JP7238368B2

JP7238368B2 - 工具ユニット

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Publication number: JP7238368B2
Application number: JP2018225000A
Authority: JP
Inventors: 尚大谷; 誠司各務; 浩之中野; 弘治外山; 悠生今野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: DE102019132255A1; JP2020082319A; US20200171610A1; CN111250801A

Description

本発明は、工具ユニットに関する。

回転工具の軸線方向の第一端部に連結された工具ホルダをマシニングセンタの主軸装置に装着する場合に、回転工具は、主軸装置に対して片持ち支持されるため、回転工具の支持剛性を十分に得られない。

この点に関し、特許文献１には、回転工具であるホブの先端に装着された工具ホルダを主軸装置にクランプしつつ、ホブの後端に固定されたホブ軸を、主軸装置に支持されたＬ字状の支持部材によって回転可能に支持することにより、ホブを両持ち支持する技術が開示されている。

特開２００１－７９７１８号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の技術では、回転工具の軸線方向における長さ寸法が大きい場合に、回転工具の支持剛性を十分に得られない。

本発明は、主軸装置に対する回転工具の支持剛性を高めることができる工具ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る工具ユニットは、回転駆動される主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングを有する主軸装置を備えた工作機械に用いる工具ユニットであって、
軸線方向一方の端面にすくい面を持つ複数の刃を外周面に有し、スカイビング加工により工作物を歯車加工するスカイビングカッタである回転工具と、
前記主軸に対して着脱可能に構成され、前記主軸に対して一体回転可能に保持されると共に、前記回転工具の軸線方向において前記すくい面とは反対側に位置する前記回転工具の第一端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第一ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記すくい面側に位置する前記回転工具の第二端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第二ホルダと、
前記第一ホルダ及び前記第二ホルダを回転可能に支持すると共に、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される第三ホルダと、
を備え、
前記第三ホルダは、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第一端部よりも前記主軸側で前記第一ホルダの第一外周被支持面を回転可能に支持する第一支持面を有し、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される連結部材を有する基端側ホルダと、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第二端部よりも前記主軸とは反対側で前記第二ホルダの第二外周被支持面を回転可能に支持する第二支持面を有する先端側ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記基端側ホルダと前記先端側ホルダとの間に挟まれて配置され、前記基端側ホルダ及び前記先端側ホルダに対して着脱可能に構成され、前記回転工具が位置する軸線方向の範囲に配置され、前記回転工具の一部の前記刃を突出させる開放部を有するＣ字状に形成されるスペーサと、
を有し、
前記スペーサは、
前記回転工具の軸線から前記開放部へ向かう方向において、前記開放部を形成する前記Ｃ字状の周方向開放端の位置が、前記第一ホルダの前記第一外周被支持面及び前記第二ホルダの前記第二外周被支持面に対して、前記回転工具の軸線よりも遠い側に位置するように構成されている。
本発明の他の態様に係る工具ユニットは、回転駆動される主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングを有する主軸装置を備えた工作機械に用いる工具ユニットであって、
軸線方向一方の端面にすくい面を持つ複数の刃を外周面に有し、スカイビング加工により工作物を歯車加工するスカイビングカッタである回転工具と、
前記主軸に対して着脱可能に構成され、前記主軸に対して一体回転可能に保持されると共に、前記回転工具の軸線方向において前記すくい面とは反対側に位置する前記回転工具の第一端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第一ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記すくい面側に位置する前記回転工具の第二端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第二ホルダと、
前記第一ホルダ及び前記第二ホルダを回転可能に支持すると共に、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される第三ホルダと、
を備え、
前記第三ホルダは、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第一端部よりも前記主軸側で前記第一ホルダの第一外周被支持面を回転可能に支持する第一支持面を有し、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される連結部材を有する基端側ホルダと、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第二端部よりも前記主軸とは反対側で前記第二ホルダの第二外周被支持面を回転可能に支持する第二支持面を有する先端側ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記基端側ホルダと前記先端側ホルダとの間に挟まれて配置され、前記基端側ホルダ及び前記先端側ホルダに対して着脱可能に構成され、前記回転工具が位置する軸線方向の範囲に配置され、前記回転工具の一部の前記刃を突出させる開放部を有するＣ字状に形成されるスペーサと、
を有し、
前記スペーサは、
前記Ｃ字状の内周面において前記回転工具の軸線方向の中央部にて周方向に延びるように形成され、前記回転工具の前記刃に対して径方向に対向する位置に形成され、前記回転工具の前記刃の外径よりも大きな内径の溝底面を有する溝部と、
前記Ｃ字状の内周面において前記回転工具の軸線方向に前記溝部を挟んだ両側に形成され、前記回転工具の前記刃の外径よりも小さな内径を有する両端部と、を有する。

本発明の工具ユニットによれば、第三ホルダは、回転工具の第一端部に対して一体回転可能に連結された第一ホルダと、回転工具の第二端部に対して一体回転可能に連結された第二ホルダとを支持する。これにより、回転工具は、第一ホルダ及び第二ホルダを介して第三ホルダに回転可能に支持される。これに加え、第三ホルダは、第一支持面及び第二支持面を備える。そして、第一支持面は、回転工具よりも第一端部側で第一ホルダの外周面を回転可能に支持し、第二支持面は、回転工具よりも第二端部側で第二ホルダの外周面を回転可能に支持する。これにより、工具ユニットは、第三ホルダによって回転工具の径方向への変位を効果的に規制することができるので、回転工具の支持剛性を高めることができる。

