工具ホルダユニット及び工具マガジン
【課題】合成樹脂製のホルダ本体に対して硬質金属製の球留め用のリングを取り付ける工具ホルダユニットにおいて、ホルダ本体に形成される貫通孔と球留め用のリングに形成される貫通孔との位置合わせを容易に行うことができる工具ホルダユニット、及びそれを備えた工具マガジンを得る。さらに、球留め用のリングをホルダ本体に対して強固に固定することができる工具ホルダユニット、及びそれを備えた工具マガジンを得る。
【解決手段】合成樹脂製のホルダ本体２０に対して硬質金属製の球留めリング４０を挿入する構成において、ホルダ本体２０のリング収容孔２４の内壁にキー２７を設け、球留めリング４０の外壁にキー溝４２を設けた。そして、キー２７とキー溝４２とを嵌合させることで、各第１，第２貫通孔２６，４１が連通するようにした。また、球留めリング４０の取り外し方向の移動を規制するように、断面略Ｌ字状のリング保持金具５０を設けた。
【解決手段】合成樹脂製のホルダ本体２０に対して硬質金属製の球留めリング４０を挿入する構成において、ホルダ本体２０のリング収容孔２４の内壁にキー２７を設け、球留めリング４０の外壁にキー溝４２を設けた。そして、キー２７とキー溝４２とを嵌合させることで、各第１，第２貫通孔２６，４１が連通するようにした。また、球留めリング４０の取り外し方向の移動を規制するように、断面略Ｌ字状のリング保持金具５０を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具ホルダユニット及び工具マガジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタ等の工作機械においては、複数の工具ツールを待機させるための工具マガジンが設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。詳細には、工具マガジンには複数の工具ホルダユニットが設けられており、各工具ホルダユニットに工具ツールを保持させることで複数の工具ツールが待機されている。工具ホルダユニットに保持された工具ツールは、自動工具交換装置により工作機械の主軸に装着される。これにより、主軸に所望の工具ツールを装着してワークを順次加工することが可能となっている。
【０００３】
ここで、工具ホルダユニットの従来の構成について図７を用いて説明する。工具ホルダユニット１００は、筒状のホルダ本体１０１を有しており、その内部にはシャンク収容孔１０２と、プルスタッド収容孔１０３とが連続的に設けられている。シャンク収容孔１０２はプルスタッド収容孔１０３に向かうほど孔径が小さくなるのに対して、プルスタッド収容孔１０３の孔径はほぼ同一となっている。工具ツール１１０の着脱は、シャンク収容孔１０２の先端開口から行われる。また、ホルダ本体１０１におけるプルスタッド収容孔１０３の周囲の壁部には、ホルダ本体１０１の軸線に対して略直交する方向に延び内外に貫通した複数の貫通孔１０４が設けられており、各貫通孔１０４には係合部材としてのボール１０５が挿入されている（図７においては、そのうちの１つを示す）。ボール１０５は、圧縮バネ１０６によりプルスタッド収容孔１０３に向けて付勢されている。そして、工具ホルダユニット１００内に工具ツール１１０が挿入されると、工具ツール１１０に形成された係合溝１１１にボール１０５が係合されることにより、工具ホルダユニット１００内に工具ツール１１０が保持される。この保持された工具ツール１１０は、所定の力で引き抜くことで、ボール１０５の係合溝１１１との係合が外れ、工具ホルダユニット１００から取り外すことができる。
【特許文献１】特開２００５−１０３６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の構成の工具ホルダユニットにおいて、その成型を容易なものとすべく、ホルダ本体を金属により成型するのではなく、合成樹脂により成型する構成が考えられる。しかしながら、合成樹脂は、金属に比べて強度が低くいため、工具ツールの着脱に際してのボールの変位に応じて受ける力によりボール周辺において割れなどが発生するおそれがある。
【０００５】
上記の問題に対処するには、ボールの周辺を硬質金属製とし、その他の部分を合成樹脂製とする構成が考えられる。本構成としては、例えば、ホルダ本体を成型するための金型に予め硬質金属をインサートしそこに合成樹脂を流し込む、所謂、インサート成型を行う構成が想定される。しかしながら、かかる構成では、金型の構造が複雑化してしまい、さらに成型後にボールが挿入される貫通孔を形成する必要が生じることで貫通孔の形成作業が複雑化してしまい、結果的に製造コストが高くなってしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明者は、貫通孔が形成された合成樹脂製のホルダ本体に対して、同じく貫通孔が形成された硬質金属製の球留め用のリングを取り付けて固定する構成を考え出した。これにより、金型の構造及び貫通孔の形成作業を複雑化させることなく、ホルダ本体を合成樹脂製とした構成においてボール周辺における割れなどの発生を抑制することができる。しかしながら、本構成では、両者の貫通孔の形成が別々に行われるため、ホルダ本体に球留め用のリングを取り付ける際の、両者の貫通孔の位置合わせが困難なものとなるおそれがある。さらに、上記のとおり、工具ツールの着脱に際しては所定の力が加えられるため、着脱に際して球留め用のリングが外れないように球留め用のリングをホルダ本体に対して強固に固定する必要が生じる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、合成樹脂製のホルダ本体に対して硬質金属製の球留め用のリングを取り付けることで製造コストを抑えつつ工具ツールを係合するための係合部材周辺の強度を向上させ、さらにはホルダ本体に形成される貫通孔と球留め用のリングに形成される貫通孔との位置合わせを容易に行うことができる工具ホルダユニット、及びそれを備えた工具マガジンの提供を第１の目的とするものである。
【０００８】
また、当該工具ホルダユニットにおいて、ホルダ本体に対する球留め用のリングの固定を強固に行うことができる工具ホルダユニット、及びそれを備えた工具マガジンの提供を第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて作用、効果、より踏み込んだ具体的手段等を示しつつ説明する。なお以下では、理解を容易にするため、発明の実施の形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。
【００１０】
手段１．筒状をなし、先端に工具が取り付けられた工具ツール（工具ツール７０）の基端側を収容するホルダを備え、
このホルダは、その基端側に軸線方向に対して直交する方向に延び内外に貫通する貫通孔を複数有すると共に、これら各貫通孔内に、付勢部材（圧縮バネ４７）と、同付勢部材により付勢されて前記ホルダの内周側に一部が突出し前記工具ツールに形成された係合溝（係合溝７４ｂ）に係合される硬質金属製の係合部材（剛球４６、プランジャ９５）とを有し、
これら各係合部材の係合により前記工具ツールを着脱可能に保持する工具ホルダユニットにおいて、
前記ホルダは、合成樹脂製のホルダ本体（ホルダ本体２０）と、このホルダ本体の基端側から挿入されて前記各貫通孔が形成された位置にて収容され、この収容された位置にて前記ホルダの内周側を構成する硬質金属製のリング（球留めリング４０）と、このリングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される移動規制金具（リング保持金具５０）とを備え、
前記ホルダ本体に本体側貫通孔（第１貫通孔２６）を形成すると共に、前記リングにリング側貫通孔（第２貫通孔４１）を形成し、
前記ホルダ本体と前記リングとの回転位置決め構造（キー２７、キー溝４２）を設け、その位置決めにより前記本体側貫通孔及び前記リング側貫通孔とが連通されて前記貫通孔が形成されることを特徴とする工具ホルダユニット。
【００１１】
手段１によれば、ホルダに形成された各貫通孔内には、工具ホルダユニットに工具ツールを保持するための係合部材と付勢部材とが設けられている。かかる場合に、合成樹脂製のホルダ本体には硬質金属製のリングが収容されており、さらにリングの反挿入方向側端面に当接するようにして移動規制金具がホルダ本体に固定されている。これにより、ホルダ本体にリングが取り付けられている。そして、各係合部材はリングに形成されたリング側貫通孔から突出する。よって、工具ツールを着脱する際における係合部材の変位は硬質金属製のリングにより受けられ、ホルダ本体を合成樹脂製とした構成において工具ツールを着脱する際に係合部材の変位によって工具ホルダユニットが破損してしまうことが抑制されている。
【００１２】
本構成において、ホルダ本体とリングとの回転位置決め構造が設けられていることにより、ホルダ本体にリングを収容すると、自ずと各本体側貫通孔と各リング側貫通孔とが連通した状態となり、貫通孔の位置合わせを容易に行うことができる。以上より、本体側貫通孔が形成された合成樹脂製のホルダ本体に対してリング側貫通孔が形成された硬質金属製のリングを取り付けることで製造コストを抑えつつ係合部材周辺の強度を向上させた構成において、両者の貫通孔の位置合わせを容易に行うことができる。そして、貫通孔の位置合わせの容易化が実現されることで、工具ホルダユニットの製造効率が高められ製造コストの低減を図ることができる。また、本構成によれば、工具ツールを着脱する場合におけるリングの回転を抑制することができる。
【００１３】
手段２．前記リングを円環状に形成し、
前記回転位置決め構造を、前記ホルダ本体及び前記リングの一方に形成されたキー（キー２７）と、他方に形成されたキー溝（キー溝４２）とにより構成したことを特徴とする手段１に記載の工具ホルダユニット。
【００１４】
手段２によれば、キーとキー溝とを嵌合させるようにしてホルダ本体にリングを収容すると、自ずと各本体側貫通孔と各リング側貫通孔とが連通した状態となる。本構成によれば、リングを円環状に形成した構成において、簡単な構成により貫通孔の位置合わせを容易化させることができる。
【００１５】
手段３．前記ホルダ本体を熱可塑性樹脂により形成したことを特徴とする手段１又は手段２に記載の工具ホルダユニット。
【００１６】
手段３によれば、出荷時などのように工具ホルダユニットを搬送する際において工具ホルダユニットが落下した場合であっても、落下時の衝撃によりホルダ本体に割れ等が生じることを抑制することができる。つまり、合成樹脂には熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがあるが、熱可塑性樹脂の方が弾性が高く衝撃を吸収し易いからである。また、工具ツールの着脱時における応力が吸収され易くなる。
【００１７】
手段４．前記移動規制金具は、鋼板からなり、同鋼板を折り曲げ形成することで、前記リングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される第１壁部（第１固定板５１）と、同第１壁部に対して略直交する方向に延びる第２壁部（第２固定板５２）とを備え、同第２壁部を前記ホルダ本体の側壁（固定壁部３１）に固定したことを特徴とする手段１乃至手段３のいずれかに記載の工具ホルダユニット。
【００１８】
手段４によれば、移動規制金具は鋼板からなるので、工具ツールの取り付け時においてリングの移動を規制する際に割れ等の破損が生じることを抑制することができる。また、第１壁部に対して略直交する方向に延びる第２壁部がホルダ本体の側壁に固定されている。つまり、移動規制金具のホルダ本体に対する固定方向が、工具ツールの取り付け方向に対して直交する方向に存在することとなる。よって、工具ツールの取り付け時にリングに対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、リングが抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００１９】
手段５．本工具ホルダユニットが複数設置される工具マガジンに対する連結手段（ローラカム５７）を前記移動規制金具に設けたことを特徴とする手段１乃至手段４のいずれかに記載の工具ホルダユニット。
【００２０】
手段５によれば、工具ホルダユニットは移動規制金具に設けられた連結手段を介して工具マガジンに設置されている。よって、工具ツールの取り付け時にリングに掛かる負荷は、移動規制金具及び連結手段を介して工具マガジンの連結箇所により受けられる。工具ホルダユニットは通常、工具ツールが取り付けられており、工具ツールが取り付けられた工具ホルダユニットを安定した状態で支持するために上記連結箇所は強固に形成されている。従って、この連結箇所により上記負荷を受ける構成とすることで、工具ツールの取り付け時にリングに対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、リングが抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００２１】
