JPH06315807A - 軸状部材の連結装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具ホルダーを工作機械側の回転軸体に連結
する装置として、両者が連結時にテーパ面と端面の両方
で接合し、軸心の求心性と直線性が精密に設定されて極
めて高い加工精度を達成でき、装置の製作が容易なもの
を提供する。 【構成】 回転軸体１と、これに対向端面１ａ，１ｂで
接合して連結させる工具ホルダー２と、一端側が工具ホ
ルダー２の中心孔９内に係合配置し、他端側を回転軸体
１の中心孔６に螺合して回転させることにより工具ホル
ダー２を回転軸体１側へ引き付ける連結用スクリュー軸
５とからなり、上記対向端面１ａ，２ａの一方に奥細り
のテーパ状内周面７ａを有する嵌合凹部７が陥設され、
他方に先細りのテーパ状外周面１０ａを有して嵌合凹部
７に嵌入して弾性変形し得る嵌合筒部１０が突設されて
なる工具ホルダー等軸状部材の連結装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、切削工具等を装着する
工具ホルダー等の他方の軸状部材を工作機械側の回転軸
体等一方の軸状部材に取り付けるための連結装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械による切削加工においては、コ
ンピュターを利用した数値制御等により加工精度がます
ます高まる傾向にあるが、これに対応して切削工具及び
工具ホルダーの連結状態における軸心の位置や軸心の直
線性等もミクロン単位に精密設定する必要が生じてい
る。

【０００３】一方、近年では、旧来は一体物であった工
具ホルダーを、工作機械のスピンドルに装着するテーパ
ーシャンク部を有する軸部材と、工具ヘッドを装着する
本来のホルダー部材とに分割構成し、同一の軸部材に対
して切削工具のシャンク径や加工径の違いに対応する複
数種のホルダー部材を交換連結する方式が普及しつつあ
る。以下、このような分割型の工具ホルダーについて
は、上記の軸部材を工作機械側のスピンドルやこれに連
結する中間軸と併せて回転軸体、ホルダー部材を上記の
一体物と併せて工具ホルダーと呼称する。

【０００４】従来、工具ホルダーを工作機械側の回転軸
体に取り付けたり、工具ホルダーに工具ヘッドをコレッ
トチャックやニードルロールチャック等のチャック機構
を介さずに取り付ける手段として、（ａ）被連結側の部
材と連結側の部材の両者を単に凹凸嵌合して該嵌合部を
半径方向のセットネジにより固定する方式、（ｂ）同様
の凹凸嵌合において、先細テーパ面としたセットネジの
先端部を嵌合した凸部側の半径方向の奥細テーパ孔に嵌
入し、両テーパ面同士の接触による誘導作用で両者を引
き付けて端面接合させる方式、（ｃ）両者の凹凸嵌合部
を螺合構造としてねじ込みにより端面接合させる方式、
（ｄ）被連結側にテーパ状中心孔、連結側にテーパシャ
ンク部を設けると共に、両者の嵌合奥部を螺合構造と
し、両者を嵌合して螺合部のねじ込みによりテーパ面同
士で接合させる方式等が汎用されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来の
（ａ）〜（ｄ）のいずれの方式においても、軸心の求心
性と直線性を共に精密に設定することが困難であり、近
年における切削加工の精度向上の要望に充分に対処でき
ないという問題があった。

【０００６】すなわち、（ａ）の方式では、凹凸嵌合に
必要なクリアランスにより、セットネジを締め付けた際
に両者が偏心すると共に、両者が端面で密着しないため
に加工中にがたつきや芯振れを生じ易くなる。また
（ｂ）及び（ｃ）の方式では端面接合するが、前者では
（ａ）の方式と同様の嵌合部のクリアランスによる偏
心、後者でも螺合部に必要なクリアランスによる偏心が
避けられない。一方、（ｄ）の方式では、テーパ面同士
の接合により求心性がよい反面、通常では両者が端面接
合しないために軸心の直線性を厳密に設定しにくく芯振
れを生じ易い。

