JPH01502969A - 工具ホルダ及びその工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 工具ホルダ　びその工具 本発明は工具ホルダ及びその工具に関し、特にしがし限定されるわけではないが 、フライス盤又はＣＮＣ工作機械のセンタのスピンドルに取付けるに好適な工具 ホルダ、または例えばボール盤、機械工具のタレット、レースのテールストック や携帯用ドリルなどのためのチャック状工具ホルダに関する。

添付した第１図及び第２図には、フライス盤又はＣＮＣ工作機械に使用される従 来型の工具ホルダの部分断面図が示されている。

第１図において、本体１０は機械のスピンドル（図示せず）に配置するテーバ状 シャンク１１を備えている。さらに本体１ｏはテーバ状シャンク１１と同軸の止 まりボア１２及び外側ねじ１３を備えている。ボア１２の止まり端部には、セン タ１４及び筒状ナツト１７上の回転止め突起１６のための位置決め凹所１５が設 けられている。ナツト１７はボア１２内に摺接状態に配置される。またスリーブ １８はボア１２内に摺接状態に収容される。スリーブ１８は内側テーパ面１９を 有し、この内側テーパ面１９はコレット２０の外側テーパ面９に係合する。コレ ット２ｏはスリットが形成されたスリーブ２１から成り、該スリーブは公知方法 により図示の左方より伸長し、反対端に達しない区域に終端を有している。クラ ンプナツト又はノーズキャップ２２が外側ねじ１３に螺合される。この種の工具 ホルダはストレートシャンク２４及び右側にねじ部２５を備えた工具２３を取付 けるために使用される。（図中右側にねじ部を備えた）端部２５はナツト１７内 に螺合され、ノーズキャップ２２に供給されたトルクにより、コレット２ｏの外 側テーパ面９がスリーブ１８の内側テーパ面１９に作用し、コレット２ｏがシャ ンク２４を把持する。

上記工具ホルダは、コレット２ｏとナツト１７の作用により、工具が回転し同軸 上の後退が生じないように構成される。しかしながら、工具に加えられた回転力 がコレットの把持摩擦力以上に大きくなり、スピンドルの回転方向がねじ部２５ の螺合方向と反対であるような場合には、工具がナツトから外れるおそれがあり 、これが１つの問題であった。さらに別の問題として、スリーブ１８とボア１２ の間の寸法公差により、ボア内でスリーブが半径方向に時々動くおそれがあった 。これにより場合によっては工具の「チャタリング」が生じ、製品の仕上げ精度 が悪化し、加工が不正確になるおそれがあった。

第２図は別の型の工具ホルダを示しており、ナツト１７が省略され、シャンクの ねじ部２５は直接コレット２０に螺合される。この場合、ノーズキャップ２２は スリーブ１８に係合し、スリーブ１８がコレットに接触している。しかしながら 第２図に示す工具ホルダによっても上述の問題点は解決されない。

工具が上述の通り使用時に回転した場合には、工具はシャンク２４のねじ部２５ のために軸方向にシフトし、予め機械取付具により慎重に選択されたセツティン グ位置が変わるおそれがある。かかる軸方向のシフトにより、加工が妨げられ工 具をリセットする必要が生しるため、軸方向のシフトが問題であることが明らが である。

本発明の課題は上記問題点を概ね回避可能な工具ホルダを提供するにある。

本発明のある態様によれば、テーパ面を有する工具シャンクを受容するための工 具ホルダであって；本体と、シャンクを本体上に保持するシャンク保持手段と、 そのシャンク保持手段に上記シャンクを把持させるための手段とから成り；上記 シャンク保持手段がシャンク係合面を含み、そのシャンク保合面が、使用時に、 工具ホルダからシャンクを引き抜く方向に傾斜するテーパ面を有する想像円錐面 に概ね沿うことを特徴とする工具ホルダが提供される。

本発明の別の態様によれば、テーパ面を有する工具シャンクを保持する工具ホル ダであって；その工具ホルダが、本体と、シャンクを本体上に保持するシャンク 保持手段と、そのシャンク保持手段にシャンクを把持させるための手段とから成 り；上記シャンクのテーパ面が工具の作業面方向に傾斜するテーパ面であること を特徴とする工具ホルダが提供される。

