JP2011073090A - 回転工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】冷気のエネルギー損失を抑え、被加工物における加工部位の制約を受けることなく、効果的に回転切削加工を行うことができる回転工具ホルダを提供すること。
【解決手段】回転工具ホルダ１は、ホルダ本体２において回転主軸の回転中心軸線Ｏと同一軸線上に設けたチューブ収納穴３１に、ボルテックス効果を利用して圧縮空気Ａから冷気Ｃ２を発生させるボルテックスチューブ４を収納してなる。ホルダ本体２には、シャンク部２３の中心位置からチューブ収納穴３１の外周側位置を通って渦発生部４１まで圧縮空気Ａを導く圧縮空気通路３２と、チューブ収納穴３１の基端側の外周側へ旋回暖気流Ｈ１による暖気Ｈ２を排気する排気口３３とが形成してある。回転工具ホルダ１は、旋回冷気流Ｃ１による冷気Ｃ２を、回転工具７に設けた冷気穴７１又は回転工具７の外縁から噴出させるよう構成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転駆動力を発生させる回転主軸に保持し、回転工具を保持して用いる回転工具ホルダに関する。

ドリル、エンドミル等の回転工具を保持して工作機械の回転主軸に着脱可能にした回転工具ホルダは、切削部位の冷却を行うために切削油を用いることが一般的である。この切削油は、例えば、特許文献１の切削加工方法および装置においては、シャンク部から切刃部に向けてクーラント供給溝を形成した切削工具を工具ホルダに装着し、切削工具を回転させながらワークを切削加工することが開示されている。これにより、切削工具先端の切刃部のすくい面へクーラントが直接噴出されるようにしている。

また、切削油（クーラント）を用いる代わりに、冷風を工具先端に吹き付けることによって、加工部位を冷却しながら加工する方法もある。しかしながら、この加工方法は、冷風を加工部位に供給するまでのエネルギー損失が大きく、また、被加工物における加工部位が制約されるといった欠点がある。
これに対し、特許文献２の切削工具においては、ボルテックスチューブを用いた冷風発生器を工具本体に一体に組み付け、冷風によって加工部位を冷却することが開示されている。これによれば、エネルギー損失を抑制し、加工部位の制約を少なくすることができる。

特開平６−１３４６４８号公報 特表２００９−５２８９２３号公報

しかしながら、特許文献２の切削工具は、旋盤に取り付けて旋削加工を行うものであり、切削時に切削工具が回転することがなく、切削工具が固定されたままとなる。そのため、特許文献２においては、回転切削加工を行う際に用いる回転工具ホルダについて、ボルテックスチューブを採用した具体的構成は何ら開示されていない。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、冷気のエネルギー損失を抑え、被加工物における加工部位の制約を受けることなく、効果的に回転切削加工を行うことができる回転工具ホルダを提供しようとするものである。

第１の発明は、ホルダ本体の基端に設けたシャンク部を回転駆動力を発生させる回転主軸に保持し、上記ホルダ本体の先端に設けた工具保持部に回転工具を保持して用いる回転工具ホルダにおいて、
該回転工具ホルダは、上記ホルダ本体において上記回転主軸の回転中心軸線と同一軸線上に設けたチューブ収納穴に、ボルテックス効果を利用して圧縮空気から冷気を発生させるボルテックスチューブを収納してなり、
該ボルテックスチューブは、先端側に渦発生部を有し、該渦発生部に流入する圧縮空気によって先端側から基端側へ通過する自由渦による旋回暖気流を発生させると共に、該旋回暖気流の中心側に基端側から先端側へ通過する強制渦による旋回冷気流を発生させるよう構成してあり、
上記ホルダ本体には、上記シャンク部の中心位置から上記チューブ収納穴の外周側位置を通って上記渦発生部まで圧縮空気を導く圧縮空気通路と、上記チューブ収納穴の基端側の外周側へ上記旋回暖気流による暖気を排気する排気口とが形成してあり、
上記旋回冷気流による冷気を、上記回転工具に設けた冷気穴又は上記回転工具の外縁から噴出させるよう構成したことを特徴とする回転工具ホルダにある（請求項１）。

