JP2000517249A - 高速度工具に関する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フライス加工工具または削孔工具のような、高速度工具のための装置。この装置は、この工具に放射状に作用する切削力を吸収する軸受１８を含み、この軸受がこの回転工具の切削部、即ち、切削ヘッド２４に密接して位置することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】 高速度工具に関する装置 本発明は、フライス加工工具および削孔工具のような、高速度工具に関する装 置に関係する。 この発明の工具は、システムの一部を形成し、従ってこの発明とシステム部品 を別々に説明する。 高切削速度が低切削速度より、表面構造および公差に関して良い結果をもたら すことは知られている。高切削速度は、通常、被削材から材料を迅速に、即ち、 大きい切削能力で、除去する結果となる。 航空機産業で重量を軽減するための軽量金属部品のフライス加工が、これに関 する実用例の一つである。これに関しては、フライス加工または機械加工した部 分の間に補強リブまたはフランジを作るように材料を残すことが望まれるかも知 れない。比較的時間が掛る他に、今日のフライス加工装置を使って望ましい薄さ のリブを作ることは不可能である。回路ボードの機械加工作業が、これに関する もう一つの実用例である。回路ボードは、通常、所謂スパイラルドリルを使って 機械加工し、それをファイバーボードに貫通してからボードの平面で動かして溝 を作る。 フライス加工工具と削孔工具は、共に作用する際に曲げ応力と軸方向に作用す る力を受ける（このフライス加工工具および削孔工具が傾斜するために）。それ でこの工具が力を受け、それらの力は、もしこれらの力が一定であり、回転速度 が増すと、この工具スピンドルの機械加工工率を増す。１，０００ｒｐｍで回転 し、工率が１０ｋＷの工具スピンドルは、１００，０００ｒｐｍで回転して機械 加工工率が１００ｋＷの工具スピンドルと同じ工具切削力を発生する。しかし、 上記高工具速度の軸受およびジャーナルでこれらの力を吸収する能力に技術的問 題がある。現在、ハイブリド玉軸受（リングが鋼で、玉がセラミック）から成る 典型的工具スピンドル軸受に関する技術的限界は、約５０，０００ｒｐｍと５０ ｋＷで、それでこのシステムが発生する危険速度の管理に更なる問題がある。 本発明は、それぞれの請求項の特徴記載部分で定義するように、工具を約１０ ０，０００ｒｐm以上の速度および１００ｋＷの工率で、非常な高精度で且つ被 削材の迅速な加工をするように作動できるようにする。 さて、この発明を、その実施例を参照しおよび添付の図面も参照して更に詳し く説明する。それらの図面で、図１はこの発明の装置の概略断面図であり；図２ は図１の線II−IIによる断面図であり；図３および図４はこの発明の代替実施例 の概略断面図であり；並びに図５はこの発明の工具の概略図である。 駆動ユニット このシステムは、アダプタ１に収容された、この発明の工具２５を含み、次に 、そのアダプタは駆動ユニット２に結合されている。図示の場合、駆動ユニット ２は電気モータであり、そのロータ３は、このモータの二つの端壁５にある軸受 （フロントエンド（前端）およびバックエンド（後端）・シールド軸受）に取付 けられた工具スピンドル４によって担持されているが、図にはその軸受の一つだ けを示す。参照数字６は、ステータとその巻線を指す。スピンドル４は、ラジア ル軸受部７およびスラスト軸受部８でそれぞれの端壁５に取付けられ、それらの 軸受部は液体潤滑剤で潤滑され、その潤滑剤は水でもよい。この潤滑剤を加圧し て、端壁５の周りに放射状に配置した、それぞれの通路９および１０を通してラ ジアル軸受部７およびスラスト軸受部８内に噴射する。これらの潤滑剤給送通路 ９，１０は、それぞれの入口にニップル９’の形をした狭窄部を備え、それらは これらの潤滑通路９，１０に所望の圧力および潤滑剤流れを生ずるように機能す る。