JP6993713B2 - ツールホルダ - Google Patents

Description

本発明は、ツールホルダの挟持構造に関し、特にツールホルダがツールを挟持するサイズの限界を改善し、固定強度が高く、且つ同一シャンクに異なるサイズのツールヘッドを交換できるツールホルダに関する。

一般公知のコレットチャックを有するツールホルダとして、図１０および図１１に示すとおり、ＥＲストレートコレットチャックツールホルダが知られている。それは主に加工機の動力タレットもしくは加工機に設置する主軸上で使用される。ツールホルダ８は主にシャンク８１を有し、シャンク８１の一端には挟持構造が設けられる。挟持構造はシャンク８１の一端にテーパ内孔８１１を有する。テーパ内孔８１１の内部にはコレットチャック８２が設置され、コレットチャック８２内にはストレートのツール６（例としてフライスツール、ドリル、タップツール…等）が設置される。そしてナット８３で固定し、ナット８３でコレットチャック８２を押してツール６を収縮挟持させる。

ツール６をスピーディに着脱するため、図１１に示すとおり、例としてＥＲ１６コレットチャックは、ツール６のシャンク直径サイズ範囲が１～１０ｍｍで挟持できる。各種規格のコレットチャック８２が挟持できる収縮範囲は有限であり、挟持できるシャンクサイズはコレットチャックの制限を受け、且つこのコレット構造の最大挟持サイズは１０ｍｍまでである。そのため、単一のコレットチャック８２の適用範囲は有限であり、加工形態が複雑になればなるほど、そして多樣化する加工環境であるほど、ユーザは大量のサイズのコレットチャック８２を購入して日々の進歩や多様化する製品加工に対応しなければならない。

公知のコレットチャック８２を有するツールホルダ８は、その一端のコレット構造が主にコレットチャック８２を主な挟持機構となり、さらにナット８３でツール６のシャンク８１を固定する。しかしながら、各種規格のコレットチャック８２は挟持できる収縮範囲は制限があり、ユーザは大量のサイズのコレットチャック８２を購入しなければならないのでコストが増えてしまう。

本発明のツールホルダは、シャンク、連結シャフトおよびナットを有する。シャンクは、貫通した通孔が設けられ、通孔の一端の内側にはテーパ内孔が設けられ、一端の外側には外ネジ部が設けられている。

連結シャフトは、軸方向の一端にシャンクのテーパ内孔と対応するテーパ部が設けられる。テーパ部の一端にはセットボルトを固定するために第一内ネジ孔が設けられる。連結シャフトの他端には第二内ネジ孔が設けられる。連結シャフトは、テーパ部に隣接する箇所に、軸方向に直交する向きに貫通した位置決め孔である定位孔が設けられる。定位孔の両端には円柱孔が形成され、二個の円柱孔の間にはボトルネック孔が形成される。ボトルネック孔の両端の内壁は円柱孔の内壁に連続する。例えばボトルネック孔の内壁は、軸方向断面において径内方向に突出する円弧形状である。或いは、ボトルネック孔は、ボルトを径方向に位置決めする円柱状の孔でもよい。

ナットは、軸方向の一端に第三内ネジ孔が設けられ、他端に貫通した軸孔が設けられる。更にナットには径方向に貫通したザグリ孔および第四内ネジ孔が設けられる。軸孔側の端面を基準とした軸方向位置を「高度位置」と定義すると、ナットは、ザグリ孔の中心と第四内ネジ孔の中心との間に、高度位置の差による偏心を有する。第四内ネジ孔の中心の高度位置は前記ザグリ孔の中心の高度位置より高い。偏心距離は０．０５～０．１ｍｍの間である。ボルトは、ザグリ孔に挿入され第四内ネジ孔に固定される。

連結シャフトはナット内に嵌入し、且つ定位孔はナットのザグリ孔および第四内ネジ孔と対応し、ボルトで締められる。ボルトが第四内ネジ孔に締まっていく時、ボルトが上向きに連結シャフトのボトルネック孔を押し上げ、連結シャフトを上向きに押して移動させる。ナットをシャンクの外ネジ部に合わせて締めると、シャンクのテーパ内孔で連結シャフトが上向きに押されてシャンクと結合する。これにより、二重ロックが達成される。

