JP5475176B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、エンドミルやリーマといった刃物のシャンク部と、刃物のシャンク部をチャッキングする工具ホルダに関する。

刃物のシャンク部およびこれをチャッキングする工具ホルダとしては従来、例えば、特開２００２−３４６８６４号公報（特許文献１）、特開２００１−８７９６９号公報（特許文献２）、および実開平６−８０５０９号公報（特許文献３）に記載のものが知られている。かかる従来の工具ホルダは２本のサイドロックボルトを備える。また刃物のシャンク部には、基本的には円形断面であって、その外周に２箇所の平坦面が形成される。そして２本のサイドロックボルトを締め付けることにより、各サイドロックボルトの先端が各平坦面とそれぞれ当接して、刃物のシャンク部をチャッキングするというものである。

特開２００２−３４６８６４号公報 特開２００１−８７９６９号公報 実開平６−８０５０９号公報

しかし、上記従来の刃物のシャンク部にあっては、更なる改善の余地があることを本発明者は見出した。つまりシャンク部の外周に形成された２箇所の平坦面が周方向所定位置に整列して設けられるため、シャンク部がサイドロックボルトから特定の径方向押圧力を受けてしまう。このようにシャンク部がサイドロックボルトによって特定の径方向に押圧されることから、チャッキングに改善の余地がある。また、シャンク部の軸線が正規の位置からずれてしまうという所謂芯ぶれの懸念が生じる。

本発明は、上述の実情に鑑み、従来と比較して改善されたチャッキングのための刃物を提供することを目的とする。

この目的のため第１発明による刃物のシャンク構造は、工具ホルダにチャッキングされる刃物のシャンク部において、シャンク部の外周には、工具ホルダの本体に取り付けられたサイドロックボルトと当接するための第１および第２平坦面が、周方向に異なる箇所に形成されることを特徴とする。

かかる第１発明によれば、平坦面がシャンク部の周方向に異なる複数箇所に形成されることから、シャンク部が互いに異なる方向から複数の径方向押圧力を受ける。したがって、シャンク部がサイドロックボルトから特定の径方向押圧力を受けることがなく、従来よりも改善されたサイドロックボルト式チャッキング機構を提供することができる。第１発明は第１および第２平坦面の他、更なる平坦面を周方向で異なる箇所に形成することを排除するものではない。

第１発明の好ましい実施形態として、第１および第２平坦面の少なくとも一方は、刃物の先端側に指向するようシャンク部の軸線に対して１度以上１０度以下の所定角度で傾斜した面である。かかる実施形態によれば、シャンク部の平坦面が受けるサイドロックボルトからの押圧力が、軸線方向後端側へ向かう成分を含み、シャンク部を工具ホルダに差し込むよう付勢する。したがってシャンク部をより確実にチャッキングすることができる。より好ましい実施形態として平坦面は刃物の先端側に指向するようシャンク部の軸線に対して５度傾斜した面である。

なお、第１および第２平坦面がシャンク部の軸線に対して１度未満で傾斜する場合、シャンク部を工具ホルダに差し込むよう付勢する力が弱くなってしまう。また、第１および第２平坦面がシャンク部の軸線に対して１０度を超えて傾斜する場合、シャンク部を径方向に押圧する力が弱くなってしまう。他の実施形態として、シャンク部の平坦面は軸線と平行であってもよい。

第１発明の好ましい実施形態として、第１平坦面は第２平坦面に対しシャンク部の軸線回りに６０度以上１２０度以下の所定角度で離れた位置に設けられる。かかる実施形態によれば、第１平坦面が受ける押圧力と第２平坦面が受ける押圧力が互いに交差することから、シャンク部を工具ホルダの内周面に好適に押し付けてチャッキングが向上する。より好ましい実施形態として第１平坦面は第２平坦面に対しシャンク部の軸線回りに８０度以上１００度以下の所定角度で離れた位置に設けられる。さらに好ましい実施形態として第１平坦面は第２平坦面に対しシャンク部の軸線回りに９０度離れた位置に設けられる。

なお、第１平坦面と第２平坦面との間の角度が６０度未満である場合、シャンク部を特定の径方向に押圧する力が大きくなってしまう。また、第１平坦面と第２平坦面との間の角度が１２０度を超える場合、第１平坦面がサイドロックボルトから受ける力と第２平坦面がサイドロックボルトから受ける力との合力が打ち消される割合が多くなってしまい、シャンク部を工具ホルダに向かって径方向に押圧する力が弱くなってしまう。

好ましい実施形態として、第１および第２平坦面の少なくとも一方は、摩擦係数が高くなるよう表面処理されている。かかる実施形態によれば表面処理された平坦面がサイドロックボルトと当接する際、両者が滑り難くなり、サイドロックボルトが平坦面を確実に押圧することができる。したがって、シャンク部が工具ホルダから一層抜け難くなる。かかる表面処理として例えばショットピーニング処理やメッキ処理が挙げられる。あるいは他の物理的処理ないし化学的処理であってもよい。

第１発明の一実施形態として刃物のシャンク構造は、シャンク部から刃物の先端に向かって延びる液体通路を備える。かかる実施形態によれば、切削液や洗浄液といった液体を工具ホルダから刃物に供給して、刃物の刃先からワークへ液体を直接噴射することができる。他の実施形態として、刃物を経由することなく液体を工具ホルダから刃先に向けて噴射してもよい。

また第２発明による工具ホルダは、軸線方向先端から軸線方向後端側に向かって延びる工具保持孔を中心に有する筒状の工具着脱部と、周方向に異なる箇所で工具着脱部の外周面から内周面まで延びる第１および第２の貫通孔にそれぞれ螺合する第１および第２のサイドロックボルトとを備え、第１および第２のサイドロックボルトを締め付け回転させて第１および第２のサイドロックボルトの先端に形成された平坦な先端面を刃物のシャンク部にそれぞれ当接させることによって刃物のシャンク部をチャッキングするよう構成される。かかる第２発明によれば、第１および第２のサイドロックボルト先端の平坦な先端面がシャンク部に形成された第１および第２平坦面と向き合い、第１発明のシャンク構造を好適にチャッキングすることができる。第２発明は第１および第２のサイドロックボルトの他、更なるサイドロックボルトを周方向で異なる箇所に形成することを排除するものではない。

