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JP3169339B2 - 工具着脱装置 - Google Patents

工具着脱装置

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JP3169339B2
JP3169339B2 JP24260896A JP24260896A JP3169339B2 JP 3169339 B2 JP3169339 B2 JP 3169339B2 JP 24260896 A JP24260896 A JP 24260896A JP 24260896 A JP24260896 A JP 24260896A JP 3169339 B2 JP3169339 B2 JP 3169339B2
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Japan
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ring
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tapered portion
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鉄生 杉村
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Kuroda Precision Industries Ltd
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Kuroda Precision Industries Ltd
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Publication date
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    • B23B31/02—Chucks
    • B23B31/10—Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/113—Retention by bayonet connection
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)
  • Gripping On Spindles (AREA)
  • Milling Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸に
工具を着脱するための工具着脱装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の工具着脱装置としては、
例えば実開昭５３−１４４５８６号公報、特開昭５７−
１０７７４７号公報、特開平６−１３４６０８号公報等
に開示されたものが知られている。実開昭５３−１４４
５８６号公報の工具着脱装置では、ホルダ本体が主軸に
ねじによって締め付けられるようになっている。また、
特開昭５７−１０７７４７号公報の工具着脱装置では、
操作性の向上が図られている。
【０００３】そして、特開平６−１３４６０８号公報の
工具着脱装置では、例えば図１２に示すように主軸１に
は本体２が着脱自在に装着され、本体２には操作部３と
工具取付部４が設けられている。また、図１３に示すよ
うに操作部３では、爪部５ａを有する第１の環部材５が
本体１のフランジ部２ａの外周に設けられ、この第１の
環部材５の外周には第２の環部材６が設けられている。
本体２のテーパ部２ｂと、第１の環部材５のストレート
部５ｂと、第２の環部材６のテーパ部６ａとの間にボー
ル７が配置され、環部材５、６は圧縮ばね８、９により
主軸１側へそれぞれ付勢されている。
【０００４】これにより、第２の環部材６のテーパ部６
ａがボール７を本体２のテーパ部２ｂと第１の環部材５
のストレート部５ｂの間に押し込むことにより、第１の
環部材５を工具Ｔ側に押圧すると共に本体２を主軸１側
に押圧し、本体２のフランジ部２ａと第１の環部材５の
爪部５ａが主軸１の係止部１ａに密接し、主軸１と本体
２の固定力が向上するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例のうちの特開昭５７−１０７７４７号公報の工
具着脱装置は、操作性を実開昭５３−１４４５８６号公
報の工具着脱装置よりも向上させることが可能である
が、軸方向の耐荷重性を実開昭５３−１４４５８６号公
報の工具着脱装置よりも劣化させ、本体に引張力が加わ
った場合には、被加工物に対する軸方向の寸法精度が安
