JP4768640B2 - 焼き嵌め式工具ホルダ - Google Patents
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Description
マシニングセンタの主軸に切削工具を取り付けるために使用される工具ホルダも、このようなマシニングセンタの高速化に伴い、切削工具に対するより強い保持力及び高い取付精度等が求められる。そこで、工具ホルダにより強い保持力及び高い取付精度等を実現させる方式として、従来使用されてきたコレットの組み合わせで切削工具を保持する方式に替えて、チャックを加熱して切削工具を挿入し焼き嵌め保持する焼き嵌め式の工具ホルダが注目されている。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、ホルダ本体に着脱する作業が容易な工具保持用焼き嵌めチャックを有する焼き嵌め式工具ホルダを提供することを目的とする。
すなわち、本発明に係る焼き嵌めチャックは、軸方向に直交する断面外周が円形であって前記軸方向の少なくとも一端に開口する工具挿入孔を備えた焼き嵌めチャックと、前記焼き嵌めチャックの一部を嵌入可能なチャック挿入孔を備え前記チャック挿入孔が開口する側の外周に雄ネジが設けられたホルダ本体と、筒状であって内周面に前記雄ネジに螺合可能な雌ネジが設けられ一端が開放されて他端に軸方向の貫通孔が設けられた固定用ナットと、前記焼き嵌めチャックを前記チャック挿入孔から抜き出すための取り外し補助具と、を有し、前記焼き嵌めチャックは、外周に前記工具挿入孔が開口する側を径小とする段と、前記段よりも前記工具挿入孔が開口する側に前記段から所定の間隔を有して周方向の溝と、を有し、前記固定用ナットは、前記貫通孔の周囲に前記軸方向に係合可能な押圧部と、前記貫通孔の周面の外側面における端縁に凹状の周溝と、を有し、かつ開放された前記一端が前記段を挿通可能であって前記貫通孔が前記焼き嵌めチャックにおける前記工具挿入孔の開口から前記段までをのみ挿通可能に形成され、前記取り外し補助具は、前記凹状の周溝に嵌入可能かつ前記軸方向に係合可能な係合部を有して前記焼き嵌めチャックにおける周方向の溝に一部が嵌入した状態で前記焼き嵌めチャックの外周に着脱可能であり、前記焼き嵌めチャックが前記チャック挿入孔に嵌入され前記ホルダ本体に前記固定用ナットが螺合されてこれらが一体化された状態で、前記取り外し補助具が前記焼き嵌めチャックに装着され前記固定用ナットが緩められることにより前記凹状の周溝に前記係合部が収容され前記凹状の周溝が前記係合部を押圧して前記焼き嵌めチャック本体が前記チャック挿入孔から抜き出されるように構成されている。
好ましくは、前記チャック挿入孔は、前記ストレート部と前記テーパ部とが直接接続されている。
図1ないし図3において、焼き嵌め式工具ホルダ1(以下「工具ホルダ1」ということがある)は、ホルダ本体4、焼き嵌めチャック2、固定用ナット5および取り外し補助具3からなる。
テーパシャンク部6は、ホルダ本体4の軸方向の一端側(図2における左側)に形成され、形状が一端を上面(面積の小さい面)とする円錐台(テーパ形状)を呈する。テーパシャンク部6は、工具ホルダ1を例えばマシニングセンタの主軸に取り付けるためのものである。テーパシャンク部6には、ホルダ本体4の軸心をその軸心とし一端側に開口するプルスタッド取付孔9が設けられている。プルスタッド取付孔9の内周面には、挿入されたプルスタッドを螺合させるための雌ネジが形成されている。
焼き嵌めチャック2は、外観が略円筒状であってその軸心を貫通する工具挿入孔18を備えている。焼き嵌めチャック2は、ほぼ中央部を境界として軸心方向一端側(図2における右側)の工具保持部19および他端側(図2における左側)のチャック嵌入部20からなっている。
工具保持部19は、その外径が、工具挿入孔18が開口する一端からチャック嵌入部20側に向けて徐々に大きくなり、工具挿入孔18の第1保持孔21と第2孔22との境目近傍より第2孔22側でほぼ一定となっている。工具保持部19の外径がほぼ一定となった部分46の外周には、軸心に直交する面上に環状であって断面形状が矩形の周溝23が設けられている。