本発明の一実施形態における工作機械の斜視図である。制御装置のブロック図である。回転工具の正面図であり、一部を断面で示す。スカイビング加工を行う際の回転工具及び工作物の動作を示す図である。主軸装置に工具ユニットが装着される前の状態を示す図であり、工具ユニットの一部を断面で示す。結合ピンが結合穴にクランプされた状態を示す図であり、結合部及びクランプ装置の一部を断面で示す。工具ユニットを図５に示すＶＩＩ方向から見た図である。工具ユニットを図５に示すＶＩＩＩ方向から見た図である。工具ユニットの分割図である。

以下、本発明に係る工具ユニットを適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態である工具ユニット１００を用いて歯車加工を行う工作機械１の概略を説明する。

（１．工作機械１の概略）
図１に示すように、工作機械１は、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と２つの回転軸（Ａ軸及びＣ軸）を駆動軸として有するマシニングセンタである。工作機械１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、主軸装置４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、回転テーブル７０と、クーラント供給装置８０と、制御装置９０とを主に備える。

ベッド１０は、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０及びＸ軸モータ２１（図２参照）が設けられ、コラム２０は、Ｘ軸モータ２１に駆動されることにより、Ｘ軸方向（水平方向）へ移動可能に設けられる。さらに、コラム２０の側面には、サドル３０及びＹ軸モータ３１（図２参照）が設けられ、サドル３０は、Ｙ軸モータ３１によりＹ軸方向（鉛直方向）に移動可能に設けられる。主軸装置４０は、サドル３０内に収容された主軸モータ４１（図２参照）により回転可能に設けられる。また、主軸装置４０には、工具ユニット１００が着脱可能に装着される。後述するように、工具ユニット１００は、工作物Ｗを加工する回転工具１１０を備え、回転工具１１０は、主軸４２の回転に伴って回転する。

また、ベッド１０の上面には、テーブル５０及びＺ軸モータ５１（図２参照）が設けられる。テーブル５０は、Ｚ軸モータ５１によりＺ軸方向（水平方向）に移動可能に設けられる。テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持する一対のチルトテーブル支持部６１が設けられる。そして、一対のチルトテーブル支持部６１の間には、チルトテーブル６０がＸ軸に平行なＡ軸（水平方向）周りに揺動可能に設けられる。チルトテーブル６０の底面には、テーブル用モータ７１（図２参照）が設けられ、回転テーブル７０は、テーブル用モータ７１によりＡ軸に直交するＣ軸回りに回転可能に設けられる。回転テーブル７０には、工作物Ｗを保持する保持部７２が装着される。

クーラント供給装置８０は、クーラント貯留槽８１と、ポンプ８２とを主に備える。クーラント貯留槽８１及びポンプ８２は、ベッド１０の脇に設置される。クーラント供給装置８０は、クーラント貯留槽８１に貯留されたクーラントをポンプ８２により汲み出し、工具ユニット１００にクーラントを送出する。なお、工具ユニット１００には、クーラント供給装置８０から供給されたクーラントを、回転工具１１０による工作物Ｗの加工位置に向けて吐出するノズル部１４８及びノズル口（図８参照）が一体形成される。

図２に示すように、制御装置９０は、歯車加工に関する制御を行う。制御装置９０は、工具回転速度制御部９１と、工作物回転速度制御部９２と、位置制御部９３とを主に備える。工具回転速度制御部９１は、主軸モータ４１を駆動制御し、設定された回転速度で回転工具１１０を回転させる。工作物回転速度制御部９２は、テーブル用モータ７１を駆動制御し、設定された回転速度で工作物Ｗを回転させる。位置制御部９３は、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ３１及びＺ軸モータ５１を駆動制御し、工作物Ｗに対する回転工具１１０の位置決めを行う。また、位置制御部９３は、Ｚ軸モータ５１を駆動制御し、設定された送り速度で回転工具１１０をＺ軸方向へ送る。

（２．回転工具１１０）
次に、図３を参照して、回転工具１１０について説明する。図３に示すように、回転工具１１０は、外周面に複数の刃１１１を有するカッタ部１１２を備えたスカイビングカッタであり、各々の刃１１１の端面は、すくい角γを有するすくい面を構成する。各々の刃１１１のすくい面は、回転工具１１０の中心軸線を中心としたテーパ状としてもよく、刃１１１ごとに異なる方向を向く面状に形成してもよい。

（３．工作機械１の動作）
次に、切削加工時における工作機械１の動作を説明する。図１から図４に示すように、工作機械１は、スカイビング加工により工作物Ｗに歯車を創成する。工作機械１は、チルトテーブル６０をＡ軸周りに揺動させることにより、工作物Ｗの軸線であるＣ軸を、回転工具１１０の軸線Ｏの平行線に対して傾斜させる。なお、工作物Ｗの軸線（Ｃ軸）に対する回転工具１１０の軸線Ｏの傾斜角を交差角δと称す。そして、工作機械１は、工作物Ｗと回転工具１１０とを同期回転させつつ、回転工具１１０を工作物Ｗの軸線Ｏ方向へ送ることにより工作物Ｗを切削加工し、歯車を創成する。

