WO2014103031A1 - 工具保持構造 - Google Patents

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Abstract

 切削工具がチャック部から脱落するのを有効に阻止する工具保持構造を得る。 切削工具Tのシャンク部2の外面に外嵌合部Aを形成し、工具ホルダのチャック部12の内面に内嵌合部Bを形成し、夫々に嵌合する嵌合部材20を備えた。嵌合部材20は外嵌合部Aに嵌合した状態でシャンク部2の外周から突出する突出部22を有している。内部空間13の開口側から内嵌合部Bに亘って嵌合部材20の突出部22を案内する案内溝18を形成し、内嵌合部Bには突出部22が当接することでホルダ本体10と切削工具Tとの相対回転を阻止する回転阻止面と、突出部22が当接することで切削工具Tの抜け出しを阻止する抜出阻止面とを備えた。

Description

工具保持構造
 本発明は、切削工具のシャンク部の外面の外嵌合部と、この切削工具のシャンク部が挿入されるチャック部の内面の内嵌合部とに嵌合する嵌合部材を備えている工具保持構造に関する。
 このような工具保持構造として、例えば、特許文献1には、チャック部(文献ではチャック筒)の端面に内嵌合部としてピン挿入孔を貫通状態で形成したものが示されている。この工具保持構造では、チャック部において内嵌合部に嵌合部材(文献では、ロックピン)をチャック部の外部から装着することで、嵌合部材をチャック部の内部空間に露出させている。一方のシャンク部においてはシャンク部の外周に前記嵌合部材を嵌合させる円筒状の外嵌合部(文献ではピン係合溝)を形成している。
 この特許文献1の構成では、チャック部の内嵌合部に嵌合部材を挿入した状態で、チャック部を加熱により膨張させ、その内部にシャンク部を挿入し、冷却の後にチャック部とシャンク部の他、外嵌合部に嵌合部材を嵌合させる焼き嵌めにより切削工具を装着している。この構成により切削工具に対して抜け出し方向に力が作用した場合にはシャンク部の外嵌合部(ピン係合溝)と嵌合部材との嵌合により、抜け出しが阻止される。また、切削工具がチャック部に対して回転しようとする場合には、嵌合部材によりチャック部に対する切削工具の相対回転が阻止される。
 その他の工具保持構造として特許文献2には、駆動回転される基体(チャック部に相当)に対してドリルのシャンク部の挿入が可能な内部空間を形成したものが示されている。内部空間には、内方に突出する係合突起(嵌合部材に相当)が形成され、ドリルのシャンク部の外面には、ドリルの長手方向に沿う姿勢の案内溝と、この案内溝と平行姿勢で、案内溝がその中間部分に連なる所定長さの係合溝とが形成されている。さらに、内部空間には、ドリルを押し出し方向に付勢するバネを備えている。
 この特許文献2の構成では、ドリルを基体に取り付ける際には、ドリルの案内溝を基体に位置合わせしながら、このドリルのシャンク部を挿入する。この後、ドリルを回転させ係合突起を係合溝に導入することで、バネの付勢力でドリルが突出方向に移動し、係合溝の端部に係合突起が係合する。これにより、基体に対するドリルの抜け出しを規制すると共に、基体の回転トルクがドリルに伝わる状態となる。
特開2002‐355727号公報 特開平10-100009号公報
 特許文献1に記載される構成では、チャック部から嵌合部材が脱落するのを阻止するため、挿入孔に雌ネジを形成し、嵌合部材に雄ネジを形成して夫々を螺合させている。このような構成ではチャック部の外面を貫通する状態で挿通孔を形成するため、チャック部の強度が低下するだけでなく、挿通孔に雌ネジを形成し嵌合部材に雄ネジを形成するために加工に手間が掛かることになる。
 このような不都合に対して、特許文献2に示唆されるように、チャック部の内面に係合突起を形成し、切削工具に係合溝を形成することで切削工具の着脱を容易にする構成も考えられる。しかしながら、この構成では、消耗品である切削工具に係合溝と案内溝とを形成しなければならず、切削工具の製造工程が増加するため改善の余地がある。
