JP3353149B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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JP3353149B2 JP2000257582A JP2000257582A JP3353149B2 JP 3353149 B2 JP3353149 B2 JP 3353149B2 JP 2000257582 A JP2000257582 A JP 2000257582A JP 2000257582 A JP2000257582 A JP 2000257582A JP 3353149 B2 JP3353149 B2 JP 3353149B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、霧状切削液が刃具
先端から噴出するものとした工作機械の主軸装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】工作機械による加工では被加工物や刃具
の冷却及び潤滑、又は切屑の除去などのため加工部に切
削液を多量に供給しているが、これによるときは切削液
による環境汚染や人体の健康への悪影響、切削液の廃油
処理に伴う大きなコスト、被加工物の過冷却による刃具
寿命の低下、又は切削液過多による刃具の微細切込み加
工時の滑り磨耗などの問題があるほか、加工時に多量の
切削液が切屑に付着するため、切屑の処理や再利用のさ
い、これに付着した切削油を分離することが必要とな
る。これらの問題を解決するため、近年では極微量の切
削液を霧状にして加工部へ供給しながら切削する、いわ
ゆるドライ切削を行うものとした工作機械が出現してい
る。
【０００３】本出願人は、既に、ドライ切削を行うため
の工作機械を実施しており、その主軸装置は、例えば図
１１に示すように、刃具１３の固定された工具ホルダ４
をそのテーパシャンク部５ｂを介して主軸１に固定させ
たものとなされている。この際、工具ホルダ４には単一
状通路断面を有するものとなされた直状のホルダ側霧状
切削液通路ｅ２が形成されており、この通路ｅ２はプル
スタッド６の中心孔ｄ、ホルダ内部連絡管８の内孔ｆ、
及び、刃具１３の肉厚部に形成された刃具内通路ｇ等か
らなっている。また主軸１にはこれの回転中心部に設け
られ単一状通路断面を有するものとなされた内管３の内
孔からなる主軸側霧状切削液通路ｅ１が形成されてい
る。
【０００４】そして刃具１３による加工中には、主軸１
近傍に形成された霧状切削液発生装置の発生した霧状切
削液が主軸側霧状切削液通路ｅ１の元側箇所に供給され
るのであって、この主軸側霧状切削液通路ｅ１を通過し
た後、ホルダ側霧状切削液通路ｅ２を経て刃具１３の先
端から噴出するものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した在来の工作機
械では、霧状切削液が単一状通路断面を有する霧状切削
液通路ｅ１、ｅ２内を刃具１３先端へ向け流動するた
め、この流動中の霧状切削液はその粘性や通路壁との摩
擦等により、通路断面上の各位置のその微少要素の速度
を表す各速度ベクトルは図１０Ａに符号ｉで示すように
通路中心で最大であり通路周壁へ向け放物線ｍを描いて
小さくなるのであり、通路周壁面での霧状切削液の速度
は理論上ゼロとなる。
【０００６】ここで、重要なことは通路周面近傍の比較
的厚い層に於ける霧状切削液の速度が通路中心部のそれ
に比べて大幅に小さいことであり、液状化した切削液が
その周壁面上に滞留する傾向を増大させるものとなり、
また霧状切削液の安定的供給を阻害したり浪費を生じさ
せるほか、霧状切削液の供給・停止の切換作動時の応答
性をも低下させるものとなっている。本発明は、斯かる
問題点に対処し得るものとした工作機械の主軸装置を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項１に記載した発明では、主軸からこれ
と同体状に装着された刃具の先端に至る範囲の内部に単
一状の通路断面を有する霧状切削液通路を形成し、主軸
側から供給された霧状切削液がこの霧状切削液通路を経
て刃具先端から噴出されるように作動する工作機械の主
軸装置に於いて、前記霧状切削液通路の途中に、この霧
状切削液を霧状切削液通路の中心線方向へ向けて通過さ
せるための別材による３〜９箇の小径通路を穿設形成
し、該材の各小径通路の断面積の総和が単一断面積とな
した霧状切削液通路断面積の９０％以下となるようにし
た整流部を設けた構成となす。
【０００８】これによれば、整流部の切削液入り口側で
霧状切削液の流動が一時的且つ部分的に堰き止められる
のであり、その後、この霧状切削液は各小径通路に分割
されて流入し整流部の切削液出口側に達する。このとき
の各小径通路内の霧状切削液の流動状況は整流部の断面
上での存在位置の相違にも拘わらず他の小径通路の場合
と概略同一となるのであり、この結果、整流部の切削液
出口側に於ける霧状切削液通路内の断面全体の霧状切削
液の流速は均等化されると共に、特に霧状切削液通路の
通路周壁近傍の霧状切削液の流速は、整流部よりも上流
側のそれに比べ、整流部よりも下流側のそれの方が大き
くなる。このような整流部の切削液出口側に於ける霧状
切削液通路内の霧状切削液の流動は、刃具先端からの霧
状切削液の噴出を安定化させるほか、その噴出の開始及
び停止指令に対する応答性を向上させる上で寄与する。
