JP3456628B2 - 工具ホルダー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミスト供給装置か
ら切削液をミスト状にして工具刃先に円滑供給できるよ
うにされた工具ホルダーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作機械による被加工物の切削加
工に際して、その加工速度を高めるために切れ味のよい
工具が用いられるが、同時に切削部における工具の刃先
を冷却すると同時に切屑を速やかに排除する必要があ
る。そのために、通常、クーラントと称される切削液や
加圧エアなどの流体を用いて、そのクーラントにより工
具の切刃部を冷却すると同時に切屑の排出を速やかに行
える方法がとられている。

【０００３】このようなクーラントを切削工具の切刃部
に如何に効果的に供給するかは、作業性能に影響すると
ともに、仕上げ精度の向上にも関係することになるの
で、種々の研究がなされている。その一例として、特開
平６−１３４６４８号公報により開示されるような切削
加工装置が知られている。この切削加工装置にあって
は、切削工具の工具本体外周に工具先端の切刃部に向け
て軸線と平行に凹形状のクーラント供給溝を形成して、
工具ホルダに装着した切削工具の後端部に高圧のクーラ
ントを導入し、そのクーラントがクーラント供給溝内を
流通して工具先端の切刃部のすくい面に直接当たるよう
に噴出させる、ような構成のものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の切
削工具による切削加工の効率を高めて生産性を向上させ
るために高圧でクーラントを切削刃先部に供給する方式
は、確かに所期の目的を達成することが可能になるが、
その反面クーラントの消費量が増大し、繰り返し回収し
て使用するようにしても、その多量のクーラントを使用
することに伴う多くの廃液の処理や、切削加工工場での
作業環境の悪化は避けられないという問題点がある。特
に、廃液の処理については多くの処理費を必要とし、二
次的な費用の増加に伴い生産コストの削減が困難である
という問題がある。

【０００５】そこで、最近前述のようなクーラント供給
方式をはじめいわゆる注液式のクーラントの供給に代わ
る手段として、切削液など消費量を低減して作業環境の
改善や切削液の廃液処理費の低減を図るために湿式をセ
ミドライ式に代える技術が注目されつつある。このよう
なセミドライ式のクーラントとしては、切削液をミスト
化して切削工具の切刃部に供給することが必要になる。

【０００６】しかしながら、そのミスト化された切削液
を切削工具の切刃部に供給する手段が問題となる。そこ
で、本発明者達は、切削液をミスト発生装置によってミ
スト化して、工作機の工具駆動主軸内から工具ホルダー
内を通して切削工具の軸心に設けた孔を通じて切刃部に
噴出させる方式を試みたのであるが、工作機における切
削作業開始と同時にミスト化された切削液（クーラン
ト）を噴出させることが容易でなく、切削開始からクー
ラントの供給に後れが生じ、しかもその噴出にバラツキ
が発生して切削効果や切屑の排除を速やかに行わせるに
は多くの問題のあることが判った。

【０００７】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、工作機における工具駆動主軸内を
通って工具先端の切刃部にミスト化されたクーラントを
迅速にかつ確実に供給できるようにされる工具ホルダー
を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、本発明による工具ホルダー
は、第１に、ミスト供給源から機体の工具駆動主軸内を
通じて工具の切刃部にミスト化されたクーラントを供給
できるスルースピンドルクーラントを使用する工具ホル
ダーにおいて、軸心に設けられるミスト通路は、後端か
ら工具装着部まで内径がφ３〜８ｍｍの小径で先端から
後端まで同一寸法とされた導通部材にて形成され、前記
工具装着部には、供給されるミスト化されたクーラント
の流動圧バランス調整手段として漏出部が軸線方向に設
けられていることを特徴とするものである。

