(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ状のツールシャンクを受け入れるためのテーパ孔をもつホルダ本体と、
前記ホルダ本体の前記テーパ孔の後方に形成され、前記テーパ孔の小径端部より内径の小さな小径穴部と、
前記ホルダ本体の前記小径穴部の後方に形成され、前記小径穴部より内径が大きく、かつ、端部に、後方に広がる角度に傾斜している第１傾斜面が形成された大径穴部と、
前記ツールシャンクの軸心に形成された穴に挿入され、この穴内の前方位置で半径方向に形成された第１係止部材保持孔、及び前記穴から外れた後方位置で半径方向に形成された第２係止部材保持孔を備え、かつ前記ホルダ本体に摺動可能に支承され、前記ホルダ本体の中心線に沿って移動自在な管状部材と、
前記第１係止部材保持孔に挿入され、前記ツールシャンクの環状クランプ凹部に係合される第１係止部材と、
前記第２係止部材保持孔に挿入され、前記ホルダ本体の大径穴部に形成された前記第１傾斜面に接触する第２係止部材と、
前記管状部材の中心に、前記管状部材及び前記ホルダ本体に摺動自在に配置され、前記第１係止部材を受け入れる第１凹部、及び前記第２係止部材を受け入れる第２凹部、並びに前記第２係止部材と係合し後方にすぼまる角度に傾斜している第２傾斜面、かつ、前記ツールシャンクの前記穴の行き止まり部と当接可能な前端部が形成されたドローバと、
前記ホルダ本体と前記ドローバとの間に介在され、前記ホルダ本体に対して、前記ドローバを、常時、後方に付勢するための付勢手段とからなり、
ツールクランプ時には、前記付勢手段の付勢力を、前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面によるくさび効果により拡大して、前記ホルダ本体に前記ツールシャンクを強固に固定するようにした
ことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
【請求項２】
請求項１に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記第１係止部材及び第２係止部材がボールである
ことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
【請求項３】
請求項２に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記第１係止部材のボールよりも第２係止部材のボールの直径が大きい
ことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記付勢手段は、前記ホルダ本体の大径穴部の後方に位置する蓋部材を介して接触していることを特徴とする。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記ドローバの軸心には前記ドローバの中心線に沿った貫通孔が形成され、前記ドローバの後方から供給されたクーラントを前記ツールシャンクに導くようにしたことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
【請求項６】
請求項２に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記第１係止部材のボールが少なくとも３個であり、前記第２係止部材のボールが少なくとも２個であることを特徴とする工作機械のツールロック装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記付勢手段がコイルバネである
ことを特徴とする工作機械のツールロック装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の工作機械のツールロック装置において、前記ホルダ本体の大径穴部に形成された第１傾斜面の傾斜が２０度ないし３０度であることを特徴とする。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の工作機械のツールロック装置において、
