JP2002355736A - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々異なる工作において最適量の切削液ミス
トを供給することにより、切削液ミストの無駄や、切削
液ミストによる工作環境の汚染を防止する。 【解決手段】 主軸２に工具ホルダ８を固定され、この
工具ホルダ８はホルダ本体部８ａと、チャック１８と、
刃具ストッパ部材２０とを備えており、主軸２内方に供
給された切削液ミストが刃具ストッパ部材２０及び刃具
１７に形成されたミスト通路を経ることにより刃具１７
先端面から噴出されるようになされた工作機械の主軸装
置において、前記刃具ストッパ部材２０を、本体部材２
２と、この本体部材２２に脱着手段を介して交換可能に
固定された先部材２３とで形成し、この際、先部材２３
は本体部材２２内から刃具１７内へ向けて流出する切削
液ミストの流量を制限するための調整ノズル部材とな
す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、刃具の先端から切
削液ミストを噴出させるようになした工作機械の主軸装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転駆動される主軸の先部に工具ホルダ
を脱着可能に固定されると共に、この工具ホルダが主軸
に支持されたホルダ本体部と、このホルダ本体部の前部
に装着されたチャックと、ホルダ本体部の中心部に装着
され前記チャックの把持した刃具の後端に密接してこの
刃具の後方変位を規制するものとした刃具ストッパ部材
とを有するものとなされており、主軸後部内方に供給さ
れた切削液ミストが刃具ストッパ部材及び刃具のそれぞ
れの中心部に形成されたミスト通路を経て刃具先端面か
ら噴出される構成となされた工作機械の主軸装置は本出
願人により既に実施されているものである。この際、刃
具ストッパ部材は直円筒状の単一部材となされており、
その内孔は直状で長手方向任意位置の直径を同一となさ
れている。
【０００３】上記した主軸装置には一般に市販品の刃具
が装着されるのであり、この刃具のミスト孔径は、刃具
本体の外径や長さ、刃具形式或いは、刃具メーカの固有
の事情などによって適当に決定されているのが実情であ
り、一般に、当該刃具による種々の加工に不足しない量
の切削液ミストが通過する大きさとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した主軸装置にお
いては、主軸内から刃具への切削液ミストの送給能力は
一般の諸種の加工において不足しないだけの十分な大き
さとなされているのであり、従って刃具ストッパ部材内
から流出して刃具内に達した切削液ミストは刃具内のミ
スト通路の径及び長さなどに依存した流量となって刃具
の先端面から噴出するものとなる。
【０００５】この結果、多くの加工において、過多量の
切削液ミストが刃具先端面から噴出されるものとなり、
切削液ミストの無駄や、切削液ミストによる工作環境の
汚染が生じるのである。本発明は斯かる問題点を解消で
きるものとした工作機械の主軸装置を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、請求項１に記載したように、主軸の先
部に工具ホルダを脱着可能に固定すると共に、この工具
ホルダは主軸に支持されたホルダ本体部と、このホルダ
本体部の前部に装着されたチャックと、ホルダ本体部の
中心部に装着され前記チャックの把持した刃具の後端に
密接してこの刃具の後方変位を規制するものとした刃具
ストッパ部材とを有するものであり、主軸後部内方に供
給された切削液ミストが刃具ストッパ部材及び刃具のそ
れぞれの中心部に形成されたミスト通路を経て刃具先端
面から噴出されるようになされた工作機械の主軸装置に
おいて、前記刃具ストッパ部材を、本体部材と、この本
体部材の先部に脱着手段を介して交換可能に固定された
先部材とで形成し、この際、先部材は本体部材内から刃
具内へ向けて流出する切削液ミストの流量を制限するた
めの調整ノズル部材となすのである。
【０００７】本発明に係る主軸装置を使用して特定の工
