JP2016147326A - 工具ホルダ - Google Patents

Abstract

【課題】加工精度の低下を抑制する工具ホルダを提供する。
【解決手段】工具ホルダ１０は、把持部２１と切削部２２と冷却通路２３とを備える。把持部２１は、工作機械１１の主軸１２に把持される。切削部２２は、把持部２１と一体に成形され、切削工具１３が取り付けられる。冷却通路２３は、把持部２１および切削部２２の内部に設けられている。冷却通路２３は、基幹部４１の全体が螺旋状となるように形成されている。このように冷却通路２３が螺旋状である場合、冷却通路２３が直線状である場合と比べると、径方向のより広い範囲に冷却水を導くことができる。そのため、工具ホルダ１０の径方向内側から外側までが広範囲に冷やされる。したがって、切削工具１３の熱が十分に工具ホルダ１０に逃がされ、切削工具１３の温度上昇が抑えられる。その結果、切削工具１３の熱膨張による寸法変化に起因して加工精度が低下することを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、工具ホルダに関する。

所定の回転軸心まわりに回転しながら被加工物を切削する切削工具、を保持する工具ホルダが知られている。工具ホルダは、切削工具が取り付けられる切削部と、例えばマシニングセンタ等の工作機械の主軸に把持される把持部と、を備える。特許文献１に開示された工具ホルダにはドリルが取り付けられる。工具ホルダは、回転軸心に沿って軸方向へ延びる直線状の冷却通路を有する。

特開２００６−３２６６９６号公報

切削時に発生する熱すなわち切削熱の一部は、切削工具から工具ホルダに伝わる。そして、工具ホルダに伝わった熱は、冷却通路を流れる冷却水に吸熱される。これにより、切削工具および工具ホルダの温度上昇が抑えられる。
しかし、冷却通路が回転軸心に沿う直線状の通路だけだと、工具ホルダの径方向外側を十分に冷やすことができない。そのため、より過酷な加工条件で加工したとき、切削工具の熱を十分に工具ホルダに逃がすことができなくなる可能性がある。

したがって、切削工具の熱膨張による寸法変化に起因して加工精度が低下するおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工精度の低下を抑制する工具ホルダを提供することである。

本発明は、所定の回転軸心まわりに回転しながら被加工物を切削する切削工具、を保持する工具ホルダであって、把持部と切削部と冷却通路とを備える。把持部は、工作機械の主軸に把持される。切削部は、把持部と一体に成形され、切削工具が取り付けられる。冷却通路は、把持部および切削部の内部に設けられている。冷却通路は、少なくとも一部が螺旋状となるように形成されている

このように冷却通路の一部または全部が螺旋状である場合、冷却通路が直線状である場合と比べると、径方向のより広い範囲に冷却水を導くことができる。そのため、工具ホルダの径方向内側から外側までが広範囲に冷やされる。したがって、切削工具の熱が十分に工具ホルダに逃がされ、切削工具の温度上昇が抑えられる。その結果、切削工具の熱膨張による寸法変化に起因して加工精度が低下することを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による工具ホルダが工作機械の主軸に取り付けられた状態を示す模式図である。 図１の切削工具付きの工具ホルダの斜視図である。 図２の切削工具付きの工具ホルダを矢印ＩＩＩ方向から見た図である。 図２の切削工具付きの工具ホルダを矢印ＩＶ方向から見た図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 図３のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 本発明の第２実施形態による工具ホルダの外観図であって、切削部付近の拡大図である。 本発明の第３実施形態による工具ホルダの縦断面図である。 本発明の第４実施形態による工具ホルダの縦断面図である。 本発明の第５実施形態による工具ホルダの縦断面図である。 本発明の第６実施形態による工具ホルダの縦断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による工具ホルダを図１に示す。工具ホルダ１０は、工作機械１１の主軸１２に取り付けられる。主軸１２は、回転軸心ＡＸまわりに回転駆動する被駆動軸である。

工具ホルダ１０には切削工具１３Ａ、１３Ｂが取り付けられる。本実施形態では、切削工具１３Ａ、１３Ｂは、交換式の刃物すなわちスローアウェイチップである。切削工具１３Ａ、１３Ｂは、工具ホルダ１０と共に回転軸心ＡＸまわりに回転しながら刃先１４で被加工物１５を切削する。図１では、工具ホルダ１０は中ぐり加工に使われている。以下、切削工具１３Ａ、１３Ｂを区別しないときは「切削工具１３」と記載する。