ニップル９’は、これらの軸受部に所望の圧力および流れを得られるように 交換可能であり、前記軸受部の機能は、一部はスピンドルの回転によって発生す る動的効果に依り、一部は軸受部に給送される流体の圧力に依る。１０’で概略 的に示すように、圧力センサをそれぞれの通路９，１０に接続してもよい。リン グ形排出溝１１を端壁５にラジアル軸受部７とスラスト軸受部８の間の接合点で 、および前記スラスト軸受部の周辺でも設け、前記排出溝が排出通路１２を経て 端壁５の外部に通じ、そこに排出した潤滑剤を集めることができる。潤滑剤が端 壁５の内部に入り込まないことを保証するために、この端壁は、導管１４を経て 加圧ガス、例えば圧縮空気に通じるリング形溝１３を備える。それによって内部 に 漏れる潤滑剤を最寄の排出溝１１へ押戻す。駆動ユニット２の他の端壁（図示せ ず）は、対応する装置を備える。 前述の例では、駆動ユニットのスピンドル４を電気モータによって駆動するが 、他の回転およびトルク発生機械、例えば、空気タービン若しくは流体タービン または本前後関係に適した何か他の駆動源を使ってもよいことが分るだろう。 前述の軸受部は、流体によって相互に分離した二つの面を含む、ラジアル軸受 部とスラスト軸受部である。説明したスピンドル軸受が可能な軸受の単なる例で あること、および駆動ユニットのスピンドル４を他の種類の軸受、例えば、玉軸 受、ころ軸受、空気軸受または磁気軸受に取付けてもよいことが分るだろう。 アダプタ この発明の工具装置は、例えばねじ（１６で示す）を使って端壁５に固定した 板（図１）の形をしたベース部１５から成るアダプタ１を含む。このベース部１ ５と一体に作られているのは、このアダプタ１を然るべき位置に取付けたとき、 内径がスピンドル４と同軸に一致するスリーブの形をした支持部１７である。こ のスリーブ１７の自由端の内部に取付けられているのは、直径がこのスリーブの 内径よりわずかに小さい軸受１８、図示の場合はラジアル軸受、である。複数の 潤滑剤通路１９がこの支持部１７の軸と平行に配置されている（前記通路の数は 、図示の場合、５つである；図２参照）。これらの通路１９は、ベース部１５の 周りに放射状に配置され、且つそれぞれの通路１９の外端に設けた孔２１を介し て軸受１８に潤滑剤を給送する機能をする、それぞれの給送通路２０に通じる。 それぞれの給送通路２０の入口は、ニップル２２の形をした狭窄部を備え、それ らは潤滑剤通路１９に所望の圧力および流れを生ずるように機能する。ニップル 2２は、適当なニップルを嵌めることによって所望の圧力および流れを容易に得 られるように、交換可能である。この給送通路２０が加圧された潤滑剤源に接続 されていて、この軸受の機能が、一部は工具が回転すると発生する動的効果に依 り、一部は給送される流体の圧力に依ることが分るだろう。この潤滑剤は、例え ば、水でもよい。２３に概略的に示すように、圧力センサをそれぞれの通路２０ に接続してもよい。 以下に説明する、この発明の工具の軸受面２６と協働する予定の軸受面１８は 、 表面が流体によって分離されたラジアル軸受を形成する。アダプタで工具を支持 するためのこの型式の軸受は、例として挙げるに過ぎず、例えば、空気軸受、磁 気軸受またはころ軸受のような、他の型式の軸受が考えられる。このアダプタは 、駆動ユニット２のフロントエンド・シールド５の一部分でも、エンド・シール ドに固定された別の部品であってもよい。このアダプタは、それが担持する工具 を容易に解放でき且つ工具交換に適合するように構成してもよい。フライス加工 ヘッドまたはこの工具の切れ刃（以下に説明する）を被削材Ａに深く切込むこと を意図するときは、支持部１７がフライス加工ヘッド２４付近に、並びにそれと 共に軸受面２６および１８付近にも、このフライス加工工具の切れ刃の切削直径 Ｄの半分より小さい、放射状延長部を有する部分を含むべきである。それで、図 ２と対照的に、図３および図４は、支持部１７が工具２４並びに軸受面２６およ び１８に近接して、放射状延長部がこの工具２４の切削直径Ｄの半分より小さい 部分および放射状延長部が切削直径Ｄの半分より大きい支持部を含む断面形状を 有することを示す。