前記ドローバに形成された第２傾斜面の傾斜角度が５度ないし１５度の範囲であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のツールロック装置に関する。更に詳しくは、ボールを用いて工作機械の主軸または刃物台に工具をクランプするための工作機械のツールロック装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ、フライス盤、中ぐり盤等には、工具を保持、又は回転させるための主軸を備えているが、この主軸端にテーパ孔が形成され工具が固定される。また、旋盤の刃物台においても、刃物台のテーパ孔に旋削用工具が固定される。工具の固定方法は、テーパ孔にテーパ部を備えた工具のツールシャンクが挿入され、更にツールシャンクの後部からドローバで引っ張られてテーパ孔にツールシャンクのテーパ部が密着して工具が主軸端に固定される。
【０００３】
このクランプ機構としては、マシニングセンタに使用されているものでツールシャンクの後端にプルスタッドをねじ込んで、このプルスタッドをドローバの先端に配置されたコレットで掴み、ドローバを引張機構で引っ張りツールシャンクを主軸端のテーパ孔にクランプするタイプが知られている。また、特開昭４６−２４６号公報、及び特公平３−７５２８４号公報等では、ボールでドローバとツールシャンクとを係合、離脱させてクランプ、アンクランプするものも知られている。
【０００４】
特開昭４６−２４６号公報に記載されたものは、増力したクランプ力を受けるスリーブがリングで主軸に止められているため、クランプ力に対して強度的に弱く、大きな力を受けることができない。また、特公平３−７５２８４号公報に記載されたものは、係止ロッドがくぼみの部分で細くなる構造のため係止ロッドの剛性を機構的に大きくすることができないので、結果としてクランプ力を大きく取れない。更に、この構造は、係止ロッドの中心にクーラントを流す大径のクーラント孔を配置することが難しい。
【０００５】
以上のような理由から、ツールシャンクの軸心に形成された穴にボールを挿入して引っ張るツールロック装置は、ツールシャンクに形成された穴径によって、その穴に挿入されるドローバの径が制限されるためクランプ力が弱い、アンクランプ力が大きい、軸中心に大量のクーラントを流すことができない等の欠点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
【０００７】
本発明の目的は、クランプ力を増加させた工作機械のツールロック装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、アンクランプ力を小さくできる工作機械のツールロック装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、軸心に大径のクーラント孔を配置することが可能な工作機械のツールロック装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
【００１１】
本発明の工作機械のツールロック装置は、
テーパ状のツールシャンクを受け入れるためのテーパ孔をもつホルダ本体と、前記ホルダ本体の前記テーパ孔の後方に形成され、前記テーパ孔の小径端部より内径の小さな小径穴部と、前記ホルダ本体の前記小径穴部の後方に形成され、前記小径穴部より内径が大きく、かつ、端部に、後方に広がる角度に傾斜している第１傾斜面が形成された大径穴部と、前記ツールシャンクの軸心に形成された穴に挿入され、この穴内の前方位置で半径方向に形成された第１係止部材保持孔、及び前記穴から外れた後方位置で半径方向に形成された第２係止部材保持孔を備え、かつ前記ホルダ本体に摺動可能に支承され、前記ホルダ本体の中心線に沿って移動自在な管状部材と、前記第１係止部材保持孔に挿入され、前記ツールシャンクの環状クランプ凹部に係合される第１係止部材と、前記第２係止部材保持孔に挿入され、前記ホルダ本体の大径穴部に形成された前記第１傾斜面に接触する第２係止部材と、前記管状部材の中心に、前記管状部材及び前記ホルダ本体に摺動自在に配置され、前記第１係止部材を受け入れる第１凹部、及び前記第２係止部材を受け入れる第２凹部、並びに前記第２係止部材と係合し後方にすぼまる角度に傾斜している第２傾斜面、かつ、前記ツールシャンクの前記穴の行き止まり部と当接可能な前端部が形成されたドローバと、前記ホルダ本体と前記ドローバとの間に介在され、前記ホルダ本体に対して、前記ドローバを、常時、後方に付勢するための付勢手段とからなり、ツールクランプ時には、前記付勢手段の付勢力を、前記第１傾斜面及び前記第２傾斜面によるくさび効果により拡大して、前記ホルダ本体に前記ツールシャンクを強固に固定するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
