JP6236693B2 - ホルダ装置 - Google Patents

Description

切削加工に用いる回転工具等の軸部材を保持するホルダ装置であって、回転工具のホルダ装置に対する相対回転および抜出しを規制でき、しかも、回転工具を回転軸芯の方向に沿って位置調節できるホルダ装置に関する。

従来、この種のホルダ装置には、加工時の負荷などによって刃具がホルダ装置の回転軸芯方向に変位し、あるいは、刃具がホルダ装置に対して相対回転してしまう問題があった。
上記の問題に対応した技術としては、例えば以下の特許文献１及び特許文献２に示すものがある。

特許文献１に記載のホルダ装置では、ホルダ装置の回転中心部に設けた透孔に刃具を挿入し、ホルダ装置の側に設けられたツールドライバに刃具を固定する。ツールドライバは、ドライバピンによってホルダ装置側の嵌合雌部に相対回転不能に嵌合されている。さらに、ホルダ装置の軸芯上に組み込まれたアジャストスクリューによってツールドライバの前後位置を変更することができる。これにより、ホルダ装置に対する刃具の相対回転を規制すると同時に刃具の突出長さを調節している。

特許文献２に記載のホルダ装置は、チャック内に設けたボール頭部を有するロッキング要素と刃具端部に設けたロッキング溝とを係合させる構成の工具の脱出防止部を備えている。さらに、前記脱出防止部は、刃具の回転方向と逆方向、即ち、刃具の緩み方向に向けてロッキング作用が発揮されるよう螺旋状あるいはＬ字状に構成することにより、刃具のホルダ装置に対する回転軸芯方向への変位及び相対回転を防止している。

特開２００１−２８７１３５号公報（〔００１１〕乃至〔００１４〕） 特表２００９−５３３２３４（〔０００７〕乃至〔００１３〕）

上記特許文献１に記載のホルダ装置では、ツールドライバの位置をアジャストスクリューで調節可能である。ただし、刃具を固定したツールドライバは、ホルダ本体の内部においてツールドライバがさらに押し込まれるのを防止するように、ツールドライバの基部が単に受け止め固定されているだけである。つまり、ツールドライバはホルダ装置の軸芯方向には拘束されていないため、コレットによる刃具の把持力が損なわれた場合に刃具が抜け出す可能性がある。
上記特許文献２に記載のホルダ装置では、刃具はホルダ装置に対して、回転軸芯方向にも回転方向にも変位を規制されている。しかし、ホルダ装置と刃具とが専用品同士でなければ使用できないものとなってしまう。
また、規格品の刃具に前記ロッキング溝を追加工する必要もあり、入手性や費用的な問題は残る。
そこで、本発明は、刃具の回転および抜け出しを確実に阻止し、多様な刃具に対応して突出長さを調整可能なホルダ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るホルダ装置の特徴構成は、軸部材を把持するホルダ本体と、
前記軸部材の回転および抜け出しを規制するように前記軸部材の根元側端部を係合保持し、前記ホルダ本体に回転不能に内挿保持される係合部材と、
前記係合部材と前記ホルダ本体とを連結すると共に、前記ホルダ本体の回転軸芯の方向に前記ホルダ本体と前記係合部材との位置を調節可能な調節部材とを備え、
前記調節部材が、前記ホルダ本体に螺合する第１ネジ部と、前記係合部材に螺合し、前記第１ネジ部と緒元の異なる第２ネジ部とを備え、前記調節部材の回転操作により前記調節部材に対して前記ホルダ本体と前記係合部材とを前記回転軸芯の方向に沿って相対移動させて前記ホルダ本体に対する前記軸部材の突出長さを調節する点にある。

本構成のように、ホルダ本体に対して係合部材の位置を調節する調節部材を、ホルダ本体と係合部材とを連結する状態に設けておくことで、加工作業中に工具に対して作用する押込み力および引抜き力の双方に抵抗可能となる。したがって、軸部材の保持力が低下した場合や切削力が大きくなった場合でも、軸部材は係合部材を介してホルダ本体に拘束され、相互の位置関係が変化のない状態を維持することができる。

また、係合部材とホルダ本体とが調節部材で連結されているので、調節部材の操作によってホルダ本体に対する係合部材の位置を回転軸芯の両方向への調節が容易となる。その結果、軸部材の突出調節が迅速なものとなる。

