JP4609893B2

JP4609893B2 - 工具ホルダー

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Publication number: JP4609893B2
Application number: JP2006025287A
Authority: JP
Inventors: 秀弓松村; 宏吉村
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: CN101028690A; US7293943B1; JP2007203412A; DE102007001220B4; CN100513068C; US20070177953A1; DE102007001220A1

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着されて工作物を加工するための工具を保持する工具ホルダーに関するものである。

工作物に切削加工や研削加工等の機械加工を行なう場合、加工精度の向上と加工工具の寿命増大を図るため、加工点近傍に向かって設けられたノズルから油やエマルジョン等の加工液を工作物の被加工面に液状のままかけたり、または霧状化して噴霧することにより、工作物と加工工具の潤滑及び加工により発生する熱の冷却を行なっている。また、霧状化して加工液を噴霧する場合、油と水等の種類の異なる加工液を混合した後工作物の被加工面に噴霧したり、あるいは、複数のノズルを設けて種類の異なる加工液をそれぞれのノズルから工作物の被加工面に噴霧する方法が提案されている。

しかしながら、加工中の十分な潤滑及び冷却効果を得るために、工作物を加工する間に亘って加工液を供給し続けるため、加工液を液状のままかける場合には多量の加工液が必要となるという問題があった。とくに、不燃性エマルジョンは劣化すると産業廃棄物として処理することが必要となり、使用後のあるいは古くなった多量のエマルジョンの処理にコストがかかるという問題があった。一方、加工液の使用量を削減するために加工液を霧状にして噴霧する場合には、油は質量が小さいため霧状にして噴霧すると空気中に飛散し過ぎてしまい、十分な量の油が工作物の被工作面に付着せず、工作物と加工工具の潤滑や熱の冷却が十分に行われないという問題があるばかりでなく、霧状の油が飛散すると火災発生の危険性や人体への影響等が考えられ、工場環境の点でも問題があった。更に、上記のように、水と油の混合液を噴霧したり、あるいは別のノズルから被加工面に噴霧する方法においても、油分はやはり空気中に飛散し過ぎるため同様の問題があった。

そこで、上記した問題を解決するために、近年、外部から供給される水を水滴化して水滴の表面に油膜を形成した油膜付水滴を加工液として生成し、この加工液を工作物に噴霧しながら加工する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１５０２９４号公報

しかしながら、上記したような、油膜付水滴を加工液として生成した後工作物に供給するものの場合、従来、油膜付水滴を生成する装置が工具ホルダーの外部に備えられていたため、油膜付水滴が工作物に供給される際の応答性が悪く、また、工作物への油膜付水滴の吐出量が十分でないという問題があった。即ち、工具ホルダーから離れた位置で油膜付水滴が生成されるため、油膜付水滴の生成に必要な空気を供給するバルブが開放されて、空気を送り出してから、生成された油膜付水滴が工具ホルダー及び工具を介して工作物に供給されるまでの時間が長く、また、生成された油膜付水滴が工作物に供給されるまでの過程でロスが生じて十分な量の油膜付水滴を工作物へ供給することができなかった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、生成された油膜付水滴を工作物へ供給する際の応答性が高く且つ工作物へ十分な量の油膜付水滴を供給できる工具ホルダーを提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、工作機械に装着されて工作物を加工するための工具を保持する工具ホルダーにおいて、前記工具ホルダーは、前記工作機械の主軸に連結されて前記工具が装着される工具装着部と、前記工作機械の本体側に固定され且つ前記工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、前記工具装着部の内部には、円筒状に形成されてその中心に前方に開放する霧化空間が形成されると共に該霧化空間の後方部に連通する油導入通路と前記霧化空間の前方部に連通する水導入通路とが形成されたミスト生成ノズルと、該ミスト生成ノズルの前方部に配置され且つ前記工具の後端部と当接して当該工具の内部に形成される工具内通路と連通されるトップノズルと、が内蔵され、前記支持部には、圧縮空気からなるキャリヤーガスによって油を前記油導入通路に供給する油供給通路と、水を前記水導入通路に供給する水供給通路と、が形成され、前記ミスト生成ノズルにおける前記霧化空間に対する前記油導入通路及び前記水導入通路の入射角を鋭角に形成すると共に、前記油導入通路及び前記水導入通路に対して前記霧化空間の径断面積を大きく形成し、前記油供給通路及び前記油導入通路によって供給される油が前記霧化空間に到達したときに圧縮空気からなる前記キャリヤーガスの空気流によって油を霧状化し、その霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流によって前記水供給通路及び水導入通路から供給される水を前記霧化空間内で水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成し、その油膜付水滴が前記トップノズル及び前記工具内通路を介して前記工作物に供給されることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明においては、請求項１記載の工具ホルダーにおいて、前記ミスト生成ノズルにおける前記霧化空間を後端面まで貫通するように形成し、前記工具装着部に後端面まで貫通した前記霧化空間と連通する空気導入通路を形成し、該空気導入通路に外部から圧縮空気を供給することにより、前記霧化空間内における油の霧状化及び油膜付水滴の生成を促進することを特徴とする。

