JP6515792B2 - 回転工具および回転機 - Google Patents

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Description

本発明は、回転工具、および、その回転工具を備えた回転機に関する。
従来、切削加工機などの回転機が知られている。回転機は、主軸に取り付けた回転工具により、加工対象物(以下「ワーク」という)に対して切削加工またはエアブローなどを行うものである。
特許文献1に記載の回転機に取り付けられる回転工具の外壁には羽根が設けられている。回転機は、回転工具の羽根の径方向外側を囲うカバー、そのカバーの内側に形成された空気室、および、その空気室からワーク側へ延びるノズルを備えている。回転機の主軸と共に回転工具と羽根とが回転すると、その羽根の回転によって空気室の空気が加圧され、その空気はノズルの先端からワーク側へ吐出する。
特開第2001−259963号公報
しかしながら、特許文献1に記載の回転機では、カバー、空気室およびノズルが、回転工具と共に回転することなく、回転機の設備側に固定されている。そのため、回転機は、設備の構成が複雑化すると共に、その体格が大型化するといった問題がある。
また、特許文献1に記載の回転機は、ノズルの先端の位置がずれると、ワークに対し空気を当てることが困難になる。また、この回転機は、ノズルの先端がワークから遠い位置に設置されているので、ワークに対し穴あけ加工をした場合、その穴の深部に空気を強く当てることは困難である。そのため、この回転機は、切削加工時にワークから生じた切粉の除去が困難になるおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ワークに対する空気の吐出または吸引が可能であると共に回転機の構成を簡素にすることの可能な回転工具、並びに、その回転工具を備えた回転機を提供することを目的とする。
第1発明の回転工具は、把持部、シャフト部、羽根部流体通路および気流受部を備える。把持部は、主軸に取り付け可能である。シャフト部は、把持部から回転軸方向に延びる。羽根部は、回転軸に対して傾斜するようにシャフト部の径方向の外壁に設けられ、シャフト部と共に回転して周囲の空気に正圧又は負圧を発生する。流体通路は、シャフト部において羽根部の回転により空気に正圧又は負圧が発生する位置に設けられる第1開口部と、シャフト部において把持部とは軸方向の反対側に設けられる第2開口部とを連通する。気流受部は、シャフト部において、羽根部に対し回転軸方向の把持部側に設けられ、内壁が把持側に凸の椀型状であり、羽根部の回転によって発生する気流を受けて流体通路の第1開口部へ導く。
これにより、羽根部の回転により羽根部の周りの空気に正圧が発生する場合、その空気を第1開口部に取り込み、流体通路を経由して第2開口部から吐出する。そのため、回転工具は、回転機の動力により、ワークに対して空気を吐出することが可能である。一方、羽根部の回転により羽根部の周りに負圧が発生する場合、第2開口部の周りの空気を第1開口部に取り込み、流体通路を経由して第1開口部から吐出する。そのため、回転工具は、回転機の動力により、ワーク側から空気を吸引することが可能である。したがって、この回転工具は、回転機の構成を簡素なものとして、ワークに対する空気の吐出、または、ワーク側からの空気の吸引をすることができる。
第2発明は回転機の発明である。回転機は、主軸、および、筒状部材を備える。主軸は、回転工具の把持部を取り付け可能である。筒状部材は、回転工具が備える羽根部の径方向外側を囲うように設けられる。
これにより、羽根部の回転により、筒状部材の内側の負圧が大きくなるので、筒状部材の外側から内側に導入される空気量が増加する。したがって、この回転機は、回転工具の第2開口部から吐出される空気の動圧を高めることができる。
第3発明も回転機の発明である。回転機は、主軸、および、設備側捕集部を備える。設備側捕集部は、回転工具の第1開口部及び羽根部の径方向外側に設けられ、羽根部の回転によって発生する負圧により第2開口部側から流体通路を通って第1開口部の外側へ排出される異物を捕集する。
これにより、羽根部の回転により負圧が発生する際、ワーク付近にある異物は、第2開口部から流体通路を通って第1開口部の外側へ排出された後、設備側捕集部に捕集される。そのため、この回転機は、ワーク付近から吸引した異物が再びワーク側に戻ることを防ぐことができる。