さらに、係合部材がホルダ本体と別部品で構成されているので、把持する軸部材の形状に応じた係合部材に着脱交換が可能となり、入手性が良く安価な規格品の刃具も使用可能となり、軸部材である刃具の選択範囲が大幅に広がる。

ホルダ本体に回転不能に保持される係合部材は、前記係合部材の外面に、前記回転軸芯の方向に沿う姿勢のガイド溝が形成され、前記ガイド溝に係合するガイド凸部が前記ホルダ本体の内部に備えられるものであってもよい。

本構成であれば、係合部材の表面に特段の突起部を形成する必要がない。一方、ホルダ本体の内部には、ガイド溝が係合できるだけの僅かな凸部を形成すれば足りるから、前記ガイド凸部の形成も容易となる。よって、操作が簡単で合理的な回転規制部を構成することができる。

また、本構成であれば、ホルダ本体に対する係合部材の位置調節を調節部材のみの操作で行うことができる。また、係合部材に作用する押込み力あるいは引抜き力がホルダ本体に伝達される際には調節部材のネジ部を介するから、ネジ溝の全体で伝達力を分担することとなる。よって、調節部材ひいてはホルダ装置全体をコンパクトに構成することができる。また、係合保持部が異なる軸部材にも簡単に対応することができる。

第１実施形態に係るホルダ装置の分解斜視図 第１実施形態に係るホルダ装置の断面図 第１実施形態に係る係合部材とホルダ本体との固定要領を示す断面図 第１実施形態に係る刃具と係合部材との固定要領を示す分解斜視図 第２実施形態に係る係合部材とホルダ本体との固定要領を示す断面図 別実施形態に係る刃具と係合部材との固定要領を示す分解斜視図 別実施形態に係る刃具と係合部材との固定要領を示す分解斜視図

〔概要〕
本実施形態に係るホルダ装置Ｈは、例えば各種エンドミルやドリル等の工具の軸部材１を把持するものである。当該分野において、特に、アルミニウムやステンレス、チタン等のいわゆる難削材を加工する場合、さらには、効率化のために切込み深さを大きくしたり、加工速度を上げる場合には、軸部材１には大きなトルクが掛かる。本実施形態のホルダ装置Ｈは、仮に大きなトルクがかかった場合や軸部材１の把持力が低下した場合でも、軸部材１がホルダ装置Ｈから抜け出さず、また、ホルダ装置Ｈとの一体回転を維持する機能を備えるものである。
以下、本実施形態に係るホルダ装置Ｈを図面を参照しつつ説明する。

〔チャック部〕
図１には、本実施形態に係るホルダ装置Ｈの分解斜視図を示す。また、図２には、ホルダ装置Ｈの断面図を示す。
図１および図２に示すように、軸部材１は、ホルダ装置Ｈの先端に設けられたコレット２により把持される。コレット２は、ホルダ装置Ｈを構成するホルダ本体３の先端側からホルダ本体３の内部に挿入装着されている。コレット２の外周側にはチャック部５が設けられている。チャック部５のさらに外周側には多数のローラベアリング４を介してナット部材６が設けられている。

尚、ホルダ装置Ｈは、各種方式のものを利用可能である。例えば、油圧でコレット２を縮径させるものや、軸部材１の外径より小さい内径を備えたコレット２を加熱する焼嵌め式のものであってもよい。また、コレット２を省略して、ホルダ本体３により軸部材１を把持するものであってもよい。

〔係合部材〕
軸部材１は、通常、上記チャック部５により把持されるだけで十分である。しかし、難削材を加工する場合や、特に高効率の加工を行うべく軸部材１を深切込み、高速回転あるいは高速送りさせる場合には、加工精度が低下するおそれがある。つまり、軸部材１のうちコレット２から突出した部分の基部に曲げモーメントが作用したり、軸部材にかかる切削負荷により、チャック部５材に対する軸部材１の抜け出しや相対回転が生じるからである。

これを防止するために、本実施形態では、軸部材１の基端部と一体化する係合部材７をホルダ本体３の収容部３１に内装してある。
図１乃至図４に示す如く、係合部材７は筒状の部材である。一方には、軸部材１を挿入固定する固定孔７１を設け、一方には雌ネジ部７７を設けてある。

