JP2006281322A

JP2006281322A - 工具ホルダー

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Publication number: JP2006281322A
Application number: JP2005100553A
Authority: JP
Inventors: Hideyumi Matsumura; 秀弓松村; Hiroshi Yoshimura; 宏吉村
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】生成された油膜付水滴を加工物へ供給する際の応答性が高く且つ加工物へ十分な量の油膜付水滴を供給できる工具ホルダーを提供する。
【解決手段】工具ホルダー１は、油を空気流によって霧状化する油霧化室と、水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、油膜付水滴を放出するトップノズル２９と、から構成される油膜付水滴生成部２７を内蔵し、トップノズル２９は、工具ホルダー１の回転軸上で工具７の後端部に隣接して設けられ、トップノズル２９から放出された油膜付水滴は、工具７の回転軸上に挿通して形成された供給路８を介して工作物に供給されるため、油膜付水滴が加工物に供給される際の応答性を高めることができ、加工物への油膜付水滴の吐出量を十分な量とすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着されて工作物を加工するための工具を保持する工具ホルダーに関するものである。

工作物に切削加工や研削加工等の機械加工を行なう場合、加工精度の向上と加工工具の寿命増大を図るため、加工点近傍に向かって設けられたノズルから油やエマルジョン等の加工液を工作物の被加工面に液状のままかけたり、または霧状化して噴霧することにより、工作物と加工工具の潤滑及び加工により発生する熱の冷却を行なっている。また、霧状化して加工液を噴霧する場合、油と水等の種類の異なる加工液を混合した後工作物の被加工面に噴霧したり、あるいは、複数のノズルを設けて種類の異なる加工液をそれぞれのノズルから工作物の被加工面に噴霧する方法が提案されている。

しかしながら、加工中の十分な潤滑及び冷却効果を得るために、工作物を加工する間に亘って加工液を供給し続けるため、加工液を液状のままかける場合には多量の加工液が必要となるという問題があった。とくに、不燃性エマルジョンは劣化すると産業廃棄物として処理することが必要となり、使用後のあるいは古くなった多量のエマルジョンの処理にコストがかかるという問題があった。一方、加工液の使用量を削減するために加工液を霧状にして噴霧する場合には、油は質量が小さいため霧状にして噴霧すると空気中に飛散し過ぎてしまい、十分な量の油が工作物の被工作面に付着せず、工作物と加工工具の潤滑や熱の冷却が十分に行われないという問題があるばかりでなく、霧状の油が飛散すると火災発生の危険性や人体への影響等が考えられ、工場環境の点でも問題があった。更に、上記のように、水と油の混合液を噴霧したり、あるいは別のノズルから被加工面に噴霧する方法においても、油分はやはり空気中に飛散し過ぎるため同様の問題があった。

そこで、上記した問題を解決するために、近年、外部から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜を形成した油膜付水滴を加工液として生成し、この加工液を工作物に噴霧しながら加工する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。更に、近年、この油膜付水滴を工作機械の工具ホルダー内に供給した後、工具ホルダーに装着された工具の回転軸上に挿通して形成された供給路を介して工作物に供給するものが提案されている。この場合、例えば、穴加工のように加工部が工作物の深い位置となる場合であっても、十分な量の油膜付水滴を加工部に供給することができる（例えば、特許文献２）。
特開２００１−１５０２９４号公報特開平９−６６４３７号公報

