JP3868474B1 - 加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する刃具の傾動動作を常にスムーズに行うと共に、傾動状態から直線状態への復元性が向上し、ワークの各種加工面の加工を良好に行うことができる加工工具を提供する。
【解決手段】ケース３内の下部には傾動ケース４が軸線に対し傾動可能に配設され、傾動ケース４内にはホルダー６が第４ベアリング４５を介して回転自在に配設される。吸収ロッド２２の下端部とホルダー６の上端部は相互に自在継手ロッド５により連結され、自在継手ロッド５の外周部のケース３内に、多数の傾動支持ピン３２を下方に向けて且つばね部材により付勢して突出させてなる傾動支持ピン装置３０が配設される。傾動支持ピン装置３０の傾動支持ピン３２の先端は、傾動ケース４の上部に設けた受圧板４１に当接し、自在継手ロッド５は、吸収ロッド２２の下部と連結された第１自在継手部５１と、ホルダーの上部と連結される第２自在継手部５２とを中間軸の上部と下部に設けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、マシニングセンター等の工作機械の主軸に着脱可能に取り付けられ、主軸により刃具を回転させて、ワークの面取り、バリ取り、ラッピングなどの加工を行う加工工具に関する。

従来、マシニングセンター等の工作機械の主軸に着脱可能に取り付けられ、バリ取りなどの加工を行う加工工具として、下記の特許文献１に記載されるようなバリ取り装置が知られている。このバリ取り装置は、本体ユニットを工作機械の主軸に装着可能に形成され、本体ユニットの下部にエアーモータを斜め下方に傾斜した状態で取り付け、その駆動軸の先端にバリ取り工具を取り付けて構成され、エアーモータによってバリ取り工具を回転駆動して、ワークの加工面に工具を押し当て、ワークのバリ取りを行うものである。
特開平８−５７７５８号公報 特開２００５-３４９５４９号公報

しかし、上記のバリ取り装置は、エアーモータによりバリ取り工具を回転駆動するため、エアーモータに供給する圧力空気の供給源を必要とする問題があり、さらに、本体ユニットに対しエアーモータが上下方向に傾斜して装着され、そのエアーモータの傾斜角度により、その回転軸に装着されたバリ取り工具の傾斜方向が決まるため、各種の方向を向くワークの加工面に対し、バリ取り工具の刃先の方向を、常に適正な方向とするように、本体ユニットの角度（向き）を制御する必要があり、そのための制御機構や制御プログラムが複雑化する問題があった。

また、エアーモータとその回転軸先端のバリ取り工具が予め傾斜して装着されるため、各種の傾斜角度を持ったワークの加工面に対し、工具を円滑に傾動制御することができない場合があり、加工面の角度によっては、ワークのエッジ部のバリ取りなどの加工を良好に且つ円滑に行うことが難しいという問題があった。

そこで、本出願人は、上記特許文献２により、シャンクの下部に吸収ロッドと自在継手を介して刃具のホルダーを傾動自在に設け、工作機械の主軸にシャンクを取り付け、主軸の回転により、吸収ロッドと自在継手を介してホルダーに装着したバリ取り工具などの刃具を高速回転させ、シャンクに対しホルダーおよび刃具を傾動させながらバリ取り加工などを行う加工工具を提案した。

この加工工具は、高速回転する刃具の先端側面が、ワークのエッジ部に接触し、刃具が側方からの荷重を受けると、傾動ケースがその外側のケースに対し軸線上から傾動する。このとき、この傾動により傾斜した傾動ケース内のホルダーは、主軸の回転力をシャンク、吸収ロッド、及び自在継手を介して受け、自在継手が吸収ロッドに対しホルダーを傾斜させた状態で回転駆動し、ホルダーに設けられた摺動ホルダー先端の刃具が高速で回転駆動され、ワークのエッジ部などに生じたバリを除去するように動作する。また、このとき、刃具がワークの加工面を押圧する押圧力は、傾動支持ピン装置の多数の傾動支持ピンが傾動ケースの上部の受圧板を押す力によって生じ、高速回転する刃具のワーク加工面への押圧を安定して行って、バリ取りなどの加工を良好に行うことができる。

一方、この種の加工工具では、刃具がワークから離れて刃具の回転負荷が急激に減少して、自在継手およびホルダーが傾動状態から直線状態に戻るとき、自在継手の振動や傾動ケースの反動などにより、ホルダーや刃具が暴れる（ランダムに振られる）現象が生じやすい。

しかしながら、上記加工工具では、傾動支持ピン装置の多数の傾動支持ピンがばね部材を介してその先端を傾動ケース上部の受圧板を押えるように作用し、またこの傾動支持ピン装置が回動自在で且つフリー状態でケース内に配設され、さらに傾動支持ピン装置の上側にボールベアリングをフリー状態で回転自在に配設しているため、刃具の回転負荷が変化しホルダーが直線姿勢に戻る際、傾動支持ピン装置の円周方向への動きは比較的スムーズに行なわれる。

