JP2020138311A - ツール挟持装置の輸液および送電組立構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ツール挟持装置の輸液および送電組立構造を提供する。
【解決手段】マンドレルの中に収納された一つの中空シャンク１０，一つの中空ツール架設部２０，中空ツール架設部の内に固設された一つの動力ユニット３０及び一つの水密性仕切部５１を含んでなり、該中空シャンク１０の上に、マンドレルと中空シャンク１０により形成された電気構造１１または気圧構造が設置され、該中空ツール架設部２０が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径２１を含んでなり、一つのツールの一部分を収納かつ固定でき、該動力ユニット３０が、電源を受け入れ且つ一つの動力を生成でき、該動力が、ツール架設口径２１を経由してツールへ伝送し、更に該水密性仕切部５１が、中央通路５０を、互いに独立する一つの輸液通路５２と一つのケーブル・ガイド穴５３またはガス輸送管となるように仕切る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ツール挟持装置に関するもので、特にツール挟持装置の輸液および送電組立構造に関するものである。

高精度の金属加工、例えば穴開け、フライス削り、リーミング、ボーリング、内径と外径の切削または表面研磨などは、常にコンピュータ数値制御（ＣＮＣ：Computer Numerical Controlの略称）の工作機械を使用してツール挟持装置とマッチングして例えばドリルビット、フライスなどの多種のツールを固定して処理を行う。

工作機械は、冷却剤および／または切削液（以下に、ただ冷却剤と称する。）を使用するが、先ず被加工ワークと切削ツールを冷却することにより、機械操作の機能を改善する。冷却剤も、被加工ワークと切削ツールを潤滑ことにより、累積した摩擦熱を低減できる。冷却剤の使用も、ばらばらな屑が切削ツールに落ち込むこと及び工作機械の中から切り下ろされたばらばらな屑を押し流すことを、阻止することにより達成できる。

従来の技術の中において、冷却剤が、手動モードにより位置決めされたホースとノズルを、被加工ワークの上へ提供する。このシステムは、大体グースネック・ホース又は工作機械に隣接または接合する冷却ポンプに由来する類似組合せを、含んでもよい。近年では、冷却システムは、既に冷却剤を一つの切削ツール挟持装置またはチャックへ供給するように発展する。冷却剤は、工作機械のマンドレルを通し或いは自らツール挟持装置を廻って固定する軸リングを通して供給できる。

その他に周知の超音波加工機（Ultrasonic Machining,USM）は、超音波振動ユニットを一つの回転マンドレルの上に設置することにより、超音波にて生成された高周波振動が、一つのツール挟持装置を経由して一つのツールの上へ伝送することにより、ツールが高速回転と超音波高周波振動などの機能を兼備し、各種の研磨または切削加工を行うために用いてもよく、特に硬脆材料の精密加工に適用する。

超音波加工機を使用して加工を行う時に、ツールの切削面が絶えず高周波振動し且つ切削屑を分離し、切削屑と加工ツールの切削面との間に高温・高圧により及ぼされた不良な効果を、著しく改善し、ひいては震え紋様の防止，切削抵抗力の低減，加工ひずみの低減，有効な屑排出の改善および有効な加工表面の改善などの切削作業効果を提供する。

超音波加工機が稼動する時に、振動源が超音波振動ユニットにより生成され、ツール挟持装置を経由してツールの切っ先へ伝送することにより、一つの被加工ワークに対して超音波高周波振動加工作業を行う。超音波加工作業期間に、超音波高周波振動の以外に、超音波加工機における各種の部品が、互いに接触して稼動し、必ず望まない意外な振動も生成されるが、この望まない意外な振動と超音波高周波振動との間に、相互干渉が生成され、ひいては加工プロセスを影響し、製品の精度に対して不利な影響を及ぼす。

長さを増長する長尺状ツール挟持装置または例えば米国特許第1502528号明細書（特許文献１）、米国特許第2716030号明細書（特許文献２）と米国特許第8821084号明細書（特許文献３）などの特許願に掲示された組立接続式ツール挟持装置は、高い細身の比率（L/D）を応用する時に、いつもツール挟持装置の材料剛性と精度とによる影響を受け、加工品質の不良または加工不可能な問題を招き、これが目前に加工機に直面する加工ボトルネックとなり、或いは例えば上記のツール挟持装置が超音波加工機に応用される時に、超音波高周波振動源の伝送ルートを増長するため、超音波振動と上記の望まない意外な振動との相互干渉状況が益々もっと厳しくなり、ツール挟持装置が、超音波高周波振動の影響を受けて連結振動状況を生成し、且つ各種の振動頻度の最大振幅の点位置が、更にツールの切っ先位置の上となるように制御しにくくなり、望まない切削性能を招き、例えば比較的に悪いワーク表面の滑らかな清浄度を有し且つ公差範囲を超えた加工済みワークとがあり、ひいては機械とツールに対する磨耗を生成し、最悪の状況下では、結果として修復不可能な損害を招く。