請求項１に係る発明における工具ホルダーは、油供給通路及び油導入通路によって供給される油が霧化空間に到達したときに圧縮空気からなるキャリヤーガスの空気流によって油を霧状化し、その霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流によって水供給通路及び水導入通路から供給される水を霧化空間内で水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成し、その油膜付水滴がトップノズル及び工具内通路を介して工作物に供給されるので、油膜付水滴の生成位置が工具に極めて近い位置に形成されているため、油膜付水滴が加工物に供給される際の応答性を高めることができる。即ち、生成された油膜付水滴が加工物に供給されるまでの過程が短いため、油膜付水滴の生成に必要な圧縮空気を供給するバルブが開放されて、含油圧縮空気を送り出して油膜付水滴が生成されてから工具内通路を介して加工物に供給されるまでの応答時間を短くすることができる。

また、請求項１に係る発明においては、前記ミスト生成ノズルにおける前記霧化空間に対する前記油導入通路及び水導入通路の入射角を鋭角に形成すると共に、前記油導入通路及び前記水導入通路に対して前記霧化空間の径断面積を大きく形成したので、油及び水を遠心力と負圧とで調整して霧化空間に安定して供給できるため、主軸の回転数にかかわらず、油及び水の供給が安定すると共に応答時間が短くなり、生成された油膜付水滴を十分に短時間で工作物に到達させることができる。

また、請求項２に係る発明においては、前記ミスト生成ノズルにおける前記霧化空間を後端面まで貫通するように形成し、前記工具装着部に後端面まで貫通した前記霧化空間と連通する空気導入通路を形成し、該空気導入通路に外部から圧縮空気を供給し、前記霧化空間内における油の霧状化及び油膜付水滴の生成を促進することにより、水、油及び圧縮空気、圧縮空気という３系統の供給システムを採用している工具ホルダーにも対応することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、実施形態に係る工具ホルダー１が装着される工作機械２の概略について図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る工具ホルダー１が装着された工作機械２の主軸部３の側面図である。

図１に示すように、一般的にマシニングセンター等の工作機械２は、工作物を加工するための工具６を保持する工具ホルダー１が装着される円筒形状の主軸部３を有する。この主軸部３のほぼ中央には、工作機械２の駆動源により回転駆動する主軸４が位置しており、この主軸４の先端に工具ホルダー１が装着されることにより、工具６が回転して工作物を加工するようになっている。

実施形態に係る工具ホルダー１は、後に詳述するように、工具６が装着される工具装着部１０と、工具装着部１０を回転できるように支持する支持部２０とから構成されており、上記した主軸４に工具装着部１０が連結されると共に、支持部２０は、工作機械２の本体側に固定されている主軸部３の前面に固定される。工具装着部１０が主軸４に連結される際には、工具装着部１０の後述する嵌入凸部１３が主軸４の嵌入凹部５に嵌入することにより連結される。

