JP2006297572A - 工作機械の主軸構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピンドルスルーの工作機械において、簡易な構造によって工具先端から良好なオイルミストを吐出することを可能にする。
【解決手段】 先端に工具ホルダ２０が着脱自在に取り付けられる主軸１内に、ミスト用オイル供給路となる軸穴２ａを有するドローバー２を軸方向に沿って配置し、軸方向に沿ってミスト用エア供給路４を形成する。ドローバーの先端側近傍外周側にコレット部材５を配置し、ドローバーの先端側に多孔質体１０を連結し、ミスト用エア供給路４は、エアが前記多孔質体の外表面と接触可能となるように配置する。多孔質体の前方にミスト移送路を構成し、工具ホルダの軸穴をミスト移送路に連通させる。簡易な構造によって微細なオイルミストを主軸内で生成して工具先端に供給できる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、セミドライ加工に際し工具先端からのオイルミストの噴射を可能とする工作機械の主軸構造に関する。

回転する工具の先端から加工液を供給するスピンドルスルーの工作機械においては、従来は水溶性加工液を高圧で大量に供給していたため、供給不具合はなかったが、最近では、スピンドルスルーの工作機械においてもオイルミストを用いたセミドライ加工を行うという要請が生じている。

上記したスピンドルスルーの工作機械の一例を図３に基づいて説明する。
主軸１内には、軸穴２ａを有するドローバー２が軸方向に移動可能に配置され、該ドローバー２の先端にスリーブ３が連結されている。スリーブ３の外周側にはコレット５が配置されている。また、主軸１は、前記ドローバー２の周囲に軸方向に連続する空隙部を有しており、該空隙部がエア供給路４となっている。また、この空隙には、後方側が固定支持された皿ばね６が配置されており、該皿ばね６の前端には、前記ドローバー２に固定した連結部材７が連結されている。これにより皿ばね６の後方への引張力が連結部材７を介してドローバー２に伝達される。工具ホルダ２０は、主軸１の先端に形成した収納穴１ａに嵌合される嵌合部２１を有し、該嵌合部２１の内周側に係止部２１ａが形成されている。また、工具ホルダ２０は、前記ドローバー２の軸穴２ａに連通する加工液供給管２３を備え、該加工液供給管２３と連通する軸穴２０ａが工具ホルダ２０の先端側に形成されている。前記コレット５は、先端側に、前記係止部２１ａと係合可能な係止部５ａを有しており、上記ドローバー２の軸方向移動によって動作する。

すなわち、上記構造では、ドローバー２が前進している状態では、コレット５の係止部５ａと工具ホルダ２０の係止部２１ａとの係合が解かれ、工具ホルダ２０は主軸１に対し、係脱自在となっている。一方、ドローバー２を後進させると、コレット５の係止部５ａと工具ホルダ２０の係止部２１ａとが係合し、工具ホルダ２０が主軸１に対し固定される。水溶性加工液は、ドローバー２の軸穴２ａから、加工液供給管２３の軸穴２３ａ、工具ホルダ２０の軸穴２０ａを通して図示しない工具の刃先に供給される。また、切り屑の排出は、前記エア供給路４を通り、主軸１の隙間を通って工具先に噴出されるエアによって排除される。

ところで、セミドライ加工を採用する際に、工具に近接させたノズルからオイルミストを吐出して加工点に噴射する方法があるが、ドリル加工などの工作機械で採用しようとすると、切り屑の排出が問題となるために工具の先端からオイルミストを供給する必要がある。
オイルミストの供給方法としては、従来、２通りの方法が知られている。一つはセミドライユニットでミスト化した加工液を回転主軸に供給する方法である。二つ目は、主軸内部にミスト発生機構を装備して、回転する主軸の中でミストを生成して、発生直後に工具先端から吐出するものである（特許文献１参照）、
特開平９−６６４３７号公報

しかし、上記の一つ目の方法では、機械外部でミストを生成して回転主軸に供給するために、配管損失および回転による遠心力の影響で損失が多く、多めの油剤を供給する必要がある。また、二つ目の方法は、回転主軸内部でミストを生成して直ちに工具から吐出するために損失が少ないという利点がある。しかし、内部構造が複雑で非常に高価なシステムになるという問題がある。また、ミストが微細化されないまま供給されやすく、ミストが不均一になるという問題がある。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、従来構造を利用した簡易な構造によって微細なミストを主軸内で生成して工具先からオイルミストを供給することができる工作機械の主軸構造を提供することを目的とする。

