JP6783589B2

JP6783589B2 - 工具ホルダ

Info

Publication number: JP6783589B2
Application number: JP2016164820A
Authority: JP
Inventors: 健太郎鶴田; 石川　均; 均石川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; NT Tool Corp; Aisin Corp
Current assignee: NT Tool Corp; Aisin Corp
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: JP2018030209A

Description

本発明は、工具ホルダに関する。とくに、長尺状（棒状）に形成された工具のシャンク部の外周面を把持する工具ホルダに関する。

例えば下記特許文献１に記載されているように、長尺状（棒状）に形成された工具（エンドミル、リーマーなど）を把持するとともに工作機械の主軸に取り付けられる工具ホルダは知られている。言い換えれば、工具は、工具ホルダを介して、工作機械の主軸に取り付けられる。例えば、図４及び図５に示すように、工具ホルダＨＤは、コレット部ＣＴ及び本体部ＣＶを備える。

コレット部ＣＴは、主軸の長手方向に延設されている。コレット部ＣＴは、工具ＴＬのシャンク部を挿入可能な筒状に形成されていて、前記挿入されたシャンク部の外周面を把持する。また、コレット部ＣＴの外周面は、コレット部ＣＴの長手方向における一端部であって主軸側に位置する端部の外径が、前記一端部とは反対側に位置する他端部の外径よりも小さくなるように傾斜した円錐面状に形成されている。コレット部ＣＴの周壁部には、コレット部ＣＴの他端から一端部側へ向かって延びる、図示しない複数のすり割り溝が形成されている。

本体部ＣＶは、外筒部ＣＶ_１とキャップ部ＣＶ_２を備える。外筒部ＣＶ_１は、主軸の長手方向に延びる筒状に形成されている。外筒部ＣＶ_１の一端部であって、本体部ＣＶの長手方向における主軸側（図４において左側）に位置する一端部に、主軸の端部内に挿入されて主軸に固定される基端部ＣＶ_１１が設けられている。また、外筒部ＣＶ_１の他端部であって、本体部ＣＶの長手方向における被工作物側（前記一端部とは反対側（図４において右側））に位置する他端部に、工具ＴＬのシャンク部が挿入されたコレット部ＣＴを収容する収容部ＣＶ_１２が設けられている。収容部ＣＶ_１２の内周面は、本体部ＣＶの他端部側の内径よりも本体部ＣＶの一端部側の内径が小さくなるように傾斜した円錐面状に形成されている。キャップ部ＣＶ_２は、環状に形成されている。キャップ部ＣＶ_２の内周には、ねじが形成されている。外筒部ＣＶ_１の他端部の外周部にもねじが形成されており、キャップ部ＣＶ_２が外筒部ＣＶ_１の他端部に締結される。これにより、コレット部ＣＴが収容部ＣＶ_１２内へ押し込まれる。そして、コレット部ＣＴの外周面が収容部ＣＶ_１２の内周面に当接して、コレット部ＣＴが収容部ＣＶ_１２に対して移動不能な状態で保持されるとともに、コレット部ＣＴの他端部側が、その径方向における内側へ押圧されて少し撓む。このようにして、工具ＴＬがコレット部ＣＴに対して移動不能な状態で保持される。

特開２０１１−１３６４１３号公報

図４及び図５に示す従来の工具ホルダにおいては、工具ＴＬのシャンク部の末端部（主軸側の端部）は、コレット部ＣＴの一端部から主軸側（図４において左側）へ突出している。上記のように、コレット部ＣＴの他端部側が、その径方向における内側へ押圧されて少し撓むことにより、工具ＴＬがコレット部ＣＴに保持される。すなわち、コレット部ＣＴの内周面のうち、コレット部ＣＴの他端部側に位置する部分のみが工具ＴＬのシャンク部に当接している。言い換えれば、工具ＴＬの長手方向における中間部のみがコレット部ＣＴによって保持されている。しかも、シャンク部の外周面とコレット部ＣＴの内周面とが面接触する可能性は低く、両者の複数の箇所において線接触又は点接触する可能性が高い。そのため、主軸の軸方向と工具ＴＬの軸方向とがずれる虞がある。つまり、工具ＴＬの振れ精度が低下する虞がある。なお、工具ＴＬの末端部の端面が、収容部ＣＶ_１２内に設けられた部品（具体的には、工具ホルダＨＤからの工具ＴＬの先端部（被工作物側の端部）の突出量を調整する部品）に当接しているが、両者が面接触する可能性は低い。よって、工具ＴＬの端面を収容部ＣＶ_１２内に設けられた他の部品（又は収容部の底面）に当接させるという構成は、工具ＴＬの振れ精度には寄与し難い。

