JP3364801B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

工作機械の主軸装置

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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、刃具の先端から切
削液ミストを噴出させるようになした工作機械の主軸装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転駆動される主軸の回転中心部に主軸
後側からその先側へ向けて切削液ミストを送給するため
のミスト供給管を設け、このミスト供給管の先部分を主
軸先部に固定された工具ホルダの回転中心部に内挿し、
ミスト供給管の先端から流出した切削液ミストが工具ホ
ルダの回転中心部に形成されたミスト通路や、この工具
ホルダに固定された刃具に形成されたミスト孔を経てこ
の刃具の先端面から噴出するようになされた工作機械の
主軸装置は本出願人により既に実施されているものであ
る。
【０００３】上記した主軸装置には一般に市販品の刃具
が使用されるのであり、この刃具のミスト孔径は、刃具
本体の外径や長さ、刃具形式或いは、刃具メーカの固有
の事情などによって適当に決定されているのが実情であ
り、一般には、当該刃具による種々の加工に不足しない
量の切削液ミストの通過する大きさとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記した主軸装置にお
いては、ミスト供給管による切削液ミストの送給能力は
一般の加工において不足しないだけの十分な大きさとな
されるのであり、従って、ミスト供給管から流出した切
削液ミストは刃具のミスト孔の径及び長さなどに依存し
た流量で刃具の先端面から噴出するものとなる。
【０００５】これがため、実際に行われる多くの加工に
おいて、過多量の切削液ミストが刃具先端面から噴出れ
るものとなり、切削液ミストの無駄や、切削液ミストに
よる工作環境の汚染が生じるのである。本発明は斯かる
問題点を解消でき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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、請求項１に記載したように、回転駆動
される主軸の回転中心部に主軸後側からその先側へ向け
て切削液ミストを送給するためのミスト供給管を設け、
このミスト供給管の先部分を主軸先部に固定された工具
ホルダの回転中心部に形成されたミスト通路（透孔ｈ
１）に内挿し、ミスト供給管の先端から流出した切削液
ミストが工具ホルダのミスト通路を経てこの工具ホルダ
に固定された刃具の先端面から噴出するようになされた
工作機械の主軸装置において、前記ミスト供給管の先部
分に、この供給管内から工具ホルダのミスト通路内へ流
出する切削液ミストの流量を制限するための調整ノズル
部材を、脱着手段を介して交換可能に固定した構成とな
す。
【０００７】本発明に係る主軸装置を使用して特定の工
作を行っている場合に、刃具の先端面から過多量或いは
過小量の切削液ミストが噴出されるときは、ミスト供給
管に固定されている調整ノズル部材を交換装着するので
あり、これにより、ミスト供給管の先部分から工具ホル
ダの前記ミスト通路内へ流出する切削液ミストの流量が
変化するものとなり、刃具先端面から噴出される切削液
ミスト量が最適化されるのである。
【０００８】この際、請求項３に記載したように、調整
ノズル部材のノズル孔直径をミスト供給管の内孔の最小
直径の凡そ８０％以下の寸法となす。これによれば、刃
具先端面から噴出される切削液ミストの量が効果的に制
限されるものとなる。なお、この寸法がミスト供給管の
