JP6151959B2 - 工具取付け装置におけるクリーニング装置 - Google Patents

Description

この発明は、工具取付け装置におけるクリーニング装置に係わり、更に詳しくは主軸の前端面をボディに設けたクリーニングブレード機構により自動的にクリーニング工程において、工具自動交換を不具合なく効率良く行い、作業性及び生産性を向上させた工具取付け装置におけるクリーニング装置に関するものである。

従来、工作機械の工具取付け装置においては、切削工具（ツール）を着脱可能に取付けるボディの取付け方法として、主軸のテーパ穴にボディのテーパ軸部を嵌合させて当接させる所謂、一面拘束方法が行われている。

また近年では、重切削等に対応させるため切削工具側の剛性を高める手段として、主軸のテーパ穴にボディのテーパ軸部を嵌合させると共に、ボディの端面と主軸前端面とを当接させて拘束する所謂、二面拘束方法が取り入れられてきている。

上記の主軸のテーパ穴にボディのテーパ軸部を嵌合させて当接させる一面拘束方法では、テーパ嵌合部分に切削粉等のゴミが付着すると、芯ブレ等の加工精度に影響を与えるため、工作機械メーカーでは、切削工具の脱着時に主軸内面より圧縮流体（液体または空気）を噴出させて切削粉等のゴミを吹き飛ばす等、種々の対策が施されている。

一方、上記の二面拘束方法では、テーパ嵌合部分の洗浄に加えて、ボディの端面と主軸前端面との洗浄作業を行う必要があり、この洗浄装置や本願出願人が特許登録を受けている工具取付け装置におけるクリーニング方法及びその装置等、種々の発明が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

然しながら、主軸前端面側の切削粉等のゴミに対しては、液体や圧縮空気の吐出のみでは、加工中に付着する切削液等の影響でゴミや切粉を確実に除去することは難しく、切削粉等の噛み込みが起きて加工トラブルを起こしているのが現状であった。

また従来のクリーニング装置は、ボディ（ボトルグリップとも呼称される）とシャンクとが別構造であったため、シャンクに対してボディが回転する構造になっており、ボディが工具交換時に正規の位置に停止せず、キー溝の位置関係がずれてしまいクリーニング装置からの交換工具を脱落させてしまったり、また工具交換が不能になってしまう問題があった。

更には軸方向の位置決め誤差の修正機能も有していなかったため、軸回転方向の位置ズレに加えて、軸方向の位置決め誤差が発生するため、度々作業を中断して軸方向の位置決め誤差の修正作業を行う必要が生じる場合があった。

特開２００３−３１１５７７号公報 特許第４７５１６１６号公報

この発明はかかる従来の問題点に着目し、特に二面拘束方法において、主軸前端面側に付着する切削粉等のゴミを接触式のクリーニングブレード機構により確実に除去し、切削粉等の噛み込みによる加工トラブルを有効に防止し、更に軸回転方向のキー溝の位置関係を常に定位置となるようにすることで、クリーニング装置からの交換工具を脱落させてしまったり、また工具交換が不能になってしまう問題も解消でき、更に軸方向の位置決め誤差も皿バネ等の弾性部材介在させることで作業を中断することなく軸方向の位置決め誤差の修正作業も解消でき、工具自動交換とクリーニング作業を効率良く行うことが出来る工具取付け装置におけるクリーニング装置を提供することを目的とするものである。

この発明は上記目的を達成するため、前記主軸に対して固定される前記シャンクの中心に挿通されたシャフトを前記ボディの先端部に固定する一方で前記ボディに固定された前記シャフトと前記シャンクとを連結固定ボルトにより一体的に固定し、かつ前記ボディの内部に配置されたウエイトを軸受け機構または軸受け部材を介して前記シャフトに対して回転自在に連結し、前記ウエイトと前記主軸の前端面との間に前記クリーニングブレード機構を配置し、該クリーニングブレード機構が前記ウエイトに設置された弾性部材及びピンにより前記主軸の前端面側に付勢される構成としたことを要旨とするものである。