米国特許第1502528号明細書 米国特許第2716030号明細書 米国特許第8821084号明細書

本発明の目的は、即ちツール挟持装置の輸液および送電組立構造を提供するものであり、該ツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、主として動力ユニットをツール挟持装置の内部前端の前置き位置の上に設置することにより、動力の伝送ルートを有効に短縮でき、ツール挟持装置は、動力の伝送ルートが長すぎることにより望まない連結振動を生成することを避け、比較的に優れたワーク表面の滑らかな清浄度と加工精度を維持する。フロントタイプ動力ユニットの必要な電力および冷却剤の輸送などの需要に対応し、本発明は、更に輸液および送電組立構造を提供することにより、電力の伝送と冷却剤を分離し、相互不干渉方式にて、ツール挟持装置の後端からツール挟持装置の前端または前端出口箇所へ夫々輸送する。

本発明の副次的な目的は、ツール挟持装置の輸液および送電組立構造を提供するものであり、該ツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、ツール挟持装置が長さの増長により剛性の低下およびオフセットスイングの増加を招く問題を、改善でき、更に細身の比率が高いツール挟持装置の剛性不足問題を克服でき、且つ細身の比率を短縮できるが、例えば図1に示すように、ツール挟持装置の細身の比率は、超音波発振器を設けないL1/Dから本発明のフロントタイプ超音波発振器を設けるL/Dまで短縮し、同時にツール挟持装置の長さが続けて増長でき、その細身の比率がL/Dの固定値に維持し、L1の長さに制限されない。

本発明の更なる目的は、ツール挟持装置の輸液および送電組立構造を提供するものであり、該ツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、特に異なって増長する各種の長さの長尺状ツール挟持装置または組立接続式ツール挟持装置の中に適切に応用して使用される以外に、更に単一な長さのツール挟持装置の中に適用して使用できる。

上記の発明目的を達成できるツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、一つのマンドレルを通して一つの電源と一つの冷却剤を提供する一つの工作機械との併用に用いられるが、該ツール挟持装置が、該マンドレルの中に収納された一つの中空シャンク，一つの中空ツール架設部，該中空ツール架設部の内に固設された一つの動力ユニット，該中空シャンクと該中空ツール架設部により区切って形成された中央通路及び一つの水密性仕切部を含んでなり、該中空シャンクの上に一つの電気構造が設置され、該電気構造と該マンドレルが電気的接続を形成することにより、該電源を該ツール挟持装置へ伝導するように用いられ、該中空ツール架設部が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径を含んでなり、該ツール架設口径が一つのツールの一部分を収納かつ固定でき、該動力ユニットが、該電気構造へ電気的に接続することにより、該電源を受け入れ且つ一つの動力を生成でき、該動力が、該中空ツール架設部を経由して該ツールへ伝送し、更に該水密性仕切部が、該中央通路を、互いに独立する一つの輸液通路と一つのケーブル・ガイド穴となるように仕切ってもよく、且つ相互不干渉方式により該電源と該冷却剤を夫々輸送する。

本発明のより好ましい実施例の中において、該水密性仕切部は、互いに首尾が鎖状に接続する複数個の仕切管ユニットにより構成される。

本発明のより好ましい実施例の中において、該中空シャンクは、軸方向に延伸する一つの第一の冷却剤口を設け、該第一の冷却剤口が該マンドレルからの冷却剤を受け入れるように用いられ、且つ該冷却剤を該輸液通路へ輸送する。

