(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ状のシャンク部と該シャンク部より大径の本体とを有し該シャンク部が加工機の主軸に設けられたテーパ孔に嵌合されシャンク部先端部が引具により主軸内側に引き込まれた状態で前記主軸の先端面と該先端面に対面する前記本体の端面とが所要の距離だけ離間するように構成された工具保持具において、前記本体に穿設された径方向の第１の有底孔と、前記本体の端面側から前記第１の有底孔に連穿された第２の有底孔と、該第２の有底孔内に移動可能に設けられ前記本体端面から前記主軸端面側に突出する防振部材と、前記第１の有底孔内に前記径方向に摺動自在に設けられ前記主軸が回転したとき発生する遠心力を受けて該第１の有底孔内を摺動して前記防振部材に摺接し該防振部材を前記主軸端面側に押し付ける遠心部材とを有する保持具支持装置を、前記本体の周方向に複数個設けたことを特徴とする工具保持具。
【請求項２】
請求項１において、前記保持具支持装置は、前記遠心部材を前記遠心力に抗して前記工具保持具の中心側に付勢する弾発バネを有することを特徴とする工具保持具。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記防振部材と摺接する前記遠心部材の摺接面は傾斜面となっており該傾斜面により該遠心部材の遠心方向に受ける力を前記防振部材の前記主軸端面側への押圧力に変換する構成としたことを特徴とする工具保持具。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、前記保持具支持装置を少なくとも３個以上設けたことを特徴とする工具保持具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加工機の主軸先端部に交換可能に装着される工具保持具に係り、特に、主軸が高速回転しても工具先端までの寸法が縮むことのない汎用的な工具保持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ加工機等では、ドリル等の種々の工具を交換しながら加工を行うため、各工具を夫々の工具保持具に予め取り付けておき、該当する工具が取り付けられた工具保持具をロボット等が適宜選択し加工機の主軸先端部に装着するようになっている。
【０００３】
特開平５−３３７７６９号公報記載の工具保持具にはその先端部に切削バイトが取り付けられており、工具保持具の取付部であるテーパ部分が加工機主軸先端部に設けられたテーパ孔内に引き込まれ固定されることで、両テーパ部が密着嵌合して工具保持具が強固に加工機主軸に装着されるようになっている。
【０００４】
この従来技術において、工具をドリル等のように高速回転させる場合、数千〜数万rpmという高速回転状態になると、主軸の前記テーパ孔が遠心力により若干拡径しようとするのを避けることができない。特に主軸のテーパ孔が拡径すると、その内部に引き込まれる構成になっている工具保持具にあってはそのテーパ部がそれだけ主軸内に引き込まれ、工具先端までの距離が縮んでしまう。これでは超精密加工が不可能になる。
【０００５】
そこで、特許第２５７１３２５号掲載公報記載の従来技術では、工具保持具を主軸先端部に装着したとき、主軸先端面に工具保持具の鍔部端面が高精度に当接するように加工し、主軸が高速回転してテーパ孔が拡径しても、鍔部端面が主軸先端面に当たって工具保持具が主軸内に引き込まれないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、主軸先端面に鍔部端面が高精度に当接するように工具保持具を製造すれば、主軸の高速回転に従って発生する問題は解決する。しかし、加工機にはその製造メーカーの違いや型式などの違いにより主軸先端部の寸法などがまちまちであるという問題がある。
【０００７】
工具保持具の供給側が加工機側の個体差に応じて工具保持具を高精度に単品製造するのでは、製造コストが高くなりすぎてしまう。また、ある加工機用の工具保持具を隣の加工機に使用することができなくなるため、加工機個々に必要な工具つまり工具保持具を全て揃えなければならないという問題が生じる。
【０００８】