上記テーパ面によるシャンクの保持が上記問題点を克服するために非常に重要で ある。

本体にシャンク保持手段を収容するためのボアを形成することも可能である。

本発明のさらに別の態様によれば、テーパ面を有するシャンク、例えば工具シャ ンク、を受容するボアが形成された本体と、そのボア内のシャンク保持手段と本 体上のクランプ手段とから成り、このクランプ手段により、ボアの内面及びシャ ンクの前記テーパ面に負荷が付勢され、シャンク保持手段を介してボア内にシャ ンクが保持され、シャンクのテーパ面は、シャンクが工具ホルダから引き抜かれ る方向に収束し又は工具の作業区域方向に収束する。

シャンクのテーパ面と対向する方向に減少しているテーパ面を前記ボアに設ける ことが好ましい。

上記ボアが、第１の前記想像円錐面のテーパ面又はシャンクのテーパ面の方向と は反対側に傾斜するテーパ面を有する想像円錐の表面に概ね沿った面を存してい てもよい。

ボアの面と保合可能な第１の面とシャンクと保合可能な第２の面とを、シャンク 保持手段に設けてもよい。

シャンク保持手段の外面のテーバ角度とボアのテーバ角度を相違させてもよい、 かかる構成を得るためには、ボアの面に沿った想像円錐の円錐角度とは相違する 円錐角度を有する想像円錐面に、シャンク保持手段の第１の面が概ね沿うように 、シャンク保持手段の第１面を調整すればよい。

ある実施例では、シャンクと係合可能なシャンク保持手段の面が、シャンク保持 負荷が付勢されない場合には想像シリンダ面に沿い、負荷が付勢された場合に前 記想像円錐面に沿うように構成される。

別の実施例においては、シャンク保持手段の第１の面を想像円錐面に概ね沿わせ 、第２の面は、反対方向に収束するテーパ面を有する第２の想像円錐面に概ね沿 うように構成される。

シャンク保持手段は複数の相互に離間する部分からなり、それらはゴムのような 弾性手段により一緒に保持される。その代替として、鉄その他の適当な材料性の 軸方向にスリットが形成されたコレットから成るシャンク保持手段を使用するこ とも可能である。一本のスリットをコレットの軸方向全長に伸長させることも可 能である。

シャンク用の取出手段を設けてもよい、取出手段は回転自在部材から成り、この 回転自在部材には、その回転に伴い、ホルダからの引抜方向に沿って第１の位置 から第２の位置へ、シャンクを軸方向に運動させるための面が設けられている。

この面はシャンクの尾部を受容する回転自在部材内のスロットにより形成するこ とができる。

スロットはシャンクの回転運動に抗するように構成されることが好ましい。

回転自在部材として、例えば本体内に圧接可能な支持リングにより本体内に保持 されるビンを使用することも可能である。

シャンクと螺合可能な第２の保持手段を設け、それにより第２保持手段からシャ ンクの螺合が外れるにつれ、第１の前記シャンク保持手段のシャンク把持力が増 加するような構成をとることも可能である。螺合解除により、テーパ面を有する シャンクが第１の保持手段に対し模様に付勢され、把持効果が増加することが好 ましい。

別な実施例においては、シャンク保持手段が、チャック本体内を運動可能に取付 けられた複数のつめ要素から構成される。このつめ要素は、ねじ手段により、チ ャックの軸方向に傾斜する軸に沿って運動可能である。つめ要素を自動調心可能 に配設することもできる。

