JP2010162670A

JP2010162670A - 工具固定装置

Info

Publication number: JP2010162670A
Application number: JP2009009277A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Ito; 育夫伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-19
Filing date: 2009-01-19
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】強力な工具固定力を得ることができる工具固定装置を提供する。
【解決手段】工具固定装置は、軸状部分（５１）を有する工具（５０）を固定するために、工具（５０）を保持する本体部（２０）と、本体部（２０）に螺合するナット部材（３０）と、ナット部材（３０）と螺合すると共に工具（５０）の縦軸線（Ａｘ）方向に移動する直線移動部材（４０）とを具備している。本体部（２０）、ナット部材（３０）、及び直線移動部材（４０）は差動ネジ機構を構成しており、ナット部材（３０）に与えられた回転トルクに基づいて直線移動部材（４０）から作用する押圧力により工具（５０）が本体部（２０）に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工具を工作機械等に固定するための工具固定装置に関する。

軸状部分を有する工具を種々の工作機械に固定するために、コレットチャック式の工具ホルダがしばしば利用される。例えば特許文献１に示される工具ホルダでは、工具は、工具保持部の外周に設けられたネジ部に螺合したナットを締付けることにより固定される。固定の原理は、よく知られているように、ナットの締付けにより発生する軸方向の力がコレットの楔効果によって半径方向の力に変換されて工具のシャフト部分を締め付けるものである。特許文献２にもコレットを用いた工具ホルダ（アタッチメント）が記載されている。

しかしながら、このようにコレットを用いていても、加工抵抗或いは振動が大きい場合には、加工中にナットが緩みその結果工具の固定が緩む場合もあった。

ところで、工具の軸状部分に拡径したフランジが形成された工具を用いることが、工作機械側の工具固定条件等から有利な場合がある。そのようなフランジ付きの工具を固定する際には、コレットを使用することなく、フランジの肩状部を押圧することにより工具を固定することが可能であるが、やはり十分な固定力を得難いという問題があった。

特開平６−２１８６０８号公報特開２００６−１７５５４９号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、強力な工具固定力を得ることができる工具固定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するための技術的手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の工具固定装置を提供する。

請求項１に記載された発明は、軸状部分（５１）を有する工具（５０）を固定する工具固定装置であって、工具（５０）を保持する本体部（２０）と、本体部（２０）に螺合するナット部材（３０）と、ナット部材（３０）と螺合すると共に工具（５０）の縦軸線（Ａｘ）方向に移動する直線移動部材（４０）とを具備し、本体部（２０）、ナット部材（３０）、及び直線移動部材（４０）が差動ネジ機構を構成し、ナット部材（３０）に与えられた回転トルクに基づいて直線移動部材（４０）から作用する押圧力により工具（５０）が本体部（２０）に固定されることを特徴とするものである。本体部（２０）、ナット部材（３０）、及び直線移動部材（４０）が差動ネジ機構を構成しているので、ナット部材（３０）に与えた小さな回転トルクが直線移動部材（４０）から大きな押圧力として出力されて緩みの生じにくい強固な固定力を得ることができ、またナット部材（３０）をスパナ等の締め付け工具の使用なしに手で締付けることも可能になる。

請求項２に記載された発明は、軸状部分（５１）にフランジ部（５２）を有する工具（５０）を固定するために、直線移動部材（４０）が、工具（５０）のフランジ部（５２）を押圧することを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、フランジ部（５２）に切欠き（５２ｂ）を有する工具（５０）を固定するために、直線移動部材（４０）は、縦軸線（Ａｘ）方向にあけられた貫通穴（４５）であって、工具（５０）の軸状部分（５１）を貫通させる貫通穴（４５）を有しており、貫通穴（４５）は、工具（５０）が直線移動部材（４０）に対して縦軸線（Ａｘ）周りの第１角度位置にあるときフランジ部（５２）の通過を阻止するが、工具（５０）が第１角度位置からずれた第２角度位置にあるときフランジ部（５２）の切欠き（５２ｂ）と協働してフランジ部（５２）の通過を可能にするように形作られていることを特徴とするものである。これにより、ナット部材（３０）及び直線移動部材（４０）を本体部（２０）に取り付けたままの状態で工具（５０）の着脱が可能になり、その結果迅速な工具着脱が実現される。