 本発明の目的は、エンドミルなどの切削加工時に抜け出す方向に力が作用する切削工具において、過負荷で、チャック部の把持力だけで把持し切れない時に、切削工具がチャック部から脱落するのを有効に阻止する工具保持構造を得る点にある。
 本発明の特徴は、切削工具のシャンク部の外面に設けられた外嵌合部に位置合わせされる嵌合部材と、前記シャンク部及び前記嵌合部材を受け入れ可能な筒状の内面を有するチャック部とを備え、前記内面のうち前記チャック部の開口側の端部から奥側に亘って案内溝を備え、前記案内溝に、前記嵌合部材と嵌合する内嵌合部を連設し、前記内嵌合部が、前記チャック部に対して切削加工の負荷により前記シャンク部が相対回転する方向で前記嵌合部材が当接する回転阻止面と、前記チャック部に対して前記シャンク部が抜け出す方向で前記嵌合部材が当接する抜出阻止面と、を備えて構成されている点にある。
 この構成によると、切削工具のシャンク部の外嵌合部に嵌合部材を位置合わせし、この嵌合部材をシャンク部とともに、チャック部の内部空間の開口側の端部から案内溝に沿って挿入する。嵌合部材はシャンク部に対して外嵌合部によって位置固定され、チャック部に対しては案内溝に沿って挿入可能である一方、当該挿入方向とは異なる例えば周方向へは移動が阻止される。よって切削工具はチャック部に対して回転が阻止された状態で案内溝の奥側に設けられた内嵌合部まで案内される。次に、切削工具を切削加工時に回転する方向と逆方向に回すことによって、嵌合部材が内嵌合部の回転阻止面に当接する。切削加工時にはチャック部に対して切削工具が相対回転しようとしても、内嵌合部の回転阻止面に嵌合部材が接触しているので切削工具の回転が阻止される。また、切削工具がチャック部から抜け出す方向に力が作用した場合には、嵌合部材が内嵌合部の抜出阻止面に接触して切削工具の脱落を阻止する。
 さらに、本発明で使用できる切削工具には、一般的にウエルドンシャンクと呼ばれるJIS B4005、DIN 1835-1、ASME B94.19、ISO 3338-2など、日本、欧州、米国やInternational Organization for Standardizationの国際規格でシャンク外嵌合部がすでに設けられたものがあり、入手性も良くシャンク部に追加工も必要ないため、切削工具を安価に揃えることができる。
 その結果、チャック部からの脱落を確実に阻止した切削工具の取付が可能であり、チャック部と切削工具との相対回転も確実に阻止する切削ホルダが構成された。
 本発明は、前記チャック部の軸芯と平行な孔部が前記チャック部の前記開口側の前記端面部から形成され、前記孔部に挿入した棒状部材の一部が前記内嵌合部の内部に露出し、前記棒状部材の露出した部位で前記回転阻止面が構成されても良い。
 このように、嵌合部材が接触する回転阻止面を、チャック部の孔部に挿入した棒状部材によって形成するため、棒状部材の設定位置を決めるだけで回転阻止面を設けることができる。つまり、内嵌合部を、例えば切削加工するものでは回転阻止面を所定の位置に所定の形状となるように加工する必要がある。しかし、棒状部材により回転阻止面を形成するものでは、予め阻止面を棒状部材に形成しておくことができ、この棒状部材を孔部に挿入する形態で設けさえすれば、回転阻止面を形成することができる。また、棒状部材の素材の選択により回転阻止面の強度や耐摩耗性を高めることが可能となり、もし、摩耗した場合でも容易に交換できる。
 本発明は、前記チャック部の奥側に前記切削工具を押し出し方向に付勢する付勢機構を設けても良い。
 この構成によると、チャック部に対して切削工具のシャンク部を挿入し、嵌合部材を内嵌合部に嵌合させた状態では、シャンク部に対して付勢機構から押し出し方向に付勢力が作用し、嵌合部材を抜出阻止面に当接させる状態にセットできる。
