JP5012671B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑冷却用の流体（オイルミスト）を供給しながら加工対象物を加工する加工装置に関するものである。

従来、高速回転する主軸の先端部に取り付ける工具の先端辺近傍までオイルミストを届くようにする加工装置の一例として特許文献１に示されるものがあった。

特許文献１に示される加工装置は、先端部にチャック機構により、工具が取付けられた工具ホルダが装着され、回転駆動されるように設けられた主軸に、その軸心を貫通してチャック機構にまで連通する挿通孔を穿設する。そして、この挿通孔にドローバを挿通し、ドローバの先端部をチャック機構に臨ませ、非回転の流体供給管（供給パイプ）をドローバの内径の軸線に沿って基端から先端部まで延びるように設ける。また、この流体供給管の外周先端部とドローバの内径との間に軸受を配置する。そして、主軸の基端の外側から供給されるオイルミストを、流体供給管からチャック機構内の流通路を介して工具の先端部近傍の吐出孔まで供給するように構成する。

つまり、主軸がモータにより回転駆動されていても、それと一体的に回転するドローバの内径部において、流体供給管は、その外周と軸受を介して回転可能に支承されており、非回転状態に保持される。よって、その内径の流通路を通過するオイルミストは、主軸の回転による遠心力の影響を受けることがない。
特開２００１−１５０２９５号公報

ところが、流体供給管を回転可能に支持している軸受は、故障などの不具合によってロックしてしまうこともありうる。

このような場合、特許文献１における加工装置における流体供給管は、軸受を介して主軸の回転力が印加されることになる。ところが、流体供給管は、漏れ防止用のＯリングを介して支持部材に固定されている。したがって、流体供給管は、主軸の回転力が印加されると、固定された部分を基点として捩れてしまう。また、主軸内で捩れた流体供給管は、主軸部から取り出すのが困難な状態にもなりうる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、正常に動作している場合にはオイルミストを効率よく供給できると共に、不具合によって軸受がロックした場合には流体供給管を保護することができる加工装置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請求項１に記載の加工装置は、潤滑冷却用の流体を噴出しながら加工対象物を加工するための工具が装着された工具ホルダを保持すると共に、工具ホルダを保持した状態で回転させる加工装置であって、少なくともハウジングを含む非回転部と、ハウジングに回転可能に支持されて回転駆動する主軸部と、流体が流れる貫通孔が形成された筒状部材であり、主軸部の回転軸に沿ってハウジング内に配置され、流体が供給される側の端部の周囲に主軸部の回転軸に対して垂直方向に突出したフランジ部が設けられる流体供給管と流体供給管を主軸部に対して回転可能に支持する軸受と、流体供給管のフランジ部を非回転部に対して主軸部の回転軸方向に押圧するものであり、流体供給管に対して主軸部の回転力が印加されてない場合は流体供給管を非回転部に固定して非回転状態とし、流体供給管に対して主軸部の回転力が印加された場合は流体供給管を主軸部と共に回転状態とする回転力緩和部とを備えることを特徴とするものである。

このように、流体供給管に対して主軸部の回転力が印加されてない場合、つまり、加工装置が正常に動作している場合は、流体供給管を非回転状態とできるので、オイルミストを効率よく供給できる。一方、流体供給管に対して主軸部の回転力が印加された場合、つまり、不具合によって軸受がロックした場合は、流体供給管を主軸部と共に回転状態とするので、流体供給管を捩れたりすることから保護することができる。

また、請求項２に示すように、回転力緩和部は、フランジ部を非回転部に対して主軸部の回転軸方向に押圧する弾性部材を備えるようにしてもよい。また、弾性部材としては、請求項３に示すように、バネを用いるようにしてもよい。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する
本発明の第１実施形態について図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態における加工装置の概略構成を示す部分的断面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態における特徴部分の拡大断面図である。

本実施の形態における加工装置は、ワーク（被加工物、加工対象物）に対して切削加工などを施すための工具２０が装着された工具ホルダ１０を主軸装置３０に脱着可能（交換可能）に保持し、この主軸装置３０を回転させることによって、工具２０が装着された工具ホルダ１０を回転させてワークに対して加工を施すものである。