第２の発明は、ホルダ本体の基端に設けたシャンク部を回転駆動力を発生させる回転主軸に保持し、上記ホルダ本体の先端に設けた工具保持部に回転工具を保持して用いる回転工具ホルダにおいて、
該回転工具ホルダは、上記ホルダ本体において上記回転主軸の回転中心軸線と同一軸線上に設けたチューブ収納穴に、ボルテックス効果を利用して圧縮空気から冷気を発生させるボルテックスチューブを収納してなり、
該ボルテックスチューブは、先端側に渦発生部を有し、該渦発生部に流入する圧縮空気によって先端側から基端側へ通過する自由渦による旋回暖気流を発生させると共に、該旋回暖気流の中心側に基端側から先端側へ通過する強制渦による旋回冷気流を発生させるよう構成してあり、
上記ホルダ本体の外周には、該ホルダ本体を回転可能に支持する回転支持部材が設けてあり、
該回転支持部材には、上記渦発生部まで圧縮空気を導く圧縮空気通路を形成した通路部材が設けてあり、
上記旋回冷気流による冷気を、上記回転工具に設けた冷気穴又は上記回転工具の外縁から噴出させるよう構成したことを特徴とする回転工具ホルダにある（請求項４）。

第１の発明は、回転切削加工に用いる回転工具ホルダに対して、ボルテックスチューブを採用した具体的構造を提供するものである。
具体的には、回転工具ホルダは、回転主軸によって回転する際の遠心力の発生を考慮して、ホルダ本体において回転主軸の回転中心軸線と同一軸線上に設けたチューブ収納穴に、ボルテックスチューブを収納してなる。これにより、回転工具ホルダが回転する際の遠心力の発生を抑制することができる。

また、ホルダ本体には、圧縮空気通路を、シャンク部の中心位置からチューブ収納穴の外周側位置を通って渦発生部まで形成している。これにより、省スペースで圧縮空気通路を形成することができ、ホルダ本体の内部を利用して圧縮空気を渦発生部まで導くことができる。
また、ボルテックスチューブから排気される暖気は、チューブ収納穴の基端側の外周側へ形成した排気口から外部へ排気することができる。これにより、回転工具ホルダの回転に伴って排気口が回転しながら外部へ暖気を排気することになり、対流熱伝達が作用して、回転工具ホルダの排気口の周辺が局所的に過熱されることを抑制することができる。

そして、回転工具ホルダの工具保持部に保持した回転工具によって被加工物に回転切削加工を行う際には、圧縮空気通路からボルテックスチューブにおける渦発生部に圧縮空気が導かれる。ボルテックスチューブによって発生された旋回冷気流による冷気が、回転工具に設けた冷気穴又は回転工具の外縁から噴出され、回転切削部位に吹き付けられる。
これにより、回転切削加工を行う際に、回転工具の直近において冷気を発生させ、冷気のエネルギー損失を抑えることができる。また、回転工具ホルダの内部から回転工具へ冷気を供給することができることにより、回転工具の周辺に障害物が存在しない。これにより、被加工物における加工部位の制約を受けることなく、効果的に回転切削加工を行うことができる。

第２の発明も、回転切削加工に用いる回転工具ホルダに対して、ボルテックスチューブを採用した具体的構造を提供するものである。
具体的には、第１の発明と同様に、回転工具ホルダの構成によって、回転する際の遠心力の発生を抑制することができ、排気口の周辺が局所的に過熱されることを抑制することができる。また、ボルテックスチューブにおける渦発生部へは、ホルダ本体を回転可能に支持する回転支持部材に設けた通路部材の圧縮空気通路から圧縮空気を導くことができる。また、本発明においても、冷気のエネルギー損失を抑えることができ、被加工物における加工部位の制約を受けることなく、効果的に回転切削加工を行うことができる。

実施例１における、回転工具ホルダを示す断面説明図。 実施例１における、回転主軸に保持した回転工具ホルダを示す断面説明図。 実施例１における、ドリルを保持した工具保持部の周辺を示す断面説明図。 実施例１における、エンドミルを保持した工具保持部の周辺を示す断面説明図。 実施例２における、回転支持部材及び通路部材を外周に配設した回転工具ホルダを示す断面説明図。

上述した第１、第２の発明の回転工具ホルダにおける好ましい実施の形態につき説明する。
第１の発明において、上記ホルダ本体は、内側嵌合部及び上記シャンク部を形成してなる基端側本体部と、上記内側嵌合部の外周に嵌合する外側嵌合部及び上記工具保持部を形成してなる先端側本体部とを組み付けてなり、かつ上記基端側本体部と上記先端側本体部との間に形成した上記チューブ収納穴に上記ボルテックスチューブを収納してなり、上記圧縮空気通路は、上記外側嵌合部を通って形成してあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、チューブ収納穴を容易に形成することができ、回転加工ホルダをコンパクトに形成することができる。