また、支持部２０には、油及び圧縮空気と水を工具ホルダー１に供給するための後述する通路部材２２（図２参照）が取り付けられており、図２に示すように、工具ホルダー１が工作機械２に装着されている場合には、この通路部材２２の後端が主軸部３に固定された固定部材２３に嵌合接続されている。これにより、後述する供給システム（図６参照）から油供給通路２４及び水供給通路２５を介して工具ホルダー１に対してそれぞれ油及び水が供給される。

以上、実施形態に係る工具ホルダー１が装着される工作機械２の概略について説明したが、次に、実施形態に係る工具ホルダー１の構成について図２及び図３を参照して説明する。図２は、実施形態に係る工具ホルダー１の内部を示す断面図であり、図３は、工具ホルダー１内に内蔵されるミスと生成ノズル４０の正面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。

図２において、工具ホルダー１は、前述したように、工作機械２の主軸４に連結される工具装着部１０と、工作機械２の本体側に固定され且つ工具装着部１０を回転できるように支持する支持部２０と、から構成されている。また、工具装着部１０には、後述するように、本発明の要部を構成するミスト生成ノズル４０が内蔵されている。

まず、工具装着部１０は、ミスト生成ノズル４０が内蔵される回転部材１１と、工具装着部１０に対して工具６を固定するためのチャック部材１２と、から構成されている。回転部材１１は、金属材料により形成されるものであり、その工具６が装着される側（以下、先端側という）は、その内部にミスト生成ノズル４０が内蔵されると共に、その外周が支持部２０により支持される部分である内蔵部１４として円筒形状に形成されている。また、回転部材１１の工作機械２が位置する側（以下、後端側という）は、前述した主軸４の嵌入凹部５に嵌入する嵌入凸部１３として円錐台形状に形成されている。更に、嵌入凸部１３と内蔵部１４との間は、フランジ部１５として形成されており、その先端側には支持部２０（正確には、支持部２０の後述する支持筒部材２１の後端面）が当接し、後端側には主軸４の前端面が当接するようになっている。

上記した回転部材１１の内蔵部１４には、その中心にノズル嵌入凹部１８が前方に開放して形成されており、このノズル嵌入凹部１８にミスト生成ノズル４０及びトップノズル５０が挿入される。また、内蔵部１４には、ノズル嵌入凹部１８と内蔵部１４の外周面とを貫通する油接続通路１６と水接続通路１７とがそれぞれ複数本（本実施形態の場合には、４本づつ）穿設されている。油接続通路１６は、ノズル嵌入凹部１８の後方寄りに形成されており、水接続通路１７は、ノズル嵌入凹部１８の前方寄りに形成されている。なお、油接続通路１６及び水接続通路１７の外周には、複数本の油接続通路１６及び水接続通路１７の上端開口が連通するように溝が周設されている。

なお、ミスト生成ノズル４０は、後述する油供給通路２４を介して油及び圧縮空気を供給することにより霧化空間４１において霧状化した油を含有する含油圧縮空気と、後述する水供給通路２５を介して供給される水と、によって油膜付水滴１１０（図７参照）を生成するものであり、トップノズル５０は、ミスト生成ノズル４０で生成された油膜付水滴１１０を放出するものである。なお、ミスト生成ノズル４０については後に詳述する。

また、工具装着部１０を構成するチャック部材１２は、工具装着部１０の先端部分に位置しており、その中心に形成された挿入部に工具６を挿入し、先端側から見て時計方向に回転させることにより、工具６が締め付けられて工具装着部１０に固定されるものである。このように工具６が工具装着部１０に固定された際、図２に示すように、工具６の後端部に上記したトップノズル５０が当接するようになっている。なお、工具６には、生成された油膜付水滴１１０を工作物に供給するための工具内通路７が、その回転軸上に挿通して形成されている。