好ましい実施形態として工具着脱部は、該工具着脱部の軸線方向先端部に設けられて刃物のシャンク部を芯出しおよび把握する芯出し用把握手段をさらに有し、第１および第２のサイドロックボルトは、刃物のシャンク部が芯出し用把握手段によって芯出しおよび把握された状態で、該刃物のシャンク部をチャッキングする。

かかる実施形態によれば、刃物のシャンク部を芯出しするので工具着脱部の先端部が刃物のシャンク部を周方向均等に把握することができる。したがって工具ホルダの軸線と刃物の軸線が一致して、刃物を高精度で把握することができる。この後、複数のサイドロックボルトが最終締付機能として刃物のシャンク部を回り止めする。これら芯出し用把握手段および複数のサイドロックボルトにより、長時間の切削加工に対してもチャッキングが緩むことがない。

芯出し用把握手段は特に限定されない。一実施形態として芯出し用把握手段は、工具着脱部の外周面に形成されて軸線方向先端側に向かって細くなるテーパと、内周面が工具着脱部の外周面と同じ角度のテーパに形成されて、サイドロックボルトよりも軸線方向先端側で工具着脱部の外周面を包囲する筒状の締付部材と、締付部材の内周面と工具着脱部の外周面との間の環状空間に配置される複数のニードルローラと、これらのニードルローラを軸線に対して円周方向に所定の角度傾斜するように保持するリテーナとを含む。そして締付部材を回転することによりニードルローラを自転させつつ螺旋状に公転させて工具保持孔を縮径または復元させるよう構成される。

かかる実施形態によれば、締付部材を締め付け方向に回転するとテーパ作用で工具保持孔が軸線方向所定寸法に亘って縮径し、工具ホルダの軸線と刃物の軸線が一致するとともにシャンク部を全周に亘って均等な力で締め付けて把握することができる。したがって芯出し用把握手段を好適に実現することができる。

一実施形態としてサイドロックボルトは、貫通孔に螺合するボルト本体と、刃物のシャンク部と当接する押え面が形成されてボルト本体の先端部に押え面の向きが変更自在となるように取り付けられた押え部材とを含む。かかる実施形態によれば、シャンク部の平坦面がサイドロックボルトの進出方向と直交しない場合であっても、サイドロックボルトを締め付け方向に回転させるとサイドロックボルト先端の押え面がシャンク部の平坦面に倣って向きを変え、平坦面に面接触する。したがって、サイドロックボルトがシャンク部の平坦面を確りと押圧して、シャンク部を一層確実にチャッキングすることができる。

好ましい実施形態としてサイドロックボルトの平坦な先端面は、摩擦係数が高くなるよう表面処理されていてもよい。かかる実施形態によれば表面処理されたサイドロックボルトの先端面がシャンク部の平坦面と当接する際、両者が滑り難くなり、サイドロックボルトが平坦面を確実に押圧することができる。したがって、シャンク部が工具ホルダから一層抜け難くなる。かかる表面処理として例えばショットピーニング処理やメッキ処理が挙げられる。あるいは他の物理的処理ないし化学的処理であってもよい。なお摩擦係数が高くなるよう表面処理されるサイドロックボルトは第１および第２のサイドロックボルトの少なくとも一方である。かかるサイドロックボルトの先端面と当接するシャンク部の平坦面は、上述した第１平坦面および第２平坦面の少なくとも一方であればよい。

より好ましい実施形態として本発明の工具ホルダは、工具保持孔の孔底側に設けられて、工具保持孔に差し込まれる刃物のシャンク部の軸線方向位置を規定するストッパ部材をさらに備えるとよい。

さらに好ましい実施形態としてストッパ部材は軸線方向に貫通する連絡通路を有し、連絡通路の先端側開口は、刃物のシャンク部に設けられた液体通路の後端開口と接続するよう構成されるとよい。

このように本発明のシャンク構造は、刃物のシャンク部が特定の径方向押圧力を受けることがなく、改善されたチャッキングを提供する。

本発明の一実施形態になる刃物を示す側面図である。 本発明の一実施形態になる刃物および工具ホルダを示す全体図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩにおける横断面図である。 工具ホルダの軸線方向先端部分を示す正面図である。 工具ホルダから蓋部材を取り外した軸線方向先端部分を示す正面図である。 工具ホルダの工具着脱部内周面に形成された条溝を示す全体図である。 刃物のシャンク部を把握していないチャッキング前の工具ホルダを示す全体図である。 本発明の他の実施形態になる刃物を示す側面図である。 本発明の他の実施形態になる工具ホルダを示す全体図である。 本発明の変形例になるサイドロック式チャッキング構造を示す縦断面図である。 本発明の他の変形例になるサイドロック式チャッキング構造を示す縦断面図である。 本発明の変形例になる刃物のシャンク部を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態になる刃物を示す側面図である。図２は本発明の一実施形態になる工具ホルダを示す全体図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩで同実施形態の工具ホルダおよび刃物を切断して矢印方向にみた状態を示す横断面図である。図４は、同実施形態の軸線方向先端部分を示す正面図である。図５は、同実施形態から蓋部材を取り外した軸線方向先端部分を示す正面図である。図６は、同実施形態の工具着脱部内周面に形成された条溝を示す全体図であり、図７は、刃物のシャンク部を把握していないチャッキング前の同実施形態を示す全体図である。図２、図６、および図７において、上半分は縦断面図であり、下半分は側面図である。図４には、図２を表す断面および図６を表す断面を、ＩＩ−ＩＩおよびＶＩ−ＶＩの一点鎖線で示す。

