JPH0357373Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、ドリルやタツプ等の回転切削工具を
工作機械の主軸に取り付けるために使用されるホ
ルダーに関するものである。

（従来の技術） ドリル等の回転切削工具は、その刃部の摩耗に
よつて切削性能が低下し、切削トルクが大きくな
る。従つて、ドリル等は加工個数を決めて再研磨
の時期を管理しているが、被削材や切削条件が変
わると寿命管理が難しく、切削途中に破損させて
しまつて被加工物を不良にするケースが多い。特
に小径ドリルやタツプは折れ易く、切削中の切粉
詰まりでも簡単に折れることが多い。

切削途中に工具が折損したことを検出する手段
としては、工具折損時の超音波振動をキヤツチす
る方式のセンサーが知られているが、実際に必要
なことは、工具が折れる前に機械を止め、工具を
交換することである。

回転切削工具が折れる主たる原因は、前記のよ
うに刃部の摩耗や切粉の詰まり等によつて切削ト
ルクが大きくなることであるから、従来は、単に
限界を越える切削トルクが作用しないように安全
クラツチを介して工具を回転駆動すれば工具の折
損を防止出来ると考え、工具を保持するスピンド
ルとホルダー本体との間に一定トルクを越えると
スリツプする各種のトルクリミツターを介装する
ことが考えられた。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら従来のホルダーでは、切削トルク
が一定値を越えたとき、前記トルクリミツターに
より工具への回転力の伝達を自動的に断つことが
出来ても軸心方向の送りはそのまま続行されるた
めに、工具が軸心方向に圧縮され、その圧縮応力
の増大によつて工具が破損することになる。特に
小径ドリルやタツプ等は、軸心方向の圧縮応力の
増大により簡単に座屈破損する恐れがある。即
ち、前記のように単に、工具を保持するスピンド
ルとホルダー本体との間にトルクリミツターを介
装する方法では、工具の折損を確実に防止するこ
とが出来なかつた。

（課題を解決するための手段） 本考案は上記のような従来の問題点を解決する
ために、工作機械へ取り付けるホルダー本体に、
先端に工具チヤツク部を備えたスピンドルを、軸
心の周りの回転と一定範囲内での軸心方向移動と
が可能な状態に同心状に支持し、前記ホルダー本
体と前記スピンドルとの間に、前記スピンドルを
出限位置で前記ホルダー本体に結合する過負荷回
避用クラツチ機構と、前記スピンドルが出限方向
に付勢するスプリングに抗してホルダー本体に対
し一定量後退移動したときに互いに噛み合うスピ
ンドル強制駆動用クラツチとを介装して成る回転
切削工具ホルダーを提案するものである。

（考案の作用） 上記工具ホルダーを工作機械の主軸にセツトす
ると共に、ドリル等の回転切削工具を前記工具チ
ヤツクに取り付けて切削作業を行うが、前記工具
チヤツクを介して工具を保持する前記スピンドル
は前記過負荷回避用クラツチ機構により出限位置
に保持された状態にある。従つて、前記工具の捩
じり折損強度と平衡する限界切削トルクよりも少
し低い回転力で前記クラツチ機構が切れるように
当該クラツチ機構の作用条件を設定しておくこと
により、前記工具が摩耗したため、或いは切粉が
詰まつたために、切削トルクが前記クラツチ機構
の伝達トルクを超えた場合には、当該クラツチ機
構が自動的に切れてホルダー本体がスピンドル
（工具）に対して空回りする状態になる。従つて、
捻じり折損強度を超える捻じり応力が工具に作用
するのを未然に防止することが出来る。又、前記
クラツチ機構が切れてスピンドルとホルダー本体
との結合が解かれると、当該スピンドルは出限方
向に付勢する付勢力に抗してホルダー本体に対し
後退移動可能であるから、主軸の送りによつてホ
ルダー本体が回転軸方向に進出移動しても、スピ
ンドル（工具）に対しホルダー本体のみが前記付
勢力に抗して相対的に回転軸方向に進出移動する
ことになり、圧縮折損強度を超えるような過大な
軸心方向圧縮応力が工具に作用するのを未然に防
止し得る。

