JP5120734B2

JP5120734B2 - 工具ホルダー

Info

Publication number: JP5120734B2
Application number: JP2010144339A
Authority: JP
Inventors: 愃田島
Original assignee: 愃田島
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: JP2012006114A

Description

本発明は、工具ホルダーに関するものであり、特に簡単な構造で工具の取り付け、取り外しが容易な工具ホルダーに関するものである。

従来、工作機械、例えばボール盤、フライス盤、旋盤などに取り付け、ドリル、フライス工具、回転のこ刃のような軸工具を開放可能に保持することができる工具ホルダーが使用されている。下記の特許文献１には、ロックナットとテーパコレットとの間の摩擦抵抗を大幅に低減し、ロックナットの締付時におけるテーパコレットのねじれをなくすようにした工具ホルダーが開示されている。

この工具ホルダーは、テーパコレット１２をコレットチャック本体１１のテーパ穴１１５内に押し込んで切削工具１５をチャッキングするロックナット１３を備える工具ホルダーにおいて、テーパコレット１２の基準端面１２３とこれに対向するコレット支持部１３１との間に両接触面の摩擦抵抗を低減するベアリングワッシャ１４を介在する。このベアリングワッシャ１４の両面、すなわち基準端面１２３及びコレット支持部１３１と接触する各面に、イオン窒化、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング及びＴｉＮコーティングのいずれかの表面処理を施す。

また、下記の特許文献２には、工作機械に一端（2）を取り付け、他端（3）でドリル、フライス工具、回転のこ刃のような軸工具（4）を開放可能に保持することができる油圧機械式チャックが開示されている。この油圧機械式チャックは、半径寸法が変化可能な比較的薄肉の内側スリーブ（5）と、軸工具（4）の軸を受け入れ、該工具（4）の軸に対して半径方向に圧縮されることができる中央軸方向穴（8）と、内側スリーブ（5）上を軸方向に変位可能な概して形状堅固な外側スリーブ（6）とを有する円錐結合チャックとして形成されている。

前記内側スリーブ（5）と外側スリーブ（6）とは、外側スリーブ（6）が内側スリーブ（5）上を変位するときに内側スリーブ（5）の半径方向圧縮をもたらすようにされる対の円錐面（7）を有して形成され、また前記チャックは、加圧して外側スリーブが内側スリーブ（5）上を変位させ、それによって工具（4）のセンタリングと締付け接続とを行う油圧媒体からなる油圧締付け圧力室（9、11、12）と、チャックと工具（4）間の連絡を解放するための圧力解放室（10）とを有して形成される。

特開２００４−２５５４７４号公報特表２００１−５０９０９０号公報

上記した特許文献１の工具ホルダーにおいては、ロックナットの締付時におけるテーパコレットのねじれが完全にはなくならないという問題点があった。また、ロックナットの締め付けには大型の専用工具を使用してロックナットを回動させる必要があり、複数の工具ホルダーを並べて配置するとロックナットが回動できず、工具ホルダー本体を工作機械から外して工具を交換し、また工具ホルダーを工作機械に取り付ける必要がり、工具の交換に手間がかかるという問題点もあった。

また、上記した特許文献２の工具ホルダーにおいては、工具の取り付けや開放のために外部からニップル（１２、１４）に高圧油等の圧力媒体を供給する必要があるという問題点があった。また、薄肉の内側スリーブには直接油圧がかかるので、液密構造にする必要があり、スリットを切ることができないので変形量が少ないという問題点があり、更に、円錐面（テーパー面）の角度を大きくできないので、工具を開放するためには反対側から押さなければならない等の問題点もあった。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決し、簡単な構造で工具の取り付け、取り外しが容易な工具ホルダーを提供することを目的とする。

