JP4758296B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、ドリル、エンドミル、リーマなどの各種工具を保持する工具ホルダに関する。

従来の工具ホルダには、工作機械に装着されるホルダ本体と、このホルダ本体のコレット受入部に保持されるコレットと、コレットと連結可能な引きボルトとを有したものがある（例えば、特許文献１や２等参照）。
ホルダ本体のコレット受入部には先方へ向けて拡大傾向とされたテーパ孔が形成され、コレットには先端ほど拡大傾向となるテーパ状の頭部が設けられている。コレットの頭部は、テーパ孔に嵌合されるようになっている。なお、コレットの頭部にはドリル、エンドミル、リーマなどの各種工具を装着させるための工具挿入孔が形成され、この工具挿入孔のまわりに、軸心から径方向外方へ向けた切り割りが放射状配置で複数本形成されている。

この種の工具ホルダでは、コレットの工具挿入孔へ工具を挿入させ、ホルダ本体の基部側から六角レンチ等のレンチを差し込んで引きボルトへ係合させ、このレンチを回転操作させることで引きボルトとコレットとの螺合を締め込んだり緩めたりして、コレットをホルダ本体に保持・解放するようになっている。
特開平８−９０３１８号公報 実用新案登録第３０１３９４３号公報

上記した従来の工具ホルダでは、引きボルトをコレットの後端部へ螺合連結させる場合にあって、片当たり現象が生じることがあり、この現象が原因でコレットの後端部に片膨れが起こることがあった。このような片膨れはコレットの後端部においてその外周面と雌ねじ部（引きボルトとの螺合連結部）との同心度に誤差を生じさせることになる。
これらのことから、レンチの回転操作で引きボルトを締め込むときに、ホルダ本体の軸心（工作機械におけるスピンドルの回転中心）に対してコレットを真っ直ぐに引き上げられないということがあった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、内装した引きボルトの締め込みでドリル、エンドミル、リーマなどの各種工具を保持できるようにした工具ホルダにおいて、引きボルトの締め込み時にコレットを真っ直ぐに引き上げられるようにできる工具ホルダを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る工具ホルダは、工作機械のスピンドルへ装着されるホルダ本体と、このホルダ本体のコレット受け入れ部に保持されるコレットと、コレットと連結可能な引きボルトとを有している。
前記ホルダ本体のコレット受入部には、コレットを案内するガイド孔と、このガイド孔から先方へ向けて拡大傾向とされたテーパ孔とが形成されている。

前記コレットは、前記ホルダ本体のコレット受入部に対してガイド孔の直径よりも小さくされて前記ガイド孔の周面と全周的に未接触状態になるコレット本体部と、このコレット本体部の先端側に設けられかつ前記テーパ孔と嵌合可能とされたテーパ状の頭部と、前記コレット本体部における軸方向の中間部に設けられていてガイド孔の周面に接するガイド部とを有している。

このようにコレットのコレット本体部は、ホルダ本体に設けられたコレット受入部のガイド孔に対してその周面とは全周的に接触せず、しかもコレット本体部における軸方向の中間部にはガイド部が設けられて、このガイド部がガイド孔にガタツキ無く嵌合する構造となっている。
また、前記ガイド孔の周面と全周的に未接触状態になるコレット本体部の後端部には、引きボルトが螺合する雌ねじ部が形成されている。

換言すれば、コレットは、テーパ頭部とガイド部との軸方向に離れた２箇所だけがホルダ本体のコレット受入部に対する全周的な接触状態（ガタツキの無い嵌合状態）となるのであって、それら以外の部分はガイド孔に接触しない状態が保たれるので、ホルダ本体の
軸心（工作機械におけるスピンドルの回転中心）に対する軸平行が保たれるようになっている。

従って、引きボルトをコレットの後端部へ螺合連結させる場合にあって、コレットの後端部に片膨れが生じたとしても、この部分がガイド孔に当たるとがなく、以上によってホルダ本体の軸心に対してコレットを真っ直ぐに引き上げることができる。
なお、引きボルトには、軸方向に貫通するクーラント孔が形成され、そのネジ山頂部が平坦状に形成されているのが好適である。

