JP5980643B2 - サイドスルーホルダー - Google Patents

Description

本発明は、ＮＣ旋盤やマシニングセンター等の工作機械にホルダーを介して取り付けれられる刃具へクーラントを供給する技術であって、ホルダー本体に相対回転自在に装着されたハウジングを通じてホルダー本体先端側の刃具に対してクーラントを高圧で供給することができるようにしたサイドスルーホルダーのシール構造に関するものである。

ＮＣ旋盤やマシニングセンター等の工作機械においては、刃具の先端からクーラントを供給し、加工することで刃先面及び切り屑の冷却と、切り屑の排出とを行うようにしている。クーラントの供給方式としては、工作機械側から刃具を保持するホルダーの中心軸線に沿って設けられた流路を介して行うセンタースルー方式と、ホルダーに中間部外周面にハウジングを相対回転自在に取り付け、固定側であるハウジングから回転側であるホルダー及び刃具へクーラーントを供給するサイドスルー方式とがある。本発明はサイドスルー方式に関するものである。

従来のこのようなサイドスルー方式のホルダーとして、特許文献１に示す技術が公知である。この特許文献１に記載のサイドスルーホルダーは、複数のシール構造を採用することで、高圧に対処するようにしている。複数のシール構造は、ホルダー本体の外周側面から径方向へ向かうクーラント流路を挟んで、左右対称に３個また２個ずつ合計４個〜６個のシールリングが配設されている。そのうちのハウジング側のシールリングは固定であり、ホルダー本体側のシールリングのうちの一つは、ホルダー本体と共に回転し、他の一つはホルダー本体との間で相対回転するようになっている。

特開２０００−３０８９４６号公報

そのため、特許文献１に示す、シール構造ではクーラントの供給圧力が高圧になるに連れてシールリングの片側の一つずつがホルダー本体及び前後の保持リングとの間で摩擦し、早期に摩耗するのでシールリングの寿命が短いという問題があった。
またクーラントの供給圧力が高圧になればなるほど、これらのシール部から漏れ出るクーラントが多くなり、高圧が低下し維持できなかった。クーラントの供給圧力が低いとドリル等の刃先から噴出されるクーラントの勢いが弱く、刃先及び被削材の冷却が不十分となり、切削速度を上げることができないという問題があった。
更に、クーラントの供給圧力が低いと、切り屑を分断する力も弱くなり、切り屑で、刃先が摩擦熱で高熱になって刃先寿命の低下を来たし、しかも切り屑の長さが長くなって、機械停止が増し、自動化も出来ないという問題もあった。

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、ハウジングにドレン通路を設けることにより、クーラントを高圧で供給した場合の漏れ出るクーラントを回収することができるシール構造とし、高圧のクーラント供給により、刃具の刃先面及び切り屑の冷却と、切り屑の分断及び排出を行い、その結果、刃先摩擦熱低減とドリルの送り速度を高めることができるようにし、効率の良い切削が可能なサイドスルーホルダーを提供せんとするものである。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、クーラントが７ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の高圧で供給されるサイドスルーホルダーであって、先端部に刃具を取り付けることができ、後端部に工作機械への取付部が設けられたホルダー本体と、該ホルダー本体に軸受を介して相対回転自在に装着されたハウジングとから成り、前記ハウジングは、クーラントの供給ノズルに連通する径方向の流路と、内周面側に設けた環状ポートとを有し、前記ホルダー本体は、前記環状ポートに連通する径方向の流路と、これに連続して刃具の取付部に連通する軸線方向の流路とを有し、前記ホルダー本体とハウジングとの間に、前記環状ポートを挟んで複数のシール部材を配置し、これらのシール部材の両脇にパッキン部材を配置し、前記シール部材の両脇とパッキン部材との間のハウジングにドレン通路を設け、前記ハウジングの径方向流路から供給されるクーラントのうち、前記ハウジングと前記ホルダー本体との間から漏れ出るクーラントの一部を、前記ドレン通路から回収するようにしたことを特徴とするサイドスルーホルダーである。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項２の手段は、シール部材がシールリングである前記請求項１に記載のサイドスルーホルダーである。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項３の手段は、シール部材がラビリンスシールである前記請求項１に記載のサイドスルーホルダーである。

請求項１の発明にあっては、高圧でクーラントを供給するようにし、高圧にしたことでハウジングとホルダー本体との間から漏れ出るクーラントの一部を積極的にドレン通路を設けて回収するようにしている。
これにより、高圧にすることの保証がなされ、工作機械の周囲をクーラントで汚す等のこともない。クーラントの供給圧力を高圧にしたことで、刃具と被削材との冷却効果に優れ、刃具の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。またその結果として、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい穴加工が可能である。更に、高圧のクーラントで、削り出された切り屑が短い寸法で分断され易くなるという効果もある。

