JPH1058260A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】二面拘束のための２つの当接面に当接力を予め
与えられた比率で分配し得る工具ホルダを得る。 【解決手段】工作機械の主軸１６のテーパ内周面５８と
工具ホルダ１０の一方の当接面たるテーパ外周面５４と
の当接、および、主軸１６の受面５６と工具ホルダ１０
の他方の当接面たる被受面５２との当接によって二面拘
束を実現する。プルスタッド部材３４を介してボール８
４にドローバーの引込力を伝達し、その力を外向き傾斜
面６６を有する嵌合部４６と内向き傾斜面１００を有す
るテーパカラー３２とに分配する。分配比率は、外向き
傾斜面６６と外向き傾斜面１００との軸線に対する勾配
の比となる。これら分配された軸方向の力は、上記２つ
の当接面の軸方向の当接力となり、引込力が予め与えら
れた比率で分配される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
回転切削工具を取り付けるための工具ホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような工具ホルダが、従来より知ら
れている。例えば、ＪＩＳ Ｂ ６３３９に規定された
シャンク（呼び番号ＢＴ４０，ＢＴ５０等）を有する工
具ホルダが、マシニングセンタやフライス盤等への回転
切削工具の取り付け用として広く用いられている。上記
規格に規定されたシャンクは、７／２４テーパのテーパ
外周面を備えている。テーパ外周面の小径側に設けられ
る被引込部（多くの場合、着脱可能なプルスタッドで形
成される）が、主軸の内部に設けられたドローバーによ
って引き込まれると、テーパ外周面と工作機械の主軸の
テーパ内周面とが当接させられることにより、工具ホル
ダは主軸内において位置決めがなされた状態で強固に取
り付けられる。

【０００３】しかし、工作機械の切削速度は高速化され
てきており、それに伴って、回転切削工具にかかる切削
力も大きくなっている。一般に、大きな切削力がかかる
加工は、切削力が小さい場合に比して、加工精度が悪く
なる傾向にある。このことをできる限り避けるための一
手段として、工具ホルダと工作機械の主軸とを、２つの
当接面で当接させることが有効であることが知られてい
る。そこで、実開昭６１−１４１０３４号に記載の工具
ホルダにおいては、工具ホルダのテーパ外周面と主軸の
テーパ内周面との当接に加えて、主軸の先端に形成され
た受面と、工具ホルダのフランジ部に形成された被受面
とが当接可能とされている。このような工具ホルダの拘
束を、二面拘束と称する。二面拘束が実現可能な工具ホ
ルダにおいては、特に、主軸の受面と、工具ホルダの被
受面との当接が可能となるため、主軸と工具ホルダとの
主軸の軸線に平行な方向（単に軸方向と称する）の取付
位置精度が高められる。これにより、工具ホルダと主軸
の位置決め不安定に起因する加工精度の低下を抑制する
ことができる。

【０００４】上記公報に記載の工具ホルダにおいては、
工具ホルダのテーパ外周面が、工具ホルダのホルダ本体
に対して軸方向に相対移動可能なテーパカラーとして形
成されている。テーパカラーは、ホルダ本体に形成され
た円筒状の嵌合部と内周面において軸方向に相対移動可
能に嵌合されている。また、ホルダ本体とテーパカラー
との間には、それらを互いに離間する向きに付勢するば
ね部材が装入されているので、ドローバーによって引き
込まれた状態で、主軸のテーパ内周面と工具ホルダのテ
ーパ外周面との相対位置誤差を吸収して、二面拘束が確
実に実現されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の工具ホルダにおいては、当接面の一方である
工具ホルダのテーパ外周面と主軸のテーパ内周面との軸
方向の当接力は、ばね部材の付勢力によって生成される
ので、大きさが殆ど一定である。主軸に取り付けられた
状態におけるばね部材の弾性変形量が、殆ど一定となる
ためである。これは望ましいことではない。例えば、加
工精度を向上させるべく工作機械のドローバーの引込力
が大きくされれば、工具ホルダの被受面と主軸の受面と
の当接力は大きくなるが、工具ホルダのテーパ外周面と
主軸のテーパ内周面との軸方向の当接力は変化せず、不
十分となる。ばね部材の付勢力は一般に、ドローバーの
引込力が小さい場合でも工具ホルダの被受面と主軸の受
面とが十分大きな当接力で当接するように、比較的小さ
くされるのが普通であるため、不十分となり易い。

【０００６】そこで、本願の請求項１に記載の第１発明
の課題は、ドローバーの引込力の変化にかかわらず２つ
の当接面に適切な当接力を発生させ得る工具ホルダを得
ることであり、請求項２に記載の第２発明の課題は、第
１発明の工具ホルダを、一般に広く利用されている形態
の工具ホルダにおいて実現させることである。また、請
求項３に記載の第３発明の課題は、できる限り簡単な構
造で第２発明の課題を解決することであり、請求項４に
記載の第４発明の課題は、第３発明の工具ホルダの主軸
への取付精度および剛性を一層向上させることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段，作用および発明の効果】
上記課題は、第１発明においては、回転切削工具を保持
して工作機械の主軸にその主軸内のドローバーにより固
定される工具ホルダであって、主軸に当接する２つの互
いに相対移動可能な当接面を備えたものにおいて、ドロ
ーバーにより付与される引込力を２つの当接面に主軸に
対する当接力として予め定められた比率で分配する力分
配装置を設けることにより解決される。

