(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の工具主軸による切削工具の保持構造であって、
前記切削工具の基端側には円筒部が設けられ、
前記工具主軸には、前記円筒部の外周面を内周面で受ける工具取付穴と、該工具取付穴内で前記円筒部の内面と係合するクランプ部材とが設けられ、
前記円筒部の外周面と前記工具取付穴の内周面のうちいずれか一方の周面には凹部と、該凹部から延びる溝とが形成され、この溝の幅は前記凹部の内径よりも狭められているとともに該溝の底面が平面に形成され、
他方の周面には、該他方の周面から先端を出没可能とされて、前記一方の周面と前記他方の周面とが離間した状態で前記先端によって前記凹部と係合する係合部が設けられていることを特徴とする工具保持構造。
【請求項２】
前記係合部が、前記一方の周面または前記他方の周面から一部を突出可能とされる球体と、該球体を突出方向に向けて付勢する付勢部材とを有するボールプランジャによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の工具保持構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の工具保持構造によって保持される切削工具であって、
基端側に設けられる円筒部の外周面には、凹部と、該凹部から基端側に向けて延びる溝とが設けられていることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具主軸に装着される切削工具によって被削材の切削を行う工作機械の工具保持構造及びこの工具保持構造によって保持される切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具主軸による切削工具の保持構造としては、例えばＨＳＫ等の規格がある。
この保持構造では、図４に示すように、切削工具４１は、基端側に外フランジ４２が設けられ外フランジ４２よりも基端側には外周面４３ａが基端側に向かうにつれて縮径されるテーパー面をなす円筒部４３が設けられた構成とされている。また、工具主軸４６は、内周面４７ａが工具主軸４６の先端面４６ａから基端側に向かうにつれて縮径されるテーパー面とされてこの内周面４７ａで切削工具４１の円筒部４３の外周面４３ａを受けるテーパー穴４７が設けられ、先端面４６ａには外フランジ４２の基端側の端面４２ａを受ける受け面４８が設けられ、テーパー穴４７内には切削工具４１の円筒部４３の内面と係合するとともに円筒部４３を外周側に向けて押圧してテーパー穴４７の内周面４７ａに押し付けて固定するクランプ部材（図示せず）が設けられた構成とされている。
そして、クランプ部材と円筒部４３の係合と係合解除を自動制御によって行うことで、切削工具４１の固定と固定解除を自動的に行い、例えば工具自動交換機による切削工具の自動交換を行うことができるようになっている。
【０００３】
この工具保持構造は、いわゆる二面拘束型の保持構造であって、切削工具４１の円筒部４３の外周面４３ａと工具主軸４６のテーパー穴４７の内周面４７ａとを面接触させ、切削工具４１の外フランジ４２の基端側の端面４２ａと工具主軸４６の受け面４８とを面接触させることによってこれらの軸方向及び半径方向の位置決めが行われるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、切削工具４１を交換する際には、クランプ部材による円筒部４３の保持を解除して切削工具４１の工具主軸４６に対する固定を解除するが、この状態では図５に示すように切削工具４１が工具主軸４６の軸線に対して傾斜してしまい工具自動交換機による工具の交換が困難になってしまったり、工具主軸４６の姿勢によっては切削工具４１が工具主軸４６から脱落してしまう可能性があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、切削工具を着脱する際に切削工具の姿勢を維持することができる工具保持構造及びこの工具保持構造によって保持される切削工具を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる保持構造は、工作機械の工具主軸による切削工具の保持構造であって、前記切削工具の基端側には円筒部が設けられ、前記工具主軸には、前記円筒部の外周面を内周面で受ける工具取付穴と、該工具取付穴内で前記円筒部の内面と係合するクランプ部材とが設けられ、前記円筒部の外周面と前記工具取付穴の内周面のうちいずれか一方の周面には凹部と、該凹部から延びる溝とが形成され、この溝の幅は前記凹部の内径よりも狭められているとともに該溝の底面が平面に形成され、他方の周面には、該他方の周面から先端を出没可能とされて、前記一方の周面と前記他方の周面とが離間した状態で前記先端によって前記凹部と係合する係合部が設けられていることを特徴としている。
