JPH1086023A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】工作機械主軸のテーパ嵌合穴への工具ホルダの
取付剛性を高める。 【解決手段】主軸１００のテーパ嵌合穴１０４のテーパ
内周面と工具ホルダ１０のテーパスリーブ１８のテーパ
外周面９６とを接触させるとともに、主軸１００の先端
面１０２と工具ホルダ１０のフランジ部２６の端面１０
８とを接触させて、二面拘束による取付けを実現する。
テーパスリーブ１８とホルダ本体１２のストレート嵌合
部３２との間に、負のクリアランスでボールガイド１４
を配設し、ホルダ本体１２とテーパスリーブ１８との半
径方向の相対移動を防止することにより、工具ホルダ１
０の軸線と交差する方向の剛性を強化し、工作機械への
加工工具の取付剛性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械に加工工
具を脱着するための工具ホルダに関し、特に、工作機械
のテーパ嵌合穴に取り付けられるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような工具ホルダは従来から使用さ
れている。例えば、ＪＩＳ Ｂ ６３３９に規定された
テーパシャンク（呼び番号ＢＴ４０や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
の加工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テーパシャンクのテーパは７／２４
であり、そのテーパシャンクの小径側に設けられたプル
スタッドが主軸内部に設けられた引込装置によって主軸
内に引き込まれることにより、テーパシャンクのテーパ
外周面が主軸のテーパ嵌合穴のテーパ内周面に締まり嵌
合させられ、工具ホルダの主軸に対する位置決めおよび
固定が為される。

【０００３】しかし、工作機械の加工速度は高速化され
てきており、それに伴って、加工工具にかかる切削抵抗
も大きくなっている。したがって、上述のテーパ嵌合穴
とテーパシャンクとの面接触（テーパ面接触と称する）
のみでは、工具の取付剛性が不足する場合がある。そこ
で、実開昭６１−１４１０３４号に記載の工具ホルダに
おいては、上記テーパ面接触のみならず、円環状の主軸
先端面と、工具ホルダのフランジ部のシャンク側の端面
とも接触（円環面接触と称する）する構成とされてい
る。このような２つの面の接触による二面拘束によれ
ば、上記テーパ面接触のみの拘束に比較して工具ホルダ
の取付剛性を高め得る。例えば、工作機械の主軸に、所
謂カッタアーバを備えた工具ホルダによってカッタ（例
えば、正面フライス）を取り付ける場合は、主軸と工具
ホルダとの固定部にかかるモーメントが大きくなること
が多く、二面拘束による取付けが望ましい。

【０００４】上記公報に記載の工具ホルダにおいては、
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
に相対移動可能な構成とされている。具体的には、ホル
ダ本体のストレート嵌合部に、テーパスリーブのストレ
ート内周面が軸方向に摺動可能に嵌合されるとともに、
テーパスリーブが付勢部材によりホルダ本体のフランジ
部から離間する向きに付勢されているのであり、これに
よって、テーパ嵌合穴，テーパシャンク等の寸法誤差を
吸収して二面拘束が実現される。ただし、工作機械の引
込装置による引込力が、付勢部材の付勢力よりも大きい
ことが必要である。

【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、ホルダ本体のストレ
ート嵌合部とテーパスリーブのストレート内周面とのは
めあいが、それらを摺動可能な状態とするためにすきま
ばめとされている。つまり、正のクリアランスが設定さ
れているのであり、このことは望ましくない。正のクリ
アランスは、工具ホルダと工作機械の主軸との半径方向
の相対位置が変動する余地を与え、取付剛性を低下させ
る原因となるからである。そこで、本発明の課題は、取
付剛性を低下させることなく、二面拘束を実現できる工
具ホルダを得ることである。

