JP2009148864A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の少ない、かつ振れ精度、曲げ剛性の高い圧入式の工具ホルダを提供する。
【解決手段】 締付用スリーブのテーパ穴は、工具保持筒部のテーパ状の外周に係合して、さらに長手方向に押し込むことによりテーパ状の外周を半径方向に弾性変形させてテーパ状の外周の内径に保持した切削工具のシャンク部を固着するための圧入代（締め代）を有し、締付用スリーブの大径筒部は、工具ホルダ本体のホルダ本体の軸部を内径部に押し込むことにより大径筒部を半径方向外側へ弾性変形させて両者を固着させるための圧入代（締め代）を有し、ホルダ本体の工具保持筒部のテーパ外周に係合する締付用スリーブのテーパ穴と、締付用スリーブのテーパ穴を有した締付部とによって第一の圧入固着部を構成し、ホルダ本体の軸部の円筒部と締付用スリーブの大径筒部に形成した穴とによって第二の圧入固着部を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種工作機械の主軸穴へエンドミル等の切削工具を取り付けるための工具ホルダに係り、特に圧入方式の工具ホルダの改良に関する。

従来、圧入方式の工具ホルダは、例えば、特開昭５７−３３９０６号公報（特許文献１）に示す構造、特表２００２−５３６１９９号公報（特許文献２）に示す構造、米国特許第６９０８０８５号明細書（特許文献３）に示す構造が知られている。

特許文献１の工具ホルダ構造は、「切削工具のシャンクを挿入する中心穴、及びこれの先端部に位置する把持部６を設けた本体１と、この本体１に回転可能に取り付けられた締付ナット２と、このナットと上記把持部間に介在し、ボールねじ機構３を介して上記締付ナット２に支持されたスラストリング４より成り、上記把持部６にはその外周に先細となるテーパ面７を形成し、さらに、上記スラストリング４には、その内面に上記テーパ面と係合するテーパ面１５を形成した」ものである。

また、特許文献２の構造は、「スリーブ（１）と工具収容部（３）並びに連結部（５）とを含むチャックであって、前記工具収容部（３）と前記連結部（５）は、一体状に形成されているか、または、複数の接合された部品から形成されており、前記工具収容部（３）は、前記連結部（５）から離れた前記連結部の端部区域内に、工具（９）を収容するようになっている軸方向に延在する凹み（７）を有し、且つ前記スリーブ（１）は別個の要素から成るチャックにおいて、前記工具収容部（３）は、前記凹み（７）の領域においては外形が円錐形であり、前記スリーブ（１）内の内側を規定する壁（１０）が円錐形であり、前記スリーブ（１）の前記内側を規定する壁（１０）は、前記工具収容部（３）の外面に対して直接突き当たることと、前記工具収容部（３）と前記内側を規定する壁（１０）とに関する円錐角がほぼ等しい大きさであり、かつ、小さいので自己抑止的であること」を特徴としている。

特許文献１、２に示された装置は、切削工具のシャンクを挿入する中心穴を先端部に
位置するテーパ外周部を有する把持部を設けたホルダ本体と、内面に把持部のテーパ外周部に見合うテーパ穴を有するスリーブとを有し、さらにこのスリーブを引き込んで把持部を内径側に弾性変形させるための締付ナットを有する点で共通している。

また、特許文献３に示すチャックは、外側にテーパ面と内側に切削工具挿入穴を有するコレットと、このテーパに見合うテーパ穴を有するコレットホルダとを有し、かつコレットをコレットホルダへ押し込み、また引き出すためのヘッド部をコレット自身が有する。この形式のチャックは、コレットを押し込む、引き出すという動作のみによって切削工具の着脱を容易にし、少ない構成要素により工具保持を達成したものであり、振れ精度の高いコレットチャックを得ることができる。