円筒部24は、工具挿入孔18における第2孔22が開口する他端27から工具保持部19側に向かう円筒状の部分である。円筒部24の外径は、ストレート部16の内径に比べて十分に小さい。
段差部25は、円筒部24の工具保持部19側に連続する、短い距離で急激に外径が増加する部分である。
また、焼き嵌めチャック2では、工具保持部19の周溝23とチャック嵌入部20の端面29との間隔が、後に説明する固定用ナット5におけるプレーンベアリング30を含めた押圧部31の厚さよりも大きくなっている。
固定用ナット5は、胴部32および押圧部31からなる。
係合部37a,37bは、それぞれが付勢部36の端のいずれかに連続して付勢部36のリングと略同一面上の外方に延びている。係合部37a,37bは、付勢部36から遠ざかるにつれてその間隔が小さくなっている。係合部37a,37bの長手方向に直交する断面の形状は長方形である。係合部37a,37bの断面の短辺(係合部の厚さd)は、周溝23に丁度嵌り込むことができるように、周溝23の幅よりも若干小さくなっている。一方の係合部37aは、その端部から付勢部36のリングと同一面上で他方の係合部37b側に直角に曲がり、他方の係合部37bと交叉した後外方に直角に曲がって延びて操作部38aに連続する。他方の係合部37bは、そのまま外方に延びた操作部38bに連続する。操作部38a,38bには、それぞれ親指または人差し指を通すことができる輪39a,39bが設けられている。操作部38a,38bは、断面が円形の金属棒材で形成されている。図4における取り外し補助具3は、単一の金属材料で形成されているが、係合部37a,37bの周溝23に丁度嵌り込む部分のみ高硬度の金属材料で形成してもよい。
図5は焼き嵌めチャック2の取り付け過程を示す図、図6は取り外し補助具3の焼き嵌めチャック2への取付の様子を示す図、図7は焼き嵌めチャック2の取り外し過程を示す図である。なお、図6(b)は取り外し補助具3が焼き嵌めチャック2に取り付けられた後の図6(a)におけるA−A矢視断面、図7は図6(b)におけるB−B矢視断面を示す。
図5を参照して、切削工具Tが固定された焼き嵌めチャック2は、チャック嵌入部20の側がホルダ本体4の焼き嵌めチャック挿入孔13に挿入される。固定用ナット5は、切削工具Tの先端を胴部32の開放側、貫通孔34の順に貫通させて、ホルダ本体4のチャック部7近くまで移動される。続いて、固定用ナット5は、雌ネジ33が径小部10の雄ネジ12に螺合され回転されて、径大部11に向けて移動する。このとき、固定用ナット5の押圧部31の内側に取り付けられたプレーンベアリング30は、チャック嵌入部20の端面29を押圧して焼き嵌めチャック2を焼き嵌めチャック挿入孔13に押し入れる。このとき、プレーンベアリング30は、固定用ナット5を回転させると回転する押圧部31に対して摺動し、焼き嵌めチャック2の端面29に対しては回転しないで真っ直ぐに焼き嵌めチャック2を焼き嵌めチャック挿入孔13に押し入れる。
先ず、取り外し補助具3が焼き嵌めチャック2に取り付けられる。図6を参照して、取り外し補助具3は、付勢部36に切削工具T、焼き嵌めチャック2の工具保持部19を順に貫通させて、固定用ナット5の近くまで送られる。取り外し補助具3の係合部37a,37bは、操作部38a,38bを接近させることによりその間隔が広げられ、周溝23に向けて移動される。操作部38a,38bに加えられた力が取り除かれると、係合部37a,37bは、周溝23に嵌まりこんで工具保持部19を付勢部36の付勢力により2箇所で締め付け、焼き嵌めチャック2に取付られる。
図8は他の形態による焼き嵌め式工具ホルダ1Bの正面部分断面図である。
以下、焼き嵌め式工具ホルダ1Bを工具ホルダ1Bということがある。