図４は、被削材Ａに所望の深さに切込むフライス加工ヘッド ２４を示し、この深さが支持部１７によって与えられる。 工具 このシステムの一部を形成するこの発明の工具を図５により明確に示し、それ が典型的には切れ刃を備えるフライス加工ヘッド２４、軸２５および固定手段２ ７を有するフライス加工工具を含むことが分るだろう。軸２５は、円筒形で、切 れ刃を坦持するフライス加工ヘッド２４に近接して作られた軸受面２６を有する 。このフライス加工工具は、単品超硬合金構造(single-piece hard-metal struc ture)であるのが好ましい。固定手段２７は、スピンドル４でこの工具を心出し するように機能する円錐案内面２５’を有し、前記スピンドルがこの円錐案内面 ２５’に対応するくぼみを有する。工具軸２５は、ねじ穴２８を有し、その中に 対応するねじ付き引張りロッド４’をねじ込んでこの工具をスピンドル４に固着 し且つこの工具に作用する軸方向引張り力または張力を吸収することができる。 固定手段２７は、スパナ掛け（スパナグリップ，spanner grip）２９も含み、そ れはスピンドル４の対応するスパナ掛けと協働してこの駆動ユニットのスピンド ル４とフライス加工ヘッド２４を備える工具との間に機械的にトルクを伝達す る。 ラジアル軸受１８，２６と工具および駆動ユニット・スビンドル４の間のラジ アル案内２５’との間の協働作用によって、この工具のオーバーハングとこの工 具に作用する切削力の結果として生ずる力のモーメントを打消す力のモーメント が作り出されることが分るだろう。 軸受面２６が支持スリーブ１７の軸受部１８と協働する、この発明のフライス 加工工具は、その構成およびそれがアダプタ１で支持される方法のために、本状 況に関連する速度で生ずる、ラジアル切削力に耐える。この工具によって発生す る、軸方向に作用する切削力は、勿論、このスピンドルと協働する軸方向力伝達 面一面２５’−、およびこの工具のねじ−引張りロッドを介して、このスピンド ル４のスラスト軸受部（８およびこのスピンドル４の他端の対応するスラスト軸 受部）によって吸収される。 概要 本発明によって、軸受面１８と２６の協働作用の結果として、工具が支持部１ ７によって効果的に坦持または支持される。更に、軸受面が工具切れ刃にできる だけ密接して配置されているので、曲げ力と放射状に作用する軸受力の両方が放 射状に作用する切削力に関して最小にされ、それによって大きい放射状に作用す る切削力を、これまで本状況で可能であった速度より高い速度で支承可能にする 。 アダプタの少なくとも１方向の放射状延長部がこの工具の切削直径の半分より 小さいので、被削材Ａに補強または控え要素を工具の軸方向厚さを越える深さま でフライス加工することができる（図４）。 圧力センサ２３を介して、軸受１８，２６で検知した圧力変動を読むことによ って、曲げ負荷並びにそれらが工具軸２５におよび支持部１７に作用する方向を 測定することが可能である。同じ目的で、支持部１７にストレーンゲージ(strai n gauge)を取付けてもよいことが分るだろう。 この発明を他の型式の工具、例えば、案内縁が支持部１７の軸受１８の対抗軸 受を形成するスパイラルドリルに適用できることも分るだろう。 この発明のある用途の場合は、支持部（および工具軸）に軸方向に伸びる一つま たは二つ以上の軸受を設け、前記軸受が考えられるところでは図示し且つ説明し た種類と異なるのが適当かも知れない。工具およびアダプタを参照して使用する “軸受面”および“軸受”という表現によって、前記軸受面または軸受が一体で あるか分割しているかに関係なく、軸受面全体および軸受全体を意味する。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年９月１７日（１９９８．９．１７） 【補正内容】 請求の範囲 １． フライス加工工具または削孔工具のような、高速度工具に関する装置に 於いて、当該回転工具の切削ヘッド（２４）の形をした切削部に近接して、当該 工具に放射状に作用する切削力を吸収し、前記切削ヘッド（２４）に対し本質的 に軸方向に転置不可能な軸受（１８）を含むことを特徴とする装置。 ２． 請求項１による装置に於いて、工具駆動スピンドル（４）に関して固定 されたベース部（１５）、および該ベース部（１５）から伸び且つ前記軸受（１ ８）を担持する支持部（１７）を含むことを特徴とする装置。 ３． 請求項２による装置に於いて、前記支持部（１７）が前記ベース部と一 体のスリーブの形をし、その自由端の内面が前記軸受（１８）を含むことを特徴 とする装置。 ４． 請求項２または請求項３による装置に於いて、前記支持部（１７）が前 記軸受（１８）の中へ開く、一つ以上の潤滑剤チャンネル（１９，２０）を含む ことを特徴とする装置。 ５． 請求項４による装置に於いて、各潤滑剤チャンネル（２０）が交換可能 なニップル（２２）の形をした、個々の狭窄部を備えることを特徴とする装置。 ６． 請求項４または請求項５による装置に於いて、一つ以上の潤滑剤チャン ネル（２０）が圧力センサへ接続するための手段（２３）を備えることを特徴と する装置。 ７． 請求項１から請求項６の何れか一項による装置に於いて、当該装置が工 具駆動スピンドル（４）のベース板（５）に直接取付け可能であることを特徴と する装置。 ８． 請求項１から請求項７の何れか一項による装置に於いて、当該装置がベ ース板（５）の一部分であることを特徴とする装置。 ９． 請求項２から請求項８の何れか一項による装置に於いて、前記支持部（ １７）は、少なくとも前記切削ヘッド（２４）に密接して、その半径方向延長部 が前記切削ヘッド（２４）の切削直径（Ｄ）の半分より小さい部分を含むことを 特徴とする装置。 １０． 請求項１から請求項９の何れか一項による装置に於いて、前記軸受（１ ８）は工具が坦持する軸受面と協働作用することを意図した軸受面であり、前記 二つの軸受面（１８，２６）が流体によって分離されていることを特徴とする装 置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． フライス加工工具または削孔工具のような、高速度工具に関する装置に 於いて、当該回転工具の切削ヘッド（２４）の形をした切削部に近接して、当該 工具に放射状に作用する切削力を吸収する軸受（１８）を含むことを特徴とする 装置。 ２． 請求項１による装置に於いて、工具駆動スピンドル（４）に関して固定 されたベース部（１５）、および該ベース部（１５）から伸び且つ前記軸受（１ ８）を担持する支持部（１７）を含むことを特徴とする装置。 ３． 請求項２による装置に於いて、前記支持部（１７）が前記ベース部と一 体のスリーブの形をし、その自由端の内面が前記軸受（１８）を含むことを特徴 とする装置。 ４． 請求項２または請求項３による装置に於いて、前記支持部（１７）が前 記軸受（１８）の中へ開く、一つ以上の潤滑剤チャンネル（１９，２０）を含む ことを特徴とする装置。 ５． 請求項４による装置に於いて、各潤滑剤チャンネル（２０）が交換可能 なニップル（２２）の形をした、個々の狭窄部を備えることを特徴とする装置。 ６． 請求項４または請求項５による装置に於いて、一つ以上の潤滑剤チャン ネル（２０）が圧力センサへ接続するための手段（２３）を備えることを特徴と する装置。 ７． 請求項１から請求項６の何れか一項による装置に於いて、当該装置が工 具駆動スピンドル（４）のベース板（５）に直接取付け可能であることを特徴と する装置。 ８． 請求項１から請求項７の何れか一項による装置に於いて、当該装置がベ ース板（５）の一部分であることを特徴とする装置。 ９． 請求項２から請求項８の何れか一項による装置に於いて、前記支持部（ １７）は、少なくとも前記切削ヘッド（２４）に密接して、その半径方向延長部 が前記切削ヘッド（２４）の切削直径（Ｄ）の半分より小さい部分を含むことを 特徴とする装置。 １０． 請求項１から請求項９の何れか一項による装置に於いて、前記軸受（１ ８）は工具が坦持する軸受面と協働作用することを意図した軸受面であり、前記 二つの軸受面（１８，２６）が流体によって分離されていることを特徴とする装 置。