【０００８】本発明の工具ホルダにおいては、ドローバ
ーの引込力が予め定められた比率で２つの当接面に分配
される。したがって、例えば、ドローバーの引込力の大
きさが異なる別の工作機械に取り付けられる場合にも、
それら両当接力の大きさの比率は適切な大きさに保たれ
る。また、当接力の分配比率を、回転切削工具の種類，
主軸や工具ホルダの形状等の諸条件に基づいて適切に設
定しておくことにより、加工精度を向上させ、あるいは
取付剛性を増大させて加工能率を向上させることができ
る。

【０００９】第２発明においては、主軸がその主軸の先
端側ほど内径が増大するテーパ内周面と、その主軸の先
端側向きの受面とを備えたものである場合に、前記２つ
の当接面の一方を前記テーパ内周面に軸方向において当
接可能なテーパ外周面とし、他方を前記受面に軸方向に
おいて当接可能な被受面とすることにより、前記課題が
解決される。

【００１０】本発明の工具ホルダにおいては、工具ホル
ダのテーパ外周面が主軸のテーパ内周面に、工具ホルダ
の被受面が主軸の受面に、常に一定比率の当接力で当接
させられる。上記公報に記載の工具ホルダにおいては、
ドローバーの引込力が変化した場合には、２つの当接力
の分配比率が変わることを避け得ないのであるが、本発
明の工具ホルダにおいては分配比率が不変なのである。
本工具ホルダにおいては、工具ホルダの軸方向の位置決
めが主として主軸の受面と工具ホルダの被受面との当接
によって、また、工具ホルダの軸方向と交差する方向の
位置決めが主として主軸の内周テーパ面と工具ホルダの
テーパ外周面と当接により行われるのであるが、両当接
部の当接力の比率がドローバーの引込力の大きさの変化
にかかわらず一定に保たれるのであり、ドローバーの引
込力があらゆる方向の位置決めに最も有効に利用される
こととなる。

【００１１】第３発明においては、前記課題が、工具ホ
ルダを、主軸の受面に受けられる被受面と、その被受
面から軸方向に突出して主軸の中心穴内に入り込む嵌合
部と、工具を保持する工具保持部とを備えたホルダ本体
と、前記嵌合部の外側に軸方向に相対移動可能に設け
られ、前記被受面から遠ざかるに従って直径が減少し、
主軸の中心穴のテーパ内周面に軸方向において当接可能
なテーパ外周面を備えたテーパカラーと、ホルダ本体
の嵌合部とテーパカラーとの間に軸方向に相対移動可能
に介在する作用部と、その作用部から軸方向にかつ前記
被受面から遠ざかる向きに突出した被引込部とを備えた
被引込部材と、その被引込部材の前記作用部に半径方
向に貫通して形成された半径方向穴に半径方向に移動可
能に保持され、その作用部の外側面および内側面からそ
れぞれ外方および内方へ突出する外方突出部および内方
突出部を備えた変換部材と、テーパカラーの内周面
に、前記被受面に近い部分ほどそのテーパカラーの中心
線から遠ざかる向きに傾斜して形成され、前記変換部材
の外方突出部と係合可能な内向き傾斜面と、ホルダ本
体の前記嵌合部の外周面に、前記被受面に近い部分ほど
その嵌合部の中心線に接近する向きに傾斜して形成さ
れ、前記変換部材の内方突出部と係合可能な外向き傾斜
面とを含むものとすることにより解決される。

【００１２】本発明の工具ホルダにおいては、テーパカ
ラーのテーパ外周面と主軸の中心穴のテーパ内周面との
軸方向の当接力と、ホルダ本体の被受面と主軸の受面と
の軸方向の当接力との比率が、テーパカラーの内向き傾
斜面とホルダ本体の外向き傾斜面との傾斜角度により決
まる。被引込部がドローバーによって主軸内に引き込ま
れると、被引込部材の作用部の半径方向穴に保持される
変換部材も工作機械側に引き込まれる。変換部材は、外
方突出部と内向き傾斜面との係合および内方突出部と外
向き傾斜面との係合が可能な状態で被引込部材の作用部
に保持されており、内向き傾斜面は外方突出部が軸方向
に主軸内部側へ移動すると変換部材を半径方向内向きに
移動させる力が発生する向きに傾斜させられ、また、外
向き傾斜面は内方突出部が軸方向に主軸内部側へ移動す
ると変換部材を半径方向外向きに移動させる力が発生す
る向きに傾斜させられている。そして、工具ホルダがド
ローバーにより引き込まれつつ主軸に取り付けられてい
る状態においては、上記２つの半径方向の力が互いに釣
り合うこととなる。

【００１３】これら２つの半径方向の力が釣り合った状
態において、内向き傾斜面と外向き傾斜面とに作用する
軸方向の力の比率は、摩擦力を無視すれば両傾斜面の勾
配（傾斜角の正接）の比に等しくなる。例えば、それら
両傾斜面の傾斜角の大きさが相等しい場合には、それら
両傾斜面に作用する軸方向の力も等しくなり、その大き
さは、変換部材の軸方向移動力の半分となる。つまり、
ドローバーの引込力が、内向き傾斜面を有するテーパカ
ラーと外向き傾斜面を有するホルダ本体とに分配され、
その分配比率が１対１となるのである。また、傾斜角の
大きさが異なる場合には、傾斜角が小さい方の傾斜面に
作用する軸方向の力の方が、他方のそれよりも小さくな
る。その場合においても、それら２つの軸方向の力の和
は、やはりドローバーの引込力に等しい。このように、
本発明の工具ホルダにおいては、内向き傾斜面と外向き
傾斜面との少なくとも一方の傾斜角を変更すれば、ドロ
ーバーの引込力のテーパカラーとホルダ本体とへの分配
比率を変更することができる。したがって、第１発明の
工具ホルダと同様に、例えば、ドローバーの引込力の大
きさが異なる別の工作機械に取り付けられる場合にも、
それら両当接力の大きさの比率が適切な大きさに保たれ
る。当接力の分配比率を、回転切削工具の種類，主軸や
工具ホルダの形状等の諸条件に基づいて適切に設定して
おくことにより、加工精度を向上させ、あるいは取付剛
性を増大させて加工能率を向上させることができること
も同様である。