なお、図４に示すように、スカイビング加工において、工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び回転工具１１０の回転速度Ｖ２は、交差角δと切削速度Ｖ３に基づいて決定される。切削速度Ｖ３及び工作物Ｗに対する回転工具１１０の送り速度Ｖ４は、歯車加工に要する加工時間（サイクルタイム）、回転工具１１０の諸元、工作物Ｗの材質、及び、工作物Ｗに形成する歯車のねじれ角等に基づいて設定される。即ち、切削速度Ｖ３及び送り速度Ｖ４は、歯車加工を行う際の加工能率及び回転工具１１０の工具寿命等を勘案し、最適な速度に設定される。

（４．工具ユニット１００の概要）
次に、工具ユニット１００について説明する。最初に、図５を参照しながら、工具ユニット１００の概略構成を説明する。図５に示すように、工具ユニット１００は、上記した回転工具１１０と、第一ホルダ１２０と、第二ホルダ１３０と、第三ホルダ１４０とを主に備える。

第一ホルダ１２０は、回転工具１１０の軸線Ｏ方向の第一端部１１０ａ（図５右側端部）に対し、回転工具１１０と一体回転可能に連結される。第二ホルダ１３０は、回転工具１１０の軸線Ｏ方向の第二端部１１０ｂ（図５左側端部、第一端部１１０ａとは反対側の端部）に対し、回転工具１１０と一体回転可能に連結される。つまり、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０は、回転工具１１０と一体回転する。

第三ホルダ１４０は、回転工具１１０、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０の外周面を覆うように設けられた部材であり、回転工具１１０の刃１１１の一部は、第三ホルダ１４０から下方へ突出する。また、第三ホルダ１４０は、主軸装置４０に対して相対回転不能に連結され、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０を回転可能に支持する。

（５．主軸装置４０と工具ユニット１００との連結態様）
次に、主軸装置４０と工具ユニット１００との連結態様について説明する。図５に示すように、主軸装置４０は、上記した主軸モータ４１と、主軸モータ４１に回転駆動される主軸４２と、主軸モータ４１及び主軸４２を収容する筒状の主軸ハウジング４３とを主に備える。主軸４２は、主軸モータ４１に回転駆動される。主軸４２の先端部分には、第一ホルダ１２０をチャックするテーパ面４２ａが形成される。主軸ハウジング４３は、玉軸受４４を介して主軸４２の外周面を回転可能に支持する。

一方、第一ホルダ１２０は、テーパ面４２ａにチャックされるテーパ状のシャンク１２１を備える。第一ホルダ１２０は、シャンク１２１がテーパ面４２ａにチャックされることにより、主軸４２に対して主軸４２と一体回転可能に保持され、主軸モータ４１の回転駆動力は、主軸４２及び第一ホルダ１２０を介して回転工具１１０に伝達される。

また、第三ホルダ１４０は、主軸ハウジング４３に連結するときに主軸ハウジング４３と対向する面に設けられた２つの結合ピン１６０を備える。２つの結合ピン１６０は、回転工具１１０の軸線Ｏ方向へ突出するように形成される。

一方、主軸ハウジング４３には、２つの結合ピン１６０と対応する位置に、結合ピン１６０を挿入可能に形成された結合穴１７１を有する結合部１７０が取り付けられている。工具ユニット１００は、２つの結合ピン１６０が結合穴１７１に挿入されることで、主軸ハウジング４３に対する相対回転が規制される。なお、結合穴１７１は、主軸ハウジング４３に直接形成してもよい。

本実施形態において、２つの結合ピン１６０のうちの１つの結合ピン１６０には、結合穴１７１にクランプ可能なクランプ装置１８０が用いられる。図６に示すように、クランプ装置１８０は、装置本体１８１と、結合ピン１６０としてのピン本体１８２と、ロッド１８３と、クランプ部１８４とを主に備える。装置本体１８１は、第三ホルダ１４０に収容される。ピン本体１８２は、装置本体１８１から主軸ハウジング４３側へ向けて突出する。

ロッド１８３は、ピン本体１８２に収容された軸状部材であり、ロッド１８３の先端部分は、先端側へ向かうにつれて拡径する楔状に形成される。ロッド１８３は、装置本体１８１に設けられたアクチュエータ（図示せず）に駆動されることで、軸線Ｏ方向へ往復移動する。クランプ部１８４は、ロッド１８３の先端部分における外周面とピン本体１８２の内周面との間に設けられ、クランプ部１８４の一部は、ピン本体１８２に形成された孔から径方向外側へ突出している。

クランプ装置１８０は、結合ピン１６０としてのピン本体１８２を結合部１７０にクランプする際、ピン本体１８２が結合穴１７１に挿入された状態で、ロッド１８３を装置本体１８１側へ引き込む。これに伴い、クランプ部１８４は、楔状に形成されたロッド１８３の先端部分により径方向外側へ押し広げられ、ピン本体１８２から径方向外側へ突出する部位が結合穴１７１の内周面に押し当てられる。これにより、ロッド１８３は、クランプ部１８４を介して結合穴１７１の内周面にクランプされ、結合部１７０及び主軸ハウジング４３に対するピン本体１８２の軸線Ｏ方向への変位が規制される。

このように、クランプ装置１８０は、主軸ハウジング４３に対する工具ユニット１００の相対回転を規制すると共に、主軸ハウジング４３に対する工具ユニット１００の軸線Ｏ方向両側への相対移動を規制することができる。よって、工具ユニット１００は、主軸ハウジング４３に対して強固に連結することができる。

