JP5460391B2 - 保持具の保持構造および保持具 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸に対して、工具を取り付けるための保持具を装着する場合の保持構造および保持具に関するものである。

従来より、工作機械の主軸に対して保持具を装着する手段は、例えば特許文献１に示される保持具等を含めて広く知られている。
上記特許文献１の図１〜図３に示されている保持具の保持構造は、工作機における主軸の先端部に、軸線方向に深いテーパ状の装着穴を備え、
一方、主体部の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部を備え、他端には、該主体部を工作機の主軸の装着穴に対して軸線が一致する状態に取付ける為に上記主軸の端部に備わっている装着穴に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部を備えている保持具を備え、
上記テーパ状の装着穴に上記のシャンク部を挿入し、上記装着穴内に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴に引込むことにより一体化させるようにしてある。

上記保持具の保持構造にあっては、工作機の主軸に対して、保持具が不測的に回動することを防止する為に、主軸の側からシャンク部の元部側に向けて駆動片を突設させ、一方、シャンク部の元部側においては、シャンク部の元部の径よりも大きい径の鍔部を備えさせ、そこには上記駆動片を嵌合させるようにした凹部を形成し、上記テーパ状の装着穴に上記のシャンク部を挿入し一体化させた状態では上記駆動片が凹部に嵌合して不測的な回動は防止されるようにしてある。

特開平７−９６４３５号公報 特開２００１−２３９４０６号公報

しかしながら、この従来の保持具の保持構造では、上記駆動片と、駆動片を嵌合させる凹部との嵌合、離脱の操作を容易化するために回動方向に僅かながら寸法の余裕（遊び）を形成しているため、主軸の回動動作に対しては、保持具の追従動作の精度が劣る問題点があった。

本件出願の目的は、主軸の構造も、保持具におけるシャンク部の元部の構成も簡易にできる保持具の保持構造を提供しようとするものである。
他の目的は、主軸の回動動作に対して、保持具の追従動作が忠実となり、回動精度の高い保持具の保持構造及び保持具を提供しようとするものである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。

本発明における保持具の保持構造および保持具は、
工作機における主軸１の先端部には、軸線方向に深いテーパ状の装着穴２を備え、
一方、主体部２１の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部21bを備え、他端には、該主体部２１を工作機の主軸１の装着穴２に対して軸線が一致する状態に取付ける為に上記主軸１の端部に備わっている装着穴２に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部２２を備えている保持具２０を備え、
上記テーパ状の装着穴２に上記のシャンク部２２を挿入し、上記装着穴２の後部に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴２に引込むことにより主軸１と一体化させるようにしてある保持具の保持構造において、
上記主軸１の先端部における装着穴２の周囲の前端面３には、周方向に１又は複数の嵌合用凹部１７を備えさせ、
一方、上記保持具の主体部２１の他端に備えるシャンク部２２の元部側においては、上記装着穴２の周囲の前端面３に対向させて、シャンク部２２の元部の径よりも大きい径の対向面３０を備える張出部材21aを備えさせ、その張出部材21aにおける対向面３０には、上記嵌合用凹部１７に対向する位置に、１又は複数の弾性円状体３７を収納する為の収納室３１を備え、その収納室３１の大きさは、弾性円状体３７を収納した状態において、弾性円状体３７の一部が対向面３０から上記前端面３に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してあり、
上記張出部材21aにおける対向面３０から表出する弾性円状体３７の一部４３の表出寸法L4は、 装着穴２にシャンク部２２を引込んだ状態において、上記前端面３に備えさせた嵌合用凹部１７に 上記対向面３０から表出する弾性円状体３７の一部が弾力的に挿入され、嵌合用凹部１７の内面に圧接して変形し、上記前端面３に対する上記対向面３０の面方向への移動を阻止できる寸法に設定したものである。

