JP2017185587A - 工具保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】工具に加わる応力を吸収する応力吸収機構部を、簡単に構成することができるとともに、配置スペースを低減することができる技術を提供する。
【解決手段】工具保持具１００は、シャンク部１２０と、工具保持部１４０と、シャンク部１２０と工具保持具１４０の間に設けられている応力吸収機構部１３０を有している。応力吸収機構部１３０は、軸方向および回転方向に延在する壁部を有する筒状部１３１により構成されている。筒状部１３１の壁部には、軸方向および回転方向に対して交差状に延在する複数の弾性変形部１３５と空隙部１３６が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具を保持する工具保持具に関し、特に、タップ加工を行うタップを好適に保持することができる工具保持具に関する。

ワークに雌ネジ孔を形成するタップ加工を行う際には、工作機械の主軸に装着される工具保持具の工具保持部にタップが取り付けられる。ここで、タップを用いてタップ加工を行っている際に、切削抵抗等によってタップの刃先に過大な応力が加わることがある。タップの刃先に過大な応力が加わると、雌ネジ孔の加工精度が低下するおそれがある。
そこで、タップの刃先に加わる応力を吸収する応力吸収機構部を有する工具保持具が提案されている。応力吸収機構部を有する工具保持具は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている工具保持具は、タップを保持する工具保持部に加わる軸方向の応力を吸収する第１の応力吸収機構部と、工具保持部に加わる回転方向の応力を吸収する第２の応力吸収機構部を有している。

特開２０１３−２２０５２９号公報

特許文献１に開示されている工具保持具では、工具保持部に加わる軸方向の応力を吸収する第１の応力吸収機構部と、工具保持部に加わる回転方向の応力を吸収する第２の応力吸収機構部が別々に設けられている。このため、構成が複雑であり、配置スペースも必要である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、工具に加わる応力を吸収する応力吸収機構部を、簡単に構成することができるとともに、配置スペースを低減することができる技術を提供することを目的とする。

本発明の工具保持具は、シャンク部と、工具保持部と、シャンク部と工具保持部の間に設けられた応力吸収機構部を備えている。
シャンク部は、工作機械の主軸に設けられた把持機構により把持される。工具保持部には、工具が保持される。応力吸収機構部は、工具を用いて加工を行っている際に、工具保持部に加わる軸方向の応力あるいは回転方向の応力を吸収する。本発明では、応力吸収機構部は、軸方向および回転方向に同時に変形可能な単一の弾性部材を有している。本発明の工具保持具は、好適には、タップ加工を行うタップを保持する工具保持具として用いられる。
本発明では、加工時に工具保持部に加わる応力を吸収する応力吸収機構部を、簡単に構成することができるとともに、配置スペースを低減することができる。
本発明の異なる形態では、工具保持部に軸方向の応力および回転方向の応力の少なくとも一方が加わることによって、軸方向および回転方向に同時に変形する弾性部材を用いている。本形態の弾性部材は、弾性変形した形状から元の形状に復帰する際にも、軸方向および回転方向に同時に変形する。好適には、弾性部材は、先端側の部分が、後端側の部分に対して軸方向および回転方向に同時に変形するように構成される。すなわち、ねじれ変形するように構成される。
本形態では、弾性部材が弾性変形した形状から元の形状に復帰する際における、弾性部材から工具保持部、すなわち、工具保持部に保持されている工具に加わる弾性力による加工精度の悪化を防止することができる。
本発明の異なる形態では、弾性部材は、回転方向および軸方向に対して交差状に延在する弾性変形部を有している。
本形態では、軸方向および回転方向に同時に変形可能な弾性部材を簡単に構成することができる。
本発明の異なる形態では、弾性部材は、一体に形成された複数の弾性変形部を有している。
本形態では、弾性部材の弾性力を、弾性変形部の数や形状を調整することによって容易に設定することができる。
本発明の異なる形態では、弾性部材は、軸方向および回転方向に延在する壁部により構成される筒状部を有している。そして、壁部の軸方向中間領域に弾性変形部が形成されている。好適には、弾性変形部は、筒状部を軸方向と直交する方向から見て、軸方向および回転方向（周方向）に対して交差状に延在するように形成される。また、好適には、壁部の内周面と外周面の間を貫通する空隙部が、周方向に隣接する弾性変形部の間に配置される。
本形態では、弾性部材を簡単に製造することができる。
本発明の異なる形態では、弾性変形部は、先端側端部が、後端側端部より、工具保持部に保持される工具の回転方向と反対方向に位置するように形成されている。
本形態では、工具保持部に保持されたタップを用いてタップ加工を行う場合に、弾性部材が弾性変形した形状から元の形状に復帰する際における、弾性部材から工具保持部、すなわち、工具保持部に保持されているタップに加わる弾性力によってネジ痩せが発生するのを防止することができる。