本発明の工具ホルダーは、前部に設けられた孔にコレットチャックおよびスリーブを収納する略円筒形状の工具ホルダー本体と、略円筒形状であり、中心に工具を差し込むための孔を備え、外周部にテーパー面を備え、後方から前記スリーブにより前記テーパー面が押圧されることによりその間隔が狭まり前記中心の孔の径を小さくする複数のスリットが設けられた前記コレットチャックと、前記工具ホルダー本体の前部に着脱可能に固着され、前記コレットチャックの前部と当接するホルダーキャップと、前記工具ホルダー本体の前記孔の内部に摺動可能に収納され、前部の内周面が後方から前記コレットチャックの前記テーパー面を押圧することにより前記スリットの間隙を狭めて前記中心の孔の径を小さくするように構成され、後部は液密状態で前記工具ホルダー本体の内部に収容された液体から液圧を受ける中空の円筒形状の複数の前記スリーブと、前記工具ホルダー本体の後部に配置され、前記複数のスリーブの後部を押す前記液体の液圧を増減あるいは維持する液圧調節手段とを備えたことを最も主要な特徴とする。

また、前記した工具ホルダーにおいて、互いに液密状態で摺動可能な前記複数のスリーブが互いに重なる軸線方向の範囲において内外に同心に配置されている点にも特徴がある。このとき、前記複数のスリーブの前記前部の内周面が前記コレットチャックの前記テーパー面の前後にそれぞれ当接し、前記複数のスリーブの前記後部が共に前記液体から液圧を受ける。また、前記した工具ホルダーにおいて、前記工具の後端の位置を規制するストッパーが前記スリーブの中心を貫通して配置され、前記スリーブの後方において前記工具ホルダー本体に固着されていることが好ましい。

また、前記した工具ホルダーにおいて、前記ストッパーと内側の前記スリーブの後端の突起間にスプリングを備え、外側の前記スリーブの後端内面には、前記内側のスリーブの後端外面に設けられたリング状の凹部と係合する中心方向に張り出したリング状の突起が設けられ、前記スプリングによる開放補助力は前記係合によって前記外側のスリーブに伝わることが好ましい。また、前記した工具ホルダーにおいて、前記液圧調節手段は、前記スリーブの後端より断面積が狭く、前記工具ホルダー本体と直接若しくは間接的に螺合する押圧ネジと連結された押圧ピストンであることが好ましい。

また、前記した工具ホルダーにおいて、前記工具ホルダー本体および前記ホルダーキャップの側面の一部に、前記工具ホルダー本体の軸と平行な姿勢合わせ用の平面が形成されていることが好ましい。さらに、前記コレットチャックには前部テーパー面が設けられ、前記ホルダーキャップの内部端面が前記前部テーパー面に当接することが好ましい。

本発明の工具ホルダーは上記構成により以下のような効果がある。
（１）本発明の工具ホルダーはコレットチャックには回動する力がかからないので、軸工具の取り付け時に軸工具が回転することがなく、またコレットチャックのテーパー面や前面にすり傷が発生しない。
（２）液圧を使用した増力効果によって、軽い力で軸工具の着脱ができる。

（３）後方からのボルトあるいはつまみの回動によって軸工具の着脱が可能であり、ホルダーを高密度で実装してもホルダーを外すことなく軸工具の交換が可能であり、作業効率が向上する。
（４）スリーブを複数個備えることによってコレットチャックをより均等に押圧できる。
（５）戻し用のスプリングを備えることによってスリーブとコレットチャックのロック（噛んで開放されなくなる状態）を防止できる。
（６）姿勢合わせ用の平面を使用することにより、軸工具交換の前後で容易に軸工具の向きや長さを同一にできる。

本発明の工具ホルダーの実施例１の構成を示す断面図および側面図である。本発明の工具ホルダーの参考例の構成を示す断面図である。本発明の工具ホルダーの実施例２の構成を示す断面図である。

以下実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の工具ホルダーの構成を示す断面図および側面図である。図１（ａ）はホルダーの中心軸を含む断面を示す断面図であり、図１（ｂ）は後方から見た側面図、（ｃ）は前方から見た側面図である。更に、図１（ｃ）はＣ−Ｃ部分の断面図である。