【０００９】このように構成される本発明によれば、工
作機の工具駆動主軸に工具ホルダーを装着すると、その
工作機に付属されるミスト供給源から前記工具駆動主軸
内を通じて供給されるミスト化されたクーラントは、ミ
スト供給管から工具ホルダー内に設けられたミスト通路
を流動する際、そのミスト通路が形成される導通部材の
内径がφ３〜８ｍｍの小径で先端から後端まで同一寸法
とされているので、流入と同時に通路が絞られて高速で
流動し、かつ回転に伴う遠心力の影響を受けない。その
ために、ミスト化された冷却液の粒子は搬送する気流中
で分離されることなく、また、滞留するスペースがない
ので、混合状態を保持されたまま迅速に工具ホルダー先
端部に装着されている工具内部の通孔に送り込まれて、
その工具先端部に設けられた噴出口から切削部に噴出し
て冷却と切屑の排除が円滑に行えるという作用効果を得
ることができるのである。

【００１０】また、前記工具ホルダーの工具装着部に
は、供給されるミスト化されたクーラントの流動圧バラ
ンス調整手段として漏出部が軸線方向に設けられている
ので、工具駆動主軸内から取付けられた工具ホルダー内
のミスト通路を通り工具先端部の噴出口より噴出される
ミスト化されたクーラントが、切削作業開始直後におい
てミスト供給源から高圧力で工具ホルダー内に送り込ま
れた際、その工具ホルダーを工具駆動主軸に装着された
ときにミスト通路内部に滞留している空気を押し出す作
用が、流動圧バランス調整手段としての漏出部を通じて
速やかに行われ、切削開始に遅れることなくクーラント
の供給が迅速に行えるという効果を奏するのである。も
ちろん、流動圧バランス調整手段の働きで以後における
クーラントの供給バランスを自動的に調整して切削部に
対して円滑な供給が可能になる。

【００１１】また、本発明による工具ホルダーは、第２
に、 ミスト供給源から機体の工具駆動主軸内を通じて工
具の切刃部にミスト化されたクーラントを供給できるス
ルースピンドルクーラントを使用する工具ホルダーにお
いて、 軸心に設けられるミスト通路は、後端から工具装
着部まで内径がφ３〜８ｍｍの小径で先端から後端まで
同一寸法とされた導通部材にて形成され、前記ミスト通
路を構成する導通部材と工具装着部とは、その導通部材
先端を工具装着部に組み込まれるコレットチャックの後
端と気密に接合するように取付けられ、そのコレットチ
ャックによる工具のシャンク装着端とコレットチャック
の内端面部でミスト通路を横断する溝条が設けられ、前
記ミスト通路が、前記コレットチャックの後端から工具
軸心の通孔に連通するとともに、前記溝条から前記コレ
ットチャックの筒状爪に形成される分割スリット部に連
通するように構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００１２】本発明によれば、工具ホルダーを工作機の
工具駆動主軸に取付けてミスト化されたクーラントの供
給を開始すると、この工具ホルダーのミスト通路にある
空気が高速で供給されるミスト化されたクーラントによ
り、外部に通じるコレットチャックの内端面部において
外部に通じる溝条からコレットチャックの分割スリット
部を通じて排出される。以後一部のミスト化されたクー
ラントは、前記分割スリット部から外部に放出されて工
具の表面部を冷却する働きをし、継続して送り込まれる
ミスト化されたクーラントが平衡を保って切削部に対す
る噴出を迅速に行わせることができる。もちろん、ミス
ト化されたクーラントの供給初期において気液が分離す
るようなことはなく、切削部に継続的に供給することが
できる。

【００１３】前記各発明において、前記導通部材に設け
られたミスト通路の内周面には、螺旋溝を設けるのがよ
い。こうすると、ミスト通路に送り込まれるミスト化さ
れたクーラントが小径の導通路内を高速で旋回流となっ
て流動し、ミストの分離が生じないまま工具先端部で噴
出させることができる効果を奏する。

【００１４】なお、工具ホルダーの全長が長いものであ
る場合、その内部に設けられる導通部材については、複
数に分割された導通部材を直列に接続してミスト通路を
形成するのがよい。こうすれば、ミスト通路となる孔径
が小さくとも製作容易となり、安価に提供することがで
きるという効果を奏する。もちろん、必要に応じて管体
を絞り加工するなどの加工手段によって１本の導通部材
とすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明による工具ホルダー
の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明す
る。

