JP5069013B2 - 焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタ - Google Patents

Description

本発明は、焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタに関し、詳しくは冷却アダプタの部材の内周面の形状を、焼き嵌め式ツールホルダのチャック部の外周面の形状に対応した形状に構成し、冷却用アダプタによって上記ツールホルダのチャック部の外周面を冷却するようにした焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタに関するものである。

従来より知られている焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタとしては、特許文献１に示されるものがある。特許文献１に示される冷却用アダプタ（クーリングユニット）の主体部は、環状に構成してあり、その中心に設けられた貫通孔の内周面の形状は、シュリンク式ツールホルダ（焼き嵌め式ツールホルダ）のチャッキング部（チャック部）の外周面の形状に対応した形状に構成してある。上記主体部の外周には冷却用の冷媒通路（流路）が形成される状態で第２部材（外郭部材）が配置してあり、上記冷媒通路には冷却用の流体を冷媒通路に向けて圧入する為の入口と、冷媒通路中で昇温された冷却流体を排出する為の出口を備えている。
特許文献１に示される冷却用アダプタは、ツールホルダのチャッキング部を高温（一般的には３００℃程度）に加熱した後、チャッキング部の保持孔に工具（刃具）を入れ、チャッキング部の外周に上記冷却用アダプタをかぶせ、冷媒通路に冷媒を流すと、主体部を介してチャッキング部が冷却され、チャッキング部が収縮され、刃具はホールドされる（特許文献１参照）。

特開２００３−７１６７０公報

この従来の焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタでは、チャッキング部（チャック部）を冷却する手段として、主体部の外周に冷却用の冷媒を流し、主体部の外周を冷却することによって、その冷やされた主体部で、間接的にチャック部を冷却するので、チャック部の冷却速度は遅く、しかも冷却効率が悪くなる問題点があった。

本件出願の目的は、チャック部の周囲に直接冷却流体（冷媒）を流すことにより、冷却速度は早く、冷却効率は高くなるようにした焼き嵌め式ツールホルダの冷却アダプタを提供しようとするものである。
他の目的は、冷却用流体の流路として、冷却アダプタの主体部に対して外郭流路と内側流路の二系統を備えさせ、内側流路でチャック部を直接冷却すると共に、上記主体部を内側と、外側の両方からから冷却するようにした焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタを提供しようとするものである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。

本発明における焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタは、冷却アダプタの主体部は、中空環状に構成し、
その内周面の形状は、焼き嵌め式ツールホルダのチャック部の外周面の形状に対応した形状に構成し、
上記主体部の外周には、冷却用の流路空間を隔てて外郭部材が配置してあり、
上記流路空間には冷却用流体を流路に向けて圧入する為の入口と、流路中で昇温された冷却用流体を排出する為の出口とを備える環状体の冷却用アダプタにおいて、
上記主体部の内周面には、焼き嵌め式ツールホルダのチャック部が挿入されて上記内周面にチャック部の外周面が当接した状態において、チャック部の外周面と、上記内周面との間に対して、チャック部の外周面と、上記主体部の内周面とに接する冷却用流体を流すことができるように溝状の内側流路を備えさせ、かつ、上記主体部の内周面の残部には、上記チャック部の外周面に当接させて上記チャック部の外周面からの熱を受けとる受熱面を備えさせ、
上記内側流路に冷却用流体を流すことにより、上記チャック部の外周面を冷却用流体によって直接冷却すると同時に、上記主体部の内周面に備えさせた受熱面から主体部が受けとった熱をも、上記主体部の内側から冷却するようにしたものである。

また好ましくは、上記チャック部７の外周面と、上記内周面３４との間に対して備えさせる内側流路Ｐ（Ｐ１１〜Ｐ１８）は、上記内周面３４に対して下部から逐次上部に向かう螺旋状の溝で構成し、しかも上下の溝相互間に残される内周面３４の残部は、上記チャック部７の外周面に当接させて上記チャック部７の外周面からの熱を受けとる受熱面にしてあるものであればよい。