内孔の最小径の凡そ８０％の大きさよりも大きくなって
この割合が例えば８５％程度になってくると、刃具先端
面から噴出される切削液ミストの流動が有効に制限され
るものとならない。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例である工
作機械の主軸装置（複数の主軸を有するもの）の一部を
示す側面視断面図、図２は前記主軸装置の要部を示す側
面視断面図である。
【００１０】これらの図に於いて、１は主軸装置の本体
フレームであり、この本体フレーム１の内方には主軸２
が玉軸受３ａ、３ｂを介して一定位置での回転自在に装
着されている。このさい、４は本体フレーム１の前端面
にボルト固定されたリング部材、５は主軸２の後端部に
外挿されキー固定された入力歯車、６は主軸２の後端部
に螺着され主軸２からの入力歯車５の抜け出しを規制す
るためのナット体、７ａ及び７ｂは玉軸受３ａ、３ｂの
前後位置を規制するための筒形スペーサである。
【００１１】主軸２は先端中心部に直円筒雌面を有する
嵌入孔２ａを有すると共にこの嵌入孔２ａに連続して径
違いの２つの直状の中心孔２ｂ、２ｃを形成されたもの
となされている。８はホルダ本体８ａを主体とした工具
ホルダであり、ホルダ本体８ａの一部をなす嵌入部８ｂ
が主軸２の嵌入孔２ａに内嵌されている。そして、９は
本体フレーム１に回転自在に支持され入力歯車５に噛み
合わされた伝動歯車で、図示しないモータから回転を伝
達されるものである。
【００１２】１０は主軸２後方に設けられた付加フレー
ムであり、この付加フレーム１０の主軸２真後ろ部分に
は透孔１０ａが設けてあり、この透孔１０ａには供給路
部材１１の円筒状嵌合部１１ａが内嵌されると共に供給
路部材１１の後部を付加フレーム１０にボルト固定され
ている。この供給路部材１１の後端部には主軸装置から
離れて設けられた分配器１３から延出されたミスト供給
分岐ライン１２ａを接続された接続金具１２が螺着され
ている。そして、分配器１３には公知のミスト発生装置
Ｍｇから延出されたミスト供給ライン１２ｂが接続され
ている。
【００１３】上記主軸２の嵌入孔２ａ及び中心孔２ｂ、
２ｃには主軸２と接触しない状態となされた直状のミス
ト供給管１４が主軸回転中心と同心に非回転状態で内挿
されている。このミスト供給管１４は本体管部１４ａの
先部に小径管部１４ｂを延長状に固着したものとなされ
ている。本体管部１４ａの前部は段付状の小径部ａ１、
ａ２となされており、１つの小径部ａ１と主軸２の中心
孔２ｂとの間に小径部ａ１を回転自在に支持するための
玉軸受１５を、そして他の１つの小径部ａ２と主軸２の
中心孔２ｂとの間箇所で玉軸受１５の前側にリング状シ
ール部材ｂを設けている。そして本体管部１４ａの後端
部は接続金具１２の中心孔内に液密状に内挿され、また
小径管部１４ｂの前端部は前記中心孔２ａの内方に及ぶ
ものとなされている。
【００１４】この際、小径管部１４ｂの内孔と本体管部
１４ａの内孔の何れも直状の円孔となされ、且つ、小径
管部１４ｂの内孔の直径は本体管部１４ａの内孔のそれ
よりも小さくなされている。また玉軸受１５とリング状
シール部材ｂとの間、及び、玉軸受１５と中心孔２ｃ前
端との間にはリング状のスペーサｃ１、ｃ２が設けられ
ている。
【００１５】上記小径管部１４ｂの先部分には短小な調
整ノズル部材１６が脱着可能に固定してあるのであり、
具体的には小径管部１４ｂの先端部に雄ネジｄ１を形成
し、一方では調整ノズル部材１６の後部に雌ネジｄ２を
形成し、この雌ネジｄ２を前記雄ネジｄ１に螺合させた
構成となしている。この調整ノズル部材１６は小径管部
１４ｂの外径と略同一の外径となされると共に、主軸回
転中心方向のノズル孔ｅを有し、このノズル孔ｅの直径
をミスト供給管１４の内孔の最小径箇所（図示例では小
径管部１４ｂの内孔）の直径の凡そ８０％以下となされ
