JP4919763B2

JP4919763B2 - 保持装置

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Publication number: JP4919763B2
Application number: JP2006296065A
Authority: JP
Inventors: 和男酒巻; 章酒巻; 良明佐藤; 智幸新保
Original assignee: Yukiwa Seiko Inc
Current assignee: Yukiwa Seiko Inc
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008110456A

Description

本発明は、保持装置に関するものである。

エンドミル，リーマ，ボーリング，ドリル，タップ等の工具を保持する保持装置として、工作機械の主軸と、この主軸に嵌合され先端に工具を設ける工具ホルダとを連結し、前記主軸に設けられた爪部材を拡開し該爪部材により前記工具ホルダを挟持するものがある。

具体的には、例えば特許文献１に開示されるように、工具ホルダの基端部内壁と係止する一対の爪部材を拡開するドローバーを該爪部材の内方に設け、このドローバーを前進させることで爪部材を拡開して該爪部材を工具ホルダに係止し、主軸と工具ホルダとを連結する構成が一般的である。

特許第３０８５３５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような構成では、未だ主軸と工具ホルダとの連結力が不十分であり、更なる連結力の向上が要望されている。

本発明は、上述のような要望に鑑みなされたもので、主軸と工具ホルダとの連結を、爪部材を拡開して工具ホルダに係止する作動と、この係止した爪部材を強固に挟持する作動の二段階に分けて行うことで、各作動量を小さくしても爪部材により工具ホルダを強固に挟持することができ、主軸と工具ホルダとの連結力を向上させつつ小型化を図れる極めて実用性に秀れた保持装置を提供するものである。

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

工作機械の主軸１と、この主軸１に嵌合される工具ホルダ２とを連結する保持装置であって、この保持装置は、前記工具ホルダ２を挟持する爪部材３と、この爪部材３を拡開し該爪部材３を前記工具ホルダ２に係止する係止機構と、この工具ホルダ２に係止した前記爪部材３を引き込むことで該爪部材３により前記工具ホルダ２を挟持する挟持機構と、前記係止機構及び前記挟持機構を連動作動させる連動作動機構とを有し、この連動作動機構は、前記係止機構を作動させる第一偏心カム部11と前記挟持機構を作動させる第二偏心カム部12とを有する偏心カム13で構成され、この第一偏心カム部11と偏心第二カム部12は、前記偏心カム13を所定方向に回転させることで前記第一偏心カム部11により前記係止機構が作動し、更に同方向に前記偏心カム13を回転させることで前記第二偏カム部12により前記挟持機構が作動するように構成され、前記偏心カム13はピン体であり、前記第一偏心カム部11及び前記第二偏心カム部12はこのピン体に設けられ、この第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12は、前記偏心カム13の軸方向視において一部が重なるように設けられており、前記工具ホルダ２は筒状体であり、前記爪部材３はこの工具ホルダ２の内面において係止及び挟持を行うものであり、前記係止機構は、複数の前記爪部材３の内方に設けられ後退することで前記爪部材３を拡開する拡開部５を具備した拡開部材６と、前記工具ホルダ２の内面に設けられ前記爪部材３の係止部15が係止する被係止部とから成り、この拡開部材６を後退させることで前記拡開部５により前記爪部材３を拡開し、前記係止部15が前記被係止部に係止するように構成されており、前記挟持機構は、前記爪部材３の外側位置に係止し進退動する係止進退部材９を有し、この係止進退部材９を後退させることで前記係止機構により拡開され前記工具ホルダ２に前記係止部15が係止した前記爪部材３を引き込むように構成されており、前記拡開部材６には前記偏心カム13が挿通せしめられる挿通孔が設けられると共に、この偏心カム13を迂回するように前記工具ホルダ２に設けられる工具にクーラントを供給するクーラント供給路22が設けられていることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項１記載の保持装置において、前記拡開部材６と前記主軸１内面との間に前記係止進退部材９が設けられていることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項１，２いずれか１項に記載の保持装置において、前記偏心カム13は、中央部に第一偏心カム部11が設けられ、この第一偏心カム部11を挟むように第二偏心カム部12が設けられたものであることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項１〜３いずれか１項に記載の保持装置において、前記爪部材３の先端部には、前記工具ホルダ２と係止する係止部15が設けられ、基端部には、前記係止進退部材９の溝部21に遊嵌状態で配設される係止凸部20が外方に向けて突設されていることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項１〜４いずれか１項に記載の保持装置において、前記工具ホルダ２の基端には前記主軸１内に嵌合される環状鍔27が設けられ、この環状鍔27の内面に前記被係止部が設けられていることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項５記載の保持装置において、前記爪部材３の前記係止部15の基端側面には、前記工具ホルダ２の前記環状鍔27内面に形成されたテーパー係止受部17と当接するテーパー係止部16が設けられていることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項５，６いずれか１項に記載の保持装置において、前記爪部材３の前記係止部15の先端側面には、前記拡開部材６の拡開部５の基端側面に設けたテーパー面19を受けるテーパー受面18が設けられていることを特徴とする保持装置に係るものである。