【００１６】図１に本発明に係る工具ホルダーの一実施
例の断面図が示されている。

【００１７】この図において示される工具ホルダー１
は、マシニングセンターで使用されるものであって、ホ
ルダー本体２（以下、単に本体という）の後部には、図
示されない工具駆動主軸に取付けられる公知形状のテー
パー装着部３が形成され、軸心で後端部に装着されるエ
アブロー接続部材４内から先端部に設けられる工具装着
部５へ貫通する通孔部６にミスト通路１２を形成する中
空の導通部材１０が嵌設されている。

【００１８】前記導通部材１０は、図１に示されるよう
に、複数個の部片を直列に接続して挿入され、この具体
例においては、ホルダー本体２に穿設された通孔部６の
段付き孔形状に合わせて先端側から後端部に外径が異な
る部片１１ａ，１１ｂ，１１ｃを嵌め合い構造で連結し
て構成され、最後端の部片１１ｃは通孔部６端に螺着さ
れる固定部片７にて抜け出し不能なように固定されてい
る。これら部片１１ａ〜１１ｃの内部に形成されたミス
ト通路１２となる孔径は小径（例えば、φ３〜８ｍｍ、
以下同様）で先端から後端まで同一の寸法に揃えられて
いる。また、このような導通部材１０の先端部並びに後
端部の外周にはシールリング１３がそれぞれ付され、対
応する通孔部６とミスト通路１２とが遮断されるように
なされている。なお、この具体例の工具装着部５におい
て、切削工具Ａのシャンク部ａを直接嵌合させてセット
ボルト（図示せず）により固定するような装着手段を用
いる場合、その切削工具Ａのシャンク部ａが挿入される
孔の内面、または切削工具Ａのシャンク部ａ周面のいず
れかに軸線方向に、少なくとも１条のバランス調整用の
条溝５ｃを形成しておくのが好ましい。

【００１９】このように構成された工具ホルダー１は、
工具装着部５に周知の手段で例えば軸心後端から先端に
通孔を設けられた切削工具Ａ（例えばドリル、エンドミ
ルなど）を装着して使用に供される。

【００２０】使用に際しては、この工具ホルダー１が図
示されないツールホルダーから選択されて図示されない
工具駆動主軸に装着されると、予めその工具駆動主軸の
後端部から工具ホルダー装着部まで配管されているミス
ト供給管の端部がエアブロー接続部材４の端部と合致し
て接続されるようにしておくことにより、この工具ホル
ダー１内の導通部材１０後端がミスト供給管に接続され
た状態となる。

【００２１】そこで、工具駆動主軸を回転させて切削工
具Ａを被加工物に切削加工開始状態にするとともに、図
示されないミスト供給装置からミスト供給管を経て工具
ホルダー１内のミスト通路１２にミスト化されたクーラ
ント（以下、単にクーラントという）を供給すれば、ミ
スト通路１２は小径にされているので高速で流動して気
液が分離されることなく工具装着部５に送り込まれる。
しかも、クーラントの供給初期において、工具ホルダー
１のミスト通路１２内に滞留していたエアは、工具装着
部５内に設けられる工具端調整部材５ａ内の通路５ｂか
ら工具装着部５に設けられたバランス調整用の条溝５ｃ
および切削工具Ａの通孔を通って速やかに外部に排除さ
れ、切削開始時にはクーラントが切削工具Ａの通孔を経
て切削部に噴出されることになる。したがって、切削作
業が円滑に行われ、切刃部の損耗を低減できると共に、
切れ味の低下を防ぎ、ミスト化されたクーラントの使用
効果を高めて所期の目的を達成することができる。

