JP5404334B2 - ボーリングホルダ - Google Patents

Description

本発明は、工具径を調整可能なボーリングホルダに関するものである。

従来、工具径を調整可能なボーリングホルダとして、例えば、特許文献１〜５に記載されたものがある。特許文献１〜４に記載のボーリングホルダは、１段階の調整機構を有するものであり、特許文献５に記載のボーリングホルダは、２段階（粗動と微動）の調整機構を有するものである。具体的には、主軸側から、粗動調整機構、微動調整機構、刃具の順に取り付けられている。

また、工具径を調整可能とするためには、回転軸線から刃具までの距離を変更することにより行われる。そのため、ボーリングホルダが回転する際には、刃具を移動することによりボーリングホルダが偏心運動を生じる。そこで、特許文献４には、この偏心運動によって生じる不均一な荷重を吸収するために、移動調整可能なカウンタウエイト（バランスウエイトとも称する）を設けたボーリングホルダについて記載されている。

特開２００７−２８３４６９号公報 特開２００４−１４８４８１号公報 特開２００３−３１１５１７号公報 特開平１０−２９１１０３号公報 特開２００１−６２６１３号公報

特許文献５に記載のように、微動調整機構と粗動調整機構の２種類の調整機構を有することにより、工具径の調整量を大きくかつ高精度にすることができる。この構成において、カウンタウエイトを設ける場合には、調整量の大きな粗動調整機構に設けることが効果的である。粗動調整機構によって径方向に移動する移動部分全体の質量が、偏心運動の原因となる。つまり、カウンタウエイトの質量は、当該移動部分全体の質量に対応するものとする必要がある。

ここで、特許文献５に記載のボーリングホルダは、主軸側から先端側に向かって、粗動調整機構、微動調整機構、刃具の順に取り付けられている。ボーリングホルダ全体において粗動調整機構によって径方向に移動する移動部分には、粗動調整機構のうち径方向に移動する部分、微動調整機構、および、刃具が含まれる。つまり、カウンタウエイトは、径方向に移動するこれら全体の質量に対応するものとしなければならない。ところで、カウンタウエイトは、主軸と一体となって回転するものである。つまり、カウンタウエイトの質量が大きいほど、回転体の質量が大きくなる。このことから、カウンタウエイトの質量は、できるだけ小さい方が良い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、カウンタウエイトの質量を小さくすることができる２段階調整機構を有するボーリングホルダを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、
軸線回りに回転可能な主軸に保持される被保持部と、
前記被保持部に取り付けられる基部と、前記基部に対して前記軸線方向に交差する方向へ微動調整可能に設けられる微動部と、を備える微動調整機構と、
前記微動調整機構の前記微動部に取り付けられる粗動ハウジングと、前記粗動ハウジングに対して前記軸線方向に交差する方向へ粗動調整可能であり前記微動調整機構の調整量より大きな調整量を調整可能に設けられる粗動移動体と、前記粗動ハウジングに設けられ前記粗動移動体の偏心運動によって生じる不均一な荷重を吸収するカウンタウエイトと、を備える粗動調整機構と、
前記粗動移動体に取り付けられる刃具と、
を備え、
前記粗動ハウジングは、流体供給装置から流体を受給する流体受給ポートを備え、
前記粗動移動体は、前記流体受給ポートに供給された前記流体により粗動調整されることである。

請求項２に係る発明の特徴は、前記粗動移動体は、前記流体により前記粗動ハウジングの外側方向へ移動し、前記流体は、前記粗動ハウジングと前記粗動移動体との隙間から外部へ排出されることである。
請求項３に係る発明の特徴は、前記カウンタウエイトは、前記流体により、前記粗動ハウジングに対して前記粗動移動体が移動する方向と反対側に、前記粗動移動体の移動に同期して前記粗動ハウジングに対する前記粗動移動体の移動量と同じ移動量だけ移動することである。

請求項４に係る発明の特徴は、前記微動調整機構は、弾性変形することによって前記基部に対して前記微動部を微動調整可能とすることである。
請求項５に係る発明の特徴は、前記微動調整機構は、内部に供給される流体の圧力に応じて当該微動調整機構の弾性変形量を変化させ、当該弾性変形量に応じて前記基部に対する前記微動部の微動調整量を変化させることである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、主軸側から先端に向かって、被保持部、微動調整機構、粗動調整機構、刃具の順に取り付けられている。つまり、粗動調整機構によって粗動移動体が径方向に移動したとしても、微動調整機構は何ら移動しない。つまり、粗動調整機構によって径方向に移動する部分には、粗動移動体および刃具となり、微動調整機構が含まれない。そして、カウンタウエイトは、粗動調整機構に含まれる構成としている。従って、このカウンタウエイトは、粗動移動体および刃具の質量を考慮すれば良く、微動調整機構の質量は考慮する必要がなくなる。このように、本発明によれば、カウンタウエイトの質量を小さくすることができる。その結果、回転体としてのボーリングホルダ全体の質量を小さくすることができる。

請求項２に係る発明によれば、当該隙間から切削粉などの侵入を防止することができる。
請求項３に係る発明によれば、カウンタウエイトを粗動ハウジングに対して位置調整可能とすることで、粗動移動体の移動量に応じてカウンタウエイトを調整することで、より偏心運動が生じることを抑制できる。さらに、カウンタウエイトの移動を粗動移動体に同期して、かつ、粗動移動体の移動量と同じ移動量だけ移動することで、カウンタウエイトの位置調整を自動的に行うことができる。

