JPH0413045Y2 - - 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
限界を超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、例えば実開昭63−47839
号公報に記載されたように、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超え
るとスリツプするボールクラツチを介装すること
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、前記ボールクラツチによ
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安全クラツチを介装する方
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。

更に、前記安全クラツチが働いた異常事態を電
気的に検出して工作機械を自動制御することも出
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すると共に、前記ホ
ルダー本体と前記スピンドルとの間には、前記ス
ピンドルを出限位置に付勢保持すると共に一定ト
ルク以上でスリツプするクラツチを介装し、更に
前記スピンドルが付勢力に抗して出限位置から後
退移動したことを検出して電磁波等の無線信号を
発信する電池を含む発信装置を回転するホルダー
内に設けて成りホルダーの外周部に信号を発する
機構を設け、工作機械本体には無線信号を受信す
る装置を設けてな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） 上記工具ホルダーのホルダー本体を工作機械の
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、ホルダー本体に対する出限位
置で前記クラツチを介してホルダー本体に結合さ
れている。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
前記クラツチがスリツプするように当該クラツチ
の最大伝達トルクを設定しておくことにより、刃
部が許容限度以上に摩耗したため、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の伝
達トルクを超えた場合には、当該クラツチの働き
で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。即ち、過大切削トルクによ
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。

上記のようにクラツチが働いてスピンドル（工
具）の強制回転駆動が停止した後、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、スピンドルを出限位置に保持する付勢力に抗
して、スピンドル（工具）に対しホルダー本体の
みが回転軸心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。

このとき前記スピンドルはホルダー本体に対し
相対的に後退移動することになるので、前記発信
装置が作動し、電波や光線等の電磁波や音波等の
無線信号を外部に発信する。従つてこの無線信号
を受信することの出来る受信装置を外部に設置併
用することにより、前記クラツチが作動した異常
事態を外部で確実に検知することが出来、この検
知に基づいて、例えば主軸を引き戻して自動停止
させる、一旦引き戻した後に再び主軸に送りをか
ける、この主軸の往復運動が設定回数行われたと
きには主軸を引き戻し位置で停止させる、引き戻
し位置で停止した主軸の工具ホルダーを新しい工
具がセツトされている予備工具ホルダーと自動工
具交換装置により自動交換させた後、再び切削を
開始させる、等の任意のプログラムにより工作機
械を自動制御することが出来る。

（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、
回転切削工具に作用する切削トルクが一定値を超
えることを防止出来るだけでなく、当該工具に過
大な圧縮力が作用することも同時に防止すること
が出来るので、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。

しかも内蔵のクラツチが作動した事態を、その
後に続くスピンドルとホルダー本体との軸心方向
相対移動を介して検出し、外部に無線信号を発信
させることが出来るので、この無線信号の受信に
基づいて前記のような各種の自動制御を行わせ、
合理的に必要な対策を講じることが出来る。

（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の外端から同心状に連設さ
れた円筒状本体４とから構成されている。５はス
ピンドルであつて、前記円筒状本体４内に前後一
対の回転軸受６ａ，６ｂにより同心状に支持さ
れ、円筒状本体４から突出する外端に工具チヤツ
ク７を備えている。このスピンドル５は、前記回
転軸受６ａ，６ｂにより円筒状本体４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
６ａ，６ｂ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移動可能である。このスピ
ンドル５と回転軸受６ａ，６ｂ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５を軸心方向に移動し得る状態で精度良
く支承し得る。

８は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５から一体に突設さ
れたボール支持盤９、このボール支持盤９の内側
に放射状に形成されたボール支持溝１０、各ボー
ル支持溝１０内にスピンドル５に対し半径方向遊
動可能に一部が嵌合するボール１１、前記ボール
支持盤９の内側でスピンドル５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１２、この
ボール押圧盤１２をボール支持盤９側へ押圧する
圧縮コイルスプリング１３、及び前記各ボール１
１の一部が嵌合するように前記円筒状本体４の円
柱状内周面４ａに設けられた周方向複数個のボー
ル係止孔１４から構成されている。