係合部材７に対する軸部材１の固定要領を図４に示す。この例では、軸部材１の基端部には数条の螺旋溝１１が形成してあり、固定孔７１の内周面には当該螺旋溝１１に係入して軸部材１を固定する固定用凸部７２を設けてある。この固定用凸部７２は、係合部材７の壁部７３に形成した雌ネジ部７４に、雄ネジ状に形成した固定用凸部７２を螺入させ、この固定用凸部７２の頭部を固定孔７１の内面７５から突出させたものである。
尚、固定用凸部７２の構成はこの例に限られるものではなく、例えば固定孔７１の内面７５に同様の突起を一体成形してもよい。

軸部材１に設けた螺旋溝１１の螺旋方向は、ホルダ装置Ｈが回転駆動される際に、軸部材１がホルダ本体３から抜け出ない方向に設定する。固定孔７１の奥には、軸部材１の基端部と当接する底部７６を形成してある。これにより、軸部材１は係合部材７に対して回転規制され且つ抜け止め規制された状態で取り付けられる。

係合部材７の他方の端部には、回転軸芯Ｘの方向に沿った位置調節用の雌ネジ部７７が形成してある。この雌ネジ部７７には、図１及び図３に示すように軸芯Ｘの方向に沿った係合部材７の位置調節を行う調節部材８が取り付けられる。本実施形態の調節部材８は、一対の逆ネジ部を備えている。一方は、係合部材７の位置調節用の雌ネジ部７７に螺合する第１ネジ部８１であり、他方は、ホルダ本体３の収容部３１の底部３２に設けた雌ネジ部３３に螺合する第２ネジ部８２である。

この調節部材８によって係合部材７の位置調節を行うには、予め調節部材８と係合部材７とを、ホルダ本体３に対して所定の位置関係で装着しておく必要がある。具体的には、図３に示すように、まず、ホルダ本体３の収容部３１に調節部材８を装入し、ホルダ本体３に形成した位置調節用の雌ネジ部３３に調節部材８の第２ネジ部８２を軽く螺合させておく。ホルダ本体３の雌ネジ部３３は、ホルダ本体３の底部３２に形成した貫通孔３４に連続して形成されており、調節部材８は、この貫通孔３４を介してドライバー等で操作可能である。この状態で、収容部３１に係合部材７を装入し、係合部材７の雌ネジ部７７を調節部材８の第１ネジ部８１に位置合わせする。続けて、調節部材８を回転させ、調節部材８の第２ネジ部８２をホルダ本体３の雌ネジ部３３に螺入させると共に、調節部材８の第１ネジ部８１を係合部材７の雌ネジ部７７に螺入させる。ドライバーの操作により、軸部材１の先端がコレット２の先端から所定の長さだけ突出するように係合部材７の位置を調節する。

係合部材７の外表面７８には、図２および図４に示すように、回転規制用のガイド溝７９が形成してある。このガイド溝７９は、係合部材７の周方向に沿って少なくとも一つ形成する。本実施形態では、互いに径方向に対向した位置に２箇所のガイド溝７９を設けてある。
尚、図２乃至図３および後述の図５においては、固定用凸部７２とガイド溝７９との機能を理解し易くするためにこれらの部材が同一平面にあるように表示している。しかし、実際には、図４に示すように固定用凸部７２とガイド溝７９とを外周方向に沿って異なる位置に設けてある。このように係合部材７に対して固定用凸部７２等の加工部位を分散配置することで係合部材７の強度をより確保することができる。ただし、図２乃至図３のように構成しても実用上特に問題は生じない。

一方、ホルダ本体３の収容部３１を形成する内壁３５にはガイド溝７９に係入するガイド凸部９を設けてある。このガイド凸部９の側面には、ホルダ本体３に形成した雌ネジ部３６に螺入するための雄ネジ部９１を形成してある。このようにガイド凸部９とガイド溝７９とを形成することで、調節部材８との供回りを防いで位置調節を可能としながら、軸部材１を用いた加工時にはホルダ本体３に対する係合部材７の回転が規制される。