 本発明は、前記付勢機構が、前記シャンク部と当接する面とともに回転可能な接触摩擦を持っても良い。
 この構成によると、切削加工時に切削工具の嵌合部材が回転阻止面に当接する方向に回転した際には、この回転力が接触摩擦により付勢機構からシャンク部に対して押し出し方向に力を作用させることも可能となる。
 本発明は、前記切削工具の前記シャンク部と、前記チャック部との間にコレットを介装しても良い。
切削工具を装着した状態の工具ホルダの断面図である。 工具ホルダと切削工具とが分離する状態の断面図である。 工具ホルダと切削工具と嵌合部材とを示す分解斜視図である。 チャック部に形成された孔部と位置決め部材とピンとを示す斜視図である。 切削工具と嵌合部材とチャック部とを示す断面図である。 内嵌合部の嵌合空間に挿入された突出部を示す断面図である。 別実施形態(a)のコレットと嵌合部材と切削工具とを示す斜視図である。 別実施形態(a)の切削工具と嵌合部材とコレットとチャック部とを示す断面図である。 別実施形態(c)の突出部の当接面を示す断面図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔工具ホルダと切削工具〕
 図1~図3に示すように、回転工作機械に嵌合状態で装着されるテーパ状の装着部11と、切削工具Tが挿入されるチャック部12とを有したホルダ本体10を備えると共に、チャック部12のテーパ状の外周面12Sに装着される締結リング5を備えて工具保持構造の具体例としての工具ホルダが構成されている。
 工具ホルダは、軸芯Xを中心として全体が筒状に成形され、この回転工作機械に装着されることにより軸芯Xを中心に回転する。チャック部12の内部には軸芯Xを中心とするシリンダ内面状の内部空間13が形成されている。
 切削工具Tは、切削加工を行う刃部1とシャンク部2とが一体的に形成され、シャンク部2がチャック部12の内部空間13に挿入される。尚、以下の説明では切削工具Tの回転中心も軸芯Xとして説明する。
 本発明の工具ホルダでは、切削工具Tのシャンク部2の外面の外嵌合部Aと、チャック部12の内部空間13の内嵌合部Bとに嵌合する嵌合部材20を用いることにより、切削工具Tの工具ホルダからの抜け出しを阻止すると共に、工具ホルダに対する切削工具Tの相対回転を阻止する機能を有している。
 外嵌合部Aは、規格で決められており、切削工具Tのシャンク部2の外面の一部を平坦に切削した嵌合面2Sが形成されると共に、軸芯Xに沿う方向の両端部に連なる位置に一対の傾斜面2Tが形成されている。尚、嵌合面2Sの形状は平坦なものに限るものではなく、凹状であっても良く、凹状の面と平坦な面とを組み合わせたものでも良い。その場合、シャンク部の追加工と専用の嵌合部材を用いれば良い。
 締結リング5の内周面5Sは、チャック部12の外周面12Sと平行姿勢に成形され、この締結リング5の内周面と、チャック部12の外周面12Sとの間には複数のニードルローラ6が配置されている。複数のニードルローラ6は、チャック部12の外周面12Sの外周において螺旋状となる軸芯上に配置され、締結リング5を所定方向に回転操作した場合には、チャック部12の外周面12Sに沿って自転しながら、軸芯Xを中心に公転する。これにより複数のニードルローラ6がチャック部12の外周面12Sに乗り上げてチャック部12に圧力を作用させ、内部空間13の縮径を実現する。
 また、締結リング5の夫々の端部の内周面5Sと、チャック部12の外周面12Sとの間にはシールを備えており、チャック部12の開口側の端部には、シールを保持するためのリングプレート8が取付られている。
〔ホルダ本体〕
 図4、図5に示すように、チャック部12の端面から内部空間13を取り囲む位置に軸芯Xと平行姿勢となる複数の孔部14が形成され、この複数の孔部14の一部のものと内部空間13との間にスリット15が形成されている。具体的には、チャック部12に対して9個又は12個の孔部14が形成され、スリット15が形成されるものとスリット15が形成されないものとが、軸芯Xを中心とする周方向で交互に配置されている。これにより6条のスリット15が形成される。