前記スプリング１３によつて付勢されたボール
押圧盤１２は、その円錐状押圧面１２ａにより各
ボール１１を押圧する。この結果、ボール支持盤
９を介してスピンドル５が軸心方向外方に付勢さ
れるので、当該スピンドル５は、ボール支持盤９
が回転軸受６ａに当接する出限位置に保持され
る。一方、ボール押圧盤１２の円錐状押圧面１２
ａによつて各ボール１１はスピンドル５に対し遠
心方向に付勢されるので、前記のようにスピンド
ル５が出限位置にあるとき、各ボール１１の一部
が円筒状本体４側のボール係止孔１４に各々嵌合
する。即ち、クラツチ入りの状態になる。

１５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５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１３の
内端を受けるスプリング受け盤１６、このスプリ
ング受け盤１６から直径方向に突設された２つの
突出部１６ａが各々貫通するように円筒状本体４
に設けられた軸心方向に長い２つの長孔１７、前
記円筒状本体４の外周面に設けられたねじ溝加工
周面部１８に螺嵌し且つ内周面に前記２つの突出
部１６ａが嵌合する環状溝１９を備えた調整リン
グ２０、及び当該調整リング２０のロツクボルト
２１から構成されている。尚、２２は円筒状本体
４の外周面に設けた伝達トルク表示目盛である。

第１図に示す状態は、前記調整リング２０によ
り前記スプリング受け盤１６後退限位置まで後退
させ、スプリング１３の初期圧縮応力を最小にし
た状態、即ちボールクラツチ８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８の伝達トルクを大きくするときは、ロツクボ
ルト２１を弛緩させた状態で調整リング２０を繰
り出し方向に回転させ、環状溝１９の一側面に当
接している突出部１６ａを介してスプリング受け
盤１６を軸心方向に前進移動させて、スプリング
１３を圧縮させれば良い。即ち、調整リング２０
の回転繰り出しによりボールクラツチ８の伝達ト
ルクが大きくなり、調整リング２０の回転引き戻
しによりボールクラツチ８の伝達トルクが小さく
なる。

２３はスイツチ操作可動片であつて、前記スピ
ンドル５の内端に一定範囲内で軸心方向に出退移
動自在に嵌合され、スプリング２４によつて出限
位置に付勢保持されている。２５は発信装置であ
つて、前記シヤンク部３に内蔵されたスイツチ２
６、FM発信器２７、電源２８、及び円筒状本体
４の基部に嵌合固定された樹脂リング２９の周囲
に保持されているコイルアンテナ３０から構成さ
れている。前記スイツチ２６は、スピンドル５が
後退移動したときに前記スイツチ操作可動片２３
によりアクチユエータが押圧されてオン動作し、
FM発信器２７の電源回路を閉成する。

使用に際しては、第１図仮想線に示すように従
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５の工具チヤツク７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回転力や軸心方向推力がス
ピンドル５に作用しないように、前記のように調
整リング２０によりボールクラツチ８の伝達トル
クを調整しておく。

前記ホルダー本体１とスピンドル５とは、ボー
ル係止孔１４にボール１１の一部が嵌合して伝動
作用状態にあるボールクラツチ８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５、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５に作用する切削
トルクが前記ボールクラツチ８の伝達トルクを超
えると、スプリング１３がボール押圧盤１２を介
してボール１１をボール係止孔１４に嵌合させる
作用力よりもボール係止孔１４の周縁がボール１
１を押し出す作用力が打ち勝つて、スピンドル５
に対してホルダー本体１（円筒状本体４）が周方
向に相対回転しながら第４図に示すようにボール
１１をボール係止孔１４から押し出すことにな
る。このときボール１１は、ボール押圧盤１２を
スプリング１３の付勢力に抗して押し退けながら
ボール支持溝１０内を求心方向に転動してボール
係止孔１４から離脱し、円筒状本体４の円柱状内
周面４ａ上を回転周方向に転動する。この結果、
スピンドル５に対し円筒状本体４、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。