【０００６】

【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、フランジ部とそのフランジ部の一端面か
ら延び出たストレート嵌合部とそのストレート嵌合部と
は反対側の刃具保持部とを備えたホルダ本体と、互い
に同心であるテーパ外周面とストレート内周面とを有
し、ストレート内周面において前記ストレート嵌合部に
軸方向に相対移動可能に嵌合されるテーパスリーブと、
そのテーパスリーブとホルダ本体との間に配設され、
テーパスリーブを前記フランジ部から離間する向きに付
勢する弾性部材とを含み、工作機械の主軸の先端面に開
口するテーパ嵌合穴に前記テーパスリーブが嵌合される
とともに、前記ホルダ本体が主軸内部に設けられた引込
装置により主軸内に引き込まれて前記フランジ部が主軸
の先端面に当接させられる工具ホルダにおいて、前記ス
トレート嵌合部と前記テーパスリーブとの間に、それら
両者の少なくとも軸方向の相対移動を許容する転がり軸
受を、負のクリアランスで配設することにより解決され
る。

【０００７】この構成の工具ホルダにおいては、ホルダ
本体とテーパスリーブとの間に転がり軸受が負のクリア
ランスで配設される。つまり、この転がり軸受には余圧
がかけられるのであり、その結果、ストレート嵌合部と
テーパスリーブとの半径方向の相対移動が防止される。
なお、ストレート嵌合部とテーパスリーブとの相対回転
は、不可欠ではないが、許容されることが望ましい。工
具ホルダが主軸のテーパ嵌合穴に挿入された後に両者が
相対回転させられる場合があり、その際、工具ホルダの
テーパ外周面とテーパ嵌合穴のテーパ内周面との摩耗を
防止し得るからである。

【０００８】テーパスリーブのテーパ外周面は、工具ホ
ルダが工作機械の主軸に装着されている状態では、弾性
部材によってテーパ嵌合穴のテーパ内周面に押しつけら
れるので、テーパスリーブは主軸に対して半径方向に相
対移動不能である。そして、そのテーパスリーブとホル
ダ本体のストレート嵌合部との半径方向の相対移動は転
がり軸受により防止されるため、結局、工具ホルダの主
軸に対する半径方向の相対移動が防止されることとな
る。また、工具ホルダのフランジ部の主軸の先端面への
当接により、工具ホルダの主軸に対する軸方向の相対移
動も防止される。すなわち、本発明によれば、真の二面
拘束が実現されるのであり、工具ホルダの主軸に対する
取付剛性が前記従来の工具ホルダにおけるより高くなる
効果が得られる。

【０００９】

【発明の補足説明】本発明は上記請求項記載の態様の他
に以下の態様でも実施可能である。実施の態様は、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）前記転がり軸受が、前記ストレート嵌合部と前記
テーパスリーブとの間に配設された円筒状のボールリテ
ーナと、そのボールリテーナの周壁を貫通して複数個形
成されたボール保持穴にそれぞれ回転可能に保持された
複数個のボールとを含む請求項１に記載の工具ホルダ。 （２）前記フランジ部が、外周面に断面形状が台形の環
状溝を備えるとともに前記主軸の先端面に当接する側の
端面から軸方向に延びる係合切欠を備え、かつ、前記ス
トレート嵌合部の自由端面にプルロッド螺合用の雌ねじ
穴が形成された請求項１または実施態様項１に記載の工
具ホルダ。 （３）さらに、前記ストレート嵌合部の前記フランジ部
とは反対側に設けられて前記テーパスリーブの前記フラ
ンジ部からの離間限度を規定するストッパを含む請求項
１，実施態様項１，２のいずれか１つに記載の工具ホル
ダ。 （４）前記ストッパが前記ストレート嵌合部から同心的
に延び出た雄ねじ部に螺合されたナット部材を含む実施
態様項３に記載の工具ホルダ。 （５）前記ナット部材の周壁を貫通して形成されたセッ
トスクリュー穴にセットスクリューが螺合されている実
施態様項４に記載の工具ホルダ。 （６）前記弾性部材が少なくとも１個の皿ばねを含む請
求項１，実施態様項１ないし５のいずれか１つに記載の
工具ホルダ。 （７）前記刃具保持部が自由端部に回転切削工具が嵌合
される工具嵌合部を備えた請求項１，実施態様項１ない
し６のいずれか１つに記載の工具ホルダ。 （８）前記工具嵌合部が、カッタの中心穴と嵌合可能な
嵌合軸部を含む実施態様項７に記載の工具ホルダ。 実施態様項８の工具ホルダはいわゆるカッタアーバであ
ることになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本願の発明の一実施形態である、
フライス用アーバを備えた工具ホルダを図面に基づいて
説明する。図１に示すように、工具ホルダ１０は、主と
して、ホルダ本体１２、転がり軸受たるボールガイド１
４、弾性部材１６、テーパスリーブ１８、ナット部材２
０、プルスタッドボルト２２等により構成される。ホル
ダ本体１２は、フランジ部２６と、そのフランジ部２６
の一方の端面から同心に延び出たテーパ部２８と、その
テーパ部２８の先端から同心にさらに突出した刃具保持
部３０と、フランジ部２６の端面からテーパ部２８とは
逆向きかつ同心に延び出たストレート嵌合部３２とを備
えている。