本発明のより好ましい実施例の中において、該動力ユニットが、超音波振動ユニット，電動ユニットと気動ユニットの中から選択された一つである。

本発明のより好ましい実施例の中において、その中でも、該中空ツール架設部は、一つの弾性チャックと一つの錠止部を更に含んでなり、該弾性チャックの内部に該ツール架設口径が形成され、該弾性チャックの上に、互いに平行し且つ一端が開口を呈する複数個の軸方向グルーブが開設され、複数個の軸方向グルーブの間に複数個の弾性爪ピースが形成され、更に該錠止部が錠止される時に、該複数個の弾性爪ピースの上に加力して弾性変形することにより、ひいては該弾性チャックの内に設置された該ツールを、内向きに締め付ける。

本発明のより好ましい実施例の中において、該中空ツール架設部は、軸方向に延伸する一つの第二の冷却剤口を設け、該第二の冷却剤口が該輸液通路からの冷却剤を受け入れるように用いられ、且つ該冷却剤を該弾性チャックへ輸送する。

本発明のより好ましい実施例の中において、更に該中空シャンクと該中空ツール架設部との間に鎖状に接続する延伸ケーシング・モジュールを、少なくとも一つ含んでなる。

本発明のより好ましい実施例の中において、その中でも、該延伸ケーシング・モジュールは、一つのオスコネクタ端部と一つのメスコネクタ端部を有することにより、各延伸ケーシング・モジュールは、互いに首尾が鎖状に接続できる。

本発明の提供するツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、主として動力ユニットをツール挟持装置の内部前端の前置き位置の上に設置することにより、動力の伝送ルートを有効に短縮でき、ツール挟持装置は、動力の伝送ルートが長すぎることにより望まない連結振動を生成することを避け、比較的に優れたワーク表面の滑らかな清浄度と加工精度を維持する。フロントタイプ動力ユニットの必要な電力および冷却剤の輸送などの需要に対応し、本発明は、更に輸液および送電組立構造を提供することにより、電力の伝送と冷却剤を分離し、相互不干渉方式にて、ツール挟持装置の後端からツール挟持装置の前端または前端出口箇所へ夫々輸送する。

本発明のツール挟持装置の輸液および送電組立構造の断面図である。 図1の中における中空ツール架設部の拡大図である。

（具体的な実施方式）
同時に図1と図2を参照するが、本発明の提供するツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、一つのマンドレル（未図示）を通して一つの電源と一つの冷却剤を提供する一つの工作機械との併用に用いられるが、該ツール挟持装置は、該マンドレルの中に収納された一つの中空シャンク10，一つの中空ツール架設部20，該中空ツール架設部20の内に固設された一つの動力ユニット30，該中空シャンク10と該中空ツール架設部20により区切って形成された中央通路50及び一つの水密性仕切部51を含んでなり、該中空シャンク10の上に一つの電気構造11が設置され、該電気構造11と該マンドレルが電気的接続を形成することにより、該電源を該電気構造11へ伝導するように用いられ、該中空ツール架設部が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径21を含んでなり、該ツール架設口径21が一つのツール（未図示）の一部分（例えばツール・シャンク）を収納かつ固定でき、該動力ユニット30が、該電気構造11へ電気的に接続することにより、該電源を受け入れ且つ一つの動力を生成でき、該動力が、該ツール架設口径21を経由して該ツールへ伝送し、更に該水密性仕切部51が、該中央通路50を、互いに独立する一つの輸液通路52と一つのケーブル・ガイド穴53となるように仕切ってもよく、且つ相互不干渉方式により該電源と該冷却剤を夫々輸送する。上記構造のフロントタイプ動力ユニット30が、動力の伝送ルートを有効に短縮できる。

上記の動力ユニット30が、超音波振動ユニット，電動ユニットと気動ユニットの中から選択された一つである。該動力ユニット30が気動ユニットを使用する時に、当該技術に習熟する当業者は、電気構造11を一つの気圧構造に置換し同時にケーブル・ガイド穴53を一つのガス輸送管に置換することを、著しく容易に了解できるはずである。

中空シャンク10は、テーパー外表面15を一つ有し、該テーパー外表面15を一つの工作機械のマンドレルの中に収納できるように配置され、これにより、ツール挟持装置とマンドレルが互いに整列し、且つ軸方向に延伸して緊密に接続する。

該中空シャンク10は、軸方向に延伸する一つの第一の冷却剤口16を設け、該第一の冷却剤口16が該マンドレルからの冷却剤を受け入れるように用いられ、且つ該冷却剤を該輸液通路52へ輸送する。