【０００９】また請求項２に記載した発明では、整流部
と円柱部材で構成し、且つ穿設する小径通路数を９箇と
なして同心状に配設したことから、これら小径通路を経
た後の霧状切削液はその通路断面上での流速の均等化に
優れ且つその通路周壁近傍での流速を整流部の入り口側
のそれよりも増大させる効果がある。
【００１０】而して、請求項３に記載した整流部は各小
径通路を経た後の霧状切削液の流速の均等化に優れ且つ
その通路周壁近傍での流速が整流部の入り口側のそれよ
りも増大されるのであり、このことは、刃具先端からの
霧状切削液の噴出を安定化させるほか、その噴出の開始
及び停止指令に対する応答性を向上させる上で寄与する
のである。
【００１１】また、請求項４に記載したように、前記整
流部を主軸の内部に設けるのであり、このようにすれ
ば、主軸に対して交換装着される刃具及びその関連部材
は従来構造のままで差し支えないものとなる。
【００１２】また請求項５に記載したように、刃具を主
軸と同体状に固定するための工具ホルダの内部に前記整
流部を設けることもできるのであり、これによれば、主
軸の内部構造の複雑化が回避されるのである。
【００１３】また請求項６に記載したように、主軸内に
霧状切削液を生成するための霧状切削液生成部を設け、
この霧状切削液生成部と前記工具ホルダとの間に前記整
流部を設ける。これによれば、霧状切削液通路が短縮化
されるのであり、このことが霧状切削液の液状化を抑制
すると共に、その噴出の開始及び停止指令に対する応答
性を良好となす。
【００１４】さらには請求項７に記載した構成のもので
は、整流部の製造が簡易となり、また霧状切削液の噴出
も効果的に安定化されるものとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】先ず、本願発明の第一実施例につ
いて説明する。図１は本実施例に係る工作機械の主軸装
置を示すもので、Ａは側面視断面図、Ｂは前記主軸装置
の主要部を示す拡大断面図、図Ｃは前記主軸装置の整流
部の構成部材を示す図である。これらの図に於いて、１
は丸棒状の主軸で、工作機械の主軸支持フレーム２に図
示しない軸受を介して主軸１中心回りへの回転自在に支
持されている。この主軸１には中心孔１ａが形成してあ
り、この中心孔１ａの先部はテーパ孔ａとなされてい
る。そして、中心孔１ａ内の中心位置には内管３が主軸
１と同体状に固定されている。
【００１６】４は工具交換装置による脱着可能となされ
た工具ホルダであり、ホルダ本体部５は中央部を鍔部５
ａとなされ、この鍔部５ａよりも後側部分をテーパシャ
ンク部５ｂとなされ、先側部分を丸軸状の前側張出部５
ｃとなされている。ホルダ本体部５の中心箇所には内孔
ｂが形成してあり、この内孔ｂの後端部にプルスタッド
６が螺着され、内孔ｂの前寄り箇所の比較的長い範囲に
雌ネジｂ１が形成され、最前部はテーパ孔ｂ２となされ
ている。そして、雌ネジｂ１には外周面に雄ネジを形成
されたアジャストスクリュウ７が螺入されている。アジ
ャストスクリュウ７には中心孔ｃが形成されており、こ
の中心孔ｃの後部とプルスタッド６の中心孔ｄとはホル
ダ内部連絡管８で連通されている。
【００１７】前側張出部５ｃの先部にはコレット締結機
構９が形成してあり、この機構９はホルダ本体部５のテ
ーパ孔ｂ２に嵌入されたコレット１０、前側張出部５ｃ
の前端部に螺合された締結ナット体１１、及び、この締
結ナット体１１とコレット１０とをコレット１０の周方
向の相対変位可能に結合するためのリング状結合部材１
２ａ、１２ｂからなっている。そして、コレット１０の
中心孔には刃具１３が差し込まれており、この刃具１３
は後端部をアジャストスクリュウ７の内孔ｃの前部に差
し込まれて後方への移動を規制された状態に支持される
と共に、胴部をコレット締結機構９でホルダ本体部５の
中心位置に強固に固定されている。
【００１８】この工具ホルダ４は主軸１のテーパ孔ａに
テーパシャンク部５ｂを密状に嵌合されプルスタッド６
が主軸１の中心孔１ａ内に設けた図示しないクランプ機
構により後方へ引張されることにより主軸１に強固に装
着された状態となっている。この状態の下では、内管３
の先端がプルスタッド６の後端面に密状に接した状態と
なる。
【００１９】上記した構成に於いて、内管３の内孔が主
軸１側の霧状切削液通路ｅ１をなしており、またプルス
タッド６の中心孔ｄ、ホルダ内部連絡管８の内孔ｆ、ア
ジャストスクリュウ７の中心孔ｃ、及び、刃具１３の肉
厚部に形成された刃具内通路ｇが工具ホルダ４側の霧状
切削液通路ｅ２をなしている。
【００２０】上記した工具ホルダ１側の霧状切削液通路
ｅ２の途中であるアジャストスクリュウ７の中心孔ｂ内
で、ホルダ内部連絡管８の前端と刃具１３の後端との間
箇所には、本発明の特徴部分をなす整流部１４が設けて
ある。この整流部１４はアジャストスクリュウ７の中心
孔ｃ内に密状に嵌挿される形状となされた図１Ｃに示す
ような円柱部材１４ａに前後向きの小径通路ｈを適当な
配列で透設したものとなされている。
【００２１】この際、円柱部材１４ａは直径を凡そ５〜
８ｍｍ程度となされており、また各小径通路ｈは直径を
凡そ０．３〜０．５ｍｍ程度となされると共にアジャス
トスクリュウ７の内孔ｃの中心方向に向かう直状となさ
れている。これら小径通路ｈは全部で９個が直状に配列
されている。
【００２２】上記主軸装置の使用に於いては、霧状切削
液の必要時にその供給開始指令が工作機械の制御部に付
与されるのであり、これに関連して、主軸装置の近傍に