なお、連結手段は、工具ホルダユニットの重量負荷を工具マガジンに受けさせるためのものであればよい。例えば、工具マガジンが搬送機構及びカム溝を備え、搬送機構の動作に伴って各工具ホルダユニットがカム溝の形状に沿って移動する構成においては、カム溝に噛み合わされるローラカムが連結手段を構成する。この場合、工具ツールの取り付け時にリングに掛かる負荷は、移動規制金具及びローラカムを介してカム溝により受けられる。そして、カム溝は、搬送機構と共に工具ホルダユニットを支持する必要があり強固に形成されているため、上記負荷の受けが効果的なものとなる。なお、本構成においては、搬送機構に対して工具ホルダユニットを固定する必要があるため、工具ホルダユニットはホルダを回動可能に支持するホルダ支持部材を備える。ちなみに、本構成の技術的思想は、「前記ホルダを回動可能に支持し、搬送機構に対して固定されるホルダ支持部材（固定金具６０）を備え、前記移動規制金具は、前記リングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される第１壁部（第１固定板５１）と、同第１壁部から連続して延びる第２壁部（第２固定板５２）とを備え、さらに、前記搬送機構に延設されたカム溝に対して噛み合わされるローラカム（ローラカム５７）を前記第２壁部に取り付けたことを特徴とする工具ホルダユニット。」である。
【００２２】
また、工具マガジンが上記のようにカム溝を備えない構成などにおいては、工具マガジンに対して連結手段を用いて工具ホルダユニットを固定する。この場合に、工具マガジンに対して工具ホルダユニットをボルトやネジなどの固定具により固定する構成では、かかる固定具や固定具を通すための貫通孔が連結手段を構成する。本構成では、工具ツールの取り付け時にリングに掛かる負荷は、移動規制金具及び固定具を介して工具マガジンの工具ホルダユニットに対する固定部位により受けられる。そして、固定部位は工具ホルダユニットを支持する必要があり強固に形成されているため、上記負荷の受けが効果的なものとなる。
【００２３】
手段６．前記ホルダ本体の内周側には、前記リングの内径位置から所定範囲を除いた前記リングの挿入側端面に当接される規制部（段差部２２）を設け、同規制部と前記移動規制金具とにより前記リングを挟持することを特徴とする手段１乃至手段５のいずれかに記載の工具ホルダユニット。
【００２４】
手段６によれば、規制部によりリングの挿入方向の移動が規制される。本構成において、規制部はリングの内径位置から所定範囲を除いたリングの挿入側端面に当接されている。よって、工具ツールの取り付け時に係合位置を越えて押し込まれたとしても、リングによりそれ以上の工具ツールの取り付け方向への移動を規制することが可能となる。工具ホルダユニットへの工具ツールの取り付け時には、当該取り付けを確実に行うべく大きな負荷が掛けられるのが一般的である。この場合に、合成樹脂製のホルダ本体ではなく硬質金属製のリングに当たることで工具ツールの取り付け方向への移動が規制されるため、工具ツールを取り付ける際に工具ホルダユニットが破損することを抑制することができる。また、上記手段４又は手段５を備えた構成においては、リングに対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、リングが抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００２５】
手段７．複数の工具ホルダユニット（工具ホルダユニット１０）を備え、これら各工具ホルダユニットに工具ツール（工具ツール７０）を保持させることにより工作機械の主軸に取り付ける工具ツールを待機させる工具マガジンであって、
前記各工具ホルダユニットを、手段１乃至手段６のいずれかに記載の工具ホルダユニットとしたことを特徴とする工具マガジン。
【００２６】
手段７によれば、工具マガジンに設けられたすべての工具ホルダユニットに関して、製造コストを抑えつつ係合部材周辺の強度を向上させることができ、さらに貫通孔の位置合わせの容易化が実現されることで製造コストの低減を図ることができる。そして、これに伴って、複数の工具ホルダユニットを備える工具マガジンの製造コストの低減を図ることができる。また、工具マガジンに設けられたすべての工具ホルダユニットに関して、リングの固定を強固に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、発明を具体化した実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
先ず、工具ホルダユニット１０について、図１〜図４を用いて説明する。図１は工具ホルダユニット１０の分解斜視図、図２は工具ホルダユニット１０の平面図、図３は図２のＡ―Ａ線断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２９】
工具ホルダユニット１０は、工具ツール７０を着脱可能に保持するためのものである。工具ツール７０は、図３に示すように、基端側にシャンク部７１を備えており、シャンク部７１にスライスカッタやドリル等の工具が固定されている。シャンク部７１は、略円柱状をなし、基端に向けて先細り形状をしている。また、シャンク部７１は、工具ツール７０を工具ホルダユニット１０に着脱する際に使用される把持部７２と、当該把持部７２よりも基端側にありテーパ状をなすテーパ部７３と、シャンク部７１の最基端部を形成するプルスタッド７４とを備えている。
【００３０】
工具ホルダユニット１０は、ホルダ本体２０と、球留めリング４０と、リング保持金具５０と、固定金具６０とを主要構成部品として備えている。ホルダ本体２０は、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂により形成されており、球留めリング４０は鉄や銅等の硬質金属により形成されている。また、リング保持金具５０及び固定金具６０は、鋼板を折り曲げることにより形成されている。なお、ホルダ本体２０を構成する樹脂に対して、ガラス繊維や炭素繊維等の強化基材を含有させてもよい。
【００３１】
ホルダ本体２０は、略円筒状をなし工具ツール７０のテーパ部７３を収容する筒状収容部２１と、当該筒状収容部２１の基端から軸線方向に延出し固定金具６０が取り付けられている固定壁部３１とから構成されている。
【００３２】
筒状収容部２１の内壁には、図３に示すように、内周側に突出した環状の段差部２２が一体形成されており、当該段差部２２を挟んで筒状収容部２１の内部にはテーパ収容孔２３とリング収容孔２４とが設けられている。テーパ収容孔２３は、段差部２２に向けて孔径が小さくなり、概ねテーパ状をしている。このテーパ収容孔２３の先端開口２３ａからシャンク部７１が挿入される。工具ホルダユニット１０に工具ツール７０が保持された状態では、テーパ部７３における把持部７２側がテーパ収容孔２３に当接し、プルスタッド７４側はテーパ収容孔２３に当接せずテーパ収容孔２３との間に若干の隙間が形成される。このように隙間を形成することで、工具ツール７０を着脱する際の応力を吸収することができる。
【００３３】
なお、筒状収容部２１には、その外壁にリブ２５が一体形成されている。詳細には、筒状収容部２１の周方向に沿った環状リブ２５ａが所定間隔を置いて複数形成されており、さらにこれら環状リブ２５ａを連結するように筒状収容部２１の軸方向に延びる板状リブ２５ｂが複数形成されている。従って、リブ２５は、全体として格子状をしている。リブ２５により筒状収容部２１の強度の向上が図られている。
【００３４】
リング収容孔２４は、軸線方向全体に亘って孔径Ｌ１が同一であり、その孔径Ｌ１は球留めリング４０の外径Ｌ１と同一となっている。リング収容孔２４の孔長は、球留めリング４０の高さ寸法と同一となっている。また、段差部２２は、上記のとおり、筒状収容部２１の内周側に突出しており、内径Ｌ２は球留めリング４０の外径Ｌ１よりも小さくなっている。但し、段差部２２の内径Ｌ２は、球留めリング４０の内径Ｌ３よりも大きくなっている。そして、リング収容孔２４の先端開口２４ａから球留めリング４０が挿入され、段差部２２に支持されることでリング収容孔２４内に球留めリング４０が収容されている。この場合に、リング収容孔２４の軸線と球留めリング４０の軸線とが同一直線上にある。なお、リング収容孔２４の内径Ｌ３は、プルスタッド７４の最大径Ｌ４よりも若干大きくなっている。球留めリング４０は、略円筒状をなし、外径Ｌ１及び内径Ｌ３はそれぞれ軸線方向全体に亘って同一の大きさとなっている。また、両端面は、平坦面となっている。
【００３５】
リング収容孔２４には、図４に示すように、筒状収容部２１の軸線に対して直交する方向に延び、内外に貫通する第１貫通孔２６が周方向に等間隔（１２０°間隔）で３つ形成されている。これに対応して、球留めリング４０にも、当該球留めリング４０の軸線に対して直交する方向に延び、内外に貫通する第２貫通孔４１が周方向に等間隔（１２０°間隔）で３つ形成されている。なお、各第２貫通孔４１は、球留めリング４０における段差部２２側端部に偏倚した位置にある。
【００３６】
ここで、本実施の形態では、リング収容孔２４の内壁に、軸線方向に延びるキー２７が形成されており、これに対応して球留めリング４０の外壁には軸線方向に延び両端が開放されたキー溝４２が形成されている。これらキー２７及びキー溝４２は、リング収容孔２４及び球留めリング４０の軸線方向全体に亘って形成されている。また、キー２７及びキー溝４２は、各第１貫通孔２６及び各第２貫通孔４１の対称軸線ＳＬ上に配置されている。キー２７がキー溝４２に嵌合されていることにより、リング収容孔２４内における球留めリング４０のその軸線方向を中心とした回転方向位置が決定されている。そして、この決定された位置では、各第１貫通孔２６と各第２貫通孔４１とが連通している。
【００３７】
各第２貫通孔４１内には、剛球４６が設けられている。また、各第１，第２貫通孔２６，４１内には、剛球４６を球留めリング４０の内周側に向けて付勢する圧縮バネ４７が設けられており、さらに当該圧縮バネ４７を所定位置に保持するための六角穴付きの止めネジ４８がねじ込まれている。各剛球４６は、各圧縮バネ４７に付勢されることで、一部が球留めリング４０の内周側に突出している。この場合に、第２貫通孔４１の内側開口が剛球４６の直径よりも若干小さくなっており、剛球４６が第２貫通孔４１から抜け出るのが防止されている。また、球留めリング４０の厚み寸法は剛球４６の直径よりも大きくなっており、剛球４６は第１貫通孔２６内には位置していない。剛球４６が突出した位置では、球留めリング４０の実質的な内径Ｌ５がプルスタッド７４の最大径Ｌ４よりも小さくなっている。
【００３８】
球留めリング４０は、リング保持金具５０により取り外し方向の移動が規制されている。かかる構成について以下に説明する。リング保持金具５０は、図１に示すように、断面Ｌ字状をしており、第１固定板５１と、第２固定板５２とからなる。リング保持金具５０は、図２に示すように、第１固定板５１が３個のボルト５３により筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に当接した状態で固定されており、第２固定板５２が六角穴付きボルト５４とナット５５により固定壁部３１に当接した状態で固定されている。なお、図３においては、便宜上、１のボルト５３を省略して示す。この場合に、固定壁部３１には、内外に貫通する方形状の貫通孔３２が形成されており、第１固定板５１は当該貫通孔３２を貫通している。そして、第２固定板５２は、固定壁部３１の外面に当接した状態で固定されている。なお、第２固定板５２が固定される固定壁部３１の壁部３３は、第２固定板５２の厚み分内側に後退している。これにより、第２固定板５２がホルダ本体２０の外方へ突出しない構成となっている。
【００３９】
第１固定板５１には、球留めリング４０の内径とほぼ同一の孔径を有し軸線が球留めリング４０の軸線の延長線上に位置する貫通孔５６が形成されている。かかる第１固定板５１には、球留めリング４０の取り外し側端面の全体が当接している。これにより、球留めリング４０の取り外し方向の移動が規制されている。また、リング保持金具５０は、第１固定板５１及び第２固定板５２の両方にてホルダ本体２０に固定されているので、球留めリング４０の取り外し方向の移動を強固に規制することができる。なお、貫通孔５６内には、プルスタッド７４の先端部が収容される。
【００４０】
リング保持金具５０の第２固定板５２には、ローラカム５７が取り付けられている。詳細には、第２固定板５２を固定壁部３１に固定する六角穴付きボルト５４は、その基端部が第２固定板５２の表面から外方に突出しており、この突出部分にローラカム５７が回転可能に設けられている。
【００４１】