しかしながら、上記したような、油膜付水滴を工具の供給路を介して工作物に供給するものの場合、従来、油膜付水滴を生成する装置が工具ホルダーの外部に備えられていたため、油膜付水滴が工作物に供給される際の応答性が悪く、また、工作物への油膜付水滴の吐出量が十分でないという問題があった。即ち、工具ホルダーから離れた位置で油膜付水滴が生成されるため、油膜付水滴の生成に必要な空気を供給するバルブが開放されて、空気を送り出してから、生成された油膜付水滴が工具ホルダー及び工具を介して工作物に供給されるまでの時間が長く、また、生成された油膜付水滴が工作物に供給されるまでの過程でロスが生じて十分な量の油膜付水滴を工作物へ供給することができなかった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、生成された油膜付水滴を工作物へ供給する際の応答性が高く且つ工作物へ十分な量の油膜付水滴を供給できる工具ホルダーを提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、工作機械に装着されて工作物を加工するための工具を保持する工具ホルダーにおいて、該工具ホルダーは、圧縮空気の供給口に設けられるオイルスプレイノズルに臨む油吸入口から供給される油を空気流によって霧状化する油霧化室と、該油霧化室の下流側に連結され且つ前記油霧化室で霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が通過するウォータスプレイノズルに臨む水吸入口から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、該水滴化室に連結され且つ前記水滴化室で生成された油膜付水滴を放出するトップノズルと、から構成される油膜付水滴生成部を内蔵し、前記トップノズルは、前記工具ホルダーの回転軸上で前記工具の後端部に隣接して設けられ、前記トップノズルから放出された前記油膜付水滴は、前記工具の回転軸上に挿通して形成された供給路を介して前記工作物に供給されることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明においては、請求項１に記載の工具ホルダーは、前記工作機械の主軸に連結され且つ前記油膜付水滴生成部が内蔵されると共に前記工具が装着される工具装着部と、前記工作機械の本体側に固定され且つ前記工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、前記支持部には、前記油膜付水滴生成部に油を供給するための油供給通路から分岐する潤滑通路が前記軸受に連通して形成され、前記油供給通路から供給され前記潤滑通路によって分岐された油により前記軸受を潤滑することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明においては、請求項１に記載の工具ホルダーは、前記工作機械の主軸に連結され且つ前記油膜付水滴生成部が内蔵されると共に前記工具が装着される工具装着部と、前記工作機械の本体側に固定され且つ前記工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、前記工具装着部と前記支持部との間には、前記油膜付水滴生成部に供給する水もしくは油が前記工具ホルダーの外部へ漏れることを防ぐシールが備えられ、前記工具装着部には、前記油膜付水滴生成部に水を供給するための水供給通路に連通する冷却通路が前記工具装着部内部の外周面側に形成され、前記水供給通路４６から供給され前記冷却通路を通る水により前記シール及び前記軸受を冷却することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明においては、請求項２に記載の工具ホルダーは、前記工具装着部と前記支持部との間には、前記油膜付水滴生成部に供給する水もしくは油が前記工具ホルダーの外部へ漏れることを防ぐシールが備えられ、前記工具装着部には、前記油膜付水滴生成部に水を供給するための水供給通路に連通する冷却通路が前記工具装着部内部の外周面側に形成され、前記水供給通路から供給され前記冷却通路を通る水により前記シール及び前記軸受を冷却することを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、工具ホルダーは、圧縮空気の供給口に設けられるオイルスプレイノズルに臨む油吸入口から供給される油を空気流によって霧状化する油霧化室と、油霧化室の下流側に連結され且つ油霧化室で霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が通過するウォータスプレイノズルに臨む水吸入口から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、水滴化室に連結され且つ水滴化室で生成された油膜付水滴を放出するトップノズルと、から構成される油膜付水滴生成部を内蔵し、トップノズルは、工具ホルダーの回転軸上で工具の後端部に隣接して設けられ、トップノズルから放出された油膜付水滴は、工具の回転軸上に挿通して形成された供給路を介して工作物に供給される。

このように、油膜付水滴生成部のトップノズルが工具の後端部に隣接して形成されているため、油膜付水滴が加工物に供給される際の応答性を高めることができる。即ち、生成された油膜付水滴が加工物に供給されるまでの過程が短いため、油膜付水滴の生成に必要な空気を供給するバルブが開放されて、空気を送り出して油膜付水滴が生成されてから工具の供給路を介して加工物に供給されるまでの時間を短くすることができる。

また、油膜付水滴生成部のトップノズルが工具の後端部に隣接して形成されているため、工作物への油膜付水滴の吐出量を十分な量とすることができる。即ち、生成された油膜付水滴が工作物に供給されるまでの過程が短いため、ロスが少なく十分な量の油膜付水滴を工作物へ供給することができる。

また、請求項２に係る発明においては、工具ホルダーは、工作機械の主軸に連結され且つ油膜付水滴生成部が内蔵されると共に工具が装着される工具装着部と、工作機械の本体側に固定され且つ工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、支持部には、油膜付水滴生成部に油を供給するための油供給通路から分岐する潤滑通路が軸受に連通して形成され、油供給通路から供給され潤滑通路によって分岐された油により軸受を潤滑する。このように、油膜付水滴生成部に供給される油を軸受に供給して軸受の潤滑のために利用することができるため、工具ホルダーを主軸の高回転域で使用することが可能となる。

また、請求項３及び請求項４に係る発明においては、工具装着部と支持部との間には、油膜付水滴生成部に供給する水もしくは油が工具ホルダーの外部へ漏れることを防ぐシールが備えられ、工具装着部には、油膜付水滴生成部に水を供給するための水供給通路に連通する冷却通路が工具装着部内部の外周面側に形成され、水供給通路から供給され冷却通路を通る水によりシール及び軸受を冷却する。このように、油膜付水滴生成部に供給される水をシール及び軸受の冷却のために利用することができ、シール及び軸受を十分に冷却することができるため、工具ホルダーを主軸の高回転域で使用することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、実施形態に係る工具ホルダー１が装着される工作機械２の概略について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る工具ホルダー１が装着された工作機械２の主軸部３の側面図である。

図１に示すように、一般的にマシニングセンター等の工作機械２には、工作物を加工するための工具７を保持する工具ホルダー１が装着される円筒形状の主軸部３が形成されている。この主軸部３のほぼ中央には、工作機械２の駆動源により回転駆動する主軸４が位置しており、この主軸４の先端に工具ホルダー１が装着されることにより、工具７が回転して工作物を加工するようになっている。

