WO2013027558A1

WO2013027558A1 - 焼嵌め式工具ホルダ

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Publication number: WO2013027558A1
Application number: PCT/JP2012/069807
Authority: WO
Inventors: 溝口　春機
Original assignee: 株式会社Ｍｓｔコーポレーション
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2013-02-28
Also published as: ES2646765T3; EP2749367B1; JPWO2013027558A1; EP2929964A1; US9254525B2; EP2749367A1; CN103781579A; TW201318765A; CN103781579B; TWI571352B; JP5571253B2; EP2749367A4; US20140210169A1

Abstract

　切削工具（３０）はフラット面（３２）が挿入側先端から所要長さ形成され、そのフラット面後端部に周方向の溝（３３）が形成されている。この切削工具をチャック部（２）の保持孔（２０）に挿入すると、突起（２１）はフラット面と保持孔内周面との間のスペース（Ｓ）を通って溝に至り、その状態から切削工具を回転すると、突起が溝の長さ方向に移行してその溝側縁に係止し、その係止によってチャック部に対する切削工具の抜け止めを行なう。また抜け止め用突起が溝内に至った際、回転止め用突起（２２）はフラット面内にあって、切削工具の回転に伴いスペース（Ｓ）の端に食込み、その食い込みによってチャック部に対する切削工具の回転止めを行なう。工具ホルダ（Ａ）を両突起（２１、２２）の間で分割し、その分割体（１、２）は電子ビーム溶接によって接合する。

Description

焼嵌め式工具ホルダ

　この発明は、マシニングセンタ等の工作機械に着脱可能に装着される焼嵌め式工具ホルダに関するものである。

　マシニングセンタに切削工具を装着する工具ホルダＡは、例えば、この発明の一実施形態を示す図１を参照して説明すると、マシニングセンタの主軸に着脱可能なシャンク部１とチャック部２とをマニュピレータ把持部３を介して一体に形成したものである。
　この工具ホルダＡにおいて、近年、主軸の高速回転化により、切削工具３０を精度良く強固に把握し、かつ剛性を有する上に、回転バランス等の性能の高度化が望まれ、その要求をみたすものとして、上記チャック部２に切削工具３０を焼嵌め式でもって装着するものが注目されている（特許文献１～４参照）。

　一方、近年の技術の高度化により、航空宇宙関連や原動機関連等においては、アルミ合金部品やチタン合金等の難削材加工部品が多くなっている。例えば、航空機のフレーム、ウィングリブ、バルクヘッド等のアルミ構造部品や同フレームコンポーネント、エッジフレーム等のチタン構造部品、さらには、原動機のブレードやインペラー等である。
　これらの難削材を高能率に加工する工作機械（マシニングセンタ）は、アルミ加工の場合、主軸回転数が３３０００ｒｐｍ以上に及んだり、主軸電動機出力が８０ｋＷ（１００馬力）以上に及んだり、チタン加工の場合、主軸トルクが１５００Ｎｍ以上に及び、それらを担うものが製品化されている。
　また、加工方法においては、従来の３軸（上下、左右、前後の軸移動）を持つマシニングセンタでは加工効率が悪く、３軸に回転軸（Ａ軸、Ｂ軸）を付加した５軸制御マシニングセンタを活用するケースが増えている。

　上記難削材の加工、特に、５軸制御マシニングセンタによる難削材の高速加工においては、切削工具ホルダの把持力（把持トルク）が問題となる。
　その把持力は、切削工具３０が切削時に受ける切削負荷に耐え得る力であって、高いほど高能率化に有利である。つまり、工具ホルダの把持力（把持トルク）が大きいほど切削能力が高く、小さいほど切削能力は低下する。このとき、高能率化のためには、工具ホルダの剛性（把持部外径が太く、有効長が短いなど）が高く、切削工具の剛性（突き出し量が短い、超硬製など）も高い設定であることが前提である。このように、把持力が重要とされるのは、切込み量が大きく取れる、送り量を大きくできる、つまり加工能率が上がり、生産性とコストに大きな影響を及ぼすからである。

　ここで、アルミ加工においては、切削速度を高めるほど高能率加工が期待できる。また、アルミ合金は鋼より材料強度が低いため切込み量も大きく取れる。その分、切削除去量を最大限引き上げるように加工条件を設定するが、加工中に大きなビビリ（振動）が発生しやすい。その工具ホルダや切削工具が大きなビビリ（振動）を受けると、適性と考えられていた把持力であっても、工具ホルダと切削工具の間が簡単にスリップして切削工具が抜ける場合がある。
　また、チタン加工は、チタンの機械的強度が高く、熱伝導率（放熱性）が低いうえに、他の金属と親和性が良く、酸素や窒素と反応しやすい。そのため、難削材加工に分類されている。さらに、チタン特有の鋸刃状の切りくずが生成されるが、これは切削力が変動するために起きる現象で、この変動に伴い大きな「びびり」が生じる。それにより、切削工具は短時間で消耗し、磨耗した切削工具は切削トルクを増大させ、切削工具のスリップや抜けを引き起こすこととなる。
　さらに、航空機関連の部品加工は、巨大な被削材より削り出しで部品を製作する場合が多いため、その被削材は高価であり、切削工具の抜けによる削り過ぎは修正が不可能であり莫大な損害が発生してしまう。
　そのため、安全率を高く設定し、加工条件を落とすなど、本来期待される高能率加工が十分に発揮できないのが現状である。