本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、工具の振れ精度を向上させた工具ホルダを提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、外径が一定の丸棒状に形成され、末端部において、その外周面が円錐面状に形成されているシャンク部を有する工具（ＴＬ）を、工作機械の主軸に装着するための工具ホルダ（１）であって、前記主軸の長手方向に延びる筒状に形成され、前記主軸に挿入されて前記主軸に固定される外筒部（２１）と、前記工具のシャンク部を挿入可能な筒状に形成され、前記外筒部に収容されるコレット部（１０）と、環状に形成されたキャップ部（２２）と、を備え、前記外筒部は、前記主軸に対して同軸配置され、前記主軸の端部内に挿入されて前記主軸に固定される基端部であって、その内周面が前記主軸の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成され、前記主軸側に位置する一端部側の内径が、前記主軸とは反対側に位置する他端部側の内径よりも小さく設定された第１テーパ面を有する第１穴部（Ｈ_２１１）を有する基端部（２１１）と、前記主軸に対して同軸配置され、前記コレット部を収容する収容部であって、その内周面が前記主軸の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成され、前記主軸側に位置する一端部側の内径が、前記主軸とは反対側に位置する他端部側の内径よりも小さく設定された第２テーパ面を有する第２穴部（Ｈ_２１２）を有する収容部（２１２）と、を備え、前記外筒部における他端部の外周面には、第１ねじ溝（Ｇ_２１）が形成されており、前記コレット部の外周面は、前記主軸の軸線に対して傾斜した円錐面状であって、前記主軸側に位置する一端部側の外径が、前記主軸とは反対側に位置する他端部側の外径よりも小さく設定された円錐面状に形成され、前記コレット部の他端面と前記コレット部の周壁部の外周面における他端部との交差部には、前記主軸の軸線に対して傾斜した傾斜面（Ｃ_１０）が形成されており、前記主軸の軸線に対する、前記第２テーパ面の傾斜角度と、前記コレット部の外周面の傾斜角度とが同一であり、且つ前記主軸の軸線に対する、前記シャンク部の末端部の外周面の傾斜角度と、前記第１テーパ面の傾斜角度とが同一であり、前記シャンク部の末端部の外周面と前記第１テーパ面とが当接し、前記キャップ部は、中央部に貫通孔（ＴＨ_２２）が形成された円板部（２２１）と、前記円板部の周縁部から前記主軸側へ延びる環状の周壁部（２２２）と、を備え、前記円板部の前記貫通孔の内周面と、前記円板部における前記主軸側へ向けられた面との交差部には、傾斜面（Ｃ_２２）が形成されており、前記キャップ部の前記周壁部の内周面には、前記第１ねじ溝に螺合可能な第２ねじ溝（Ｇ_２２）が形成されている、工具ホルダとしたことにある。

この場合、前記第１テーパ面と前記第２テーパ面とが同一テーパ面内に位置しているとよい。

上記のように構成した本発明に係る工具ホルダによれば、従来の工具ホルダＨＤと同様に、工具が保持部に対して移動不能に保持される。さらに、工具のシャンク部の端部が、主軸と同軸に配置された第１テーパ面に当接しているので、工具の軸線と工具ホルダの軸線とのずれ（傾き）を従来よりも小さくできる。すなわち、本発明に係る工具ホルダによれば、工具の振れ精度を向上させることができる。

また、工具の端部が基端部の内部に侵入している。すなわち、基端部が主軸に取り付けられた状態において、工具の基端部が主軸の内部に挿入されている。これによれば、図４及び図５に示した従来の工具ホルダを用いた場合のような、工具の末端部が基端部外に位置している場合に比べて、工具ホルダに把持された状態における工具の剛性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る工具ホルダの分解斜視図である。図１の工具ホルダの軸線方向に沿った断面を示す断面図である。コレット部の軸線方向に沿った断面を示す断面図である。外筒部の軸線方向に沿った断面を示す断面図である。キャップ部の軸線方向に沿った断面図を示す断面図である。従来の工具ホルダの軸線方向に沿った断面図を示す断面図である。従来の工具ホルダの分解図である。