本発明の目的は、汎用的に使用できしかも主軸が高速回転しても工具先端までの寸法が変化しない工具保持具を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、テーパ状のシャンク部と該シャンク部より大径の本体とを有し該シャンク部が加工機の主軸に設けられたテーパ孔に嵌合されシャンク部先端部が引具により主軸内側に引き込まれた状態で前記主軸の先端面と該先端面に対面する前記本体の端面とが所要の距離だけ離間するように構成された工具保持具において、前記本体に穿設された径方向の第１の有底孔と、前記本体の端面側から前記第１の有底孔に連穿された第２の有底孔と、該第２の有底孔内に移動可能に設けられ前記本体端面から前記主軸端面側に突出する防振部材と、前記第１の有底孔内に前記径方向に摺動自在に設けられ前記主軸が回転したとき発生する遠心力を受けて該第１の有底孔内を摺動して前記防振部材に摺接し該防振部材を前記主軸端面側に押し付ける遠心部材とを有する保持具支持装置を、前記本体の周方向に複数個設けることで、達成される。
【００１０】
主軸が回転して遠心力によりテーパ孔が拡径しようとする場合、遠心力を受けた遠心部材が第１の有底孔内を径方向に摺動して防振部材を摺接面で押圧する。これにより、防振部材は主軸端面に押し当てられ、工具保持具がテーパ孔内に落ち込むのを防止する。このとき、複数の保持具支持装置の防振部材が全て同様に機能するため、工具保持具は主軸に対して直角に支持される。個体差のある別の主軸にこの工具保持具が装着された場合には、防振部材の主軸端面側に突出する長さが変わるだけなので、個体差のある加工機にも装着することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る工具保持具の断面図である。既設の加工機主軸先端部１には、周知のようにその中心軸にテーパ孔２が穿設されている。このテーパ孔２は、主軸先端面３側に行くに従って拡径し、主軸先端面３で開口する。このテーパ孔２に、工具保持具１０が装着される。
【００１２】
工具保持具１０の本体背部に突設されたシャンク部（テーパ部）１１は、上記のテーパ孔２に整合するように円錐状に設けられ、工具保持具１０の本体は、シャンク部１１の付根部より大径に形成され、図示しないロボット等が工具保持具１０を掴持するための環状凹部１２がこの大径部に設けられている。
【００１３】
工具保持具１０のシャンク部１１先端には周知のようにネジ孔１３が螺刻され、このネジ孔１３にプルスタッド４０が螺着されている。このプルスタッド４０を、加工機側の引具４１が引っ張り込むことで、工具保持具１０のシャンク部１１がテーパ孔２に緊密に嵌合し、主軸先端部１に工具保持具１０が強固に一体に装着される構成になっている。
【００１４】
工具保持具１０の大径部の環状凹部１２よりシャンク部１１側の鍔部１４部分に、本実施形態の特徴となる保持具支持装置２０が設けられている。図２はこの保持具支持装置２０の詳細断面図であり、図３は、図１の矢印Ａ方向から工具保持具を見た矢視図である。
【００１５】
保持具支持装置２０は、工具保持具に複数個設けられる。好適には、工具保持具の軸心を加工機主軸に対して直角に支持する必要があるため、少なくとも３個以上設けるのが好ましい。本実施形態では、図３に示すように、８個の保持具支持装置２０が、中心線Ｃに対して４個づつ線対称に設けられている。本実施形態では、鍔部１４の中心線Ｃ上に他の目的のため切り欠き１６，１７を設けているためかかる配置としたが、切り欠き１６，１７を設ける必要がなければ、これらの保持具支持装置２０を鍔部１４に均等に設けることでもよい。
【００１６】
図２（ａ）は、主軸が静止しているときの保持具支持装置２０の断面図であり、図２（ｂ）は主軸が回転している状態での保持具支持装置の断面図である。また、図４は、図２（ｂ）のIV−IV線断面図である。
【００１７】
図２（ａ）において、保持具支持装置２０は、鍔部１４の外周側から軸心に向かって径方向に穿設された有底孔２１内に設けられており、基本的には２つの部材で構成される。１つは、工具保持具１０が回転して遠心力が生じたときその遠心力により径方向（図の矢印Ｄ方向）に摺動する遠心部材２２であり、もう１つは、遠心部材２２と傾斜面で接触し遠心部材２２が径方向に摺動したとき遠心部材２２からの反力で軸心と同方向の矢印Ｅ方向に移動する防振部材３０である。
【００１８】
遠心部材２２は金属製でなり、その底部２３（工具保持具の軸心側）は、有底孔２１の内壁面２１ａと密接に接するため、遠心部材２２の動きは工具保持具１０の径方向にのみ規制される。この遠心部材２２の上部側（工具保持具の外周方向）には有底孔２４が穿設され、この有底孔２４内にはバネ２５が縮設されると共に、有底孔２４の入口にバネ２５を押す押しピン２６が摺動自在に挿入されているため、この押しピン２６の先端が有底孔２１の蓋体２９に当接することにより、遠心部材２２はバネ２５の弾発力で有底孔２１の底側に常に付勢されている。
【００１９】
