JP4349576B2

JP4349576B2 - 工具ホルダ

Info

Publication number: JP4349576B2
Application number: JP2004120383A
Authority: JP
Inventors: 正博田口; 英策中井; 進三角
Original assignee: 株式会社日研工作所
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: JP2005297162A

Description

この発明は、工作機械のスピンドルに着脱可能に装着する工具ホルダに関するものである。

従来の工具ホルダは、シャンク部を後側が小外径となるテーパに形成し、工作機械のスピンドル前端部に後側が小内径となるテーパ孔を形成し、引き込み部材によって工具ホルダのシャンク部を後側に引き込むことで、前記工具ホルダをスピンドルに装着している。
しかし、工具ホルダのシャンク部の前側に設けたフランジ部とスピンドルの前端面との間に隙間を設け、シャンク部のテーパを有する外周面と、スピンドルのテーパ孔内周面とのみによって、前記シャンク部を拘束していたので、大きな力でシャンク部を保持することができず高速回転あるいは低速重切削加工において満足な切削ができなかった。
そこで、スピンドルの前端面に、工具ホルダのシャンク部前側に設けたフランジ部後端面を押し付ける端面拘束を、前記テーパを有する外周面と、前記テーパ孔内周面とによる拘束に加えることで、拘束力を大きくするようにしたものもあった。

しかし、前記のような構成にするには、製作公差をシビアにしなければならないため、コスト高になり、また、長期間にわたってスピンドルを使用していると、そのテーパ孔の再研磨が必要となり、再研磨をしたものはテーパ孔が拡がるために、工具ホルダのフランジ部とスピンドルとの端面とによる拘束のみになり、テーパ部は接触せず、工具が振れてしまい使用出来なくなる。
また、スピンドルを高速回転させると、そのテーパ孔によってスピンドルの前端部が遠心力で拡がり、テーパ孔による拘束力が低下し、工具ホルダによって保持した工具が振動し、加工精度が低下する。

そこで、フランジ部を有する工具ホルダのホルダ本体のシャンク部にストレート部を設け、そこにテーパコーンを嵌め、このコーンの後端面と前記シャンク部の前端面との間に皿ばねを介在させて、テーパコーンにプリロードをかけることで、後側が小外径となるテーパコーンの外周面をスピンドルの後側が小外径となるテーパ孔内周面に押し付けて、前記ホルダ本体をスピンドルの後側に引き込むようにして、ある程度の成果を得ることができ、製作も比較的容易にしたものがあるが、ホルダ本体の引き込み力を大きくしないと、テーパ孔の内周面によるテーパコーンの拘束が十分にできない。

また、ホルダ本体のシャンク部の外周に大径端部と小径端部とを２段のストレート部を形成し、テーパコーンの内周にも前記端部と対応するようにストレートの小径端部と大径端部とを形成したものもあるが、テーパコーンの内周面がストレート状であるため、ホルダ本体を強大な引き込み力で引き込まないと十分な効果が得られないという問題点があった。

そこで、前述した問題点を解決して、ホルダ本体の引き込み力が比較的小さくても、ホルダ本体のシャンク部外周面とこれに密着嵌合されるテーパコーンの全長にわたり軸方向と傾斜させて切り割りを形成し、この切り割に弗素系のゴムなどの弾性体を充填させたテーパコーンの内周面に、それぞれ後側が小径となるスピンドルのテーパ孔内周面およびテーパコーン外周面のテーパ角度よりゆるい角度のテーパを形成することで、シャンク部外周面がテーパコーンに対し、いわゆるくさび効果によるロック機能を有し、スピンドルのテーパ孔内周面に対しテーパコーンの外周面の内張り力が作用する結果、スピンドルのテーパ孔に装着される工具ホルダを大きな拘束力で保持することができ、高速回転および低速重切削に耐え得る工具ホルダについて、本願発明者は特許第３０８３２９１号によってすでに提案している。
特許第３０８３２９１号

しかるに、前述のようにテーパコーンの全長にわたり軸方向と傾斜させて切り割りを形成し、この切り割りの切断面間に弗素系のゴムなどによって形成した板状の弾性体を充填させたテーパコーンにあっては、最近のような高圧センタスルークーラント方式の機械主軸においては、図７に示すように、プルスタッド１０のクーラント連通孔１０ａの上部に連結されるクーラント供給筒１０ｂの先端部との結合がテーパ結合方式或いは端面結合方式（図示しない）でなされているものがあるが、いずれも結合部に配設されるＯリング１０ｃなどのシールが稼動中に破損する場合があり、破損した場合にはプルスタッド１０が位置するスピンドル２０との結合上部に高圧のクーラントが漏れだしてしまう恐れがある。このような状態で切削加工が終わり工具ホルダ１をアンクランプ状態にしたとき高圧の前記クーラントがスピンドル２０のテーパ孔の内周面２１ａとテーパコーン８の外周面との間を急激に後部側に矢印Ａのように流れ出るため高圧のクーラントによって、テーパコーン８の切り割り８ａに充填されている板状の弾性体３０が、高速回転時の遠心力の影響と相俟って外周側に移動偏倚されて共に流れ出したり、切り割り８ａよりはみ出してしまう等の問題があり、補修或いは交換が面倒であるという問題点があった。