固定壁部３１には、固定金具６０が取り付けられている。詳細には、固定壁部３１には、リング保持金具５０の第２固定板５２が固定されている壁部３３を挟んで対向する壁部３４に、軸線が同一直線上に位置するように貫通孔３５が形成されている。これら各貫通孔３５には、それぞれ支軸５９が圧入されている。一方、固定金具６０は、折り曲げ形成されることで、固定板６１と、一対の固定アーム６２とからなる。そして、一対の固定アーム６２がそれぞれ支軸５９に軸支されている。これにより、固定金具６０は、支軸５９を中心として回動可能な状態で固定壁部３１に取り付けられている。
【００４２】
固定金具６０の固定板６１には、４隅にそれぞれ１つずつ貫通孔６３が形成されている。各貫通孔６３は、多数の工具ツール７０を待機させるための工具マガジンに固定金具６０を固定する際の固定用ボルトを通すために使用される。なお、固定板６１には、工具マガジンに固定板６１を固定する際の位置決め用に位置決めピン６４が圧入されている。
【００４３】
以上説明した工具ホルダユニット１０を組み立てる際には、先ずホルダ本体２０のリング収容孔２４に球留めリング４０を挿入する。この際、キー２７とキー溝４２とを嵌合させることで、ホルダ本体２０の各第１貫通孔２６と球留めリング４０の各第２貫通孔４１とが自ずと連通した状態となる。その後、第１固定板５１が貫通孔３２を貫通するようにリング保持金具５０を固定壁部３１に対してスライドさせて挿入することで、第１固定板５１を筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に当接させ、第２固定板５２を固定壁部３１の外面に当接させた状態とする。そして、ボルト５３により第１固定板５１をホルダ本体２０に固定する。また、ローラカム５７を挿通させた六角穴付きボルト５４を第２固定板５２及び固定壁部３１に対して貫通させナット５５により固定することで、ホルダ本体２０に対する第２固定板５２の固定と、ホルダ本体２０に対するローラカム５７の取り付けとが同時に行われる。そして、最後に、固定金具６０の各固定アーム６２を貫通した状態で各支軸５９を固定壁部３１の各貫通孔３５に圧入することで、固定金具６０のホルダ本体２０に対する取り付けが行われ、工具ホルダユニット１０の組み立てが終了する。
【００４４】
次に、工具ホルダユニット１０に対する工具ツール７０の着脱について説明する。工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を挿入すると、プルスタッド７４の先端が各剛球４６の突出部分に接触する。そして、所定の力で工具ツール７０を押し込むことで、プルスタッド７４の先端側傾斜部７４ａによって剛球４６が押され、プルスタッド７４の環状の係合溝７４ｂに剛球４６が係合された状態となる。これにより、工具ホルダユニット１０に工具ツール７０が保持される。かかる場合に、上述したとおり、段差部２２の内径Ｌ２は、球留めリング４０の内径Ｌ３よりも大きくなっている。また、段差部２２の内径Ｌ２はプルスタッド７４の基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも大きく、球留めリング４０の内径Ｌ３は基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも小さくなっている。さらに、段差部２２の軸線方向の長さ寸法は、基端部７４ｃの軸線方向の長さ寸法よりも小さくなっている。従って、工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を勢いよく差し込んだとしても、プルスタッド７４の基端部７４ｃが球留めリング４０の端面に当たり、それ以上の挿し込み方向の移動が規制される。また、球留めリング４０は、上述したとおり、硬質金属製であるので、基端部７４ｃが当たっても破損しにくい。さらに、上述したとおり、球留めリング４０の取り外し方向の移動がリング保持金具５０により強固に規制されているので、基端部７４ｃが当たっても球留めリング４０が外れることはない。
【００４５】
一方、工具ホルダユニット１０から工具ツール７０を取り外す場合には、所定の力で工具ツール７０を引き抜くことで、プルスタッド７４の基端側傾斜部７４ｄによって剛球４６が押され、係合が外れる。これにより、工具ツール７０を取り外すことができる。
【００４６】
次に、以上説明した工具ホルダユニット１０が複数設けられ、複数の工具ツールを待機させるための工具マガジンについて説明する。
【００４７】
工具マガジンは、主軸に取り付けられたスライスカッタ、ドリル等の各種工具を用いてワークを加工する工作機械に設けられており、待機されている工具ツール７０は自動工具交換装置により主軸との間で自動交換される。工具マガジンは、マガジン本体と、マガジン本体上に支持された回転ドラムとを備えている。回転ドラムは円盤状をなし、マガジン本体上においてその中心を軸心として回転可能となっている。また、マガジン本体には、その外周に一連のカム溝が設けられている。当該構成において、工具マガジンには、複数の工具ホルダユニット１０が外周に沿って等間隔で配設されている。各工具ホルダユニット１０は、固定金具６０が回転ドラムに固定されており、ローラカム５７がカム溝に噛み合わされている。よって、回転ドラムが所定方向に回転することで、各工具ホルダユニット１０がカム溝の形状に沿って移動する。
【００４８】
この場合に、カム溝には工具交換位置に捩れが形成されており、当該工具交換位置とそれ以外の位置とでは工具ホルダユニット１０の回動位置が換わる。これにより、工具ツール７０の自動交換に際しては交換作業を円滑に行える向きに工具ホルダユニット１０の回動位置を設定することができ、工具ツール７０を待機させる際にはスペース上都合の良い向きに工具ホルダユニット１０の回動位置を設定することができる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施の形態によれば、以下の優れた効果を有する。
【００５０】
合成樹脂製のホルダ本体２０に対して、硬質金属製の球留めリング４０を取り付け、第２貫通孔４１から球留めリング４０の内周側に突出するように工具ツール７０を係合するための剛球４６を設けた。これにより、工具ツール７０の着脱に際して剛球４６の変位に伴う力は硬質金属製の球留めリング４０に直接掛かり、合成樹脂製のホルダ本体２０には直接掛からない。よって、工具ツール７０の着脱に際して、工具ホルダユニット１０に割れ等の破損が発生することを抑制することができる。特に、ホルダ本体２０が熱可塑性樹脂により形成されているため、剛球４６の変位に伴う力がホルダ本体２０に直接掛かると破損が発生し易くなるが、かかる破損の発生を抑制することができる。
【００５１】
ちなみに、ホルダ本体２０を熱可塑性樹脂により形成することで、出荷時などのように工具ホルダユニット１０を搬送する際において工具ホルダユニット１０が落下した場合であっても、落下時の衝撃によりホルダ本体２０に割れ等が生じることを抑制することができる。つまり、合成樹脂には熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがあるが、熱可塑性樹脂の方が弾性が高く衝撃を吸収し易いからである。また、工具ツールの着脱時における応力が吸収され易くなる。
【００５２】
また、各第１貫通孔２６が形成されたホルダ本体２０に各第２貫通孔４１が形成された球留めリング４０が取り付けられているので、ホルダ本体２０を成型するための金型の構造が複雑化することを抑制することができる。例えば、所謂、インサート成型を行う構成では、ホルダ本体２０を成型するための金型の構造が複雑化してしまうからである。従って、合成樹脂製のホルダ本体２０に対して硬質金属製の球留めリング４０を取り付ける構成において、製造コストを抑えることができる。
【００５３】
また、第１，第２貫通孔２６，４１の形成作業が複雑化してしまうことを抑制することができる。すなわち、本構成によれば、比較的体格の大きいホルダ本体２０に対する第１貫通孔２６の形成を、ホルダ本体２０の金型による成型時に行うことができるからである。従って、合成樹脂製のホルダ本体２０に対して硬質金属製の球留めリング４０を取り付ける構成において、製造コストを抑えることができる。
【００５４】
以上の構成において、リング収容孔２４の内壁にキー２７を設け、球留めリング４０の外壁にキー溝４２を設けた。これにより、リング収容孔２４に球留めリング４０を収容すると、自ずと各第１貫通孔２６と各第２貫通孔４１とが連通した状態となる。従って、ホルダ本体２０の各第１貫通孔２６の形成と、球留めリング４０の各第２貫通孔４１の形成とを別々に行ったとしても両者の位置合わせを容易に行うことができる。そして、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせの容易化が実現されることで、工具ホルダユニット１０の製造効率が高められ製造コストの低減を図ることができる。
【００５５】
また、工具マガジンに設けられる工具ホルダユニットをすべて上記工具ホルダユニット１０とすることで、各工具ホルダユニット１０の製造コストが低減されるのに伴って工具マガジンの製造コストの低減を図ることができる。
【００５６】
リング収容孔２４の内壁にキー２７を設け、球留めリング４０の外壁にキー溝４２を設けるだけでよいので、簡単な構成により両者の位置合わせの容易化を実現することができる。特に、本実施の形態では、球留めリング４０が略円筒状であるため、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせの容易化を実現するためには、本構成が必要不可欠なものといえる。
【００５７】
断面Ｌ字状をなすリング保持金具５０により球留めリング４０の取り外し方向の移動が規制される構成において、リング保持金具５０の第１固定板５１を３個のボルト５３により筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に当接させた状態で固定し、さらに第２固定板５２を六角穴付きボルト５４により固定壁部３１に当接させた状態で固定した。この第２固定板５２の固定により、リング保持金具５０のホルダ本体２０に対する固定方向が、工具ツール７０の取り付け方向に対して直交する方向に存在することとなる。また、六角穴付きボルト５４にはローラカム５７が取り付けられており、当該ローラカム５７は工具マガジンのカム溝に噛み合わされている。工具ホルダユニット１０への工具ツール７０の取り付け時には、取り付けを確実に行うべく大きな負荷が掛けられるのが一般的である。当該事情において、上記構成とすることで、工具ツール７０の取り付け時に球留めリング４０に掛かる負荷は、第１固定板５１の固定箇所（３個のボルト５３）、第２固定板５２の固定箇所（六角穴付きボルト５４）、及びローラカム５７とカム溝との噛み合わせ箇所により受けられる。特に、カム溝は回転部と共に工具ホルダユニット１０を支持する必要があり強固に形成されているため、当該箇所における負荷の受けは効果的なものとなる。よって、工具ツール７０の取り付け時に球留めリング４０に対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、球留めリング４０が抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００５８】
球留めリング４０の内径Ｌ３を段差部２２の内径Ｌ２及び工具ホルダユニット１０に取り付けられる工具ツール７０におけるプルスタッド７４の基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも小さくし、段差部２２の内径Ｌ２を基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも大きくし、さらに段差部２２の軸線方向の長さ寸法を、基端部７４ｃの軸線方向の長さ寸法よりも小さくした。これにより、工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を勢いよく差し込んだとしても、プルスタッド７４の基端部７４ｃが球留めリング４０の端面に当たり、それ以上の挿し込み方向の移動が規制される。この場合に、球留めリング４０は硬質金属製であるので、基端部７４ｃが当たっても破損しにくい。さらに、上述したとおり、球留めリング４０の取り外し方向の移動がリング保持金具５０により強固に規制されているので、基端部７４ｃが当たっても球留めリング４０が抜け出ることはない。
【００５９】
工具マガジンのカム溝に沿って移動するためのローラカム５７を、第２固定板５２を固定壁部３１に固定するための六角穴付きボルト５４に対して取り付ける構成とした。これにより、ローラカム５７を取り付けるための固定具を別途設ける必要はなく、さらに第２固定板５２をホルダ本体２０に固定するのに合わせてローラカム５７が取り付けられる。よって、部品点数の削減、及び工具ホルダユニット１０の製造工程数の削減を図ることができる。
【００６０】
なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００６１】
