JP4818487B1 - 工具ホルダ及び工作機械 - Google Patents

Abstract

工具内部に給油孔を設ける必要がなく、クーラントを所望位置に供給できる工具ホルダ及び工作機械を提供することを目的とする。工具ホルダ（１）は、主軸（Ｓ）に把持されるシャンク部（２Ａ）と、工具（Ｔ）が挿入される挿入口（４）を先端面（５）に有する工具取付部（２Ｂ）と、工具取付部（２Ｂ）の外周を覆う筒状壁（２２）および工具取付部（２Ｂ）の先端面（５）を覆う底面（２４）を有するカバー（２０）と、カバー（２０）の筒状壁（２２）と工具取付部（２Ｂ）との間に設けられたベアリング（３０）と、工具取付部（２Ｂ）に伴うカバー（２０）の共回りを防止するストッパー（４０）とを備える。カバー（２０）の底面（２４）には、工具（Ｔ）が貫通する貫通穴（２１）と、該貫通穴（２１）の周囲に配置され、工具（Ｔ）に向けてクーラントを噴射する噴出口（２３）とが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエンドミル、フェースミル、ドリル、タップ、リーマ等の工具を工作機械の主軸に装着するための工具ホルダ及びこれを用いた工作機械に関する。

従来から、工具の長寿命化を図るために、工作機械による機械加工中に切削油（クーラント）を工具に供給することが一般的に行われてきた。

切削油の供給方式は、元々、外部に設けたノズルから切削油を工具に向けて噴射する外部給油方式であった。ところが、外部給油方式では、ノズルから噴射された切削油が被加工物に遮られて加工部分に到達できない場合があり、切削油の効果的な供給が難しかった。また、被加工物とノズルとが干渉する懸念があるため、被加工物から大きく離れた位置にノズルを設ける必要があり、切削油を加工部分に精度良く供給することが困難であった。さらに、加工中にＡＴＣ（自動工具交換装置）で工具を交換するマシニングセンタ等の工作機械が普及するにつれて、切削油の供給位置を工具ごとに変更する要請が出てきたが、ノズルの位置・向きが固定である外部給油方式はそのような要請に応えることができない。よって、外部給油方式は、後述の刃物スルー方式やスキマスルー方式に代替され、現在、工作機械に外部給油方式が採用されることは稀である。

これに対し、刃物スルー方式は、工具先端で開口する給油孔を工具内部に設け、この給油孔を介して加工部分に切削油を供給するというものである（特許文献１及び２参照）。
ところが、刃物スルー方式は、工具先端で給油孔を開口させるため、フェースミルやエンドミルのように工具外周面の刃部で被加工物を切削する工具では、刃部の潤滑と冷却を効率的に行うことができない。また、工具内部に給油孔を設ける必要があるため、工具が高価になってしまう。さらに、工具が小径である場合、工具内部に給油孔を形成すること自体が非常に困難である。

一方、スキマスルー方式は、工具ホルダの先端にスキマナットを取り付けて、スキマナットと工具外周との間の隙間から切削油を噴射するというものであり、給油孔を内部に有しない工具にも対応できる。
例えば、特許文献３には、スキマスルー方式に対応した工具ホルダが記載されている。この工具ホルダでは、内周側に螺旋溝が形成されたスキマナットが先端に取り付けられており、スキマナットと工具外周との間の隙間から切削油が噴射される。これにより、スキマナットの螺旋溝を通って噴射された切削油が、工具の逃げ面に沿って効率的に加工部分に供給される。

特開２００９−６４３５号公報 特開平４−１７６５３８号公報 特開２００３−１５４５号公報

しかしながら、スキマスルー方式では、噴射された切削油が遠心力によって広がってしまい、加工部分に切削油を効率的に供給することができない。特に、工具を高速回転させる場合、加工部分での発熱が大きく多量の切削油で冷却する必要があるが、遠心力の影響によって加工部分に十分な量の切削油を供給することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、工具内部に給油孔を設ける必要がなく、クーラントを所望位置に供給できる工具ホルダ及び工作機械を提供することを目的とする。

本発明に係る工具ホルダは、工作機械の主軸に工具を装着するための工具ホルダであって、一端に設けられ、前記主軸に把持されるシャンク部と、他端に設けられ、前記工具が挿入される挿入口を先端面に有する工具取付部と、前記工具取付部の外周を覆う筒状壁、および、前記工具取付部の前記先端面を覆う底面を有するカバーと、前記カバーの前記筒状壁と前記工具取付部との間に設けられたベアリングと、前記工具取付部に伴う前記カバーの共回りを防止するストッパーとを備え、前記カバーの前記底面には、前記工具が貫通する貫通穴と、該貫通穴の周囲に配置され、前記工具に向けてクーラントを噴射する噴出口とが設けられたことを特徴とする。
ここで、クーラントは、水溶性又は非水溶性の切削油であってもよいし、ミスト（気体中に含まれる液体微粒子）であってもよい。

