JP4941251B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、加工対象物を加工する工具を保持し、工作機械の主軸に装着される工具ホルダに関する。

従来の工作機械の主軸装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この主軸装置は、中空円筒状のハウジングと、ハウジング内に回転自在に保持される主軸とを有している。主軸には、回転軸に沿って貫通孔が形成されている。主軸の貫通孔先端側部分には、工具を保持する工具ホルダが着脱可能に装着されるようになっている。貫通孔内には、潤滑冷却用流体を供給する流体供給管が挿入されている。流体供給管内を流通する潤滑冷却用流体は、工具ホルダ及び工具に形成された軸孔を介して工具先端部に供給される。潤滑冷却用流体としては、粘性を有する微少量の切削油を高圧空気に混入して霧状にしたオイルミストが用いられる。

一般に、流体供給管は主軸と共に回転するようになっている。回転している流体供給管内を流動するオイルミストは、回転に伴って発生する遠心力の影響によって流動途中で流体供給管の内壁に付着してしまうことがある。これにより、流体供給管内でのオイルミストの流動量が減少し、工具先端部へのオイルミストの供給量が減少してしまうという問題が生じる。
特開２００２−１７２５３９号公報

上記の問題は、流体供給管を主軸装置の非回転部分に固定することによって緩和され得る。流体供給管を主軸と共に回転させずに固定すれば、流体供給管内を流通するオイルミストは遠心力の影響を受けない。また、流体供給管の先端部を工具ホルダの軸孔内に挿入するようにすれば、工具ホルダの軸孔までは非回転の流体供給管を介して遠心力の影響を受けずにオイルミストを供給できる。これにより、工具先端部へのオイルミストの供給量を増加させることができると考えられる。

しかしながら、工具ホルダが主軸装置に対して着脱されることを考慮すると、流体供給管先端部の外壁面と工具ホルダ軸孔の内壁面との間にはある程度の隙間を設ける必要がある。したがって、流体供給管先端部から工具ホルダの軸孔内に流入したオイルミストはこの隙間から外部に漏れ出してしまうため、十分な量の潤滑冷却用流体を工具に供給できないという問題が生じる。

本発明の目的は、工具に対し十分な量の潤滑冷却用流体を供給できる工具ホルダを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、加工対象物を加工するための工具を保持する工具ホルダであって、回転駆動される主軸と、主軸の回転軸に沿って形成された貫通孔と、非回転部分に固定されて貫通孔に内挿され、潤滑冷却用の流体を工具に供給するための流体供給管とを備えた主軸装置の主軸に着脱可能に装着され、主軸に装着される装着部を一端側に備え、工具を保持する工具保持部を他端側に備えたホルダ本体と、ホルダ本体の回転軸に沿って一端側から他端側に貫通して形成され、流体供給管の先端部が内挿されて流体を工具に供給する軸孔と、軸孔の内部に流体供給管とほぼ同軸に設けられ、軸孔の内壁面に沿って回転軸方向に摺動可能であるとともに流体供給管の先端部に対し回転摺動可能に当接し、流体供給管から流出する流体を通過させる環状部材と、環状部材を流体供給管側に付勢する弾性部材とを有することを特徴としている。

これにより、潤滑冷却用流体は、非回転の流体供給管内を流通して遠心力の影響を受けずに工具ホルダまで供給されるとともに、流体供給管が環状部材に当接することにより流体供給管と工具ホルダとのつなぎ部分における外部への漏出も防止される。したがって、工具に対し十分な量の潤滑冷却用流体を供給できる。

請求項２に記載の発明は、環状部材が、流体供給管の先端部よりも硬度の低い材料で形成されていることを特徴としている。

これにより、環状部材を磨耗し易くすることによって、流体供給管の磨耗を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、環状部材が、流体供給管の内径とほぼ同一の内径を有していることを特徴としている。

これにより、流体供給管と環状部材とが当接する部分において流路断面積をほぼ一定にできるため、流路断面積の急激な変化による渦の発生を抑制でき、潤滑冷却用流体の流量を増加させることができる。