【００１１】フランジ部２６は、その外周面に断面形状
が台形の環状溝３６を備え、また、直径方向に隔たった
２箇所に係合切欠３８を備えている。刃具保持部３０
は、受部４２と、その受部４２から同心に突出し、回転
切削工具としてのフライスの一種である側フライス４４
のキー溝付きボアと相対回転不能に嵌合する嵌合軸部た
るキー付きシャフト５０とを備えている。キー付きシャ
フト５０の先端からさらに雄ねじ部５４が同心に突出し
ており、この雄ねじ部５４にワッシャ５６が嵌合され、
ナット部材５８が螺合されることによって、側フライス
４４が受部４２に押し付けられ、軸方向の位置が決めら
れるとともに固定される。

【００１２】フランジ部２６とストレート嵌合部３２と
の境界部分は２段の段丘部６０とされており、外径が小
さい方の段丘の端面６２にはボールガイド１４が、外径
が大きい方の段丘の端面６４には弾性部材１６が、それ
ぞれ当接させられる。ストレート嵌合部３２の自由端部
６８の外周面には雄ねじが形成されて雄ねじ部７０とさ
れており、そこにナット部材２０が螺合される。雄ねじ
部７０の中心には雌ねじ穴７２が形成され、そこにプル
スタッドボルト２２が螺合される。

【００１３】ボールガイド１４は、円筒状のボールリテ
ーナ７４と、そのボールリテーナ７４の周壁を貫通して
複数個形成されたボール保持穴７６に回転可能に保持さ
れた複数個のボール７８とを備えている。ストレート嵌
合部３２とボールガイド１４とテーパスリーブ１８とは
負のクリアランスで嵌合されている。つまり、ボール７
８の直径が、ストレート嵌合部３２の外径とテーパスリ
ーブ１８の内径（ストレート内周面の直径）との差の大
きさの半分よりも僅かに大きくされているのである。弾
性部材１６は１個以上の皿ばね８２で構成される。本実
施形態の弾性部材１６は、３つの皿ばね８２を交互に逆
向きに重ね合わせたものである。弾性部材１６が段丘部
６０の小径部に嵌合され、ストレート嵌合部３２にボー
ルガイド１４とテーパスリーブ１８とが嵌合された状態
で、雄ねじ部７０にナット部材２０が螺合されることに
より、ホルダ本体１２にボールガイド１４，弾性部材１
６およびテーパスリーブ１８が取り付られる。

【００１４】ナット部材２０の端面８６は、テーパスリ
ーブ１８の端面８８と当接することによって、テーパス
リーブ１８のフランジ部２６からの離間限度を規定する
ストッパとしての機能を果たす。ナット部材２０の周壁
には、セットスクリュー穴９２が設けられており、その
セットスクリュー穴９２にセットスクリュー９４が螺合
されることによって、ナット部材２０が雄ねじ部７０上
の任意の位置に固定される。ナット部材２０とフランジ
部２６との間隔が調節可能とされているのである。な
お、本実施形態の工具ホルダ１０のテーパスリーブ１８
のテーパ外周面９６は、呼び番号がＢＴ４０（ＪＩＳ
Ｂ ６３３９参照）であるテーパシャンクのテーパ外周
面と同じ形状，寸法とされている。

