JP5531102B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

この発明は、把持力を高め、把持領域も広げて工具の保持安定性と振れ精度を高めた重切削用、高精度切削用として好適な工具ホルダに関する。

回転式切削工具の保持に利用される工具ホルダの従来例の中に、下記特許文献１，２に記載されたものがある。

特許文献１に開示された工具チャックは、工具保持孔とテーパの外周面を有するチャック筒を、そのチャック筒にニードルローラを介して外嵌したナット（締め付け筒）を締め付けて縮径させ、前記工具保持孔に挿入した工具を保持する。

また、特許文献２に開示されたチャック装置は、ハイドロリックチャックであって、本体の先端に開口したテーパ内周部に弾性変形可能なスリーブを液密に嵌合させ、このスリーブと本体の内周面との間に膨張室を形成し、その膨張室に液圧を供給し、その液圧でスリーブを縮径させてスリーブの孔に挿入した工具を保持する。

特開平１１−７７４１２号公報 特開平１０−２９１０６号公報

特許文献１の工具チャックは、ナットの回転操作に支障がでない範囲でチャック筒の長さを設定する必要があり、チャック筒をより長くして工具の把持領域を広げる要求に応えるのが難しい。

ホルダによる工具の把持は、できるだけ広い領域で行うことが望まれる。把持力の増強と工具の振れ精度の向上が図れるからである。ところが、特許文献１が示しているメカニカルチャックでは、把持領域を広げるとナットの回転抵抗が大きくなってチャック筒を十分に縮径させることが困難になる。それが原因で、把持領域の拡張範囲が制限され、把持力の増強と工具の振れ精度向上が図れていない。

一方、特許文献２が開示しているハイドロリックチャックは、同文献に示されるように、
膨張室を軸方向に位置をずらして複数設けることで、工具を複数個所で把持することができる。

この構造では、設置点の異なる膨張室が互いに連通しているので、それぞれの膨張室がある程度離れていても、各膨張室に同一液圧が供給される。従って、これは、把持点間の距離を大きくして工具の振れ精度を向上させる要求に対して有利な構造と言える。

しかしながら、特許文献２が開示しているようなハイドロリックチャックは、膨張室に対応させたスリーブの薄肉部が部分的に内径側に膨らむように変形するので、スリーブによる工具の把持が線接触に近い状況でなされ、強力で安定した保持力を生じさせるのが難しい。

また、膨張室を液密に封止するためにその膨張室をスリーブの口元（開口端）からある程度離れた位置に設ける必要があり、口元での締め付けが甘くなる。

さらに、ハイドロリックチャックは、スリーブの縮径量（締め代）がメカニカルチャックに比べて相当小さいため、シャンク径のばらつきが大きい精度管理のラフな工具を掴むのには適していない。

このほか、スリーブの薄肉部の円筒度の善し悪しが、掴んだ工具の振れ精度に影響する問題もある。前記薄肉部の厚みが周方向の各部において不均一になっていると、その薄肉部の縮径量が周方向の各部においてばらつき、工具をホルダの中心に芯出しするのが難しくなる。

上述したように、従来の工具ホルダは、メカニカルチャック方式、ハイドロリックチャック方式ともに固有の欠点を有しており、保持の安定性と工具の振れ精度を共に高める要求に対して満足に応えられるものではなかった。

この発明は、従来の工具ホルダに見られる上記の欠点を無くして工具保持の安定性向上と工具の振れ精度向上を両立させることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明は、工具ホルダを、メカニカルチャックとハイドロリックチャックの２者が併設され、その２者がナットの操作で作動して２者による工具の保持がなされるようにした。

この発明の工具ホルダは、第１の工具保持孔、先細りのテーパ外周面、及び縦割りスリットを有する円筒状の主把持部構成用の把持筒が先端に設けられたホルダ本体と、前記把持筒の外周に軸方向スライド可能に嵌めた加圧リングと、その加圧リングを相対回転可能に連結し、前記把持筒よりも大径に形成されたホルダ本体の胴部の外周に螺合させたナットと、の外周に環状溝を、その環状溝の溝底部に薄肉部を、中心に前記第１の工具保持孔の自由状態での内径よりも内径の小さい第２の工具保持孔をそれぞれ有し、前記把持筒の後方においてホルダ本体の中心の軸孔に挿入されて副把持部を構成するスリーブを有する。