この工具ホルダでは、工具取付部の外周及び先端面を覆うカバーを取り付け、ベアリング及びストッパーにより工具ホルダ（工具取付部）の回転に伴うカバーの共回りを防止し、このカバーの底面に設けた噴出口からクーラントを噴射するようにしたので、噴射されたクーラントが遠心力の影響を受けることを大幅に抑制できる。よって、クーラントを所望の位置に供給できる。
また、カバーの底面に設けた噴出口からクーラントを噴射するようにしたので、従来の刃物スルー方式とは異なり、工具内部に給油孔を設ける必要がない。

上記工具ホルダにおいて、前記噴出口は前記底面の貫通穴の周囲に複数設けられており、それぞれの噴出口の工具軸心方向に対する傾斜角が互いに異なることが好ましい。

このように工具軸心方向に対する傾斜角が異なる複数の噴出口を設けることで、クーラントを複数方向に噴射して、広範囲に亘るクーラントの供給が可能になる。このため、被加工物に遮られてクーラントを加工部分に供給しづらい場合であっても、いずれかの噴出口から噴射されたクーラントを加工部分に到達させることができる。
また、ドリルやタップを用いた機械加工では、被加工物に形成された穴の内部の加工部分に直接切削油を供給することができないため、被加工物の表面の穴周縁と工具との間の隙間に向けてクーラントを噴射し、該隙間を介して穴の内部にクーラントを供給する必要がある。ところが、工具がドリルやタップである場合、加工の進捗に伴い、工具ホルダが被加工物に徐々に接近するので、クーラントの被加工物への着弾位置は一定ではない。この点、工具軸心方向に対する傾斜角が異なる複数の噴出口を設ければ、いずれかの噴出口から噴射されたクーラントを常に被加工物の表面の穴周縁と工具との間の隙間に到達させることができる。よって、該隙間を介して穴内部にクーラントを常に供給して、穴内部の加工部分を冷却するとともに、切り屑（キリコ）の排出を促進することができる。

上記工具ホルダにおいて、前記シャンク部および前記工具取付部の内部に前記主軸側から供給されるクーラントが流れる第１流路が設けられ、該第１流路を介して前記工具取付部の前記先端面と前記カバーの前記底面との間にクーラントが導かれることが好ましい。

このように主軸側から供給されるクーラントが流れる第１流路をシャンク部及び工具取付部の内部に設けることで、工具ホルダを主軸に装着するだけで、主軸からカバー底面の噴出口に至るまでのクーラントの流路が繋がる。よって、ＡＴＣ（自動工具交換装置）による工具ホルダの自動交換にも容易に対応できる。

この場合、前記第１流路を介して前記工具取付部の前記先端面と前記カバーの前記底面との間に導かれたクーラントを前記ベアリングに向けて流す第２流路が、前記カバーの前記筒状壁と前記工具取付部との間に設けられ、前記ベアリングは、前記第２流路を介して供給されるクーラントによって潤滑され、冷却されることが好ましい。

このように、第２流路を介してベアリングにクーラントを供給することで、ベアリングの潤滑及び冷却が可能になり、ベアリングの焼き付きを防止できる。これにより、工具を高速回転させる場合であっても、ベアリングの焼き付きを起こすことなく、安定した機械加工を行うことができる。実際、本発明者は、第２流路を介してベアリングに水溶性切削油を供給することで、工具回転数が２００００ｒｐｍ程度の条件下でもベアリングの焼き付きが起こらないことを確認している。

この場合、前記カバーの径方向外方に延びる連通孔と、該連通孔から外部に通じる排出孔とを含み、前記ベアリングを潤滑及び冷却した後のクーラントを排出する第３流路を前記カバーの内部に形成してもよい。

このように第３流路を設けて、ベアリングの冷却及び潤滑を行った後のクーラントの排出を促進することで、ベアリング周囲のクーラントのよどみを防止し、常に新鮮なクーラントをベアリングに供給して、冷却及び潤滑を効率的に行える。また、ベアリングから第３流路を介して外部に向かうクーラントの緩やかな流れが形成されるので、ベアリングの回転に伴う外部からの気泡の混入を防止するとともに、何らかの原因で異物がクーラントに混入してもこれを外部に確実に排出してベアリングの機能を妨げることがない。

上記工具ホルダにおいて、前記カバーは、少なくとも前記底面が着脱自在に構成されていることが好ましい。

カバー底面の噴出口の位置や、直径や、工具軸心方向に対する傾斜角は、工具の寸法（特に工具の長さ）、工具の種類、加工条件等に応じて変えることが望ましい。よって、噴出口が設けられたカバーの底面を着脱自在に構成することで、相応しい噴出口を有するカバーを工具ホルダに装着して、加工部分に向けてクーラントをより効果的に供給することができる。

上記工具ホルダにおいて、前記カバーの外周に凹部が設けられており、前記ストッパーは、前記凹部と係合して前記カバーの共回りを防止する回転止めピンを含んでいてもよい。

このようにカバー外周の凹部と係合する回転止めピンを含むストッパーを用いることで、簡単な構成でカバーの共回りを防止することができる。

この場合、前記回転止めピンが前記凹部に係合した状態における、前記凹部と前記回転止めピンとのカバー周方向の間隙（遊隙）は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