その他、従来多用されている工具ホルダとして、焼き嵌め方式の工具ホルダがある。この方式の工具ホルダは、工具ホルダ本体の工具挿入穴を高温に熱して拡径させ、切削工具を挿入し冷却することで固着させている。部品点数が少なく、振れ精度の高い工具ホルダを得ることができる。
特開昭５７−３３９０６号公報 特表２００２−５３６１９９号公報 米国特許第６９０８０８５号明細書

しかし、特許文献１、２に示された装置では、スリーブを軸線方向に引き込むために用いる締付ナットのねじ部の精度が工具保持部に影響を及ぼして、振れ精度を低下させてしまう虞がある。
また、特許文献３に示すチャックでは、工具を保持したときのコレットチャックとしての振れ精度は、コレットチャックのシャンクテーパに対する内面テーパの同心度、およびコレットの外形テーパと内径の同心度とが組み合わされた時の同心度によるので、それぞれの部品加工精度に影響され、より高い部品精度が要求され、コストアップの要因でもあった。また、コレットを交換すると振れ精度が変化する虞がある。

また、焼き嵌め方式の工具ホルダでは、生産現場で使用する場合、切削工具を装着あるいは交換する場合、加熱するために、冷却時間が必要で、所謂加工に入るまでのアイドルタイムが長く必要とするという問題点があった。また、繰り返して加熱冷却を行なうことで、ホルダ材料に悪影響を与えてしまい、性能低下の原因ともなっていた（加熱状況によっては、高熱によりホルダ材料を焼鈍してしまう）。

以上のように、従来の工具ホルダでは、部品を組み合わせるため、夫々の部品精度を高める必要があり、工具保持部の振れ精度が低いという問題があった。その結果、コストアップとなっていた。
また、工具保持部と締付部（ねじ結合部）が別構造であり、曲げ剛性が低いという問題があった。

本発明はかかる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、部品点数の少ない、かつ振れ精度、曲げ剛性の高い圧入式の工具ホルダを提供することにある。

請求項１に係る発明は、一端に工作機械主軸端への取付部を有し、他端に外周をテーパ状に形成し内径側に切削工具のシャンクを挿入する工具取付穴を形成した工具保持筒部を有し、前記取付部と前記工具保持筒部との間において前記工具保持筒部に同心状に軸方向に形成した軸部を有する工具ホルダ本体と、一端に大径の内径部を形成した大径筒部を有し、他端に前記工具保持筒部のテーパ状の外周に係合するために前記大径筒部と同心状のテーパ穴を形成し締付部を有する締付用スリーブとを備え、前記締付用スリーブのテーパ穴は、前記工具保持筒部のテーパ状の外周に係合して、さらに長手方向に押し込むことにより前記テーパ状の外周を半径方向に弾性変形させて前記テーパ状の外周の内径に保持した切削工具のシャンク部を固着するための圧入代（締め代）を有し、前記締付用スリーブの大径筒部は、前記工具ホルダ本体のホルダ本体の軸部を前記内径部に押し込むことにより前記大径筒部を半径方向外側へ弾性変形させて両者を固着させるための圧入代（締め代）を有し、前記ホルダ本体の工具保持筒部のテーパ外周に係合する前記締付用スリーブのテーパ穴と、前記締付用スリーブのテーパ穴を有した締付部とによって第一の圧入固着部を構成し、前記ホルダ本体の軸部の円筒部と前記締付用スリーブの大径筒部に形成した穴とによって第二の圧入固着部を構成することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の工具ホルダにおいて、前記締付用スリーブの大径筒部は、前記切削工具の着脱用操作部を形成してなることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の工具ホルダにおいて、前記工具保持筒部は、内径へ貫通する複数個のスリットを形成してなることを特徴とする。

圧入固着部を同心状に軸線方向に距離をおいて２箇所設けたことにより、より振れ精度の高い工具ホルダを提供できる。
切削工具保持部側の第一の圧入固着部に対し、ホルダ本体側の第二の圧入固着部を大径でかつ一体構造のスリーブで構成したので、工具保持部の曲げ剛性を高めることができると共に動バランスの高い工具ホルダを提供できる。

