JP2011131365A - 加工工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】より実用的な加工工具ホルダを得る。
【解決手段】ホルダ本体２０により回転軸３０，５０を互に直交する回転軸軸線まわりに回転可能に支持し、回転軸５０の先端部に回転加工工具を保持させる。ホルダ本体２０に３つの支持ロッド１５４を回転軸３０の回転軸軸線と平行な方向に移動可能に設け、Ｌ字形レバー１７０をエアシリンダ，スプリングを含む駆動装置により回動させ、支持ロッド１５４を進退させる。加工工具ホルダの主軸１０への取付時に支持ロッド１５４が前進して主軸頭１２の突当ブロック２３０に当接し、ホルダ本体２０を支持する。Ｌ字形レバー１７０の係合面１７６の回動方向と、係合面１７６と支持ロッド１５４の後端面１７８との接触部に対する接平面との成す角を１０度以下とし、Ｌ字形レバー１７０と支持ロッド１５４とを面１７６，１７８間の摩擦力によりデッドロック状態とし、支持ロッド１５４がホルダ本体２０を支持する状態に保つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工工具を保持する加工工具ホルダに関するものである。

加工工具ホルダには、主軸と、主軸を回転可能に保持する主軸頭とを備えた工作機械に取り付けられて加工工具を保持するものがある。加工工具の種類は様々であるが、いずれの加工工具による加工時にも加工抵抗が作用するため、加工工具ホルダの剛性が不足すれば、加工工具に変位や振動が発生し、加工精度が低下する。

そのため、下記の特許文献１に記載の加工工具ホルダにおいては、加工工具ホルダを回転可能に支持する案内部材から３つの支持部材が主軸頭側へ突出させられ、主軸頭の位置決めブロックに当接して加工工具ホルダを支持するようにされている。これら支持部材は雄ねじ部を有するものとされて案内部材に螺合され、その螺合量の調節により、支持部材の案内部材からの突出長さが調節される。それにより、加工工具ホルダが主軸により保持された状態においてちょうど、３つの支持部材がそれぞれ位置決めブロックに当接し、加工工具ホルダを支持する状態が得られ、加工工具ホルダの剛性が向上し、加工精度の低下が抑制される。

特開２００１−２９３６２４号公報

しかしながら、この加工工具ホルダにも未だ改善の余地がある。例えば、加工工具ホルダが取り付けられる工作機械が変わる毎に支持部材の案内部材からの突出長さを作業者が調節することが必要であり、面倒であるという不便があるのである。
本発明は、このような実情に鑑みて、より実用的な加工工具ホルダを得ることを課題として為されたものである。

上記の課題は、主軸軸線を中心に回転する主軸とその主軸を回転可能に保持する主軸頭とを備えた工作機械に取り付けられ、加工工具を保持する加工工具ホルダを、(a)前記主軸に固定されて主軸により回転させられる回転軸と、(b)その回転軸と相対回転可能に嵌合されたホルダ本体と、(c)そのホルダ本体の前記回転軸のまわりの３箇所以上に、前記主軸軸線に平行な方向の成分を含む進退方向に進退可能に保持され、前進位置において前記主軸頭に当接し、後退位置において前記主軸頭から離間する３つ以上の支持部材と、(d)それら支持部材の各々の係合面である第１係合面に係合する第２係合面をそれぞれ有して前記ホルダ本体に相対移動可能に保持され、前記第２係合面と前記第１係合面との係合により、前記支持部材の各々を進退させる３つ以上の駆動部材と、(e)その駆動部材を駆動する駆動装置とを含み、かつ、少なくとも前記支持部材が前記主軸頭に当接した状態において、前記支持部材に加えられる後退方向の力に基づいて、前記駆動部材を前記支持部材の後退を許容する向きに移動させようとする力が、前記第１係合面と前記第２係合面との間に作用する摩擦力より小さくなるように構成することにより解決される。

加工工具には、例えば、回転加工工具およびスロッティング加工工具が含まれる。また、回転加工工具には切削加工工具および研削加工工具が含まれる。
支持部材は、主軸軸線に平行な方向に進退可能とすることも、主軸軸線に対して傾斜した方向、例えば、主軸軸線を中心線とする円錐面の母線に平行な方向に進退可能とすることも可能である。
第１係合面と第２係合面とは、例えばＴ溝とＴ字形の係合凸部との係合のように、正逆両方向の力を伝達可能に係合するものの係合面としてもよいが、単純に当接する係合面とすることも可能である。後者の場合は、支持部材を後退方向に付勢する付勢装置を設けることが、取り扱いを容易にする上で望ましい。

本加工工具ホルダにおいては、３つ以上の支持部材が主軸頭に当接し、ホルダ本体を支持するのであるが、支持部材はホルダ本体に進退可能に保持されており、主軸頭に当接する前進位置は、回転軸が主軸に固定された状態におけるホルダ本体と主軸頭との距離に応じて自動的に決まり、ホルダ本体を支持することができる。支持部材が主軸頭に当接している状態において、主軸頭から支持部材にそれを後退させる方向の力が作用しても、支持部材と駆動部材とは第１係合面と第２係合面との間の摩擦力によってデッドロック状態にあるため、支持部材を後退させようとする力がいかに大きくても支持部材が後退することはなく、支持部材はホルダ本体を支持する状態に保たれる。
このように本発明に係る加工工具ホルダにおいては、支持部材の位置調節が不要であり、ホルダ本体による回転軸の支持剛性を向上させつつ、使い勝手の良い加工工具ホルダが得られる。
支持部材にホルダ本体を支持させ、剛性を高めることによる効果は、第１回転軸としての回転軸の他に、第１回転軸の軸線と交差する方向に延びる軸線のまわりに回転可能にホルダ本体に保持された第２回転軸と、第１回転軸の回転を第２回転軸に伝達する回転伝達装置とを含む加工工具ホルダ（以下、アングルヘッドと称する）において、特に有効に享受することができるが、正面フライス，サイドカッタ，エンドミル等の回転切削工具が、回転軸に同軸に取り付けられる場合であっても、重切削が行われる場合には主軸に大きな横荷重が加えられるため、有効に効果を享受することができる。本発明に係る加工工具ホルダによれば、切削抵抗を抑制するために加工工具の被加工物への切込みや送りを小さくする必要がなく、加工能率の低下を抑制することができるのであり、あるいは、これらの切削加工を精度良く行うことができるのである。
加工工具として研削工具が使用される場合には、切削工具が使用される場合に比較して加工抵抗が小さいことが多いが、相当な研削抵抗が作用する状態で研削が行われる場合もあり、その場合には、切削工具におけるのと類似の効果が得られる。また、研削加工においては、特に高精度が要求されるのが普通であるため、加工精度が向上する効果が大きい。
なお、摩擦力は振動によって低下させられる可能性があるため、駆動装置は、支持部材が主軸頭に当接している間は、駆動部材に、その駆動部材が支持部材を前進方向に駆動する向きの駆動力を加え続けるものとすることが望ましい。
また、支持部材の数が多いほど、ホルダ本体の剛性は高くなるが、支持部材の回転軸まわりの配置は等角度間隔としてもよく、不等角度間隔としてもよい。例えば、回転軸（第１回転軸）の回転軸線に対して加工工具保持部とは反対側の部分における支持部材の配置間隔を、等角度間隔より狭くする。それにより、加工抵抗に基づいて加工工具ホルダに作用するモーメントを強固に受けることができる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施形態の記載，従来技術等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、（２）項が請求項２に、（３）項が請求項３に、（６）項が請求項４に、（７）項が請求項５に、（９）項が請求項６にそれぞれ相当する。