本発明の第1実施形態による回転工具の外観図である。 図1のII方向の拡大図である。 第1実施形態による回転工具の断面図である。 本発明の第2実施形態による回転工具の外観図である。 本発明の第3実施形態による回転工具の外観図である。 第3実施形態による回転工具の外観図である。 図6のVII部分の拡大図である。 第3実施形態による回転工具の断面図である。 図8のIX−IX線の断面図である。 本発明の第4実施形態による回転機の断面図である。 本発明の第5実施形態による回転機の断面図である。 本発明の第6実施形態による回転工具の断面図である。 本発明の第7実施形態による回転工具の斜視図である。 第7実施形態の回転工具の断面図である。 第8実施形態の回転工具の断面図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1から図3に示す。第1実施形態の回転工具1は、例えば切削加工機などの回転機100の主軸101に取り付けて使用するものである。この回転工具1は、例えば図示していないワークに対し切削加工等により穴を形成した後に、その穴の内側に溜まった切粉を除去することに用いられる。
回転工具1は、把持部2、シャフト部3、羽根部4、流体通路5および気流受部6などの構成を備えている。この回転工具1は、例えば金属3Dプリンタにより、それらの構成が同一の材料により連続して一体形成されているものである。金属3Dプリンタは、平らに敷いた微細な金属粉末にレーザーを照射して一層ずつ焼結させ、この工程を繰り返すことで3次元造形する粉末焼結法により、例えば内側に湾曲した空間を有するような種々の形状の製品を形成することが可能である。
把持部2は、円柱状に形成され、切削加工機の主軸101に取り付け可能である(図3参照)。これにより、回転工具1は、回転機100の主軸101と共に回転する。図1及び図2では、回転機100の主軸101の回転方向の一例を矢印Aにて示している。なお、回転機100は、設備側の構成により、その矢印Aの方向とは逆方向に主軸101を回転することも可能である。
シャフト部3は、把持部2から回転軸方向に延びている。本実施形態では、把持部2の外径とシャフト部3の外径とは同一である。なお、回転工具1は、把持部2の外径とシャフト部3の外径を異なるものとしてもよい。シャフト部3は、把持部2とは反対側に、外径が次第に小さくなるテーパ部31を有する。これにより、回転工具1は、テーパ部31の先端をワークに形成した穴の内側に挿入することが可能である。
羽根部4は、シャフト部3の径方向の外壁に設けられた複数の羽41により構成されている。複数の羽41は、回転軸に対して傾斜するように設けられている。第1実施形態では、複数の羽41は、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向後側から前側へ傾斜するように設けられている。羽根部4は、シャフト部3と共に回転し、その周囲の空気に正圧又は負圧を発生することが可能である。
第1実施形態の変形例として、複数の羽41は、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向前側から後側へ傾斜するように設けてもよい。
気流受部6は、シャフト部3において、羽根部4の把持部2側から径方向外側を覆うように設けられている。気流受部6の内壁は、回転軸方向の把持部2側に凸の椀型状に形成されている。また、気流受部6は、シャフト部3の先端側において、径方向内側へ向けて内径が次第に小さくなる縮径部61を有している。なお、羽根部4を構成する複数の羽41は、それぞれの径方向外側の端部が、縮径部61の内壁に接続している。気流受部6は、羽根部4の回転によって発生する気流を受けて流体通路5の第1開口部51へ導くことが可能である。
流体通路5は、シャフト部3の内側に設けられている。流体通路5は、羽根部4の把持部2側に設けられる第1開口部51と、シャフト部3の先端部に設けられる第2開口部52とを連通している。第1開口部51は、複数の羽41の径方向外側に、周方向に断続的に設けられている(図2参照)。第1開口部51は、羽根部4の回転により空気に正圧又は負圧が発生する位置に設けられている。
流体通路5は、気流受部6の内側からシャフト部3の内部に亘り把持部2側に凸の円弧状に形成された円弧流路53と、その円弧流路53に連通しシャフト部3の中心に形成された中央流路54とを有する。円弧流路53は、第1開口部51側から中央流路54側に向かい、流路断面積が次第に小さくなっている。中央流路54は、把持部2側から第2開口部52側に向けて内径が次第に小さくなるテーパ状である。すなわち、流体通路5は、第1開口部51から第2開口部52に向かい流路断面積が次第に小さくなるように形成されている。そのため、流体通路5は、第1開口部51から取り入れた空気を昇圧して第2開口部52から吐出することが可能である。