請求項４に係る発明によれば、微動調整機構を弾性変形によって微動調整を行うことで、より高精度に微動調整が可能となる。また、カウンタウエイトは、粗動調整機構に含む構成としている。つまり、上述したカウンタウエイトは、微動調整機構による調整に伴う偏心運動によって生じる不均一な荷重を吸収することはできない。しかし、微動調整機構の調整量は弾性変形範囲内であるため、非常に微小である。つまり、粗動調整機構にカウンタウエイトを設けることで、ボーリングホルダ全体において偏心運動によって生じる不均一な荷重を十分に吸収することができる。
請求項５に係る発明によれば、流体の圧力に応じて弾性変形量を変化させて、当該弾性変形量に応じて微動調整量を調整することができるようにすることで、非常に高精度に微動調整が可能となる。

第一実施形態：ボーリングホルダの軸方向の部分断面図である。 粗動調整機構の軸方向の拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 微動調整機構を調整した状態を示すボーリングホルダの軸方向の部分断面図である。 粗動調整機構の動作：連結工程を示す図である。 粗動調整機構の動作：アンクランプ工程を示す図である。 粗動調整機構の動作：当接工程を示す図である。 粗動調整機構の動作：調整工程を示す図である。 粗動調整機構の動作：クランプ工程を示す図である。 図９のＢ−Ｂ断面図である。 第二実施形態：粗動調整機構の軸方向の拡大断面図である。 図１１のＣ−Ｃ断面図である。

以下、本発明のボーリングホルダを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＜第一実施形態＞
（ボーリングホルダの構成）
第一実施形態のボーリングホルダ１の構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、ボーリングホルダ１は、軸線周りに回転可能な主軸２に保持されて工作物に穴などを加工する工具であって、工具径を調整可能とされている。ここで、各図において、ボーリングホルダ１のうち主軸２側を基端側といい、ボーリングホルダ１のうち刃具７０が設けられる側を先端側という。

ボーリングホルダ１は、被保持部１０と、微動調整機構２０と、粗動調整機構５０と、刃具７０とを備えている。なお、被保持部１０、微動調整機構２０および粗動調整機構５０が、ボーリングホルダ本体に相当する。

被保持部１０は、基端側に向かって細くなるようなテーパ状に形成されたテーパシャンク部１１と、テーパシャンク部１１の最基端に設けられたプルスタッド１２とを備えている。テーパシャンク部１１は、主軸２のテーパ穴に挿入され、プルスタッド１２は、主軸２のコレット（図示せず）により把持される。このようにして、被保持部１０は、主軸２に保持されている。また、テーパシャンク部１１の中心には、軸線方向に延びる空気流路１３が形成されている。この空気流路１３には、主軸２側から空気が供給される。主軸２側から供給される空気は、制御装置（図示せず）によって圧力を制御される。

微動調整機構２０は、被保持部１０の先端側に取り付けられており、刃具７０の軸線からの位置、すなわち工具径を微調整することができる装置である。この微動調整機構２０は、基端ボディ部２１（本発明の「基部」に相当する）と、弾性変形部４１とを備えている。

基端ボディ部２１は、被保持部１０の先端側に一体的に結合されており、内部に空油圧変換部２２が形成されている。空油圧変換部２２は、次のように構成されている。被保持部１０の空気流路１３の先端側に連通する第一シリンダ２３が形成されている。この第一シリンダ２３内に第一ピストン２４が、摺動シール２５を介して、軸線方向（図１の上下方向に）に往復スライド可能に収容されている。また、第一ピストン２４のうち先端側には、連結ロッド２６を介して第二ピストン２７が連結されている。この第二ピストン２７は、第一シリンダ２３の先端側に連通する小径の第二シリンダ２８内に、摺動シール２９を介して、軸線方向に往復スライド可能に収容されている。

第二ピストン２７の先端側は、作動油が充填される作動油空間３０を形成しており、被保持部１０の空気流路１３を通して空気圧が第一ピストン２４に作用することで、第一ピストン２４が先端側に移動し、これに伴い第二ピストン２７が先端側に移動することで、作動油空間３０内の油圧が増圧される。このようにして、空油圧変換部２２は、被保持部１０の空気流路１３から供給される空気圧を、油圧に変換させると共に増圧している。作動油空間３０の先端側には、連通路３１が連通して形成されている。

弾性変形部４１は、基端ボディ部２１の先端側に、次のように構成されている。弾性変形部４１の内部には、パワーユニット４２が設けられている。パワーユニット４２は、凸ブロック４３と凹ブロック４４との間に油圧空間４５が形成され、この油圧空間４５と基端ボディ部２１の連通路３１とが、弾性変形部４１の本体および凹ブロック４４に形成してある油通路４６を通して連通している。さらに、弾性変形部４１にはＳ字状のスリット４７が形成されており、油圧空間４５に油圧が作用すると、弾性変形部４１における先端側の微動部４８は、弾性変形することにより、弾性変形部４１のうち基端ボディ部２１側に対して、図１の左方向にシフトする。

粗動調整機構５０は、微動調整機構２０の先端側に取り付けられており、刃具７０の軸線からの位置、すなわち工具径を粗調整することができる装置である。この粗動調整機構５０による工具径の調整可能量は、微動調整機構２０による工具径の調整可能量よりも大きい。この粗動調整機構５０は、粗動ハウジング５１と、粗動移動体５２と、カウンタウエイト５３と、ピニオン軸５４と、流体受給ポート５５と、空油圧変換部５６と、クランプ部５７と、付勢力発生部５８とを備えている。

粗動ハウジング５１は、微動調整機構２０の弾性変形部４１の微動部４８に取り付けられている。つまり、粗動ハウジング５１は、弾性変形部４１の微動部４８が径方向にシフトした場合には、その動作に伴って径方向にシフトする。