鋼製の刃物６０は、軸線Ｏ方向先端領域に超鋼合金の刃部６０ｂを有し、軸線方向後端領域にシャンク部６１を有する。シャンク部６１は基本的に半径一定の円形断面を有する円柱状部分である。ただしシャンク部６１の外周には、切削加工によって２ヶ所の平坦面（以下、第１平坦面６２および第２平坦面６３という）が形成される。

図１に示すように第１平坦面６２および第２平坦面６３はシャンク部６１の軸線方向後端部に配設される。図２に示すように第１平坦面６２は、シャンク部６１の軸線Ｏに対して平行ではなく、刃物６０の先端側に指向するようやや傾斜する。その傾斜角度は軸線Ｏに対して５度である。あるいは第１平坦面６２は、１度〜１０度の範囲内で傾斜した面である。第２平坦面６３も同様である。

図３に示すように、第１平坦面６２は第２平坦面６３に対しシャンク部６１の軸線Ｏ回りに９０度離れた位置に設けられる。あるいは第１平坦面６２は、８０〜１００度の範囲内で離れた位置に設けられる。なお、図３に示す９０度は、第１平坦面６２の周方向中央から第２平坦面６３の周方向中央までの角度である。

工具ホルダ１０は、主要な構成部品として、ホルダ本体１１と、第１および第２のサイドロックボルト２３ａ，２３ｂと、締付部材３２とを備える。

金属製のホルダ本体１１は、一点鎖線で示す軸線Ｏに沿って延び、軸線方向先端領域に刃物６０をチャッキングする工具着脱部１２と、軸線方向後端領域に工作機械の主軸に装着される装着部１３とをそれぞれ有する。ホルダ本体１１の軸線Ｏ方向中央部には、工具着脱部１２および装着部１３よりも外径方向に張り出した大径のフランジ部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が形成されている。

装着部１３は図示しない工作機械の主軸に嵌合する形状であって、本実施形態の装着部１３の外周面は軸線方向後端に向かうほど半径が小さくなるテーパに形成される。装着部１３にはホルダ本体１１の中心になる軸線Ｏに沿って延びる中央孔１３２が形成される。中央孔１３２はホルダ本体１１の軸線方向後端から軸線方向先端側へ延び、軸線方向途中位置で数種類の異なる内径に形成されている。そして先端側に向かった最も奥で小径の中央小孔１３３にされる。中央孔１３２の軸線方向後端部には図示しない主軸側部材が嵌合し、この主軸側部材に後方へ引き込まれることによって装着部１３は工作機械のセンタースルークーラント主軸に確りと装着される。そしてセンタースルークーラント主軸から中央孔１３２に切削液あるいは洗浄液が流入する。したがって中央孔１３２は液体通路になる。

工具着脱部１２は軸線方向先端が開口した円筒形状であり、外周面と内周面を有する。この内周面１２ｈは、軸線方向先端から軸線方向後端側に向かって軸線Ｏに沿って延びる工具保持孔１２２を区画形成する。工具保持孔１２２は内径一定であり、孔底１２３を有する。そして工具保持孔１２２は、孔底１２３に穿設された中央小孔１３３と接続する。これにより切削液が中央孔１３２から工具保持孔１２２の孔底へ流入する。

図２に示すように、工具着脱部１２の内周面１２ｈには、周溝１２４が刻設される。また図６に示すように、工具着脱部１２の内周面１２ｈには、工具着脱部１２の軸線方向先端面１２５から軸線方向後端側に向かって延び、周溝１２４と接続する条溝１２６が形成される。中央小孔１３３から工具保持孔１２２の孔底に流入した切削液は、周溝１２４を経由し、条溝１２６に沿って流れ、軸線方向先端面１２５に向かう。なお変形例として周溝１２４を内周面１２ｈに形成しなくてもよい。

厳密にいうと条溝１２６は、軸線Ｏと平行に延びるものではなく、図２に実線で示し、図５に破線で示すように円周方向に傾斜するが、説明の便宜上、図６では１本の条溝１２６の全長を表し、他の条溝１２６を略している。

軸線方向先端面１２５は、蓋部材４１で覆われる。蓋部材４１は、図４に示すようにリング形状の板材であり、工具ホルダ１０の軸線Ｏ方向両側に端面をそれぞれ有する。また蓋部材４１の外周縁が軸線方向先端面１２５よりも外径方向に突出する。蓋部材４１には周方向所定間隔に貫通孔４１４が複数形成される。軸線方向先端側から貫通孔４１４にボルト４４を通し、かかるボルト４４の先端を軸線方向先端面１２５に穿設されたボルト孔１２７（図２、図５）に螺合させることにより、蓋部材４１は工具着脱部１２の軸線方向先端に取付固定される。

図４に示すように、蓋部材４１の内周縁には、蓋部材４１の先端面から後端面まで延びる三角溝状の噴射口４１５が形成される。蓋部材４１を工具着脱部１２の軸線方向先端に固定すると、図６に示すように噴射口４１５は条溝１２６の軸線方向先端と一致する。そして、刃物６０のシャンク部６１を工具保持孔１２２に挿入し、円形断面に形成されたシャンク部６１を工具着脱部１２にチャッキングすると、条溝１２６および噴射口４１５は連続した液体通路を構成する。条溝１２６に沿って流れる切削液は噴射口４１５から刃物６０の先端に向かって噴射し、図示しないワーク（被削物）に到達する。このように条溝１２６は切削液通路として機能する。また条溝１２６は、工具着脱部１２の縮径方向への弾性変形を容易にする。条溝１２６は複数本設けるとよく、図５に示す本実施形態よりもさらに多くの条溝を設けてもよい。