また、上記圧縮空気通路は、上記シャンク部の中心位置に上記回転中心軸線の方向に平行に設けた基端側通路部と、上記チューブ収納穴の外周側位置に上記回転中心軸線の方向に平行に設けた外周側通路部とを、上記シャンク部の外周から斜め先端側へ設けた傾斜通路部によって連通させ、該傾斜通路部における上記シャンク部の外周から埋め栓を設けてなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、ホルダ本体の内部に、圧縮空気通路をコンパクトに形成することができる。

以下に、本発明の回転工具ホルダにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
本例の回転工具ホルダ１は、図１に示すごとく、ホルダ本体２の基端に設けたシャンク部２３を回転駆動力を発生させる回転主軸６に保持し、ホルダ本体２の先端に設けた工具保持部２４に回転工具７を保持して用いるものである。
回転工具ホルダ１は、ホルダ本体２において回転主軸６の回転中心軸線Ｏと同一軸線上に設けたチューブ収納穴３１に、ボルテックス効果を利用して圧縮空気Ａから冷気Ｃ２を発生させるボルテックスチューブ４を収納してなる。ボルテックスチューブ４は、先端側に渦発生部４１を有し、渦発生部４１に流入する圧縮空気Ａによって先端側から基端側へ通過する自由渦による旋回暖気流Ｈ１を発生させると共に、旋回暖気流Ｈ１の中心側に基端側から先端側へ通過する強制渦による旋回冷気流Ｃ１を発生させるよう構成してある。
図１において、基端側を矢印Ｌ１で示し、先端側を矢印Ｌ２で示す。

ホルダ本体２には、シャンク部２３の中心位置からチューブ収納穴３１の外周側位置を通って渦発生部４１まで圧縮空気Ａを導く圧縮空気通路３２と、チューブ収納穴３１の基端側の外周側へ旋回暖気流Ｈ１による暖気Ｈ２を排気する排気口３３とが形成してある。そして、図３に示すごとく、回転工具ホルダ１は、旋回冷気流Ｃ１による冷気Ｃ２を、回転工具７に設けた冷気穴７１又は回転工具７の外縁から噴出させるよう構成してある。

以下に、本例の回転工具ホルダ１につき、図１〜図４を参照して詳説する。
図２に示すごとく、本例の回転工具ホルダ１は、工作機械６０の回転主軸６におけるチャック部に保持され、工具保持部２４に保持するドリル７Ａ、エンドミル７Ｂ、リーマ等の回転工具７によって被加工物に回転切削加工を行うために用いる。
シャンク部２３は、基端（上方先端）に向かうに連れて縮径するテーパ状に形成してあり、シャンク部２３の基端には、スタッド部２３１が取り付けられている。また、シャンク部２３の下端側に隣接する部位には、回転主軸６に保持する回転工具ホルダ１の回止めを行う回止め溝（図示略）が周方向の対向位置に一対に形成されている。

図１に示すごとく、ホルダ本体２は、内側嵌合部２１１及びシャンク部２３を形成してなる基端側本体部２１と、内側嵌合部２１１の外周に嵌合する外側嵌合部２２１及び工具保持部２４を形成してなる先端側本体部２２とを組み付けてなる。チューブ収納穴３１は、基端側本体部２１内に形成した穴部分３１１と、基端側本体部２１と先端側本体部２２との間の空間３１２とによって連続して形成してある。
ボルテックスチューブ４は、基端側本体部２１と先端側本体部２２との間の空間３１２に渦発生部４１を配置し、残りのチューブ部４２を基端側本体部２１の穴部分３１１に配置して収納されている。チューブ部４２における基端側部分には、暖気Ｈ２の排気量を調整するバルブ４３が配設されている。

圧縮空気通路３２は、シャンク部２３の中心位置に回転中心軸線Ｏの方向に平行に設けた基端側通路部３２１と、チューブ収納穴３１の外周側位置に回転中心軸線Ｏの方向に平行に設けた外周側通路部３２２とを、シャンク部２３の外周から斜め先端側へ設けた傾斜通路部３２３によって連通させ、傾斜通路部３２３におけるシャンク部２３の外周に位置する端部に埋め栓３２４を設けてなる。
外周側通路部３２２は、基端側通路部３２１内と外側嵌合部２２１内とに連続して形成してある。先端側本体部２２の外側嵌合部２２１の周方向部位において、外周側通路部３２２を形成した部位と異なる部位には、基端側本体部２１と先端側本体部２２との回止め及び抜け防止を行う止め具２７が設けてある。傾斜通路部３２３は、シャンク部２３の一対の回止め溝の周方向の対向部位に直交する方向に傾斜して形成してある。

