JP5349002B2

JP5349002B2 - 工具ホルダ位置決め固定装置

Info

Publication number: JP5349002B2
Application number: JP2008274210A
Authority: JP
Inventors: 一郎北浦; 隆幸宗近
Original assignee: Pascal Engineering Corp
Current assignee: Pascal Engineering Corp
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2008-10-24
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-10-24
Also published as: JP2010099786A

Description

本発明は、工具ホルダ位置決め固定装置に関し、特に工作機械の主軸に工具付き工具ホルダを３次元的に位置決めし且つ回転伝達可能に装着する為の工具ホルダ位置決め固定装置に関する。

従来、マシニングセンタ（工作機械）などの主軸の先端部には、テーパ状の装着穴が設けられ、この装着穴に工具が保持された工具ホルダを嵌合させ、工具ホルダのプルスタッドをクランプ機構により引っ張り駆動して固定することで、工具ホルダを主軸に固定している。主軸に対して工具ホルダを高精度に位置決めして且つ確実に回転伝達する為の種々の位置決め固定装置が実用化されている。

例えば、特許文献１の工具組み立て品とその構成部品において、工具ホルダ（アダプタ）に四角形や楕円などの非円形横断面を有するテーパ状突起と第１支持面が設けられ、主軸の先端部に前記テーパ状突起に密着状に係合可能なテーパ状凹所と第２支持面が設けられている。工具ホルダを主軸に固定する為に、第１支持面を第２支持面に当接させ、テーパ状突起をテーパ状凹所に挿入し、ボルト部材によりクランプすることで、主軸のテーパ状凹所の半径方向の弾性変形を介して工具ホルダを主軸の先端部に固定している。
特許第２５３６８９９号公報

ところで、上記のテーパ状突起では、その直径が突起の軸心方向の長さに対して約２：１になるように設定されている。この突起の長さが長くなる程、テーパ状凹所との接触面積が増加するが、クランプ力に依存する突起とテーパ状凹所が密着する部位の面圧は低下してしまう。このため、長期間にわたる主軸の高速回転駆動によりテーパ状突起と凹所との間にフレッキングが生じ、接触による磨耗量が大きくなると求心性が崩れる虞がある。従って、主軸に対して工具ホルダが不安定になり切削加工の精度が低下してしまう。

一般的に上記のテーパ状突起の直径と軸方向長さの比率は１：１〜５：１の範囲に設定されている。このため、回転伝達トルクを増大させる為にテーパ状突起の直径を大きくすると、上記の比率に従い突起の長さが長くなってしまい、工具ホルダが大型化、大重量化してしまう。最近では、工具交換時の交換時間は０．１秒のオーダーで短縮することが求められている。そのため、主軸への着脱に要する時間を短縮する為にも、工具ホルダのテーパ状突起は可能な限り短くすることが望ましい。

本発明の目的は、主軸と工具ホルダとの間の面圧を高めることで保持力を高め得る工具ホルダ位置決め固定装置を提供すること、工具ホルダの小型化、軽量化を図り得る工具ホルダ位置決め固定装置を提供すること、回転伝達トルクを増大させ得る工具ホルダ位置決め固定装置を提供すること、などである。

本発明の請求項１の工具ホルダ位置決め固定装置は、工作機械の主軸の先端部に工具付き工具ホルダを位置決めし且つ回転伝達可能に装着する為の工具ホルダ位置決め固定装置において、前記工具ホルダは、主軸の軸心と直交する主軸の環状面に当接して主軸の軸心方向に位置決め可能な基準面と、主軸の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の複数の円弧状角部と複数の辺部分とを有する正多角形に形成され且つ主軸側ほど小径化するテーパ係合雄部を有する第１係合部とを備え、前記主軸は、前記基準面を受け止める環状面と、前記テーパ係合雄部に係合可能で且つ主軸の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の複数の円弧状角部と複数の辺部分とを有する正多角形に形成されたテーパ係合雌部を有する第２係合部とを備え、前記第１係合部の主軸の軸心方向の長さが、第１係合部の直径の１／３０〜１／８のサイズに形成され、前記主軸に工具ホルダを主軸の軸心方向へ引っ張り駆動して固定する為のクランプ手段を設け、前記テーパ係合雌部と前記テーパ係合雄部の少なくとも一方における前記複数の辺部分の各々は、その中央部に形成された逃し凹部と、この逃し凹部の両側に形成された１対の係合密着部とを有し、前記テーパ係合雄部の内周側壁部とテーパ係合雌部の外周側壁部の少なくとも一方の径方向への弾性変形を介して、前記テーパ係合雄部がテーパ係合雌部に密着状に係合するように構成したことを特徴としている。