（６．工具ユニット１００の詳細）
続いて、工具ユニット１００の各構成について説明する。図７に示すように、第一ホルダ１２０は、第一端部側に形成されるシャンク１２１と、第二端部側に形成される第一ホルダ本体１２２と、シャンク１２１と第一ホルダ本体１２２との間に形成されるフランジ部１２３とを備える。

シャンク１２１は、上記したように、主軸４２（図５参照）に対して一体回転可能に保持される部位であり、シャンク１２１を主軸４２にチャックすることにより、第一ホルダ１２０は、主軸４２と同軸に配置される。第一ホルダ本体１２２は、回転工具１１０の第一端部１１０ａに連結される円柱状の部位である。フランジ部１２３は、シャンク１２１及び第一ホルダ本体１２２よりも径方向外方へ張り出す部位であり、フランジ部１２３には、周方向全体に亘って延びる環状溝１２３ａが形成される。

ここで、工作機械１には、主軸装置４０に装着可能な複数の工具が収容された工具マガジン（図示せず）と、主軸装置４０に装着された工具を工具マガジンに収容された工具と交換する工具交換装置（図示せず）とが設けられる。工具ユニット１００は、未使用時には工具マガジンに収容され、使用時に工具交換装置を用いて主軸装置４０に装着される。工具交換装置は、フック状の把持部を有する交換アームを備える。交換アームは、主軸装置４０に対する工具ユニット１００の着脱を行う際、把持部を環状溝１２３ａに引っ掛けることにより、工具ユニット１００を把持する。

ここで、回転工具１１０、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０の連結態様を説明する。回転工具１１０には、軸線Ｏ方向に貫通する貫通孔１１３が形成される。そして、回転工具１１０は、貫通孔１１３を形成する内周面であって軸線Ｏ方向の第一端部１１０ａ（図５右側端部）に開口する第一開口１１２ａを形成する嵌合面１１４を備える。

一方、第一ホルダ１２０の第二端部側の端面には、第一開口１１２ａから貫通孔１１３に挿入される円筒状の第一インロー部１２４が形成される。第一インロー部１２４が貫通孔１１３に挿入されると、第一インロー部１２４の外周面は、嵌合面１１４に嵌合される。これにより、工具ユニット１００は、第一ホルダ１２０を回転工具１１０と同軸に配置され、回転工具１１０が主軸４２と同軸に配置される。

また、回転工具１１０は、貫通孔１１３を形成する内周面であって軸線Ｏ方向の第二端部１１０ｂ（図５左側端部）に開口する第二開口１１５ａを形成する円筒面１１５を備える。円筒面１１５は、嵌合面１１４よりも大径であって、嵌合面１１４及び円筒面１１５は、第二端部１１０ｂ側を向く接続面１１６を介して段状に接続される。

一方、第二ホルダ１３０の第一端部側の端面には、回転工具１１０の接続面１１６に係止される係止部１３１と、係止部１３１から第一端部側へ突出する円筒状の第二インロー部１３２とが形成される。第二インロー部１３２は、第二開口１１５ａから貫通孔１１３へ挿入されることにより、第二インロー部１３２の外周面が嵌合面１１４に嵌合し、第二ホルダ１３０は、回転工具１１０と同軸に配置される。

工具ユニット１００は、回転工具１１０に対して第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０を一体回転可能に連結する連結ボルト１５０を備える。一方、第二ホルダ１３０には、連結ボルト１５０を挿入可能なボルト孔１３４が形成される。ボルト孔１３４は、第二ホルダ１３０と同軸に形成された貫通孔であり、ボルト孔１３４の内周面には、連結ボルト１５０を第二端部側から挿入した場合に連結ボルト１５０の頭部１５１が係止される座繰り部１３５が形成される。

また、第二ホルダ１３０には、第二インロー部１３２から更に第一端部側へ突出する円筒状の突起１３３が形成される。一方、第一ホルダ１２０には、第二端部側の端面に開口する連結孔１２５と、連結孔１２５に連通するめねじ孔１２６とが形成される。これら連結孔１２５及びめねじ孔１２６は、第一ホルダ１２０と同軸に形成される。連結孔１２５は、突起１３３を挿入可能な孔であり、少なくとも第一インロー部１２４に形成される。めねじ孔１２６は、連結孔１２５よりも小径の孔であり、めねじ孔１２６の内周面には、連結ボルト１５０の軸部１５２に形成されたおねじに螺合するめねじが形成される。

連結ボルト１５０は、第一インロー部１２４及び第二インロー部１３２が貫通孔１１３に対して、突起１３３が連結孔１２５に対して、それぞれ挿入された状態でボルト孔１３４に挿入され、めねじ孔１２６に螺合される。このとき、第二インロー部１３２は、ボルト孔１３４に挿入された連結ボルト１５０によりボルト孔１３４が径方向外方へ押し広げられて拡径し、嵌合面１１４にクランプされる。また、第一インロー部１２４に挿入された突起１３３が、突起１３３に挿入された連結ボルト１５０により径方向外方へ押し広げられることで第一インロー部１２４が拡径し、嵌合面１１４にクランプされる。これにより、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０は、回転工具１１０に対し、同軸に、且つ、一体回転可能に連結される。