作を行う場合に、刃具の先端面から過多量或いは過小量
の切削液ミストが噴出されるときは、刃具ストッパ部材
を工具ホルダから取り出し、調整ノズル部材をなす先部
材をノズル孔直径の異なる他のものと交換装着するので
あり、これにより、刃具ストッパ部材内から刃具内へ流
出する切削液ミストの流量が変化するものとなり、刃具
先端面から噴出される切削液ミスト量が最適化されるの
である。
【０００８】この際、請求項３に記載したように、調整
ノズル部材のノズル孔直径を主軸内から刃具ストッパ部
材内に至るミスト通路の最小直径の凡そ８０％以下の寸
法となす。これによれば、刃具先端面から噴出される切
削液ミストの量が効果的に制限されるものとなる。な
お、この寸法がミスト供給管の内孔の最小径の凡そ８０
％より大きくなされて、例えばこの割合を８５％程度と
なされると、刃具先端面から噴出される切削液ミストの
流動が有効に制限されるものとならない。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例である工
作機械の主軸装置（複数の主軸を有するもの）の一部を
示す側面視断面図、図２は前記主軸装置の要部を示す側
面視断面図である。
【００１０】これらの図に於いて、１は主軸装置の本体
フレームであり、この本体フレーム１の内方には主軸２
が玉軸受３ａ、３ｂを介して一定位置での回転自在に装
着されている。このさい、４は本体フレーム１の前端面
にボルト固定されたリング部材、５は主軸２の後端部に
外挿されキー固定された入力歯車、６は主軸２の後端部
に螺着され主軸２からの入力歯車５の抜け出しを規制す
るためのナット体、７ａ及び７ｂは玉軸受３ａ、３ｂの
前後位置を規制するための筒形スペーサである。
【００１１】主軸２は先端中心部に直円筒雌面を有する
嵌入孔２ａを有すると共にこの嵌入孔２ａに連続して径
違いの２つの直状の中心孔２ｂ、２ｃを形成されたもの
となされている。８はホルダ本体部８ａを主体とした工
具ホルダであり、ホルダ本体部８ａの一部をなす嵌入部
８ｂが主軸２の嵌入孔２ａに内嵌され適宜なネジ結合手
段を介して主軸２に脱着可能に固定されている。そし
て、９は本体フレーム１に回転自在に支持され入力歯車
５に噛み合わされた伝動歯車で、図示しないモータから
回転を伝達されるものである。
【００１２】１０は主軸２後方に設けられた付加フレー
ムであり、この付加フレーム１０の主軸２真後ろ部分に
は透孔１０ａが設けてあり、この透孔１０ａには供給路
部材１１の円筒状嵌合部１１ａが内嵌されると共に供給
路部材１１の後部を付加フレーム１０にボルト固定され
ている。その供給路部材１１の後端部には主軸装置から
離れて設けられた分配器１３から延出されたミスト供給
分岐ライン１２ａを挿入された接続金具１２が螺着され
ている。そして、分配器１３には公知の既存のミスト発
生装置Ｍｇから延出されたミスト供給ライン１２ｂが接
続されている。
【００１３】上記主軸２の嵌入孔２ａ及び中心孔２ｂ、
２ｃには主軸２と接触しない状態となされた直状のミス
ト供給管１４が主軸回転中心と同心に非回転状態で内挿
されている。このミスト供給管１４は本体管部１４ａの
先部に小径管部１４ｂを延長状に固着したものとなされ
ている。本体管部１４ａの前部は段付状の小径部ａ１、
ａ２となされており、１つの小径部ａ１と主軸２の中心
孔２ｂとの間に小径部ａ１を回転自在に支持するための
玉軸受１５を、そして他の１つの小径部ａ２と主軸２の
中心孔２ｂとの間箇所で玉軸受１５の前側にリング状シ
ール部材ｂを設けている。そして本体管部１４ａの後端
部は接続金具１２の中心孔内に液密状に内挿され、また
小径管部１４ｂの前端部は前記中心孔２ａの内方に及ぶ
ものとなされている。この際、玉軸受１５とリング状シ
ール部材ｂとの間、及び、玉軸受１５と中心孔２ｃ前端
との間にはリング状のスペーサｃ１、ｃ２が設けてあ
る。
【００１４】前記工具ホルダ８はホルダ本体部８ａの前
部中心部に位置された刃具１７の周面部を締結してホル
ダ本体部８ａに固定させるためのコレットチャック１８
をホルダ本体部８ａの前部に装着されると共に、ホルダ
本体部８ａの中心部にネジ部を有する中心孔ｇを形成さ
れ、この中心孔ｇ内に刃具前後位置係止手段１９を形成