更に請求項１の発明にあっては、クーラントを７ＭＰａ以上で３０ＭＰａ以下の高圧で噴出するようにしている。これにより、被削材から削り取られた切り屑は、極めて短い寸法の段階で直ぐに分断されてクーラントと共に刃具の排出溝へ流れていき、スムーズに排出溝から刃具の外へ排出される。また刃具から排出された切り屑は、短い寸法の短冊状であり、任意の形状の容器に収容することができ、その処理も容易である。

請求項２の発明は、シール部材をシールリングとしたものである。また請求項３の発明は、シール部材をラビリンスシールとしたものである。シールリングの場合は、シールリングの外周面とハウジングの内周面とが接触しているので、ホルダー本体の回転速度が３，０００ｒｐｍあたりを越えるとシールリングの摩耗が激しくなる。そのため、低速回転の工作機械に対して有効である。
ラビリンスシールの場合は、回転部分と固定部分との接触部位がないので３，０００ｒｐｍ以上の高速回転であっても十分に対応することが可能である。

本発明の第一の実施の形態に係るサイドスルーホルダーの全体を示す縦断面図である。 本発明の第一の実施の形態に係るサイドスルーホルダーの部分拡大縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係るサイドスルーホルダーの部分拡大縦断面図である。

以下に、本発明の構成を図１及び図２に示す第一の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。サイドスルーホルダー１は、ホルダー本体２と、ハウジング３と、クーラント供給ノズル４とで構成されている。ホルダー本体２の前端面２ａには、刃具を保持するための装着孔２ｃが形成されており、後端面２ｂ側にはＮＣ旋盤やマシニングセンター等の工作機械の主軸に取り付けられるテーパー部２ｄが形成されている。またホルダー本体２の前端面２ａからテーパー部２ｄとの間の外周面には、順次に螺子部５、ハウジング装着部６、溝部７が形成されている。溝部７は工具交換装置のマニピュレータにより把持される部分である。

ホルダー本体２のハウジング装着部６の外周面には、径方向のクーラント流路８が形成されており、中央の軸心線に沿って形成されたクーラント流路９に連通接続されている。軸心線方向のクーラント流路９は、刃具の装着孔３に連通している。またハウジング装着部６の外周面には、径方向のクーラント流路８を挟んでその前後に、シールリング１０を嵌合装着するための環状凹部１１がそれぞれ３個ずつ合計６個が形成されている。

ホルダー本体２のハウジング装着部６の外周面には、径方向のクーラント流路８が形成されており、中央の軸心線に沿って形成されたクーラント流路９に連通接続されている。軸心線方向のクーラント流路９は、刃具の装着孔２ｃに連通している。またハウジング装着部６の外周面には、径方向のクーラント流路８を挟んでその前後に、シールリング１０を嵌合装着するための環状凹部１１がそれぞれ３個ずつ合計６個が形成されている。

またホルダー本体２の外周面とハウジング３の内周面との間にあって、両端側の軸受１２の内側にはそれぞれパッキン１９が装着されており、更にこのパッキン１９の内側にはクーラント溜り室２０が形成されている。ハウジング３のクーラント溜り室２０に対応する位置には該室２０から外周面に至るドレン通路２１が形成されている。

次に、以上の如く構成されたサイドスル―ホルダー１の動作態様について説明する。ホルダー本体２の後端面２ｂ側のテーパー部２ｄは、工作機械の主軸に装着されており、前端面２ａ側の装着孔２ｃにはドリル等の刃具（図示せず）が嵌合装着され、チャック機構により固定されている。被削材の加工に際しては、ホルダー本体２とこれに取り付けられた刃具とが一体的に回転している。

このような状態から７ＭＰａ〜３０ＭＰａまでの範囲で任意に設定された高圧のクーラントをクーラント供給ノズル４へ供給すると、クーラント流路１８、ハウジング３の径方向の流路１７、環状ポート１６、ホルダー本体２の径方向の流路８及び軸方向の流路９を経て装着孔２ｃに装着された刃具のクーラント供給孔へ供給される。そして、クーラントは刃具内の流路を通じて刃先面から切削部位へ供給される。

この実施の形態では、固定体であるハウジング３と回転体であるホルダー本体２との間において、径方向のクーラント流路８を挟んで両側に３つずつの合計６つのシールリング１０を配設している。そのため、シールリング１０の外周面とハウジング３の内周面との間においてはシール性が確保されるものの、両者間において摩擦が発生する。従って、使用時間の経過に伴ってシール性が損なわれていくので、シールリング１０は定期的に交換する必要がある。

クーラントの供給圧力は、従来の場合よりも遥かに高く設定されており、それに加えてシールリング１０の摩耗によるシール性が損なわれていくと、クーラントはクーラント溜り室２０へ漏出するようになる。そして、ここにおいてドレン通路２１から積極的にドレンとして回収される。そのため、クーラントが工作機械の周囲に飛散したりすることがなく、職場環境を良好に保つことが可能である。

