JP2594878B2 - 工具保持装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削工具を取り付けた
工具保持部材を迅速に着脱交換することができる、いわ
ゆるクイックチェンジ方式の工具保持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種クイックチェンジ方式の工
具保持装置として、例えば実公昭５４−４１４３２号公
報及び特開昭５５−１８３５６号公報にみられるよう
に、主保持装置に設けたテーパ穴に切削工具を取り付け
た工具保持部材のテーパ嵌合部を嵌挿し、前記主保持装
置に軸方向へ摺動可能に嵌装したロックカラーにより鋼
球などのロック素子を押圧して、前記工具保持部材を前
記主保持装置にロックするようになっている工具ホルダ
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の工具ホ
ルダでは、主ホルダのテーパ穴と工具保持部材のテーパ
嵌合部との軸線を正確に一致させることが困難で、前記
工具保持部材がいずれかの方向に傾斜して前記主ホルダ
のテーパ穴に嵌挿され、このため高精度の加工が行ない
難いのみならず、がた付きが生じ易く剛性をあまり高く
できなかった。また、前記ロックカラーをスプリングに
抗して前記主ホルダの軸方向へ摺動させることにより工
具交換を行なうため、片方の手で前記工具保持部材を支
持しながら、他方の手で前記ロックカラーを摺動させな
ければならないので、操作性の点でも問題があった。

【０００４】本発明は、上記従来の問題点を解決し、高
い求心性と剛性が得られると共に、片手による簡単な操
作で工具保持部材を迅速に着脱できる工具保持装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、機械主軸に取り付ける主ホルダの端部
もしくは専用機、多軸機等のスピンドルノーズの端部に
設けた嵌挿穴に着脱自在に嵌挿する嵌合軸部を有する工
具保持部材を備えた工具保持装置であって、前記の嵌挿
穴はストレート穴で、開口部に外拡がりのテーパ穴部が
設けられており、前記工具保持部材は、前記嵌合軸部
が、前記嵌挿穴のストレート穴に合致するストレート軸
部と、前記テーパ穴部に合致するテーパ軸部とを有し、
前記ストレート軸部の先端部外周面に軸方向へ延びる案
内溝と、該案内溝に連続し僅かなリード角をもって周方
向へ延びるクランプ溝とが設けられる一方、前記テーパ
部に近接して前記嵌挿穴の開口端面に当接する側面を有
するフランジ部が設けられ、かつ該フランジ部の外周部
に係合凹部が設けられており、前記主ホルダもしくは前
記スピンドルノーズには、前記ストレート穴の内壁面か
ら突出し、前記案内溝及びクランプ溝に係合するドライ
ブピンが設けられていて、前記嵌挿穴に挿入した前記工
具保持部材を、前記ドライブピンが前記案内溝から前記
クランプ溝に移動する装着方向へ回動させると、前記工
具保持部材が前記ドライブピンにより前記嵌挿穴に引き
込まれてクランプされ、反対に前記ドライブピンが前記
クランプ溝から前記案内溝に移動する脱抜方向へ回動さ
せると、前記ドライブピンによるクランプ作用が解除さ
れるようになっており、また、前記主ホルダもしくは前
記スピンドルノーズの外周面にキーを介して軸方向へ摺
動可能に嵌装され、ばね手段により前記嵌挿穴の開口端
面側に付勢されている回り止めカラーを有し、該回り止
めカラーの前端に設けた突出部が、前記工具保持部材を
装着方向へ回動させたとき前記係合凹部に係合し、前記
工具保持部材が前記回り止めカラーを介して前記主ホル
ダもしくは前記スピンドルノーズに対して回り止め状態
に結合されるようになっており、さらに、前記工具保持
部材のフランジ部の外周部に前記脱抜方向へ一定範囲内
で回動可能に嵌装され、かつばね手段により定位置に復
帰するよう付勢されている着脱カラーを有し、該着脱カ
ラーには、前記定位置にあるとき、前記工具保持部材の
係合凹部に整合し、前記主ホルダもしくは前記スピンド
ルノーズの突出部と係合する切欠部が設けられていると
共に、該切欠部に連続して周方向へ延びる傾斜カム面が
設けられており、前記脱抜方向へ回動させたとき、前記
傾斜カム面により前記突出部を押圧して前記回り止めカ
ラーを前記工具保持部材から離脱させたのち、前記工具
保持部材を脱抜方向へ回動させ、前記ドライブピンが前
記クランプ溝から前記案内溝に移動し、前記工具保持部
材が引き抜き可能となるように構成されていることを特
徴とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、前記ドライブピン
が先細の円錐状のテーパピンに形成され、かつばね手段
により前記主ホルダの軸芯部に向けて付勢されており、
前記クランプ溝が前記ドライブピンが密接するテーパ溝
に形成されている。