上記実施の形態では、リング収容孔２４にキー２７を設け、球留めリング４０にキー溝４２を設けることで、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせを行ったが、かかる位置合わせを行うための構成を図５のように変更してもよい。本構成では、リング収容孔２４の断面形状、及び球留めリング４０の断面形状は、全体が円形状をしているのではなく、一部が角形状となっている。すなわち、リング収容孔２４には角状壁部９１が形成されており、球留めリング４０にはリング収容孔２４の角状壁部９１に対応させて角状部９２が形成されている。これにより、これら角状壁部９１及び角状部９２を合わせるようにして球留めリング４０を収容することで、自ずと各第１，第２貫通孔２６，４１が連通した状態となり、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせを容易に行うことができる。また、本構成以外にも、例えば、リング収容孔２４の断面形状、及び球留めリング４０の断面形状を、その全体が角形状となるようにする構成や、楕円形状となるようにする構成も考えられる。これらの構成であっても、同様に各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせを容易に行うことができる。
【００６２】
工具ホルダユニット１０における工具ツール７０の保持に関わる構成を図６のように変更してもよい。本構成では、第１貫通孔２６及び第２貫通孔４１がそれぞれ４個ずつ形成されており、さらに各第２貫通孔４１には係合部材として剛球４６の代わりにプランジャ９５が設けられている。そして、連通する各第１，第２貫通孔２６，４１に設けられた圧縮バネ４７により付勢されることで、各プランジャ９５の先端が球留めリング４０の内周側に突出している。この場合に、各プランジャ９５は全体として略円柱状をなしているが、基端部９５ａが大径となっており段差を備えている。これに対応して、各第２貫通孔４１は内側開口側の孔径が小さくなっており段差壁部４１ａを備えている。そして、各プランジャ９５の基端部９５ａが各第２貫通孔４１の段差壁部４１ａに当接していることにより、各プランジャ９５が各第２貫通孔４１から抜け出るのが防止されている。また、球留めリング４０の厚み寸法はプランジャ９５の長さ寸法よりも大きくなっており、プランジャ９５は第１貫通孔２６内には位置していない。以上の構成の工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を挿入すると、プルスタッド７４の先端が各プランジャ９５の先端に接触する。そして、所定の力で工具ツール７０を押し込むことで、プルスタッド７４の先端側傾斜部７４ａによってプランジャ９５が押され、プルスタッド７４の環状の係合溝７４ｂにプランジャ９５が係合された状態となる。この場合に、本構成によれば、係合溝７４ｂに４つのプランジャ９５が係合されるため上記実施の形態よりも係合箇所が増え、より強固に工具ツール７０を保持することができる。
【００６３】
なお、第１貫通孔２６及び第２貫通孔４１のそれぞれの数は、３個又は４個に限定されることはなく、２個又は５個であってもよい。また、第１，第２貫通孔２６，４１の数と第２貫通孔４１に設けられる係合部材の種類との組合せは任意であり、第１貫通孔２６及び第２貫通孔４１をそれぞれ４個ずつ形成し各第２貫通孔４１に係合部材として剛球４６を設ける構成としてもよい。
【００６４】
上記実施の形態では、キー２７及びキー溝４２をリング収容孔２４及び球留めリング４０の軸線方向全体に亘って形成したが、これを変更してもよい。例えば、キー２７をリング収容孔２４における段差部２２側の端部から軸線方向の中途位置まで形成し、一方、キー溝４２を球留めリング４０の一端部からキー２７の長さに対応させて形成する。本構成とすることにより、リング収容孔２４に収容する際における球留めリング４０の表裏の向きが一義的に決まるので、球留めリング４０の収容作業の容易化が図られる。
【００６５】
上記実施の形態では、キー２７をリング収容孔２４に設け、キー溝４２を球留めリング４０に設けたが、キーを球留めリング４０に設け、キー溝をリング収容孔２４に設けてもよい。
【００６６】
上記実施の形態では、ホルダ本体２０を熱可塑性樹脂により形成したが、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂により形成してもよい。
【００６７】
上記実施の形態では、各第２貫通孔４１を球留めリング４０における段差部２２側端部に偏倚した位置に形成したが、各第２貫通孔４１を球留めリング４０における高さ方向の中央位置に形成してもよい。そして、上記実施の形態と同様に、キー２７及びキー溝４２を各第１，第２貫通孔２６，４１の対称軸線ＳＬ上に設ける。本構成とすることで、球留めリング４０の両端面のいずれを段差部２２に向けてリング収容孔２４に収容したとしても、各第１，第２貫通孔２６，４１は連通した状態となる。よって、球留めリング４０の収容作業の容易化を図ることができる。
【００６８】
上記実施の形態では、断面Ｌ字状をなすリング保持金具５０により球留めリング４０の取り外し方向の移動を規制したが、これを変更してよい。例えば、平板状の移動規制金具を設けることで、球留めリング４０の取り外し方向の移動を規制してもよい。また、球留めリング４０の一端部にフランジを形成し、該フランジを筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に固定してもよい。
【００６９】
上記実施の形態では、ローラカム５７が取り付けられる第２固定板５２が第１固定板５１に対して略直交する方向に延びる構成としたが、第２固定板５２が第１固定板５１に対して真直ぐ延びる構成としてもよい。
【００７０】
上記実施の形態では、リング保持金具５０が鋼板により形成されていたが、銅等の他の種類の硬質金属によりリング保持金具５０を形成してもよい。
【００７１】
工具ホルダユニット１０が複数配設される工具マガジンの構成は上記実施の形態における構成に限定されることはなく任意である。例えば、回転ドラムでなくチェーンやベルト等の環状の搬送部材を備え、当該搬送部材に複数の工具ホルダユニット１０が配設された構成の工具マガジンであってもよい。より詳細には、当該工具マガジンには駆動ローラと従動ローラとが回転可能に軸支されており、これら駆動ローラ及び従動ローラに対して搬送部材が掛け渡されている。本構成では、駆動ローラの駆動に伴って搬送部材が回転することで各工具ホルダユニット１０が移動する。
【００７２】
また、各工具ホルダユニット１０にローラカム５７が設けられておらず、各工具ホルダユニット１０が回動不能な構成の工具マガジンであってもよい。また、各工具ホルダユニット１０が所定位置にて移動不能に固定されている構成の工具マガジンであってもよい。かかる非移動式の構成においては、工具ツール７０の自動交換に際して自動工具交換装置は所望の工具ツール７０が保持された工具ホルダユニット１０の位置に移動する。以上の構成において、リング保持金具５０の形態を上記実施の形態におけるものとは変更し、そのリング保持金具を介して各工具ホルダユニット１０を工具マガジンに取り付ける構成としてもよい。かかる場合、工具ツール７０の取り付け時に球留めリング４０に掛かる負荷はリング保持金具を介して工具マガジンにて受けられるため、球留めリング４０の抜けを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】工具ホルダユニットの分解斜視図。
【図２】工具ホルダユニットの平面図。
【図３】図２のＡ―Ａ線断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】工具ホルダユニットの別例を示す横断面図。
【図６】工具ホルダユニットの別例を示す横断面図。
【図７】課題を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００７４】
１０…工具ホルダユニット、２０…ホルダ本体、２１…筒状収容部、２２…底部としての段差部、２３…シャンク収容孔、２４…リング収容孔、２４ａ…先端開口、２６…第１貫通孔、２７…回転位置決め構造を構成するキー、３１…固定壁部、４０…球留めリング、４１…第２貫通孔、４２…回転位置決め構造を構成するキー溝、４６…係合部材としての剛球、４７…付勢部材としての圧縮バネ、５０…移動規制金具としてのリング保持金具、５１…第１壁部としての第１固定板、５２…第２壁部としての第２固定板、５４…支軸としての六角穴付きボルト、５７…ローラカム、６０…ホルダ支持部材としての固定金具、６１…固定部、７０…工具ツール、７１…シャンク部、７２…把持部、７３…テーパ部、７４…プルスタッド、７４ｂ…係合溝、９５…係合部材としてのプランジャ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具ホルダユニット及び工具マガジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタ等の工作機械においては、複数の工具ツールを待機させるための工具マガジンが設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。詳細には、工具マガジンには複数の工具ホルダユニットが設けられており、各工具ホルダユニットに工具ツールを保持させることで複数の工具ツールが待機されている。工具ホルダユニットに保持された工具ツールは、自動工具交換装置により工作機械の主軸に装着される。これにより、主軸に所望の工具ツールを装着してワークを順次加工することが可能となっている。
【０００３】
ここで、工具ホルダユニットの従来の構成について図７を用いて説明する。工具ホルダユニット１００は、筒状のホルダ本体１０１を有しており、その内部にはシャンク収容孔１０２と、プルスタッド収容孔１０３とが連続的に設けられている。シャンク収容孔１０２はプルスタッド収容孔１０３に向かうほど孔径が小さくなるのに対して、プルスタッド収容孔１０３の孔径はほぼ同一となっている。工具ツール１１０の着脱は、シャンク収容孔１０２の先端開口から行われる。また、ホルダ本体１０１におけるプルスタッド収容孔１０３の周囲の壁部には、ホルダ本体１０１の軸線に対して略直交する方向に延び内外に貫通した複数の貫通孔１０４が設けられており、各貫通孔１０４には係合部材としてのボール１０５が挿入されている（図７においては、そのうちの１つを示す）。ボール１０５は、圧縮バネ１０６によりプルスタッド収容孔１０３に向けて付勢されている。そして、工具ホルダユニット１００内に工具ツール１１０が挿入されると、工具ツール１１０に形成された係合溝１１１にボール１０５が係合されることにより、工具ホルダユニット１００内に工具ツール１１０が保持される。この保持された工具ツール１１０は、所定の力で引き抜くことで、ボール１０５の係合溝１１１との係合が外れ、工具ホルダユニット１００から取り外すことができる。
【特許文献１】特開２００５−１０３６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の構成の工具ホルダユニットにおいて、その成型を容易なものとすべく、ホルダ本体を金属により成型するのではなく、合成樹脂により成型する構成が考えられる。しかしながら、合成樹脂は、金属に比べて強度が低くいため、工具ツールの着脱に際してのボールの変位に応じて受ける力によりボール周辺において割れなどが発生するおそれがある。
【０００５】
上記の問題に対処するには、ボールの周辺を硬質金属製とし、その他の部分を合成樹脂製とする構成が考えられる。本構成としては、例えば、ホルダ本体を成型するための金型に予め硬質金属をインサートしそこに合成樹脂を流し込む、所謂、インサート成型を行う構成が想定される。しかしながら、かかる構成では、金型の構造が複雑化してしまい、さらに成型後にボールが挿入される貫通孔を形成する必要が生じることで貫通孔の形成作業が複雑化してしまい、結果的に製造コストが高くなってしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明者は、貫通孔が形成された合成樹脂製のホルダ本体に対して、同じく貫通孔が形成された硬質金属製の球留め用のリングを取り付けて固定する構成を考え出した。これにより、金型の構造及び貫通孔の形成作業を複雑化させることなく、ホルダ本体を合成樹脂製とした構成においてボール周辺における割れなどの発生を抑制することができる。しかしながら、本構成では、両者の貫通孔の形成が別々に行われるため、ホルダ本体に球留め用のリングを取り付ける際の、両者の貫通孔の位置合わせが困難なものとなるおそれがある。さらに、上記のとおり、工具ツールの着脱に際しては所定の力が加えられるため、着脱に際して球留め用のリングが外れないように球留め用のリングをホルダ本体に対して強固に固定する必要が生じる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、合成樹脂製のホルダ本体に対して硬質金属製の球留め用のリングを取り付けることで製造コストを抑えつつ工具ツールを係合するための係合部材周辺の強度を向上させ、さらにはホルダ本体に形成される貫通孔と球留め用のリングに形成される貫通孔との位置合わせを容易に行うことができる工具ホルダユニット、及びそれを備えた工具マガジンの提供を第１の目的とするものである。