このように、係合部材７の外面にガイド溝７９を形成し、収容部３１の内壁３５にガイド凸部９を設けることで、係合部材７の表面に特段の突起部を形成しなくて済む。仮に、係合部材７の外面にガイド凸部９を形成することとすれば、収容部３１の入口から係合部材７の定位置となる奥の部位までガイド凸部９を回避する溝部などを形成しなければならない。しかし本構成ではそのような構成は不要となる。

一方、ホルダ本体３の内部である収容部３１にガイド凸部９を形成する場合にも、前記ガイド溝７９が係合できるだけの僅かな凸部を収容部３１の内壁３５に形成するだけで足り、上記のごとくネジ状のガイド凸部９を螺入させる構成が実現する。このように本構成であれば、係合部材７の回転規制部をより合理的に構成することができる。

係合部材７は、ホルダ本体３の収容部３１に内装されるが、係合部材７の外表面７８と収容部３１を形成する内壁３５との間には所定の隙間を設けてある。これは、把持される軸部材１の回転軸芯Ｘが偏心するのを防止するためである。軸部材１の回転軸芯Ｘは、軸部材１がコレット２に把持されることでほぼ決定される。仮に、係合部材７と収容部３１の内壁３５との間に隙間がないとすれば、軸部材１には、コレット２の把持による芯出し作用と、係合部材７の把持による芯出し作用とが付与される。この場合、加工誤差等のためにコレット２の軸芯Ｘと係合部材７の軸芯Ｘとが一致していないと、軸部材１には曲げ力が加わることになり、ホルダ本体３に対して軸部材１の同芯度及び同軸度が悪くなる。
また、調整部材８の第１ネジ部と第２ネジ部、対する係合部材７の雌ネジ部７７とホルダ本体３の雌ネジ部３３の同芯度、同軸度により収容部３１に対して偏心、傾斜することになる。
即ち、本実施形態の係合部材７は、軸部材１の回転軸芯Ｘには影響を及ぼすことなく、軸部材１のホルダ本体３に対する相対回転規制効果および抜け止め効果を発揮し、かつ、ホルダ本体３に対する軸部材１の突出長さの調節を容易にする。

〔第２実施形態〕
図５には第２実施形態に係る係合部材７のホルダ本体３に対する固定要領を示す。
本実施形態では、調節部材８として、第１ネジ部８１と第２ネジ部８２とのネジ方向が同じで、ピッチが異なるものを利用する。図５に示すように、ホルダ本体３の収容部３１には、係合部材７およびコレット２の挿入に先立って調節部材８を装着しておく。ホルダ本体３に螺合する第２ネジ部８２のネジピッチは、係合部材７に螺合する第１ネジ部８１のネジピッチよりも小さく設定してある。よって、係合部材７を取り付ける前の第２ネジ部８２の初期位置は、貫通孔３４の側に深く入り込んだ位置となる。このため、第１ネジ部８１の外径寸法は、第２ネジ部８２の外径寸法よりも小さく構成しておき、図５の初期状態において、第１ネジ部８１が貫通孔３４の側に引退可能にする。

続けて係合部材７を収容部３１に挿入し、調節部材８の第１ネジ部８１に軽く当接させた状態で、貫通孔３４から工具を差し込み、調節部材８を回転させる。これにより、調節部材８はホルダ本体３の内部から収容部３１の側に移動し、同時に係合部材７が収容部３１の底部３２の側に引き込まれる。このようにして軸部材１がコレット２の先端から所定量だけ突出するように調節部材８を操作する。

〔その他の実施形態〕
図６には、係合部材７に対する軸部材１の取付態様についての別実施形態を示す。
本別実施形態では、係合部材７の固定孔７１の内面に、軸部材１の抜け止め機能を発揮する抜止凸部７０１を形成し、これとは別に、軸部材１の回転規制を行う回転止め凸部７０２を設ける。
一方、軸部材１の基端部には、前記抜止凸部７０１に係合する抜止係止用溝部１２を周方向に沿って環状に設けると共に、軸部材１を固定孔７１に挿入する際に、抜止凸部７０１との干渉を避けるよう回転軸芯Ｘと平行な平面部１３が形成してある。この平面部１３は、軸部材１の挿入が完了したのち、軸部材１をホルダ本体３に対して加工時の回転方向と反対に回転させることで、回転止め凸部７０２に当接させることができる。