請求項２の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項１の発明において、前記テーパ係合雌部と前記テーパ係合雄部の両方における前記複数の辺部分の各々は、その中央部に形成された逃し凹部と、この逃し凹部の両側に形成された１対の係合密着部とを有することを特徴としている。

請求項３の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項２の発明において、前記テーパ係合雄部の前記主軸の軸心と直交する方向の断面における複数の辺部分の各々が、外側へ僅かに膨らんだ円弧状に形成されたことを特徴としている。

請求項４の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項２の発明において、前記テーパ係合雄部の前記主軸の軸心と直交する方向の断面における複数の辺部分の各々が、直線状に形成されたことを特徴としている。

請求項５の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項２の発明において、前記正多角形の形状が、五角形、六角形、八角形の何れかの形状であることを特徴としている。

請求項６の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項２の発明において、前記テーパ係合雌部の外周側壁部には、前記テーパ係合雌部が前記テーパ係合雄部に密着状に係合する際の径拡大方向への弾性変形を促進する弾性変形促進部を有することを特徴としている。

請求項７の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項２の発明において、前記クランプ手段が、コレット機構と、このコレット機構に連結されたドローバーと、このドローバーをクランプ駆動する皿バネ積層体とを有することを特徴としている。

請求項８の工具ホルダ位置決め固定装置は、請求項２の発明において、前記テーパ係合雄部と前記テーパ係合雌部のテーパ勾配は、１：５〜１：１０であることを特徴としている。

本発明の請求項１の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記第１係合部の主軸の軸心方向の長さが、第１係合部の直径の１／３０〜１／８のサイズに形成されたので、工具ホルダの第１係合部を一般的なものより短くしたことで面圧を高め保持力を増加させることができる。従って、安定した切削加工を行うことができ、切削加工の精度を高めることができる。また、第１係合部の直径を相対的に長くすることができるので、回転伝達トルクを増大させることができる。第１係合部を短くすることで、工具ホルダの小型化、軽量化を図り、工具交換時間を短縮でき、工具交換装置の負荷を軽減することができる。工作機械の主軸の小型化を図ることもできる。

また、前記テーパ係合雌部と前記テーパ係合雄部の少なくとも一方における前記複数の辺部分の各々は、その中央部に形成された逃し凹部と、この逃し凹部の両側に形成された１対の係合密着部とを有するので、テーパ係合雄部とテーパ係合雌部とが密着状に係合する際に、１対の係合密着部により密着箇所の数が２倍になり主軸の軸心と直交する方向への位置決め精度と回転拘束力が向上する。また、辺部分に逃し凹部を設けたことにより１対の係合密着部の圧縮応力が増大するので径拡大方向への弾性変形を促進し密着性を向上することができる。さらに、逃し凹部の表面を研磨加工する必要がないので、研磨加工コストを低減できる。

請求項２の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記テーパ係合雌部と前記テーパ係合雄部の両方における前記複数の辺部分の各々は、その中央部に形成された逃し凹部と、この逃し凹部の両側に形成された１対の係合密着部とを有するので、テーパ係合雄部とテーパ係合雌部とが密着状に係合する際に、１対の係合密着部により密着箇所の数が２倍になり主軸の軸心と直交する方向への位置決め精度と回転拘束力が向上する。また、辺部分に逃し凹部を設けたことにより１対の係合密着部の圧縮応力が増大するので径縮小方向への弾性変形を促進し密着性を向上することができる。さらに、逃し凹部の表面を研磨加工する必要がないので、研磨加工コストを低減できる。

請求項３の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記テーパ係合雄部の前記主軸の軸心と直交する方向の断面における複数の辺部分の各々が、外側へ僅かに膨らんだ円弧状に形成されたので、テーパ係合雄部とテーパ係合雌部とが密着状に係合する際に、テーパ係合雄部の辺部分とテーパ係合雌部の辺部分との接触面積が増加し、高精度に工具ホルダをセンタリングすることができ、求心性を向上させることができる。

請求項４の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記テーパ係合雄部の前記主軸の軸心と直交する方向の断面における複数の辺部分の各々が、直線状に形成されたので、テーパ係合雄部とテーパ係合雌部とが密着状に係合する際に、複数の辺部分の各々の直線状の形状により回転拘束力を向上させることができる。

請求項５の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記正多角形の形状が、五角形、六角形、八角形の何れかの形状であるので、非円形でありながら円形に近い形状であるから、テーパ係合雄部とテーパ係合雌部における壁部の無駄や空間の無駄が非常に少なく、装置を小型化する上で有利であり、製作コスト面でも有利である。

請求項６の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記テーパ係合雌部の外周側壁部には、前記テーパ係合雌部が前記テーパ係合雄部に密着状に係合する際の径拡大方向への弾性変形を促進する弾性変形促進部を有するので、この前記弾性変形促進部により、前記テーパ穴のテーパ係合雌部の弾性変形を促進することができる。