設けた図示しない霧状切削油発生装置から、主軸１側の
霧状切削液通路ｅ１の後端部に圧力凡そ０．３ＭＰａ程
度の霧状切削液が供給される。この霧状切削液はやがて
工具ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ２内に達し、ホルダ
内部連絡管８、整流部１４及び刃具内通路ｇを経て刃具
１３先端から噴出される。一方、霧状切削液が不必要と
なったときはその供給停止指令が工作機械の制御部に付
与されるのであり、これに関連して霧状切削油発生装置
からの霧状切削液通路ｅ１への霧状切削液の供給は停止
される。
【００２３】以下に他の実施例を順に説明するが、各実
施例に関連した説明及び各図に於いて既述部位と実質的
同一部位には同一符号を使用するものとする。
【００２４】本願発明の第二実施例について説明する
と、図２は本実施例に係る工作機械の主軸装置を示す側
面視断面図である。この図に示すように、主軸１と主軸
支持フレーム２との間には主軸１を回転自在に支持する
ための軸受１５、１５を設けると共に主軸１、主軸支持
フレーム２及び軸受１５、１５の相対位置を規制するた
めのスペーサ１６ａ、１６ｂが設けてある。
【００２５】１７は主軸１の中心孔１ａの平行部内の前
部に挿入されたキャニスタで、周壁には半径方向の透孔
を適当数設け、各透孔内に球部材１８を周壁半径方向の
変位可能に案内している。このキャニスタ１７の周壁に
は主軸１の中心孔１ａに前後変位可能に案内される筒棒
状のクランプロッド１９が外挿され、このロッド１９が
主軸１に対し前方ｆ０へ変位することにより球部材１８
が主軸半径方向外側へ変位可能となり、逆にこのロッド
１９が主軸１に対し後方へ変位することにより球部材１
８がこのロッド１９の先部で押されて主軸半径方向内側
に強制変位させられるようになされている。
【００２６】内管３とクランプロッド１９との間でキャ
ニスタ１７の後端面箇所にはバネ受けリング部材２０が
嵌挿されており、このバネ受けリング部材２０はこれの
後方に装着された圧縮状態の皿バネ群２１によりキャニ
スタ１７の後端面に圧接されてその位置を保持されてい
る。
【００２７】またキャニスタ１７とクランプロッド１９
との間箇所の前部には球部材１８を斜面部で押圧し得る
ものとなされた押圧用リング部材２２をクランプロッド
１９に対し前後変位可能に嵌挿しており、このリング部
材２２とバネ受けリング部材２０との間に圧縮状態のス
プリング２３が装着してあり、このスプリング２３の弾
力により球部材１８が主軸半径方向内側へ付勢されるよ
うになされている。この付勢力はクランプロッド１９が
主軸１に対し前方ｆ０へ変位されたとき、工具ホルダ４
がその自重等により主軸１から抜け落ちないように工具
ホルダ４を適当力で支持するように作用するものであ
る。
【００２８】内管３の内孔内のやや奥部には霧状切削液
生成部２４が設けてあり、この霧状切削液生成部２４に
はこれの後方となる内管３の内孔を経て切削液と圧縮空
気とが独立して供給されるようになされており、霧状切
削液生成部２４はこのように供給された切削液と圧縮空
気を混合撹拌して霧状切削液となし、これを前端の開口
部２４ａから噴射するものとなされている。
【００２９】内管３の内孔内で霧状切削液生成部２４よ
り前側部分はやや大きな径となされており、この前側部
分の内方で霧状切削液生成部２４の前側近傍には円筒状
の圧縮空気供給弁２５が前後変位可能に内挿されてお
り、また内管３の前側部分の先端部の内方には延長連絡
管部材２６が抜止め筒部材２７を介して一定範囲内での
前後変位自在に装着されており、さらに延長連絡管部材
２６と圧縮空気供給弁２５との間に圧縮状態のスプリン
グ２８が配設されている。
【００３０】この際、スプリング２８は延長連絡管部材
２６を前方ｆ０へ押圧すると共に圧縮空気供給弁２５を
後方へ押圧するものである。そして圧縮空気供給弁２５
は内管３内の前側部分内の圧力が低下したとき前方変位
し、霧状切削液生成部２４側の圧縮空気が圧縮空気供給
弁２５の内孔内に吹き込まれる状態となるものとなす。
そして、工具ホルダ４は先の実施例のものから整流部１
４を取り除いた構造となされている。
【００３１】上記構成に於いて、主軸１から分離された
工具ホルダ４を主軸１に装着するときは、クランプロッ
ド１９を前方ｆ０へ変位させた状態の下で、工具ホルダ
４のテーパシャンク部５ｂを主軸１のテーパ孔ａ内に押
し入れるのであり、これによりプルスタッド６が球部材
１８を主軸半径方向外側へ押し変位させてキャニスタ１
７に対し図２に示す位置まで進入する。この進入の後、
クランプロッド１９を後方へ引き移動させるのであり、
これにより球部材１８は主軸半径方向内側へ押し込まれ
て、クランプロッド１９の引張力をプルスタッド６に伝
達するものとなり、工具ホルダ４は主軸１に強固に固定
された状態となる。
【００３２】一方、主軸１に固定された工具ホルダ４を
主軸１から分離させるときは、クランプロッド１９を前
方ｆ０へ変位させた状態の下で、工具ホルダ４を前方ｆ
０へ引き出すのであり、これによりプルスタッド６は球
部材１８をスプリング２３の弾力に抗して主軸半径方向
外側に押し移動させ前方へ抜け出るものとなる。
【００３３】上記した構成に於いて、内管３の内孔で霧
状切削液生成部２４よりも前側部分が主軸１側の霧状切
削液通路ｅ１をなしており、またプルスタッド６の中心
孔ｄ、ホルダ内部連絡管８の内孔ｆ、アジャストスクリ
ュウ７の中心孔ｃ、及び、刃具１３の肉厚部に形成され