　上記のように、焼嵌め式は、主軸の高速回転化、切削工具３０を精度良く強固に把握して剛性が高く、さらに回転バランス等の性能において優れているため、金型加工の分野では、深彫り加工を中心に細身でかつテーパ形状の焼嵌め式ホルダが多く使用されている。主な理由は、加工物とホルダとの干渉が少なく切削工具を比較的短く設定できることで、剛性が高く加工精度や工具寿命の向上に寄与していることが挙げられる（特許文献１参照）。
　しかし、上記テーパ形状の焼嵌め式ホルダであっても、航空機関連に代表されるアルミの高能率加工やチタンなどの難削材加工の分野においては、一部で効果を上げているものの金型加工のように十分満足できるものに至っていない。

特開２００９－４５７１６号公報特表２００９－５３３２３４号公報特開２００１－１５０２２１号公報特許第３９３２２１６号公報特開平０５－２６２６４号公報特開平０５－１２６１７０号公報

　上記航空宇宙関連、原動機などのアルミ合金やチタンの高能率加工では、工具ホルダの全長は出来る限り短く、切削工具の突き出し量も最小限に設定するとともに、絶対に抜けない対策が必要である。
　ここで、ホルダによる切削工具の把持力は、切削トルクに対して十数倍、引き抜き分力に対して３０倍近くあり、作業中に、ホルダに対して切削工具がその軸方向や周方向（回転方向）に動くのは、主に、切削工具の支点にかかる曲げモーメントによるものである。このため、ホルダの把持力を高めるには、その切削工具の引き抜きと回転を阻止することが重要である。
　その切削工具のホルダからの抜け出し・回転防止手段として、切削工具の挿入軸部の外周面にその周方向の溝を形成し、その溝にホルダ外周面から切削工具保持孔内面に突出させたボールを嵌め、その嵌合によって、ホルダに対する切削工具の抜け止め及び回転止めを行なうものがある（特許文献２　要約、図１～図２２参照）。
　また、他の手段として、切削工具の挿入端とホルダの保持孔内端に突起又はその突起が嵌合する溝を形成し、その嵌合によって、ホルダに対する切削工具の回転止めを行なうものがある（特許文献３　図８参照）。

　しかし、前者の抜け止め・回転止め手段は、溝の幅がボール径とほぼ同一とされているため、切削工具をホルダ保持孔に挿入して溝にボールを嵌合する際、溝開口にボールがスムースに入りにくく、また、ホルダに対して切削工具を回転する際、溝が軸方向にも延びて屈曲しているため、ボールが溝内をスムースに移動しない問題がある。さらに、ホルダに対する切削工具の位置合わせは、工具挿入端とホルダ保持孔内端との当接によって行なっているため（特許文献２図１２等参照）、ボールは溝途中に位置してその溝内を移動可能のため、前記抜け止め・回転止め効果が十分でない。また、切削工具外周面に軸方向に屈曲する溝を精度良く形成することは容易ではない。
　後者の回転止め手段は、切削工具の挿入端の突起とホルダの保持孔内端の溝との嵌合によるため、切削工具をホルダ保持孔に挿入して溝に突起を嵌合する際、溝に突起がスムースに入りにくい問題がある。また、抜け止め作用は発揮し得ない。

　この発明は、以上の実状の下、他の構造でもって、まず、ホルダに対する切削工具の抜け止めを行なうことを第１の課題、つぎに、同回転止めを行なうことを第２の課題、それらの構造を容易に構成し得るようにすることを第３の課題とする。

　上記課題１を達成するために、この発明は、上記屈曲溝に代えて、切削工具の挿入部外周面に切削工具軸方向の平面で切除したフラット面を形成し、ホルダ保持孔内面の突起はその切除されたフラット面と保持孔内周面の間のスペースを通りフラット面上を軸方向に移動させた後、そのフラット面に連続した切削工具周方向の溝に嵌合するようにしたのである。
　ホルダの保持孔は円筒状、切削工具の挿入部は円柱状であるから、切削工具を前記保持孔に挿入すると、上記フラット面と保持孔内周面の間には断面ほぼ三日月状のスペースが形成され、そのスペースは、その開口が広いため、その開口縁の何れかに突起が当たれば、その突起が開口に位置したことを容易に認識できる。このため、工具を少し回転させるだけで、そのスペースに突起を容易に導き入れることができ、その後、突起は、前記溝内に至ってチャック部に対し切削工具がその軸心周りに回転すると、溝の長さ方向に移行してその溝側縁に係止する。その係止によってチャック部に対する切削工具の抜け止めが行なわれる。

　この発明の構成としては、工作機械に着脱可能なシャンク部と、切削工具を焼嵌め式によって保持するチャック部とを備え、切削工具は、その前記シャンク部の円筒状保持孔への円柱状挿入部外周面に、切削工具軸方向の平面で切除したフラット面が挿入側先端から所要長さ形成されているとともに、そのフラット面に連続する切削工具周方向の溝が形成された焼嵌め式工具ホルダであって、前記切削工具保持孔の内面に抜け止め用突起を設け、切削工具を前記保持孔に挿入すると、前記抜け止め用突起はフラット面と保持孔内周面との間のスペースを通って前記溝内に至り、その状態から、チャック部に対し切削工具をその軸心周りに回転することによって、前記抜け止め用突起が前記溝の長さ方向に移行してその溝側縁に係止し、その係止によってチャック部に対する切削工具の抜け止めを行なうようにした構成を採用することができる。