常温で切削工具を装着できるため、取り付け後直ちに主軸へ取り付けて使用でき、生産現場において、アイドリング時間を短縮することができ、生産性向上に寄与できる。
ホルダ本体の後端にシャンク、先端に工具挿入穴と、中程に位置する第二の圧入固着部の軸部が一体的に形成してあるので、同心度を高精度に形成でき、より振れ精度の高い工具ホルダを提供できる。

（第一実施形態）
図１、図２は、本発明の第一実施形態に係る工具ホルダ１を示す。
本実施形態に係る工具ホルダ１は、ホルダ本体１０と、締付用スリーブ２０とから構成されている。

ホルダ本体１０は、一端に工作機械主軸Ｓへの取付用シャンク部１１を有し、続く大径にはマシニングセンタ等の自動工作機械用工具交換用フランジ１２と、さらに縮径した軸部１３に続いて先端部に１／１００程度のテーパ部１４ａを形成した工具保持筒部１４を有している。図中、Ｘはそのテーパ部１４ａの形成長さを示している。
ホルダ本体１０の軸心には、貫通穴１５が形成してあり、その先端側には所定深さの工具挿入穴１６、この工具挿入穴１６に続くねじ穴１７、さらに拡径して他端即ち、シャンク部１１端面に開口している。また、軸部１３の先端側には、軸部１３より小径の円筒部１３ａが形成されている。また、軸部１３の長手方向途中には、所定幅および深さの環状溝１３ｂが形成してある。

一方、締付用スリーブ２０は、先端側の内径部にホルダ本体１０の工具保持筒部１４のテーパ部１４ａ外周に係合するテーパ穴２１を形成した締付部２２を有し、さらにそこから徐々に拡径して軸方向に伸びる筒状部２３と、その途中からさらに拡径した大径筒部２４を有している。大径筒部２４の端面には、大径の穴２５が形成され、筒状部２３と連通している。この大径筒部２４の途中には、ホルダ本体１０の軸部１３と同様に、所定幅および深さの環状溝２４ａが形成してある。さらに、大径筒部２４の筒状部２３側端部には、段部２４ｂを形成している。

以上の構成において、本実施形態に係る工具ホルダ１は、ホルダ本体１０の工具保持筒部１４のテーパ外周に係合するテーパ穴２１と、締付用スリーブ２０のテーパ穴２１を有した締付部２２とにより、工具保持部Ｈ１（第一の圧入固着部）を構成し、さらにホルダ本体１０の軸部１３の円筒部１３ａと締付用スリーブ２０の大径筒部２４に形成した穴２５とにより第二の圧入固着部Ｈ２を構成している。
図１において、ホルダ本体１０のねじ穴１７部には、ねじ穴１７へ螺合するねじ部材３０が装着され、先端側には先端が工具シャンク端に当接する軸部３０ａを一体に形成し、先端あるいは後端側からスパナ等（図示せず）によりねじ部材３０を回転させることで切削工具Ｔの突き出し長さ（先端位置）を調整可能に構成している。

次に、第一の圧入固着部（工具保持部）Ｈ１および第二の圧入固着部（工具保持部）Ｈ２について説明する。
第一の圧入固着部（工具保持部）Ｈ１において、締付用スリーブ２０のテーパ穴２１とホルダ本体１０側の工具保持筒部１４のテーパ部１４ａとは共に同一角度で形成され、テーパ穴２１の小径側直径は、テーパ部１４ａ外周の小径側直径より小さく形成され、軸方向に締付用スリーブ２０を押し込んだときに、工具保持筒部１４を半径方向内方へ弾性変形させ得る締め代（圧入代）を持って組み合わされている。