図１に示す、工具ホルダ１０が着脱可能に装着される主軸部４１は、主軸装置３０の中空円筒状のハウジング７１に軸受７２を介して回転自在に支持され、モータ（図示せず）により回転駆動されるようになっている。主軸部４１の回転軸は例えばほぼ水平である。主軸部４１には、回転軸に沿って貫通する貫通孔４２が形成されている。

主軸部４１のうち貫通孔４２の先端部近傍（図中左側）に位置するホルダ装着部４３には、工具ホルダ１０が装着されるホルダ装着穴４４が形成されている。ホルダ装着穴４４の内周面４６は、主軸部４１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４４の外側には、回転軸にほぼ垂直な環状の端面４５が形成されている。

貫通孔４２内には、主軸部４１と共に回転するものであり、工具ホルダ１０の一部を気密な状態で着脱可能に保持する保持部材を有する。この保持部材は、スリーブ５１、クランプ部材５３、引張コイルバネ５５、軸受５６、ドローバ（図示省略）などを含むものである。

ドローバは、ホルダ装着穴４４への工具ホルダ１０の着脱を操作するためのもので、主軸装置３０の回転軸に沿って設けられる。このドローバは、引張コイルバネ５５によって主軸部４１後端側（図中右側）に付勢されている。また、ドローバには、回転軸に沿って貫通し、後ほど説明する流体供給管６１が配置される貫通孔が形成されている。

ドローバの先端側には、ホルダ装着穴４４に突出する円筒状のスリーブ５１が取り付けられている。スリーブ５１の外周面には、先端側ほど拡径された段差部５２が形成されている。またスリーブ５１の主軸部４１先端側には、後述するクーラントホース１９との間をシールするゴム製の環状パッキン（図示省略）が設けられている。

スリーブ５１の外周側には、複数本のクランプ部材５３がスリーブ５１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５３の先端側には、外周側に突出した係止部５４が形成されている。クランプ部材５３がスリーブ５１の外周面を摺動し、係止部５４が段差部５２に乗り上げると、後述する工具ホルダ１０の被係止部１６が係止部５４により係止されるようになっている。一方、ドローバ及びスリーブ５１を引張コイルバネ５５の付勢力に抗して主軸部４１先端側に移動させると、段差部５２に乗り上げていたクランプ部材５３の係止部５４は、スリーブ５１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１６の係止部５４による係止が解除されるようになっている。

ドローバの貫通孔には、貫通孔６２を有し潤滑冷却用流体としてのオイルミストを工具２０に供給するための流体供給管６１が内挿されている。流体供給管６１は、回転力緩和部８０にて主軸装置３０の非回転部分に半固定されている。ここでは、半固定とは、完全に流体供給管６１が非回転部分に固定されているものではなくて、流体供給管６１に対して回転力が印加されてない状態では非回転部分に固定され、回転力が印加された状態では非回転部分と固定されないことである。なお、回転力緩和部８０に関しては後ほど詳しく説明する。また、流体供給管６１は、軸受５６を介して主軸部４１などに回転自在に支持されている。オイルミストは、主軸部４１後端側から流体供給管６１内に導入され、流体供給管６１内を先端部側（工具側）に向かって流通するようになっている。

また、図示は省略するが、ドローバには、パッキン取付部が設けられる。そして、このパッキン取付部には、環状の漏れ防止部材であるパッキンが設けられる。つまり、ドローバと流体供給管６１との間には、オイルミストの漏れを防止するためのパッキンが設けられる。

工具ホルダ１０は、主軸部４１に装着されたときに、ホルダ装着穴４４の内周面４６及び端面４５の双方に当接する２面拘束型（例えばＨＳＫシャンク型、ＨＳＫタイプ）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、主軸部４１側の流体供給管６１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、主軸部４１に装着するためのテーパ部１５が設けられている。テーパ部１５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１５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１５ａが形成されている。工具ホルダ１０が主軸部４１のホルダ装着穴４４に挿入されると、テーパ面１５ａはホルダ装着穴４４の内周面４６に当接するようになっている。テーパ部１５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５３の係止部５４により係止可能な環状の被係止部１６が形成されている。