また、請求項１〜７いずれか１項に記載の保持装置において、前記第二偏心カム部12の偏心量は前記第一の偏心カム部11の偏心量より小さく設定されていることを特徴とする保持装置に係るものである。

本発明は上述のように構成したから、係止機構及び挟持機構の各作動量を小さくしても爪部材により工具ホルダを強固に挟持することができ、基部材と工具ホルダとの連結力を向上させつつ小型化を図れる極めて実用性に秀れた保持装置となる。

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

係止機構を作動させて爪部材３を拡開して該爪部材３を工具ホルダ２に係止した後、挟持機構を作動させて爪部材３を引き込み工具ホルダ２を挟持することで、主軸１と工具ホルダ２とを連結する。従って、係止機構と挟持機構とにより二段階に分けて爪部材３を拡開することで、各機構おける爪部材３の作動量を小さくしても、爪部材３による工具ホルダ２の挟持保持力を向上させることができる。

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

本実施例は、工作機械の主軸１と、この主軸１に嵌合され先端に工具を設ける工具ホルダ２とを連結する保持装置であって、この保持装置は、前記工具ホルダ２を挟持する爪部材３と、この爪部材３を拡開し該爪部材３を前記工具ホルダ２に係止する係止機構と、この工具ホルダ２に係止した前記爪部材３を引き込むことで該爪部材３により前記工具ホルダ２を挟持する挟持機構と、前記係止機構及び前記挟持機構を連動作動させる連動作動機構とを有し、更に前記工具ホルダ２に設けられる工具にクーラントを供給するクーラント供給路22を備えたものである。

各部を具体的に説明する。

図１に図示したように、主軸１は筒状であり、この主軸１には鍔部28が繞設されており、この鍔部28には工作機械に取り付けるためのボルト孔23が設けられている。この主軸１には、工具ホルダ２が嵌合され、この主軸１内に設けられた爪部材３により主軸１と連結される。

工具ホルダ２は、先端に工具、例えばドリルを挟持するコレットチャックが内装され、基端に環状鍔27を有する筒状のものであり、この環状鍔27が主軸１内に嵌合され、爪部材３により挟持される。また、環状鍔27の対向位置には、前記主軸１の内面に対向状態で突設される突片（図示省略）に被嵌される切欠部（図示省略）が形成されている。この突片及び切欠部により、工具ホルダ２は主軸１に対して回り止め状態に嵌着される。

尚、この工具ホルダ２には、ドリル等の回転切削工具に限らず、旋盤を用いてワークを回転させながら当接させて旋削加工を行うバイト等の旋削加工工具や、治具等を保持させても良く、本実施例の工作機械は所謂複合加工装置も含むものである。

爪部材３は、主軸１内に一対設けられている。この爪部材３は、係止機構及び挟持機構と連設され、該係止機構及び挟持機構の作動に応じて拡縮するように構成されている。

具体的には、爪部材３の先端部には、工具ホルダ２と係止する係止部15が設けられている。この係止部15の基端側面には、工具ホルダ２の環状鍔27内面に形成されたテーパー係止受部17（被係止部）と当接するテーパー係止部16が設けられ、先端側面には、係止機構としての後記拡開部材６の拡開部５の基端側面に設けたテーパー面19を受けるテーパー受面18が設けられている。