また好ましくは、工作機における主軸１の先端部には、軸線方向に深いテーパ状の装着穴２を備え、 一方、主体部２１の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部21bを備え、他端には、該主体部２１を工作機の主軸１の装着穴２に対して軸線が一致する状態に取付ける為に上記主軸１の端部に備わっている装着穴２に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部２２を備えている保持具２０を備え、
上記テーパ状の装着穴２に上記のシャンク部２２を挿入し、上記装着穴２の後部に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴２に引込むことにより主軸１と一体化させるようにしてある保持具の保持構造において、
上記主軸１の先端部における装着穴２の周囲の前端面３には、周方向に１又は複数の弾性円状体３７を収納する為の収納室３１を備え、その収納室３１の大きさは、弾性円状体３７を収納した状態において、弾性円状体３７の一部が前端面３から対向面３０に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してあり、
一方、上記保持具の主体部２１の他端に備えるシャンク部２２の元部側においては、上記装着穴２の周囲の前端面３に対向させて、シャンク部２２の元部の径よりも大きい径の対向面３０を備える張出部材21aを備えさせ、その張出部材21aにおける対向面３０には、上記弾性円状体３７に対向する位置に、１又は複数の嵌合用凹部１７を備えさせ、
上記前端面３から表出する弾性円状体３７の一部４３の表出寸法は、 装着穴２にシャンク部２２を引込んだ状態において、上記対向面３０に備えさせた嵌合用凹部１７に、上記前端面３から表出する弾性円状体３７の一部４３が弾力的に挿入され、嵌合用凹部１７の内面に圧接して変形し、上記前端面３に対する上記対向面３０の面方向への移動を阻止できる寸法に設定したものであればよい。

また好ましくは、主体部２１の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部21bを備え、他端には、該主体部２１を工作機の主軸１の装着穴２に対して軸線が一致する状態に取付ける為に、主軸１の端部に備わっている装着穴２に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部２２を備えている保持具２０であって、
上記テーパ状の装着穴２に上記のシャンク部２２を挿入し、上記装着穴２の後部に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴２に引込むことにより主軸１と一体化させるようにしてある保持具において、
上記保持具の主体部２１の他端に備えるシャンク部２２の元部側においては、工作機の主軸１の装着穴２の周囲の前端面３に対向させ得るように、シャンク部２２の元部の径よりも大きい径の対向面３０を備える張出部材21aを備えさせ、その張出部材21aにおける対向面３０には、工作機の主軸１の装着穴２の周囲の前端面３に備えさせる嵌合用凹部１７に対向する位置に、１又は複数の弾性円状体３７を収納する為の収納室３１を備え、その収納室３１の大きさは、弾性円状体３７を収納した状態において、弾性円状体３７の一部が対向面３０から上記前端面３に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してあり、
上記張出部材21aにおける対向面３０から表出する弾性円状体３７の一部４３の表出寸法L4は、 工作機の主軸１の装着穴２にシャンク部２２を引込んだ状態において、上記工作機の主軸１の前端面３に備えさせた嵌合用凹部１７に、上記対向面３０から表出する弾性円状体３７の一部が弾力的に挿入され、嵌合用凹部１７の内面に圧接して変形し、上記前端面３に対する上記対向面３０の面方向への移動を阻止できる寸法に設定したものであればよい。

以上のように本発明は、主軸１に対して、保持具２０の主体部２１を装着する場合、主軸の装着穴２に保持具主体部２１のシャンク部２２を差し込み、シャンク部２２を装着穴２の内に引込むだけの操作でもって、主軸の前端面３に備えさせた嵌合用凹部１７に対して、保持具２０の主体部２１の対向面３０に備えさせた弾性円状体３７の一部４３を弾力的に変形させた状態で密接に嵌合させることが出来る特長がある。このことにより、主軸の前端面３に対して保持具２０の主体部２１の対向面３０は、回転方向に完全に一体化し、主軸１の回動に対して、保持具の追従動作の精度は著しく向上するという加工どきの効果がある。

さらに本発明にあっては、主軸１と保持具２０との関係構造において、主軸１の側には、前端面３に嵌合用凹部１７を備えさせ、上記保持具２０の側においては張出部材21aにおける対向面３０に、弾性円状体３７の収納室３１を備え、その収納室３１に弾性円状体３７を存置させるという簡易な構成で、上記のように「主軸と保持具２０とを回転方向に密に一体化」させ得るようにできるという構成上の優れた効果がある。