なお、ボルト孔１３４は、拡径しなくてもよい。つまり、例えば、連結ボルト１５０がめねじ孔１２６に螺合することにより、或いは、連結ボルト１５０とボルト孔１３４とがキー結合することにより、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０が、回転工具１１０に対し、同軸に、且つ、一体回転可能に連結されていればよい。

次に、第三ホルダ１４０について説明する。第三ホルダ１４０は、主軸ハウジング４３に連結される基端側ホルダ１４１と、基端側ホルダ１４１よりも主軸装置４０から離れた位置に配置される先端側ホルダ１４２と、基端側ホルダ１４１と先端側ホルダ１４２の間に設けられるスペーサ１４３とを備える。

基端側ホルダ１４１、先端側ホルダ１４２及びスペーサ１４３は、それぞれが別体に形成される。スペーサ１４３は、４つの第一固定ボルト１９１によって基端側ホルダ１４１に一体回転可能に連結されると共に、３つの第二固定ボルト１９２によって先端側ホルダ１４２に対して一体回転可能に連結される。また、基端側ホルダ１４１には、上記した２つの結合ピン１６０が設けられる。第三ホルダ１４０は、２つの結合ピン１６０が主軸ハウジング４３に取り付けられた結合部１７０の結合穴１７１に挿入されることで、主軸ハウジング４３に対して相対回転不能に連結される。

ここで、第三ホルダ１４０に設けられた２つの結合ピン１６０は、第一ホルダ１２０よりも図８に示す上側に配置される。つまり、２つの結合ピン１６０は、片側に寄せて配置される。この場合、主軸装置４０に対する工具ユニット１００の着脱が工具交換装置を用いて行われる場合に、交換アーム（図示せず）は、下方からフランジ部１２３を把持することで、２つの結合ピン１６０との干渉を回避できる。

続いて、第三ホルダ１４０の各構成を説明する。図５から図９に示すように、基端側ホルダ１４１は、筒状に形成される。基端側ホルダ１４１は、第一支持面１４４を備える。第一支持面１４４は、基端側ホルダ１４１の内周面であって、第一ホルダ本体１２２の外周面と対向する位置に配置される。そして、第一支持面１４４は、第一軸受１９３を介して第一ホルダ本体１２２の外周面を回転可能に支持する。さらに、基端側ホルダ１４１には、主軸装置４０に連結された際に主軸ハウジング４３よりも外側へ張り出す位置に、クーラント供給装置８０（図１参照）からクーラントが供給されるクーラント供給口１４７が設けられる。

先端側ホルダ１４２は、筒状に形成される。先端側ホルダ１４２は、第二支持面１４５を備える。第二支持面１４５は、先端側ホルダ１４２の内周面であって、第二ホルダ１３０の外周面と対向する位置に配置される。そして、第二支持面１４５は、第二軸受１９４を介して第二ホルダ１３０の外周面を回転可能に支持する。

スペーサ１４３は、回転工具１１０の軸線Ｏ方向に沿って延びる部材であり、回転工具１１０の軸線Ｏ方向から見たスペーサ１４３の形状は、下方が開放されたＣ字状に形成される。スペーサ１４３は、回転工具１１０の周囲を覆うように設けられ、カッタ部１１２の一部は、スペーサ１４３から下方へ突出する。これにより、スペーサ１４３は、回転工具１１０による加工を行う際に、工作物Ｗとスペーサ１４３との干渉を防止できる。

なお、第三ホルダ１４０を軸線Ｏ方向から見た場合に、カッタ部１１２の一部は、基端側ホルダ１４１及び先端側ホルダ１４２よりも下方へ突出しているので、基端側ホルダ１４１及び先端側ホルダ１４２は、回転工具１１０による加工時において、基端側ホルダ１４１及び先端側ホルダ１４２と工作物Ｗとの干渉を回避できる。

その一方で、スペーサ１４３の下端は、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０よりも下方に位置している。これにより、スペーサ１４３は、回転工具１１０による加工に伴って発生する切粉や、加工位置に向けて供給されるクーラントの飛散を抑制できる。また、第一軸受１９３及び第二軸受１９４軸線Ｏ方向両側には、一対のオイルシール１９５，１９６が設けられているので、切粉やクーラント等が第一軸受１９３及び第二軸受１９４に飛散することを防止できる。

また、スペーサ１４３の内周面には、回転工具１１０のカッタ部１１２と対向する位置に、周方向に延びる溝部１４６が形成される。溝部１４６の内径は、カッタ部１１２の外径よりも大きな寸法に形成される。これにより、スペーサ１４３は、スペーサ１４３の内周面と刃１１１との干渉を回避できる。

一方、溝部１４６を挟んだ軸線Ｏ方向両側において、スペーサ１４３の内径は、カッタ部１１２の外径よりも小さな寸法に設定される。この場合、スペーサ１４３は、回転工具１１０の軸線Ｏ方向に直交する方向におけるスペーサ１４３の厚さ寸法を大きくすることができるので、第三ホルダ１４０の剛性を高めることができる。これにより、工具ユニット１００は、主軸装置４０に対して回転工具１１０を強固に保持することができるので、回転工具１１０の支持剛性を高めることができる。