すなわち本発明の工作機械の主軸構造のうち、請求項１記載の発明は、先端に工具ホルダが着脱自在に取り付けられる主軸内に、ミスト用オイル供給路となる軸穴を有するドローバーが軸方向に沿って移動可能に配置されているとともに、軸方向に沿ってミスト用エア供給路が形成されており、前記ドローバーの先端側近傍の外周側に該ドローバーの移動に伴って動作をして前記工具ホルダの係脱を行うコレット部材が配置されており、さらに前記ドローバーの先端側には、前記ドローバー軸穴と連通する多孔質体が外表面を露出させて連結されており、前記ミスト用エア供給路は、前記多孔質体外表面が露出する露出空間に連通して該ミスト用エア供給路を移動するエアが前記多孔質体の外表面と接触可能となっており、該露出空間は、前記多孔質体の前方に伸びてミスト移送路を構成し、前記工具ホルダは、ミスト供給路となる軸穴を備え、該工具ホルダ軸穴が前記ミスト移送路に連通するものであることを特徴とする。

請求項２記載の工作機械の主軸構造の発明は、請求項１記載の発明において、前記ドローバーの先端側に、前記多孔質体の外周側に、前記コレット部材を動作させるスリーブが取り付けられており、該スリーブに前記ミスト用エア供給路と前記露出空間とを連通させるスリーブ連通部を有することを特徴とする。

請求項３記載の工作機械の主軸構造の発明は、請求項２記載の発明において、前記スリーブの内周面と前記多孔質体の外周面とは露出空間の一部を構成する小隙間を有しており、該小隙間に、前記ミスト用エア供給路からエアが供給されるようように構成されていることを特徴とする。

請求項４記載の工作機械の主軸構造の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記ミスト用エア供給路は、前記ドローバーの外周側に形成されており、該エア供給路は、前記コレットの周囲空隙または該コレットに形成されたコレット通気部を経て前記露出空間に至るものであることを特徴とする。

すなわち本発明によれば、オイルはドローバーの軸穴を通して供給され、このオイルが、ドローバーに連結した多孔質体の多孔を通して表面に流出して微小液滴や液膜を形成する。前記エア供給路を流れるエアは、前記多孔質体の外表面が露出する空間に流入して外表面に接触するように流れる。多孔質体表面の上記流出液は、このエア流に巻き込まれて、微小液滴のまま、またはさらに液滴が分割されて微小化されてエアに混入される。これにより粒径の大きな加工油液滴が発生することなく安定した微小のオイルミストが直ちに得られる。このミストは、ミスト移送路を通して工具ホルダの軸穴へと供給され、さらに工具を通して工具先端から噴射される。なお、上記エア供給路のエアは、主軸内に配置されたコレット部材やスリーブの周辺を通り、またはこれらに形成された連通部を通して多孔質体外表面が露出する空間に至るように供給される。

また、多孔質体の外周側に配置されるスリーブの内周面と多孔質体の外周面との間に小隙間が形成されるようにして、この小隙間にエア供給路がエアを供給するようにすれば、エアが流れる断面積が小さくなってエア流が増速されてミストの生成がより円滑になされる。なお、ミストを生成する気体としては通常はエアが設けられるが、必要に応じて、窒素、酸素、二酸化炭素などの気体を用いてもよい。

本発明で用いられる多孔質体には、発泡金属、発泡セラミックス、焼結フィルタ、樹脂フィルタあるいは金属繊維によるフィルタなどを用いる。但し、本発明としては、上記した多孔質体材料に限定されるものではなく、その他材質の多孔質体であっても良い。ただし、多孔質体は、液滴用流体供給路から供給される流体が該流出部の液流出表面に移動できることが必要であり、多孔に連続性を有することで液の移動が達成される。

また、上記多孔質体に形成される孔の大きさや密度は特定のものに限定されないが、液流出表面に均等に液滴用の液が流出して十分に微小な液滴や液膜を形成するように定めればよい。例えば孔の大きさとしては円相当径で０．０５〜０．１ｍｍを例示することができる。このような大きさの多孔から液滴用の液として油が流出して油膜を形成すると、０．０１〜０．０５ｍｍ程度の厚さになることが期待される。この厚さは、気体流の吹きつけによって維持されることが期待される厚さである。