定しなかったり、本体に高周波振動が発生したり、機械
主軸や本体が容易に摩耗したりするという問題点を有し
ている。
【０００６】また、特開平６−１３４６０８号公報の工
具着脱装置は、主軸１に本体２を装着する際に、工具取
付部４を保持して本体２を押し込む必要があるため、工
具取付部４に取り付けた工具Ｔが危険となる虞れがあ
る。更に、本体２の回転によりボール７に遠心力が作用
するため、本体２のテーパ部２ｂに対するボール７の押
圧力が減少し、本体２のフランジ部２ａと第１の環部材
５の爪部５ａが主軸１の係止部１ａに密接する力が弱ま
り、本体２が軸方向に移動してしまう虞れもある。
【０００７】本発明の目的は、上述した問題点を解消
し、主軸にホルダ本体を容易、安全かつ強固に装着し得
る工具着脱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る工具着脱装置は、前部に工具を保持し後
部を機械主軸の嵌合孔に嵌合し中間部にフランジ部を有
するホルダ本体と、前記フランジ部の前方の外周に摺動
自在に設けた第１の操作環と、該第１の操作環の外周に
スペーサを介して設け前記機械主軸の係止部に係止する
係止爪を有する第２の操作環と、前記第１の操作環を後
方に付勢する付勢手段とを備えた工具着脱装置であっ
て、前記フランジ部には上下の切欠きと左右の切欠きを
設け、前記第１の操作環の後部には後方に向かって内方
に傾斜する第１のテーパ部を設けると共に、該第１のテ
ーパ部の後部には前記左右の切欠きを通って前記機械主
軸のキー溝に嵌合するキー部を設け、前記スペーサの前
部には軸方向に略直角な前面を設けると共に後部には前
記上下の切欠きに嵌合する突起を設け、前記第２の操作
環の内面前部には前方に向かって内方に傾斜する第２の
テーパ部を設け、前記第１の操作環の第１のテーパ部と
前記スペーサの前面と前記第２の操作環の第２のテーパ
部との間に多数の転動部材を配置したことを特徴とす
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明を図１〜図１１に図示の実
施例に基づいて詳細に説明する。図１は工作機械の主軸
１１と共に示す第１の実施例の部分断面図、図２は右側
面図、図３は分解斜視図であり、主軸１１にはホルダ本
体１２が着脱されるようになっている。ホルダ本体１２
の前部つまり主軸１１と反対側には、図示しない工具を
着脱するための工具着脱部１３が設けられ、ホルダ本体
１２の後部つまり主軸１１側には、工具の突出長を調節
するための工具長調節部１４が設けられ、ホルダ本体１
２の略中間部には、主軸１１にホルダ本体１２を着脱す
る際に操作する操作部１５が設けられている。
【００１０】主軸１１の軸心には、ホルダ本体１２を嵌
合する嵌合孔１１ａが設けられ、嵌合孔１１ａの開口部
はテーパ孔１１ｂとされている。主軸１１の先端部の外
周には環状溝１１ｃが形成され、この環状溝１１ｃの前
部は係止部１１ｄとされている。係止部１１ｄの前面は
ホルダ本体１２の後述するフランジ部の後面が当接する
当接面１１ｅとされ、係止部１１ｄの後面は後述する係
止爪が係止する係止面１１ｆとされている。そして、係
止部１１ｄの左右側には２個のキー溝１１ｇが設けられ
ている。
【００１１】図４に示すようにホルダ本体１２には、主
軸１１の嵌合孔１１ａに嵌合する嵌合部２１と、主軸１
１のテーパ孔１１ｂに嵌合するテーパ部２２と、主軸１
１の当接面１１ｅに当接するフランジ部２３と、後述す
るストッパを嵌合するストッパ溝２４とが後部から順次
に設けられている。テーパ部２２を設けることにより振
れに対する精度の向上が図られ、図５に示すようにフラ
ンジ部２３には、上下の２個の浅い切欠き２５ａと、左
右の２個の深い切欠き２５ｂとが形成されている。そし
て、ホルダ本体１２の軸心の後部には縦構２６ａを備え
たストレート孔２６が形成され、前部にはテーパ孔２７
が設けられている。
【００１２】なお、ホルダ本体１２の軸方向の位置は、
フランジ部２３の後面２３ａと主軸１１の当接面１１ｅ
の当接により決定されるか、テーパ部２２とテーパ孔１
１ｂの嵌合により決定されるようになっている。従っ
て、フランジ部２３の後面２３ａと当接面１１ｅの当接
により、ホルダ本体１２の軸方向位置が決定される構造
では、テーパ部２２とテーパ孔１１ｂは不要となる。
【００１３】工具着脱部１３は例えばコレットチャック
とされ、ホルダ本体１２のテーパ孔２７にコレット３１
が嵌合されると共に、ホルダ本体１２の外周にはナット
３２が螺合されている。コレット３１は連結環３３とボ
ール３４によりナット３２に連結され、ナット３２の回
転によってコレット３１が軸方向に駆動され、ドリル、
エンドミル等の工具がコレット３１に保持されるように
なっている。