また、爪部材３の基端部には、挟持機構としての後記係止進退部材９の溝部21に遊嵌状態で配設される係止凸部20が外方に向けて突設されている。

係止機構は、一対の爪部材３の内方に設けられ、後退することで該爪部材３を拡開する拡開部５を有する拡開部材６と、前記工具ホルダ２の内面に設けられた被係止部とから成り、この拡開部材６を後退させることで前記拡開部５により前記爪部材３を拡開し、前記被係止部に略密着状態で係止させるように構成されている。

この拡開部材６には、後記偏心カム13（ピン体）を迂回するようにクーラント供給路22が穿設されており、該拡開部材６及び工具ホルダ２を通じて工具にクーラントを供給し得るように構成されている。このクーラント供給路22は、拡開部材６の先端部に設けられる凹部29底面において前記工具ホルダ２に設けられるクーラント供給路に接続し得るように設けられている。尚、図中、符号36はクーラント供給路22の（加工時に穿設された）不要部分を閉塞する閉塞体である。

拡開部材６の先端側には拡開部５としての径大部が設けられている。従って、先端部に前記クーラント供給路22を穿設する十分なスペースを確保できることになる。この径大部の基端側面には爪部材３の係止部15の先端側面に設けたテーパー受面18と係止するテーパー面19が先端側程外側に拡径するように設けられている。また、基端側には連動作動機構としての後記偏心カム13が挿通する挿通孔24が設けられている。

挟持機構は、爪部材３の外側位置に係止し進退動する環状の係止進退部材９から成り、この係止進退部材９を後退させることで前記係止機構により拡開され前記工具ホルダ２に係止した前記爪部材３を前記主軸１内へと引き込むように構成されている。この係止進退部材９は、主軸１の内部に拡開部材６と共に嵌合配設されるものであり、この拡開部材６の周囲（拡開部材６と主軸１内面との間）に設けられている。

係止進退部材９の先端側には、前記爪部材３の基端部に設けられた係止凸部20が遊嵌状態で配設される溝部21が形成されており、この係止進退部材９を後退させることで、前記爪部材３の係止凸部20の前面を内方に引き込んでこの爪部材３の基端側を支点に係止状態の該爪部材３を強く工具ホルダ２に押し付けるように構成されている。また、基端側には、連動作動機構としての後記偏心カム13が挿通する挿通孔25が設けられている。

即ち、主軸１の内部には、前記係止機構としての拡開部材６と、前記挟持機構としての係止進退部材９とが夫々嵌合配設されており、爪部材３は、基端部に設けた係止凸部20が外方の係止進退部材９の溝部21に遊嵌され、先端側が内方の拡開部材６に当接し、該拡開部材６及び係止進退部材９により抜け止めされて基端側を支点に拡縮自在な状態で主軸１内に設けられている。

また、主軸１の鍔部28，拡開部材６及び係止進退部材９の基端側には、前記連動作動機構としての後記偏心カム13が挿通する挿通孔24，25，26が連通状態に設けられており、この偏心カム13により拡開部材６及び係止進退部材９は主軸１に対して位置決めされる。即ち、単に主軸１内に拡開部材６及び係止進退部材９を連通孔24，25，26が連通するように配設して偏心カム13を挿通せしめるだけで作製可能となる。

尚、係止進退部材９は、先端側から主軸１に挿通する場合、工具ホルダ２の環状鍔27の対向位置に設けた前記切欠部が被嵌される突片が障害となるが、本実施例においては主軸１の基端開口部34から配設することができ、それだけ係止進退部材９の設計の自由度が向上する。図中、符号35は、基端開口部34に着脱自在に設けられる蓋体である。

連動作動機構は、係止機構を作動させる第一偏心カム部11と挟持機構を作動させる第二偏心カム部12とを有する偏心カム13で構成され、該偏心カム13を回転させることで前記第一偏心カム部11により前記係止機構が作動し、その後、続いて、前記第二偏心カム部12により前記挟持機構が作動するように構成されている。