本発明の工具ホルダーは、略円筒形状の工具ホルダー本体１０の前方に設けられた孔の内部にコレットチャック１２および２個のスリーブ１３、１４が同心に収納され、ホルダーキャップ１１が工具ホルダー本体１０の外面に切ったネジ溝と嵌合して装着されている。また、工具ホルダー本体１０の後部には油２１に圧力をかける押圧ピストン３１と連結している押圧ネジ３０が装着された押圧シリンダ部材２３が工具ホルダー本体１０の内面に切ったネジ溝と嵌合して固着されている。

工具ホルダー本体１０内部の、押圧シリンダ部材２３と２個のスリーブ１３、１４の間には貫通孔１８を備えた隔壁１９が設けられている。軸工具の後端の位置を規制するストッパー１５が前記スリーブ１３、１４の中心を貫通し、スリーブよりも後方において隔壁１９にボルト１６によって固着されている。

ストッパー１５と内側のスリーブ１４の後端の間にはコレットチャック開放時にコレットチャックからスリーブ１３、１４を引き抜く力を補強するためのコイルスプリング１７を備えている。押圧シリンダ部材２３と２個のスリーブ１３、１４の間の空間には油２１が充填されている。Ｏリングと油を除く工具ホルダーの各部品は全て鋼あるいはステンレス等の金属製である。

工具ホルダー本体１０は略円筒形状であり、前方の半径の大きな円筒と後方の少し半径の小さい円筒とを結合した形状をしている。工具ホルダー本体１０およびホルダーキャップ１１の側面の一部には、前記工具ホルダー本体１０の中心軸と平行な、工具や支持台との姿勢合わせ用の平面２８が形成されている。

ホルダーキャップ１１は円筒形状で、前部は中心に孔の開いた円板状であり、後端は開放されている。ホルダーキャップ１１は工具ホルダー本体１０の前部に着脱可能に固着されており、ホルダーキャップ１１の内部端面は、コレットチャック１２の前部テーパー面と当接している。

コレットチャック１２は、中心部に軸工具を差し込むための孔を備えた略円筒形状の部品であり、後部外周には前方ほど広がったテーパー面が形成されている。コレットチャック１２の後部および中間部には均等な角度で複数（８個）のスリットが切られている。スリーブ１３、１４によって後方からテーパー面を押圧することにより、スリットの隙間が狭まり、中心部の孔の径が小さくなって工具の軸を把持する。なお、このようなコレットチャックは周知であり、例えば株式会社アルプスツールから市販されているコレットチャックを使用可能である。

スリーブ１３、１４はそれぞれ中空の円筒形状であり、工具ホルダー本体１０の孔の内部に軸方向に摺動可能に収納され、同心に配置されている。スリーブ１３、１４は、前部の内周面がコレットチャック１２のテーパー面と当接するテーパー面となっている。また、スリーブ１３、１４およびストッパー１４の後部外側面には周方向に油漏れを防ぎ、液密状態を維持するＯリング２０を収納する溝を備えている。従って、後部は液密状態であり、押圧ネジ３０のつまみを手動で回動させることによってピストン３１によって加圧される油２１の液圧によってスリーブ１３、１４が前方に押圧されるようになっている。

外側のスリーブ１３の後端内面には、内側のスリーブと係合するため中心方向に張り出したリング状の突起（リブ）が設けられ、内側のスリーブ１４の後端外面に設けられたリング状の凹部と係合している。また、内側のスリーブ１の後端内面にはスプリング１７と係合するための中心方向に張り出したリング状の突起が設けられている。スプリング１７による開放補助力は前記係合によって外側のスリーブ１３にも伝わる。

ストッパー１５は略円筒形であり、ストッパー１５の前面は軸工具の後部およびコレットチャック１２の後部と当接する。ストッパー１５の前部中心には傾斜角度４５度の円錐形状の窪みが設けられている。この窪みが軸工具の後端に形成されている傾斜角度４５度の円錐側面と係合することによって軸工具の軸を工具ホルダーの軸と一致させるので、工具交換を繰り返しても常に安定した精度が得られる。

