JP4671100B2 - アンギュラヘッド - Google Patents

Description

本発明はマシニングセンタ等の工作機械に装着し、工作物（ワーク）を加工するアンギュラヘッド、特に、例えばカッター用等に適したアンギュラヘッドに関するものである。
本発明のアンギュラヘッドは、例えば石英ガラス、セラミック、或いは金属その他の各種のワークの加工用として使用できる。

従来のアンギュラヘッドとして、例えば図１１に示すものが知られている。以下、図１１に示すアンギュラヘッドについて同図を参照して説明する。このアンギュラヘッドは、工作機械の主軸に着脱自在に結合して装着される動力軸１０１と、この動力軸を回転自在に支持させたハウジング１０２と、ハウジング１０２の端部に設けたケーシング１０３と、動力軸１０１とを直交させる方向に配置され、ケーシング１０３に回転自在に支持させて設けた工具回転軸１０４と、動力軸１０１の動力（回転力）を工具回転軸１０４に伝達する動力伝達手段１０５とを備えている。
前記回転軸１０４の先端部には中心部に工具取付用のテーパ孔１０６を有する工具装着部材１０７を備えている。そして、カッターアーバその他の工具をテーパ孔に嵌合して固定し、この状態で工作機械に装着して使用するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記した従来のアンギュラヘッドに装着されるカッターアーバは、一般に例えば図１２（ａ）に示すように構成されている。即ち、同図（ａ）に示すように、カッターアーバ１１０は、一端に前記テーパ孔１０６に嵌合するテーパシャンク１１１を設けた回転軸１１２の他端に取付軸１１３を延設し、この取付軸１１３にカッター１１４を、カラー１１５，１１６で挟んで嵌合し、ナット１１７で締め付けて固定して構成されている。

上記構成のカッターアーバ１１０を上述したアンギュラヘッドに装着してワークを加工する場合、次のような問題が生じる。以下、この問題点の一例について図１０を参照して説明する。図１０において、１２１は作業テーブル、１２２はテーブル１２１上に位置決めし、固定台部材１２３等を介して固定した石英ガラス、セラミック，金属その他のワークを示す。前記ワーク１２２は、例えば丸棒体１２２ａと、この丸棒体の端部を固着して設けた側板１２２ｂを備えている。

前記カッターアーバ１１０を使用して、例えば、ワーク１２２の丸棒体１２２ａに切溝１２４を施す加工を行なう場合、丸棒体の中央部分の溝切り加工においては支障なく行なえる。しかし、丸棒体の端部近くに、同図仮想線で示す切溝１２４を施す場合、ナット１１７が側板１２２ｂに衝当して邪魔になる。したがって、丸棒体の端部近くまでは溝切り加工を施工することができない場合が生じる。

また、従来のカッターアーバとして、図１２（ｂ）に示すように構成したものがある。図１２（ｂ）のカッターアーバ１１０Ａは前記カッターアーバ１１０において、前記テーパシャンク１１１に代え、ストレートシャンク１１８を設けて構成されている。他の構成は図１２（ａ）のカッターアーバ１１０と同一ないし略同一構成であるため、同一符号を付して説明を省略する。

図１２（ｂ）に示すカッターアーバ１１０Ａは図１１に示すアンギュラヘッドにおいて、前記テーパ孔１０６を有する工具装着部材１０７に代え、前記回転軸１０４の先端部にチャック１１９を設ける。そして、図１２（ｂ）に示すように、チャック１１９にストレートシャンク１１８を挿入して締め付け固定し、アンギュラヘッドに装着して使用するものである。
図１２（ｂ）の構成のカッターアーバ１１０Ａを使用する場合にも、カッターをナット１１７で締め付けて固定してあるため、図１２（ａ）のカッターアーバと同様の問題が生じる恐れを有している。
特開平９−６６４３１号公報