また好ましくは、上記チャック部７の外周面と、上記内周面３４との間に対して備えさせる複数の内側流路pa、pa・・・paは、上記内周面３４に対して夫々下部から逐次上部に向かう複数の溝で構成し、しかも夫々上下方向に向かう複数の溝pa、pa・・・pa相互間に残される内周面３４の残部34aは、上記チャック部７の外周面９に当接させて上記チャック部７の外周面９からの熱を受けとる受熱面34aにしてあるものであればよい。

以上のように本発明は、焼嵌め式ツールホルダに刃具１３を装着するにあたり、チャック部７を冷却するとき、チャック部７の外周に冷却用アダプタ１７を被せて、アダプタ１７における内側の内側流路Ｐに流体を流すと、高温のチャック部７の外周は、内側流路Ｐを流れる流体により直接冷却される。即ち、内側流路Ｐを流れる流体は、高温のチャック部７の外周に直接触れて、極めて熱伝導率の高い状態で高温のチャック部７の外周から効率高く、かつ、急速に熱を奪い、短時間で高温のチャック部７の外周を冷却し、刃具１３の装着を可能にする作業上の効果がある。

さらに本発明は、冷却用の流体の流路として、外郭流路２６と内側流路Pの二系統を備えているので、チャック部７を冷却するとき、外郭流路を流れる流体２６によって、主体部３０を冷却し、これを介してチャック部７を冷却すると共に、内側流路Pを流れる流体によっては、上記のようにチャック部７を直接冷却すると共に、上記主体部３０をも内側から冷却するので、チャック部の冷却速度はより向上し、刃具の装着時間を短縮することができる効果がある。

以下本発明の実施の形態を図１乃至図５を用いて説明する。図において、１は周知の焼嵌め式ツールホルダ４の支持部材、２は支持部材の開口部、４は焼嵌め式ツールホルダ、５はシャンク、６は鍔部、７はチャック部、８は刃具１３の元部１４を挿入するための保持孔、１０は保持孔８の上方の開口部を示す。１１は流体（例えば高圧の空気であったり、油性流体であったり、水であったり、さらにはこれら任意の混合物で、通常ミストと称される流体であったりする）の供給装置を示し、１２は流体の供給及び必要に応じての回収を行うための冷却管（ホース）が１又は複数本存在していることを示す。
なお図１は広く知られている構成を示すもので、焼嵌め式ツールホルダ４と、ホルダ４を冷却するための冷却用アダプタ１７（図２以降に詳細に示される冷却用アダプタ）と、冷却用の流体供給装置１１等との関係を示すものである。

全体の形状が環状に構成されている冷却アダプタ１７において、それの主体部３０は、図に表れているように熱伝導の良好な材料、例えばアルミ材などの良伝熱性金属で形成されており、全体形状は中空環状に構成されている。その内周面３４の形状は、焼き嵌め式ツールホルダ４のチャック部７の外周面９の形状に対応した形状に構成してある。
上記主体部３０の外周には、冷却用の流路空間２６を隔てて、アルミなどの良伝熱性金属で中空環状に構成されている外郭部材２０が配置してある。
この外郭部材２０の内側に構成される流路空間２６は冷却用流体を流す為のもので、主体部３０の周壁３１の内側に形成される内側流路Ｐに対して外郭流路となるものであり、両流路（Ｐと２６）は任意の箇所において連通させてあっても良いし、個別の流路であっても良い。２３は外郭部材２０の内周面、２４は上面を示す。