前記第１係止部材及び第２係止部材は、ボールであると良い。前記第１係止部材のボールよりも第２係止部材のボールの直径が大きいとより効果的である。
【００１３】
前記付勢手段は、前記ホルダ本体の大径穴部の後方に位置する蓋部材を介して接触させると良い。前記ドローバの軸心には前記ドローバの中心線に沿った貫通孔が形成され、前記ドローバの後方から供給されたクーラントを前記ツールシャンクに導くように構成すると良い。
【００１４】
前記第１係止部材のボールが少なくとも３個であり、前記第２係止部材のボールが少なくとも２個であると良い。前記付勢手段がコイルバネで構成するとより効果的である。
【００１５】
前記ホルダ本体の大径穴部に形成された第１傾斜面の傾斜が２０度ないし３０度に構成すると良い。また、前記ドローバに形成された第２傾斜面の傾斜角度が５度ないし１５度の範囲で構成すると良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［発明の実施の形態１］
次に、本発明の実施の形態１を説明する。図１は、本発明の工作機械のツールロック装置の断面図であり、図２は図１の前部の部分拡大図である。工作機械の刃物台１にはホルダ本体２が固定されている。このホルダ本体２は、旋削用の固定工具を保持するためのものである。ホルダ本体２の前部のフランジ３には、ホルダ本体２の中心軸線方向にテーパ孔４が形成されている。ホルダ本体２は刃物台１と一体的に形成しても良い。
【００１７】
ホルダ本体２の後部には蓋部材５がボルト６で固定されている。ホルダ本体２と蓋部材５で構成される内部空間７にドローバ８の前部１０が挿入されている。ドローバ８前部１０の中央側には、鍔９が一体に形成されている。鍔９は、蓋部材５の内部に形成された摺動孔１１にホルダ本体２の軸線方向に摺動自在に挿入されている。
【００１８】
前部１０の外周には、円筒状の玉保持器１５がホルダ本体２の軸線方向に摺動自在に配置されている。玉保持器１５の後部は、直径が大きい大径部１６が形成されている。この部分を大径部１６とした理由は、後記する第２ボール２０が工具クランプ時に移動するときのリフト量がばらついたときに対応できるようにしたものである。この結果、大径部１６の肉厚の中心近くで第２ボール２０が接触するため、大径部１６の角部への応力集中を防ぐこともできる。
【００１９】
また、大径部１６とすることにより、後記する第２ボール２０とテーパ面２１との接触点を、第２ボール２０の中心に近付けることができるため、ツールクランプ状態で後記するツールシャンク３５が前方へ引張られた時のセルフロック効果が高くなる。
【００２０】
玉保持器１５の前部には、半径方向でかつ９０度の等角度間隔で４個の第１玉保持孔１７が形成されている。また、玉保持器１５の後部には、半径方向で１２０度の角度を置いて３個の第２玉保持孔１８が形成されている。
【００２１】
第１玉保持孔１７には第１ボール１９が挿入され、第２玉保持孔１８には第２ボール２０が挿入されている。第２玉保持孔１８及び第２ボール２０の直径は、第１玉保持孔１７及び第１ボール１９の直径より大きい。ドローバ８の前部１０は、小径部１４と大径部２２の２段からなる部分に構成されている。
【００２２】
小径部１４には、他の外径部分より小径の第１凹部１２が形成されている。第１凹部１２は、第１ボール１９がはまり込むためのものである。大径部２２には、他の外径部分より小径の第２凹部１３が形成されている。大径部２２の前部は後方にすぼまる、テーパに形成されている。本例のテーパは、傾斜角度αで７度、テーパで７６度である。傾斜角度αは、５度ないし１５度の範囲（セルフロック角）が望ましい。
【００２３】