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、ワークに側板その他の支障物を備えている場合においても、ワークの隅の方の部位まで支障なく円滑良好に加工することができるアンギュラヘッドを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、工作機械の主軸に着脱自在に装着される動力軸と、この動力軸を回転自在に支持させたハウジングと、このハウジングの端部に設けたケーシングと、前記動力軸と交差する方向に配置して前記ケーシングに回転自在に支持させて設け、前記動力軸の動力で回転する工具回転軸、及び前記回転軸の端部に設けた工具装着機構とを備えたアンギュラヘッドであって、
前記工具装着機構は、前記回転軸と同心、かつ、前記ケーシングから突出させて前記回転軸の先端部に設けられ、カッターその他の工具を嵌合して装着する工具取付軸部と、この取付軸部の中心部に、前記取付軸部の先端から基部側方向に設けられ、基部側に縮径するテーパ孔と、このテーパ孔に延長して設けたネジ孔と、前記取付軸部に、この取付軸部の先端から基部にかけると共に前記取付軸部の周方向に略等間隔を存して設けた複数本の割り溝（スリット）と、前記工具の前記取付軸部に対する周方向の動きを規制する回動防止手段、及び前記取付軸部を拡径操作する作動杆体とを備え、
前記作動杆体は、一端部側を前記ネジ孔に螺合する所定長さのネジ棒部で構成されていると共に他端部側は、外周壁面に前記テーパ孔と対応するテーパを付したテーパ軸部で構成され、
前記テーパ軸部は、前記ネジ棒部を前記ネジ孔に螺合し、前記作動杆体を前進させて前記テーパ軸部を前記テーパ孔に圧入した際に、前記テーパ軸部の外端面が前記取付軸部の先端面より突出しない長さに形成され、
前記テーパ軸部は、その外端中心部に設けた多角形の係合孔を備え、
前記テーパ軸部を前記テーパ孔に圧入することにより、前記取付軸部を拡径するように構成したことを特徴とする。

上記構成により、作動杆体をテーパ孔に挿入してネジ棒部をネジ孔に螺合し、作動杆体を所定方向（例えば正方向）へ回動すると作動杆体は前進する。そこで作動杆体を、例えばレンチ等を用いて強く回動してテーパ軸部をテーパ孔に圧入すると、工具取付軸部はテーパ作用により押圧力を受け、押し拡げられて拡径する。
したがって、カッター等の工具を前記軸部に嵌合し、その状態で上記したように作動杆体を強く回動すると、前記軸部の外周壁面がカッター等の工具に形成されている嵌合孔の周壁面に強く圧接する。そのため、工具は前記軸部に安定、かつ、強固に固定して装着される。また、作動杆体を前記と逆方向に回動するとテーパ軸部による前記押圧力は解除されるので、取付軸部は元の状態に復帰する。

本発明において、作動杆体の割り溝は、例えば３本ないし６本設けた構成を採用することができる。また、前記回動防止手段は、前記取付軸部に設けたキーで構成することができる。さらにまた、前記テーパ軸部に設けた前記係合孔は六角形の孔で構成することができる。

本発明は上述したように、カッター等の工具を前記軸部に嵌合して作動杆体を強く回動することにより前記工具を前記軸部に固定するように構成してあるので、カッター等の工具を前記軸部の先端面と略面一の部位に装着することができる。
したがって、本発明によれば、前記軸部の先端に従来のカッターアーバのナット等のような障害物を皆無にできるので、ワークの隅の方の部位まで支障なく円滑良好に加工することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を説明する。

図１は本発明のアンギュラヘッドの一実施の形態を示す縦断面図、図２は同上アンギュラヘッドの工具取付軸部を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）、図３は同上取付軸部の縦断面図、図４は同上アンギュラヘッドに採用した作動杆体を拡大して示す側面図（ａ）と正面図（ｂ）、図５は同上工具取付軸部の作用を示す説明図、図６は同上取付軸部に装着して使用される工具に属するカッターの一例を示す正面図（ａ）と縦断面図（ｂ）、図７は同上取付軸部に装着して使用されるカラーの一例を示す正面図（ａ）と縦断面図（ｂ）、図８は同上取付軸部に図７に示すカラーを介装して図６に示すカッターを装着した状態を示す説明図である。