偏心カム13には、中央部に第一偏心カム部11が設けられ、第一偏心カム部11の両側には第二偏心カム部12が設けられ、偏心カム13の一端には六角レンチ等で偏心カム13を回転させる六角穴33が設けられている。この第一偏心カム部11が拡開部材６の進退を、第二偏心カム部12が係止進退部材９の進退を行う。

具体的には、第一偏心カム部11が拡開部材６の挿通孔24に配設され、第二偏心カム部12が係止進退部材９の挿通孔25に配設されるように構成されている。

尚、係止進退部材９を進退させるカム部として第一偏心カム部11の両側に第二偏心カム部12を２ケ所設けるのは係止進退部材９を均一に進退させる為の配慮である。また、第二偏心カム部12の一方が径大で他方が径小に設定されているのは、上述のように偏心カム13を主軸１，拡開部材６及び係止進退部材９に挿通するためである（挿入先端側を径小に、挿入基端側を径大に設定している。）。

また、本実施例においては、係止機構としての拡開部材６及び挟持機構としての係止進退部材９は、いずれも後退、即ち、カム作用により主軸１内へと引き込まれることで作動するように構成されており、従って、偏心カム13の第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12の偏心方向（ピン体軸心に対する偏心方向）を、同相方向に設定すること（即ち、第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12を、偏心カム13の軸方向視において一部が重なるように設けること）が可能となり、それだけ小型化を図れることになる。例えば、拡開部材６を前進させることで係止機構が、係止進退部材９を後退させることで挟持機構が作動するようにした場合、偏心カム13の第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12の偏心方向を逆相方向に設定する必要が生じ、本実施例に比し、それだけ大型化する。また、第一・第二双方の偏心カム部が拡開部材６及び係止進退部材９を夫々別方向に押圧するため偏心カム13が伝達する力が分散し、それだけ保持力が低下することになる。

また、図４に図示したように、偏心カム13の第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12の偏心輪部によるカム作用は偏心カム13が１３５°程度回転するまでに発揮されるように構成されている。具体的には、アンロック状態からロック方向へ偏心カム13を回転させる際に、６５°程度の回転で第一偏心カム部11が拡開部材６を引き込みが完了し、１３０°程度の回転で第二偏心カム部12による係止進退部材９の引き込みが完了するように構成されている。尚、本実施例は、第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12の偏心量を可及的に小さくし、昇降量を小さくすることで保持部材２の引き込み力を大きくしている。具体的には、第二偏心カム部12の偏心量は第一偏心カム部11の偏心量より小さく設定して、第一偏心カム部11により工具ホルダ２に係止した爪部材３を第二偏心カム部12によりゆっくりと着実に工具ホルダ２に押し付けて係止力を増力する。

従って、図２に図示したように工具ホルダ２の環状鍔27を主軸１内に嵌合し、偏心カム13を回転させると、第一偏心カム部11の偏心輪部のカム作用により、一対の爪部材３間から突出している拡開部材６（の先端部）が後退して該拡開部材６の拡開部５により爪部材３の先端側が拡開され、該爪部材３が外方へ押圧される。

この際、拡開部材６の拡開部５の基端側面に設けたテーパー面19により爪部材３のテーパー受面18が押圧されて拡開部５のテーパー面19に添って、係止進退部材９の溝部21に係止凸部20が遊嵌される爪部材３の基端側を支点に該爪部材３が拡開して該爪部材３の係止部15に設けたテーパー係止部16が工具ホルダ２の環状鍔27内面のテーパー係止受部17に当接係止し、この爪部材３が工具ホルダ２に係止する。

この爪部材３の工具ホルダ２への係止後、更に偏心カム13を回転させると、第二偏心カム部12の偏心輪部のカム作用により、係止進退部材９が後退することで、該係止進退部材９の溝部21に係止凸部20が遊嵌する爪部材３は、前記主軸１内へと引き込まれ、爪部材３の係止部15のテーパー係止部16と工具ホルダ２の環状鍔27内面のテーパー係止受部17とが密着し、該爪部材３により工具ホルダ２は強固に挟持された状態で保持されることになる（図３）。