（１）主軸軸線を中心に回転する主軸とその主軸を回転可能に保持する主軸頭とを備えた工作機械に取り付けられ、加工工具を保持する加工工具ホルダであって、
前記主軸に固定されて主軸により回転させられる回転軸と、
その回転軸と相対回転可能に嵌合されたホルダ本体と、
そのホルダ本体の前記回転軸のまわりの３箇所以上に、前記主軸軸線に平行な方向の成分を含む進退方向に進退可能に保持され、前進位置において前記主軸頭に当接し、後退位置において前記主軸頭から離間する３つ以上の支持部材と、
それら支持部材の各々の係合面である第１係合面に係合する第２係合面をそれぞれ有して前記ホルダ本体に相対移動可能に保持され、前記第２係合面と前記第１係合面との係合により、前記支持部材の各々を進退させる３つ以上の駆動部材と、
その駆動部材を駆動する駆動装置と
を含み、かつ、少なくとも前記支持部材が前記主軸頭に当接した状態において、前記支持部材に加えられる後退方向の力に基づいて、前記駆動部材を前記支持部材の後退を許容する向きに移動させようとする力が、前記第１係合面と前記第２係合面との間に作用する摩擦力より小さくなるように構成されたことを特徴とする加工工具ホルダ。
（２）前記駆動部材が回動軸線のまわりに回動可能な回動部材であり、前記駆動装置がその回動部材を回動させるものであり、前記支持部材が前記主軸頭に当接した状態において、前記回動部材の前記第２係合面の前記第１係合面と接触する部分と、前記回動軸線とを結ぶ直線に直角な平面と、前記第１係合面と前記第２係合面との互いに接触する部分に対する接平面との成す角が摩擦角以下である(1)項に記載の加工工具ホルダ。
駆動部材が回動部材とされれば、直線移動部材とされる場合に比較して支持部材を駆動するために要するスペースを小さくし、加工工具ホルダをコンパクトに構成することができる。
（３）前記回動部材が、２つのアームを備えたＬ字形レバーであり、一方のアームが先端部において前記支持部材の後端面に係合し、他方のアームが前記駆動装置の駆動力を受ける(2)項に記載の加工工具ホルダ。
本項に記載の特徴によれば、支持部材と駆動装置とを並列に設けることができ、加工工具ホルダをコンパクトに構成することが容易となる。
（４）前記駆動装置が駆動エネルギの供給を受けて作動するアクチュエータを含む(1)項ないし(3)項のいずれかに記載の加工工具ホルダ。
（５）さらに、前記回転軸が前記主軸に固定されるのに伴って、前記主軸頭側の接続部である第１接続部と接続状態となり、前記駆動エネルギの供給を受け得る状態となる第２接続部を含む(4)項に記載の加工工具ホルダ。
（６）さらに、
前記ホルダ本体に前記主軸軸線に平行な方向に移動可能に保持され、前記回転軸が前記主軸に固定されるのに伴って、前記主軸頭側の位置決め凹部に嵌入し、前記ホルダ本体の前記主軸頭に対する相対回転位置を決める位置決めピンと、
その位置決めピンを前記主軸頭に向かう前進方向に付勢する付勢装置と、
前記位置決めピンと共に移動し、位置決めピンが前進位置にある状態では前記回転軸の係合部である回転軸側係合部と係合して回転軸と前記ホルダ本体との相対回転を防止し、前記位置決めピンが前記位置決め凹部に嵌入した後、前記付勢装置の付勢力に抗して後退させられるのに伴って前記回転軸側係合部から離脱し、前記回転軸と前記ホルダ本体との相対回転を許容する状態となる位置決めピン側係合部と
を含み、前記位置決めピンと前記主軸頭側位置決め凹部とが前記第２接続部と前記第１接続部とをそれぞれ兼ねる(5)項に記載の加工工具ホルダ。
駆動エネルギは、電流の形態で供給されても、圧力流体の形態で供給されてもよい。前者の場合は第１，第２接続部が電気コネクタとされ、後者の場合は流体コネクタとされる。主軸および主軸頭の近傍においては、圧力流体の形態の駆動エネルギが得やすいことが多いため、一般には流体コネクタとされることが望ましい。流体は液体でも気体でもよい。
回転軸とホルダ本体との相対回転が防止されることにより、加工工具ホルダが工作機械から取り外された状態において回転軸とホルダ本体との位相が一義的に決められる。それにより、加工工具ホルダを工作機械に取り付ける際、回転軸と主軸、および、ホルダ本体と主軸頭との位相を同時に合わせることができ、取付けが容易である。
位置決めピンおよび主軸頭側位置決め凹部と第１，第２接続部とは別々に設けてもよい。前者が後者を兼ねるようにすれば、加工工具ホルダを簡易に構成することができるとともに、装置コストを低減することができる。
（７）前記駆動装置が、前記支持部材を前進方向に駆動する向きに前記駆動部材を付勢する付勢装置を含み、前記アクチュエータが、駆動エネルギの供給を受けて作動し、前記駆動部材を前記付勢装置の付勢力に抗して作動させるものである(4)ないし(6)項のいずれかに記載の加工工具ホルダ。
支持部材はアクチュエータによる駆動部材の駆動によって主軸頭に当接した状態に保たれるようにしてもよいが、加工中に駆動エネルギの供給に異常が生じ、供給が遮断されれば、支持部材が主軸頭から離れ、ホルダ本体の剛性が低下する恐れがある。それに対し、支持部材が付勢装置の付勢力に基づいて主軸頭に当接した状態に保たれれば、加工中の駆動エネルギの供給が不要であり、かつ、駆動エネルギの供給異常時におけるホルダ本体の剛性低下が回避される。
（８）前記アクチュータが、直線的に移動するピストンと、そのピストンを気密にかつ摺動可能に収容したシリンダハウジングとを含む流体圧シリンダである(4)項ないし(7)項のいずれかに記載の加工工具ホルダ。
（９）さらに、前記ホルダ本体に対して前記主軸軸線と交差する方向の加工抵抗を加える状態で前記加工工具を保持する加工工具保持部を含む(1)項ないし(8)項のいずれかに記載の加工工具ホルダ。
この加工工具保持部により保持された加工工具によって被加工物に加工が施されるとき、回転軸には、加工抵抗に基づいて曲げモーメントが作用するが、支持部材によって支持されたホルダ本体により剛性高く支持され、加工が精度良く行われる。
（１０）前記加工工具保持部が前記回転軸に固定的に設けられた(9)項に記載の加工工具ホルダ。
加工工具保持部は回転軸に一体に設けられてもよく、別体の加工工具保持部が回転軸に固定されてもよい。
（１１）さらに、第１回転軸としての前記回転軸の第１回転軸軸線と交差する第２回転軸軸線のまわりに回転可能に前記ホルダ本体に保持された第２回転軸と、
その第２回転軸に前記第１回転軸の回転を伝達する回転伝達装置と
を含み、前記第２回転軸に前記加工工具保持部が固定的に設けられた(9)項に記載の加工工具ホルダ。
（１２）前記回転軸が、前記主軸内に設けられたドローバーと連結される連結部と、工具交換アームにより保持されるボトルネック部とを備え、自動で前記工作機械に取り付けられる(1)項ないし(11)項のいずれかに記載の加工工具ホルダ。
マシニングセンタが本項に記載の工作機械の一例である。
マシニングセンタにおいては主軸に種々の加工工具が選択的に取り付けられ、複数種類の加工が行われるが、一般的に予定されているのは、ドリル，リーマ，タップ等を用いた加工のように、切削抵抗が比較的小さく、かつ、回転軸の回転軸軸線に対して対称に作用する加工であって、重切削や、アングルヘッドによる切削加工のように、主軸に大きな横力（曲げモーメント）が加えられる加工や、スロッティング加工のように主軸に主軸軸線方向の大きい荷重が加えられる加工に耐える支持剛性は与えられていないことが多い。したがって、それらの加工を行おうとすれば、加工精度が低下し、主軸や主軸軸受を傷める恐れがあるのであるが、本発明によって加工工具ホルダの支持剛性が高められることにより、マシニングセンタにおいて重切削等を精度良く、主軸等を傷めることなく行うことが可能となり、汎用性が向上し、専用機を設ける場合に比較して設備コストを低減することができる。特に、加工工具ホルダの使い勝手が良いため、マシニングセンタによる重切削等がやり易くなる。