上記した工具装着部１０を回転自在に軸支する支持部２０は、回転部材１１の内蔵部１４の外周に設けられるようにほぼ円筒形状に形成される支持筒部材２１と、該支持筒部材２１の一側に連結部材２６を介して連結される通路部材２２と、該通路部材２２の後端と嵌合し且つ前記工作機械２の主軸部３に固定される固定部材２３と、から構成されている。そして、固定部材２３と連結部材２６と通路部材２２と支持筒部材２１には、前述した回転部材１１の油接続通路１６と水接続通路１７にそれぞれ連通する油供給通路２４と水供給通路２５とが形成されている。なお、支持筒部材２１と通路部材２２とを連結する連結部材２６の上下端外周には、Ｏリング２７が設けられ、支持筒部材２１と連結部材２６の各供給通路２４，２５の接続部分及び連結部材２６と通路部材２２の各供給通路２４，２５の接続部分からも油及び水の漏れを防止するようになっている。

また、上記した支持筒部材２１の後端側の内周面に凹形状の軸受嵌入凹部３２が形成されると共に、該軸受嵌入凹部３２の前方に凹形状のシール装着凹部２８が形成されている。軸受嵌入凹部３２には、軸方向に並列して２つの軸受ベアリング３３が嵌入されている。この軸受ベアリング３３は、その外周輪が軸受嵌入凹部３２側に嵌入されると共に、内周輪に工具装着部１０の回転部材１１が嵌入されるようになっているため、支持筒部材２１を含む支持部２０で工具装着部１０が回転できるように支持されるものである。

また、シール装着凹部２８には、シール取付部材３０を介して軸方向に並列して４つのシール２９が装着されている。このシール２９は、ミスト生成ノズル４０に供給する油又は水が工具装着部１０の回転部材１１と支持部２０の支持筒部材２１との間から外部へ漏れることを防ぐためのものである。なお、シール２９は、シール取付部材３０によってシール装着凹部２８内に取り付けた後、シール装着凹部２８の先端側からシール封入固定部材３１を螺着することによって、支持筒部材２１に固定されることとなる。なお、シール取付部材３０には、前記油接続通路１６と水接続通路１７との連通する油供給通路２４と水供給通路２５の先端部が形成されている。

次に、工具ホルダー１の回転部材１１に内蔵されるミスト生成ノズル４０の構成について図３を参照して説明する。図３において、ミスト生成ノズル４０は、ステンレス鋼等により円筒状に形成されてその中心に前方に放出口４８を形成することにより開放する霧化空間４１が形成されると共に該霧化空間４１の後方部に連通する油導入通路４２と霧化空間４１の前方部に連通する水導入通路４３とが形成されている。そして、ミスト生成ノズル４０における霧化空間４１に対する油導入通路４２及び水導入通路４３の入射角Ａが鋭角となるように形成されている。図示の実施例の場合には、Ａ＝６０°で形成されているが、その角度は、ミスト生成ノズル４０の直径等を考慮して形成すればよく、好ましくは７０°未満となるように設計すればよい。このように、霧化空間４１に対する油導入通路４２及び水導入通路４３の入射角Ａが鋭角となるように形成することにより、高速度で回転するミスト生成ノズル４０の霧化空間４１への油や水の供給をスムーズに行うことができる。

また、油導入通路４２から霧化空間４１に油及び圧縮空気が送られたときには、霧化空間４１到達したときに圧縮空気からなるキャリヤーガスの空気流によって油を霧状化し、その霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流によって水導入通路４３から供給される水を霧化空間４１の下流側で水滴化して水滴１１２の表面に油膜１１１が形成された油膜付水滴１１０を生成し、その油膜付水滴１１０が放出口４８からトップノズル５０及び工具内通路７を介して工作物に供給されるものである。