このようにすると、コレットに対して工具を保持させ、またホルダ本体の基部側をスピンドルに装着させたうえで、工作機械のスピンドル側からクーラントを供給することにより、クーラントを、ホルダ本体内から引きボルトのクーラント孔へと誘導し、工具の先端側へ供給させるようなことができる。
これにより加工時の冷却や潤滑が行えるが、このとき同時にホルダ本体や引きボルト及びコレット自体も冷却され、荒熱が除去されることになるので、コレットの後端部が熱的影響で片膨れ等を起こすのを防止できる効果が期待できる。このことが、次回、引きボルトをコレットの後端部へ螺合連結させる場合にあって、ホルダ本体の軸心に対してコレットを真っ直ぐに引き上げる利点に繋がるのである。

また、引きボルトの外径を小さくすることができ、これに合わせてコレットの後端部のネジ孔を小さくし、この部分の肉厚を大きくしてその強度を高めることができる。

本発明によれば、引きボルトの締め込み時にコレットを真っ直ぐに引き上げられるようにできる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１乃至図３は、本発明に係る工具ホルダ１の一実施形態を示している。この工具ホルダ１は、ホルダ本体２とコレット３と引きボルト４とを有している。
ホルダ本体２は、基部側とする方の端部に工作機械のスピンドルへ装着するためのシャンク部１０が設けられ、これとは反対側の先端部に、コレット３を差し込むためのコレット受入部１１が設けられたものである。

本実施形態において、コレット受入部１１は細径のまま突出する中空軸として形成されている。シャンク部１０とコレット受入部１１との間には、外周にＶ溝１２が形成された自動工具交換用のフランジ部１３が設けられている。なお、シャンク部１０は基部端寄りほど徐々に径小傾向となるテーパシャンクとして形成されている。
コレット３は、ホルダ本体２のコレット受入部１１へ挿入可能とされた円柱状のコレット本体部１４に対してその先端寄りほど拡大傾向となるテーパ頭部１５が形成されたものである。テーパ頭部１５はその軸心にドリル、エンドミル、リーマなどの各種工具Ｔを装着させるための工具挿入孔１６が形成されている。この工具挿入孔１６まわりには、軸心から径方向外方へ向けた切り割りが放射状配置で複数本形成されている。また、コレット本体部１４の後端部には雌ねじ部１７が形成されている。

引きボルト４は、ホルダ本体２に対してその基部側からボルト頭部４ａを後ろ向きにした状態で差し込むようにされたものである。この引きボルト４は、ホルダ本体２のコレット受入部１１側からコレット３のコレット本体部１４が挿入されたときに、このコレット本体部１４に設けられた雌ねじ部１７に対してボルト先端を螺合連結させることが可能となっている。

前記したホルダ本体２の内部には当該ホルダ本体２の軸心に沿って基部側と先端部側との間を貫通する状態で孔が形成されており、このうちコレット受入部１１に相当する領域の孔は、ガイド孔２０とテーパ孔２１とが相互連通したものとして形成されている。
テーパ孔２１は、コレット３のテーパ頭部１５とテーパ嵌合可能とするためのもので、このテーパ孔２１の方が先端側配置とされ、ガイド孔２０から先方へ向けて拡大傾向となっている。

ホルダ本体２の内部を貫通する孔のうち、ガイド孔２０及びテーパ孔２１を除く領域に
は、ホルダ本体２の基部寄りにプルスタッド取付孔２２が設けられている。このプルスタッド取付孔２２とコレット受入部１１のガイド孔２０との間には、引きボルト４のボルト頭部４ａを収納する中間孔２３が設けられている。これらプルスタッド取付孔２２及び中間孔２３を介し、引きボルト４がガイド孔２０へ向けて差し込まれる。

プルスタッド取付孔２２には雌ねじ２４が形成され、プルスタッド（図示略）の着脱が自在に行えるようになっている。また中間孔２３は引きボルト４のボルト頭部４ａを回転自在な状態で収納できる内径とされている。引きボルト４が六角穴付きボルトである場合には、ボルト頭部４ａの外周面に対してそれほど大きなギャップは必要ない。なお、本実施形態において中間孔２３はプルスタッド取付孔２２よりは一段径小としてある。

コレット受入部１１のガイド孔２０は、コレット３のコレット本体部１４が挿入可能となるように、コレット本体部１４よりも径大とされている。また、ガイド孔２０は、引きボルト４のボルト頭部４ａよりは径小となる内径で形成されている。このガイド孔２０と中間孔２３との境には段付き部２７が形成されるようになっており、この段付き部２７で引きボルト４のボルト頭部４ａが係止されるようになっている。