【００１４】第４発明においては、第３発明の工具ホル
ダに、少なくとも当該工具ホルダが前記主軸に取り付け
られた状態では前記ホルダ本体の嵌合部と前記テーパカ
ラーとの半径方向の相対移動を防止する半径方向移動防
止手段が設けられる。

【００１５】第３発明の工具ホルダにおいては、当接面
の一方を備えるホルダ本体と、他方を備えるテーパカラ
ーとが、相対移動可能な状態とされる。この相対移動の
うち、半径方向の相対移動は、二面拘束を実現するため
に不可欠なものではなく、このような不可欠でない相対
移動を許容することは、取り付け位置精度および剛性を
高めて加工精度を向上させる上で望ましいことではな
い。ホルダ本体とテーパカラーとの相対移動の方向は、
必要最小限度に止められるべきなのであり、本第３発明
の工具ホルダにおいては、少なくとも取付状態において
はホルダ本体とテーパカラーとの半径方向の相対移動が
防止される。なお、主軸と工具ホルダとの間のトルクの
伝達が、両者の一方に設けられるドライブキー等の係合
突部と、他方に設けられるキー溝等の係合凹部との係合
により行われる形態の工具ホルダにおいては、ホルダ本
体とテーパカラーとの軸線回りの相対回転を防止するこ
とは不可欠ではないが、防止されるようにしてもよい。
また、主軸と工具ホルダとの間のトルクの伝達がテーパ
カラーを介して行われるようにすることも可能である。

【００１６】

【発明の望ましい実施態様】本発明は上記各請求項に記
載の態様の外に、下記の態様でも実施可能である。各実
施態様は、便宜上、請求項と同じ形式の実施態様項とし
て記載する。 （１）前記被引込部材の作用部が、前記ホルダ本体の嵌
合部の外周面と前記テーパカラーの内周面との間に軸方
向に相対移動可能に嵌合される円筒部を含む請求項３ま
たは４に記載の工具ホルダ。作用部は、例えば、ホルダ
本体の外周面とテーパカラーの内周面との少なくとも一
方に形成された軸方向の溝に嵌合する軸方向突部とする
ことも可能であるが、円筒部とすることも可能である。
いずれにしても、作用部が介在している部分以外におい
ては、ホルダ本体とテーパカラーとが直接、あるいは転
がり軸受を介して間接に嵌合されること、取付けの位置
精度および剛性を高める上で望ましい。 （２）前記被引込部材の円筒部に前記半径方向穴が軸対
称に複数個形成されており、それらの各々に前記変換部
材が保持されている実施態様項１に記載の工具ホルダ。
軸対称に配置される複数の変換部材を含む形態である。
軸対称に配置されるので、ドローバーの引込力をバラン
スよく伝達することができる。また、各変換部材のそれ
ぞれに作用する力が小さくなり、変換部材の強度を下げ
ることや、大きさを小さくすること等ができるので、製
造コストを低減できる。半径方向穴および変換部材の数
は各々６個以上とすることも可能であり、個数が多いほ
ど変換部材の耐久性を向上させることが容易であるが、
すべての変換部材を均等に作用させる観点からは２個ま
たは３個とすることが望ましい。 （３）前記変換部材が球体である請求項３，４，実施態
様項１，２のいずれか１つに記載の工具ホルダ。変換部
材は、例えば、断面形状が円形のピンの両端部をほぼ半
球状としたものとすることも可能であるが、球体は、半
径方向穴内における移動の自由度に富み、力の変換効率
を向上させることが容易である。また、例えば、鋼球
は、殆どあらゆる大きさのものが市販されており、安価
に入手できので、製造コストを低減できる。 （４）前記半径方向移動防止手段が、前記ホルダ本体の
嵌合部と前記テーパカラーとの、前記被引込部材の円筒
部と嵌合していない部分間にネガティブクリアランスで
嵌合された軸方向の転がり軸受を含む請求項４，実施態
様項１〜３のいずれか１つに記載の工具ホルダ。 （５）前記テーパカラーが、それのテーパ外周面が対応
するテーパ内周面に軸方向に当接させられた際、少なく
とも前記被引込部材と嵌合してない部分において弾性的
に縮径し、前記ホルダ本体の嵌合部の外周面に密着可能
とされており、その構成が前記半径方向移動防止手段の
少なくとも一部を成している請求項４，実施態様項１〜
４のいずれか１つに記載の工具ホルダ。 （６）前記ホルダ本体と前記被引込部材との間に、軸方
向において両者を互いに接近する方向に付勢する付勢手
段が設けられている請求項３，４，実施態様項１〜５の
いずれか１つに記載の工具ホルダ。

【００１７】

【発明の実施の形態】本願の第１ないし第４発明に共通
の一実施形態である工具ホルダを、図面に基づいて説明
する。図１は、本実施形態の工具ホルダ１０が、工作機
械の主軸１６に取り付けられた状態を示す、一部断面正
面図である。工作機械の主軸１６には、キー部材たるド
ライブキー２０が取り付けられている。それら主軸１６
とドライブキー２０とは、図１において想像線（二点鎖
線）で示されている。工具ホルダ１０は、ホルダ本体２
８，テーパカラー３２，被引込部材たるプルスタッド部
材３４等により構成される。