【０００７】
このように構成される工具保持構造においては、切削工具の基端側には円筒部が設けられており、工具主軸には、円筒部の外周面を内周面で受ける工具取付穴と、工具取付穴内で円筒部の内面と係合するクランプ部材とが設けられている。ここで、切削工具の円筒部の外周面は、工具主軸の工具取付穴の内周面に受けられるものであって工具主軸に対する位置決めの基準面をなしている。
そして、円筒部の外周面を工具取付穴の内周面に面接触させた状態でクランプ部材を円筒部の内面に係合させることで切削工具が工具主軸に固定され、クランプ部材と円筒部の内面との係合を解除することで切削工具の固定が解除される。
【０００８】
切削工具の円筒部の外周面と工具取付穴の内周面のうちいずれか一方の周面には凹部が設けられており、他方の周面には、他方の周面から先端を出没可能とされて、先端で凹部と係合する係合部が設けられている。
これにより、クランプ部材による切削工具の固定が解除されている状態でも、凹部と係合部とが係合されて、工具主軸に切削工具が保持されることとなる。
そして、この状態から切削工具をさらに工具取付穴内に押し込むことで切削工具を工具主軸に密着させて工具主軸に対する固定が可能となり、また切削工具をさらに工具取付穴から引き出すことで、係合部と凹部との係合を解除して、工具主軸から切削工具を取り外すことができる。
【０００９】
ここで、この工具保持構造において、係合部が、前記一方の周面もしくは前記他方の周面から一部を突出可能とされる球体と、この球体を突出方向に向けて付勢する付勢部材とを有するボールプランジャによって構成されていてもよい。
この場合には、係合部が球体によって構成されるので、係合部の先端が球面をなすとともに、さらに球体が凹部に対する相対的な移動に伴って転がることで、凹部との係合を解除する際に凹部のふちに対する引っかかりが生じにくくなるとともに、凹部が設けられる円筒部の外周面または工具主軸の工具取付穴の内周面の負担が軽減されて、切削工具の着脱がスムーズになるとともに、切削工具の着脱を繰り返すことによる切削工具や工具主軸の損傷を軽減することができる。
【００１０】
本発明にかかる切削工具は、本発明にかかる工具保持構造によって保持される切削工具であって、基端側に設けられる円筒部の外周面には、凹部と、該凹部から基端側に向けて延びる溝とが設けられていることを特徴としている。
このように構成される切削工具においては、基端側に設けられる円筒部の外周面に凹部が設けられている。これにより、クランプ部材による切削工具の固定が解除されている状態でも、切削工具の凹部と工具主軸の工具取付穴内に設けられた係合部とが係合されて、工具主軸に切削工具が保持されることとなる。
【００１１】
この切削工具においては、工具主軸への着脱を繰り返すことで、係合部の先端によって円筒部の外周面がこすられることとなる。この切削工具では、円筒部の外周面が工具主軸に対する位置決めの基準面をなしているので、工具主軸への着脱を繰り返すことで円筒部の外周面が損傷して外周面に盛り上がりが生じると、切削工具の位置決め精度が低下してしまう。
本発明にかかる切削工具においては、円筒部の外周面には、凹部から基端側に向けて延びる溝が形成されているので、係合部と凹部との係合、係合解除を行った際には、係合部の先端は、外周面よりも一段下がった溝の底面をこすることとなり、係合部と凹部との係合、係合解除を繰り返しても、位置決めの基準面となる外周面に変形を生じさせることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる工具保持構造について、図１及び図２を用いて説明する。ここで、図１は本実施形態にかかる工具保持構造が適用される切削工具及び工作機械の工具主軸の構成を示す縦断面図、図２は図１に示す切削工具の形状を示す図である。
本実施形態にかかる工具保持構造が適用される切削工具１及び工作機械の工具主軸６は、工具主軸による切削工具の保持構造として、ＨＳＫを採用しているものである。
【００１３】
切削工具１は、基端側に外フランジ２が設けられ外フランジ２よりも基端側には外周面３ａが基端側に向かうにつれて縮径されるテーパー面をなす円筒部３が設けられた構成とされている。
【００１４】
また、工具主軸６は、内周面７ａが工具主軸６の先端面６ａから基端側に向かうにつれて縮径されるテーパー面とされてこの内周面７ａで切削工具１の円筒部３の外周面３ａを受けるテーパー穴７（工具取付穴）が設けられ、先端面６ａには外フランジ２の基端側の端面２ａを受ける受け面８が設けられ、テーパー穴７内には切削工具１の円筒部３の内面と係合するとともに円筒部３を外周側に向けて押圧してテーパー穴７の内周面７ａに押し付けて固定するクランプ部材９が設けられた構成とされている。