請求項７の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記クランプ手段が、コレット機構と、このコレット機構に連結されたドローバーと、このドローバーをクランプ駆動する皿バネ積層体とを有するので、皿バネ積層体の付勢力によりドローバーが引っ張り駆動され、コレット機構により工具ホルダをクランプすることができる。

請求項８の工具ホルダ位置決め固定装置によれば、前記テーパ係合雄部と前記テーパ係合雌部のテーパ勾配は、１：５〜１：１０であるので、この範囲内に対応したテーパ係合雄部と前記テーパ係合雌部を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、本発明の工具ホルダ位置決め固定装置３０が適用されるマシニングセンタ（工作機械）の主軸装置１について説明する。
図１に示すように、この主軸装置１は、主軸２と、主軸２が収納された主軸ケース３と、クランプ機構１０と、アンクランプ機構１５などを有している。主軸２は複数の軸受を介して主軸ケース３に回転自在に支持され、電動モータにより回転駆動される。尚、図１の上下左右を上下左右として説明する。

主軸２の先端部には、工具ホルダ２５が装着されるテーパ穴７が設けられている。このテーパ穴７の内周面には、後述するテーパ係合雌部３６が形成されている。主軸２の中心部にはほぼ全長に亙る貫通孔４が形成され、この貫通孔４にはドローバー５が軸心方向へ可動に装着されている。主軸２の先端部の内部においてドローバー５の先端部には、後述する工具ホルダ２５を主軸２に固定するクランプ機構１０の主要部が設けられている。

次に、クランプ機構１０について説明する。
クランプ機構１０は、主軸２に工具ホルダ２５を主軸２の軸心方向へ引っ張り駆動して固定する為のものである。クランプ機構１０は、コレット機構１１と、このコレット機構１１に連結されたドローバー５と、このドローバー５をクランプ駆動する皿バネ積層体１２とを有する。主軸２の中心部分の貫通孔４の内部において、ドローバー５の外側に環状のバネ装着穴１３が形成され、複数の皿バネを積層した皿バネ積層体１２がバネ装着穴１３に弾性的に圧縮した圧縮状態に装着され、この皿バネ積層体１２によりドローバー５が上方へ強力に弾性付勢されている。

皿バネ積層体１２の弾性力によりドローバー５を上方へ引きつけると、複数のコレット１１ａの先端部分が閉じた状態になってプルスタッド２７ａに係合し、プルスタット２７ａを上方へ引きつけて工具ホルダ２５をクランプする。アンクランプの際には、アンクランプ機構１５により押圧部材１４を介してドローバー５を下方へ押動すると、複数のコレット１１ａの先端部分が開いた状態になってアンクランプ状態となり、工具ホルダ２５を取り外し可能になる。

次に、アンクランプ機構１５について説明する。
アンクランプ機構１５は、ドローバー５の上端部に設けられた押圧部材１４と、押圧部材１４を下方へ押圧するアンクランプ用油圧シリンダ１６と、油圧シリンダ１６に油圧を供給・排出する油圧発生装置２０と、油圧発生装置２０を制御する制御ユニット２１とを有している。油圧シリンダ１６は複動型のもので、シリンダ本体１７と、往動室１８ａと復動室１８ｂからなる油圧作動室１８と、ピストン部材１９とを備えている。

クランプ機構１０により工具ホルダ２５をクランプしている状態では、往動室１８ａの油圧はドレン圧とされ、復動室１８ｂに油圧が供給されて、ピストン部材１９が上限位置にある。工具ホルダ２５の交換の為に、クランプ機構１０をアンクランプする際には、往動室１８ａに油圧を供給し、復動室１８ｂの油圧をドレン圧にすると、ピストン部材１９が押圧部材１４に当接し、押圧部材１４を下方へ変位させ、ドローバー５を下方へ変位させてアンクランプ状態にする。

次に、工具付き工具ホルダ２５について説明する。
図１，図２に示すように、工具付き工具ホルダ２５（以下、工具ホルダという）は、シャンク部２７と、フランジ部２８と、工具支持部２９とを備えている。シャンク部２７は、テーパ穴７に嵌めるためテーパ状に構成してある。このシャンク部２７の外周面には、後述するテーパ係合雄部３３が形成されている。フランジ部２８は、シャンク部２７の下端部に形成され、このフランジ部２８には、工具交換アームが係合可能な把持部２８ａが設けられている。工具支持部２９はフランジ部２８から下方に突出し、この工具支持部２９に工具２９ａが支持されている。この工具ホルダ２５のシャンク部２７の上端部にプルスタッド２７ａが設けられている。

