JP4157866B2

JP4157866B2 - 工具取付台

Info

Publication number: JP4157866B2
Application number: JP2004322322A
Authority: JP
Inventors: 毅小峰
Original assignee: Big Daishowa Seiki Co Ltd
Current assignee: Big Daishowa Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-10-01
Also published as: JP2005096075A

Description

本発明は、工具を工具ホルダに取り付ける際に、工具ホルダを保持する工具取付台に関する。

従来から、工具ホルダに対して工具を把持させる作業をするため、工具ホルダを例えば直立の状態で保持するツールクランプスタンドすなわち工具取付台が使用されている。この工具取付台は、工具ホルダを挿入する保持穴を有し、かつホルダナットを締め付けて工具を保持させる際に工具ホルダがつれ回るのを防止するための機構を有している。この機構は、工具ホルダのフランジ部に従来から通常設けられているキー溝に係合する係合突起や、工具ホルダの基端に設けられたナット部に係合する係合穴からなっている。

しかしながら、このように工具ホルダの外周面にキー溝を形成したり、工具ホルダの基端部にナット部を形成すると、工具ホルダを高速回転させた場合、これらキー溝やナット部の存在によりその回転バランスが崩れ、振動が発生するという問題が生じる。またこれらキー溝やナット部を形成することは、加工工程の増加につながるという問題も存在する。

そこで、本発明は、高速回転時のバランスが良く、加工工程が少ない工具ホルダ、すなわち外周面が少なくとも周方向に滑らかな円筒状の工具ホルダであっても、これを確実に保持することができ、ホルダの締め付けの際に、工具ホルダのつれ回りを防止できる工具取付台を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明は、工具を工具ホルダの回転部を回転させて取り付ける際に工具ホルダを保持する工具取付台であって、工具ホルダが挿入されて工具ホルダの外周円筒部が保持される保持穴を有し、当該保持穴の内周面には、円筒ローラからなるくさび部材を保持する保持手段が設けられ、当該保持手段は、工具取付台の内周面に配置され、前記くさび部材を周方向に所定の間隔で移動可能に保持するリテーナと、工具取付台の内周面に形成され、前記くさび部材を収容する遊び領域とくさび領域の深さを決定する溝と、を備え、前記くさび領域は、遊び領域の周方向両側に連続的に形成され、前記くさび部材は、前記工具を工具ホルダに取付ける際に、前記回転部の一方の周方向の回転により遊び領域から一方のくさび領域に移動して工具ホルダの外周面と該くさび領域の壁面との間に喰い込むよう構成されると共に、前記工具を工具ホルダから取り外す際に、前記回転部の前記一方の周方向とは逆方向の他方のくさび領域に移動して工具ホルダの外周面と該くさび領域の壁面との間に喰い込むよう構成されてなる工具取付台を提供するものである。

前記保持穴の内周面には、前記工具ホルダのフランジ部に当接可能な段差を形成することができる。

また、前記くさび部材を遊び領域からくさび領域に向かって付勢する付勢手段を備えていることが好ましい。そしてまた、前記リテーナを前記遊び領域からくさび領域に向かって付勢する付勢手段を備えることもできる。

そしてまた、本発明にかかる工具取付台は、前記保持穴が２個設けられ、当該各保持穴に挿入された工具ホルダが各々異なる方向に回転された際に固定されるよう構成することもできる。

さらにまた、本発明にかかる工具取付台は、前記保持穴が１個設けられ、当該保持穴の内周面は、別体に形成されたくさびリングの両方向の内周面からなるよう構成することもできる。

また、前記くさびリングは、上下逆に当該保持穴に着脱自在に装着され、挿入された工具ホルダが各々異なる方向に回転された際に固定されるよう構成することもできる。

本発明によれば、工具ホルダのホルダナットを回転させて工具ホルダをその一方の周方向に回転させることにより、くさび部材は工具ホルダの外周面と工具取付台の内周面との間に喰い込み、これにより、工具ホルダと工具取付台とはその一方の周方向に一体化され、工具ホルダを工具取付台に工具ホルダの一方の周方向に回転しないよう固定することができる。この結果、ホルダナットを工具ホルダに対して一方の周方向に回動させることができ、加工工具を工具ホルダに把持させることができる。従って、工具ホルダの外周面には、工具取付台に係合するためのキー溝等を設ける必要はなく、その外周面をなめらかに形成することができる。このように工具ホルダの外周面にキー溝等を設ける必要がなくなった結果、高速回転時のバランスを保つことができ、さらに工具ホルダの加工を容易にすることができる。