このようにシール構造部分の外側にクーラント溜り室２０を設け、更にドレン通路２１から積極的にドレンとして回収することにより、３０ＭＰａの高圧でクーラントを供給することが可能となる。その結果、クーラントが刃具と被削材との接触部位へ直接供給することが可能となり、刃具と被削材との冷却効果に優れ、刃具の摩耗を抑制してその長寿命化を図ることが可能である。また、加工速度を上げることができ、優れた効率のよい加工が可能である。更に、高圧のクーラントで、削り出された切り屑が短い寸法で分断されるようになり、切り屑の取扱いやその処理がし易くなるという効果もある。

次に、図３を参照して本発明の第二の実施の形態について説明する。この実施の形態では、シール構造を前記第一の実施の形態のシールリング１０からラビリンスシール構造としている。その他は前記第一の実施の形態の場合と同じである。ラビリンスシール構造は、ホルダー本体２の外周面に外嵌装着される断面Ｌ字状の小片内側ブロック２２と、ハウジング３の内周面側に内嵌される断面逆Ｌ字状の小片外側ブロック２３とを組み合わせて全体として両ブロック２２，２３同士の間に数ミクロン単位のラビリンス状の隙間が形成されるようにしている。

そして、中央に位置するホルダー本体２側のブロック２２ａには、ホルダー本体２の径方向のクーラント流路８へ連通する径方向の流路２４及び環状ポート２７が形成されている。また中央に位置するハウジング３側のブロック２３ａには、ハウジング３側の環状ポート１６に連通する径方向の流路２６が形成されている。
更に、最も外側のブロック２２及び２３の外側で軸受１２との間のホルダー本体２の外周面には、保持リング２４を介してパッキン１９が外嵌装着されている。保持リング２４の内周面側には、クーラント溜り室２５が形成されている。保持リング２４は、ハウジング３に設けたドレン通路２１と前記クーラント溜り室２５とを連通させるための径方向のドレン通路２６を有している。

そして、中央に位置するホルダー本体２側のブロック２２ａには、ホルダー本体２の径方向のクーラント流路８へ連通する径方向の流路２４及び環状ポート２７が形成されている。
更に、最も外側のブロック２２及び２３の外側で軸受１２との間のホルダー本体２の外周面には、保持リングを介してパッキン１９が外嵌装着されている。保持リングの内周面側には、クーラント溜り室２５が形成されている。保持リングは、ハウジング３に設けたドレン通路２１と前記クーラント溜り室２５とを連通させるための径方向のドレン通路２６を有している。

従って、この第二の実施の形態では、７ＭＰａ〜３０ＭＰａの高圧でクーラントを供給し、しかも工作機械の主軸の回転速度を３，０００ｒｐｍ以上の高回転にすることができる。高圧でクーラントを供給することによる作用効果については、前記第一の実施の形態の場合と同じである。

ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、シールリング１０の数やラビリンスのブロック２２及び２３の数等は、それぞれ片側３個又は３組ずつの合計６個又は６組を設けたが、これらは１一つ又は一組であってもよく、その他の複数個（複数組）であってもよい。

１…サイドスルーホルダー
２…ホルダー本体
３…ハウジング
４…クーラント供給ノズル
５…螺子部
６…ハウジング装着部
７…溝部
８…ホルダー本体の径方向流路
９…ホルダー本体の軸心線方向流路
１０…シールリング
１１…凹溝
１２…軸受
１７…ハウジングの径方向流路
１９…パッキン
２０…クーラント溜り室
２１…ドレン通路
２２…ホルダー本体側のブロック
２３…ハウジング側のフロック
２４…保持リング
２５…クーラント溜り室
２６…ドレン通路

Claims (3)

1. クーラントが７ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の高圧で供給されるサイドスルーホルダーであって、
   先端部に刃具を取り付けることができ、後端部に工作機械への取付部が設けられたホルダー本体と、該ホルダー本体に軸受を介して相対回転自在に装着されたハウジングとから成り、
   前記ハウジングは、クーラントの供給ノズルに連通する径方向の流路と、内周面側に設けた環状ポートとを有し、
   前記ホルダー本体は、前記環状ポートに連通する径方向の流路と、これに連続して刃具の取付部に連通する軸線方向の流路とを有し、
   前記ホルダー本体とハウジングとの間に、前記環状ポートを挟んで複数のシール部材を配置し、これらのシール部材の両脇にパッキン部材を配置し、前記シール部材の両脇とパッキン部材との間のハウジングにドレン通路を設け、
   前記ハウジングの径方向流路から供給されるクーラントのうち、前記ハウジングと前記ホルダー本体との間から漏れ出るクーラントの一部を、前記ドレン通路から回収するようにしたことを特徴とするサイドスルーホルダー。
2. シール部材がシールリングである前記請求項１に記載のサイドスルーホルダー。
3. シール部材がラビリンスシールである前記請求項１に記載のサイドスルーホルダー。

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