た刃具内通路ｇが工具ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ２
をなしている。上記した技術は本出願人の先願（特願平
１１−１９６２３１号公報）に開示されたものと殆ど同
一である。
【００３４】本実施例では、さらに、主軸１内であって
霧状切削液生成部２４と工具ホルダ４との間に整流部１
４が設けられているのであり、この整流部１４は、延長
連絡管部材２６の内孔の前端部に図１Ｃに示すと同様な
円柱部材１４ａを、その小径通路ｈが主軸１側の霧状切
削液通路ｅ１や工具ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ２の
中心と同一方向となるように内嵌し固定させたものとな
してある。
【００３５】工具ホルダ４が主軸１に固定された状態で
は、この円柱部材１４ａの前端面はプルスタッド６に押
されてスプリング２８の弾力に抗して少し後方へ変位し
た状態なり、スプリング２８の弾力でプルスタッド６の
後端面に密状に圧接し、各小径通路ｈが主軸１側の霧状
切削液通路ｅ１と工具ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ２
とを連通した状態となるようになされている。
【００３６】一方、工具ホルダ４を主軸１から抜き取っ
た状態では、円柱部材１４ａは延長連絡管部材２６と共
にスプリング２８の弾力で前方ｆ０へ押され、延長連絡
管部材２６の移動範囲の前側規制位置まで変位した状態
となるようになされている。
【００３７】上記主軸装置の使用に於いては、霧状切削
液の必要時にその供給開始指令が工作機械の制御部に付
与されるのであり、これに関連して、主軸装置の外方か
ら圧縮空気と切削液が主軸１内の霧状切削液生成部２４
に供給される。これにより、霧状切削液生成部２４は主
軸１側の霧状切削液通路ｅ１内に圧力凡そ０．３ＭＰａ
程度の霧状切削液を供給する。この霧状切削液はやがて
工具ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ２内に達し、ホルダ
内部連絡管８及び刃具内通路ｇを経て刃具１３先端から
噴出される。一方、霧状切削液が不必要となったときは
その供給停止指令が工作機械の制御部に付与されるので
あり、これに関連して霧状切削液生成部２４への圧縮空
気と切削液の供給は停止されるのであり、これにより霧
状切削液生成部２４は霧状切削液を生成しなくなり、霧
状切削液通路ｅ１への霧状切削液の供給は停止される。
【００３８】次に本願発明の第三実施例について説明す
ると、図３は本実施例に係る工作機械の主軸装置を示す
側面視断面図である。この図に示すように、主軸１の中
心孔１ａの平行部の最前部にキャニスタ案内筒部材２９
を密状に内嵌し、この案内筒部材２９の内孔にクランプ
ロッド３０を前後移動可能に内挿している。このクラン
プロッド３０は中心孔３０ａを形成されていて、前部を
キャニスタ部３０ｂとなされている。キャニスタ部３０
ｂはその前端部の周壁部に主軸半径方向の透孔を適当数
形成されており、各透孔には球部材１８が主軸半径方向
への変位可能に挿入されている。
【００３９】主軸１の中心孔１ａ内でキャニスタ案内筒
部材２９の後側には圧縮状態の皿バネ群２１が内挿され
ており、この皿バネ群２１はキャニスタ案内筒部材２９
を前側へ押圧する一方で、クランプロッド３０を前後移
動範囲内の後側規制位置へ向け押圧するものとなされて
いる。これにより、キャニスタ案内筒部材２９は主軸１
内で図３Ａに示す位置に保持された状態となっている。
【００４０】クランプロッド３０のキャニスタ部３０ｂ
の後側の中心孔３０ａ箇所には延長連絡管部材３１が設
けてあり、この部材３１は中心孔３０ａ内に螺着された
抜止めリング部材３２を介して一定範囲内の前後移動可
能に案内されると共に、この部材３２の後側に装着した
圧縮状のスプリング３３で前方ｆ０へ押圧された状態と
なされている。工具ホルダ４はプルスタッド６の中心孔
ｄと刃具内通路ｇとをホルダ本体５の中心孔ｂで連通さ
せたものとなされている。
【００４１】上記構成に於いて、主軸１から分離された
工具ホルダ４を主軸１に装着するときは、クランプロッ
ド３０を前方ｆ０へ変位させた状態の下で、工具ホルダ
４のテーパシャンク部５ｂを主軸１のテーパ孔１ａ内に
押し入れるのであり、これによりプルスタッド６が球部
材１８を主軸半径方向外側へ押し変位させてキャニスタ
案内筒部材２９に対し図３Ａに示す位置まで進入する。
このとき、クランプロッド３０は球部材１８がキャニス
タ案内筒部材２９の内孔の前端の径大部２９ａ内に位置
するまで前方ｆ０へ移動されている。この後、クランプ
ロッド３０を後方へ引き移動させるのであり、これによ
り球部材１８は前記径大部２９ａの後側に連続した斜面
部２９ｂにより主軸半径方向内側へ押し込まれ、クラン
プロッド６のくびれ部に填まり込み、後方への引張力を
プルスタッド６に伝達するものとなり、工具ホルダ４は
主軸１に強固に固定された状態となる。
【００４２】一方、主軸１に固定された工具ホルダ４を
主軸１から分離させるときは、クランプロッド３０を前
方ｆ０へ変位させた状態の下で、工具ホルダ４を前方ｆ
０へ引き出すのであり、これによりプルスタッド６は球
部材１８を主軸半径方向外側に押し移動させて前方ｆ０
へ抜け出るものとなる。
【００４３】上記した構成に於いて、クランプロッド３
０の中心孔３０ａや、延長連絡管３１の内孔の一部が主