気体流の流速は本発明としては特に限定されるものではない。８００〜１２００ｍ／ｓｅｃ程度の流速で問題はない。上記小隙間はこれをさらに増速するものであり、例えば１倍超〜１０倍に達するほどに速度を増大させることも可能である。上記多孔質体から吹き飛ばされてエア中に混入するオイルの液滴は、上記の大きさ程度の多孔からは剥離時で０．０５〜０．１ｍｍ径程度と考えられる。また、エア流中で剪断力を受けてさらに１／５程度の０．０１〜０．０２ｍｍ径程度になることが期待される。但し、上記した数値は例示であって、本発明を特定の範囲に限定するものではないことは勿論である。

また、本発明では、ドローバーの軸方向移動によって上記コレットが動作して工具ホルダの係脱がなされるので、ドローバー本来の機能が損なわれることはなく、工具ホルダの脱着も容易に行うことができる。
なお、スリーブやコレット部材の構造は、本発明としては特定のものに限定されるものではなく、その機能を果たすことができるものであれば適宜の構造のものを用いることができる。

以上説明したように、本発明の工作機械の主軸構造によれば、先端に工具ホルダが着脱自在に取り付けられる主軸内に、ミスト用オイル供給路となる軸穴を有するドローバーが軸方向に沿って移動可能に配置されているとともに、軸方向に沿ってミスト用エア供給路が形成されており、前記ドローバーの先端側近傍の外周側に該ドローバーの移動に伴って動作をして前記工具ホルダの係脱を行うコレット部材が配置されており、さらに前記ドローバーの先端側には、前記ドローバー軸穴と連通する多孔質体が外表面を露出させて連結されており、前記ミスト用エア供給路は、前記多孔質体外表面が露出する露出空間に連通して該ミスト用エア供給路を移動するエアが前記多孔質体の外表面と接触可能となっており、該露出空間は、前記多孔質体の前方に伸びてミスト移送路を構成し、前記工具ホルダは、ミスト供給路となる軸穴を備え、該工具ホルダ軸穴が前記ミスト移送路に連通するものであるので、工具ホルダの係脱に用いられるドローバーを利用して、微細なオイルミストを主軸内で生成して工具先に供給することができる。また、従来構造を利用して構築でき、また、ミストの発生機構も簡易な構造で構成できるので、製造コストの大幅な上昇を招くことなく工具先からのオイルミストの吐出が可能になる。具体的には、回転主軸先端までエアとオイルとを別経路で搬送して、主軸先端側で混合して吐出するものであり、またミストの生成原理は、多孔質体の表面に油膜を作り、それをエアにて吹き飛ばす簡単な構造であるために、故障の少ない安価な構造により構築することができる。エアの経路は、クリーニングエアの供給に用いられるエア供給路を利用して、エア供給路を通るエアをミストの生成部に導くように構成すればよい。またオイルの供給路は、加工液の供給に用いられるドローバーの軸穴を利用することができる。

以下に、本発明の一実施形態を図１、２に基づいて説明する。なお、従来例と同様の構造については同一の符号を付して説明を行うものとする。
工作機械主軸１は、工具ホルダ２０を取り付けるための取付穴１ａを先端に有し、さらに、工具ホルダ２０の脱着を操作するドローバー２が軸方向に沿って配置されており、該ドローバー２の周囲にある空隙がエア供給路４となっている。また、ドローバー２の軸心は、オイル供給路として先端に貫通する軸穴２ａが形成されている。
ドローバー２の外周部には、連結部材７が固定されており、該連結部材７の後方の空隙に、後方側を支持固定した皿ばね６が配置されている。皿ばね６は、引張力を有する状態で前端が連結部材７に固定されている。これにより、皿ばね６の後方への引張力が連結部材７を介してドローバー２に伝達される。

さらに、ドローバー２の先端外周部には、前記取付穴１ａを越える長さで円筒形のスリーブ３が固定されている。また、ドローバー２の先端には、スリーブ３の内周側に位置するようにして、軸穴２ａに連通する多孔質体１０が連結されており、多孔質体１０の外表面と上記スリーブ３とは、小隙間を有している。なお、上記スリーブ３には、上記小隙間に連通する通気穴３ｂが通気部として内外周に貫通するように周方向に沿って複数形成されている。上記小隙間を含む空間１１は、スリーブ３の外周側において主軸１の前端に貫通して、ミスト移送路を構成している。