然るに、近年、金属加工におけるバリ取り加工などの分野でも、加工の高速化が推進されており、それに伴い、自在継手およびホルダーが傾動状態から直線状態に戻る際の、さらなる迅速で円滑な復元性が要望されていた。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、回転する刃具の傾動動作を常にスムーズに行うと共に、傾動状態から直線状態への復元性が向上し、ワークの各種加工面の加工を良好に行うことができる加工工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の加工工具は、
工作機械の主軸にシャンクを着脱自在に取り付け、該主軸の回転により該シャンクおよびホルダーに装着した刃具を回転駆動すると共に、該シャンクに対し該ホルダーおよび刃具を傾動させて加工を行う加工工具において、
該シャンクの下端部外側にベアリングを介してケースが取り付けられ、該シャンクの下端軸心部に設けた軸孔に吸収ロッドが軸方向に摺動可能に配設され、該吸収ロッドと該シャンク間には該吸収ロッドを軸方向に付勢する吸収ばねが配設され、該ケース内の下部には傾動ケースが軸線に対し傾動可能に配設され、該傾動ケース内にはホルダーがベアリングを介して回転自在に配設され、該ホルダー内には先端に工具用のチャック部を設けた摺動ホルダーが軸方向に摺動可能に配設され、該ホルダーと該摺動ホルダー間には該摺動ホルダーを軸方向に付勢するばね部材が配設され、前記吸収ロッドの下端部と該ホルダーの上端部は相互に自在継手ロッドにより連結され、該自在継手ロッドの外周部の該ケース内に、多数の傾動支持ピンを下方に向けて且つばね部材により付勢して突出させてなる傾動支持ピン装置が配設され、
該傾動支持ピン装置の傾動支持ピンの先端は、該傾動ケースの上部に設けた受圧板に当接し、該自在継手ロッドは、吸収ロッドの下部と連結された第１自在継手部と、ホルダーの上部と連結される第２自在継手部とを中間軸の上部と下部に設けて構成され、
第１自在継手部は、吸収ロッドに対し円周全方向に傾動可能で且つ軸方向に摺動可能に連結され、第２自在継手部はホルダーに対し円周全方向に傾動可能で且つ軸方向に摺動可能に連結され、
該第１自在継手部の先端中央に形成された嵌入穴に１個の金属球が転動可能に嵌入されると共に、該吸収ロッド側の下端部中央に設けられた受入れ凹部に該金属球が係合し、第２自在継手部の先端中央に形成された嵌入穴に１個の金属球が転動可能に嵌入されると共に、該ホルダー側の上端部中央に設けられた受入れ凹部に該金属球が係合し、
該自在継手ロッドが該吸収ロッド及び該ホルダーに対し直線状態のとき、両側の該金属球が両側の該受入れ凹部に係合した状態を保持し、該自在継手ロッドが該吸収ロッド及び該ホルダーに対し傾動したとき、少なくとも何れか一方の該金属球が受入れ凹部の略中央から外側寄りに移動し、傾動荷重を外されて該ホルダーが傾動状態から直線姿勢に戻る際、該金属球が該外側寄りから該受入れ凹部の略中央に移動することを特徴とする。

ここで、請求項２のように、上記傾動支持ピン装置は、円環状に形成されたピンケース内に多数の傾動支持ピンがその先端を下方に突出させて円周上に配設されると共に、各傾動支持ピンがばね部材により下方に付勢されて構成され、傾動支持ピン装置を回動自在のフリー状態でケース内に配設することが好ましい。

また、請求項３のように、上記傾動支持ピン装置の上側に、ボールベアリングをフリー状態で回転自在に配設することが好ましい。

また、請求項４のように、上記ケース内のボールベアリングの上側に高さ調整用の調整ナットを螺合し、この調整ナットのねじ込みによりボールベアリングの上側空間の隙間幅を調整可能とすることができる。

さらに、請求項５のように、上記自在継手ロッドの中間軸には円盤部が形成され、上記第１自在継手部の先端部下寄りと第２自在継手部の下端部上寄りには半球状凸部が突設されると共に、吸収ロッドとホルダーの継手凹部内には該半球状凸部が嵌合する溝部が軸方向に形成されように構成することができる。

さらに、請求項６のように、上記傾動ケースはケース内で球面滑り軸受を介して所定の角度範囲内で傾動可能に配設することができる。

さらに、請求項７のように、上記ホルダーは、傾動ケース内で少なくとも２個のニードルベアリングを含む複数のベアリングを介して回転自在に配設することが好ましい。

さらに、請求項８のように、前記シャンクが該工作機械の主軸に装着された際、該工作機械の固定部に係合して該ケースを位置決めして静止させる位置決め係合部が前記ケースの側部に設けられ、該位置決め係合部は、位置決めピンがケースから側方に突出した保持部に、上下縦方向に摺動可能に且つばね部材により上方に付勢されて保持され、該位置決めピンの外周におねじ部が形成され、該おねじ部に調整ナットが螺合して装着されると共に、該調整ナットの外周部に回り止めキーが、その先端を該シャンクの下部に取り付けたオリエンテーションリングの係合部に係合可能に、該調整ナットの回転を許容して取り付けられ、調整ナットの回転操作により位置決めピン及び回り止めキーを上下動させるように構成することができる。

上記構成の加工工具では、工作機械の主軸の回転により、シャンクと吸収ロッドが回転し、その吸収ロッドの回転が自在継手を介してホルダーに伝達され、ホルダーの先端に取り付けられた刃具が高速回転して、その刃具がワークに接触することにより、バリ取りなどの加工が行われる。

高速回転する刃具の先端側面が例えばワークのエッジ部に接触し、刃具が側方からの荷重を受けると、傾動ケースがその外側のケースに対し軸線上から傾動する。このとき、この傾動により傾斜した傾動ケース内のホルダーは、主軸の回転力をシャンク、吸収ロッド、及び自在継手ロッドを介して受け、自在継手ロッドが吸収ロッドに対しホルダーを傾斜させた状態で回転駆動し、ホルダーに設けられた摺動ホルダー先端の刃具が高速で回転駆動され、ワークのエッジ部などに生じたバリが除去される。このときの、刃具がワークの加工面を押圧する押圧力は、傾動支持ピン装置の多数の傾動支持ピンが傾動ケースの上部の受圧板を押す力によって生じ、高速回転する刃具のワーク加工面への押圧を安定して行って、バリ取りなどの加工を良好に行うことができる。