本発明によれば、高速回転時のバランスが良く、加工工程が少ない工具ホルダ、すなわち外周面が少なくとも周方向に滑らかな円筒状の工具ホルダであってもこれを確実に保持することができ、ホルダの締め付けの際に、工具ホルダのつれ回りを防止できる工具取付台を提供することができる。

次に本発明の実施例について図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る工具取付台によって装着される工具ホルダ、すなわちチャック本体１０を示す。このチャック本体１０は、主として、マシニングセンターやその他の主軸ヘッド（図示省略）に装着され、基端方向すなわち図１の左方向に向かって先細りとなるテーパーシャンク部１２と、このテーパーシャンク部１２に続いて形成されたチャック位置決め用フランジ部１４と、このフランジ部１４からさらに一体的に先端方向に突出するチャック筒１６とを備えている。フランジ部１４の外周面には、従来設けられていたトルク伝達用のキー溝等が形成されておらず、少なくとも周方向になめらかな面を有している。このため、本実施例に使用されるチャック本体１０を高速回転させた場合にも、回転バランスを保つことができる。なお、工具の高速回転を必要とする加工は、通常小径加工が主であり、伝達トルクも小さいため、キー溝による主軸との係合がなくても、テーパシャンク部１２と主軸内面との摩擦だけのトルク伝達で充分である。また、テーパーシャンク部１２の基端部には、Ｔ字状の突部１７が形成されており、この突部１７が引っ張られることによりチャック本体１０は主軸ヘッドに固定される。ここでも、後述する工具取付台との係合のためのナット部等は設けられていない。

チャック筒１６は、把持すべき工具のストレートシャンク部またはコレットを受ける内周面１８を有し、チャック筒１６の外周面２０は、先端方向に向かって先細りとなるテーパ状に形成されている。このチャック筒１６の外周面にはホルダナット２２が回転自在に遊嵌され、このホルダナット２２は、チャック筒１６の外周面２０と対応して先端方向に向かって先細テーパ状に形成された内周面２４を有している。このホルダナット２２とチャック筒１６との間には、複数のニードルローラ２６が介装され、これらニードルローラ２６はリテーナ２８によって回転可能に保持されている。そして、ホルダナット２２を回転することによってニードルローラ２６は自転しつつチャック筒１６の外周面２０に対して螺旋状に公転し、これにより、チャック筒１６に工具把持力を与えるよう構成されている。また、ホルダナット２２の外周には、従来のホルダナット締め付け用のスパナを引っ掛けるための溝やローレット加工も施されておらず、ここでも高速回転時のバランスを確保している。なお、このホルダナット２２は、周方向になめらかな面に対しても回転トルクを与えることができる特殊なスパナ（図示省略）によって回転することができる。

図２は本実施例に係る工具取付台３２の一部切り欠き側面図であり、図３はその平面図である。工具取付台３２は、図２に示すように全体としてコの字状に形成されており、前記チャック本体１０を保持する保持部３４と、保持部３４に続いて下方向に形成された柱部３６と、この柱部３６を介して前記保持部３４を支持するベース部３８と、から構成されている。

保持部３４は、所定の厚さを有するよう形成されており、図３に示すように前記チャック本体１０が挿入されてチャック本体１０のフランジ部１４の外周面１５が保持される一対の保持穴、すなわち締め付け用保持穴４０Ａと緩め用保持穴４０Ｂを有する。各保持穴４０Ａ、４０Ｂは、図２に示すように保持部３４の上面から底面に亘って貫通されており、その中間部付近で半径方向内側に突出する段差４２を有している。各保持穴４０Ａ、４０Ｂの段差４２より上方は、前記フランジ部１４の外径よりも若干大きい内径を有しており、段差４２より下方は前記フランジ部１４の外径より小さい内径を有している。このように構成することにより、前記チャック本体１０を各保持穴４０Ａ、４０Ｂに挿入した際、前記フランジ部１４が前記段差４２に当接するので、チャック本体１０が工具取付台３２から脱落することを防止することができる。また、各保持穴４０Ａ、４０Ｂの内周面４４には、後述するくさび機構がそれぞれ設けられている。