請求項４に記載の発明は、弾性部材が、軸孔の内壁面に沿って螺旋状に巻き回された圧縮コイルばねであり、圧縮コイルばねの内周側に設けられて環状部材に接続され、環状部材を通過した流体を流通させる筒状部材をさらに有することを特徴としている。

これにより、環状部材の下流側において流路断面積をほぼ一定にできるため、流路断面積の急激な変化による渦の発生を抑制でき、潤滑冷却用流体の流量を増加させることができる。

請求項５に記載の発明は、筒状部材が、環状部材の内径とほぼ同一の内径を有していることを特徴としている。

これにより、環状部材と筒状部材とが接続される部分において流路断面積をほぼ一定にできるため、流路断面積の急激な変化による渦の発生を抑制でき、潤滑冷却用流体の流量を増加させることができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態の工具ホルダが装着された主軸装置の主軸先端近傍について回転軸を含む平面で切断した断面構成を模式的に示している。図１に示すように、工具ホルダ１０が着脱可能に装着される主軸５０は、主軸装置の中空円筒状のハウジング（図示せず）に対し回転自在に支持され、モータにより回転駆動されるようになっている。主軸５０の回転軸は例えばほぼ水平である。主軸５０には、回転軸に沿って貫通する貫通孔５１が形成されている。

主軸５０のうち貫通穴５１の先端部近傍（図中左側）には、工具ホルダ１０が装着されるホルダ装着穴５２が形成されている。ホルダ装着穴５２の内周面５３は、主軸５０先端側（図中左側）ほど径の大きいテーパ状に形成されている。ホルダ装着穴５２の外側には、回転軸にほぼ垂直な環状の端面５４が形成されている。

貫通孔５１内には、ホルダ装着穴５２への工具ホルダ１０の着脱を操作するためのドローバ６０が、回転軸に沿って設けられている。ドローバ６０は、引張コイルばね６３によって主軸５０後端側（図中右側）に付勢されている。ドローバ６０には、回転軸に沿って貫通する貫通孔６６が形成されている。

ドローバ６０の先端側には、ホルダ装着穴５２に突出する円筒状のスリーブ６１が取り付けられている。スリーブ６１の外周面には、先端側ほど拡径された段差部６２が形成されている。またスリーブ６１の主軸５０先端側には、後述するクーラントホース３０との間をシールするゴム製のシール部６８が設けられている。シール部６８の主軸５０後端側にはパッキン６９が設けられている。

スリーブ６１の外周側には、複数本のクランプ部材６４が当該スリーブ６１の外周面に対して摺動可能に設けられている。クランプ部材６４の先端側には、外周側に突出した係止部６５が形成されている。クランプ部材６４がスリーブ６１の外周面を摺動し、係止部６５が段差部６２に乗り上げると、後述する工具ホルダ１０の被係止部２４が係止部６５により係止されるようになっている。一方、ドローバ６０及びスリーブ６１を引張コイルばね６３の付勢力に抗して主軸５０先端側に移動させると、段差部６２に乗り上げていたクランプ部材６４の係止部６５は、スリーブ６１の外周面を摺動しながら回転軸側に移動する。これにより、工具ホルダ１０の被係止部２４の係止部６５による係止が解除されるようになっている。

ドローバ６０の貫通孔６６には、潤滑冷却用流体としてのオイルミストを工具に供給するための流体供給管８０が内挿されている。流体供給管８０は、例えばＯリング等を介して主軸装置の非回転部分に固定されている。また流体供給管８０は、オイレスベアリング６７を介してスリーブ６１に回転自在に支持されている。流体供給管８０の主軸５０先端側の先端部８０ａにおける先端面８１（図２参照）は、回転軸にほぼ垂直に形成されている。また先端面８１の外周側はＣ面取りされている。オイルミストは、主軸５０後端側から流体供給管８０内に導入され、流体供給管８０内を先端部８０ａ側に向かって流通するようになっている。

工具ホルダ１０は、主軸５０に装着されたときに、ホルダ装着穴５２の内周面５３及び端面５４の双方に当接する２面拘束型（例えばＨＳＫシャンク型）である。工具ホルダ１０は、ホルダ本体１１と、ホルダ本体１１の回転軸に沿って貫通する軸孔１２とを有している。軸孔１２内には、主軸５０側の流体供給管８０から流入するオイルミストが流通するようになっている。