また、このようなホルダーの傾動時、自在継手ロッドによる吸収ロッドとホルダーとの連結長さの微妙な変化や振動によってそこに軸方向の衝撃力が生じることがあるが、吸収ロッドに設けた吸収ばねと、ホルダー内に設けた摺動ホルダー用のばね部材によりそれが良好に吸収される。また、刃具がワークから受ける押上力を受ける場合があるが、このような刃具の押上力は摺動ホルダー用のばね部材により吸収され、高速回転する刃具を非常に安定して動作させることができる。

さらに、高速回転するホルダーに保持された刃具は、ワークから離れたとき、その回転負荷が急激に減少し、自在継手ロッドおよびホルダーが傾動状態から直線状態に戻るとき、自在継手の振動や傾動ケースの反動などにより、ホルダーや刃具が暴れる（ランダムに振られる）現象が生じやすい。しかし、本加工工具では、傾動支持ピン装置の多数の傾動支持ピンがばね部材を介してその先端を傾動ケース上部の受圧板を押えるように作用し、またこの傾動支持ピン装置が回動自在で且つフリー状態でケース内に配設され、さらに傾動支持ピン装置の上側にボールベアリングをフリー状態で回転自在に配設しているため、刃具の回転負荷が変化しホルダーが直線姿勢に戻る際、傾動支持ピン装置の円周方向への動きはスムーズである。

また、第１自在継手部の先端中央に形成された嵌入穴に１個の金属球が転動可能に嵌入されると共に、吸収ロッド側の下端部中央に設けられた受入れ凹部に金属球が係合し、第２自在継手部の先端中央に形成された嵌入穴に１個の金属球が転動可能に嵌入されると共に、ホルダー側の上端部中央に設けられた受入れ凹部に金属球が係合し、自在継手ロッドが吸収ロッド及びホルダーに対し直線状態のとき、両側の金属球が両側の受入れ凹部に係合した状態を保持し、自在継手ロッドが吸収ロッド及びホルダーに対し傾動したとき、少なくとも何れか一方の金属球が受入れ凹部から外側寄りに復帰可能に移動するため、ホルダーが直線姿勢に戻る際、傾動支持ピン装置の円周方向への動きは、より円滑となり、ホルダーや刃具の暴れを防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は加工工具の正面図を示し、図２はその縦断面図を示している。この加工工具１は、概略的には、マシニングセンターなどの工作機械の主軸に、そのシャンク２を嵌着して装着され、シャンク２の下部に装着された円筒形のケース３内に自在継手ロッド５と傾動ケース４が配設され、傾動ケース４内に回転可能に配設された刃具用のホルダー６が自在継手ロッド５を介してシャンク２に連結された構造を持つ。そして、ケース３は、位置決め係合部７を介して工作機械の一部の位置決めブロック１１に係止されて静止し、傾動ケース４内で回転可能に保持されたホルダー６が主軸により回転駆動され、ホルダー６の先端に装着した刃具９が回転してバリ取り加工などを行うように構成される。

ケース３は下部を絞った略円筒形状に形成され、ケース３の上部は、シャンク２の下部に外側から第１ベアリング２５を介して嵌入され、静止するケース３に対しシャンク２は回転自在に装着される。第１ベアリング２５にはスラスト荷重に対する耐荷重性を有したアンギュラベアリングが使用され、第１ベアリング２５を組み付ける際、押えねじを用いて、予圧をかけて取り付けられる。シャンク２の軸心位置の下部に、下側から軸孔２１が穿設され、その軸孔２１内に下側から吸収ロッド２２が所定の範囲で上下動可能に嵌入される。

吸収ロッド２２の下端部には、継手凹部２４が下方に開口して形成されている。継手凹部２４の内周面には、所定幅で略半円形の溝が所定間隔で軸方向に形成され、後述の自在継手ロッド５の第１自在継手部５１が継手凹部２４に係合した状態で、回転を伝達し且つ第１自在継手部５１が全方向に傾動可能に嵌合される。また、第１自在継手部５１にはラジアル方向に４個の半球状凸部５３が９０度間隔で突設されている。

吸収ロッド２２はシャンク２に対し上下動可能に且つ回転を伝達可能に連結するために、吸収ロッド２２の上部に、軸方向の軸孔２１が穿設され、その軸孔２１内に吸収ばね（コイルばね）２３が配設される。この吸収ばね２３は、自在継手ロッド５の連結長さが変化したとき、その連結長さの変化を吸収するように動作し、吸収ロッド２２が上方に押し上げられる力を受けた際、圧縮変形してその力を吸収し、吸収ロッド２２を下方に付勢するように配設されている。

さらに、吸収ロッド２２の下に連結される自在継手ロッド５及びホルダー６が軸線に対し傾斜したとき、その傾斜角度に応じてそれらの軸方向の長さが変化するが、その自在継手ロッド５とホルダー６の傾動により変化する軸方向の長さを吸収するために、吸収ロッド２２がシャンク２内で摺動可能に嵌入され、且つ吸収ばね２３が配設されている。また、吸収ロッド２２の外周部に半球状凹部が形成され、その半球状凹部に金属球５９が緩く嵌入され、金属球５９の外側部分は、シャンク２の軸心位置に穿設した軸孔２１内の側壁に形成された係合溝２８に嵌合され、この金属球５９の係合によって吸収ロッド２２はシャンク２に対し軸方向にのみ摺動可能に装着されることとなる。