本発明は、前述した問題点を更に改良すべく、テーパコーンの切り割りに充填する弾性体の形状並びにテーパコーンの内周面に形成する切り割りの形状を改良することで、前記弾性体が高速回転或いはたとえ高圧クーラントが漏れ出した場合であっても、テーパコーンの切り割りに装着した弾性体が絶対に切り割りから抜け落ちたり、はみ出したりすることがなく確実に保持でき、併せて、テーパコーンが縮径された時のシール効果とテーパコーンのシャンク部からの抜け落ちを防止できる工具ホルダを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、工作機械のスピンドルに該スピンドルの前端から後方に行くに従い小径となるように形成したテーパ孔に嵌合されるテーパコーンと、前記テーパコーンに軸方向に相対移動できるように嵌合されたシャンク部を有するホルダ本体と、前記ホルダ本体に一体に設けられ前記スピンドルの前端面に当接するフランジ部と、前記フランジ部と前記テーパコーンの前端面との間に設けられた弾性部材と、前記テーパコーンの後端面に当接され、前記シャンク部の後端に螺合し締め付けることにより前記弾性部材にプリロードを付与するストッパ部材を備え、前記テーパコーンの外周面を前記スピンドルのテーパ孔内周面と等しい角度のテーパ面に形成し、さらに前記テーパコーンの内周面及び該内周面に嵌合する前記シャンク部の外周面の少なくとも一部を後方に行くに従い小径となるテーパ面に形成し、且つ該テーパ面を前記テーパコーンの外周面の角度よりゆるい角度にした工具ホルダであって、前記テーパコーンに該テーパコーンの厚さ方向に貫通し、かつ該テーパコーンの軸方向に対して傾斜する切り割りを該テーパコーンの全長にわたり形成し、前記テーパコーンの前側部の内面に前記切り割りより幅広の凹部を該切り割りの長手方向に沿って形成し、前記テーパコーンの後側部の内面に前記切り割りより幅広の凹部を該切り割りの長手方向に沿って形成し、前記切り割りに挿入充填される板状部を有する弗素系のゴムなどで成形した弾性体を前記切り割りに沿って配設し、前記テーパコーンの内面に臨む前記板状部の端部に前記各凹部に係合する抜け止め部を前記板状部の全長に亘り形成し、さらに前記ストッパ部材が当接する前記テーパコーンの後端部の外周面に段差部を形成し、前記ストッパ部材の前端側内周面に前記テーパコーンの段差部に係合する段差部を形成し、前記シャンク部の後端に前記ストッパ部材を螺合し締め付けた時に前記両段差部が互いに係合するように構成したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工具ホルダにおいて、前記シャンク部の前側部の外周面および前記テーパコーンの前側部の内周面に後側が小径となる互いに等しい角度のゆるいテーパをそれぞれ形成して、前記シャンク部の前側部に前記テーパコーンの前側部を嵌合させ、前記シャンク部の中間部外周面と前記テーパコーンの中間部内周面との間に隙間を設け、前記シャンク部の後側部外周面および前記テーパコーンの後側部内周面にそれぞれストレート部を設け、前記シャンク部の後側部に前記テーパコーンの後側部を嵌合させたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の工具ホルダにおいて、前記シャンク部の前端面と対向する前記フランジ部の後端面に環状凹部を形成し、この環状凹部に前記弾性部材が収容され、該弾性部材に前記テーパコーンの前端面が当接されており、前記弾性部材は複数の皿ばねとこれら皿ばねの前側と後側の少なくとも一方に重ねられた座金とから構成されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の工具ホルダにおいて、前記ストッパ部材は、前記シャンク部の後端部に形成したねじに螺合するナットであることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１つに記載の工具ホルダにおいて、前記環状凹部の外周側に位置する前記フランジ部の後端面に、平面視が円弧状の１対のシム板を着脱可能に固着し、前記シム板をスピンドルの前端面に当接するようにしたことを特徴とする。

請求項６発明は、請求項１〜５のいずれか１つに記載の工具ホルダにおいて、前記ホルダ本体、前記テーパコーンなどの工具ホルダを構成する各部材に防錆処理を施したことを特徴とする。

この発明は、工作機械のスピンドルに該スピンドルの前端から後方に行くに従い小径となるように形成したテーパ孔に嵌合されるテーパコーンと、前記テーパコーンに軸方向に相対移動できるように嵌合されたシャンク部を有するホルダ本体と、前記ホルダ本体に一体に設けられ前記スピンドルの前端面に当接するフランジ部と、前記フランジ部と前記テーパコーンの前端面間に設けられた弾性部材と、前記テーパコーンの後端面に当接され、前記シャンク部の後端に螺合し締め付けることにより前記弾性部材にプリロードを付与するストッパ部材を備える工具ホルダであって、前記テーパコーンに該テーパコーンの厚さ方向に貫通し、かつ該テーパコーンの軸方向に対して傾斜する切り割りを該テーパコーンの全長にわたり形成し、前記テーパコーンの前側部の内面に前記切り割りより幅広の凹部を該切り割りの長手方向に沿って形成し、前記テーパコーンの後側部の内面に前記切り割りより幅広の凹部を該切り割りの長手方向に沿って形成し、前記切り割りに挿入充填される板状部を有する弗素系のゴムなどで成形した弾性体を前記切り割りに沿って配設し、前記テーパコーンの内面に臨む前記板状部の端部に前記各凹部に係合する抜け止め部を前記板状部の全長に亘り形成し、さらに前記ストッパ部材が当接する前記テーパコーンの後端部の外周面に段差部を形成し、前記ストッパ部材の前端側内周面に前記テーパコーンの段差部に係合する段差部を形成し、前記シャンク部の後端に前記ストッパ部材を螺合し締め付けた時に前記両段差部が互いに係合するように構成したので、前記スピンドル内に設けた引き込み部材によって、ホルダ本体を後側に引き込むことによって、シャンク部の外周面とテーパコーンの内周面とが互いに等しく後側が小径となるテーパによってテーパコーンが拡径してその外周面をスピンドルのテーパ孔の内周面に押し付け、前記ホルダ本体の引き込み力が弱くても、テーパコーンの外周面をテーパ孔の内周面に密着させ、テーパコーンを十分に拘束して、強く保持でき、スピンドルの駆動により工具ホルダに装着した工具によって重切削ができ且つ精度が高い切削加工ができ、さらにテーパコーンが縮径された時のシール効果とテーパコーンのシャンク部からの抜け落ちを防止できる。