ここで、第三ホルダ１４０は、回転工具１１０及び第一ホルダ１２０の軸線Ｏ方向における長さ寸法に応じて、スペーサ１４３の軸線Ｏ方向長さを変更することができる。つまり、回転工具１１０及び第一ホルダ１２０の軸線Ｏ方向長さは、加工する工作物Ｗの形状や寸法、加工位置等により様々である。そのため、工具ユニット１００は、回転工具１１０及び第一ホルダ１２０の軸線Ｏ方向長さに応じた軸線Ｏ方向長さを有する第三ホルダ１４０を用いる必要がある。

これに対し、第三ホルダ１４０は、回転工具１１０及び第一ホルダ１２０の軸線Ｏ方向における長さ寸法に応じたスペーサ１４３を用いることで、基端側ホルダ１４１及び先端側ホルダ１４２の部品共通化を図ることができる。よって、工具ユニット１００は、第三ホルダ１４０の汎用性を高めることができる。また、第三ホルダ１４０は、基端側ホルダ１４１及び先端側ホルダ１４２と比べて形状が簡素なスペーサ１４３の軸線Ｏ方向長さを変えることで、第三ホルダ１４０の全体としての軸線Ｏ方向長さを調整できる。つまり、スペーサ１４３は、基端側ホルダ１４１及び先端側ホルダ１４２と比べて製造コストを抑えることができるので、第三ホルダ１４０は、全体としての製造コストの低減を図ることができる。

ここで、基端側ホルダ１４１、先端側ホルダ１４２及びスペーサ１４３の各々には、クーラント供給口１４７に連通するノズル部１４８が形成され、先端側ホルダ１４２には、ノズル部１４８に連通するノズル口１４９が下方に向けて開口している。よって、クーラント供給装置８０から供給されたクーラントは、クーラント供給口１４７からノズル部１４８に流入し、ノズル口１４９から加工位置へ向けて吐出される。このように、第三ホルダ１４０には、クーラント供給装置８０から供給されたクーラントを加工位置へ吐出するクーラントノズルが一体形成されている。よって、工作機械１は、部品点数を少なくすることができる。また、工具ユニット１００は、主軸装置４０から取り外すことにより、ノズル部１４８の洗浄を効率よく行うことができる。

上記したように、第一ホルダ１２０は、回転工具１１０の第一端部１１０ａに対して、同軸に、且つ、一体回転可能に連結される。そして、第三ホルダ１４０は、回転工具１１０よりも主軸装置４０に対して近い位置に設けた第一支持面１４４で、回転工具１１０の第一端部１１０ａに連結された第一ホルダ１２０の外周面を回転可能に支持する。

これに加え、第二ホルダ１３０は、回転工具１１０の第二端部１１０ｂに対して、同軸に、且つ、一体回転可能に連結される。そして、第三ホルダ１４０は、回転工具１１０よりも主軸装置４０に対して離れた位置に設けた第二支持面１４５で、回転工具１１０の第二端部１１０ｂに連結された第一ホルダ１２０の外周面を回転可能に支持する。

このように、回転工具１１０は、第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０を介して第三ホルダ１４０に回転可能に両持ち支持される。また、第一支持面１４４は、回転工具１１０よりも第一端部１１０ａ側で第一ホルダ１２０の外周面を回転可能に支持し、第二支持面１４５は、回転工具１１０よりも第二端部１１０ｂ側で第二ホルダ１４５の外周面を回転可能に支持する。これにより、工具ユニット１００は、第三ホルダ１４０によって回転工具１１０の径方向への変位を効果的に規制することができるので、回転工具１００の支持剛性を高めることができる。

さらに、第三ホルダ１４０は、第一支持面１４４が主軸４２よりも回転工具１１０に近い位置で第一ホルダ１２０を支持するので、回転工具１１０の支持剛性を高めることができる。第二ホルダ１３０は、第二インロー部１３２が回転工具１１０の嵌合面１１４を支持し、第三ホルダ１４０は、第二支持面１４５で第二ホルダ１３０の外周面を支持するので、回転工具１１０の支持剛性を高めることができる。

ここで、第一軸受１９３は、回転工具１１０よりも主軸装置４０に近い位置で、第一ホルダ本体１２２の外周面を第一支持面１４４に対して相対回転可能に支持する。そして、工具ユニット１００には、第一軸受１９３として一対のアンギュラ玉軸受が用いられている。これにより、第一軸受１９３は、ラジアル荷重に加えてスラスト荷重を支持することができる。特に、工具ユニット１００は、回転工具１１０よりも主軸装置４０に近い位置に配置する第一軸受１９３にアンギュラ軸受を用いることにより、主軸装置４０に対して工具ユニット１００を強固に固定することができる。その結果、工具ユニット１００は、主軸装置４０に対する回転工具１１０の支持剛性を高めることができる。

一方、第二軸受１９４は、回転工具１１０よりも主軸装置４０から離れた位置で、第二ホルダ１３０の外周面を第二支持面１４５に対して相対回転可能に支持する。そして、工具ユニット１００には、第二軸受１９４としてラジアルころ軸受が用いられている。これにより、工具ユニット１００は、第二軸受１９４の部品コストを抑えつつ、ラジアル荷重を支持することができる。

なお、回転工具１１０は、連結ボルト１５０によって第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０に固定されているので、連結ボルト１５０による固定を解除することで、回転工具１１０を第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０から取り外すことができる。よって、工具ユニット１００は、回転工具１１０の交換を容易に行うことができる。