ここで、工具ホルダ位置決め固定装置３０について図１〜図３に基づいて説明する。
この工具ホルダ位置決め固定装置３０（以下、位置決め固定装置３０という）は、マシニングセンタ１の主軸２の先端部に工具ホルダ２５を位置決めし且つ回転伝達可能に装着する為のものである。位置決め固定装置３０は、工具ホルダ２５に形成された基準面３１と第１係合部（シャンク部２７）と、主軸２に形成された環状面３２と第２係合部（テーパ穴７）と、主軸２に工具ホルダ２５を固定する為の前述したクランプ機構１０とを有している。上記工具ホルダ２５のシャンク部２７が第１係合部に相当し、主軸２のテーパ穴７が第２係合部に相当する。

図１，図２に示すように、基準面３１は、工具ホルダ２５のフランジ部２８の上端面に形成された、シャンク部２７の外周側の環状面である。この基準面３１は、工具ホルダ２５が主軸２に装着される際に、主軸２の軸心と直交する主軸２の環状面３２に当接して主軸２の軸心方向に工具ホルダ２５を位置決め可能である。図１，図３に示すように、環状面３２は、工具ホルダ２５のフランジ部２８の直径と等しい大きさを有し、主軸２の先端部に形成されている。この環状面３２は、工具ホルダ２５がテーパ穴７に装着される際に、工具ホルダ２５の基準面３１を受け止める。

図２に示すように、シャンク部２７（第１係合部）は、主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の複数の円弧状角部３４と直線状の複数の辺部分３５とを有する正八角形に形成され且つ主軸２側ほど小径化するテーパ係合雄部３３を有している。このシャンク部２７の主軸２の軸心方向の長さは、シャンク部２７の直径の約１／１０のサイズに形成されている。但し、約１／１０のサイズに限定される訳ではなく、約１／３０〜１／８の範囲が望ましい。上記のサイズが１／８よりも大きい場合には、後述する係合密着部３５ｂ，３８ｂが密着する時の面圧を十分に高めることができないため、工具ホルダ２５を保持する保持力を十分に高めることが難しい。尚、テーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６のテーパ勾配は１：７であるが、１：５〜１：１０の範囲が望ましい。

図３に示すように、テーパ穴７（第２係合部）は、テーパ係合雄部３３に係合可能で且つ主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の複数の円弧状角部３７と直線状の複数の辺部分３８とを有する正八角形に形成されたテーパ係合雌部３６を有している。テーパ穴７の先端側部分には、４５°の環状の面取り部７ａが形成されている。

図４はテーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６の要部拡大図である。テーパ係合雄部３３の辺部分３５の各々は、その中央部に形成された逃し凹部３５ａと、この逃し凹部３５ａの両側に形成された１対の係合密着部３５ｂとを有している。同様に、テーパ係合雌部３６の辺部分３８の各々は、その中央部に形成された逃し凹部３８ａと、この逃し凹部３８ａの両側に形成された１対の係合密着部３８ｂとを有している。
尚、辺部分３５，３８とは、図４における範囲Ａの部分を示すものであり、円弧状角部３４，３７とは、図４における範囲Ｂの部分を示すものである。

テーパ係合雄部３３の逃し凹部３５ａは、シャンク部２７のテーパ面に上下方向に沿って浅溝状に形成されている。テーパ係合雌部３６の逃し凹部３８ａは、テーパ穴７のテーパ面に上下方向に沿って浅溝状に形成されている。各々の逃し凹部３５ａ，３８ａは、辺部分３５，３８の約１／２の領域に形成されている。１対の係合密着部３５ｂとそれに対向する１対の係合密着部３８ｂは平行状態になるように夫々形成されている。

この位置決め固定装置３０は、テーパ係合雌部３６の外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を介してテーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６とを密着状に係合させるように構成されている。テーパ係合雄部３３がテーパ係合雌部３６に密着状に係合している状態では、円弧状角部３４と円弧状角部３７との間に僅かな隙間が形成され、辺部分３５の１対の係合密着部３５ｂが辺部分３８の１対の係合密着部３８ｂに密着状に係合する。

次に、工具ホルダ位置決め固定装置３０の作用及び効果について説明する。
主軸装置１の主軸２の先端部に、工具２９ａが保持された工具ホルダ２５を位置決めして固定するとき、先ず、油圧発生装置２０により油圧シリンダ１６の往動室１８ａに油圧を供給し、復動室１８ｂをドレン圧にしてピストン部材１９を下方に移動させ、押圧部材１４を介してドローバー５を下方に移動させて、コレット機構１１の４つのコレット１１ａの先端部分を開いた状態にする。