また、シャンク部外周面がテーパコーンに対し、所謂くさび効果によるロック機能を呈し、且つスピンドルのテーパ孔内周面に対しテーパコーンの外周面の内張り力が作用する結果、前記引き込み力の瞬時の到達点である引き込み力を維持した状態で拘束が可能となり、スピンドルのテーパ孔に装着される工具ホルダを大きな拘束力で密着保持することで減衰効果が優れ、高速回転および低速重切削に十分耐え得るものとすることができる。

また、切り割りの形状を、一端に前記凹部に保持される抜け止め部を有し、他端に前記切断部に挿入充填される板状部を有する弗素系のゴムなどで形成したいわゆるＴ字型形状の弾性体が充填してあるので、テーパコーンの切り割りに充填した弾性体は確実に保持されて、液漏れなどによって共にはみ出したり剥がれ落ちることが防止できると共に、拡径縮径が可能であり、テーパコーンをスピンドルのテーパ孔に密着させて嵌合させ、かつフランジ部の後端面をスピンドルの前端面に確実に密着させることができる。

また、シャンク部前側部の外周面およびテーパコーンの内周面の前側部のみにゆるいテーパを形成し、テーパ加工をする面積が小さく、またシャンク部の外周面およびテーパコーンの内周面の後側部をストレート状にして、シャンク部にテーパコーンを嵌めたので、加工が容易でありながら、加工時の振動が少なく、精度がよい切削加工ができ、７／２４テーパのテーパ孔を形成したスピンドルに使用するのに好ましい。

また、切り割りにＴ字型形状の弗素系のゴムなどの弾性体を充填させて接着させたので、防塵機能がある。
また、複数の皿ばねおよびこれらの前側と後側の少なくとも一方に座金を重ねて構成したので、テーパコーンを後側に付勢することができ、また座金の数や厚さを変更することで、テーパコーンの前後方向位置などを調節できる。

また、シャンク部の後端部外周にねじ嵌合させるナットをテーパコーンの後端部側に配設してテーパコーンの後端を支持させるようにしたので、異なったプルスタッドの使用を可能にする。更に、不使用時において、前記プルスタッドをシャンク部の後端側より外した場合においても、シャンク部に嵌合したテーパコーンがシャンク部より抜け落ちてばらばらになることを防止できる。

また、フランジ部の後端面に、１対の円弧状のシム板を着脱可能に固着してスピンドルの前端面に当接するようにしたので、ホルダ本体を長期間にわたって有効に使用でき、また、所要の厚さのシム板を使用することで、工作機械のスピンドル端面と工具ホルダフランジ後端面の隙間の差を吸収できる。
また、ホルダ本体、テーパコーンなどの工具ホルダを構成する各部材に防錆処理を施したので、ホルダ本体、テーパコーンなどを長期にわたって使用できる。
また、前記テーパコーンの後端部外周面には切欠き段差部が設けられ、この段差部に前記ストッパ部材の前端側内周面に形成した段差部が係合するようになっているので、前記シャンク部がスピンドルにクランプされ前記テーパコーンが縮径して後端側に移動した状態においても前記両段差部の係合によりシール効果が達成できる。

本発明は、後側が小外径となるテーパ孔をもつ工作機械のスピンドルのテーパ孔に着脱可能に嵌める工具ホルダであって、ホルダ本体の後側部に設けたシャンク部の前側に大外径のフランジ部を設け、フランジ部の後端面と、シャンク部に嵌めたテーパコーンの前端面との間に弾性部材を介在させ、後側が小外径となるテーパコーンを、テーパコーンの後端面をシャンク部に設けたストッパ部材によって支持し、前記ホルダ本体のシャンク部前側部の外周面およびテーパコーン前側部の内周面に後側が小径となる互いに等しい角度のゆるいテーパをそれぞれ形成して、シャンク部の前側部にテーパコーンの前側部を嵌合させ、シャンク部の中間部とテーパコーンの中間部との間に隙間を設け、シャンク部の後側部外周面およびテーパコーンの後側部内周面にストレート部を設け、シャンク部の後側部にテーパコーンの後側部を嵌合させた構成の工具ホルダに適用される。