本発明の工具保持具では、加工時に工具に加わる応力を吸収する応力吸収機構部を、簡単に構成することができるとともに、配置スペースを低減することができる。

本発明の工具保持具の第１の実施形態の断面図である。 図１の矢印ＩＩで示す部分の側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 第１の実施形態の工具保持具に用いられている応力吸収機構部の動作を説明する図である。 本発明の工具保持具の第２の実施形態で用いられている応力吸収機構部の側面図である。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
本明細書では、工具保持具の本体部（シャンク部、応力吸収機構部、工具保持部）の延在方向（図１に示されているＡ方向）を「軸方向」という。また、軸方向と直交する断面（図３）において、本体部の回転中心Ｐを中心点とする円弧に沿った方向（図３、図４に示されているＢ方向）を「回転方向」あるいは「周方向」といい、回転中心Ｐを通る線の方向を「径方向」という。また、軸方向に沿って、工具が挿入される側を「先端側」といい、工具が挿入される側と反対側を「後端側」という。

本発明の第１の実施形態の工具保持具を、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は、第１の実施形態の工具保持具１００の断面図である。図２は、図１の矢印ＩＩで示す部分の側面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
本実施形態の工具保持具１００は、本体部１１０、工具保持機構１５０を有している。

本体部１１０は、後端側にシャンク部１２０を有し、先端側に工具保持部１４０を有し、シャンク部１２０と工具保持部１４０の間に応力吸収機構部１３０を有している。本実施形態では、本体部１１０は、スチールにより形成されている。
シャンク部１２０は、工作機械に設けられた把持機構により把持され、工作機械の主軸に連結される。シャンク部１２０を把持する把持機構としては、公知の種々の把持機構が用いられる。
シャンク部１２０は、内周面１２１により形成される空洞部１２０ａを有している。空洞部１２０ａには、工具保持部１４０に保持されている工具１７０を冷却する冷却媒体（例えば、冷却油）が供給される。

工具保持部１４０は、工具保持機構１５０と協働して工具１７０を保持する。図１には、ワークに雌ネジ孔を形成するタップ加工を行うタップが示されている。以下、タップ１７０と言う。
タップ１７０の先端側には、螺旋状の刃が所定のピッチで形成されている。また、タップ１７０の後端側には、被保持部１７１が設けられている。
工具保持機構１５０は、コレット１５１、係合部材１５２、締付具１５３により構成されている。
コレット１５１は、工具保持部１４０の内周面により形成される空間内に挿入されている。工具保持部１４０の内周面の先端側とコレット１５１の外周面の後端側には、互いに係合可能なテーパー面が形成されている。係合部材１５２は、コレット１５１の先端側の外周に配置されている。また、締付具１５３は、先端側が係合部材１５２の外周に配置されているとともに、後端側が、工具保持部１４０の外周面に螺合されている。また、タップ１７０の被保持部１７１は、コレット１５１に形成されている孔に挿通される。
この状態で締付具１５３を回転させると、締付具１５３、係合部材１５２およびコレット１５１が前後方向（軸方向）に移動する。コレット１５１が後端側に移動すると、工具保持部１４０の内周面に形成されたテーパー面とコレット１５１の外周面に形成されたテーパー面との係合によってタップ１７０が工具保持部１４０に保持される。一方、コレット１５１が先端側に移動すると、タップ１７０の保持が解除される。