上記のようにボールクラツチ８の働きでホルダ
ー本体１からスピンドル５への回転力伝達が断た
れた後も主軸２の回転と送り作用によつてホルダ
ー本体１が回転しながら軸心方向に前進移動を続
行することになるが、このホルダー本体１とスピ
ンドル５とは、回転軸受６ａ，６ｂとスピンドル
５との間の滑りを伴つて軸心方向に相対移動可能
であるから、スピンドル５に対しホルダー本体１
のみが回転しながら軸心方向に前進移動し、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１６を介してボールークラツチ８のスプリ
ング１３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。尚、このときボール係止孔
１４から押し出されているボール１１は、第５図
に示すように円筒状本体４の円柱状内周面４ａ上
を回転周方向に転動しながら回転軸心方向にも転
動移動することになる。

前記ボールクラツチ８は、前記のようにホルダ
ー本体１からスピンドル５への回転力伝達手段で
あると同時に、軸心方向推力の伝達手段でもある
から、当該ボールクラツチ８によりホルダー本体
１からスピンドル５に切削回転力を伝達している
状態でも、スピンドル５に過大な軸方向反力が作
用したときには、切削トルクが過大になつたとき
と同様に、スプリング１３がボール押圧盤１２を
介してボール１１をボール係止孔１４に嵌合させ
る作用力よりもボール係止孔１４の周縁がボール
１１を押し出す作用力が打ち勝つて、第５図に示
すようにボール１１をボール係止孔１４から押し
出しながらホルダー本体１（円筒状本体４）がス
プリング１３を圧縮しつつスピンドル５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、ボールクラツチ８は非伝動
作用状態に切り換わるので、ホルダー本体１から
スピンドル５への切削トルクの伝達も断たれ、ス
ピンドル５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ボールクラツチ８が
非伝動作用状態に切り換わつた後、又はボールク
ラツチ８が非伝動作用状態へ切り換わるのと同時
に、スピンドル５がホルダー本体１（円筒状本体
４）に対しスプリング１３に抗して相対的に後退
移動すると、スイツチ操作可動片２３が発信装置
２５のスイツチ２６をオン動作させるので、FM
発信器２７に電源２８が接続され、当該FM発信
器２７が作動してコイルアンテナ３０より所定周
波数のFM電波が発信される。従つて第６図に示
すように、前記工具ホルダーを介してドリルＴが
主軸２にセツトされている工作機械３１の近傍で
前記コイルアンテナ３０から発信されるFM電波
を受信し得る位置に受信アンテナ３２を設置し、
この受信アンテナ３２を、前記コイルアンテナ３
０から発信されるFM電波の周波数と同調する
FM受信器３３に接続して、検知信号３４を出力
させるように構成することが出来る。尚、スイツ
チ２６をオン動作させた後は、スピンドル５はス
プリング２４を圧縮させながら後退移動すること
になる。

然して正常な切削穿孔作業が行われているとき
は、前記スピンドル５は出限位置に保持されてい
て、第１図に示すようにスイツチ２６はオフ状態
にあり、FM受信器２７は作動していない。従つ
てFM受信器３３からは検知信号３４は出力され
ていない。しかし前記のようにスピンドル５が後
退移動してスイツチ２６がオン動作し、FM受信
器２７が作動すると、このFM受信器２７が発信
するFM電波をFM受信器３３が受信し、検知信
号３４が出力される。

