JP5378422B2

JP5378422B2 - 工具ホルダ

Info

Publication number: JP5378422B2
Application number: JP2011001322A
Authority: JP
Inventors: 秀昭田口; 進三▲角▼
Original assignee: 株式会社日研工作所
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: JP2012139809A

Description

本発明は、工具ホルダの回転バランス調整機構に関する。

工具ホルダは、後端側で工作機械の主軸に装着され、先端側で切削工具を把持し、回転しながら工作物を切削加工する。工具ホルダが切削工具を把持した状態で、回転バランスが釣り合っていないと、振動の原因となり、加工精度が低下する。回転バランスの不釣合いは、回転軸線を中心とする所定位置からの角度（アンバランス位置）およびアンバランス位置で偏心した質量および回転軸線からの距離の積（アンバランス量）で表すことができる。機械加工用刃具の高速回転化に伴い、精度良く切削加工するためには、切削工具を把持した状態で工具ホルダの回転バランスが釣り合っていることが重要である。

工具ホルダ自身の回転バランスが釣り合っていても、把持される切削工具を交換すると、工具ホルダの把持部と切削工具のシャンク部とのクリアランスが大きい場合には工具ホルダおよび切削工具からなる全体の回転バランスが不釣合いになる場合がある。また、ボーリングバーのようにボーリング径を任意に調整可能な切削工具にあっては、ボーリング径を調整した時に回転バランスも変化するため、工具ホルダにおいて回転バランスを調整可能なことが望ましい。かかる工具ホルダとしては従来、例えば、特開２００４−６６４４３号公報（特許文献１）に記載のごときものが知られている。特許文献１に記載の工具ホルダは、ホルダ本体外周にねじ穴を周方向所定間隔に複数形成し、これらのねじ穴のうち任意のねじ穴に重量バランス調整部材を着脱可能に螺着して、工具ホルダおよび切削工具を含む全体の回転バランスを調整するというものである。

特開２００４−６６４４３号公報

しかし、上記従来のような工具ホルダにあっては、さらなる改善の余地があった。つまり、回転バランス調整がねじ穴の位置や個数に限定されるため、アンバランス量とアンバランス位置を完全に打ち消すための重量バランス調整部材の螺着が困難であった。また高速回転中に遠心力によって重量バランス調整部材が飛び出さないような措置をとる必要があった。

本発明は、上述の実情に鑑み、容易かつ一層適正な回転バランス調整が可能であって、しかも回転バランスを調整するための部材が飛び出す虞がない工具ホルダを提供することを目的とする。

この目的のため本発明による工具ホルダは、軸線方向先端側に設けられた工具着脱部と、軸線方向後端側に形成されたシャンク部とを有するホルダ本体と、シャンク部よりも先端側のホルダ本体外周に相対回転可能に取り付けられる円環であって、周方向における一方の半円領域で第１の重さ分布に形成され、周方向における他方の半円領域で第１の重さ分布よりも重い第２の重さ分布に形成された２個のバランスリングと、アンバランス位置を示すための位置表示部を有しホルダ本体外周に相対回転可能に取り付けられる位置表示リングとを備える。そして２個のバランスリングの相対回転位置を調節することにより全体の回転バランスを調整することとした。

かかる本発明によれば、工具ホルダおよび切削工具を含む全体の回転バランスを連続的に変化させることが可能となり、アンバランス位置においてアンバランス量を完全に打ち消すことができる。またバランスリングの相対回転位置を調節することから操作が容易である。しかもバランスリングの中心孔にホルダ本体が貫通することから、回転バランスを調整するための部材であるバランスリングが高速回転中に飛び出す虞がない。またアンバランス位置を示すための位置表示部により、バランスリングの相対回転位置の調節が一層容易になる。さらに位置表示リングの回転位置を調節することにより、アンバランス位置を明示することができる。したがって工具着脱部に把持される切削工具を取り替える度にアンバランス位置が変化する場合であっても、回転バランスを容易に調整することができる。