応力吸収機構部１３０は、タップ１７０を用いてタップ加工を行っている時に、切削抵抗によりタップ１７０の刃先に加わる応力を吸収する。タップ１７０の刃先に加わる応力は、タップ１７０を保持している工具保持部１４０にも加わるため、本実施形態では、応力吸収機構部１３０は、工具保持部１４０に加わる応力を吸収するように構成されている。タップ１７０（工具保持部１４０）に加わる応力には、軸方向に沿った応力と回転方向に沿った応力の少なくとも一方が含まれている。
応力吸収機構部１３０の具体的な構成は、図４に示されている。なお、図４は、応力吸収機構部１３０を軸方向と直角な方向から見た図である。図４において、左右方向は軸方向Ａを示し、Ａ１方向は後端方向を示し、Ａ２方向は先端方向を示している。また、上下方向は、回転方向Ｂを示し、Ｂ１方向は、タップ１７０の回転方向Ｒと反対方向を示し、Ｂ２方向は、タップ１７０の回転方向Ｒと同じ方向を示している。

応力吸収機構部１３０は、筒状部１３１により構成されている。
筒状部１３１は、軸方向および周方向に延在する壁部を有している。壁部は、内周面１３２と外周面１３３を有している。内周面１３２によって、冷却媒体を供給する空洞部１３０ａが形成されている。
また、筒状部１３１の壁部には、周方向に沿って複数の弾性変形部１３５が形成されている。周方向に隣接する弾性変形部１３５の間には、筒状部１３１の内周面１３２と外周面１３３の間を貫通している空隙部１３６が配置されている。弾性変形部１３５は、筒状部１３１の壁部に、内周面１３２と外周面１３３の間を貫通する空隙部１３６を形成することによって形成される。
なお、筒状部１３１の「周方向」は、タップ１７０、工具保持部１４０および筒状部１３１の「回転方向」と同じであるため、以下では、「回転方向」という記載を用いる。

弾性変形部１３５は、筒状部１３１の先端側の端部１３１ａと後端側の端部１３１ｂの間に延在する壁面１３５ａと１３５ｂを有している。また、弾性変形部１３５は、軸方向と直角な方向から見て（図３参照）、筒状部１３１の壁部に、軸方向Ａおよび回転方向Ｂに対して交差状に延在するように形成されている。すなわち、弾性変形部１３５の、回転方向に対向する壁面１３５ａと１３５ｂは、軸方向Ａに対して交差状に延在しているとともに、回転方向Ｂに対しても交差状に延在している。壁面１３５ａと１３５ｂ（弾性変形部１３５）の、軸方向Ａおよび回転方向Ｂに対する交差角度（傾斜角度）は、加工条件に応じて適宜設定される。
本実施形態では、弾性変形部１３５（したがって、壁面１３５ａと１３５ｂ）は、軸方向Ａに沿って後端側（Ａ１側）の部分から先端側（Ａ２側）の部分に向かって、タップ１７０の回転方向Ｒと反対方向であるＢ１方向側に配置されるように延在している。すなわち、先端側の部分が、後端側の部分より、タップ１７０の回転方向Ｒと反対の方向であるＢ１方向に位置するように延在している。また、本実施形態では、弾性変形部１３５（壁面１３５ａと１３５ｂ）は、軸方向と直角な方向から見て（図３参照）、直線状に延在するように形成されている。
弾性変形部１３５は、軸方向Ａおよび回転方向Ｂに対して交差状に延在していることにより、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａに軸方向Ａの応力あるいは回転方向Ｂの応力が加わった場合に、工作機械の駆動軸に保持されているシャンク部１２０側の端部に対して、軸方向Ａに沿った変形および回転方向Ｂに沿った回転を伴う弾性変形が可能である。

