(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機の主軸に形成されたテーパー孔に交換可能に装着される工具保持具において、工具が取り付けられる本体の背部に突設された軸体と、外表面が前記テーパー孔に整合する円錐状に形成され内周面が前記軸体に嵌合されるテーパースリーブと、前記軸体に外嵌され前記テーパースリーブが該軸体に嵌合されて前記テーパー孔に挿入されたとき軸心方向に弾発力に抗して圧縮され前記テーパースリーブを前記テーパー孔側に付勢する弾性リングとを備え、
前記テーパースリーブの内周面には軸心方向に延びる凹状溝が複数本円周方向に均等に設けられており、
前記テーパースリーブが前記テーパー孔に当接した状態で前記本体の主軸側端面と前記主軸先端面との間に若干の間隙が生じ該隙間分が零となるように前記主軸側端面と前記主軸先端面とを密着させるべく前記テーパースリーブを更に前記テーパー孔に挿入させて装着完了とする寸法形状にし、
前記テーパースリーブの前記本体側の開口内周部にリング溝を削成しておくと共に、該リング溝の軸方向深さよりも厚い剛体製リングを前記軸体の根本に外嵌しておき、該剛体製リングの厚さにより前記隙間の寸法を調整する構成とし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】
本発明は加工機に交換可能に装着される工具保持具に係り、特に、加工機の主軸に工具保持具を取り付けて主軸と工具保持具を一体に高速回転させても軸心がずれることなくその一体性を維持できる工具保持具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ加工機等では、例えば、各種口径の穴を被加工物に穿孔する場合、ロボット等が自動的に該当する口径のドリルを加工機の主軸に取り付けるようになっている。この場合、ドリルをその軸心が主軸に一致するように直接取り付けることは難しいため、予め各種口径のドリルを夫々の工具保持具に装着しておき、該当する工具保持具を加工機に取り付けるようになっている。
【０００３】
図８は、特開平７−９６４３６号公報に記載されている従来の工具保持具の構成図である。加工機のフレーム１に回転自在に保持されている主軸２には、円錐状のテーパー孔３が設けられている。工具保持具５は、その背部に、前記テーパー孔３に整合する円錐状のシャンク部６を備える。
【０００４】
図示しないロボットは、この工具保持部５のシャンク部６を主軸のテーパー孔３に挿入し、工具保持具５の本体８の背部端面が主軸先端面２ａに当接するまで、シャンク部６先端のプルスタッド７を加工機側の引具４が引き込むことで、工具保持具５を主軸２に対し軸心が一致するように一体に嵌合させる。図示しないドリル等の工具は、反プルスタッド７側に取り付けられている。
【０００５】
この従来技術のシャンク部６は中空体として形成されていおり、周壁の厚さＴはシャンク部６の全周，全長に渡って均一に形成されている。ロボットがテーパー孔３の内周面３ａにシャンク部６の外周面６ａを当接させるように挿入し、更に、引具４が工具保持具５をその本体８の背部端面８ａが主軸先端面２ａに当接するまで強力な力で引き込むことで、シャンク部６が均一に縮径し工具保持具５は主軸２に一体的に密着保持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
加工機の主軸は、毎分２万回転という超高速回転を行うため、ステンレス製であってもその遠心力による影響は無視できず、主軸のテーパー孔３は遠心力で拡径する。このような場合でも、工具保持具５は、主軸２と軸心が常に一致するように且つ高度な一体性を保持する必要があり、少しでも軸心がずれると、加工精度に悪影響を及ぼす。従って、主軸２へ取り付ける工具保持具５の主軸嵌合部分の構造が重要になってくる。
【０００７】
上述した従来技術は、引具４が工具保持具５を引き込んだとき、本体８の背部８ａが主軸端面２ａに当り、かつ、シャンク部６全体が均一に軸心方向に縮径するようにその周壁の厚さＴを均一に形成するが、全体を均一に形成するといっても、その精度が問題であり、超高速回転を行っているときでもシャンク部６が均一に縮径して主軸との間で高度の一体性を保つようにするには、高精度の均一加工が要求され、コスト増の要因になる。
【０００８】
本発明の目的は、主軸嵌合部分の加工成形が容易でしかも超高速回転下でも主軸との一体性を高度に保つことができる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、加工機の主軸に形成されたテーパー孔に交換可能に装着される工具保持具において、工具が取り付けられる本体の背部に突設された軸体と、外表面が前記テーパー孔に整合する円錐状に形成され内周面が前記軸体に嵌合されるテーパースリーブと、前記軸体に外嵌され前記テーパースリーブが該軸体に嵌合されて前記テーパー孔に挿入されたとき軸心方向に弾発力に抗して圧縮され前記テーパースリーブを前記テーパー孔側に付勢する弾性リングとを備えることで、達成される。
【００１０】