上記図１ないし図８において、この実施の形態のアンギュラヘッドは、動力軸１と、この軸１を支持するハウジング２と、このハウジング２の端部に設けたケーシング３と、このケーシングに支持させて設けた工具回転軸４、及び前記回転軸４の端部に設けたカッター等の工具装着機構５とを備えている。

前記動力軸１は、回転軸１１と、回転軸１１の一端（図１において上端）に設けた保持部１２と、この保持部１２の上端に設けたテーパシャンク部１３とを備えている。前記動力軸１は回転軸１１をハウジング２に嵌挿し、ベアリング等の軸受部材１４でハウジングに回転自在、かつ、軸方向への動きを規制して支持させて設けてある。前記軸受部材１４は回転軸１１に嵌合して設けたリング１５で押えられ、軸方向への動きを規制されている。なお、図示しないが、回転軸１１は、図１において上端部側も軸受部材で回転自在に支持させてある。

前記動力軸１は、テーパシャンク部１３をマシニングセンタ等の工作機械の主軸頭の主軸１６に着脱自在に結合して主軸１６に装着される。

前記ハウジング２は円筒状に形成され、一端（図１において下端）にフランジ２１が設けてある。図１において、２２は前記ハウジング２の一端（図１において上端）に回動自在に設けた角度調整用リング、２３はリング２２を止め着するネジ、２４は位置決め用ピン、２５はハウジング２の一端部側（図１において上端部側）に固定して設けたストッパー部材を示す。

前記ストッパー部材２５は、動力軸１のテーパシャンク部１３を主軸１６に結合してアンギュラヘッドを工作機械に装着した際に、ハウジング２の軸周り方向の動きを規制するもので、ストッパーピン２６を備えている。ストッパーピン２６は動力軸１の前記シャンク部１３を主軸に装着する際に、工作機械の固定部材２７（非回転部材）に係脱自在に係合させ、ハウジング２の軸周り方向の動きを規制するように構成してある。

前記ケーシング３は円筒部３１を備え、ハウジング２の一端に設けた前記フランジ２１にワッシャー３２を介してボルト３３で締め付けて取付けてある。なお、ケーシング３は、ハウジング２に対して旋回させ、任意の位置で前記ボルト３３により締め付けてハウジング２に固定できるように構成してある。ケーシング３の後端（図１において右側端）には蓋部材３４がネジ止めして設けてある。

前記工具回転軸４は、動力軸１と交差（図示では直角に交差）する方向に向けてケーシング３内に配置し、ベアリング等の軸受部材４１，４２でケーシング３に回転自在に支持させて設けてある。工具回転軸４は動力伝達手段４３を介して動力軸１の動力（回転力）を伝達されて回転するように構成してある。
図示の動力伝達手段４３は、動力軸１の回転軸１１の一端（図１において下端）に軸装して固定して設けたベベルギャ４３ａと、このギャ４３ａと噛合させて工具回転軸４に軸装して固定して設けたベベルギャ４３ｂとで構成されている。

前記工具回転軸４は、先端側（図１において左端部側）に回転軸４と同心、かつ、回転軸４と一体回転するホイール４４，４５，４６を備えている。そして、前記一方の軸受部材４２はホイール４４を回転自在に支持させてある。図１において、４７はホイール４５の回転を阻害することなくホイール４５に嵌合し、ケーシング３の前端にネジ止めして設けた蓋用リング部材を示す。

前記工具装着機構５は、工具取付軸部５１と、テーパ孔５２と、ネジ孔５３と割り溝５４（スリット）と、逃げ用の孔５５と、回動防止手段５６、及び作動杆体５７とを備えている。