なお、一方の半円領域で第１の重さ分布に形成されるとは、一方の半円領域に複数の小孔、あるいは小凹部を周方向所定間隔に設けるものであってもよいし、一方の半円領域に他方の半円領域よりも比重の軽い材料を用いるものであってもよい。また他の実施形態として、他方の半円領域に小凸部を周方向所定間隔に設けるものであってもよい。

好ましい実施形態として第１の重さ分布は、一方の半円領域に沿って周方向に延びる空所を設けることによって形成される。これにより、第１の重さ分布と第２の重さ分布との重量差を最大にしてアンバランス量の調整範囲を大きくすることができる。なお空所とは、長孔などの空洞であってもよいし、あるいは周方向溝であってもよい。

１実施形態として２個のバランスリングにはそれぞれ、第１の重さ分布領域と第２の重さ分布領域との境界を基点として、第２の重さ分布領域に沿う目盛が設けられる。かかる実施形態によれば、２個のバランスリングの相対回転位置の調節が容易になる。

本発明は１実施形態に限定されるものではないが、バランスリングは、３６０度回転自在にホルダ本体外周に取り付けられてもよい。かかる実施形態によれば、回転バランスの調整可能範囲を最大にすることができる。したがってアンバランス量の大きな切削工具にも対応することができる。

位置表示リングはホルダ本体に設けられるものであって特に限定されない。

好ましい実施形態として位置表示リングは、バランスリングと隣り合うようにシャンク部よりも先端側のホルダ本体外周に取り付けられる。かかる実施形態によれば、回転バランスを容易に調整することができる。

１実施形態として、バランスリングおよび位置表示リングは、略同じ外径寸法および内径寸法を有しており、ホルダ本体は、重ね合わされた２個のバランスリングおよび位置表示リングが軸線方向先端側へ移動することを防止するストッパ部をさらに有してもよい。また、ホルダ本体の工具着脱部には、刃具と、刃具から軸線までの径方向距離を調整可能な調整機構とを有する工具が取り付けられてもよい。

本発明は、１のバランスリングと他のバランスリングを相対回転させることにより、アンバランス量が連続的に変化する。したがって従来例よりも容易かつ一層適正な回転バランス調整が可能になる。しかもバランスリングはホルダ本体の外周に取り付けられることから、遠心力によって飛び出す虞がない。

本発明の一実施例になる工具ホルダを示す側面図である。同実施例の１のバランスリングを取り出して示す正面図である。同実施例の他のバランスリングを取り出して示す正面図である。同実施例の工具ホルダを分解して示す側面図である。工具ホルダの一部を拡大して示す断面図である。２個のバランスリングによる回転バランスの調整の様子を示す正面図である。２個のバランスリングによる回転バランスの調整の様子を示す正面図である。２個のバランスリングによる回転バランスの調整の様子を示す正面図である。２個のバランスリングによる回転バランスの調整の様子を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例になる工具ホルダを示す側面図である。工具ホルダ１０は、軸線方向先端側に設けられた工具着脱部１２および軸線方向後端側に形成されたシャンク部１３を有するホルダ本体１１と、シャンク部１３よりも先端側のホルダ本体外周に相対回転可能に取り付けられる２個のバランスリング２１Ａ，２１Ｂとを備える。

ホルダ本体１１のシャンク部１３は、中心軸線に沿って延び、外周が軸線方向後端に向かうほど細くなる先細形状である。またシャンク部１３には、後端から中心軸線に沿って延びる図示しないプルスタット取付孔が形成されている。シャンク部１３は図示しない工作機械の主軸に装着される。工具ホルダ１０は工作機械の主軸によって軸線を中心に高速回転される。

シャンク部１３よりも軸線方向先端側には、シャンク部１３よりも大径のフランジ部１４が形成されている。フランジ部１４の外周縁には、周方向に延びるＶ字溝１４２が形成されている。またフランジ部１４の外周縁には、軸線方向に延びるドライブキー溝１４３，１４４が、周方向１８０度の間隔を開けて２個所に形成されている。