　この構成において、上記フラット面の所要長さは、工具挿入端が保持孔内端に至る前に上記溝に突起が嵌ったり、工具挿入端が保持孔内端に至ると同時に上記溝に突起が嵌ったりするように適宜に設定する。前者の場合、突起が溝に嵌ることによってチャック部に対する工具の軸方向の位置決めがなされることとなり、後者の場合、工具挿入端が保持孔内端に当接することによって同位置決めがなされることとなる。
　また、上記溝が切削工具周方向全周になく、周方向一部の場合（周方向の途中までの場合）、上記突起を上記溝に嵌めてその溝の長さ方向の端に至らし、その至った端がホルダの反切削回転方向の端であると、その突起と溝端の係止によって切削工具の回転止めが行なわれる。さらに、その溝をその溝端に向かって徐々に浅くすると、突起が溝内面に徐々に食込み、その食い込みによって、切削工具に締付け作用が生じて切削工具のガタが有効に防止されるとともに切削工具の回転止めが行なわれる。回転止め作用を行なわないのであれば、突起は、溝端に係止させる必要はない。
　上記抜け止め用突起と溝のその長さ方向に直交する断面は、半円状、三角状等が考え得るが、嵌り公差を考慮した同一形状とすることが好ましい。同一形状であると、ピッタリ嵌ってガタが生じにくい。
　ここで、切削工具保持孔は、切削工具の挿入側先端が至る位置までを少なくとも有するものであって、その切削工具挿入端は、通常、チャック部内で収まるが、シャンク部内に至る場合もあり、そのような場合は、そのシャンク部内の孔も含むものとする。

　上記課題１を達成するためのこの発明の他の構成としては、工作機械に着脱可能なシャンク部と、切削工具を焼嵌め式によって保持するチャック部とを備えた焼嵌め式工具ホルダにおいて、チャック部の保持孔の切削工具挿入側端面に、切削工具の溝に係合するストッパをねじ止めし、そのストッパによってチャック部から切削工具の引き抜きを防止するようにした構成を採用したり、チャック部の保持孔の切削工具挿入端部に、切削工具の挿入端部の雄ねじ又は雌ねじがねじ合う雌ねじ又は雄ねじを設け、そのねじ合いによってチャック部に対する切削工具の抜け止めを行なうとともに、チャック部に対する切削工具の回転を防止するようにした構成を採用したりすることができる。
　このねじ合いによる手段は、ねじ合い方向を反切削回転方向とすれば、切削工具の回転止め機能も発揮し得るものとすることができる。

　上記課題２を達成するために、この発明は、上記と同様に、上記屈曲溝に代えて、切削工具の挿入部外周面に工具軸方向の平面で切除したフラット面を形成し、ホルダ保持孔内面の突起はその切除されたフラット面と保持孔内周面の間のスペース内に位置するようにしたのである。
　上記のように、ホルダの保持孔は円筒状、切削工具の挿入部は円柱状であるから、上記フラット面と保持孔内周面の間には断面ほぼ三日月状のスペースが形成され、そのスペース内に突起が入った状態で、ホルダに対し切削工具を回転すれば、前記突起はその三日月状スペースの端側の保持孔内周面と工具フラット面の間に食込んで、ホルダに対する工具の回転を有効に防止する。このとき、その食い込みによって、切削工具の抜け止め作用も少なからず発揮されるとともに、切削工具に締付け作用が生じて切削工具のガタツキも有効に防止される
　その回転止め用突起は切削工具軸方向に直交する断面がその軸心に向かって突出する三角形状となっておれば、切削工具をチャック部に対して軸心周りに回転すると、上記フラット面と保持孔内周面の間の断面ほぼ三日月状のスペースの端に回転止め用突起は楔状に食込むため、その回転止め効果の高いものとなる。このとき、その三角形状の端部はスペースの三日月形状の端部と同じ形状とすれば（本願図４参照）、その食い込みがより確実となる。

　この発明の一構成としては、工作機械に着脱可能なシャンク部と、切削工具を焼嵌め式によって保持するチャック部とを備え、前記切削工具はその前記シャンク部の円筒状保持孔への円柱状挿入部外周面に切削工具軸方向の平面で切除したフラット面が挿入側先端から所要長さ形成された焼嵌め式工具ホルダであって、チャック部の切削工具保持孔の内面に回転止め用突起を設け、切削工具を前記保持孔に挿入すると、回転止め用突起はフラット面と保持孔内周面との間のスペースに入って、その状態から、チャック部に対し切削工具をその軸心周りに回転することによって、回転止め用突起がスペース内を切削工具軸周りに移動してそのスペース端に食込み、その食い込みによってチャック部に対する切削工具の回転止めを行なうようにした構成を採用することができる。

　上記課題２を達成するためのこの発明の他の構成としては、工作機械に着脱可能なシャンク部と、切削工具を焼嵌め式によって保持するチャック部とを備えた焼嵌め式工具ホルダであって、チャック部の切削工具保持孔の内面に周方向のワンウェイクラッチを設け、切削工具を保持孔に挿入すると、ワンウェイクラッチのコロが切削工具の挿入部外周面に当接し、ワンウェイクラッチは、ホルダに対する切削工具の反切削回転を許容する構成を採用することができる。
　この構成においては、ワンウェイクラッチのコロの食い込みによって抜け止め効果も得ることができる。

　また、この課題２を達成する構成は上記課題１を達成する構成においても採用することができ、例えば、抜け止め用突起、ワンウェイクラッチ、又はストッパを設けた構成、及びチャック部に切削工具をねじ合わせた構成において、チャック部の切削工具保持孔の内面にさらに回転止め用突起を設け、前記抜け止め用突起が上記溝内に至った際、その回転止め用突起はフラット面内にあって、チャック部に対し切削工具をその軸心周りに回転することによって、前記回転止め用突起が前記フラット面と前記切削工具保持孔内面の間のスペース端に食込み、その食い込みによってチャック部に対する切削工具の回転を防止するようにした構成とするができる。