【０００７】更に（ｃ）及び（ｄ）の方式においては、
連結のために工具ホルダー又は工具ヘッド自体を回転操
作することになるため、作業性が悪い上、締め付け状態
の回転位置が一定せず、中ぐりヘッド等の刃先が軸心か
ら離れた工具では刃先位置にばら付きを生じることにな
る。

【０００８】なお、（ｂ）の方式における上記クリアラ
ンスに伴う偏心を矯正するために、工具ホルダーや工具
ヘッドの製作加工段階で予め被連結側の部材に連結して
おき、この連結状態で軸心位置が一致するようにホルダ
ーの工具装着部や切削刃の加工を施す手段も考えられ
る。しかるに、このような手段では、工具ホルダーや工
具ヘッドを個々別々に加工調整することになり、製作加
工の工程が非常に複雑化して工数が多くなり、且つ連結
状態であるために加工しにくく取扱い性も悪く、製作コ
ストが極めて高く付き、また適用相手の被連結側の部材
が上記製作加工時に用いたものに限られ、互換性の利点
に少なくなるという難点がある。

【０００９】しかして、上述の観点からすれば、軸心の
求心性を高める上で被連結側と連結側の両部材をテーパ
面接合させるのがよく、一方、軸心の直線性を高めるに
は両部材を端面接合させること望ましいが、これら両接
合を同時に行わせることは至難であった。例えば、前記
（ｄ）の方式において被連結側のテーパ状中心孔と連結
側のテーパシャンク部とが接合すると同時に両部材の周
端面も接合するように設定することは不可能ではない
が、そのためには両部材のテーパ部を厳密な寸法精度に
加工する上で極めて高度な制御操作が必要になり、経済
性の面より実用性に乏しく、また仮に厳密な寸法精度に
仕上げても使用中の着脱の繰り返しによる磨滅や変形の
蓄積で初期の精度を維持し得なくなる。

【００１０】本発明は、上述の状況に鑑み、例えば工具
ホルダーを工作機械側の回転軸体に連結する場合のよう
に他方の軸状部材を一方の軸状部材に連結する軸状部材
連結装置として、簡単な構成により両者が連結時にテー
パ面と端面の両方で接合し、もって軸心の求心性と直線
性が共に精密に設定されると共に、この設定精度が永続
的に維持され、切削加工等において極めて高い加工精度
が安定的に得られ、しかも該連結装置自体を容易且つ安
価に製作しうるものを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
軸状部材の連結装置は、上記目的を達成するために、先
端側に開口する中心孔を備えた一方の軸状部材と、該一
方の軸状部材に対向端面で接合して連結させる筒形の他
方の軸状部材と、一端側が該他方の軸状部材の中心孔内
に係合配置し、他端側が前記一方の軸状部材の中心孔に
螺合可能で、その螺合状態での締付方向の回転により前
記他方の軸状部材を一方の軸状部材側へ引き付ける連結
用スクリュー軸とからなり、前記一方の軸状部材と他方
の軸状部材との対向端面の一方には、その中心孔と同心
で且つ内奥側へ縮径するテーパ状内周面を有する嵌合凹
部が陥設されると共に、前記対向端面の他方には、その
中心孔と同心で且つ先端側へ縮径するテーパ状外周面を
有して前記嵌合凹部に嵌入して弾性変形し得る肉薄の嵌
合筒部が突設された構成を採用したものである。

【００１２】また同様目的において、請求項２に係る軸
状部材の連結装置は、上記請求項１の連結用スクリュー
軸として、頭部を他方の軸状部材内に係止するキャップ
ボルトを用いる構成を採用したものである。

【００１３】同じく請求項３に係る軸状部材の連結装置
は、上記請求項１の連結用スクリュー軸として、両端に
一方の軸状部材と他方の軸状部材の各中心孔にそれぞれ
螺合する順方向のネジ部を備え、且つ一方の軸状部材の
ネジ部が他方の軸状部材側のネジ部よりもピッチの大き
い差動ピッチネジを用いる構成を採用したものである。

【００１４】同じく請求項４に係る軸状部材の連結装置
は、上記請求項１〜３における嵌合凹部のテーパ状内周
面が嵌合筒部のテーパ状外周面よりも長い軸方向長さを
有してなる構成を採用したものである。