この状態で、工具ホルダ２５のシャンク部２７とテーパ穴７の軸心回りの回転位相を一致させた状態で係合させ、テーパ係合雄部３３をテーパ係合雌部３６に軽く当接させ、環状面３２を基準面３１に軽く当接させ、工具ホルダ２５のプルスタッド２９ａをコレット１１ａの先端部分の間に挿入する。次に、油圧発生装置２０により油圧シリンダ１６の往動室１８ａをドレン圧にし、復動室１８ｂに油圧を供給して、ピストン部材１９を上方に移動させると、皿バネ積層体１２の付勢力によりドローバー５が上方に移動して４つのコレット１１ａの先端部が閉じた状態でプルスタッド２９ａを引っ張り駆動して、工具ホルダ２５をテーパ穴７にクランプする。

基準面３１が環状面３２に当接することで、主軸２に対して工具ホルダ２５を主軸２の軸心と平行な方向に高精度に位置決めすることが可能である。テーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６が密着状に係合することで、主軸２に対して工具ホルダ２５を主軸２の軸心と直交する方向に高精度に位置決めすることができ、主軸２に対して工具ホルダ２５の軸心回りの回転位相を高精度に位置決めして、主軸２の回転駆動中には主軸２からの回転力を工具ホルダ２５に確実に伝達することができる。

このように、基準面３１又は環状面３２の高さ方向位置を微調節することなく、また、テーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６に可動部材を用いることなく、２面拘束を確実に達成できる。このとき、１対の係合密着部３５ｂと１対の係合密着部３８ｂが密着状に係合することで密着箇所の数が２倍になり軸心と直交する方向への位置決め精度と回転拘束力が向上する。

テーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６の主軸２の軸心と直交する方向の断面が８つの円弧状角部３４，３７と８つの辺部分３５，３８を有する正八角形であるため、非円形の正多角形でありながら円形に近い形状であるから、テーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６における壁部の無駄や空間の無駄が非常に少なく、装置を小型化する上で有利であり、製作コスト面でも有利である。８つの辺部分３５，３８の各々が、直線状に形成されているので、密着状に係合する際に、８つの辺部分３５，３８の直線状の形状により回転拘束力を向上させることができる。

また、辺部分３５に逃し凹部３５ａを、辺部分３８に逃し凹部３８ａを夫々設けたことにより１対の係合密着部３５ｂ，３８ｂの圧縮応力（面圧）が増大するので、テーパ係合雌部３６の外周側壁部では径拡大方向への微小な弾性変形を促進し、テーパ係合雄部３３の係合密着部３５ｂの径縮小方向への微小な弾性変形を促進し、密着性を向上させることができる。しかも、逃し凹部３５ａ，３８ａの表面を研磨加工する必要がないので、研磨加工の時間とコストを低減することができる。

この工具ホルダ位置決め固定装置３０において、シャンク部２７の主軸２の軸心方向の長さが、シャンク部２７の直径の１／３０〜１／８のサイズに形成され、工具ホルダ２５のシャンク部２７を一般的なものより極端に短くしたことで、係合密着部３５ｂ，３８ｂの面圧を高めて工具ホルダ２５を保持する保持力を増加させることができる。
従って、安定した切削加工を行うことができ、切削加工の精度を高めることができる。また、シャンク部２７の直径を相対的に大きくすることができるので、回転伝達トルクを大きくすることができる。シャンク部２７の軸心方向の長さを極端に短くするため、工具ホルダ２５の小型化、軽量化を図り、自動工具交換装置による工具交換の所要時間を短縮でき、自動工具交換装置の負荷の軽減と高速化を図ることができる。また、主軸装置１の主軸２の小型化も可能になる。

次に、本実施例の辺部分３５，３８を部分的に変更する変更形態について説明する。
図５に示すように、第１変形例の辺部分３５Ａ，３８Ａでは、１対の係合密着部３５ｂＡ，３８ｂＡは、逃し凹部３５ａ，３８ａに近づくほど相手側へ接近するようにテーパ状に形成されている。
図６に示すように、第２変形例の辺部分３５Ｂ，３８Ｂでは、１対の係合密着部３５ｂＢ，３８ｂＢは、逃し凹部３５ａ，３８ａから遠のくほど相手側へ接近するようにテーパ状に形成されている。

図７に示すように、第３変形例の辺部分３５，３８Ｃでは、逃し凹部３５ａと１対の係合密着部３５ｂは、テーパ係合雄部３３にのみ形成され、１対の係合密着部３５ｂは対向するテーパ係合雌部３６の直線状の辺部分３８Ｃと平行となるように形成されている。
図８に示すように、第４変形例の辺部分３５Ａ，３８Ｃでは、逃し凹部３５ａと１対の係合密着部３５ｂＡは、テーパ係合雄部３３にのみ形成され、１対の係合密着部３５ｂＡは逃し凹部３５ａに近づほど相手側に接近するようにテーパ状に形成されている。