具体的に、工具ユニット１００は、連結ボルト１５０による固定を解除した後、第二ホルダ１３０及び回転工具１１０を第一ホルダ１２０に対して第二端部側へスライドさせることにより、回転工具１１０を第一ホルダ１２０及び第二ホルダ１３０から取り外すことができる。この点に関して、溝部１４６は、カッタ部１１２よりも軸線Ｏ方向における長さ寸法を大きく形成することで、回転工具１１０をスライドさせた際に、カッタ部１１２がスペーサ１４３の内周面と干渉することを回避できる。

さらに、第一ホルダ１２０は、アンギュラ軸受である第一軸受１９３を介して第一支持面１４４に支持され、第二ホルダ１３０は、ラジアル軸受である第二軸受１９４を介して第二支持面１４５に支持される。よって、工具ユニット１００は、回転工具１１０を取り外す際に、第一ホルダ１２０の軸線Ｏ方向へのスライドを規制しつつ、第二ホルダ１３０のスライドを円滑に行うことができるので、回転工具１１０の着脱作業を効率よく行うことができる。

特に、本実施形態において、回転工具１１０は、スカイビングカッタであり、ホブカッタ等と比べて摩耗しやすく、交換頻度が高い。これに対し、工具ユニット１００は、回転工具１１０の着脱作業を効率よく行うことができるので、作業者の負担を効果的に軽減させることができる。

（７．その他）
以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施形態では、回転工具１１０がスカイビングカッタである場合に本発明を適用する場合を挙げて説明したが、回転工具１１０がホブカッタや他の回転工具である場合においても、本発明を適用することができる。

上記実施形態では、第一インロー部１２４が第一ホルダ１２０に形成され、嵌合面１１４が回転工具１１０に形成される場合について説明したが、第一インロー部１２４を回転工具１１０に形成し、嵌合面１１４を第一ホルダ１２０に形成してもよい。同様に、第二インロー部１３２が第二ホルダ１３０に形成される場合について説明したが、第二インロー部１３２を回転工具１１０に形成してもよい。また、上記実施形態では、嵌合面１１４に第一インロー部１２４及び第二インロー部１３２の双方が嵌合される場合を例に挙げて説明したが、第一インロー部１２４が嵌合する第一嵌合面と第二インロー部１３２が第二嵌合面とを別々に設けてもよく、第一嵌合面と第二嵌合面とが異なる内径を有するものであってもよい。

上記実施形態では、結合ピン１６０が工具ユニット１００に設けられ、結合穴１７１が主軸装置４０に設けられる場合を例に挙げて説明したが、主軸装置４０に結合ピン１６０を設け、工具ユニット１００に結合穴１７１を設けてもよい。また、結合ピン１６０及び結合穴１７１の数は、少なくとも２つ以上設ければよく、結合ピン１６０及び結合穴１７１の配置やクランプ装置１８０を設ける数は、任意である。

１：工作機械、４０：主軸装置、４２：主軸、４３：主軸ハウジング、８０：クーラント供給装置、１００：工具ユニット、１１０：回転工具、１１０ａ：回転工具の第一端部、１１０ｂ：回転工具の第二端部、１１４：嵌合面（第一嵌合面、第二嵌合面）１２０：第一ホルダ、１２４：第一インロー部、１３２：第二インロー部、１４０：第三ホルダ、１４１：基端側ホルダ、１４２：先端側ホルダ、１４３：スペーサ、１４４：第一支持面、１４５：第二支持面、１６０：結合ピン、１７１：結合穴、１８０：クランプ装置、Ｏ：回転工具の軸線、Ｗ：工作物