粗動移動体５２は、主として円柱状に形成されている。ただし、粗動移動体５２は円柱状に限られるものではなく、例えば、角柱状に形成されるようにしてもよい。この粗動移動体５２の先端側（ボーリングホルダ１の径方向外側）に刃具７０が設けられている。粗動移動体５２の外周面には、円柱の中心軸方向に直交する方向へ延在する溝５２ａが、円柱の中心軸方向に複数（４個）並設されている。例えば、図１においては、４個の溝５２ａを形成した図を示している。この溝５２ａは、周方向において全範囲に形成される必要はなく、所定の位相範囲のみに形成することで足りる。このように形成された粗動移動体５２は、粗動ハウジング５１の先端側であって径方向に向かって貫通形成されている円形孔５１ａのうち一方開口側（図１の右側）に、往復スライド可能に嵌挿されている。この粗動移動体５２の粗動ハウジング５１に対する径方向の移動量（粗動調整量）は、微動調整機構２０の弾性変形部４１における微動部４８の微動調整量より大きい。

そして、粗動移動体５２の外周面の溝５２ａが、図１の上側（ボーリングホルダ１の基端側）を向くように配置され、かつ、粗動移動体５２がその円柱軸周りに回転しないように回り止めされている。さらに、粗動移動体５２の円柱状の基端部には、さらに円柱軸方向に延長されるように移動体側ラック部５２ｂが一体的に形成されている。この移動体側ラック部５２ｂは、ラック＆ピニオン機構の一部を構成するものであり、後述するピニオン軸５４に噛合している。つまり、ピニオン軸５４が回転すると、粗動移動体５２は図１の左右方向に移動する。

さらに、粗動移動体５２の先端側には、基端側に向かって突出する基準部５２ｃが設けられている。この基準部５２ｃのうちボーリングホルダ１の径方向外側面は、ボーリングホルダ１の径方向を法線方向とする平面状に形成されている。そして、基準部５２ｃは、常に粗動ハウジング５１の外部に露出する位置に位置している。この基準部５２ｃは、粗動調整を行う際に用いるものであって、後述する粗動調整ユニット８０に設けられる位置調整用基準部材８３に当接させるための部材である。

カウンタウエイト５３は、粗動移動体５２の偏心運動によって生じる不均一な荷重を吸収するためのものである。つまり、カウンタウエイト５３の形状や位置は、粗動移動体５２および刃具７０による慣性モーメントと等価な慣性モーメントを有するように設定される。本実施形態においては、カウンタウエイト５３は、全体としてほぼ円柱状に形成されており、粗動移動体５２の質量とほぼ同程度の質量を有している。

ここで、このカウンタウエイト５３は、慣性モーメントを調整することができるような機構を有している。具体的には、カウンタウエイト５３は、ウエイト本体５３ａと、調整用ウエイト５３ｂとを備えている。調整用ウエイト５３ｂは、例えば、ねじなどにより、ウエイト本体５３ａに対してカウンタウエイト５３のスライド方向に相対移動可能に設けられている。つまり、調整用ウエイト５３ｂのウエイト本体５３ａに対する位置を調整することで、例えば、刃具７０の交換などにより、粗動移動体５２および刃具７０の慣性モーメントが変更された場合に、カウンタウエイト５３全体としてこれに等価な慣性モーメントを有するようにできる。また、カウンタウエイト５３は、円柱状に限られるものではなく、例えば、角柱状に形成されるようにしてもよい。

このカウンタウエイト５３は、粗動ハウジング５１の先端側に貫通形成されている円形孔５１ａのうち他方開口側（図１の左側）に、往復スライド可能に嵌挿されている。そして、カウンタウエイト５３は、その円柱軸周りに回転しないように粗動ハウジング５１に回り止めされている。カウンタウエイト５３の円柱状の基端部には、さらに円柱軸方向に延長されるようにウエイト側ラック部５３ａが一体的に形成されている。このウエイト側ラック部５３ａは、ラック＆ピニオン機構の一部を構成するものであり、後述するピニオン軸５４に噛合している。つまり、ピニオン軸５４が回転すると、カウンタウエイト５３は図１の左右方向に移動する。

ピニオン軸５４は、粗動ハウジング５１の先端側に貫通形成されている円形孔５１ａのほぼ中央に、粗動ハウジング５１の回転軸線回りに回転可能に支持されている。そして、ピニオン軸５４は、移動体側ラック部５２ｂとウエイト側ラック部５３ａに噛合している。そして、図３において、ピニオン軸５４が左回りに回転すると、移動体側ラック部５２ｂが図３の右側、すなわち粗動移動体５２が径方向外側に移動し、かつ、ウエイト側ラック部５３ａが図３の左側、すなわちカウンタウエイト５３が粗動移動体５２の移動方向とは反対側の径方向外側に移動する。一方、ピニオン軸５４が右回りに回転すると、移動体側ラック部５２ｂが図３の左側、すなわち粗動移動体５２が径方向内側に移動し、かつ、ウエイト側ラック部５３ａが図３の右側、すなわちカウンタウエイト５３が粗動移動体５２の移動方向とは反対側の径方向内側に移動する。つまり、ピニオン軸５４が回転すると、粗動移動体５２とカウンタウエイト５３は、同期して、両者が反対方向に連動する。

流体受給ポート５５は、粗動ハウジング５１の基端側の外周面に設けられている。この流体受給ポート５５は、外部の粗動調整ユニット８０に連結され、粗動調整ユニット８０から供給される空気圧を供給される。さらに、流体受給ポート５５は、第一ポートと第二ポートを有している。第一ポートは、後述する空気滞留空間５１ｂ側へ空気（本発明の「第二流体」に相当する）を供給するポートであって、第二ポートは、後述する空油圧変換部５６側へ空気（本発明の「第一流体」に相当する）を供給するポートである。