自在継手ロッド５の中間部には、回転の安定化のために、円盤部５ａが設けられる。この円盤部５ａにより、自在継手ロッド５は安定して高速回転することができる。さらに、自在継手ロッド５の周囲に、傾動支持ピン装置３０が配設される。この傾動支持ピン装置３０は、ピンケース３１内に多数の傾動支持ピン３２を下側に突出させ且つばね部材３３により付勢して配設して構成される。この傾動支持ピン装置３０のピンケース３１は、ケース３内にフリー状態で配設された第２ベアリング２６の下側に配設されている。つまり、この傾動支持ピン装置３０のピンケース３１には回転駆動力は印加されないが、傾動支持ピン装置３０は、自在に回転可能な状態で第２ベアリング２６を介して、ケース３の内側に装着されている。

第２ベアリング２６は、ケース３内のピンケース３１の上部に、フリーの状態で収容され、この第２ベアリング２６の高さ位置を調節するために、ケース３の内側にリング状の調整ナット２７がねじ込み幅を調整可能にねじ込まれ、第２ベアリング２６が収容される空間の高さを調整可能としている。

傾動ケース４およびホルダー６がケース３内で傾動したとき、或は刃具９の回転負荷が急激に減少し、傾動状態から直線状態に戻るときなどに、傾動支持ピン装置３０に回動力が作用したとき、ピンケース３１が第２ベアリング２６を介して任意の方向に回動し、これによって、傾動ケース４およびホルダー６の直線戻り動作がスムーズに行われるようにしている。第２ベアリング２６は、環状で且つ板状の２枚のボールレースを上下に重ねて構成され、ボールレースの内側に形成された環状溝に、多数の金属球が収容される構造である。

さらに、その第２ベアリング２６を介してケース３の内側に装着された傾動支持ピン装置３０のピンケース３１は、図３に示すように、略円環状に形成され、ピンケース３１内には、例えば１２本の傾動支持ピン３２が３０度の間隔で円周上に、先端を下側に突出した状態で配設されている。これらの傾動支持ピン３２は、その下側に配設される傾動ケース４の受圧板４１の円周上を、上から均一に押えて支持するために配設される。各傾動支持ピン３２には、ばね部材（コイルばね）３３が傾動支持ピン３２を下方に付勢するように装着され、各傾動支持ピン３２は、ピンケース３１内に配設した各々のばね部材３３により、下方に付勢され、その先端を下方に突出させている。

ピンケース３１の下側に傾動ケース４の受圧板４１が配設され、傾動ケース４と受圧板４１はケース３内で軸心に沿った垂直姿勢から全方向に傾動可能に配設されている。その傾動ケース４と受圧板４１の全方向の傾動時に、１２本の傾動支持ピン３２とばね部材３３は、傾動ケース４と受圧板４１を垂直姿勢に復帰させる方向に、均一に付勢するように作用する。つまり、ホルダー６の先端の刃具（工具チップ）９がワークの加工面に接触したとき、刃具９が傾動方向に押されて傾動ケース４、ホルダー６、刃具９が傾動するが、このとき、刃具９が加工面に与える押圧力が、各傾動支持ピン３２のばね部材３３によって全円周方向に均一に生じ、且つその押圧力がゼロになったとき、その傾きがスムーズに直線状態に戻ることになる。このように、傾動支持ピン３２のばね部材３３のばね力が、刃具９の加工面への押圧力として作用するため、このばね部材３３のばね力は、ワークＷがスチールのように硬質の場合は強く、アルミニウムのような軟質の場合は弱く設定される。

傾動ケース４は上部にフランジを有した略円筒形に形成され、ケース３の下部内の軸心位置に、球面滑り軸受け３４，４３を介して所定の角度で傾動可能に配設されている。ケース３の内側に球面滑り軸受け３４が円周状に設けられ、その球面滑り軸受け３４の内側に、傾動ケース４の外周部に設けた球面滑り軸受け４３が回動可能にはめ込まれている。これにより、傾動ケース４は球面滑り軸受け３４，４３の中心軸（軸心上に位置する）を中心に、所定の角度範囲（例えば約５°）で傾動可能である。

傾動ケース４の上部にフランジが設けられ、図４、図１１に示すように、そのフランジには溝４７が円周上の６０度の間隔で６個形成されている。ケース３の内側には、その溝４７に対応した円周位置に、図４、図１１に示すように、６本のガイドピン３５が立設され、それらのガイドピン３５は各溝４７に係合し、傾動ケース４の傾動は、ガイドピン３５によりガイドされる。

これらのガイドピン３５と溝４７との係合により、傾動ケース４の傾動はガイドされるが、それらの係合には僅かではあるが隙間があるため、高速回転する自在継手ロッド５の連結角度が変化し或はその回転負荷が変化した場合には、傾動ケース４がその際の反動や振動を受けて円周方向などに僅かにがたつくことがある。このとき、その傾動ケース４の動きは傾動支持ピン装置３０に伝わるが、上記のように傾動支持ピン装置３０とその上の第２ベアリング２６が、フリー状態で配設されているので、その傾動ケース４の円周方向のがたつきなどに起因したホルダー６の傾動時或は復帰時の振動や暴れは、第２ベアリング２６などの作用により、効果的に防止される。

傾動ケース４の上部のフランジ上に受圧板４１が取り付けられ、上記ピンケース３１の１２本の傾動支持ピン３２は、図１１に示すように傾動ケース４の傾動に関わらず常に全てのピンが受圧板４１に当接している。さらに、傾動ケース４の下部には、ダストカバー４４が取り付けられ、その傾動ケース内に挿入されるホルダー６との隙間をカバーしている。