【００１８】ホルダ本体２８は、フランジ部４０と、そ
のフランジ部４０から同心に延び出た工具保持部４２
と、フランジ部４０の前記工具保持部４２とは反対側の
端面から同心に延び出た嵌合部４６とを備えている。フ
ランジ部４０は、その外周面に断面形状が台形の環状溝
４８を備えている。また、直径方向に隔たった２箇所
に、トルク伝達のためにドライブキー２０と係合する切
欠５０を備えている。工具保持部４２は、ロールロック
式チャックと称されるチャックを備えている。ロールロ
ック式チャックは、例えばミーリングチャックとして、
コレット式チャックと共に主流をなすものであり、一般
に、コレット式チャックに比して、把持力が大きいこと
を特徴とするものである。本実施形態におけるロールロ
ック式チャックは、一般的なものであるため、詳細な説
明を省略する。

【００１９】主軸１６に工具ホルダ１０が取り付けられ
た状態では、工具ホルダ１０のフランジ部４０の嵌合部
４６側の端面である被受面５２と、テーパカラー３２の
テーパ外周面５４とが、それぞれ、主軸１６の先端面で
ある受面５６と、テーパ内周面５８とに当接させられ
る。本実施形態の工具ホルダ１０においては、被受面５
２とテーパ外周面５４とが、それぞれ相対移動可能な当
接面となっているのである。

【００２０】図２は、図１に示した工具ホルダ１０の一
部を拡大して示す正面断面図である。嵌合部４６は、概
して円筒形の大径部６０および小径部６２を同軸に備え
た段付軸状を成し、小径部６２の外周面６４には、断面
が台形の円環状の溝が形成されることによって、外向き
傾斜面６６が形成されている。外向き傾斜面６６は、軸
方向に対して傾斜したテーパ外周面とされ、その傾斜の
向きは、フランジ部４０から遠ざかるほど、外径が大き
くなる向きとされている。

【００２１】小径部６２の外周面６４は、プルスタッド
部材３４に形成された作用部たる円筒部７０の内側面た
る内周面７２と、軸方向に相対移動可能に嵌合されてい
る。小径部６２と円筒部７０との間は、外周面６４に取
り付けられたシール部材たるＯリング７４により、液密
とされている。円筒部７０には、軸線に直角な平面上の
等角度間隔の６箇所に、半径方向穴８０が形成されてい
る（図１および図２には、それらのうち２つが図示され
ている）。そして、それら半径方向穴８０のそれぞれに
は、変換部材たるボール８４が保持されている。ボール
８４の直径は、円筒部７０の肉厚よりも大きくされてお
り、ボール８４の一部が、円筒部７０の（作用部の）外
側面たる外周面８６よりも外方へ突出し、かつ、円筒部
７０の内周面７２よりも内方へ突出している。それらボ
ール８４の円筒部７０の外周面８６および内周面７２か
ら突出した部分が、それぞれ外方突出部および内方突出
部を構成する。

【００２２】小径部６２の外周面６４の直径方向に隔た
った２箇所（大径部６０との境界近傍）には、係合ピン
８８が打ち込まれている。その係合ピン８８と、円筒部
７０の工具保持部４２側の端部に設けられた切欠９０と
が係合させられて、嵌合部４６と円筒部７０との軸線回
りの相対回転が阻止されている。つまり、ホルダ本体２
８とプルスタッド部材３４との相対回転が阻止されてい
るのである。円筒部７０の外周面８６は、テーパカラー
３２の内周面９４と、軸方向に相対移動可能に嵌合させ
られている。円筒部７０とテーパカラー３２との間は、
円筒部７０の外周面８６に取り付けられるシール部材た
るＯリング９６により、液密とされている。また、テー
パカラー３２の内周にも、係合ピン８８と係合する切欠
９８が形成されており、ホルダ本体２８とテーパカラー
３２との軸線回りの相対回転も阻止されている。テーパ
カラー３２の内周面９４に隣接する部分には、内向き傾
斜面１００が形成されている。内向き傾斜面１００は、
傾斜の向きがフランジ部４０に近づくほど内径が大きく
なる向きとされたテーパ内周面である。

【００２３】テーパカラー３２の内周面９４と円筒部７
０の外周面８６との一部、すなわち円筒部７０が介在し
ていない部分の間には軸方向の転がり軸受たるボールガ
イド１０４がネガティブクリアランスで配設されてい
る。図示の実施形態においては、嵌合部４６の大径部６
０の外周面と、テーパカラー３２の内周面９４の拡径部
１０２との間に、ボールガイド１０４が嵌合されてい
る。ボールガイド１０４は、複数の同径のボール１０６
を円筒面上に配した転がり軸受の一種であり、大径部６
０の半径と拡径部１０２の半径との差が、ボール１０６
の直径よりもわずかに小さくされている。ホルダ本体２
８とボール１０６とテーパカラー３２との間には微小な
隙間もなく、ボール１０６が弾性変形しているのであっ
て、ホルダ本体２８とボール１０６とは半径方向に相対
移動不能であり、ボールガイド１０４が半径方向移動防
止手段を構成しているのである。

【００２４】嵌合部４６の小径部６２とプルスタッド部
材３４の円筒部７０との嵌合およびテーパカラー３２と
円筒部７０との嵌合が共になされると、ボール８４が、
外向き傾斜面６６および内向き傾斜面１００と係合可能
な状態となる。この状態で、プルスタッド部材３４に形
成された雄ねじ部１１０に、大径側の外径がテーパカラ
ー３２の内周面９４の内径より大きくされた、テーパ状
の外周面を有するナット部材１１２が螺合され、ねじ部
材１１４によって自由な相対回転が防止されることによ
って、円筒部７０とテーパカラー３２とが離脱不能とさ
れる。このように、ホルダ本体２８，プルスタッド部材
３４およびテーパカラー３２が、互いに軸方向のみに相
対移動可能、かつ、離脱不能な状態とされる。