上記外郭部材２０の周壁２１の下部には、冷却用流体を流路空間２６に向けて圧入する為の流体入口27aが形成されている。入口27aには、雌ねじが設けられており、冷却流体供給装置１１に連通する冷却管１２が螺合等任意の手段で接続されている。
また周壁２１の上部、あるいは必要に応じて下部には、流路２６を流通するうちに昇温される冷却用流体を排出する為の流体出口27bが、円周方向に間隔を隔てて複数箇所に亘って形成されている。この出口27bには任意の排水手段を接続しても良いし、冷却流体供給装置１１に任意の冷却管１２を用いて送り返し、冷却の後、再利用するようにしても良い。
２８は、上記外郭部材２０を周壁３１の外周位置において固定するための結合手段の存在を示すもので、例えば止着用のねじ２９を螺合させるためのネジ穴を示す。１又は複数箇所にねじ２９を配置し、上記外郭部材２０を周壁３１（主体部３０）に対して着脱自在に装着する。

上記主体部３０の内周面３４には、内側流路Ｐ（Ｐ１１〜Ｐ１８）が備えさせてある。この内側流路は、焼き嵌め式ツールホルダ４のチャック部７が挿入されて上記内周面３４にチャック部７の外周面９が図示のように接した状態において、チャック部７の外周面９と、上記内周面３４との間に対して、チャック部７の外周面９と、上記主体部３０の内周面３４とに接する冷却用の前述の任意の流体、例えばミストを流すことができるように内側流路Ｐ１１〜Ｐ１８は備えさせてある。
なお４４は周壁３１に比較的下方に設けられた１または複数の内側流路の入口、４５は周壁３１に比較的上方に設けられた複数の内側流路の出口でこれらの出入口は、単独に構成されたものであればよい。あるいは上記主体部３０の外周に備えられた冷却用の流路空間２６に連通させたものであってもよい。

図２、３によく表れている上記チャック部７の外周面と、上記内周面３４との間に対して備えさせる内側流路Ｐ（Ｐ１１〜Ｐ１８）は、上記内周面３４に対して下部から逐次上部に向かう螺旋状の溝（Ｐ１１〜Ｐ１８）で構成し、しかも上下の溝相互間に残される内周面３４の残部34aは、上記チャック部７の外周面９に当接させて上記チャック部７の外周面９からの熱を受けとる受熱面にしてある。

また図４、５は、上記図２、３の周壁３１の内側に形成される内側流路Pに対して異なる実施例として内側流路（溝pa、pa・・・pa）の構成の例を示すものであって、図４、５によく表れているように、上記チャック部７の外周面９と、上記内周面３４との間に対して備えさせる複数の内側流路pa、pa・・・paは、上記内周面３４に対して夫々下部から逐次上部に向かう複数の溝で構成してある。しかも夫々上下方向に向かう複数の溝pa、pa・・・pa相互間に残される内周面３４の残部34aは、上記チャック部７の外周面９に当接させて上記チャック部７の外周面９からの熱を受けとる受熱面34aにしてある。
４２は、夫々外郭流路２６と、周壁３１の内側に形成される多数の内側流路Paを夫々連通させるための貫通孔の存在を示し、必要に応じて上下のみ、或いは内側流路Paに沿わせた状態で上下方向に複数個配設してある。多数の貫通孔４２の存在により、外郭流路２６の冷却用流体に対して比較的高温化する多数の内側流路Paの流体は、各所において比較的激しく両者交流し、内側流路Paの流体の冷却効率を向上させる。
なお図４、図５の説明に当り、前述の図２、図３と同符号を用いた構成、部材等の機能、性質、特徴等は、上記の説明に於て加える新規な部材構成、組合せ等の説明に係わる事項を除き、前述した図２、図３の説明と同旨である。よって、重複する説明は一部省略する。