本実施例において、ホルダ本体１１の工具着脱部１２には、切削工具としてボーリングヘッド３１が着脱可能に取り付けられる。ボーリングヘッド３１の軸線方向先端側にはボーリングバイト４１が着脱可能に取り付けられる。ボーリングバイト４１はバー４２およびチップ４３を有する。チップ４３は、工作物を切削する刃具であり、バー４２先端に交換可能に取り付けられる。ボーリングヘッド３１は調整機構を有し、中心軸線からチップ４３までの径方向距離が調整可能である。

ボーリングヘッド３１を調整し、図１に矢印で示す方向Ｕにボーリングバイト４１を移動させて、軸線からボーリングバイト４１までの径方向距離を長くすると、チップ４２が工作物を切削する際のボーリング半径が大きくなるとともに、工具ホルダ１０とボーリングヘッド３１とボーリングバイト４１とを含む全体のアンバランス量が大きくなる。反対にボーリングバイト４１が軸線に近づくようボーリングヘッド３１を調整すると、ボーリング半径が小さくなるとともに、工具ホルダ１０とボーリングヘッド３１とボーリングバイト４１とを含む全体のアンバランス量が小さくなる。したがってボーリングバイト３１が軸線と略一致すると、全体のアンバランス量が最も小さくなる。ここでアンバランス位置Ｕにおけるアンバランス量は、ボーリングバイト４１の質量と軸線からの径方向距離との積である。

バランスリング２１Ａとバランスリング２１Ｂは、全く同じ部品であって、同一寸法かつ同一形状の円環である。バランスリング２１Ａの軸線方向両端面はともに平坦であって軸線方向先端側端面から後端側端面までの寸法は全周において均一であり、バランスリング２１Ａの径方向厚みは全周において均一である。バランスリング２１Ｂについても同様である。

バランスリング２１Ａ，２１Ｂの中心孔にはホルダ本体１１が貫通する。バランスリング２１Ｂはフランジ部１４の両端面のうち軸線方向先端側の端面に突き当てられて、ホルダ本体１１の外周に相対回転可能に取り付けられる。バランスリング２１Ａはバランスリング２１Ｂの軸線方向先端側端面に隣接するよう、ホルダ本体１１の外周に相対回転可能に取り付けられる。バランスリング２１Ａの軸線方向先端側端面に隣接して、後述する位置表示リング２６が、ホルダ本体１１の外周に相対回転可能に取り付けられる。

図２はバランスリング２１Ａを取り出して示す正面図であり、図３はバランスリング２１Ｂを取り出して示す正面図であり、これら図２および図３は軸線方向先端側からみた状態である。バランスリング２１Ａには周方向の半円領域に亘って延びる長孔２２が形成される。長孔２２は軸線方向に貫通するとともに周方向にわたって一定断面である。また、軸線方向からみて長孔２２の周方向両端部は半円状の丸みを帯びている。

これにより、長孔２２が配置されるバランスリング２１Ａの半円領域は相対的に軽くなり、長孔２２が配置されないバランスリング２１Ａの残りの半円領域は相対的に重くなる。これにより、バランスリング２１Ａの周方向における一方の半円領域は長孔２２を含み、第１の重さ分布に形成される。また長孔２２を含まないバランスリング２１Ａの周方向における他方の半円領域は、第１の重さ分布よりも重い第２の重さ分布に形成される。

このように第１の重さ分布領域は中空にされ、第２の重さ分布領域は中実にされる。なお第２の重さ分布領域には径方向に貫通する雌ねじ孔２３が形成され、雌ねじ孔２３には径方向外側から止めねじ２４が螺合される。止めねじ２４を締め付けると止めねじ２４の先端がホルダ本体１１の外周面に当接して、バランスリング２１Ａを回転不能に固定する。バランスリング２１Ｂについても同様である。なお、雌ねじ孔２３および止めねじ２４は、固定手段の一例であり、他の固定手段であってもよい。