ここで、粗動ハウジング５１には、粗動移動体５２の基端（ボーリングホルダ１の径方向内側の端部）とカウンタウエイト５３の基端（ボーリングホルダ１の径方向内側の端部）との間には、空気滞留空間５１ｂが形成されている。この空気滞留空間５１ｂと流体受給ポート５５の第一ポートとの間には、両者を連通する空気流路５１ｃが形成されている。つまり、空気滞留空間５１ｂには、粗動調整ユニット８０から供給される空気圧によって粗動移動体５２とカウンタウエイト５３が動作する。具体的には、粗動調整ユニット８０から空気圧が供給されて空気滞留空間５１ｂの空気圧が高まると、粗動移動体５２は、径方向外側、すなわち刃具７０の位置が回転軸線から遠ざかる方向へスライドする。粗動移動体５２の動作と同時にかつ連動して、カウンタウエイト５３が径方向外側へスライドする。また、空気滞留空間５１ｂに供給された空気は、粗動ハウジング５１の円形孔５１ａと粗動移動体５２との間に形成されている僅かな隙間、および、当該円形孔５１ａとカウンタウエイト５３との間に形成されている僅かな隙間から外部へ排出される。

空油圧変換部５６は、粗動ハウジング５１の内部に形成され、後述する粗動調整ユニット８０から流体受給ポート５５の第二ポートを介して供給される空気圧を油圧に変換している。この空油圧変換部５６は、粗動ハウジング５１の内部に径方向に向かって形成された段付きシリンダ５６ａと、この段付きシリンダ５６ａ内に径方向に往復スライド可能に収容されているピストン５６ｂとを備えている。ピストン５６ｂは、大径円盤部と小径ロッド部とを有している。段付きシリンダ５６ａのうちピストン５６ｂの大径円盤部より図２の右側空間には、流体受給ポート５５から空気圧が供給される。また、段付きシリンダ５６ａのうちピストン５６ｂの小径ロッド部の図２の左側空間は、作動油空間を形成している。つまり、流体受給ポート５５の第二ポートを介して供給される空気圧がピストン５６ｂの大径円盤部に作用することで、ピストン５６ｂが図２の左側へ移動し、これに伴い作動油空間内の油圧が増圧される。このようにして、空油圧変換部５６は、空気圧を油圧に変換させると共に増圧している。

クランプ部５７は、Ｌ字型のレバーからなり、粗動ハウジング５１内に支持されている。このクランプ部５７は、粗動移動体５２の外周面を押圧することにより、粗動ハウジング５１に対する粗動移動体５２の位置をクランプする。一方、クランプ部５７は、粗動移動体５２の外周面の押圧を解除することにより、粗動ハウジング５１に対する粗動移動体５２の位置をアンクランプする。つまり、クランプ部５７は、粗動移動体５２のクランプとアンクランプの切り替えレバーの役割を有する。なお、クランプ部５７は、粗動移動体５２のクランプとアンクランプの切り替えを行うのみであって、粗動移動体のスライド動作を行うものではない。つまり、クランプ部５７によるクランプ／アンクランプの切り替え動作は、粗動移動体５２のスライド動作とは独立して行われる。

このクランプ部５７は、ほぼＬ字型の一端側に位置し、粗動ハウジング５１に形成された回転支持部５１ｄにほぼ回転可能に支持された支持部５７ａと、Ｌ字型の他端側に位置し、粗動移動体５２の外周面を押圧し複数の溝５２ａの何れかに係合する爪５７ｂ（押圧部）とを備えている。つまり、クランプ部５７は、支持部５７ａを中心に揺動することで、爪５７ｂが粗動移動体５２の溝５２ａと係合する状態（クランプ状態）と、爪５７ｂが粗動移動体５２の溝５２ａと係合しない状態（アンクランプ状態）とを切り替え動作する。このクランプ部５７は、粗動ハウジング５１に配置された第一スプリング６０によって、爪５７ｂが粗動移動体５２の溝５２ａと係合しない状態となる方向に付勢されている。

さらに、クランプ部５７のうち基端側（付勢力発生部５８側）には、傾斜面を有する係合突起部５７ｃが形成されている。この係合突起部５７ｃは、図２の状態において、右側の突起量が左側の突起量に比べて小さくなるように形成されている。

付勢力発生部５８は、クランプ部５７が粗動移動体５２をクランプする方向（押圧する方向）への付勢力をクランプ部５７に対して発生させる。この付勢力発生部５８は、第二スプリング５８ａと、付勢部材５８ｂとを備えている。第二スプリング５８ａは、粗動ハウジング５１のうちボーリングホルダ１の回転軸方向のほぼ中央付近に、径方向に向かって形成された円形孔５１ｅの一端に支持されている。

この第二スプリング５８ａの他端に付勢部材５８ｂが当接している。付勢部材５８ｂは、ほぼ有底筒状をなし、その筒底面に第二スプリング５８ａが当接し付勢している。一方、付勢部材５８ｂのうち第二スプリング５８ａと反対側には、作動油空間５１ｆが形成されている。この作動油空間５１ｆは、空油圧変換部５６の作動油空間（段付きシリンダ５６ａのピストン５６ｂの小径ロッド部より図２の左側空間）から、連通路５１ｇを介して供給される作動油が収容される。つまり、付勢部材５８ｂは、第二スプリング５８ａの付勢力と作動油の圧力とが相互に対抗するように力を受け、両者の力に応じてスライド方向の位置が決定される。

この付勢部材５８ｂの外周面には、さらに、図２の左側に向かって縮径するテーパ部５８ｃが形成されている。このテーパ部５８ｃは、付勢部材５８ｂの周方向において全範囲に形成される必要はなく、所定の位相範囲のみに形成することで足りる。このテーパ部５８ｃには、クランプ部５７の係合突起部５７ｃの傾斜面が常に当接している。つまり、テーパ部５８ｃとクランプ部５７の係合突起部５７ｃとは、くさび係合している。そして、付勢部材５８ｂのスライド位置に応じて、クランプ部５７の係合突起部５７ｃの傾斜面が当接する位置が異なる。つまり、付勢部材５８ｂのスライド位置に応じて、クランプ部５７が粗動移動体５２に対してクランプする方向への付勢力が調整される。