 スリット15は、内部空間13の縮径を容易に行わせる割り溝として機能する。他の孔部14はチャック部12の変形を容易に行わせるように機能する。また、スリット15が形成されない3つの孔部14には円柱状のゴム材で成る位置決め部材16を挿入し、更に、金属製で円柱状となるピン17(棒状部材の一例)とが嵌合状態で挿入されている。この位置決め部材16によりピン17は、長手方向の中央部分が内嵌合部Bに露出し、かつ、両端部は孔部14に支持される適切な位置に設定される。
 チャック部12の内部空間13には、前述した嵌合部材20の突出部22が挿入される内嵌合部Bが形成され、この内部空間13の開口側の端部から内嵌合部Bに亘って軸芯Xに沿う直線状の姿勢の案内溝18が形成されている。つまり、チャック部12の開口側の端部から奥側に亘って嵌合部材20の移動を許容する案内溝18を形成しており、この案内溝18に内嵌合部Bが連設されている。特に、内嵌合部Bは内部空間13の外周側に嵌合空間として形成され、この嵌合空間は、周方向に等間隔で3個形成され、前述した案内溝18も周方向に等間隔で3つ形成されている。
 更に、前述したリングプレート8は複数の孔部14を覆う位置に配置され、このリングプレート8には、内部空間13の内径よりやや大きい内径の貫通孔と、案内溝18の断面形状とほぼ等しい形状の開口とが形成されている。
 工具ホルダは、切削加工時に図5において反時計廻りに駆動回転されるものを想定しており、図6に示すように、嵌合空間は、ホルダ本体10に対してシャンク部2が相対回転する方向で嵌合部材20が当接する回転阻止面Bxと、ホルダ本体10に対してシャンク部2が抜け出す方向で前記嵌合部材20が当接する抜出阻止面Byとを備えている。
 本実施形態では、工具ホルダを製造する際には、チャック部12の内部に軸芯Xを中心とする内部空間13を形成し、9個又は12個の孔部14を形成し、前記孔部14のうち6個については内部空間13との間にスリット15を形成する。また、内部空間13と連なる位置に3つの嵌合空間を形成し、3条の案内溝18を形成し、この後に、3個の孔部14にピン17(棒状部材の一例)を挿通することで、このピン17を嵌合空間の内部に露出させる。
 これにより嵌合空間にピン17の一部を露出させ、このように露出したピン17の外面を回転阻止面Bxとして機能させることが可能となる。
〔嵌合部材〕
 図1~図3に示すように、嵌合部材20は、シャンク部2の外嵌合部Aに嵌め込まれるベース部21と、外方に突出する突出部22とを一体的に形成している。ベース部21には平坦な嵌合底面21Sが形成され、軸芯Xの方向で連なる位置に一対の嵌合傾斜面21Tが形成されている。これにより、嵌合部材20を外嵌合部Aに嵌合させた状態では、嵌合底面21Sはシャンク部2の嵌合面2Sに密接し、嵌合傾斜面21Tは傾斜面2Tに密接し、突出部22はシャンク部2の外周から突出する状態となる。
 また、ベース部21において嵌合底面21Sと反対側で、突出部22を取り囲む外面部21Pを、シャンク部2の外面と連なる円周状に形成しており、工具ホルダに切削工具Tを装着した状態では嵌合部材20の外面部21Pがチャック部12の内部空間13の内面に密接する。
〔装着形態〕
 このような構成から、切削工具Tを工具ホルダに装着する際には、チャック部12の内部空間13に付勢機構としてスプリング7を予め挿入しておき、切削工具Tのシャンク部2の外嵌合部Aに嵌合部材20を嵌合により位置合わせした状態で保持する。そして、このように嵌合部材20を支持した切削工具Tのシャンク部2を内部空間13に挿入する。
