(57)【要約】【課題】工具の支持や位置決めのために、工具への追加工又は止め輪やリング等の装着を何らも施さずに市販されたままの形状で首下長さの異なる工具を保持することが可能となる工具保持装置であって、さらに、工具の刃先欠けや折損を無くし且つ適切な工具の位置と姿勢の保持を確実にすることで取扱いが容易になる工具保持装置を提供する。【解決手段】工具が挿入される工具挿入穴が、工具保持装置を貫通する貫通穴として構成され、且つ、前記工具のテーパ部だけに接触し、工具を支持するための肩部が前記貫通穴の内側に設けられる工具ホルダと、前記挿入された工具のストレートシャンク部を、肩部と対向する貫通穴の横壁に、サイドロックピンを用いて押さえつけることにより位置決めするサイドロック機構と、で構成される工具保持装置により解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストレートシャンク部を備えた工具（３）を主軸のコレットで把持する自動工作機械に設けられる工具収納マガジン内で、工具（３）を保持するために用いられる工具保持装置において、
工具（３）が挿入される工具挿入穴（４）が、工具ホルダ（１）を貫通する貫通穴として構成され、前記貫通穴の内側に、前記工具（３）のテーパ部（７）だけに接触し、工具（３）を支持するための肩部（５）が設けられる工具ホルダ（１）と、
前記工具（３）のストレートシャンク部を、肩部（５）と対向する貫通穴（４）の横壁に、サイドロックピン（２）を用いて押さえつけることにより位置決めするサイドロック機構と、
で構成される工具保持装置。
【請求項２】
前記肩部（５）を形成するために、前記サイドロックピン（２）と対向する方向に中心軸をずらされた鉛直方向に対向する穴で、前記貫通穴（４）が構成されることを特徴とする請求項１に記載の工具保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストレートシャンク部を備えた工具を主軸のコレットで把持する自動工作機械の工具収納マガジン内で、工具を保持するために設けられる工具保持装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ工作機械等の自動工作機械では、各種様々な工具を駆使することによって、様々な形状のワークピースを加工乃至製造する。このため、当該工作機械においては、多数の工具を収納する工具収納マガジンが必要不可欠となる。この工具収納マガジンには、多数の工具を収納するために多数の工具保持装置が通常設けられており、当該工具保持装置から製造にとって必要に応じた工具が自動で選択され、交換される。
【０００３】
そのような工具保持装置の中には、工具挿入穴に底面乃至ストッパーを設け、当該底面等で工具刃先である先端部を一旦支持し、その後で、工具軸方向に対して横方向からサイドロックピンを用いて工具ストレートシャンク部を押さえることで、工具をサイドロックピンと対向する工具挿入穴の横壁までスライドさせて位置決めし、保持する工具保持装置が存在する。
【０００４】
このようなタイプの工具保持装置では、底面乃至ストッパーの存在に起因して、当該底面等からサイドロックピンまでの距離が一定である構造とならざるを得ない。そのため、サイドロックピンが工具のテーパ部又は刃部に当たってしまうほど首下が長い工具は、適切に保持することができず、工具保持装置に収納することができない。その結果、一定以上の首下長さを備えた工具を製造工程の途中で必要とする場合には、自動製造工程を一旦停止し、作業者自らが、当該工具を付け替える必要が生じる。したがって、ワークピースの最終的な製造完了まで、連続運転ができないという問題点が生じることとなる。
【０００５】
さらに、工具保持装置に収納が可能な首下長さの工具であっても、サイドロックピンが工具を押さえる際に、工具刃先が底面乃至ストッパーに引っかかり、工具が適切にスライドしないため、斜めに保持されてしまう場合もある。そのような場合には、主軸のコレットへの把持精度が著しく低下してしまうか、又は、最悪の場合、コレットが自動で工具を把持できなくなるという問題点も生じる。
【０００６】
また、底面等に接触している工具刃先には、サイドロックピンが工具を押さえる際に、負荷がかかる場合がある。そのため、特に小径工具を使用する場合には、刃部刃先欠けを起こしたり、折損することがある。刃部に異常のある状態では、当然ながら正常且つ適切な加工は実施できないため、製造装置を停止させて正常な工具と交換する必要が生じる。また、工具の刃部が異常をきたしていることを検知できずに製品を加工してしまえば、不良製品を作り出す原因の一つになりかねない。
【０００７】