（微動調整機構による工具径の微調整方法）
次に、微動調整機構による工具径の微調整方法について、図１および図４を参照してより詳細に説明する。主軸２側から制御された所定の圧力の空気が供給されるとする。そうすると、この空気圧に応じて空油圧変換部２２の第一ピストン２４が、ボーリングホルダ１の先端側に向かってスライドする。第一ピストン２４の移動に伴って、第二ピストン２７も、ボーリングホルダ１の先端側に向かってスライドする。この第二ピストン２７の移動によって、作動油空間３０に充填される作動油の圧力が高まる。作動油の圧力が高まることで、連通路３１および油通路４６を介して、弾性変形部４１の油圧空間４５の油圧が高くなる。その結果、弾性変形部４１における先端側の微動部４８が、図４に示すように、左側へシフトする。

このようにして弾性変形部４１の微動部４８が基端ボディ部２１に対して径方向に微動することにより、弾性変形部４１の微動部４８側に取り付けられている粗動調整機構５０全体が、基端ボディ部２１に対して径方向に微動する。つまり、粗動移動体５２に取り付けられている刃具７０の回転軸線に対する位置、すなわち工具径は、微動調整機構２０の動作によって微動調整される。

微動調整量を変更する場合には、主軸２側から供給される空気の圧力を調整することにより行う。ここで、微動調整機構２０は、空油圧変換部２２により主軸２側から供給する空気圧を増幅している。従って、小さな空気圧によって、弾性変形部４１の弾性変形を可能とする。また、微動調整量をゼロに戻す場合には、主軸２側から供給する空気圧をゼロにすればよい。この微動調整機構２０による微動調整は、弾性変形部４１の弾性変形によるものであるため、この微動調整量はそれほど大きなものではない。逆に言うと、微動調整機構２０は、非常に微小な調整を高精度に行うことができる。

（粗動調整機構による工具径の粗調整方法）
次に、粗動調整機構５０の動作について、図５〜図１０を参照して説明する。粗動調整機構５０の動作に際して、粗動調整ユニット８０を用いるため、まずは、粗動調整ユニット８０について説明する。

粗動調整ユニット８０は、図５に示すように、流体供給装置８１と、流体供給スライドポート８２と、位置調整用基準部材８３とを備える。流体供給装置８１は、空気を供給することができ、かつ、供給する空気圧を制御可能な装置である。この流体供給装置８１は、例えば、マシニングセンタのベッド（図示せず）に固定されている。ここで、本実施形態においては、例えば、主軸２がベッドに対して移動可能に構成されるマシニングセンタを適用する場合には、粗動調整ユニット８０の流体供給装置８１は、主軸２に対して相対的に移動可能に設けられていることになる。

流体供給スライドポート８２は、粗動調整機構５０の流体受給ポート５５に連結することができ、流体供給装置８１から供給される空気を流体受給ポート５５へ供給するポートである。この流体供給スライドポート８２は、流体供給装置８１に対して、図５の左右方向にスライド可能に設けられている。さらに、流体供給スライドポート８２は、流体受給ポート５５の第一ポートに対応した第一連結ポートと、流体受給ポート５５の第二ポートに対応した第二連結ポートとを備えている。そして、流体供給装置８１は、流体供給スライドポート８２の第一連結ポートから空気圧を供給するか、第二連結ポートから空気圧を供給するかの切り替えを行うことができる。位置調整用基準部材８３は、流体供給装置８１に固定されており、粗動移動体５２に設けられた基準部５２ｃに当接可能に設けられている。

次に、粗動調整機構５０による工具径の調整方法について説明する。まず、図５に示すように、主軸２と粗動調整ユニット８０とを相対的に移動させて、粗動調整ユニット８０の流体供給スライドポート８２と、粗動調整機構５０の流体受給ポート５５とを連結させる（連結工程）。具体的には、流体供給スライドポート８２の第一連結ポートを流体受給ポート５５の第一ポートに連結し、流体供給スライドポート８２の第二連結ポートを流体受給ポート５５の第二ポートに連結する。このとき、粗動調整ユニット８０の流体供給スライドポート８２は、図５の左側に最もスライドした状態としている。さらに、この状態において、粗動移動体５２の基準部５２ｃは、粗動調整ユニット８０の位置調整用基準部材８３に対向するように位置している。

続いて、図６に示すように、流体供給装置８１が、流体供給スライドポート８２の第二連結ポートおよび流体受給ポート５５の第二ポートを介して、空油圧変換部５６の段付きシリンダ５６ａのうちピストン５６ｂの大径円盤部の右側空間に空気圧を供給する。そうすると、空油圧変換部５６のピストン５６ｂが図６の左側へ移動し、段付きシリンダ５６ａ内のピストン５６ｂの小径ロッド部より図６の左側空間および作動油空間５１ｆの油圧が高まる。この作動油の圧力の高騰により、付勢部材５８ｂが、第二スプリング５８ａの付勢力に抗して、図６の右側へスライドする。そうすると、付勢部材５８ｂの外周面に形成されているテーパ部５８ｃの位置が、図６の右側へスライドする。これに伴って、クランプ部５７の係合突起部５７ｃとテーパ部５８ｃとの接触可能位置が図６の上方に移動する。そのため、第一スプリング６０の付勢力により、クランプ部５７は、支持部５７ａを中心として、図６の反時計回りに揺動し、爪５７ｂが粗動移動体５２の溝５２ａから係合を離脱する。つまり、粗動移動体５２は、粗動ハウジング５１に対してアンクランプされる（アンクランプ工程）。そして、流体供給装置８１は、流体供給スライドポート８２の第二連結ポート側へ供給している空気圧を一定の状態を維持しておく。