上記のように過負荷回避用クラツチ機構が働い
て切削工具が停止したならば、ホルダー本体に対
し相対的に後退移動するスピンドルが後退限位置
に達するまでに、人為的操作等により主軸の送り
を停止し、当該主軸を引き戻して切削工具の交換
作業等を行うことになるが、万一、主軸の送りを
停止することが行われないか又は行うことが出来
なかつた場合、停止しているスピンドルがホルダ
ー本体に対し後退限位置に達したときに当該スピ
ンドルがホルダー本体により強制的に軸方向に押
し出され、間違いなく切削工具又は工具ホルダー
自体が破損することになる。

然るに、上記の本考案の構成に於いては、ホル
ダー本体に対しスピンドルが相対的に一定量後退
移動したときに前記スピンドル強制駆動用クラツ
チが自動的に入り、ホルダー本体によりスピンド
ルが再び強制回転駆動される。従つて、当該スピ
ンドルが強制的に軸方向に押し出されても、前記
過負荷回避用クラツチ機構が切れたときの切削ト
ルクを超える大きな切削トルクで強制切削が行わ
れることになるので、最初に過負荷が生じた原因
によつては、やはりこのようなスピンドル強制駆
動用クラツチがない場合と同様に切削工具等の破
損を招く可能性も残るが、場合によつては、この
過大切削トルクによる強制切削作用で最初に過負
荷が生じた原因が取り除かれ、そのまま切削が継
続されて切削工具等の破損を免れる可能性もあ
る。

（考案の効果） 以上のように本考案の工具ホルダーによれば、
回転切削工具に過負荷が生じたとき、過負荷回避
用クラツチ機構により、回転切削工具の過大切削
トルクによる捻じり折損や軸心方向の過大圧縮力
による座屈折損を確実に防止することが出来るの
である。

しかもこのように過負荷回避用クラツチ機構が
働いたときに、何等かの原因で主軸の送り停止が
行われなかつた場合でも、切削工具や工具ホルダ
ー自体が破損する可能性を少なくすることが出来
るのである。

（実施例） 以下に本考案の一実施例を添付の例示図に基づ
いて説明する。

第１図に於いて、１はホルダー本体であり、工
作機械の主軸２への取付部となるシヤンク部３
と、このシヤンク部３の外端にボルト４で同心状
に取り付けられた円筒状本体５とから構成されて
いる。６はスピンドルであつて、前記円筒状本体
５内に前後一対の回転軸受７ａ，７ｂにより同心
状に支持され、円筒状本体５から突出する外端に
工具チヤツク８を備えている。このスピンドル６
は、前記回転軸受７ａ，７ｂにより円筒状本体５
に対し軸心の周りで回転可能であると同時に、前
記回転軸受７ａ，７ｂとの間の微少間隙（嵌め合
い公差）の存在により軸心方向に一定範囲内で移
動可能である。このスピンドル６と回転軸受７
ａ，７ｂとの間の微少間隙中には潤滑油による油
膜が介在しているので、スピンドル６を軸心方向
に移動し得る状態で精度良く支承し得る。

９はトルク制限用第一ボールクラツチであり、
第１図と第２図に示すように、前記スピンドル６
から一体に突設されたボール支持盤１０、このボ
ール支持盤１０の内側に放射状に形成されたボー
ル支持溝１１、各ボール支持溝１１内にスピンド
ル６に対し半径方向遊動可能に一部が嵌合するク
ラツチボール１２、前記ボール支持盤１０の内側
でスピンドル６に回転及び軸心方向移動可能に遊
嵌されたボール押圧盤１３、このボール押圧盤１
３をボール支持盤１１側へ押圧する圧縮コイルス
プリング１４、及び前記各クラツチボール１２の
一部が嵌合するように前記円筒状本体５の円柱状
内周面５ａに設けられた周方向複数個のボール係
止孔１５から構成されている。

前記スプリング１４によつて付勢されたボール
押圧盤１３は、その円錐状押圧面１３ａにより各
クラツチボール１２を押圧する。この結果、ボー
ル支持盤１０を介してスピンドル６が軸心方向外
方に付勢されるので、当該スピンドル６は、ボー
ル支持盤１０が回転軸受７ａに当接する出限位置
に保持される。一方、ボール押圧盤１３の円錐状
押圧面１３ａによつて各クラツチボール１２はス
ピンドル６に対して遠心方向に付勢されるので、
前記のようにスピンドル６が出限位置にあると
き、各クラツチボール１２の一部が円筒状本体５
側のボール係止孔１５に各々嵌合する。即ち、ク
ラツチ入りの状態になる。