ここで、切削工具１の円筒部３の基端部にはキー溝１１が設けられており、工具主軸６のテーパー穴７内にはキー溝１１と嵌合する図示しないキーが設けられており、これらキー溝１１とキーとを嵌合させることで、工具主軸６に対する切削工具１の周方向の回転が規制されてこれらが一体的に回転するようになっている。
【００１５】
そして、上記の構成に加えて、切削工具１には、円筒部３の外周面に、切削工具１の軸線を挟んで一対の凹部１６が形成されている。本実施の形態では、凹部１６を、切削工具１の軸線に略直交する向きに開口する断面円形の貫通孔としている。凹部１６の内径ｒは、後述する係合部２１の先端の径Ｒよりもわずかに小径とされている。
さらに、円筒部３の外周面３ａには、凹部１６から基端側に向けて延びる溝１７が形成されている。溝１７の深さＤは、凹部１６の深さよりも浅く設定されており、またその幅Ｗは凹部１６の内径ｒよりも狭められている。本実施の形態では、溝１７の底面を平面に形成している。これに限らず、後述する係合部２１の先端を底面で受けることができるように底面の幅Ｗが係合部２１の先端の径Ｒよりも幅広とされていれば、溝１７の形状及びその底面形状は任意とすることができる。この溝１７は、図１に示すように、円筒部３の外周面３ａを一定の厚みで凹部１６から基端側に向けて切り欠くことで形成されるほか、外周面３ａに溝を彫り込むことで形成してもよい。
【００１６】
さらに、工具主軸６には、先端をテーパー穴７の内周面７ａから出没可能とされて先端で凹部１６と係合する係合部２１が設けられている。係合部２１は、内周面７ａにおける図示しないキーに対する周方向の位置を、前記円筒部３の外周面３ａにおけるキー溝１１に対する凹部１６及び溝１７の周方向の位置と同一とされており、これによって切削工具１のキー溝１１と工具主軸６のキーとの周方向の位置を一致させた状態では、係合部２１と凹部１６及び溝１７との周方向の位置が一致するようになっている。
【００１７】
本実施の形態では、係合部２１を、テーパー穴７内に通じる収容穴２１ａと、収容穴２１ａ内に一部のみをテーパー穴７内に突出可能にして設けられる球体２１ｂと、収容穴２１ａ内に設けられて球体２１ｂをテーパー穴７内に向けて付勢するコイルスプリング等の付勢部材２１ｃとを有するボールプランジャによって構成している。
ここで、本実施の形態では、係合部２１は、切削工具１と工具主軸６の位置決めの基準面同士が互いにわずかに離間している状態で前記凹部１６と対向する位置に設けられている。
【００１８】
このように構成される工具保持構造においては、切削工具１を工具主軸６に装着する際には、切削工具１のキー溝１１と工具主軸６のテーパー穴７内に設けられるキーとの周方向の位置を一致させた状態で、切削工具１の円筒部３の外周面３ａと工具主軸６のテーパー穴７の内周面７ａ、及び切削工具１の外フランジ２の基端側の端面２ａと工具主軸６の先端面６ａとを面接触させかつキーをキー溝１１に係合させることでこれらの位置決めが行われる。この状態では、切削工具１の凹部１６及び溝１７と、工具主軸６の係合部２１とは、周方向の位置を一致させられている。
さらに、工具主軸６のクランプ部材９を切削工具１の円筒部３の内面に係合させることで切削工具１が工具主軸６に対して位置決めされた状態で固定される。
そして、クランプ部材９による円筒部３の内面との係合を解除することで、切削工具１の固定を解除して工具主軸６から取り外すことができる。
【００１９】
ここで、工具主軸６による切削工具１の保持構造としてＨＳＫを採用しているので、切削工具１の円筒部３がテーパー穴７に完全に挿入されていない状態、すなわち切削工具１の外フランジ２の基端側の端面２ａが工具主軸６の受け面８に面接触していない状態では、切削工具１の円筒部３の外周面３ａと工具主軸６のテーパー穴７の内周面７ａとは密着していないが、この状態では、切削工具１に設けた凹部１６に工具主軸６に設けた係合部２１が係合することとなり、これによって切削工具１が工具主軸６に保持されている。
そして、この状態から切削工具１をさらにテーパー穴７内に押し込むことで切削工具１を工具主軸６に密着させて工具主軸６に対する固定が可能となり、また切削工具１をさらにテーパー穴７から引き出すことで、係合部２１と凹部１６との係合を解除して、工具主軸６から切削工具１を取り外すことができる。
【００２０】
このように、本実施の形態に示す工具保持構造によれば、切削工具１の円筒部３の外周面３ａに設けられる凹部１６が、工具主軸６のテーパー穴７の内面７ａに設けられる係合部２１と係合されることで、クランプ部材９による切削工具１の固定が解除されている状態でも、工具主軸６に切削工具１が保持されることとなり、切削工具１の傾きや脱落を防止することができる。