なお、本実施形態においてホルダ本体２の中間孔２３には、引きボルト４のボルト頭部４ａがスムーズに回転できるようにするため、段付き部２７とボルト頭部４ａとの間に、摩擦係数の小さな素材で形成されたスリップ座２８を内装させたものとしてある。
コレット本体部１４の軸方向の中間部には、コレット本体部１４よりも径大化されたガイド部３０が設けられている。このガイド部３０は、ホルダ本体２におけるコレット受入部１１のガイド孔２０に対し、その軸方向の一部でガタツキ無く嵌合する外径に形成されている。

すなわち、ホルダ本体２のコレット受入部１１に対してコレット３を挿入した場合、コレット３は、テーパ頭部１５とガイド部３０との軸方向に離れた２箇所がコレット受入部１１（テーパ孔２１及びガイド孔２０）に対する全周的な接触状態（ガタツキの無い嵌合状態）となる。そのためコレット３は、ホルダ本体２の軸心（工作機械におけるスピンドルの回転中心）に対して軸平行が保たれるようになっている。

図３に示すように、ガイド部３０の長手方向両端部には面取り３１が施されており、ホルダ本体２のコレット受入部１１に対するコレットの挿入や脱出が円滑且つ容易に行われるようになっている。
コレット本体部１４をガイド孔２０の周面と全周的に未接触状態とさせるため、コレット本体部１４の外径はある程度制限されたものとなる（ガイド孔２０の内径を基準として考えた場合にコレット本体部１４の外径を径小化したことになる）が、これによってコレット本体部１４の剛性が低下しないように、次のような対応をしてある。

すなわち、引きボルト４は、ネジ山頂部を平坦状に形成し、この引きボルト４の外径を径小化し、コレット３の後端部に設ける雌ねじ部１７を、引きボルト４の径小化に対応した雌ねじ径として形成する。そして、この雌ねじ径に強度確保上の最小肉厚を加えた外径寸法として、コレット本体部１４を形成する。このようにすることで、コレット３の後端部は、所定肉厚で所望の強度が確保されたものとなるのである。なお、引きボルト４のネジ山頂部を平坦状に形成することで、通常のネジ山の場合よりも、引きボルト４の外径を約０．１〜０．２ｍｍ程度小さくすることができる。

コレット本体部１４の基端側に設けられた雌ねじ部１７と、テーパ頭部１５に設けられた工具挿入孔１６とは相互連通する状態とされている。そのため、結果としてこのコレット３は軸方向に貫通する中心孔３２が形成されていることになる。そしてこれに対応させるようにして、引きボルト４には軸方向に貫通するクーラント孔３３（図２参照）が形成されている。

従って、工作機械のスピンドル側からホルダ本体２内へクーラントを供給させた場合、引きボルト４のクーラント孔３３を介してコレット３の中心孔３２へとクーラントを誘導させることができ、コレット３の切り割り部から工具Ｔに沿うようにしてその先端側、即ち、工作物の加工位置へとクーラントを噴出させることができる。
なお、本実施形態においてホルダ本体２の中間孔２３には、引きボルト４のボルト頭部
４ａが抜けないようにするためのストッパ部材３５を内装させたものとしてある。このストッパ部材３５は、引きボルト４の回転操作に用いるレンチを通過させるためのレンチ通孔３６が設けられた短筒状のものであって、ネジ嵌め構造、圧入構造、接着構造などによりホルダ本体２の中間孔２３内で位置固定されている。

レンチ通孔３６は必要以上に径大とならないようにしてあり、引きボルト４のボルト頭部４ａより径小となる（ボルト頭部４ａが非通過となる）関係が維持されている。
このようなことから、引きボルト４をコレット３に対する螺合連結が緩む方向に回転させていった場合に、引きボルト４がホルダ本体２の基部側へ後退するように挙動したとしたとしても、この引きボルト４のボルト頭部４ａがストッパ部材３５に当接した段階で引きボルト４の後退は阻止され、これを受けてコレット３が前進し、ホルダ本体２のコレット受入部１１から押し出されるようになる。

すなわち、このストッパ部材３５は、コレット３に保持された工具Ｔを解放する場合のアンクランプとしての作用を奏するもので、このストッパ部材３５を設けることで引きボルト４のボルト頭部４ａを叩き出すようなことをする必要がなくなる。
次に、工具ホルダ１の使用方法を説明する。工作機械のスピンドルから外した状態の工具ホルダ１に対し、ホルダ本体２の基部側からレンチを差し込み、引きボルト４のボルト頭部４ａに係合させる。この状態でレンチを回転操作することで引きボルト４を緩め、コレット３を押し出し、場合によってはコレット３をホルダ本体２から取り出し、必要に応じて交換する。