図２および図３に示すように、工具ホルダ１０は、把持部２１と、切削部２２と、冷却通路２３とを備える。把持部２１および切削部２２は、金属製であり、同一材料から一体に成形されている。以下、工具ホルダ１０の回転方向のことを「回転方向Ｒ」と記載する。

把持部２１は、主軸１２（図１参照）に把持される部分であり、円柱状に形成されている。
図３に示すように、切削部２２は、把持部２１側から順に設けられた基部２４と工具取付部２５と工具取付部２６とを有する。基部２４は円柱状に形成されている。

図５に示すように、工具取付部２５は、回転軸心ＡＸ付近の軸心部３１と、軸心部３１から径方向外側へ突き出す２つの突出部３２と、を有する。突出部３２のうち回転方向Ｒの後方側の外壁には、切削工具１３Ａが取り付けられる。本実施形態では、切削工具１３Ａは、上記外壁に形成された凹部３３に嵌められるとともに、押さえ部材３４により固定される。切削工具１３Ａの刃先１４は、突出部３２よりも径方向外側へ突き出すように設けられる。

図６に示すように、工具取付部２６は、回転軸心ＡＸ付近の軸心部３５と、軸心部３５から径方向外側へ突き出す２つの突出部３６と、を有する。突出部３６のうち回転方向Ｒの後方側の外壁には、切削工具１３Ｂが取り付けられる。本実施形態では、切削工具１３Ｂは、上記外壁に形成された凹部３７に嵌められるとともに、押さえ部材３４により固定される。切削工具１３Ｂの刃先１４は、突出部３６よりも径方向外側へ突き出すように設けられる。

図３、図５〜図７に示すように、冷却通路２３は、把持部２１の内部および切削部２２の内部に設けられている。冷却通路２３は、把持部２１から切削部２２側へ延びる基幹部４１と、基幹部４１から分岐して複数の対向壁部４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄのいずれか１つまで延びる複数の分岐部４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄと、を含む。以下、分岐部４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄを区別しないときは「分岐部４３」と記載する。

対向壁部４２Ａは、回転方向Ｒにおいて一方の切削工具１３Ａと対向する壁部であり、工具取付部２５の軸心部３１に位置する。対向壁部４２Ｂは、回転方向Ｒにおいて他方の切削工具１３Ａと対向する壁部であり、工具取付部２５の軸心部３１に位置する。対向壁部４２Ｃは、回転方向Ｒにおいて一方の切削工具１３Ｂと対向する壁部であり、工具取付部２６の軸心部３５に位置する。対向壁部４２Ｄは、回転方向Ｒにおいて他方の切削工具１３Ｂと対向する壁部であり、工具取付部２６の軸心部３５に位置する。以下、対向壁部４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄを区別しないときは「対向壁部４２」と記載する。対向壁部４２は、複数の切削工具１３に対応して複数設けられる。

図７に示すように、基幹部４１は、把持部２１と基部２４と軸心部３１と軸心部３５とに跨って形成されている。基幹部４１は、把持部２１の端面に開く入口４４から、軸心部３５に位置する分岐箇所４５まで、全体が螺旋状である。すなわち、冷却通路２３は、少なくとも一部が螺旋状となるように形成されている。図２に示すように、基幹部４１は、回転軸心ＡＸの周りを１周以上周回している。

図５〜図７に示すように、分岐部４３Ａ、４３Ｂは、軸心部３１に位置する分岐箇所４６から、対向壁部４２の外壁面に開く出口４７Ａ、４７Ｂまで延びている。分岐部４３Ｃ、４３Ｄは、軸心部３５に位置する分岐箇所４５から、対向壁部４２の外壁面に開く出口４７Ｃ、４７Ｄまで延びている。以下、出口４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃ、４７Ｄを区別しないとき「出口４７」と記載する。出口４７は、切削工具１３に向かって開いている。図２、図７に示すように、分岐部４３を流れて出口４７から外部へ飛び出す冷却水は、矢印Ｘで示すように切削工具１３にかかる。

冷却通路２３は、出口４７における冷却水の圧力が全ての出口４７で同じとなるように形成されている。本実施形態では、分岐部４３Ａ、４３Ｂは、分岐部４３Ｃ、４３Ｄよりも通路断面積が小さく設定されている。