テーパ部１５内側の中空部には、底面１８から一端側（主軸部４１側）に向かって突出する筒状のクーラントホース１９（装着部）が形成されている。クーラントホース１９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が主軸部４１に装着されたときには、クーラントホース１９がスリーブ５１内（パッキンを介して）に嵌入されるとともに、流体供給管６１の先端部がクーラントホース１９内の軸孔１２に挿入されるようになっている。

ホルダ本体１１は、テーパ部１５に隣接して設けられてテーパ部１５よりも外径の大きいフランジ部１４を有している。フランジ部１４のうちテーパ面１５ａに隣接する環状の端面１７は、回転軸にほぼ垂直に形成されている。工具ホルダ１０が主軸部４１のホルダ装着穴４４に挿入されると、フランジ部１４の端面１７は主軸部４１の端面４５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工具２０を保持する工具保持部１３が設けられている。工具２０の工具本体２１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２２が形成されている。工具２０が工具保持部１３に保持されると、工具２０に形成された軸孔２２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、流体供給管６１から工具ホルダ１０の軸孔１２に流出したオイルミストは、工具２０の軸孔２２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３０の作動について説明する。加工対象物を加工する際には、主軸部４１、工具ホルダ１０及び工具２０が回転する一方、流体供給管６１は主軸装置３０の非回転部に半固定されているため回転しない。このため、流体供給管６１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６１を先端部側（工具側）に流通する。流体供給管６１の先端部から流出したオイルミストは、工具ホルダ１０の軸孔１２及び工具２０の軸孔２２を介して工具２０の先端側に供給され、工具２０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６１の後端側から導入されたオイルミストは、主軸装置３０の回転に伴う遠心力の影響を受けずに工具２０まで供給される。したがって、工具２０の先端側に十分な量のオイルミストを供給できる。

ところが、不具合によって軸受５６がロックしてしまうこともありうる。このように、軸受５６がロックしてしまった場合、従来の加工装置における流体供給管６１は、軸受５６を介して主軸部４１の回転力が印加されることになる。しかしながら、流体供給管６１は、主軸装置３０の非回転部に固定されているため、主軸部４１の回転力が印加されると、固定された部分を基点として捩れてしまう。また、主軸部４１内で捩れた流体供給管６１は、主軸部４１から取り出すのが困難な状態にもなりうる。

そこで、本実施の形態における加工装置は、このような課題を解決するために回転力緩和部８０を備えるものである。回転力緩和部８０は、図１に示すように、主軸部４１、ハウジング７１の一方の端部（工具２０が設けられる側とは反対側の端部）に設けられるものである。この回転力緩和部８０は、図２示すように、押圧部８１、バネ８２、ハウジング８３、カバー８４などを備える。

ハウジング８３は、非回転部であり、主軸部４１側とは反対側が開口して押圧部８１、バネ８２が配置される凹部と、凹部の底部に流体供給管６１が挿入される貫通孔が設けられる。また、ハウジング８３に挿入される流体供給管６１は、工具２０側とは反対側の端部に被押圧部６３（フランジ部）を備える。この被押圧部６３は、流体供給管６１の端部の全周にわたって、主軸部４１の回転軸に対して垂直方向に突出した状態で設けられる。そして、この被押圧部６３がハウジング８３の凹部に配置される。なお、本実施の形態においては、被押圧部６３は、流体供給管６１の端部の全周にわたって設ける例を採用して説明したが、流体供給管６１の端部の周囲における複数個所に均等に配置されるようにしてもよい。

また、押圧部８１は、被押圧部６３に対応した形状を有するものであり、略中心に流体供給管６１と連通する貫通孔を有する。バネ８２は、一方の端部がカバー８４に接続され、他方の端部が押圧部８１に接続される。ハウジング８３の開口は、被押圧部６３、押圧部８１、バネ８２が凹部に配置された状態でカバー８４によって閉じられる。そして、ハウジング８３の開口がカバー８４によって閉じられた状態において、バネ８２が押圧部８１に力を印加することによって、被押圧部６３は、図２の矢印方向に押圧部８１から押圧される。なお、押圧部８１を介さずに、バネ８２が直接被押圧部６３を押圧するようにしてもよい。

よって、流体供給管６１は、被押圧部６３と押圧部８１との間の摩擦力によって非回転部に半固定されているため回転しない。なお、バネ８２は、被押圧部６３に均等に力が印加できるように複数設け、被押圧部６３、押圧部８１との間に均等に配置すると好ましい。また、本実施の形態においては、バネ８２を用いる例を採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、そのたの弾性部材であってもよい。