請求項４に記載された発明は、工具（５０）を第１角度位置及び第２角度位置に位置決めするための、工具（５０）のフランジ部（５２）に当接する位置決め手段（２５）を備えるものである。これにより、工具（５０）の第１及び第２角度位置への迅速な位置決めが可能にされる。

請求項５に記載された発明は、本体部（２０）がナット部材（３０）に螺合するための第１雄ねじ部（２１）を有し、ナット部材（３０）が本体部（２０）の第１雄ねじ部（２１）に螺合する第１雌ねじ部（３５）と、第１雌ねじ部（３５）より外周側に形成されて直線移動部材（４０）に螺合するための第２雌ねじ部（３６）とを有し、直線移動部材（４０）がナット部材（３０）の第２雌ねじ部（３６）に螺合する第２雄ねじ部（４４）を有することを特徴とするものである。これにより、ナット部材（３０）の外周面にはネジ部が形成されないので、ナット部（３０）の外周面を手で掴んで回転させることが可能になる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の実施形態による工具固定装置の縦断面図であり、工具固定装置により固定された工具も共に示す図である。図１に示される工具固定装置及び工具の側面図である。工具だけの正面図及び側面図である。参考図として示される、関連技術による工具固定装置の縦断面図である。

図１は、本発明の実施形態による工具固定装置１０の縦断面図であり、工具固定装置１０により固定された工具５０も共に示す図である。図２は、図１の工具固定装置１０及び工具５０の側面図であり、工具５０の先端側から見た図である。図３は、工具５０を単独で示す図であり、図３の（ａ）が正面図で、（ｂ）がその左側面図である。ところで、本実施形態による工具固定装置１０は、フライス盤等に固定されて工具５０と共に回転され使用されるものであるが、工具固定装置１０及び工具５０を回転させないで被加工物の方を回転させる旋盤等の工作機械に適用してもよい。

最初に、図３を参照して工具５０について説明する。図３に示される工具５０は縦軸線Ａｘを有する略円柱状に形成されており、円柱状の軸状部５１とその軸状部５１に拡径して形成されたフランジ部５２とを有している。軸状部５１は先端側の先端側軸部５１ａと基端側の基端側軸部５１ｂとから構成される。先端側軸部５１ａの先端部には、切刃を有するバイト５３が固定されており、前記バイト５３は先端側軸部５１ａに設けられたバイト固定穴（不図示）に半径方向から挿入されてボルトで固定されている。このようにバイト５３が固定されているので、この工具５０は例えば中ぐり加工に適用することができる。また、工具５０の基端側軸部５１ｂは、工具固定装置１０の後述する本体部２０に形成された工具保持穴２２に嵌合挿入される。本実施形態における工具のフランジ部５２は、図３の（ｂ）に示されるように、軸状部５１から拡径して形成され外径Ｄ１を有している。ただし、扇形の切欠き５２ｂが１２０度の等角度間隔で３箇所形成されており、その結果３個の放射状の羽根状部５２ａが残された形を呈している。前記３個の羽根状部５２ａは幅Ｗ１を有している。

次に本発明の実施形態による工具固定装置１０について以下に説明する。この工具固定装置１０は、工具５０を保持する円筒状の本体部２０と、略円筒状のナット部材３０と、有底円筒状の直線移動部材４０とを具備している。本体部２０はその外周面にナット部材３０を螺合させるための第１雄ねじ部２１を有している。また、本体部２０はその中心軸線に沿ってあけられた工具保持穴２２を有しており、前記工具保持穴２２には工具５０の基端側軸部５１ｂが嵌合される。さらに本体部２０はその端面に工具５０のフランジ部５２を収めるように形成された凹部２３も有している。前記凹部２３の深さは、フランジ部５２が凹部２３に収められたときフランジ部５２の一部が本体部２０の端面より突出するように、工具５０のフランジ部５２の厚さより浅く設定されている。

