JP2018020388A - 工具保持具 - Google Patents

Abstract

【課題】収納保持する工具との密着性が高すぎることなく容易に工具の着脱が可能で、軽量で耐クーラント性が高く、且つ難削材の切粉等による損傷を受け難い、自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる工具保持具を提供すること。【解決手段】自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる、工具を着脱自在に保持する工具保持具であって、該工具保持具は、略円筒形状を呈した円筒状部材を備え、該円筒状部材の内面に、該円筒状部材の開口から奥側に向かって、部分円錐状の凹部がその中途部まで形成され、前記円筒状部材の奥側には付勢手段によって前記円筒状部材の軸心方向に付勢された球体が設けられ、前記円筒状部材の内面に形成された前記部分円錐状の凹部表面に複数の陥凹部が形成されてなる工具保持具とする。【選択図】図２

Description

本発明は「工具保持具」に関するものであり、より詳しくは、収納保持する工具との密着性が高すぎることなく容易に工具の着脱が可能で、軽量で耐クーラント性が高く、且つ難削材の切粉等による損傷を受け難い自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる工具保持具に関する。

様々な加工を実施できる工作機械（例えばマシニングセンタ）が幅広い分野で使用されている。工作機械はその内部に自動工具交換装置を備え、この交換装置は構成部品として、工具を保持するための工具保持具を備えている。工作機械で使用される工具は、通常この工具保持具に収納保持されており、工具が加工に使用される際に、工具保持具から工具が引き抜かれ、加工場所に移送される。

図６は、従来の工具保持具（１０１）を示す図である。工具保持具（１０１）は工具を収納保持するための凹部（１０２）を備えており、工具のシャンク（１１）（図３参照）と凹部（１０２）が密着し、さらに、凹部の奥側に設置された球体（１０３）が工具のプルスタッドボルト（１２）（図３参照）を保持することによって、工具を収納保持している。

工具保持具は凹部と鋼球によって収納保持されるが、収納保持された工具のシャンクと凹部の密着性が高すぎるために、収納保持した工具が抜け難くなり、工具を引き抜く際に大きな力が必要となるため、工具や工具保持具、さらには工作機械の故障に繋がる虞があった。

現在、工具保持具はフェノール樹脂製のものが大部分を占めており（例えば、特許文献１参照）、まれに鋳物（鋳鉄）製のものが使用されている。
フェノール樹脂は鋳鉄と比較して軽量であり、自己潤滑性を有し、摺動性、耐水性、耐久性等が優れており、工具保持具の素材として優れた特性を多数有している。

フェノール樹脂は工具保持具の素材として優れた特性を多数有しているが、耐クーラント性（クーラント液（水溶性切削油）に対する工具保持具の腐食耐性）が低いという欠点も有する。
現在、工作機械で加工するワークの材質は多様化しており、加工の際に使用されるクーラント液の種類やその使用頻度も増加している。加工に使用した工具にはクーラント液が付着しており、この工具を工具保持具に収納保持する際に、クーラント液が工具保持具にも付着するため、耐クーラント性の高い工具保持具が求められている。
耐クーラント性の低いフェノール樹脂は、クーラント液が付着することで劣化が生じ、工具保持具の寸法精度が低下することで、工具を収納保持できなくなる虞がある。

さらに、フェノール樹脂は衝撃強度が低いという欠点も有する。
衝撃強度が低いため、工具保持具に十分な強度を持たせるために、全体の肉厚を厚くする必要があり、フェノール樹脂自体の比重は小さいにも関わらず、重量を十分に下げることができなかった。
特許文献２には、重量の問題を解決するために、熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させた材料で成形した工具保持具が開示されている。特許文献２によると、フェノール樹脂製の工具保持具よりも軽量の工具保持具を提供できる旨が記載されている。しかし、特許文献２に開示されている工具保持具は、熱可塑性樹脂を主材料としているため、耐クーラント性は高くなく、フェノール樹脂製の工具保持具と同様に、クーラント液が付着することで劣化が生じ、工具保持具の寸法精度が低下することで、工具を収納保持できなくなる虞がある。