【００１５】

【作用】請求項１の連結装置において、他方の軸状部材
を一方の軸状部材に取り付けるには、該他方の軸状部材
に予め連結用スクリュー軸をその一端側で係合配置させ
ておき、このスクリュー軸の他端側を一方の軸状部材の
中心孔にねじ込んで締め付ける。これにより、該他方の
軸状部材は一方の軸状部材側に引き寄せられ、両者があ
る程度接近した時点で、他方の軸状部材の嵌合筒部が該
一方の軸状部材の嵌合凹部に嵌入し、更にスクリュー軸
を締め付けて他方の軸状部材を一方の軸状部材側に引き
付けていくことにより、前記嵌合筒部の外周が嵌合凹部
のテーパ状内周面に圧接し、次いで該内周面のテーパに
よる誘導によって当該嵌合筒部が縮径する形で弾性変形
し、最終的に他方の軸状部材と一方の軸状部材とが対向
端面の外周側で端面接合し、スクリュー軸が締め付け限
界に達し、取り付けが完了する。

【００１６】この連結状態では、他方の軸状部材と一方
の軸状部材とが端面接合することから、両者の軸心の直
線性を確実に高精度に設定でき、しかも他方の軸状部材
の嵌合筒部が回転軸体の嵌合凹部に嵌入して全周で圧接
してクリアランスを生じないため、両者の軸心が完全に
一致することになる。従って、該他方の軸状部材に装着
した工具により切削加工等を施す際、刃先位置が厳密に
定位置に設定され、且つ加工中の各部のがた付きや工具
の芯振れを生じず、極めて高い加工精度を達成できる。
なお、連結用スクリュー軸のネジ方向は加工時の回転力
が締まり勝手に作用するように設定される。

【００１７】しかして、他方の軸状部材及び一方の軸状
部材の製作加工においては、前記嵌合筒部が嵌合凹部に
接して弾性変形し得る分だけ嵌合状態の軸方向位置に余
裕を生じるため、両者を嵌合筒部と嵌合凹部との圧接状
態で端面接合させるための寸法に幅ができ、それだけ加
工精度の許容幅が広くなり、容易に加工できる。

【００１８】ここで、前記の連結用スクリュー軸として
は、その一端側が係嵌や螺合によって他方の軸状部材に
係止できるものであればよく、請求項２のキャップボル
トや請求項３の差動ピッチネジの他、両端側に逆ネジ関
係のネジ部を刻設したもの等、種々のものを使用でき
る。

【００１９】請求項２のキャップボルトでは、材料的に
安価であると共に、他方の軸状部材の中心孔にネジ部を
刻設する必要がないため、該他方の軸状部材を低コスト
で容易に製作できる。

【００２０】請求項３の差動ピッチネジでは、一方の軸
状部材側のネジ部が他方の軸状部材側のネジ部よりも大
きいピッチであるから、締め付け方向の回転により一方
の軸状部材側の進行が他方の軸状部材側より速くなり、
そのピッチ差だけ他方の軸状部材が一方の軸状部材側へ
引き付けられていくことになる。しかして、その締付力
は該ピッチ差に相当する細かいピッチのネジを用いた場
合と同じであるから、粗いピッチでも大きな締付力が得
られる。また他方の軸状部材を一方の軸状部材から取り
外す際、緩め方向の回転操作を行えば、上記ピッチ差に
より他方の軸状部材が一方の軸状部材より自動的に押し
出されることになり非常に抜出容易である。

【００２１】請求項４では、嵌合凹部のテーパ状内周面
が嵌合筒部のテーパ状外周面よりも長い軸方向長さを有
しているため、連結に際して両者を嵌合させ易い上、嵌
合筒部のテーパ状外周面の最小径が多少異なる場合でも
嵌合可能となり、それだけ他方の軸状部材は寸法変化の
許容範囲が大きく製作容易となる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明に係る他方の軸状部材たる工具
ホルダーと一方の軸状部材たる回転軸体との連結装置の
第一実施例を示す。図において、１は工作機械側の回転
軸体であり、分割型工具ホルダーにおけるテーパシャン
ク部を有する軸部材、工作機械のスピンドル、該スピン
ドルに連結される中間軸等からなる。２は筒形の工具ホ
ルダーであり、前端側に設けたテーパコレットチャック
方式の工具チャック機構３を介して切削工具４を同軸状
に装着出来る用になっている。５は連結用スクリュー軸
たるキャップボルトである。