主軸と、保持具との関係を説明する為の一部を破断した（主軸に関しては図２（B）のＩ−Ｉ線位置で破断した）分解正面図。 （A）は、図１のII-1−II-1線位置から見た底面図。（B）は、図１のII-2−II-2線位置から見た平面図。 (A)は、図１における保持具主体部２１と、収納室３１と、弾性円状体３７との関係を説明する為の部分断面図、(B)は、 (A)図の保持具主体部と、収納室と、弾性円状体との関係を説明する為の部分断面分解図、(C)は、弾性円状体の斜視図。 主軸に保持具の主体部を装着する場合における主軸前端面の嵌合用凹部と、弾性円状体との関係を説明する為の図で、(A)は、合着寸前の状態を表す正面図、(B)は、主軸と保持具とが合着完了状態において主軸の側の前端面３と保持具の対向面３０とが密着している状態の合着状態を表す正面図、(C)は、合着状態を表す一部破断拡大図。 図４（B）とは主軸と保持具とが合着完了状態において異なる例（図５の場合は、主軸の側の前端面３と保持具の対向面３０とは間隙G1が残っている）を示す正面図。 図１の保持具とはシャンク部２２の形状と、鍔部21aの外径が異なる例を示す正面図。

以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１によく表れている１は、工作機における周知の主軸１を示し、その先端部には、軸線方向に深いテーパ状の装着穴（テーパ孔）２を備えている。３は、前端面を示し、周知のように保持具主体部２１の対向面３０に対して、図４に表れているように当接させて２面拘束ツ−リングを構成したり、図５に表れているように間隙G1をあけて対向させたりする。４はプルスタッド挿入孔で、ここには周知のようにプルスタッド２３を深部へ向けて引込む為の引具７が配置される。
引具７としては周知のものでよい。例えば特許文献１、或は特許文献２に紹介されているものでよい。特許文献２に紹介されている例としては、図１に模式図的に示してある。

図において、８は進退させるドローバー、９は３個のボールを回動自在に保持する為の保持枠、１０は保持枠９に設けたボール収容孔、１１は係合用のボール、１３は保持枠９が前進した状態においてのボール１１の退避場所（ボール１１が退避場所に移動するとプルスタッド２３の膨出部２４は進退自由になる）、１４は保持枠９が後退した状態においてボール１１を移動させるための拘束場所で、周知のようにボール１１を拘束場所に移動させる過程において、ボール１１はプルスタッド２３の膨出部２４の係合用の前部側斜面２５に係合し、保持具主体部２１のシャンク部２２を図４（B）、図５の状態に、テーパ状の装着穴（テーパ孔）２の内に完全に引き込む。

次に、保持具２０は、主体部２１の軸線方向の一端には、任意の被保持物（例えば任意のチャック、ドリル等の刃物）を保持する為の周知の構成（例えば特許文献１参照）に係わる保持部21bを備え、他端には、周知のように該主体部２１を工作機の主軸１の装着穴２に対して軸線が一致する状態に取付ける為に上記主軸１の端部に備わっている装着穴２に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部２２を備えている。21aは必要に応じて備えさせる鍔部材、22aはテーパ部、２３はその後部に存在するプルスタッド、２４は膨出部、２５は係合用の前部側斜面を示す。３０は主体部２１のシャンク部２２の側に備えさせた上記前端面３に対向させる為の対向面を示す。
上記構成においては、上記テーパ状の装着穴２に上記のシャンク部２２を挿入し、上記装着穴２の後部に備える引具７によって、上記シャンク部２２を装着穴２に引込むことにより主軸１と保持具２０は一体化出来る。