また、前記スリーブの外周に、前記環状溝を前記軸孔から液密に隔離して形成した圧力室と、前記胴部に、一端を胴部先端に開口させて設けたシリンダと、そのシリンダに、一部をシリンダから突出させて軸方向移動可能に挿入したピストンと、前記胴部の内部で前記シリンダと前記圧力室を連通させる連絡通路と、前記シリンダ、連絡通路、圧力室に封入された作動液を有する。

この工具ホルダは、前記ナットが回転操作により回転しながら軸方向に推進して前記加圧リングが追従し、その加圧リングが前記把持筒を縮径させながら前記ピストンを押し動かして前記圧力室に液圧を発生させ、その液圧で前記スリーブの薄肉部が縮径し、前記第１の工具保持孔による工具の保持と前記第２の工具保持孔による工具の保持が同時になされる。

なお、前記薄肉部の外周に、周方向に複数に分割された割りカラーを外嵌すると好ましい。

また、以下に列挙する形態も好ましい。
（１）前記シリンダとピストンを周方向等分点に配置して複数設けたもの。
（２）ホルダ本体の内部に、奥端側が小径のテーパ孔と、そのテーパ孔に圧入されるテーパスリーブと、このテーパスリーブを前記テーパ孔への圧入方向に付勢する弾性体を設け、前記スリーブの後部の外径を前記テーパスリーブの中心の孔の孔径に適合させてその後部を前記テーパスリーブの中心の孔に挿入したもの。
（３）前記ナットとそのナットを螺合させる前記胴部との間に、摩擦低減部材を介在したもの。

上記摩擦低減部材は、従来から採用されている鋼球やニードルローラなどでよい。

この発明の工具ホルダは、メカニカルチャックとハイドロリックチャックが併設されたものになっている。先端側は、把持筒を縮径させて第１の工具保持孔で工具を保持するメカニカルチャックになっているので、工具のシャンクが第１の工具保持孔の孔面に広範に面接触して締め付けられ、さらに、把持筒の全域が縮径するため、口元での締め付けも安定して行われる。

また、把持筒の後方に配置したスリーブが副把持部を構成し、そのスリーブに設けられた第２の工具保持孔による工具保持もなされる。これにより、把持領域が広がって把持力がより増強される。

また、副把持部は、液圧で作動するハイドロリックチャックであり、この副把持部を併設することで把持点間の距離（把持筒と副把持部間の距離）を大きく確保することができる。従って、工具の振れ精度を向上させることも可能になる。

また、副把持部を作動させるピストンが、把持筒を縮径させる加圧リングに押し動かされるようにしたので、工具の締め付けと締め付けの解除はナットを操作するだけでよい。

ハイドロリックチャックを、外部から操作するねじを工具本体に設け、そのねじでピストンを押し動かして液圧を発生させる構造にすると、把持筒を縮径させるためのナットの操作と、副把持部を縮径させるためのねじの操作が必要になり、作業が煩雑になって実用性に欠けるものになる。ナットの動きにピストンが連動するこの発明の工具ホルダは、その不具合も解消される。

さらに、ハイドロリックチャックは、シリンダから圧力室までの距離が大きくても力の伝達ロスが小さく、副把持部をそのハイドロリックチャックで構成したことによって、ナットの回転抵抗の増加も小さく抑えられる。

このほか、ホルダの口元側を、締め代を大きく採れるメカニカルチャックで構成したので、精度管理のラフなシャンク径のばらつきの大きい工具を掴むのも容易である。副把持部は、メカニカルチャックに比べて締め代が小さいが、第２の工具保持孔への工具挿入時に第１の工具保持孔による誘導効果が得られるので、上記特許文献２のチャックに比べると精度管理のラフな工具も掴み制限を受け難い。

また、メカニカルチャックとハイドロリックチャックを組み合わせ、メカニカルチャックを主把持部にしたので、副把持部を構成するスリーブの薄肉部の円筒度が掴んだ工具の振れ精度を大きく左右することもなくなる。