ている。さらに調整ノズル部材１６はミスト供給管１４
内の切削液ミストがノズル孔ｅを通じて主軸２先方へ流
出する際のその流動に絞り作用を付与してその切削液ミ
ストの流出を制限するように作用するものとなされてお
り、必要に応じて、ノズル孔ｅの径のみを相違させた別
の調整ノズル部材１６と交換装着されるものである。こ
の際、別の調整ノズル部材１６はノズル孔ｅ直径の異な
る複数種類のものを予め用意しておくのがよい。
【００１６】前記工具ホルダ８はホルダ本体８ａの前部
の中心部に位置された刃具１７の周面部を締結してホル
ダ本体８ａに固定させるためのコレットチャック１８を
有すると共に、ホルダ本体８ａの中心部にネジ部の形成
された中心孔ｇを有し、この中心孔ｇ内に刃具前後位置
係止手段１９を形成されている。
【００１７】この刃具前後位置係止手段１９は中心孔ｇ
に内挿され刃具１７の後端面を当接される刃具係止部材
２０と、前記中心孔ｇ内のネジ部に螺入され刃具係止部
材２０の前後位置を変更調整することのできる雄ネジ部
材２１とからなっており、前記刃具係止部材２０及び前
記雄ネジ部材２１の中心箇所には前後向き透孔ｈ１、ｈ
２が形成されている。そして、この透孔ｈ１、ｈ２の内
方にミスト供給管１４の小径管部１４ｂ及び調整ノズル
部材１６が非接触状態に挿入されており、この挿入長さ
は前記嵌入部８ｂの前後長さよりも短くなしてある。
【００１８】この際、刃具係止部材２０の前後向き透孔
ｈ１、ｈ２は小径管部１４ｂや調整ノズル部材１６の外
径に出来るだけ近似させてあり、しかも先細りの円錐雌
面部ｉを介して刃具１７後端に連続されると共に切削液
ミストの流動距離を成る可く短くなされている。
【００１９】コレットチャック１８は刃具１７の周面部
を包囲したコレット２２と、このコレット２２を前後方
向へ変位させるための操作ナット部２３からなってい
る。さらに刃具１７は中心部にミスト通路ｊを直状に形
成されており、このミスト通路ｊは前部を二股状に分岐
されて刃具１７の先端面の特定直径の中心を挟む各側に
形成された出口開口ｊ１、ｊ１に連通されると共に、後
端を刃具１７の後端面の中心に形成された入口開口ｊ０
に連通されている。なお図示例では刃具１７をツイスト
ドリルとなしているが、これに限定するものではない。
【００２０】次に上記のように構成した主軸装置の使用
例及びその作動を説明する。刃具１７の着脱はコレット
チャック１８の操作ナット部２３を弛緩側へ回転操作し
てコレット２２を前方へ変位させるのであり、これによ
りコレット２２の中心孔ｍが拡径状態となる。この後、
刃具１７の後部をコレット２２の中心孔ｍに挿入して、
刃具１７の後端を刃具係止部材２０の前面に当接させ、
この当接状態を保持して操作ナット部２３を締結側へ回
転操作してコレット２２を後方へ変位させる。これによ
り、コレット２２がそのテーパ面による楔作用によりそ
の中心孔ｍが縮径状態となり、刃具１７はホルダ本体８
ａに締結状に固定される。
【００２１】ホルダ本体８ａに対する刃具１７の前後位
置を変更する際は、主軸２と工具ホルダ８との結合を解
除させて、工具ホルダ８を主軸２から取り外し、次に刃
具１７の取り外された状態の下で或いは刃具１７の前後
変位を可能になした状態の下で雄ネジ部材２１を適宜に
回転操作する。これにより、雄ネジ部材２１がネジ送り
作用により回転操作方向に関連した特定向きへ変位し、
ホルダ本体８ａに対する刃具係止部材２０の位置が調製
変更される。この後、刃具１７を、これの後端面が刃具
係止部材２０の前端面に当接した状態となるようにホル
ダ本体８ａに固定させるのであり、この状態の工具ホル
ダ８を主軸２に固定する。
【００２２】工具ホルダ８を主軸２に対し脱着するとき
は、ホルダ本体８ａの嵌入部８ｂを主軸２の嵌入孔２ａ
から抜き出したり主軸２の嵌入孔２ａに挿入するように
なされる。このとき嵌入部８ｂが主軸２の嵌入孔２ａに