本発明の一実施形態に係る工具ホルダ１について説明する。工具ホルダ１は、図１及び図２に示すように、コレット部１０及び本体部２０からなる。コレット部１０の構成は、図４及び図５に示した従来の工具ホルダＨＤのコレット部ＣＴの構成と同様である。すなわち、コレット部１０は、工作機械の主軸の長手方向に延設されている。図３Ａに示すように、コレット部１０は、工具ＴＬのシャンク部を挿入可能な筒状に形成されていて、前記挿入されたシャンク部の外周面を把持する。すなわち、コレット部１０の径方向における中央部には、長手方向に延びる貫通孔ＴＨ_１０が形成されている。この貫通孔ＴＨ_１０に工具ＴＬのシャンク部が挿入される。コレット部１０の長手方向に垂直な断面における貫通孔ＴＨ_１０の内径は、その断面の位置に関わらず一定である。貫通孔ＴＨ_１０の内径は、工具ＴＬの外径よりもわずかに大きい。また、コレット部１０は、その長手方向における一端部であって主軸側（図３Ａにおいて左側）に位置する端部の外径が、被工作物側（前記一端部とは反対側（図３Ａにおいて右側））に位置する他端部の外径よりも小さい。すなわち、コレット部１０の外周面は、コレット部１０の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成されている。コレット部１０の軸線に対するコレット部１０の周壁部１１の外周面の傾斜角度は、例えば、５°である。コレット部１０の周壁部１１には、コレット部１０の前記他端部から前記一端部側へ向かって延びる複数（例えば４つ）のすり割り溝Ｇ_１１（図１参照）が形成されている。また、コレット部１０の他端面とコレット部１０の周壁部１１の他端部の外周面との交差部（角部）には、コレット部１０の軸線に対して傾斜した傾斜面Ｃ_１０が設けられている。なお、コレット部１０は、本発明の把持部に相当する。

本体部２０は、外筒部２１とキャップ部２２を備える（図１及び図２参照）。図３Ｂに示すように、外筒部２１は、主軸の長手方向に延びる筒状に形成されている。すなわち、外筒部２１は、主軸に対して同軸に配置される。外筒部２１の一端部であって、本体部２０の長手方向における主軸側（図３Ｂにおいて左側）に位置する部分を基端部２１１と呼び、外筒部２１の他端部であって、本体部２０の長手方向における被工作物側（前記一端部とは反対側（図３Ｂにおいて右側））に位置する部分を収容部２１２と呼ぶ。基端部２１１は、主軸の端部内に挿入されて主軸に固定される（図２参照）。基端部２１１は、穴部Ｈ_２１１を有する。穴部Ｈ_２１１は、主軸の長手方向に延設されている。基端部２１１が主軸に固定された状態において、穴部Ｈ_２１１は、主軸に対して同軸に配置される。基端部２１１の他端部側の内径よりも一端部側の内径が小さい。すなわち、穴部Ｈ_２１１の内周面は、基端部２１１の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成されている。つまり、基端部２１１は、基端部２１１が主軸に固定された状態において主軸に対して同軸に配置されるテーパ面（本発明の第１テーパ面）を有する。

収容部２１２は、工具ＴＬのシャンク部が挿入されたコレット部１０を収容可能な穴部Ｈ_２１２を有する。穴部Ｈ_２１２は、主軸の長手方向に延設されている。基端部２１１が主軸に固定された状態において、穴部Ｈ_２１２は、主軸に対して同軸に配置される。収容部２１２の他端部側の内径よりも一端部側の内径が小さい。すなわち、穴部Ｈ_２１２の内周面は、収容部２１２の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成されている。つまり、収容部２１２は、基端部２１１が主軸に固定された状態において主軸に対して同軸に配置されるテーパ面（本発明の第２テーパ面）を有する。主軸の軸線に対する収容部２１２の内周面の傾斜角度は、コレット部１０の軸線に対するコレット部１０の外周面の傾斜角度と同一である。穴部Ｈ_２１２の内周面は、穴部Ｈ_２１１の内周面に連続している。すなわち、両内周面は同一のテーパ面内に位置している。収容部２１２の長手方向の寸法は、コレット部１０の長手方向の寸法よりも大きい。すなわち、収容部２１２内にコレット部１０が収容された状態において、コレット部１０の一端と収容部２１２の一端との間には空間が形成されている（図２参照）。また、外筒部２１の他端部の外周部には、ねじ溝Ｇ_２１が形成されている。