ここで、前記クリーニングブレード機構は複数枚のブレードを備え、これらブレードをブレードリングの主軸の前端面側に周方向に所定の間隔で突出させ、また前記ブレードリングにおいて前記ブレードを前記主軸を中心として螺旋状または放射状に配設し、更に前記シャフトの一端とボディ側との間に、軸方向の位置決め誤差を修正するための皿バネ等の弾性部材を介在させている。

この発明の工具取付け装置における第１のクリーニング方法では、回転駆動可能な主軸に設けたテーパ穴に、シャンクを備えた円筒状のボディを引き込みクランプ機構を介して着脱可能に連結し、前記主軸の回転駆動及びこれに追従するクリーニングブレード機構の回転差を利用して、主軸の前端面にクリーニングブレード機構のブレードを接触させながらクリーニングするクリーニング方法であり、前記主軸とウエイトを備えたボディとを連結した静止状態において、主軸側を急激に回転駆動させ、その際、主軸の回転から遅れて回転するボディの後端面に設けた前記クリーニングブレード機構のブレードにより、主軸の回転速度とボディのウエイトの回転速度とが同期回転するまでの時間、前記ブレードが主軸の前端面に接触しながらクリーニングするものである。

ここで、前記主軸とボディのウエイトとが同期して回転駆動している状態から主軸側の回転を急停止させ、クラッチ機構がボディのウエイトの慣性力により連結状態が切れてボディのウエイトが慣性力により回転している時に、前記ブレードが主軸の前端面に接触しながらクリーニングすることも可能である。

また、この発明の他のクリーニング方法は、主軸の回転駆動により軸受け機構を介してボディのウエイトを回転させ、前記主軸の回転駆動を急停止させると軸受け機構のクラッチにより連結状態が切れ、その際、ボディのウエイトが慣性力により回転している時間に、ボディの後端面に設けたクリーニングブレード機構のブレードが主軸の前端面に接触しながらその前端面をクリーニングするものである。

このように構成することで、特に二面拘束方法において、主軸前端面側に付着する切削粉等のゴミを接触式のクリーニングブレード機構により確実に除去することが出来、切削粉等の噛み込みによる加工トラブルを有効に防止することが出来る。

この発明は、上記のように構成したので以下のような優れた効果を奏するものである。（ａ）．二面拘束方法において、主軸前端面側に付着する切削粉等のゴミを接触式のクリーニングブレード機構により確実に除去することが出来、切削粉等の噛み込みによる加工トラブルを有効に防止して生産性の向上を図ることが出来る。
（ｂ）．ボディとシャンクとを連結固定ボルトにより一体的に構成したことにより、軸回転方向のキー溝の位置関係を常に定位置となるように構成でき、クリーニング装置からの交換工具を脱落させてしまったり、また工具交換が不能になってしまう問題も有効に解消できる。
（ｃ）．クリーニング装置内部の軸方向部分の片側または両側方向に皿バネ等の弾性部材を組み込み、この皿バネ等の弾性部材が撓み工具取り付け装置の撓みを吸収することを可能としたので、更に軸方向の位置決め誤差の修正作業も解消でき、工具自動交換とクリーニング作業を効率良く行うことが出来る。
（ｄ）．ボディとシャンクとを連結固定ボルトにより一体的に構成したことにより、従来のようなクラッチ機構が不要となり製品形状もシンプルとなり、また部品点数も減少してコストダウンを図ることが出来る。
（ｅ）．軸受け機構を採用したことで、加速時のウエイトの滑りを無くして回転時のロスを無くし、加速時間の短縮化を図ることが出来、かつ減速時には効率よくクリーニングブレードを回転させることが出来る。
（ｆ）．クリーニングブレードの交換をより円滑に行うことが出来、作業性も向上する。