　さらに、第２の課題を達成する構成に従来のサイドロックを採用することもでき、例えば、回転止め用突起又はワンウェイクラッチを設けた構成において、工作機械に着脱可能なシャンク部と、切削工具を焼嵌め式によって保持するチャック部とを備え、切削工具は、その前記チャック部の円筒状保持孔への円柱状挿入部外周面に、切削工具軸方向の平面で切除したフラット面が挿入側先端から所要長さ形成された焼嵌め式工具ホルダにおいて、チャック部の切削工具保持孔の内面に回転止め用突起を設けるとともに、チャック部の外周面から前記保持孔に至るサイドピンを設け、切削工具を保持孔にフラット面内に回転止め用突起が至るように挿入した後、チャック部に対し切削工具をその軸心周りに回転することによって、回転止め用突起がスペースの端のフラット面と切削工具保持孔内面の間に食込み、その食い込みによってチャック部に対する切削工具の回転を防止し、その状態において、サイドピンをねじ込んで切削工具の外周面の凹部に当接してチャック部から切削工具の引き抜きを防止する構成を採用することができる。

　上記の各構成において、回転止め用突起と抜け止め用突起と、抜け止め用突起とワンウェイクラッチとは、切削工具軸方向の前後のいずれにあっても良い。但し、抜け止め用突起が後側（保持孔の工具挿入端側）の場合は、上記溝又ワンウェイクラッチより後側とし、その位置まで、フラット面を形成することとなる。
　また、上記各突起には上記断面三角形状、半円状等と種々の形状を採用することができるとともに、その形成手段も種々のもの、例えば、保持孔内周面又は内端面に切削、溶接、嵌合等によって突起を直接に形成することは勿論のこと、チャック部外周面からピンを上記スペースに嵌入し、そのピンとフラット面との当接によってチャック部に対する切削工具の回転を防止することもできる。このとき、そのフラット面とピン軸方向を同一方向とすることによってピンをスペースに挿入することが容易となる（図１１～図１７参照）。

　上記課題３を達成するために、この発明は、シャンク部とチャック部とを分割して別体とし、その分割した両者を接合するようにしたのである。その接合には、摩擦溶接、ＴＩＧ溶接、電子ビーム溶接等の種々の手段が採用し得るが、電子ビーム溶接によると、強固な接合と量産性が可能という利点がある上に、シャンク部とチャック部の接合精度が高く、シャンク部軸芯に対してチャック部は、偏芯及び傾きの極めて少ない接合が可能である。
　上記各突起は、保持孔の内方深い位置に形成するため、シャンク部とチャック部とが分割されていない一体ものの場合、その突起の加工（形成）は、シャンク部の保持孔に連続する開口又はチャック部の保持孔開口から、切削工具を挿入して行なうこととなり、その作業は繁雑であって、精度的にも問題が生じやすい。これに対し、シャンク部とチャック部とを分割すれば、その分割面の開口から、前記突起の加工を行なうことができ、その開口から加工位置までの距離も短くなるため、作業も容易となり、精度も確保し易くなる。
　因みに、複数の部材を接合する場合、一般的には、素形材同士、又は前加工後の接合が多いが、この発明におけるシャンク部とチャック部の溝や突起は仕上げ加工及び熱処理後に行なう必要があり、その加工処理後にシャンク部とチャック部とを接合するため、上記電子ビーム溶接等による高精度な接合が好ましい。

　このとき、その分割面が突起に近ければ、その分割面の保持孔開口から突起を形成し得るため、その分割面は突起の形成位置に近ければ近い程好ましい。また、上記周方向溝に嵌る抜け止め用突起と回転止め用突起の２つを設ける場合は、その両突起の間で分割すれば、両突起をシャンク部とチャック部に別々に形成することとなるため、その形成が容易となる。通常、突起は、チャック部の保持孔を切削加工する際、その突起部分を残して保持孔を形成し、その後、環状突起を所要の大きさ（長さ）に切削することとなるが、同一部材に突起が前後に２つもあると、一の突起を形成後、他の突起を形成する時、その一の突起が邪魔となって、その突起形成が煩雑となる。ワンウェイクラッチの装填も、保持孔の切削工具挿入端面からよりも分割面からの方が行ない易い。

　なお、上記のように、焼嵌め式は回転バランスの性能において優れているため、この発明において、上記各突起、フラット面、溝、ワンウェイクラッチ，ストッパ、ピン等の従来になかった部材は、切削工具軸心周りの等分位置に同一大きさ、同一重さとなって、前記回転バランス性能の低下を招かないようにすることが好ましい。

　この発明は、以上のように、従来になかった構成でもって、チャック部に対する切削工具の抜け止めや回転止めを行なうようにしたので、その手段の製作性等が良い等の効果を得ることができる

この発明の一実施形態の切断正面図同実施形態の一部切り欠き分解斜視図同実施形態の工具ホルダに装填される一切削工具を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は左側面図同実施形態の図１のａ－ａ線切断作用図であり、（ａ）は切削工具の挿入初期、（ｂ）は切削工具を回転させた装填後同実施形態の図１のｂ－ｂ線切断作用図であり、（ａ）は切削工具の挿入初期、（ｂ）は切削工具を回転させた装填後他の実施形態を示し、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ－Ｘ線断面図他の実施形態の一部切断正面図他の実施形態を示し、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は同右側面図、（ｃ）は切削工具の正面図、（ｄ）は工具ホルダに切削工具を装填した要部断面図他の実施形態を示し、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は切削工具の一部正面図、（ｃ）は工具ホルダに切削工具を装填した要部断面図他の実施形態を示し、（ａ）は一部切断正面図、（ｂ）は切削工具の一部切断正面図、（ｃ）は工具ホルダに切削工具を装填した要部断面図（ａ）は他の実施形態の切断正面図、（ｂ）、（ｃ）はその作用説明図他の実施形態の切断正面図（ａ）は他の実施形態の要部切断正面図、（ｂ）は同切削工具の正面図（ａ）は他の実施形態の工具ホルダの一部切断正面図、（ｂ）は同切削工具の要部正面図、（ｃ）は同工具ホルダに切削工具を装填した要部切断正面図（ａ）は他の実施形態の工具ホルダの一部切断正面図、（ｂ）は同切削工具の要部切断正面図、（ｃ）は同工具ホルダに切削工具を装填した要部切断正面図他の実施形態の切断正面図（ａ）は他の実施形態の工具ホルダの一部切断正面図、（ｂ）は同切削工具の左側面図、（ｃ）は同切削工具の要部正面図他の実施形態の切断正面図切削工具の抜け止め溝の各他例の部分平面図各実施形態の工具ホルダに装填される他の切削工具を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）の左側面図、（ｄ）は（ｂ）の左側面図同切削工具による切断作用図であり、（ａ）は切削工具の挿入初期、（ｂ）は切削工具を回転させた装填後