次に、図１、図２に良く表れているように、上記主軸１の先端部における装着穴２の周囲の前端面３には、周方向に１又は複数（図においては周方向に等分に３個所設けてあるが、増減は任意である）の嵌合用凹部17、17・・・17を備えさせてある。
一方、上記保持具の主体部２１の他端に備えるシャンク部２２の元部側においては、上記装着穴２の周囲の前端面３に対向させて、シャンク部の元部の径よりも大きい径の対向面３０を備える張出部材21aを備えさせる。張出部材21aとしては周知のように鍔部材を利用してもよい。
その張出部材21aにおける対向面３０には、上記嵌合用凹部１７に対向する対応位置に、１又は複数の弾性円状体３７を収納する為の収納室（弾性円状体３７の収容凹部）３１を備えさせる。

収納室３１の大きさは、図３（C）に表れている弾性円状体３７を収納した状態において、弾性円状体３７の一部が対向面３０から上記前端面に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してある。３２は、収納室３１の収容主体部で、内周の円弧の曲面は、弾性円状体３７の外周の円弧の曲面に対応させ、シャンク部２２を図４（B）、図５の状態に、テーパ状の装着穴（テーパ孔）２の内に完全に引き込んで、弾性円状体３７の外周の接合部４３（嵌合部）が図４（C）の状態に変形した場合には、収容主体部３２の内周の円弧の曲面32aは、弾性円状体３７の外周の円弧の曲面37aに沿って馴染み、両者は圧着するような形状にしてある。図３（B）に表れている３３は、弾性円状体３７の外周の直径D6よりも小さい寸法D9に形成して、弾性円状体３７が脱出しないようにしてある脱落止狭部である（収容主体部３２の内に弾性円状体３７を挿着するときには張出部材21aの半径方向から挿入するとよい）。

３４は、図３（A）に表れているように、収容主体部３２の内に装着した弾性円状体３７の一部４３を、対向面３０から上記前端面３に向けて表出させる為の表出窓を示す。弾性円状体３７の一部４３の表出させる寸法は、図４（C）にL5として表れているように、嵌合用凹部１７の深さ寸法に対応させて、弾性円状体３７の一部４３が弾力的に変形して、嵌合用凹部１７の底に密着し、「主軸１と保持具２０とを回転方向に一体化」させ得るように嵌合用凹部１７の深さよりも大きい寸法に定める。即ち、シャンク部２２を装着穴２に完全に引込むことにより主軸１の前端面３と、保持具２０の対向面３０の距離は決定され（図４（B）の合着状態になるか、又は図５の離れた状態になる）、そして両者は一体化するのであるから、弾性円状体３７の一部４３が図４（C）、又は図５の状態に弾力的に変形して、嵌合用凹部１７の底に密着するように決定すればよい。

主軸の前端面３に形成されている嵌合用凹部１７は、上記脱落止狭部３３に対して、図４（Ｃ）の深さL5と図示のような相対的な幅を備える。この深さL5は、前述したように弾性円状体３７の一部４３を弾力的に変形する状態で押込むことが出来るように凹状（底面は、円弧面、又は多角の凹面）に形成したものであり、この凹部１７に弾性円状体３７の一部４３が圧接した状態では、弾性円状体３７の一部４３がアンカーとなって、主軸の前端面３に対して保持具２０の主体部２１の対向面３０は、回転方向に完全に一体化して回動する。

なお、嵌合用凹部１７は、図２（B）に表れているように、図２（A）に表れている保持具２０の収容凹部３１の長さL1に比較して、放射方向に長い寸法L2に形成してある。この事情は、主軸１の直径（外径）D2に対して、保持具２０の直径（外径）D1が相対的に大小変化しても、対応できるように備えてある。
さらに、上記弾性円状体３７の外形形状は、図３（C）のような中空管状体のものを用いて説明したが、嵌合用凹部１７の深さ寸法に対応させて、弾性円状体３７の一部４３が弾力的に変形して、嵌合用凹部１７の底に密着する弾力を有するものであれば、内部が中空で、収縮部３８を備えたものであれば球体（ボール状）でもよい。