この際、偏心カム13の第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12の偏心輪部のカム作用は、偏心カム13が１３５°程度回転するまでに発揮されるように構成されている為、この点において作業性が非常に向上する。即ち、偏心カム13の１３５°程度までという小さい範囲の回転により、工具ホルダ２を主軸１に結合できるため作業性が非常に向上する。

そして、保持装置が高速回転すると、高速回転に伴う遠心力により一対の爪部材３は拡開し、工具ホルダ２の環状鍔27を内面から更に外側に押し拡げ、よって、工具ホルダ２と主軸１との結合は更に強固となる。

以上は、工具ホルダ２と主軸１とを連結する場合の作用であり、該工具ホルダ２と該主軸１との連結を解除する場合は、偏心カム13を該工具ホルダ２と該主軸１とを連結する場合とは逆方向に回転させる。

本実施例においては連動作動機構を上述のように構成しているが、例えば、図５，６に図示した別例のように、前記連動作動機構を、第一シリンダ42内に設けられ流体の導入出に応じて前記係止機構を作動させる第一ピストン部40と、第二シリンダ43内に設けられ流体の導入出に応じて前記挟持機構を作動させる第二ピストン部41と、前記第一ピストン部40を作動させた後、第二ピストン部41を作動させるようにシーケンシャル制御可能な切替弁とで構成しても良い。尚、図中、符号47はロックナットである。

具体的には、第一シリンダ42及び第二シリンダ43に切替弁を介して流体供給路Ａ，Ｂから流体を導入する前は、図５に図示したように皿バネ44やスプリング45，46により拡開部材６及び係止進退部材９が引き込まれて係止機構及び挟持機構が作動した状態であり、流体を導入することで、図６に図示したように皿バネ44やスプリング45，46の付勢力に抗して拡開部材６及び係止進退部材９を前進せしめて係止機構及び挟持機構を解除する。即ち、工具ホルダ２を主軸１に嵌合する際には、流体供給路Ａ，Ｂから流体を導入して係止機構及び挟持機構を解除し、工具ホルダ２を嵌合した後、流体供給路Ｂへの流体の供給をバルブ等で止め、流体をタンクに戻して流体の圧力を抜いて係止機構を作動させた後、流体供給路Ａへの流体の供給をバルブ等で止め、流体をタンクに戻して流体の圧力を抜いて挟持機構を作動させることで、工具ホルダ２を爪部材３により挟持することができる。この場合、第一ピストン部と第二ピストン部とを順次自動的に作動せしめてレンチ等の工具を操作する必要なく、より簡単且つ確実に工具ホルダを保持することが可能となる。

本実施例は上述のように構成したから、係止機構を作動させて爪部材３を拡開して該爪部材３を工具ホルダ２に係止した後、挟持機構を作動させて爪部材３を主軸１内へと引き込み工具ホルダ２を挟持することで、主軸１と工具ホルダ２とを連結する。従って、係止機構と挟持機構とにより二段階に分けて爪部材３を拡開することで、各機構おける爪部材３の拡開量を小さくしても、爪部材３による工具ホルダ２の挟持保持力を向上できることになる。

また、係止機構としての拡開部材６及び挟持機構としての係止進退部材９は、いずれも後退、即ち、カム作用により主軸１内へと引き込まれることで作動するように構成されており、従って、偏心カム13の第一偏心カム部11及び第二偏心カム部12の偏心方向を、同相方向に設定することが可能となり、それだけ小型化を図ることができ、また、偏心カム13が伝達する力がより効率良く爪部材３と工具ホルダ２との間に作用し、それだけ強固に挟持可能となる。

よって、本実施例は、係止機構及び挟持機構の各作動量を小さくしても爪部材により工具ホルダを強固に挟持することができ、基部材と工具ホルダとの連結力を向上させつつ小型化を図れる極めて実用性に秀れた保持装置となる。