これにより、工具自動交換機による切削工具１の自動交換が容易となる。
【００２１】
ここで、切削工具１を工具主軸６に装着する際には、切削工具１をその溝１７と工具主軸６に設けられる係合部２１との周方向の位置を一致させた状態で装着することで、係合部２１の先端が、切削工具１の円筒部３の外周面３ａよりも一段下がった溝１７の底面と接触しつつ凹部１６内まで移動される。
また、切削工具１を工具主軸６から取り外す際には、切削工具１をテーパー穴７から引き出すことで、係合部２１の先端が、凹部１６内から溝１７の底面に乗り上げて、溝１７の底面と接触しつつ溝１７に沿って移動される。
このように、切削工具１を工具主軸６に着脱する際に、係合部２１の先端が、切削工具１において位置決めの基準面となる円筒部３の外周面３ａよりも一段下がった溝１７の底面をこすることとなり、係合部２１と凹部１６との係合、係合解除を繰り返しても、位置決めの基準面となる外周面３ａに変形を生じさせることがなく、位置決め精度を保つことができる。
【００２２】
また、係合部２１が、工具主軸６のテーパー穴７の内周面７ａから球体２１ｂの一部を突出可能とされるボールプランジャによって構成されているので、係合部２１の先端が球面をなすとともに、さらに球体２１ｂが凹部１６や溝１７に対する相対的な移動に伴って転がることで、凹部１６との係合を解除する際に凹部１６のふちに対する引っかかりが生じにくくなるとともに、凹部１６に連なる溝１７の底面の負担が軽減されて、切削工具１の着脱がスムーズになるとともに、切削工具１の着脱を繰り返すことによる切削工具１や工具主軸６の損傷を軽減することができる。
【００２３】
ここで、上記実施の形態では、切削工具１に凹部１６と溝１７とを設け、工具主軸６に係合部２１を設けた例を示したが、これに限られることなく、本発明は、例えば図３の縦断面図に示すように、切削工具１において凹部１６及び溝１７を設ける代わりに、先端を円筒部３の外周面３ａから出没可能にして係合部２１を設けた切削工具３１と、工具主軸６において係合部２１を設ける代わりにテーパー穴７の内面に凹部１６と凹部１６からテーパー穴７の開口端に向けて延びる溝１７とを設けた工具主軸３６とによって構成してもよい。
【００２４】
この場合にも、クランプ部材９による切削工具３１の固定が解除されている状態でも、切削工具３１の係合部２１と工具主軸３６の凹部１６とが係合されて、工具主軸３６に切削工具３１が保持されることとなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明にかかる切削工具及び工具保持構造によれば、切削工具の円筒部の外周面または工具主軸の工具取付穴の内周面に設けられる凹部が、工具主軸の工具取付穴内または切削工具の円筒部に設けられる係合部と係合されることで、クランプ部材による切削工具の固定が解除されている状態でも、工具主軸に切削工具が保持されることとなり、切削工具の傾きや脱落を防止することができる。
これにより、工具自動交換機による切削工具の自動交換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかる工具保持構造が適用される切削工具及び工具主軸の構成を示す縦断面図である。
【図２】  図１に示す切削工具の形状を示す図である。
【図３】  本発明の一実施形態にかかる工具保持構造が適用される切削工具及び工具主軸の構成の他の形態例を示す縦断面図である。
【図４】  従来の工作機械による切削工具の保持構造を示す縦断面図である。
【図５】  従来の工作機械による切削工具の保持構造において切削工具の保持を解除した状態の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１、３１  切削工具                ３  円筒部
３ａ  外周面                      ６、３６  工具主軸
７  テーパー穴（工具取付穴）      ７ａ  内周面
９  クランプ部材                  １６  凹部
１７  溝                          ２１  係合部
２１ｂ  球体                      ２１ｃ  付勢部材
【図１】
0003849519.tif 000002
【図２】
0003849519.tif 000003
【図３】
0003849519.tif 000004
【図４】
0003849519.tif 000005
【図５】
0003849519.tif 000006