【００２５】プルスタッド部材３４の円筒部７０の内周
面７２には、雌ねじ部１３０が備えられており、円環状
のねじ部材１３２が螺合されている。ねじ部材１３２
は、座ぐり穴１３４を備えている。一方、嵌合部４６の
小径部６２の先端面には、雌ねじ部１３８が備えられて
おり、ボルト部材１４０がねじ部材１３２の貫通穴を貫
通して螺合されている。ねじ部材１３２の座ぐり穴１３
４の底面とボルト部材１４０の頭部１４２との間には、
弾性部材たるばね部材１４６が配設されている。ばね部
材１４６は、複数の皿ばね交互に逆向きに重ね合わせて
構成されたものであり、小径部６２の先端面と、ねじ部
材１３２の座ぐり穴１３４が形成された側とは反対側の
端面とが近づく向きに、それら小径部６２とねじ部材１
３２（したがって、プルスタッド部材３４）とを付勢し
ている。しかし、その付勢力は、主軸１６内の図示しな
いドローバーによりプルスタッド部材３４に加えられる
引込力に比較して十分小さく（例えば１／１０以下）な
るようにされる。例えば、図示の例では、主軸１６に取
り付けられた状態で、約１９６Ｎ≒２０ｋｇｆとなるよ
うにされている。工具ホルダ１０が主軸１６から取り外
された状態では、上記付勢力によってホルダ本体２８と
プルスタッド部材３４とが接近させられる。また、テー
パカラー３２の大径側の端面には、座ぐり部１５０が形
成されており、その座ぐり部１５０の底面とフランジ部
４０の端面１５２との間には、シール部材たる円環状の
ゴムパッキン１５６が配設されている。これらばね部材
１４６およびゴムパッキン１５６によって、工具ホルダ
１０が主軸１６から取り外された状態における構成部材
間の軸方向のがたつきが防止される。

【００２６】プルスタッド部材３４，ボルト部材１４０
およびホルダ本体２８には、それぞれ、貫通穴１７０，
１７２，１７４が軸線上において形成されている。これ
らの貫通穴によって、工作機械の主軸１６の内部から工
具ホルダ１０に保持される回転切削工具にクーラントを
供給することができる。なお、本実施形態のテーパカラ
ー３２のテーパ外周面５４は、呼び番号がＢＴ４０（Ｊ
ＩＳ Ｂ ６３３９参照）であるテーパシャンクのテー
パ面の一部と同じ寸法・形状とされている。

【００２７】本実施形態の工具ホルダ１０の組立ては次
のようにして行われる。まず、ホルダ本体２８の小径部
６２にＯリング７４が取り付けられ、係合ピン８８が打
ち込まれるとともに、大径部６０にはボールガイド１０
４が嵌合される。また、テーパカラー３２の大径側端部
にゴムパッキン１５６が取り付けられ、プルスタッド部
材３４の円筒部７０の外周面８６にＯリング９６が取り
付けられる。ばね部材１４６とねじ部材１３２とにボル
ト部材１４０が挿入された状態で、ねじ部材１３２が円
筒部７０の雌ねじ部１３０に螺合される。次に、嵌合部
４６の小径部６２と円筒部７０とが、係合ピン８８と切
欠９０とが係合する状態で嵌合され、貫通穴１７０から
装入される工具によってボルト部材１４０が小径部６２
の雌ねじ部１３８に螺合される。これによってホルダ本
体２８とプルスタッド部材３４とが連結状態となる。続
いて、半径方向穴８０にボール８４が装着され、円筒部
７０およびボールガイド１０４の外側に、テーパカラー
３２が、切欠９８と係合ピン８８との位相が一致する状
態で嵌合される。そして、プルスタッド部材３４の雄ね
じ部１１０にナット部材１１２が螺合され、ねじ部材１
１４で固定されることにより組立てが完了する。

【００２８】本願の第１ないし第４発明に共通の別の実
施形態を図３および図４に基づいて説明する。本実施形
態は、上述の実施形態の工具ホルダ１０におけるホルダ
本体２８，テーパカラー３２等の構造を変更することに
より、ボールガイド１０４を省略したものである。テー
パカラー３２は、図４にその正面図を示すものと交換さ
れる。本実施形態のテーパカラー３２は、小径側のテー
パ外周面５４の一部が、上述の実施形態のものより外径
がわずかに縮小された縮径テーパ面１８２とされる。ま
た、その縮径テーパ面１８２とテーパ外周面５４との境
界上の等角度間隔の４箇所には、軸線と直交する方向
に、貫通穴１８４が形成されている。図４には、そのう
ちの２つが示されている。そして、その貫通穴１８４と
テーパカラー３２の大径側端面との間にすり割り溝１８
６が形成されている。すり割り溝１８６は、それぞれテ
ーパカラー３２の軸線と、対応する貫通穴１８４の中心
線とを含む平面上に形成される。したがって、本実施形
態のテーパカラー３２のテーパ外周面５４は、弾性変形
による若干の縮径（および拡径）が可能である。

【００２９】また、本実施形態においては、上述の実施
形態における相対移動防止手段たるボールガイド１０４
は省略されている。その代わり、嵌合部４６の大径部６
０の外径が大きくされ、テーパカラー３２の拡径部１０
２の内径よりも、わずかに小さくなるようにされてい
る。工具ホルダ１０が主軸１６に取り付けられる際に、
テーパカラー３２のテーパ外周面５４が主軸１６のテー
パ内周面５８に当接させられ、さらに引き込まれると、
すり割り溝１８６の存在により、テーパカラー３２は弾
性変形して縮径させられ、テーパカラー３２の拡径部１
０２と嵌合部４６の大径部６０とが密着させられること
となる。これによって、上述の実施形態のボールガイド
１０４がなくても、ホルダ本体２８とテーパカラー３２
との半径方向の相対移動が防止される。