【０００７】

【作用】上記の構成により、前記着脱カラーを片手で把
持して、前記工具保持部材の嵌合軸部を前記主ホルダも
しくは前記スピンドルノーズの前記嵌挿穴に挿入し、装
着方向へ一定角度回動するだけで、前記ドライブピンに
より前記工具保持部材が前記嵌挿穴に引き込まれてクラ
ンプされる。クランプ状態においては、前記嵌合軸部の
テーパ部が前記嵌挿穴のテーパ穴部に密着すると共に、
前記フランジ部の側面が前記嵌挿穴の開口端面に密着
し、前記工具保持部材と前記主ホルダとが同軸上に固定
される。また、回り止めカラーの突出部が前記係合凹部
に係合し、前記工具保持部材が前記回り止めカラーを介
して前記主ホルダもしくは前記スピンドルノーズに対し
て回り止め状態に結合される。一方、クランプ状態から
前記着脱カラーを脱抜方向へ回動させると、まず前記傾
斜カム面により前記回り止めカラーが軸方向へ摺動せし
められて前記工具保持部材から離脱し、しかるのち、前
記工具保持部材が前記着脱カラーと一緒に回動し、前記
ドライブピンのクランプ作用が解除されると共に、前記
工具保持部材が前記嵌挿穴から引き抜き可能となる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【０００９】図１は、本発明を機械主軸に取り付ける工
具ホルダとして実施した例を示しており、該工具ホルダ
は、一端部に工作機械の主軸に嵌合するシャンク２を有
し、他端部に嵌挿穴３を設けた主ホルダ１と、嵌挿穴３
に着脱自在に嵌挿する嵌合軸部５を有し、該嵌合軸部５
の端部に径大のフランジ部６及び取付けねじ部７を連設
した工具保持部材４と、主ホルダ１の嵌挿穴３を設けた
端部の外周面に一定範囲内で軸方向へ摺動可能に嵌装さ
れた回り止めカラー８と、工具保持部材４のフランジ部
６の外周面に一定範囲内で回動可能に嵌装された着脱カ
ラー９とから成っている。そして、取付けねじ部７に工
具Ｔを装着するコレット１０が取り付けられる。

【００１０】主ホルダ１の嵌挿穴３は大部分がストレー
ト穴３ａで、開口部に外拡がりのテーパ穴３ｂが設けら
れている。また、主ホルダ１には嵌挿穴３のストレート
穴３ａの内壁面から突出し、後述するように工具保持部
材４に係合してクランプ作用及びトルク伝達を行なうド
ライブピン１１が設けられている。該ドライブピン１１
は先細の円錐台形状のテーパピンに形成され、後端に押
しばね１３を収容する筒体１２が連設されており、主ホ
ルダ１の胴部に直径方向に相対向して設けた一対の取付
孔１４（図面には一方のみ示されている）に筒体１２を
挿入し、ドライブピン１１を取付孔１４の内奥に設けた
小径孔１４ａを通じて嵌挿穴３に突出させると共に、押
しばね１３によって主ホルダ１の軸芯に向けて付勢して
いる。筒体１２及び押しばね１３は主ホルダ１の外周部
に嵌着した止め輪１５により脱落を防止されている。