なお図示されている受熱面34aの幅寸法に対する螺旋状の溝（Ｐ１１〜Ｐ１８）の幅寸法、及び上記下部から逐次上部に向かう複数の溝pa、pa・・・paの幅寸法とは、夫々相対的な関係にあり、一方を広くすれば、他方は比較的狭くなる。これらの寸法比率は、上記の溝（Ｐ１１〜Ｐ１８）又は溝pa、pa・・・paに流す媒体の種類、流量、脱熱量、あるいは上記チャック部７の最高温度によって任意に選択決定すればよい。
更に、上記図２、３の螺旋状の溝の本数は、図示のように上から下まで１本で通しても良いが、２本、３本を並行配設させる等、複数条にしたり、上下方向にバイパス溝を設けても良い。
また上記図４、５の上下方向の複数の溝の本数は、図示のように８本を並行配設させてもよいが、溝pa、pa・・・paに流す媒体の種類、流量、脱熱量、あるいは上記チャック部７の最高温度によって任意に増減選択決定すればよい。

また上記主体部３０の外周面３３には熱伝達の面積を大きくする為に任意形状の凹凸（フィン）を形成しておくとよい。３７は上記外郭部材２０との連繋を図る為の位置決め用のフランジ部材を示す。
更に上記主体部３０の外周面３３において、上下の張り出し量の大きい部分の外周面33aは、中間部分の張り出し量の小さい部分の外周面33bに比較して大きい直径に形成し、外郭部材２０の周壁２１の内周面２３とは僅かな間隙を隔て、上記主体部３０が大きく偏心しないように構成してある。例えば外郭部材２０の内径寸法φ６５．０１〜φ６５．０４mmに対して上記主体部３０の張り出し量の大きい部分の外周面33aの外径をφ６４．９０〜φ６４．９４mmに形成し、その差を直径で０．０７〜０．１４ｍｍに設定してある。
また中間部分の張り出し量の小さい部分の外周面33bは、外周面33aに比較して小さい直径に形成し、外郭部材２０の周壁２１の内周面２３とは大きな間隙を隔て、上記主体部３０と外郭部材２０との間に大きな流路が構成できるようにしてある。例えば上記主体部３０の張り出し量の小さい部分の外周面33bの外径をφ６１．７５〜φ６２．００mmに形成し、周壁２１の内周面２３との差を直径で３．０１〜３．２９ｍｍに設定してある。このように構成すると、入口27ａより入ってきた流体を主体部３０の外周全体へ行き渡らせると共に、主体部内周面側へも流体を行き渡らせることもできる。

上記構成の冷却アダプタ１７を用いて焼き嵌め式ツールホルダ４のチャック部７に刃具１３を装着することを説明する。
周知のように支持部材１に対してシャンク部５を装着し、チャック部７を図示外の加熱装置で加熱し、拡張した保持孔８に刃具１３の元部１４を挿入する。
次に図２に表れているようにチャック部７に対して冷却アダプタ１７を装着する（冷却アダプタ１７の流体入口27aには予め、乃至その後流体供給装置１１に連なる冷却管（ホース）１２が接続されている）。次に流体供給装置１１から流体を送り、外郭流路２６の入口27aと、内側流路Ｐ、pa（図２、３、図４、５参照）の入口４４から夫々外郭流路２６と、内側流路Ｐ、paを夫々予定通り流通させ、主体部３０の外周面３３と、内周面３４とを冷却する。その後は周知のように夫々複数の出口27bと、複数の出口４５から加温された流体は排出される。なお外郭流路２６と、内側流路Ｐ、paを流通する流体は、途中に分路がある場合は、流体両者の温度差によって一方向、または交互方向に交流するであろうし、貫通孔４２が有れば貫通孔４２を経由して交流する。

上記内側流路Ｐ、paを流通する流体は、上記螺旋状に形成されている内側流路Ｐ１１〜Ｐ１８（図２、３参照）、及び複数の内側流路pa（図４、５参照）を流通する過程において、上記チャック部７の外周面９を冷却用流体によって直接効率よく冷却すると同時に、上記主体部３０の内周面３４をも内側から効率高く冷却する作用がある。