さらに、上記説明においては嵌合用凹部１７を前端面３に備えさせ、弾性円状体３７の一部である接合部４３を、対向面３０に備えさせた表出窓３４から表出させるように構成したが、これらは一方の嵌合用凹部１７の溝に、他方の弾性円状体３７の一部４３が相対的に接合すればよいので、嵌合用凹部１７を対向面３０の側に備えさせ、前端面３の側における対向位置に収容凹部３１を備えさせ、表出窓３４から弾性円状体３７の一部である嵌合する部分(突出部)４３が表出して前述のように、主軸１と保持具２０を一体化させた場合（図４（B）又は図５参照）、弾性円状体３７の一部４３が、図４（C）、又は図５の状態に弾力的に変形して、嵌合用凹部１７の底に合着するようにしても良いよい。

上記構成のものを用いて主軸１に対して保持具２０を装着する場合について説明する。周知のように、主軸１に対して、保持具２０の主体部２１を装着する場合、主軸の装着穴２に保持具主体部２１のシャンク部２２を差し込み、シャンク部２２を装着穴２の内に引込む。
上記構成のものにあっては、引具７で上記シャンク部２２を装着穴２の内に引込むだけの操作でもって、主軸１の前端面３に備えさせた嵌合用凹部１７に対して、保持具２０の主体部２１の対向面３０に備えさせた弾性円状体３７の一部４３を弾力的に変形させた状態で嵌合させることが出来る。このことにより、主軸の前端面３に対して保持具２０の主体部２１の対向面３０は、回転方向に完全に一体化する。

また上記の場合、張出部材21aにおける対向面３０から表出する弾性円状体３７の一部の寸法L4（図4（A）参照）は、装着穴２にシャンク部２２を完全に引込み、完了状態において、図４（B)）の例においても、図５の例においても、上記前端面３に備えさせた嵌合用凹部１７に、上記対向面３０から表出する弾性円状体３７の一部４３が弾力的に挿入され、嵌合用凹部１７の底面17aに圧接して変形し、上記前端面３に対する上記対向面３０の面方向への移動を阻止できる寸法に設定してある。言葉を換えると、嵌合用凹部１７の深さ寸法L5よりも弾性円状体３７の一部４３の突出寸法L４を大きくしているので、その嵌合（係合）状態は、弾力的に一体化し、回転方向における噛合いに隙間は無く、共に回る精度はよい。
さらに、嵌合用凹部１７の形状が図4（A）のように周方向に舟底状になっていると、これに弾性円状体３７の円弧状の一部４３を合着させるとき、周方向に僅かなずれがあっても、両者の斜面の滑りにより、修正され、最も深部となっている位置を中心にした正しい合着が可能になるという作用が期待できる。

１・・・主軸、２・・・テーパ孔（装着穴）、３・・・前端面、４・・・プルスタッド挿入孔、７・・・引具、８・・・ドローバー、１０・・・ボール収容孔、１１・・・ボール、１３・・・退避場所、１４・・・拘束場所、１７・・・嵌合用凹部、２０・・・保持具、２１・・・主体部、21a・・・張出部材・鍔、21b・・・工具保持部、２２・・・シャンク部、22a・・・テーパ面、２３・・・プルスタッド、２４・・・膨出部、２５・・・係合用の前部側斜面、３０・・・対向面、３１・・・収容凹部、３２・・・収容主体部、３３・・・脱落止狭部、３４・・・表出窓、３７・・・弾性円状体、（中空管状体、中空球体）、３８・・・収縮部（中空部）、４０・・・間隙、４１・・・密着面、４３・・・嵌合部(突出部)、Ｅ・・・矢印。

Claims (3)