図３Ｃに示すように、キャップ部２２は、環状に形成されている。キャップ部２２は、円板部２２１と、円板部２２１の周縁部から主軸側へ延びる環状の周壁部２２２を備える。円板部２２１の中央には貫通孔ＴＨ_２２が形成されている。貫通孔ＴＨ_２２の内径は、工具ＴＬのシャンク部の外径よりも少し大きい。貫通孔ＴＨ_２２の内周面と円板部２２１の面のうち主軸側を向く面との交差部（角部）には、傾斜面Ｃ_２２が形成されている。また、周壁部２２２の内周面には、ねじ溝Ｇ_２２が形成されている。

コレット部１０の他端部側から貫通孔ＴＨ_１０に、工具ＴＬのシャンク部が挿入され、シャンク部の末端部（主軸側の端部）がコレット部１０の一端部から主軸側へ突出した状態にセットされる。なお、工具ＴＬのシャンク部は、丸棒状に形成されている。すなわち、シャンク部の長手方向の位置に関わらず、シャンク部の外径が一定である。ただし、シャンク部の末端部においては、その外周面が基端部２１１の穴部Ｈ_２１１の内周面に沿うように、円錐面状に形成されている。つまり、シャンク部の末端部の外周面には、テーパ面（本発明の第３テーパ面）が形成されている。つぎに、コレット部１０が、収容部２１２の他端部側から収容部２１２内に挿入される。コレット部１０の一端と収容部２１２の一端との間には空間が形成されているが、工具ＴＬのシャンク部の末端部はこの空間を通って基端部２１１の穴部Ｈ_２１１内へ入り込んでいる。（図２参照）。そして、シャンク部の末端部の外周面が穴部Ｈ_２１１の内周面に面接触している。コレット部１０の他端部は、収容部２１２の他端部から被工作物側へ少し突出している。

つぎに、キャップ部２２が外筒部２１に締結される。すなわち、ねじ溝Ｇ_２１とねじ溝Ｇ_２２とが嵌合する。キャップ部２２の傾斜面Ｃ_２２がコレット部１０の傾斜面Ｃ_１１に当接して、コレット部１０が収容部２１２内へ押し込まれる。これにより、コレット部１０の外周面が収容部２１２の内周面に当接して、コレット部１０が収容部２１２に対して移動不能な状態で保持されるとともに、コレット部１０の他端部側が、その径方向における内側へ押圧されて少し撓み、工具ＴＬのシャンク部の外周面に当接して、工具ＴＬがコレット部１０に対して移動不能な状態で保持される。すなわち、工具ＴＬがコレット部１０に把持される。なお、コレット部１０、収容部２１２及びキャップ部２２から構成された部分が本発明の保持部に相当する。

上記のように構成した工具ホルダ１においては、従来の工具ホルダＨＤと同様に、コレット部１０の内周面の他端部と工具ＴＬのシャンク部の中間部とにおける複数箇所において、両者が線接触又は点接触して、工具ＴＬがコレット部１０に対して移動不能に保持される。さらに、工具ＴＬのシャンク部の末端部の外周面が、主軸に対して同軸に配置された穴部Ｈ_２１１の内周面に面接触しているので、工具ＴＬの軸線と工具ホルダ１の軸線とのずれ（傾き）を従来よりも小さくできる。すなわち、本実施形態によれば、工具ＴＬの振れ精度を向上させることができる。例えば、従来の工具ホルダＨＤを用いた場合、工具ＴＬの中間部であって、基準位置（被保持部の他端）から見て先端（刃先）側へ１５０ｍｍだけ離れた測定位置の振れ量は、２０〜２５μｍ程度であり、そのばらつきは５μｍ程度であった。これに対し、工具ホルダ１を用いた場合、前記測定位置の振れ量は、５〜７μｍ程度であり、そのばらつきは２μｍ程度であった。