工具刃先を受ける底面等を設けない自動工具交換装置が、特許文献１及び特許文献２に開示される。このような工具交換装置では、上述したような問題点は生じない代わりに、工具の支持や位置決めのために、工具への追加工又は止め輪やリング等の装着を施さねば自動工具交換を行うことができず、市販されたそのままの形状で工具を使用することができない。また、止め輪、リング等を装着した工具で製品の加工を実施する場合、工具の回転時に装着した止め輪、リング等が動いてしまい、工具を支持する位置が変わってしまう可能性もある。
【０００８】
【特許文献１】特開平０５−２７７８６７号公報
【特許文献２】特開平０８−１７４３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題に照らし、工具の支持や位置決めのために、工具への追加工又は止め輪やリング等の装着を何らも施さずに市販されたままの形状で首下長さの異なる工具を保持することが可能となる工具保持装置であって、さらに、工具の刃先欠けや折損を無くし且つ適切な工具の位置と姿勢の保持を確実にすることで取扱いが容易になる工具保持装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、工具が挿入される工具挿入穴が、工具ホルダを貫通する貫通穴として構成され、当該貫通穴の内側に工具のテーパ部だけに接触し、工具を支持するための肩部が設けられる工具ホルダと、工具のストレートシャンク部を、肩部と対向する貫通穴の横壁に、サイドロックピンを用いて押さえつけることにより位置決めするサイドロック機構と、で構成される工具保持装置で解決される。
【００１１】
工具貫通穴は、工具を挿入することができるようにストレートシャンク部の直径よりも大きな直径を有して構成される。言い換えれば、本願発明の工具保持装置に収納することのできる工具は、刃部の直径がストレートシャンク部の直径よりも小さい工具に限られる。
【００１２】
工具貫通穴の半径方向内側に突出する肩部の突出量は、工具が挿入される際に、工具刃先が工具保持装置はもちろん、肩部にも接触しないように突出量を調整されて構成される。さらに、工具のテーパ部が肩部に支持されるようにもまた構成されなければならない。すなわち、工具貫通穴の半径方向における肩部の最大突出量は、工具が挿入される工具挿入穴の直径から工具刃先の直径を引いた値の半分よりも小さくする必要があり、加えて、工具挿入穴の直径から工具ストレートシャンク部の直径を引いた値の半分よりも大きくする必要がある。より具体的には、工具挿入穴の直径をＤ、工具刃先の直径をｄ、工具のストレートシャンク部の直径をｄ’として、肩部の最大突出量をＰとすると、これらの間には以下の関係が当てはまる。
（Ｄ−ｄ’）／２  ＜  Ｐ  ＜  （Ｄ−ｄ）／２
このように、肩部の突出量を調整することによって、自動工具挿入の際に、工具の刃先が工具保持装置、特に肩部に接触せず、且つ、工具のテーパ部だけが肩部に支持される構造となる。
【００１３】
工具挿入穴内側において、肩部が設けられる鉛直方向（工具の長手方向）の位置は、工具のストレートシャンク部とテーパ部とを基準にして、サイドロック機構の大きさ及び位置により決定される。すなわち、工具保持装置に設けられるサイドロック機構が、工具のストレートシャンク部の少なくとも一部を押し、且つ、工具のテーパ部又は刃部にサイドロックピンが接触しないように調整されて構成されなければならない。
【００１４】
この目的を達成するために、工具を支持する肩部の位置と突出量は、できる限りテーパ部の最大直径位置、すなわちストレートシャンク部にできるだけ近い位置を支持するように調整されることが好ましい。このように肩部の鉛直方向の位置及び突出量を設定することで、収納することができる工具の刃先の直径をできるだけ大きくすることができると共に、肩部より上側のサイドロックピンが作用するべき空間に、できるだけ多くのストレートシャンク部を存在させることができるようになる。
【００１５】
サイドロックピンが作用する際に、工具が肩部を支点に回転し斜めに保持されてしまうことを防止するために、サイドロック機構は、工具保持装置において工具挿入穴の肩部側に設けられなければならない。加えて、サイドロックピンを、必ず工具挿入穴の断面中心に向かって作用させる必要がある。このように構成されることで、サイドロックピンにより工具が押さえつけられる際に、工具は肩部を支点に斜めに保持されることがなく、工具のストレートシャンク部の外周曲面を工具挿入穴の常に同一外周曲面に押さえつけることとなり、工具の適切な位置決めが確保されることとなる。適切な位置決めがなされれば、工具は、工具交換のための適切な姿勢（工具の軸が鉛直方向に対して平行となる姿勢）をも達成することができる。
【００１６】