実施形態に係る工具ホルダー１は、後に詳述するように、工具７が装着される工具装着部１０と、工具装着部１０を回転できるように支持する支持部４０とから構成されており、上記した主軸４に工具装着部１０が連結されると共に、支持部４０は、工作機械２の本体側に固定されている主軸部３の前面に固定される。工具装着部１０が主軸４に連結される際には、工具装着部１０の後述する嵌入凸部１３が主軸４の嵌入凹部５に嵌入することにより連結される。

また、支持部４０には、油及び水を工具ホルダー１に供給するための後述する供給部材４１が取り付けられており、工具ホルダー１が工作機械２に装着されている場合には、この供給部材４１の接続凸部４２が主軸部３に形成された接続凹部６に接続されている。これにより、後述する供給システム１１３（図６参照）から油供給ダクト１０７及び水供給ダクト１１２を介して工具ホルダー１に対してそれぞれ油及び水が供給される。

以上、実施形態に係る工具ホルダー１が装着される工作機械２の概略について説明したが、次に、実施形態に係る工具ホルダー１の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は、実施形態に係る工具ホルダー１の内部を示す断面図であり、図３は、（Ａ）が外周部材１６の概略図であり、（Ｂ）が油及び水の供給の経路を示す模式図である。

図２において、工具ホルダー１は、前述したように、工作機械２の主軸４に連結される工具装着部１０と、工作機械２の本体側に固定され且つ工具装着部１０を回転できるように支持する支持部４０と、から構成されている。また、工具装着部１０には、後述するように、本発明の要部を構成する油膜付水滴生成部２７が内蔵されている。

まず、工具装着部１０は、油膜付水滴生成部２７が内蔵される内蔵回転部材１１と、工具装着部１０に対して工具７を固定するためのチャック部材１２と、から構成されている。内蔵回転部材１１は、金属材料により形成されるものであり、その工具７が装着される側（以下、工具７側という）は、その内部に油膜付水滴生成部２７が内蔵されると共に、その外周が支持部４０により支持される部分である内蔵部１４として円筒形状に形成されている。また、内蔵回転部材１１の工作機械２が位置する側（以下、工作機械２側という）は、前述した主軸４の嵌入凹部５に嵌入する嵌入凸部１３として円錐台形状に形成されている。更に、嵌入凸部１３と内蔵部１４との間は、フランジ部１５として形成されており、その工具７側には支持部４０が当接し、工作機械２側には主軸４が当接するようになっている。

上記した内蔵回転部材１１の内蔵部１４の外周には、円筒形状の外周部材１６が嵌入されている。この外周部材１６の外周の工作機械２側寄りには、後述する油供給通路４５から供給される油が滞留する第１油滞留溝１９が全周に亘って形成されている（図３参照）。この第１油滞留溝１９の底面には、油供給通路４５から供給されて第１油滞留溝１９に滞留した油が流入する油取入口２０が直径方向に貫通して複数箇所形成されている（図３参照）。なお、図２において、外周部材１６の断面には、ハッチングを施していない。

また、外周部材１６の外周の工具７側寄りには、後述する水供給通路４６から供給される水が滞留する第１水滞留溝２１が全周に亘って形成されている（図３参照）。この第１水滞留溝２１の底面には、水供給通路４６から供給されて第１水滞留溝２１に滞留した油が流入する水取入口２２が直径方向に貫通して１箇所形成されている（図３参照）。

また、上記した内蔵回転部材１１の内蔵部１４の中心部には、油膜付水滴生成部２７を内蔵するための内蔵凹部１８が内蔵回転部材１１の工具７側の端部から形成されると共に、後述するコンプレッサー１００から供給される圧縮空気が通る空気通過路１７が、内蔵回転部材１１の工作機械２側の端部から内蔵凹部１８に亘って貫通して形成されている。

内蔵回転部材１１の内蔵部１４の外周面からは、上記した油取入口２０と対応する位置に油取入口２０と連通する油接続通路３０が内蔵凹部１８まで貫通して形成されている（図３参照）。また、上記した水取入口２２と対応する位置から、水取入口２２と連通する冷却通路２３が内蔵部１４の外周面に軸方向でつづら折り状に形成されている（図３参照）。そして、この冷却通路２３の終端からは、冷却通路２３の終端に対応する位置から内蔵凹部１８まで水接続通路２４が貫通して形成されている。また、冷却通路２３は、実際には水取入口２２と水接続通路２４との位相がほぼ３６０°となるように、内蔵部１４の外周面のほぼ全周に亘って形成されるものであるが、図３（Ｂ）は模式図であるため、水取入口２２と水接続通路２４とが１８０°の位相で図示されている。

上記のように、内蔵回転部材１１の内蔵部１４及び外周部材１６が構成されているため、外周部材１６の第１油滞留溝１９，油取入口２０及び内蔵部１４の油接続通路３０，内蔵凹部１８が連通し、また、外周部材１６の第１水滞留溝２１，水取入口２２及び内蔵部１４の冷却通路２３，水接続通路２４，内蔵凹部１８が連通することとなる。