一実施形態である加工工具ホルダがマシニングセンタに取り付けられた状態を示す正面断面図である。 上記加工工具ホルダを示す右側面図である。 上記加工工具ホルダの支持ユニットを示す側面断面図である。 上記支持ユニットの支持ロッドとＬ字形レバーとの接触角度を説明する図である。 上記加工工具ホルダのマシニングセンタへの取付け開始時の状態を示す正面断面図である。 上記加工工具ホルダの位置決めピンが主軸頭の位置決め凹部に嵌合された状態を示す正面断面図である。

以下、請求可能発明の実施形態を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施形態の他、上記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更を施した態様で実施することができる。

図１に一実施形態としての加工工具ホルダが図示されている。この加工工具ホルダは、マシニングセンタに取り付けられ、回転加工工具を保持する。マシニングセンタは、主軸１０および主軸頭１２を備えている。主軸１０は主軸頭１２により、その軸線が水平となる姿勢で軸受１３を介して回転可能に保持されており、主軸回転駆動装置（図示省略）により、水平な主軸軸線を中心に回転させられる。主軸１０内に形成された中心孔１４の先端部には、主軸１０の先端面１６側ほど直径が直線的に増大するテーパ穴部１８が設けられている。

加工工具ホルダは、図１に示すように、ホルダ本体２０を備えている。ホルダ本体２０は、本実施形態においては、複数の部材が組み付けられて成り、組付け後は一体のホルダ本体として機能するものとされており、第１の本体部材２２および第２の本体部材２４を含む。これら本体部材２２，２４は嵌合により互いに位置決めされ、複数のボルト（図示省略）によって固定されている。ボルトは固定手段の一種であり、ボルトによって締結される複数の部材は互いに着脱可能である。以後の説明において記載される他のボルトについても同様である。ホルダ本体は、一つの部材から成るものとされてもよい。

本体部材２２には、図１に示すように、本体部材２２，２４の組付け方向に平行に貫通して、横断面形状が円形を成す貫通孔２８が形成され、第１回転軸としての回転軸３０が１対の軸受３２を介して回転可能に保持されている。回転軸３０は、その軸方向の一端部において本体部材２２により支持され、他端部はホルダ本体２０から前方側（本体部材２４側とは反対側）へ突出させられるとともに、外向きフランジ部３４，ボトルネック部３６および連結部３８が同心状に設けられている。外向きフランジ部３４は、回転軸３０の本体部材２２により支持された部分に隣接する部分から半径方向外向きに延び出させられ、本体部材２２の前端面に僅かな隙間を隔てて対向させられている。ボトルネック部３６は、外向きフランジ部３４の前側に設けられ、外向きフランジ部３４より小径とされている。連結部３８はボトルネック部３６の前端面３９に突設され、ボトルネック部３６より小径とされるとともに、その外周面は、主軸１０のテーパ穴部１８に対応するテーパのテーパ外周面４０とされている。