【００１４】工具長調節部１４では、ストレート孔２６
に摺動部材３５が嵌合され、摺動部材３５は縦溝２６ａ
に嵌合したキー３６によって回転が規制されている。摺
動部材３５の前部には切欠き３５ａが形成され、工具の
後端が切欠き３５ａに嵌合されることにより工具の回転
が規制されるようになっている。そして、ストレート孔
２６、摺動部材３５の後方には、ねじ３７と止め輪３８
が順次に取り付けられている。
【００１５】図６、図７及び図８に示すように、ホルダ
本体１２のフランジ部２３の前方には第１の操作環４１
が軸方向に摺動自在に設けられている。第１の操作環４
１の内周面の前部には周溝４１ａが形成され、この周溝
４１ａ内には圧縮ばね４２が配置されている。圧縮ばね
４２の前部は、ストッパ溝２４に嵌着されたストッパ４
３により位置決めされ、第１の操作環４１は圧縮ばね４
２により後方に付勢されている。
【００１６】第１の操作環４１には、後方に向かって内
方に傾斜するテーパ部４４が延設され、このテーパ部４
４にはストレート部４５が延設されている。ストレート
部４５の後部の左右側には、フランジ部２３の深い切欠
き２５ｂを貫通して主軸１１のキー溝１１ｇに嵌合する
２個の駆動キー部４６が設けられている。これらの駆動
キー部４６は、ホルダ本体１２の嵌合部２１を主軸１１
の嵌合孔１１ａに嵌合した際に、駆動キー部４６がキー
溝１１ｇに整合しないときは、駆動キー部４６が主軸１
１の当接面１１ｅによって押圧され、第１の操作環４１
が圧縮ばね４２の付勢力に抗して前方に駆動されるよう
になっている。また、駆動キー部４６がキー溝１１ｇに
整合したときに、駆動キー部４６は圧縮ばね４２の復元
力によりキー溝１１ｇに嵌合し、主軸１１の回転力がホ
ルダ本体１２に伝達されるようになっている。
【００１７】第１の操作環４１の後方には、第２の操作
環５１がスペーサ５２、５３を介して設けられている。
第２の操作環５１の後部には、主軸１１の係止部１１ｄ
に係止する上下の２個の係止爪５４が設けられている。
第２の操作環５１の内面中央部には、第１の鋼球５５の
略半分を嵌合する上下の２個の嵌合孔５６が形成され、
第２の操作環５１の内面前部には、前方に向かって内方
に傾斜するテーパ部５７が形成されている。
【００１８】スペーサ５２、５３同士は左右に対称とさ
れ、第１の操作環４１の駆動キー部４６の幅を逃がして
環状を形成するようになっている。スペーサ５２、５３
にはフランジ部２３の浅い切欠き２５ａに嵌合する突起
５２ａ、５３ａがそれぞれ形成されている。これらの突
起５２ａ、５３ａの近傍のスペーサ５２、５３の外面に
は、第１の鋼球５５の略半分を嵌合する長溝５２ｂ、５
３ｂがそれぞれ形成されている。長溝５２ｂ、５３ｂの
長手方向は軸方向とされ、第２の操作環５１は長溝５２
ｂ、５３ｂの範囲において軸方向に移動可能とされてい
る。また、突起５２ａ、５３ａがフランジ部２３の切欠
き２５ａに嵌合することより、スペーサ５２、５３の回
転が規制され、第１の鋼球５５が嵌合孔５６に嵌合する
ことにより、第２の操作環５１の回転が規制されてい
る。
【００１９】ここで、第１の操作環４１のテーパ部４４
と、第２の操作環５１のテーパ部５７と、スペーサ５
２、５３の前面５２ｃ、５３ｃとの間には、多数の第２
の鋼球５８が環状に配列されている。そして、これらの
鋼球５８が切欠き２５ｂから後方に抜け出すことを防止
するため、第１の操作環４１のストレート部４５にはス
トッパ５９がスプリングピン６０により固定されてい
る。なお、第２の鋼球５８は、径方向に移動自在であれ
ばコロ形状、楔形状等とすることも可能である。また、
ストッパ５９は第１の操作環４１の操作によって鋼球５
８の配列が乱されることがないように固定される必要が
ある。
【００２０】このような構成により、主軸１１にホルダ
本体１２を装着する際には、第２の操作環５１を把持
し、その係止爪５４を主軸１１のキー溝１１ｇに挿通し
得るようにホルダ本体１２を回転し、ホルダ本体１２の
嵌合部２１を主軸１１の嵌合孔１１ａに嵌合する。これ
により、係止爪５４がキー溝１１ｇを通過して環状溝１
１ｃ内に進入し、第１の操作環４１の駆動キー部４６の
後面４６ａが主軸１１の当接面１１ｅにより押圧され、
第１の操作環４１は圧縮ばね４２を圧縮させながら前方
に摺動する。この状態でホルダ本体１２を任意の方向へ
９０度だけ回転させると、第１の操作環４１の駆動キー
部４６は、キー溝１１ｇに整合した後に圧縮ばね４２の
復元力によってキー溝１１ｇに嵌合する。
【００２１】同時に図９に示すように、第１の操作環４
１が後方に摺動する際に、第２の鋼球５８がテーパ部４
４に乗り上がり、第２の操作環５１のテーパ部５７とス
ぺーサ５２、５３の前面５２ｃ、５３ｃとの間に押し入
るようになる。これにより、第２の操作環５１が前方に
