１０内面に切ったネジ溝と嵌合して固着されている。ピストン２０と押圧ピストン３１の間には油２２が充填されている。Ｏリングと油を除く工具ホルダーの各部品は全て鋼あるいはステンレス等の金属製である。

図３（ａ）にＣ−Ｄ断面図および前方から見た側面図を示す工具ホルダー本体１０は略円筒形状であり、前方の半径の大きな円筒形と中央および後方の少し半径の小さい円筒形とを結合した形状をしている。工具ホルダー本体１０およびホルダーキャップ１１の側面の一部には、前記工具ホルダー本体１０の中心軸と平行な、工具や支持台との姿勢合わせ用の平面１８、１９が形成されている。

工具ホルダー本体１０には、前方にスリーブ１４を収納する円筒形状の孔５６が設けられ、この孔５６の底部には中心にコレットチャック１２の後部５４を収納するやや細い円筒形状の孔５７が設けられ、コレットチャック１２の姿勢を安定させ、工具ホルダーの軸Ａ−Ｂとコレットチャック１２の軸とを一致させ、工具保持精度を安定させている。孔５６の底部の周辺部には均等な角度で配置された複数（実施例では６個）のネジ孔５０が設けられている。このネジ孔５０はホルダーキャップ１１を本体１０に固着するキャップ固定ネジ１７と嵌合する。

また、中心の孔５７の底部には傾斜角度４５度の円錐側面形状の窪み１６が設けられている。この窪み１６は、工具の後端に形成されている傾斜角度４５度の円錐側面と係合することによって工具の軸を工具ホルダーの軸Ａ−Ｂと一致させ、工具交換を繰り返しても常に安定した高精度が得られるようにするため、および工具の後端に形成されている円錐側面から工具の先端までの長さが所定値になるように工具が製造されているので、この窪み１６に工具の後端を当接させることによって、同種の工具を交換しても工具の先端の位置が同じ位置にくるようにするためのものである。

工具ホルダー本体１０の後方にはピストン２０および押圧シリンダー部材２３を収納する円筒形状の孔５８が設けられ、この孔５８と前方の孔５６とは、ネジ孔５０と重ならないように均等な角度で配置された複数（実施例では６個）の孔４６によって連結されている。この孔４６は連結棒１５を収納する孔であり、ピストン２０はこの孔４６に収納された連結棒１５を介してスリーブ１４を押圧する。

工具ホルダー本体１０の後方の孔５８の側面には押圧シリンダ部材２３を固定するネジ２５が嵌合するネジ孔４４が設けられ、また孔５８の後部近傍の内面には押圧シリンダ部材２３が嵌合するネジ溝４５が設けられている。孔５８には周囲に２個のＯリング２１を備えた円筒形状のピストン２０が摺動可能に収納され、孔５８はピストン２０のシリンダとして機能する。孔５８の後端には押圧シリンダ部材２３が挿入され、押圧シリンダ部材２３のネジ溝４２がネジ溝４５と嵌合する。

ホルダーキャップ１１は円筒形状で前部は中心に孔の開いた円板状であり、後端は開放されている。ホルダーキャップ１１は６本のキャップ固定ネジ１７によって工具ホルダー本体１０の前部に着脱可能に固着されており、ホルダーキャップ１１の内部端面は、コレットチャック１２のリング状の前部平面５５と当接している。

図３（ｃ）に断面図および前方から見た側面図を示すコレットチャック１２は、中心部に工具を差し込むための孔を備えた略円筒形状であり、前部には前方ほど広がったテーパー面１３が形成され、テーパー面１３の前部には中心軸と垂直なリング状の平面５５が形成されており、この平面５５がホルダーキャップ１１の内部端面と当接する。コレットチャック１２の中間部は弾性変形するように肉薄となっており、後部５４は中間部よりも肉厚となっている。そして、前部および中間部には均等な角度で複数（６個）のスリット５３が切られている。

また、テーパー面１３および垂直な平面５５が交わる円周部の内、スリット５３が切られてる部分には６本のキャップ固定ネジ１７を通すための溝状の切り欠き５２が設けられている。なお、テーパー面の傾斜角度を所定値以上にしておくことにより、ピストン２０が押圧されなくなった時にはコレットチャック１２の弾性変形からの復元力によってスレーブ１４によるテーパー面の締め付けが自然に開放され、工具６５の締め付けも開放される。