続いて、図７に示すように、流体供給装置８１が、流体供給スライドポート８２の第一連結ポートおよび流体受給ポート５５の第一ポートを介して、空気流路５１ｃに空気圧を供給する。そうすると、空気滞留空間５１ｂの空気圧が高まり、空気滞留空間５１ｂの体積を拡大するような力を発生する。つまり、空気滞留空間５１ｂの空気圧の高騰により、粗動移動体５２およびカウンタウエイト５３が離れる方向、すなわち、径方向外側へスライドする。このとき、粗動移動体５２、カウンタウエイト５３およびピニオン軸５４は、ラック＆ピニオン機構を構成している。従って、粗動移動体５２の径方向外側へのスライド動作と、カウンタウエイト５３の径方向外側へのスライド動作とは、同期しかつ連動している。さらに、粗動移動体５２のスライド量とカウンタウエイト５３のスライド量とは同一である。

このように、粗動移動体５２が径方向外側へスライドすることに伴って、粗動移動体５２の基準部５２ｃが、粗動調整ユニット８０の位置調整用基準部材８３に当接する（当接工程）。このとき、刃具７０の位置は、ボーリングホルダの回転軸線から遠ざかる方向の所定位置（例えば、最も遠ざかる位置）に移動している。つまり、流体供給スライドポート８２が流体供給装置８１に対して図７の最も左側に位置する状態であって、流体供給スライドポート８２が流体受給ポート５５に連結された状態であって、粗動移動体５２の基準部５２ｃが位置調整用基準部材８３に当接した状態において、刃具７０の回転軸線に対する位置、すなわち工具径は、既知である。この状態を基準状態とする。

続いて、図８に示すように、基準状態から、主軸２と位置調整用基準部材８３との相対的な位置を近接する方向に変更する。例えば、主軸２を移動させる駆動軸があるマシニングセンタにおいては、その駆動軸を用いて主軸２を位置調整用基準部材８３に近接する方向に移動する。ここで、基準状態における工具径は既知であって、目標工具径は把握できている。そこで、目標工具径と基準状態における工具径との差分だけ、主軸２を位置調整用基準部材８３に近接する方向へ移動させる。このようにして、回転軸線に対する刃具７０の位置、すなわち工具径を粗調整する（調整工程）。

この調整工程において、回転軸線に対する刃具７０の位置を調整する際に、刃具７０の位置が回転軸線から遠ざかる方向へ粗動移動体５２を粗動ハウジング５１に対してスライドさせるために供給された空気は、粗動移動体５２およびカウンタウエイト５３と粗動ハウジング５１に形成された円形孔５１ａとの僅かな隙間から外部へ排出している。

続いて、図９および図１０に示すように、流体供給装置８１が、流体供給スライドポート８２の第二連結ポートおよび流体受給ポート５５の第二ポートを介して供給していた空気圧を低下させる。そうすると、空油圧変換部５６のピストン５６ｂが図９の右側へ移動し、段付きシリンダ５６ａ内のピストン５６ｂの小径ロッド部より図９の左側空間および作動油空間５１ｆの油圧が低下する。この作動油の圧力の低下により、付勢部材５８ｂが、第二スプリング５８ａの付勢力により、図９の左側へスライドする。そうすると、付勢部材５８ｂの外周面に形成されているテーパ部５８ｃの位置が、図９の左側へスライドする。これに伴って、クランプ部５７の係合突起部５７ｃとテーパ部５８ｃとの接触可能位置が図９の下方に移動する。そのため、第一スプリング６０の付勢力に抗して、クランプ部５７は、支持部５７ａを中心として、図９の時計回りに揺動し、爪５７ｂが粗動移動体５２の外周面を押圧する。このとき、爪５７ｂは、粗動移動体５２の溝５２ａを押圧しながら係合する。つまり、粗動移動体５２は、粗動ハウジング５１に対してクランプされる（クランプ工程）。

（本実施形態の効果）
以上説明したボーリングホルダ１によれば、主軸２側から先端に向かって、被保持部１０、微動調整機構２０、粗動調整機構５０、刃具７０の順に取り付けられている。つまり、粗動調整機構５０によって粗動移動体５２が径方向に移動したとしても、微動調整機構２０は何ら移動しない。つまり、粗動調整機構５０によって径方向に移動する部分には、粗動移動体５２および刃具７０となり、微動調整機構２０が含まれない。そして、カウンタウエイト５３は、粗動調整機構５０に含まれる構成としている。従って、このカウンタウエイト５３は、粗動移動体５２および刃具７０の質量を考慮すれば良く、微動調整機構２０の質量は考慮する必要がなくなる。このように、本実施形態のボーリングホルダ１によれば、カウンタウエイト５３の質量を小さくすることができる。その結果、回転体としてのボーリングホルダ１全体の質量を小さくすることができる。

また、カウンタウエイト５３を粗動ハウジング５１に対して位置調整可能とする構成としているため、粗動移動体５２の移動量に応じてカウンタウエイト５３の位置を調整することで、より偏心運動が生じることを抑制できる。さらに、カウンタウエイト５３の移動を粗動移動体５２に同期して、かつ、粗動移動体５２の移動量と同じ移動量だけ移動する構成とすることで、カウンタウエイト５３の位置調整を自動的に行うことができる。さらに、カウンタウエイト５３をクランプするための専用の機構を有することなく、粗動移動体５２をクランプすることによりカウンタウエイト５３を同時にクランプすることができる。

また、微動調整機構２０を弾性変形によって微動調整を行うことで、より高精度に微動調整が可能となる。また、カウンタウエイト５３は、粗動調整機構５０に含む構成としている。つまり、上述したカウンタウエイト５３は、微動調整機構２０による調整に伴う偏心運動によって生じる不均一な荷重を吸収することはできない。しかし、微動調整機構２０の調整量は弾性変形範囲内であるため、非常に微小である。つまり、粗動調整機構５０にカウンタウエイト５３を設けることで、ボーリングホルダ１全体において偏心運動によって生じる不均一な荷重を十分に吸収することができる。