工具ホルダ１０は、エンドミルやリーマといった刃物６０のシャンク部６１をチャッキングするための構造として、工具着脱部１２にサイドロック式チャッキング構造２１およびロールロック式チャッキング構造３１を有する。ロールロック式チャッキング構造３１は刃物６０のシャンク部６１を芯出しおよび把握する芯出し用把握手段に相当する。サイドロック式チャッキング構造２１は芯出しおよび把握された刃物６０のシャンク部６１をチャッキングする最終締付機能を奏する。

まずサイドロック式チャッキング構造２１について説明する。工具着脱部１２は先端側部分の外周面１２ａが小径にされ、後端側部分の外周面１２ｂが大径にされ、これら先端側外周面１２ａと後端側外周面１２ｂとの間に環状段差面１２ｃが形成される。工具着脱部１２の後側には、２個の貫通孔２２ａ，２２ｂが形成される。第１の貫通孔２２ａは、工具着脱部１２の後端側外周面１２ｂから工具着脱部１２の内周面１２ｈまで貫通し、工具保持孔１２２と接続する。また貫通孔２２ａは工具着脱部１２の略半径方向に延びるが、図２に示すように外径側が内径側よりも軸線方向先端側になるよう、わずかに傾斜している。この傾斜角度はホルダ本体１１の軸線直角方向に対して５度である。あるいはこの傾斜角度は、第１平坦面６２の傾斜角度に対応するよう１度〜１０度の範囲内に設定される。

第２の貫通孔２２ｂも同様に設けられ、工具着脱部１２の略半径方向に延びるが、外径側が内径側よりも軸線方向先端側になるよう、わずかに傾斜している。この傾斜角度は軸線直角方向に対して５度である。あるいはこの傾斜角度は、第２平坦面６３の傾斜角度に対応するよう１度〜１０度の範囲内に設定される。貫通孔２２ａと貫通孔２２ｂは軸線Ｏ方向同位置に配置され、貫通孔２２ａ、２２ｂの軸線方向位置には前述した周溝１２４が形成される。

また貫通孔２２ａは貫通孔２２ｂに対しホルダ本体１１の軸線Ｏ周りに９０度離れて設けられる。あるいは貫通孔２２ａから貫通孔２２ｂまでの角度は、第１平坦面６２から第２平坦面６３までの角度に対応するよう８０度〜１００度の範囲内に設定される。

貫通孔２２ａのうち工具保持孔１２２に近い部位には雌ねじ２２ｓが形成される。貫通孔２２ａのうち工具保持孔１２２から遠い外径側部分２２ｍは、雌ねじ２２ｓよりも大きな内径にされる。第１の貫通孔２２ａには外径側から第１のサイドロックボルト２３ａがねじ込まれる。第２の貫通孔２２ｂも貫通孔２２ａと同様に構成され、貫通孔２２ｂには外径側から第２のサイドロックボルト２３ｂがねじ込まれる。

サイドロックボルト２３ａは長手方向後端部に大径の頭部２３ｍを、長手方向中央領域に小径の雄ねじ２３ｓをそれぞれ有する。サイドロックボルト２３ａの長手方向先端部は雄ねじ２３ｓよりもさらに小径にされ、先端面２３ｔはサイドロックボルト２３ａの長手方向と直交する平面に形成される。頭部２３ｍは外径側部分２２ｍに収容され、雄ねじ２３ｓは雌ねじ２２ｓに螺合する。そして、サイドロックボルト２３ａの先端部が貫通孔２２ａから突出して工具保持孔１２２に進出する。

サイドロックボルト２３ａの頭部２３ｍの外周には環状溝が刻設され、この環状溝に環状のシール部材であるＯリング２４が係合する。Ｏリング２４は全周に亘って貫通孔２２ａの外径側部分２２ｍと接触する。これにより、Ｏリング２４は貫通孔２２ａとサイドロックボルト２３ａとの環状隙間を封止する。

第２のサイドロックボルト２３ｂも上述した第１のサイドロックボルト２３ａと同様に構成される。

工具着脱部１２の後端側外周面１２ｂには、貫通孔２２ａとは異なる周方向位置に凹部２５ａが設けられる。凹部２５ａは、貫通孔２２ａを穿設したことによりホルダ本体１１の重心が軸線Ｏから偏心することを防止するものであり、単純な実施形態として図３に示すように、貫通孔２２ａに対して周方向に１８０°異なる位置に形成される。これにより、ホルダ本体１１の重心が軸線Ｏに一致して、軸線Ｏ回りの質量バランスをとることができる。工具着脱部１２の後端側外周面１２ｂには同様に、貫通孔２２ｂとは異なる周方向位置に凹部２５ｂが設けられる。他の実施形態として、凹部あるいは質量体からなる質量調整部が貫通孔２２ａや貫通孔２２ｂに対して周方向に１８０°以外の別の位置に形成される。

凹部２５ａ、２５ｂは、工具保持孔１２２に挿入される刃物６０のシャンク部６１をサイドロックボルト２３ａ、２３ｂで固定した状態で、ホルダ本体１１およびサイドロックボルト２３ａ，２３ｂの軸線回りの質量バランスをとるために設けられるとよい。これにより、刃物６０のシャンク部６１を固定するまで締付方向に回転させたサイドロックボルト２３ａ，２３ｂと、貫通孔２２ａ，２２ｂが形成されたホルダ本体１１との組立体の重心を、軸線Ｏに近似ないし一致させることができる。したがって刃物６０先端の刃部６０ｂの芯ぶれを防止して高精度でワークを加工することができる。

次にロールロック式チャッキング構造３１について説明する。工具着脱部１２の先端側外周面１２ａは、軸線Ｏを中心とする円形断面にされ、軸線方向先端に行くほど径が小さくなる先細のテーパ（例えば、１／３２のテーパ）に形成され、締付部材３２に包囲される。