また、ミスト生成ノズル４０の後方寄りの外周には、回転部材１１に形成される油接続通路１６から供給される油が滞留する油滞留溝４４がミスト生成ノズル４０の全周に亘って形成されている。この油滞留溝４４の底面に、前記油導入通路４２が直径方向に貫通して複数（図示の実施形態の場合には、４本）形成されている。このように、油滞留溝４４が形成されているため、油接続通路１６から供給される油を油滞留溝４４を介して油導入通路４２に流入させることができる。これにより、ミスト生成ノズル４０を工具装着部１０に組み込む際に、油導入通路４２を油接続通路１６の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。

同様に、ミスト生成ノズル４０の前方寄りの外周には、回転部材に形成される水接続通路１７から供給される水が滞留する水滞留溝４５がミスト生成ノズル４０の全周に亘って形成されている。この水滞留溝４５の底面には、前記水導入通路４３が直径方向に貫通して複数（図示の実施形態の場合には、４本）形成されている。このように、水滞留溝４５が形成されているため、水接続通路１７から供給される水を水滞留溝４５を介して水導入通路４３に流入させることができる。これにより、ミスト生成ノズル４０を工具装着部１０に組み込む際に、水導入通路４３を水接続通路１７の位置に合わせて組み込む必要がないため、組み立て作業の簡略化を図ることができる。

更に、ミスト生成ノズル４０の油滞留溝４４の両側方には、油が漏れ出すことを防止するためのＯリング４７が、水滞留溝４５の両側方には、水が漏れ出すことを防止するためのＯリング４７がそれぞれ取り付けられるためのＯリング溝４６が形成されている。なお、先行技術文献１に記載される油膜付水滴生成混合器のように内部にスプレイノズルを設ける構造のものと比べて、本実施形態に係るミスト生成ノズル４０は、円筒状の筒部材に霧化空間４１と導入通路４２，４３とを穿設するだけの簡単な構造で油及び水を簡単に霧状化して油膜付水滴を生成することができる。

以上、実施形態に係るミスト生成ノズル４０について説明したが、次に、このミスト生成ノズル４０に油及び圧縮空気と水を供給する供給システムについて図４を参照して説明する。図４は、実施形態に係る供給システムの概略図である。

図４の供給システムにおいて、工具ホルダー１の油供給通路２４には、油と空気を混合させるミキシングバルブ６５が接続されている。ミキシングバルブ６５は、油供給ダクト６６を介して油を供給するための油ポンプ６４に接続され、油ポンプ６４からは油の貯留してある油タンク６３に油供給ダクト６６によって接続されている。なお、ミキシングバルブ６５は、空気供給ダクト６２も接続されており、この空気供給ダクト６２が、空気の圧力を調整するための空気圧力調整機構６１に接続されている。この空気圧力調整機構６１は、空気供給ダクト６２を介して空気を供給するためのコンプレッサー６０に接続されている。

また、工具ホルダー１の水供給通路２５には、水を濾過するための水濾過装置６９が接続されている。水濾過装置６９は、水供給ダクト７０を介して水を供給するための水ポンプ６８に接続され、水ポンプ６８からは水の貯留してある水タンク６７に水供給ダクト７０によって接続されている。

次に、工具ホルダー１に供給された油及び圧縮空気と水により、工具ホルダー１のミスト生成ノズル４０内で油膜付水滴１１０が生成される過程について図２乃至図４、及び図７を参照して説明する。

まず、コンプレッサー６０から供給される圧縮空気が、所定の圧力（０．２ＭＰａ〜０．８ＭＰａの範囲内のいずれか）となるように空気圧力調整機構６１で調整されてミキシングバルブ６５へ向けて送り込まれる。また、油タンク６３から油ポンプ６４によってミキシングバルブ６５に油が供給され、ミキシングバルブ６５によって油と空気と混合された油及び圧縮空気が油供給通路２４を介して油接続通路１６からミスト生成ノズル４０の油導入通路４２へ流入する。ミスト生成ノズル４０の油導入通路４２から霧化空間４１に到達したときに、圧縮空気からなるキャリヤーガスの空気流によって油を霧化空間４１内で霧状化し、その霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流が霧化空間４１の下流側に噴出する。