１６は伝達トルク調整手段であつて、第１図と
第３図に示すように、スピンドル６に軸心方向相
対移動可能に遊嵌され且つ前記スプリング１４の
内端を受けるスプリング受け盤１７、このスプリ
ング受け盤１７から直径方向に突設された２つの
突出部１７ａが各々貫通するように円筒状本体５
に設けられた軸心方向に長い２つの長孔１８、前
記円筒状本体５の外周面に設けられたねじ溝加工
周面部１９に螺嵌し且つ内周面に前記２つの突出
部１７ａが嵌合する環状溝２０を備えた調整リン
グ２１、及び当該調整リング２１のロックボルト
２２から構成されている。

第１図に示す状態は、前記調整リング２１によ
り前記スプリング受け盤１７を後退限位置まで後
退させ、スプリング１４の初期圧縮応力を最小に
した状態、即ちボールクラツチ９の伝達トルクを
最小に調整した状態を示す。従つて、ボールクラ
ツチ９の伝達トルクを大きくするときは、ロツク
ボルト２２を弛緩させた状態で調整リング２１を
繰り出し方向に回転させ、環状溝２０の一側面に
当接している突出部１７ａを介してスプリング受
け盤１７を軸心方向に前進移動させて、スプリン
グ１４を圧縮させれば良い。即ち、調整リング２
１の回転繰り出しによりボールクラツチ９の伝達
トルクが大きくなり、調整リング２１の回転引き
戻しによりボールクラツチ９の伝達トルクが小さ
くなる。

２３はスラスト力制限用第二ボールクラツチで
あつて、第１図及び第４図に示すように、スピン
ドル６の内端近傍周面６ａに刻設された周方向複
数個の凹部２４、この各凹部２４と対抗するよう
に円筒状本体５に設けられた半径方向のボール支
持孔２５、各凹部２４とボール支持孔２５とに跨
がつて嵌合するクラツチボール２６、及び各ボー
ル支持孔２５に螺嵌されたスプリング受け捻子２
７とクラツチボール２６との間に介装されたスプ
リング２８から構成されている。前記凹部２４
は、スピンドル周面６ａの一定角度範囲を周方向
に沿つて直線状に切削して構成したもので、その
周方向中央部が最深部となり、周方向に深さが漸
減するものである。勿論、ホルダー本体１の回転
方向が一定であれば、凹部２４は最深部から反回
転方向にのみ深さが漸減する形状に構成すること
も可能である。

第１図に於いて、２９はスピンドル後退移動検
出手段であつて、スイツチ機構３０、電源３１、
ホルダー本体１の外側に向かつて光線を照射する
ように当該ホルダー本体１の外周部に取り付けら
れた赤外線発光ダイオード３２、及び当該ダイオ
ード３２の駆動回路３３から構成されている。前
記スイツチ機構３０は、前記スピンドル６の内端
部に同心状に一定範囲内出退移動自在に保持され
且つスプリング３４により後方へ突出するように
付勢された可動接点棒３５と、この可動接点棒３
５に対向するように電気絶縁板３６を介して支持
された固定接点３７とから構成され、前記電源３
１は、電池ボツクス３８内に交換可能に内装され
た乾電池３９を備え、当該乾電池３９の陰極は、
スプリング４０、電池ボツクス蓋４１、及びこの
工具ホルダーの各構成部材を介して前記可動接点
棒３５と電気的に導通し、この可動接点棒３５が
固定接点３７に当接したとき、駆動回路３３に乾
電池３９の電圧が印加されてダイオード３２が点
灯するように、前記乾電池３９の陽極、駆動回路
３３、ダイオード３２、及び固定接点３７を電気
的に接続している。