締付部材３２は、工具着脱部１２を縮径させ、刃物６０のシャンク部６１の全ての外周を内周面１２ｈの全周に密着するよう緊密に把握するものであり、締付部材３２の内周面３２ａは、先端側外周面１２ａと同じ角度で先細になるテーパ（例えば１／３２のテーパ）に形成され、先端側外周面１２ａと向き合う。また、締付部材３２の後端部分の内周面には、抜け止めリング３６が取り付けられている。締付部材３２が軸線方向先端側へ移動すると抜け止めリング３６の内周縁が、先端側外周面１２ａに形成された係合部と当接して、軸線方向先端側への更なる移動が規制される。これにより締付部材３２の工具着脱部１２からの抜けを防止する。

締付部材３２の内周面３２ａと工具着脱部１２の先端側外周面１２ａとの間に形成される環状空間３３には、複数のニードルローラ３４と、これらのニードルローラ３４を整列させるリテーナ３５が配置される。リテーナ３５は、先端側外周面１２ａと同じ角度で先細になる筒体に形成され、先端側外周面１２ａに遊嵌される。

リテーナ３５の肉厚寸法は内周面３２ａと先端側外周面１２ａとの間隔、すなわちニードルローラ３４の直径、よりも小さい薄肉にされる。そしてリテーナ３５には、ニードルローラ３４を１個ないし複数個ずつ保持するポケットが円周方向所定間隔および軸線方向所定間隔に複数形成される。ポケットはリテーナ３５を半径方向に貫通する矩形孔であり、ニードルローラ３４の転動面がポケットからリテーナ３５の半径方向内側に突出して先端側外周面１２ａと接触するとともに、ポケットからリテーナ３５の半径方向外側にも突出して内周面３２ａと接触する。

リテーナ３５のポケットは、中心軸線に対して円周方向に所定の角度傾斜している。これにより、ポケットに保持されるニードルローラ３４は軸線Ｏに対して円周方向に所定の角度傾斜して、先端側外周面１２ａの上を螺旋状の軌跡を描きながら転走する。

締付部材３２は金属製であり、その軸線方向先端縁は、工具着脱部１２の軸線方向先端面１２５を越えて軸線方向先端側へ突出する。そして蓋部材４１の外周縁と向き合う。蓋部材４１の外径寸法は軸線方向先端面１２５の外径寸法よりも大きく、締付部材３２と工具着脱部１２との間の環状空間３３の軸線方向先端開口を覆う。したがって蓋部材４１の外周縁によって、リテーナ３５は軸線方向先端側への移動が規制されて、工具着脱部１２から抜け出ることがない。

蓋部材４１の外周縁には環状の外周側シール部材であるＯリング４２が取り付けられている。Ｏリング４２は蓋部材４１と締付部材３２との間を封止する。これにより異物が環状空間３３に侵入することが防止される。

締付部材３２の軸線方向後端縁は、軸線Ｏに対し直角な環状平面３２ｃに形成され、ホルダ本体１１の環状段差面１２ｃと対向する。締付部材３２は環状段差面１２ｃよりも先端側で軸線方向に移動可能であるが、環状段差面１２ｃを越えて後端側へ移動することないよう環状段差面１２ｃは締付部材３２の軸線方向後方移動を規制する。環状平面３２ｃには環状溝が刻設され、この環状溝には環状のシール部材であるＯリング３７が取り付けられる。

環状段差面１２ｃの内径側には、軸線Ｏを中心とする環状溝１２ｄが形成される。環状溝１２ｄの内径側側面は先端側外周面１２ａと等しい外径にされて連続しており、先端側外周面１２ａの軸線方向寸法を増大させる。したがってホルダ本体１１を長くすることなく、ロールロック式チャッキング構造３１の有効把握長Ｌ１を長くすることができる。

刃物６０のチャッキング作業は、まず工具保持孔１２２に刃物６０のシャンク部６１を挿入し、次にロールロック式チャッキング構造３１でシャンク部６１を高精度に把握し、次にサイドロック式チャッキング構造２１でシャンク部６１を回り止めする。本実施形態によれば、先の作業で締付部材３２を回転させて工具保持孔１２２を縮径し刃物６０のシャンク部６１を把握することによって、刃物６０の軸線がホルダ本体１１の軸線と一致し、刃物６０のシャンク部６１を工具着脱部１２で高精度に把握することができる。また、後の作業で２個のサイドロックボルト２３ａ，２３ｂを締め付けることから、軸線Ｏに一致するよう高精度で把握された刃物６０のシャンク部６１を上記一致した軸線Ｏからずれることなく回り止めすることができる。なお、上述した先の作業と後の作業を逆にすると、刃物のシャンク部を工具着脱部で高精度に把握できない。

チャッキング作業を詳細に説明すると、予め図１０に示すようにサイドロックボルト２３ａ，２３ｂを緩め方向に回転させて、サイドロックボルト２３ａ，２３ｂの先端部を工具保持孔１２２から退出させておく。また、締付部材３２を緩め方向に回転させて、工具着脱部１２を外径方向に復元させ、工具保持孔１２２の内径寸法を大きくしておく。次に、刃物６０のシャンク部６１を、軸線方向先端側から工具保持孔１２２に挿入する。シャンク部６１の外周は一部において切削され、９０度位相の異なる第１および第２の平坦面６２，６３が２ヶ所形成されているので、刃物６０を回動させて第１平坦面６２を貫通孔２２ａに向き合わせる。これに伴って第２平坦面６３も貫通孔２２ｂに向き合わさる。

次に締付部材３２を締め付け方向に回転させると、締付部材３２の内周面３２ａと接触するニードルローラ３４は自転しながら先端側外周面１２ａを螺旋状に公転する。そうすると締付部材３２は、リテーナ３５とともに軸線方向後端側へ徐々に移動する。これにより、共にテーパに形成された内周面３２ａと外周面１２ａのくさび作用で、外周面１２ａは全周に亘り内径方向に強圧されて縮径する。この結果、工具着脱部１２の中心に形成された工具保持孔１２２も縮径し、工具保持孔１２２に挿入されたシャンク部６１前方の円柱部分は、先端側外周面１２ａの有効把握長Ｌ１において、内周面１２ｈによって全周に亘り均等に締め付けられる。したがって工具着脱部１２はシャンク部６１の外周面を周方向均等に把握する。そしてシャンク部６１は工具着脱部１２の軸線方向領域で緊密かつ強固に保持され、ホルダ本体１１の軸線と刃物６０の軸線が一致し、刃物６０は軸線Ｏに沿って高精度に把握される。