サイドロックピンの押さえつけによる工具の位置決めは、主軸コレットとの工具の受け渡しの際だけに作用してもよいし、工具が工具ホルダ内に収納されている間、常に作用していてもよい。
【００１７】
また、サイドロック機構は工具収納マガジン内の各々の工具ホルダに設置してもよいし、１個または工具ホルダの数よりも少ない複数個で任意の位置に設置してもよい。後者の場合には、任意の工具ホルダの割出し動作が必要であり、その際サイドロックピンによる工具の拘束は解除されている必要がある。
【００１８】
かかる構成により、鉛直方向に挿入された保持されるべき工具は、自重によりテーパ部だけを肩部で支持される。また、底面等が省略される構造のため、首下の長い工具は、工具保持装置下側端面より突出することにはなるが、首下長さの異なる工具であっても収納することできるようになる。
【００１９】
また、工具収納装置に収納される工具は、主軸のコレットから外されたときに常に同じテーパ部位置で支持されるため、鉛直方向に対して横方向から工具のストレートシャンク部をサイドロックピンで押さえると、工具挿入穴外周を構成する横壁に工具のストレートシャンク部の外周曲面を一義的に押さえつけられることで適切な位置決めがなされる。したがって、工具交換の際、工具は常に同じ位置及び姿勢で工具ホルダ内に保持されることが可能となる。
【００２０】
肩部より鉛直方向下側の貫通穴の断面形状にも、工具は、当然に接触しない構造としなければならない。工具が接触しないのであれば、肩部より鉛直方向下側の貫通穴形状はどのような形態をとってもよい。例えば、当該断面形状を長穴形状または任意の形状とすることもできる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、工具の支持及び位置決めのために、工具に追加工又は止め輪やリング等の装着を必要とせず、市販されたままの形状で首下長さの異なる工具を工具保持装置に収納することが可能となり、また、工具の刃先が工具保持装置と接触しないため、刃先欠けや折損することなく工具を自動交換することができるようになる。加えて、サイドロックピンが工具のストレートシャンク部を、工具を支持する肩部と対向する横壁に常に適切に押さえることが可能となることで、工具は常に同じ位置及び姿勢で位置決めされ、工具軸を鉛直方向に向かせることができるため、自動工具交換時における把持精度の信頼性及び繰り返し交換精度が増すようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図面を利用して、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明にしたがう工具保持装置の一例を断面図で概略的に示す。図１から見て取ることができるように、本実施形態の工具挿入穴（４）は、工具ホルダ（１）を貫通する貫通穴として構成される一方で、肩部（５）を形成するために、中心軸をサイドロックピンに対向する側にずらされた鉛直方向に対向する穴で構成される。図１に記載されているサイドロックピン（２）は、通常公知のサイドロックピン（２）であり、サイドロックピン（２）を挿入するための穴（８）が、工具挿入穴（４）に直交する方向に設けられる。本実施形態では、先端が平らに構成されたサイドロックピン（２）が用いられているが、本発明に使用することのできるサイドロックピンは、この形に限定されるものではない。また、図１から見て取ることができるように、工具のテーパ部（７）をサイドロックピン側に設けた肩部（５）で支持するため、サイドロックピンにより工具のストレートシャンク部を肩部（５）に対向する工具挿入穴（４）の外周曲面である横壁に押さえる際、肩部（５）が支点となり工具が傾くことはなく、工具は適切な姿勢で保持される。
【００２４】
図２は、図１の工具保持装置を下面から見た図を示す。図から見て取れるように、対向穴の中心軸がずらされて貫通穴が形成されていることにより、工具ホルダの肩部（５）は、三日月形の形状で形成される。工具挿入穴の半径方向における肩部（５）の最大突出量（Ｐ）は対向穴の中心軸のずれ量と等しく、工具ホルダ（１）の上方から主軸のコレットで工具が挿入される際に、工具ホルダ（１）はもちろん肩部（５）にも刃部が接触せず、且つ、工具（３）のテーパ部（７）と肩部（５）とだけが接触して支持されるように構成される。
【００２５】
図１の実施形態においては、工具挿入穴（４）内の肩部（５）の鉛直方向（工具の長手方向）の位置は、工具（３）のストレートシャンク部だけをサイドロックピン（２）が押さえるように構成されているのが見て取れる。しかしながら、本発明を実施するにあたり、本実施形態のように、サイドロックピン（２）の押さえ面全てが、ストレートシャンク部を押さえる必要はない。サイドロックピン（２）が、少なくともストレートシャンク部の一部を押さえ、且つ、工具のテーパ部（７）又は刃部とサイドロックピン（２）が接触しないように構成されていれば本発明の目的を達成することができる。