シャンク保持手段は、使用時に、シャンクを工具ホルダ軸と同軸に支持すること が好ましい。

本発明はさらに、工具の作業区域方向に傾斜するテーパ面を有するシャンクを備 え、上記直近の１７の段落に基づく工具ホルダとともに使用するための工具を含 む。

シャンクのテーパ面を、工具が工具から引き抜かれる方向に設けることができる 。

シャンク保持手段にシャンクを把持させるための手段は、本体上のねじに螺合可 能なねじ付カラーから成る。

本発明に基づく工具ホルダ及び工具は、添付図面に関する実施例によって説明さ れるであろう、この添付図面において：第３図は、本発明に基づく工具ホルダの 一部切断断面図であり；第４図は、第３図の工具ホルダを第３図中のＩＶ−ＩＶ 線に沿って切断した断面図であり； 第５図は、第４図の矢印Ｂ方向から見た斜視図であり；第６図は、第３図の工具 ホルダのコレット部分の断面図であり；第７図は、第６図の矢印■方向から見た 第６図のコレットの端面図図であり； 第９図は、第８図の工具ホルダとともに使用するためのコレットの立面図であり ： 第１Ｏ図は、第９図の矢印Ｘ方向から見た第９図のコレットの端面図であり； 第１１図は、第８図の工具ホルダとともに使用するための別のコレットの立面図 であり： 第１２図は、本発明に基づく工具ホルダのさらに別の実施例の一部切断断面図で あり；さらに 第１３図は、第１２図の矢印Ｘ■力方向ら見た第１２図の工具ホルダの端面図を 示している。

第３図において、本体３０は、ノーズ３２と、テーバ状シャンク３３とさらに中 間フランジ３４から成り、中間フランジ３４には標準位置決めノツチ３４ａが形 成されている０図示された実施例において、シャンク３３の右側端には、スピン ドル又はタレットＴ内に本体を保持する際に使用される外側ねじ３５が形成され ている。

ノーズ３２には外側ねじ３６と内側円錐状ボア３７が形成され、ボア３７のテー パ面は、第３図において右方向に向かって減少しており、端面３８を終端として いる。またノーズ３２には横方向ボア３９が形成され、この横方向ポア３９は、 端面３８内に溝を形成するように端面３８において開口し、さらに後述するよう に突出ピン４０を受容する。

ボア３７はコレット４２を収容し、コレット４２は複数の楔状セグメント４３（ 第６図）から成り、これらの楔状セグメントは相互に連絡される。かかるコレッ トは通常はゴム結合コレットとして知られている。コレットに付勢されていない 状態では、セグメントの内側エツジ４５は想像シリンダ面に沿っている。第６図 に示すように、セグメントの外側エツジは、コレットに付勢されていない時には 、コレット軸に対して角度α（例えば１１”　”）に傾斜している。すなわちセ グメントの外側エツジは、円錐角度ω２２＠の想像円錐４２ａの表面に沿ってい る。ボア３７の内壁は、ボア３７の軸に対して角度θ（例えば１０゜５１）に傾 斜している。従ってボア３７の内壁は、円錐角度β２１″″すなわち角度ωより も小さい角度ををする想像円錐３７ａの表面に沿っている。

工具５１のシャンク５０はコレット内にスライド収納され、ボア３７のテーパ面 と反対方向に傾斜するテーパ面を存している。すなわちシャンク５０は工具の作 業端又は作業区域５１ａ方向に収束している。かかる作業区域は、ドリルやフラ イス刃として使用されるような切刃として構成しうる０代替として、作業区域を 研磨面又は中ぐりのための別のカッタを取付けるための支持面として構成するこ とも可能である。本実施例において、シャンクは工具引抜方向りに向かって傾斜 するテーパ面を有している。シャンク５０の表面はその軸に対して角度Ｔ、例え ば０．５°の角度に傾斜し、角度βやωとは異なる角度φ、この場合には１°を 存する想像円錐５０ａの表面に沿っている。

工具５１のシャンク５０の尾部は、取出ピン４０と共同するタング形状をしてい る。ピンはボア３９内に回転自在に取付けられ、２つの小径端部区域５４が形成 される。ピン４０は２つのリング５０によってボア３９内に保持され（第４図の 断面図）、リング５５によりピン４ｏはボア３９内に回転自在状態に圧入される 。ピンには切欠部又はスロット６ｏが形成され、このスロット６０に工具シャン クの回転を阻止するためのタング５３が受容される。ピンの端部は六角形ソケッ ト５６形状に形成され、ソケットスパナによりピンを回転することが可能である 。ピンの端部及び隣接リングには印４１．４１ａ（第５回）がそれぞれ記されて おり、ピンを第３図及び第４図に示す位置に配置する場合の基準となる。コレッ ト４２の把持摩擦力のみによりシャン、りの回転を防止するに十分なようであり 、従ってタング５３を省略することも可能である。