この発明のクリーニング装置の外観図である。 図１のＰ−Ｐ線に沿った拡大縦断正面図である。 図２のＡ−Ａ矢視平面図である。 図２のＢ−Ｂ矢視底面図である。 図２のＣ−Ｃ矢視底面図である。 図２のＣ−Ｃ矢視断面図で、クリーニングブレード機構の接線形状の説明図である。 図２のＣ−Ｃ矢視断面図で、クリーニングブレード機構の放射形状の説明図を示している。

以下、添付図面に基づき、この発明の実施形態を説明する。

図１〜図４は、この発明の工具取付け装置におけるクリーニング方法を実施するためのクリーニング装置であって、図１はクリーニング装置の外観図、図２は図１のＰ−Ｐ線に沿った拡大縦断正面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視平面図、図４は図２のＢ−Ｂ矢視底面図、図５は図２のＣ−Ｃ矢視断面図、図６は図２のＣ−Ｃ矢視断面図で、クリーニングブレード機構の接線形状の説明図、図７は図２のＣ−Ｃ矢視断面図で、クリーニングブレード機構の放射形状の説明図を示している。

図１及び図２において、クリーニング装置は、着脱可能な円筒状のボディ１（ボトルグリップとも呼称される）と、このボディ１と、軸受け機構２，キー溝３ｘを設けたシャンク３とで構成され、ドローバー等の引き込みクランプ機構４を介して回転駆動可能な主軸５に着脱可能に連結されている。

前記ボディ１の端面には前記シャンク３のキー溝３ｘに対応したキー溝１ｘが形成され、また主軸５の前端面５ａ側の複数箇所（この実施形態では１２０°間隔で３箇所に設けてあるが、数には限定されない）には、図２及び図４に示すように、弾性部材６及びピン７を介して常時、主軸５の前端面５ａ側に附勢されたクリーニングブレード機構８が着脱可能に取り付けてある。

前記ボディ１とシャンク３とは連結固定ボルト９により一体的に構成され、これによりボディ１とシャンク３とは常に一体的に回転，及び停止するようになっている。

前記クリーニングブレード機構８は、図２〜図５に示すように、ボディ１の主軸５の前端面５ａ側に上述した弾性部材６及びピン７を介して伸縮可能に支持されたブレードリング１０と、このブレードリング１０の主軸５の前端面５ａ側に周方向に所定の間隔を隔て突出させたゴム，樹脂またはこれらの混合物から成るゴム状弾性材等から成る複数枚のブレード１０ａとで構成されている。

前記複数枚のブレード１０ａは、ブレードリング１０の表面の周方向の３箇所（この実施形態では１２０°間隔で３か所に設けてあるが、数には限定されない）に螺旋状または放射状（例えば、図６及び図７参照）に突出させて形成してあり、このブレード１０ａの螺旋方向は、主軸５またはボディ１の回転方向に対応できるように、時計方向または反時計方向に形成したものを準備しておくことが望ましい。主軸５の回転方向によりブレード１０ａの形状を変更しないと内側にクリーニングカスが排泄されるためである。

前記円筒状のボディ１の先端側内面と、前記シャンク３の中心に挿通されたシャフト１１との間には、図２に示すように、一定方向にのみ回転を許容する軸受け機構２を介して所定重量のウエイト１２が取り付けられ、シャフト１１の先端は固定プレート１３に、複数本の固定ボルト１４，平行キー１５，皿バネ１６，ワッシャ１６ａを介して締め付けナット１７によりボディ１の端面に固定されている。１９はボディ１の端面凹部を覆うカバー部材を示している。

前記皿バネ１６は、シャフト１１の軸方向の位置決め誤差の修正や干渉部材として用いるもので、組付けや工具交換時の軸方向の位置修正を容易にしたものである。

一般にＨＳＫシャンクの工具を機械主軸に取り付ける場合、軸方向の位置決めはその端面にて行う。しかし、この発明のクリーニング装置を取り付ける場合は、端面部が軸方向に移動可能なブレードになっており、この部分での位置決めは不可能である。そのため、機械主軸テーパー内部のキーとシャンク先端部のキー溝のそれぞれの端面を突き当てることによって行う。