【００２３】上記回転軸体１の先端側には、内周にキャ
ップボルト５と螺合し得るネジ部６ａが刻設された中心
孔６を備えると共に、先端面に該中心孔６と同心の円形
で内奥側へ縮径するテーパ状内周面７ａを有する嵌合凹
部７が陥設されており、該嵌合凹部６の内底面に上記中
心孔５が開口している。また該回転軸体１の先端部外周
には、係合キー８が取付ネジ８ａを介して前方へ突出状
に固着され、工具ホルダー２の先端部外周に設けたキー
溝８ｂに係嵌するように設定されている。

【００２４】工具ホルダー２は、基端側より３段階に順
次拡径する中心孔９を備えると共に、前後両端にはそれ
ぞれ該中心孔９と同心の略円筒形をなす嵌合筒部１０と
チャック筒部１１が突設されており、該中心孔９に前方
側から挿入したキャップボルト５の頭部５ａの段部９ａ
で係止するようになされている。そして、チャック筒部
１１は、内側がテーパコレット１２を嵌合させるための
テーパ孔１１ａを構成し、外周面に工具チャック機構３
の締付ナット１３を螺着させるネジ部１１ｂが刻設され
ている。

【００２５】上記嵌合筒部１０は、工具ホルダー２を回
転軸体１に連結させる際に前記嵌合凹部７に圧嵌入し、
両者１，２の対向端面１ａ，２ａの接合状態で弾性変形
して縮径するように構成されており、その弾性変形が可
能なように肉薄で且つ基部が括れた形状をなし、先端側
へ縮径するテーパ状外周面１０ａを有している。しかし
て、図２に示すように、上記テーパ状外周面１０ａは、
先端側の最小径が嵌合凹部６におけるテーパ状内周面６
ａの内奥側の最小径よりも若干大きく、且つ勾配が同テ
ーパ状内周面６ａの勾配よりも若干小さく設定されてい
る。またテーパ状の内周面６ａの軸方向幅Ｌ₁ とテーパ
状外周面１０ａの軸方向幅Ｌ₂ とは、Ｌ ₁ ＞Ｌ₂ に設定
してある。

【００２６】上記構成において、工具ホルダー２を回転
軸体１に連結するには、工具ホルダー２の中心孔９に前
方よりキャップボルト５を挿入し、その後方へ突出する
ネジ部５ｂを回転軸体１の中心孔６に螺入させ、係合キ
ー８にキー溝８ｂが合う状態で該キャップボルト５を締
付操作すればよい。これにより工具ホルダー２が回転軸
体１側へ引き付けられ、その嵌合筒部１０が嵌合凹部７
に嵌入し、まず図２の実線で示すようにテーパ状外周面
１０ａの先端側が全周でテーパ状内周面７ａに当接す
る。なお、この段階での回転軸体１と工具ホルダー２の
対向端面１ａ，２ａの間隔ｄは０．１〜０．２ｍｍ程度
であることが望ましい。また、係合キー８はキャップボ
ルト５の捻回操作における工具ホルダー２の共回りを防
ぐ機能を果たす。しかして、更に上記締付操作を続ける
ことにより、嵌合筒部１０は嵌合凹部７のテーパ状内周
面７ａによる誘導作用で弾性変形して縮径しつつ強制的
に嵌入度を深め、最終的に図２の仮想線で示す如くテー
パ状内周面７ａとテーパ状外周面１０ａとがほぼ面接合
した状態で、回転軸体１と工具ホルダー２の対向端面１
ａ，２ａが接合して連結は完了する。