　一実施形態を図１～図４に示し、この実施形態の工具ホルダＡは、マシニングセンタの主軸に着脱可能なシャンク部１と逆円錐台状チャック部２とを自動工具交換装置（ＡＴＣ）用マニュピレータ把持部（Ｖフランジ部）３を介して一体にしたものである。
　そのシャンク部１とチャック部２はマニュピレータ把持部３をシャンク部側にして分割され、その分割面は、図２に示すように、チャック部側が円筒状嵌合凸部、シャンク部側が円筒状嵌合凹部の形状となっており、前記円筒状嵌合凸部端面と円筒状嵌合凹部内端面の間には空隙が生じている。このシャンク部１とチャック部２の接合は電子ビーム溶接によって行なう。チャック部２とシャンク部１との嵌合は、チャック部２側を凹部、シャンク部１側を凸部とし得る。

　また、切削工具３０の保持孔２０がチャック部２の先端面（図１において右端面）からマニュピレータ把持部３まで軸心上円柱状に形成されている。この保持孔２０の最小径（前記先端面開口径）は、切削工具３０の挿入部（被把持部）３１の径より少し小さくされており、チャック部２を加熱により熱膨張させて（保持孔２０を拡径させて）切削工具３０を保持孔２０に挿入して冷却することによって、チャック部２に切削工具３０が焼嵌めによって強固に支持固定される。この強固な焼嵌めを得るチャック部２（シャンク部１、マニュピレータ把持部３）の材料としては、例えば、特許文献４に記載のものを使用する。

　チャック部２の分割面近くの保持孔２０内面に抜け止め用突起２１がチャック部軸心に対し対称に２個設けられている。この突起２１は、保持孔２０を切削加工する際、まず、その孔２０周囲全周の断面半円状突条を形成し、つぎに、その突条の周りの一部を切除することによって頂面が直線状で切削工具軸方向に直交する断面半円状に形成する。また、その突起２１の数は軸心周りに等間隔であれば、３個、４個等といずれでもよいが、後述の切削工具３０のフラット面３２と同一の数とする。
　一方、シャンク部２（マニュピレータ把持部３）の分割面近くの保持孔２０内面にも、同様に、切削工具軸方向に直交する断面三角状回転止め用突起２２がチャック部（シャンク部）軸心に対し対称に２個設けられている。この突起２２は、突起２１と同様にして形成し、その数も軸心周りに等間隔であれば、フラット面３２と同一の数の３個、４個等といずれでもよい。このように等間隔に設けるのは、回転時のバランスを取るためである。
　この両突起２１、２２の切削工具周方向の中心線はその工具軸心に対して４５度ずれている。図中、４はクーラントダクト６（図１７参照）の取付用雌ねじ、５はホルダに設けた滑り止めピンであり、このピン５が主軸端面に係止して主軸に対するホルダの滑り（回り）を防止する。

　この実施形態の工具ホルダＡに装着される切削工具３０は、大径、例えば、径：１２～３２ｍｍのエンドミルであって、その保持孔２０への挿入部３１の端部外周面にフラット面３２が工具軸心に対し対称に２個設けられている。
　このフラット面３２は、切削工具挿入部３１外周面を工具軸方向の平面で切除した形状であって、挿入部３１が保持孔２０に嵌入（挿入）されると、保持孔２０は円筒状、切削工具の挿入部３１は円柱状であるから、フラット面３２と保持孔内周面の間に断面ほぼ三日月状のスペースＳが形成される。このフラット面３２の後端（チャック部２先端側）には切削工具３０の同一心円周方向の断面半円状溝３３が連続して形成されている。

　この切削工具３０を図２の矢印のようにチャック部２（工具ホルダＡ）の保持孔２０に挿入すると、フラット面３２と保持孔内周面の間の断面ほぼ三日月状のスペースＳは、その開口が広いため、その開口縁の何れかに突起２１が当たれば、その突起２１が開口に位置したことを容易に認識でき、切削工具３０を少し回転するだけで、図５（ａ）に示すように、そのスペースＳの中央に突起２１を容易に導く入れることができる。
　その突起２１がフラット面３２を通過すると、突起２１に切削工具挿入部端面が至るが、突起２１と突起２２は上記４５度ずれて、そのずれであると、図４（ａ）に示すように、突起２２は三日月状のスペースＳの一端に入り込み、切削工具挿入部端面が保持孔２０の奥壁に当接することによって工具ホルダＡから切削工具３０の突出量が決定される。このとき、突起２１はフラット面３２から溝３３内に位置し、その位置した際の突起２１と溝３３は、ピッタリ嵌って溝３３内の溝長さ方向への移動は許容するが、溝３３の幅方向（切削工具３０の軸方向）への移動は許容しないようになっている（図１参照）。