また、締付部材３２を締め付け方向に回転させてシャンク部６１を把握すると、締付部材３２の軸線方向後端の環状平面３２ｃとホルダ本体１１の環状段差面１２ｃが当接し、Ｏリング３７が締付部材３２の軸線方向後端縁とホルダ本体１１の環状段差面１２ｃとの間に介在する。これにより、締付部材３２と工具着脱部１２との間の環状空間３３の軸線方向後端開口を封止することができ、異物が環状空間３３に侵入することが防止される。

次にサイドロックボルト２３ａ、２３ｂの双方を締め付け方向に回転させて、貫通孔２２ａにねじ込まれたサイドロックボルト２３ａの先端面２３ｔを第１平坦面６２に当接させ、貫通孔２２ｂにねじ込まれたサイドロックボルト２３ｂの先端面２３ｔを第２平坦面６３に当接させる。サイドロックボルト２３ａの平坦な先端面２３ｔは強い力でシャンク部６１後方の第１平坦面６２を押すとともにサイドロックボルト２３ｂの平坦な先端面２３ｔは強い力でシャンク部６１後方の第２平坦面６３を押し、シャンク部６１を工具保持孔１２２に固定する。なお貫通孔２２ａ，２２ｂと同じ軸線方向位置に周溝１２４が形成されていることから、中央孔１３２から軸線方向先端側へ向かう切削液は、シャンク部６１前方の円柱状部分よりも軸線方向後端側で周溝１２４に流入する。したがって切削液は滞りなく条溝１２６に流入する。

これまで説明してきたように、先にロールロック式チャッキング構造３１を用いてシャンク部６１を把握し、後にサイドロック式チャッキング構造２１を用いてシャンク部６１を回り止めし、図２および図３に示すようにシャンク部６１が工具着脱部１２にチャッキングされる。なお、刃物６０の取り外しは上述した作業とは逆の手順になる。

次に本発明の他の実施形態を説明する。図８は本発明の他の実施形態になる刃物を示す側面図である。図９は、図８の刃物をチャッキングする工具ホルダを示す縦断面図である。他の実施形態につき、上述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。

他の実施形態になる刃物６５は、前述した刃物６０の基本構成と共通する他、シャンク部６１から刃物６５の先端に向かって延びる液体通路６６を備える。

また他の実施形態になる工具ホルダ２０では、前述した２個のサイドロックボルト２３ａ，２３ｂを備える他、蓋部材４１の内周縁と工具保持孔１２２に差し込まれる刃物６５のシャンク部６１の外周面との間を封止する環状の内周側シール部材として、Ｏリング４３をさらに備える。工具ホルダ２０にチャッキングされるシャンク部６１の内部には、刃物６５の後端から先端に向かって軸線方向に延びる液体通路６６が形成されており、中央小孔１３３から、工具保持孔１２２を経由して、液体通路６６の後端に切削液が供給される。切削液は、液体通路６６を流れて刃物６５の先端（図示せず）から噴射し、ワークに到達する。図９の実施形態によれば、蓋部材４１の内周縁とシャンク部６１の外周面との間を封止する環状のＯリング４３を備えることから、中央小孔１３３から工具保持孔１２２へ流れる切削液が、工具着脱部１２の先端から漏れ出ることを防止できる。特に、工具ホルダ２０の内周面１２ｈに前述した条溝１２６が形成される場合に、Ｏリング４３は有効である。

また他の実施形態になる工具ホルダ２０では、工具保持孔１２２の孔底側に設けられて、工具保持孔１２２に差し込まれる刃物６５のシャンク部６１の軸線方向位置を規定するストッパ部材５１をさらに備える。

ストッパ部材５１は、工具着脱部１２の内周面１２ｈに固定される固定部材５２と、固定部材５２に軸線方向変位可能に支持されて刃物６５のシャンク部６１と当接するアジャスタ部材５３とを含む。固定部材５２の外周面には、雄ねじ５２２が形成され、工具保持孔１２２の孔底近傍で工具着脱部１２の内周面１２ｈに形成された雌ねじ１２ｓと螺合する。これにより固定部材５２は工具保持孔１２２に取付固定される。また固定部材５２の外周面には、雄ねじ５２２よりも先端側に環状溝が刻設され、この環状溝に環状のシール部材になるＯリング５５が取り付けられる。Ｏリング５５は、工具保持孔１２２と固定部材５２との間を封止する第１シール部材である。

さらに固定部材５２には軸線方向に貫通する中央孔５２３が形成され、中央孔５２３にはアジャスタ部材５３が取付固定される。中央孔５２３の後端側は先端側よりも小径にされ、かかる後端側には雌ねじ部５２４が形成される。

アジャスタ部材５３は、大径の先端部５３１と、先端部５３１よりも小径の中央部５３４と、中央部５３４よりもさらに小径の後端部５３５からなり、３つの円柱を直列に結合した形状である。アジャスタ部材５３の中心には、軸線方向に貫通する連絡通路５３２が形成される。連絡通路５３２の後端側開口は中央小孔１３３と接続する。連絡通路５３２の先端側開口はシャンク部６１の液体通路６６の後端開口と接続する。