また、軸工具は、後端に形成されている円錐側面から軸工具の先端までの長さが所定値になるように製造されているので、この窪みに軸工具の後端を当接させることによって、同種の軸工具を交換しても軸工具の先端の位置が同じ位置にくるようにすることができる。

ストッパー１５と内側のスリーブ１４の後端の間にはチャック開放時にコレットチャックからスリーブ１３、１４を引き抜く力を増すためのコイルスプリング１７を備えている。スリーブ１３、１４が押圧されなくなった時には、コレットチャック１２の弾性変形からの復元力およびピストン３１を引き抜くことによって内部に発生する負圧に基づいて大気圧によってスリーブ１３、１４が後方に押圧される押力によってコレットチャック１２のテーパー面の締め付けが自然に開放され、工具６５の締め付けも開放される。

しかし、テーパー面の角度が小さい場合などには、スリーブ１３、１４がコレットチャック１２を噛んで開放されなくなってしまう場合がある。そこで、スプリング１７によって開放する力を増強し、開放され易くしている。但し、コレットチャック１２のテーパー面の角度が大きく、噛んでしまう恐れが少ない場合などにはスプリング１７は省略してもよい。

工具ホルダー本体１０の後方の孔の側面には押圧シリンダ部材２３を固定するネジ２５が嵌合するネジ孔が設けられ、また孔の後部近傍の内面には押圧シリンダ部材２３が嵌合するネジ溝が設けられ、押圧シリンダ部材２３が挿入される。

押圧シリンダ部材２３は円筒形状であり、油漏れを防ぐ２個のＯリング２４を備え、工具ホルダー本体１０の後方の孔に嵌合する。また、内部には中心軸に沿って貫通する円筒形状のシリンダー孔が設けられ、押圧シリンダ部材２３の後部にはシリンダー孔と連通し、シリンダー孔よりも半径が大きいネジ孔が設けられている。このネジ孔には端部に押圧ピストン３１を備えた押圧ネジ３０が嵌合する。

押圧シリンダ部材２３は更に、後部側面に設けられた、本体１０内面のネジ溝と嵌合する外部ネジ溝、押圧シリンダ部材２３の位置を固定するために周囲に設けられた溝状の凹部２６、およびピストン移動規制ネジ２７が嵌合するネジ孔を備えている。

押圧ネジ３０は前端部に２個のＯリング３２を備えた円筒形状の押圧ピストン３１を備え、中間部には押圧ピストン３１の移動範囲を規制するためにピストン移動規制ネジ２７の先端と係合する凹部を備えている。また、後部は後端に六角孔３３を備え、周囲にはネジ溝が形成されている。更に後端には本体１０の後端を覆う円筒形状のつまみが形成（固着）されている。

工具ホルダー本体１０に固着され、シリンダー孔が設けられた押圧シリンダ部材２３および押圧ピストン３１を備えた押圧ネジ３０によって、工具ホルダー本体内に配置され、スリーブ１３、１４を押す油圧を増減あるいは維持する液圧調節手段が形成されている。

スリーブ１３、１４の後端の断面積よりも断面積の狭い押圧ピストン３１で油を押すことにより、押圧ピストン３１の面積とスリーブ１３、１４の面積比に比例した力がスリーブ１３、１４に働く。本発明の工具ホルダーはこの増力効果によって軽い力で軸工具の着脱ができる。また、スリーブ１３とスリーブ１４との断面積の比を１対１にすればスリーブ１３とスリーブ１４を同じ力で押圧できる。更に、必要に応じて上記断面積の比を任意の比率にすることが可能であり、スリーブ１３の押力とスリーブ１４の押力を任意の比率にすることもできる。

なお、本発明の工具ホルダーの組み立て時には、所定量の油を注入して密封する必要がある。そこで、スリーブ１３、１４を工具ホルダー本体１０内の孔内の所定の位置に仮止めする。また、押圧シリンダ部材２３を孔に挿入して回動し、ネジ溝を嵌合させておく。なお、ピストン移動規制ネジ２７は外しておく。その後、工具ホルダー本体１０を油槽内に沈めてから、押圧ネジ３０を挿入し、ネジ溝を嵌合させて回動する。