本実施例の一部を切り欠いた概略説明斜視図である。本実施例の概略説明縦断面図である。本実施例の概略説明縦断面図である。本実施例の概略説明横断面図である。別例の概略説明縦断面図である。別例の概略説明縦断面図である。

１主軸
２工具ホルダ
３爪部材
５拡開部
６拡開部材
９係止進退部材
11 第一偏心カム部
12 第二偏心カム部
13 偏心カム
40 第一ピストン部
41 第二ピストン部
42 第一シリンダ
43 第二シリンダ

Claims

工作機械の主軸と、この主軸に嵌合される工具ホルダとを連結する保持装置であって、この保持装置は、前記工具ホルダを挟持する爪部材と、この爪部材を拡開し該爪部材を前記工具ホルダに係止する係止機構と、この工具ホルダに係止した前記爪部材を引き込むことで該爪部材により前記工具ホルダを挟持する挟持機構と、前記係止機構及び前記挟持機構を連動作動させる連動作動機構とを有し、この連動作動機構は、前記係止機構を作動させる第一偏心カム部と前記挟持機構を作動させる第二偏心カム部とを有する偏心カムで構成され、この第一偏心カム部と偏心第二カム部は、前記偏心カムを所定方向に回転させることで前記第一偏心カム部により前記係止機構が作動し、更に同方向に前記偏心カムを回転させることで前記第二偏カム部により前記挟持機構が作動するように構成され、前記偏心カムはピン体であり、前記第一偏心カム部及び前記第二偏心カム部はこのピン体に設けられ、この第一偏心カム部及び第二偏心カム部は、前記偏心カムの軸方向視において一部が重なるように設けられており、前記工具ホルダは筒状体であり、前記爪部材はこの工具ホルダの内面において係止及び挟持を行うものであり、前記係止機構は、複数の前記爪部材の内方に設けられ後退することで前記爪部材を拡開する拡開部を具備した拡開部材と、前記工具ホルダの内面に設けられ前記爪部材の係止部が係止する被係止部とから成り、この拡開部材を後退させることで前記拡開部により前記爪部材を拡開し、前記係止部が前記被係止部に係止するように構成されており、前記挟持機構は、前記爪部材の外側位置に係止し進退動する係止進退部材を有し、この係止進退部材を後退させることで前記係止機構により拡開され前記工具ホルダに前記係止部が係止した前記爪部材を引き込むように構成されており、前記拡開部材には前記偏心カムが挿通せしめられる挿通孔が設けられると共に、この偏心カムを迂回するように前記工具ホルダに設けられる工具にクーラントを供給するクーラント供給路が設けられていることを特徴とする保持装置。
請求項１記載の保持装置において、前記拡開部材と前記主軸内面との間に前記係止進退部材が設けられていることを特徴とする保持装置。
請求項１，２いずれか１項に記載の保持装置において、前記偏心カムは、中央部に第一偏心カム部が設けられ、この第一偏心カム部を挟むように第二偏心カム部が設けられたものであることを特徴とする保持装置。
請求項１〜３いずれか１項に記載の保持装置において、前記爪部材の先端部には、前記工具ホルダと係止する係止部が設けられ、基端部には、前記係止進退部材の溝部に遊嵌状態で配設される係止凸部が外方に向けて突設されていることを特徴とする保持装置。
請求項１〜４いずれか１項に記載の保持装置において、前記工具ホルダの基端には前記主軸内に嵌合される環状鍔が設けられ、この環状鍔の内面に前記被係止部が設けられていることを特徴とする保持装置。
請求項５記載の保持装置において、前記爪部材の前記係止部の基端側面には、前記工具ホルダの前記環状鍔内面に形成されたテーパー係止受部と当接するテーパー係止部が設けられていることを特徴とする保持装置。
請求項５，６いずれか１項に記載の保持装置において、前記爪部材の前記係止部の先端側面には、前記拡開部材の拡開部の基端側面に設けたテーパー面を受けるテーパー受面が設けられていることを特徴とする保持装置。
請求項１〜７いずれか１項に記載の保持装置において、前記第二偏心カム部の偏心量は前記第一の偏心カム部の偏心量より小さく設定されていることを特徴とする保持装置。