本発明のツールホルダは、ＥＲ１６コレットチャック規格の１０ｍｍシャンクを使用する。連結シャフトはツールヘッドサイズの最大ツール直径が１６ｍｍまで交換して固定できる。拠って応用できるツールヘッドサイズ範囲は６０％増える。もしくは定位孔の両端の円柱孔の間は円柱状の定位円柱孔に変更でき、且つボルトとしっかり合わさることで、強度を高め、使用できるツールヘッドサイズの最大ツール直径が３０ｍｍまで大きくなり、３倍に向上する。その他、連結シャフトの長さは変更でき、加工の応用範囲が広がり、加工は更に幅が広がる。

本発明のツールホルダの斜視図である。 本発明のツールホルダの組立断面図である。 本発明の異なるナットの応用実施例の図である。 本発明の連結シャフトのボトルネック孔の内壁が軸方向断面において円弧形状である実施例の組立断面図である。 本発明において多種サイズのツールヘッドを固定する応用実施例図である。 本発明の連結シャフトの応用実施例の図である。 本発明の連結シャフトのボトルネック孔が円柱孔形状である実施例の分解状態の断面図である。 図７の実施例の組立断面図である。 本発明において異なる形式のナットおよび多種の加工機能ツールヘッドをセットして固定した応用実施例の模式図である。 公知のＥＲストレートコレットチャックツールホルダの分解状態の部分断面図である。 公知のＥＲストレートコレットチャックツールホルダの組立状態の部分断面図である。

（一実施形態）
図１、２に示す本発明のツールホルダは、シャンク１０、連結シャフト２０およびナット３０を有する。シャンク１０は、例として市販のストレートシャンクもしくはテーパシャンクである。シャンク１０は、貫通した通孔１１が設けられ、通孔１１の一端の内側にはテーパ内孔１２が設けられ、一端の外側には外ネジ部１３が設けられている。

連結シャフト２０の軸方向の一端にはシャンク１０のテーパ内孔１２と対応するテーパ部２１が設けられている。テーパ部２１の端にはセットボルト７を固定するために第一内ネジ孔２１１が設けられる。図５に示すように、連結シャフト２０の他端にはフライスツールもしくはドリル等ツールのツールヘッド５０を固定するための第二内ネジ孔２２が設けられる。

連結シャフト２０にはテーパ部２１に隣接した箇所に、軸方向に直交する向きに貫通した位置決め孔である定位孔２３が設けられる。定位孔２３の両端には円柱孔２３１が形成されている。円柱孔２３１の直径はボルト４０の軸径よりも約２０％大きいため、ボルト４０が挿入された時に比較的大きな可動空間を有する。両端の円柱孔２３１の間にはボトルネック孔２３２が形成されており、ボトルネック孔２３２の中段位置の縮小孔の内径が最も小さい。縮小孔の直径はボルト４０の軸径よりも約０．１ｍｍ以下の長さだけ大きい。ボトルネック孔２３２は、両端の内径が最大であり、且つボトルネック孔２３２の両端の内壁は円柱孔２３１の内壁に連続する。ボトルネック孔２３２の内壁は、軸方向断面において径内方向に突出する円弧形状である。

ナット３０の軸方向の一端は第三内ネジ孔３１が設けられ、他端に貫通した軸孔３２が設けられる。更にナット３０には径方向に貫通したザグリ孔３３および第四内ネジ孔３４が設けられる。ザグリ孔３３の中心と第四内ネジ孔３４の中心との間には、わずかに距離のある偏心ｅを有する。以下、ナット３０の軸孔３２側の端面を基準とした軸方向位置を「高度位置」と定義する。本実施例では偏心ｅの距離はおよそ０．０５～０．１ｍｍの間であり、且つ第四内ネジ孔３４の中心の高度位置はザグリ孔３３の中心の高度位置より高い。

図１に示すとおり、本発明のナット３０は六角ナットを使用できる他に、異なる構造形状のナット３０も使用できる。図３に示すとおり、ナット３０の外側周辺環にはスパナ３６でナット３０を締めたり緩めたりするための複数個の槽孔３５が設けられている。その他、ナット３０に設けられるザグリ孔３３および第四内ネジ孔３４は一組以上であり、且つナット３０の外周辺縁上に環状分布する。本実施例では三組設置されるが、異なる角度で使用することもできる。