【００２２】次に、図２にて示されるのは工具ホルダー
の他の実施例で、全体断面図（ａ）、図（ａ）における
矢印Ｚ側から見た図（ｂ）である。

【００２３】この実施例の工具ホルダー１Ａは、本体２
Ａが前記実施例のものに比べて長さの短い形状のもので
ある。なお、この工具ホルダー１Ａにおける外形部につ
いては周知の形状・構造にされ、本体２Ａの先端部にお
ける工具装着部５Ａには公知のコレットチャックが組み
込まれたものである。したがって、前記実施例の工具ホ
ルダー１と同一構造の部分については同一の符号を付し
ている（以下同様）。

【００２４】この工具ホルダー１Ａでは、本体２Ａの後
端部に取付けられるエアブロー接続部材４の軸心を貫通
してコレットチャック２０の後端部までに設けられる通
孔部６Ａには、中空の導通部材１４が装着されている。
この導通部材１４は、軸心部に小径のミスト通路１５を
形成されて、先端部１４ａを本体２Ａ内の通孔部６Ａに
収まる太い径にされるとともに、中間から後端までをエ
アブロー接続部材４の軸心に形成された孔に嵌合する細
い径にされている。そして、前記先端部１４ａの先端面
に設けた環状溝１４ｂにシールリング１６を装着してコ
レットチャック２０の爪ホルダー２１後端面に接触させ
て、通孔部６Ａに螺合させた固定部片７を導通部材１４
の段部端面１４ｃに押し当てられ、また後端部外周にも
シールリング１６ａを付して通孔部６Ａ内でミスト通路
１５が気密に保たれるようにされている。

【００２５】また、工具装着部５Ａにおけるコレットチ
ャック２０の筒状爪２２内部には、装着される切削工具
Ａのシャンク部ａ後端と爪ホルダー２１内に螺合する工
具端調整部材２４の先端との間に、図２（ｂ）で示され
るような中心に通孔１７ａを穿設されるとともに、縦断
する連通溝１７′を一端面に付された駒片１７を介在さ
せるように設けられる。その駒片１７に付された連通溝
１７′は、前記導通部材１４のミスト通路１５から工具
端調整部材２４の内部通孔２４ａを経て切削工具Ａの軸
心に設けられる通孔（図示省略）に通じるクーラントの
一部が分岐されて、コレットチャック２０の筒状爪２２
に形成される分割スリット部２３に連通させる目的で設
けられる。なお、爪ホルダー２１に付される工具端調整
部材２４の先端にはシールリング１８が付されて、内設
される駒片１７の端面に前記シールリング１８を接触さ
せて切削工具Ａの軸心に設けられる通孔と前記コレット
チャック２０の筒状爪２２に形成される分割スリット部
２３とにクーラントが流入するようにされている。

【００２６】このようにされた工具ホルダー１Ａによれ
ば、前記実施例の工具ホルダー１と同様に図示されない
工作機の工具駆動主軸に装着されてミスト供給管と工具
ホルダーの導通部材１４の後端とが接続されてクーラン
トが供給されると、その導通部材１４内のミスト通路１
５は小径にされて、かつ気密に保たれているので、高速
で流動し、気液が分離されることなく工具装着部５Ａに
送り込まれる。すると、その工具装着部５Ａにおいて
は、工具端調整部材２４と切削工具Ａのシャンク部ａ端
との間に介在させた駒片１７の連通溝１７′からコレッ
トチャック２０の分割スリット部２３および駒片１７の
通孔１７ａから切削工具Ａの通孔を経て、初期状態で工
具ホルダー１Ａのミスト通路１５および工具装着部５Ａ
内空間に滞留していたエアが、流入するクーラントの圧
力で瞬時に排出され、迅速に工具ホルダー１Ａ内の流通
空間がクーラントで満たされて切削工具Ａの通孔を通じ
て切削部にクーラントを速やかに供給することができ
る。