 次に、切削工具Tのシャンク部2を内部空間13に挿入した状態で、切削工具Tと工具ホルダとを相対回転させ、チャック部12の開口端の3つの案内溝18の1つを選択して嵌合部材20の突出部22を挿入する。この挿入により突出部22が案内溝18に沿って移動し、シャンク部2の内端がスプリング7に接触し、切削工具Tに対して押し出し方向に付勢力が作用する。このように切削工具Tのシャンク部2を内部空間13に挿入する際には、嵌合部材20がシャンク部2に嵌合する状態にあり、嵌合部材20の突出部22が案内溝18に嵌り込んでいるため、切削工具Tはチャック部12に対して相対回転しない状態に維持される。
 そして、嵌合部材20の突出部22が嵌合空間(内嵌合部B)に達した後に切削工具Tを回転させ、嵌合部材20の突出部22を回転阻止面Bxとしてのピン17の外周に接触させる。この状態ではスプリング7の付勢力により突出部22の端部が抜出阻止面Byに接触する状態となる。又、スプリング7の代わりに内部空間13の奥側に雌ネジを設け、前記雌ネジに雄ネジを形態した押出しボルト(回転変換部材の具体例)を付勢機構として螺合させ、前記押出しボルトをシャンク部2の内端に接触させるように構成しても良い。この構成では、嵌合部材20が回転阻止面Bxに当接する方向に回転した場合には、切削工具Tのシャンク部2の回転力を接触抵抗で押出しボルトに伝えることで、この押出しボルトを回転させ、この回転とともに切削工具Tが抜け出し方向に変位させるように機能させることも可能である。これにより嵌合部材20が回転阻止面Bxに当接する方向に切削工具Tが回転した場合に、嵌合部材20の突出部22の端部を抜出阻止面Byに当接させることが可能である。又、付勢機構とシャンク部2との間に摩擦補助部材を介在させても良い。この構成では、前記付勢機構が前記シャンク部2と当接する面での摩擦係数が向上するため、前記付勢機構の回転にシャンク部2が同調し易く、より確実に嵌合部20を回転阻止面Bxに当接させることができる。
 このセッティングが完了した後に、締結リング5を所定方向に回転操作することで複数のニードルローラ6からチャック部12の外周面12Sに圧力が作用して内部空間13の縮径が図られる。この縮径によりチャック部12の内周面(内部空間13の内周面)に切削工具Tのシャンク部2の外周を抱き込む形態で圧着する状態に達する。
 この装着の後に、切削工具Tで切削加工を行う際にホルダ本体10に対して切削工具Tが相対回転する状況に陥った場合には、嵌合部材20の突出部22が回転阻止面Bxとしてのピン17に接触しているので相対回転が阻止される。また、切削工具Tがホルダ本体10から抜き出す方向に外力が作用した場合には、図6に示す如く嵌合部材20の突出部22が抜出阻止面Byに当接しているので抜き出しが阻止される。
 特に、この構成では、例えば、切削工具Tとしてシャンク部2に規格で決められた外嵌合部Aが形成されないものを使用する場合にも、シャンク部2を平坦にする僅かな加工により使用することが可能となる。
〔別実施形態〕
 本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
(a)図7、図8に示すように、コレット30を介して小径の切削工具Tを支持するように構成する。この別実施形態(a)では、工具保持構造としての工具ホルダにコレット30が含まれる構成となり、ホルダ本体10は共通の構成を利用できる。又、コレット30は、内部空間13の内面に密嵌合する外径を有すると共に、小径の切削工具Tの外周に密接する内径となる筒状部材31で構成される。この筒状部材31の側面には複数の割空間32をスリット状に形成し、嵌合部材20が嵌め込まれる嵌合孔部33が形成される。
 この別実施形態(a)では、実施形態と同様に嵌合部材20としてベース部21と突出部22とを有する構成となるが、ベース部21の厚さが、実施形態のものより厚くなる。また、切削工具Tのシャンク部2の外周には、平坦な嵌合面2Sを有する規格品の外嵌合部Aを形成するものが使用できる。