【０００８】
また、当該工具ホルダユニットにおいて、ホルダ本体に対する球留め用のリングの固定を強固に行うことができる工具ホルダユニット、及びそれを備えた工具マガジンの提供を第２の目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するのに有効な手段等につき、必要に応じて作用、効果、より踏み込んだ具体的手段等を示しつつ説明する。なお以下では、理解を容易にするため、発明の実施の形態において対応する構成を括弧書き等で適宜示すが、この括弧書き等で示した具体的構成に限定されるものではない。
【００１０】
手段１．筒状をなし、先端に工具が取り付けられた工具ツール（工具ツール７０）の基端側を収容するホルダを備え、
このホルダは、その基端側に軸線方向に対して直交する方向に延び内外に貫通する貫通孔を複数有すると共に、これら各貫通孔内に、付勢部材（圧縮バネ４７）と、同付勢部材により付勢されて前記ホルダの内周側に一部が突出し前記工具ツールに形成された係合溝（係合溝７４ｂ）に係合される硬質金属製の係合部材（剛球４６、プランジャ９５）とを有し、
これら各係合部材の係合により前記工具ツールを着脱可能に保持する工具ホルダユニットにおいて、
前記ホルダは、合成樹脂製のホルダ本体（ホルダ本体２０）と、このホルダ本体の基端側から挿入されて前記各貫通孔が形成された位置にて収容され、この収容された位置にて前記ホルダの内周側を構成する硬質金属製のリング（球留めリング４０）と、このリングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される移動規制金具（リング保持金具５０）とを備え、
前記ホルダ本体に本体側貫通孔（第１貫通孔２６）を形成すると共に、前記リングにリング側貫通孔（第２貫通孔４１）を形成し、
前記ホルダ本体と前記リングとの回転位置決め構造（キー２７、キー溝４２）を設け、その位置決めにより前記本体側貫通孔及び前記リング側貫通孔とが連通されて前記貫通孔が形成されることを特徴とする工具ホルダユニット。
【００１１】
手段１によれば、ホルダに形成された各貫通孔内には、工具ホルダユニットに工具ツールを保持するための係合部材と付勢部材とが設けられている。かかる場合に、合成樹脂製のホルダ本体には硬質金属製のリングが収容されており、さらにリングの反挿入方向側端面に当接するようにして移動規制金具がホルダ本体に固定されている。これにより、ホルダ本体にリングが取り付けられている。そして、各係合部材はリングに形成されたリング側貫通孔から突出する。よって、工具ツールを着脱する際における係合部材の変位は硬質金属製のリングにより受けられ、ホルダ本体を合成樹脂製とした構成において工具ツールを着脱する際に係合部材の変位によって工具ホルダユニットが破損してしまうことが抑制されている。
【００１２】
本構成において、ホルダ本体とリングとの回転位置決め構造が設けられていることにより、ホルダ本体にリングを収容すると、自ずと各本体側貫通孔と各リング側貫通孔とが連通した状態となり、貫通孔の位置合わせを容易に行うことができる。以上より、本体側貫通孔が形成された合成樹脂製のホルダ本体に対してリング側貫通孔が形成された硬質金属製のリングを取り付けることで製造コストを抑えつつ係合部材周辺の強度を向上させた構成において、両者の貫通孔の位置合わせを容易に行うことができる。そして、貫通孔の位置合わせの容易化が実現されることで、工具ホルダユニットの製造効率が高められ製造コストの低減を図ることができる。また、本構成によれば、工具ツールを着脱する場合におけるリングの回転を抑制することができる。
【００１３】
手段２．前記リングを円環状に形成し、
前記回転位置決め構造を、前記ホルダ本体及び前記リングの一方に形成されたキー（キー２７）と、他方に形成されたキー溝（キー溝４２）とにより構成したことを特徴とする手段１に記載の工具ホルダユニット。
【００１４】
手段２によれば、キーとキー溝とを嵌合させるようにしてホルダ本体にリングを収容すると、自ずと各本体側貫通孔と各リング側貫通孔とが連通した状態となる。本構成によれば、リングを円環状に形成した構成において、簡単な構成により貫通孔の位置合わせを容易化させることができる。
【００１５】
手段３．前記ホルダ本体を熱可塑性樹脂により形成したことを特徴とする手段１又は手段２に記載の工具ホルダユニット。
【００１６】
手段３によれば、出荷時などのように工具ホルダユニットを搬送する際において工具ホルダユニットが落下した場合であっても、落下時の衝撃によりホルダ本体に割れ等が生じることを抑制することができる。つまり、合成樹脂には熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがあるが、熱可塑性樹脂の方が弾性が高く衝撃を吸収し易いからである。また、工具ツールの着脱時における応力が吸収され易くなる。
【００１７】
手段４．前記移動規制金具は、鋼板からなり、同鋼板を折り曲げ形成することで、前記リングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される第１壁部（第１固定板５１）と、同第１壁部に対して略直交する方向に延びる第２壁部（第２固定板５２）とを備え、同第２壁部を前記ホルダ本体の側壁（固定壁部３１）に固定したことを特徴とする手段１乃至手段３のいずれかに記載の工具ホルダユニット。
【００１８】
手段４によれば、移動規制金具は鋼板からなるので、工具ツールの取り付け時においてリングの移動を規制する際に割れ等の破損が生じることを抑制することができる。また、第１壁部に対して略直交する方向に延びる第２壁部がホルダ本体の側壁に固定されている。つまり、移動規制金具のホルダ本体に対する固定方向が、工具ツールの取り付け方向に対して直交する方向に存在することとなる。よって、工具ツールの取り付け時にリングに対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、リングが抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００１９】
手段５．本工具ホルダユニットが複数設置される工具マガジンに対する連結手段（ローラカム５７）を前記移動規制金具に設けたことを特徴とする手段１乃至手段４のいずれかに記載の工具ホルダユニット。
【００２０】
手段５によれば、工具ホルダユニットは移動規制金具に設けられた連結手段を介して工具マガジンに設置されている。よって、工具ツールの取り付け時にリングに掛かる負荷は、移動規制金具及び連結手段を介して工具マガジンの連結箇所により受けられる。工具ホルダユニットは通常、工具ツールが取り付けられており、工具ツールが取り付けられた工具ホルダユニットを安定した状態で支持するために上記連結箇所は強固に形成されている。従って、この連結箇所により上記負荷を受ける構成とすることで、工具ツールの取り付け時にリングに対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、リングが抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００２１】
なお、連結手段は、工具ホルダユニットの重量負荷を工具マガジンに受けさせるためのものであればよい。例えば、工具マガジンが搬送機構及びカム溝を備え、搬送機構の動作に伴って各工具ホルダユニットがカム溝の形状に沿って移動する構成においては、カム溝に噛み合わされるローラカムが連結手段を構成する。この場合、工具ツールの取り付け時にリングに掛かる負荷は、移動規制金具及びローラカムを介してカム溝により受けられる。そして、カム溝は、搬送機構と共に工具ホルダユニットを支持する必要があり強固に形成されているため、上記負荷の受けが効果的なものとなる。なお、本構成においては、搬送機構に対して工具ホルダユニットを固定する必要があるため、工具ホルダユニットはホルダを回動可能に支持するホルダ支持部材を備える。ちなみに、本構成の技術的思想は、「前記ホルダを回動可能に支持し、搬送機構に対して固定されるホルダ支持部材（固定金具６０）を備え、前記移動規制金具は、前記リングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される第１壁部（第１固定板５１）と、同第１壁部から連続して延びる第２壁部（第２固定板５２）とを備え、さらに、前記搬送機構に延設されたカム溝に対して噛み合わされるローラカム（ローラカム５７）を前記第２壁部に取り付けたことを特徴とする工具ホルダユニット。」である。
【００２２】
また、工具マガジンが上記のようにカム溝を備えない構成などにおいては、工具マガジンに対して連結手段を用いて工具ホルダユニットを固定する。この場合に、工具マガジンに対して工具ホルダユニットをボルトやネジなどの固定具により固定する構成では、かかる固定具や固定具を通すための貫通孔が連結手段を構成する。本構成では、工具ツールの取り付け時にリングに掛かる負荷は、移動規制金具及び固定具を介して工具マガジンの工具ホルダユニットに対する固定部位により受けられる。そして、固定部位は工具ホルダユニットを支持する必要があり強固に形成されているため、上記負荷の受けが効果的なものとなる。
【００２３】
手段６．前記ホルダ本体の内周側には、前記リングの内径位置から所定範囲を除いた前記リングの挿入側端面に当接される規制部（段差部２２）を設け、同規制部と前記移動規制金具とにより前記リングを挟持することを特徴とする手段１乃至手段５のいずれかに記載の工具ホルダユニット。
【００２４】
手段６によれば、規制部によりリングの挿入方向の移動が規制される。本構成において、規制部はリングの内径位置から所定範囲を除いたリングの挿入側端面に当接されている。よって、工具ツールの取り付け時に係合位置を越えて押し込まれたとしても、リングによりそれ以上の工具ツールの取り付け方向への移動を規制することが可能となる。工具ホルダユニットへの工具ツールの取り付け時には、当該取り付けを確実に行うべく大きな負荷が掛けられるのが一般的である。この場合に、合成樹脂製のホルダ本体ではなく硬質金属製のリングに当たることで工具ツールの取り付け方向への移動が規制されるため、工具ツールを取り付ける際に工具ホルダユニットが破損することを抑制することができる。また、上記手段４又は手段５を備えた構成においては、リングに対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、リングが抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００２５】
手段７．複数の工具ホルダユニット（工具ホルダユニット１０）を備え、これら各工具ホルダユニットに工具ツール（工具ツール７０）を保持させることにより工作機械の主軸に取り付ける工具ツールを待機させる工具マガジンであって、
前記各工具ホルダユニットを、手段１乃至手段６のいずれかに記載の工具ホルダユニットとしたことを特徴とする工具マガジン。
【００２６】
手段７によれば、工具マガジンに設けられたすべての工具ホルダユニットに関して、製造コストを抑えつつ係合部材周辺の強度を向上させることができ、さらに貫通孔の位置合わせの容易化が実現されることで製造コストの低減を図ることができる。そして、これに伴って、複数の工具ホルダユニットを備える工具マガジンの製造コストの低減を図ることができる。また、工具マガジンに設けられたすべての工具ホルダユニットに関して、リングの固定を強固に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、発明を具体化した実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
先ず、工具ホルダユニット１０について、図１〜図４を用いて説明する。図１は工具ホルダユニット１０の分解斜視図、図２は工具ホルダユニット１０の平面図、図３は図２のＡ―Ａ線断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２９】
工具ホルダユニット１０は、工具ツール７０を着脱可能に保持するためのものである。工具ツール７０は、図３に示すように、基端側にシャンク部７１を備えており、シャンク部７１にスライスカッタやドリル等の工具が固定されている。シャンク部７１は、略円柱状をなし、基端に向けて先細り形状をしている。また、シャンク部７１は、工具ツール７０を工具ホルダユニット１０に着脱する際に使用される把持部７２と、当該把持部７２よりも基端側にありテーパ状をなすテーパ部７３と、シャンク部７１の最基端部を形成するプルスタッド７４とを備えている。