【００１１】工具保持部材４は、図２ないし図５に良く
示されているように、その嵌合軸部５が、嵌挿穴３のス
トレート穴３ａに合致嵌合するストレート軸部５ａと、
テーパ穴部３ｂに合致嵌合するテーパ軸部５ｂとを有
し、ストレート軸部５ａの先端部外周面に軸方向へ延び
る案内溝１６と、該案内溝１６の内端に連続し、フラン
ジ部６側へ向かって僅かなリード角をもって周方向へ延
びるクランプ溝１７とが設けられている。案内溝１６は
ドライブピン１０の外径より僅かに大きい幅を有し、か
つ先端に向けて外拡がりの誘導壁面１６ａを有する漏斗
型に形成され、ドライブピン１１との係合を容易ならし
めている。一方、クランプ溝１７はドライブピン１１の
テーパ部と密接係合する傾斜壁面１７ａを有するテーパ
溝に形成されている。案内溝１６及びクランプ溝１７
は、図５に示すように、ドライブピン１１に対応して、
ストレート軸部５ａの直径方向に対向位置するように設
けられている。また、工具保持部材４のフランジ部６の
外周部には案内溝１６，１６の延長線上に位置し、かつ
側面６ａに開口する一対の係合凹部１８，１８と、周方
向へ延びる一つの係合溝１９とが設けられている（図４
参照）。さらに、フランジ部６の外周部端縁に沿って環
状の係止溝２０が設けられている。

【００１２】回り止めカラー８は、図１及び図６に示す
ように、前端面に工具保持部材４の係合凹部１８，１８
に係合する一対の突出部２１，２１が突設されていると
共に、後端部内周面にばね収容段部２２が形成されてお
り、さらにキー溝２３及びピン孔２４が設けられてい
る。該回り止めカラー８は、図１に示すように、主ホル
ダ１の前端部外周面にキー２５を介して軸方向へ摺動自
在に嵌装されると共に、ピン孔２４に挿着したピン２６
を主ホルダ１の外周面に設けた軸方向へ延びる長溝２７
に係合させて、長溝２７により規制された範囲内で軸方
向へ摺動可能となっており、かつ主ホルダ１の外周面に
形成した段部２８とばね収容段部２２との間に収容した
押しばね２９によって主ホルダ１の開口端面側へ付勢さ
れている。

【００１３】着脱カラー９は、図１及び図７に示すよう
に、主ホルダ１の開口端面及び回り止めカラー８に相対
する端面に工具保持部材４の係合凹部１８，１８に整合
し、回り止めカラー８の突出部２１，２１と係合する一
対の切欠部３０，３０が設けられている。該切欠部３０
は回り止めカラー８の突出部２１と係合してフランジ部
６の外周部をいずれの方向への回動も阻止する側壁３０
ａ，３０ｂを有しているが、一方の側壁３０ｂは一部を
残して欠除され、切欠部３０に連続して周方向へ延びる
傾斜カム面３１が形成されている。また、着脱カラー９
の内周面にはばね収容段部３２が形成され、該ばね収容
部３２の内奥壁に軸線と平行に延びるばね係止孔３３が
設けられている。さらに、外周面から中心に向けてピン
孔３４が設けられている。

【００１４】該着脱カラー９は、図８及び図９に示すよ
うに、工具保持部材４のフランジ部６の外周面に回動自
在に嵌装され、ピン孔３４に挿通した係止ピン３５をフ
ランジ部６の係止溝１９に係合させて、係合溝１９によ
り規制された範囲内で脱抜方向へ回動可能となってお
り、かつ、ばね収容段部３２に収容したばね３６の一端
３６ａが着脱カラー９の係止孔３３に挿入係止されると
共に、他端３６ｂがフランジ部６に設けた係止孔３７に
挿入係止されていて、該ばね３６により、図８に実線で
示すように係止ピン３５が係合溝１９の一端１９ａに係
止される定位置（クランプ位置）に復帰するように付勢
されている。着脱カラー９が前記定位置（クランプ位
置）にあるとき、切欠部３０がフランジ部６の係合凹部
１８に整合するようになっており、後述するようにこの
整合状態において回り止めカラー８の突出部２１が係合
凹部１８と切欠部３０に係合してクランプ位置を維持す
る。また、着脱カラー９は、図８の仮想線に示すように
係止ピン３５が係合溝１９の他端１９ｂに当接するまで
はフランジ部６に対して脱抜方向へ回動自在になってい
て、それ以上は着脱カラー９とフランジ部６したがって
工具保持部材４とが一緒に脱抜方向へ回転する。なお、
着脱カラー９は、フランジ部６の環状溝２０に嵌着した
止め輪３８によって軸方向への移動が阻止されている。