工具ホルダ２０は、主軸の取り付け穴１ａに嵌合するための筒状の嵌合部２１を有し、該嵌合部２１の先端内周面に内周側に突出する係止部２１ａを有している。
また、上記嵌合部２１の筒穴内には、軸方向に沿って加工液供給管２３が配置されており、該加工液供給管２３の前方側の工具ホルダ２０には、先端側に貫通して工具の軸穴（図示しない）と連通可能な軸穴２０が形成されている。
工具ホルダ２０は、前記取付穴１ａに取り付けた際には、工具ホルダ２０の中央部に設けた加工液供給管２３の後端が、収納穴１ｃ内に位置するとともに、前記スリーブ３に隙間なく内挿されて前記空間１１に連通する。

一方、前記スリーブ３は、先端側外周面に外周側に膨出する膨出部３ａが形成されており、該スリーブ３の外周側にはコレット５が配置されている。コレット５は、先端側外周面に外周側に突出した係止部５ａを有しており、該係止部５ａを前方に位置させ、前記係止部２１ａを後方側に位置させて両係止部５ａ、２１ａが互いに係合可能になっている。また、コレット５の後端側は厚肉になって、外周側に膨出する凸部５ｂと内周側に膨出する凸部５ｃとを有しており、主軸１の内周面に形成した凹溝１ｂと凸部５ｂの嵌合が可能になっている。なお、前記凹溝１ｂの先端側の溝面は、内周側が前方に位置するように前方に傾斜したテーパ面で形成されており、コレット５の凸部５ｂの先端面は後方に傾斜するテーパ面で形成されている。したがって、コレット５は、前記両テーパ面を介して凸部５ｂと凹溝１ｂとの嵌め合いによって斜め方向にスライドしながら径方向内側または外側への移動が可能になっている。また、ドローバー２の外周面には、前記凸部５ｃと当接可能な大径部２ｂが形成されている。さらにコレット５の後端には、前記連結部材７との間に付勢部材８が配置されており、連結部材５の前進によってコレット５に前方に向けた付勢力を付与することができるように構成されている。

また、コレット５は、スリーブ３の膨出部３ａの後方側に位置してスリーブ３の薄肉部に接した状態では、前記係止部５ａは、前記係止部２１ａの内周側に位置して互いの係止が解かれるように構成されている。この際には、コレットの凸部５ｃは、ドローバー２の大径部２ｂの後方側に位置して互いに干渉しないように構成されている。

上記構造では、工具ホルダ２０の脱着を行う際には、皿ばね６の引張力に抗してドローバー２を軸方向前方に移動させる。すると、ドローバー２が多少前進した後に、付勢部材８の付勢力によってコレット５を前方に押し出す。コレット５は、凹溝１ｂと当接する凹部５ｂの先端面のテーパ形状に従って、内周側に寄せられつつ僅かに前進する。該前進に際しては、スリーブ３が優先して前進するため、コレット５の先端は、スリーブ３の膨出部３ａの後方に位置し、ドローバー２の大径部２ｂは、コレット５の凸部５ｃの前方に位置する。これによりコレット５の係止部５ａは工具ホルダ２０の係止部２１ａよりも内周側に位置して互いの係合が解かれる。この結果、工具ホルダ２０の嵌合部２１を取付穴１ａから取り外すことができ、また新たに工具ホルダ２０の嵌合部２１を前記取り付け穴１ａに挿入することができる。

次に、装着した工具ホルダ２０を固定する場合には、上記ドローバー２を軸方向に沿って後方側に移動させる。すると、スリーブ３の膨出部３ａもドローバー２に連れて後進し、コレット５の内周側に入り込んでコレット５を外周側に押し上げるとともに、ドローバー２の大径部２ｂがコレット５の凸部５ｃの内周側に入り込んで同じくコレット５を外周側に押し上げる。すると、コレット５は凸部５ｂと凹溝１ｂの嵌合面のテーパ形状に倣いながら外周側に押し出されながら僅かに後進し、係止部５ａが係止部２１ａに係止するとともに、凸部５ｂが凹部１ｂに嵌合する。スリーブ３は、ドローバー２を介して皿ばね６によって引っ張られた状態が維持され、コレット５は、スリーブ３の膨出部３ａの外周面とドローバー２の大径部２ｂの外周面とによって外周側に押圧されて固定された状態になる。上記ドローバー２の移動に際しては、多孔質体１０は、常に空間１１内、すなわちスリーブ３内にあり、他の部材との干渉は生じておらず、ドローバー２の本来の機能は妨げられない。