大径の先端部５３１に形成されるアジャスタ部材５３の大径先端面５３３は、工具保持孔１２２に挿入される刃物６５のシャンク部６１の後端と面接触するよう当接し、シャンク部６１の軸線方向位置を規定する。大径先端面５３３には、軸線Ｏを中心とするリング溝が形成され、かかるリング溝には環状のＯリング５７が取り付けられる。Ｏリング５７はシャンク部６１の後端面と隙間なく接触し、大径先端面５３３とシャンク部６１との間を封止する第３シール部材である。これにより、大径先端面５３３の中心に設けられた連絡通路５３２の先端開口がシャンク部６１の後端面の中心に設けられた液体通路６６の後端開口と密封状態で接続する。

アジャスタ部材５３の後端部５３５は、その外周面に雄ねじ部が形成されており、固定部材５２の雌ねじ部５２４と螺合する。かかる螺合により、アジャスタ部材５３を回転させると、図９に破線で示すようにアジャスタ部材５３の軸線方向位置が調整される。

アジャスタ部材５３の中央部５３４は、固定部材５２の中央孔５２３の先端側に受け入れられる。そしてアジャスタ部材５３の中央部５３４の外周面には環状溝が刻設され、この環状溝に環状のシール部材になるＯリング５６が取り付けられる。Ｏリング５６は、固定部材５２の内周面とアジャスタ部材５３の外周面との間を封止する第２シール部材である。

図９に示す実施例によれば、切削液が流れる液体通路である中央孔１３２および中央小孔１３３は、ホルダ本体１１の装着部１３から工具保持孔１２２の孔底１２３まで延びる。また、アジャスタ部材５３は、固定部材５２に形成された軸線方向に貫通する中央孔５２３に取付固定され、工具保持孔１２２の孔底１２３側と工具保持孔１２２の開口側とを連通する連絡通路５３２と、軸線方向先端側端面である大径先端面５３３と刃物６５のシャンク部６１の後端面との間を封止する環状のＯリング５７とを有する。これにより、連絡通路５３２を介してホルダ本体１１の中央小孔１３３と刃物６５の液体通路６６を確実に連通することができる。

また固定部材５２は、固定部材５２と工具保持孔１２２との間を封止する環状のＯリング５５を有し、アジャスタ部材５３は中央孔５２３の周壁面とアジャスタ部材５３との間を封止する環状のＯリング５６とを有することから、貫通孔２２ａ，２２ｂへ向かって切削液が流れ出ることを防止することができる。

次に図１０の縦断面図を参照しつつ、サイドロック式チャッキング構造の変形例を説明する。変形例では、貫通孔２２ａの外径側部分２２ｍに環状溝を形成し、かかる環状溝にスナップリング２６を取付固定する。スナップリング２６は、Ｃ字状であって、サイドロックボルト２３ａよりも外径側に位置し、サイドロックボルト２３ａが貫通孔２２ａから外方（外径側）へ抜け出ることを防止する抜け止め部材である。これにより、工具ホルダ１０の高速回転時において、万一サイドロックボルト２３ａが緩んでも、サイドロックボルト２３ａの抜け出しを防止することができる。スナップリング２６は貫通孔２２ｂにも同様に設けられる。

図１０は、サイドロックボルト２３ａを緩め方向に回転させ、サイドロックボルト２３ａの頭部２３ｍをスナップリング２６に当接させた状態を示す。このようにサイドロックボルト２３ａを外径側に移動させると、サイドロックボルト２３ａの先端面２３ｔは工具保持孔１２２の外へ退出する。かかる変形例によれば、平坦な当接平面が切り欠くように形成されない円柱形状のシャンク部６１を挿入することができる。なお、ロールロック式チャッキング構造３１でシャンク部６１を把握することができる。

次に図１１の縦断面図を参照しつつ、サイドロック式チャッキング構造の他の変形例を説明する。図１１に示す変形例では、サイドロックボルト２３ａがボルト本体２３１と押え部材２３２とを含む。ボルト本体２３１は、長手方向後端部に大径の頭部２３ｍを、長手方向中央領域に小径の雄ねじ２３ｓをそれぞれ有する。ボルト本体２３１の長手方向先端には球面状の窪みが形成され、この窪みにボール状の押え部材２３２が嵌合する。押え部材２３２はその先端に平坦な押え面２３ｔが形成されている。このように押え部材２３２はボルト本体２３１に球面で支持されているため、押え面２３ｔはボルト本体２３１の中心軸線回りに回転することができるとともに、ボルト本体２３１の中心軸線に対して傾斜することができる。したがって押え部材２３２はボルト本体２３１に対して向きを自在に変更することができる。また押え部材２３２のボルト本体２３１への取り付けは、図１２の変形例の他、ユニバーサルなジョイントのように自由に向きを変えることができるものであればよい。

ボルト本体２３１を貫通孔２２ａの雌ねじ２２ｓに螺合させて締付方向に回転させると、サイドロックボルト２３ａは工具保持孔１２２に進出して、サイドロックボルト２３ａの押え面２３ｔが第１平坦面６２と当接する。引き続きボルト本体２３１を締付方向に回転させると、押え面２３ｔは第１平坦面６２に倣って向きを変え、第１平坦面６２に面接触する。

このように図１１の変形例によれば、シャンク部６１の第１平坦面６２がサイドロックボルト２３ａの進出方向と厳密に直交しない場合であっても、押え部材２３２の押え面２３ｔがシャンク部６１の第１平坦面６２に倣って向きを変え、第１平坦面６２に面接触する。したがって、サイドロックボルト２３ａがシャンク部６１の第１平坦面６２を確りと押圧して、シャンク部６１を一層確実にチャッキングすることができる。なお第２のサイドロックボルト２３ｂについても、第１のサイドロックボルト２３ａと同様に構成すればよい。

次に図１２の斜視図を参照しつつ、本発明の変形例になる刃物のシャンク部を説明する。図１２に示す変形例において、第１平坦面６２および第２平坦面６３は、摩擦係数が高くなるよう表面処理されている。具体的には、ショットピーニングによって微細な凹凸形状にされている。