該中空ツール架設部20は、大体一つの円筒形デバイスであってもよく、該中空ツール架設部20が一つの弾性チャック22を更に設置するが、該弾性チャック22の内部に該ツール架設口径21が形成され、該弾性チャック22の上に、互いに平行し且つ一端が開口を呈する複数個の軸方向グルーブ23が開設され、複数個の軸方向グルーブ23の間に複数個の弾性爪ピース24が形成され、且つ弾性チャック22の外部に一つの錠止部25が設けられ、該錠止部25が錠止される時に、該複数個の弾性爪ピース24の上に加力して弾性変形することにより、ひいては該弾性チャック22の内に設置された該ツールを、内向きに締め付ける。上記の弾性チャック22を利用してツールを錠止する方式は、唯一の選択ではなく、当該技術に習熟する当業者は、ツールを固定する他の方法を採用できることを、了解できるはずである。

該水密性仕切部51は、互いに首尾が鎖状に接続する複数個の仕切管ユニット54により構成されるが、該仕切部51の首尾の2端部は、夫々中空シャンク10と中空ツール架設部20の異径内表面に緊密な接続状態を形成し、位置決め効果を有するだけではなく、水密性を保持する効果もある。上記の接続箇所および各仕切管ユニット54の鎖状に接続する箇所に、何れもOリング，パッド又はその他の漏れ止め部材が設けられることにより、輸液通路52とケーブル・ガイド穴53の水密効果を保持する。同義に例えば気体などを輸送するその他の状態下では、更に水密性漏れ止め部材を気密性漏れ止め部材となるようにアップグレードすることも出来るが、当該技術に習熟する当業者に対し、明らかに知られる等価な実施例となるべきである。

互いに首尾が鎖状に接続する複数個の仕切管ユニット54により構成された水密性仕切部51は、仕切管ユニット54の内孔に、円形断面の輸液通路52を一つ形成し、且つ仕切管ユニット54の外壁と中央通路50の内壁面との間に、環形断面のケーブル・ガイド穴53を一つ形成する。

該中空ツール架設部20は、軸方向に延伸する一つの第二の冷却剤口27を設け、該第二の冷却剤口27が該輸液通路52からの冷却剤を受け入れるように用いられ、且つ該冷却剤を該弾性チャック22へ輸送する。

該電気構造11が、該ケーブル・ガイド穴53の一つのケーブル13への通り抜けを経由して該動力ユニット30へ電気的に接続する。該電気構造11と工作機械のマンドレルとの間に、非接触式導電を採用して接続でき、例えば電磁感応などを利用して通電できるが、勿論、電気構造11と工作機械のマンドレルとの間に、二つの電極の接触式導電をも採用して接続でき、これにより、電源の電力を、電気構造11へ供給できるが、ここにその他に余計な説明をしない。

本発明の他の厳選の実施例において、該中空シャンク10と該中空ツール架設部20との間に、更に少なくとも一つの延伸ケーシング・モジュール40が設置され、全ての延伸ケーシング・モジュール40が夫々一つのオスコネクタ端部41と一つのメスコネクタ端部42を有し、且つ中空シャンク10の上に、対応するオスコネクタ端部14が設けられ、中空ツール架設部20の上に、対応するメスコネクタ端部26が設けられ、これにより、各延伸ケーシング・モジュール40は、互いに該中空シャンク10と該中空ツール架設部20とを接続でき、各延伸ケーシング・モジュール40も、互いに首尾が鎖状に接続でき、ユーザーは、加工の需要を根拠として、使用する延伸ケーシング・モジュール40の個数を選択でき、これにより、ツール挟持装置の必要な長さを調整する。

本発明の提供するツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、動力ユニットを、ツールを固定するために用いられる中空ツール架設部の上に設置することにより、動力の伝送ルートを有効に短縮でき、ツール挟持装置は、動力の伝送ルートが長すぎることにより望まない連結振動を生成することを避け、同時に加工時に直面する細身の比率が高いツール挟持装置は、解決できない固有の剛性不足問題を解決し、比較的に優れたワーク表面の滑らかな清浄度と加工精度を維持する。フロントタイプ動力ユニットの必要な電力および冷却剤の輸送などの需要に対応し、本発明は、更に輸液および送電組立構造を提供することにより、電力と冷却剤が、相互不干渉方式にて、ツール挟持装置の後端からツール挟持装置の前端または前端出口箇所へ夫々輸送する。特に長さを増長する長尺状ツール挟持装置または組立接続式ツール挟持装置は、本発明の提供するツール挟持装置の輸液および送電組立構造を極めて適切に使用する。