４２はスピンドル強制駆動用クラツチであつ
て、第１図及び第５図に示すように、前記スピン
ドル６の内端に取り付けられた可動クラツチ盤４
３と、円筒状本体５の内端に取り付けられた固定
クラツチ盤４４とから成り、両クラツチ盤４３，
４４の相対向面には、円筒状本体５に対しスピン
ドル６が後退限まで移動したときに互いに噛み合
うクラツチ爪４３ａ，４４ａが突設されている。
尚、前記可動クラツチ盤４３は、前記可動接点棒
３５の抜け止め板を兼用している。

使用に際しては、従来の工具ホルダーと同様に
工作機械の主軸２にホルダー本体１のシヤンク部
３を取り付け、スピンドル６の工具チヤツク８に
所要の回転切削工具、例えばドリルＴを取り付け
る。そして当該ドリルＴの折損強度を超える切削
トルクがスピンドル６に作用しないように、前記
のように調整リング２１により第一ボールクラツ
チ９の伝達トルクを調整しておく。又、前記第二
ボールクラツチ２３は、前記第一ボールクラツチ
２３が切れるときにスピンドル６に作用している
スラスト力では、クラツチボール２６が凹部２４
の最深部からスピンドル軸方向に離脱する（即ち
当該クラツチが切れる）ことがないように、凹部
２４とクラツチボール２６との嵌合深さやスプリ
ング２８の付勢力を設定している。

前記ホルダー本体１とスピンドル６とは、当該
スピンドル６が出限位置にある状態で第一ボール
クラツチ９及び第二ボールクラツチ２３により、
回転方向及び軸心方向に関して結合されているの
で、主軸２を回転させると共に軸方向に送りをか
けると、主軸２、ホルダー本体１、スピンドル
６、及びドリルＴが一体に回転すると共に軸心方
向に前進移動することになり、当該ドリルＴによ
り被加工物Ｗを切削穿孔加工することが出来る。

この切削穿孔加工中に於いて、切削孔内での切
粉の詰まりやドリルＴの刃部の摩耗が限度を超え
ること等によつて、スピンドル６に作用する切削
トルクが前記第一ボールクラツチ９の伝達トルク
を超えると、スプリング１４がボール押圧盤１３
を介してクラツチボール１２をボール係止孔１５
に嵌合させる作用力よりもボール係止孔１５の周
縁がクラツチボール１２を押し出す作用力が打ち
勝つて、スピンドル６に対してホルダー本体１
（円筒状本体５）が周方向に相対回転しながら第
２図仮想線で示すようにクラツチボール１２をボ
ール係止孔１５から押し出すことになる。このと
きクラツチボール１２は、ボール押圧盤１３をス
プリング１４の付勢力に抗して押し退けながらボ
ール支持溝１１内を求心方向に転動してボール係
止孔１５から離脱し、円筒状本体５の円柱状内周
面５ａ上を回転周方向に転動する。この結果、ス
ピンドル６に対し円筒状本体５、即ちホルダー本
体１が空回りの状態になり、ドリルＴに捻じり折
損を生じさせる過大切削トルクが作用するのを未
然に防止し得る。

上記のように第一ボールクラツチ９が切れてス
ピンドル６に対しホルダー本体１（円筒状本体
５）が相対回転すると、第４図仮想線で示すよう
に第二ボールクラツチ２３のクラツチボール２６
がスピンドル６側の凹部２４に対し、その最深部
から周方向に移動してスピンドル周面６ａ上に乗
り上げることになる。このようにクラツチボール
２６がスピンドル周面６ａ上に乗り上げた状態で
は、この第二ボールクラツチ２３のスピンドル６
を軸方向出限位置に係止する機能は無くなるの
で、第６図に示すように、このときにスピンドル
６に作用しているスラスト力によつて当該スピン
ドル６は、前記第一ボールクラツチ９のスプリン
グ１４に抗してホルダー本体１に対し相対的に後
退移動することになる。