このように係合状態におけるカバー外周の凹部と回転止めピンとのカバー周方向の間隙（遊隙）を０．１ｍｍ以上にすることで、回転止めピンを凹部に容易に挿し込める。一方、同間隙（遊隙）を０．５ｍｍ以下にすることで、タップ等の工具を逆回転させる際にカバーが回転してしまうことによって、クーラントが遠心力の影響を受けたり、回転止めピンと凹部の壁面との衝突に起因して衝撃が発生したりすることを抑制できる。

また、前記凹部が設けられた箇所における前記カバーの外径は、前記工具取付部の直径によらず略一定であることが好ましい。

これにより、工具取付部の直径によらず、同一のストロークで回転止めピンを移動させてカバー外周の凹部と係合させることができる。よって、ＡＴＣ（自動工具交換装置）による工具ホルダの自動交換にも容易に対応できる。

また、複数の前記凹部が前記カバーの全周に亘って設けられており、前記ストッパーは、前記回転止めピンを移動させるアクチュエータと、該アクチュエータと前記回転止めピンとの間に設けられたスプリングとをさらに含むことが好ましい。

このように、回転止めピンを移動させるアクチュエータと回転止めピンとの間にスプリングを設けることで、アクチュエータでカバー外周に押し付けられた回転止めピンが凹部の位置と多少ずれていても、スプリングがたわんで回転止めピンが凹部に入り込む。よって、ＡＴＣ（自動工具交換装置）による工具ホルダの自動交換にも容易に対応できる。

この場合、前記ストッパーは、前記アクチュエータの駆動力によって、工具軸心方向に対して斜め方向に進退するロッドをさらに含み、前記回転止めピンは、前記スプリングを介して前記ロッドに支持されていることが好ましい。

このように、アクチュエータの駆動力によって進退するロッドを工具軸心方向に対して斜めに配置することで、ストッパー（アクチュエータやロッド）が被加工物と干渉することを防止できる。

本発明に係る工作機械は、上述の工具ホルダを備えることを特徴とする。

この工作機械は、上述の工具ホルダを備えるから、噴射されたクーラントが遠心力の影響を受けることを大幅に抑制することができるとともに、工具内部に給油孔を設ける必要がない。

本発明によれば、工具取付部の外周及び先端面を覆うカバーを取り付け、ベアリング及びストッパーにより工具ホルダ（工具取付部）の回転に伴うカバーの共回りを防止し、このカバーの底面に設けた噴出口からクーラントを噴射するようにしたので、噴射されたクーラントが遠心力の影響を受けることを大幅に抑制できる。よって、クーラントを所望の位置に供給できる。
また、カバーの底面に設けた噴出口からクーラントを噴射するようにしたので、従来の刃物スルー方式とは異なり、工具内部に給油孔を設ける必要がない。

工具ホルダの構成例を示す図であり、（ａ）が工具ホルダ全体の断面図、（ｂ）がベアリングを封入するための詳細構造を示す図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 切削油を噴射する噴出口の配置例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 ベアリング周辺の切削油の流路構造を示す断面図である。 第３流路が設けられたアウターレースの構成例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は図５（ａ）のＥ方向から視た図、（ｃ）は図５（ｂ）のＦ方向から視た図である。 ストッパーにより回転止めリングを拘束する様子を示す図である。 図６の符号Ｇで示した領域の拡大図である。 回転止めリングの外径とエアシリンダのストロークとの関係を説明するための図であり、（ａ）は工具取付部が小径の場合を示し、（ｂ）は工具取付部が大径の場合を示す。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は工具ホルダの構成例を示す図であり、図１（ａ）は工具ホルダ全体の断面図、図１（ｂ）はベアリングを封入するための詳細構造を示す図である。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図３は、切削油を噴射する噴出口の配置例を示す図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図３（ｄ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

図１（ａ）に示すように、工具ホルダ１は、主軸（スピンドル）Ｓに工具Ｔを装着するために用いられ、ミーリングチャック本体２、カバー２０、ベアリング３０及びストッパー４０を有する。

ミーリングチャック本体２の基端側には、主軸Ｓによって把持されるシャンク部２Ａが設けられている。シャンク部２Ａは、いわゆるＢＴ（ボトルグリップテーパ）シャンクであり、その端部にはプルスタッド３が螺着されている。また、主軸Ｓの内部には、その軸方向に移動可能なドローバー（不図示）が設けられている。そして、ドローバーの動作によってプルスタッド３が主軸Ｓ側に引き込まれることで、工具ホルダ１（ミーリングチャック本体２）が主軸Ｓに固定されるようになっている。
なお、シャンク部２Ａは、ＢＴシャンク以外にも、ＨＳＫシャンク、ＫＭシャンク、ＮＴシャンク等の任意の形状のものを用いることができる。

ミーリングチャック本体２の先端側には、ミーリングチャック本体２の先端面５で開口する挿入口４を有する工具取付部２Ｂが設けられている。工具取付部２Ｂの挿入口４には工具Ｔが挿入され、コレット６の締付力によって固定される。コレット６による工具Ｔの固定は、次のように行われる。

コレット６は、図２に示すように、複数のスリット７が設けられ、工具取付部２Ｂの挿入口４の内壁との当接面の一部がテーパ形状になっている（図１（ａ）参照）。このため、コレット６は、主軸Ｓ側への移動により縮径し、逆方向への移動により拡径するようになっている。