【００１５】次に、上記のように構成された工具ホルダ
の工具保持部材４を着脱交換する操作を図１０を参照し
て説明する。

【００１６】図１及び図１０（ａ）は、嵌合軸部５を嵌
挿穴３に挿入し、装着方向へ一定角度回動して工具保持
部材４が主ホルダ１にクランプされた装着状態を示して
いる。この装着状態ではドライブピン１１が嵌合軸部５
のクランプ溝１７の終端に係合し、そのクランプ作用で
工具保持部材４が嵌挿穴３に引き込まれ、テーパ軸部５
ｂがテーパ穴部３ｂに密着すると共に、フランジ部６の
側面６ａが主ホルダ１の開口端面に当接して密着する２
面拘束によって、高い求心性と剛性が得られ、主ホルダ
１と工具保持部材４が同軸上に固定されている。このと
き、回り止めカラー８の突出部２１がフランジ部６の係
合凹部１８に係合しているので、例えばねじ立て作業で
タップを戻すときのように、工具保持部材４を脱抜方向
へ回動させようとする負荷が作用しても、回り止めカラ
ー８によって工具保持部材４が脱抜方向へ回動するのを
確実に防止し、不測に工具保持部材４が主ホルダ１から
脱落するおそれはない。

【００１７】上記した装着状態にある工具保持部材４を
主ホルダ１から引き抜いて着脱交換するには、図１０
（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すように、着脱カラー９を
片手で把持して矢印イに示す脱抜方向へ回動させる。着
脱カラー９の回動に伴って先ず傾斜カム面３１で突出部
２１を軸方向へ押動し、回り止めカラー８をばね２９に
抗して主ホルダ１のシャンク２側へ後退させ、さらに図
１０（ｃ）に示すように着脱カラー９の端面に突出部２
１が乗り上げるまで着脱カラー９を矢印イの脱抜方向へ
回動させると、回り止めカラー８が後退位置まで移動し
て突出部２１がフランジ部６の係合凹部１８から完全に
離脱し、さらに、工具保持部材４が着脱カラー９と一緒
に脱抜方向へ回動し、ドライブピン１１のクランプ作用
が解除されると共に、ドライブピン１１がクランプ溝１
７から案内溝１６に移動する。このとき、クランプ力の
反力でドライブピン１１がクランプ溝１７の傾斜壁面１
７ａに強く密接していて大きな抵抗力を生じるけれど
も、このような抵抗力はドライブピン１１が押しばね１
３に抗して半径方向外方へ逃げることにより緩和され、
着脱カラー９の回動操作は比較的小さな力で容易に行な
われる。その結果、工具保持部材４が嵌挿穴３から引き
抜き可能となる。この状態で工具保持部材４を軸方向へ
引っ張って主ホルダ１から抜き出し、次の工具保持部材
４と交換する。

【００１８】上記の実施例においては、本発明を工具ホ
ルダに適用し、機械主軸に取り付ける主ホルダ１の端部
に工具保持部材４の嵌挿穴３を設けたが、専用機や多軸
機等の場合には、そのスピンドルノーズの端部に嵌挿穴
３を設け、工具保持部材４を直接スピンドルノーズに着
脱自在に嵌挿する構造とする。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の工具保持
装置は、工具保持部材の装着時に高い求心性と剛性が得
られ、重切削にも使用できる。しかも、片手による簡単
な回動操作で工具保持部材を迅速に着脱交換できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を工具ホルダに適用した例を示す要部縦
断正面図である。

【図２】同工具保持部材の正面図である。

【図３】同工具保持部材の端面図である。

【図４】図２の４−４線に沿う断面図である。

【図５】図２の５−５線に沿う拡大断面図である。

【図６】（ａ）は回り止めカラーの正面図、（ｂ）は同
端面図である。

【図７】（ａ）は着脱カラーの端面図、（ｂ）は同正面
図である。

【図８】図１の８−８線に沿う断面図である。

【図９】着脱カラーにばねを組み付けた状態を示す縦断
面図である。

【図１０】同工具ホルダの工具保持部材を主ホルダから
脱抜する操作の説明図で、（ａ）はクランプ状態、
（ｂ）はアンクランプ途中の状態、（ｃ）はアンクラン
プの状態を示している。