図９に示すように、第５変形例の辺部分３５Ｂ，３８Ｃでは、逃し凹部３５ａと１対の係合密着部３５ｂＢは、テーパ係合雄部３３にのみ形成され、１対の係合密着部３５ｂＢは逃し凹部３５ａから遠のくほど相手側へ接近するようにテーパ状に形成されている。
図１０に示すように、第６変形例の辺部分３５Ｃ，３８では、逃し凹部３８ａと１対の係合密着部３８ｂは、テーパ係合雌部３６にのみ形成され、１対の係合密着部３８ｂは対向するテーパ係合雄部３３の辺部分３５Ｃと平行となるように形成されている。

図１１に示すように、第７変形例の辺部分３５Ｃ，３８Ａでは、逃し凹部３８ａと１対の係合密着部３８ｂＡは、テーパ係合雌部３６にのみ形成され、１対の係合密着部３８ｂＡは逃し凹部３８ａに近づくほど相手側へ接近するようにテーパ状に形成されている。
図１２に示すように、第８変形例の辺部分３５Ｃ，３８Ｂでは、逃し凹部３８ａと１対の係合密着部３８ｂＢは、テーパ係合雌部３６にのみ形成され、１対の係合密着部３８ｂＢは逃し凹部３８ａから遠のくほど相手側へ接近するようにテーパ状に形成されている。

以下、上記の位置決め固定装置３０のテーパ係合雌部３６の外周側壁部を部分的に変更した種々の例について説明するが、先行する実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。

図１３，図１４に示すように、主軸２の先端部のテーパ穴７の外周側には、テーパ係合雄部３３がテーパ係合雌部３６に密着状に係合する際のテーパ係合雌部３６の外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を促進する弾性変形促進部４０を設けた。この弾性変形促進部４０は、テーパ係合雌部３６を囲繞する壁部に先端開放状に形成された底面視にて円弧状の８つの円弧溝４１を備えている。円弧溝４１と隣接する円弧溝４１の間には、円弧溝４１の周方向長さよりやや短い周方向長さのリブ壁４３が形成され、８つの円弧溝４１の内側にはある程度の剛性を有する環状壁４２が形成されている。

テーパ係合雄部３３がテーパ係合雌部３６に密着状に係合する際には、８つのリブ壁４３と環状壁４２の径拡大方向への弾性変形を介して密着状に係合し、主軸２の軸心と平行な方向と軸心と直交する方向に精度よく位置決め可能になっている。尚、リブ壁４３は、正八角形の円弧状角部に対応する周方向位置に形成されている。尚、円弧溝４１の数は８つに限定されず、８つ未満でもよく、９つ以上でもよい。

このように、弾性変形促進部４０を設けたため、テーパ係合雄部３３がテーパ係合雌部３６に密着状に係合する際に、テーパ係合雌部３６を囲繞する環状壁４２の径拡大方向への弾性変形を促進することができる。しかも、全周に対する複数のリブ壁４３の合計長さの比率を適切に設定することにより、８つのリブ壁４３と環状壁４２の剛性と弾性変形性を適切に設定することができるため、設計の自由度に優れる。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

次に、弾性変形促進部４０の種々の変形例を図１５〜図１８に基づいて説明する。
図１５に示す、第１例の弾性変形促進部４０Ａは、テーパ係合雌部３６を囲繞する壁部に形成された先端解放状の環状溝４７を備えている。この環状溝４７の断面形状は径方向の幅が小さな矩形状である。テーパ係合雌部３６と環状溝４７の間には、径拡大方向へ弾性変形可能で且つある程度の剛性を有する環状壁４８が形成されている。環状壁４８の径方向の厚さを適切に設定することにより、環状壁４８の剛性と弾性変形性を適切に設定することができるため、設計の自由度に優れる。

図１６に示す、第２例の弾性変形促進部４０Ｂは、前記と同様の環状溝４７に加えて、テーパ係合雌部３６の外周側の環状壁４８に形成された複数（例えば、２つ又は４つ）の切欠き部４９が形成されている。

図１７に示す、第３例の弾性変形促進部４０Ｃは、前記と同様の環状溝４７に加えて、テーパ係合雌部３６の外周側の環状壁４８に形成された複数（例えば、８つ）のスリット５０が形成されている。

図１８に示す、第４例の弾性変形促進部４０Ｄは、前記と同様の環状溝４７に加えて、その環状溝４７より内周側の環状壁４８と環状溝４７の上方近傍部に偏平に形成された環状溝５１が形成されている。環状溝４７の上壁部である連結壁４８ａが薄く形成されているため、環状壁４８と連結壁４８ａが径拡大方向に弾性変形しやすくなっている。

図１９は工具ホルダ２５の底面図であり、この図１９に示すシャンク部２７Ｄでは、テーパ係合雄部３３Ｄの主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の５つの円弧状角部３４Ｄと直線状の５つの辺部分３５Ｄとを有する正五角形に形成されている。テーパ係合雌部は、その外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を介してテーパ係合雄部３３Ｄに密着状に係合するように構成されている。５つの辺部分３３Ｄの各々が、直線状に形成されているので、密着状に係合する際に、５つの辺部分３３Ｄの直線状の形状により回転拘束力を向上させることができる。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