ナツト又はノーズキャップ５７がノーズ３２に螺合され、コレット４２が右方向 に押圧され、模状セグメント４３のエツジ４６がボア３７の内壁に当接する。

弾性ウェブ４４によりエレメントが無負荷位置から、エツジ４６がボア３７に沿 うように傾斜していく、かかる作用につれ、各セグメントの内側エッッジ４５が 、シャンク５０の角度φに相当する角度０．５°分コレット軸に対して傾斜する 。ナツト５７が十分に締められ、コレットの各セグメントがボア３７に十分に押 圧され、シャンク５０がノーズ３２内に摩擦力により保持される。こうして工具 は、タング５３及び切欠部６０によりさらに把持摩擦力により、どちらの方向に も回転しない、コレット４２の収縮により、タング５３は切欠部６０の底部に押 圧される。さらにＤ方向への工具の引抜力は、シャンク５０とコレット４２のテ ーパ面係合により抵抗を受ける。実施に際しては、工具にがかるＤ方向の力が太 き（なるにつれ、工具にがかる把持力も大きくなる。さにボア３７に対するコレ ット４２の負荷が、第１図及び第２図に示す従来の工具ホルダにチャタリングを 引き起こしていた作業公差を減少させる。

工具を取り外したい場合には、コレットにかかる負荷を解放するためにナツト５ ７をゆるめ、取出ピン４０を回転させて、切欠部６０の底部がタング５３に対す るカムとして作用し、Ｄ方向にシャンク５０を進めるようにさせる。爾後工具は 手で取り外すことが可能である。

ゴム結合型コレットを使用する代わりに、第８図ないし第１１図に示すような弾 性スチール型コレットを使用゛することもできる。

第８図において、本体７０は、ノーズ７２と、テーバ状シャンク７３と、ノツチ ７４ａが形成された中間フランジ７４がら成る。シャンク７３の右側には、第３ 図においてスピンドル又はタレット内で本体を保持するために使用されたと同様 な、外側ねじ７５が形成されている。

ノーズ７２には外側ねじ７６と内側円錐状ボア７７が形成され、ボア７７は第８ 図において右方向に減少するテーパ面を有している。ボア７７はシリンダ状カウ ンタボア８ｏにおいて終端し、カウンタボア８ｏは止まり端面８２において終端 している。

ノーズ７２にはまた横方向ボア８３が形成され、このボア８３は端面８２に溝を 形成するように端面８２において開口している。ボア８３は後述のように突出ピ ン８４を受容する。

ボア７７はコレット８５を収容し、コレット８５は外側テーパ面８９が形成され たスチール製スリーブと、テーパ面を有する内側ボア９０　（このテーパ面は外 側テーパ面８９の反対方向に傾斜している）と、複数、例えば４つのスリット９ １．９２．９３及び９４とから成る。スリット９１．９３は、第８図及び第９図 に示す左側からスリーブの軸に沿って伸び、スリーブの右側端部足らずの位置で 終端している。スリット９２はスリーブの右側端部から伸び、左側端部足らずの 位置で終端している。

さらにスリット９４はスリーブの全長に延びている。

ボア７７の外形は第３図に示すボア３７と同様であり、円錐角度βの想像円錐７ ７ａの面に沿っている。

コレット８５の外側面は、同様の円錐角度βを有する想像円錐８５ａの面に沿っ ており、内側ボアは、工具５１のシャンク５０と同様の円錐角度φを有する想像 円錐８５ｂの面に沿っている。

端面８２及び／又は取出ピン８４にはソケッ）　１００．１０２．１０３が形成 される。ソケット１００及び１０２は内側ナツト１０６上の回転止め突起１０４ を受容し、ソケット１０３は、内側ナツト１０６内に螺合されたシャンク５０の 端部ねじ部１０５を作業間隙を介して受容する。