バランスリング２１Ａの外周面のうち第２の重さ分布領域には目盛Ｍａが打刻される。目盛Ｍａは、第１の重さ分布領域と第２の重さ分布領域との境界を基点０°とし、図２おいて０°から９０°まで反時計回りに打刻される。バランスリング２１Ｂの外周面のうち第２の重さ分布領域には目盛Ｍｂが打刻される。目盛Ｍｂは、第１の重さ分布領域と第２の重さ分布領域との境界を０°とし、０°から９０°まで時計回りに打刻される。

図４は同実施例の工具ホルダ１０を分解して示す側面図であり、一部を断面にして示す。バランスリング２１Ａ，２１Ｂおよび位置表示リング２６の内径は、ホルダ本体１１におけるフランジ部１４よりも軸線方向先端側の外周面１１ｓに対する相対回転に支障がなく、かつ外周面１１ｓに対しがたつきがない範囲で、ホルダ本体の外周面１１ｓの外径と略同一に形成される。そして工具ホルダ１０の組み立て時には、図４に示すように３個の円環２１Ａ，２１Ｂ，２６を軸線方向先端側から矢印方向へ外周面１１ｓに順次嵌め込み、次にＣ字状のスナップリング２８を外周面１１ｓに刻設された周方向溝１１ｇに係合させる。

図５は、工具ホルダ１０の一部を拡大して示す断面図である。組み立てられた工具ホルダ１０において、フランジ部１４と、バランスリング２１Ｂと、バランスリング２１Ａと、位置表示リング２６は順次、軸線方向後端側から先端側に向かって隣り合って配置され、３個の円環２１Ａ，２１Ｂ，２６はがたつきがないよう外周面１１ｓの全周に亘って直接接触し、しかも外周面１１ｓに対して相対回転可能である。またスナップリング２８は、外周面１１ｓのうち、バランスリング２１Ａ，２１Ｂおよび位置表示リング２６が取り付けられる部位よりも軸線方向先端側に取り付けられる。

かくしてスナップリング２８は、フランジ部１４との間に、バランスリング２１Ａ，２１Ｂおよび位置表示リング２６を保持し、これらの円環２１Ａ，２１Ｂ，２６が軸線方向先端側へ移動することを防止するストッパ部としての役割を果たす。そしてフランジ部１４からスナップリング２８までの間の軸線方向領域を、回転バランスの調整のために有効利用することができる。

またバランスリング２１Ａ，２１Ｂおよび位置表示リング２６は、略同じ外径寸法および内径寸法を有している。そして、これら円環２１Ａ，２１Ｂ，２６の外径寸法はフランジ部１４の外径寸法Ｒ₁₄よりも小さい。さらに、これら円環２１Ａ，２１Ｂ，２６の内径寸法は外周面１１ｓの外径寸法Ｒ_11Sと略同じである。これにより、フランジ部１４の外径寸法Ｒ₁₄から外周面１１ｓの外径寸法Ｒ_11Sまでの環状空間を、回転バランスの調整のために有効利用することができる。

本実施例では、ホルダ本体１１、位置表示リング２６、およびスナップリング２８の回転バランスが釣り合っている。そして工具着脱部１２にボーリングヘッド３１およびボーリングバイト４１などの切削工具が把持される場合に、バランスリング２１Ａ，２１Ｂの相対回転位置を調節して、工具ホルダ１０、ボーリングヘッド３１、およびボーリングバイト４１全体の回転バランスを調整する。ただし、ホルダ本体１１や位置表示リング２６の回転バランスが釣り合っていなくても、バランスリング２１Ａ，２１Ｂの調節によって回転バランスを調整可能である。しかも本実施例では、図５に示すように、バランスリング２１Ａ，２１Ｂは外周面１１ｓに直接接触することから、回転バランスを好適に調整することができる。

図６〜図９は２個のバランスリングによる回転バランスの調整の様子を示す正面図であり、これらは軸線方向先端側からみた状態である。図６に示すように、実線で表される長孔２２を含むバランスリング２１Ａの第１の重さ分布領域と、破線で表される長孔２２を含むバランスリング２１Ｂの第１の重さ分布領域とが互いに重ならない周方向相対位置にされたときに、バランスリング２１Ａにおける第１の重さ分布領域と第２の重さ分布領域との境界が、バランスリング２１Ｂにおける第１の重さ分布領域と第２の重さ分布領域との境界と周方向同位置にされる。第１の重さ分布領域と第２の重さ分布領域との境界は周方向に１８０度離れて２箇所あるところ、相互に周方向同位置にされる１箇所の境界を基点０°として目盛Ｍａ，Ｍｂがそれぞれ設けられる。