この発明の工具ホルダの実施の形態を示す断面図 工具本体の正面図 図１のIII−III線に沿った断面図 図１のIV−IV線に沿った断面図

以下、添付図面の図１〜図４に基づいてこの発明の工具ホルダの実施の形態を説明する。

図１に示すように、この工具ホルダ１は、ホルダ本体２と、加圧リング３と、その加圧リング３を軸方向に推進させるナット４と、ホルダ本体２に内蔵させるスリーブ５と、そのスリーブの外周に配置する割りカラー６を有している。

また、割りカラー６の後方（ホルダの後端側）に配置するテーパスリーブ７と、そのテーパスリーブを一方向に付勢する弾性体（図のそれは皿ばね）８と、スリーブ５の外周に形成される圧力室９と、ホルダ本体２に形成されるシリンダ１０と、そのシリンダ１０に挿入されるピストン１１と、シリンダ１０と圧力室９を連通させる連絡通路１２と、ナット４の回転抵抗を低減する摩擦低減部材１３（図のそれは鋼球）を有している。シリンダ１０と圧力室９と連絡通路１２には作動液が封入されている。

ホルダ本体２は、円筒状の把持筒２ａ、胴部２ｂ、鍔２ｃ、シャンク２ｄを有し、さらに、中心部にストレートな軸孔２ｅとテーパ孔２ｆを有する。

把持筒２ａと胴部２ｂは、一体に形成されている。この両者は、独立した部品として形成してシャンク２ｄと一体になっている鍔２ｃの端面にボルト１４で締結している。

把持筒２ａは、胴部２ｂの先端から突出させて最先端に位置させている。この把持筒２ａは、第１の工具保持孔ａ１と、先細りのテーパ外周面ａ２、縦割りスリットａ３を有している。縦割りスリットａ３は、把持筒２ａの先端から軸方向に切り込まれており、把持筒２ａの弾性変形による縮径を可能となす。

工具本体の胴部２ｂは、把持筒２ａよりも大径に形成されている。この胴部２ｂの先端は軸直角な平面として構成されており、加圧リング３の背面に向きあう。

加圧リング３は、把持筒２ａの外周に軸方向スライド可能にテーパ嵌合させている。この加圧リング３は、ナット４に鋼球１５を介して回転可能に連結されている。鋼球１５は、加圧リング３の外周とナット４の内周に断面半円の環状溝を対向させて設け、その対向した環状溝の一方と他方に半分ずつ入り込ませている。その鋼球１５の環状溝への挿入口は、プラグ１６によって閉鎖されている。

ナット４は、胴部２ｂの外周とナット４の内周に断面半円の螺旋溝を対向させて設け、その螺旋溝に摩擦低減部材１３を挿入し、その摩擦低減部材１３をねじ山、螺旋溝をねじの谷に見立てて胴部２ｂの外周に螺合させている。このナット４を回転させると、ナット４が回転しながら軸方向に移動し、軸方向の動きに加圧リング３が追従する。１７，１８は、摩擦低減部材として用いた鋼球を螺旋溝内に保持するストッパピンである。

スリーブ５は、長手途中の外周に環状溝５ａを有する。また、環状溝５ａの溝底部に薄肉部５ｂを有し、中心に第２の工具保持孔５ｃを有する。このスリーブ５は、副把持部を構成するものであって、先端側が把持筒２ａの後方においてホルダ本体の軸孔２ｅに挿入される。

例示の工具ホルダにおいては、スリーブ５は、外周のフランジ５ｄがねじ１９で胴部２ｂに固定される。

ホルダ本体２の内部に設けられたテーパ孔２ｆは、奥端側が小径の孔になっている。そのテーパ孔２ｆにテーパスリーブ７が弾性体８によって押し込まれ、こうしてホルダ本体２の中心に位置決めされたテーパスリーブ７の中心の孔に、その孔の内径に適合した外径を有するスリーブ５の後部が挿入されてホルダ中心に芯出しされている。