軸体を主軸に一体に保持するために両者間に介装するテーパースリーブの加工成形は容易であり、しかも、装着完了の状態ではテーパースリーブは常に弾性リングの弾発力でテーパー孔側に付勢されているため、遠心力でテーパー孔が拡径してもその付勢力でテーパースリーブが移動して軸体と主軸との一体性が維持される。このため、軸心がずれることはない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１〜図４は、本発明の一実施形態に係る工具保持具の構成図である。既設の加工機側の主軸１０には、中心軸に沿って孔１１が穿設されており、中には、引具１２が設けられており、孔１１の主軸先端面側には円錐状のテーパー孔１３が連設されている。この主軸１０のテーパー孔１３に、脱着自在に工具保持具１５が取り付けられる。
【００１２】
本実施形態に係る金属製の工具保持具１５は、主軸１０の先端面１０ａに当接する大径の本体１６と、本体１６背部に突設された軸体１７を備える。軸体１７は、本体１６よりも削径された中径部１７ａと、中径部１７ａの背部に連設され中径部１７ａよりも削径された小径部１７ｂから成り、小径部１７ｂの中心軸にはネジ孔１９が設けられ、このネジ孔１９にプルスタッド２０が螺着されている。軸体１７には、金属製のテーパースリーブ２１が外嵌されている。尚、工具保持具本体１６の反プルスタッド２０側つまり工具を取り付ける側の構成は周知なので図示を省略してある。
【００１３】
テーパースリーブ２１は、図示の如く主軸１０の肉厚及び軸体１７の径に比較して極めて薄肉に形成してある。また外周面がテーパー孔１３の内周面に整合する円錐状に形成されており、その中心軸には、中径部１７ａの外周面に整合する中径孔２１ａと、この中径孔２１ａに連通し小径部１７ｂの外周面に整合する小径孔２１ｂとが穿設されている。テーパースリーブ２１の中径孔２１ａ開口端内周部にはリング溝２１ｃが削成されている。
【００１４】
リング溝２１ｃに嵌合する断面矩形の剛体製リング例えば金属製リング２２が工具保持具１５の中径部１７ａに外嵌され、外径が中径部１７ａの外径と同じで内径が小径部１７ｂの外径と同じ断面矩形の合成樹脂で成る弾性リング２３が小径部１７ｂに外嵌されており、その上から、テーパースリーブ２１が工具保持具１５の中径部１７ａ及び小径部１７ｂに外嵌される。剛体製リング２２の軸方向の厚さは、リング溝２１ｃの軸方向の深さより厚くなっている。
【００１５】
テーパースリーブ２１の中径孔２１ａ開口端面と工具保持具本体１６の主軸側端面１６ａとの間には、リング２２より少し大径のＯリング２４が介挿され、テーパースリーブ２１の小径孔２１ｂ開口側端部は、工具保持部１５の小径部１７ｂの外周部に固着されたリング状止具２５に係止され、テーパースリーブ２１が工具保持具１５から外れないようになっている。
【００１６】
上述した構成の工具保持具１５を主軸１０に取り付ける場合、まず、保持具１５の中径部１７ａ，小径部１７ｂ，テーパースリーブ２１等でなる主軸嵌合部を主軸１０のテーパー孔１３に挿入し、図１に示す状態とする。
【００１７】
次に、引具１２でプルスタッド２０を掴持し、工具保持具１５を引き込むと、図２に示す状態、すなわち、テーパースリーブ２１の外周面２１ｆが、テーパー孔１３の内周面に当接した状態となる。更に、引具１２が工具保持具１５を矢印Ａ方向に引き込むと、Ｏリング２４と弾性リング２３が圧縮されて、リング溝２１ｃと金属製リング２２との間の隙間がなくなる状態、つまり、図３に示す状態となる。この状態では、工具保持具本体１６の背部側端面１６ａと、主軸先端面１０ａとの間に若干の隙間２６が残る状態となる。
【００１８】
更に、引具１２が工具保持具１５を矢印Ａ方向に引き込むと、本体１６が金属製リング２２を矢印Ａ方向に押圧してテーパースリーブ２１をテーパー孔１３内に押し込み、図４に示す様に、隙間２６がなくなり、工具保持具１５の本体１６は、主軸１０に強固に密着する。この状態で、止具２５はテーパースリーブ２１のプルスタッド２０側端部から若干離間し、その分だけ弾性リング２３は更に弾発力に抗して圧縮される。即ち、工具保持具１５が主軸１０に装着されている状態では、テーパースリーブ２１は、弾性リング２３の弾発力によって常にテーパー孔１３の小径側に付勢されている状態になっている。
【００１９】
この図４に示す状態では、テーパースリーブ２１は、主軸１０側から半径方向に強い反力を受けて弾性変形し、若干縮径する。これにより、工具保持具１５の軸体１７は強固な力でテーパースリーブ２１により締め付けられ、テーパースリーブ２１は主軸１０により強固な力で締め付けられているため、工具保持具１５は、主軸１０に強固に一体保持されることになる。
【００２０】
前述した様に、加工機が動作して加工を行う場合、主軸１０は超高速回転を行い、遠心力により、テーパー孔１３は、拡径する方向の力を受ける。テーパー孔１３が遠心力で拡径した場合、本実施形態に係る工具保持具１５では、圧縮されていたスリーブ２１と弾性リング２３とはその弾発力で縮径された状態から、放射方向に戻り、隙間を生じさせない。また弾発力でテーパースリーブ２１を矢印Ａ方向に移動させる。
【００２１】