図３に示すごとく、工具保持部２４は、先端側本体部２２の開口部に、先端側から基端側に向けて縮径するテーパ状の外周を有するコレット２５を配置してなる。そして、先端側本体部２２の先端外周部に螺合するナット２６を締め付けることによってコレット２５を中心側へ移動させ、回転工具７を保持するよう構成してある。

図１〜図３は、工具保持部２４に回転工具７としてのドリル７Ａを保持した状態を示す図である。ドリル７Ａには、その外周に２条の切屑排出溝７３が形成してあり、かつその内部に２条の切屑排出溝７３の螺旋形状に沿った螺旋状の冷気穴７１が貫通形成してある。そして、ボルテックスチューブ４によって発生した冷気Ｃ２は、ドリル７Ａにおける冷気穴７１を通って、ドリル７Ａの先端における切刃７２の周辺から噴出される。なお、図１〜図３においては、便宜上、冷気穴７１を直線形状で示す。
また、先端に切刃７２が形成される回転工具７であれば、回転工具７の中心軸線方向に平行に１本又は複数本の冷気穴７１を貫通形成することもできる。

図４は、工具保持部２４に回転工具７としてのエンドミル７Ｂを保持した状態を示す図である。エンドミル７Ｂには、その外周に複数の切刃７２が形成してある。また、コレット２５の内周における周方向の複数箇所には、ボルテックスチューブ４によって発生した冷気Ｃ２をエンドミル７Ｂの外縁（外周）へ向けて通過させるスリット２５１が形成してある。
そして、ボルテックスチューブ４によって発生した冷気Ｃ２は、エンドミル７Ｂにおける外周に軸線方向に沿って噴出される。

本例の回転工具ホルダ１は、回転主軸６によって回転する際の遠心力の発生を考慮して、ホルダ本体２において回転主軸６の回転中心軸線Ｏと同一軸線上に設けたチューブ収納穴３１に（本例では、回転中心軸線Ｏとチューブ収納穴３１の穴中心線とが一致している。）、ボルテックスチューブ４を収納してなる。これにより、回転工具ホルダ１が回転する際の遠心力の発生を抑制することができる。

また、ホルダ本体２には、圧縮空気通路３２を、シャンク部２３の中心位置からチューブ収納穴３１の外周側位置を通って渦発生部４１まで形成している。これにより、省スペースで圧縮空気通路３２を形成することができ、ホルダ本体２の内部を利用して圧縮空気Ａを渦発生部４１まで導くことができる。
また、ボルテックスチューブ４から排気される暖気Ｈ２は、チューブ収納穴３１の基端側の外周側へ形成した排気口３３から外部へ排気することができる。これにより、回転工具ホルダ１の回転に伴って排気口３３が回転しながら外部へ暖気Ｈ２を排気することになり、対流熱伝達が作用して、回転工具ホルダ１の排気口３３の周辺が局所的に過熱されることを抑制することができる。

そして、回転工具ホルダ１の工具保持部２４に保持した回転工具７によって被加工物に回転切削加工を行う際には、圧縮空気通路３２からボルテックスチューブ４における渦発生部４１に圧縮空気Ａが導かれる。ボルテックスチューブ４によって発生された旋回冷気流Ｃ１による冷気Ｃ２が、回転工具７に設けた冷気穴７１又は回転工具７の外縁（外周）から噴出され、回転切削部位に吹き付けられる。
これにより、回転切削加工を行う際に、回転工具７の直近において冷気Ｃ２を発生させ、冷気Ｃ２のエネルギー損失を抑えることができる。また、回転工具ホルダ１の内部から回転工具７へ冷気Ｃ２を供給することができることにより、回転工具７の周辺に障害物が存在しない。これにより、被加工物における加工部位の制約を受けることなく、効果的に回転切削加工を行うことができる。

（実施例２）
本例は、図５に示すごとく、圧縮空気通路３２をホルダ本体２の内部ではなく、ホルダ本体２の外部に設けた回転工具ホルダ１を示す例である。
本例のホルダ本体２の外周には、ホルダ本体２を回転可能に支持する回転支持部材５が設けてある。回転支持部材５には、渦発生部４１まで圧縮空気Ａを導く圧縮空気通路３２を形成した通路部材５４が設けてある。
本例のホルダ本体２における先端側本体部２２の先端側部分には、ボルテックスチューブ４の渦発生部４１に連通される圧縮空気通路３２の一部が形成してあり、この圧縮空気通路３２の一部には、先端側本体部２２の先端側部分の全周に設けた環状溝３４が連通されている。