コレット６は、その一端に締付ボルト８が螺着されており、締付ボルト８と一体となっている。また、ミーリングチャック本体２の内部には、締付ナット１０が締付ナット固定ボルト１１によって固定されている。そして、締付ボルト８の雄ねじと締付ナット１０の雌ねじとが、ねじ部１２において螺合している。

工具Ｔをミーリングチャック本体２に取り付ける場合、締付ボルト８の端部に設けられた締付ボルト六角部１４を専用の六角レンチで回転させて、締付ボルト８をその軸方向に後退（主軸Ｓ側に移動）させる。これにより、締付ボルト８とともにコレット６が主軸Ｓ側に移動し、コレット６が縮径して、工具Ｔが把持される。
一方、工具Ｔをミーリングチャック本体２から取り外す場合、締付ボルト六角部１４を逆方向に回転させる。これにより、締付ボルト８とともにコレット６が主軸Ｓとは反対側に移動し、コレット６が拡径して、工具Ｔの把持が解除される。

カバー２０は全体としてカップ形状に構成され、図１（ａ）に示すように、工具取付部２Ｂの外周を覆う筒状壁２２と、工具取付部２Ｂの先端面５を覆う底面２４とを有する。筒状壁２２は、ベアリング３０のアウターレース３４を含んで円筒状に形成される。

カバー２０の底面２４には、工具Ｔが貫通する貫通穴２１と、この貫通穴２１の周囲に配置されて切削液Ｃを噴射する噴出口２３とが設けられている。噴出口２３は、主軸Ｓから離れるにつれ工具Ｔの外周面に近づくように工具軸心方向に対して傾斜しており、その傾斜角αは工具Ｔの所望の位置に切削油Ｃを供給できるように適宜調節されることが好ましい。

また、図３に示すように、噴出口２３（２３−１，２３−２，・・・，２３−６）を複数設けて、それぞれの噴出口２３の工具軸心方向に対する傾斜角α（α１，α２，・・・，α６）を互いに異ならせてもよい。例えば、α１＝４５°、α２＝４０°、α３＝３５°、α４＝３０°、α５＝２５°、α６＝２０°にしてもよい。
このように工具軸心方向に対する傾斜角αが異なる複数の噴出口２３（２３−１，２３−２，・・・，２３−６）を設けることで、切削油Ｃを複数方向に噴射して、広範囲に亘る切削油Ｃの供給が可能になる。このため、被加工物に遮られて切削油Ｃを加工部分に供給しづらい場合であっても、いずれかの噴出口２３から噴射された切削油Ｃを加工部分に到達させることができる。
なお、各噴出口２３の傾斜角αは工具Ｔの長さに応じて調節することが好ましく、長さが異なる複数種の工具Ｔを取り扱う場合には各工具Ｔの長さに見合った傾斜角αの噴出口２３を有するカバー２０を予め用意しておくことが好ましい。

また、ドリルやタップを用いた機械加工では、被加工物に形成された穴の内部の加工部分に直接切削油を供給することができないため、被加工物の表面の穴周縁と工具との間の隙間に向けて切削油を噴射し、該隙間を介して穴の内部に切削油を供給する必要がある。ところが、工具Ｔがドリルやタップである場合、加工の進捗に伴い、工具ホルダ１（カバー２０の底面２４）が被加工物に徐々に接近するので、噴出口２３から噴射された切削油Ｃの被加工物への着弾位置は一定ではない。この点、工具軸心方向に対する傾斜角αが異なる複数の噴出口２３（２３−１，２３−２，・・・，２３−６）を設ければ、いずれかの噴出口２３から噴射された切削油Ｃを常に被加工物の表面の穴周縁と工具との間の隙間に到達させることができる。よって、該隙間を介して穴内部に切削油を常に供給して、穴内部の加工部分を冷却するとともに、切り屑（キリコ）の排出を促進することができる。

カバー２０は、少なくとも底面２４が着脱自在に構成されていることが好ましい。例えば、底面２４および筒状壁２２の一部（筒状壁２２のうちアウターレース３４以外）をねじ部３８（図４参照）によってアウターレース３４に螺着可能に構成してもよい。
底面２４の噴出口２３の位置や、直径や、工具軸心方向に対する傾斜角は、工具Ｔの寸法（特に工具Ｔの長さ）、工具Ｔの種類、加工条件等に応じて変えることが望ましい。よって、少なくとも底面２４を着脱自在に構成することで、底面２４を含むこの部分の交換により、各工具Ｔに相応しい噴出口２３を有する底面２４（及び筒状壁２２の一部）を用いて、加工部分に向けて切削油Ｃをより効果的に供給することができる。