より主軸２中心の前後方向へ正確に案内されるため、ミ
スト供給管１４の小径管部１４ｂ及び調整ノズル部材１
６が刃具前後位置係止手段２０の前後向き透孔ｈ１、ｈ
２に接触する現象は回避されるのである。
【００２３】次に１つのワークを加工するときの状況に
ついて説明すると、主軸２は図示しないモータの回転を
伝動歯車９や入力歯車５を介して伝達され、玉軸受３
ａ、３ｂに支持された状態で本体フレーム１の特定位置
で回転する。主軸２の回転はホルダ本体８ａ、コレット
チャック１８を介して刃具１７に伝達されるのであり、
この際、刃具前後位置係止手段２０もホルダ本体８ａと
同体状に回転される。
【００２４】一方、ミスト供給管１４は前端部を玉軸受
１５で支持され後端部を付加フレーム１０と同体状に支
持されているため、主軸２の回転中にも非回転状態に保
持されるのであり、従ってミスト供給管１４に固定され
た調整ノズル部材１６も非回転状態に保持される。この
際、リング状シール部材ｂは回転状態の主軸２の中心孔
２ｂ周面と非回転状態のミスト供給管１４の本体管部１
４ａ先端部との間を気密状に閉塞する。
【００２５】この後、ミスト発生装置Ｍｇで生成された
切削液ミスト（空気中に微細な切削液粒子を散在させた
もの）がミスト供給ライン１２ｂ、分配器１３及びミス
ト供給分岐ライン１２ａ、供給路部材１１を通じてミス
ト供給管１４内に供給されるのであり、こうしてミスト
供給管１４内に達した切削液ミストは調整ノズル部材１
６のノズル孔ｅを通じてこのノズル孔ｅによる絞り作用
を受けつつ刃具係止部材２０の透孔ｈ１内に流出する。
この際、調整ノズル部材１６はミスト供給管１４内から
前後向き透孔ｈ１内への切削液ミストの流動を一定程度
に制限するように作用するのであり、従って刃具係止部
材２０の前後向き透孔ｈ１内には切削液ミストが適当流
量で到達し、この後、刃具１７のミスト通路ｊを経て刃
具１７先端の出口開口ｊ１、ｊ１から噴出される。この
噴出された切削液ミストは刃具１７とワークとの摩擦箇
所を過不足なく潤滑すると共に過熱状態とならないよう
に冷却する。
【００２６】上記した主軸２や工具ホルダ８内における
切削液ミストの流動中、調整ノズル部材１６から流出し
た切削液ミストは刃具係止部材２０の前後向き透孔ｈ１
と小径管部１４ｂ外周面との間に形成された環状隙間を
通じて大気側に漏れ出ようとするが、主軸２の嵌入孔２
ａの前方への流出は工具ホルダ８と主軸２との気密状の
嵌合結合により阻止され、また嵌入孔２ａの奥部から後
方への流出はリング状シール部材ｂにより阻止される。
【００２７】刃具１７先端面の出口開口ｊ１、ｊ１から
流出される切削液ミストは圧力変化、速度変化、遠心力
等に起因して液状化される傾向となるが、主軸２後部か
らミスト供給管１４先端に至るまでの切削液ミストは、
ミスト供給管１４や調整ノズル部材１６が直状に配置さ
れ且つ非回転状態に保持されているため、大きな圧力変
化や速度変化を抑制されると共に主軸２の回転による遠
心力を全く受けないものとなって液状化を効果的に抑制
されるのである。
【００２８】また調整ノズル部材１６から流出した切削
液ミストは刃具係止部材２０の前後向き透孔ｈ１や刃具
１７のミスト通路ｊを通じて流出する。この際、前後向
き透孔ｈ１やミスト通路ｊは調整ノズル部材１６のノズ
ル孔ｅに較べると比較的大きな径であるため、切削液ミ
ストは大きな流動抵抗を受けることなく流動する。また
前後向き透孔ｈ１やミスト通路ｊは工具ホルダ８の回転
中心にあり且つそれらの長さが主軸長さに較べて短く、
しかもノズル孔ｅに較べると大きな径であっても工具ホ
ルダ８回転により切削液ミストに付与される遠心力との
関係ではいまだ小さな径であるため、前後向き透孔ｈ１
やミスト通路ｊを流動する切削液ミストは工具ホルダ８
回転による大きな遠心力を長時間に亘って受けることは
ない。従って前後向き透孔ｈ１やミスト通路ｊ内での切