 この構成によると、切削工具Tによる切削加工時に、ホルダ本体10に対して切削工具Tが相対回転する状況に陥った場合には、嵌合部材20の突出部22が回転阻止面Bxとしてのピン17に接触しているので相対回転が阻止される。また、切削工具Tがホルダ本体10から抜け出す方向に外力が作用した場合には、嵌合部材20の突出部22が抜出阻止面Byに当接しているので脱落が阻止される。
(b)ホルダ本体10に対して切削工具Tが相対回転する状況に陥った場合に、嵌合部材20の突出部22が回転阻止面Bxとしてのピン17に接触する際に、軸芯Xの方向で突出部22の位置が決まるように、抜出阻止面Byとこれに対向する位置の規制面とで突出部22を挟み込むように、抜出阻止面Byと規制面との少なくとも一方を傾斜面に設定しても良い。
(c)図9に示すように、突出部22の突出側の角部を面取り加工することにより当接面22aを形成し、この突出部22が回転阻止面Bxとしてのピン17に当接する際に、当接面22aがピン17に当接するように構成する。このように当接面22aを形成することにより角部の変形を抑制し、嵌合部材20とピン17との長寿命化を実現する。
(d)実施形態では、締結リング5の圧力により、チャック部12の内部空間13に切削工具Tのシャンク部2を固定していたが、これに代えて、特許文献1に記載されるものと同様に焼き嵌めにより内部空間13のシャンク部2を固定しても良い。
 この別実施形態(d)のように焼き嵌めを行う構成では、チャック部12を加熱し、このチャック部12が膨張した状態で、嵌合部材20の突出部22を案内溝18から嵌合空間に送り込むことが可能となり、放熱の後に嵌合空間から案内溝18の方向に変位できないように嵌合空間の形状を設定することも可能である。
 このように構成した場合には、ホルダ本体10に対する切削工具Tの相対回転と脱落とを確実に阻止する。
 本発明は、切削工具Tのシャンク部とチャック本体の嵌合空間とに嵌合する嵌合部材を用いて切削工具Tを支持する構成の工具ホルダに利用することができる。
2      シャンク部
7      付勢機構
12     チャック部
13     内部空間
14     孔部
18     案内溝
20     嵌合部材
30     コレット
A      外嵌合部
B      内嵌合部(嵌合空間)
Bx     回転阻止面
By     抜出阻止面
T      切削工具
X      軸芯

Claims (6)

  1.  切削工具のシャンク部の外面に設けられた外嵌合部に位置合わせされる嵌合部材と、
     前記シャンク部及び前記嵌合部材を受け入れ可能な筒状の内面を有するチャック部とを備え、
     前記内面のうち前記チャック部の開口側の端部から奥側に亘って案内溝を備え、
     前記案内溝に、前記嵌合部材と嵌合する内嵌合部を連設し、
     前記内嵌合部が、前記チャック部に対して切削加工の負荷により前記シャンク部が相対回転する方向で前記嵌合部材が当接する回転阻止面と、前記チャック部に対して前記シャンク部が抜け出す方向で前記嵌合部材が当接する抜出阻止面と、を備えて構成されている工具保持構造。
  2.  前記チャック部の軸芯と平行な孔部が前記チャック部の前記開口側の前記端面部から形成され、
     前記孔部に挿入した棒状部材の一部が前記内嵌合部の内部に露出し、前記棒状部材の露出した部位で前記回転阻止面が構成されている請求項1記載の工具保持構造。
  3.  前記チャック部の奥側に前記切削工具を押し出し方向に付勢する付勢機構を設けている請求項1又は2記載の工具保持構造。
  4.  前記付勢機構が、前記シャンク部と当接する面とともに回転可能な接触摩擦を持つ請求項3記載の工具保持構造。
  5.  前記切削工具の前記シャンク部と、前記チャック部との間にコレットを介装している請求項1又は2記載の工具保持構造。
  6.  前記コレットの内径の奥側に前記切削工具を押し出し方向に付勢する付勢機構を設けている請求項5記載の工具保持構造。
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