【００２７】また、前記工具装着部５Ａにおける前記駒
片１７の連通溝１７′からコレットチャック２０の分割
スリット部２３を通じての流通経路では、ミスト通路１
５に供給されて切削工具Ａの通孔から先端部へ継続的に
供給されるクーラントが所要の噴出状態以上に供給され
ると、通孔からの流出に加えて連通溝１７′からも流出
され、過剰な状態になることなく圧力バランスを保って
切削部にクーラントがミストの状態を保って噴出され、
冷却並びに切屑の排出を円滑に行わせる。また、前記駒
片１７の連通溝１７′からコレットチャック２０の分割
スリット部２３を通じて流出するクーラントは、気液平
衡が崩れているも切削工具Ａの周側面に沿って流動して
冷却効果を併せ発揮するので無駄はない。

【００２８】次に、図３で示されるのは、工具ホルダー
の更に他の実施例で、全体断面図（ａ）、および導通部
材の断面図（ｂ）である。

【００２９】この実施例の工具ホルダー１Ｂは、その全
体構造が前記実施例のものとほぼ同様でクーラントの流
通経路において異なる構成とされている。したがって、
前記第２番目の実施例と同じ部分については同一の符号
を付してその詳細な説明は省略する。この工具ホルダー
１Ｂにおける外形部については周知の形状・構造にさ
れ、本体２Ａの先端部における工具装着部５Ａには公知
のコレットチャック２０が組み込まれたものである。

【００３０】この工具ホルダー１Ｂにおける本体２Ａの
後半内部に組み込まれている導通部材１４Ｂは、その軸
心部に小径のミスト通路１５が貫通穿設されて、そのミ
スト通路１５の内面に所要のリードで螺旋溝１９が刻設
されている。なお、導通部材１４Ｂは、前記第２番目の
実施例と同様に、本体２Ａの内における通孔部６Ａに挿
入される太い径の先端部１４ａと細い径の中間から後端
までとの段部端面１４ｃに固定部材７を当接して固定保
持され、前端の環状溝１４ｂに嵌めたシールリング１６
をコレットチャック２０の爪ホルダー２１後端に当接さ
せて工具装着部５Ａの内部（コレットチャック２０の内
側）までの区間でクーラントが漏れないように構成され
ている。

【００３１】この実施例の工具ホルダー１Ｂにおいて
は、使用に際して他の実施例と同様にして工作機の工具
駆動主軸に装着され、ミスト供給操作が行われ、ミスト
供給管から接続された導通部材１４Ｂのミスト通路１５
内にクーラントが送り込まれると、クーラントの流通路
内部空間に滞留していたエアは、前記実施例の場合と同
様に高圧で流入するクーラントによってミスト通路１５
から切削工具Ａの通孔を通じて外部に排出される。そし
て、ミスト通路１５内に流入するクーラントは、そのミ
スト通路１５内面に螺旋溝１９が刻設されているので、
その螺旋溝１９によって積極的に旋回させられる。した
がって、クーラントは旋回流となって気液混合状態を保
ち、ミスト通路１５に続く工具端調整部材２４の通孔２
４ａを経て切削工具Ａの通孔に押し込まれ、先端部から
クーラントをミスト状態で噴出され、少量の冷却液を用
いて刃先部および切削部分の冷却と切屑の冷却排出が円
滑に行われ、所期の目的を達成することができる。

【００３２】要するに、本発明の工具ホルダーにあって
は、切削加工のために工作機の工具駆動主軸に装着され
た後切削開始に移行する初期においてミスト化されたク
ーラントが供給されると、内部のクーラントの流通路に
滞留するエアが速やかに排出されてクーラントの切削部
への供給を停滞させることがなく、しかもそのクーラン
トの流通路内では流通断面を小さくして工具ホルダーの
回転による遠心力の影響を受けない状態にし、気液の分
離現象を起させず、ミストを供給源からそのままの状態
に保って切削部まで導くことができるのである。したが
って、切削部においてクーラントとして実質的な冷却液
量を極めて少ない状態で効果的に機能させることが可能
となり、言い換えれば、セミドライ式のクーラントとし
て使用可能となり、使用済み冷却液（廃液）の処理量を
最小限にとどめることが可能となって、作業環境の改善
と相俟って経済性の高い切削加工が行える有用なもので
あるといえる。