図３（ｂ）に断面図および前方から見た側面図を示すスリーブ１４は中空の円筒形状であり、内周面がコレットチャック１２のテーパー面１３と当接するテーパー面４７となっている。また、外部側面には、コレットチャック１２と同様に６本のキャップ固定ネジ１７を通すための溝状の切り欠き５１が設けられている。ピストン２０は円筒形状であり、周囲に油漏れを防ぐ２個のＯリング２１を備え、工具ホルダー本体１０の後方の孔５８に嵌合する。

押圧シリンダ部材２３はやはり円筒形状であり、油漏れを防ぐ２個のＯリング２４を備え、工具ホルダー本体１０の後方の孔５８に嵌合する。また、内部には中心軸に沿って貫通する円筒形状のシリンダー孔４１が設けられ、押圧シリンダ部材２３の後部にはシリンダー孔４１と連通し、シリンダー孔４１よりも半径が大きいネジ孔４３が設けられている。このネジ孔４３には端部に押圧ピストン３１を備えた押圧ネジ３０が嵌合する。

押圧シリンダ部材２３は更に、後部側面に設けられ、孔５８のネジ溝４５と嵌合する外部ネジ溝４２、押圧シリンダ部材２３の位置を固定するために周囲に設けられた溝状の凹部２６、およびピストン移動規制ネジ２７が嵌合するネジ孔４０を備えている。

押圧ネジ３０は前端部に２個のＯリング３２を備えた円筒形状の押圧ピストン３１を備え、中間部には押圧ピストン３１の移動範囲を規制するためにピストン移動規制ネジ２７の先端と係合する凹部３３を備えている。また、後部は後端に六角孔３５を備え、周囲にネジ溝３４を備えたネジが形成されている。

工具ホルダー本体１０に固着され、シリンダー孔４１が設けられた押圧シリンダ部材２３および押圧ピストン３１を備えた押圧ネジ３０によって、ピストン２０の後部に配置され、ピストン２０を押圧する押圧手段が形成されている。また、この押圧手段は、工具ホルダー本体内に配置され、ピストン２０を押す油圧を増減あるいは維持する油圧調節手段でもある。

更に、油圧調節手段は、ピストン２０より断面積の狭い押圧ピストン３１で油を押すことにより、押圧ピストン３１の面積とピストン２０の面積の比に比例した力がピストン２０に働く。この増力された力によってピストン２０が連結棒１５を介してスリーブ１４を押す。するとコレットチャック１２のテーパー面が押圧され、コレットチャック１２の中間部分が弾性変形して工具を把持する。本発明の工具ホルダーはこの増力効果によって軽い力で工具の着脱ができる。

なお、本発明の工具ホルダーの組み立て時には、所定量の油を注入して密封する必要がある。そこで、連結棒として工具ホルダー組み立て用の所望の長さの棒を使用して、ピストン２０を工具ホルダー本体１０内の孔５８内の所定の位置に仮止めする。その後、工具ホルダー本体１０を油槽内に沈めてから、押圧ネジ３０を装着した押圧シリンダ部材２３を孔５８に挿入して回動し、ネジ溝を嵌合させる。この際、押圧シリンダ部材２３を固定するネジ２５は外しておく。

押圧シリンダ部材２３のＯリング２４が工具ホルダー本体１０側面のネジ孔４４より前方まで移動すると、所望量の油２２が密閉されるので、上記した仮止めを解除し、押圧シリンダ部材２３を更に回動させて所定の位置までねじ込み、ネジ２５によって固定する。以上のような方法によって所望量の油２２を注入して密閉することができる。

図４は、本発明の工具ホルダーを工作機械に取り付けた状態を示す正面図である。工作機械の工具ホルダー取り付け台６０は、予めバイト等の工具６５が装着された工具ホルダー１０を挿入する孔と工具ホルダー固定ネジ６１を備えており、工具ホルダー１０の平面１８あるいは１９を所定の方向に合わせて工具ホルダー１０が工具ホルダー固定ネジ６１によって工具ホルダー取り付け台６０に固定される。

工具ホルダー１０は、工具ホルダー取り付け台６０に固定したままでも、後端の押圧ネジ３０の六角孔３５に六角レンチ６４を差し込んで回動させることによって工具６５の取り付け、取り外しが可能である。この場合、工具ホルダー１０を縦横に密接に配置してもそれぞれの工具ホルダー１０の押圧ネジ３０を容易に回動可能である。

バイト等の工具６５の取り付け時には、まず、工具６５を工具ホルダー１０の孔５７の底部の円錐側面１６に当たるまで差し込む。そして、例えば２つの直方体を直角に固着した形状のＬ形治具６７を当てて、工具ホルダー１０の平面１８と工具６５の刃面６６とを合わせる。その後、後端の押圧ネジ３０を回動して工具６５を固定する。