軸１側の霧状切削液通路ｅ１をなしており、またプルス
タッド６の中心孔ｄ、ホルダ本体５の中心孔ｂ、及び、
刃具１３の肉厚部に形成された刃具内通路ｇが工具ホル
ダ４側の霧状切削液通路ｅ２をなしている。
【００４４】さらに本実施例に於いても第二実施例の場
合と同様に、主軸１内に整流部１４が設けられているの
であり、この整流部１４は、延長連絡管部材３１の内孔
の前端部に図１Ｃに示すと同様な円柱部材１４ａを、そ
の小径通路ｈが主軸１側の霧状切削液通路ｅ１や工具ホ
ルダ４側の霧状切削液通路ｅ２の中心と同一方向となる
ように固定状に内嵌したものとなしてある。
【００４５】工具ホルダ４が主軸１に固定された状態で
は、この円柱部材１４ａの前端面はプルスタッド６に押
されてスプリング３３の弾力に抗して少し後方へ変位し
た状態なって、スプリング３３の弾力でプルスタッド６
の後端面に密状に圧接し、各小径通路ｈが主軸１側の霧
状切削液通路ｅ１と工具ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ
２とを連通した状態となるようになされている。
【００４６】一方、工具ホルダ４を主軸１から抜き取っ
た状態では、円柱部材１４ａは延長連絡管部材３１と共
にスプリング３３の弾力で前方ｆ０へ押圧され、延長連
絡管部材３１の移動範囲の前側規制位置まで変位した状
態となるようになされている。上記主軸装置の使用に於
ける霧状切削液の供給等は第一実施例の場合に準じて行
われる。
【００４７】次に本願発明の第四実施例について説明す
ると、図４は本実施例に係る工作機械の主軸装置を示す
側面視断面図である。この図に示すように、主軸１の中
心孔１ａの前部は段付孔部となし、この段付孔部にリン
グ形支持部材３４を嵌挿してボルト固定している。この
リング形支持部材３４の内孔はテーパ孔ａとなされてい
る。主軸１の中心孔１ａ内の奥部には筒形案内部材３５
が固定状に嵌着してあり、この筒形案内部材３５の内孔
にドローバー３６が前後移動可能に内挿されている。
【００４８】ドローバー３６の先部には筒形クランプ部
材３７が螺着されており、このクランプ部材３７と筒形
案内部材３５との間となる中心孔１ａ内にはバネ受け部
材３８が内挿されると共に筒形押圧部材３９が前後変位
可能に内挿されており、また筒形押圧部材３９の外周面
と中心孔１ａの周壁との間にはコレット４０が装着され
ている。筒形押圧部材３９の内孔の後部はその前部に比
べて径大となされてあって、この後部の内方でバネ受け
部材３８の前側には圧縮状の皿バネ群２１が装着してあ
り、この皿バネ群２１はその弾力で筒形押圧部材３９を
前方ｆ０へ押圧するものとなしてある。そして筒形押圧
部材３９はその前端の斜面３９ａでコレット４０の後端
斜面４０ａを押圧するものとなされおり、この筒形押圧
部材３９の押圧力がコレット４０の前部を縮径させるよ
うになされている。この際、４１はクランプ部材３７の
中心孔に形成された雌ネジに螺合されたロックネジ部材
で、クランプ部材３７とドローバー３６とを固定状に締
結するものである。
【００４９】ドローバー３６には中心孔が形成してあ
り、この中心孔の奥部に霧状切削液生成部２４を固定状
に設けてあり、この生成部２４の前側の中心孔１ａ部分
は径大部となされ、ここに筒形の圧縮空気供給弁２５が
前後移動可能に装着されている。この圧縮空気供給弁２
５は外周を段付面となさており、その最前部の細径部２
５ａがロックネジ部材４１の中心孔内に前後変位可能に
挿通され、また中間部２５ｂと中心孔１ａ部分の周壁と
の間でロックネジ部材４１の後側に圧縮状態となされた
スプリング４２が圧縮空気供給弁２５を後方へ押圧する
ように装着されている。
【００５０】工具ホルダ４は二面拘束ＨＳＫ型であって
テーパ軸部４３と半径面４４とを有し、テーパ軸部４３
の内孔内の前端面箇所でホルダ本体５の中心孔ｂの後端
部に延長連絡通路部材４５を差し込み、筒ネジ部材４６
を介して、ホルダ本体４に固定させたものとなしてあ
る。
【００５１】上記構成に於いて、主軸１から分離された
工具ホルダ４を主軸１に装着するときは、ドローバー３
６及びクランプ部材３７を前方ｆ０へ変位させた状態の
下で、工具ホルダ４のテーパ軸部４３を主軸１側のテー
パ孔ａ内に押し入れて、図４Ａに示すように半径面部４
４をリング形支持部材３４の前端面に密接させる。この
とき圧縮空気供給弁２５の細径部２５ａの先端は工具ホ
ルダ４側の延長連絡管４５の後端の内孔内に円滑に入り
込むものとなる。この後、ドローバー３６を後方へ引き
移動させるのであり、これによりクランプ部材３７の先
端膨大部がコレット４０の前端部の内面を主軸半径方向
外側へ押し変位させ、この変位がコレット４０の先端部
の外面の斜面４０ｂをテーパ軸部４３の後端部の内面の
斜面に圧接させる。この圧接はテーパ軸部４３を後側へ
引き寄せる力を発生させ、テーパ軸部４３を主軸１側の
テーパ孔ａに圧接させると同時に半径面部４４をリング
形支持部材３４の前端面に圧接させるのであり、これに
より工具ホルダ４は主軸１に強固に固定された状態とな
る。
【００５２】一方、主軸１に固定された工具ホルダ４を
主軸１から分離させるときは、ドローバー３６及びクラ
ンプ部材３７を前方ｆ０へ変位させるのであり、これに
よりコレット４０はテーパ軸部４３の内面を拘束しなく
なる。この状態の下で、工具ホルダ４を前方ｆ０へ引き
出し、主軸１側から分離させる。
【００５３】上記した構成に於いて、圧縮空気供給弁２
５の中心孔が主軸１側の霧状切削液通路ｅ１をなしてお