シャンク部２Ａおよび工具取付部２Ｂの内部には第１流路１６が形成されており、主軸Ｓ側から第１流路１６を介して工具取付部２Ｂの先端面５とカバー２０の底面２４との間に切削油Ｃが導かれるようになっている。第１流路１６は、図１の矢印で示すように、プルスタッド３および締付ボルト８の内部流路と、コレット６のスリット７（図２参照）とで構成される。なお、第１流路１６を介して工具取付部２Ｂの先端面５とカバー２０の底面２４との間に導かれた切削油Ｃは、一部が噴出口２３から工具Ｔに向けて噴射され、残りが後述の第２流路１８を通ってベアリング３０に供給される。
このように主軸Ｓ側から供給される切削油Ｃが流れる第１流路１６をシャンク部２Ａ及び工具取付部２Ｂの内部に設けることで、工具ホルダ１を主軸Ｓに装着するだけで、主軸Ｓから噴出口２３に至るまでの切削油Ｃの流路が繋がる。よって、ＡＴＣ（自動工具交換装置）による工具ホルダ１の自動交換にも容易に対応できる。

ベアリング３０は、工具取付部２Ｂの外周に固定されたインナーレース３２と、カバー２０の筒状壁２２の一部を構成するアウターレース３４との間に複数の玉を封入したボールベアリングである。ベアリング３０のインナーレース３２はミーリングチャック本体２とともに高速回転する。一方、ベアリング３０のアウターレース３４は、アウターレース３４に取り付けられた回転止めリング２６が後述のストッパー４０によって拘束されるため、静止したままである。
ベアリング３０の封入は次のようにして行う。最初に、アウターレース３４のベアリング入口穴３３に塞ぎボルト３７を螺着した状態で、アウターレース３４の内周側にＲ溝３５を形成する。この後、塞ぎボルト３７を取り外し、アウターレース３４をインナーレース３２に取り付けて、インナーレース３２とアウターレース３４との間のＲ溝３５にベアリング入口穴３３からベアリング３０を投入する。そして、Ｒ溝３５が先端に形成された塞ぎボルト３７によってベアリング入口穴３３を塞ぐ。これにより、ベアリング３０が、インナーレース３２とアウターレース３４との間のＲ溝３５に封入される。なお、塞ぎボルト３７の雄ねじ及びこれに螺合するベアリング入口穴３３の雌ねじは、塞ぎボルト３７の基端側及びアウターレース３４の外周側だけに設けられ、塞ぎボルト３７のベアリング入口穴３３へのねじ込み時に塞ぎボルト３７の位置が規制されるようになっているので、ベアリング３０と塞ぎボルト３７のＲ溝３５との間隙を高精度に調節できる。

また、筒状壁２２と工具取付部２Ｂの外周との間には、第１流路１６を介して工具取付部２Ｂの先端面５とカバー２０の底面２４との間に導かれた切削油Ｃの一部をベアリング３０に向けて流す第２流路１８が設けられている。第２流路１８を介してベアリング３０に供給された切削油Ｃは、ベアリング３０を冷却するとともに潤滑し、焼き付きを防止する。
これにより、工具Ｔを高速回転させる場合であっても、ベアリング３０の焼き付きを起こすことなく、安定した機械加工を行うことができる。実際、本発明者は、第２流路１８を介してベアリング３０に水溶性の切削油Ｃを供給することで、工具回転数が２００００ｒｐｍ程度の条件下でもベアリング３０の焼き付きが起こらないことを確認している。

ここで、ベアリング３０周辺の切削油Ｃの流れについて詳述する。図４は、ベアリング３０周辺の切削油の流路構造を示す断面図である。
同図に示すように、インナーレース３２とアウターレース３４との間には、全周に亘って隙間３６（３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ）が設けられている。そして、筒状壁２２と工具取付部２Ｂの外周との間の第２流路１８を通過した切削油が隙間３６（３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ）を流れる途中で、ベアリング３０の冷却及び潤滑が行われる。ベアリング３０を冷却及び潤滑した後の切削油は、図４の矢印で示したように、第３流路５０によって排出される。第３流路５０は、ベアリング３０が封入されたＲ溝から径方向外方に切削油を流す連通孔５２と、隙間３６Ｃを通過してアウターレース３４の上面に達した切削油を径方向外方に流す上面溝５３と、連通孔５２及び上面溝５３からの切削油を合流させて下方に排出する貫通孔５４とからなる。
このように、第３流路５０を設けて、ベアリング３０の冷却及び潤滑を行った後の切削油Ｃの排出を促進することで、ベアリング３０の周囲の切削油Ｃのよどみを防止し、常に新鮮な切削油Ｃをベアリング３０に供給して、冷却及び潤滑を効率的に行える。また、ベアリング３０から第３流路５０を介して外部に向かう切削油Ｃの緩やかな流れが形成されるので、ベアリング３０の回転に伴う外部からの気泡の混入を防止するとともに、何らかの原因で異物が切削油に混入してもこれを外部に確実に排出してベアリング３０の機能を妨げることがない。