　なお、フラット面３２は、切削工具３０を工具ホルダＡにロックする（装着する）時の基準面となり、また、切削工具をエジェクトする（外す）時の基準面となるため、チャック部２の端面には、上記突起２１、２２のスペースＳへの導入・引きだし作用を円滑に行い得るように、保持孔２０に対する（突起２１に対応する）フラット面３２の位置を示す刻印等の印を設けることが好ましい。

　この図４、図５（ａ）の状態から、切削工具３０を反切削回転方向（同図において右回り）に回転させると、図５（ｂ）に示すように、突起２１は溝３３内を移動してその溝３３の縁に係止し、この係止によってチャック部２（保持孔２０）からの切削工具３０の抜け止め機能が発揮される。一方、図４（ｂ）に示すように、突起２２はスペースＳ内を移動してその他の端に食込む。この食い込みによって、チャック部２に対する切削工具３０の切削方向（図１の矢印回転方向）の回転止め機能が発揮されるとともに、切削工具３０に締付け作用が生じて切削工具３０のガタツキも有効に防止される。このとき、回転止め用突起２２は、切削工具軸方向に直交する断面三角状のスペースＳの他端と同一形状であって（図４（ｂ）参照））、そのスペースＳの他端内に楔状に食込むため、その回転止めは有効に発揮される。

　この工具ホルダＡへの切削工具３０の装填は、従来と同様に、工具ホルダＡ（チャック部２、マニュピレータ把持部３の一部）を加熱し熱膨張させて保持孔２０を拡径した状態で行なわれる。
　このため、工具ホルダＡが冷却されると、上記突起２１が溝３３の縁に係止し、突起２２がスペースＳの端に食込んだ状態で、工具ホルダＡに切削工具３０が焼嵌めによって強固に装填されるとともに、チャック部２に対する切削工具３０の抜け止め・回転止めが確実になされる。すなわち、把持力の強固なものとなる。
　工具ホルダＡから切削工具３０の取外しは、その工具ホルダＡを加熱し熱膨張させて保持孔２０を拡径した後、上記作用と逆の切削工具３０の回転と引き抜きによって行なう。

　なお、切削工具３０の保持孔２０への挿入によって、両突起２１、２２がスペースＳに導入される必要があるため、両突起２１、２２の切削工具周方向のずれ角度は、スペースＳの大きさ（径方向の深さ）等を考慮し、その導入が円滑に行なわれるように適宜に決定する。このとき、突起２２はスペースＳに入れば、切削工具Ａの回転によってそのスペースＳの端に食込んで回転止め作用を発揮する。

　図６には他の実施形態を示し、この工具ホルダＡは、突起２１、２２に代えて、同図に示すように、保持孔２０の内面にその軸心対称にピン２５を設けたものである。このピン２５は円柱状であって、チャック部２を貫通する孔２５ａにピン２５を挿入し、その孔２５ａの両端にねじ２５ｂをねじ込んで抜け止めしている。
　この工具ホルダＡ（チャック部２）の保持孔２０に、フラット面３２をピン２５に対応させて切削工具３０を挿入すると、ピン２５はフラット面３２上をすべりつつスペースＳ内を通って溝３３に至り、切削工具３０を回転させると、フラット面３２から溝３３内に移行して嵌り込む。この嵌り込みによって、チャック部２に対する切削工具３０の抜け止め機能が発揮される。

　このとき、溝３３が周方向全周ではなく、一部が欠如したものとして、その欠如部の溝端にピン２５が当接するようにすれば、その当接によって、チャック部２に対する切削工具３０の抜け止め及び回転止め機能が発揮される。また、溝３３を形成しなくても、フラット面３２にピン２５が位置することによって、チャック部２に対する切削工具３０の回転止め機能は発揮されるとともに、スペースＳ内へのピン２５の食い込みによって抜け止め機能も発揮される。
　さらに、この実施形態は、ピン２５をチャック部２の外周面から挿入するため、その挿入孔２５ａを形成し易く、チャック部２とシャンク部１は分割する必要もない。すなわち、同一部材とし得る。また、ピン２５は円柱状でなくても、フラット面３２上を滑れば良いため、四角柱状等の多角柱状ともし得る。

　なお、図１の実施形態において、突起２１、溝３３を設けなくても、保持孔内周面とフラット面３２との間への突起２２の食い込みによってチャック部２に対する切削工具３０の回転止め機能も発揮されるとともに、その食い込みによって、切削工具の抜け止め作用も少なからず発揮される。

　図７にはさらに他の実施形態を示し、この工具ホルダＡは、チャック部２の保持孔２０内周面にワンウェイクラッチ（一方向クラッチ）４０を設けて、そのクラッチ４０によって切削回転方向のチャック部２に対する切削工具３０の回転を阻止するようにしたものである。すなわち、切削工具３０を前記保持孔２０に挿入すると、ワンウェイクラッチ４０のコロ４１が切削工具の挿入部３１外周面に当接し、ワンウェイクラッチ４０は、工具ホルダＡ（チャック部２）に対する切削工具３０の反切削方向回転を許容するが、切削方向回転時には、コロ４１が切削工具３０との隙間に食込んでチャック部２に対する切削工具３０の回転を阻止する。ワンウェイクラッチ４０の構造は、特許文献５、６等に示される従来周知のものを適宜に選択する。

　なお、この実施形態は、保持孔２０内面に環状凹部を形成し、その凹部にワンウェイクラッチ４０を嵌め込むため、その凹部は形成し易いため、チャック部２とシャンク部１は分割する必要もない。すなわち、同一部材とし得る。
　また、この実施形態において、切削工具３０に上記フラット面３２を形成し、そのフラット面３２によって形成されたスペースＳに保持孔２０の内面に半分埋め込んで設けたコロ４１等の軸方向に長い突起を導入可能とすれば、切削工具Ａの回転によってそのスペースＳの端にその突起が食込んで回転止め作用を発揮する。