第二の圧入固着部Ｈ２において、ホルダ本体１０の軸部１３の円筒部１３ａと締付用スリーブ２０の大径筒部２４に形成した穴２５では、穴２５の直径を円筒部１３ａの直径より小さく、所定の締め代（圧入代）を持たしている。
これらの圧入代は、例えば直径で０．０２〜０．１ｍｍ程度が、必要な工具保持力により設定されている。
そして、ホルダ本体１０のストレート部は、ホルダ本体１０全体の曲げ荷重に対する補強的な働きと締付用スリーブ２０の挿入時の倒れ防止（ガイド作用）のため、必要以上に締め代は与える必要が無く、また、振動発生時にはその圧入部分での摩擦により振動を吸収できる。そこで、第一の圧入固着部（工具保持部）Ｈ１を形成する圧入代（締め代）を、第二の圧入固着部Ｈ２を形成する圧入代（締め代）より大きく設定してある。

次に、切削工具Ｔの取付および取外し動作について説明する。
図１は、切削工具Ｔを装着した状態、図２は、ホルダ本体１０へ切削工具Ｔを取り付ける状態を示している。切削工具Ｔの取付および取外しは、図示しない着脱装置（圧入装置）により行われる。

切削工具Ｔを取り付ける場合は、図２に示すように、その着脱装置の係合部Ｋを締付用スリーブ２０の段部２４ｂへ当接して図２で左方向へ移動させると、圧入固着部Ｈ２においては穴２５が円筒部１３ａ外径へ乗り上げるように弾性変形しながら圧入されていき、一方締付用スリーブ２０のテーパ穴２１側もホルダ本体１０側の工具保持筒部１４のテーパ部１４ａを内方へ縮径させながら移動する。そして、締付用スリーブ２０の穴２５開口端面がホルダ本体１０側円筒部１３ａの端面１３ｃに当接して完了する。

また、切削工具Ｔを取り外す場合は、図２において、例えばホルダ本体１０の環状溝１３ｂを利用して軸方向に固定しておき、締付用スリーブ２０の環状溝２４ａへ前述の着脱装置側の係合部Ｋを係合させ、図２で今度は右方へ移動させて２つの圧入部を開放させることで切削工具Ｔを外すことが可能となる。
このようにホルダ本体と締付用スリーブ間の同軸線上へ、２つの圧入固着部を一体的に構成したので、夫々の部品精度を高く形成でき、従って工具装着部の振れ精度の高い工具ホルダを提供できる。

また、圧入固着面（第１の圧入固着部Ｈ１を構成する締付用スリーブ２０のテーパ穴２１とホルダ本体１０の工具保持筒部１４の先端のテーパ部１４ａの外周、第２の圧入固着部Ｈ２を構成する締付用スリーブ２０の大径筒部２４の穴２５とホルダ本体１０の工具保持筒部１４）へ、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンド ライク カーボン）のようなコーティングを施すことで、低摩擦、耐摩耗性などを向上させ、耐久性を高めることができる。また、窒化処理を施すことも有効である。

（第二実施形態）
図３（ａ）（ｂ）は、本発明の第二実施形態に係る工具ホルダ１Ａを示す。
本実施形態では、工具着脱部である第１の圧入固着部Ｈ１において、ホルダ本体１１０の工具保持筒部１１４の工具挿入穴１１６のシャンク固着相当部分へ、複数の軸方向スリット１１４ａを形成することによって、締付用スリーブ１２０のテーパ穴１２１を介しての弾性変形を容易にしたものである。その他の構成は、図１に示す第一実施形態と同等であり、説明を省略する。

本実施形態によれば、工具保持力を第一実施形態に係る工具ホルダ１よりも軽荷重用に設定することが可能となる。
なお、本実施形態では、軸方向スリット１１４ａを４等分位置に形成した場合について説明したが、本発明は、これに限らず、例えば、２個あるいは３個など、複数個形成することで、同心状に変形させることが可能である。