また、近年、食品加工、自動車、航空、発電等の幅広い分野において、チタン、タングステン及び耐熱合金等の難削材の加工品の需要が高まっている。
これらの難削材を工作機械で加工するには、通常の材料よりもツールをより高速で回転させて難削材を削る必要があり、且つよりクーラント性の高い溶液を用いる必要がある。しかし、高速回転で難削材を削ることにより、難削材の切粉が広く飛散し、飛散した切粉が工具保持具に接触することで、工具保持具を損傷させる虞がある。又、クーラント性の高い液による工具保持具の強度への影響も考えられる。特に、フェノール樹脂製の工具保持具は強度が低いため、切粉による損傷を受けやすく傷みやすいため、製品寿命が短くなるという問題点があった。
従来、飛散した難削材の切粉による工具保持具の損傷を防ぐため、プレート等の防壁材を設置して、切粉と工具保持具の接触を防止していた。しかし、この方法では、工具保持具に加えて防壁材が必要となるため、部品点数が増加し、これによりコストが増加し、重量も増加してしまうという問題点があった。

特許第５５０５９３４号 特開２００１−３４７４３４号公報

本発明は、上記したような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、収納保持する工具との密着性が高すぎることなく工具の着脱が容易であり、軽量で耐クーラント性が高く、且つ難削材の切粉等による損傷を受け難い自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる工具保持具を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる、工具を着脱自在に保持する工具保持具であって、該工具保持具は、略円筒形状を呈した円筒状部材を備え、該円筒状部材の内面に、該円筒状部材の開口から奥側に向かって、部分円錐状の凹部がその中途部まで形成され、前記円筒状部材の奥側には付勢手段によって前記円筒状部材の軸心方向に付勢された球体が設けられ、前記円筒状部材の内面に形成された前記部分円錐状の凹部表面に複数の陥凹部が形成されてなる工具保持具に関する。

請求項２に係る発明は、前記工具保持具がアルミダイキャスト製であることを特徴とする、請求項１に記載の工具保持具に関する。

請求項３に係る発明は、前記付勢手段がコイルばねであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工具保持具に関する。

請求項１に係る発明によれば、工具保持具の円筒状部材の内面に形成された部分円錐状の凹部表面に複数の陥凹部が形成されていることにより、工具を収納保持した際に、工具のシャンクと工具保持具の部分円錐状の凹部表面との間に間隙が生じ、工具と工具保持具の過剰な密着を防ぐことができ、工具の着脱が容易になる。

請求項２に係る発明によれば、工具保持具がアルミダイキャスト製であるため、軽量で耐クーラント性が高く、且つ難削材の切粉等による損傷を受け難い工具保持具を提供できる。
さらに、難削材の切粉等による損傷を防止するための防壁材が不要となるため、部品点数とコストの削減及び軽量化が可能となる。

請求項３に係る発明によれば、付勢手段がコイルばねであるため、球体を工具保持具の凹部の軸心方向に強く付勢することができ、より確実に工具のプルスタッドボルトを保持することができる。

本発明に係る工具保持具の概略斜視図である。 本発明に係る工具保持具の概略断面図である。 本発明に係る工具保持具に収納保持される工具の概略側面図である。 本発明に係る工具保持具に工具を収納保持した際の様子を示す概略断面図である。 本発明に係る工具保持具の陥凹部の拡大概略断面図である。 従来の工具保持具を示す断面図である。

以下、本発明に係る工具保持具の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に係る工具保持具の概略斜視図、図２は本発明に係る工具保持具の概略断面図である。図３は本発明に係る工具保持具に収納保持される工具の概略側面図、図４は本発明に係る工具保持具に工具を収納保持した際の様子を示す概略断面図である。

図３に示す工具（１４）は、本発明に係る工具保持具に収納保持される工具の１例を示している。本発明に係る工具保持具に収納保持される工具のシャンク（１１）は、世界的に主に使用されているＢＴ規格のものを用いている。ＢＴ規格のシャンク（１１）は、プルスタッドボルト（１２）を備えており、このプルスタッドボルト（１２）が工具保持具の球体によって保持される。
尚、本明細書では主にＢＴ規格の工具を収納保持する工具保持具について記載するが、ＨＳＫ−Ａ、ＣＡＰＴＯ、ＣＡＴ、ＤＩＮ等、その他の規格のシャンク用の工具保持具に本発明の特徴（つまり、工具のシャンクと密着する箇所に陥凹部を設ける、アルミダイキャストで工具保持具を製造する等）を組み込むことで、本発明に係る工具保持具と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る工具保持具（１）は、ガイド支点（２）と、ガイドホイール（３）と、保持部品（４）と、略円筒形状を呈した円筒状部材（５）とを備えている（図１参照）。
尚、ガイド支点（２）、ガイドホイール（３）及び保持部品（４）はあくまでも一例として図示したものに過ぎず、工具保持具の部品として通常使用されているものであればいかなるものでも使用することができる。