本体部材２４内には、図１に示すように、貫通孔２８と直交する貫通孔４８が形成されるとともに、第２回転軸としての回転軸５０が１対の軸受５２を介して、回転軸３０の軸線と直交する軸線まわりに回転可能に保持されている。回転軸３０の回転は、回転伝達装置５６によって回転軸５０に伝達される。本回転伝達装置５６は、回転軸３０，５０にそれぞれ、相対回転不能かつ軸方向に相対移動不能に取り付けられた回転伝達部材たるかさ歯車５８，６０を含む。かさ歯車５８，６０は互いに噛み合わされ、回転軸３０の回転が９０度、方向を変えられて回転軸５０に伝達される。

回転軸５０の一端部は、本体部材２４から突出させられるとともに、図１に示すように、その突出端部に加工工具保持部７０が設けられている。本加工工具保持部７０は、横断面形状が円形を成し、回転軸５０と一体に設けられた台座部７２と、横段断面形状が円形を成し、台座部７２の中央に突設された位置決め部７４と、台座部７２の外周部に突設された複数、例えば、２つの回転伝達部７６とを含む。加工工具保持部７０により回転加工工具、例えば、正面フライス７８が保持される。正面フライス７８は、位置決め部７４および回転伝達部７６に嵌合され、ボルト８０が位置決め部７４に螺合されることにより、加工工具保持部７０に回転伝達可能に固定される。

ホルダ本体２０の本体部材２２には、図１に示すように、位置決めブロック９０が固定され、位置決めピン９２が回転軸３０の回転軸軸線に平行な方向に移動可能に嵌合されている。位置決めブロック９０は、複数のボルト９４（図２参照）によってホルダ本体２０に固定されており、ホルダ本体２０に対して着脱可能であるが、固定後はホルダ本体２０の一部として機能する。位置決めブロックはホルダ本体と一体に設けられてもよい。

位置決めブロック９０内には、図１に示すように、その前端面（主軸頭１２側の端面）に開口し、回転軸３０の回転軸軸線と平行に延びる有底の嵌合穴１００が形成されている。位置決めピン９２は横断面形状が円形を成し、嵌合穴１００に気密にかつ軸方向に移動可能に嵌合されるとともに、嵌合穴１００の底面との間に配設された圧縮コイルスプリング１０２により、主軸頭１２に向かう前進方向に付勢されている。このスプリング１０２の付勢による位置決めピン９２の移動限度は、位置決めピン９２に、その軸線と直交する状態で設けられた係合部材たる係合ピン１０４が位置決めブロック９０と係合することにより規定される。圧縮コイルスプリング１０２は、付勢装置の一種である弾性部材としてのスプリングである。以後の説明において記載される圧縮コイルスプリングについても同様である。

位置決めブロック９０には、図１に示すように、嵌合穴１００の周壁の直径方向に隔たった２箇所にそれぞれ、嵌合穴１００の中心線に平行に延びる長穴１０６が形成されるとともに、係合ピン１０４の位置決めピン９２の直径方向の両側へ突出させられた突出部がそれぞれ、長穴１０６の長手方向に移動可能に嵌合されている。それにより、位置決めピン９２の位置決めブロック９０に対する相対回転が防止され、位相が決められるとともに、位置決めピン９２と共に移動する係合ピン１０４が長穴１０６の前側の端面に係合することにより、スプリング１０２の付勢による位置決めピン９２の移動限度が規定され、位置決めピン９２が前進位置（図５参照）に位置させられる。係合ピン１０４が係合部たる係合突部を構成し、長穴１０６が係合部たる係合凹部を構成し、これらが相対回転防止装置を構成している。

上記２つの長穴１０６の一方は、図１に示すように、本体部材２２と対向する部分に形成されており、係合ピン１０４の一端部は本体部材２２側へ延び出させられ、ホルダ本体２０と回転軸３０とに択一的に係合させられる。本体部材２２の前端部には、外周面および前端面に開口する凹部１１０が形成され、回転軸３０の外向きフランジ部３４には、少なくとも１つ、本加工工具ホルダにおいては複数、例えば、２つの係合凹部１１２が形成されている。これら係合凹部１１２は、外向きフランジ部３４の直径方向に隔たった２箇所にそれぞれ、外周面および後端面に開口して形成されている。

係合ピン１０４は、位置決めピン９２が前進位置に位置する状態では、図５に示すように、外向きフランジ部３４の係合凹部１１２に嵌入させられ、係合ピン１０４，位置決めピン９２および位置決めブロック９０を介して回転軸３０とホルダ本体２０との相対回転が防止される。図１に示すように、位置決めピン９２がスプリング１０２の付勢力に抗して位置決めブロック９０に対して後退させられるのに伴って、係合ピン１０４は係合凹部１１２から離脱させられるとともに凹部１１０に収容され、回転軸３０とホルダ本体２０との相対回転可能を許容する状態となる。

位置決めピン９２の前端部には、前方ほど直径が直線的に減少させられた嵌合部１１８が設けられている。前記主軸頭１２には、図１に示すように、その先端面に開口して、嵌合部１１８に対応する形状の位置決め凹部１２０が形成されており、嵌合部１１８の位置決め凹部１２０への嵌入により、ホルダ本体２０の主軸頭２０に対する相対回転位置が決められる。本加工工具ホルダにおいて位置決めピン９２の回転軸３０のまわりにおける位置は、ホルダ本体２０の主軸頭１２に対する相対回転位置が決められた状態で、加工工具保持部７０が主軸１０に対して予め設定された方向に延び出す位置に設定されている。