【００３０】なお、本実施形態におけるテーパカラー３
２のすり割り溝１８６の数は、６とされているが、この
値は上記ボール８４の数とは異なる値とされてもよく、
任意である。ただし、各ボール８４がすり割り溝１８６
に接触しないようにする必要がある。また、例えば、本
実施形態の工具ホルダと、上述の実施形態の工具ホルダ
とが共に実施される場合は、各構成要素をできる限り共
用することが望ましい。そこで、例えば、上述の実施形
態のボールガイド１０４の外形寸法に相当する寸法（換
言すれば、上述の実施形態と本実施形態との拡径部６０
の差に相当する寸法）を有する円筒状のカラーを、ボー
ルガイド１０４の代わりにホルダ本体２８に嵌装し、上
述の実施形態のテーパカラー３２に、本実施形態のそれ
と同様のすり割り溝１８６等を追加工することによっ
て、本実施形態の工具ホルダ１０と同様の工具ホルダを
得ることができる。このような形態とすれば、本実施形
態と上述の実施形態との工具ホルダにおいて、構成要素
の共通化が促進される。

【００３１】以上２つの実施形態の工具ホルダ１０が主
軸１６に取り付けられる際には、プルスタッド部材３４
の円筒部７０とは反対側の端部に備えられるプルスタッ
ド１９０が、工作機械の主軸内に設けられる図示しない
ドローバーにより引き込まれることによって、工具ホル
ダ１０が、ホルダ本体２８の被受面５２とテーパカラー
３２のテーパ外周面５４との２つの当接面において、主
軸１６の受面５６とテーパ内周面５８との２つの当接面
に当接する。これら２対の当接面における軸方向の当接
力の大きさは、ボール８４に作用する力の大きさと方向
とによって説明することができる。以下、その説明を行
う。

【００３２】図５は、ドローバーの引込力に起因する１
個のボール８４に作用する力と、そのボール８４を介し
てテーパカラー３２および嵌合部４６の小径部６２に作
用する力を示す図である。なお、簡潔化のために、ボー
ル８４，プルスタッド部材３４，テーパカラー３２およ
び嵌合部４６の小径部６２の、互いに接触する部分の摩
擦抵抗は無視する。ドローバーによる引込力Ｆは、各ボ
ール８４に作用する軸方向の主軸内部に向かう力ｆ
_i （ｉ＝１〜ｎ，ｎ：ボール８４の数，本実施形態の工
具ホルダ１０においては、６）に分配される。引込力Ｆ
は、工具ホルダ１０の構成要素の加工精度等にもよる
が、各ボール８４に均等に分配されると考えてよい。 Ｆ＝Σ_i=1 ⁿ ｆ_i ・・・（１） なお、Σ_i=1 ⁿ α_i （α_i は、任意の変数や関数等を示
す）は、添字ｉの値が１ないしｎである各α_i の値すべ
ての和を示す。各ボール８４は、ドローバーにより引き
込まれるプルスタッド部材３４の円筒部７０に形成され
る半径方向穴８０に保持されているので、その半径方向
穴８０の方向と直交する方向（軸方向）の力ｆ_i を受け
ることとなる。

【００３３】各ボール８４は、力ｆ_i の分力ｆ_i1，ｆ_i2
を、それぞれテーパカラー３２および小径部６２に作用
させる。力ｆ_i が、分力ｆ_i1，ｆ_i2に変換されるのであ
る。換言すれば、ボール８４に作用する力である、力ｆ
_i と、分力ｆ_i1の反力と、分力ｆ_i2の反力との３力が釣
り合う。このことによって、ボール８４が工具ホルダ１
０内において静止する。分力ｆ_i1はテーパカラー３２の
内向き傾斜面１００の法線方向、また、分力ｆ_i2は小径
部６２の外向き傾斜面６６の法線方向の力である。な
お、図５においては、内向き傾斜面１００と軸方向との
なす角はθ，外向き傾斜面６６と軸方向とのなす角はφ
で示されている。力ｆ_i および各分力ｆ_i1，ｆ_i2は、図
５に示すように平行四辺形を形成することがわかる。し
たがって、図５における水平方向および垂直方向の力の
関係は次式のように表される。 ｆ_i ＝ｆ_i1・ｓｉｎθ＋ｆ_i2・ｓｉｎφ ・・・（２） ｆ_i1・ｃｏｓθ＝ｆ_i2・ｃｏｓφ ・・・（３） これらは、それぞれ、軸方向および半径方向の力の大き
さに関して成立する式である。