工具ホルダ１０は３Ｄプリンタによって成形されている。具体的には、平らに敷いた微細な金属粉末にレーザーを照射して一層ずつ焼結させ、この工程を繰り返すことで３次元造形する方法（粉末焼結法）によって、工具ホルダ１０は成形されている。冷却通路２３は、３Ｄプリンタによる切削部２２と把持部２１との成形と同時に成形される。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、工具ホルダ１０は、把持部２１と切削部２２と冷却通路２３とを備える。把持部２１は、工作機械１１の主軸１２に把持される。切削部２２は、把持部２１と一体に成形され、切削工具１３が取り付けられる。冷却通路２３は、把持部２１および切削部２２の内部に設けられている。冷却通路２３は、基幹部４１の全体が螺旋状となるように形成されている。

このように冷却通路２３が螺旋状である場合、冷却通路２３が直線状である場合と比べると、径方向のより広い範囲に冷却水を導くことができる。そのため、工具ホルダ１０の径方向内側から外側までが広範囲に冷やされる。したがって、切削工具１３の熱が十分に工具ホルダ１０に逃がされ、切削工具１３の温度上昇が抑えられる。その結果、切削工具１３の熱膨張による寸法変化に起因して加工精度が低下することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、切削部２２は、回転方向Ｒにおいて切削工具１３と対向する対向壁部４２を有する。冷却通路２３は、把持部２１から対向壁部４２まで延び、切削工具１３に向かって開いている。
このように冷却通路２３を設けることによって、冷却通路２３から外部へ飛び出す冷却水が切削工具１３にかかる。そのため、切削工具１３を効果的に冷やすことができる。また、冷却水を切削油と兼ねることができる。

また、第１実施形態では、切削部２２には複数の切削工具１３が取り付けられる。対向壁部４２は、複数の切削工具１３に対応して複数設けられている。冷却通路２３は、把持部２１から切削部２２側へ延びる基幹部４１と、基幹部４１から分岐して複数の対向壁部４２のいずれか１つまで延びる複数の分岐部４３と、を含む。
このように基幹部４１と分岐部４３とを設けることによって、基幹部４１を流れる冷却水によって工具ホルダ１０の全体を冷やしつつ、分岐部４３から複数の切削工具１３へ冷却水を供給することができる。

また、第１実施形態では、冷却通路２３の基幹部４１は、回転軸心ＡＸの周りを１周以上周回している。
このように基幹部４１を周回させることによって、工具ホルダ１０の全体を冷やすことができる。

また、第１実施形態では、冷却通路２３は、出口４７における冷却水の圧力が全ての出口４７で同じとなるように形成されている。
そのため、全ての切削工具１３に等しく冷却水を供給することができる。

また、第１実施形態では、把持部２１および切削部２２は３Ｄプリンタによって成形される。そして、冷却通路２３は、３Ｄプリンタによる把持部２１および切削部２２の成形と同時に成形される。
したがって、冷却通路２３がドリルだけでは形成することができない螺旋状の穴であっても、容易に形成可能である。また、把持部２１および切削部２２を成形した後に別工程で冷却通路２３を形成する必要がなく、製造工数を低減可能である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図８に示すように、冷却通路５１の分岐部５２の出口５３の横断面形状は楕円形である。出口５３は、通路断面積が第１実施形態における出口４７の通路断面積と同じでありながら、長手方向幅が出口４７の長手方向幅よりも長い。
このように出口５３が形成されることによって、冷却水を一層広範囲に供給することができる。このような楕円形の出口５３をもつ冷却通路５１は、３Ｄプリンタによれば容易に成形することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図９に示すように、冷却通路６１の基幹部６２は、入口４４側が螺旋状であり、出口４７側が直線状である。
このように基幹部６２の一部が直線状であっても、基幹部６２のうち螺旋状である部分において径方向のより広い範囲に冷却水を導くことができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、図１０に示すように、冷却通路７１の基幹部７２は、把持部２１および切削部２２の外壁の形状に沿うように螺旋状に形成されている。
このように冷却通路７１が構成されることによって、第１実施形態と比べると、径方向のより広い範囲に冷却水を導くことができる。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態では、図１１に示すように、冷却通路は２経路設けられている。１経路目は、冷却通路８１である。冷却通路８１は、基幹部４１と分岐部４３Ｃ、４３Ｄとから構成されている。つまり、冷却通路８１は、冷却通路２３から分岐部４３Ａ、４３Ｂを除いた構成である。