また、工具ホルダ１においては、工具ＴＬの末端部が基端部２１１内に位置している。すなわち、基端部２１１が主軸に取り付けられた状態において、工具ＴＬの末端部が主軸内に位置している。これによれば、図４及び図５に示した従来の工具ホルダＨＤを用いた場合のような、工具ＴＬの末端部が基端部外に位置している場合に比べて、工具ホルダに把持された状態における工具ＴＬの（みかけの）剛性を高めることができる。例えば、従来の工具ホルダＨＤを用いた場合であって、前記測定位置に対して、工具ＴＬの軸線方向に垂直な方向へ１００Ｎの力を付与した場合の前記測定位置の撓み量は、９０μｍ程度であった。これに対し、工具ホルダ１を用いた場合、前記測定位置の撓み量は、６０μｍ程度であった。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、収容部２１２の軸線に対する収容部２１２の内周面の傾斜角度は、上記実施形態に限られず任意に設定可能である。ただし、この傾斜角度は、６°以下であることが好ましい。また、コレット部１０のすり割り溝Ｇ_１１（図１参照）の数は上記実施形態に限られず、任意に設定可能である。また、コレット部１０の一端から他端部側へ向かって延びるすり割り溝Ｇ_１１がさらに設けられていても良い。また、工具ＴＬを保持する方式として、コレットを用いた方式に限られず、液圧を用いたハイドロ方式、焼きばめ方式などを用いてもよい。

１・・・工具ホルダ、１０・・・コレット部、１１・・・周壁部、２０・・・本体部、２１・・・外筒部、２２・・・キャップ部、２１１・・・基端部、２１２・・・収容部、２２１・・・円板部、２２２・・・周壁部、Ｇ_１１・・・すり割り溝、ＴＬ・・・工具

Claims

外径が一定の丸棒状に形成され、末端部において、その外周面が円錐面状に形成されているシャンク部を有する工具を、工作機械の主軸に装着するための工具ホルダであって、
前記主軸の長手方向に延びる筒状に形成され、前記主軸に挿入されて前記主軸に固定される外筒部と、
前記工具のシャンク部を挿入可能な筒状に形成され、前記外筒部に収容されるコレット部と、
環状に形成されたキャップ部と、
を備え、
前記外筒部は、
前記主軸に対して同軸配置され、前記主軸の端部内に挿入されて前記主軸に固定される基端部であって、その内周面が前記主軸の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成され、前記主軸側に位置する一端部側の内径が、前記主軸とは反対側に位置する他端部側の内径よりも小さく設定された第１テーパ面を有する第１穴部を有する基端部と、
前記主軸に対して同軸配置され、前記コレット部を収容する収容部であって、その内周面が前記主軸の軸線に対して傾斜した円錐面状に形成され、前記主軸側に位置する一端部側の内径が、前記主軸とは反対側に位置する他端部側の内径よりも小さく設定された第２テーパ面を有する第２穴部を有する収容部と、
を備え、
前記外筒部における他端部の外周面には、第１ねじ溝が形成されており、
前記コレット部の外周面は、前記主軸の軸線に対して傾斜した円錐面状であって、前記主軸側に位置する一端部側の外径が、前記主軸とは反対側に位置する他端部側の外径よりも小さく設定された円錐面状に形成され、
前記コレット部の他端面と前記コレット部の周壁部の外周面における他端部との交差部には、前記主軸の軸線に対して傾斜した傾斜面が形成されており、
前記主軸の軸線に対する、前記第２テーパ面の傾斜角度と、前記コレット部の外周面の傾斜角度とが同一であり、且つ前記主軸の軸線に対する、前記シャンク部の末端部の外周面の傾斜角度と、前記第１テーパ面の傾斜角度とが同一であり、
前記シャンク部の末端部の外周面と前記第１テーパ面とが当接し、
前記キャップ部は、
中央部に貫通孔が形成された円板部と、
前記円板部の周縁部から前記主軸側へ延びる環状の周壁部と、
を備え、
前記円板部の前記貫通孔の内周面と、前記円板部における前記主軸側へ向けられた面との交差部には、傾斜面が形成されており、
前記キャップ部の前記周壁部の内周面には、前記第１ねじ溝に螺合可能な第２ねじ溝が形成されている、工具ホルダ。
請求項１に記載の工具ホルダにおいて、
前記第１テーパ面と前記第２テーパ面とが同一テーパ面内に位置している、工具ホルダ。