【００３４】（２）式および（３）式より、各分力
ｆ_i1，ｆ_i2は、それぞれ（４）式および（５）式のよう
に得られる。 ｆ_i1＝｛１／（ｔａｎφ・ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ）｝・ｆ_i ・・・（４） ｆ_i2＝｛１／（ｔａｎθ・ｃｏｓφ＋ｓｉｎφ）｝・ｆ_i ・・・（５） また、各分力ｆ_i1，ｆ_i2の軸方向成分（軸方向分力と称
する）ｆ_i1′，ｆ_i2′は、それぞれ（６）式および
（７）式で与えられる。 ｆ_i1′＝ｆ_i1・ｓｉｎθ＝｛ｔａｎθ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）｝・ｆ_i ・・ ・（６） ｆ_i2′＝ｆ_i2・ｓｉｎφ＝｛ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）｝・ｆ_i ・・ ・（７） （６）式および（７）式を辺々加えると、次式を得る。 ｆ_i ＝ｆ_i1′＋ｆ_i2′ ・・・（８） また、（７）式を（６）式で辺々除せば、軸方向分力ｆ
_i2′，ｆ_i1′の比が次式のように得られる。 ｆ_i2′／ｆ_i1′＝ｔａｎφ／ｔａｎθ ・・・（９） つまり、（８）式より明らかなように、１個のボール８
４の各軸方向分力ｆ_i2′，ｆ_i1′の和が、そのボール８
４がドローバーにより引き込まれる力ｆ_i の大きさに等
しい状態において、（９）式より明らかなように、角φ
の正接を角θの正接で除した値として決まる分配比率
で、軸方向分力ｆ_i2′，ｆ_i1′に分配されることとなる
（図５参照）。

【００３５】（６）式ないし（９）式は、１個のボール
８４に作用する力に関する式であるが、すべてのボール
８４についての和をとれば、それぞれ（１０）式ないし
（１３）式が得られる。 Ｆ₁ ＝Σ_i=1 ⁿ ｆ_i1′＝｛ｔａｎθ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）｝・Σ_i=1 ⁿ ｆ_i ＝｛ｔａｎθ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）｝・Ｆ ・・・（１０） Ｆ₂ ＝Σ_i=1 ⁿ ｆ_i2′＝｛ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）｝・Σ_i=1 ⁿ ｆ_i ＝｛ｔａｎφ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）｝・Ｆ ・・・（１１） Ｆ＝Ｆ₁ ＋Ｆ₂ ・・・（１２） Ｆ₂ ／Ｆ₁ ＝ｔａｎφ／ｔａｎθ ・・・（１３） ここで、軸方向分力ｆ_i1′，ｆ_i2′の和であるＦ₁ およ
びＦ₂ を、それぞれ第１，第２当接力と称する。また、
Ｆ₂ ／Ｆ₁ を、当接力比と称する。（１０）式ないし
（１３）式は、引込力Ｆが、各ボール８４に均等に作用
しない場合においても成立する。このように、半径方向
穴８０，ボール８４，外向き傾斜面６６および内向き傾
斜面１００によって、力分配装置が構成されているので
ある。

【００３６】図６は、角θおよび角φの値の一例とし
て、角φの値が４５度に固定され、角θの値が０ないし
約４５度の範囲で変化させられた場合における、引込力
Ｆ，第１当接力Ｆ₁ および第２当接力Ｆ₂ の相互の関係
を示すグラフである。グラフ（ａ）は、（１０）式を引
込力Ｆで除して得られる値（第１当接力分配率Ｆ₁ ／Ｆ
と記す）を示すものである。また、グラフ（ａ）は、
（１１）式を引込力Ｆで除した値（第２当接力分配率Ｆ
₂ ／Ｆと記す）を示すものでもある。前者は、グラフ
（ａ）を目盛りＦ₁ ／Ｆを用いて、また、後者は、グラ
フ（ａ）を目盛りＦ₂／Ｆを用いて読み取ることによっ
て得られる。このグラフ（ａ）と、第１当接力分配率Ｆ
₁ ／Ｆおよび第２当接力分配率Ｆ₂ ／Ｆの目盛りとか
ら、これらの分配率の和が常に１であること、即ち（１
２）式の内容が確かめられる。また、グラフ（ｂ）は、
（１３）式に基づいて算出される当接力比Ｆ₂ ／Ｆ₁ を
図示したものである。例えば、角φが４５度とされ、角
θが２０度とされる場合（図１ないし図３に示した工具
ホルダ１０においては、これらの値が採用されている）
は、第１当接力分配率Ｆ₁ ／Ｆが約０．２６７，第２当
接力分配率Ｆ₂ ／Ｆが約０．７３３，当接力比Ｆ₂ ／Ｆ
₁ が約２．７５とされることがわかる。したがって、例
えば、ドローバーの引込力Ｆが６８６０Ｎ≒７００ｋｇ
ｆである場合には、第１当接力Ｆ₁ は約１８３３Ｎ≒１
８７ｋｇｆ，第２当接力Ｆ₂ は約５０２７Ｎ≒５１３ｋ
ｇｆとなる。ドローバーの引込力Ｆの大きさが変化して
も、当接力比Ｆ ₂ ／Ｆ₁ ，第１当接力分配率Ｆ₁ ／Ｆお
よび第２当接力分配率Ｆ₂ ／Ｆの値は変化しない。

【００３７】回転切削工具の使用目的や被切削物の材質
・形状等の条件によっては、当接力比Ｆ₂ ／Ｆ₁ を変化
させたい場合があり得る。例えば経験的に、当接力比Ｆ
₂ ／Ｆ₁ が３．６であることが望ましいことが判ったと
する。グラフ（ｂ）によれば、このとき角θ（内向き傾
斜面１００と軸方向とのなす角）は、約１５．５度とす
ればよいことがわかる。また、グラフ（ａ）によって、
第１当接力分配率Ｆ₁／Ｆが約０．２１７，第２当接力
分配率Ｆ₂ ／Ｆが約０．７８３であることがわかる（つ
まり、ドローバーの引込力Ｆが判っていれば、第１，第
２当接力Ｆ₁ ，Ｆ₂ の値がわかる）。また、例えば、ド
ローバーの引込力Ｆの大きさの範囲内で、第１，第２当
接力Ｆ₁ ，Ｆ₂ の少なくとも一方の大きさをある値以上
に確保させたい場合があり得る。例えば、ドローバーの
引込力Ｆが６８６０Ｎ≒７００ｋｇｆである場合に、第
２当接力Ｆ₂ を４９００Ｎ≒５００ｋｇｆ以上（第２当
接力分配率Ｆ₂ ／Ｆが約０．７１４以上）としたい場合
は、グラフ（ａ）により、角θは約２１．８度以下とす
ればよい。角θをこのような値とすれば、グラフ（ｂ）
により、当接力比Ｆ₂ ／Ｆ₁ は２．５以上となることが
わかる。このとき、第１当接力Ｆ₁ が１９６０Ｎ≒２０
０ｋｇｆ以下となることは当然である。