なお、本実施形態では、筒状部１３１の壁部の内周面１３２と外周面１３３を貫通する空隙部１３６が形成されているため、空洞部１３０ａに供給される冷却媒体が空隙部１３６から流出する。そこで、空洞部１３０ａからの冷却媒体の流出を防止するカバー１６０が、筒状部１３１の外周に設けられている。
本実施形態では、筒状部１３１が、本発明の「弾性部材」に対応し、弾性変形部１３５が、本発明の「弾性変形部」に対応する。

次に、本実施形態の工具保持具１００の動作を、図４を参照して説明する。
工具保持部１４０にタップ１７０を保持した状態で、タップ１７０を回転方向Ｒに回転させる。
タップ１７０によりワークに雌ネジ孔を形成するタップ加工を行っている際に、切削抵抗によりタップ１７０に軸方向の応力あるいは回転方向の応力が加わると、工具保持部１４０にも軸方向の応力あるいは回転方向の応力が加わる。この応力は、工具保持部１４０に結合されている応力吸収機構部１３０の筒状部１３１にも加わる。例えば、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａに、軸方向Ａに沿って先端側から後端側方向（図４のＡ１方向）の応力、あるいは、回転方向Ｂに沿ってタップ１７０の回転方向Ｒと反対方向（図４のＢ１方向）の応力が加わる。

本実施形態では、筒状部１３１の壁部に、先端側の部分が後端側の部分よりＢ１方向に位置するように、軸方向Ａおよび回転方向Ｂに対して交差状に延在する弾性変形部１３５が形成されている。
このため、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａに、軸方向Ａに沿ったＡ１方向の応力が加わると、端面１３１Ａは、軸方向Ａに沿ってＡ１方向に移動する（収縮する）。同時に、端面１３１Ａは、回転方向Ｂに沿ってＢ１方向に回転する。このため、筒状部１３１は、後端側（シャンク部１２０側）の端部が固定された状態で、図４に二点鎖線で示されているように、Ｃ１方向にねじれたねじれ状に弾性変形し、軸方向Ａに沿ったＡ１方向の応力が吸収される。
切削抵抗が低下してタップ１７０に加わる、軸方向Ａに沿ったＡ１方向の応力が低下すると、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａに加わる軸方向Ａに沿ったＡ１方向への応力が低下する。Ａ１方向の応力が低下すると、ねじれ状に弾性変形していた筒状部１３１が元の形状に復帰する。すなわち、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａは、軸方向Ａに沿ってＡ２方向に移動する（伸張する）とともに、回転方向Ｂに沿ってＢ２方向に回転する。

また、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａに、回転方向Ｂに沿ったＢ１方向の応力が加わると、端面１３１Ａは、回転方向Ｂに沿ってＢ１方向に回転する。同時に、軸方向Ａに沿ってＡ１方向に移動する（収縮する）。このため、筒状部１３１は、後端側の端部が固定された状態で、図４に二点鎖線で示されているように、Ｃ１方向にねじれたねじれ状に弾性変形し、周方向Ｂに沿ったＢ１方向の応力が吸収される。
切削抵抗が低下してタップ１７０に加わる、回転方向Ｂに沿ったＢ１方向の応力が低下すると、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａに加わる周方向Ｂに沿ったＢ１方向への応力が低下する。Ｂ１方向への応力が低下すると、ねじれ状に弾性変形していた筒状部１３１が元の形状に復帰する。すなわち、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａは、周方向Ｂに沿ってＢ２方向に回転するとともに、軸方向Ａに沿ってＡ２方向に移動する（伸張する）。