工具取付軸部５１はカッター７０等の工具を嵌合して装着するもので、適当な径及び長さに形成され、工具回転軸４と同心、かつ、ケーシング３から突出させて前記回転軸４（図示ではホイール４６の先端）に設けてある。この実施の形態の取付軸部５１は丸棒材で形成されている。

前記テーパ孔５２は、取付軸部５１の中心部に、軸部５１の先端から基部側方向に設けられ、基部側に縮径する円錐形状に形成されている。テーパ孔５２は、作動杆体５７の後述するテーパ軸部を圧入することにより軸部５１を作用するものである。テーパ孔の径、長さ、及びテーパ角度は適当に決定できる。

前記ネジ孔５３は、取付軸部５１に設けたテーパ孔５２に延長して設けてある。このネジ孔５３の径及び長さは適当に決定できる。このネジ孔５３は、後述するネジ棒部を螺合して正逆回動することにより、作動杆体５７を前進・後退させるために設けたものである。

前記割り溝５４（スリット）は、取付軸部５１に、この軸部５１の先端から基部にかけると共に軸部５１の周方向に略等間隔を存して複数本（実施の形態では４本）設けてある。この割り溝５４の本数は適当（例えば３本ないし６本程度の範囲）に増減することができる。

前記逃げ用の孔５５は、前記各割り溝５４の基端に設けてある。実施の形態の前記孔５５は丸孔で構成したものが開示されている。前記孔５５の大きさは適当に決定することができる。また、孔５５の形状は例えば楕円形その他の形状に変更することができる。

前記回動防止手段５６は、取付軸部５１に嵌合して装着されるカッター等の工具の前記軸部５１に対する周方向の動きを規制するために設けたものである。この実施の形態の回動防止手段５６は、取付軸部５１の先端から基部にかけて、前記軸部５１に固定して設けたキー５６ａで構成されている。

前記作動杆体５７は、一端部側をネジ孔５３に螺合する適当長さ（但し、ネジ孔５３の長さより短い）に形成したネジ棒部５８で構成されていると共に他端部側は、外周壁面に前記テーパ孔５２と対応するテーパを付した適当長さの円錐形状に形成したテーパ軸部５９で構成されている。テーパ軸部５９の長さは任意に決定するものであるが、作動杆体５７を前進させてテーパ軸部５９をテーパ孔５２に圧入した際に、テーパ軸部５９の外端面が前記軸部５１の先端面より突出しない長さに設定する。

前記テーパ軸部５９の外端部における中心部には、図示しないレンチ等の工具を係合するための多角形の係合孔６０が設けてある。この実施の形態の係合孔６０は六角形に形成したものが開示されている。前記孔６０はレンチ等の工具を係合して作動杆体５７を回動するために設けたものである。

上記構成により、作動杆体５７をテーパ孔５２に挿入してネジ棒部５８をネジ孔５３に螺合し、作動杆体５７を例えば正方向へ回動すると作動杆体５７は前進し、また、逆方向へ回動すると作動杆体５７は後退する。
そこで、図５に示すように、作動杆体５７を、例えばレンチ等（図示せず）を用いて強く回動してテーパ軸部５９をテーパ孔５２に圧入すると、取付軸部５１はテーパ作用に押圧力を受けて図５に仮想線で示すように、押し拡げられて拡径する。また、作動杆体５７を逆方向に回動するとテーパ軸部５９による押圧力は解除され、取付軸部５１は元の状態に復帰する。
上記の場合において、取付軸部５１が拡径する寸法はテーパ孔５２（及びテーパ軸部５９）のテーパ角度により決定される。そこで、テーパ角度は適当に設定する。

次に取付軸部５１に嵌合して装着されるカッター等の工具の一例につき図６及び図７を参照して説明する。図６には工具としてカッター７０の一例が開示されている。このカッター７０は適当な径（例えば直径約８０〜約１２０センチ程度）、及び適当な厚み（例えば約１．５〜約２．５ミリ程度）の円板状に形成したものが開示されている。
また、図示のカッター７０は、板体７１の外周部７２をダイヤでコーティングしたダイヤカッターが開示されている。なお、カッター７０の直径及び厚みは一例として示したもので上記範囲内に限定するものではないこと勿論である。