また、位置決めピン９２内には、図１に示すように、その前端面に開口し、軸方向に延びる通路１２２が形成され、主軸頭１２には、位置決め凹部１２０の底面に開口する通路１２４が形成されており、嵌合部１１８の位置決め凹部１２０への嵌合により通路１２２，１２４が接続される。それにより、加圧エア源（図示省略）から供給される加圧エアが通路１２４を通って通路１２２に流入可能な状態となる。本加工工具ホルダにおいては、係合突部を構成する係合ピン１０４が位置決めピン側係合部を構成し、係合凹部１１２が回転軸側係合部を構成し、位置決めピン９２と主軸頭１２側の位置決め凹部１２０とが第２接続部と第１接続部とをそれぞれ兼ねている。位置決めピン側係合部を係合凹部とし、回転軸側係合部を係合突部としてもよい。

ホルダ本体２０にはまた、図１および図２に示すように、３つ以上、本実施形態においては３つの支持ユニット１４０が設けられている。これら支持ユニット１４０は、図２に示すように、回転軸３０の軸線まわりに適宜の間隔を隔てて、本実施形態においては等角度間隔に設けられている。３つの支持ユニット１４０の構成は同じであり、１つを代表して説明する。

支持ユニット１４０のユニット本体１４２は、本実施形態においてはホルダ本体２０と別体とされ、図１および図２に示すように、本体部材２２の外周面に、回転軸３０の回転軸軸線と平行に形成された平面状の取付座１４４に複数のボルト１４６によって固定され、ホルダ本体２０に着脱可能に取り付けられている。ユニット本体１４２は、固定後はホルダ本体２０の一部として機能する。

ユニット本体１４２には、図１および図３(a)に示すように、その前端面に開口し、回転軸３０の回転軸軸線に平行に延びる嵌合穴１５０が形成されるとともに、嵌合穴１５０の開口部にスリーブ１５２の一端部が嵌合され、ボルト（図示省略）によって固定されている。スリーブ１５２はユニット本体１４２から前方へ突出させられており、嵌合穴１５０と、スリーブ１５２内の嵌合穴１５０より小径の貫通孔１５３とによってユニット本体１４２内に、回転軸３０の回転軸線に平行に延びる段付孔が形成されていると考えることもできる。

スリーブ１５２の貫通孔１５３には、支持部材としての支持ロッド１５４が回転軸３０の回転軸軸線に平行な方向に移動可能であって、進退可能に嵌合されている。支持ロッド１５４は横断面形状が円形を成し、軸方向の一端部である後端部には、スリーブ１５２に嵌合された部分より大径の頭部１５６が設けられるとともに、嵌合穴１５０に軸方向に移動可能に嵌合されている。支持ロッド１５４は、頭部１５６とスリーブ１５２との間に配設された圧縮コイルスプリング１５８により、主軸頭１２から離れる後退方向に付勢されている。

ユニット本体１４２内にはまた、図３(a)に示すように、空間１６０が形成されている。空間１６０は、嵌合穴１５０に続く部分と、嵌合穴１５０に対し、嵌合穴１５０の中心線と回転軸３０の軸線とを含む平面に対して直角な方向へ延び出す部分とを含み、その平面に直角な方向から視た形状がＬ字形を成す。空間１６０内には、回動部材としてのＬ字形レバー１７０が収容され、ユニット本体１４２に固定された支持軸１７２により、支持ロッド１５４の軸線と直角に立体交差する軸線まわりに回動可能に支持されている。

支持軸１７２は、図３(a)に示すように、空間１６０の嵌合穴１５０に対応する部分に配設され、図１に示すように、Ｌ字形レバー１７０は支持軸１７２に、その回動軸線に平行な方向の中央位置が、支持ロッド１５４の軸線と一致する位置に取り付けられ、その一方のアーム１７４は、支持軸１７２から支持ロッド１５４側へ延び出させられている。アーム１７４の先端部は、図３(a)に示すように、回動軸線に平行な方向から視た形状が、支持ロッド１５４側ほど幅が狭くなる形状とされ、その先端面は、Ｌ字形レバー１７０の回動軸線と平行な直線を中心線とする円筒面の一部を成す面とされ、第２係合面たる係合面１７６を構成している。支持ロッド１５４はスプリング１５８により付勢されて頭部１５６の後端面１７８が係合面１７６に当接させられ、Ｌ字形レバー１７０の回動に追従して前進，後退させられる。支持ロッド１５４の後端面１７８が第１係合面を構成しており、この後端面１７８は、支持ロッド１５４の軸線に直角、すなわち支持ロッド１５４に加えられる後退方向の力の作用線に直角な平面とされている。

Ｌ字形レバー１７０の他方のアーム１８４は、図３に示すように、支持ロッド１５４の軸線に対して直角な方向へ延び出させられるとともに、ユニット本体１４２との間に配設された圧縮コイルスプリング１８６により、アーム１７４が支持ロッド１５４を前進方向に移動させる向きに付勢されている。

ユニット本体１４２内にはさらに、図３に示すように、アクチュエータの一種である流体圧シリンダとしてのエアシリンダ２００が設けられている。ユニット本体１４２内には、嵌合穴１５０と平行に延び、空間１６０のアーム１８４が収容された部分に開口する有底穴２０２が形成され、シリンダボアを構成している。有底穴２０２には、ピストン２０４が気密にかつ軸方向に直線的に移動可能に嵌合されており、ピストン２０４の後方（有底穴２０２の底面側）にエア室２０６が形成されている。ユニット本体１４２の有底穴２０２が形成された部分がシリンダハウジングを構成している。

エア室２０６には、前記位置決めピン９２内に形成された前記通路１２２を通って、主軸頭１２側から加圧エアが供給される。位置決めピン９２には、図１に示すように、通路１２２とは別の通路２１０が形成されるとともに、位置決めブロック９０，ホルダ本体２０，ユニット本体１４２内にそれぞれ、通路２１２，２１４，２１６が形成されている。通路２１０は通路１２２に対して直角に形成され、位置決めピン９２の外周面に開口させられるとともに、位置決めブロック９０内に形成された通路２１２に連通させられている。通路２１０の通路２１２に連通させられる開口部は位置決めピン９２の軸方向に長くされ、位置決めピン９２が位置決めブロック９０に対して移動させられても、常時、通路２１２に連通した状態に保たれるようにされている。ホルダ本体２０内に形成された通路２１４は、通路２１２およびユニット本体１４２内に形成された通路２１６に連通させられ、通路２１６はエア室２０６に連通させられている。