尚、平面部１３を形成しただけでは、軸部材１を挿入したのち回転止め凸部に平面部１３を当接させるための回転角は僅かとなる。つまり、抜止凸部７０１も回転止め凸部７０２も、軸部材１を挿入する際には何れも平面部１３と干渉しないことが必要であるから、双方の凸部７０１，７０２は周方向の略同じ位置に形成されることとなる。この結果、軸部材１を僅かに回転させただけで回転止め凸部７０２が平面部１３に当接するため、抜止凸部７０１については軸部材１の抜止め係止用溝１２と十分に係合できない可能性がある。そのため、図６に示すように軸部材１がさらに回転可能となるよう、回転止め凸部７０２が進入できる回転止用溝部１４を平面部１３から延出させておいてもよい。このような回転止用溝部１４を形成すると、抜止凸部７０１と抜止め係止用溝１２との係合がより確実となって好ましい。ただし、勿論、回転止用溝部１４は形成しなくてもよい。

図７には、さらに別の軸部材１と係合部材７との固定要領を示す。
本別実施形態では、軸部材１の基端部に固定用の雄ネジ部１５が形成されている。これに対して係合部材７の固定孔７１には雌ネジ部７０３が形成してあり、軸部材１の端部が固定孔７１の底部７６に当接するまで軸部材１を螺入させることができる。軸部材１の雄ネジ部１５の螺旋方向は、軸部材１が加工のために回転する際に、軸部材１が係合部材７に対して締まる方向である。
本構成であれば、固定用の雄ネジ部１５および雌ネジ部７０３の全体が互いに当接して抜止効果および回転規制効果を発揮するから、強度的に有利な構成となる。
本構成に適用可能な規格品としては、例えば、ＤＩＮ １８３５−１（ｅｘｔｒａｃｔ） ＦｏｒｍＤ，ｔｈｒｅａｄｅｄ ｓｈａｎｋなどが挙げられる。

尚、図示は省略するが、コレット２と係合部材７は一体物であってもよい。この場合、係合部材７に対する軸部材１の挿入深さは一定となる。つまり、コレット部分の先端からの軸部材１の突出し長さが一定となるから、軸部材１の曲げ特性が一定となる。これにより、ワークの加工時における軸部材１の軸ブレ量が所定範囲に収まり、加工精度が安定なものとなる。また、本構成であれば、調節部材８を操作することで係合部材７と軸部材１とが一体に出退するから、上記軸ブレ量を一定に保持したままホルダ本体３に対する軸部材１の突出長さを設定することができる。本構成においても、コレット部分に該当する先端部の外径を、ガイド溝７９を形成する基端部の外径よりも大きく形成しておき、ホルダ本体３に対する把持は主に先端部で行うこととする。これにより、軸部材１の曲り変形が極力阻止され、加工精度のよいホルダ装置を得ることができる。

本発明に係るホルダ装置は、ドリルやエンドミルなどの回転工具を把持するホルダ装置に広く利用することができる。

１ 軸部材
２ コレット
３ ホルダ本体
７ 係合部材
７９ ガイド溝
８ 調節部材
８１ 第１ネジ部
８２ 第２ネジ部
９ ガイド凸部
Ｈ ホルダ装置
Ｘ 回転軸芯

Claims (1)

1. 軸部材を把持するホルダ本体と、
   前記軸部材の回転および抜け出しを規制するように前記軸部材の根元側端部を係合保持し、前記ホルダ本体に回転不能に内挿保持される係合部材と、
   前記係合部材と前記ホルダ本体とを連結すると共に、前記ホルダ本体の回転軸芯の方向に前記ホルダ本体と前記係合部材との位置を調節可能な調節部材とを備え、
   前記調節部材が、前記ホルダ本体に螺合する第１ネジ部と、前記係合部材に螺合し、前記第１ネジ部と緒元の異なる第２ネジ部とを備え、前記調節部材の回転操作により前記調節部材に対して前記ホルダ本体と前記係合部材とを前記回転軸芯の方向に沿って相対移動させて前記ホルダ本体に対する前記軸部材の突出長さを調節するホルダ装置。

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