図1から図3の矢印Aで示した方向に回転工具1が回転すると、羽根部4の周囲の空気は図1から図3の矢印Bに示すように流れ、第1開口部51から流体通路5に取り込まれる。このとき、気流受部6の縮径部61の内壁は、羽根部4の回転によって発生する気流を第1開口部51へ導く。第1開口部51へ導かれた空気は、図3の矢印Cに示すように流体通路5を円弧流路53から中央流路54へ流れ、第2開口部52から吐出する。したがって、この回転工具1は、第2開口部52から吐出する空気により、切削加工等によってワークから生じた切粉を除去することが可能である。
第1実施形態は、次の作用効果を奏する。
(1)第1実施形態の回転工具1は、シャフト部3の回転により羽根部4の径方向外側の空気に正圧が発生する場合、その空気を第1開口部51に取り込み、流体通路5を経由して第2開口部52から吐出する。そのため、回転工具1は、回転機100の動力により、ワークに対して空気を吐出することが可能である。したがって、この回転工具1は、回転機100の構成を簡素なものとして、切削加工などの際にワークから生じる切粉を除去することができる。
(2)第1実施形態の回転工具1が備える気流受部6は、シャフト部3において、羽根部4に対し回転軸方向の把持部2側から羽根部4の径方向外側に亘り設けられ、羽根部4の回転によって発生する気流を受けて流体通路5へ導く。
これにより、羽根部4の回転により正圧が発生する際、羽根部4の回転によって発生する気流は、気流受部6によって第1開口部から流体通路5へ導かれる。したがって、回転工具1は、第2開口部52から吐出する空気の動圧を高めることができる。
(3)第1実施形態では、気流受部6の内壁は、回転軸方向の把持部2側に凸の椀型状である。
これにより、回転工具1は、気流受部6の内側を流れる空気の圧力損失を低減し、第2開口部52から吐出する空気の動圧を高めることができる。
(4)第1実施形態では、流体通路5は、第1開口部51から第2開口部52に向かい流路断面積が次第に小さくなるように形成されている。
これにより、羽根部4の回転により正圧が発生する際、流体通路5を流れる空気を昇圧し、第2開口部52から吐出する気流の動圧を高めることができる。
(5)第1実施形態では、把持部2、シャフト部3、羽根部4および流体通路5は、同一の材料により連続して一体に構成されたものである。
すなわち、回転工具1は、例えば金属3Dプリンタにより容易に形成することが可能である。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図4に示す。なお、以下に説明する複数の実施形態において、上述した第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態では、回転工具1は、第1開口部51に設けられた網部55を備えている。この網部55は、第1開口部51から流体通路5へ異物が入ることを防ぐものである。したがって、第2実施形態の回転工具1は、ワークに対して空気を吐出する際、第2開口部52から空気と共に異物が吐出することを防ぐことができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図5から図9に示す。第3実施形態における回転機100の主軸101の回転方向の一例を矢印Dにて示している。なお、回転機100は、その矢印Dの方向とは逆方向に主軸101を回転することも可能である。
第3実施形態では、羽根部4を構成する複数の羽41は、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向前側から後側へ傾斜するように設けられている。また、複数の羽41は、径方向外側から内側に向かい、回転方向前側から後側へ湾曲して延びるように設けられている。羽根部4は、シャフト部3と共に回転し、その周囲の空気に正圧又は負圧を発生することが可能である。
なお、第3実施形態の変形例として、複数の羽41は、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向後側から前側へ傾斜するように設けてもよい。その場合、複数の羽41は、径方向外側から内側に向かい、回転方向後側から前側へ湾曲して延びるように設けてもよい。