エアシリンダ２００は、図３(a)に示すように、Ｌ字形レバー１７０のアーム１８４に対向して設けられ、ピストン２０４にはアーム１８４がスプリング１８６により付勢されて当接させられている。そのため、エア室２０６が大気に開放された状態では、Ｌ字形レバー１７０はスプリング１８６の付勢により回動させられ、支持ロッド１５４をスプリング１５８の付勢力に抗して前進させる。この際、ピストン２０４は後退させられてＬ字形レバー１７０の回動を許容する。Ｌ字形レバー１７０の回動限度は、図３(b)に示すように、ピストン２０４の後端面に突設されたストッパとしての突部２２０が有底穴２０２のストッパとしての底面に当接することにより規定される。

本実施形態においてＬ字形レバー１７０は、スプリング１８６の付勢による回動限度位置に位置する状態において、係合面１７６の後端面１７８との接触部が上死点位置を超えないように、すなわち、係合面１７６の後端面１７８との接触部と、Ｌ字形レバー１７０の回動軸線Ａとを結ぶ直線Ｌ（図４参照）に直角な平面Ｐと、係合面１７６と後端面１７８との互いに接触する部分に対する接平面（本実施形態においては後端面１７８）との成す角θが０度となる位置を超えないように形成されている。Ｌ字形レバー１７０がスプリング１８６の付勢による回動限度位置に位置する状態において支持ロッド１５４は最も前進させられ、前進端位置に位置させられる。Ｌ字形レバー１７０は、支持ロッド１５４が前進端位置と、前進端位置より設定距離後方の位置との間の位置であって、主軸頭１２への当接が予定される範囲内に位置する状態において、図４に示すように、角θが摩擦角以下、本実施形態では１０度以下となるようにされている。

エア室２０６に加圧エアが供給されれば、ピストン２０４がスプリング１８６の付勢力に抗して前進させられ、Ｌ字形レバー１７０を係合面１７６が支持ロッド１５４から離間する向きに回動させる。この場合のＬ字形レバー１７０の回動限度は、図３(c)に示すように、アーム１８４の、ストッパとしての端部２２４がユニット本体１４２のストッパとしての内側面に当接することにより規定される。このＬ字形レバー１７０の回動時には、支持ロッド１５４はスプリング１５８の付勢によりアーム１７４に追従して後退させられ、Ｌ字形レバー１７０が回動限度位置まで回動させられた状態では、後退端位置に位置させられる。本実施形態においては、後退端位置が後退位置となっており、支持ロッド１５４が主軸頭１２から離間した状態が得られる。本実施形態においては、エアシリンダ２００およびスプリング１８６が駆動装置２２６を構成している。

前記主軸頭１２には、図１に示すように、３つの支持ユニット１４０の各支持ロッド１５４が当てられる突当ブロック２３０が３箇所、設けられて当接部を構成している（図１には突当ブロック２３０が１箇所、図示されている）。これら突当ブロック２３０および前記位置決め凹部１２０は、前記位置決めピン９２および３つの支持ロッド１５４の位相に対応する位相で設けられている。突当ブロック２３０の先端面である突当面２３２は、主軸１０の軸線に直角な平面状を成す。

突当ブロック２３０内には、図１に示すように、突当面２３２に開口して通路２３４が形成され、加圧エア源から加圧エアが供給されて突当面２３２から噴出させられるようにされている。したがって、突当ブロック２３０に支持ロッド１５４が当接させられれば、通路２３４の開口が支持ロッド１５４により塞がれ、加圧エアの噴出が阻止されて通路２３４内の圧力が上昇することにより、支持ロッド１５４の当接が検出される。通路２３４内の圧力は圧力センサ２３６により検出され、圧力が設定圧力を超える状態と超えない状態とで異なる信号が出力される。本実施形態においては、通路２３４および圧力センサ２３６が当接検知装置を構成している。

以上のように構成された加工工具ホルダは、加工工具保持部７０に正面フライス７８が取り付けられた状態でマシニングセンタに取り付けられる。本加工工具ホルダがマシニングセンタから取り外された状態では、図５に示すように、位置決めピン９２が前進位置に位置し、回転軸３０とホルダ本体２０との相対回転が防止された状態にある。また、エア室２０６は大気に開放され、図３(b)に示すように、支持ロッド１５４が前進端位置に位置させられている。

取付け時には、加工工具ホルダは、ボトルネック部３６が交換アーム（図示省略）により保持され、回転軸３０の軸線が主軸１０の軸線と同心となり、位置決めピン９２および３つの支持ロッド１５４と、位置決め凹部１２０および３つの突当ブロック２３０との位相が一致する状態で主軸１０および主軸頭１２に接近させられる。そして、まず、連結部３８がテーパ穴部１８に嵌入し始め、次いで位置決めピン９２の嵌合部１１８が位置決め凹部１２０に嵌入し始める。回転軸３０のボトルネック部３６の前端面３９が主軸１０の先端面１６に当接する前に、嵌合部１１８が位置決め凹部１２０に嵌合され、通路１２２が通路１２４に接続される。加工工具ホルダの取付け時には通路１２４に加圧エアが供給されており、接続と同時に通路１２４から通路１２２に加圧エアが流入し、通路２１０〜２１６を通ってエア室２０６に供給される。

それにより、ピストン２０４が前進させられ、Ｌ字形レバー１７０が、アーム１７４が支持ロッド１５４から離れる向きに回動させられ、支持ロッド１５４が後退端位置へ後退させられる。加工工具ホルダは、位置決めピン９２が位置決め凹部１２０に嵌合された状態から更に前進させられるが、位置決めピン９２は位置決め凹部１２０に嵌合されて移動しないため、ホルダ本体２０が位置決めピン９２に対して前進させられ、図６に示すように、前端面３９が先端面１６に当接させられるとともに、連結部３８がテーパ穴部１８に嵌合させられる。