本体部２０の端面の凹部２３よりも外周側に、直線移動部材４０の回転を阻止するための回転止めピン２４が圧入されて固定されている。また、凹部２３の底面には後述するストッパピン２５が圧入されて固定されている。

ナット部材３０は、前述したとおり略円筒状に形成されているが、より詳しくは、中心側の第１円筒部３１と、外周側の第２円筒部３２と、基端側で半径方向に延在して第１円筒部３１と第２円筒部３２とを接続する接続部３３とから形成されており、縦軸線Ａｘ方向の第１円筒部３１の厚さは第２円筒部３２の厚さより大である。第１円筒部３１と第２円筒部３２とは先端側では接続されていないので、ナット部材３０はその先端側の端面から形成された、図１の縦断面で見たとき逆コの字状を呈する、空間３４を含んでいる。第１円筒部３１は、本体部２０の第１雄ねじ部２１に螺合するように形成された第１雌ねじ部３５を有している。一方、第２円筒部３２はその内周面に第２雌ねじ部３６が形成されており、この第２雌ねじ部３６は、第１雌ねじ部３５と同じねじれ方向を有するものであるが、本実施形態では、そのねじ山ピッチＰ₂は第１雌ねじ部３５のピッチＰ₁より小さくされている。また、第２円筒部３２の外周面、即ちナット部材３０の外周面には、図示されないが、滑り止めを目的としてローレット加工が施されている。

直線移動部材４０は、有底円筒状に形成されており、より詳しくは、外周側の円筒部４１と、先端側で半径方向に延在する円板部４２とから形成されており、その結果円柱状の空間４３が基端側から形成される。円筒部４１にはナット部材３０の第２雌ねじ部３６に螺合する第２雄ねじ部４４が形成されていて、円板部４２の中心には、工具５０の先端側軸部５１ａを通過させる貫通穴４５が形成されている。また、円板部４２のより外周側には、本体部２０から延びる回転止めピン２４を受け入れるための回転止めピン受け穴４６が、回転止めピン２４の位置に対応する位置に形成されている。

直線移動部材４０の貫通穴４５は、図２に示されるように、工具５０のフランジ部５２の３個の羽根状部５２ａとほぼ同形状で１２０度の等角度間隔で形成された３箇所の放射状の穴拡大部４５ａを有している。この穴拡大部４５ａは、工具５０の羽根状部５２ａの幅Ｗ₁及び外径Ｄ₁よりそれぞれ大きい幅Ｗ₂及び外径Ｄ₂を有している。したがって、直線移動部材４０の貫通穴４５は、工具５０のフランジ部５２の３個の羽根状部５２ａが直線移動部材４０の貫通穴４５の３箇所の穴拡大部４５ａに重なる、縦軸線Ａｘ周りの特定の角度位置に工具５０があるとき、工具５０のフランジ部５２の通過を許容する一方で、前記特定の角度位置から１２０度回転した図２に示される角度位置に工具５０が位置するときフランジ部５２の通過を阻止することができる。なお、本明細書では、フランジ部５２の通過が阻止される角度位置を第１角度位置、及びフランジ部５２の通過が許容される角度位置を第２角度位置と呼ぶ。

次に、本発明の実施形態による工具固定装置１０の作用について以下に説明する。
本体部２０、ナット部材３０、及び直線移動部材４０は、前述したように構成されているので、差動ネジ機構として働く。つまり、各ネジ部が例えば右ネジである場合、ナット部材３０を図２で見て時計回りに１回転させると、ナット部材３０は基端側にＰ₁だけ移動し、直線移動部材４０は回転せずにやはり基端側に（Ｐ₁−Ｐ₂）に等しい距離Ｌだけ移動する。このとき、工具５０のフランジ部５２を本体部２０と直線移動部材４０との間に挟んでおけばフランジ部５２を直線移動部材４０の円板部４２の内面によって押圧して本体部２０に固定することができる。