【００３３】なお、前記工具ホルダーにおけるクーラン
トの通路となる部分の内面は、テフロンあるいはウレタ
ンのような水もしくはオイルと親和性のない高分子材料
でコーティングしてミストの付着が発生しにくい状態に
することで効果を高めるようにしてもよい。また、前記
第２番目の実施例において説明の工具装着部５Ａに設け
られた工具端調整部材２４と切削工具Ａのシャンク部ａ
端との間に介在させる駒片１７に代えて、工具端調整部
材の切削工具シャンク部に対向する端面にミスト通路と
交差する連通溝（溝条）を設けるようにしてもよい。

【００３４】本実施例におけるバランス調整用の条溝５
ｃあるいはコレットチャックの爪分割スリット部２３
は、本発明の流動圧バランス調整手段としての漏出部に
対応する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る工具ホルダーの一実施例
断面図である。

【図２】図２は、工具ホルダーの他の実施例で、全体断
面図（ａ）、および図（ａ）における矢印Ｚ側から見た
図（ｂ）ある。

【図３】図３は、工具ホルダーの更に他の実施例で、全
体断面図（ａ）、導通部材の断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ 工具ホルダー ２，２Ａ 本体 ４ エアブロー接続部材 ５，５Ａ 工具装着部 ５ａ，２４ 工具端調整部材 ５ｂ 工具端調整部材の通孔 ５ｃ バランス調整用の条溝 ６，６Ａ 本体内の通孔部 ７ 固定部片 １０，１４，１４Ｂ 導通部材 １２，１５ ミスト通路 １３，１６，１６ａ，１８ シールリング １４ａ 導通部材の先端部 １４ｂ 導通部材の先端面におけ
る環状溝 １４ｃ 導通部材の段部端面 １７ 駒片 １７′ 駒片の連通溝 １９ 螺旋溝 ２０ コレットチャック ２１ 爪ホルダー ２２ 筒状爪 ２３ 分割スリット部 ２４ａ 工具端調整部材の通孔 Ａ 切削工具 ａ シャンク部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 暮石 功 大阪府枚方市上野３丁目１−１ 株式会 社小松製作所生産技術開発センタ内 (72)発明者 山本 雄策 大阪府東大阪市元町１丁目６番53号 株 式会社日研工作所内 (56)参考文献 特開 平10−6123（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−277865（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 11/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ミスト供給源から機体の工具駆動主軸内
   を通じて工具の切刃部にミスト化されたクーラントを供
   給できるスルースピンドルクーラントを使用する工具ホ
   ルダーにおいて、 軸心に設けられるミスト通路は、後端から工具装着部ま
   で内径がφ３〜８ｍｍの小径で先端から後端まで同一寸
   法とされた導通部材にて形成され、前記工具装着部に
   は、供給されるミスト化されたクーラントの流動圧バラ
   ンス調整手段として漏出部が軸線方向に設けられている
   ことを特徴とする工具ホルダー。
2. 【請求項２】 ミスト供給源から機体の工具駆動主軸内
   を通じて工具の切刃部にミスト化されたクーラントを供
   給できるスルースピンドルクーラントを使用する工具ホ
   ルダーにおいて、 軸心に設けられるミスト通路は、後端から工具装着部ま
   で内径がφ３〜８ｍｍの小径で先端から後端まで同一寸
   法とされた導通部材にて形成され、 前記ミスト通路を構
   成する導通部材と工具装着部とは、その導通部材先端を
   工具装着部に組み込まれるコレットチャックの後端と気
   密に接合するように取付けられ、そのコレットチャック
   による工具のシャンク装着端とコレットチャックの内端
   面部でミスト通路を横断する溝条が設けられ、前記ミス
   ト通路が、前記コレットチャックの後端から工具軸心の
   通孔に連通するとともに、前記溝条から前記コレットチ
   ャックの筒状爪に形成される分割スリット部に連通する
   ように構成されていることを特徴とする工具ホルダー。
3. 【請求項３】 前記導通部材に設けられたミスト通路の
   内周面には、螺旋溝が設けられている請求項１または２
   に記載の工具ホルダー。