遠心部材２２の上部側かつ主軸先端部１側の部分２７は半円柱状に切削され、この切削部２７に、防振部材３０が出没自在に取り付けられる。切削部２７の防振部材３０頭部と接触する部分には約２０度の傾斜面２８が形成されている。この傾斜面２８は、遠心部材２２が遠心力によりバネ２５の弾発力に抗して工具保持具１０の外周方向（矢印Ｄ方向）に摺動したとき、当接する防振部材３０を矢印Ｅ方向に押し出すように機能する。
【００２０】
防振部材３０は、金属製でなり、円又は角柱状に形成されている。防振部材３０の主軸先端部１側の底面３０ａは平面状に形成され、前記傾斜面２８に当接する頭部は円錐状に形成されている。この防振部材３０は、鍔部１４の主軸先端面３に対面する端面１４ａから有底孔２１に連穿された孔１５に摺動自在に収納され、その頭部が傾斜面２８に当接するが、そのままでは、回転したり抜け落ちたりするため、防振部材３０にはその頭部直下に直径方向に貫通する孔３１が設けられ、この孔３１に、長手の回り止めピン３２が貫挿されている。
【００２１】
斯かる構成の保持具支持装置２０は、有底孔２１内に、バネ２５及びピン２６が装着された遠心部材２２を収納した後、鍔部１４の底側（反矢印Ｅ側）から防振部材３０を挿入すると共に、その孔３１に回り止めピン３２を挿入し、最後に、有底孔２１の入口内周壁に螺刻された雌ネジに、雄ネジ状の蓋体２９を螺着することで、又は蓋体２９を任意の止具（ビス）等で鍔部１４に止付けることにより組み立てられる。
【００２２】
この工具保持具１０を加工機の主軸に装着した場合、主軸先端面３とこれに対面する鍔部端面１４ａとの間は、所要の距離だけ離間する。この距離は、加工機の個体差に応じてまちまちとなる。
【００２３】
主軸が停止している状態では、遠心部材２２はバネ２５の弾発力で工具保持具１０の軸心方向に付勢されているため、傾斜面２８から防振部材３０に力は加わっていない状態となっている（図２（Ａ）の状態）。
【００２４】
主軸が回転を始め、主軸先端部１が遠心力で拡径し始める状態になると、遠心力により遠心部材２２がバネ２５の弾発力に抗して径方向（矢印Ｄ方向）に摺動し、傾斜面２８が防振部材３０を主軸先端部１端面側に押し出す。斯かる作用は、本実施形態の場合、８個の保持具支持装置２０で同様に起こるため、８個の防振部材３０の各底面３０ａが均等に主軸先端部１端面に押しつけられ、工具保持具１０は軸心が傾くことなく、しかも、シャンク部１１がテーパ孔２内に進入することが防止され、またシャンク部１１がテーパ孔２内に進入することによりテーパ孔２内を押し広げる作用も減少し、その結果、主軸先端部１における端面３から工具先端までの寸法は変らなくなる。（図２（Ｂ）の状態）。
【００２５】
更に主軸の回転数が増大してテーパ孔２が拡径する状況になっても、主軸の遠心力に応じた力により防振部材３０が遠心部材２２により押圧されるため、工具先端までの寸法は不変のまま保たれると共に、工具保持具１０の軸心のブレも回避される。
【００２６】
また、上述したように防振部材３０が遠心力を受けて進退することで工具保持具１０のテーパ孔２内への落ち込みを阻止する構成を採用したため、防振部材３０が鍔部１４の端面１４ａから主軸先端面３に突出する距離だけ個体差を持った加工機主軸に取り付けることができ、それだけ汎用性を持たせることが可能となり、１種類の工具保持具１０を様々な個体差を持った加工機に装着することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、主軸が高速回転しても、工具保持具が主軸のテーパ孔内に落ち込んで工具先端までの寸法が縮んでしまう危険を極力回避できると共に工具保持具の軸心がブレるのを回避でき、更に、個体差を持った加工機に汎用的に使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る工具保持具の断面図である。
【図２】保持具支持装置の断面図であり、（Ａ）図は主軸が停止状態のときの断面図で（Ｂ）図は主軸が回転状態のときの断面図である。
【図３】図１の矢印Ａ方向から工具保持具を見た矢視図である。
【図４】図２（Ｂ）のIV-IV線断面図である。
【符号の説明】
１…主軸先端部、２…テーパ孔、３…主軸先端面、１０…工具保持具、１１…シャンク部（テーパ部）、１４…鍔部、１４ａ…鍔部端面、２０…保持具支持装置、２１…有底孔、２２…遠心部材、２３…底部、２４…有底孔、２５…弾発バネ、２６…押しピン、２７…切削部、２８…傾斜面、２９…蓋体、３０…防振部材、３１…貫通孔、３２…回り止めピン、４０…プルスタッド、４１…引き具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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