図１は、本発明の第１実施例を示す工具ホルダであって、工具ホルダ１は、図１に示すように、ホルダ本体２の後端側にシャンク部３を設け、シャンク部３の前端側に大径のフランジ部４を設けてある。

前記フランジ部４の後端面４ａには環状凹部４ｃを形成し、環状凹部４ｃに弾性部材７を嵌め、シャンク部３の外周にテーパコーン８を回動可能に嵌め、シャンク部３の後端部にはプリロード調節用のストッパ部材９を設けてある。

前記テーパコーン８は図２によく示すように、外周面の全体を、７／２４テーパのきついテーパに形成し、内周面の前側部８ｇを、１／１０〜１／１００テーパ、好ましくは、１／５０テーパのゆるいテーパに形成し、前側部８ｇに連なる中間部８ｈは段を介して中心側に僅かに突出させ、中間部８ｈの後側部８ｉにストレート部が形成してある。また、テーパコーン８の後端部となる細径端部の外周面には前記ストッパ部材９の前端側内周面に形成した段差部９ａと係合する段差部８ｋが形成されている。

前記シャンク部３は、テーパコーン８の前側部８ｇに等しい１／１０〜１／１００テーパ、好ましくは１／５０テーパのゆるいテーパ外周面を有する前側部３ｃと、前側部３ｃに連なり僅かに小外径となる中間部３ｄと、中間部３ｄに連なる直筒状の後側ストレート部３ｅと、この後側ストレート部３ｅに連なる雄ねじ部を有する後端部３ｆとを備えている。
前記テーパコーン８を前記シャンク部３に嵌め、テーパコーン８の前側部８ｇをシャンク部３の前側部３ｃに嵌合させ、テーパコーン８の中間部８ｈの内周面とシャンク部３の中間部３ｄの外周面との間に径方向の隙間ａと前後方向の隙間ｂとを形成し、テーパコーン８のストレート部となっている後側部８ｉをシャンク部３のストレート部３ｅに嵌合させてある。

前記ストッパ部材９は、テーパコーン８の後端面から突出するシャンク部３の後端部３ｆの雄ねじ部に螺合するナットからなり、このナットの前端部内周面には前記テーパコーン８の後端面外周面に形成した段差部８ｋと係合する段差部９ａが形成されており、前記後端部３ｆの雄ねじ部にナットを螺合締め付けることで、テーパコーン８の後端面に形成した段差部８ｋと互いに係合し、かつテーパコーン８を後述のフランジ部４側へ押し付けている。
また、シャンク部３の前側部３ｃおよびストレート部３ｅの外周面には、周方向に連続する山形状に潤滑剤封入溝３ａおよび潤滑剤封入溝３ｇをそれぞれ形成し、これらの封入溝３ａ，３ｇにグリースなどの潤滑剤を入れてある。

工作機械のスピンドル２０の前端部にはその前端面に開口するテーパ孔２１を形成し、テーパ孔２１の内周面２１ａに後側が小径となる７／２４テーパのきついテーパが形成してある。
ホルダ本体２の後端側にシャンク部３を設け、このシャンク部３の前端側に大外径のフランジ部４を設け、このフランジ部４の前端側に前端部６を一連に形成してある。

前記フランジ部４の後端面４ａは、外周側から中心側に向かって軸方向と直角に形成され、フランジ部４の外周面には自動工具交換装置のアーム（図示省略）が係脱可能に係合する台形溝４ｂを形成し、フランジ部４の後端面４ａには環状凹部４ｃを形成し、環状凹部４ｃに後述する弾性部材７が挿入されている。なお、４ｅ，４ｅはキ−溝である。

前記シャンク部３の外周には前端面が弾性部材７に当接してテーパシャンクを構成するテーパコーン８が径方向および軸方向に摺動可能に嵌合され、テーパコーン８の後端部に後述するプリロード調節用のナットからなるストッパ部材９がシャンク部３にねじ結合することで固着され、ストッパ部材９を介してテーパコーン８を弾性部材７に押し付け、弾性部材７を圧縮させてプリロードを付与している。

前記テーパコーン８は、図２に示すように、テーパコーン８の厚さ方向に貫通し、かつテーパコーン８の軸方向に対しゆるく傾斜する切り割り８ａがテーパコーン８の全長にわたり形成され、この切り割り８ａ内に弗素系のゴムなどの弾性体３０を充填し、径方向に弾性変形可能にしてある。
中間部８ｈを除く前記テーパコーン８の前側部８ｇの内面に切り割り８ａより幅広の凹部８ｊが切り割り８ａの長手方向に沿って形成され、さらに、前記テーパコーン８の後側部８ｉの内面に切り割り８ａより幅広の凹部８ｊが切り割り８ａの長手方向に沿って形成されている。
そして、前記形状の切り割り８ａは、図３に示すように、切り割り８ａに挿入充填される板状部３０ｂと、テーパコーン８の内面に臨む板状部３０ｂの端部に板状部３０ｂの全長に亘り形成され各凹部８ｊに係合する抜け止め部３０ａを有し、これにより、弾性体３０は、Ｔ字型形状の横断形状を呈している。