円筒状の傾動ケース４内には、ホルダー６が軸心位置に第３ベアリング４２と第４ベアリング４５を介して回転自在に配設される。傾動ケース４内の上部に第３ベアリング４２のアウターレースが固定され、第３ベアリング４２のインナーレースはホルダー６の上部大径部に固定される。第４ベアリング４５は２個のニードルベアリングからなり、２個のニードルベアリングの間にカラー４６が介装されている。第４ベアリング４５としては、ニードルベアリングの他に滑り軸受などを使用することもできる。

ホルダー６は、円筒形のホルダー本体６１の内側に、摺動ホルダー６２を軸方向に所定の範囲で摺動可能に装着されている。ホルダー本体６１の上部の大径部には、継手凹部６３が上方に開口して形成され、その継手凹部６３の内周面には、所定幅で略半円形の溝が所定間隔で形成されている。この継手凹部６３内に、自在継手ロッド５の下部の第２自在継手部５２が嵌入され、第２自在継手部５２は継手凹部６３内に係合し、第２自在継手部５２からホルダー本体６１に回転を伝達すると共に、第２自在継手部５２とホルダー本体６１の連結状態は、全方向について所定の角度範囲で傾動可能とされる。

自在継手ロッド５は、中間軸の上部に第１自在継手部５１を形成すると共に、中間軸の下部に第２自在継手部５２を設けて形成され、ピンケース３１の中央空間を貫通し、その上部の第１自在継手部５１を吸収ロッド２２の継手凹部２４内に嵌入し、その下部の第２自在継手部５２をホルダー本体６１の上部の継手凹部６３内に嵌入して取り付けられている。

第１自在継手部５１は自在継手ロッド５の上端半球部の外周に、球状先端を有したピンを９０°の間隔でその球状先端を突き出して嵌着して形成され、第２自在継手部５２も同様に、自在継手ロッド５の下端半球部の外周に、球状先端を有したピンを９０°の間隔でその球状先端を突き出すように嵌着して形成されている。これにより、第１自在継手部５１には４個の半球状凸部５３がラジアル方向に突設され、第２自在継手部５２には４個の半球状凸部５４がラジアル方向に突設されることとなる。４個の半球状凸部５３と４個の半球状凸部５４とはそのラジアル方向の角度を相互に４５度ずらして配置され、これにより、自在継手ロッド５は、よりスムーズな傾動を可能としている。

ホルダー６のホルダー本体６１内には、摺動ホルダー６２が軸方向に摺動可能に配設されているが、その摺動範囲を決めるために軸心位置にボルト状の支持ロッド６４が貫通して取り付けられ、その支持ロッド６４の外周部にばね部材（コイルばね）６７が、摺動ホルダー６２を下方に付勢して嵌装されている。このばね部材６７は、刃具９がワークから衝撃力などを受けた際、摺動ホルダー６２が上方に摺動する力を吸収し、その衝撃力を吸収するものである。

また、図１１に示すように、摺動ホルダー６２の外周部に係合溝６５が軸方向に形成され、その係合溝６５に係合金属球６６が係合すると共にホルダー本体６１側の係合孔にも係合金属球６６が係合し、摺動ホルダー６２の軸方向の摺動を許容しつつ、ホルダー本体６１と摺動ホルダー６２を一体に回転駆動可能としている。摺動ホルダー６２の先端には、バリ取り用砥石などの刃具９を装着するためのチャック部６９が取り付けられる。

一方、図８に示すように、ケース３の上部には、位置決め係合部７が、工作機械に対し加工工具のケース３の位置決めを行なうために設けられている。位置決め係合部７は、ケース３から側方に突出した保持部７０を有しており、その保持部７０に縦方向に形成された孔内に、位置決めピン７１が上下動可能に挿入されて配設されている。保持部７０の孔の下部に、カップ状のカバー体７５が嵌着され、そのカバー体７５の上部の孔内にばね部材（コイルばね）７４が収容され、位置決めピン７１は、このばね部材７４により上方に付勢されて保持されている。

位置決めピン７１の外周におねじ部が形成され、おねじ部には調整ナット７３が螺合して装着される。また、位置決めピン７１の下部には、溝７１ａが軸方向に形成され、その溝７１ａに、保持部７０の外部からねじ込まれた止めねじ７８の先端が嵌入し、位置決めピン７１の回転を阻止しながら、上下摺動を可能としている。調整ナット７３の外周部には回り止めキー７２の元部が外嵌されて取り付けられるが、回り止めキー７２とは独立して回転可能であり、調整ナット７３を回すことにより、位置決めピン７１を上下動させることができる。調整ナット７３の外周部に、複数の係合孔が穿設され、専用スパナの係止凸部をこの係合孔に係止させ、専用スパナによって調整ナット７３を回転操作可能としている。

さらに、回り止めキー７２の元部に止めねじ７７がねじ込まれ、止めねじ７７により回り止めキー７２を調整ナット７３に対し固定できる構造となっている。また、回り止めキー７２の先端部は、ケース３側のオリエンテーションリング２ｃに向くように、保持部７０上に立設されたガイド軸７６に、回り止めキー７２はガイドされ、調整ナット７３及び位置決めピン７１と共に上下動が可能となっている。

回り止めキー７２は、その先端を、シャンク２の下部に取り付けたオリエンテーションリング２ｃの切り欠き部（係合部）２ｄに係合させ、オリエンテーションリング２ｃつまりシャンク２のリング部２ａの角度位置と位置決めピン７１の位置関係を合わせる機能を有している。