前記カッター７０は板体７１の中心に前記取付軸部５１の直径より微か（例えば約０．２〜約０．８ミリ程度、但し、この範囲に限定するものではない）に大径の嵌合孔７３が形成されていると共に嵌合孔７３の縁部に前記キー５６ａと対応するキー用の切欠凹溝７４が形成されている。
なお、前記カッター７０は一例として開示したもので、上記構成のカッターに限定するものではなく、例えば外周面を鋸刃状に形成したもの、その他の構成のものを採用できること勿論である。

図７にはカラーの一例が開示されている。このカラー８０は、適当な径（例えば直径約４０〜約６０センチ程度）、及び適当な厚み（例えば約１．５〜約３ミリ程度）のリング状に形成され、中心部に設けた嵌合孔８１はカッター７０の嵌合孔７３と略同一の大きさに形成されている。また、前記孔８１の縁部に前記カッター７０の凹溝７４と対応する大きさのキー用の切欠凹溝８２が形成されている。なお、前記カラー８０は一例として開示したもので、カラー８０の直径及び厚みは任意に変更可能なこと勿論である。

次に前記カッター７０を工具取付軸部５１へ装着する装着方法の一例につき説明する。図８に示すように、カッター７０を取付軸部５１の先端面と略面一に装着するように、所定枚数のカラー８０を重ね合わせて取付軸部５１に嵌合し、次いでカッター７０を取付軸部５１に嵌合する。
そして、上記の状態でレンチ等を用いて作動杆体５７を回動してテーパ軸部５９をテーパ孔５２に圧入すると、上述したように、取付軸部５１は拡径し、軸部５１の外周壁面がカッター７０の嵌合孔８１の周壁面に強く圧接する。なお、取付軸部５１の外周壁面は各カラー８０の嵌合孔８１の周壁面にも接触ないし圧接する。したがって、カッター７０は軸部５１の先端面と略面一の部位に安定、かつ強固に固定して装着される。
また、作動杆体５７を前記と逆方向に回動するとテーパ軸部５９による押圧力は解除されるので、取付軸部５１は元の状態に復帰する。これにより、カッター７０及び各カラー８０を取付軸部５１から取り外すことができる。

この実施の形態のアンギュラヘッドは上記のように構成したもので、従来と同様に、動力軸１のテーパシャンク１３をマシニングセンタ等の工作機械の主軸頭の主軸１６に着脱自在に結合して装着し、使用される。

実施の形態のアンギュラヘッドによれば、カッター７０等の工具を取付軸部５１の先端面と略面一の部位に装着することができる。したがって、軸部５１の先端に従来のカッターアーバのナット等のような障害物を皆無にできるので、例えば図１０に示すようなワーク１２２の仮想線で示す部位であっても円滑に溝切り加工等を施工することができる。このように、実施の形態によれば、ワークの隅の方の部位まで支障なく円滑良好に加工することが可能になる。

図９は取付軸部５１に嵌合して装着されるカッターの他の例が開示されている。このカッター７０Ａは図６に示すカッター７０の側面に適当な長さの嵌合筒体９１を溶接その他の手段で固着して設けてある。
前記筒体９１の嵌合孔９２の直径は前記嵌合孔７３と同径に形成されていると共に筒体９１には、前記キー用の切欠凹溝７４と合致するキー用の切欠凹溝９３が筒体９１の一端から他端にかけて設けてある。他の構成は図６のカッター７０と同一であるため、同一符号を付して説明を省略する。

図９のカッター７０Ａは上記したように構成したもので、図６のカッター７０と同様の方法で取付軸部５１に嵌合して装着し、使用される。このカッター７０Ａを装着したアンギュラヘッドも前記と同様の作用効果を奏する。