また、上記のように、内蔵部１４の外周面に冷却通路２３が形成されると共に、内蔵部１４の外周に外周部材１６が嵌入される構造であるため、工具装着部１０全体として見たとき、この工具装着部１０の内部の外周面側に冷却通路２３が形成される形となる。

なお、外周部材１６の両端部近傍にはＯリング取付溝２５が形成され、このＯリング取付溝２５に内蔵部１４と外周部材１６との間から油又は水が漏れ出すことを防止するＯリング２６が装着されている。

上記した内蔵部１４に形成された内蔵凹部１８には、図２に示すように、油膜付水滴生成装置２８とトップノズル２９とから構成される油膜付水滴生成部２７が嵌入されている。油膜付水滴生成装置２８は、前述した第１油溝滞留溝１９，油取入口２０及び油接続通路３０を介して供給される油と、前述した第１水滞留溝２１，水取入口２２，冷却通路２３及び水接続通路２４を介して供給される水と、によって油膜付水滴１１５（図８参照）を生成するものであり、トップノズル２９は、油膜付水滴生成装置２８で生成された油膜付水滴１１５を放出するものである。なお、油膜付水滴生成装置２８については後に詳述する。

また、工具装着部１０を構成するチャック部材１２は、工具装着部１０の先端部分に位置しており、その中心に形成された挿入部に工具７を挿入し、工具７側から見て時計方向に回転させることにより、工具７が締め付けられて工具装着部１０に固定されるものである。このように工具７が工具装着部１０に固定された際、図２に示すように、工具７の後端部に上記したトップノズル２９が隣接するようになっている。なお、工具７には、生成された油膜付水滴１１５を工作物に供給するための供給路８が、その回転軸上に挿通して形成されている。

次に、支持部４０は、ほぼ円筒形状に形成されると共に、その工作機械２側の内側面に凹形状の軸受嵌入部５４が形成されており、軸方向に並列して２つの軸受５５が嵌入されている。この軸受５５は、その外周輪が軸受嵌入部５４側に嵌入されると共に、内周輪に工具装着部１０が嵌入されるようになっているため、支持部４０で工具装着部１０が回転できるように支持されるものである。

また、支持部４０の工具７側の内側面に凹形状のシール装着部５０が形成されており、シール５１を取り付けるためのシール取付部材５２を介して軸方向に並列して４つのシール５１が装着されている。このシール５１は、油膜水滴生成部２７に供給する油又は水が工具装着部１０と支持部４０との間から工具ホルダー１の外部へ漏れることを防ぐためのものである。なお、シール５１は、シール取付部材５２によってシール装着部５０内に取り付けた後、シール装着部５０へ工具７側から螺着するシール固定部材５３によって、支持部４０に固定されることとなる。

また、前述したように、支持部４０には油及び水を工具ホルダー１に供給するための供給部材４１が連結部材４３を介して取り付けられており、この供給部材４１の工作機械２側には、前述した接続凸部４２が形成されている。これら接続凸部４２，供給部材４１，連結部材４３，支持部４０及びシール取付部材５２には、その内部で連通して油を供給する油供給通路４５が形成されている。同様に、接続凸部４２，供給部材４１，連結部材４３，支持部４０及びシール取付部材５２に、その内部で連通して水を供給する水供給通路４６が形成されている。なお、この油供給通路４５及び水供給通路４６は、１つの部材で構成されるものではなく、供給部材４１と連結部材４３との間、連結部材４３と支持部４０との間、及び支持部４０とシール取付部材５２との間で個別の部材が接続されるものである。このため、油及び水が漏れることを防止するため、供給部材４１と連結部材４３との間及び連結部材４３と支持部４０との間にはＯリング４４が、支持部４０とシール取付部材５２との間にはＯリング５７がそれぞれ装着されている。

また、上記した油供給通路４５のうち、支持部４０内に位置する部分からは、潤滑通路５６が軸受５５に連通して形成されている。この潤滑通路５６は、油供給通路４５から供給された油を分岐して軸受５５に供給することにより、軸受５５を潤滑するものである。

以上、実施形態に係る工具ホルダー１について説明したが、次に、実施形態の要部を構成する油膜付水滴生成装置２８の構成について図４及び図５を参照して説明する。図４は、実施形態に係る油膜付水滴生成装置２８の内部を示す断面図であり、図５は、オイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４の外観を示す斜視図である。

図４において、油膜付水滴生成装置２８は、供給される油を霧状化するオイルスプレイノズル７４及び供給される水を水滴化するウォータスプレイノズル８４と、このオイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４が内蔵される生成装置本体６０と、から構成されるものである。

まず、生成装置本体６０の構造について図４を参照して説明する。生成装置本体６０は、ステンレス鋼等により形成される円筒形状のものである。生成装置本体６０の工作機械２側の中央側面部には、圧縮空気を供給するための空気供給ダクト１０２（図６参照）が接続される凹状の供給口６１が形成されている。一方、生成装置本体６０の工具７側の中央側面部には、供給された水を水滴化するための水滴化室６２が形成されている。供給口６１から水滴化室６２にかけては、生成装置本体６０を貫通するように油霧化室６３が貫通形成されている。