２列のベアリング３０で挟まれた隙間３６Ｂの幅は、他の隙間３６Ａ及び３６Ｃの幅よりも大きくすることが好ましい。これにより、２列目のベアリング３０（図４の上側のベアリング３０）に切削油Ｃを安定して供給できる。また、２列目のベアリング３０の直後の流路である隙間３６Ｃの幅を、隙間３６（３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ）のうちで最も小さくして、十分な圧力で連通孔５２に切削油を流すことで、ベアリング３０のよどみを防止して冷却及び潤滑を効率化するとともに、気泡の混入防止や異物の排出促進を効果的に行うことができる。例えば、隙間３６Ｂの幅を約０．５ｍｍとし、隙間３６Ａの幅を約０．２ｍｍとし、隙間３６Ｃの幅を約０．０５ｍｍとしてもよい。
なお、連通孔５２、上面溝５３及び貫通孔５４の幅（又は直径）は、１列目のベアリング３０の直前の流路である隙間３６Ａの幅（すなわち、第３流路５０の入口側の流路幅）よりも大きいことが好ましい。これにより、ベアリング３０を冷却及び潤滑した後の切削油の排出を促進し、ベアリング３０の周囲の切削油のよどみを防止し、常に新鮮な切削油をベアリング３０に供給して、冷却及び潤滑をより効率的に行える。例えば、連通孔５２の直径を０．３ｍｍ程度とし、上面溝５３及び貫通孔５４の幅（直径）を０．５ｍｍ程度にしてもよい。

また、アウターレース３４と回転止めリング２６とを別体として構成し、アウターレース３４だけに第３流路５０を形成してもよい。例えば、図４に示すように、第３流路５０が予め形成されたアウターレース３４の外周に、セットスクリュー２９を用いて、回転止めリング２６を着脱自在に取り付けてもよい。
アウターレース３４を回転止めリング２６とは別体とすることで、万が一、アウターレース３４又は回転止めリング２６が故障又は破損しても、故障又は破損した部品のみを選択的に交換することができる。

また、アウターレース３４だけに第３流路５０を形成することで、機械加工が容易になり、製作コストを低減できる。このことを、図５を用いて説明する。図５は、第３流路５０が設けられたアウターレース３４の構成例を示す図であり、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＥ方向から視た図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＦ方向から視た図である。
連通孔５２、上面溝５３及び貫通孔５４からなる第３流路５０は周方向に複数（例えば６０度おきに６箇所）設けられる。ベアリング３０を案内するＲ溝３５に連通する連通孔５２は、アウターレース３４の外周側からの穴あけ加工で容易に形成できる。また、上面溝５３及び貫通孔５４は、アウターレース３４の上面又は外周面への切削加工により容易に形成できる。よって、一体的に設けられたアウターレース３４及び回転止めリング２６に対して第３流路５０を形成する場合に比べて、第３流路５０の機械加工が容易であり、製作コストを低減できる。

図１（ａ）に示すように、ストッパー４０は、回転止めリング２６の外周の凹部２７と係合する回転止めピン４２と、スプリング４４を介して回転止めピン４２を支持するピストンロッド４６と、このピストンロッド４６を進退させるエアシリンダ４８とを有する。なお、エアシリンダ４８は、工作機械側のＺ軸に固定されている。
エアシリンダ４８の駆動力によってピストンロッド４６がその長手方向に移動して、回転止めピン４２が回転止めリング２６の凹部２７に挿し込まれることで、回転止めリング２６が係止される。なお、ピストンロッド４６は、その長手方向が工具Ｔの軸心方向に対して斜めになるように回転止めリング２６よりも上方に配置されているので、ピストンロッド４６及びエアシリンダ４８が被加工物と干渉することを防止できる。

図６は、ストッパー４０により回転止めリング２６を拘束する様子を示す図である。図７は、図６の符号Ｇで示した領域の拡大図である。
図６に示すように、回転止めリング２６の外周には、多数の凹部２７が回転止めリング２６の全周に亘って設けられている。そして、回転止めリング２６の周方向における凹部２７の幅Ｗ（図７参照）は、内周側に比べて外周側が広くなっており、回転止めピン４２を凹部２７に挿し込みやすくなっている。また、回転止めピン４２の基端側にはスプリング４４が設けられているから、回転止めリング２６の外周に押し付けられた回転止めピン４２が凹部２７の位置と多少ずれていても、スプリング４４がたわんで回転止めピン４２が凹部２７に入り込む。しかも、回転止めピン４２の先端は、球形状であるから、回転止めリング２６の外表面に引っかからずにスムーズに凹部２７に入り込む。したがって、ＡＴＣ（自動工具交換装置）による工具ホルダ１の自動交換にも容易に対応できる。

また、回転止めピン４２が凹部２７に係合した状態における、凹部２７と回転止めピン４２との周方向の間隙（すなわち、凹部２７の幅Ｗと回転止めピン４２の先端の直径Ｄとの差）は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。
このように係合状態における回転止めリング２６の凹部２７と回転止めピン４２との周方向の間隙を０．１ｍｍ以上にすることで、回転止めピン４２を凹部２７に容易に挿し込める。一方、同間隙を０．５ｍｍ以下にすることで、タップ等の工具を逆回転させる際に回転止めリング２６が回転してしまうことによって、噴出口２３から噴出される切削油Ｃが遠心力の影響を受けたり、回転止めピン４２と凹部２７の壁面２８との衝突に起因して衝撃が発生したりすることを抑制できる。