削液ミストの液状化も効果的に抑制される。
【００２９】ところで、上記の主軸装置で新しいワーク
をこれまでとは異なる加工条件で加工する際、刃具１７
の先端面から噴出される切削液ミストが過多或いは過小
となることが生じ得るが、このような場合には、主軸２
から工具ホルダ８を取り外すなどして、小径管部１４ｂ
を外方へ露出させ、その先部分に固定された調整ノズル
部材１６をネジ結合の解除により取り外すなどしてその
交換作業を行うことにより、別途に用意した異なる直径
のノズル孔ｅを有する別の調整ノズル部材１６を新たに
装着するのである。これにより、調整ノズル部材１６に
よる切削液ミストの流動に対する制限作用が異なったも
のとなり、刃具１７先端面から噴出される切削液ミスト
の流量が最適化される。
【００３０】
【発明の効果】以上のように構成した本発明によれば、
ミスト供給管内への切削液ミストの供給能力がたとえ一
定であっても、調整ノズル部材を他のものと交換装着す
ることにより、刃具先端面から噴出される切削液ミスト
の流量を任意に変化させることができ、これにより種々
異なる加工条件の工作において最適量の切削液ミストを
刃具先端に供給することができるようになり、切削液ミ
ストの無駄や、切削液ミストによる工作環境の汚染を防
止することができる。またミスト供給管に調整ノズル部
材が固定された状態のまま工具ホルダの脱着を行うこと
ができるほか、調整ノズル部材の交換装着が主軸から工
具ホルダを取り外すことにより簡便に行えるものとな
る。さらには従来より存在している主軸装置におけるミ
スト供給管の先部分を変更するのみで実現できるものと
なる。
【００３１】また請求項３に記載したように、調整ノズ
ル部材のノズル孔径をミスト供給管の内孔の最小径の凡
そ８０％以下の寸法となすことにより、刃具先端面から
噴出される切削液ミストの流量を効果的に変化させるこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である工作機械の主軸装置を
示す側面視断面図である。
【図２】前記主軸装置の要部を示す側面視断面図であ
る。
【符号の説明】
２ 主軸 ８ 工具ホルダ １４ ミスト供給管 １６ 調整ノズル部材 １７ 刃具 ｅ ノズル孔 ｈ１ 透孔（ミスト通路）

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転駆動される主軸の回転中心部に主軸
    後側からその先側へ向けて切削液ミストを送給するため
    のミスト供給管を設け、このミスト供給管の先部分を主
    軸先部に固定された工具ホルダの回転中心部に形成され
    たミスト通路に内挿し、ミスト供給管の先端から流出し
    た切削液ミストが工具ホルダのミスト通路を経てこの工
    具ホルダに固定された刃具の先端面から噴出するように
    なされた工作機械の主軸装置において、前記ミスト供給
    管の先部分に、この供給管内から工具ホルダのミスト通
    路内へ流出する切削液ミストの流量を制限するための調
    整ノズル部材を、脱着手段を介して交換可能に固定した
    構成を特徴とする工作機械の主軸装置。
  2. 【請求項２】 調整ノズル部材の交換装着により、ミス
    ト供給管内から工具ホルダの前記ミスト通路内へ流出す
    る切削液ミストの流量が任意に変更される構成であるこ
    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】 調整ノズル部材のノズル孔直径がミスト
    供給管の内孔の最小直径の凡そ８０％以下の寸法である
    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。
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