スリーブ５に設けられた第２の工具保持孔５ｃの内径は、第１の工具保持孔ａ１の自由時内径よりも小さい。

圧力室９は、スリーブ５の外周の環状溝５ａを軸孔２ｅから液密に隔離して形成されている。割りカラー６は、圧力室９内で薄肉部５ｂに外嵌されている。この割りカラー６の設置によって圧力室９の実質的な容積が減少しており、ピストン１１の移動ストロークが小さくても圧力室９に高い液圧を発生させることが可能になっている。

シリンダ１０は、一端を胴部先端に開口させて胴部２ｂに設けられている。そのシリンダ１０は、ナット４を締めつけたときに加圧リング３に加わる移動抵抗のバランスや後述するピストンのストローク縮小などを考えると、周方向に定ピッチで複数設けるのがよい。例示の工具ホルダにはそのシリンダ１０が２つ設けられているが、それ以上あってもよい。

シリンダ１０には、ピストン１１が、一部をシリンダから突出させて軸方向摺動可能に挿入されている。このピストン１１が加圧リング３によってシリンダ１０に没入する方向に押し込まれるとシリンダに充填された作動液が圧縮される。

連絡通路１２は、胴部２ｂの内部に設けられて圧力室９をシリンダ１０に連通させている。そのために、シリンダ１０内の作動液が圧縮されると圧力室９に液圧が発生する。

図４の２０は、胴部２ｂに固定して胴部先端から軸心と平行に突出させた平行ピンである。加圧リング３には、その平行ピン２０に対応させたピンガイド孔２１が背面に開口させて設けられており、そのピンガイド孔２１に平行ピン２０が摺動自在に挿入されている。このために、ナット４を回転させるときの加圧リング３の共回りが防止される。

平行ピン２０とピンガイド孔２１は必須ではない。加圧リング３が回転しながらピストン１０に押し付けられるとピストン１０がこじられる。その対策として、平行ピン２０とピンガイド孔２１で加圧リング３の共回りを阻止するようにしたが、加圧リング３がピストン１０に押し付けられたときに両者の接触面に働く摩擦力で加圧リング３の共回りは阻止することも不可能ではない。

図１の２２は、界面の隙間を封止するＯリングである。このＯリング２２は、スリーブ５の外周と軸孔２ｅの内周との間の圧力室９を間に挟む位置、把持筒２ａと加圧リング３との間、加圧リング３とナット４との間、ナット４と胴部２ｂとの間、胴部外周と鍔２ｃの内径側との間、及びスリーブ５の外周とテーパスリーブ７の内周との間にそれぞれ設けているが、圧力室９を封止する箇所を除いた位置のＯリングは必要に応じて設ければよい。

図１の２３は、連絡通路１２の加工上発生した孔の開放口を液密に塞ぐボール、２４はボール２３を孔のシート面に押し付けるねじ、２５は、ねじ２４の緩みを防止するねじである。

以上の如く構成した工具ホルダ１は、ナット４を締め付け方向に操作すると、そのナット４が回転しながら後方に移動し、軸方向移動に加圧リング３が追従してその加圧リング３が把持筒２ａを締め付け、第１の工具保持孔ａ１が縮径する。

また、同時に加圧リング３がピストン１１を押し動かし、そのために、圧力室９に液圧が発生し、その液圧でスリーブ５の薄肉部５ｂが内側に膨らむように変形して第２の工具保持孔５ｃが縮径し、これにより、第１の工具保持孔ａ１と第２の工具保持孔５ｃによる工具の保持が同時になされる。

第１の工具保持孔ａ１による工具の保持は、メカニカルチャックによる保持であるので、工具のシャンクが第１の工具保持孔ａ１の全域に面接触し、これにより、ホルダの口元も含めて広範な領域で強固で安定した締め付けがなされる。