なお、前記凹部８ｊは、テーパコーン８の切り割り８ａ全長に設けることが好ましいが、テーパコーン８の中間部８ｈの内周面への加工が困難である場合は、テーパコーン８の前側部８ｉ及び後側部８ｇのみに形成しても、テーパコーン８中間部８ｈの内周面とシャンク部３の中間部３ｄとの間には隙間ａが設けられた形状となっているので、前記弾性体３０の抜け止め部３０ａが、テーパコーン８の内周面側に突設した面一の状態とならなくともテーパコーン８のシャンク部３への嵌合に支障がない。また、前記弾性体３０の板状部３０ｂをテーパコーン８の切り割り８ａに充填装着する場合は、切り割り８ａの対向面に接着剤を用いて固着させ、防塵機能を有するようにしてもよい。

前記弾性部材７は、鋼板などの弾性金属板からなる複数の環状の皿ばねと、環状の金属板などからなる薄板とを重ねて構成され、これらの少なくとも一部を前記環状凹部４ｃに収容して、この凹部４ｃの底とテーパコーン８の前端面との間に介在されている。

さらに、テーパコーン８が嵌合するシャンク部３の部分の外周面には、周方向に連続する山形状に潤滑剤封入溝３ａ，３ｇを形成し、この封入溝３ａ，３ｇにグリースなどの潤滑剤を入れ、シャンク部３とテーパコーン８との相対移動が長期間にわたってスムーズにできるようにしてある。

前記ホルダ本体２の軸方向中間部と前端との間には、コレット保持用のテーパ孔１１とテーパ孔１１の後端側に延びるストレート孔１２とを形成し、ストレート孔１２の後端側には小径のボルト挿通孔１３を形成したボルト支持部１４を環状に中心側に突出させ、ボルト挿通孔１３の後端側にホルダ本体２の後端面に開口する後端部孔１５を形成し、後端部孔１５の軸方向の適所に雌ねじ部１５ａを形成し、前記各孔１１，１２，１３，１５はホルダ本体２の軸心と同心に一連に設けてある。

前記プルスタッド１０は、前端雄ねじ部１０ａを後端部孔１５の雌ねじ部１５ａに締め付け、大径支持部１０ｂをシャンク部３の後端面に当接させ、大径支持部１０ｂの後端側に係合部１０ｃを突出させ、中心部に貫通孔１０ｄを形成してあり、大径支持部１０ｂには相対向する平坦切欠部１０ｅを形成してある。
なお、１０ｆは前端雄ねじ部１０ａの上方に嵌合配設したシール部材である。

ホルダ本体２のテーパ孔１１およびストレート孔１２には、テーパコレット１６に一連に形成した前端側のテーパ部１６ａおよびストレート状の後端部１６ｂを嵌挿してある。テーパコレット１６の前記テーパ部１６ａには、外周面にテーパ孔１１と等しいテーパを形成し、さらにテーパ部１６ａの周方向の３箇所に切り割り部１６ｃを等間隔で形成し、互いに隣接する切り割り部１６ｃの間に位置するテーパ孔１１の内周面には切削液供給溝１６ｄが形成してあり、テーパコレット１６の後端部１６ｂには、その軸心部を貫通する雌ねじ孔１６ｅが形成してある。
なお、切り割り部１６ｃは、テーパ部１６ａの全長にわたって形成し、切削液供給溝１６ｄはテーパコレット１６の前端から後端部１６ｂまで細長く形成してある。

ホルダ本体２の後端側から後端部孔１５に引きボルト１７を挿入し、引きボルト１７の脚部１７ａをボルト挿通孔１３に後端側から挿通し、脚部１７ａに形成した雄ねじ部１７ｂに前記コレット１６の後端部１６ｂに形成した雌ねじ孔１６ｅにねじ嵌合させてある。前記引きボルト１７は、頭部１７ｃに横断面が正六角形状の係合凹部１７ｄを形成し、係合凹部１７ｄの底から脚部１７ａの先端まで小径の切削液通路孔１７ｅを引きボルト１７の軸心部に貫通させて形成してある。また、頭部１７ｃは脚部１７ａに嵌めた座金１８を介し、ホルダ本体２のボルト支持部１４の後端面に支持してある。
なお、１９はテーパコレット１６にシャンク１９ａを嵌めたエンドミル，ドリルなどの工具である。

また、図１において、２０は工作機械のスピンドルであり、スピンドル２０の前端部にはテーパ孔２１を形成し、このテーパ孔２１は、スピンドル２０の前端に開口し、テーパ孔２１の内周面２１ａを後端側が小径となる７／２４テーパに形成してある。そして、スピンドル２０のテーパ孔２１後端側に引き込み部材２２を設けてある。
さらに、ホルダ本体２，テーパコーン８，テーパコレット１６などの金属部材にはそれぞれ防錆処理を施し、切削液などによる前記金属部材に錆が発生しないようにしてある。

前記のように構成した第１実施例の工具ホルダ１を使用するには、自動工具交換装置のアームを、工具ホルダ１のフランジ部４に設けた台形溝４ｂに係合させてフランジ部４を把持し、工作機械のスピンドル２０内に設けた引き込み部材２２の前端部に工具ホルダ１に設けたプルスタッド１０の係合部１０ｃを係合させ、プルスタッド１０をスピンドル２０の後側に引き込むことで、工具ホルダ１のテーパコーン８の外周面をスピンドル２０の内周面に密着させる。そして、プルスタッド１０をスピンドル２０の後側に引き込むと、プルスタッド１０に固着したホルダ本体２のシャンク部３とシャンク部３に嵌めたテーパコーン８が後側に引き込まれ、シャンク部３の外周面とテーパコーン８の内周面とに互いに等しい１／５０テーパなどの後側が小径となるゆるいテーパが形成してあるので、シャンク部３の引き込みによってテーパコーン８に対してくさび効果が働きテーパコーンの内周面が拡径して内張り力が働く。