り、また延長連絡管部材４５の内孔、ホルダ内部連絡管
８の内孔ｆ、アジャストスクリュウ７の中心孔ｃ、及
び、刃具１３の肉厚部に形成された刃具内通路ｇが工具
ホルダ４側の霧状切削液通路ｅ２をなしている。
【００５４】さらに本実施例では、工具ホルダ４の内部
に整流部１４が設けられているのであり、この整流部１
４は、アジャストスクリュウ７の中心孔ｃでホルダ内部
連絡管８と刃具１３との間箇所に図１Ｃに示すと同様な
円柱部材１４ａを、その小径通路ｈが工具ホルダ４側の
霧状切削液通路ｅ２の中心と同一方向となるように内嵌
し固定させたものとなしてある。上記主軸装置の使用に
於ける霧状切削液の供給等は上記第二実施例の場合に準
じて行われる。
【００５５】図５は本実施例の変形例を示している。こ
の変形例では整流部１４を主軸１内であって霧状切削液
生成部２４と工具ホルダ４との間に設けるのであり、具
体的には圧縮空気供給弁２５の前部の細径部２５ａの内
孔内に図１Ｃに示すと同様な円柱部材１４ａを、その小
径通路ｈが主軸１側の霧状切削液通路ｅ１や工具ホルダ
４側の霧状切削液通路ｅ２の中心と同一方向となるよう
に内嵌し固定させたものとなしてある。一方、工具ホル
ダ４の内部の整流部１４は取り除かれている。
【００５６】図６は本実施例の他の変形例を示してい
る。この変形例では霧状切削液生成部２４及びこれに圧
縮空気や切削液を供給するための供給路が取り除かれて
いる。そして、ドローバー３６の中心孔内に内管４７を
ドローバー３６と同体状に設けると共に、前記圧縮空気
供給弁２５の代わりにこれと同一形態の延長連絡管部材
２５１をドローバー３６の中心孔の前部の径大部内に前
後移動可能に内挿し、工具ホルダ４が主軸１に固定され
た状態では内管４７の先端面がスプリング４２の弾力に
より延長連絡管部材２５１の後端面に圧接された状態と
なって、内管４７の内孔と延長連絡管部材２５１の内孔
とが連通されるようになされている。この主軸装置の使
用に於ける霧状切削液の供給等は第一実施例の場合に準
じて行われる。
【００５７】次に本願発明の第五実施例について説明す
ると、図７は本実施例に係る工作機械の主軸装置を示す
側面視断面図である。この図に示すように、主軸１の中
心孔１ａの前部は径大部となしてあり、この径大部にリ
ング形支持部材３４を嵌挿してボルト固定している。こ
のリング形支持部材３４の後側には筒形のキャニスタ４
８がリング形支持部材３４と同心にボルト固定されてい
る。キャニスタ４８の内孔にはクランプ部材４９が前後
移動可能に内挿されており、このクランプ部材４９の周
面には球部材１８に関連した半球形凹み４９ａや斜面４
９ｂが形成されている。主軸１の中心孔１ａの奥部には
ドローバー３６が前後方向の移動可能に内挿されてお
り、このドローバー３６はこれの先端に螺着された筒形
結合部材５０及びロックナット５１を介してクランプ部
材４９の後端部と嵌合状に結合されている。そして、主
軸１の中心孔１ａの周壁とドローバー３６との間にはド
ローバー３６を後側へ押圧するため圧縮状態となされた
皿バネ群２１が装着されている。
【００５８】ドローバー３６の中心孔３６ａ内には霧状
切削液生成部２４が固定状に設けてあり、中心孔３６ａ
の前部は径大部となされてあって、この径大部に筒形の
圧縮空気供給弁２５が前後変位可能に内挿してある。圧
縮空気供給弁２５とクランプ部材４９の後端面との間の
中心孔３６ａ部分には圧縮状態となされたスプリング４
２が装着してあり、このスプリング４２の弾力で圧縮空
気供給弁２５が後方へ押圧されるようになされている。
そして、ドローバー３６の中心孔３６ａと圧縮空気供給
弁２５の内孔とは一線状に連通されている。
【００５９】二面拘束ＫＭ型となされた工具ホルダ４の
中心孔ｂの後部は径大部ｂ１となされており、この径大
部ｂ１の内方にホルダ内部連絡管８の後部と連通された
通路部材５２を挿入すると共にこの通路部材５２の細径
部に口金部材５３を前後移動可能に外挿させ、口金部材
５３と通路部材５２との間となる径大部ｂ１内に圧縮状
態となされたスプリング５４を装着し、このスプリング
５４の弾力が口金部材５３を後方へ押圧するようになす
ほか、口金部材５３が径大部ｂ１から抜け出るのを規制
するための係止リング部材５５を径大部ｂ１後端部に固
定している。
【００６０】上記構成に於いて、主軸１から分離された
工具ホルダ４を主軸１に装着するときは、ドローバー３
６及びクランプ部材４９を前方ｆ０へ変位させた状態の
下で、工具ホルダ４のテーパ軸部４３を主軸１側のテー
パ孔ａ内に押し入れて、図７Ａに示すように半径面部４
４をリング形支持部材３４の前端面に密接させる。この
とき球部材１８は主軸半径方向内側へ変位させられてク
ランプ部材４９の半球形凹み４９ａ内に入り込むように
変位して、工具ホルダ４のテーパ軸部４３が主軸１側の
テーパ孔ａ内に入り込むのを許容する。
【００６１】この後、ドローバー３６を後方へ引き移動
させるのであり、これによりクランプ部材４９の斜面４
９ｂが各球部材１８を主軸半径方向外側へ押し変位さ
せ、この変位により球部材１８がテーパ軸部４３の周壁
の係合孔４３ａの斜面に図７Ａに示すように圧接する。
この圧接はテーパ軸部４３を後側へ引き寄せる力を発生
させ、テーパ軸部４３を主軸１側のテーパ孔ａに圧接さ
せると同時に半径面部４４をリング形支持部材３４の前
端面に圧接させるのであり、これにより工具ホルダ４は
主軸１に強固に固定された状態となる。
【００６２】一方、主軸１に固定された工具ホルダ４を