しかし、この部分はそれぞれにおいて公差を持っており、本来の位置決めに対して軸方向に誤差が生じ易く、その結果、工具取り付け装置にて工具交換を行う際に工具取り付け装置アームに撓みが発生してしまう。その撓みを緩和するために、クリーニング装置内部の軸方向部分の片側または両側方向に皿バネ等の弾性部材を組み込み、この皿バネ等の弾性部材が撓み工具取り付け装置の撓みを吸収することを可能としたものである。

この結果、シャフト１１の軸方向の位置決め誤差の修正作業を簡易にすることが出来、作業性及び生産性を向上させることが出来るのである。

またボディ１の内部には、スラストベアリング１８を介して前記シャフト１１が回転自在に収容されている。このシャフト１１とボディ１のウエイト２１とは、一定方向にのみ回転を許容するワンウェイクラッチ機構２を介して連結または分離されるように構成されている。

また、ボディ１の後端側外周面には、図示しない工具取り付け装置等によりクランプするためのＶ溝を備えたグリップ部２１が形成されている。

また、前記シャンク３の後端側は、主軸５のテーパ穴５ｂに嵌合するテーパ軸部３ａが形成してあり、このテーパ軸部３ａの端面には、図示しない工具自動交換装置により交換する際に位置決めを容易にするための一対の深さが異なる溝等で構成された位置決め手段であるキー溝３ｘが形成してある。

なお、このテーパ軸部３ａには、従来と同様なドローバーやクランプシリンダー等で構成される引き込みクランプ機構を嵌合させて軸方向に引っ張ることで主軸５のテーパ穴５ｂに嵌合固定するものである。

なお、図２において２０は、クッションゴムを示している。
次に、上記のようなこの発明のクリーニング装置によるクリーニング方法について説明する。

この発明の実施形態におけるクリーニング方法は、先ず、図示しない工具自動交換装置により前記ボディ１のＶ溝を備えたグリップ部２１を使用して保持すると共に、このボディ１のシャンク３のテーパ軸部３ａを位置決めした状態で主軸５のテーパ穴５ｂに嵌合し、更にドローバーやクランプシリンダー等で構成される図示しない引き込みクランプ機構により軸方向に引っ張ることで主軸５のテーパ穴５ｂに嵌合固定する。

この時、ボディ１に設けたクリーニングブレード機構８のブレードリング１０に設けたブレード１０ａは、弾性部材６とピン７を介して常時主軸５の前端面５ａ側に附勢されて接触した状態にある。

そしてこのような状態で、軸受け機構２にニードルローラを使用した場合、ウエイト１２を取付けたボディ１と主軸５との静止状態から、主軸５側を一定方向（例えば、時計方向）に急激に回転駆動させると、主軸５の回転から所定時間慣性遅れでボディ１のウエイト１２が回転する。この際、ボディ１の後端面に設けたクリーニングブレード機構８のブレード１０ａにより、主軸５の回転速度とボディ１のウエイト１２の回転速度とが同期回転するまでの時間、前記主軸５の前端面５ａに接触しながらクリーニングするものである。

即ち、複数枚の螺旋状のブレード１０ａが主軸５の前端面５ａに接触して、前端面５ａに付着しているゴミや切削油、切粉等を掻き取りながら回転し、掻き取られたゴミや切削油、切粉はブレード１０の先端から外部に排出されることになる。

なお、この実施形態の場合には、ボディ１のウエイト１２が主軸５の回転から所定時間慣性遅れで回転する際に、ブレード１０ａにより、主軸５の前端面５ａをクリーニングするので、ブレード１０ａの螺旋状の向きは、図５に示すように、主軸５の回転方向とは逆向きとなって切粉を外側に掻き出すことになる。