一方、水タンク６７から水ポンプ６８によって供給される水が水供給通路２５を介して水接続通路１７からミスト生成ノズル４０の水導入通路４３へ流入する。ミスト生成ノズル４０の水導入通路４３から霧化空間４１に到達したときに、霧化空間４１の上流側から流れてくる含油圧縮空気の空気流によって水導入通路４３から供給される水を霧化空間４１の下流側で水滴化して水滴１１２の表面に油膜１１１が形成された油膜付水滴１１０を生成される。こうして生成された油膜付水滴１１０は、トップノズル５０を通り、工具６の工具内通路７を介して工作物１１３に供給されることとなる。なお、本実施形態に係るミスト生成ノズル４０で生成される油膜付水滴１１０の大きさは、１００μｍ〜２００μｍである。

本実施形態においては、上記のようにミスト生成ノズル４０により生成された油膜付水滴１１０を工作物１１３の被加工面に供給しながら工作加工を行うものであるが、油膜付水滴１１０を工作物１１３の被加工面に供給した場合、図７に示すように、工作物１１３の表面に油膜１１１が生成され、その油膜１１１上に油膜付水滴１１０が付着することとなる。なお、図７は、油膜付水滴１１０と油膜付水滴１１０が付着した工作物１１３の表面の概念図である。

なお、上記で説明したミスト生成ノズル４０は、油供給通路２４を介して油及び圧縮空気を供給し、水供給通路２５を介して水を供給する２系統の供給経路を有するものであったが、図５に示すように、上記の２つの経路に圧縮空気を供給する経路を増加した３系統の供給経路を有するミスト生成ノズル４０ａとしても良い。この場合には、ミスト生成ノズル４０ａの霧化空間４１の後方が貫通するように形成すると共に、その貫通した霧化空間４１に連通するように回転部材１１の中心に空気導入通路８０を形成し、その空気導入通路８０に、図４に示す空気供給ダクト６２を接続する構成とすればよい。ただし、空気調整機構６１から空気導入通路８０に供給する空気圧と、空気調整機構６１からミキシングバルブ６５に供給する空気圧との関係は、前者の空気圧が高くなるように調整し、しかも、両者の差圧が所定圧以下（実験によると、０．０５ＭＰａ以下）とすることにより、ミスト生成ノズル４０ａ内で油膜付水滴１１０が形成されて工具６の工具内通路７にスムーズに供給されるものである。

以上、実施形態に係る工具ホルダー１の構成と油膜付水滴１１０が生成される過程について説明したが、次に、本実施形態に係る工具ホルダー１と従来の工具ホルダー１００（図６に示す）について行なった、油膜付水滴１１０が生成される際の応答時間及び油膜付水滴１１０の吐出量の計測試験について説明する。なお、従来の工具ホルダー１００は、油膜付水滴を生成するミスト生成装置９０が工具ホルダー１００の外部に備えられており、そのミスト生成装置９０で生成した油膜付水滴をミスト供給通路９１で工具ホルダー１００の内部に供給して工具６の工具内通路７から噴出するものである。

工作物１１３へ油膜付水滴１１０を供給する際、コンプレッサー６０から供給される圧縮空気の空気圧を所定圧とした場合に、工具ホルダー１の回転数に応じて電源投入時から油膜付水滴１１０が生成されてから工作物１１３に規定量の油膜付水滴１１０が供給されるまでの時間（応答時間）及び工作物１１３への油膜付水滴１１０の吐出量が異なる点に着目して、回転数と応答時間、及び回転数と吐出量との関係について本実施形態に係る工具ホルダー１と従来の工具ホルダー１００について計測したものである。その結果をそれぞれ表１及び表２に示す。なお、表２の吐出量は、水ポンプ６８から供給される水の供給量が１Ｌ／ｈｒのときの吐出量である。