主軸１から分離させるときは、ドローバー３６及びクラ
ンプ部材４９を前方ｆ０へ変位させるのであり、これに
より各球部材１８は主軸半径方向内側へ移動して半球形
凹み４９ａ内に入り込むものとなってテーパ軸部４３を
拘束しなくなる。この状態の下で、工具ホルダ４を前方
ｆ０へ引き出し、主軸１側から分離させる。
【００６３】上記した構成に於いて、圧縮空気供給弁２
５の内孔や、クランプロッド４９の中心孔が主軸１側の
霧状切削液通路ｅ１をなしており、また口金部材５３の
内孔、通路部材５２の内孔、ホルダ内部連絡管８の内孔
ｆ、アジャストスクリュウ７の中心孔ｃ、及び、刃具１
３の肉厚部に形成された刃具内通路ｇが工具ホルダ４側
の霧状切削液通路ｅ２をなしている。
【００６４】さらに本実施例では、工具ホルダ４の内部
に整流部１４が設けられているのであり、この整流部１
４は第四実施例の場合に準じたものとなされる。そして
上記主軸装置の使用に於ける霧状切削液の供給等は上記
第二実施例の場合に準じて行われる。
【００６５】図８は本実施例の変形例を示している。こ
の変形例では整流部１４を主軸１内であって霧状切削液
生成部２４と工具ホルダ４との間に設けるのであり、具
体的にはクランプ部材４９の中心孔の後端部内に図１Ｃ
に示すと同様な円柱部材１４ａを、その小径通路ｈが主
軸１側の霧状切削液通路ｅ１や工具ホルダ４側の霧状切
削液通路ｅ２の中心と同一方向となるように内嵌し固定
させたものとなしてある。一方、工具ホルダ４の内部の
整流部１４は取り除かれている。
【００６６】図９は本実施例の他の変形例を示してい
る。この変形例では霧状切削液生成部２４及びこれに圧
縮空気や切削液を供給するための供給路が取り除かれて
いる。そして、ドローバー３６の中心孔内に内管４７を
ドローバー３６と同体状に設けると共に、前記圧縮空気
供給弁２５の代わりにこれと同一形態の連絡管部材２５
１をドローバー３６の中心孔の前部の径大部３６ａ内に
前後移動可能に内挿し、内管４７の先端面がスプリング
４２の弾力により連絡管部材２５の後端面に圧接された
状態となって、内管４７の内孔とクランプ部材４９の内
孔とが連通されるようになされている。この主軸装置の
使用に於ける霧状切削液の供給等は第一実施例の場合に
準じて行われる。
【００６７】次は上記した各実施例に於いて霧状切削が
整流部１４周辺を通過するときの流動状況について図１
０を参照して説明する。ここに、図１０は整流部１４で
の霧状切削液の流動状況を、整流部１４が存在しない場
合と比較して示す説明図である。
【００６８】主軸１側の霧状切削液通路ｅ１内に供給さ
れた霧状切削液が整流部１４へ向けて流動するときは、
霧状切削液通路ｅ１又はｅ２の断面が単一で比較的大き
いため、通路断面上の各部の霧状切削液の速度ベクトル
ｉの先を連ねた線は図１０Ａに示すような放物線ｍとな
るのであり、即ち、通路中心のその速度は大きく、通路
周壁近傍のその速度は霧状切削液の粘性による摩擦や通
路壁面との摩擦により著しく小さくなる。
【００６９】しかし、霧状切削液が整流部１４の切削液
入口近傍に達すると、霧状切削液は円柱部材１４ａの存
在によりその一部を堰き止められ、前記切削液入口近傍
でその通路断面全体の各位置に於けるその微少要素のエ
ネルギや運動状況を均等化され、この状態となされた霧
状切削液が各小径通路ｈに分割されて流入するものとな
る。
【００７０】従って、各小径通路ｈ内に流入した霧状切
削液は図１０Ａに速度ベクトルｊで示すようになり他の
小径通路ｈと間での速度のばらつきが少ない状態で整流
部１４の切削液出口側から流出するのであり、しかも全
ての小径通路ｈの通路断面積の総和が切削液入口や出口
近傍の断面積よりも小さくなされているため、整流部１
４の切削液出口側から流出する霧状切削液の最大値は整
流部１４の切削液入口での対応した位置のそれに比べて
大きくなる傾向となる。
【００７１】具体的には、即ち整流部１４の円柱部材１
４ａが図１０Ｂに示すように整流部１４の前後の霧状切
削液通路ｅ１又はｅ２の断面と同一断面及び同一長さを
有する円筒部材１４ｂで置き換えられたとした場合、整
流部１４の出口側での霧状切削液の各部の流出速度を表
す速度ベクトルｊ１の先端を連ねた線は、放物線ｍ１で
表される。
【００７２】いま、図１０Ａに於ける速度ベクトルｊと
図１０Ｂに於ける速度ベクトルｊ１を比較するためこれ
を同一の図に表示すると、図１０Ｃに示すようになる。
この図から判断されるように、整流部１４から流出した
霧状切削液は特に霧状切削液通路ｅ１又はｅ２の周壁近
傍に於いてその流動速度の増大化率が大きくなり、整流
部１４の流出側の霧状切削液通路ｅ１又はｅ２の周壁近
傍の流動速度が全体的に増大されるのであり、これによ
り霧状切削液の通路周壁での液状化が有効に阻止される
ものとなる。また各小径通路ｈから霧状切削液が流出す
るときに通路の拡大化に伴う霧状化作用が得られるので
あり、これも霧状切削液の液状化を阻止する上で効果的
に寄与する。
【００７３】また整流部１４の流出側の霧状切削液通路
ｅ１又はｅ２の断面全体の流動速度が均等化されるた
め、霧状切削液の供給開始指令や供給停止指令と、これ
ら指令に対する実際の有効な作動との間での応答性が向
上するのである。
【００７４】
【発明の効果】以上の如く構成した本発明によれば、次
のような効果が得られる。即ち、請求項１の発明によれ
ば、整流部の切削液出口側に於ける霧状切削液通路内の
断面全体の霧状切削液の流速が均等化されると共に、特