気流受部62は、シャフト部3の外壁に設けられており、羽根部4に対し回転軸方向の先端部側を覆っている。気流受部62の内壁は、回転軸方向の先端部側に凸の椀型状または皿状に形成されている。気流受部62は、羽根部4の回転によって発生する気流を受けて流体通路5の第1開口部51へ導くことが可能である。
流体通路5は、シャフト部3において羽根部4よりも先端側に設けられている。流体通路5は、気流受部62の径方向内側に設けられた第1開口部51と、シャフト部3の先端部に設けられる第2開口部52とを連通している。図7および図9に示すように、第1開口部51は、気流受部62の径方向内側において、周方向に3箇所設けられている。複数の第1開口部51と第1開口部51との間に位置する接続部63において、気流受部62とシャフト部3とが接続されている。なお、第1開口部51の数または接続部63の数は、任意に設定可能である。
流体通路5は、3か所の第1開口部51からシャフト部3の先端に設けられた第2開口部52に向かい、流路断面積が次第に小さくなるように形成されている。そのため、流体通路5は、第1開口部51から取り入れた空気を昇圧して第2開口部52から吐出することが可能である。
図5及び図6の矢印Dで示した方向に回転工具1が回転すると、羽根部4の周囲の空気は矢印Eに示すように流れ、第1開口部51から流体通路5に取り込まれる。このとき、気流受部62は、羽根部4の回転によって発生する気流を第1開口部51へ導く。第1開口部51へ導かれた空気は、図8の矢印Fに示すように流体通路5を流れ、第2開口部52から吐出する。したがって、この回転工具1は、第2開口部52から吐出する空気により、切削加工等によってワークから生じた切粉を除去することが可能である。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図10に示す。第4実施形態は、上述した第3実施形態の回転工具1を備えた回転機100である。回転機100は、回転工具1に加えて、主軸101および筒状部材102などを備えている。
主軸101は、回転工具1の把持部2を取り付け可能である。
筒状部材102は、回転工具1が備える羽根部4および気流受部62の径方向外側の全周を囲うように筒状に形成されている。筒状部材102は、回転機100の設備側に固定されている。筒状部材102は、軸方向の一方および他方が開放された形状である。
第4実施形態では、回転機100の主軸101と共に羽根部4が回転すると、筒状部材102の内側の負圧が大きくなり、矢印Gに示すように、筒状部材102の外側から内側へ大量の空気が導入される。そのため、回転工具1の第1開口部51に導入される空気量が増加する。したがって、この回転機100は、回転工具1の第2開口部52から吐出される空気の動圧を高めることができる。
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態を図11に示す。第5実施形態の回転機100は、回転工具1、主軸101および設備側捕集部103などを備えている。図11では、回転機100の主軸101の回転方向の一例を矢印Iにて示している。なお、回転機100は、その矢印Iの方向とは逆方向に主軸101を回転することも可能である。
第5実施形態の回転工具1が備える羽根部4は、複数の羽41が、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向後側から前側へ傾斜するように設けられている。すなわち、第5実施形態の回転工具1が備える羽根部4は、第3及び第4実施形態の回転工具1が備える羽根部4とは反対向きに傾斜している。
なお、第5実施形態の変形例として、複数の羽41は、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向前側から後側へ傾斜するように設けてもよい。
設備側捕集部103は、回転機100の設備側に固定されている。設備側捕集部103は、回転工具1が備える第1開口部51及び羽根部4の径方向外側でシャフト部3の全周を囲うように筒状に形成された筒部104と、その筒部104の主軸101とは反対側の端部から径方向内側に延びる円盤部105と、その円盤部105の径方向内側の端部から回転工具1のシャフト部3の外壁に沿って筒状に延びる案内部106とを有する。設備側捕集部103の筒部104は、軸方向の主軸101側が開放された形状である。設備側捕集部103は、羽根部4の回転によって発生する負圧により第2開口部52側から流体通路5を通って第1開口部51の外側へ排出される異物109を捕集するものである。