1. 工作機における主軸の先端部には、軸線方向に深いテーパ状の装着穴を備え、
   一方、主体部の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部を備え、他端には、該主体部を工作機の主軸の装着穴に対して軸線が一致する状態に取付ける為に上記主軸の端部に備わっている装着穴に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部を備えている保持具を備え、
   上記テーパ状の装着穴に上記のシャンク部を挿入し、上記装着穴の後部に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴に引込むことにより主軸と一体化させるようにしてある保持具の保持構造において、
   上記主軸の先端部における装着穴の周囲の前端面には、周方向に１又は複数の嵌合用凹部を備えさせ、
   一方、上記保持具の主体部の他端に備えるシャンク部の元部側においては、上記装着穴の周囲の前端面に対向させて、シャンク部の元部の径よりも大きい径の対向面を備える張出部材を備えさせ、その張出部材における対向面には、上記嵌合用凹部に対向する位置に、１又は複数の弾性円状体を収納する為の収納室を備え、その収納室の大きさは、弾性円状体を収納した状態において、弾性円状体の一部が対向面から上記前端面に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してあり、
   上記張出部材における対向面から表出する弾性円状体の一部の表出寸法は、 装着穴にシャンク部を引込んだ状態において、上記前端面に備えさせた嵌合用凹部に 上記対向面から表出する弾性円状体の一部が弾力的に挿入され、嵌合用凹部の内面に圧接して変形し、上記前端面に対する上記対向面の面方向への移動を阻止できる寸法に設定したことを特徴とする保持具の保持構造。
2. 工作機における主軸の先端部には、軸線方向に深いテーパ状の装着穴を備え、 一方、主体部の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部を備え、他端には、該主体部を工作機の主軸の装着穴に対して軸線が一致する状態に取付ける為に上記主軸の端部に備わっている装着穴に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部を備えている保持具を備え、
   上記テーパ状の装着穴に上記のシャンク部を挿入し、上記装着穴の後部に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴に引込むことにより主軸と一体化させるようにしてある保持具の保持構造において、
   上記主軸の先端部における装着穴の周囲の前端面には、周方向に１又は複数の弾性円状体を収納する為の収納室を備え、その収納室の大きさは、弾性円状体を収納した状態において、弾性円状体の一部が前端面から対向面に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してあり、
   一方、上記保持具の主体部の他端に備えるシャンク部の元部側においては、上記装着穴の周囲の前端面に対向させて、シャンク部の元部の径よりも大きい径の対向面を備える張出部材を備えさせ、その張出部材における対向面には、上記弾性円状体に対向する位置に、１又は複数の嵌合用凹部を備えさせ、
   上記前端面から表出する弾性円状体の一部の表出寸法は、 装着穴にシャンク部を引込んだ状態において、上記対向面に備えさせた嵌合用凹部に、上記前端面から表出する弾性円状体の一部が弾力的に挿入され、嵌合用凹部の内面に圧接して変形し、上記前端面に対する上記対向面の面方向への移動を阻止できる寸法に設定したことを特徴とする保持具の保持構造。
3. 主体部の軸線方向の一端には被保持物保持用の保持部を備え、他端には、該主体部を工作機の主軸の装着穴に対して軸線が一致する状態に取付ける為に、主軸の端部に備わっている装着穴に嵌合させるようにした対応テーパ形状のシャンク部を備えている保持具であって、
   上記テーパ状の装着穴に上記のシャンク部を挿入し、上記装着穴の後部に備える引具によって、上記シャンク部を装着穴に引込むことにより主軸と一体化させるようにしてある保持具において、
   上記保持具の主体部の他端に備えるシャンク部の元部側においては、工作機の主軸の装着穴の周囲の前端面に対向させ得るように、シャンク部の元部の径よりも大きい径の対向面を備える張出部材を備えさせ、その張出部材における対向面には、工作機の主軸の装着穴の周囲の前端面に備えさせる嵌合用凹部に対向する位置に、１又は複数の弾性円状体を収納する為の収納室を備え、その収納室の大きさは、弾性円状体を収納した状態において、弾性円状体の一部が対向面から上記前端面に向けて表出する状態で納まる大きさに形成してあり、
   上記張出部材における対向面から表出する弾性円状体の一部の表出寸法は、 工作機の主軸の装着穴にシャンク部を引込んだ状態において、上記工作機の主軸の前端面に備えさせた嵌合用凹部に、上記対向面から表出する弾性円状体の一部が弾力的に挿入され、嵌合用凹部の内面に圧接して変形し、上記前端面に対する上記対向面の面方向への移動を阻止できる寸法に設定したことを特徴とする保持具。

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