なお、この発明の実施形態におけるクリーニング方法は、上記の実施形態に限定されず、前記主軸５とボディ１のウエイト１２とが同期して回転駆動している状態から主軸５側の回転をブレーキ装置２５等により急停止させ、軸受け機構２にワンウェイクラッチ機構を使用するとボディ１のウエイト１２の慣性力により連結状態が切れてボディ１のウエイト１２が慣性力により回転している時に、前記ブレード１０ａが主軸５の前端面５ａに接触しながらクリーニングすることも可能となるものである。

以上のように、特に二面拘束方法において、主軸５の前端面側に付着する切削粉等のゴミを接触式のクリーニングブレード機構により確実に除去することが出来、切削粉等の噛み込みによる加工トラブルを有効に防止して生産性の向上を図ることが出来、またボディとシャンクとを連結固定ボルトにより一体的に構成したことにより、軸回転方向のキー溝の位置関係を常に定位置となるように構成でき、クリーニング装置からの交換工具を脱落させてしまったり、また工具交換が不能になってしまう問題も有効に解消できるものである。

更に、軸方向の位置決め誤差の修正作業も解消でき、工具自動交換とクリーニング作業を効率良く行うことが出来る。またボディとシャンクとを連結固定ボルトにより一体的に構成したことにより、従来のようなクラッチ機構が不要となり製品形状もシンプルとなり、また部品点数も減少してコストダウンを図ることが出来るものである。

１ ボディ
１ｘ キー溝
２ 軸受け機構
３ シャンク
３ａ テーパ軸部
３ｘ キー溝
４ 引き込みクランプ機構
５ 主軸
５ａ 前端面
５ｂ テーパ穴
６ 弾性部材
７ ピン
８ クリーニングブレード機構
９ 連結固定ボルト
１０ ブレードリング
１０ａ ブレード
１１ シャフト
１２ ウエイト
１３ 固定プレート
１４ 固定ボルト
１５ 平行キー
１６ 皿バネ
１６ａ ワッシャ
１７ 締めつけナット
１８ スラストベアリング
２０ クッションゴム
２１ グリップ部

Claims (4)

1. 回転駆動可能な主軸に設けたテーパ穴に、シャンクを備えた円筒状のボディを引き込みクランプ機構を介して着脱可能に連結し、前記主軸の回転駆動及びこれに追従するボディに搭載されたクリーニングブレード機構の回転差を利用して、前記主軸の前端面に前記クリーニングブレード機構のブレードを接触させながらクリーニングする工具取付け装置におけるクリーニング装置において、
   前記主軸に対して固定される前記シャンクの中心に挿通されたシャフトを前記ボディの先端部に固定する一方で前記ボディに固定された前記シャフトと前記シャンクとを連結固定ボルトにより一体的に固定し、かつ前記ボディの内部に配置されたウエイトを軸受け機構または軸受け部材を介して前記シャフトに対して回転自在に連結し、前記ウエイトと前記主軸の前端面との間に前記クリーニングブレード機構を配置し、該クリーニングブレード機構が前記ウエイトに設置された弾性部材及びピンにより前記主軸の前端面側に付勢される構成としたことを特徴とする工具取付け装置におけるクリーニング装置。
2. 前記クリーニングブレード機構は複数枚のブレードを備え、これらブレードをブレードリングの主軸の前端面側に周方向に所定の間隔で突出させた構成を有する請求項１に記載の工具取付け装置におけるクリーニング装置。
3. 前記ブレードリングにおいて前記ブレードを前記主軸を中心として螺旋状または放射状に配設した請求項２に記載の工具取付け装置におけるクリーニング装置。
4. 前記シャフトの一端と前記ボディ側との間の少なくとも一方に、軸方向の位置決め誤差を修正するための弾性部材を介在させた請求項１，２または３に記載の工具取付け装置におけるクリーニング装置。

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