ホルダ本体２にはテーパ孔４の後方に、テーパ孔４の小径端部より内径の小さな小径穴部４Ａが形成され、この小径穴部４Ａに玉保持器１５の小径部１５Ａが摺動可能に支承されている。この小径穴部４Ａの後方のホルダ本体２には、小径穴部４Ａより内径の大きな大径穴部４Ｂが形成され、この大径穴部４Ｂには、リング状部材２１Ａが挿入され、工具クランプ時に第２ボール２０が接触する後方に広がるテーパ面２１が、このリング状部材２１Ａの後面に形成されている。このリング状部材２１Ａは焼き入れ処理が施され、テーパ面２１が研磨されて、クランプ力が効率良く伝達されるようにしている。また、リング状部材２１Ａを別体で設ける必要はなくテーパ面２１はホルダ本体２の大径穴部４Ｂに直接形成しても良い。
【００２４】
本例では、傾斜角度βで３０度、テーパで１２０度である。傾斜角度βは、２０度ないし３０度の範囲が望ましい。ドローバ８の中心線に沿って貫通孔２５が形成されている。貫通孔２５は、後部からクーラントを供給するための孔である。ドローバ８の最後部の外周には、雄ネジ２６が形成されている。この雄ネジ２６には、スプリング受２７の雌ネジ２８がねじ込んである。
【００２５】
スプリング受２７の前端面２９には、圧縮コイルスプリング３０の後端面が接し、圧縮コイルスプリング３０の前端面が蓋部材５の後端面３１に接している。したがって、圧縮コイルスプリング３０のスプリング力は、蓋部材５を前方に押し、スプリング受２７を後方に引っ張るように働くので、相対的にホルダ本体２が移動しないとするとドローバ８を後方に引っ張ることになる。
【００２６】
ツールシャンク３５のシャンク部３６は、ホルダ本体２のテーパ孔４に密着するようにクランプされて把持固定される。シャンク部３６の後部には、行き止まり穴である把持穴３７が形成されている。把持穴３７の内周面には、環状のクランプ凹部３８が形成されている。クランプ凹部３８の前後のＲ部の径は、第１ボール１９の径より若干大きく設定されている。
【００２７】
第２ボール２０はツールシャンク３５の把持穴３７から外れた後方に配置されているため、第１ボール１９より直径を大きくでき、従ってテーパ面２１と第２ボール２０の接触面に作用する面圧を軽減できるため、クランプ力を増加させても耐久性に問題は無い。また、第１ボール１９を４個設けたことにより、特にミーリング加工のようにラジアル方向に作用する切削力の向きが一定でない場合に、ツールシャンク３５がホルダ本体２から離れようとする不具合を防止できる。
【００２８】
第１ボール１９は３個でも良く、第２ボール２０は２個でも良い。また傾斜角度αが２０度ないし３０度で、傾斜角度βが５度ないし１５度の範囲でも良い。
【００２９】
（実施の形態１の動作）
次に、前記実施の形態１の動作を説明する。図１に示すように、圧縮コイルスプリング３０のスプリング力は、蓋部材５を前方に押し、スプリング受２７を後方に引っ張るように働くので、相対的にホルダ本体２が移動しないとするとドローバ８を後方に引っ張ることになる。
【００３０】
ドローバ８の後方への引っ張りにより、ドローバ８の第１凹部１２にはまり込んでいる第１ボール１９は小径部１４の外周面上に乗り上げる。第１ボール１９は、ツールシャンク３５のクランプ凹部３８に挿入され、クランプ凹部３８の後方のＲ部と係合する。同時に、第２凹部１３にはまり込んでいる第２ボール２０は、テーパである大径部２２の外周面に接する。第２ボール２０は、ホルダ本体２に形成されたテーパ面２１に接する。
【００３１】
圧縮コイルスプリング３０のスプリング力はくさび（楔）効果により、約（１／tanα）倍に拡大され、第２ボール２０に伝えられる。したがって、圧縮コイルスプリング３０のスプリング力の拡大率を大きくしようとすれば、ドローバ８の大径部２２の角度αを小さくすれば良い。拡大された力は、第２ボール２０に伝えられ、第２ボール２０はホルダ本体２のテーパ面２１に接触する。
【００３２】
第２ボール２０に伝えられた力は、同様のくさび（楔）効果により、約（１／tanβ）倍に拡大され、玉保持器１５の大径部１６に伝達される。玉保持器１５は、軸線方向で後退する方向に力を伝達し、第１ボール１９を介してツールシャンク３５を引っ張ることになる。結局、圧縮コイルスプリング３０のスプリング力は拡大されて、ツールシャンク３５のシャンク部３６は膨脹し、ホルダ本体２のテーパ孔４に密着すると共に、ツールシャンク３５の後端面３５Ａとホルダ本体３の前端面３Ａが密着して強固に把持固定される。
【００３３】