　図８にはさらに他の実施形態を示し、この工具ホルダＡは、上記各実施形態のように、突起２１、２２、フラット面３２等を設けず、チャック部２の保持孔２０の切削工具挿入側端面に、切削工具３０の溝３４に係合するストッパ４５をねじ止めしたものである。
　このストッパ４５は、２分割されているが、それ以上、例えば、３分割、４分割等と任意であるが、その分割片は同じ大きさ（重さ）として、回転時のバランスをとることが好ましい。このとき、バランスを取れれば、例えば、４分割の場合、２つの部材を省略した他の２つを周囲等間隔に設ける等と一部は省略できる。

　この実施形態では、同図（ｄ）に示すように、保持孔２０に切削工具３０を装填した後、ストッパ４５をビス４５ａによってねじ止めすることによって、そのストッパ４５が切削工具３０の溝（段差）３４に嵌合し、チャック部２から切削工具３０の引き抜きが防止される。このとき、溝３４を周囲一部、例えば、上記フラット面３２等とすれば、その溝端にストッパ４５が当接することによって回転止め機能を発揮し得るようにし得る。このとき、ストッパ４５の内側孔（切削工具３０の挿通孔）もその溝形状に合わせたもの（例えば、円形の一部（弧状部）が欠如された形状）とする。

　図９、図１０にはさらに他の実施形態を示し、この工具ホルダＡは、同様に、上記各実施形態のように、突起２１、２２、フラット面３２等を設けず、チャック部保持孔２０の切削工具挿入端部に、切削工具３０の挿入端部の雄ねじ３５又は雌ねじ３６がねじ合う雌ねじ４６又は雄ねじ４７を設けたものである。その雌ねじ４６又は雄ねじ４７は、上記クーラントダクト６の先端部を保持孔２０内に延長し、その延長部に形成したクーラントダクト７、７’によって構成する。
　この実施形態では、両図（ｃ）に示すように、保持孔２０に切削工具３０を装填する際、各ねじ３５、３６、４６、４７をねじ合わせることによって、チャック部２に対する切削工具３０の抜け止めがなされる。このとき、そのねじ合わせ方向が反切削方向であれば、回転止め作用も行い得る。また、そのねじ合わせは、切削工具３０を工具ホルダＡに焼嵌めした後、クーラントダクト７、７’をねじ込む（シャンク図１に取り付ける）ことによって行なう。

　上記各実施形態において、上記突起２２に代えてピン２２ａでもって回転止め機能を発揮するようにすることもできる。すなわち、図１の実施形態においては、図１１に示すように、シャンク部１側の分割面に、突起２２と同一位置のピン２２ａを、ねじ込み、嵌め込み等の適宜の手段によって突出状態で設けて、上記と同様に、切削工具３０を、そのフラット面３２が突起２１及びピン２２ａに対応するようにチャック部２（工具ホルダＡ）の保持孔２０に挿入し、切削工具挿入部端面が保持孔２０の奥壁に当接させた後、切削工具３０を回転させると、突起２１は溝３３内を移動してその溝３３の縁に係止し、この係止によってチャック部２（保持孔２０）からの切削工具３０の抜け止め機能が発揮されるとともに、ピン２２ａはスペースＳ内を移動してその端に食込む（同図（ｂ）から同（ｃ））。この食い込みによって、チャック部２に対する切削工具３０の切削方向の回転止め機能が発揮される。

　また、図６に示す実施形態では図１２に示すように、図８に示す実施形態は図１３に示すように、図９に示す実施形態では図１４に示すように、図１０に示す実施形態では図１５に示すように、それぞれ、ピン２２ａをシャンク部１側の分割面に突出状態で設けることによって、同様に、回転止め機能を発揮するものとすることができる。このとき、図１２の実施形態では、切削工具３０はフラット面３２及び溝３３を形成した図３に示すものとし、図１３の実施形態では、切削工具３０は同図（ｂ）に示すフラット面３２を形成したものとし、図１４、図１５の実施形態では、切削工具３０は図１４（ｂ）又は図１５（ｂ）に示すフラット面３２を形成したものとする。
　なお、図１３の実施形態においては、切削工具３０をチャック部２の保持孔２０に挿入回転させてピン２２ａを保持孔２０の内面とフラット面３２の間に食い込ませた後、焼嵌めしてチャック部２に切削工具３０を固着し、その後にストッパ４５を取付けたり、前記食い込ませた後、ストッパ４５を取付け、その後、焼嵌めしてチャック部２に切削工具３０を固着したりし得る。

　図７の実施形態においては、図１６に示すように、シャンク部１側の分割部に上記突起２１を設けたものとし、切削工具３０はフラット面３２及び溝３３を形成した図３に示すものとすれば、上記と同様に、抜け止め機能を発揮するものとし得る。このとき、突起２１に代えて図６のピン２５の構成とし得る。
　さらに、切削工具３０の抜け止め機能としては、図１７に示すように、従来のサイドロック機能と同様に、チャック部２外周面からねじ込んだピン２１ａによって行なうことができる。このとき、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように、切削工具３０には、そのピン２１ａ先端が当接するフラット面３２ａを形成する。この実施形態において、回転止め機能は、図示のピン２２ａとしたり、突起２２、２２ａとしたりすることができる。