ホルダ本体１１の一端側（図中右側）には、主軸５０に装着するためのテーパ部（装着部）２０が設けられている。テーパ部２０は、ホルダ本体１１から中空の筒状に突出して形成されている。テーパ部２０の外周には、ホルダ本体１１側ほど径の大きいテーパ状に形成されたテーパ面２１が形成されている。工具ホルダ１０が主軸５０のホルダ装着穴５２に挿入されると、テーパ面２１はホルダ装着穴５２の内周面５３に当接するようになっている。テーパ部２０の先端には、内周側に突出して部分的に厚肉に形成され、クランプ部材６４の係止部６５により係止可能な環状の被係止部２４が形成されている。

テーパ部２０内側の中空部２５には、底面２６から一端側（主軸５０側）に向かって突出する筒状のクーラントホース３０が形成されている。クーラントホース３０の内周部には上述の軸孔１２が形成されている。工具ホルダ１０が主軸５０に装着されたときには、クーラントホース３０がスリーブ６１内（シール部６８及びパッキン６９内）に嵌入されるとともに、流体供給管８０の先端部８０ａがクーラントホース３０内の軸孔１２に挿入されるようになっている。

図２は、クーラントホース３０及び流体供給管８０の先端部８０ａ近傍の断面構成を示している。図３は、工具ホルダ１０を主軸５０から取り外した状態でのクーラントホース３０近傍の断面構成を示している。図２及び図３に示すように、クーラントホース３０内の軸孔１２は、流体供給管８０の内径にほぼ等しい内径を有する小内径部１２ａと、小内径部１２ａよりもクーラントホース３０先端側（主軸５０側）に設けられ、小内径部１２ａの内径及び流体供給管８０の外径よりも大きい内径を有する大内径部１２ｂとを備えている。小内径部１２ａ及び大内径部１２ｂは、いずれも流体供給管８０とほぼ同軸に形成されている。小内径部１２ａと大内径部１２ｂとの境界には、回転軸にほぼ垂直であって大内径部１２ｂ側を向いた環状の段差面３２が形成されている。

大内径部１２ｂの先端近傍の内周面には、クーラントホース３０に対して固定された例えば環状のストッパ３１が設けられている。ストッパ３１の内径は、流体供給管８０の外径よりも大きくなっている。ストッパ３１は、工具ホルダ１０が主軸５０に取り付けられた状態での流体供給管８０の先端面８１の位置よりも、クーラントホース３０先端側に配置されている。

大内径部１２ｂ内であってストッパ３１よりもクーラントホース３０根元側（図２及び図３の左側）には、大内径部１２ｂとほぼ同軸の環状部材４０が配置されている。環状部材４０は、平面状の表面４０ａが回転軸にほぼ垂直になるように配置されている。環状部材４０は、大内径部１２ｂの内径にほぼ等しい外径を有し、大内径部１２ｂの内壁面に沿って回転軸方向に摺動可能になっている。また、環状部材４０は流体供給管８０とほぼ同軸であり、流体供給管８０の内径にほぼ等しい内径を有している。工具ホルダ１０が主軸５０に装着された状態では、環状部材４０の環状の表面４０ａが流体供給管８０の先端面８１全周に対し回転摺動可能に当接するようになっている（図２参照）。

環状部材４０は、流体供給管８０の先端部８０ａ（先端面８１）よりも硬度が低く耐摩耗性の低い材料で形成されている。例えば、流体供給管８０の先端部８０ａがセラミック製である場合には環状部材４０を樹脂製とする。これにより、環状部材４０を意図的に磨耗させることによって、流体供給管８０の磨耗を防止することができるようになっている。

環状部材４０とクーラントホース３０の段差面３２との間には、回転軸とほぼ同軸な螺旋軸を有し、大内径部１２ｂの内壁面に沿って螺旋状に巻き回された圧縮コイルばね（弾性部材）３３が設けられている。圧縮コイルばね３３は、ストッパ３１に当接した環状部材４０と段差面３２との間隔よりも長い自由長さを有し、環状部材４０をクーラントホース３０先端側（流体供給管８０側）に付勢するようになっている。工具ホルダ１０が主軸５０に装着された状態では、圧縮コイルばね３３の付勢力によって環状部材４０の表面４０ａが流体供給管８０の先端面８１に押し付けられるようになっている（図２参照）。