上記のようにして主軸１に工具ホルダ２０を固定した工作機械において加工を行うと主軸１および加工ホルダ２０が回転する。この際にオイルミストを間欠的に吐出するものとすると、これに合わせてオイルがドローバー２の軸穴２ａを通して先方に噴射され、多孔質体１０の多孔に含浸される。多孔質体１０に含浸したオイルは、さらに多孔質体１０の外表面に至り、表面の多孔から流出したオイルが微小油滴または油膜状となる。

一方、エア供給路４では、常時、またはオイルミストの吐出に合わせてエアが供給される。エアは、エア供給路４を通して前方側に流れ、コレット５の周辺の隙間を通り、さらにスリーブ３の複数の通気穴３ｂを通してスリーブ３と多孔質体１０との小隙間に噴射される。エア流は、この小隙間によって増速され、多孔質体１０の外周面から先端面に沿って多孔質体１０の外表面と接触しつつ空間１１を移動する。その結果、多孔質体１０の表面から微小油滴が次々と効果的に剥離し、エア中に巻き込まれてミスト化される。このオイルミストは、空間１１を通して前方側に流れ、加工液供給管２３の軸穴２３ａ内に移動する。この際に、空間１１は、スリーブ３によって周囲が囲まれているので、オイルミストは確実に軸穴２３ａに至り、さらに軸穴２３ａから軸穴２０ａへと移動し、図示しない工具の先端から吐出される。上記ミストは、微細な液滴が安定して生成されており、その後、直ちに工具ホルダから工具へと移動し、加工点（図示しない）へと供給されることにより良好な潤滑性を与えて工作機械によるセミドライ加工を良好に行うことを可能にする。
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。

本発明の一実施形態を示す断面図である。 同じく一部拡大断面図である。 従来のスピンドルスルーの工作機械の主軸構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 主軸
２ ドローバー
２ａ 軸穴
３ スリーブ
３ｂ 通気穴
５ コレット
１０ 多孔質体
１１ 空間
２０ 工具ホルダ
２０ａ 軸穴
２３ 加工液供給管
２３ａ 軸穴

Claims (4)

1. 先端に工具ホルダが着脱自在に取り付けられる主軸内に、ミスト用オイル供給路となる軸穴を有するドローバーが軸方向に沿って移動可能に配置されているとともに、軸方向に沿ってミスト用エア供給路が形成されており、前記ドローバーの先端側近傍の外周側に該ドローバーの移動に伴って動作をして前記工具ホルダの係脱を行うコレット部材が配置されており、さらに前記ドローバーの先端側には、前記ドローバー軸穴と連通する多孔質体が外表面を露出させて連結されており、前記ミスト用エア供給路は、前記多孔質体外表面が露出する露出空間に連通して該ミスト用エア供給路を移動するエアが前記多孔質体の外表面と接触可能となっており、該露出空間は、前記多孔質体の前方に伸びてミスト移送路を構成し、前記工具ホルダは、ミスト供給路となる軸穴を備え、該工具ホルダ軸穴が前記ミスト移送路に連通するものであることを特徴とする工作機械の回転主軸構造。
2. 前記ドローバの先端側には、前記多孔質体の外周側に、前記コレット部材を動作させるスリーブが取り付けられており、該スリーブに前記ミスト用エア供給路と前記露出空間とを連通させるスリーブ連通部を有することを特徴とする請求項１記載の工作機械の回転主軸構造。
3. 前記スリーブの内周面と前記多孔質体の外周面とは露出空間の一部を構成する小隙間を有しており、該小隙間に、前記ミスト用エア供給路からエアが供給されるようように構成されていることを特徴とする請求項２記載の工作機械の主軸構造。
4. 前記ミスト用エア供給路は、前記ドローバーの外周側に形成されており、該エア供給路は、前記コレットの周囲空隙または該コレットに形成されたコレット通気部を経て前記露出空間に至るものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械の主軸構造。

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