この際、支持ロッド１５４は後退端位置へ後退させられているため、図６に示すように、突当ブロック２３０に当たらず、連結部３８のテーパ穴部１８への嵌合等を許容する。なお、図６においては、理解を容易にするために、支持ロッド１５４と突当ブロック２３０との間の隙間は誇張して図示されている。また、ホルダ本体２０の位置決めピン９２に対する前進により、位置決めピン９２がスプリング１０２の付勢力に抗して後退させられ、係合ピン１０４が係合凹部１１２から離脱するとともに凹部１１０に嵌入し、回転軸３０がホルダ本体２０に対して回転可能となる。ユニット本体１４２により回転軸３０の回転軸軸線に平行に保持された支持ロッド１５４は、主軸軸線に対しても平行である。

前端面３９が先端面１６に当接させられるまで連結部３８がテーパ穴部１８へ嵌合された後、主軸１０内に配設されたドローバー（図示省略）が連結部３８に連結され、ドローバーの移動により主軸１０内に引き込まれる。それにより、連結部３８がテーパ穴部１８にしまり嵌合させられるとともに、ボトルネック部３６が先端面１６に押し付けられ、回転軸３０が主軸１０に同心状に強固に固定される。それにより、ホルダ本体２０が回転軸３０により相対回転可能に保持された状態となる。

このように前端面３９が先端面１６に押し付けられ、連結部３８がテーパ穴部１８にしまり嵌合させられた後、エア室２０６が大気に開放され、加圧エアの供給が遮断される。連結部３８のテーパ穴部１８へのしまり嵌合等は、ドローバーの動作の進行状況によりわかる。エア室２０６の大気への開放により、Ｌ字形レバー１７０がスプリング１８６の付勢により回動させられ、アーム１７４が支持ロッド１５４をスプリング１５８の付勢力に抗して前進させる。アーム１７４は、Ｌ字形レバー１７０の回動軸線に平行な方向においては、支持ロッド１５４の中央部分を押すようにされ、支持ロッド１５４に対して偏心荷重が加えられることが極力回避されている。

支持ロッド１５４の前進は、突当ブロック２３０に当接することにより止められる。前端面３９が先端面１６に押し付けられた状態におけるホルダ本体２０と突当ブロック２３０との間の距離は、加工工具ホルダや主軸頭１２の製造誤差等によってばらつくことがあるが、支持ロッド１５４は、その距離に応じた位置へ前進させられ、突当ブロック２３０に当接する。この状態では、アーム１７４の係合面１７６は、図３(a)に示すように、Ｌ字形レバー１７０の回動に伴う係合面１７６の移動方向と、前記接平面との成す角が０度より大きく１０度以下となる状態で後端面１７８に係合する。そのため、アーム１７４と支持ロッド１５４とは、係合面１７６と後退面１７８との間の摩擦力によってデッドロック状態となり、主軸頭１２から支持ロッド１５４に後退方向の力が加えられても後退することはない。アーム１７４はスプリング１８６の付勢力により支持ロッド１５４を突当ブロック２３０に押し付けた状態に保たれ、３つの支持ロッド１５４がホルダ本体２０を支持する状態に保たれる。支持ロッド１５４は、前述の進退方向における予定範囲内の位置において突当ブロック２３０に当接する限り、アーム１７４との間にデッドロック状態が得られ、前記距離のばらつきに対応しつつ、ホルダ本体２０を剛体的に支持することができる。圧力センサ２３６の出力信号に基づいて、支持ロッド１５４の突当ブロック２３０への当接が確認される。

加工時には主軸１０が図１に矢印Ａで示す反時計方向へ回転させられ、回転軸３０，５０が回転させられて正面フライス７８が矢印Ｂで示す時計方向へ回転させられつつ、被加工物Ｗと相対移動させられて切削を行う。正面フライス７８には、よく知られているように３方向の成分を有する切削抵抗力が作用し、かつ、主軸１０の主軸軸線と直交して設けられた回転軸５０の先端部に保持され、更に主軸１０の先端面１６からの離間距離が大きいため、ホルダ本体２０に、主軸１０の主軸軸線と交差する方向の大きな力が作用する。すなわち、ホルダ本体２０に大きな回転モーメントが作用するのであるが、本加工工具ホルダにおいては、ホルダ本体２０が３つの支持ロッド１５４を介して主軸頭１２により強固に支持されているため、主軸１０に大きな曲げモーメントが作用することはなく、主軸１０の軸受１３等が保護されるとともに、上記正面フライス７８の刃先位置がずれることが良好に抑制され、重切削が可能である。また、重切削ではなくても、加工精度が向上する効果が得られる。

加工工具ホルダを主軸１０から取り外す場合には、ドローバーの連結部３８との連結が解除される。そして、ボトルネック部３６が交換アームにより把持され、主軸１０から離間する向きに移動させられる。それにより、まず、連結部３８がテーパ穴部１８から抜け出させられ、ボトルネック部３６が主軸１０から離間させられるとともに、ホルダ本体２０が位置決めピン９２に対して後退させられ、係合ピン１０４が本体部材２２の凹部１１０から抜け出させられて外向きフランジ部３４の係合凹部１１２に嵌入させられ、回転軸３０のホルダ本体２０に対する回転が防止された状態となる。そのため、加工終了時には、主軸１０は、２つの係合凹部１１２のいずれか一方が、本体部材２２の凹部１１０と位相が一致する回転位置に停止させられる。

ホルダ本体２０が、長穴１０６の前端面が係合ピン１０４に係合する位置まで後退させられた後、位置決めピン９２はホルダ本体２０と共に後退させられ、嵌合部１１８が位置決め凹部１２０から抜け出させられる。加工工具ホルダの取外し時にはエアシリンダ２００のエア室２０６が大気に開放され、加圧エアの供給が遮断されており、ホルダ本体２０は、支持ロッド１５４が突当ブロック２３０に当接したままの状態で後退させられる。そして、ホルダ本体２０の後退に伴ってＬ字形レバー１７０がスプリング１８６の付勢により、ピストン２０４の突部２２０が有底穴２０２の底面に当接するまで回動させられ、支持ロッド１５４が前進端位置に位置する状態になる。その後、支持ロッド１５４はホルダ本体２０と共に後退させられて突当ブロック２３０から離間する。