焼嵌め式ツールホルダと、冷却用アダプタと、冷却用の流体供給装置等との関係を示す概略斜視図。 冷却用アダプタを説明する為の図で、（Ａ）は（Ｂ）の上方向からの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるX−X１線断面図で、チャック部に対して冷却アダプタを装着した状態を示す一部破断した部分断面図。 冷却用アダプタにおける外郭部材と主体部と内側流路と外郭流路との関係を説明する為の部分断面図で、（Ａ）は図２（Ａ）におけるX−X１線断面図（X−X２線断面はチャック部に対して冷却アダプタを装着した状態を示し、X２−X１線断面はチャック部を省略して示す。）、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるIII−III線断面図。 図２、３とは異なる例を説明する為の図で、（Ａ）は（Ｂ）の上方向からの平面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるX−X１線位置の一部破断した部分断面図、（Ｃ）は主体部の外観図。 冷却用アダプタにおける外郭部材と主体部と内側流路と外郭流路との関係を説明する為の部分断面図で、図４（Ｂ）におけるＶ−Ｖ線断面図

１・・・支持部材、２・・・開口部、４・・・焼嵌め式ツールホルダ、５・・・シャンク、６・・・鍔部、７・・・チャック部、８・・・保持孔、９・・・外周面、１０・・・開口部、１１・・・流体供給装置、１２・・・冷却管（ホース）、１３・・・刃具、１４・・・元部、１７・・・冷却用アダプタ、２０・・・外郭部材、２１・・・周壁、２３・・・内周面、２４・・・上面、２５・・・、２６・・・空間・外郭流路・流路空間、27a・・・流体入口、27b・・・流体出口２８・・・結合手段・ネジ穴、２９・・・ねじ、３０・・・主体部、３１・・・周壁、３３・・・外周面、３４・・・内周面、34a・・・受熱面３７・・・フランジ、Ｐ(P11〜P18)・・・内側流路（螺旋状の溝）、Pa・・・内側流路（上下方向の溝）、４２・・・貫通孔、４４・・・内側流路の入口、４５・・・内側流路の出口。

Claims (3)

1. 冷却アダプタの主体部は、中空環状に構成し、
   その内周面の形状は、焼き嵌め式ツールホルダのチャック部の外周面の形状に対応した形状に構成し、
   上記主体部の外周には、冷却用の流路空間を隔てて外郭部材が配置してあり、
   上記流路空間には冷却用流体を流路に向けて圧入する為の入口と、流路中で昇温された冷却用流体を排出する為の出口とを備える環状体の冷却用アダプタにおいて、
   上記主体部の内周面には、焼き嵌め式ツールホルダのチャック部が挿入されて上記内周面にチャック部の外周面が当接した状態において、チャック部の外周面と、上記内周面との間に対して、チャック部の外周面と、上記主体部の内周面とに接する冷却用流体を流すことができるように溝状の内側流路を備えさせ、かつ、上記主体部の内周面の残部には、上記チャック部の外周面に当接させて上記チャック部の外周面からの熱を受けとる受熱面を備えさせ、
   上記内側流路に冷却用流体を流すことにより、上記チャック部の外周面を冷却用流体によって直接冷却すると同時に、上記主体部の内周面に備えさせた受熱面から主体部が受けとった熱をも、上記主体部の内側から冷却するようにしたことを特徴とする焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタ。
   
2. 上記チャック部の外周面と、上記内周面との間に対して備えさせる内側流路は、上記内周面に対して下部から逐次上部に向かう螺旋状の溝で構成し、しかも上下の溝相互間に残される内周面の残部は、上記チャック部の外周面に当接させて上記チャック部の外周面からの熱を受けとる受熱面にしてあることを特徴とする請求項１記載の焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタ。
   
3. 上記チャック部の外周面と、上記内周面との間に対して備えさせる複数の内側流路は、上記内周面に対して夫々下部から逐次上部に向かう複数の溝で構成し、しかも夫々上下方向に向かう複数の溝相互間に残される内周面の残部は、上記チャック部の外周面に当接させて上記チャック部の外周面からの熱を受けとる受熱面にしてあることを特徴とする請求項１記載の焼き嵌め式ツールホルダの冷却用アダプタ。

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