図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った締め付け用保持穴４０Ａの一部断面図であり、前記くさび機構は、この図に示すように、内周面４４の周方向に適宜間隔をおいて複数配置された円筒状のくさび部材４６と、この各くさび部材４６を収容する溝４８と、この各くさび部材４６を図４の時計方向に付勢するコイル状のばね５０とを備えている。各溝４８は保持穴４０Ａの内周面４４から陥没するとともに円筒状のくさび部材４６を収容すべく軸方向（図４の紙面に直角の方向）に所定の長さ延びている。また、溝４８は比較的深い溝である遊び領域５２と、この遊び領域５２よりも浅いくさび領域５４が周方向に連続的に形成されることにより構成されている。遊び領域５２は、くさび部材４６を転動自在に収納するために充分な容積を有するとともに、くさび部材４６の一部が内周面４４から内側に若干突出するようにその深さがくさび部材４６の直径より小さく形成されている。くさび領域５４の深さは、フランジ部１４の外周面１５との間でくさび部材４６がくさび状に喰い込むように比較的浅くなっている。また、ばね５０は、ばね収納部５６に収納され、くさび部材４６を時計方向、すなわち遊び領域５２からくさび領域５４に向かって付勢し、図５に示すように、チャック本体１０が保持穴４０Ａに装着されていない通常の状態ではくさび部材４６はくさび領域５４に位置している。なお、ばね収納部５６とは反対側の溝端部には突起５８が形成され、この突起５８とばね５０の付勢によってくさび部材４６が溝４８から脱落するのを防止している。

また、緩め用保持穴４０Ｂのくさび機構は、図５に示すように保持穴４０Ａのくさび機構と反対方向にくさび作用を奏するよう構成されている。すなわち、保持穴４０Ａのくさび領域５４は遊び領域５２に対して時計方向側、すなわち図４の矢印Ａの方向側に形成されているのに対し、保持穴４０Ｂのくさび領域５４は遊び領域５２に対して反時計方向（図５の矢印Ｂの方向）側に形成されている。さらに、保持穴４０Ｂにおいてばね５０は、くさび部材４６を遊び領域５２からくさび領域５４に向かって、すなわち反時計方向に付勢するよう配置されている。

次に本実施例の動作について説明する。まず、ドリル、エンドミル等の加工工具をチャック筒１６に装着する場合は、図２に示すように、チャック本体１０を締め付け用保持穴４０Ａに挿入する。これにより、くさび部材４６はフランジ部１４と接触し、フランジ部１４の外周面１５に押圧されてくさび領域５４から遊び領域５２、すなわち図６の状態から図７の状態に移動する。この遊び領域５２は、遊びを持ってくさび部材４６を収納するため、フランジ部１４との喰い込みはない。よって、チャック本体１０を保持穴４０Ａに挿入する際、くさび部材４６の外周面がフランジ部１４の外周面１５に接するもののその作業をさまたげるものではなく、スムーズにチャック本体１０を保持穴４０Ａに挿入することができる。

次に、このチャック本体１０を図６のホルダナット２２をチャック本体１０に締め付ける方向、すなわち時計方向（図４の矢印Ａの方向）に回転させると、くさび部材４６は、溝４８の遊び領域５２の内周面とフランジ部１４の外周面１５に接していることにより、およびばね５０の付勢力により、自転しつつ相対的に時計方向に移動する。ここで、ホルダナット２２の回転には、なめらかな円周面に対しても充分な回転トルク伝達が可能なスパナ（図示省略）を使用することが良い。くさび部材４６が相対的に時計方向に移動すると、くさび部材４６はくさび領域５４に位置し、くさび部材４６は、図８に示されるように、くさび領域５４の壁面とフランジ部１４の外周面１５との間にくさび状に喰い込み、チャック本体１０は装着具に対して一体化し固定される。ホルダナット２２をチャック本体１０に対してその締め付けの方向にさらに力を加えると、チャック本体１０は工具取付台に対してその締め付け方向に固定されているので、ホルダナット２２を締め付け方向に回転させることができる。そしてこの回転によって、チャック筒１６の内周面１８を収縮させ、加工工具、例えばドリル、エンドミル等をチャック筒１６の内周面１８に把持させることができる。