Claims

回転駆動される主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングを有する主軸装置を備えた工作機械に用いる工具ユニットであって、
軸線方向一方の端面にすくい面を持つ複数の刃を外周面に有し、スカイビング加工により工作物を歯車加工するスカイビングカッタである回転工具と、
前記主軸に対して着脱可能に構成され、前記主軸に対して一体回転可能に保持されると共に、前記回転工具の軸線方向において前記すくい面とは反対側に位置する前記回転工具の第一端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第一ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記すくい面側に位置する前記回転工具の第二端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第二ホルダと、
前記第一ホルダ及び前記第二ホルダを回転可能に支持すると共に、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される第三ホルダと、
を備え、
前記第三ホルダは、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第一端部よりも前記主軸側で前記第一ホルダの第一外周被支持面を回転可能に支持する第一支持面を有し、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される連結部材を有する基端側ホルダと、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第二端部よりも前記主軸とは反対側で前記第二ホルダの第二外周被支持面を回転可能に支持する第二支持面を有する先端側ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記基端側ホルダと前記先端側ホルダとの間に挟まれて配置され、前記基端側ホルダ及び前記先端側ホルダに対して着脱可能に構成され、前記回転工具が位置する軸線方向の範囲に配置され、前記回転工具の一部の前記刃を突出させる開放部を有するＣ字状に形成されるスペーサと、
を有し、
前記スペーサは、
前記回転工具の軸線から前記開放部へ向かう方向において、前記開放部を形成する前記Ｃ字状の周方向開放端の位置が、前記第一ホルダの前記第一外周被支持面及び前記第二ホルダの前記第二外周被支持面に対して、前記回転工具の軸線よりも遠い側に位置するように構成された、工具ユニット。
回転駆動される主軸と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ハウジングを有する主軸装置を備えた工作機械に用いる工具ユニットであって、
軸線方向一方の端面にすくい面を持つ複数の刃を外周面に有し、スカイビング加工により工作物を歯車加工するスカイビングカッタである回転工具と、
前記主軸に対して着脱可能に構成され、前記主軸に対して一体回転可能に保持されると共に、前記回転工具の軸線方向において前記すくい面とは反対側に位置する前記回転工具の第一端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第一ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記すくい面側に位置する前記回転工具の第二端部に対し、前記回転工具と同軸に、且つ、前記回転工具と一体回転可能に連結される第二ホルダと、
前記第一ホルダ及び前記第二ホルダを回転可能に支持すると共に、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される第三ホルダと、
を備え、
前記第三ホルダは、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第一端部よりも前記主軸側で前記第一ホルダの第一外周被支持面を回転可能に支持する第一支持面を有し、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される連結部材を有する基端側ホルダと、
筒状に形成され、前記回転工具の前記第二端部よりも前記主軸とは反対側で前記第二ホルダの第二外周被支持面を回転可能に支持する第二支持面を有する先端側ホルダと、
前記回転工具の軸線方向において前記基端側ホルダと前記先端側ホルダとの間に挟まれて配置され、前記基端側ホルダ及び前記先端側ホルダに対して着脱可能に構成され、前記回転工具が位置する軸線方向の範囲に配置され、前記回転工具の一部の前記刃を突出させる開放部を有するＣ字状に形成されるスペーサと、
を有し、
前記スペーサは、
前記Ｃ字状の内周面において前記回転工具の軸線方向の中央部にて周方向に延びるように形成され、前記回転工具の前記刃に対して径方向に対向する位置に形成され、前記回転工具の前記刃の外径よりも大きな内径の溝底面を有する溝部と、
前記Ｃ字状の内周面において前記回転工具の軸線方向に前記溝部を挟んだ両側に形成され、前記回転工具の前記刃の外径よりも小さな内径を有する両端部と、を有する、工具ユニット。
前記スペーサは、
前記Ｃ字状の内周面において前記回転工具の軸線方向の中央部にて周方向に延びるように形成され、前記回転工具の前記刃に対して径方向に対向する位置に形成され、前記回転工具の前記刃の外径よりも大きな内径の溝底面を有する溝部と、
前記Ｃ字状の内周面において前記回転工具の軸線方向に前記溝部を挟んだ両側に形成され、前記回転工具の前記刃の外径よりも小さな内径を有する両端部と、を有する、請求項１に記載の工具ユニット。
前記スペーサの前記溝部において、
前記回転工具の軸線方向において、前記回転工具の前記刃の前記すくい面と前記溝部の先端側の溝側面との離間距離を先端側離間距離と定義し、
前記回転工具の軸線方向において、前記回転工具の前記刃の前記すくい面とは反対側の面と前記溝部の基端側の溝側面との離間距離を基端側離間距離と定義し、
前記溝部は、前記先端側離間距離が前記基端側離間距離より長くなるように、前記回転工具に対して形成される、請求項２又は３に記載の工具ユニット。
前記回転工具の前記第一端部及び前記第一ホルダの何れか一方には、前記回転工具の軸線方向に突出する第一インロー部が形成され、
前記回転工具の前記第一端部及び前記第一ホルダの何れか他方には、前記第一インロー部の外周面に嵌合する第一嵌合面が形成され、
前記回転工具の前記第二端部及び前記第二ホルダの何れか一方には、前記回転工具の軸線方向に突出する第二インロー部が形成され、
前記回転工具の前記第二端部及び前記第二ホルダの何れか他方には、前記第二インロー部の外周面に嵌合する第二嵌合面が形成される、請求項１～４の何れか一項に記載の工具ユニット。
前記第三ホルダは、
前記第一支持面を有する筒状の部材であって、前記主軸ハウジングに対して相対回転不能に連結される基端側ホルダと、
前記第二支持面を有する筒状の部材であって、前記基端側ホルダとは別体に設けられる先端側ホルダと、
前記基端側ホルダと前記先端側ホルダとの間に設けられ、前記基端側ホルダ及び前記先端側ホルダに対して一体回転可能に連結されるスペーサと、
を備える、請求項１～５の何れか一項に記載の工具ユニット。
前記工具ユニットは、
前記第一支持面に対して前記第一ホルダの外周面を相対回転可能に支持するアンギュラ軸受と、
前記第二支持面に対して前記第二ホルダの外周面を相対回転可能に支持するラジアル軸受と、
を備える、請求項１～６の何れか一項に記載の工具ユニット。
前記工具ユニットは、
前記第三ホルダ及び前記主軸ハウジングの何れか一方に設けられ、前記第三ホルダ及び前記主軸ハウジングの前記何れか一方から前記回転工具の軸線方向へ突出する複数の結合ピンと、
前記第三ホルダ及び前記主軸ハウジングの何れか他方に設けられ、前記複数の結合ピンの各々を挿入可能に形成された複数の結合穴と、
を備える、請求項１～７の何れか一項に記載の工具ユニット。
前記複数の結合ピンのうち少なくとも１つは、前記結合穴にクランプ可能なクランプ装置である、請求項８に記載の工具ユニット。
前記工作機械は、クーラントを供給するクーラント供給装置を備え、
前記第一ホルダは、前記クーラント供給装置から供給されたクーラントを、前記回転工具による加工位置へ吐出するノズル部を備える、請求項１～９の何れか一項に記載の工具ユニット。