まず、表１で示すように、本実施形態に係る工具ホルダー１では、回転数が０、１０００、３０００、５０００と増加しても、その応答時間は５秒、５秒、７秒、１０秒と増加する程度であった。これに対し、従来の工具ホルダー１００では、それぞれの回転数のときの応答時間は、２１秒，２９秒，５３秒及び１０２秒であった。

このように、従来の工具ホルダー１００では、主軸４の回転数が高くなるに従って、応答時間が長くなる傾向にある。これは、従来の工具ホルダー１００は、油膜付水滴１１０を生成するミスト生成装置９０が工具ホルダー１００の外部に備えられており、油膜付水滴１１０が生成されてから工作物１１３に供給するまでの経路が長くなっていると共に、主軸４の回転数が高いほど遠心力が大きくなるため、工具６から油膜付水滴１１０がと吐出されるまでの時間が長くなるためである。

これに対し、本実施形態に係る工具ホルダー１では、図２で示すように、ミスト生成ノズル４０及びトップノズル５０が工具６の後端部に隣接して設けられており、油膜付水滴１１０が生成されてから工作物１１３に供給するまでの経路が極めて短く、且つ油導入通路４２と水導入通路４３に対して霧化空間４１の径断面積を大きくすることによって霧化空間４１内で断熱膨張による圧力差を促進して負圧にすること、更に霧化空間４１に対する油導入通路４２と水導入通路４３の入射角を鋭角に形成することにより、油及び水を遠心力と負圧とで調整して霧化空間４１に安定して供給できるため、主軸４の回転数にかかわらず、油及び水の供給が安定すると共に応答時間が短くなり、生成された油膜付水滴１１０を十分に短時間で工作物１１３に到達させることができる。

次に、表２で示すように、本実施形態に係る工具ホルダー１における吐出量は、主軸４の回転数が０、１０００、３０００、５０００へ変化するにしたがって、０．９５Ｌ／ｈｒ、０．９０Ｌ／ｈｒ、０．９２Ｌ／ｈｒ、０．９０Ｌ／ｈｒと余り変化しないのに対し、従来の工具ホルダー１００における吐出量は、主軸４の回転数が０、１０００、３０００、５０００へ変化するにしたがって、０．７２Ｌ／ｈｒ、０．６４Ｌ／ｈｒ、０．５５Ｌ／ｈｒ、０．２１Ｌ／ｈｒと大きく変化している。

このように、従来の工具ホルダー１００では、主軸４の回転数が高くなるに従って、吐出量が少なくなっている。これは、従来の工具ホルダー１００は、上記したように、油膜付水滴１１０が生成されてから工作物１１３に供給するまでの経路が長いため、主軸４の回転数が高くなるほど経路の途中に付着する油膜付水滴１１０の量が増加し、即ち、油膜付水滴１１０が搬送される過程でのロスが増加し、これにより工作物１１３への油膜付水滴１１０の吐出量が減少してしまうためである。

これに対し、本実施形態に係る工具ホルダー１では、上記したように、油膜付水滴１１０が生成されてから工作物１１３に供給するまでの経路が極めて短く、且つ霧化空間４１の径断面積が油導入通路４２及び水導入通路４３より大きいため、断熱膨張によって霧化空間４１が負圧となり、主軸４の回転数にかかわらず、油膜付水滴１１０が搬送される過程でのロスが少なく、工作物１１３への油膜付水滴１１０の吐出量が減少してしまうということがない。

以上、説明したように、本実施形態に係る工具ホルダー１では、霧化空間４１の径断面積を油導入通路４２及び水導入通路４３より大きくし、断熱膨張によって霧化空間４１を負圧とすると共に、ミスト生成ノズル４０及びトップノズル５０が工具６の後端部に隣接して設けられているため、油膜付水滴１１０が工作物１１３に供給される際の応答性を高めることができる。即ち、生成された油膜付水滴１１０が工作物１１３に供給されるまでの過程が短く、且つ霧化空間４１が負圧になるため、電源投入時から油膜付水滴１１０が生成されてから工具６の工具内通路７を介して工作物１１３に供給されるまでの時間を短くすることができる。