円筒部24Bは、工具挿入孔18における第2孔22が開口する他端27から工具保持部19側に向かう円筒状の部分である。円筒部24Bの外径は、ストレート部16Bの内周面を摺動して軸方向に移動可能なようにストレート部16Bの内径よりわずかに小さくなっている。段差部25Bは、円筒部24の工具保持部19側端に連続し、短い距離で急激に外径が増加する部分である。ただし、円筒部24Bの外径が円筒部24の外径よりも大きいために、その軸方向長さは段差部25に比べて短い。チャック嵌入部20Bにおけるその他の部分の構成はチャック嵌入部20における対応する部分と同一である。
工具ホルダ1Bは、円筒部24Bが、焼き嵌めチャック挿入孔13B内を軸方向に移動するときストレート部16Bの内周面を摺動するように構成されている。
工具ホルダ1Bは、円筒部24Bがストレート部16Bの内周面を摺動し案内されることにより、焼き嵌めチャック2Bを焼き嵌めチャック挿入孔13Bに挿入するときに、テーパ面28とテーパ部15との局部的な当たりおよび過度の摺動がなく、テーパ面28およびテーパ部15の傷の発生を防止することができる。そのため、工具ホルダ1Bへの焼き嵌めチャック2Bの取付精度を長期にわたり高く維持できるという特長を有する。
図10(a)に示される取り外し補助具3Cは、断面形状が円形の係合部37Ca,37Cbを有している。係合部37Ca,37Cbの断面の径dは、係合部37Ca,37Cbが焼き嵌めチャック2における周溝23に丁度嵌まり込めるように、周溝23の幅(軸方向長さ)と略同じである。取り外し補助具3Cにおける他の構成は、取り外し補助具3におけるものと同一である。
図11(a)を参照して、焼き嵌めチャック2Gにおける工具保持部19Gの周面には、焼き嵌めチャック2の工具保持部19における環状の周溝23に替えて、軸心に直交する面上の軸心を挟んで対向する位置に互いに並行に2つの係止溝23Gが設けられている。
以下、焼き嵌め式工具ホルダ1Hを工具ホルダ1Hということがある。
固定用ナット5Hは、押圧部31Hの係合面35H側における内周の端には、断面形状が4分の1円の凹状の面取り加工がなされた係合支持部47Hが設けられている。係合支持部47Hの断面4分の1円の湾曲面における曲率は、環状の周溝23Hの断面の曲率に略等しく、後に説明する取り外し補助具3Hの係合部37Hの軸方向に直交する断面の外周の曲率に略等しい。
接続部48Ha,48Hbは、いずれも係合部37Hの端のいずれかから係合部37Hが属する面に略直角に曲がって延びている。
一方の接続部48Haの長さL1は係合部37Hの半径に略等しく、他方の接続部48Hbの長さL2は一方の接続部48Haの長さL1よりも長くなっているため、操作部38Ha,38Hbは、交差してさらに延びることができる。
ホルダ本体4への焼き嵌めチャック2Hの取り付け方法は、上に説明した工具ホルダ1における方法と同じである。そこで、以下にホルダ本体4からの焼き嵌めチャック2Hの取り外し方法について説明する。
取り外し補助具3Hが焼き嵌めチャック2Hに取り付けられる。図13および図14を参照して、取り外し補助具3Hは、係合部37Hのリングに切削工具T、焼き嵌めチャック2Hの工具保持部19を順に貫通させて、固定用ナット5Hの近くまで送られる。取り外し補助具3Hは、操作部38Ha,38Hbの先端を互いに接近させることにより係合部37Hの両端の間隔が広げられ、周溝23Hに向けて移動される。操作部38Ha,38Hbに加えられた力が取り除かれると、係合部37Hは、周溝23Hに嵌まりこんで自らのの付勢力により周溝23H内に取付られる。
工具ホルダ1Hにおいて、焼き嵌めチャック2Hに替えて工具ホルダ1における焼き嵌めチャック2を用い、図16に示される固定用ナット5Jおよび図10(c)または図10(d)に示されるリング3E,3Fを用いて取り外し作業が容易な工具ホルダを構成することができる。この場合、係合支持部47Jは、その中にリング3E,3Fの外周または外周の一部と側面の端部とを収容可能なように形成される。固定用ナット5Jにおいてその構成が固定用ナット5と同一の部分については、図16において固定用ナット5と同一の符号を付すものとする。