これにより、テーパー孔１３が拡径しても、主軸１０とテーパースリーブ２１の間の密着状態は維持され、主軸１０と工具保持具１５との強固な一体結合は維持されることになる。このため、超高速回転を行っても、工具保持具１５の軸心がずれることはなく、高精度の加工が可能となる。
【００２２】
図３の状態、つまり、工具保持具本体１６とリング２２とテーパースリーブ２１とが密着した状態（リング溝２１ｃ内に隙間が残っていない状態）で本体背部端面１６ａと主軸先端面１０ａとの間の隙間２６がどの程度になるかは、この隙間２６が零となるようにテーパースリーブ２１をテーパー孔１３内に押し込んだとき（図４の状態）に主軸１０が工具保持具１５を締め付ける力の大きさに関わる要素であり、重要である。
【００２３】
しかし、工具保持具１５の取付対象となる加工機は、その製造メーカーの違い等により個体差があるため、この隙間２６の大きさがまちまちになってしまう。しかるに、本実施形態に係る工具保持具１５では、この加工機側の個体差を、金属製リング２２の厚さを変えることで容易に吸収でき、隙間２６の寸法を所望の寸法にできるという利点がある。
【００２４】
図５は、テーパースリーブ２１の別の実施形態を示す図であり、同図（ｂ）はテーパースリーブの内部を中径孔開口側から見た図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のａ−ａ線矢視図である。この実施形態に係るテーパースリーブは、その内周面の中径孔，小径孔の表面に、夫々、円周方向に均等に６条の溝２１ｄを刻設してある。図１に示す実施形態では、テーパースリーブ２１の内周面全面が工具保持具１５の軸体１７に密着する構成となっているが、この実施形態では、溝２１ｄの部分が軸体１７に非接触状態となり、梨子地状にして示す２１ｅの部分が接触する。従って工具保持具１５を主軸１０に装着しテーパースリーブ２１を縮径させるとき、この溝２１ｄがあるため半径方向の収縮度が大きくなってより強固に軸体１７を締め付けることが可能となる。
【００２５】
図６は、更に別のテーパースリーブの実施形態を示す図であり、同図（ｂ）はテーパースリーブの内部を中径孔開口側から見た図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のａ−ａ線矢視図である。この実施形態では、梨子地状にして示す２１ｅの部分が接触する。溝２１ｄの幅を狭くし、８条の溝としている。図５の様に幅の広い溝を設けるか、図６の様に幅の狭い溝を沢山設けるかは、テーパースリーブの材質や大きさ、テーパーの角度等を勘案して決める。
【００２６】
図１に示す実施形態では、軸体１７を中径部，小径部の２段構造としたが、軸体１７全体を１つの径の軸体としてもよいことはいうまでもない。しかし、この場合には、弾性リングの取付箇所を変更する必要がある。図７は、その実施形態を示す図である。この実施形態では、テーパースリーブ３１の工具保持具本体１６側端面内周部にリング溝３１ａが刻設され、このリング溝３１ａ内に、断面矩形の弾性リング３２が収納され、この弾性リング３２を圧縮する位置に、断面Ｌ字形の金属製リング３３が収納されている。
【００２７】
図３に示す隙間２６が存在する状態では、図７の金属製リング３３とテーパースリーブ３１との間には弾性リング３２の弾発力で隙間３４が形成され、隙間２６がなくなる状態では弾性リング３２の弾発力に抗して金属製リング３３が弾性リング３２を押圧し圧縮することでテーパースリーブ３１に当接し、隙間３４がなくなる状態となる。これにより、図１に示す実施形態の弾性リング，金属製リングと同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度の均一加工を行う必要がないため製造コストが安くなり、また、加工時にも遠心力による影響を受けることなく常に主軸と軸心を一致させ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要部構成図である。
【図２】図１に示す工具保持具を主軸に挿入した図である。
【図３】図２に示す工具保持具を主軸内に引き込んだ図である。
【図４】図３に示す工具保持具を更に主軸内に引き込んだ装着完了時の図である。
【図５】テーパースリーブの別の実施形態の内面側を示す図である。
【図６】テーパースリーブの更に別の実施形態の内面側を示す図である。
【図７】テーパースリーブの弾性リング取付部の別実施形態を示す構成図である。
【図８】従来の工具保持具の取付構造を示す図である。
【符号の説明】
１０  主軸
１２  引具
１３  テーパー孔
１５  工具保持具
１６  工具保持具本体
１６ａ  本体背部端面
１７  軸体
１７ａ  中径部
１７ｂ  小径部
２０  プルスタッド
２１  テーパースリーブ
２２  金属製リング
２３  弾性リング
【図１】
0004209523.tif 000002
【図２】
0004209523.tif 000003
【図３】
0004209523.tif 000004
【図４】
0004209523.tif 000005
【図５】
0004209523.tif 000006
【図６】
0004209523.tif 000007
【図７】
0004209523.tif 000008
【図８】
0004209523.tif 000009