移動すると共に、スぺーサ５２、５３が後方に移動し、
第２の操作環５１の係止爪５４とホルダ本体１２のフラ
ンジ部２３とが主軸１１の係止部１１ｄを強く挟持す
る。そして、ホルダ本体１２が回転した際には、第２の
鋼球５８に径方向の遠心力F1が作用し、その分力F2がテ
ーパ部５７を更に強く押圧し、フランジ部２３と係止爪
５４が係止部１１ｄをより強い力で挟持する。
【００２２】一方、主軸１１からホルダ本体１２を取り
外す際には、第１の操作環４１を圧縮ばね４２に抗して
前方へ摺動させることにより、第１の操作環４１の駆動
キー部４６を主軸１１のキー溝１１ｇから外し、その後
にホルダ本体１２を任意の方向に９０度だけ回転させ
る。これにより、第２の操作環５１の係止爪５４と主軸
１１のキー溝１１ｇが整合するため、ホルダ本体１２を
主軸１１から引き抜くことが可能となる。
【００２３】このように、第１の実施例では特別な工具
を使用することなく主軸１１にホルダ本体１２を押し込
み、９０度だけ回転するだけで主軸１１にホルダ本体１
２を装着できるので、その操作を簡単に行うことが可能
となる。また、操作部１５を把持して主軸１１にホルダ
本体１２を押し込むので、工具による負傷を防止でき
る。
【００２４】また、第１の操作環４１のテーパ部４４
と、第２の操作環５１のテーパ部５７と、スペーサ５
２、５３の前面５２ｃ、５３ｃとの間に第２の鋼球５８
を配置すると共に、圧縮ばね４２の付勢力により剛球５
８を外方に押圧するようにしたので、第２の操作環５１
を前方に押圧すると共にスペーサ５２、５２を後方に押
圧することにより、第２の操作環５１の係止爪５４とホ
ルダ本体１２のフランジ部２３とによって主軸１１の係
止部１１ｄを強く挟持することができ、主軸１１にホル
ダ本体１２を強固に装着することが可能となる。
【００２５】更に、ホルダ本体１２が回転した際に、第
２の鋼球５８が遠心力によって第２の操作環５１と、ス
ペーサ５２、５３をより強い力で押圧するので、主軸１
１にホルダ本体１２をより強固に装着することが可能と
なる。この際に、多数の第２の鋼球５８を配置したの
で、１個当りの鋼球５８に対する負荷を減少させること
ができ、テーパ部４４やテーパ部５７に圧痕が発生する
ことを防止できる。
【００２６】従って、この第１の実施例は主軸１１にホ
ルダ本体１２を強固に装着することができるので、軸方
向の寸法精度を安定させることができると共に高周波振
動の発生を防止でき、主軸１１やホルダ本体１２の摩耗
等を防止することが可能となる。また加工不良を防止
し、工具の寿命を向上させ、保守時間を短縮することが
できるので、コストの削減に貢献できる。更に、高速回
転に対応できるので、加工能率を向上させることが可能
となる。
【００２７】そして、第１の操作環４１のテーパ部４４
と、第２の操作環５１のテーパ部５７との傾斜角を変化
させることにより、圧縮ばね４２の設定荷重に対して本
体１２の主軸１１への取付荷重を数倍にすることが可能
となる。逆に、ホルダ本体１２に引張力が加わった場合
でも、圧縮ばね４２に加わる荷重は数分の一で済むた
め、耐引張力を向上させることができる。
【００２８】図１０は第２の実施例の要部断面図であ
り、第１の実施例と同様な第１の操作環４１と第２の操
作環５１の外面には、第３の操作環６１が設けられてい
る。また図１１に示すように、第２の操作環５１の外面
前部には軸方向に向かい後縁に開口するキー溝５１ａが
形成され、第３の操作環６１の内面には、第２の操作環
５１のキー溝５１ａに嵌合するキー部６１ａが形成され
ている。そして、第３の操作環６１の回転方向はキー溝
５１ａとキー６１ａの大きさによって規制され、軸方向
はキー溝５１ａとキー６１ａの長さによって規制される
ようになっている。
【００２９】この第２の実施例では、第１の実施例と同
様な効果を得ることができる上に、第３の操作環６１を
前方に摺動させることにより、第１の操作環４１を操作
することが可能となり、第１の操作環４１と第２の操作
環５１を１個の部材で操作することができる。
【００３０】なお、上述した第１、第２の実施例では、
工具長調節部１４の摺動部材３５に切欠き３５ａを設け
たが、回り止めのないドリルを使用する場合には切欠き
３５ａを設ける必要はない。また、第１の操作環４１に
ストッパ５９をスプリングピン６０により固定したが、
第１の操作環４１をフライス盤等によって形成すれば、
ストッパ５９を一体に成形することが可能となり、別部
材としてのストッパ５９やピン６０を不要とすることが
できる。
【００３１】更に、以上説明した形は主軸１１が多軸機
械のようにストレート形の場合であり、ホルダ本体１２
の後端にテーパシャンクを設けることにより、マシニン