　シャンク部１は、上記各実施形態のＨＳＫ形状に限らず、従来周知の各種の形状、例えば、図１７に示すＢＴ形状等とすることができることは言うまでもない。回転止め突起２２も、同図に示すように、チャック部２側の保持孔２０の内面に形成することもできる。
　溝３３の断面形状は、円弧状に限らず、図１９（ａ）に示す断面三角状、同（ｂ）に示す同台形状等と任意であり、また、その溝３３に嵌る突起２１の断面形状等及びスペースＳの端に食込む突起２２の断面形状等は、突起２１に溝３３が位置した際、突起２１と溝３３がピッタリ嵌って溝３３内の溝長さ方向への移動は許容するが、溝３３の幅方向（切削工具３０の軸方向）への移動は許容しない作用を発揮する限りにおいて任意である。
　さらに、上記溝３３を周方向全周ではなく、図２０に示すように、反切削方向途中までとすることができ、その途中までとすると、その溝端に突起２１が係止することによって、回転防止作用が行なわれる。このため、回転止め突起２２は不要となる。このとき、溝３３が断面円弧状、断面三角状等で、その溝端に向かって徐々に浅く、幅狭とすると、図２１（ａ）から同図（ｂ）に示すように、切削工具３０をチャック部２の保持孔２０に嵌めて切削方向に回転させると、突起２１が溝３３内面に楔状に食込んで、切削工具３０に締付け作用が生じて切削工具３０のガタが有効に防止される。但し、溝３３の深さ・幅はその溝端まで同じでも、抜け止め・回転防止作用は発揮し得る。

　なお、切削工具３０が大きな曲げ力を受けながら、重切削加工を行う時、切削工具３０を把持している切削工具３０の円柱状挿入部とチャック部２の円筒状保持孔２０の間で、切削方向に滑る現象が確認されている。そのような加工が特定される場合は、回転止め用突起２２、２２ａの位置を切削方向側へ適宜変更してもよい。例えば、図４の突起２２が保持孔２０の内面とフラット面３２の間に食い込んだ状態で切削加工するようにしても良い。ワンウェイクラッチ４０の場合は、その回転阻止方向が切削方向とすることとなる。

　因みに、この発明の工具ホルダは、５軸制御に限らず、２軸制御、３軸制御、又は６軸制御等の５軸制御以上の多軸制御においても使用し得ることは勿論である。
　このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１　シャンク部
２　チャック部
３　マニュピレータ把持部
２０　チャック部の切削工具保持孔
２１、２５　抜け止め用突起
２２、２２ａ　回転止め用突起
３０　切削工具
３１　切削工具の保持孔挿入部
３２　フラット面
３３　周方向溝
３４　抜け止め用溝
３５　雄ねじ
３６　雌ねじ
４０　ワンウェイクラッチ
４１　ワンウェイクラッチのコロ
４５　抜け止め用ストッパ
４６　雌ねじ
４７　雄ねじ
Ａ　工具ホルダ
Ｓ　スペース

Claims

　工作機械に着脱可能なシャンク部（１）と、切削工具（３０）を焼嵌め式によって保持するチャック部（２）とを備え、前記切削工具（３０）は、その前記チャック部（２）の円筒状保持孔（２０）への円柱状挿入部（３１）外周面に、切削工具軸方向の平面で切除したフラット面（３２）が挿入側先端から所要長さ形成されているとともに、そのフラット面（３２）に連続して切削工具周方向の溝（３３）が形成された焼嵌め式工具ホルダ（Ａ）であって、
　上記切削工具保持孔（２０）の内面に抜け止め用突起（２１）と回転止め用突起（２２）とを切削工具軸方向の前後に設け、
　上記切削工具（３０）を上記保持孔（２０）に挿入すると、上記抜け止め用突起（２１）は上記フラット面（３２）と上記保持孔内周面とのスペース（Ｓ）を通って上記溝（３３）内に至り、その状態から、チャック部（２）に対し切削工具（３０）をその軸心周りに回転することによって、前記抜け止め用突起（２１）が前記溝（３３）の長さ方向に移行してその溝側縁に係止し、その係止によってチャック部（２）に対する切削工具（３０）の抜け止めを行なうとともに、
　上記抜け止め用突起（２１）が上記溝（３３）内に至った際、上記回転止め用突起（２２）はフラット面（３２）内にあって、上記チャック部（２）に対し切削工具（３０）をその軸心周りに回転することによって、前記回転止め用突起（２２）が上記スペース（Ｓ）の端の前記フラット面（３２）と上記切削工具保持孔（２０）内面の間に食込み、その食い込みによってチャック部（２）に対する切削工具（３０）の回転を防止するようにしたことを特徴とする焼嵌め式工具ホルダ。
　上記回転止め用突起（２２）は切削工具軸方向に直交する断面がその軸心に向かって突出する三角形状となってことを特徴とする請求項１に記載の焼嵌め式工具ホルダ。
　上記チャック部（２）の切削工具保持孔（２０）の内面に、上記回転止め用突起（２２）に代わるその保持孔周方向のワンウェイクラッチ（４０）と上記抜け止め用突起（２１）とを切削工具軸方向の前後に設け、
　上記切削工具（３０）を上記保持孔（２０）に挿入すると、上記ワンウェイクラッチ（４０）のコロ（４１）が切削工具（３０）の挿入部（３１）外周面に当接し、前記ワンウェイクラッチ（４０）は、チャック部（２）に対する切削工具（３０）の反切削方向回転を許容することを特徴とする請求項１に記載の焼嵌め式工具ホルダ。
　工具ホルダ（Ａ）を、上記抜け止め用突起（２１）と回転止め用突起（２２）との間、上記抜け止め用突起（２１）よりシャンク部（１）側、又は上記ワンウェイクラッチ（４０）と抜け止め用突起（２１）との間で分割し、その分割体（１、２）を接合したことを特徴とする請求項１－３のいずれかに記載の焼嵌め式工具ホルダ。