一方、工作機械の主軸１０には、図８に示すように、キー１２が突設されており、加工工具１のシャンク２を主軸１０の底部の孔内に挿入して取り付ける際、シャンク２のリング部２ａに設けたキー溝２ｂに、ドライブキー１２を嵌入して加工工具１は主軸１０に取着される。このとき、加工工具１のケース３の位置を決める位置決めピン７１は、工作機械の固定側の位置決めブロック１１の凹部に嵌入され、位置決めされるが、そのキー溝２ｂと位置決めブロック１１の角度関係は、工作機械に応じて異なる場合がある。

このために、シャンク２のリング部２ａの下部にはオリエンテーションリング２ｃが回転可能に外嵌され、オリエンテーションリング２ｃにはねじ孔が穿設され、そこに止めねじ２ｅがねじ込まれて、シャンク２に対し固定可能な構造とされる。また、上記のように、オリエンテーションリング２ｃの一部に切り欠き部（係合部）２ｄが形成され、そこに回り止めキー７２の先端が嵌合可能である。

上記構成の加工工具１は、そのホルダー６の先端のチャック部６９に例えばバリ取り用砥石などの刃具（工具チップ）９を取り付け、図７に示すように、マシニングセンターなどの工作機械の主軸１０にそのシャンク２を嵌入し、その位置決め係合部７を工作機械側の位置決めブロック１１に嵌合して、所定角度に位置決めし、以下のような作業により装着される。

すなわち、加工工具１は、図９に示すような状態になっており、この状態で先ず、止めねじ７７を緩め、調整ナット７３を回転可能な状態とし、調整ナット７３を専用スパナにより左に回し、位置決めピン７１を下降端まで下降させる。そして、オリエンテーションリング２ｃの止めねじ２ｅを緩めて、オリエンテーションリング２ｃの回転を許容した状態とする。

次に、この状態の加工工具１を持って、そのシャンク２を工作機械の主軸１０の凹部に嵌め込み、その位置決め係合部７の位置決めピン７１を、工作機械側の位置決めブロック１１の底面の凹部に合わせた状態で、工作機械の手動工具取付装置を動作させて、シャンク２を主軸１０に固定させる。このとき、図１０ａに示すように、シャンク２は工作機械の主軸１０に結合され、位置決めピン７１は、工作機械側の位置決めブロック１１の底面凹部に嵌合した状態となる。

次に、位置決め係合部７の調整ナット７３を専用スパナにより右に回し、静止する位置決めピン７１に対し調整ナット７３及び回り止めキー７２を下降させ、図１０ｂに示すように、回り止めキー７２の先端をオリエンテーションリング２ｃの切り欠き部２ｄから退避させ、回り止めキー７２の先端とオリエンテーションリング２ｃとの間に所定の間隔を開ける。

この状態で、この加工工具１の工作機械に対するセットが終了し、オリエンテーションリング２ｃの止めねじ２ｅを締め付けてこれをシャンク２に対し固定すると共に、止めねじ７７を締め付けて、回り止めキー７２を調整ナット７３に対し固定する。このとき、回り止めキー７２の先端が、オリエンテーションリング２ｃの切り欠き部２ｄの真下に位置していることを確認する。この確認は、工作機械の手動工具取付装置を取り外し動作させて、主軸１０からシャンク２を取り外したとき、位置決めピン７１が調整ナット７３、回り止めキー７２と共に、ばね部材７４の付勢力により上昇し、回り止めキー７２の先端がオリエンテーションリング２ｃの切り欠き部２ｄに係合することによって、行なうことができる。

このように、主軸と位置決めブロックの角度位置が異なる各種の工作機械に対し、上記のように、調整ナット７３を回すのみの簡単な操作により、加工工具１の位置決め係合部７の調整を容易に行なうことができる。

次に、加工工具１の動作を説明する。工作機械の主軸１０が回転すると、シャンク２が回転し、そのシャンク２の回転により、吸収ロッド２２、自在継手ロッド５、及びホルダー６が回転する。外側に配設されたケース３と傾動ケース４は、位置決め係合部７と工作機械の位置決めブロック１１との係合により静止状態を保持し、ケース３と傾動ケース４が静止した状態で、ホルダー６とそこに把持された刃具９が、例えば約10000ｒｐｍという非常に高速回転で駆動される。

バリ取りなどの加工を行うワークＷは、図７のように、工作機械の移動テーブルＴの上に固定され、工作機械は、主軸１０を所定位置まで下降させ、刃具９をワークＷのエッジ部に接触させながら、移動テーブルＴを所定のプログラムに従って制御座標上を移動させる。これにより、刃具９の接触位置をワークＷのエッジ部に沿って移動させ、高速回転する刃具９によりワークＷのエッジ部のバリが削り取られ、バリ取りが行われる。

高速回転する刃具９の先端側面がワークＷのエッジ部に接触し、刃具９が側方からの荷重を受けると、図６、図１１に示すように、傾動ケース４がその外側のケース３に対しその荷重に応じた角度、例えば最大傾斜角度で５度程度の角度範囲で、主軸の軸心から傾動する。このとき、傾動ケース４はケース３に対し球面滑り軸受け４３，３４を介してその球面の中心点の周りで回動するが、この回動により傾斜した傾動ケース４内のホルダー６は、主軸１０の回転力をシャンク２、吸収ロッド２２、及び自在継手ロッド５を介して受け、回転駆動される。傾動ケース４と共にホルダー６が図６、図１１のように傾斜したとき、ホルダー６はその上端の自在継手ロッド５との連結部より下側の球面滑り軸受け３４，４３の中心点を軸に傾動し、自在継手ロッド５はその中間点近傍を軸に傾動する。