次にチャック本体１０を保持穴４０Ａから取り外す際は、チャック本体１０を前記締め付け方向と反対方向、すなわち反時計方向に回転させれば、くさび部材４６は相対的に反時計方向に移動し、溝４８の遊び領域５２に収容される。この遊び領域５２は上述のように深い溝であるため、くさび部材４６の外周面は、くさび領域５４の壁面とフランジ部１４の外周面１５に喰い込まないので、容易にチャック本体１０を保持穴４０Ａから取り出すことができる。

次に、ドリル、エンドミル等の加工工具をチャック筒１６から取り外す場合は、先ず、チャック本体１０を緩め用保持穴４０Ｂに挿入する。次に上記加工工具をチャック筒１６に装着させる場合と反対に、すなわちチャック本体１０をホルダナット２２の緩み方向（図５の矢印Ｂの方向）に回転させると、くさび作用によってチャック本体１０は工具取付台に対して一体化され、時計方向に固定させる。これにより、ホルダナット２２の外周面に形成された凹部３０にスパナを引っかけることによりホルダナット２２をチャック本体１０に対してホルダナット２２の緩み方向に回転させることができ、この回転によって、チャック筒１６の内周面１８は拡張し、加工工具をチャック筒１６から取り外すことができる。

以上のように本実施例の工具取付台を使用すれば、チャック本体の外周面に、ホルダナットの締め付け際のチャック本体のつれ回りを防止するためのキー溝等を設けなくても、チャック本体を工具取付台に対して一方の周方向に固定することができ、工具ホルダのつれ回りを防止することができる。このため、本実施例の工具取付台に使用されるチャック本体は、高速回転時のバランスを保つことができるとともに、加工工程を少なくすることができる。

なお、本実施例においては、くさび部材４６を円柱状に形成したが、これに限定する必要はなく、転動するものであれば充分であり、例えば球状に形成しても良い。また、本実施例に使用されるチャック本体１０においては、その外周面をなめらかに形成し、何等溝等を設けなかったが、これに限定する必要はなく、例えば図１の２点斜線で示すように従前から設けられているトルク伝達用のキー溝５９を形成しても良い。この場合でも、キー溝５９の位置に合わせてチャック本体１０を工具取付台に挿入する必要はなく、円周上のどの位置にはめ込んでも使用することができるので、チャック本体１０の工具取付台への挿入操作が容易になるという利点がある。また、本実施例においては、ばねとしてコイル状のばね５０を使用したが、これに限る必要はなく、例えば板ばねであっても良い。

図９は、本発明の第２の実施例を示す。本実施例が上記第１の実施例と相違する点は、保持穴４０の内周面４４に、脱着自在に環状のくさびリング６１を備え、該くさびリング６１に前述の実施例と同様なくさび機構、すなわちくさび部材４６、遊び領域５２とくさび領域５４を構成する溝４８、及びばね５０を設けた点である。そして、該くさびリング６１は、上下逆にしても保持穴４０に装着できるようになっており、このようにすることにより、くさび機構の食い込み方向を逆にすることができる。

以上のように、脱着自在のくさびリング６１を備えることにより、加工工具をチャック筒１６に装着する場合と、チャック筒１６から取り外す場合とでは、くさびリング６１を工具取付台に装着する向きを換えるだけでよいので、保持穴４０は図９に示すように一つで良い。

図１０は、本発明の第３の実施例を示す。本実施例が上記第１の実施例と相違する点は、保持穴４０の内周面４４に、環状のリテーナ６０を固定し、このリテーナ６０に形成された複数の収容溝６２にくさび部材４６を収容した点と、コイルばねの代わりに板ばね５０´を使用した点である。