図11の矢印Iで示した方向に回転工具1が回転すると、羽根部4の周囲の空気は矢印Jに示すように流れる。そのため、矢印Kに示すように、設備側捕集部103の内側から空気が排出されるので、設備側捕集部103の内側は負圧になる。したがって、矢印Lに示すように、シャフト部3の先端の第2開口部52から流体通路5に空気が取り込まれ、その空気は第1開口部51から設備側捕集部103の内側に排出される。このとき、ワーク付近にある異物109は、第2開口部52から流体通路5を通って第1開口部51の外側へ排出された後、設備側捕集部103に捕集される。第5実施形態において、設備側捕集部103は、回転工具1によりワーク付近から吸引された異物109が再びワーク側に戻ることを防ぐことができる。
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態を図12に示す。第6実施形態の回転機100の主軸101の回転方向と、回転工具1が備える羽根部4の傾斜とは、第5実施形態で説明したものと同様である。
第6実施形態では、回転工具1に捕集部7が設けられている。捕集部7は、シャフト部3の羽根部4の先端部側に円盤状に設けられた底部71と、その底部71の径方向外側の端部から羽根部4の径方向外側の全周を囲うように筒状に形成された側壁部72とを有する。捕集部7の側壁部72は、軸方向の主軸101側が開放された形状である。捕集部7は、羽根部4の回転によって発生する負圧により第2開口部52側から流体通路5を通って第1開口部51の外側へ排出される異物109を捕集するものである。
図12の矢印Iで示した方向に回転工具1が回転すると、羽根部4の周囲の空気は矢印Jに示すように流れる。そのため、矢印Kに示すように、捕集部7の内側から空気が排出されるので、捕集部7の内側は負圧になる。したがって、矢印Lに示すように、シャフト部3の先端の第2開口部52から流体通路5に空気が取り込まれ、その空気は第1開口部51から捕集部7の内側に排出される。このとき、ワーク付近にある異物109は、第2開口部52から流体通路5を通って第1開口部51の外側へ排出された後、捕集部7に捕集される。第6実施形態において、捕集部7は、回転工具1によりワーク付近から吸引された異物109が再びワーク側に戻ることを防ぐことができる。
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態を図13および図14に示す。第7実施形態は、第3実施形態の変形例である。第7実施形態の回転工具1は、シャフト部3の先端の流体通路5が、第1開口部51側から第2開口部52に向かい流路断面積が次第に大きくなるラッパ状に形成されたラッパ部56を有している。
また、第7実施形態の回転工具1の羽根部4は、複数の羽41が、把持部2側からシャフト部3の先端側に向かい、回転方向後側から前側へ傾斜するように設けられている。
図13および図14の矢印Iで示した方向に回転工具1が回転すると、羽根部4の周囲の空気は矢印Jに示すように流れる。そのため、矢印Lに示すように、ラッパ部56の先端に形成された第2開口部52から流体通路5に空気が取り込まれ、その空気は第1開口部51から排出される。このとき、ワーク付近にある異物は、第2開口部52から流体通路5を通って第1開口部51の外側へ排出される。第7実施形態では、ワーク側の広範囲から空気と共に異物を第2開口部52に吸引することができる。
なお、図13および図14の矢印Iで示した方向とは逆方向に回転工具1を回転すると、羽根部4の周囲から第1開口部51へ空気を取り込み、流体通路5を通じて第2開口部52からワーク側へ空気を広範囲に吐出することができる。したがって、この回転工具1は、切削加工等によってワークから生じた切粉を広範囲に除去することが可能である。
(第8実施形態)
本発明の第8実施形態を図15に示す。第8実施形態は、第7実施形態の変形例である。第8実施形態の回転工具1は、シャフト部3の先端のテーパ部31に切削工具110を取り付け可能な取付部32を備えている。取付部32は、シャフト部3の先端のテーパ部31に形成された穴である。切削工具110は、その取付部32の内側に、例えば焼き嵌めにより取り付けられる。取付部32は、シャフト部3の加熱および冷却により、切削工具110を着脱することが可能である。なお、取付部32には、切削工具110に代えて、研削工具などを取り付けてもよい。