【００２７】この連結状態の回転軸体１と工具ホルダー
２は、嵌合凹部７に嵌合筒部１０が全周で密に圧嵌して
いるために完全に軸心が一致し、且つ対向端面１ａ，２
ａで接合しているので軸線が厳密に一直線となる。しか
して、切削工具４は、そのシャンク部をテーパコレット
１２内に挿入し、締付ナット１３を締め付けることによ
り該工具ホルダー２に装着されるが、切削加工中におい
て切削軸が精密に定位置に維持されるため、がた付きや
芯振れを生じず、極めて高い加工精度が得られる。

【００２８】図３は本発明に係る工具ホルダーの連結装
置の第二実施例を示す。この場合、工具ホルダー２の中
心孔９の内周面に、回転軸体１の中心孔６のネジ部６ａ
と順方向で且つピッチの小さいネジ部９ｂが刻設される
と共に、連結用スクリュー軸として両端側に上記両中心
孔６，９のネジ部に６ａ，９ｂにそれぞれ螺合する順方
向のネジ部１４ａ，１４ｂを備えた差動ピッチネジ１４
が使用され、これら以外の各部構成は前記第一実施例と
同様に設定されている。なお、差動ピッチネジ１４のネ
ジ部１４ａのピッチＰ₁ とネジ部１４ｂのピッチＰ₂ と
は、Ｐ₁ ＞Ｐ₂である。

【００２９】この第二実施例の構成において、工具ホル
ダー２を回転軸体１に連結するには、工具ホルダー２の
中心孔９に後方より差動ピッチネジ１４のネジ部１４ｂ
をほぼ一杯まで螺入させておき、係合キー８にキー溝８
ｂが合う状態で、該差動ピッチネジ１４を他端側のネジ
部１４ａが回転軸体１の中心孔６に螺入するように締付
操作すればよい。これにより、工具ホルダー２は差動ピ
ッチネジ１４の両ネジ部１４ａ，１４ｂのピッチＰ₁ と
Ｐ₂ の差に基づいて回転軸体１側へ引き付けられ、第一
実施例と同様に、嵌合筒部１０が嵌合凹部７に嵌入して
縮径しつつ強制的に嵌入度を深め、最終的にテーパ状内
周面７ａとテーパ状外周面１０ａとがほぼ面接合した状
態で、回転軸体１と工具ホルダー２の対向端面１ａ，２
ａが接合して連結が完了する。

【００３０】この連結した回転軸体１と工具ホルダー２
とは前記第一実施例と同様に両者の軸線が完全に一致し
て一直線となり、前記同様に工具チャック機構３を介し
て切削工具４を工具ホルダー２に装着固定することによ
り極めて高精度の切削加工を行える。しかして、切削加
工の終了後に回転軸体１から工具ホルダー２を取り外す
場合、両者１，２は嵌合凹部７と嵌合筒部１０とが強固
に圧接して簡単には離れない状態にあるが、差動ピッチ
ネジ１４を連結時とは逆方向に捻回操作するだけで、前
記のピッチＰ₁ とＰ₂ の差に基づいて工具ホルダー２が
回転軸体１より自動的に押し出されて容易に抜出可能と
なる。

【００３１】なお、本発明の工具ホルダーの連結装置
は、上記第一及び第二実施例とは逆に、回転軸体１側に
嵌合筒部１０、工具ホルダー２側に嵌合凹部７を設けた
構成としてもよいし、連結用スクリュー軸として両端側
に逆ネジ関係のネジ部を刻設したもの等も使用可能であ
る。また第一及び第二実施例では工具ホルダーとしてテ
ーパコレットチャク方式の工具チャック機構３を有する
ものを例示したが、その工具チャック機構にはニードル
ローラーロックチャック方式を始めとする種々の方式を
採用できる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、一方の同一の
軸状部材に対して径の異なる複数種の他方の軸状部材を
交換連結する方式において、一方の軸状部材に対して他
方の軸状部材を連結用スクリュー軸を捻回させるだけの
簡単な操作により容易に連結でき、しかも連結状態にお
いて両者が嵌合凹部と嵌合筒部のテーパ面接合と同時に
対向端面でも密着接合して連結されるから、両者の軸線
が完全に一致して一直線状となり、該他方の軸状部材に
装着した例えば工具により切削加工等を施す際、刃先位
置が厳密に定位置に設定され、且つ加工中の各部のがた
付きや工具の芯振れを生じず、極めて高い加工精度が達
成される。しかも、両軸状部材は、平準化した作業工程
により容易に且つ安価に製作加工でき、互換性の利点を
最大限に活かせるという利点がある。