円筒状部材（５）は、開口（６）から奥側に向かって、部分円錐状の凹部（７）がその中途部まで形成されている（図２参照）。
円筒状部材（５）の奥側には付勢手段（８）によって円筒状部材（５）の軸心方向に付勢された球体（９）が設けられている。
さらに、円筒状部材（５）の内面に形成された部分円錐状の凹部（７）の表面には複数の陥凹部（１０）が形成されている。

部分円錐状の凹部（７）は、円筒状部材（５）の開口（６）から、円筒状部材（５）の中途部にかけて、徐々にその径が小さくなるように形成されている（図２参照）。
部分円錐状の凹部（７）の形状や寸法は、収納保持する工具（１４）のシャンク（１１）と部分円錐状の凹部（７）が十分に密着するようなものが望ましい（図４参照）。より具体的には、部分円錐状の凹部（７）の径は工具（１４）のシャンク（１１）の基準径に対して±０．０２ｍｍであることが望ましい。このことにより、工具（１４）の軸方向の位置精度が向上し、工具交換が確実に行われる。
尚、収納保持する工具（１４）のシャンク（１１）の形状に合わせて、部分円錐状の凹部（７）の形状を適宜変更してもよい。
収納保持される工具（１４）のシャンク（１１）と部分円錐状の凹部（７）が十分に密着することにより、工具（１４）の脱落を防ぐことができる。

部分円錐状の凹部（７）の表面には複数の陥凹部（１０）が形成されている（図２及び図５参照）。
陥凹部（１０）を設けることにより、工具保持具（１）に工具（１４）を収納保持する際、工具保持具（１）と工具（１４）のシャンク（１１）との間に間隙（１３）が生じる。これにより工具保持具（１）と収納保持される工具（１４）の密着性を減少させることができ、間隙（１３）が無い場合と比較して、工具（１４）を容易に着脱することができる。
陥凹部（１０）を設けることにより、比較的小さな力で工具（１４）を工具保持具（１）から引き抜くことができ、工具（１４）や工具保持具（１）、さらには工作機械の故障を防ぐことができる。

陥凹部（１０）の形状は、密着性を十分に減少させるために、図２及び図５に示すような同心円状が好ましいが、工具（１４）を工具保持具（１）に収納保持した際に、工具（１４）と工具保持具（１）の密着性を減少させることができる間隙（１３）を形成できる形状であればよく、例えば、同心円上の一部にだけ溝を形成してもよく、円筒状部材（５）の開口（６）から奥側に向かって直線状に伸びるような形状であってもよい。
陥凹部（１０）の数は、図２に示すように等間隔に並べた３つとしてもよく、工具（１４）を工具保持具（１）に収納保持した際に、工具（１４）と工具保持具（１）の密着性を減少させることができる間隙（１３）を形成できればよい。そのため、陥凹部（１０）の数は限定されず、１つ、２つ、３つ、４つあるいはそれ以上の数を設けてもよい。
また、陥凹部（１０）以外の円筒状部材（５）の表面粗さを小さくし、表面を滑らかにすることで、工具（１４）を工具保持具（１）に収納保持した際に、陥凹部（１０）以外の工具（１）と工具保持具（１４）の接触面では高い密着性を維持することができる。これにより、比較的小さな力で工具（１４）を工具保持具（１）から引き抜くことができ、且つ工具保持具（１）に収納保持している工具（１４）の工具保持具（１）からの落下を確実に防止することができる。