図２、図４に示すとおり、本発明の連結シャフト２０はナット３０内に嵌入し、且つ定位孔２３はナット３０のザグリ孔３３および第四内ネジ孔３４と対応し、ボルト４０で締められる。ナット３０のザグリ孔３３の中心と第四内ネジ孔３４の中心との間にはわずかな高度位置の差による偏心ｅを有する。本実施例の偏心ｅの距離は約０．０５～０．１ｍｍの間であり、第四内ネジ孔３４の中心の高度位置はザグリ孔３３の中心の高度位置よりも高い。

一旦ボルト４０が徐々に高度位置が高い第四内ネジ孔３４に締まっていく時、ボルト４０は第四内ネジ孔３４を支点として上向きに（および時計回りにわずかに偏向する）偏向する傾向があり、更にボルト４０が徐々に上向きに連結シャフト２０のボトルネック孔２３２を押し上げる。ボトルネック孔２３２の縮小孔形状は円弧形であるため、ボルト４０は一点でボトルネック孔２３２と接触し、連結シャフト２０を上向きに押して移動させ、ナット３０をシャンク１０の外ネジ部１３に合わせて締め、シャンク１０のテーパ内孔１２から上向きに連結シャフト２０を押してシャンク１０と結合する。これにより、連結シャフト２０はボルト４０に押され、ナット３０によって上向きに押されて固定されるため、二重ロックが達成される。

図５に示すとおり、本実施例はツールホルダの構造型態を変える。連結シャフト２０は異なるサイズのツールヘッド５０と連結固定できる。本実施例に依ると、ＥＲ１６コレットチャック規格に準拠したシャンク１０を使用している。シャンク１０はツールヘッドサイズψＤの最大ツール直径サイズ範囲が１６ｍｍで固定連結でき、応用可能なツールヘッドサイズψＤ範囲は６０％増加する。その他、図６に示すとおり、連結シャフト２０の長さを変更でき、加工の応用範囲が広がる。

前述した本実施例とＥＲ１６シャンクコレットチャック規格のシャンク１０はツールヘッドサイズψＤの最大ツール直径サイズ範囲が１６ｍｍまで固定連結できる。主に連結シャフト２０とナット３０との固定強度において、ψＤの最大ツール直径サイズ範囲を増やしたい場合、連結シャフト２０とナット３０とのロック強度を高めることができる。

図７に示すとおり、連結シャフト２０は、テーパ部２１に隣接した箇所に、径方向に貫通した位置決め孔である定位孔２３が設けられる。定位孔２３の両端には直径がボルト４０の直径ψｄ１よりやや大きい円柱孔２３１が形成され、二個の円柱孔２３１の間には口径ψｄ２が小さい定位円柱孔２３３が形成される。他に前述のボトルネック孔２３２が形成されている。定位円柱孔２３３の口径ψｄ２はボルト４０の直径ψｄ１よりもやや大きく、口径の公差範囲は約０から０．０５ｍｍの間である。ボルト４０と定位円柱孔２３３とはきつく接触し、定位円柱孔２３３とボルト４０は密接に合わさる。

図８に示すとおり、ボルト４０をナット３０の偏心設置された第四内ネジ孔３４に螺設すると、ボルト４０は定位円柱孔２３３の箇所で連結シャフト２０を上向きに押し、連結シャフト２０はシャンク１０のテーパ内孔１２と更にしっかりと合わさる。更に定位円柱孔２３３とボルト４０との接触面積が更に大きくなる。

図７に示すとおり、定位円柱孔２３３の長さＬは、即ちボルト４０との接触長さであり、接触長さＬが長くなるほど更にしっかりと合わさる。拠って、連結シャフト２０とシャンク１０のテーパ内孔１２との連結強度を高める。これにより、相対的にツールの切削強度を向上させ、ツールヘッドサイズψＤの最大ツール直径サイズを上げる。実際の切削実験に基づき、ＥＲ１６コレットチャック規格１０ｍｍのシャンク１０を設置して使用した場合、シャンク１０はツールヘッドサイズψＤの最大ツール直径サイズ範囲を３０ｍｍまで広げて固定連結可能である。したがって、応用できるツールヘッドサイズψＤ範囲は三倍に増える。