アンバランス位置を示す位置表示部としての位置表示リング２６には、外周面の周方向１位置にマークＭが打刻されている。そして通常、マークＭがアンバランス位置Ｕから周方向に１８０度離れた位置にされて、位置表示リング２６は止めねじなどの固定手段により回転不能にされている。

次に工具ホルダ１０とボーリングヘッド３１とボーリングバイト４１とを含む全体の回転バランスの調整方法について説明する。

全体の回転バランスの調整は、２個のバランスリング２１Ａ，２１Ｂの相対回転位置を調節することにより行われる。

まずバランスリング２１Ａに螺合する止めねじ２４およびバランスリング２１Ｂに螺合する止めねじ２４をそれぞれ緩め、バランスリング２１Ａ，２１Ｂを双方回転可能にする。そして図６に示すように、アンバランス位置Ｕから周方向１８０度離れた位置（マークＭ）に、２個のバランスリング２１Ａ，２１Ｂの基点０°を合わせる。なお本実施例では、アンバランス位置Ｕから周方向１８０度離れたホルダ本体１１の外周面にマークＭが打刻されていてもよい。図６に示す状態で、２個のバランスリング２１Ａ，２１Ｂのみに関する回転バランスは釣り合っていることから、全体の回転バランスはなんら調整されていない。

切削工具を把持した状態の工具ホルダ１０の回転バランスは、バランシングマシンによって正確に測定することができる。図６に示す状態で切削工具および工具ホルダ１０を含む全体の回転バランスが既に釣り合っていれば、回転バランス調整は不要である。

釣り合っていない場合、次に図７に矢印で示すように、バランスリング２１ＡをＲａ方向に時計回転させ、バランスリング２１ＢをＲｂ方向に反時計回転させる。バランスリング２１Ａ，２１Ｂの回転方向は逆であるが、回転角度は同一である。これにより、バランスリング２１Ａの長孔２２とバランスリング２１Ｂの長孔２２がアンバランス位置Ｕで相互に重なり合う。これにより、アンバランス位置Ｕにおけるバランスリング２１Ａ，２１Ｂの質量分布が軽くなる。一方で、アンバランス位置Ｕから周方向１８０度離れた位置（マークＭ位置）におけるバランスリング２１Ａ，２１Ｂの質量分布が重くなる。

そしてバランスリング２１Ａ，２１Ｂを同じ目盛だけ回転させることにより、アンバランス位置ＵとマークＭ位置とを結ぶ仮想直線に対しバランスリング２１Ａ，２１Ｂの質量分布が線対称になる。これによりアンバランス位置Ｕにおけるボーリングヘッド３１およびボーリングバイト４１のアンバランス量が、バランスリング２１Ａ，２１Ｂの回転量に応じて連続的に減殺される。

上記操作により全体の回転バランスが釣り合えば、バランスリング２１Ａに螺合する止めねじ２４およびバランスリング２１Ｂに螺合する止めねじ２４をそれぞれ締め付けてバランスリング２１Ａ，２１Ｂを固定する。これにより回転バランス調整が終了する。

図７に示す回転バランス調整では不十分である場合には、図８に矢印で示すようにバランスリング２１ＡをＲａ方向にさらに時計回転させ、バランスリング２１ＢをさらにＲｂ方向に反時計回転させる。バランスリング２１Ａ，２１Ｂの回転方向は逆であるが、回転角度は同一である。バランスリング２１Ａ，２１Ｂを同じ目盛、例えば６０°、回転させることにより、バランスリング２１Ａ，２１Ｂはアンバランス位置Ｕでさらに軽くなり、アンバランス位置Ｕから１８０度離れた周方向位置でさらに重くなる。これによりアンバランス位置Ｕにおけるボーリングヘッド３１およびボーリングバイト４１のアンバランス量がさらに減殺される。