また、把持筒２ａの後方で第２の工具保持孔５ｃによる工具保持がなされ、そのために、把持領域がさらに広がって工具の振れ精度が向上し、把持力がより増強される。

ピストン１１は、加圧リング３によって押し動かされる。従って、ナット４を操作するだけで工具の締め付けと締め付けの解除がなされ、工具の着脱も簡単に行える。

なお、ナット４と胴部２ｂとの間に介在した摩擦低減部材１３は、鋼球を例示したが、ニードルローラで代替してもよい。

１ 工具ホルダ
２ ホルダ本体
２ａ 把持筒
２ｂ 胴部
２ｃ 鍔
２ｄ シャンク
２ｅ 軸孔
２ｆ テーパ孔
ａ１ 第１の工具保持孔
ａ２ テーパ外周面
ａ３ 縦割りスリット
３ 加圧リング
４ ナット
５ スリーブ
５ａ 環状溝
５ｂ 薄肉部
５ｃ 第２の工具保持孔
５ｄ フランジ
６ 割りカラー
７ テーパスリーブ
８ 弾性体
９ 圧力室
１０ シリンダ
１１ ピストン
１２ 連絡通路
１３ 摩擦低減部材
１４ ボルト
１５ 鋼球
１６ プラグ
１７，１８ ストッパピン
１９，２４，２５ ねじ
２０ 平行ピン
２１ ピンガイド孔
２２ Ｏリング
２３ ボール

Claims (5)

1. 第１の工具保持孔（ａ１）、先細りのテーパ外周面（ａ２）、および、縦割りスリット（ａ３）を有する、円筒状の主把持部構成用の把持筒（２ａ）が先端に形成されたホルダ本体（２）と、
   前記把持筒（２ａ）の外周に軸方向スライド可能に嵌めた加圧リング（３）と、
   その加圧リング（３）を相対回転可能に連結し、前記把持筒（２ａ）よりも大径に形成されたホルダ本体の胴部（２ｂ）の外周に螺合させたナット（４）と、
   外周に環状溝（５ａ）を、その環状溝の溝底部に薄肉部（５ｂ）を、中心に前記第１の工具保持孔（ａ１）の自由状態での内径よりも内径の小さい第２の工具保持孔（５ｃ）をそれぞれ有し、前記把持筒（２ａ）の後方においてホルダ本体の中心の軸孔（２ｅ）に挿入されて副把持部を構成するスリーブ（５）と、
   前記スリーブ（５）の外周に、前記環状溝（５ａ）を前記軸孔（２ｅ）から液密に隔離して作り出した圧力室（９）と、
   前記胴部（２ｂ）に、一端を胴部先端に開口させて設けたシリンダ（１０）と、
   前記シリンダ（１０）に、一部をそのシリンダから突出させて軸方向移動可能に挿入したピストン（１１）と、
   前記胴部（２ｂ）の内部で前記シリンダ（１０）と前記圧力室（９）を連通させる連絡通路（１２）と、
   前記シリンダ（１０）、連絡通路（１２）、圧力室（９）に封入された作動液を有し、
   前記ナット（４）が回転操作により回転しながら軸方向に移動して前記加圧リング（３）が追従し、その加圧リング（３）が前記把持筒（２ａ）を縮径させながら前記ピストン（１１）を押し動かして前記圧力室（９）に液圧を発生させ、その液圧で前記スリーブの薄肉部（５ｂ）が縮径し、前記第１の工具保持孔（ａ１）による工具の保持と前記第２の工具保持孔（５ｃ）による工具の保持が同時になされるようにした工具ホルダ。
2. 前記薄肉部（５ｂ）の外周に、周方向に複数に分割された割りカラー（６）を外嵌した請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記シリンダ（１０）とピストン（１１）を周方向等分点に配置して複数設けた請求項１又は２に記載の工具ホルダ。
4. ホルダ本体（２）の内部に、奥端側が小径のテーパ孔（２ｆ）と、そのテーパ孔に圧入されるテーパスリーブ（７）と、このテーパスリーブを前記テーパ孔（２ｆ）への圧入方向に付勢する弾性体（８）を設け、前記スリーブ（５）の後部を前記テーパスリーブ（７）の中心の孔の孔径に適合させてその後部を前記テーパスリーブ（７）の中心の孔に挿入した請求項１〜３のいずれかに記載の工具ホルダ。
5. 前記ナット（４）とそのナットを螺合させる前記胴部（２ｂ）との間に摩擦低減部材（１３）を介在した請求項１〜４のいずれかに記載の工具ホルダ。

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