なお、加工工具ホルダの主軸１０からの取外し時にまず、加圧エア源から通路１２４に加圧エアを供給させ、通路１２２等を通ってエアシリンダ２００のエア室２０６に供給して、図６に示すように支持ロッド１５４を後退端位置へ後退させて突当ブロック２３０から離間させておき、その状態で把持アームによりホルダ本体２０を主軸１０から離間する向きに移動させてもよい。この場合、位置決めピン９２が後退させられれば、通路１２２，１２４の接続が断たれ、エア室２０６が大気に開放されて支持ロッド１５４が前進させられるが、このときには、ホルダ本体２０の後退により、支持ロッド１５４は突当ブロック２３０から離れており、前進端位置へ移動させられても突当ブロック２３０に当接することはない。

なお、支持ユニットがホルダ本体とは別体に設けられれば、その加工，製造が容易であり、また、故障発生時に交換することができるが、支持ユニットはホルダ本体と一体に設けてもよい。この場合、ホルダ本体の回転軸のまわりに、支持部材，駆動部材および駆動装置を含む支持部が３つ以上、設けられると考えることができる。別体の支持ユニットも、ホルダ本体への取付け後は、支持部を構成すると考えることができる。

また、前記実施形態においては、加工工具ホルダの工作機械への取付けは、途中で停止させられることなく、連続して行われていたが、加工工具ホルダの主軸１０および主軸頭１２に対する接近速度が速い場合は、位置決めピン９２が位置決め凹部１２０に嵌合され、通路１２２，１２４が接続されて加圧エアがエア室２０６に供給される状態となった状態で一旦停止し、エア室２０６に加圧エアが供給され、支持ロッド１５４が後退端位置へ後退したことが保証される時間の経過後、取付けが再開されるようにしてもよい。

１０：主軸 １２：主軸頭 ２０：ホルダ本体 ３０：回転軸 ３６：ボトルネック部 ３８：連結部 ５０：回転軸 ５６：回転伝達装置 ７０：加工工具保持部 ７８：正面フライス ９２：位置決めピン １０４：係合ピン １１２：係合凹部 １２０：位置決め凹部 １５４：支持ロッド １５８：圧縮コイルスプリング １７０：Ｌ字形レバー １７４：アーム １７６：係合面 １７８：後端面 １８４：アーム １８６：圧縮コイルスプリング ２００：エアシリンダ ２０４：ピストン ２２６：駆動装置

Claims (6)

1. 主軸軸線を中心に回転する主軸とその主軸を回転可能に保持する主軸頭とを備えた工作機械に取り付けられ、加工工具を保持する加工工具ホルダであって、
   前記主軸に固定されて主軸により回転させられる回転軸と、
   その回転軸と相対回転可能に嵌合されたホルダ本体と、
   そのホルダ本体の前記回転軸のまわりの３箇所以上に、前記主軸軸線に平行な方向の成分を含む進退方向に進退可能に保持され、前進位置において前記主軸頭に当接し、後退位置において前記主軸頭から離間する３つ以上の支持部材と、
   それら支持部材の各々の係合面である第１係合面に係合する第２係合面をそれぞれ有して前記ホルダ本体に相対移動可能に保持され、前記第２係合面と前記第１係合面との係合により、前記支持部材の各々を進退させる３つ以上の駆動部材と、
   その駆動部材を駆動する駆動装置と
   を含み、かつ、少なくとも前記支持部材が前記主軸頭に当接した状態において、前記支持部材に加えられる後退方向の力に基づいて、前記駆動部材を前記支持部材の後退を許容する向きに移動させようとする力が、前記第１係合面と前記第２係合面との間に作用する摩擦力より小さくなるように構成されたことを特徴とする加工工具ホルダ。
2. 前記駆動部材が回動軸線のまわりに回動可能な回動部材であり、前記駆動装置がその回動部材を回動させるものであり、前記支持部材が前記主軸頭に当接した状態において、前記回動部材の前記第２係合面の前記第１係合面と接触する部分と、前記回動軸線とを結ぶ直線に直角な平面と、前記第１係合面と前記第２係合面との互いに接触する部分に対する接平面との成す角が摩擦角以下である請求項２に記載の加工工具ホルダ。
3. 前記回動部材が、２つのアームを備えたＬ字形レバーであり、一方のアームが先端部において前記支持部材の後端面に係合し、他方のアームが前記駆動装置の駆動力を受ける請求項２に記載の加工工具ホルダ。
4. 前記駆動装置が駆動エネルギの供給を受けて作動するアクチュエータを含み、
   当該加工工具ホルダがさらに、
   前記回転軸が前記主軸に固定されるのに伴って、前記主軸頭側の接続部である第１接続部と接続状態となり、前記駆動エネルギの供給を受け得る状態となる第２接続部と、
   前記ホルダ本体に前記主軸軸線に平行な方向に移動可能に保持され、前記回転軸が前記主軸に固定されるのに伴って、前記主軸頭側の位置決め凹部に嵌入し、前記ホルダ本体の前記主軸頭に対する相対回転位置を決める位置決めピンと、
   その位置決めピンを前記主軸頭に向かう前進方向に付勢する付勢装置と、
   前記位置決めピンと共に移動し、位置決めピンが前進位置にある状態では前記回転軸の係合部である回転軸側係合部と係合して回転軸と前記ホルダ本体との相対回転を防止し、前記位置決めピンが前記位置決め凹部に嵌入した後、前記付勢装置の付勢力に抗して後退させられるのに伴って前記回転軸側係合部から離脱し、前記回転軸と前記ホルダ本体との相対回転を許容する状態となる位置決めピン側係合部と
   を含み、前記位置決めピンと前記主軸頭側位置決め凹部とが前記第２接続部と前記第１接続部とをそれぞれ兼ねる請求項１ないし３のいずれかに記載の加工工具ホルダ。
5. 前記駆動装置が、前記支持部材を前進方向に駆動する向きに前記駆動部材を付勢する付勢装置を含み、前記アクチュエータが、駆動エネルギの供給を受けて作動し、前記駆動部材を前記付勢装置の付勢力に抗して作動させるものである請求項４に記載の加工工具ホルダ。
6. さらに、前記ホルダ本体に対して前記主軸軸線と交差する方向の切削抵抗を加える状態で前記加工工具を保持する加工工具保持部を含む請求項１項ないし５のいずれかに記載の加工工具ホルダ。

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