（第三実施形態）
図４（ａ）（ｂ）は、本発明の第三実施形態に係る工具ホルダ１Ｂを示す。
本実施形態では、ホルダ本体２１０の工具保持筒部２１４の工具挿入穴２１６内面へ複数の軸方向溝２１６ａを形成したものである。その他の構成は、図１に示す第一実施形態と同等であり、説明を省略する。
本実施形態によれば、複数の軸方向溝２１６ａを冷却や潤滑用流体の流出口として利用したり、また溝の幅や深さを適宜設計することで、弾性変形を容易にしかつ工具のシャンク面へ部分的に当接させることで、その保持を確実にできる。

本発明の第一実施形態に係る工具ホルダの部分断面を示す正面図である。 図１の圧入固着部を拡大した部分断面図である。 （ａ）第二実施形態に係る工具ホルダにおける工具保持部の部分断面図である。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）第三実施形態に係る工具ホルダにおけるホルダ本体の工具挿入部の部分断面図である。（ｂ）図４（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ 工具ホルダ
１０，１１０ ホルダ本体
１１ 取付用シャンク部
１２ 自動工作機械用工具交換用フランジ
１３ 軸部
１３ａ 円筒部
１３ｂ 環状溝
１３ｃ 円筒部１３ａの端面
１４，１１４，２１４ 工具保持筒部
１４ａ テーパ部
１５ 貫通穴
１６，１１６，２１６ 工具挿入穴
１７ ねじ穴
２０ 締付用スリーブ
２１，１２１ テーパ穴
２２ 締付部
２３ 筒状部
２４ 大径筒部
２４ａ 環状溝
２４ｂ 段部
２５ 穴
３０ ねじ部材
３０ａ 軸部
１１４ａ 軸方向スリット
２１６ａ 軸方向溝
Ｈ１ 第一の圧入固着部
Ｈ２ 第二の圧入固着部
Ｋ 着脱装置の係合部
Ｓ 工作機械主軸
Ｔ 切削工具

Claims (3)

1. 一端に工作機械主軸端への取付部を有し、他端に外周をテーパ状に形成し内径側に切削工具のシャンクを挿入する工具取付穴を形成した工具保持筒部を有し、前記取付部と前記工具保持筒部との間において前記工具保持筒部に同心状に軸方向に形成した軸部を有する工具ホルダ本体と、
   一端に大径の内径部を形成した大径筒部を有し、他端に前記工具保持筒部のテーパ状の外周に係合するために前記大径筒部と同心状のテーパ穴を形成し締付部を有する締付用スリーブと
   を備え、
   前記締付用スリーブのテーパ穴は、前記工具保持筒部のテーパ状の外周に係合して、さらに長手方向に押し込むことにより前記テーパ状の外周を半径方向に弾性変形させて前記テーパ状の外周の内径に保持した切削工具のシャンク部を固着するための圧入代（締め代）を有し、
   前記締付用スリーブの大径筒部は、前記工具ホルダ本体のホルダ本体の軸部を前記内径部に押し込むことにより前記大径筒部を半径方向外側へ弾性変形させて両者を固着させるための圧入代（締め代）を有し、
   前記ホルダ本体の工具保持筒部のテーパ外周に係合する前記締付用スリーブのテーパ穴と、前記締付用スリーブのテーパ穴を有した締付部とによって第一の圧入固着部を構成し、
   前記ホルダ本体の軸部の円筒部と前記締付用スリーブの大径筒部に形成した穴とによって第二の圧入固着部を構成する
   ことを特徴とする工具ホルダ。
2. 請求項１に記載の工具ホルダにおいて、
   前記締付用スリーブの大径筒部は、前記切削工具の着脱用操作部を形成してなることを特徴とする工具ホルダ。
3. 請求項１または請求項２に記載の工具ホルダにおいて、
   前記工具保持筒部は、内径へ貫通する複数個のスリットを形成してなることを特徴とする工具ホルダ。