【００１５】本実施形態の工具ホルダ１０が取り付けら
れる工作機械の主軸１００の内部には、図示しない引込
装置が備えられており、プルスタッドボルト２２の係合
部１１８と係合して、工具ホルダ１０を主軸１００内に
引き込む。その結果、図１に示すように、主軸１００の
先端面１０２に開口するテーパ嵌合穴１０４のテーパ内
周面とテーパスリーブ１８のテーパ外周面９６とがテー
パ面接触させられるとともに、フランジ部２６のストレ
ート嵌合部３２側の端面１０８と主軸１００の先端面１
０２とが円環面接触させられ、二面拘束が実現される。
しかもこの二面拘束は、ホルダ本体１２とテーパスリー
ブ１８との間にボールガイド１４が負のクリアランスで
嵌合されているため、工具ホルダの軸線と交差する方向
の取付剛性が高くなっている。なお、主軸１００の先端
部分には、２つの係合キー１１２が設けられており、フ
ランジ部２６に形成された係合切欠３８と係合すること
によって、主軸１００の回転トルクが確実に伝達される
ようになっている。

【００１６】上記のようにテーパ面接触と円環面接触と
が共に実現している状態での弾性部材１６による弾性力
Ｋの大きさが、引込装置による引込力Ｆよりも小さくな
ければ、二面拘束は実現されない。本実施形態の工具ホ
ルダ１０においては、弾性力Ｋの大きさは約１２９４Ｎ
（約１３２ｋｇｆ）、引込装置の引込力Ｆは約６８６０
Ｎ（約７００ｋｇｆ）である。したがって、テーパ面接
触の軸方向力は約１２９４Ｎ（約１３２ｋｇｆ）であ
り、円環面接触の軸方向力は約５５６６Ｎ（約５６８ｋ
ｇｆ）となる。なお、弾性力Ｋの値は、例えば、テーパ
面接触と円環面接触との軸方向の投影面積の大きさの比
率や、工具保持部３０のフランジ部２６からの距離（切
削抵抗の作用点と主軸１００の先端面１０２との距離）
の大きさや、引込装置の引込力Ｆ（工作機械毎に異なる
大きさとなり得る）の大きさ等に対応して変更してもよ
い。例えば、これらの力の比がほぼ一定になるようにす
ることができる。仮にこの比の値を、本実施形態の場合
の値と同じとすれば、弾性力Ｋ＝引込力Ｆ・（１３２／
５６８）≒引込力Ｆ／４．３となる。弾性力Ｋの変更
は、本実施形態の工具ホルダ１０においては、弾性部材
１６のばね特性（設定荷重やばね定数）の変更や弾性部
材１６を受ける受面の位置の変更等によって実現でき
る。弾性部材１６のばね特性の変更は、例えば、皿ばね
８２の枚数，重ね方等の変更や皿ばね８２自体のばね特
性の変更により実現でき、受面の位置の変更は、例え
ば、端面６４と弾性部材１６との間にスペーサを配設
し、その厚さを変更することにより実現できる。

【００１７】本実施形態の工具ホルダ１０の刃具保持部
３０は、切削抵抗の作用点が主軸１００の先端面１０２
から離れており、かつ、切削抵抗のホルダ本体の軸線と
交差する方向の成分が大きいフライス用アーバの刃具保
持部とされており、本発明の効果を特に有効に享受し得
るものである。また、本実施形態の工具ホルダ１０は、
前記ＪＩＳ規格のテーパシャンクに対応した工作機械が
多数稼働している工場において、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ものであり、本
工具ホルダ１０を使用するために、工作機械には何ら追
加工を必要としない。