また、クランプ部５７のクランプ／アンクランプの動作と粗動移動体５２のスライド動作とが、それぞれ独立した動作としている。つまり、粗動移動体５２をスライドさせる手段として、クランプ部５７の動作とは別の手段、本実施形態においては、流体供給装置８１から供給される流体と主軸２の移動のための駆動部を適用している。このように、粗動移動体５２をスライドさせる手段として選択の自由度が高まる。

また、本実施形態においては、クランプ部５７により粗動移動体５２のクランプ／アンクランプの切り替え動作を、流体供給装置８１から供給される空気圧の作用により行うこととしている。特に、クランプ部５７が粗動移動体５２を押圧することによりクランプし、クランプ部５７が粗動移動体５２に対する押圧を解除することによりアンクランプすることとしている。これにより、非常に簡易な手段によりクランプ部５７を構成することができる。さらには、クランプ部５７の爪５７ｂにより粗動移動体５２を押圧してクランプすることとしている。このように爪５７ｂを有する構成とすることで、クランプ部５７を非常に容易に形成することができる。また、クランプ部５７の爪５７ｂが複数の溝５２ａの何れかに係合することにより粗動移動体５２をクランプしている。このことにより、確実に粗動移動体５２を位置決めすることができる。

また、付勢部材５８ｂは、第二スプリング５８ａの付勢力と流体供給装置８１から第二連結ポートを介して供給される空気圧との大きさに応じてスライドする。そして、付勢部材５８ｂがスライドした場合には、付勢部材５８ｂのスライド位置に応じた付勢力を、クランプ部５７が粗動移動体５２に発生する。そして、付勢部材５８ｂとクランプ部５７とはくさび係合しているため、付勢部材５８ｂにおけるスライド方向への力がくさび係合により増幅されて、付勢部材５８ｂからクランプ部５７に対する押圧力が発生する。従って、小さな力によって、大きなクランプ力を発生することができる。

また、粗動移動体５２をスライドさせるためと、クランプ部５７をクランプ／アンクランプさせるためとに、流体供給装置８１から供給される空気圧を用いている。つまり、流体供給装置８１から供給される空気圧を二種類に使い分けて、クランプ部５７の動作と、粗動移動体５２のスライド動作に用いることとしている。このように、一つの流体供給装置８１を用いて、二種類の動作を行わせることで、全体として小型化を図ることができる。

また、粗動調整機構による工具径の調整において、刃具７０の位置を回転軸線から遠ざかる方向の所定位置に移動させた状態で、かつ、粗動移動体５２の基準部５２ｃと位置調整用基準部材８３とを当接させた状態を基準状態として、この基準状態から主軸２と位置調整用基準部材８３との相対的な位置を近接する方向に変更している。その結果として、回転軸線に対する刃具７０の位置を基準状態から近づけることにより、回転軸線に対する刃具７０の位置を調整している。このように、基準状態とするために、粗動移動体５２に基準部５２ｃを設け、かつ、位置調整用基準部材８３を新たに設けることとにより、自動的に工具径を調整することができる。

また、流体供給装置８１から供給される空気圧を用いて、刃具７０の位置を回転軸線から遠ざかる方向の所定位置（例えば、最も遠ざかる位置）にしている。これにより、粗動移動体５２の基準部５２ｃと位置調整用基準部材８３とを当接させる当接工程を容易に実現できる。ここで、このように当接工程において、刃具を回転軸線から遠ざかる方向の所定位置に移動させるために流体を用いた場合には、当接工程および調整工程において、供給した空気を粗動移動体５２およびカウンタウエイト５３と粗動ハウジング５１との間に形成した僅かな隙間から排出している。これにより、当該隙間から切削粉などの侵入を防止するエアパージ機能を有することになる。

また、粗動調整ユニット８０をボーリングホルダ１とは別体として設けることにより、ボーリングホルダ１自体の質量を小さくすることができる。この場合であっても、両者が連結できるような構成とすることで、確実に工具径を調整できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態のボーリングホルダについて、図１１〜図１２を参照して説明する。第二実施形態のボーリングホルダは、第一実施形態のボーリングホルダ１に対して、粗動調整機構のみ相違する。そこで、以下に、第二実施形態における粗動調整機構９０のみについて説明する。また、粗動調整機構９０の構成部品においても、第一実施形態の粗動調整機構５０の構成部品と同一のものがあり、これらについては同一符号を付して説明を省略する。

第二実施形態の粗動調整機構９０は、微動調整機構２０の先端側に取り付けられており、刃具７０の軸線からの位置、すなわち工具径を粗調整することができる装置である。この粗動調整機構９０による工具径の調整可能量は、微動調整機構２０による工具径の調整可能量よりも大きい。この粗動調整機構９０は、粗動ハウジング５１と、粗動移動体９２と、カウンタウエイト５３と、ピニオン軸５４と、流体受給ポート５５と、空油圧変換部５６と、クランプ部９７と、付勢力発生部５８とを備えている。つまり、第二実施形態の粗動調整機構９０において、第一実施形態の粗動調整機構５０に対して、粗動移動体９２およびクランプ部９７のみ相違する。

第一実施形態における粗動移動体５２には、外周面に複数の溝５２ａが形成されていたが、第二実施形態における粗動移動体９２には、当該溝５２ａが形成されておらず、テーパ状に形成されている。具体的には、粗動移動体９２の円柱形状の外周面のテーパ部９２ａは、刃具７０が取り付けられる側（先端側）から基端側（後端側）に向かって、縮径するように形成されている。つまり、テーパ部９２ａの法線方向のうち粗動ハウジング５１に対する粗動移動体９２のスライド方向成分は、粗動移動体９２のうち刃具７０の設けられる位置（先端）と反対側（後端側）を向いている。粗動移動体９２におけるその他の構成は、第一実施形態の粗動移動体５２と同一である。