ところで、図４に参考例として示される、差動ネジ機構を利用しないタイプの工具固定装置１１０を使って工具１５０を固定した場合について説明する。なお、この参考例の工具固定装置１１０で固定される工具１５０はフランジ部１５２に切欠きを有さないものである。この工具固定装置１１０は、本体部１２０と、ナット部材１３０とを備えているが直線移動部材を備えていない。ナット部材１３０はその雌ねじ部１３１によって本体部１２０の雄ねじ部１２１に螺合し、締付けられることにより工具１５０のフランジ部１５２を押圧する。しかしながら図４の工具固定装置では、差動ネジ機構が構成されていないため、必要なフランジ部押圧力を得るためにナット部材１３０に与えなければならない回転トルクが、本発明による工具固定装置１０に比べるとはるかに大きくなる。このため、図４の工具固定装置１１０のナット部材１３０は締付けスパナ（不図示）を使って締め付けられる。なお、外周面に形成された参照符号１３２で示される穴は締付けスパナが係合するスパナ引掛け穴１３２である。また、ネジ部は高い回転トルクに耐えるようにするためにそのピッチが本願発明の実施形態による工具固定装置１０に比べて大きくされている。その結果、必要な押圧力を得るための回転トルクがさらに大きくなるという問題が生じる。

一方本発明の実施形態による工具固定装置１０は、差動ネジ機構を利用しているので、小さな回転トルクでもフランジ部５２に対する必要な押圧力を得ることができる。このため、スパナ等の締付け工具を利用しないでナット部材３０を手で締め付けることも可能である。このように、本発明の実施形態による工具固定装置１０では、小さな締付けトルクにより大きな押圧力が得られるが、ねじ山の強度を高めるために各ネジ部のねじピッチを大きくしたとしても、差動ネジ機構を利用しているので、ナット部材３０の締付けトルクが大きくなることはない。

さらに、本実施形態による工具固定装置１０では、直線移動部材４０の貫通穴４５は工具５０に対する第２角度位置で工具５０のフランジ部５２の通過を許容するので、直線移動部材４０付きのナット部材３０を本体部２０に螺合させた状態で工具５０を工具固定装置１０に装着することができる。従って、工具５０を装着するときは、フランジ部５２が貫通穴４５を通過できるように工具５０を第２角度位置に配置してから基端方向に移動させて、基端側軸部５１ｂを本体部２０の工具保持穴２２に及びフランジ部５２を凹部２３に挿入又は配置して、次に第１角度位置になるよう左右いずれかに回転させればよい。一方、固定されていた工具５０を工具固定装置１０から取り外す場合には、まず工具５０が回転できる程度にナット部材３０を少し緩め、次に工具５０を第２角度位置まで回転させ、次いで先端方向に引き出せばよい。このように、本実施形態の工具固定装置１０によれば、ナット部材３０及び直線移動部材４０を本体部２０から分離することなく工具５０の着脱が可能にされる。

また、本実施形態の工具固定装置１０では、ストッパピン２５が、工具５０を第１角度位置又は第２角度位置に位置決めするための位置決め手段として機能する。具体的には、図２に示されるように、フランジ部５２の３個の羽根状部５２ａの一つがストッパピン２５に当接することにより工具５０は第１角度位置に位置決めされる。一方、他の羽根状部５２ａがストッパピン２５に当接するまで工具５０を反時計方向に回転させると、工具５０は第２角度位置に位置決めされる。これにより、目視による位置決めより迅速に工具５０の第１及び第２角度位置への位置決めが可能にされる。

（その他の実施形態）
本発明による工具固定装置は、フランジ部に切欠きを有さないタイプの工具を固定することももちろん可能である。この場合、前述の実施形態において直線移動部材４０の貫通穴４５に設けられていた穴拡大部４５ａは不要である。但しこの場合、工具の着脱の際にナット部材と共に直線移動部材を本体部から取り外す必要が生じる。