このため、自在継手ロッド５とホルダー６が傾動する際には、吸収ロッド２２と自在継手ロッド５の連結長さ及び自在継手ロッド５とホルダー６の連結長さの微妙な変化により軸方向の振動などが発生する。このときの吸収ロッド２２や自在継手ロッド５の軸方向の振動や衝撃力は、吸収ロッド２２内の吸収ばね２３により良好に吸収される。このように、ホルダー６が傾動する際の吸収ロッド２２や自在継手ロッド５の軸方向の振動は、吸収ばね２３により吸収されるため、刃具９がワークＷに接触してホルダー６が傾動する際、刃具９の高速回転を安定して保持しながら、スムーズにホルダー６を傾動させることができる。

また、高速回転する刃具９の先端側部にワークＷの縁部に接触したとき、刃具９がワークから受ける軸方向の押上力などは、摺動ホルダー６２のばね部材６７により吸収され、安定して加工を行うことができる。さらに、図６のように、刃具９がホルダー６と共に傾動し、刃具９の先端側部が適度な接触荷重をワークＷのバリの部分に付与しながら、バリを除去するが、このワークＷを刃具９の先端側部が押圧する際の押圧荷重は、ホルダー６の上端の受圧板４１に印加される、傾動支持ピン装置３０内のばね部材３３を有する多数の傾動支持ピン３２によって付与される。これらの傾動支持ピン３２は円周上に多数本が配置されるため、何れの方向に刃具９とホルダー６が傾動した際にも、同様な荷重を安定して付与することができ、ワークＷのバリ取りを良好に行うことができる。

このように、傾動支持ピン３２のばね部材３３のばね力が、刃具９のワークＷに対する押圧荷重として作用するが、このワークＷの押圧荷重を作用させる力は、上記のようにホルダー６や自在継手ロッド５の軸方向の力を吸収する吸収ばね２３やばね部材６７とは別個のばねで、円周上に配置された多数のばね部材３３によって付与されるため、刃具９がワークＷを押圧する力を安定して生じさせることができる。

さらに、刃具９がワークＷから離れた際には、刃具９とホルダー６の傾動状態を直線姿勢までスムーズに戻すことができる。特に、ホルダー６がその回転負荷を急激に低下させ且つその傾動荷重を外されて直線姿勢に戻る際、高速回転するホルダー６の戻り動作が不安定となってホルダー６が暴れやすい、つまりホルダー６がランダムに振れるように動作して直線姿勢に戻りにくい状態が発生しやすい。

しかし、本加工工具では、上記のように、ホルダー６が傾動状態から直線状態に復帰する力は、独立した傾動支持ピン装置３０内のばね部材３３及び吸収ばね２３によって吸収されるため、刃具９がワークＷから離れる際、ホルダー６や刃具９が暴れることなく極めてスムーズに直線状に戻ることができる。また、傾動支持ピン装置３０がフリー状態で配設され、且つフリー状態の第２ベアリング２６を介して装着されているため、傾動時に傾動支持ピン装置３０が円周方向にスムーズに動いて、傾動ケース４の反動などを吸収し、ホルダー６や刃具９をスムーズに直線状態に戻すことができる。

さらに、図５に示すように、第１自在継手部５１の先端中央に形成された嵌入穴５１ａに金属球５９が転動自在に嵌入され、吸収ロッド２２の下端部中央の支持板５７に設けられ受入れ凹部５７ａに金属球５９が移動可能に嵌入され、第２自在継手部５２の先端中央に形成された嵌入穴５２ａに金属球６０が転動自在に嵌入され、ホルダー６の上端部中央の支持板５８に設けられた受入れ凹部５８ａに金属球６０が移動可能に嵌入される。

したがって、図５ａのように、自在継手ロッド５が吸収ロッド２２及びホルダー６に対し直線状態のとき、金属球５９，６０は両側の受入れ凹部５７ａ，５８ａの略中央に位置しているが、自在継手ロッド５が吸収ロッド２２及びホルダー６に対し傾動したとき、図５ｂに示すように、金属球５９，６０は受入れ凹部５７ａ，５８ａの略中央から外側寄りに復帰可能に移動するため、ホルダー６が直線姿勢に戻る際、傾動支持ピン装置３０の円周方向への動きは、より円滑となり、ホルダー６や刃具９の暴れを防止することができる。

さらに、傾動支持ピン装置３０の直上に位置する第２ベアリング２６は、高さを調整されたフリーの状態で配設されているから、高速回転する自在継手ロッド５の影響によりピンケース３１が円周方向の力を受けた場合、フリーの第２ベアリング２６がピンケース３１の自在な回転を許容し、刃具９がワークＷから離れる際、異常な動きをすることなくホルダー６と刃具９を傾動状態から直線状態にスムーズに戻すことができる。

本発明の第１実施形態を示す加工工具の正面図である。 同加工工具の縦断面図である。 図２のIII-III断面図である。 図２のIV-IV断面図である。 （ａ）は直線状態の自在継手ロッド近傍の拡大図、（ｂ）は傾動状態の自在継手ロッド近傍の拡大図である。 ホルダー６が傾動した状態の縦断面図である。 加工工具の使用状態を示す正面図である。 位置決め係合部近傍を示す拡大部分断面図である。 位置決め係合部の部分正面図である。 （ａ）は位置決め係合部の回り止めキーを係合させたときの部分正面図、（ｂ）は回り止めキーの係合を外したときの部分正面図である。 ホルダー６が傾動した状態の部分拡大断面図である。