【符号の説明】

１ 主ホルダ ２ シャンク ３ 嵌挿穴 ３ａ ストレート穴 ３ｂ テーパ穴部 ４ 工具保持部材 ５ 嵌合軸部 ５ａ ストレート軸部 ５ｂ テーパ軸部 ６ フランジ部 ７ 取付けねじ部 ８ 回り止めカラー ９ 着脱カラー １０ コレット １１ ドライブピン １３ 押しばね １６ 案内溝 １７ クランプ溝 １７ａ 傾斜壁面 １８ 係合凹部 ２１ 突出部 ２９ ばね ３０ 切欠部 ３１ 傾斜カム面 ３６ ばね

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機械主軸に取り付ける主ホルダの端部も
   しくは専用機、多軸機等のスピンドルノーズの端部に設
   けた嵌挿穴に、着脱自在に嵌挿する嵌合軸部を有する工
   具保持部材を備えた工具保持装置であって、 前記の嵌挿穴はストレート穴で、開口部に外拡がりのテ
   ーパ穴部が設けられており、 前記工具保持部材は、前記嵌合軸部が、前記嵌挿穴のス
   トレート穴に合致するストレート軸部と、前記テーパ穴
   部に合致するテーパ軸部とを有し、前記ストレート軸部
   の先端部外周面に軸方向へ延びる案内溝と、該案内溝に
   連続し僅かなリード角をもって周方向へ延びるクランプ
   溝とが設けられる一方、前記テーパ部に近接して前記嵌
   挿穴の開口端面に当接する側面を有するフランジ部が設
   けられ、かつ該フランジ部の外周部に係合凹部が設けら
   れており、 前記主ホルダもしくは前記スピンドルノーズには、前記
   ストレート穴の内壁面から突出し、前記案内溝及びクラ
   ンプ溝に係合するドライブピンが設けられていて、前記
   嵌挿穴に挿入した前記工具保持部材を、前記ドライブピ
   ンが前記案内溝から前記クランプ溝に移動する装着方向
   へ回動させると、前記工具保持部材が前記ドライブピン
   により前記嵌挿穴に引き込まれてクランプされ、反対に
   前記ドライブピンが前記クランプ溝から前記案内溝に移
   動する脱抜方向へ回動させると、前記ドライブピンによ
   るクランプ作用が解除されるようになっており、 また、前記主ホルダもしくは前記スピンドルノーズの外
   周面にキーを介して軸方向へ摺動可能に嵌装され、ばね
   手段により前記嵌挿穴の開口端面側に付勢されている回
   り止めカラーを有し、該回り止めカラーの前端に設けた
   突出部が、前記工具保持部材を装着方向へ回動させたと
   き前記係合凹部に係合し、前記工具保持部材が前記回り
   止めカラーを介して前記主保持装置もしくは前記スピン
   ドルノーズに対して回り止め状態に結合されるようにな
   っており、 さらに、前記工具保持部材のフランジ部の外周部に前記
   脱抜方向へ一定範囲内で回動可能に嵌装され、かつばね
   手段により定位置に復帰するよう付勢されている着脱カ
   ラーを有し、該着脱カラーには、前記定位置にあると
   き、前記工具保持部材の係合凹部に整合し、前記主ホル
   ダもしくは前記スピンドルノーズの突出部と係合する切
   欠部が設けられていると共に、該切欠部に連続して周方
   向へ延びる傾斜カム面が設けられており、前記脱抜方向
   へ回動させたとき、前記傾斜カム面により前記突出部を
   押圧して前記回り止めカラーを前記工具保持部材から離
   脱させたのち、前記工具保持部材を脱抜方向へ回動さ
   せ、前記ドライブピンが前記クランプ溝から前記案内溝
   に移動し、前記工具保持部材が引き抜き可能となるよう
   に構成されていることを特徴とする工具保持装置。
2. 【請求項２】 前記ドライブピンが先細の円錐状のテー
   パピンに形成され、かつばね手段により前記主保持装置
   の軸芯部に向けて付勢されており、前記クランプ溝が前
   記ドライブピンと密接するテーパ溝に形成されている請
   求項１記載の工具保持装置。
3. 【請求項３】 前記ドライブピンと、前記案内溝及び前
   記クランプ溝とがそれぞれ、直径方向に相対向して設け
   られている請求項１又は２記載の工具保持装置。
4. 【請求項４】 前記係合凹部、前記突出部、前記切欠部
   及び前記傾斜カム面がそれぞれ、直径方向に相対向して
   一対ずつ設けられている請求項１，２又は３記載の工具
   保持装置。