【００３０】
工具ホルダユニット１０は、ホルダ本体２０と、球留めリング４０と、リング保持金具５０と、固定金具６０とを主要構成部品として備えている。ホルダ本体２０は、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂により形成されており、球留めリング４０は鉄や銅等の硬質金属により形成されている。また、リング保持金具５０及び固定金具６０は、鋼板を折り曲げることにより形成されている。なお、ホルダ本体２０を構成する樹脂に対して、ガラス繊維や炭素繊維等の強化基材を含有させてもよい。
【００３１】
ホルダ本体２０は、略円筒状をなし工具ツール７０のテーパ部７３を収容する筒状収容部２１と、当該筒状収容部２１の基端から軸線方向に延出し固定金具６０が取り付けられている固定壁部３１とから構成されている。
【００３２】
筒状収容部２１の内壁には、図３に示すように、内周側に突出した環状の段差部２２が一体形成されており、当該段差部２２を挟んで筒状収容部２１の内部にはテーパ収容孔２３とリング収容孔２４とが設けられている。テーパ収容孔２３は、段差部２２に向けて孔径が小さくなり、概ねテーパ状をしている。このテーパ収容孔２３の先端開口２３ａからシャンク部７１が挿入される。工具ホルダユニット１０に工具ツール７０が保持された状態では、テーパ部７３における把持部７２側がテーパ収容孔２３に当接し、プルスタッド７４側はテーパ収容孔２３に当接せずテーパ収容孔２３との間に若干の隙間が形成される。このように隙間を形成することで、工具ツール７０を着脱する際の応力を吸収することができる。
【００３３】
なお、筒状収容部２１には、その外壁にリブ２５が一体形成されている。詳細には、筒状収容部２１の周方向に沿った環状リブ２５ａが所定間隔を置いて複数形成されており、さらにこれら環状リブ２５ａを連結するように筒状収容部２１の軸方向に延びる板状リブ２５ｂが複数形成されている。従って、リブ２５は、全体として格子状をしている。リブ２５により筒状収容部２１の強度の向上が図られている。
【００３４】
リング収容孔２４は、軸線方向全体に亘って孔径Ｌ１が同一であり、その孔径Ｌ１は球留めリング４０の外径Ｌ１と同一となっている。リング収容孔２４の孔長は、球留めリング４０の高さ寸法と同一となっている。また、段差部２２は、上記のとおり、筒状収容部２１の内周側に突出しており、内径Ｌ２は球留めリング４０の外径Ｌ１よりも小さくなっている。但し、段差部２２の内径Ｌ２は、球留めリング４０の内径Ｌ３よりも大きくなっている。そして、リング収容孔２４の先端開口２４ａから球留めリング４０が挿入され、段差部２２に支持されることでリング収容孔２４内に球留めリング４０が収容されている。この場合に、リング収容孔２４の軸線と球留めリング４０の軸線とが同一直線上にある。なお、リング収容孔２４の内径Ｌ３は、プルスタッド７４の最大径Ｌ４よりも若干大きくなっている。球留めリング４０は、略円筒状をなし、外径Ｌ１及び内径Ｌ３はそれぞれ軸線方向全体に亘って同一の大きさとなっている。また、両端面は、平坦面となっている。
【００３５】
リング収容孔２４には、図４に示すように、筒状収容部２１の軸線に対して直交する方向に延び、内外に貫通する第１貫通孔２６が周方向に等間隔（１２０°間隔）で３つ形成されている。これに対応して、球留めリング４０にも、当該球留めリング４０の軸線に対して直交する方向に延び、内外に貫通する第２貫通孔４１が周方向に等間隔（１２０°間隔）で３つ形成されている。なお、各第２貫通孔４１は、球留めリング４０における段差部２２側端部に偏倚した位置にある。
【００３６】
ここで、本実施の形態では、リング収容孔２４の内壁に、軸線方向に延びるキー２７が形成されており、これに対応して球留めリング４０の外壁には軸線方向に延び両端が開放されたキー溝４２が形成されている。これらキー２７及びキー溝４２は、リング収容孔２４及び球留めリング４０の軸線方向全体に亘って形成されている。また、キー２７及びキー溝４２は、各第１貫通孔２６及び各第２貫通孔４１の対称軸線ＳＬ上に配置されている。キー２７がキー溝４２に嵌合されていることにより、リング収容孔２４内における球留めリング４０のその軸線方向を中心とした回転方向位置が決定されている。そして、この決定された位置では、各第１貫通孔２６と各第２貫通孔４１とが連通している。
【００３７】
各第２貫通孔４１内には、剛球４６が設けられている。また、各第１，第２貫通孔２６，４１内には、剛球４６を球留めリング４０の内周側に向けて付勢する圧縮バネ４７が設けられており、さらに当該圧縮バネ４７を所定位置に保持するための六角穴付きの止めネジ４８がねじ込まれている。各剛球４６は、各圧縮バネ４７に付勢されることで、一部が球留めリング４０の内周側に突出している。この場合に、第２貫通孔４１の内側開口が剛球４６の直径よりも若干小さくなっており、剛球４６が第２貫通孔４１から抜け出るのが防止されている。また、球留めリング４０の厚み寸法は剛球４６の直径よりも大きくなっており、剛球４６は第１貫通孔２６内には位置していない。剛球４６が突出した位置では、球留めリング４０の実質的な内径Ｌ５がプルスタッド７４の最大径Ｌ４よりも小さくなっている。
【００３８】
球留めリング４０は、リング保持金具５０により取り外し方向の移動が規制されている。かかる構成について以下に説明する。リング保持金具５０は、図１に示すように、断面Ｌ字状をしており、第１固定板５１と、第２固定板５２とからなる。リング保持金具５０は、図２に示すように、第１固定板５１が３個のボルト５３により筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に当接した状態で固定されており、第２固定板５２が六角穴付きボルト５４とナット５５により固定壁部３１に当接した状態で固定されている。なお、図３においては、便宜上、１のボルト５３を省略して示す。この場合に、固定壁部３１には、内外に貫通する方形状の貫通孔３２が形成されており、第１固定板５１は当該貫通孔３２を貫通している。そして、第２固定板５２は、固定壁部３１の外面に当接した状態で固定されている。なお、第２固定板５２が固定される固定壁部３１の壁部３３は、第２固定板５２の厚み分内側に後退している。これにより、第２固定板５２がホルダ本体２０の外方へ突出しない構成となっている。
【００３９】
第１固定板５１には、球留めリング４０の内径とほぼ同一の孔径を有し軸線が球留めリング４０の軸線の延長線上に位置する貫通孔５６が形成されている。かかる第１固定板５１には、球留めリング４０の取り外し側端面の全体が当接している。これにより、球留めリング４０の取り外し方向の移動が規制されている。また、リング保持金具５０は、第１固定板５１及び第２固定板５２の両方にてホルダ本体２０に固定されているので、球留めリング４０の取り外し方向の移動を強固に規制することができる。なお、貫通孔５６内には、プルスタッド７４の先端部が収容される。
【００４０】
リング保持金具５０の第２固定板５２には、ローラカム５７が取り付けられている。詳細には、第２固定板５２を固定壁部３１に固定する六角穴付きボルト５４は、その基端部が第２固定板５２の表面から外方に突出しており、この突出部分にローラカム５７が回転可能に設けられている。
【００４１】
固定壁部３１には、固定金具６０が取り付けられている。詳細には、固定壁部３１には、リング保持金具５０の第２固定板５２が固定されている壁部３３を挟んで対向する壁部３４に、軸線が同一直線上に位置するように貫通孔３５が形成されている。これら各貫通孔３５には、それぞれ支軸５９が圧入されている。一方、固定金具６０は、折り曲げ形成されることで、固定板６１と、一対の固定アーム６２とからなる。そして、一対の固定アーム６２がそれぞれ支軸５９に軸支されている。これにより、固定金具６０は、支軸５９を中心として回動可能な状態で固定壁部３１に取り付けられている。
【００４２】
固定金具６０の固定板６１には、４隅にそれぞれ１つずつ貫通孔６３が形成されている。各貫通孔６３は、多数の工具ツール７０を待機させるための工具マガジンに固定金具６０を固定する際の固定用ボルトを通すために使用される。なお、固定板６１には、工具マガジンに固定板６１を固定する際の位置決め用に位置決めピン６４が圧入されている。
【００４３】
以上説明した工具ホルダユニット１０を組み立てる際には、先ずホルダ本体２０のリング収容孔２４に球留めリング４０を挿入する。この際、キー２７とキー溝４２とを嵌合させることで、ホルダ本体２０の各第１貫通孔２６と球留めリング４０の各第２貫通孔４１とが自ずと連通した状態となる。その後、第１固定板５１が貫通孔３２を貫通するようにリング保持金具５０を固定壁部３１に対してスライドさせて挿入することで、第１固定板５１を筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に当接させ、第２固定板５２を固定壁部３１の外面に当接させた状態とする。そして、ボルト５３により第１固定板５１をホルダ本体２０に固定する。また、ローラカム５７を挿通させた六角穴付きボルト５４を第２固定板５２及び固定壁部３１に対して貫通させナット５５により固定することで、ホルダ本体２０に対する第２固定板５２の固定と、ホルダ本体２０に対するローラカム５７の取り付けとが同時に行われる。そして、最後に、固定金具６０の各固定アーム６２を貫通した状態で各支軸５９を固定壁部３１の各貫通孔３５に圧入することで、固定金具６０のホルダ本体２０に対する取り付けが行われ、工具ホルダユニット１０の組み立てが終了する。
【００４４】
次に、工具ホルダユニット１０に対する工具ツール７０の着脱について説明する。工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を挿入すると、プルスタッド７４の先端が各剛球４６の突出部分に接触する。そして、所定の力で工具ツール７０を押し込むことで、プルスタッド７４の先端側傾斜部７４ａによって剛球４６が押され、プルスタッド７４の環状の係合溝７４ｂに剛球４６が係合された状態となる。これにより、工具ホルダユニット１０に工具ツール７０が保持される。かかる場合に、上述したとおり、段差部２２の内径Ｌ２は、球留めリング４０の内径Ｌ３よりも大きくなっている。また、段差部２２の内径Ｌ２はプルスタッド７４の基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも大きく、球留めリング４０の内径Ｌ３は基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも小さくなっている。さらに、段差部２２の軸線方向の長さ寸法は、基端部７４ｃの軸線方向の長さ寸法よりも小さくなっている。従って、工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を勢いよく差し込んだとしても、プルスタッド７４の基端部７４ｃが球留めリング４０の端面に当たり、それ以上の挿し込み方向の移動が規制される。また、球留めリング４０は、上述したとおり、硬質金属製であるので、基端部７４ｃが当たっても破損しにくい。さらに、上述したとおり、球留めリング４０の取り外し方向の移動がリング保持金具５０により強固に規制されているので、基端部７４ｃが当たっても球留めリング４０が外れることはない。
【００４５】
一方、工具ホルダユニット１０から工具ツール７０を取り外す場合には、所定の力で工具ツール７０を引き抜くことで、プルスタッド７４の基端側傾斜部７４ｄによって剛球４６が押され、係合が外れる。これにより、工具ツール７０を取り外すことができる。
【００４６】
次に、以上説明した工具ホルダユニット１０が複数設けられ、複数の工具ツールを待機させるための工具マガジンについて説明する。
【００４７】
工具マガジンは、主軸に取り付けられたスライスカッタ、ドリル等の各種工具を用いてワークを加工する工作機械に設けられており、待機されている工具ツール７０は自動工具交換装置により主軸との間で自動交換される。工具マガジンは、マガジン本体と、マガジン本体上に支持された回転ドラムとを備えている。回転ドラムは円盤状をなし、マガジン本体上においてその中心を軸心として回転可能となっている。また、マガジン本体には、その外周に一連のカム溝が設けられている。当該構成において、工具マガジンには、複数の工具ホルダユニット１０が外周に沿って等間隔で配設されている。各工具ホルダユニット１０は、固定金具６０が回転ドラムに固定されており、ローラカム５７がカム溝に噛み合わされている。よって、回転ドラムが所定方向に回転することで、各工具ホルダユニット１０がカム溝の形状に沿って移動する。
【００４８】