これによってコレット３は工具挿入孔１６が解放状態となっているのでこの工具挿入孔１６に対して工具Ｔのシャンク部を挿入し、このコレット３をホルダ本体２のコレット受入部１１へ差し込んだ状態に戻す。
ホルダ本体２のコレット受入部１１に対してコレット３を差し込んだ場合、コレット３は、テーパ頭部１５とガイド部３０との軸方向に離れた２箇所がコレット受入部１１（テーパ孔２１及びガイド孔２０）に対する全周的な接触状態（ガタツキの無い嵌合状態）となり、それら以外の部分（コレット本体部１４）はガイド孔２０に接触しない状態が保たれる。

そのためコレット３は、ホルダ本体２の軸心（工作機械におけるスピンドルの回転中心）に対して軸平行が保たれるようになる。このようなことから、この状態でレンチを前記と逆方向へ回転操作し、ホルダ本体２のコレット受入部１１に対して引きボルト４を引き込ませても、コレット３の後端部に片膨れが生じたとしてもこの部分はコレット３のガイド孔２０の周面に当たることがなく、これによって、ホルダ本体２の軸心に対してコレット３を真っ直ぐに引き上げることができる。

かくしてコレット３のテーパ頭部１５はホルダ本体２のテーパ孔２１内へとテーパ嵌合され、縮径作用を受けるようになり、その結果、工具挿入孔１６内の工具Ｔが締め込まれて固定状態となる。
その後、ホルダ本体２の基部側からレンチを抜き出し、この工具ホルダ１のシャンク部１０を従来公知の手順によって工作機械のスピンドル装着する。工作機械の作動による加工時には、スピンドル内からクーラントを供給することで、クーラントがホルダ本体２内を介して引きボルト４のクーラント孔３３へと流入し、コレット３の切り割り部から工具Ｔに沿うようにしてその先端側へと噴出されるようになる。

これにより工具Ｔ及び工作物の加工部は冷却と潤滑が図られることになるが、このとき同時にホルダ本体２や引きボルト４及びコレット３自体も冷却され、荒熱が除去されることになる。そのため、コレット３の後端部が熱的影響で片膨れ等を起こすのを防止できる。
このことが、次回、引きボルト４をコレット３の後端部へ螺合連結させる場合にあって、ホルダ本体２の軸心に対してコレット３を真っ直ぐに引き上げる利点に繋がる。

ところで、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、実施の形態に応じて適宜変更可能である。
例えばホルダ本体２の細部形状（シャンク部１０の構造やコレット受入部１１の構造な
ど）は何ら限定されるものではない。

本発明に係る工具ホルダの一実施形態を示した側断面図である。 図１の主要部を拡大して示した側断面図である。 図２のＡ部拡大図である。

１ 工具ホルダ
２ ホルダ本体
３ コレット
４ 引きボルト
４ａ ボルト頭部
１０ シャンク部
１１ コレット受入部
１４ コレット本体部
１５ テーパ頭部
１７ 雌ねじ部
２０ ガイド孔
２１ テーパ孔
３０ ガイド部
３３ クーラント孔

Claims (2)

1. 工作機械のスピンドルへ装着されるホルダ本体（２）と、このホルダ本体（２）のコレット受け入れ部に保持されるコレット（３）と、コレット（３）に連結可能な引きボルト（４）とを有し、
   前記ホルダ本体（２）のコレット受入部（１１）には、コレット（３）を案内するガイド孔（２０）と、このガイド孔（２０）から先方へ向けて拡大傾向とされたテーパ孔（２１）とが形成されており、
   前記コレット（３）は、前記ホルダ本体（２）のコレット受入部（１１）に対してガイド孔（２０）の直径よりも小さくされて前記ガイド孔（２０）の周面と全周的に未接触状態になるコレット本体部（１４）と、このコレット本体部（１４）の先端側に設けられかつ前記テーパ孔（２１）と嵌合可能とされたテーパ状の頭部（１５）と、前記コレット本体部（１４）における軸方向の中間部に設けられていて前記ガイド孔（２０）の周面に接するガイド部（３０）とを有しており、
   前記ガイド孔（２０）の周面と全周的に未接触状態になるコレット本体部（１４）の後端部には、引きボルト（４）が螺合する雌ねじ部（１７）が形成されていることを特徴とする工具ホルダ。
2. 前記引きボルト（４）には、軸方向に貫通するクーラント孔（３３）が形成され、そのネジ山頂部が平坦状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。

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