本発明による工具固定装置は、図示しないが、図３における工具から基端側軸部５１ｂを除去したタイプの工具、つまりフランジ部が工具の基端まで延びているタイプの工具を固定することも可能である。その場合、本体部の工具保持穴にフランジ部が挿入される。

本発明による工具固定装置は、図示しないが、フランジ部のないストレートな軸部を有する工具を固定するために、コレット部材をさらに備えてもよい。その場合、コレット部材は直線移動部材の貫通穴４５に装着され、このコレット部材を直線移動部材によって軸方向に押圧することによりフランジ部のない軸部を主に半径方向の力で締め付けて本体部に固定することができる。

前述の実施形態による工具固定装置１０の本体部は、工作機械に装着固定されるものであるが、本体部が工作機械のスピンドル又は刃物台の一部から構成されたものであってもよい。

本発明による工具固定装置は、切削工具以外の工具、例えばドライバ等の工具の固定にも適用できる。また、本発明による工具固定装置の本体部は、手持ち式の工具の握り部分であってもよい。

２０本体部
２１第１雄ねじ部
２２工具保持穴
２４回転止めピン
３０ナット部材
３５第１雌ねじ部
３６第２雌ねじ部
４０直線移動部材
４４第２雄ねじ部
４５貫通穴
５０工具
５２フランジ部
５１軸状部分

Claims

軸状部分（５１）を有する工具（５０）を固定する工具固定装置であって、
前記工具（５０）を保持する本体部（２０）と、
前記本体部（２０）に螺合するナット部材（３０）と、
前記ナット部材（３０）と螺合すると共に前記工具（５０）の縦軸線（Ａｘ）方向に移動する直線移動部材（４０）とを具備し、
前記本体部（２０）、前記ナット部材（３０）、及び前記直線移動部材（４０）が差動ネジ機構を構成し、
前記ナット部材（３０）に与えられた回転トルクに基づいて前記直線移動部材（４０）から作用する押圧力により前記工具（５０）が前記本体部（２０）に固定されることを特徴とする、工具固定装置。
前記軸状部分（５１）にフランジ部（５２）を有する工具（５０）を固定する請求項１に記載の工具固定装置であって、
前記直線移動部材（４０）は、前記工具（５０）の前記フランジ部（５２）を押圧することを特徴とする、請求項１に記載の工具固定装置。
前記フランジ部（５２）に切欠き（５２ｂ）を有する工具（５０）を固定する請求項２に記載の工具固定装置であって、
前記直線移動部材（４０）は、前記縦軸線（Ａｘ）方向にあけられた貫通穴（４５）であって、前記工具（５０）の前記軸状部分（５１）を貫通させる貫通穴（４５）を有しており、
前記貫通穴（４５）は、前記工具（５０）が前記直線移動部材（４０）に対して前記縦軸線（Ａｘ）周りの第１角度位置にあるとき前記フランジ部（５２）の通過を阻止するが、前記工具（５０）が前記第１角度位置からずれた第２角度位置にあるとき前記フランジ部（５２）の前記切欠き（５２ｂ）と協働して前記フランジ部（５２）の通過を可能にするように形作られていることを特徴とする、請求項２に記載の工具固定装置。
前記工具（５０）を前記第１角度位置及び前記第２角度位置に位置決めするための、前記工具（５０）の前記フランジ部（５２）に当接する位置決め手段（２５）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の工具固定装置。
前記本体部（２０）は前記ナット部材（３０）に螺合するための第１雄ねじ部（２１）を有し、
前記ナット部材（３０）は前記本体部（２０）の前記第１雄ねじ部（２１）に螺合する第１雌ねじ部（３５）と、前記第１雌ねじ部（３５）より外周側に形成されて前記直線移動部材（４０）に螺合するための第２雌ねじ部（３６）とを有し、
前記直線移動部材（４０）は前記ナット部材（３０）の第２雌ねじ部（３６）に螺合する第２雄ねじ部（４４）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の工具固定装置。