油霧化室６３の両端部分には、スプレイノズル７４，８４が嵌入固定されている。即ち、供給口６１側には、外部から供給された油を霧状化させるためのオイルスプレイノズル７４が嵌入されてＣ形止め輪７３で固定され、水滴化室６２側には、外部から供給された水を水滴化するためのウォータスプレイノズル８４が嵌入されてＣ形止め輪８３で固定されている。なお、このオイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４については後に詳述する。

そして、生成装置本体６０の一側方で供給口６１寄りの外周には、油供給通路４５から供給される油が滞留する第２油滞留溝７０が生成装置本体６０の全周に亘って形成されている。この第２油滞留溝７０の底面には、油吸入口７１が直径方向に貫通して形成され、この油吸入口７１の先端部は、油をオイルスプレイノズル７４内に流出するための油流出口７２として形成され、オイルスプレイノズル７４に臨んでいる。このように、第２油滞留溝７０が形成されているため、油接続通路３０から供給される油を第２油滞留溝７０を介して油吸入口７１に流入させることができる。これにより、油膜付水滴生成装置２８を工具装着部１０に組み込む際に、油吸入口７１を油接続通路３０の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。

なお、上記した油吸入口７１は、本実施形態においては、図４に示すように、約１８０°の位相で２箇所形成されているが、２箇所のものに限らず、１箇所あるいは３箇所以上形成されるものであってもよい。

また、生成装置本体６０の一側方で水滴化室６２寄りの外周には、水供給通路４６から供給される水が滞留する第２水滞留溝８０が生成装置本体６０の全周に亘って形成されている。この第２水滞留溝８０の底面には、水吸入口８１が直径方向に貫通して形成され、この水吸入口８１の先端部は、水をウォータスプレイノズル８４内に流出するための水流出口８２として形成され、ウォータスプレイノズル８４に臨んでいる。このように、第２水滞留溝８０が形成されているため、水接続通路２４から供給される水を第２水滞留溝８０を介して水吸入口８１に流入させることができる。これにより、油膜付水滴生成装置２８を工具装着部１０に組み込む際に、水吸入口８１を水接続通路２４の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。

なお、上記した水吸入口８１は、本実施形態においては、図４に示すように、約１８０°の位相で２箇所形成されているが、２箇所のものに限らず、１箇所あるいは３箇所以上形成されるものであってもよい。

更に、第２油滞留溝７０の両側方には、油が漏れ出すことを防止するためのＯリング６４が、第２水滞留溝８０の両側方には、水が漏れ出すことを防止するためのＯリング６５がそれぞれ取り付けられている。

次に、本実施形態の要部を構成するオイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４について、図５を参照して説明する。図５は、オイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４の外観を示す斜視図である。なお、オイルスプレイノズル７４とウォータスプレイノズル８４とは、同様の形状であるため、代表してオイルスプレイノズル７４について説明する。また、図５においては、１つの図に対して、オイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４の両方についての符号が付してある。このとき、末尾に「ａ」の付してある符号がオイルスプレイノズル７４に関する符号であり、末尾に「ｂ」の付してある符号がウォータスプレイノズル８４に関する符号である。

図５において、オイルスプレイノズル７４は、ステンレス鋼等によりほぼ円筒形状に形成されるものである。このオイルスプレイノズル７４の油霧化室６３側（ウォータスプレイノズル８４の場合、水滴化室６２側）に位置する平面部９０ａの中央には、ほぼ円筒形状の突起部９１ａが突設されると共に、側面を構成する外周面部９２ａのほぼ中央には、油膜付水滴生成装置２８の油吸入口７１から供給される油が滞留する第３油滞留溝９３ａが外周面部９２ａの全周に亘って形成されている。この第３油滞留溝９３ａの底面には、第３油滞留溝９３ａに滞留した油が流入する油流入口９４ａが直径方向に貫通して形成されている。このように、第３油滞留溝９３ａが形成されているため、油吸入口７１から供給される油を第３油滞留溝９３ａを介して油流入口９４ａに流入させることができる。これにより、オイルスプレイノズル７４を油膜付水滴生成装置２８に組み込む際に、油流入口９４ａを油吸入口７１の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。

また、上記した突起部９１ａの中央には、油流入口９４ａに流入した油が吐出される油吐出口９５ａが油流入口９４ａに挿通して形成されている。従って、油流入口９４ａと油吐出口９５ａとが、図７に示すように、オイルスプレイノズル７４内でＴ字状に形成されている。また、油吐出口９５ａの周囲には、圧縮空気が供給口６１から油霧化室６３に向って（ウォータスプレイノズル８４の場合、含油圧縮空気が油霧化室６３から水滴化室６２に向って）通過する空気通過穴９６ａが貫通して形成されている。