リテーナ６０は、環状に形成されており、外方に突出する突起６４が前記保持穴４０の内周面４４の一部に形成された凹部６６に係合することにより、保持穴４０の内周に固定されている。板ばね５０´は中央部がくさび部材４６に向かって突出する弓状に形成され、くさび部材４６をくさび領域に向かって付勢している。

以上のように、リテーナ６０によってくさび部材を移動可能に保持し、保持穴４０の内周面４４に形成された比較的浅い溝４８によって遊び領域５２とくさび領域５４を構成したので、保持穴４０の内周面４４のみで両領域を形成し、かつくさび部材を保持した第１実施例に比し、保持穴４０の内周面４４の加工が容易である。

図１１ないし図１３は、本発明の第４実施例を示す。本実施例が上記第３実施例と相違する点は、リテーナ６０が保持穴４０の内周面４４に固定されておらず、リテーナ６０全体が保持穴４０の周方向に回動することにより、くさび部材４６を遊び領域５２からくさび領域５４に移動させる点と、くさび部材４６毎に付勢手段を設けるのではなく、リテーナ６０に付勢手段を設けることにより、各くさび部材４６を遊び領域５２からくさび領域５４に付勢している点と、保持穴４０が一つのみしか設けられていない点である。なお、本実施例において第１実施例と同一なものについては、符号を同じくし、その説明は省略する。

本実施例における工具取付台３２は、主として工具取付台本体３３と、工具取付台本体３３の内周面４４に設置される円筒状のリテーナ６０と、このリテーナ６０を一周方向に付勢するばね６８と、このばね６８を抑える蓋体７０と、を有する。

更に詳しくは、リテーナ６０は、保持穴４０の内周面４４に周方向に回動可能に設置されており、このリテーナ６０には、前記くさび部材４６を回転可能かつ周方向に移動不能に収容する収容溝６２が周方向に適宜間隔で複数形成されている。このようにリテーナ６０にくさび部材４６が収容されるよう構成することにより、本実施例においては、複数のくさび部材４６は、リテーナ６０と一体となって周方向に移動する。なお、本実施例においても、保持穴４０の内周面４４の溝４８によって、前記遊び領域５２およびくさび領域５４が構成される。本実施例における各々の溝４８は、くさび領域５４が遊び領域５２の周方向両側に連続的に形成されることにより構成されている。このように構成することにより、溝４８を容易に形成することができる。また、符号７２は、くさび部材４６が遊び領域５２から反時計方向側のくさび領域５４に移動するのを防止するストッパであり、これによりくさび部材４６が、遊び領域５２と時計方向側のくさび領域５４との間のみを移動することを確保することができる。よって、このチャック本体１０を一方向に回転させたときのみフランジ部１４とロックするという機能を呈するものである。

ばね６８は、図１４に示すようにほぼ円環状に形成したものであり、その両端部には小突起７４、７６がそれぞれ形成されている。一方の小突起７４は、リテーナ６０の上面に形成された嵌合溝（図示省略）に嵌合され、他方の小突起７６は、前記蓋体７０に形成された嵌合溝（図示省略）に嵌合される。このように構成することにより、リテーナ６０は常時、くさび部材４６が遊び領域５２からくさび領域５４の方に移動する方向に付勢されている。

以上のように、第４実施例によれば、一つのばねによってくさび部材４６を遊び領域５２からくさび領域５４に付勢することができ、部品点数の減少及び組立の簡素化を図ることができる。

図１５は、本発明の第５の実施例を示す。本実施例においては、上記第１の実施例と異なり、図１７に示すように、くさび領域５４が遊び領域５２の周方向両側に連続的に形成されている。この遊び領域５２の壁面には、その壁面から陥没する陥没溝７８が形成され、この陥没溝７８に沿って、円柱８０が出没可能に備えられている。この円柱８０は、対になって備えられている板ばね５０´によって常に保持穴４０の中心方向に付勢されており、保持穴４０にフランジ部１４を装着する前の通常の状態では、陥没溝７８から溝４８内に突出している。このため、図１７の実線で示すように、保持穴４０にフランジ部１４を装着する前のくさび部材４６は、円柱８０に押圧されて左右いずれかのくさび領域５４に位置している。なお、くさび部材４６の両端部にはボス部８２が備えられており、このボス部８２を溝４８の両側面、すなわち図１７の左右側面に設けられた嵌装溝８４に嵌装することにより、くさび部材４６が溝４８から脱落するのを防止している。