第一実施形態におけるクランプ部５７の爪５７ｂは、溝５２ａに係合する形状に形成されていたが、第二実施形態におけるクランプ部９７の押圧部９７ｂの先端面は、粗動移動体９２の外周面のテーパ部９２ａを押圧することができるように、テーパ部９２ａの形状に対応する形状に形成されている。

そして、クランプ部９７が粗動移動体９２を押圧してクランプする際には、クランプ部９７の押圧部９７ｂの先端面が、粗動移動体９２の外周面のテーパ部９２ａを押圧する。このとき、押圧部９７ｂの押圧により粗動移動体９２に作用する力のうちスライド方向成分は、加工に際して工作物から受ける力に対抗する方向となる。従って、加工中、粗動移動体９２が工作物から力を受けている場合であっても、粗動移動体は安定した位置に位置決めされる。なお、テーパ部９２ａのテーパ角度は、押圧部９７ｂが粗動移動体９２の外周面を押圧することによっては粗動移動体９２がスライド方向に移動しない程度の僅かな角度に設定されている。さらに、押圧部９７ｂによって粗動移動体９２を押圧する位置に制約がないため、粗動ハウジング５１に対する粗動移動体９２の位置決め位置を自由に設定することができる。

なお、本実施形態においては、粗動移動体９２の外周面をテーパ状に形成したが、クランプ部９７の押圧部９７ｂが粗動移動体９２を押圧している状態において、十分なクランプ力を発生することができるのであれば、粗動移動体９２の外周面を円筒状に形成してもよい。この場合、十分な摩擦力を発揮するように、粗動移動体９２の外周面およびクランプ部９７の押圧面に表面処理を施すなどすることで対応できる。

１：ボーリングホルダ、 ２：主軸
１０：被保持部、 １１：テーパシャンク部、 １２：プルスタッド、 １３：空気流路
２０：微動調整機構
２１：基端ボディ部、 ２２：空油圧変換部、 ２３：第一シリンダ
２４：第一ピストン、 ２５：摺動シール、 ２６：連結ロッド、 ２７：第二ピストン
２８：第二シリンダ、 ２９：摺動シール、 ３０：作動油空間、 ３１：連通路
４１：弾性変形部、 ４２：パワーユニット、 ４３：凸ブロック、 ４４：凹ブロック
４５：油圧空間、 ４６：油通路、 ４７：Ｓ字状のスリット、 ４８：微動部
５０：粗動調整機構
５１：粗動ハウジング、 ５１ａ：円形孔、 ５１ｂ：空気滞留空間
５１ｃ：空気流路、 ５１ｄ：回転支持部、 ５１ｅ：円形孔、 ５１ｆ：作動油空間
５１ｇ：連通路
５２：粗動移動体、 ５２ａ：溝、 ５２ｂ：移動体側ラック部、 ５２ｃ：基準部
５３：カウンタウエイト、 ５３ａ：ウエイト側ラック部
５４：ピニオン軸、 ５５：流体受給ポート
５６：空油圧変換部、 ５６ａ：段付きシリンダ、 ５６ｂ：ピストン
５７：クランプ部、 ５７ａ：支持部、 ５７ｂ：爪（押圧部）、 ５７ｃ：係合突起部
５８：付勢力発生部、 ５８ａ：第二スプリング、 ５８ｂ：付勢部材
５８ｃ：テーパ部
６０：第一スプリング、 ７０：刃具
８０：粗動調整ユニット
８１：流体供給装置、 ８２：流体供給スライドポート、 ８３：位置調整用基準部材
９０：粗動調整機構、 ９２：粗動移動体、 ９２ａ：テーパ部
９７：クランプ部、 ９７ｂ：押圧部

Claims (5)

1. 軸線回りに回転可能な主軸に保持される被保持部と、
   前記被保持部に取り付けられる基部と、前記基部に対して前記軸線方向に交差する方向へ微動調整可能に設けられる微動部と、を備える微動調整機構と、
   前記微動調整機構の前記微動部に取り付けられる粗動ハウジングと、前記粗動ハウジングに対して前記軸線方向に交差する方向へ粗動調整可能であり前記微動調整機構の調整量より大きな調整量を調整可能に設けられる粗動移動体と、前記粗動ハウジングに設けられ前記粗動移動体の偏心運動によって生じる不均一な荷重を吸収するカウンタウエイトと、を備える粗動調整機構と、
   前記粗動移動体に取り付けられる刃具と、
   を備え、
   前記粗動ハウジングは、流体供給装置から流体を受給する流体受給ポートを備え、
   前記粗動移動体は、前記流体受給ポートに供給された前記流体により粗動調整されることを特徴とするボーリングホルダ。
2. 請求項１において、
   前記粗動移動体は、前記流体により前記粗動ハウジングの外側方向へ移動し、
   前記流体は、前記粗動ハウジングと前記粗動移動体との隙間から外部へ排出されることを特徴とするボーリングホルダ。
3. 請求項１または２において、
   前記カウンタウエイトは、前記流体により、前記粗動ハウジングに対して前記粗動移動体が移動する方向と反対側に、前記粗動移動体の移動に同期して前記粗動ハウジングに対する前記粗動移動体の移動量と同じ移動量だけ移動することを特徴とするボーリングホルダ。
4. 請求項１〜３の何れか一項において、
   前記微動調整機構は、弾性変形することによって前記基部に対して前記微動部を微動調整可能とすることを特徴とするボーリングホルダ。
5. 請求項４において、
   前記微動調整機構は、内部に供給される流体の圧力に応じて当該微動調整機構の弾性変形量を変化させ、当該弾性変形量に応じて前記基部に対する前記微動部の微動調整量を変化させることを特徴とするボーリングホルダ。

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