この検知信号３４は、前記工作機械３１を自動
制御するコントローラーに入力させ、予め設定さ
れた制御プログラムに従つて工作機械３１を自動
制御することが出来る。例えば、前記のようにボ
ールクラツチ８が働く原因としては、ドリルＴの
刃部が限度以上に摩耗している場合の他、ドリル
Ｔを切削孔から一旦引き出すことによつて過負荷
の原因が解消する場合、例えば切削屑のドリルＴ
への巻き付き等の切粉詰まりも考えられるので、
前記のように検知信号３４が出力されたときに
は、主軸２を引き戻して一旦ドリルＴを被加工物
Ｗの切削孔から脱出させ、再び主軸２に送りをか
けて切削作用を再開させるようにプログラムする
と共に、切削作用再開後に再び同様の過負荷が生
じて検知信号３４が出力されることの繰り返しに
より当該主軸２の往復運動が設定回数連続して行
われる場合には、主軸２を引き戻し位置で停止さ
せた後、自動工具交換装置により主軸２にセツト
されている工具ホルダーを、新しいドリルＴが取
り付けられている予備の工具ホルダーと自動交換
させ、この後切削作用を再開させるようにプログ
ラムすることが出来る。

尚、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１３の付勢力でスピ
ンドル５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１２を介してスプリング１３により遠心方向に
付勢されているボール１１は、回転しているホル
ダー本体１（円筒状本体４）側のボール係止孔１
４に自動的に嵌合し、再び伝動作用状態に復帰す
る。

上記のようにプログラムによる自動制御を行う
ことによつて、過負荷の原因の除去作業や新しい
工具との交換作業を自動的且つ合理的に行わせる
ことが出来るが、スピンドル５の後退移動を検出
して無線信号を発信する発信装置として、FM電
波を発信する発信装置２５を使用したが、これに
限定されない。例えばAM電波を発信する発信装
置や場合によつては超音波を発信する発信装置等
も利用出来る。更に電波や音波ではなく光を発信
する発信装置を利用することも可能である。第７
図はその一例を示している。

即ちこの発信装置３５は、前記スイツチ２６、
パルス発生器３６、電源２８、及び前記樹脂リン
グ２９の周囲に複数個埋設された赤外線発光体３
７から構成されており、前記スイツチ２６がオン
動作するとパルス発生器３６の電源回路が閉成
し、このパルス発生器３６の作動により前記赤外
線発光体３７が所定の周波数で発光し、回転する
工具ホルダーの周囲に所定周波数の赤外線が放射
される。従つて当該赤外線を受光し得る位置に受
光器３８を併用して、前記検知信号３４に相当す
る検知信号３９を出力させることが出来る。

又、スピンドル５の後退移動をスイツチ２６に
より接触的に検出するように構成したが、スピン
ドル５の後退移動を無接触で検出する近接スイツ
チ等も利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部縦断側面図、第２図及び第３図は
要部の横断面図、第４図及び第５図はボールクラ
ツチの作用を説明する要部の縦断側面図、第６図
は工作機械全体と検出手段とを示す概略側面図、
第７図は別の実施例を示す要部の縦断側面図であ
る。 １……ホルダー本体、２……工作機械の主軸、
３……シヤツク部、４……円筒状本体、５……ス
ピンドル、６ａ，６ｂ……回転軸受、７……工具
チヤツク、８……ボールクラツチ、９……ボール
支持盤、１０……ボール支持溝、１１……ボー
ル、１２……ボール押圧盤、１３……圧縮コイル
スプリング、１４……ボール係止孔、１５……伝
達トルク調整手段、１６……スプリング受け盤、
１７……長孔、１８……ねじ溝加工周面部、１９
……環状溝、２０……調整リング、２３……スイ
ツチ操作可動片、２５，３５……発信装置、２６
……スイツチ、２７……FM発信器、２８……電
源、２９……樹脂リング、３０……コイルアンテ
ナ、３２……受信アンテナ、３３……FM受信
器、３４，３９……検知信号、３６……パルス発
生器、３７……赤外線発光体。

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すると共に、前記ホルダー
   本体と前記スピンドルとの間には、前記スピンド
   ルを出限位置に付勢保持すると共に一定トルク以
   上でスリツプするクラツチを介装し、更に前記ス
   ピンドルが付勢力に抗して出限位置から後退移動
   したことを検出して電磁波等の無線信号を発信す
   る電池を含む発信装置を回転するホルダー内に設
   けて成りホルダーの外周部に信号を発する機構を
   設け、工作機械本体には無線信号を受信する装置
   を設けてなる回転切削工具ホルダー。