【００３８】なお、図６は角φが４５度に固定されたも
のであるので、上述の式に基づいて角φを他の値として
作成された、図６に相当する他のグラフを用いてもよ
い。また、図６あるいは図６に相当する他のグラフを、
角φと角θとを入れ換えて作成してもよい。このよう
に、本願の発明の工具ホルダは、角θと角φとの値を変
更するだけで、当接力比Ｆ₂ ／Ｆ₁ を容易に変更するこ
とができる。

【００３９】以上、本発明の２つの実施形態である工具
ホルダを図面に基づいて説明したが、これらの工具ホル
ダは、従来の工作機械にまったく手を加えることなく取
り付けることができる。つまり、これら工具ホルダは、
前記規格のテーパシャンク等に適合する主軸を有する工
作機械が非常に多く稼働している現状において、切削加
工精度を容易、かつ、安価に向上させ得る手段を提供す
ることに成功したものなのである。ただし、これら２実
施形態はあくまでも例示であり、本発明はこれらの他に
も、特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識
に基づいて種々の変形，改良を施した態様で実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１ないし第４発明に共通の一実施形態である
工具ホルダの正面図（一部断面）である。

【図２】その一部を拡大して示す図である。

【図３】第１ないし第４発明に共通の別の実施形態であ
る工具ホルダの正面図（一部断面）である。

【図４】図３に示した工具ホルダのテーパカラーを取り
出して示す正面図である。

【図５】図１または図３に示した工具ホルダのボールに
関する力を示す図である。

【図６】図５に示したボールに関する力に基づいて計算
された、上記図１または図３の工具ホルダに作用する軸
方向の力に関連する量と、角θおよび角φとの関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１０：工具ホルダ １６：主軸 ２８：ホルダ本体
３２：テーパカラー ３４：プルスタッド部材 ４０：フランジ部 ４
２：工具保持部 ５２：被受面 ５４：テーパ外周
面 ５６：受面 ５８：テーパ内周面 ６６：外向き傾斜面 ７０：円筒部 ７２：内周面
８０：半径方向穴 ８４：ボール ８６：外周面 １００：内向き傾斜
面 １０４：ボールガイド １１２：ナット部材
１３２：ねじ部材 １４０：ボルト部材 １４６：ばね部材 １５６：ゴムパッキン １７
０，１７２，１７４：貫通穴 １８２：縮径テーパ面
１８４：貫通穴 １８６：すり割り溝 １９０：プルスタッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転切削工具を保持して工作機械の主軸
   にその主軸内のドローバーにより固定される工具ホルダ
   であって、 前記主軸に当接する２つの互いに相対移動可能な当接面
   を備え、かつ、前記ドローバーにより付与される引込力
   をそれら２つの当接面に主軸に対する当接力として予め
   定められた比率で分配する力分配装置を含むことを特徴
   とする工具ホルダ。
2. 【請求項２】 前記主軸が、その主軸の先端側ほど内径
   が増大するテーパ内周面と、その主軸の先端側向きの受
   面とを備えたものであり、前記２つの当接面の一方が前
   記テーパ内周面に軸方向において当接可能なテーパ外周
   面であり、他方が前記受面に軸方向において当接可能な
   被受面であることを特徴とする請求項１に記載の工具ホ
   ルダ。
3. 【請求項３】 主軸の受面に受けられる被受面と、その
   被受面から軸方向に突出して主軸の中心穴内に入り込む
   嵌合部と、工具を保持する工具保持部とを備えたホルダ
   本体と、 前記嵌合部の外側に軸方向に相対移動可能に設けられ、
   前記被受面から遠ざかるに従って直径が減少し、前記主
   軸の中心穴のテーパ内周面に軸方向において当接可能な
   テーパ外周面を備えたテーパカラーと、 前記ホルダ本体の嵌合部と前記テーパカラーとの間に軸
   方向に相対移動可能に介在する作用部と、その作用部か
   ら軸方向にかつ前記被受面から遠ざかる向きに突出した
   被引込部とを備えた被引込部材と、 その被引込部材の前記作用部に半径方向に貫通して形成
   された半径方向穴に半径方向に移動可能に保持され、そ
   の作用部の外側面および内側面からそれぞれ外方および
   内方へ突出する外方突出部および内方突出部を備えた変
   換部材と、 前記テーパカラーの内周面に、前記被受面に近い部分ほ
   どそのテーパカラーの中心線から遠ざかる向きに傾斜し
   て形成され、前記変換部材の外方突出部と係合可能な内
   向き傾斜面と、 前記ホルダ本体の嵌合部の外周面に、前記被受面に近い
   部分ほどその嵌合部の中心線に接近する向きに傾斜して
   形成され、前記変換部材の内方突出部と係合可能な外向
   き傾斜面とを含むことを特徴とする工具ホルダ。
4. 【請求項４】 少なくとも当該工具ホルダが前記主軸に
   取り付けられた状態では前記ホルダ本体の嵌合部と前記
   テーパカラーとの半径方向の相対移動を防止する半径方
   向移動防止手段を含むことを特徴とする請求項３に記載
   の工具ホルダ。