されている。
【００１５】この刃具前後位置係止手段１９は中心孔ｇ
に内挿され刃具１７の後方変位を規制する直円筒状の刃
具ストッパ部材２０と、前記中心孔ｇ内のネジ部に螺入
され刃具ストッパ部材２０の前後位置を変更調整するこ
とのできる雄ネジ部材２１とからなっており、前記刃具
ストッパ部材２０及び前記雄ネジ部材２１の中心部には
前後向きの内孔ｈ１、ｈ２が形成されている。そして、
この内孔ｈ１、ｈ２の内方にミスト供給管１４の小径管
部１４ｂが非接触状態の密状に挿入されており、この挿
入長さは前記嵌入部８ｂの前後長さよりも短くなしてあ
る。
【００１６】刃具ストッパ部材２０は後側の本体部材２
２と前側の先部材２３とからなっており、本体部材２２
の前端部に形成された雌ネジに、先部材２３の後端部に
形成された雄ネジを螺合させてこれら本体部材２２と先
部材２３とを脱着可能な一体状に結合させたものとなし
てある。
【００１７】本体部材２２の透孔ｈ１は直円筒状となさ
れており、小径管部１４ｂの外径に出来るだけ近似させ
ている。先部材２３は主軸２側から本体部材２２の内孔
ｈ１内に到達した切削液ミストが刃具１７側へ向けて流
出する際のその流動に絞り作用を付与して切削液ミスト
のその流出を制限するように作用する調整ノズル部材と
なされており、これの内孔は本体部２２の内孔ｈ１と同
一径の直円筒状孔部ｉ１と、円錐状雌面部ｉ２と、比較
的小径のノズル孔ｉ３とからなっている。
【００１８】この際、ノズル孔ｉ３の直径は主軸２内か
ら刃具ストッパ部材２０内に至るミスト通路であるミス
ト供給管１４の内孔の最小直径（図示例では小径管部１
４ｂの内孔の直径）の凡そ８０％以下となされる。この
調整ノズル部材２３は必要に応じて、ノズル孔ｉ３の径
のみを相違させた別の調整ノズル部材２３と交換装着さ
れるものであり、交換装着用の別の調整ノズル部材２３
はノズル孔ｉ３直径の異なる複数種類のものを予め用意
しておくのがよい。
【００１９】また調整ノズル部材２３の前端面ｊは刃具
１７の後端面を密状に当接される箇所であり後方へ凹ん
だ円錐状雌面部となされている。この前端面ｊは小径管
部１４ｂの先端に成る可く近接させ、小径管部１４ｂ先
端からこの前端面ｊまでのミスト通路である内孔ｈ１の
長さを短くなすのがよい。
【００２０】コレットチャック１８は刃具１７の周面部
を包囲したコレット２４と、このコレット２４を前後方
向へ変位させるための操作ナット部２５からなってい
る。さらに刃具１７は中心部にミスト通路ｋを直状に形
成されており、このミスト通路ｋは前部を二股状に分岐
されて刃具１７の先端面の特定直径の中心を挟む各側に
形成された出口開口ｋ１、ｋ１に連通されると共に、後
端を刃具１７の後端面の中心に形成された入口開口ｋ０
に連通されている。この入口開口ｋ０とノズル孔ｉ３と
は刃具１７の後端面と調整ノズル部材２３の前端面ｊと
が当接された状態ではほぼ気密状に連通された状態とな
る。なお、図示例では刃具１７をツイストドリルとなし
ているが、これに限定するものではない。
【００２１】次に上記のように構成した主軸装置の使用
例及びその作動を説明する。刃具１７の着脱はコレット
チャック１８の操作ナット部２５を弛緩側へ回転操作し
てコレット２４を前方へ変位させるのであり、これによ
りコレット２４の中心孔が拡径状態となる。この後、刃
具１７の後部をコレット２４の中心孔に挿入して、刃具
１７の後端面を調整ノズル部材２３の前端面ｊに当接さ
せ、この当接状態を保持して操作ナット部２５を締結側
へ回転操作してコレット２４を後方へ変位させる。これ
により、コレット２４がそのテーパ面による楔作用によ
り縮径状態となり、刃具１７はホルダ本体部８ａに締結
状に固定される。
【００２２】ホルダ本体部８ａに対する刃具１７の前後
位置を変更する際は、主軸２と工具ホルダ８との結合を
解除させて、工具ホルダ８を主軸２から取り外し、次に
刃具１７の取り外された状態の下で或いは刃具１７の前
後変位を可能になした状態の下で雄ネジ部材２１を適宜
に回転操作する。これにより、雄ネジ部材２１がネジ送
り作用により回転操作方向に関連した特定向きへ変位
し、ホルダ本体部８ａに対する刃具ストッパ部材２０の