【００２６】
図３〜５を用いて、工具（３）が、図１に記載された例示的な実施形態である工具保持装置に収納される工程を概略的に示す。図３は、主軸のコレットに把持されている工具（３）が、上方から工具保持装置に接近する状態を示す。矢印Ｘは、工具を挿入するべく主軸のコレットが移動してくる方向を示している。
【００２７】
図４は、工具（３）が工具挿入穴（４）内で肩部（５）にテーパ部（７）を支持された後に、サイドロックピン（２）で位置決めされた状態を示す。図からも明らかなように、工具挿入穴に工具（３）が挿入される際に、肩部（５）は、工具（３）の刃先に接触しないように突出量を調整されている。サイドロックピン（２）が工具のストレートシャンク部を肩部（５）と対向する工具挿入穴（４）の外周である横壁に押さえるため、工具（３）の軸は、鉛直方向と平行に適切に保持することができる。
【００２８】
図５は、サイドロックピン（２）による工具の拘束を解いた状態を示す。図５に示される状態で工具を工具ホルダに収納することも可能であるが、この場合には、主軸のコレットが、収納されている工具（３）を自動工具交換工程で受け取りにくる際には、再度、サイドロックピン（２）を作用させ、適切な位置決めをする必要がある。
【００２９】
図６は、工具刃先を底面で支持する従来型の工具保持装置の概略図を示す。図に示される工具（３）の首下長さよりもさらに長い首下長さを有する工具を収納しようとすると、サイドロックピン（２）が工具（３）のストレートシャンク部に作用しない場合があることが見て取れる。また、サイドロックピンが作用する際に、刃先先端部が工具保持装置の底面に引っかかる場合があることも理解されよう。
【００３０】
図４、５から明らかなように、本発明の工具保持装置（１）に収納される工具（３）は、刃先が貫通穴（４）を利用して工具保持装置から突出するため、首下の長い工具であっても、工具保持装置に収納することができるようになる。
【００３１】
また、工具が工具保持装置に収納されていく際に加えて、工具保持装置から抜き出される際にも、刃先は工具保持装置の何れの部分にも接触しないため、仮に工具のストレートシャンク部及び上面部に負荷がかかったとしても、刃先には何らの力も加わらず、自動工具交換を原因とする刃先欠けや折損が生じることはない。
【００３２】
図７は、本発明の別の実施形態を示す。図７の実施形態では、肩部（５）よりも下側の貫通穴（４）の断面形状が長穴形状となっているのが見て取れる。このように、本発明の目的を達成するためには、肩部（５）よりも鉛直方向下側の断面形状は、大きな問題とならない。すなわち、工具挿入穴（４）に工具（３）が挿入・抜出される際には、工具（３）のテーパ部（７）だけが工具ホルダ（１）と接触するように、肩部（５）が工具挿入穴内側でサイドロックピン側の横壁に設けられ、且つ、主軸のコレットが工具（３）を外した後では、工具のストレートシャンク部だけに作用して工具（３）を工具挿入穴（４）の横壁（６）に押さえるサイドロック機構があれば、本発明の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における工具保持装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】図１に記載の工具保持装置の下面図である。
【図３】本発明の工具保持装置に工具を収納する際の一工程を概略的に示した断面図である。
【図４】本発明の工具保持装置に工具を収納する際の一工程を概略的に示した断面図である。
【図５】本発明の工具保持装置に工具を収納する際の一工程を概略的に示した断面図である。
【図６】従来型の工具保持装置の概略断面図である。
【図７】本発明における工具保持装置の別の実施形態の概略断面図及び下面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    工具ホルダ
２    サイドロックピン
３    ストレートシャンク形状を備えた工具
４    工具挿入穴
５    肩部
６    サイドロックピンと対向する工具挿入穴横壁
７    工具テーパ部
８    サイドロックピン挿入穴
９    長穴形状下側工具挿入穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008142838.tif 000007
【図６】
2008142838.tif 000008
【図７】
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