本発明の工具ホルダーは押圧ネジ３０を回動してもコレットチャック１２には回動する力はかからず、コレットチャック１２は回動しないので、コレットチャック１２に挿入した工具６５も回転することなく、静止している。従って、工具を所望の向きで容易に固定可能である。また、コレットチャック１２には回動する力がかからないので、テーパー面１３や前面５５にすり傷や摩耗が発生することがない。

以上、実施例について説明したが、本発明には次のような変形例も考えられる。実施例においては、油圧を利用して増力効果を得る例を開示したが、油圧を使用せず、ネジ溝のピッチを狭くしたネジで直接ピストンを押すようにしてもよい。また、この際にネジとピストンの間にボールベアリングを入れてもよい。更に、ネジとピストンの間にテコの原理を応用した増力機構を設けてもよい。

実施例においては、押圧ピストンと押圧ネジとは直結していたが、押圧ネジ部と押圧ピストンとの間に、あるいはピストン２０を２つに分割して中間にコイルバネあるいは硬いゴムなどの円筒形状の弾性変形する部材を挿入してもよい。円筒形状の弾性変形する部材の場合には、Ｏリングの機能を兼ねることも可能である。更に、ピストン２０と連結棒１５との間に板バネを挿入してもよい。バネあるいは弾性部材を入れることによって緩みにくくなる。

スリーブ、連結棒、ピストンを一体の部品として形成し、コレットチャックがこの一体の部品の内部に収納されるような構造としてもよい。開示した実施例よりも部品数が減少する。
実施例においては、工具ホルダーの前部が中間部及び後部よりも少し径が大きい例を開示したが、例えば小径の工具用の工具ホルダーとしては前部も中間部および後部と同じ径の単純な円筒形とすることも可能である。このようにすれば、取り付け台の後方から工具ホルダーを着脱可能となる。
工具ホルダーのキャップ１１の端面に切り粉や切削油の侵入を防ぐ侵入防止板を取り付けてもよい。このようにすれば、工具交換時に工具ホルダー本体１０内の掃除が不要となる。

本発明の工具ホルダーは既存の工具ホルダーに代えて各種工作機械に適用可能である。

本発明の工具ホルダーの構成を示す断面図および側面図である。本発明の工具ホルダーの各部品の結合関係を示す説明図である。本発明の工具ホルダーの各部品の構造を示す断面図および側面図である。本発明の工具ホルダーを工作機械に取り付けた状態を示す正面図である。

符号の説明

１０…工具ホルダー本体
１１…ホルダーキャップ
１２…コレットチャック
１４…スリーブ
１５…連結棒
１７…キャップ固定ネジ
１８、１９…姿勢合わせ用平面
２０…ピストン
２１…油
２３…押圧シリンダ部材
３０…押圧ネジ
３１…押圧ピストン

Claims

前部に設けられた孔にコレットチャックおよびスリーブを収納する略円筒形状の工具ホルダー本体と、
略円筒形状であり、前端に工具を差し込むための孔を備え、外周部にテーパー面を備え、後端近傍以外の側面に複数のスリットが設けられたコレットチャックと、
前記工具ホルダー本体の前部に着脱可能に固着され、前記コレットチャックの前部と当接するホルダーキャップと、
内周面が前記コレットチャックのテーパー面と当接するテーパー面となっている中空の円筒形状のスリーブと、
前記工具ホルダー本体内に配置され、前記スリーブとピストンとを連結する複数の連結棒と、
前記工具ホルダー本体内に収納され、前記複数の連結棒を押すピストンと、
ピストンの後部に配置され、前記ピストンを押圧する押圧手段と
を備えたことを特徴とする工具ホルダー。
前記押圧手段は、前記工具ホルダー本体内に配置され、前記ピストンを押す油圧を増減あるいは維持する油圧調節手段であることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
前記油圧調節手段は、前記ピストンより断面積が狭く、押圧ネジと連結された油を押す押圧ピストンであることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダー。
前記押圧手段は、前記工具ホルダー本体内に配置され、前記工具ホルダー本体内に、あるいは前記工具ホルダー本体内に固着された部品に切られたネジ溝と嵌合するネジ溝が切られたボルトであることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
前記工具ホルダー本体および前記ホルダーキャップの側面の一部に、前記工具ホルダー本体の軸と平行な姿勢合わせ用の平面が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ー。
前記スリーブ、前記連結棒、前記ピストンが一体の部品として構成されており、前記コレットチャックが前記一体の部品の内部に収納されることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。