ツールのアンクランプは、空気圧ピストン（図示せず）によりドローバ８の最後端面を押すことにより、図２に示す状態から図３に示す状態となり、ドローバ８の前端面８Ａが把持穴３７の行き止まり部３９に当接して、ツールシャンク３５を少し前に押し出し、ツールシャンク３５を工具ホルダ本体２のテーパ孔４から取り出すことができる。傾斜角度αはセルフロック角に設定されているので、ツールシャンク３５にはセルフロックが掛かり、切削力によってツールシャンク３５がテーパ孔４から抜け出すことが無い。
【００３４】
［発明の実施の形態２］
前記したように発明の実施の形態１でクランプ力を増すには、角度αと角度βを小さくするのが良いが、角度βを小さくするとツールのアンクランプ時に玉保持器１５を介して第２ボール２０をテーパ面２１に押し当てても、第２ボール２０を半径方向内側へ押し戻すことができない。
【００３５】
図４は、発明の実施の形態２を示すツールロック装置の断面図である。ドローバ８に一体にフランジ９ａが設けられている。
【００３６】
フランジ９ａ前部の外径９ｂには、円筒状のエジェクタ３５が配置されている。エジェクタ３５は、その中心に孔３６を備え、エジェクタ３５は外径９ｂに焼きばめあるいはビス止め等によって一体的に設けられている。エジェクタ３５の先端には、テーパ面３７が形成されている。テーパ面３７は、第２ボール２０に接触する位置に形成されている。ツールのアンクランプ時に、空気圧ピストンによりドローバ８の最後端面を押すと、フランジ９ａはエジェクタ３５を後方から押して移動される。
【００３７】
エジェクタ３５のテーパ面３７は、第２ボール２０を半径方向内側に押して、アンクランプ動作を円滑にする。本例では、傾斜角度αで１０度、テーパで７０度であり、傾斜角度βで２０度、テーパで１４０度である。この実施の形態２は、ホルダ本体２が回転する主軸タイプの例である。
【００３８】
［その他の発明の実施の形態］
前記実施の形態１では、ホルダ本体２が回転しないタイプであったが、前記説明から理解されるように、回転工具を装着してホルダ本体２が回転する主軸タイプであっても良い。
【００３９】
また、前記実施の形態２では、ホルダ本体２が回転する主軸タイプであったが旋削工具を装着するために、ホルダ本体２が固定タイプであっても良い。また、本発明は、工具以外の物、例えば被加工物を取付けるためのシャンクのロック装置に適用することも可能である。
【００４０】
【発明の実施例】
前記発明の実施の形態１の実施例は、以下のようなものである。大径部２２のテーパは、傾斜角度αで７度、テーパで７６度である。第１ボール１９の直径が約１１mm、第２ボール２０の直径が約１４mmである。ホルダ本体２のテーパ面２１は、傾斜角度βで３０度、テーパで１２０度である。
【００４１】
圧縮コイルバネ３０のばね圧縮荷重が約４２０kgfで、ツールクランプ力が約１，９００kgfであった。ツールアンクランプ力は、すなわちばねの最大圧縮荷重は、約７５０kgfである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によると、次の効果が奏される。軸心にロック用穴が形成されたホローシャンク型のツールシャンクをボールを使用してロックするタイプの工作機械のツールロック装置であっても、クランプ力が強い、ツールシャンクにセルフロック作用が掛かる、アンクランプ力が空気圧でも作動できる程度に小さくできる、軸中心に大量のクーラントを流すことができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の工作機械のツールロック装置の断面図である。
【図２】図２は、図１の前部の部分拡大図である。
【図３】図３は、アンクランプ時の本発明の工作機械のツールロック装置の断面図である。
【図４】図４は、発明の実施の形態２を示す工作機械のツールロック装置の断面図である。
【符号の説明】
１…主軸
２…ホルダ本体
３…フランジ
４…テーパ孔
５…蓋部材
８…ドローバ
１５…玉保持器
１６…大径部
１７…第１玉保持孔
１８…第２玉保持孔
１９…第１ボール
２０…第２ボール
２１…テーパ面
３０…圧縮コイルスプリング
３７…テーパ面
【図１】
0003934222.tif 000002
【図２】
0003934222.tif 000003
【図３】
0003934222.tif 000004
【図４】
0003934222.tif 000005