なお、上記のように、油流入口９４ａは直径方向に貫通して形成されるものであるため、油はその両端の２箇所から流入するようになっているが、このようなものに限らず、油流入口９４ａの一端がオイルスプレイノズル７４の中心部で油吐出口９５ａと連通し、油流入口９４ａと油吐出口９５ａとがオイルスプレイノズル７４内でＬ字状に形成されているものであってもよい。この場合、油は１箇所から流入することになる。また、油流入口９４ａが油吐出口９５ａから第３油滞留溝９３ａに向けて放射状に複数設けられるものであってもよい。

オイルスプレイノズル７４は、以上のように構成されるものであり、油膜付水滴生成装置２８に組み付けた場合、上記したように、油吸入口７１から供給される油が油流入口９４ａに流入した後、油吐出口９５ａから吐出されると共に、供給口６１から供給される圧縮空気が油霧化室６３に向けて空気通過穴９６ａを通過することとなる。

なお、上述したように、ウォータスプレイノズル８４は、オイルスプレイノズル７４と同様の形状であり、同様の機能を有するものであるため、詳細な説明は省略するが、オイルスプレイノズル７４における平面部９０ａ，突起部９１ａ，外周面部９２ａ，油滞留溝９３ａ，油流入口９４ａ，油吐出口９５ａ及び空気通過穴９６ａは、ウォータスプレイノズル８４においては平面部９０ｂ，突起部９１ｂ，外周面部９２ｂ，第３水滞留溝９３ｂ，水流入口９４ｂ，水吐出口９５ｂ及び含油空気通過穴９６ｂとなる。

以上、実施形態に係る油膜付水滴生成装置２８について説明したが、次に、この油膜付水滴生成装置２８に空気、油及び水を供給する供給システム１１３について図６を参照して説明する。図６は、実施形態に係る供給システム１１３の概略図である。

図６の供給システム１１３において、油膜付水滴生成装置２８の供給口６１には、空気通過路１７の一端が臨んでおり、この空気通過路１７の他端に接続された空気供給ダクト１０２が、空気の圧力を調整するための空気圧力調整機構１０１に接続されている。この空気圧力調整機構１０１は、空気供給ダクト１０２を介して空気を供給するためのコンプレッサー１００に接続されている。

また、工具ホルダー１の油供給通路４５には、油供給ダクト１０７が接続されており、この油供給ダクト１０７には、油と空気を混合させるミキシングバルブ１０６が接続されている。ミキシングバルブ１０６は、油供給ダクト１０７を介して油を供給するための油ポンプ１０５に接続され、油ポンプ１０５からは油の貯留してある油タンク１０４に油供給ダクト１０７が接続されている。なお、ミキシングバルブ１０６は、空気供給ダクト１０２から分岐される接続ダクト１０３も接続されている。

更に、工具ホルダー１の水供給通路４６には、水供給ダクト１１２が接続されており、この水供給ダクト１１２には、水をろ過するための水ろ過装置１１１が接続されている。水ろ過装置１１１は、水供給ダクト１１２を介して水を供給するための水ポンプ１１０に接続され、水ポンプ１１０からは水の貯留してある水タンク１０９に水供給ダクト１１２が接続されている。

次に、工具ホルダー１に供給された空気，油及び水により、工具ホルダー１の油膜付水滴生成部２７内で油膜付水滴１１５が生成される過程を図２乃至図７を参照して説明する。図７は、オイルスプレイノズル７４及びウォータスプレイノズル８４の縦断面図である。

まず、コンプレッサー１００から供給される圧縮空気が、供給口６１からオイルスプレイノズル７４へ向けて送り込まれる。また、油タンク１０４から供給され、ミキシングバルブ１０６で空気と混合された油が油供給通路４５等を介してオイルスプレイノズル７４の油流入口９４ａからオイルスプレイノズル７４内へ流入する。オイルスプレイノズル７４内へ流入した油は、油吐出口９５ａから吐出されるが、油吐出口９５ａから吐出された油は、圧縮空気が図７の矢印Ａで示すように空気通過穴９６ａを通過する際、圧縮空気の圧力差によって引き付けられると共に霧状化され、油霧化室６３内へ噴出された後、圧縮空気と共にウォータスプレイノズル８４側へ送られる。

また、油タンク１０４から供給される油は、図２に示すように、油供給通路４５を通る途中で潤滑通路５６によって分岐されて軸受５５に供給される。このように、油膜付水滴生成部２７に供給される油を軸受５５に供給して軸受５５の潤滑のために利用することができるため、工具ホルダー１を主軸４の高回転域で使用することが可能となる。

一方、水タンク１０９から供給される水が水供給通路４６等を介して支持部４０の冷却通路２３に送り込まれる。冷却通路２３に送り込まれた水は、シール５１及び軸受５５を冷却しながら冷却通路２３内を通り、水接続通路２４を介してウォータスプレイノズル８４の水流入口９４ｂからウォータスプレイノズル８４内へ流入する（図３参照）。このように、油膜付水滴生成部２７に供給される水をシール５１及び軸受５５の冷却のために利用することができ、シール５１及び軸受５５を十分に冷却することができるため、工具ホルダー１を主軸４の高回転域で使用することが可能となる。