以上のように、本実施形態の応力吸収機構部１３０を構成する筒状部１３１は、タップ１７０（工具保持部１４０）に軸方向の応力および回転方向の応力の一方が加わった場合、先端側の端面１３１Ａが軸方向Ａに沿ってＡ１方向（後端側）に移動する（収縮する）とともに、周方向Ｂに沿ってＢ１方向（タップ１７０の回転方向Ｒと反対方向）に回転することによりＣ１方向にねじれたねじれ状態となり、軸方向の応力および回転方向の応力が吸収される。
これにより、従来技術の工具保持具のように、工具保持部１４０に加わる軸方向の応力を吸収する第１の応力吸収機構部と、工具保持部１４０に加わる回転方向の応力を吸収する第２の応力吸収機構部を別々に設ける必要がない。
したがって、タップ１７０（工具保持部１４０）に加わる応力を吸収する応力吸収機構部を、簡単に構成することができるとともにで、配置スペースを低減することができる。
また、タップ１７０（工具保持部１４０）に加わる軸方向の応力あるいは回転方向への応力が低下すると、ねじれ状に弾性変形していた筒状部１３１が元の形状に復帰する。ねじれ状に弾性変形していた筒状部１３１が元の形状に復帰する際には、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａは、軸方向Ａに沿ってＡ２側に移動する（伸縮する）とともに、周方向Ｂに沿ってＢ２方向（タップ１７０の回転方向Ｒと同じ方向）に回転する。
これにより、軸方向の応力および／または回転方向の応力を吸収するべくねじれ状に弾性変形していた筒状部１３１が元の形状に復帰する際に、軸方向の反力と回転方向の反力を含むねじれ方向の反力が、工具保持部１４０を介してタップ１７０の刃先に加わる。さらに、回転方向の反力は、タップ１７０に対して、タップ１７０の回転方向Ｒと同じ方向に作用する。このため、従来の工具保持部のように、タップ１７０に対して、軸方向の応力を吸収する第１の応力吸収機構部による軸方向に沿った反力あるいは回転方向の応力を吸収する第２の応力吸収機構部による回転方向に沿った反力が単独で作用することがない。したがって、軸方向に沿った反力あるいは回転方向に沿った反力が単独でタップ１７０に作用することによるネジ痩せの発生を防止することができる。

本発明の工具保持具の第２の実施形態を、図５を参照して説明する。本実施形態の工具保持具１００は、応力吸収機構部１３０の構成が第１の実施形態の工具保持具１００と異なっている。したがって、以下では、応力吸収機構部１３０の構成についてのみ説明する。
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、応力吸収機構部１３０を構成する筒状部１３１の、軸方向および回転方向に沿って延在する壁部に、回転方向に沿って複数の弾性変形部２３５が形成されている。回転方向に隣接する弾性変形部２３５の間には、筒状部１３１の内周面１３２と外周面１３３の間を貫通している空洞部２３６が配置されている。
弾性変形部２３５は、筒状部１３１の先端側の端部１３１ａと後端側の端部１３１ｂの間に延在する壁面２３５ａと２３５ｂを有している。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、弾性変形部２３５は、筒状部１３１の壁部に、軸方向Ａおよび回転方向Ｂに対して交差状に延在するように形成されている。すなわち、弾性変形部２３５の、回転方向Ｂに対向する壁面２３５ａと２３５ｂは、軸方向Ａに対して交差状に延在しているとともに、回転方向Ｂに対しても交差状に延在している。交差方向は、先端側の部分が、後端側の部分より、タップ１７０の回転方向Ｒと反対のＢ１方向に位置するように設定される。
本実施形態では、弾性変形部２３５は、曲線状に形成されている。すなわち、弾性変形部２３５の壁面２３５ａと２３５ｂは、曲線状に形成されている。本実施形態では、壁面２３５ａと２３５ｂは、タップ１７０の回転方向Ｒと反対方向であるＢ１側に飛び出ている曲線形状（Ｂ１側に突状の曲線形状）に形成されている。
本実施形態の筒状部１３１においても、第１の実施形態と同様に、工具保持部１４０に軸方向の応力および回転方向の応力の一方が加わると、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａが、軸方向Ａに沿ってＡ１方向に移動する（収縮する）とともに、回転方向Ｂに沿ってＢ１方向に回転する。これにより、筒状部１３１がねじれ状に弾性変形して、軸方向の応力および回転方向の応力が吸収される。
また、工具保持部１４０に加わる軸方向の応力あるいは回転方向の応力が低下すると、ねじれ状に弾性変形していた筒状部１３１が元の形状に復帰する。この時、筒状部１３１の先端側の端面１３１Ａは、軸方向Ａに沿ったＡ２方向に移動する（伸張する）とともに、タップ１７０の回転方向Ｒと同じ方向である、回転方向Ｂに沿ったＢ２方向に回転する。
したがって、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を有する。
なお、弾性変形部２３５の壁面２３５ａと２３５ｂの曲線形状は、図３に示されている形状に限定されない。例えば、壁面２３５ａと２３５ｂは、回転方向Ｂに沿ったＢ２方向に飛び出るように形成することもできる。