また、本実施形態では、霧化空間４１に対して油導入通路４２と水導入通路４３の入射角を鋭角に形成することで、回転によって生ずる遠心力の影響を弱めて上記した負圧の効果の減少を抑制することにより、油及び水を霧化空間４１に安定して供給できるため、ロスが少なく十分な量の油膜付水滴１１０を工作物１１３へ供給することができる。

実施形態に係る工具ホルダーが装着された工作機械の主軸部の側面図である。実施形態に係る工具ホルダーの内部を示す断面図である。ミスト生成ノズルの正面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。実施形態に係る供給システムの概略図である。他の実施形態に係る工具ホルダーの内部を示す断面図である。従来の工具ホルダーの構造を示す概略図である。油膜付水滴と油膜付水滴が付着した工作物の表面の概念図である。

符号の説明

１工具ホルダー
２工作機械
３主軸部
４主軸
６工具
７工具内通路
１０工具装着部
１１回転部材
１６油接続通路
１７水接続通路
２０支持部
２１支持筒部材
２２通路部材
２３固定部材
２４油供給通路
２５水供給通路
３３軸受ベアリング
４０ミスト生成ノズル
４１霧化空間
４２油導入通路
４３水導入通路
５０トップノズル
６０コンプレッサー
６３油タンク
６４油ポンプ
６５ミキシングバルブ
６７水タンク
６８水ポンプ
８０空気導入通路
１００工具ホルダー
１１０油膜付水滴
１１１油膜
１１２水滴

Claims

工作機械に装着されて工作物を加工するための工具を保持する工具ホルダーにおいて、
前記工具ホルダーは、前記工作機械の主軸に連結されて前記工具が装着される工具装着部と、前記工作機械の本体側に固定され且つ前記工具装着部を回転できるように軸受を介して支持する支持部と、から構成され、
前記工具装着部の内部には、円筒状に形成されてその中心に前方に開放する霧化空間が形成されると共に該霧化空間の後方部に連通する油導入通路と前記霧化空間の前方部に連通する水導入通路とが形成されたミスト生成ノズルと、該ミスト生成ノズルの前方部に配置され且つ前記工具の後端部と当接して当該工具の内部に形成される工具内通路と連通されるトップノズルと、が内蔵され、
前記支持部には、圧縮空気からなるキャリヤーガスによって油を前記油導入通路に供給する油供給通路と、水を前記水導入通路に供給する水供給通路と、が形成され、
前記ミスト生成ノズルにおける前記霧化空間に対する前記油導入通路及び前記水導入通路の入射角を鋭角に形成すると共に、前記油導入通路及び前記水導入通路に対して前記霧化空間の径断面積を大きく形成し、
前記油供給通路及び前記油導入通路によって供給される油が前記霧化空間に到達したときに圧縮空気からなる前記キャリヤーガスの空気流によって油を霧状化し、その霧状化した油を含有する含油圧縮空気の空気流によって前記水供給通路及び水導入通路から供給される水を前記霧化空間内で水滴化して水滴の表面に油膜が形成された油膜付水滴を生成し、その油膜付水滴が前記トップノズル及び前記工具内通路を介して前記工作物に供給されることを特徴とする工具ホルダー。
前記ミスト生成ノズルにおける前記霧化空間を後端面まで貫通するように形成し、
前記工具装着部に後端面まで貫通した前記霧化空間と連通する空気導入通路を形成し、
該空気導入通路に外部から圧縮空気を供給することにより、前記霧化空間内における油の霧状化及び油膜付水滴の生成を促進することを特徴とする請求項１記載の工具ホルダー。