また、スピンドル２０のテーパ孔２１内周面２１ａとテーパコーン８の外周面には互いに等しい７／２４テーパの後側が小径となるテーパが形成してあるため、テーパコーン８の外周面に対し前記テーパ孔２１内周面２１ａの締付力が働きテーパコーン８を縮径しようとするが、テーパコーン８の内張り力が働き、両者を強力に拘束することが、工具ホルダ１の引き込み力が比較的弱くても可能になる。
なお、テーパ角度が小さいほど、結合剛性が向上することは、既に知られているところである。

図５は、この発明の工具ホルダ１と従来の標準タイプの工具ホルダにおける、ホルダ本体２をスピンドル２０のテーパー孔２１内にドローバーによって引込む、引き込み力の状態を示した説明図である。

例えば、ホルダ本体２の引き込み力の設定値を９００ｋｇと設定した場合、スピンドル２０のテーパ孔２１に工具ホルダ１を装着した時、ドローバー（図示せず）に連結された引込み部材２２を引込むために配設された圧縮状態の皿ばね（図示せず）などの瞬時の引き込み力は、ハンマリング効果と称され、引き込み力設定値および引込み早さで変化するが、瞬間的に１.３〜１.８倍の１２００ｋｇ程度の引き込み力に到達する。
しかるに、従来の標準タイプの工具ホルダでは、テーパコーンの内周面とシャンク部外周面がそれぞれ前後方向にストレートであるため直ちに点線で示す引き込み力設定値である９００ｋｇの引き込み力に戻り、この状態で切削作業が行われる。

これに対し、この発明による工具ホルダ１によれば、スピンドル２０のテーパ孔２１に工具ホルダ１を装着した時点で、ドローバーがプルスタッド１０をスピンドル２０の後側に引き込むと、プルスタッド１０に固着したホルダ本体２のシャンク部３とシャンク部３に嵌めたテーパコーン８が後側に引き込まれ、シャンク部３の外周面とテーパコーン８の内周面とに互いに等しい１／５０テーパなどの後側が小径となるゆるいテーパが形成してあるので、シャンク部３の引き込みによってシャンク部３外周面がテーパコーン８に対し所謂くさび効果によるロック機能を呈し、且つスピンドル２０のテーパ孔２１内周面２１ａに対しテーパコーン８の外周面の内張り力が作用する結果、前記引き込み力の瞬時の到達点である１２００ｋｇの引き込み力を維持した状態で拘束が可能となる。

したがって、スピンドル２０のテーパ孔２１ａに装着される工具ホルダ１を大きな拘束力で密着保持することができ、高速回転および低速重切削に耐え得る工具ホルダ１を提供できる。

前記引き込み力の瞬時の到達点である引き込み力を維持した状態で拘束が可能となることは、引き込み力が低下する４〜５年使用のスピンドルの引き込み手段に対して適用した場合に、引き込み力を向上させる効力を発揮できることは勿論である。
なお、自動工具交換装置は、アームを適時に台形溝４ｂから外して、動作前の位置に復帰させる。

前述した加工を行なった後、工具ホルダ１の自動工具交換を行なうには、自動工具交換装置のアームを台形溝４ｂに係合させてフランジ部４を把持し、スピンドル２０の先端側に前記工具ホルダ１を引き抜く。

第１実施例の工具ホルダ１に設けたテーパコーン８は、ホルダ本体２のシャンク部３に嵌合させたテーパコーン８の後端面を、シャンク部３の後端部にねじ締めしたプルスタッド１０の大径支持部１０ｂをシャンク部３の後端面に当接させて前端側に押し、フランジ部４の後端面４ａに形成した環状凹部４ｂに弾性部材７を嵌め、テーパコーン８の前端面を弾性部材７を介してフランジ部４に押し付けているので、テーパコーン８がシャンク部３の軸方向に移動可能である。
また、テーパコーン８には全長にわたる切り割り８ａを周方向の１箇所に設け、前記テーパコーンの前側部および後側部の内面には、それぞれ切り割り８ａより広幅の凹部８ｊを切り割り８ａに沿って形成すると共に、切り割り８ａに沿って配設された弾性体３０の板状部３０ｂを切り割り８ａに挿入充填し、そして、弾性体３０の抜け止め部３０ａを凹部８ｊに係合する構成にしたので、テーパコーン８の切り割り８ａに充填した弾性体３０は確実に保持されて、切削液などの液漏れによるはみ出しが防止できると共に、拡径縮径が可能であり、テーパコーン８をスピンドル２０のテーパ孔２１に密着させて嵌合させ、かつフランジ部４の後端面４ａをスピンドル２０の前端面２０ａに確実に密着させることができる。