内側ナツトとシャンクのねじ方向は好ましくは左巻である。

第３図において示したように、本体の外側ネジにナツトを螺合することによって コレットに軸方向の負荷をかけることができる。

工具ホルダを組み立てるには、突起１０４がソケッ）　１００．１０２内に収ま るように、内側ナツト１０６をホルダ内に配置する。こうしてコレット８５が所 定の位置に収まり、ナツト１０６を本体に螺合する。工具シャンク５０は、コレ ット８５の内側ボア９０を通って挿入され、ソケット１０３内に底が達するまで 内側ナラ目０６内にねじ込まれる。それからナツト１０７が締められ、コレット ８５の外側面８９がボア７７の内壁に係合し、コレット８５の内側ボア９０のテ ーパ面がシャンク５０のテーパ面と接触し、シャンク５０が把持される。

カッティングトルクが、第８図において方向Ｅで示される時計方向に回転させる ように、工具５１に供給された場合に、コレット内でのシャンクのすべりに従い 、シャンク及び内側ナツトの左巻ねじによりシャンクはＤ方向に進まされ、従っ てシャンクはますますコレット内に模止めされ、把持摩擦力が増加する。また特 殊工具によるカッティングが反対方向トルクの供給により行われる場合には、内 側ナラ）　１０６及びシャンクのねじを布巻に構成することができる。

いずれの場合にも、内側ナツトはボア７７の右側端部８２に作用する。

第３図ないし第７図に示したゴム結合コレットを、第８図の実施例のコレット８ ５の代わりに使用する場合には、セグメント４３の内側エツジに対する工具シャ ンクの同様の楔止め作用が生じる。

第３圓及び第８図の実施例において、テーバ角度β又は円錐角度φを１０°以下 にし、ノーズ、コレット及びシャンクのテーパ面の相互係合により、モールステ ーバシャンク様の各テーパ面間の摩擦による［セルフ・ロッキング」を生じさせ ることもできる。突出ピン８４を回転し把持摩擦力を「解除する（ｂｒｅａｋ） 　Ｊすると、工具を取り外すことができる。

第１１図には別のコレットが示されており、このコレットは第９図及び第１０図 に示された番号と同じ番号が付されたスリットを有している。第１１図において 、各スリットは、スリット９４がコレットの全長に延びていない点を除き、第９ 図及び第１０図に示したものと同様である。

第１２図及び第１３図には第３の実施例が示されている。３本つめ自動調心チャ ックに通常使用されるようなチャック本体１５０は、通常回転自在スリーブ１５ ２を存し、該スリーブはその内部において内側ねじ付リング１５３に駆動可能に 連接されている。本体１５０には３つの等間隔に配置され傾斜するボア１５４が 形成され、これらのボアはおのおの摺動自在にっめ１５５を収容している。つめ には外側みぞ１５６が設けられ、この外側みぞがねじ付リング１５７と螺合可能 である。各つめは内側にシャンク把持面１５７を有し、この把持面１５７は、想 像円錐１５５ａの表面に沿うように調整される０円錐１５５ａの円錐角度δはド リル２５１のシャンク５００円錐角度φに相当する。スリーブ１５２・とリング １５３の回転は、公知方法により本体内のソケット１５８内に配置可能なチャッ ク・キーにより制御可能である。かかる回転により、つめ１５５がボア１５４内 で動かされ、シャンク５０の把持又は解放が行われる。シャンクが一端把持され た場合には、シャンク及び傾斜面１５７のテーパ面により、Ｄ方向にチャックか ら工具が引き抜かれることが防止される。

第１２図及び第１３図の構成は、Ｄ、１．Ｙ仕様の電気ドリルに好適に仕様され る。

角度φを存する工具シャンクのテーパ面を始めとする各テーパ面は図示を目的の ため誇張され記載されている。

本明細書においては「シャンク」について言及がなされたが、かかる言及は工具 のシャンクに限定されるものではなく、使用時に工具シャンクを受容し、工具シ ャンクの半径を効果的に増加可能なシャンク状要素を保持するための中間工具や スリーブに適用することも可能である。