図８に示す回転バランス調整では不十分である場合には、図９に矢印で示すようにバランスリング２１ＡをＲａ方向にさらに時計回転させ、バランスリング２１ＢをさらにＲｂ方向に反時計回転させる。バランスリング２１Ａ，２１Ｂの回転方向は逆であるが、回転角度は同一である。バランスリング２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ９０°回転させることにより、バランスリング２１Ａ，２１Ｂはアンバランス位置Ｕで最大に軽くなり、アンバランス位置Ｕから１８０度離れた周方向位置で最大に重くなる。図９に示す状態でアンバランス位置Ｕにおけるボーリングヘッド３１およびボーリングバイト４１のアンバランス量が最大に減殺される。

回転バランス調整が終了すると、止めねじ２４をそれぞれ締め付けて、バランスリング２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ回転不能に固定する。

なお本実施例においてボーリングヘッド３１は棒状のボーリングバイト４１を把持するがこれに限られるものではない。ボーリングヘッド３１およびボーリングバイト４１が他の形状の工具であっても、工具ホルダ１０は全体の回転バランスの調整が可能である。

また本実施例において工具ホルダ１０は、ボーリング半径の調節が可能なボーリングヘッド３１を把持するものであるがこれに限られるものではなく、工具着脱部１２がエンドミル、リーマなどの切削工具を把持する形式であってもよい。

また本実施例において位置表示リング２６は１実施例であり、位置表示リング２６に代えて、単なるマークＭをホルダ本体１１に打刻してもよい。本実施例の場合、アンバランス量は方向Ｕに位置することが明らかなためである。

以上、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明になる工具ホルダは、工作機械において有利に利用される。

１０工具ホルダ、１１ホルダ本体、１２工具着脱部、１３シャンク部、１４フランジ部、２１Ａ，２１Ｂバランスリング、２２長孔、２６位置表示リング、
２８スナップリング、３１ボーリングヘッド、４１ボーリングバイト。

Claims

軸線方向先端側に設けられた工具着脱部と、軸線方向後端側に形成されたシャンク部とを有するホルダ本体と、
前記シャンク部よりも先端側のホルダ本体外周に相対回転可能に取り付けられる円環であって、周方向における一方の半円領域で第１の重さ分布に形成され、周方向における他方の半円領域で前記第１の重さ分布よりも重い第２の重さ分布に形成された２個のバランスリングと、
アンバランス位置を示すための位置表示部を有し、前記ホルダ本体外周に相対回転可能に取り付けられる位置表示リングとを備え、
前記２個のバランスリングの相対回転位置を調節することにより全体の回転バランスを調整することとした工具ホルダ。
前記第１の重さ分布は、前記一方の半円領域に沿って周方向に延びる空所を設けることによって形成される、請求項１に記載の工具ホルダ。
前記２個のバランスリングにはそれぞれ、前記第１の重さ分布領域と前記第２の重さ分布領域との境界を基点として、前記第２の重さ分布領域に沿う目盛が設けられる、請求項１または２に記載の工具ホルダ。
前記バランスリングは、３６０度回転自在にホルダ本体外周に取り付けられる、請求項１〜３のいずれかに記載の工具ホルダ。
前記位置表示リングは、前記バランスリングと隣り合うように前記シャンク部よりも先端側のホルダ本体外周に取り付けられる、請求項１〜４のいずれかに記載の工具ホルダ。
前記バランスリングおよび前記位置表示リングは、略同じ外径寸法および内径寸法を有しており、
前記ホルダ本体は、重ね合わされた２個の前記バランスリングおよび前記位置表示リングが軸線方向先端側へ移動することを防止するストッパ部をさらに有する、請求項５に記載の工具ホルダ。
前記ホルダ本体の工具着脱部には、刃具と、前記刃具から軸線までの径方向距離を調整可能な調整機構とを有する工具が取り付けられる、請求項１〜６のいずれかに記載の工具ホルダ。