図２０は工具ホルダ２５の底面図であり、この図２０に示すシャンク部２７Ｅでは、テーパ係合雄部３３Ｅの主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の６つの円弧状角部３４Ｅと直線状の６つの辺部分３５Ｅとを有する正六角形に形成されている。テーパ係合雌部は、その外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を介してテーパ係合雄部３３Ｅに密着状に係合するように構成されている。６つの辺部分３３Ｅの各々が、直線状に形成されているので、密着状に係合する際に、６つの辺部分３３Ｅの直線状の形状により回転拘束力を向上させることができる。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

図２１は工具ホルダ２５の底面図であり、この図２１に示すシャンク部２７Ｆでは、テーパ係合雄部３３Ｆの主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の５つの円弧状角部３４Ｆと外側へ僅かに膨らんだ緩円弧状の５つの辺部分３５Ｆとを有する正五角形に形成されている。５つの辺部分３５Ｆは、微小曲率の円弧状にカーブしている。テーパ係合雌部は、その外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を介してテーパ係合雄部３５Ｆに密着状に係合する形状に形成されている。

テーパ係合雄部３５Ｆとテーパ係合雌部が主軸２の軸心と直交する方向の断面において正五角形に形成されているため、正多角形でありながら円形に近い形状であるから、壁部の無駄や空間の無駄が非常に少なく、装置を小型化する上で有利であり、製作コスト面でも有利である。密着状に係合する際に、辺部分３５Ｆの接触面積が増加し、高精度に工具ホルダ２５を主軸２に対してセンタリングすることができ、求心性を向上させることができる。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

図２２は工具ホルダ２５の底面図であり、この図２２に示すシャンク部２７Ｇでは、テーパ係合雄部３３Ｇの主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の６つの円弧状角部３４Ｇと外側へ僅かに膨らんだ緩円弧状の６つの辺部分３５Ｇとを有する正六角形に形成されている。６つの辺部分３５Ｇは、微小曲率の円弧状にカーブしている。テーパ係合雌部は、その外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を介してテーパ係合雄部３５Ｇに密着状に係合する形状に形成されている。

テーパ係合雄部３３Ｇとテーパ係合雌部が主軸２の軸心と直交する方向の断面において正六角形に形成されているため、正多角形でありながら円形に近い形状であるから、壁部の無駄や空間の無駄が非常に少なく、装置を小型化する上で有利であり、製作コスト面でも有利である。密着状に係合する際に、辺部分３５Ｇの接触面積が増加し、高精度に工具ホルダ２５を主軸２に対してセンタリングすることができ、求心性を向上させることができる。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

図２３は工具ホルダ２５の底面図であり、この図２３に示すシャンク部２７Ｈでは、テーパ係合雄部３３Ｈの主軸２の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の８つの円弧状角部３４Ｈと外側へ僅かに膨らんだ緩円弧状の８つの辺部分３５Ｈとを有する正六角形に形成されている。８つの辺部分３５Ｈは、微小曲率の円弧状にカーブしている。テーパ係合雌部は、その外周側壁部の径拡大方向への弾性変形を介してテーパ係合雄部３３Ｈに密着状に係合する形状に形成されている。

テーパ係合雄部３３Ｈとテーパ係合雌部が主軸２の軸心と直交する方向の断面において正八角形に形成されているため、正多角形でありながら円形に近い形状であるから、壁部の無駄や空間の無駄が非常に少なく、装置を小型化する上で有利であり、製作コスト面でも有利である。密着状に係合する際に、辺部分３５Ｈの接触面積が増加し、高精度に工具ホルダ２５を主軸２に対してセンタリングすることができ、求心性を向上させることができる。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

図２４，図２５に示すように、この位置決め固定装置３０において、工具ホルダ２５を主軸２に固定する為のクランプ手段として複数のボルト部材６０が備えられている。これら４本のボルト部材６０により工具ホルダ２５を主軸２の先端部に固定している。その他の構成，作用，効果は実施例１と同様である。

ここで、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
［１］テーパ係合雄部３３の内周側壁部が径縮小方向への弾性変形を介してテーパ係合雌部３６に密着状に係合するように構成しても良いし、テーパ係合雄部３３とテーパ係合雌部３６の両方の壁部が径方向へ弾性変形して密着状に係合しても良い。
［２］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

工作機械の主軸と工具ホルダとの間の面圧を高めることで保持力を高め得る工具ホルダ位置決め固定装置であって、伝達トルクを大きくして安定した切削加工が行える工具ホルダ位置決め固定装置である。