【００１８】なお、刃具保持部の構成は種々に変更する
ことができる。その一例を図５に示す。本実施形態の工
具ホルダ１０は、刃具保持部３０が二点鎖線で示す正面
フライス１５０を保持するのに適したものとされてい
る。刃具保持部３０は、円筒状突起１５６と、２つのキ
ー１５８とを備えている。また、円筒状突起１５６の中
心線上には雌ねじ部１６０が形成されている。正面フラ
イス１５０の回転中心軸上に形成された貫通穴１６６と
円筒状突起１５６とが嵌合されるとともに２つのキー１
５８と正面フライス１５０に形成された２つのキー溝１
６８とが嵌合された状態で、セットボルト１７６の雄ね
じ部１７８が雌ねじ部１６０に螺合される。セットボル
ト１７６のフランジ部１８０が正面フライス１５０の座
ぐり穴底面１８４に当接し、正面フライス１５０が工具
ホルダ１０に固定される。なお、セットボルト１７６
は、フランジ部１８０の雄ねじ部１７８とは反対側の端
面に設けられた六角穴１８６に図示しない六角レンチを
係合させて回転させられる。

【００１９】さらに、刃具保持部を、ドリル，エンドミ
ル，中ぐり工具等他の回転加工工具を保持するコレット
チャック，ハイドロリックチャック等を用いた形態の刃
具保持部とすることも可能である。その他、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，改良を加えた態様で本発明を実施することでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である工具ホルダの正面図
（一部断面図）である。

【図２】上記工具ホルダの平面図である。

【図３】上記工具ホルダの右側面図である。

【図４】上記工具ホルダの左側面図である。

【図５】本発明の別の実施形態である工具ホルダの一部
を拡大して示す正面図（一部断面図）である。

【符号の説明】

１０：工具ホルダ １２：ホルダ本体 １４：ボー
ルガイド １６：弾性部材 １８：テーパスリーブ
２０，５８：ナット部材 ２２：プルスタッドボ
ルト ２６：フランジ部 ２８：テーパ部 ３
０：刃具保持部 ３２：ストレート嵌合部 ３６：環状溝 ３８：係
合切欠 ４４：側フライス ５０：キー付きシャフ
ト ５４，７０：雄ねじ部 ５６：ワッシャ ６０：段丘部 ６２，６４，８６，８８，１０８：端
面 ６８：自由端部 ７２：雌ねじ穴 ７４：ボ
ールリテーナ ７６：ボール保持穴 ７８：ボール
８２：皿バネ ９２：セットスクリュー穴 ９
４：セットスクリュー ９６ テーパ外周面 １０
０：主軸 １０２：先端面 １０４：テーパ嵌合穴
１１２：係合キー １１８：係合部 １５０：
正面フライス １５６：シャフト １５８：キー
１６０：雌ねじ部 １６８：貫通穴 １７６：セ
ットボルト １７８：雄ねじ部 １８０：フランジ
部 １８４：座ぐり穴底部 １８６：六角穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フランジ部とそのフランジ部の一端面か
   ら延び出たストレート嵌合部とそのストレート嵌合部と
   は反対側の刃具保持部とを備えたホルダ本体と、 互いに同心であるテーパ外周面とストレート内周面とを
   有し、ストレート内周面において前記ストレート嵌合部
   に軸方向に相対移動可能に嵌合されるテーパスリーブ
   と、 そのテーパスリーブと前記ホルダ本体との間に配設さ
   れ、テーパスリーブを前記フランジ部から離間する向き
   に付勢する弾性部材とを含み、工作機械の主軸の先端面
   に開口するテーパ嵌合穴に前記テーパスリーブが嵌合さ
   れるとともに、前記ホルダ本体が主軸内部に設けられた
   引込装置により主軸内に引き込まれて前記フランジ部が
   主軸の先端面に当接させられる工具ホルダにおいて、 前記ストレート嵌合部と前記テーパスリーブとの間に、
   それら両者の少なくとも軸方向の相対移動を許容する転
   がり軸受を、負のクリアランスで配設したことを特徴と
   する工具ホルダ。