ピストン３１のＯリング３２が移動規制ネジ２７用のネジ孔より前方まで移動すると、所望量の油２１が密閉されるので、上記した仮止めを解除し、ピストン３１を更に回動させて所定の位置までねじ込む。最後に移動規制ネジ２７をねじ込む。このため、図示していないが、本体１０の側面には移動規制ネジ２７をねじ込むための孔を設けておく。以上のような方法によって所望量の油２１を注入して密閉することができる。

工具ホルダー１０は、工具ホルダー取り付け台に固定したままでも、後端の押圧ネジ３０の六角孔３３に六角レンチを差し込んで回すか、あるいはつまみを手動で回動させることによって工具６５の取り付け、取り外しが可能である。この場合、工具ホルダー１０を縦横に密接に配置してもそれぞれの工具ホルダー１０の押圧ネジ３０を容易に回動可能である。

バイト等の軸工具の取り付け時には、まず、工具を工具ホルダー１０の孔の底部のストッパー１５に当たるまで差し込む。そして、例えば２つの直方体を直角に固着した形状のＬ形治具を当てて、工具ホルダー１０の平面２８と工具の刃面とを合わせる。その後、後端の押圧ネジ３０を回動して工具を固定する。

本発明の工具ホルダーは押圧ネジ３０を回動してもコレットチャック１２には回動する力はかからず、コレットチャック１２は回動しないので、コレットチャック１２に挿入した工具も回転することなく、静止している。従って、工具を所望の向きで容易に固定可能である。また、コレットチャック１２には回動する力がかからないので、テーパー面１３や前面５５にすり傷や摩耗が発生することがない。

また、ホルダーキャップ１１の前部内面およびスリーブ１３、１４の前部のテーパー状内面によってコレットチャックの前後のテーパー面を挟んで押圧することによって、コレットチャック１２の姿勢が安定し、工具ホルダー１０の軸とコレットチャック１２の軸が一致し、工具保持精度が安定する。

更に、液圧を使用することによってスリーブ後端を均等に押圧することができ、スリーブ自体は単純な円筒部材であり、切り欠き等も設ける必要がないので、部品の強度を高くでき、強力に締めることができる。更にスリーブを複数個備えることによってコレットチャックをより均等に押圧できる。

［参考例］
図２は本発明の工具ホルダーの参考例の構成を示す断面図である。参考例は、スリーブ４１を１個にした単純な構成の例である。参考例において実施例１との相違点はスリーブ４１を１個にした点、および後部の押圧ネジ４５の構成である。スリーブ４１は１個にすることによって、スリーブ後端の断面積を大きくすることができるので、油圧の増圧効果を最大限利用でき、手動でも強力に締めることができる。また、押圧ネジ４５においては、実施例１と異なり、つまみ（４５）の内面と本体１０の外面にネジ溝を設けて勘合している。

図３は本発明の工具ホルダーの実施例２の構成を示す断面図である。実施例２は工具ホルダー本体５０の後部を９０度曲げて、液圧調節手段である押圧ピストンの軸が本体５０の軸と直角になるように配置した実施例である。実施例２において実施例１との相違点は本体５０の形状（液圧調節手段の位置）および後部の押圧シリンダ部材の構成である。

本発明においては液圧により押圧しているので、スリーブに対して液圧調整手段を任意の位置に（曲げ角度で）配置可能であり、例えば本体５０を９０度曲げることによって本体の長さを短くできると共に直角方向から軸工具のロック／開放操作ができる。また、実施例２ではストッパー５３の後端はホルダー本体５０の後端面にボルト１６によって固着されている。更に、実施例２においては、実施例１の押圧シリンダ部材２３と本体１０の後部とは一体に形成された単純な構造となっている。

以上、実施例について説明したが、本発明には次のような変形例も考えられる。実施例においては、油圧を利用して増力効果を得る例を開示したが、圧力媒体は油の他、任意の液体を使用可能である。実施例１、２及び参考例の液圧調節手段はそれぞれ構成が異なるが、これらの液圧調節手段の任意のものを実施例１、２及び参考例それぞれの液圧調節手段として採用可能である。即ち、例えば図１の実施例１の液圧調節手段として図３の実施例２の液圧調節手段を組み合わせてもよい。