勿論、第一ボールクラツチ９が切れて、スピン
ドル６に対しホルダー本体１のみが回転している
状態、即ち第二ボールクラツチ２３のクラツチボ
ール２６がスピンドル６に対し周方向に移動しな
がら各凹部２４を周方向に出たり入つたりしてい
る状態に於いては、当該第二ボールクラツチ２３
の軸方向伝達力（クラツチ力）は、クラツチボー
ル２６が凹部２４の最深部で安定しているときと
比較して大幅に弱くなつている。従つて、前記の
ように第二ボールクラツチ２３のクラツチボール
２６が凹部２４から周方向に脱出して最初にスピ
ンドル周面６ａに乗り上げた瞬間にスピンドル６
とホルダー本体１とが軸方向に相対移動しなくと
も、この後の主軸２の送り作用によつて、停止し
ているスピンドル６に対しホルダー本体１のみが
回転しながら軸心方向に送られるときに前記第二
ボールクラツチ２３が簡単に切れることになり、
当該ホルダー本体１と一体に前進移動するスプリ
ング受け盤１７を介して第一ボールクラツチ９の
スプリング１４を圧縮するだけで、ドリルＴに軸
方向圧縮折損を生じさせるような過大な軸方向圧
縮力を作用させないで済む。このとき第一ボール
クラツチ９のクラツチボール１２は、ボール係止
孔１５から回転軸心方向に外れた位置で円筒状本
体５の円柱状内周面５ａ上を転動することにな
る。

尚、前記第一ボールクラツチ９によりホルダー
本体１からスピンドル６に切削回転力を伝達して
いる状態でも、スピンドル６に過大な軸方向反力
が作用したときには、その反力が第二ボールクラ
ツチ２３の軸方向伝達力（クラツチ力）よりも大
きくなつたとき、クラツチボール２６が凹部２４
の最深部からスピンドル軸方向に離脱して当該第
二ボールクラツチ２３が自動的に切れることにな
る。従つて、ホルダー本体１（円筒状本体５）の
みがスプリング１４を圧縮しつつスピンドル６に
対して軸心方向に前進移動することになる。即
ち、切削トルクに関係なく、過大な軸心方向圧縮
力がドリルＴに作用するのを未然に防止すること
も出来る。勿論この場合も、第一ボールクラツチ
９のクラツチボール１２がボール係止孔１５から
軸心方向に離脱して当該第一ボールクラツチ９も
切れることになるので、ドリル６への切削トルク
の伝達も断たれ、スピンドル６に対しホルダー本
体１が空回りすることになる。

何れにしても、上記のように主軸２の送り作用
によりホルダー本体１に対しスピンドル６が相対
的に後退移動すると、第６図に示すように、当該
スピンドル６側の可動接点棒３５がホルダー本体
１側の固定接点３７に当接し、スイツチ機構３０
がオン動作して駆動回路３３に乾電池３９の電圧
が印加され、ダイオード３２が点灯する。勿論、
可動接点棒３５が固定接点３７に当接した後は、
スプリング３４を圧縮しながらスピンドル６のみ
がホルダー本体１に対し相対的に後退移動する。

従つて第１図に示すように、ホルダー本体１が
回転している状態で、前記ダイオード３２から照
射される赤外線を受光することが出来るように受
光器４５を設置し、当該受光器４５の受光信号を
信号処理装置４６で処理して、前記主軸２を制御
するコントローラー４７に過負荷検出信号４８と
して入力するように構成すれば、前記のようにス
ピンドル６がホルダー本体１に対し相対的に一定
量後退移動したことを自動的に検出して、主軸２
の送りを停止させると共に初期位置まで自動復帰
させる等、必要な過負荷回避処置を自動的に行わ
せることが出来る。

勿論、作業者はドリルＴの回転が止まつた状態
を知ることが出来るので、上記のようなスピンド
ル後退移動検出手段２９を併用しないで、ホルダ
ー本体１がスピンドル６に対して軸心方向に前進
移動している間に、即ちスピンドル６がホルダー
本体１（円筒状本体５）に対する出限位置から後
退限位置に達する前に、主軸２の送りを人為的操
作で停止し、主軸２を後退移動させてドリルＴを
被加工物Ｗの切削孔から脱出させ、ドリルＴの交
換等、必要な対策を講じることが出来る。

主軸２によつてホルダー本体１が後退移動せし
められると、スプリング１４の付勢力でスピンド
ル６がホルダー本体１に対し軸心方向に前進移動
して再び出限位置に達するので、ボール押圧盤１
３を介してスプリング１４により遠心方向に付勢
されている第一ボールクラツチ９のクラツチボー
ル１２は、回転しているホルダー本体１（円筒状
本体５）側のボール係止孔１５に自動的に嵌合
し、再びクラツチ入りの状態に復帰する。又、ス
ピンドル６が出限位置に復帰し且つ前記のように
第一ボールクラツチ９がクラツチ入り状態に復帰
することにより、第二ボールクラツチ２３のクラ
ツチボール２６も凹部２４の最深部に嵌合し、ク
ラツチ入り状態に復帰する。