ウォータスプレイノズル８４内へ流入した水は、水吐出口９５ｂから吐出されるが、水吐出口９５ｂから吐出された水は、含油圧縮空気が図７の矢印Ａで示すように含油空気通過穴９６ｂを通過する際、含油圧縮空気の圧力差によって引き付けられると共に水滴化される。そして、この水滴１１７の表面全体に霧状化された油が油膜１１６として付着し、水滴化室６２で油膜付水滴１１５が生成される（図８参照）。こうして生成された油膜付水滴１１５は、トップノズル２９を通り、工具７の供給路８を介して工作物に供給されることとなる。なお、本実施形態に係る油膜付水滴生成混合器１で生成される油膜付水滴１１５の大きさは、１００μｍ〜２００μｍである。

本実施形態においては、上記のように油膜付水滴生成部２７により生成された油膜付水滴１１５を工作物の被加工面に供給しながら工作加工を行うものであるが、油膜付水滴１１５を工作物の被加工面に供給した場合、図８に示すように、工作物の表面に油膜１１６が生成され、その油膜１１６上に油膜付水滴１１５が付着することとなる。なお、図８は、油膜付水滴１１５と油膜付水滴１１５が付着した工作物の表面の概念図である。

以上、実施形態に係る工具ホルダー１の構成と油膜付水滴１１５が生成される過程について説明したが、次に、本実施形態に係る工具ホルダー１と従来の工具ホルダーについて行なった、油膜付水滴１１５が生成される際の応答時間及び油膜付水滴１１５の吐出量の計測試験について説明する。なお、従来の工具ホルダーは、油膜付水滴を生成する装置が工具ホルダーの外部に備えられているものである。

工作物へ油膜付水滴１１５を供給する際には、工具ホルダー１の回転数に応じて規定量の油膜付水滴１１５を供給するためコンプレッサー１００から供給される圧縮空気の空気圧を調整する必要がある。このため、本試験は、この調整空気圧の範囲を想定し、空気圧を０．２ＭＰａ，０．４ＭＰａ，０．６ＭＰａ及び０．８ＭＰａとしたとき、それぞれの空気圧について、供給するバルブが開放されて油膜付水滴１１５が生成されてから工作物に規定量が供給されるまでの時間（応答時間）及び工作物への油膜付水滴１１５の吐出量を、本実施形態に係る工具ホルダー１と従来の工具ホルダーについて計測したものである。その結果をそれぞれ表１及び表２に示す。なお、表２の吐出量は、給油装置（油ポンプ１０５）から供給される油の供給量が１７ｍＬ／ｍｉｎのときの吐出量である。

まず、表１で示すように、本実施形態に係る工具ホルダー１では、空気圧がいずれの場合においても、応答時間はすべて２秒であった。これに対し、従来の工具ホルダーでは、それぞれの空気圧のときの応答時間は、３２秒，３０秒，２４秒及び２６秒であった。

このように、従来の工具ホルダーでは、コンプレッサー１００から供給される圧縮空気の空気圧が低くなるに従って、応答時間が長くなる傾向にある。これは、従来の工具ホルダーは、油膜付水滴を生成する装置が工具ホルダーの外部に備えられており、油膜付水滴が生成されてから工作物に供給するまでの経路が長いものであるため、圧縮空気の空気圧が低いほど油膜付水滴が工作物に到達するまでの時間が長くなるためである。

これに対し、本実施形態に係る工具ホルダー１では、図２で示すように、油膜付水滴生成部２７のトップノズル２９が工具７の後端部に隣接して設けられており、油膜付水滴１１５が生成されてから工作物に供給するまでの経路が極めて短いため、圧縮空気の空気圧にかかわらず、生成された油膜付水滴１１５を短時間で工作物に到達させることができる。

次に、表２で示すように、本実施形態に係る工具ホルダー１では、吐出量は、空気圧が０．２ＭＰａ，０．４ＭＰａ及び０．８ＭＰａのとき１６ｍＬ／ｍｉｎであり、空気圧が０．６ＭＰａのとき１５ｍＬ／ｍｉｎであった。これに対し、従来の工具ホルダーでは、それぞれの空気圧のときの吐出量は、１５ｍＬ／ｍｉｎ，１３ｍＬ／ｍｉｎ，１２ｍＬ／ｍｉｎ及び１１ｍＬ／ｍｉｎであった。

このように、従来の工具ホルダーでは、コンプレッサー１００から供給される圧縮空気の空気圧が高くなるに従って、吐出量が少なくなっている。これは、従来の工具ホルダーは、上記したように、油膜付水滴が生成されてから工作物に供給するまでの経路が長いため、圧縮空気の空気圧が高くなるほど経路の途中に付着する油膜付水滴の量が増加し、即ち、油膜付水滴が搬送される過程でのロスが増加し、これにより工作物への油膜付水滴の吐出量が減少してしまうためである。