第１実施例において、使用によって刃部が磨耗または欠損した工具１９を交換するには、工具ホルダ１を工作機械から外して工具の交換作業場に運び、ホルダ本体２のフランジ部４を万力台に固定した万力などによって固定し、プルスタッド１０の後端側からＬ字状に折り曲げた横断面正六角形状の操作棒の前端部を、プルスタッド１０の貫通孔１０ｄに挿通して引きボルト１７の頭部１７ｃに設けた係合凹部１７ｄに係合させる。

そして、前記操作棒をプルスタッド１０外で弛め方向に回転させ、引きボルト１７を同方向に回転させることで、その頭部１７ｃをプルスタッド１０の前端に当接させ、さらに弛め方向に回転させることで、引きボルト１７のおねじ１７ｂとテーパコレット１６のめねじ孔１６ｅとのねじ嵌合によって前記コレット１６をホルダ本体２の前端側に押し出し、コレット１６のテーパ部１６ａに対するホルダ本体２前端部のテーパ孔１１による締め付けを弛める。

これによって、コレット１６のテーパ部１６ａによる工具１９のシャンク１９ａの締め付けも弛むので、工具１９をコレット１６から引き抜き、新しい工具など使用可能な工具１９のシャンク１９ａをコレット１６のテーパ部１６ａに嵌めることができる。その後、前述した操作とは逆に前記操作棒によって引きボルト１７を締め付け方向に回転させてホルダ本体２の後端側に引き込むことで、コレット１６のテーパ部１６ａをホルダ本体２のテーパ孔１１周面に締め付け、コレット１６を介して工具のシャンクをホルダ本体２の前端部に保持固定し、さらにその後、操作棒を工具ホルダ１の後端側に抜き出し、そのフランジ部４を万力から外すことで、工具ホルダ１を再使用できる。

また、スピンドル２０に工具ホルダ１を装着し、スピンドル２０を回転させつつ工具１９を前進させ、工作物に加工を行なう際に、スピンドル２０の中心部から切削液を供給し、この切削液を、プルスタッド１０の貫通孔１０ｄ，ホルダ本体２の後端部孔１５，引きボルト１７の係合凹部１７ｄ，テーパコレット１６の後端部１６ｂに通し、前記コレット１６の切削液供給溝１６ｄを経てコレット１６の前端から工具１９外周面に沿って噴出させ、工具１９の刃部および刃部による工作物の加工部を冷却することもできる。
また、前記テーパコーン８の後端部外周面には切欠き段差部８ｋが設けられ、この段差部８ｋに前記ストッパ部材９の前端側内周面に形成した段差部９ａが係合するようになっているので、前記シャンク部３がスピンドル２０にクランプされ前記テーパコーン８が縮径して後端側に移動した状態においても前記両段差部８ｋ，９ａが係合していることによりシール効果が達成できると共に、不使用時において、前記プルスタッド１０をシャンク部３の後端側より外した場合においても、シャンク部３に嵌合したテーパコーン８がシャンク部３から抜け落ちるのを防止でき、テーパコーン８がシャンク部３よりばらばらになるようなことがない。

なお、第１実施例の発明において、テーパコーン８の前側部８ｇとシャンク部３の前側部３ｃとをテーパがある嵌合としたので、テーパを形成する部分の切削加工の長さが短く、加工が容易にでき、また、テーパコーン８の後側部８ｉに設けたストレート部とシャンク部３の後側ストレート部３ｅとを嵌合させたので、前，後２箇所でシャンク部３にテーパコーン８を支持させることができ、使用時に振動を少なくして、工具によるワークの加工精度を良好にできる。

第２実施形態の工具ホルダ１は、図６に示すように、ホルダ本体２のフランジ部４の後端面４ａに２枚の平面視が円弧状の１対のシム板２４，２４を、これらの両端間に間隔を設けて支持させ、前記シム板２４，２４に複数ずつ設けた孔２４ａ，２４ａに皿ビス２５，２５を嵌めてそれぞれ前記フランジ部４に予め形成してある雌ねじ孔４ｄ，４ｄに着脱可能に固着し、シム板２４，２４の後面が工作機械のスピンドル２０の前端面２０ａに密着するようにしたものである。
なお、第２実施例の工具ホルダの前述した以外の構成は、第１実施例の工具ホルダと同様である。

そして、第２実施例の工具ホルダの使用および効果も第１実施形態の工具ホルダと同様であるが、第２実施例のものは、スピンドル２０に対する工具ホルダ１の多数回の着脱によってシム板２４，２４が磨耗などの損傷した場合に新品に交換したり、多数回の工具ホルダ１の着脱によってシム板２４，２４が取り付けてないフランジ部４の後端面４ａが損傷した場合に、フランジ部４の後端部を切削した後、後端面に所要の厚さのシム板を支持して皿ビスによって固着してもよい。なお、シム板は、複数の厚さの異なるものを用意しておき、適切な厚さのシム板を使用することが好ましい。

この発明の第１実施例に係る工具ホルダを示した拡大縦断面図。図１に示した工具ホルダのテーパコーンの拡大斜視図。図２に示したテーパコーンの拡大縦断面図で、（Ａ）は３Ａ−３Ａによる断面図、（Ｂ）は３Ｂ−３Ｂによる断面図、（Ｃ）は３Ｃ−３Ｃによる断面図。図１に示した工具ホルダのテーパコーンの切り割りに充填される弾性部材を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、（Ｄ）は４Ｄ−４Ｄ線に沿った端面図。この発明の工具ホルダと従来の標準タイプの工具ホルダにおける、引き込み力を動作状態を示した説明図。この発明の第２実施例に係る工具ホルダを示した縦断説明図。従来のスピンドルと工具ホルダの結合状態を示す概略図。