ショットピーニングは、多数の粒子を被加工表面に投射する冷間加工法のことであり、被加工表面に多数の凹凸を形成する。ショットピーニング処理を行った第１平坦面６２および第２平坦面６３には圧縮応力が残留するので、疲れ寿命が向上する。

このように図１２の変形例によれば、第１平坦面６２および第２平坦面６３の少なくとも一方は、摩擦係数が高くなるよう表面処理されていることから、サイドロックボルト２３ａ，２３ｂと当接する際、第１平坦面６２とサイドロックボルト先端面（押え面）２３ｔが互い滑り難くなり、サイドロックボルト２３ａが第１平坦面６２を確実に押圧することができる。したがって、シャンク部６１が工具ホルダ１０，２０から一層抜け難くなる。

また第１平坦面６２および第２平坦面６３を上述のように表面処理することに代えて、サイドロックボルト２３ａの先端面（押え面）２３ｔに摩擦係数が高くなるよう表面処理してもよい。かかる変形例によっても、第１平坦面６２とサイドロックボルト先端面（押え面）２３ｔが互い滑り難くなり、サイドロックボルト２３ａが第１平坦面６２を確実に押圧することができる。したがって、シャンク部６１が工具ホルダ１０，２０から一層抜け難くなる。しかも、第１平坦面６２および第２平坦面６３を上述のように表面処理する場合よりも加工が簡単になる。サイドロックボルト２３ｂの先端面（押え面）についても摩擦係数が高くなるよう表面処理してもよい。

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。

この発明になる刃物のシャンク構造および工具ホルダは、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 装着部、 ２０ 工具ホルダ、 ２１ サイドロック式チャッキング構造、 ２２ａ，２２ｂ 貫通孔、 ２２ｓ 雌ねじ、 ２３ａ，２３ｂ サイドロックボルト、 ２３ｔ 先端面（押え面）、 ２４ Ｏリング、 ２５ 凹部、 ３１、ロールロック式チャッキング構造、 ３２ 締付部材、 ３４ ニードルローラ、 ３５ リテーナ、 ３７ Ｏリング、 ４１ 蓋部材、 ４２，４３ Ｏリング、 ５１ ストッパ部材、 ５２ 固定部材、 ５３ アジャスタ部材 ５５，５６ Ｏリング、 ５７ Ｏリング、 ６０ 刃物、 ６１ シャンク部、 ６２ 第１平坦面、 ６３ 第２平坦面、 ６５ 刃物、 ６６ 液体通路、 １２２ 工具保持孔、 １２６ 条溝、 ２３１ ボルト本体、 ２３２ 押え部材、 ４１５ 噴射口。

Claims (5)

1. 軸線方向先端から軸線方向後端側に向かって延びる内径一定の工具保持孔を中心に有する筒状の工具着脱部と、
   前記工具着脱部の軸線方向先端側の領域に設けられて、前記工具着脱部の先端から後端側に向かって所定の有効把握長に亘って前記工具着脱部を縮径させることにより、前記工具保持孔に差し込まれる刃物のシャンク部のうち当該シャンク部の後端部よりも前方で半径一定の外周面を有する円柱部分に対し、当該円柱部分における全ての外周を前記工具着脱部の内周面の全周に密着させて、前記刃物の軸線が前記工具着脱部の軸線に一致するよう前記シャンク部を芯出しおよび把握する芯出し用把握手段と、
   前記工具着脱部の軸線方向後端部に設けられて、６０度以上１２０度以下の所定角度で離れた周方向に異なる箇所で前記工具着脱部の外周面から内周面まで延びる第１および第２の貫通孔と、これら貫通孔にそれぞれ螺合する第１および第２のサイドロックボルトとを有し、前記第１および第２の貫通孔は、外径側が内径側よりも軸線方向先端側になるよう軸線直角方向に対して１度以上１０度以下の所定角度で傾斜して延び、前記第１および第２のサイドロックボルトは、前記刃物のシャンク部の円柱部分が前記芯出し用把握手段によって芯出しおよび把握された状態で、ねじ込まれて第１および第２のサイドロックボルトの先端に形成された平坦な先端面を前記刃物のシャンク部の後端部の外周に形成された第１および第２の傾斜した平坦面にそれぞれ当接させるサイドロック式チャッキング構造と、
   前記工具保持孔の孔底側に設けられて、工具保持孔に差し込まれる刃物のシャンク部の軸線方向位置を規定するストッパ部材とを備え、
   これら芯出し用把握手段およびサイドロック式チャッキング構造によって前記刃物のシャンク部をチャッキングするよう構成される工具ホルダ。
2. 前記芯出し用把握手段は、前記工具着脱部の外周面に形成されて軸線方向先端側に向かって細くなるテーパと、内周面が前記外周面と同じ角度のテーパに形成されて、前記サイドロックボルトよりも軸線方向先端側で前記工具着脱部の外周面を包囲する筒状の締付部材と、前記締付部材の内周面と前記工具着脱部の外周面との間の環状空間に配置される複数のニードルローラと、これらのニードルローラを前記軸線に対して円周方向に所定の角度傾斜するように保持するリテーナとを含み、
   前記締付部材を回転することにより前記ニードルローラを自転させつつ螺旋状に公転させて前記工具着脱部の内周面を縮径または復元させるよう構成される、請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記サイドロックボルトは、
   前記貫通孔に螺合するボルト本体と、
   刃物のシャンク部と当接する押え面が形成され、前記ボルト本体の先端部に押え面の向きが変更自在となるように取り付けられた押え部材とを含む、請求項１または２に記載の工具ホルダ。
4. 前記サイドロックボルトの平坦な先端面は、摩擦係数が高くなるよう表面処理されている、請求項１〜３のいずれかに記載の工具ホルダ。
5. 前記ストッパ部材は軸線方向に貫通する連絡通路を有し、
   前記連絡通路の先端側開口は、刃物のシャンク部に設けられた液体通路の後端開口と接続するよう構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の工具ホルダ。
   

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