次に本実施例の動作について説明する。まず、保持穴４０にフランジ部１４を挿入すると、くさび部材４６はフランジ部１４の外周面１５と接触し、図１６の２点鎖線で示すように、フランジ部１４の外周面１５に押圧されてくさび領域５４から遊び領域５２に逃げ、円柱８０をばね５０´の付勢力に抗して後退させる。よって、スムーズに保持穴４０にチャック本体１０を挿入することができる。

次に、加工工具をチャック筒１６に把持させる場合は、チャック本体１０を反時計方向に回転すると、図１７に実線で示すように、くさび部材４６は時計方向側のくさび領域５４に向かって転動するとともに円柱８０の突出力により、そのくさび領域に押し込まれ、くさび領域５４の壁面とフランジ部１４の外周面１５との間にくさび状に喰い込み、チャック本体１０と工具取付台３２は一体化される。このため、さらに同方向にホルダナット２２を回転させると、チャック筒１６の内周面１８が収縮して加工工具がチャック筒１６に把持される。

次にチャック本体１０を保持穴４０から取り出す際は、チャック本体１０を反時計方向に若干回転させれば、くさび部材４６は、相対的に反時計方向に移動して溝４８の遊び領域５２に収納される。これにより、上記実施例と同様、チャック本体１０を保持穴４０から容易に取り出すことができる。

次に加工工具をチャック筒１６から取り出す場合は、チャック本体１０を反時計方向に回転すると、くさび部材４６は相対的に反時計方向側のくさび領域５４に移動し、同様にしてくさび領域５４の壁面とフランジ部１４の外周面１５との間にくさび状に喰い込み、チャック本体１０と工具取付台は一体化される。このため、ホルダナット２２を反時計方向に回転させることにより、チャック筒１６の内周面２０が拡張し、加工工具をチャック筒１６から取り外すことができる。

以上のように本実施例によれば、加工工具を取り付ける場合と取り外す場合とでチャック本体１０を挿入する保持穴を換える必要がないので、保持穴４０は一つで良い。

本実施例に係わる工具取付台に使用されるチャックの切り欠き断面図を示す。本実施例に係わる工具取付台の一部切り欠き図である。工具取付台の平面図である。図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。チャック本体を保持穴に装着する前のくさび機構の拡大図である。チャック本体を保持穴に装着している際のくさび機構の拡大図である。くさび部材がくさび領域の壁面とフランジ部の外周面との間に喰い込んだ状態を示す拡大図である。本発明の第２の実施例の分解斜視図である。本発明の第３の実施例を示す要部断面図である。本発明の第４の実施例を示す一部切り欠き平面図である。図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。第４の実施例の図８と同位置の断面図である。第４の実施例に使用されるばねの斜視図である。本発明の第５の実施例を示す断面図である。図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１０工具ホルダ
３２工具取付台
４０保持穴
４４内周面
４６くさび部材

Claims

工具を工具ホルダの回転部を回転させて取り付ける際に工具ホルダを保持する工具取付台であって、
工具ホルダが挿入されて工具ホルダの外周円筒部が保持される保持穴を有し、
当該保持穴の内周面には、円筒ローラからなるくさび部材を保持する保持手段が設けられ、
当該保持手段は、
工具取付台の内周面に配置され、前記くさび部材を周方向に所定の間隔で移動可能に保持するリテーナと、
工具取付台の内周面に形成され、前記くさび部材を収容する遊び領域とくさび領域の深さを決定する溝と、
を備え、
前記くさび領域は、遊び領域の周方向両側に連続的に形成され、
前記くさび部材は、前記工具を工具ホルダに取付ける際に、前記回転部の一方の周方向の回転により遊び領域から一方のくさび領域に移動して工具ホルダの外周面と該くさび領域の壁面との間に喰い込むよう構成されると共に、前記工具を工具ホルダから取り外す際に、前記回転部の前記一方の周方向とは逆方向の回転により他方のくさび領域に移動して工具ホルダの外周面と該くさび領域の壁面との間に喰い込むよう構成されてなる工具取付台。