また、凹部２７が設けられた回転止めリング２６の外径は、工具取付部２Ｂの直径によらず略一定であることが好ましい。
図８は回転止めリング２６の外径とエアシリンダ４８のストロークとの関係を説明するための図であり、図８（ａ）は工具取付部２Ｂが小径の場合を示し、図８（ｂ）は工具取付部２Ｂが大径の場合を示している。
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、工具取付部２Ｂの直径が異なる場合であっても、回転止めリング２６の外径Ｄを略一定にすることで、同一のストロークＬで回転止めピン４２を移動させて回転止めリング２６の凹部２７と係合させることが可能になる。したがって、ＡＴＣ（自動工具交換装置）によって工具ホルダ１を自動交換する場合であっても、工具ホルダ１毎にエアシリンダ４８のストロークを変更する必要がないから、ＡＴＣによる工具ホルダ１の自動交換に容易に対応できる。

以上説明したように、本実施形態では、工具取付部２Ｂの外周及び先端面５を覆うカバー２０を取り付け、ベアリング３０及びストッパー４０により工具ホルダ１（工具取付部２Ｂ）の回転に伴うカバー２０の共回りを防止し、このカバー２０の底面２４に設けた噴出口２３から切削油Ｃを噴射するようにしたので、噴射された切削油Ｃが遠心力の影響を受けることを大幅に抑制できる。よって、切削油Ｃを所望の位置に供給できる。
また、カバー２０の底面２４に設けた噴出口２３から切削油Ｃを噴射するようにしたので、従来の刃物スルー方式とは異なり、工具Ｔの内部に給油孔を設ける必要がない。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。

例えば、上述の実施形態では、エアシリンダ４８のストロークを一定にするために工具取付部２Ｂの直径によらず回転止めリング２６の外径を略一定にする例（図８（ａ）及び（ｂ）参照）について説明したが、工具取付部２Ｂの直径に応じた外径を有する回転止めリング２６を用いても、次のように、エアシリンダ４８のストロークを変更する必要のない装置を実現できる。これにより、回転止めリング２６のコンパクト化を図りながら、ＡＴＣによる工具ホルダ１の自動交換に容易に対応できる。
エアシリンダ４８のストロークは、ＡＴＣ（自動工具交換装置）で用いる工具ホルダのうち工具取付部２Ｂの直径が最も小さいもの（すなわち、外径が最も小さい回転止めリング２６を有する工具ホルダ）に合わせて設定する。すなわち、外径が最も小さい回転止めリング２６の凹部２７に回転止めピン４２が到達しうるように、エアシリンダ４８のストロークを設定する。このストローク設定値は、ＡＴＣ（自動工具交換装置）で用いる全ての工具ホルダで共通に使用する。工具取付部２Ｂの直径が最も大きい工具ホルダの場合には、エアシリンダ４８が回転止めピン４２を上記ストローク設定値だけ動かそうとしたときに、スプリング４４が縮んで余分なストロークを吸収する。このとき、スプリング４４が縮んでも、過剰な弾性力によって回転止めピン４２と回転止めリング２６の凹部２７との係合が阻害されないように、スプリング４４の自然長及び／又はばね定数を調節することが好ましい。
また、この場合、回転止めピン４２と回転止めリング２６の凹部２７との接触時の衝撃を緩和する観点から、エアシリンダ４８によるピストンロッド４６の押出し速度が押出し動作中に段階的に小さくなるように構成してもよい。例えば、工具取付部２Ｂの直径が最も大きい工具ホルダの場合に回転止めピン４２が凹部２７に接触するストロークをＬ０としたとき、任意の閾値Ｌｔｈ（＜Ｌ０）を境にピストンロッド４６の押出し速度を変化させてもよい。すなわち、０＜Ｌ＜Ｌｔｈのストローク範囲ではピストンロッド４６の押出し速度を大きくし、Ｌｔｈ≦Ｌのストローク範囲ではピストンロッド４６の押出し速度を小さくしてもよい。これにより、工具取付部２Ｂの直径が最も大きい工具ホルダの場合であっても、回転止めピン４２が凹部２７に接触する前（すなわち、ストロークが閾値Ｌｔｈに達した時）にピストンロッド４６の押出し速度が小さくなり、回転止めピン４２と回転止めリング２６の凹部２７との接触時の衝撃が緩和される。

また、上述の実施形態では、工具ホルダ１がＡＴＣによる自動交換に対応しやすい構成のストッパー４０を備える例について説明したが、ストッパー４０はカバー２０の共回りを防止可能であれば特に限定されず、任意の構成のものを用いることができる。
また、上述の実施形態では、噴出口２３から切削油を噴出する例について説明したが、切削油に替えてミスト等の他のクーラントを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、ベアリング３０としてインナーレース３２とアウターレース３４との間に玉を封入したボールベアリングを例に挙げたが、工具取付部２Ｂの外周面に回転止めリング２６を相対的に回転自在に支持しうる軸受であれば特に限定されず、任意の構成のものを用いることができる。
さらに、上述の実施形態では、回転止めピン４２を移動させるためにエアシリンダ４８を用いる例について説明したが、エアシリンダ４８に替えて、油圧シリンダやモータ等の任意のアクチュエータを用いることができる。