上記の詳細な説明は、本発明に対する実行可能な実施例の具体的な説明で、ただ該実施例が本発明の特許請求の範囲を限定するために用いられるものではなく、本発明の技術・精神を脱離しなくても完成してなる等価な実施または変更であれば、何れも本発明の特許請求の範囲中に含まれるべきである。

Ｄ 深さ
Ｌ 長さ
Ｌ１ 長さ
１０ 中空シャンク
１１ 電気構造
１３ ケーブル
１４ オスコネクタ端部
１５ テーパー外表面
１６ 第一の冷却剤口
２０ 中空ツール架設部
２１ ツール架設口径
２２ 弾性チャック
２３ 軸方向グルーブ
２４ 弾性爪ピース
２５ 錠止部
２６ メスコネクタ端部
２７ 第二の冷却剤口
３０ 動力ユニット
４０ 延伸ケーシング・モジュール
４１ オスコネクタ端部
４２ メスコネクタ端部
５０ 中央通路
５１ 水密性仕切部
５２ 輸液通路
５３ ケーブル・ガイド穴
５４ 仕切管ユニット

Claims (8)

1. ツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、一つのマンドレルを通して一つの電源と一つの冷却剤を提供する一つの工作機械との併用に用いられ、
   該ツール挟持装置の輸液および送電組立構造は、該マンドレルの中に収納された一つの中空シャンク，一つの中空ツール架設部，該中空ツール架設部の内に固設された一つの動力ユニット，該中空シャンクと該中空ツール架設部により区切って形成された中央通路及び一つの水密性仕切部を含んでなり、該中空シャンクの上に一つの電気構造が設置され、
   該電気構造と該マンドレルが電気的接続を形成することにより、該電源を該ツール挟持装置へ伝導するように用いられ、
   該中空ツール架設部が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径を含んでなり、
   該ツール架設口径が一つのツールの一部分を収納かつ固定でき、
   該動力ユニットが、該電気構造へ電気的に接続することにより、該電源を受け入れ且つ一つの動力を生成でき、
   該動力が、該中空ツール架設部を経由して該ツールへ伝送し、
   更に該水密性仕切部が、該中央通路を、互いに独立する一つの輸液通路と一つのケーブル・ガイド穴となるように仕切ってもよく、且つ相互不干渉方式により該電源と該冷却剤を夫々輸送することを特徴とする、ツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
2. 該水密性仕切部は、互いに首尾が鎖状に接続する複数個の仕切管ユニットにより構成されることを特徴とする、請求項1に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
3. 該中空シャンクは、軸方向に延伸する一つの第一の冷却剤口を設け、該第一の冷却剤口が該マンドレルからの冷却剤を受け入れるように用いられ、且つ該冷却剤を該輸液通路へ輸送することを特徴とする、請求項1に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
4. 該動力ユニットが、超音波振動ユニット，電動ユニットと気動ユニットの中から選択された一つであることを特徴とする、請求項1に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
5. 該中空ツール架設部は、一つの弾性チャックと一つの錠止部を更に含んでなり、該弾性チャックの内部に該ツール架設口径が形成され、該弾性チャックの上に、互いに平行し且つ一端が開口を呈する複数個の軸方向グルーブが開設され、複数個の軸方向グルーブの間に複数個の弾性爪ピースが形成され、更に該錠止部が錠止される時に、該複数個の弾性爪ピースの上に加力して弾性変形することにより、ひいては該弾性チャックの内に設置された該ツールを、内向きに締め付けることを特徴とする、請求項1に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
6. 該中空ツール架設部は、軸方向に延伸する一つの第二の冷却剤口を設け、該第二の冷却剤口が該輸液通路からの冷却剤を受け入れるように用いられ、且つ該冷却剤を該弾性チャックへ輸送することを特徴とする、請求項5に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
7. 更に該中空シャンクと該中空ツール架設部との間に鎖状に接続する延伸ケーシング・モジュールを、少なくとも一つ含んでなることを特徴とする、請求項1に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。
8. 該延伸ケーシング・モジュールは、一つのオスコネクタ端部と一つのメスコネクタ端部を有することにより、各延伸ケーシング・モジュールは、互いに首尾が鎖状に接続できることを特徴とする、請求項7に記載のツール挟持装置の輸液および送電組立構造。