コレットが使用される場合には、弾性クリップにより同時に保持される複数のセ グメントから成るコレットが想定されている。

本発明に基づく工具ホルダを、工具ホルダのシャンクを適当に調整することによ り、キャプスタン／タレット、単一スピンドル及び複数スピンドルのレースと共 に使用し、各種機械の工具ホルダ手段として使用することも可能である。

本明細書中では特定の角度についてのみ言及しているが、各実施に好適な角度を 選択することが可能である。

国際調査報告 １Ｍ−棚＠−＾−””−””　ＰＣＴ／ＧＢ　８７１００４１９ＡＮＮＥＸ　Ｔ ｏ　°ｒＦＥ　！ＮτＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　０Ｎ ＵＳ−Ａ−２５５２７３２Ｎｏｎｅ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．テーパ面を有する工具シャンクを受容するための工具ホルダであって；本体 と、シャンクを本体上に保持するシャンク保持手段と、そのシャンク保持手段に 上記シャンクを把持させるための手段とから成り；上記シャンク保持手段がシャ ンク係合面を含み、そのシャンク係合面が、使用時に、工具ホルダからシャンク を引き抜く方向に傾斜するテーパ面を有する想像円錐表面に概ね沿うことを特徴 とする、工具ホルダ。
2. ２．テーパ面を有する工具シャンクを保持する工具ホルダであって；その工具ホ ルダが、本体と、シャンクを本体上に保持するシャンク保持手段と、そのシャン ク保持手段に上記シャンクを把持させるための手段とから成り；上記シャンクの テーパ面が工具の作業面方向に傾斜するテーパ面であることを特徴とする、工具 ホルダ。
3. ３．上記本体には、上記シャンク保持手段を収容するためのボアが形成されてい ることを特徴とする、請求の範囲１又は２に記載の工具ホルダ。
4. ４．上記ボアが、第１の前記想像円錐又はシャンクのテーパ面の方向とは反対側 に傾斜するテーパ面を有する想像円錐の表面に概ね沿った面を有することを特徴 とする、請求の範囲３に記載の工具ホルダ。
5. ５．上記シャンク保持手段が、ボアの面と係合可能な第１の面と、シャンクに係 合可能な第２の面とを有していることを特徴とする、請求の範囲３又は４に記載 の工具ホルダ。
6. ６．上記シャンク保持手段の第１の面が、ボアの面が沿う想像円錐の円錐角度と は相違する円錐角度を有する想像円錐の表面に概ね沿うことを特徴とする、請求 の範囲５に記載の工具ホルダ。
7. ７．上記シャンク保持手段の第１の面が想像円錐の表面に概ね沿い、第２の面が 第２の想像円錐の表面に概ね沿い、上記２つの円錐のテーパ面が相互に反対方向 に向き合うことを特徴とする、請求の範囲５又は６に記載の工具ホルダ。
8. ８．シャンクのためのエジェクタ手段をさらに含むことを特徴とする、請求の範 囲１ないし７のいずれかに記載の工具ホルダ。
9. ９．上記エジェクタ手段が回転自在部材から成り、この回転自在部材が、第１の 位置から第２の位置に回転した場合に、ホルダからの引抜方向に軸方向にシャン クを進行させる面を有していることを特徴とする、請求の範囲８に記載の工具ホ ルダ。
10. １０．シャンクに螺合可能な第２の保持手段をさらに含み、第２の保持手段とシ ャンクの螺合が外れるにつれ、第１の前記シャンク保持手段のシャンク把持力が 増加することを特徴とする、請求の範囲１ないし９に記載の工具ホルダ。
11. １１．上記シャンク保持手段が、チャック本体内を移動可能に取付けられた複数 のつめ要素を含むことを特徴とする、請求の範囲１ないし３のいずれかに記載の 工具ホルダ。
12. １２．工具の作業区域に向かって減少するテーパ面を有するシャンクを備えた工 具であって、請求の範囲１ないし１１に記載の工具ホルダと共に使用するための 工具。
13. １３．上記工具のテーパの減少方向が、工具ホルダから工具を引き抜く方向に向 いていることを特徴とする、請求の範囲１２に記載の工具。