環状部材４０のクーラントホース３０根元側には、圧縮コイルばね３３の内周側を回転軸に沿って円筒状に延伸する筒状部材４１が接続されている。筒状部材４１は、環状部材４０及び流体供給管８０の内径にほぼ等しい内径と、圧縮コイルばね３３の内径より小さい外径とを有している。工具ホルダ１０が主軸５０から取り外された状態における筒状部材４１とクーラントホース３０の段差面３２との間隔は、工具ホルダ１０が主軸５０に装着された状態における環状部材４０の表面４０ａとストッパ３１との間隔にほぼ等しいかそれより広くなっている。これにより、工具ホルダ１０を主軸５０に装着する際に、筒状部材４１と段差面３２との接触干渉が生じないようになっている。

図１に戻り、ホルダ本体１１は、テーパ部２０に隣接して設けられてテーパ部２０よりも外径の大きいフランジ部２２を有している。フランジ部２２のうちテーパ面２１に隣接する環状の端面２３は、回転軸にほぼ垂直に形成されている。工具ホルダ１０が主軸５０のホルダ装着穴５２に挿入されると、フランジ部２２の端面２３は主軸５０の端面５４に当接するようになっている。

ホルダ本体１１の他端側（図中左側）には、加工対象物を加工するための切削工具１４を保持する工具保持部１３が設けられている。切削工具１４には、工具保持部１３に保持される後端部から先端部側に貫通する軸孔１５が形成されている。切削工具１４が工具保持部１３に保持されると、切削工具１４に形成された軸孔１５と工具ホルダ１０の軸孔１２とが同軸に配置されて互いに連通する。これにより、工具ホルダ１０の軸孔１２から流出したオイルミストは、切削工具１４の軸孔１５内を先端側に流通するようになっている。

次に、本実施形態における工具ホルダ１０及び主軸装置の作動について説明する。加工対象物を加工する際には、主軸５０、工具ホルダ１０及び切削工具１４が回転する一方、流体供給管８０は主軸装置の被回転部に固定されているため回転しない。このため、流体供給管８０の後端部から導入されたオイルミストは、遠心力の影響を受けずに流体供給管８０を先端部８０ａ側に流通する。流体供給管８０の先端部８０ａから流出したオイルミストは、工具ホルダ１０の軸孔１２内に設けられた環状部材４０を通過し、筒状部材４１内に流入する。ここで、流体供給管８０の先端面８１の全周は環状部材４０に対し回転摺動しながら当接しているため、流体供給管８０から流出したオイルミストのほぼ全量が環状部材４０及び筒状部材４１内に流入する。環状部材４０及び筒状部材４１に流入したオイルミストは、軸孔１２（小内径部１２ａ）及び切削工具１４の軸孔１５を介して切削工具１４の先端側に供給され、切削工具１４及び加工対象物の潤滑冷却が行われる。

このように、流体供給管８０の後端側から導入されたオイルミストは、遠心力の影響を受けずに工具ホルダ１０まで供給されるとともに、流体供給管８０と工具ホルダ１０とのつなぎ部分における外部への漏出も防止される。したがって本実施形態によれば、切削工具１４の先端側に十分な量のオイルミストを供給できる。

また本実施形態では、環状部材４０が流体供給管８０の先端部８０ａよりも硬度や耐摩耗性が低い材料で形成されている。したがって、回転摺動する環状部材４０と流体供給管８０とにおいて、交換の容易な工具ホルダ１０側の環状部材４０を意図的に磨耗させることによって、主軸装置側の流体供給管８０の磨耗を防止することができる。

さらに本実施形態では、環状部材４０が圧縮コイルばね３３により流体供給管８０側に付勢されている。したがって、回転摺動により環状部材４０の表面４０ａが磨耗したとしても、環状部材４０は流体供給管８０の先端面８１から離れることなく当接し続ける。したがって、流体供給管８０と工具ホルダ１０とのつなぎ部分における外部への漏出を防止できる。