本発明は、実施形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
筒状部の壁部に形成される弾性変形部の形状や数は、適宜変更可能である。
筒状部の壁部に周方向に配置された弾性変形部の間に、壁部の内周面と外周面を貫通する空隙部を形成したが、弾性変形部の間の部分は、工具（工具保持部）に軸方向の応力および回転方向の応力の少なくとも一方が加わった場合に弾性変形部が軸方向および回転方向に同時に変形可能であればよく、空隙に限定されない。
実施形態では、筒状部の壁部に、軸方向および回転方向Ｂ（周方向）に対して交差状に延在する複数の弾性変形部を形成したが、弾性変形部は、工具保持部に軸方向の応力および回転方向の応力の少なくとも一方が加わった場合に、軸方向および回転方向に同時に変形可能であればよく、筒状部の壁部に形成される弾性変形部に限定されない。
応力吸収機構部を構成する弾性部材は、軸方向および回転方向に同時に変形可能であればよく、種々の材料により形成することができ、また、種々の形状に形成することができる。
本発明の工具保持具は、好適には、ワークに雌ネジ孔を形成するタップを保持する際に用いられるが、タップ以外の種々の工具を保持する際に用いることができる。
実施形態で説明した各構成は、単独で用いることもできるし、適宜選択した複数の構成を組み合わせて用いることもできる。

１００ 工具保持具
１１０ 本体部
１２０ シャンク部
１２０ａ 空洞部
１２１ 内周面
１３０ 応力吸収機構部
１３０ａ 空洞部
１３１ 筒状部
１３１Ａ 端面
１３１ａ、１３１ｂ 端部
１３２ 内周面
１３３ 外周面
１３５、２３５ 弾性変形部
１３５ａ、１３５ｂ、２３５ａ、２３５ｂ 壁面
１３６ 空隙部
１４０ 工具把持部
１５０ 工具把持機構
１５１ コレット
１５２ 係合部材
１５３ 締付具
１６０ カバー
１７０タップ（工具）
１７１ 被保持部

Claims (6)

1. 工具を保持する工具保持具であって、
   シャンク部と、工具保持部と、前記シャンク部と前記工具保持部の間に設けられた応力吸収機構部を備え、
   前記応力吸収機構部は、軸方向および回転方向に同時に変形可能な単一の弾性部材を有することを特徴とする工具保持具。
2. 請求項１に記載の工具保持具であって、
   前記弾性部材は、前記工具保持部に軸方向の応力および回転方向の応力の少なくとも一方が加わることによって、軸方向および回転方向に同時に変形するように構成されていることを特徴とする工具保持具。
3. 請求項１または２に記載の工具保持具であって、
   前記弾性部材は、軸方向および回転方向に対して交差状に延在する弾性変形部を有していることを特徴とする工具保持具。
4. 請求項３に記載の工具保持具であって、
   前記弾性部材は、前記弾性変形部を複数有し、当該複数の弾性変形部は一体に形成されていることを特徴とする工具保持具。
5. 請求項３または４に記載の工具保持具であって、
   前記弾性部材は、軸方向および回転方向に延在する壁部により構成される筒状部を有し、前記弾性変形部は、前記壁部の軸方向中間領域に形成されていることを特徴とする工具保持具。
6. 請求項３〜５のうちのいずれか一項に記載の工具保持具であって、
   前記弾性変形部は、先端側端部が、後端側端部より、前記工具保持部に保持されるタップの回転方向と反対方向に位置するように形成されていることを特徴とする工具保持具。

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