これに対し、本実施形態に係る工具ホルダー１では、上記したように、油膜付水滴１１５が生成されてから工作物に供給するまでの経路が極めて短いため、圧縮空気の空気圧にかかわらず、油膜付水滴１１５が搬送される過程でのロスが少なく、工作物への油膜付水滴１１５の吐出量が減少してしまうということがない。

以上、説明したように、本実施形態に係る工具ホルダー１では、油膜付水滴生成部２７のトップノズル２９が工具７の後端部に隣接して形成されているため、油膜付水滴１１５が工作物に供給される際の応答性を高めることができる。即ち、生成された油膜付水滴１１５が工作物に供給されるまでの過程が短いため、油膜付水滴１１５の生成に必要な空気を供給するバルブが開放されて、空気を送り出して油膜付水滴１１５が生成されてから工具７の供給路８を介して工作物に供給されるまでの時間を短くすることができる。

また、油膜付水滴生成部２７のトップノズル２９が工具７の後端部に隣接して形成されているため、工作物への油膜付水滴１１５の吐出量を十分な量とすることができる。即ち、生成された油膜付水滴１１５が工作物に供給されるまでの過程が短いため、ロスが少なく十分な量の油膜付水滴１１５を工作物へ供給することができる。

実施形態に係る工具ホルダーが装着された工作機械の主軸部の側面図である。実施形態に係る工具ホルダーの内部を示す断面図である。（Ａ）が外周部材の概略図であり、（Ｂ）が油及び水の供給の経路を示す模式図である。実施形態に係る油膜付水滴生成装置の内部を示す断面図である。オイルスプレイノズル及びウォータスプレイノズルの外観を示す斜視図である。実施形態に係る供給システムの概略図である。オイルスプレイノズル及びウォータスプレイノズルの縦断面図である。油膜付水滴と油膜付水滴が付着した工作物の表面の概念図である。

符号の説明

１工具ホルダー
２工作機械
４主軸
７工具
８供給路
１０工具装着部
２３冷却通路
２７油膜付水滴生成部
２９トップノズル
４０支持部
４５油供給通路
４６水供給通路
５１シール
５５軸受
５６潤滑通路
６１供給口
６３油霧化室
７１油吸入口
７４オイルスプレイノズル
８１水吸入口
８４ウォータスプレイノズル
１１５油膜付水滴
１１６油膜
１１７水滴

Claims

工作機械に装着されて工作物を加工するための工具を保持する工具ホルダーにおいて、
該工具ホルダーは、
圧縮空気の供給口に設けられるオイルスプレイノズルに臨む油吸入口から供給される油を空気流によって霧状化する油霧化室と、
該油霧化室の下流側に連結され且つ前記油霧化室で霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が通過するウォータスプレイノズルに臨む水吸入口から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成する水滴化室と、
該水滴化室に連結され且つ前記水滴化室で生成された油膜付水滴を放出するトップノズルと、から構成される油膜付水滴生成部を内蔵し、
前記トップノズルは、前記工具ホルダーの回転軸上で前記工具の後端部に隣接して設けられ、
前記トップノズルから放出された前記油膜付水滴は、前記工具の回転軸上に挿通して形成された供給路を介して前記工作物に供給されることを特徴とする工具ホルダー。
前記工具ホルダーは、
前記工作機械の主軸に連結され且つ前記油膜付水滴生成部が内蔵されると共に前記工具が装着される工具装着部と、
前記工作機械の本体側に固定され且つ前記工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、
前記支持部には、前記油膜付水滴生成部に油を供給するための油供給通路から分岐する潤滑通路が前記軸受に連通して形成され、
前記油供給通路から供給され前記潤滑通路によって分岐された油により前記軸受を潤滑することを特徴とする請求項１記載の工具ホルダー。
前記工具ホルダーは、
前記工作機械の主軸に連結され且つ前記油膜付水滴生成部が内蔵されると共に前記工具が装着される工具装着部と、
前記工作機械の本体側に固定され且つ前記工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、
前記工具装着部と前記支持部との間には、前記油膜付水滴生成部に供給する水もしくは油が前記工具ホルダーの外部へ漏れることを防ぐシールが備えられ、
前記工具装着部には、前記油膜付水滴生成部に水を供給するための水供給通路に連通する冷却通路が前記工具装着部内部の外周面側に形成され、
前記水供給通路から供給され前記冷却通路を通る水により前記シール及び前記軸受を冷却することを特徴とする請求項１記載の工具ホルダー。
前記工具装着部と前記支持部との間には、前記油膜付水滴生成部に供給する水もしくは油が前記工具ホルダーの外部へ漏れることを防ぐシールが備えられ、
前記工具装着部には、前記油膜付水滴生成部に水を供給するための水供給通路に連通する冷却通路が前記工具装着部内部の外周面側に形成され、
前記水供給通路から供給され前記冷却通路を通る水により前記シール及び前記軸受を冷却することを特徴とする請求項２記載の工具ホルダー。