この場合に、カム溝には工具交換位置に捩れが形成されており、当該工具交換位置とそれ以外の位置とでは工具ホルダユニット１０の回動位置が換わる。これにより、工具ツール７０の自動交換に際しては交換作業を円滑に行える向きに工具ホルダユニット１０の回動位置を設定することができ、工具ツール７０を待機させる際にはスペース上都合の良い向きに工具ホルダユニット１０の回動位置を設定することができる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施の形態によれば、以下の優れた効果を有する。
【００５０】
合成樹脂製のホルダ本体２０に対して、硬質金属製の球留めリング４０を取り付け、第２貫通孔４１から球留めリング４０の内周側に突出するように工具ツール７０を係合するための剛球４６を設けた。これにより、工具ツール７０の着脱に際して剛球４６の変位に伴う力は硬質金属製の球留めリング４０に直接掛かり、合成樹脂製のホルダ本体２０には直接掛からない。よって、工具ツール７０の着脱に際して、工具ホルダユニット１０に割れ等の破損が発生することを抑制することができる。特に、ホルダ本体２０が熱可塑性樹脂により形成されているため、剛球４６の変位に伴う力がホルダ本体２０に直接掛かると破損が発生し易くなるが、かかる破損の発生を抑制することができる。
【００５１】
ちなみに、ホルダ本体２０を熱可塑性樹脂により形成することで、出荷時などのように工具ホルダユニット１０を搬送する際において工具ホルダユニット１０が落下した場合であっても、落下時の衝撃によりホルダ本体２０に割れ等が生じることを抑制することができる。つまり、合成樹脂には熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂とがあるが、熱可塑性樹脂の方が弾性が高く衝撃を吸収し易いからである。また、工具ツールの着脱時における応力が吸収され易くなる。
【００５２】
また、各第１貫通孔２６が形成されたホルダ本体２０に各第２貫通孔４１が形成された球留めリング４０が取り付けられているので、ホルダ本体２０を成型するための金型の構造が複雑化することを抑制することができる。例えば、所謂、インサート成型を行う構成では、ホルダ本体２０を成型するための金型の構造が複雑化してしまうからである。従って、合成樹脂製のホルダ本体２０に対して硬質金属製の球留めリング４０を取り付ける構成において、製造コストを抑えることができる。
【００５３】
また、第１，第２貫通孔２６，４１の形成作業が複雑化してしまうことを抑制することができる。すなわち、本構成によれば、比較的体格の大きいホルダ本体２０に対する第１貫通孔２６の形成を、ホルダ本体２０の金型による成型時に行うことができるからである。従って、合成樹脂製のホルダ本体２０に対して硬質金属製の球留めリング４０を取り付ける構成において、製造コストを抑えることができる。
【００５４】
以上の構成において、リング収容孔２４の内壁にキー２７を設け、球留めリング４０の外壁にキー溝４２を設けた。これにより、リング収容孔２４に球留めリング４０を収容すると、自ずと各第１貫通孔２６と各第２貫通孔４１とが連通した状態となる。従って、ホルダ本体２０の各第１貫通孔２６の形成と、球留めリング４０の各第２貫通孔４１の形成とを別々に行ったとしても両者の位置合わせを容易に行うことができる。そして、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせの容易化が実現されることで、工具ホルダユニット１０の製造効率が高められ製造コストの低減を図ることができる。
【００５５】
また、工具マガジンに設けられる工具ホルダユニットをすべて上記工具ホルダユニット１０とすることで、各工具ホルダユニット１０の製造コストが低減されるのに伴って工具マガジンの製造コストの低減を図ることができる。
【００５６】
リング収容孔２４の内壁にキー２７を設け、球留めリング４０の外壁にキー溝４２を設けるだけでよいので、簡単な構成により両者の位置合わせの容易化を実現することができる。特に、本実施の形態では、球留めリング４０が略円筒状であるため、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせの容易化を実現するためには、本構成が必要不可欠なものといえる。
【００５７】
断面Ｌ字状をなすリング保持金具５０により球留めリング４０の取り外し方向の移動が規制される構成において、リング保持金具５０の第１固定板５１を３個のボルト５３により筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に当接させた状態で固定し、さらに第２固定板５２を六角穴付きボルト５４により固定壁部３１に当接させた状態で固定した。この第２固定板５２の固定により、リング保持金具５０のホルダ本体２０に対する固定方向が、工具ツール７０の取り付け方向に対して直交する方向に存在することとなる。また、六角穴付きボルト５４にはローラカム５７が取り付けられており、当該ローラカム５７は工具マガジンのカム溝に噛み合わされている。工具ホルダユニット１０への工具ツール７０の取り付け時には、取り付けを確実に行うべく大きな負荷が掛けられるのが一般的である。当該事情において、上記構成とすることで、工具ツール７０の取り付け時に球留めリング４０に掛かる負荷は、第１固定板５１の固定箇所（３個のボルト５３）、第２固定板５２の固定箇所（六角穴付きボルト５４）、及びローラカム５７とカム溝との噛み合わせ箇所により受けられる。特に、カム溝は回転部と共に工具ホルダユニット１０を支持する必要があり強固に形成されているため、当該箇所における負荷の受けは効果的なものとなる。よって、工具ツール７０の取り付け時に球留めリング４０に対してその取り外し方向に大きな負荷が加えられたとしても、球留めリング４０が抜け出てしまうことを確実に抑制することができる。
【００５８】
球留めリング４０の内径Ｌ３を段差部２２の内径Ｌ２及び工具ホルダユニット１０に取り付けられる工具ツール７０におけるプルスタッド７４の基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも小さくし、段差部２２の内径Ｌ２を基端部７４ｃの外径Ｌ６よりも大きくし、さらに段差部２２の軸線方向の長さ寸法を、基端部７４ｃの軸線方向の長さ寸法よりも小さくした。これにより、工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を勢いよく差し込んだとしても、プルスタッド７４の基端部７４ｃが球留めリング４０の端面に当たり、それ以上の挿し込み方向の移動が規制される。この場合に、球留めリング４０は硬質金属製であるので、基端部７４ｃが当たっても破損しにくい。さらに、上述したとおり、球留めリング４０の取り外し方向の移動がリング保持金具５０により強固に規制されているので、基端部７４ｃが当たっても球留めリング４０が抜け出ることはない。
【００５９】
工具マガジンのカム溝に沿って移動するためのローラカム５７を、第２固定板５２を固定壁部３１に固定するための六角穴付きボルト５４に対して取り付ける構成とした。これにより、ローラカム５７を取り付けるための固定具を別途設ける必要はなく、さらに第２固定板５２をホルダ本体２０に固定するのに合わせてローラカム５７が取り付けられる。よって、部品点数の削減、及び工具ホルダユニット１０の製造工程数の削減を図ることができる。
【００６０】
なお、実施の形態は上記した内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００６１】
上記実施の形態では、リング収容孔２４にキー２７を設け、球留めリング４０にキー溝４２を設けることで、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせを行ったが、かかる位置合わせを行うための構成を図５のように変更してもよい。本構成では、リング収容孔２４の断面形状、及び球留めリング４０の断面形状は、全体が円形状をしているのではなく、一部が角形状となっている。すなわち、リング収容孔２４には角状壁部９１が形成されており、球留めリング４０にはリング収容孔２４の角状壁部９１に対応させて角状部９２が形成されている。これにより、これら角状壁部９１及び角状部９２を合わせるようにして球留めリング４０を収容することで、自ずと各第１，第２貫通孔２６，４１が連通した状態となり、各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせを容易に行うことができる。また、本構成以外にも、例えば、リング収容孔２４の断面形状、及び球留めリング４０の断面形状を、その全体が角形状となるようにする構成や、楕円形状となるようにする構成も考えられる。これらの構成であっても、同様に各第１，第２貫通孔２６，４１の位置合わせを容易に行うことができる。
【００６２】
工具ホルダユニット１０における工具ツール７０の保持に関わる構成を図６のように変更してもよい。本構成では、第１貫通孔２６及び第２貫通孔４１がそれぞれ４個ずつ形成されており、さらに各第２貫通孔４１には係合部材として剛球４６の代わりにプランジャ９５が設けられている。そして、連通する各第１，第２貫通孔２６，４１に設けられた圧縮バネ４７により付勢されることで、各プランジャ９５の先端が球留めリング４０の内周側に突出している。この場合に、各プランジャ９５は全体として略円柱状をなしているが、基端部９５ａが大径となっており段差を備えている。これに対応して、各第２貫通孔４１は内側開口側の孔径が小さくなっており段差壁部４１ａを備えている。そして、各プランジャ９５の基端部９５ａが各第２貫通孔４１の段差壁部４１ａに当接していることにより、各プランジャ９５が各第２貫通孔４１から抜け出るのが防止されている。また、球留めリング４０の厚み寸法はプランジャ９５の長さ寸法よりも大きくなっており、プランジャ９５は第１貫通孔２６内には位置していない。以上の構成の工具ホルダユニット１０に工具ツール７０を挿入すると、プルスタッド７４の先端が各プランジャ９５の先端に接触する。そして、所定の力で工具ツール７０を押し込むことで、プルスタッド７４の先端側傾斜部７４ａによってプランジャ９５が押され、プルスタッド７４の環状の係合溝７４ｂにプランジャ９５が係合された状態となる。この場合に、本構成によれば、係合溝７４ｂに４つのプランジャ９５が係合されるため上記実施の形態よりも係合箇所が増え、より強固に工具ツール７０を保持することができる。
【００６３】
なお、第１貫通孔２６及び第２貫通孔４１のそれぞれの数は、３個又は４個に限定されることはなく、２個又は５個であってもよい。また、第１，第２貫通孔２６，４１の数と第２貫通孔４１に設けられる係合部材の種類との組合せは任意であり、第１貫通孔２６及び第２貫通孔４１をそれぞれ４個ずつ形成し各第２貫通孔４１に係合部材として剛球４６を設ける構成としてもよい。
【００６４】
上記実施の形態では、キー２７及びキー溝４２をリング収容孔２４及び球留めリング４０の軸線方向全体に亘って形成したが、これを変更してもよい。例えば、キー２７をリング収容孔２４における段差部２２側の端部から軸線方向の中途位置まで形成し、一方、キー溝４２を球留めリング４０の一端部からキー２７の長さに対応させて形成する。本構成とすることにより、リング収容孔２４に収容する際における球留めリング４０の表裏の向きが一義的に決まるので、球留めリング４０の収容作業の容易化が図られる。
【００６５】
上記実施の形態では、キー２７をリング収容孔２４に設け、キー溝４２を球留めリング４０に設けたが、キーを球留めリング４０に設け、キー溝をリング収容孔２４に設けてもよい。
【００６６】
上記実施の形態では、ホルダ本体２０を熱可塑性樹脂により形成したが、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂により形成してもよい。
【００６７】
上記実施の形態では、各第２貫通孔４１を球留めリング４０における段差部２２側端部に偏倚した位置に形成したが、各第２貫通孔４１を球留めリング４０における高さ方向の中央位置に形成してもよい。そして、上記実施の形態と同様に、キー２７及びキー溝４２を各第１，第２貫通孔２６，４１の対称軸線ＳＬ上に設ける。本構成とすることで、球留めリング４０の両端面のいずれを段差部２２に向けてリング収容孔２４に収容したとしても、各第１，第２貫通孔２６，４１は連通した状態となる。よって、球留めリング４０の収容作業の容易化を図ることができる。
【００６８】
上記実施の形態では、断面Ｌ字状をなすリング保持金具５０により球留めリング４０の取り外し方向の移動を規制したが、これを変更してよい。例えば、平板状の移動規制金具を設けることで、球留めリング４０の取り外し方向の移動を規制してもよい。また、球留めリング４０の一端部にフランジを形成し、該フランジを筒状収容部２１のリング収容孔２４側端部に固定してもよい。
【００６９】
上記実施の形態では、ローラカム５７が取り付けられる第２固定板５２が第１固定板５１に対して略直交する方向に延びる構成としたが、第２固定板５２が第１固定板５１に対して真直ぐ延びる構成としてもよい。
【００７０】
上記実施の形態では、リング保持金具５０が鋼板により形成されていたが、銅等の他の種類の硬質金属によりリング保持金具５０を形成してもよい。