また、被押圧部６３と押圧部８１との間に生じる摩擦力は、バネ８２の力によって調整する。この回転力緩和部８０は、加工装置が正常に動作している時には、押圧部８１がバネ８２からの力によって被押圧部６３を押圧し、押圧部８１と被押圧部６３との間の摩擦力を生じさせることによって、流体供給管６１を非回転部であるハウジング８３に固定するものである。換言すると、流体供給管６１に対して主軸部４１の回転力が印加されてない場合は流体供給管６１を非回転部に固定して非回転状態とする。

そして、不具合によって軸受５６がロックした場合など、流体供給管６１に対して軸受５６を介して主軸部４１の回転力が印加されると、主軸部４１と共に流体供給管６１が回転するようにする。つまり、流体供給管６１は、印加された主軸部４１の回転力が被押圧部６３と押圧部８１との間に生じる摩擦力を超えることによって回転する。換言すると、流体供給管６１に対して主軸部４１の回転力が印加された場合は流体供給管６１を主軸部４１と共に回転状態とする。

したがって、被押圧部６３と押圧部８１との間に生じる摩擦力は、加工装置が正常に動作している場合は流体供給管６１が回転せずに、流体供給管６１に対して主軸部４１の回転力が印加され場合は流体供給管６１が主軸部４１と共に回転する程度とする。つまり、被押圧部６３と押圧部８１との間に生じる摩擦力がこのような関係となるように、バネ８２を選定（バネ定数を設定）する。

このようにすることによって、加工装置が正常に動作している場合にはオイルミストを効率よく供給できると共に、不具合によって軸受５６がロックした場合には流体供給管６１を保護することができる。

本発明の第１の実施の形態における加工装置の概略構成を示す部分的断面図である。 本発明の第１の実施の形態における特徴部分の拡大断面図である。

符号の説明

１０ 工具ホルダ、１１ ホルダ本体、１２ 軸孔、１３ 工具取付部（工具保持部）、
１４ フランジ部、１５ テーパ部、１５ａ テーパ面、１６ 被係止部、１７ 端面、
１８ 底面、１９ クーラントホース（装着部）、２０ 工具、２１ 工具本体、２２
軸孔、３０ 主軸装置、４１ 主軸部、４２ 貫通孔、４３ ホルダ装着部、４４ ホル
ダ装着穴、４５ 端面、４６ 内周面、５１ スリーブ、５２ 段差部、５３ クランプ部材、５４ 係止部、５５ 引張コイルバネ、５６ 軸受、６１ 流体供給管、６２ 貫通孔、６３ 被押圧部、７１ ハウジング、７２ 軸受、８０ 回転力緩和部、８１ 押圧部、８２ バネ、８３ ハウジング、８４ カバー

Claims (3)

1. 潤滑冷却用の流体を噴出しながら加工対象物を加工するための工具が装着された工具ホルダを保持すると共に、前記工具ホルダを保持した状態で回転させる加工装置であって、
   少なくともハウジングを含む非回転部と、
   前記ハウジングに回転可能に支持されて回転駆動する主軸部と、
   前記流体が流れる貫通孔が形成された筒状部材であり、前記主軸部の回転軸に沿って前記ハウジング内に配置され、前記流体が供給される側の端部の周囲に前記主軸部の回転軸に対して垂直方向に突出したフランジ部が設けられる流体供給管と
   前記流体供給管を前記主軸部に対して回転可能に支持する軸受と、
   前記流体供給管の前記フランジ部を前記非回転部に対して前記主軸部の回転軸方向に押圧するものであり、前記流体供給管に対して前記主軸部の回転力が印加されてない場合は前記流体供給管を前記非回転部に固定して非回転状態とし、前記流体供給管に対して前記主軸部の回転力が印加された場合は前記流体供給管を前記主軸部と共に回転状態とする回転力緩和部と、
   を備えることを特徴とする加工装置。
2. 前記回転力緩和部は、前記フランジ部を前記非回転部に対して前記主軸部の回転軸方向に押圧する弾性部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
3. 前記弾性部材は、バネであることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。

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