ホルダ本体２は、ベアリング５３を介して回転支持部材５におけるリング状の支持本体部５１に回転支持してあり、支持本体部５１の内周とホルダ本体２の外周との間には、リング状のシールケース部５２が嵌め込んである。シールケース部５２は、ホルダ本体２の外周との間及び支持本体部５１の内周との間にシール材５２１を配置してなる。
本例においても、回転工具ホルダ１のその他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ 回転工具ホルダ
２ ホルダ本体
２１ 基端側本体部
２２ 先端側本体部
２３ シャンク部
２４ 工具保持部
３１ チューブ収納穴
３２ 圧縮空気通路
３３ 排気口
４ ボルテックスチューブ
４１ 渦発生部
５ 回転支持部材
５４ 通路部材
６ 回転主軸
７ 回転工具
７１ 冷気穴
Ａ 圧縮空気
Ｈ１ 旋回暖気流
Ｈ２ 暖気
Ｃ１ 旋回冷気流
Ｃ２ 冷気

Claims (4)

1. ホルダ本体の基端に設けたシャンク部を回転駆動力を発生させる回転主軸に保持し、上記ホルダ本体の先端に設けた工具保持部に回転工具を保持して用いる回転工具ホルダにおいて、
   該回転工具ホルダは、上記ホルダ本体において上記回転主軸の回転中心軸線と同一軸線上に設けたチューブ収納穴に、ボルテックス効果を利用して圧縮空気から冷気を発生させるボルテックスチューブを収納してなり、
   該ボルテックスチューブは、先端側に渦発生部を有し、該渦発生部に流入する圧縮空気によって先端側から基端側へ通過する自由渦による旋回暖気流を発生させると共に、該旋回暖気流の中心側に基端側から先端側へ通過する強制渦による旋回冷気流を発生させるよう構成してあり、
   上記ホルダ本体には、上記シャンク部の中心位置から上記チューブ収納穴の外周側位置を通って上記渦発生部まで圧縮空気を導く圧縮空気通路と、上記チューブ収納穴の基端側の外周側へ上記旋回暖気流による暖気を排気する排気口とが形成してあり、
   上記旋回冷気流による冷気を、上記回転工具に設けた冷気穴又は上記回転工具の外縁から噴出させるよう構成したことを特徴とする回転工具ホルダ。
2. 請求項１において、上記ホルダ本体は、内側嵌合部及び上記シャンク部を形成してなる基端側本体部と、上記内側嵌合部の外周に嵌合する外側嵌合部及び上記工具保持部を形成してなる先端側本体部とを組み付けてなり、
   上記チューブ収納穴は、上記基端側本体部内及び該基端側本体部と上記先端側本体部との間の空間に連続して形成してあり、
   上記圧縮空気通路は、上記外側嵌合部内を通って形成してあることを特徴とする回転工具ホルダ。
3. 請求項１又は２において、上記圧縮空気通路は、上記シャンク部の中心位置に上記回転中心軸線の方向に平行に設けた基端側通路部と、上記チューブ収納穴の外周側位置に上記回転中心軸線の方向に平行に設けた外周側通路部とを、上記シャンク部の外周から斜め先端側へ設けた傾斜通路部によって連通させ、該傾斜通路部における上記シャンク部の外周に位置する端部に埋め栓を設けてなることを特徴とする回転工具ホルダ。
4. ホルダ本体の基端に設けたシャンク部を回転駆動力を発生させる回転主軸に保持し、上記ホルダ本体の先端に設けた工具保持部に回転工具を保持して用いる回転工具ホルダにおいて、
   該回転工具ホルダは、上記ホルダ本体において上記回転主軸の回転中心軸線と同一軸線上に設けたチューブ収納穴に、ボルテックス効果を利用して圧縮空気から冷気を発生させるボルテックスチューブを収納してなり、
   該ボルテックスチューブは、先端側に渦発生部を有し、該渦発生部に流入する圧縮空気によって先端側から基端側へ通過する自由渦による旋回暖気流を発生させると共に、該旋回暖気流の中心側に基端側から先端側へ通過する強制渦による旋回冷気流を発生させるよう構成してあり、
   上記ホルダ本体の外周には、該ホルダ本体を回転可能に支持する回転支持部材が設けてあり、
   該回転支持部材には、上記渦発生部まで圧縮空気を導く圧縮空気通路を形成した通路部材が設けてあり、
   上記旋回冷気流による冷気を、上記回転工具に設けた冷気穴又は上記回転工具の外縁から噴出させるよう構成したことを特徴とする回転工具ホルダ。

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