本発明の実施例１に係る主軸と工具ホルダ位置決め固定装置の断面図である。工具付き工具ホルダの平面図である。主軸と位置決め固定装置の平面図である。テーパ係合雄部とテーパ係合雌部の辺部分の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第１変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第２変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第３変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第４変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第５変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第６変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第７変形例の要部拡大断面図である。テーパ係合雄部と雌部の辺部分の第８変形例の要部拡大断面図である。実施例２に係る主軸と位置決め固定装置の断面図である。主軸と位置決め固定装置の底面図である。第１変形例の第２係合部を設けた主軸と位置決め固定装置の断面図である。第２変形例の第２係合部を設けた主軸と位置決め固定装置の断面図である。第３変形例の第２係合部を設けた主軸と位置決め固定装置の断面図である。第４変形例の第２係合部を設けた主軸と位置決め固定装置の断面図である。実施例３に係る工具付き工具ホルダの底面図である。実施例４に係る工具付き工具ホルダの底面図である。実施例５に係る工具付き工具ホルダの底面図である。実施例６に係る工具付き工具ホルダの底面図である。実施例７に係る工具付き工具ホルダの底面図である。実施例８に係る主軸と位置決め固定装置の断面図である。工具付き工具ホルダの底面図である。

１主軸装置
２主軸
５ドローバー
７テーパ穴
１０クランプ機構
１１コレット機構
２５工具ホルダ
２７，２７Ｄ〜２７Ｈシャンク部
３０工具ホルダ位置決め固定装置
３１基準面
３２環状面
３３，３３Ｄ〜３３Ｈテーパ係合雄部
３４，３４Ｄ〜３４Ｈ円弧状角部
３５，３５Ａ〜３５Ｃ，３５Ｄ〜３５Ｈ辺部分
３５ａ，３８ａ逃し凹部
３５ｂ，３５ｂＡ，３５ｂＢ係合密着部
３６テーパ係合雌部
３７，３７Ｄ〜３７Ｈ円弧状角部
３８，３８Ａ〜３８Ｃ辺部分
３８ｂ，３８ｂＡ，３８ｂＢ係合密着部
４０，４０Ａ〜４０Ｄ弾性変形促進部

Claims

工作機械の主軸の先端部に工具付き工具ホルダを位置決めし且つ回転伝達可能に装着する為の工具ホルダ位置決め固定装置において、
前記工具ホルダは、主軸の軸心と直交する主軸の環状面に当接して主軸の軸心方向に位置決め可能な基準面と、主軸の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の複数の円弧状角部と複数の辺部分とを有する正多角形に形成され且つ主軸側ほど小径化するテーパ係合雄部を有する第１係合部とを備え、
前記主軸は、前記基準面を受け止める環状面と、前記テーパ係合雄部に係合可能で且つ主軸の軸心と直交する方向の断面が外側へ凸の複数の円弧状角部と複数の辺部分とを有する正多角形に形成されたテーパ係合雌部を有する第２係合部とを備え、
前記第１係合部の主軸の軸心方向の長さが、第１係合部の直径の１／３０〜１／８のサイズに形成され、
前記主軸に工具ホルダを主軸の軸心方向へ引っ張り駆動して固定する為のクランプ手段を設け、
前記テーパ係合雌部と前記テーパ係合雄部の少なくとも一方における前記複数の辺部分の各々は、その中央部に形成された逃し凹部と、この逃し凹部の両側に形成された１対の係合密着部とを有し、
前記テーパ係合雄部の内周側壁部とテーパ係合雌部の外周側壁部の少なくとも一方の径方向への弾性変形を介して、前記テーパ係合雄部がテーパ係合雌部に密着状に係合するように構成したことを特徴とする工具ホルダ位置決め固定装置。
前記テーパ係合雌部と前記テーパ係合雄部の両方における前記複数の辺部分の各々は、その中央部に形成された逃し凹部と、この逃し凹部の両側に形成された１対の係合密着部とを有することを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。
前記テーパ係合雄部の前記主軸の軸心と直交する方向の断面における複数の辺部分の各々が、外側へ僅かに膨らんだ円弧状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。
前記テーパ係合雄部の前記主軸の軸心と直交する方向の断面における複数の辺部分の各々が、直線状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。
前記正多角形の形状が、五角形、六角形、八角形の何れかの形状であることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。
前記テーパ係合雌部の外周側壁部には、前記テーパ係合雌部が前記テーパ係合雄部に密着状に係合する際の径拡大方向への弾性変形を促進する弾性変形促進部を有することを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。
前記クランプ手段が、コレット機構と、このコレット機構に連結されたドローバーと、このドローバーをクランプ駆動する皿バネ積層体とを有することを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。
前記テーパ係合雄部と前記テーパ係合雌部のテーパ勾配は、１：５〜１：１０であることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ位置決め固定装置。