上記のようにスピンドル後退移動検出手段２９
のスイツチ機構３０がオン動作したとき、第６図
に示すようにスピンドル強制駆動用クラツチ４２
のクラツチ爪４３ａ，４４ａは未だ噛み合う位置
まで達していない。従つて、上記のようにスピン
ドル後退移動検出手段２９が正常に作動し、スイ
ツチ機構３０がオン動作したときに主軸２の送り
が自動停止せしめられた場合、或いは前記のよう
にスピンドル６が後退限位置まで後退する前に人
為的操作で主軸２の送りが停止されたような場合
には、前記スピンドル強制駆動用クラツチ４２が
入る可能性はない。しかしながら、断線等の回路
の故障や乾電池３９の電圧低下等によつて前記ス
ピンドル後退移動検出手段２９が正常に作動しな
かつた場合、或いは作業者が所定の過負荷回避作
業を怠つた場合には、停止しているスピンドル６
に対しホルダー本体１が回転しながら前進移動を
続行するので、スピンドル６がホルダー本体１に
対し後退限位置に達する直前に前記スピンドル強
制駆動用クラツチ４２のクラツチ爪４３ａ，４４
ａが互いに噛み合うことになり、当該クラツチ４
２を介してホルダー本体１が再びスピンドル６を
強制的に回転駆動し、ドリルＴによる強制切削が
行われる。

尚、上記実施例では、過負荷回避用クラツチ機
構を、トルク制限用第一ボールクラツチ９とスラ
スト力制限用第二ボールクラツチ２３とで構成し
たが、例えば前記第二ボールクラツチ２３を省
き、第一ボールクラツチ９のみで両方のクラツチ
機能を持たせることも可能である。即ち、過負荷
回避用クラツチ機構は上記実施例のものに限定さ
れない。又、スピンドル後退移動検出手段２９を
併用する場合でも、その構成は上記実施例のもの
に限定されない。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部縦断側面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面
図、第４図は第１図のＣ−Ｃ線断面図、第５図は
スピンドル強制駆動用クラツチを説明する斜視
図、第６図は過負荷作用時の状態を説明する一部
縦断側面図である。 １……ホルダー本体、２……工作機械の主軸、
３……シヤツク部、５……円筒状本体、６……ス
ピンドル、７ａ，７ｂ……回転軸受、８……工具
チヤツク、９……トルク制限用第一ボールクラツ
チ、１０……ボール支持盤、１１……ボール支持
溝、１２……クラツチボール、１３……ボール押
圧盤、１４……圧縮コイルスプリング、１５……
ボール係止孔、１６……伝達トルク調整手段、２
３……スラスト力制限用第二ボールクラツチ、２
４……凹部、２６……クラツチボール、２８……
スプリング、２９……スピンドル後退移動検出手
段、３０……スイツチ機構、３１……電源、３２
……赤外線発光ダイオード、３３……ダイオード
駆動回路、３４……スプリング、３５……可動接
点棒、３７……固定接点、４２……スピンドル強
制駆動用クラツチ、４３……可動クラツチ盤、４
４……固定クラツチ盤、４５……受光器、４６…
…信号処理装置、４７……コントローラー、４８
……過負荷検出信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 工作機械へ取り付けるホルダー本体に、先端に
   工具チヤツク部を備えたスピンドルを、軸心の周
   りの回転と一定範囲内での軸心方向移動とが可能
   な状態に同心状に支持し、前記ホルダー本体と前
   記スピンドルとの間に、前記スピンドルを出限位
   置で前記ホルダー本体に結合する過負荷回避用ク
   ラツチ機構と、前記スピンドルが出限方向に付勢
   するスプリングに抗してホルダー本体に対し一定
   量後退移動したときに互いに噛み合うスピンドル
   強制駆動用クラツチとを介装して成る回転切削工
   具ホルダー。