実施例においては、押圧ピストンと押圧ネジとは直結していたが、押圧ネジ部と押圧ピストンとの間に、あるいはピストン２０を２つに分割して中間にコイルバネあるいは硬いゴムなどの円筒形状の弾性変形する部材を挿入してもよい。円筒形状の弾性変形する部材の場合には、Ｏリングの機能を兼ねることも可能である。

実施例においては、工具ホルダーの前部が中間部及び後部よりも少し径が大きい例を開示したが、例えば小径の工具用の工具ホルダーとしては前部も中間部および後部と同じ径の単純な円筒形とすることも可能である。このようにすれば、取り付け台の後方から工具ホルダーを着脱可能となる。

工具ホルダーのキャップ１１の端面に切り粉や切削油の侵入を防ぐ侵入防止板を取り付けてもよい。このようにすれば、工具交換時に工具ホルダー本体１０内の掃除が不要となる。

本発明の工具ホルダーは既存の工具ホルダーに代えて各種工作機械に適用可能である。

１０…工具ホルダー本体
１１…ホルダーキャップ
１２…コレットチャック
１３、１４…スリーブ
１５…ストッパー
１７…スプリング
１８…貫通孔
１９…隔壁
２１…油
２３…押圧シリンダ部材
３０…押圧ネジ
３１…押圧ピストン

Claims

前部に設けられた孔にコレットチャックおよびスリーブを収納する略円筒形状の工具ホルダー本体と、
略円筒形状であり、中心に工具を差し込むための孔を備え、外周部にテーパー面を備え、後方から前記スリーブにより前記テーパー面が押圧されることによりその間隔が狭まり前記中心の孔の径を小さくする複数のスリットが設けられた前記コレットチャックと、
前記工具ホルダー本体の前部に着脱可能に固着され、前記コレットチャックの前部と当接するホルダーキャップと、
前記工具ホルダー本体の前記孔の内部に摺動可能に収納され、前部の内周面が後方から前記コレットチャックの前記テーパー面を押圧することにより前記スリットの間隙を狭めて前記中心の孔の径を小さくするように構成され、後部は液密状態で前記工具ホルダー本体内の液体から液圧を受ける中空の円筒形状の複数の前記スリーブと、
前記工具ホルダー本体の後部に配置され、前記複数のスリーブの後部を押す前記液体の液圧を増減あるいは維持する液圧調節手段と
を備え、
前記複数のスリーブが互いに液密状態で摺動可能に構成されるとともに互いに重なる軸線方向の範囲において内外に同心で配置され、前記複数のスリーブの前記前部の内周面が前記コレットチャックの前記テーパー面の前後にそれぞれ当接し、前記複数のスリーブの前記後部が共に前記液体から液圧を受けることを特徴とする工具ホルダー。
前記工具の後端の位置を規制するストッパーが前記スリーブの中心を貫通して配置され、前記スリーブの後方において前記工具ホルダー本体に固着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ー。
前記ストッパーと内側の前記スリーブの後端の突起間にスプリングを備え、外側の前記スリーブの後端内面には、前記内側のスリーブの後端外面に設けられたリング状の凹部と係合する中心方向に張り出したリング状の突起が設けられ、前記スプリングによる開放補助力は前記係合によって前記外側のスリーブに伝わることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダー。
前記液圧調節手段は、前記スリーブの後端より断面積が狭く、前記工具ホルダー本体と直接若しくは間接的に螺合する押圧ネジと連結された押圧ピストンであることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
前記工具ホルダー本体および前記ホルダーキャップの側面の一部に、前記工具ホルダー本体の軸と平行な姿勢合わせ用の平面が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ー。
前記コレットチャックには前部テーパー面が設けられ、前記ホルダーキャップの内部端面が前記前部テーパー面に当接することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の工具ホルダー。