工具保持部19における環状の周溝23に替えて外径がほぼ一定となった部分46の外周に複数個の軸中心に向けた孔を設け、取り外し補助具の係合部としてこの孔に嵌入可能な凸状の係合部分を設けてもよい。チャック嵌入部20における側面視が環状の端面29に替えて、周方向に一定間隔に並ぶ複数の固定用ナット5に係合する端面を設けてもよい。
その他、工具ホルダ1,1B,1Hの各部又は全体の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
2,2B,2G,2H 焼き嵌めチャック
3,3C〜H,3J 取り外し補助具
4,4B ホルダ本体
5,5H,5J 固定用ナット
12 雄ネジ
13,13B チャック挿入孔(焼き嵌めチャック挿入孔)
15 テーパ部
16,16B ストレート部
18 工具挿入孔
23,23G,23H 周方向の溝(環状の周溝)
24,24B 円筒部
26 テーパ面部
29 段の側面(軸方向に直交する端面)
30 プレーンベアリング
31,31H 押圧部
33 (固定用ナットの)雌ネジ
34 貫通孔
37a,37b,37Ca〜37Ga,37Cb〜37Gb,37H 係合部(リング)
46 焼き嵌めチャックの外周
47H 凹状の周溝
Claims (4)
- 軸方向に直交する断面外周が円形であって前記軸方向の少なくとも一端に開口する工具挿入孔を備えた焼き嵌めチャックと、
前記焼き嵌めチャックの一部を嵌入可能なチャック挿入孔を備え前記チャック挿入孔が開口する側の外周に雄ネジが設けられたホルダ本体と、
筒状であって内周面に前記雄ネジに螺合可能な雌ネジが設けられ一端が開放されて他端に軸方向の貫通孔が設けられた固定用ナットと、
前記焼き嵌めチャックを前記チャック挿入孔から抜き出すための取り外し補助具と、を有し、
前記焼き嵌めチャックは、
外周に前記工具挿入孔が開口する側を径小とする段と、
前記段よりも前記工具挿入孔が開口する側に前記段から所定の間隔を有して周方向の溝と、を有し、
前記固定用ナットは、
前記貫通孔の周囲に前記軸方向に係合可能な押圧部と、
前記貫通孔の周面の外側面における端縁に凹状の周溝と、を有し、
かつ開放された前記一端が前記段を挿通可能であって前記貫通孔が前記焼き嵌めチャックにおける前記工具挿入孔の開口から前記段までをのみ挿通可能に形成され、
前記取り外し補助具は、
前記凹状の周溝に嵌入可能かつ前記軸方向に係合可能な係合部を有して前記焼き嵌めチャックにおける周方向の溝に一部が嵌入した状態で前記焼き嵌めチャックの外周に着脱可能であり、
前記焼き嵌めチャックが前記チャック挿入孔に嵌入され前記ホルダ本体に前記固定用ナットが螺合されてこれらが一体化された状態で、前記取り外し補助具が前記焼き嵌めチャックに装着され前記固定用ナットが緩められることにより前記凹状の周溝に前記係合部が収容され前記凹状の周溝が前記係合部を押圧して前記焼き嵌めチャック本体が前記チャック挿入孔から抜き出されるように構成された
ことを特徴とする焼き嵌め式工具ホルダ。 - 前記チャック挿入孔は、
その奥に内径が一定であるストレート部と、
前記チャック挿入孔の開口に向けて内径が一定の割合で大きくなるテーパ部と、を有し、
前記焼き嵌めチャックは、
前記工具挿入孔の開口とは逆側の端部に外径が一定であって前記ストレート部を軸方向に摺動可能な円筒部と、
前記円筒部と前記段との間に前記段に向けて前記テーパ部の内径の増加割合と同一の割合で外径が増加するテーパ面部と、を有する
請求項1に記載の焼き嵌め式工具ホルダ。 - 前記固定用ナットは、
前記押圧部における内側側面にプレーンベアリングを有する
請求項1または請求項2に記載の焼き嵌め式工具ホルダ。 - 前記チャック挿入孔は、
前記ストレート部と前記テーパ部とが直接接続されている
請求項2または請求項3に記載の焼き嵌め式工具ホルダ。
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