符号の説明

１ 加工工具
２ シャンク
３ ケース
４ 傾動ケース
５ 自在継手ロッド
５ａ 円盤部
６ ホルダー
７ 位置決め係合部
９ 刃具
１０ 主軸
１１ 位置決めブロック
２２ 吸収ロッド
２５ 第１ベアリング
２６ 第２ベアリング
３０ 傾動支持ピン装置
３１ ピンケース
３２ 傾動支持ピン
３５ ガイドピン
４１ 受圧板
５１ 第１自在継手部
５２ 第２自在継手部
５３ 半球状凸部
５４ 半球状凸部
５９ 金属球
６０ 金属球
６１ ホルダー本体
６２ 摺動ホルダー
６３ 継手凹部
６４ 支持ロッド
６５ 係合溝
６６ 係合金属球
７０ 保持部
７１ 位置決めピン
７２ 回り止めキー
７３ 調整ナット

Claims (8)

1. 工作機械の主軸にシャンクを着脱自在に取り付け、該主軸の回転により該シャンクおよびホルダーに装着した刃具を回転駆動すると共に、
   該シャンクに対し該ホルダーおよび刃具を傾動させて加工を行う加工工具において、
   該シャンクの下端部外側にベアリングを介してケースが取り付けられ、該シャンクの下端軸心部に設けた軸孔に吸収ロッドが軸方向に摺動可能に配設され、該吸収ロッドと該シャンク間には該吸収ロッドを軸方向に付勢する吸収ばねが配設され、該ケース内の下部には傾動ケースが軸線に対し傾動可能に配設され、該傾動ケース内にはホルダーがベアリングを介して回転自在に配設され、該ホルダー内には先端に工具用のチャック部を設けた摺動ホルダーが軸方向に摺動可能に配設され、該ホルダーと該摺動ホルダー間には該摺動ホルダーを軸方向に付勢するばね部材が配設され、前記吸収ロッドの下端部と該ホルダーの上端部は相互に自在継手ロッドにより連結され、該自在継手ロッドの外周部の該ケース内に、多数の傾動支持ピンを下方に向けて且つばね部材により付勢して突出させてなる傾動支持ピン装置が配設され、
   該傾動支持ピン装置の傾動支持ピンの先端は、該傾動ケースの上部に設けた受圧板に当接し、該自在継手ロッドは、吸収ロッドの下部と連結された第１自在継手部と、ホルダーの上部と連結される第２自在継手部とを中間軸の上部と下部に設けて構成され、
   第１自在継手部は、吸収ロッドに対し円周全方向に傾動可能で且つ軸方向に摺動可能に連結され、第２自在継手部はホルダーに対し円周全方向に傾動可能で且つ軸方向に摺動可能に連結され、
   該第１自在継手部の先端中央に形成された嵌入穴に１個の金属球が転動可能に嵌入されると共に、該吸収ロッド側の下端部中央に設けられた受入れ凹部に該金属球が係合し、第２自在継手部の先端中央に形成された嵌入穴に１個の金属球が転動可能に嵌入されると共に、該ホルダー側の上端部中央に設けられた受入れ凹部に該金属球が係合し、
   該自在継手ロッドが該吸収ロッド及び該ホルダーに対し直線状態のとき、両側の該金属球が両側の該受入れ凹部に係合した状態を保持し、該自在継手ロッドが該吸収ロッド及び該ホルダーに対し傾動したとき、少なくとも何れか一方の該金属球が受入れ凹部の略中央から外側寄りに移動し、傾動荷重を外されて該ホルダーが傾動状態から直線姿勢に戻る際、該金属球が該外側寄りから該受入れ凹部の略中央に移動することを特徴とする加工工具。
2. 前記傾動支持ピン装置は、円環状に形成されたピンケース内に多数の傾動支持ピンがその先端を下方に突出させて円周上に配設されると共に、各傾動支持ピンがばね部材により下方に付勢されて構成され、傾動支持ピン装置が回動自在のフリー状態でケース内に配設されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
3. 前記傾動支持ピン装置の上側に、ボールベアリングがフリー状態で回転自在に配設されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
4. 前記ケース内のボールベアリングの上側に、高さ調整用の調整ナットが螺合され、該調整ナットのねじ込みによりボールベアリングの上側空間の隙間幅を調整可能としたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
5. 前記自在継手ロッドの中間軸に、円盤部が形成され、前記第１自在継手部の先端部下寄りと第２自在継手部の下端部上寄りに、半球状凸部が突設されると共に、該吸収ロッドとホルダーの継手凹部内に、該半球状凸部が嵌合する溝部が軸方向に形成されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
6. 前記傾動ケースは、前記ケース内で球面滑り軸受を介して所定の角度範囲内で傾動可能に配設されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
7. 前記ホルダーは、傾動ケース内で少なくとも２個のニードルベアリングを含む複数のベアリングを介して回転自在に配設されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
8. 前記シャンクが該工作機械の主軸に装着された際、該工作機械の固定部に係合して該ケースを位置決めして静止させる位置決め係合部が前記ケースの側部に設けられ、該位置決め係合部は、位置決めピンが該ケースから側方に突出した保持部に、上下方向に摺動可能に且つばね部材により上方に付勢されて保持され、該位置決めピンの外周におねじ部が形成され、該おねじ部に調整ナットが螺合して装着されると共に、該調整ナットの外周部に回り止めキーが、その先端を該シャンクの下部に取り付けたオリエンテーションリングの係合部に係合可能に、該調整ナットの回転を許容して取り付けられ、調整ナットの回転操作により位置決めピン及び回り止めキーを上下動させることを特徴とする請求項１記載の加工工具。

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