位置が調製変更される。次に刃具１７を、これの後端面
が刃具ストッパ部材２０の前端面に当接した状態となる
ようにホルダ本体部８ａに固定させるのであり、この
後、この工具ホルダ８を主軸２に取り付ける。
【００２３】工具ホルダ８を主軸２に対し脱着するとき
は、主軸２とのネジ結合手段を解除することにより、ホ
ルダ本体部８ａの嵌入部８ｂを主軸２の嵌入孔２ａから
抜き出したり主軸２の嵌入孔２ａに挿入するようになさ
れる。このとき嵌入部８ｂが主軸２の嵌入孔２ａにより
主軸２中心の前後方向へ正確に案内されるため、ミスト
供給管１４の小径管部１４ｂが刃具前後位置係止手段１
９の前後向きの内孔ｈ１に接触する現象は回避されるの
である。
【００２４】次に１つのワークを加工するときの状況に
ついて説明すると、主軸２は図示しないモータの回転を
伝動歯車９や入力歯車５を介して伝達され、玉軸受３
ａ、３ｂに支持された状態で本体フレーム１の特定位置
で回転する。そして、主軸２の回転がホルダ本体部８
ａ、コレットチャック１８を介して刃具１７に伝達され
るのであり、この際、刃具前後位置係止手段１９もホル
ダ本体部８ａと同体状に回転される。
【００２５】一方、ミスト供給管１４は前端部を玉軸受
１５で支持され後端部を付加フレーム１０と同体状に支
持されているため、主軸２の回転中にも非回転状態に保
持される。この際、リング状シール部材ｂは回転状態の
主軸２の中心孔２ｂ周面と非回転状態のミスト供給管１
４の本体管部１４ａ先端部との間を気密状に閉塞する。
【００２６】この状態の下で、ミスト発生装置Ｍｇで生
成された切削液ミスト（空気中に微細な切削液粒子を散
在させたもの）がミスト供給ライン１２ｂ、分配器１３
及びミスト供給分岐ライン１２ａ、供給路部材１１を通
じてミスト供給管１４内に供給され、次にこの供給管１
４の小径管部１４ｂを通じて刃具ストッパ部材２０の本
体部材２２の内孔ｈ１内に流動するのであり、本体部材
２２内に達した切削液ミストは調整ノズル部材２３のノ
ズル孔ｉ３を通じてこのノズル孔ｉ３による絞り作用を
受けつつ刃具１７のミスト通路ｋ内に流出する。この
際、調整ノズル部材２３は刃具ストッパ部材２０の内孔
ｈ１から刃具１７のミスト通路ｋ内への切削液ミストの
流動を一定程度に制限するように作用するのであり、従
って切削液ミストは刃具１７内に適当流量で到達して刃
具１７先端の出口開口ｋ１、ｋ１から噴出されるものと
なる。この噴出された切削液ミストは刃具１７とワーク
との摩擦箇所を過不足なく潤滑すると共に冷却するもの
となる。
【００２７】上記した主軸２や工具ホルダ８内における
切削液ミストの流動中、小径管部１４ｂから流出した切
削液ミストは刃具ストッパ部材２０の内孔ｈ１と小径管
部１４ｂ外周面との間に形成された環状隙間を通じて大
気側に漏れ出ようとするが、主軸２の嵌入孔２ａの奥部
からその前方への流出は工具ホルダ８と主軸２との気密
状の嵌合結合により阻止され、また嵌入孔２ａの奥部か
ら後方への流出はリング状シール部材ｂにより阻止され
る。
【００２８】切削液ミストは主軸２や工具ホルダ８の内
方で圧力変化、速度変化、遠心力等に起因して液状化さ
れる傾向となるが、ミスト供給管１４内を流動する切削
液ミストは、ミスト供給管１４が直状に配置され且つ非
回転状態に保持されているため、大きな圧力変化や速度
変化を抑制されると共に主軸２の回転による遠心力を全
く受けないのであり、従って主軸２後部から刃具ストッ
パ部材２０の内孔ｈ１に到達するまでの切削液ミストの
液状化は効果的に抑制されるのである。
【００２９】また小径管部１４ｂから流出した切削液ミ
ストは刃具ストッパ部材２０の内孔ｈ１や刃具１７のミ
スト通路ｋを通じて流出するが、この際、内孔ｈ１やミ
スト通路ｋが調整ノズル部材２３のノズル孔ｉ３に較べ
ると比較的大きな径であるため、切削液ミストは大きな
流動抵抗を受けることなく流動し、また内孔ｈ１やミス
ト通路ｋが工具ホルダ８や刃具１７の回転中心にあり且
つそれらの長さが主軸２長さに較べて短く、しかもノズ
ル孔ｉ３に較べると大きな径であっても、工具ホルダ８
回転により切削液ミストに付与される遠心力との関係で
はいまだ小さな径であるため、ここを流動する切削液ミ