【００７１】
工具ホルダユニット１０が複数配設される工具マガジンの構成は上記実施の形態における構成に限定されることはなく任意である。例えば、回転ドラムでなくチェーンやベルト等の環状の搬送部材を備え、当該搬送部材に複数の工具ホルダユニット１０が配設された構成の工具マガジンであってもよい。より詳細には、当該工具マガジンには駆動ローラと従動ローラとが回転可能に軸支されており、これら駆動ローラ及び従動ローラに対して搬送部材が掛け渡されている。本構成では、駆動ローラの駆動に伴って搬送部材が回転することで各工具ホルダユニット１０が移動する。
【００７２】
また、各工具ホルダユニット１０にローラカム５７が設けられておらず、各工具ホルダユニット１０が回動不能な構成の工具マガジンであってもよい。また、各工具ホルダユニット１０が所定位置にて移動不能に固定されている構成の工具マガジンであってもよい。かかる非移動式の構成においては、工具ツール７０の自動交換に際して自動工具交換装置は所望の工具ツール７０が保持された工具ホルダユニット１０の位置に移動する。以上の構成において、リング保持金具５０の形態を上記実施の形態におけるものとは変更し、そのリング保持金具を介して各工具ホルダユニット１０を工具マガジンに取り付ける構成としてもよい。かかる場合、工具ツール７０の取り付け時に球留めリング４０に掛かる負荷はリング保持金具を介して工具マガジンにて受けられるため、球留めリング４０の抜けを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】工具ホルダユニットの分解斜視図。
【図２】工具ホルダユニットの平面図。
【図３】図２のＡ―Ａ線断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】工具ホルダユニットの別例を示す横断面図。
【図６】工具ホルダユニットの別例を示す横断面図。
【図７】課題を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００７４】
１０…工具ホルダユニット、２０…ホルダ本体、２１…筒状収容部、２２…底部としての段差部、２３…シャンク収容孔、２４…リング収容孔、２４ａ…先端開口、２６…第１貫通孔、２７…回転位置決め構造を構成するキー、３１…固定壁部、４０…球留めリング、４１…第２貫通孔、４２…回転位置決め構造を構成するキー溝、４６…係合部材としての剛球、４７…付勢部材としての圧縮バネ、５０…移動規制金具としてのリング保持金具、５１…第１壁部としての第１固定板、５２…第２壁部としての第２固定板、５４…支軸としての六角穴付きボルト、５７…ローラカム、６０…ホルダ支持部材としての固定金具、６１…固定部、７０…工具ツール、７１…シャンク部、７２…把持部、７３…テーパ部、７４…プルスタッド、７４ｂ…係合溝、９５…係合部材としてのプランジャ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなし、先端に工具が取り付けられた工具ツールの基端側を収容するホルダを備え、
このホルダは、その基端側に軸線方向に対して直交する方向に延び内外に貫通する貫通孔を複数有するとともに、これら各貫通孔内に、付勢部材と、当該付勢部材により付勢されて前記ホルダの内周側に一部が突出し前記工具ツールに形成された係合溝に係合される硬質金属製の係合部材とを有し、
これら各係合部材の係合により前記工具ツールを着脱可能に保持する工具ホルダユニットにおいて、
前記ホルダは、合成樹脂製のホルダ本体と、前記各貫通孔が形成された位置にて収容され、この収容された位置にて前記ホルダの内周側を構成する硬質金属製のリングと、このリングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される移動規制金具とを備え、
前記リングはリング側貫通孔を有しており、そのリング側貫通孔が形成されたリングは、本体側貫通孔が形成されたホルダ本体に対して当該ホルダ本体の基端側から挿入されているとともに、その状態で前記移動規制金具によって反挿入方向への移動が規制されており、
さらに、前記ホルダ本体と前記リングとの回転位置決め構造を備え、当該回転位置決め構造により位置決めされた状態で前記ホルダ本体に前記リングが挿入されていることで、前記本体側貫通孔及び前記リング側貫通孔が連通されて前記貫通孔が形成されていることを特徴とする工具ホルダユニット。
【請求項２】
筒状をなし、先端に工具が取り付けられた工具ツールの基端側を収容するホルダを備え、
このホルダは、その基端側に軸線方向に対して直交する方向に延び内外に貫通する貫通孔を複数有するとともに、これら各貫通孔内に、付勢部材と、同付勢部材により付勢されて前記ホルダの内周側に一部が突出し前記工具ツールに形成された係合溝に係合される硬質金属製の係合部材とを有し、
これら各係合部材の係合により前記工具ツールを着脱可能に保持する工具ホルダユニットにおいて、
前記ホルダは、合成樹脂製のホルダ本体と、このホルダ本体の基端側から挿入されて前記各貫通孔が形成された位置にて収容され、この収容された位置にて前記ホルダの内周側を構成する硬質金属製のリングと、このリングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される移動規制金具とを備え、
前記ホルダ本体に本体側貫通孔を形成するとともに、前記リングにリング側貫通孔を形成し、
前記ホルダ本体と前記リングとの回転位置決め構造を設け、その位置決めにより前記本体側貫通孔及び前記リング側貫通孔とが連通されて前記貫通孔が形成され、
さらに、前記ホルダ本体の内周側には、前記リングの挿入側端面に当接される規制部を設け、当該規制部と前記移動規制金具とにより前記リングを挟持する構成とし、
前記リングの前記挿入側端面における当該リングの内径位置から外周側に向けた所定範囲の領域が、前記ホルダ本体において前記工具ツールの挿入口が形成された先端側に向けて臨むように、前記規制部は前記リングの内径位置から前記所定範囲を除いた前記リングの挿入側端面に当接しており、
前記工具ツールの取り付け時において当該工具ツールが係合位置を越えて押し込まれた場合、当該工具ツールの挿入先側の部位が前記リングの前記挿入側端面における前記所定範囲の領域に当接することで、当該工具ツールのそれ以上の取り付け方向への移動が規制されることを特徴とする工具ホルダユニット。
【請求項３】
前記リングを円環状に形成し、
前記回転位置決め構造を、前記ホルダ本体において前記リングを収容するリング収容部及び前記リングのうち一方に形成されたキーと、他方に形成されたキー溝とにより構成し、
前記キー及び前記キー溝を、前記ホルダの軸線方向に延びるように形成するとともに、前記リング収容部及び前記リングにおける前記軸線方向の全体に亘って位置するように形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具ホルダユニット。
【請求項４】
複数の工具ホルダユニットを備え、これら各工具ホルダユニットに工具ツールを保持させることにより工作機械の主軸に取り付ける工具ツールを待機させる工具マガジンであって、
前記各工具ホルダユニットを、請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の工具ホルダユニットとしたことを特徴とする工具マガジン。
【請求項１】
筒状をなし、先端に工具が取り付けられた工具ツールの基端側を収容するホルダを備え、
このホルダは、その基端側に軸線方向に対して直交する方向に延び内外に貫通する貫通孔を複数有するとともに、これら各貫通孔内に、付勢部材と、当該付勢部材により付勢されて前記ホルダの内周側に一部が突出し前記工具ツールに形成された係合溝に係合される硬質金属製の係合部材とを有し、
これら各係合部材の係合により前記工具ツールを着脱可能に保持する工具ホルダユニットにおいて、
前記ホルダは、合成樹脂製のホルダ本体と、前記各貫通孔が形成された位置にて収容され、この収容された位置にて前記ホルダの内周側を構成する硬質金属製のリングと、このリングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される移動規制金具とを備え、
前記リングはリング側貫通孔を有しており、そのリング側貫通孔が形成されたリングは、本体側貫通孔が形成されたホルダ本体に対して当該ホルダ本体の基端側から挿入されているとともに、その状態で前記移動規制金具によって反挿入方向への移動が規制されており、
さらに、前記ホルダ本体と前記リングとの回転位置決め構造を備え、当該回転位置決め構造により位置決めされた状態で前記ホルダ本体に前記リングが挿入されていることで、前記本体側貫通孔及び前記リング側貫通孔が連通されて前記貫通孔が形成されていることを特徴とする工具ホルダユニット。
【請求項２】
筒状をなし、先端に工具が取り付けられた工具ツールの基端側を収容するホルダを備え、
このホルダは、その基端側に軸線方向に対して直交する方向に延び内外に貫通する貫通孔を複数有するとともに、これら各貫通孔内に、付勢部材と、同付勢部材により付勢されて前記ホルダの内周側に一部が突出し前記工具ツールに形成された係合溝に係合される硬質金属製の係合部材とを有し、
これら各係合部材の係合により前記工具ツールを着脱可能に保持する工具ホルダユニットにおいて、
前記ホルダは、合成樹脂製のホルダ本体と、このホルダ本体の基端側から挿入されて前記各貫通孔が形成された位置にて収容され、この収容された位置にて前記ホルダの内周側を構成する硬質金属製のリングと、このリングの反挿入方向側端面に当接するようにして前記ホルダ本体に固定される移動規制金具とを備え、
前記ホルダ本体に本体側貫通孔を形成するとともに、前記リングにリング側貫通孔を形成し、
前記ホルダ本体と前記リングとの回転位置決め構造を設け、その位置決めにより前記本体側貫通孔及び前記リング側貫通孔とが連通されて前記貫通孔が形成され、
さらに、前記ホルダ本体の内周側には、前記リングの挿入側端面に当接される規制部を設け、当該規制部と前記移動規制金具とにより前記リングを挟持する構成とし、
前記リングの前記挿入側端面における当該リングの内径位置から外周側に向けた所定範囲の領域が、前記ホルダ本体において前記工具ツールの挿入口が形成された先端側に向けて臨むように、前記規制部は前記リングの内径位置から前記所定範囲を除いた前記リングの挿入側端面に当接しており、
前記工具ツールの取り付け時において当該工具ツールが係合位置を越えて押し込まれた場合、当該工具ツールの挿入先側の部位が前記リングの前記挿入側端面における前記所定範囲の領域に当接することで、当該工具ツールのそれ以上の取り付け方向への移動が規制されることを特徴とする工具ホルダユニット。
【請求項３】
前記リングを円環状に形成し、
前記回転位置決め構造を、前記ホルダ本体において前記リングを収容するリング収容部及び前記リングのうち一方に形成されたキーと、他方に形成されたキー溝とにより構成し、
前記キー及び前記キー溝を、前記ホルダの軸線方向に延びるように形成するとともに、前記リング収容部及び前記リングにおける前記軸線方向の全体に亘って位置するように形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具ホルダユニット。
【請求項４】
複数の工具ホルダユニットを備え、これら各工具ホルダユニットに工具ツールを保持させることにより工作機械の主軸に取り付ける工具ツールを待機させる工具マガジンであって、
前記各工具ホルダユニットを、請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の工具ホルダユニットとしたことを特徴とする工具マガジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２２１４６２（Ｐ２００８−２２１４６２Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６６７５１（Ｐ２００８−１６６７５１）
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【分割の表示】特願２００５−２５７２７８（Ｐ２００５−２５７２７８）の分割
【原出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【出願人】（５９１１４０８１３）株式会社カテックス (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【分割の表示】特願２００５−２５７２７８（Ｐ２００５−２５７２７８）の分割
【原出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【出願人】（５９１１４０８１３）株式会社カテックス (11)
【Ｆターム（参考）】
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