２経路目は、冷却通路８２である。冷却通路８２は、基幹部８３と分岐部４３Ａ、４３Ｂとから構成されている。基幹部８３は、螺旋状の穴であって、基幹部４１に対して回転軸心ＡＸまわりの位相が１８０度ずれている。また、基幹部８３は、基幹部４１よりも通路断面積が小さく設定されている。これにより、出口４７における冷却水の圧力が全ての出口４７で同じとなっている。

基幹部４１は、回転軸心ＡＸの周りを１周以上周回している。基幹部８３も同様に、回転軸心ＡＸの周りを１周以上周回している。これにより、回転軸心ＡＸまわりの全周において冷却通路が存在する。そのため、工具ホルダ全体を冷やすことができる。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態では、図１２に示すように、冷却通路は２経路設けられている。１経路目は、冷却通路９１である。冷却通路９１は、基幹部９２と分岐部４３Ｃ、４３Ｄとから構成されている。基幹部９２は、入口４４側が直線状であり、出口４７側が螺旋状である。

２経路目は、冷却通路９３である。冷却通路９３は、基幹部９４と分岐部４３Ａ、４３Ｂとから構成されている。基幹部９４は、基幹部８３と同じ経路を辿る穴であり、且つ、通路断面積が基幹部９２と同等である。基幹部９４の長さは、基幹部９２の長さと同じである。これにより、出口４７における冷却水の圧力が全ての出口４７で同じとなっている。

基幹部９２は、回転軸心ＡＸの周りを１周以上周回している。基幹部９４も同様に、回転軸心ＡＸの周りを１周以上周回している。これにより、回転軸心ＡＸまわりの全周において冷却通路が存在する。そのため、工具ホルダ全体を冷やすことができる。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、冷却通路の横断面形状は、例えば楕円、矩形、六角形など、円形以外であってもよい。
本発明の他の実施形態では、冷却通路は、工具取付部の突出部を通るように形成されてもよい。これにより、切削工具をより効果的に冷やすことができる。

本発明の他の実施形態では、冷却通路の分岐箇所は、１つであってもよいし、切削工具と同じ数だけ設けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、把持部および切削部のうち、冷却通路が形成されていない箇所に、軽量化用の穴を設けてもよい。その際、軽量化用の穴を複数設け、ハニカム構造としてもよい。

本発明の他の実施形態では、工具ホルダを３Ｄプリンタによって成形するとき、粉末焼結法以外の方法を用いてもよい。
本発明の他の実施形態では、工具ホルダは、中ぐり加工に限らず、他の加工に用いられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・工具ホルダ
１１・・・工作機械
１２・・・主軸
１３・・・切削工具
１５・・・被加工物
２１・・・把持部
２２・・・切削部
２３、５１、６１、７１、８１、８２、９１、９３・・・冷却通路

Claims (7)

1. 所定の回転軸心（ＡＸ）まわりに回転しながら被加工物（１５）を切削する切削工具（１３）、を保持する工具ホルダであって、
   工作機械（１１）の主軸（１２）に把持される把持部（２１）と、
   前記把持部と一体に成形され、前記切削工具が取り付けられる切削部（２２）と、
   前記把持部および前記切削部の内部に設けられている冷却通路（２３、５１、６１、７１、８１、８２、９１、９３）と、
   を備え、
   前記冷却通路は、少なくとも一部が螺旋状となるように形成されていることを特徴とする工具ホルダ。
2. 前記切削部は、前記工具ホルダの回転方向で前記切削工具と対向する対向壁部（４２）を有し、
   前記冷却通路は、前記把持部から前記対向壁部まで延び、前記切削工具に向かって開いていることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記切削部には複数の切削工具が取り付けられ、
   前記対向壁部は、複数の切削工具に対応して複数設けられ、
   前記冷却通路は、前記把持部から前記切削部側へ延びている基幹部（４１、６２、７２、８３、９２、９４）と、前記基幹部から分岐して複数の前記対向壁部のいずれか１つまで延びている複数の分岐部（４３）と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ。
4. 前記冷却通路は、前記分岐部の出口（４７）における冷却水の圧力が全ての前記分岐部の出口で同じとなるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の工具ホルダ。
5. 前記冷却通路は、前記回転軸心の周りを１周以上周回していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
6. 前記冷却通路は複数経路設けられ、
   前記回転軸心まわりの全周において前記冷却通路が存在することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
7. 前記把持部および前記切削部は３Ｄプリンタによって成形され、
   前記冷却通路は、前記３Ｄプリンタによる前記把持部および前記切削部の成形と同時に成形されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の工具ホルダ。

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