ストは工具ホルダ８回転による大きな遠心力を長時間に
亘って受けるものとならないのであり、従って内孔ｈ１
やミスト通路ｋ内での切削液ミストの液状化も効果的に
抑制される。
【００３０】ところで、上記の主軸装置で新しいワーク
をこれまでとは異なる加工条件で加工する際、刃具１７
の先端面から噴出される切削液ミストの量が過多或いは
過小となることが生じ得るが、このような場合には、主
軸２から工具ホルダ８を取り外すなどして、刃具ストッ
パ部材２０をホルダ本体部８から外方へ取り出し、それ
の先部材２３である調整ノズル部材をネジ結合の解除に
より本体部材２２から取り外すなどしてその交換作業を
行うことにより、別途に用意した異なる直径のノズル孔
ｉ３を有する別の調整ノズル部材２３を新たに装着する
のである。これにより、調整ノズル部材２３による切削
液ミストの流動に対する制限が異なったものとなり、刃
具１７先端面から噴出される切削液ミストの流量が最適
化されるのである。
【００３１】
【発明の効果】以上のように構成した本発明によれば、
主軸内から刃具ストッパ部材内への切削液ミストの供給
能力がたとえ一定であっても、調整ノズル部材を他のも
のと交換装着することにより、刃具先端面から噴出され
る切削液ミストの流量を任意に変化させることができ、
これにより種々異なるワーク加工のそれぞれにおいて最
適量の切削液ミストを供給することができるようにな
り、切削液ミストの無駄や、切削液ミストによる工作環
境の汚染を防止することができる。また主軸から工具ホ
ルダを取り外して刃具ストッパ部材を外方へ取り出すこ
とにより、調整ノズル部材の交換装着が簡便に行えるも
のとなる。また従来より存在している主軸装置の刃具ス
トッパ部材を変更するのみで実現できるものである。
【００３２】請求項３に記載したように、主軸内から刃
具ストッパ部材内に至るミスト通路の最小直径の凡そ８
０％以下の寸法となすことにより、刃具先端面から噴出
される切削液ミストの流量を効果的に変化させることが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である工作機械の主軸装置を
示す側面視断面図である。
【図２】前記主軸装置の要部を示す側面視断面図であ
る。
【符号の説明】
２ 主軸 ８ 工具ホルダ ８ａ ホルダ本体部 １８ チャック ２０ 刃具ストッパ部材 ２２ 本体部材 ２３ 先部材（調整ノズル部材） ｉ３ ノズル孔 ｋ ミスト通路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主軸の先部に工具ホルダを脱着可能に固
    定すると共に、この工具ホルダは主軸に支持されたホル
    ダ本体部と、このホルダ本体部の前部に装着されたチャ
    ックと、ホルダ本体部の中心部に装着されると共に前記
    チャックの把持した刃具の後端に密接してこの刃具の後
    方変位を規制するものとした刃具ストッパ部材とを有す
    るものであり、主軸後部内方に供給された切削液ミスト
    が刃具ストッパ部材及び刃具のそれぞれの中心部に形成
    されたミスト通路を経て刃具先端面から噴出されるよう
    になされた工作機械の主軸装置において、前記刃具スト
    ッパ部材を、本体部材と、この本体部材の先部に脱着手
    段を介して交換可能に固定された先部材とで形成し、こ
    の際、先部材は本体部材内から刃具内へ向けて流出する
    切削液ミストの流量を制限するための調整ノズル部材と
    なされていることを特徴とする工作機械の主軸装置。
  2. 【請求項２】 調整ノズル部材の交換装着により、刃具
    ストッパ部材内から刃具内へ流出する切削液ミストの流
    量が任意に変更される構成であることを特徴とする請求
    項１記載の工作機械の主軸装置。
  3. 【請求項３】 調整ノズル部材のノズル孔直径が主軸内
    から刃具ストッパ部材内に至るミスト通路の最小直径の
    凡そ８０％以下の寸法であることを特徴とする請求項１
    又は２記載の工作機械の主軸装置。
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