付勢手段（８）は、球体（９）を凹部（７）の軸心方向に付勢するために、円筒状部材（５）の奥側に設けられた外周側への穴に設置されている（図２参照）。
付勢手段（８）は圧縮コイルばねが好ましいが、皿ばねや竹の子ばね等、球体（９）を凹部（７）の軸心方向に付勢できるもので、当業者に自明のものであればいかなるものでもよい。

球体（９）は、付勢手段（８）の先端部に固定されており、図４に示すように収納保持される工具（１４）のプルスタッドボルト（１２）を保持し、工具（１４）の脱落を防止する。
球体（９）は、鋼球であることが望ましいが、これに限定されず、鉄球等のその他の金属球、あるいは樹脂製の球でもよく、工具（１４）のプルスタッドボルト（１２）を保持できるものであればよい。

本明細書では、工具（１４）のプルスタッドボルト（１２）の保持手段として、付勢手段（８）及び球体（９）を用いているが、工具の保持手段として通常使用されているものであればいかなるものでもよい。
また、より強固に工具（１４）のプルスタッドボルト（１２）を保持するために、付勢手段（８）及び球体（９）の数を２つや４つにする等、必要に応じて増やしてもよい。

図４は、工具（１４）を、本発明に係る工具保持具に収納保持した際の様子を示す概略断面図である。
前述の通り、工具（１４）は、プルスタッドボルト（１２）が球体（９）によって保持され、シャンク（１１）と部分円錐状の凹部（７）が密着することによって、工具保持具（１）に収納保持される。
図４に示すように、本発明に係る工具保持具（１）は、部分円錐状の凹部（７）に形成された陥凹部（１０）によってシャンク（１１）と部分円錐状の凹部（７）に間隙（１３）を形成することができる。この間隙（１３）によって工具（１４）と工具保持具（１）の密着性を減少させることができ、間隙（１３）の無い場合と比較して、工具の着脱が容易となる。

本発明に係る工具保持具（１）は、耐クーラント性や強度が高く、比重が小さいという点から、アルミニウムダイキャスト（アルミダイキャストともいう）製であることが望ましい。具体的には、Ａ３８０（ＦＡ ＣＨＩＡ ＭＥＴＡＬ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ＣＯ．，ＬＴＤ．）を使用して製造することが望ましいが、これに限定されず、ＪＩＳ Ｈ ５３０２：２００６に規定されているＡＤＣ１、ＡＤＣ３、ＡＤＣ５、ＡＤＣ６、ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１０Ｚ、ＡＤＣ１２、ＡＤＣ１２Ｚ、ＡＤＣ１４等のアルミダイキャストを使用して製造してもよい。
尚、工具保持具に収納保持される工具の取り外しを容易にするという目的のみを達成する場合には、上記したアルミダイキャスト以外の、鋳鉄やフェノール樹脂等、工具保持具の材料として通常使用されるものを用いて工具保持具を製造してもよい。
また、アルミダイキャスト、鋳鉄、フェノール樹脂等、工具保持具の材料として通常使用されるものを複数組み合わせて工具保持具を製造してもよい。

本発明に係る工具保持具は、自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる工具保持具として好適に使用される。

１ 工具保持具
２ ガイド支点
３ ガイドホイール
４ 保持部品
５ 円筒状部材
６ 開口
７ 部分円錐状の凹部
８ 付勢手段
９ 球体
１０ 陥凹部
１１ シャンク
１２ プルスタッドボルト
１３ 間隙
１４ 工具
１０１ 従来の工具保持具
１０２ 従来の工具保持具の凹部
１０３ 従来の工具保持具の球体

Claims (3)

1. 自動工具交換装置の工具マガジンに設けられる、工具を着脱自在に保持する工具保持具であって、
   該工具保持具は、
   略円筒形状を呈した円筒状部材を備え、
   該円筒状部材の内面に、該円筒状部材の開口から奥側に向かって、部分円錐状の凹部がその中途部まで形成され、
   前記円筒状部材の奥側には付勢手段によって前記円筒状部材の軸心方向に付勢された球体が設けられ、
   前記円筒状部材の内面に形成された前記部分円錐状の凹部表面に複数の陥凹部が形成されてなる工具保持具。
2. 前記工具保持具がアルミダイキャスト製であることを特徴とする、請求項１に記載の工具保持具。
3. 前記付勢手段がコイルばねであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工具保持具。

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