また本実施形態では、環状部材４０が流体供給管８０の内径とほぼ同一の内径を有している。したがって、環状部材４０と流体供給管８０とが当接する部分においてオイルミストの流路断面積をほぼ一定にできるため、流路断面積の急激な変化による渦の発生を抑制でき、オイルミストの流量を増加させることができる。

さらに本実施形態では、環状部材４０の下流側であって圧縮コイルばね３３の内周側に、筒状部材４１が設けられている。したがって、環状部材４０の下流側においてオイルミストの流路断面積をほぼ一定にできるため、オイルミストの流量を増加させることができる。

また本実施形態では、筒状部材４１が環状部材４０の内径とほぼ同一の内径を有している。したがって、環状部材４０と筒状部材４１とが接続される部分においてオイルミストの流路断面積をほぼ一定にできるため、オイルミストの流量を増加させることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、ＨＳＫシャンク型の工具ホルダを例に挙げたが、本発明はＨＳＫシャンク型以外の２面拘束型の工具ホルダや、１面拘束型の工具ホルダ等にも適用可能である。

また上記実施形態では、環状部材４０を流体供給管８０側に付勢する弾性部材として圧縮コイルばね３３を例に挙げたが、皿ばね等の他の弾性部材を用いることもできる。

さらに上記実施形態では、潤滑冷却用流体としてオイルミストを例に挙げたが、他の流体を用いることもできる。

第１実施形態の工具ホルダが装着された主軸装置の主軸先端近傍について回転軸を含む平面で切断した断面構成を模式的に示す断面図である。 クーラントホース及び流体供給管先端近傍の断面構成を模式的に示す断面図である。 工具ホルダを主軸から取り外した状態でのクーラントホース近傍の断面構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０ 工具ホルダ
１１ ホルダ本体
１２ 軸孔
１２ａ 小内径部
１２ｂ 大内径部
１３ 工具保持部
１４ 切削工具
１５ 軸孔
２０ テーパ部（装着部）
２２ フランジ部
３０ クーラントホース
３１ ストッパ
３２ 段差面
３３ 圧縮コイルばね（弾性部材）
４０ 環状部材
４１ 筒状部材
５０ 主軸
５１ 貫通孔
８０ 流体供給管
８０ａ 先端部
８１ 先端面

Claims (5)

1. 加工対象物を加工するための工具を保持する工具ホルダであって、
   回転駆動される主軸と、前記主軸の回転軸に沿って形成された貫通孔と、非回転部分に固定されて前記貫通孔に内挿され、潤滑冷却用の流体を前記工具に供給するための流体供給管とを備えた主軸装置の前記主軸に着脱可能に装着され、
   前記主軸に装着される装着部を一端側に備え、前記工具を保持する工具保持部を他端側に備えたホルダ本体と、
   前記ホルダ本体の回転軸に沿って前記一端側から前記他端側に貫通して形成され、前記流体供給管の先端部が内挿されて前記流体を前記工具に供給する軸孔と、
   前記軸孔の内部に前記流体供給管とほぼ同軸に設けられ、前記軸孔の内壁面に沿って回転軸方向に摺動可能であるとともに前記流体供給管の先端部に対し回転摺動可能に当接し、前記流体供給管から流出する前記流体を通過させる環状部材と、
   前記環状部材を前記流体供給管側に付勢する弾性部材とを有することを特徴とする工具ホルダ。
2. 前記環状部材は、前記流体供給管の先端部よりも硬度の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
3. 前記環状部材は、前記流体供給管の内径とほぼ同一の内径を有してい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. 前記弾性部材は、前記軸孔の内壁面に沿って螺旋状に巻き回された圧縮コイルばねであり、
   前記圧縮コイルばねの内周側に設けられて前記環状部材に接続され、前記環状部材を通過した前記流体を流通させる筒状部材をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の工具ホルダ。
5. 前記筒状部材は、前記環状部材の内径とほぼ同一の内径を有していることを特徴とする請求項４に記載の工具ホルダ。

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