図９に示すとおり、本発明は、異なる形式のナット３０と合わせてスパナ３６で異なる加工機能シリーズのツールヘッド５０を締めたり緩めたりできるので更に多くの応用組立ができ、更に実用性が向上する。

上述のとおり、本発明のツールホルダは、従来使用されているコレットチャックがツールを挟持する技術を改善し、連結シャフトとナットとが内部で径方向に固定するボルト構造によって、固定強度が上がる。また、連結シャフトは異なるサイズのツールヘッドを交換して固定可能であり、１．６倍から３倍の範囲のツールヘッドのロック使用を向上させる。ユーザに対して、工具の加工条件および環境をスピーディに適応させて次々と変化させ、ツールの切削範囲を広げることで、産業利用性、実用性および進歩性を更に高める。

１０ シャンク
１１ 通孔
１２ テーパ内孔
１３ 外ネジ部
２０ 連結シャフト
２１ テーパ部
２１１ 第一内ネジ孔
２２ 第二内ネジ孔
２３ 定位孔
２３１ 円柱孔
２３２ ボトルネック孔
２３３ 定位円柱孔
３０ ナット
３１ 第三内ネジ孔
３２ 軸孔
３３ ザグリ孔
３４ 第四内ネジ孔
３５ 槽孔
３６ スパナ
４０ ボルト
５０ ツールヘッド
６ ツール
７ セットボルト
８ ツールホルダ
８１ シャンク
８１１ テーパ内孔
８２ コレットチャック
８３ ナット
ｅ 偏心
Ｄ ツールヘッドサイズ
ｄ１ 直径
ｄ２ 口径
Ｌ 長さ

Claims (6)

1. 貫通した通孔が設けられ、前記通孔の一端の内側にテーパ内孔が設けられ、一端の外側に外ネジ部が設けられたシャンクと、
   軸方向の一端に前記シャンクの前記テーパ内孔と対応するテーパ部が設けられ、前記テーパ部の一端にセットボルトを固定するために第一内ネジ孔が設けられ、他端に第二内ネジ孔が設けられ、前記テーパ部に隣接する箇所には軸方向に直交する向きに貫通した位置決め孔である定位孔が設けられ、前記定位孔の両端には円柱孔が形成され、前記二個の円柱孔の間にはボトルネック孔が形成され、前記ボトルネック孔の両端の内壁は前記二個の円柱孔の内壁に連続する連結シャフトと、
   軸方向の一端に第三内ネジ孔が設けられ、他端に貫通した軸孔が設けられ、径方向に貫通したザグリ孔および第四内ネジ孔が設けられ、前記軸孔側の端面を基準とした軸方向位置を高度位置と定義すると、前記ザグリ孔の中心と前記第四内ネジ孔の中心との間に高度位置の差による偏心を有し、前記第四内ネジ孔の中心の高度位置は前記ザグリ孔の中心の高度位置より高いナットと、
   前記ザグリ孔に挿入され前記第四内ネジ孔に固定されるボルトと、
   を含み、
   前記連結シャフトは前記ナット内に嵌入し、且つ前記定位孔は前記ナットの前記ザグリ孔および前記第四内ネジ孔と対応し、前記ボルトで締められ、
   前記ボルトが前記第四内ネジ孔に締まっていく時、前記ボルトが上向きに前記連結シャフトの前記ボトルネック孔を押し上げ、前記連結シャフトを上向きに押して移動させ、
   前記ナットを前記シャンクの前記外ネジ部に合わせて締めると、前記シャンクの前記テーパ内孔で前記連結シャフトが上向きに押されて前記シャンクと結合し、
   二重ロックが達成されることを特徴とするツールホルダ。
2. 前記連結シャフトの前記定位孔の両端に形成された前記二個の円柱孔の直径は、前記ボルトの軸径より２０％大きいことを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
3. 前記ボトルネック孔の中段位置に形成された縮小孔の直径は、前記ボルトの軸径よりも０．１ｍｍ以下の長さだけ大きいことを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
4. 前記ボトルネック孔は、前記ボルトを径方向に位置決めする円柱状の孔であることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
5. 前記ボトルネック孔の内壁は、軸方向断面において径内方向に突出する円弧形状であることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
6. 前記ザグリ孔の中心と前記第四内ネジ孔の中心との間の偏心距離は、０．０５～０．１ｍｍの間であることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
   

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