１ 工具ホルダ
２ ミーリングチャック本体
２Ａ シャンク部
２Ｂ 工具取付部
３ プルスタッド
４ 挿入口
５ 先端面
６ コレット
７ スリット
８ 締付ボルト
１０ 締付ナット
１１ 締付ナット固定ボルト
１２ ねじ部
１４ 締付ボルト六角部
１６ 第１流路
１８ 第２流路
２０ カバー
２１ 貫通穴
２２ 筒状壁
２３ 噴出口
２４ 底面
２６ 回転止めリング
２７ 凹部
２８ 壁面
２９ セットスクリュー
３０ ベアリング
３２ インナーレース
３３ ベアリング入口穴
３４ アウターレース
３５ Ｒ溝
３６ 隙間
３７ 塞ぎボルト
３８ ねじ部
４０ ストッパー
４２ 回転止めピン
４４ スプリング
４６ ピストンロッド
４８ エアシリンダ
５０ 第３流路
５２ 連通孔
５３ 上面溝
５４ 貫通孔
Ｓ 主軸
Ｔ 工具

Claims (12)

1. 工作機械の主軸に工具を装着するための工具ホルダであって、
   一端に設けられ、前記主軸に把持されるシャンク部と、
   他端に設けられ、前記工具が挿入される挿入口を先端面に有する工具取付部と、
   前記工具取付部の外周を覆う筒状壁、および、前記工具取付部の前記先端面を覆う底面を有するカバーと、
   前記カバーの前記筒状壁と前記工具取付部との間に設けられたベアリングと、
   前記工具取付部に伴う前記カバーの共回りを防止するストッパーとを備え、
   前記カバーの前記底面には、前記工具が貫通する貫通穴と、該貫通穴の周囲に配置され、前記工具に向けてクーラントを噴射する噴出口とが設けられ、
   前記シャンク部および前記工具取付部の内部に前記主軸側から供給されるクーラントが流れる第１流路が設けられ、該第１流路を介して前記工具取付部の前記先端面と前記カバーの前記底面との間にクーラントが導かれるとともに、
   前記第１流路を介して前記工具取付部の前記先端面と前記カバーの前記底面との間に導かれたクーラントを前記ベアリングに向けて流す第２流路が、前記カバーの前記筒状壁と前記工具取付部との間に設けられ、
   前記ベアリングは、前記第２流路を介して供給されるクーラントによって潤滑され、冷却されることを特徴とする工具ホルダ。
2. 工作機械の主軸に工具を装着するための工具ホルダであって、
   一端に設けられ、前記主軸に把持されるシャンク部と、
   他端に設けられ、前記工具が挿入される挿入口を先端面に有する工具取付部と、
   前記工具取付部の外周を覆う筒状壁、および、前記工具取付部の前記先端面を覆う底面を有するカバーと、
   前記カバーの前記筒状壁と前記工具取付部との間に設けられたベアリングと、
   前記工具取付部に伴う前記カバーの共回りを防止するストッパーとを備え、
   前記カバーの前記底面には、前記工具が貫通する貫通穴と、該貫通穴の周囲に配置され、前記工具に向けてクーラントを噴射する噴出口とが設けられ、
   前記カバーの外周に凹部が設けられており、
   前記ストッパーは、前記凹部と係合して前記カバーの共回りを防止する回転止めピンを含むことを特徴とする工具ホルダ。
3. 前記噴出口は前記底面の貫通穴の周囲に複数設けられており、それぞれの噴出口の工具軸心方向に対する傾斜角が互いに異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具ホルダ。
4. 前記カバーの径方向外方に延びる連通孔と、該連通孔から外部に通じる排出孔とを含み、前記ベアリングを潤滑及び冷却した後のクーラントを排出する第３流路を前記カバーの内部に形成したことを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
5. 前記カバーは、少なくとも前記底面が着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の工具ホルダ。
6. 前記回転止めピンが前記凹部に係合した状態における、前記凹部と前記回転止めピンとのカバー周方向の間隙は０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ。
7. 前記凹部が設けられた箇所における前記カバーの外径は、前記工具取付部の直径によらず略一定であることを特徴とする請求項２又は６に記載の工具ホルダ。
8. 複数の前記凹部が前記カバーの全周に亘って設けられており、
   前記ストッパーは、前記回転止めピンを移動させるアクチュエータと、該アクチュエータと前記回転止めピンとの間に設けられたスプリングとをさらに含むことを特徴とする請求項２、６又は７に記載の工具ホルダ。
9. 前記ストッパーは、前記アクチュエータの駆動力によって、工具軸心方向に対して斜め方向に進退するロッドをさらに含み、
   前記回転止めピンは、前記スプリングを介して前記ロッドに支持されていることを特徴とする請求項８に記載の工具ホルダ。
10. 前記シャンク部および前記工具取付部の内部に前記主軸側から供給されるクーラントが流れる第１流路が設けられ、該第１流路を介して前記工具取付部の前記先端面と前記カバーの前記底面との間にクーラントが導かれることを特徴とする請求項２に記載の工具ホルダ。
11. 前記第１流路を介して前記工具取付部の前記先端面と前記カバーの前記底面との間に導かれたクーラントを前記ベアリングに向けて流す第２流路が、前記カバーの前記筒状壁と前記工具取付部との間に設けられ、
    前記ベアリングは、前記第２流路を介して供給されるクーラントによって潤滑され、冷却される請求項１０に記載の工具ホルダ。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項の工具ホルダを備える工作機械。

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