図15に示した切削工具110は、その軸方向に通じる貫通孔111を有する。シャフト部3の第1開口部51から流体通路5に導入された空気は、切削工具110の貫通孔111を通り、切削工具110の開口112から吐出する。したがって、この回転工具1は、切削加工等によってワークから生じた切粉を、切削工具110の貫通孔111から吐出する空気により除去することが可能である。
また、上述した第7実施形態と同様に、ラッパ部56の内側を流れる空気は、第2開口部52からワーク側へ広範囲に吐出する。したがって、この回転工具1は、切削加工等によってワークから生じた切粉を広範囲に除去することが可能である。
(他の実施形態)
(1)上述した実施形態では、回転工具1は、切削加工機などの回転機100に取り付けられるものとした。これに対し、他の実施形態では、回転工具1は、回転機100としての手持ち式の加工機、または、研削加工機に取り付けて使用してもよい。
(2)上述した実施形態では、回転工具1は、金属3Dプリンタにより形成するものとした。これに対し、他の実施形態では、回転工具1を所定の位置で分割した部材を切削加工等で形成した後、それらの部材を一体に接合することで形成してもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
1 ・・・回転工具
2 ・・・把持部
3 ・・・シャフト部
4 ・・・羽根部
5 ・・・流体通路
51・・・第1開口部
52・・・第2開口部

Claims (9)

  1. 回転機(100)の主軸(101)と共に回転する回転工具であって、
    前記主軸に取り付け可能な把持部(2)と、
    前記把持部から回転軸方向に延びるシャフト部(3)と、
    前記シャフト部の径方向の外壁に回転軸に対して傾斜するように設けられ、前記シャフト部と共に回転して周囲の空気に正圧又は負圧を発生する羽根部(4)と、
    前記シャフト部において前記羽根部の回転により空気に正圧又は負圧が発生する位置に設けられる第1開口部(51)と前記シャフト部において前記把持部とは軸方向の反対側に設けられる第2開口部(52)とを連通する流体通路(5)と、
    前記シャフト部において、前記羽根部に対し回転軸方向の前記把持部側に設けられ、内壁が前記把持部側に凸の椀型状であり、前記羽根部の回転によって発生する気流を受けて前記流体通路の前記第1開口部へ導く気流受部(6)と、
    を備える回転工具。
  2. 前記シャフト部において、前記シャフト部の径方向の外壁に設けられ、前記羽根部の回転によって発生する負圧により前記第2開口部側から前記流体通路を通って前記第1開口部の外側へ排出される異物を捕集する捕集部(7)をさらに備える請求項1に記載の回転工具。
  3. 前記流体通路は、前記第1開口部から前記第2開口部に向かい流路断面積が次第に小さくなるものである請求項1または2に記載の回転工具。
  4. 前記流体通路は、前記第1開口部側から前記第2開口部に向かい流路断面積が次第に大きくなるラッパ状のラッパ部(56)を有するものである請求項1または2に記載の回転工具。
  5. 前記第1開口部に設けられた網部(55)をさらに備える請求項1からのいずれか一項に記載の回転工具。
  6. 前記シャフト部に対し切削工具(110)または研削工具を取り付け可能な取付部(32)をさらに備える請求項1からのいずれか一項に記載の回転工具。
  7. 前記把持部、前記シャフト部、前記羽根部および前記流体通路は、同一の材料により連続して一体に構成されたものである請求項1からのいずれか一項に記載の回転工具。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載された前記回転工具の前記把持部を取り付け可能な前記主軸と、
    前記回転工具が備える前記羽根部の径方向外側を囲うように設けられた筒状部材(102)と、を備える回転機。
  9. 請求項1からのいずれか一項に記載された前記回転工具の前記把持部を取り付け可能な前記主軸と、
    前記回転工具の前記第1開口部及び前記羽根部の径方向外側に設けられ、前記羽根部の回転によって発生する負圧により前記第2開口部側から前記流体通路を通って前記第1開口部の外側へ排出される異物を捕集する設備側捕集部(103)と、を備える回転機。
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