１工具ホルダ
２ホルダ本体
３シャンク部
３ａ潤滑剤封入溝
３ｃシャンク部外周面の前端部
３ｄ中間部
３ｅストレート部
３ｆ後端部
４フランジ部
４ａ後端面
４ｂ台形溝
４ｃ環状凹部
４ｄ雌ねじ孔
６前端部
７弾性部材
８テーパコーン
８ａ切り割り
８ｂ凹部
８ｇ前側部
８ｈ中間部
８ｉ後側部（ストレート部）
８ｊ凹部
８ｋ段差部
９ストッパ部材
９ａ段差部
１０プルスタッド
１０ａ前端雄ねじ部
１０ｂ大径支持部
１０ｃ係合部
１０ｄ貫通孔
１０ｅ平坦切欠部
１０ｆシール部材
１１テーパ孔
１２ストレート孔
１３ボルト挿通孔
１４ボルト支持部
１５後端部孔
１５ａ雌ねじ部
１６テーパコレット
１６ａ前端側のテーパ部
１６ｂ後端部
１６ｃ切り割り部
１６ｄ切削液供給溝
１６ｅ雌ねじ孔
１７引きボルト
１７ａ脚部
１７ｂ雄ねじ部
１７ｃ頭部
１７ｄ係合凹部
１７ｅ切削液通路孔
１８座金
１９工具
１９ａ工具のシャンク
２０スピンドル
２０ａ前端面
２１テーパ孔
２１ａテーパ孔の内周面
２２引き込み部材
２４，２４シム板
２５，２５皿ビス
３０弾性部材
３０ａ抜け止め部
３０ｂ板状部

Claims

工作機械のスピンドルに該スピンドルの前端から後方に行くに従い小径となるように形成したテーパ孔に嵌合されるテーパコーンと、
前記テーパコーンに軸方向に相対移動できるように嵌合されたシャンク部を有するホルダ本体と、
前記ホルダ本体に一体に設けられ前記スピンドルの前端面に当接するフランジ部と、
前記フランジ部と前記テーパコーンの前端面との間に設けられた弾性部材と、
前記テーパコーンの後端面に当接され、前記シャンク部の後端に螺合し締め付けることにより前記弾性部材にプリロードを付与するストッパ部材を備え、
前記テーパコーンの外周面を前記スピンドルのテーパ孔内周面と等しい角度のテーパ面に形成し、さらに前記テーパコーンの内周面及び該内周面に嵌合する前記シャンク部の外周面の少なくとも一部を後方に行くに従い小径となるテーパ面に形成し、且つ該テーパ面を前記テーパコーンの外周面の角度よりゆるい角度にした工具ホルダであって、
前記テーパコーンに該テーパコーンの厚さ方向に貫通し、かつ該テーパコーンの軸方向に対して傾斜する切り割りを該テーパコーンの全長にわたり形成し、
前記テーパコーンの前側部の内面に前記切り割りより幅広の凹部を該切り割りの長手方向に沿って形成し、
前記テーパコーンの後側部の内面に前記切り割りより幅広の凹部を該切り割りの長手方向に沿って形成し、
前記切り割りに挿入充填される板状部を有する弗素系のゴムなどで成形した弾性体を前記切り割りに沿って配設し、
前記テーパコーンの内面に臨む前記板状部の端部に前記各凹部に係合する抜け止め部を前記板状部の全長に亘り形成し、
さらに前記ストッパ部材が当接する前記テーパコーンの後端部の外周面に段差部を形成し、前記ストッパ部材の前端側内周面に前記テーパコーンの段差部に係合する段差部を形成し、前記シャンク部の後端に前記ストッパ部材を螺合し締め付けた時に前記両段差部が互いに係合するように構成したことを特徴とする工具ホルダ。
前記シャンク部の前側部の外周面および前記テーパコーンの前側部の内周面に後側が小径となる互いに等しい角度のゆるいテーパをそれぞれ形成して、前記シャンク部の前側部に前記テーパコーンの前側部を嵌合させ、前記シャンク部の中間部外周面と前記テーパコーンの中間部内周面との間に隙間を設け、前記シャンク部の後側部外周面および前記テーパコーンの後側部内周面にそれぞれストレート部を設け、前記シャンク部の後側部に前記テーパコーンの後側部を嵌合させたことを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
前記シャンク部の前端面と対向する前記フランジ部の後端面に環状凹部を形成し、この環状凹部に前記弾性部材が収容され、該弾性部材に前記テーパコーンの前端面が当接されており、前記弾性部材は複数の皿ばねとこれら皿ばねの前側と後側の少なくとも一方に重ねられた座金とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
前記ストッパ部材は、前記シャンク部の後端部に形成したねじに螺合するナットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の工具ホルダ。
前記環状凹部の外周側に位置する前記フランジ部の後端面に、平面視が円弧状の１対のシム板を着脱可能に固着し、前記シム板をスピンドルの前端面に当接するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の工具ホルダ。
前記ホルダ本体、前記テーパコーンなどの工具ホルダを構成する各部材に防錆処理を施したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の工具ホルダ。