に霧状切削液通路の通路周壁近傍の霧状切削液の流速が
整流部よりも上流側のそれに比べ、整流部よりも下流側
のそれの方が大きくなり、刃具先端からの霧状切削液の
噴出が安定化するのであり、この結果、整流部よりも下
流側の霧状切削液通路内での霧状切削液の液状化が阻止
されると共にその噴出の開始及び停止指令に対する応答
性が向上し、切削液の浪費を防止できると共に、効率的
且つ高精度な加工が行えるようになる。
【００７５】また請求項２及び３に記載した発明によれ
ば、とりわけ小径通路を経た後の霧状切削液がその通路
断面上での流速を均等化され且つその通路周壁近傍での
流速を整流部の入り口側のそれよりも増大させるものと
なる。
【００７６】請求項４に記載した発明によれば、主軸に
交換装着される刃具及びその関連部材は従来構造のまま
で差し支えないものとなる。
【００７７】請求項５に記載した発明によれば、刃具を
主軸と同体状に固定するための工具ホルダの内部に整流
部を設けることも可能となり、主軸の内部構造の複雑化
が回避されるのである。
【００７８】請求項６に記載した発明によれば、霧状切
削液通路が短縮化されるため、霧状切削液の液状化が効
果的に抑制されると共に、その噴出の開始及び停止指令
に対する応答性が良好となる。
【００７９】請求項７に記載した発明によれば、整流部
を安価に製造し且つ霧状切削液の液状化を効果的に阻止
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る工作機械の主軸装置
を示すもので、Ａは側面視断面図、Ｂは前記主軸装置の
主要部を示す拡大断面図、図Ｃは前記主軸装置の整流部
の構成部材を示す図である。
【図２】本発明の第二実施例に係る工作機械の主軸装置
を示し、Ａは側面視断面図でＢは部分拡大図である。
【図３】本発明の第三実施例に係る工作機械の主軸装置
を示し、Ａは側面視断面図でＢは部分拡大図である。
【図４】本発明の第四実施例に係る工作機械の主軸装置
を示し、Ａは側面視断面図でＢは部分拡大図である。
【図５】上記第四実施例の変形例を示し、Ａは側面視断
面図でＢは部分拡大図である。
【図６】上記第四実施例の他の変形例を示し、Ａは側面
視断面図でＢは部分拡大図である。
【図７】本発明の第五実施例に係る工作機械の主軸装置
を示し、Ａは側面視断面図でＢは部分拡大図である。
【図８】上記第五実施例の変形例を示し、Ａは側面視断
面図でＢは部分拡大図である。
【図９】上記第五実施例の他の変形例を示し、Ａは側面
視断面図でＢは部分拡大図である。
【図１０】上記各実施例の整流部での霧状切削液の流動
状況を、整流部が存在しない場合と比較して示す説明図
であり、Ａは側面視断面図でＡ１は中央側面図、Ｂは側
面視断面図でＢ１は中央側面図、Ｃは側面視断面図であ
る。
【図１１】従来例の主軸装置の側面視断面図である。
【符号の説明】
１ 主軸 １３ 刃具 １４ 整流部 ２４ 霧状切削液生成部 ｅ１ 主軸側の霧状切削液通路 ｅ２ 工具ホルダ側の霧状切削液通路 ｈ 小径通路

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主軸からこれと同体状に装着された刃具
    の先端に至る範囲の内部に単一状の通路断面を有する霧
    状切削液通路を形成し、主軸側から供給された霧状切削
    液がこの霧状切削液通路を経て刃具先端から噴出される
    ように作動する工作機械の主軸装置に於いて、前記霧状
    切削液通路の途中に、霧状切削液を霧状切削液通路の中
    心線方向へ向けて通過させるための別材による３〜９箇
    の小径通路を穿設形成し、該材の各小径通路の断面積の
    総和が単一状断面となした霧状切削液通路断面積の９０
    ％以下となるようにした整流部を設けたことを特徴とす
    る工作機械の主軸装置。
  2. 【請求項２】 整流部を円柱部材で構成し、且つ穿設す
    る小径通路数を９箇となして同心状に配列したことを特
    徴とする請求項１記載の工作機械の主軸装置。
  3. 【請求項３】 整流部の円柱部材の直径は５ｍｍ〜８ｍ
    ｍであり、また各小径通路の直径は０．３ｍｍ〜０．５
    ｍｍとなしたことを特徴とする請求項１又は２記載の工
    作機械の主軸装置。
  4. 【請求項４】 整流部は主軸側の内部に設けてあること
    を特徴とする請求項１，２又は３記載の工作機械の主軸
    装置。
  5. 【請求項５】 整流部は工具ホルダ側の内部に設けてあ
    ることを特徴とする請求項１，２又は３記載の工作機械
    の主軸装置。
  6. 【請求項６】 主軸からこれと同体状に装着された刃具
    の先端に至る範囲の内部に単一状の通路断面を有する霧
    状切削液通路を形成し、主軸側から供給された霧状切削
    液がこの霧状切削液通路を経て刃具先端から噴出される
    ように作動する工作機械の主軸装置に於いて、主軸内に
    霧状切削液を生成するための霧状切削液生成部が設けて
    あることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の工
    作機械の主軸装置。
  7. 【請求項７】 整流部の複数の小径通路を並列する直状
    となしてあることを特徴とする請求項１〜６の何れかに
    記載の工作機械の主軸装置。
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