グセンタにも適応させることが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る工具着
脱装置は、第２の操作環を把持してホルダ本体を機械主
軸に着脱できるので、その操作を簡単に行うことが可能
となる。また、第２の操作部を把持して機械主軸にホル
ダ本体を押し込むので、工具による負傷を防止できる。
【００３３】更に、第１の操作環が付勢手段の付勢力に
よって後方に摺動した際に、第１の操作環が転動部材を
外方に押圧し、転動部材がスペーサを後方に押圧すると
共に第２の操作環を前方に押圧するので、機械主軸にホ
ルダ本体を強固に装着することが可能となる。
【００３４】そして、ホルダ本体が回転した際の転動部
材の遠心力によって、転動部材がスペーサを後方により
強く押圧すると共に第２の操作環を前方により強く押圧
するため、主軸にホルダ本体をより強固に装着すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機械主軸と共に示す第１の実施例の部分断面図
である。
【図２】右側面図である。
【図３】分解斜視図である。
【図４】ホルダ本体の部分断面図である。
【図５】ホルダ本体の右側面図である。
【図６】図２のＡ−Ａ線に沿って切断した部分断面図で
ある。
【図７】図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した部分断面図で
ある。
【図８】図２のＣ−Ｃ線に沿って切断した部分断面図で
ある。
【図９】作用説明図である。
【図１０】第２の実施例の要部断面図である。
【図１１】部分拡大図である。
【図１２】従来例の正面図である。
【図１３】従来例の部分断面図である。
【符号の説明】
１１ 機械主軸 １２ ホルダ本体 １３ 工具着脱部 ２１ 嵌合部 ２３ フランジ部 ２５ａ 浅い切欠き ２５ｂ 深い切欠き ４１ 第１の操作環 ４２ 圧縮ばね ４４ テーパ部 ４６ 駆動キー部 ５１ 第２の操作環 ５２、５３ スペーサ ５４ 係止爪 ５７ テーパ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23B 31/113 B23B 31/117 B23B 51/00 B23C 5/26 B23Q 3/12

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前部に工具を保持し後部を機械主軸の嵌
    合孔に嵌合し中間部にフランジ部を有するホルダ本体
    と、前記フランジ部の前方の外周に摺動自在に設けた第
    １の操作環と、該第１の操作環の外周にスペーサを介し
    て設け前記機械主軸の係止部に係止する係止爪を有する
    第２の操作環と、前記第１の操作環を後方に付勢する付
    勢手段とを備えた工具着脱装置であって、前記フランジ
    部には上下の切欠きと左右の切欠きを設け、前記第１の
    操作環の後部には後方に向かって内方に傾斜する第１の
    テーパ部を設けると共に、該第１のテーパ部の後部には
    前記左右の切欠きを通って前記機械主軸のキー溝に嵌合
    するキー部を設け、前記スペーサの前部には軸方向に略
    直角な前面を設けると共に後部には前記上下の切欠きに
    嵌合する突起を設け、前記第２の操作環の内面前部には
    前方に向かって内方に傾斜する第２のテーパ部を設け、
    前記第１の操作環の第１のテーパ部と前記スペーサの前
    面と前記第２の操作環の第２のテーパ部との間に多数の
    転動部材を配置したことを特徴とする工具着脱装置。
  2. 【請求項２】 前記上下の切欠きと左右の切欠きの深さ
    が異なるようにした請求項１に記載の工具着脱装置。
  3. 【請求項３】 前記スペーサには前記転動部材が前記左
    右の切欠きから抜け出ることを規制するストッパ部を一
    体又は別体に設けた請求項１又は２に記載の工具着脱装
    置。
  4. 【請求項４】 前記第１の操作環の第１のテーパ部の傾
    斜角度と、前記第２の操作環の第２のテーパ部の傾斜角
    度と、前記付勢手段の付勢力とを変化させることによ
    り、前記第２の操作環の係止爪の係止力を調整した請求
    項１〜３のうちの何れか１つの請求項に記載の工具着脱
    装置。
  5. 【請求項５】 前記第２の操作環の外周に第３の操作環
    を設け、前記第２の操作環の外面には軸方向に向かい後
    縁に開口するキー溝を形成すると共に、前記第３の操作
    環の内面には前記キー溝に嵌合するキー部を設けた請求
    項１〜４のうちの何れか１つの請求項に記載の工具着脱
    装置。
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