【００３３】請求項２の発明によれば、上記連結用スク
リュー軸としてキャップボルトを使用するため、その材
料コストが安くつくと共に、工具ホルダーもより低コス
トで容易に製作できるという利点がある。

【００３４】請求項３の発明によれば、上記連結用スク
リュー軸として差動ピッチネジを使用するため、連結に
際して大きな締付力が得られると共に、連結された他方
の軸状部材を他方の軸状部材から容易に抜出できるとい
う利点がある。

【００３５】請求項４では、嵌合凹部のテーパ状内周面
が嵌合筒部のテーパ状外周面よりも長い軸方向長さを有
しているため、連結に際して両者を嵌合させ易い上、嵌
合筒部のテーパ状外周面の最小径が多少異なる場合でも
嵌合可能となり、それだけ工具ホルダー等他方の軸状部
材の加工製作が容易になるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一実施例に係る軸状部材の一例で
ある工具ホルダーの連結装置の縦断面図。

【図２】 同連結装置の連結操作を示す要部の拡大断面
図。

【図３】 本発明の第二実施例に係る工具ホルダーの連
結装置の半縦断側面図。

【符号の説明】

１ 一方の軸状部材（回転軸体） １ａ 端面 ２ 他方の軸状部材（工具ホルダー） ２ａ 端面 ３ 工具チャック機構 ４ 切削工具 ５ キャップボルト（連結用スクリュー軸） ５ａ 頭部 ６ 中心孔 ７ 嵌合凹部 ７ａ テーパ状内周面 ９ 中心孔 １０ 嵌合筒部 １０ａ テーパ状外周面 １４ 差動ピッチネジ（連結用スクリュー軸） １４ａ ネジ部 １４ｂ ネジ部 Ｌ₁ テーパ状内周面の軸方向長さ Ｌ₂ テーパ状外周面の軸方向長さ Ｐ₁ ネジ部１４ａのピッチ Ｐ₂ ネジ部１４ｂのピッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端側に開口する中心孔を備えた一方の
   軸状部材と、該軸状部材に対向端面で接合して連結させ
   る他方の筒形の軸状部材と、一端側が該他方の軸状部材
   の中心孔内に係合配置し、他端側が前記一方の軸状部材
   の中心孔に螺合可能で、その螺合状態での締付方向の回
   転により前記他方の軸状部材を一方の軸状部材側へ引き
   付ける連結用スクリュー軸とからなり、前記一方の軸状
   部材と他方の軸状部材との対向端面の一方には、その中
   心孔と同心で且つ内奥側へ縮径するテーパ状内周面を有
   する嵌合凹部が陥設されると共に、前記対向端面の他方
   には、その中心孔と同心で且つ先端側へ縮径するテーパ
   状外周面を有して前記嵌合凹部に嵌入して弾性変形し得
   る肉薄の嵌合筒部が突設されてなる軸状部材の連結装
   置。
2. 【請求項２】 連結用スクリュー軸は、頭部を他方の軸
   状部材内に係止するキャップボルトよりなる請求項１記
   載の軸状部材の連結装置。
3. 【請求項３】 連結用スクリュー軸は、両端側に一方の
   軸状部材と他方の軸状部材の各中心孔にそれぞれ螺合す
   る順方向のネジ部を備え、且つ一方の軸状部材側のネジ
   部が他方の軸状部材側のネジ部よりもピッチの大きい差
   動ピッチネジよりなる請求項１記載の軸状部材の連結装
   置。
4. 【請求項４】 嵌合凹部のテーパ状内周面が嵌合筒部の
   テーパ状外周面よりも長い軸方向長さを有してなる請求
   項１〜３のいずれかに記載の軸状部材の連結装置。