なお、上記した実施の形態では取付軸部５１に装着する工具としてカッター７０，７０Ａを開示したが、本発明はカッター以外の工具を採用することができるものである。

また、上記した実施の形態は一例として開示したもので、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想を越脱しない範囲において任意に変更可能なものである。

本発明のアンギュラヘッドの一実施の形態の全体構成の概要を示す縦断面図である。 同上アンギュラヘッドの工具取付軸部を拡大して示す図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。 同上取付軸部の縦断面図である。 同上アンギュラヘッドに採用した作動杆体を拡大して示す図であって、同図（ａ）は一部を断面で示す側面図、同図（ｂ）は正面図である。 同上アンギュラヘッドの工具装着機構の作用を示す図（但し、キーは省略）であって、同図（ａ）は側面方向から見た説明図、同図（ｂ）は正面方向から見た説明図である。 同上アンギュラヘッドの工具取付軸部に装着して使用される工具の１つに属するカッターの一例を示す正面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 同上工具取付軸部に装着して使用されるカラーの一例を示す正面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 同上工具取付軸部に図７に示すカラーを介装して図６に示すカッターを装着した状態を示す説明図である。 同上工具取付軸部に装着して使用されるカッターの他の例を示す正面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 従来のアンギュラヘッドの問題点を説明するために示す説明図である。 従来のアンギュラヘッドの一例を示す縦断面図である。 従来のアンギュラヘッドに装着して使用するカッターアーバを示す図であって、同図（ａ）は図１１にアンギュラヘッドに装着して使用するカッターアーバを示す説明図、同図（ｂ）はカッターアーバの他の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 動力軸
３ ケーシング
５１ 工具取付軸部
５２ テーパ孔
５３ ネジ孔
５４ 割り溝
５７ 作動杆体
５８ ネジ棒部
５９ テーパ軸部
７０ カッター

Claims (4)

1. 工作機械の主軸に着脱自在に装着される動力軸と、この動力軸を回転自在に支持させたハウジングと、このハウジングの端部に設けたケーシングと、前記動力軸と交差する方向に配置して前記ケーシングに回転自在に支持させて設け、前記動力軸の動力で回転する工具回転軸、及び前記回転軸の端部に設けた工具装着機構とを備えたアンギュラヘッドであって、
   前記工具装着機構は、前記回転軸と同心、かつ、前記ケーシングから突出させて前記回転軸の先端部に設けられ、カッターその他の工具を嵌合して装着する工具取付軸部と、この取付軸部の中心部に、前記取付軸部の先端から基部側方向に設けられ、基部側に縮径するテーパ孔と、このテーパ孔に延長して設けたネジ孔と、前記取付軸部に、この取付軸部の先端から基部にかけると共に前記取付軸部の周方向に略等間隔を存して設けた複数本の割り溝と、前記工具の前記取付軸部に対する周方向の動きを規制する回動防止手段、及び前記取付軸部を拡径操作する作動杆体とを備え、
   前記作動杆体は、一端部側を前記ネジ孔に螺合する所定長さのネジ棒部で構成されていると共に他端部側は、外周壁面に前記テーパ孔と対応するテーパを付したテーパ軸部で構成され、
   前記テーパ軸部は、前記ネジ棒部を前記ネジ孔に螺合し、前記作動杆体を前進させて前記テーパ軸部を前記テーパ孔に圧入した際に、前記テーパ軸部の外端面が前記取付軸部の先端面より突出しない長さに形成され、
   前記テーパ軸部は、その外端中心部に設けた多角形の係合孔を備え、
   前記テーパ軸部を前記テーパ孔に圧入することにより、前記取付軸部を拡径するように構成した
   ことを特徴とする、アンギュラヘッド。
2. 前記割り溝は３本ないし６本設けてあることを特徴とする、請求項１に記載のアンギュラヘッド。
3. 前記回動防止手段は、前記取付軸部に設けたキーで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンギュラヘッド。
4. 前記テーパ軸部に設けた前記係合孔は、六角形の孔で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンギュラヘッド。

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