KR101394532B1

KR101394532B1 - 공구 홀더 및 공작 기계

Info

Publication number: KR101394532B1
Application number: KR1020127020277A
Authority: KR
Inventors: 이성근
Original assignee: 이성근
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2014-05-15
Also published as: JP4818487B1; CN103025483A; KR20120117848A; BR112013018174A2; RU2541243C1; JPWO2012101751A1; EP2572824A1; TW201236804A; WO2012101929A1; TWI477348B; US20130108380A1; US8678724B2; EP2572824B1; CN103025483B; EP2572824A4; HK1180274A1; WO2012101751A1; RU2013139345A

Abstract

가공 부분에 가까운 위치로부터의 쿨런트의 분사를 가능하게 하는 동시에, 공구 내부에 급유홀을 마련할 필요가 없이 쿨런트를 원하는 위치에 공급할 수 있는 공구 홀더 및 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 공구 홀더(1)는, 주축(S)에 파지되는 섕크부(2A)와, 공구(T)가 삽입되는 삽입구(4)를 선단면(5)에 가지는 공구 부착부(2B)와, 공구 부착부(2B)의 외주를 덮는 통형상 벽(22) 및 공구 부착부(2B)의 선단면(5)을 덮는 저면(24)을 가지는 커버(20)와, 커버(20)의 통형상 벽(22)과 공구 부착부(2B) 사이에 마련된 베어링(30)과, 공구 부착부(2B)에 따른 커버(20)의 동시회전을 방지하는 스토퍼(40)를 구비한다. 커버(20)의 저면(24)에는, 공구(T)가 관통하는 관통구멍(21)과, 상기 관통구멍(21)의 주위에 배치되어, 공구(T)를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구(23)가 마련되어 있다.

Description

공구 홀더 및 공작 기계{TOOL HOLDER AND MACHINE TOOL}

본 발명은, 예를 들면, 엔드밀, 페이스밀, 드릴, 탭, 리머 등의 공구를 공작 기계의 주축에 장착하기 위한 공구 홀더 및 이것을 이용한 공작 기계에 관한 것이다.

종래부터, 공구의 장수명화를 도모하기 위해, 공작 기계에 의한 기계 가공 중에 절삭유(쿨런트;coolant)를 공구에 공급하는 것이 일반적으로 행해져 왔다.

절삭유의 공급 방식은, 본래, 외부에 마련한 노즐로부터 절삭유를 공구를 향해 분사하는 외부 급유 방식이었다. 그런데, 외부 급유 방식에서는, 노즐로부터 분사된 절삭유가 피가공물에 가로막혀 가공 부분에 도달할 수 없는 경우가 있었으므로, 절삭유의 효과적인 공급이 곤란했었다. 또한, 피가공물과 노즐이 간섭할 우려가 있기 때문에, 피가공물로부터 멀리 이격된 위치에 노즐을 마련할 필요가 있었으므로, 절삭유를 가공 부분에 양호한 정밀도로 공급하는 것이 곤란했었다. 게다가, 가공 중에 ATC(자동 공구 교환장치)로 공구를 교환하는 머시닝 센터(machining center) 등의 공작 기계가 보급됨에 따라, 절삭유의 공급 위치를 공구마다 변경하는 요청이 있었지만, 노즐의 위치·방향이 고정된 외부 급유 방식은 이러한 요청에 부응할 수 없다. 따라서, 외부 급유 방식은, 후술하는 커터-스루(cutter through) 방식이나 스키머-스루(skimmer through) 방식으로 대체되었고, 현재, 공작 기계에 외부 급유 방식이 채용되는 일은 드물다.

이에 반해, 커터-스루 방식은, 공구 선단으로 개구되는 급유홀을 공구 내부에 마련하고, 이 급유홀을 통해 가공 부분에 절삭유를 공급하는 방법이다(특허문헌 1 및 2 참조).

그런데, 커터-스루 방식은, 공구 선단에서 급유홀을 개구시키기 때문에, 페이스밀이나 엔드밀과 같이 공구 외주면의 블레이드부로 피가공물을 절삭하는 공구에서는, 블레이드부의 윤활과 냉각을 효율적으로 수행할 수 없다. 또한, 공구 내부에 급유홀을 마련할 필요가 있으므로, 고가의 공구가 된다. 게다가, 공구가 소경인 경우, 공구 내부에 급유홀을 형성하는 것 자체가 매우 곤란하다.

한편, 스키머-스루 방식은, 공구 홀더의 선단에 스키머 너트를 부착하여, 스키머 너트와 공구 외주 사이의 간극으로부터 절삭유를 분사하는 방식을 말하는데, 급유홀을 내부에 가지지 않는 공구에도 대응 가능하다.

예를 들면, 특허문헌 3에는, 스키머-스루 방식에 대응한 공구 홀더가 기재되어 있다. 이 공구 홀더에서는, 내주측에 나선홈이 형성된 스키머 너트가 선단에 부착되어 있으며, 스키머 너트(skimmer nut)와 공구 외주 사이의 간극으로부터 절삭유가 분사된다. 이에 따라, 스키머 너트의 나선홈을 통과하여 분사된 절삭유가, 공구의 플랭크면(flank face)을 따라 효율적으로 가공 부분에 공급된다.

또한, 공구 홀더의 급유 방식에 관한 것은 아니지만, 특허문헌 4에는, 공작 기계의 스핀들에 연결된 전동축체로부터 입력된 회전을 트랙션 전동 기구에 의해 증속시켜 주축으로 전달하는 트랙션 드라이브 방식의 드라이브 스핀들이 기재되어 있다. 트랙션 전동 기구는 유성 롤러 및 태양 롤러의 조합으로 이루어져 있으며, 스핀들과 함께 공전하는 유성 롤러로부터, 주축에 연결된 태양 롤러에 회전을 전달하도록 되어 있다. 이 트랙션 전동 기구를 통해 전동축체로부터 회전이 입력된 주축의 선단에는 가공 공구 부착부가 마련되어 있으며, 이 가공 공구 부착부에 공구(예를 들면, 연삭숫돌)가 부착된다.

또한, 특허문헌 4에 기재된 드라이브 스핀들은, 트랙션 전동 기구 및 주축 베어링을 냉각시키기 위한 냉각 장치가 마련되어 있다. 이 냉각 장치는, 트랙션 전동 기구의 외주 및 주축 베어링의 외주에 마련된 냉각 재킷과, 전동축체의 외주 개소로부터 트랙션 전동 기구의 냉각 재킷을 거쳐 주축 베어링의 냉각 재킷에 이르는 냉각 매체 통로를 갖는다. 냉각 매체 통로로 유입된 냉각 매체는, 트랙션 전동 기구의 냉각 재킷과, 주축 베어링의 냉각 재킷을 통과한 후, 주축 베어링의 외륜을 압압하는 베어링 누름판에 형성된 취출구로부터 분출되도록 되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-6435호 일본 공개특허공보 H04-176538호 일본 공개특허공보 2003-1545호 일본 공개실용신안공보 H03-123657호

그러나, 스키머-스루 방식에서는, 분사된 절삭유가 원심력에 의하여 퍼져, 가공 부분에 절삭유를 효율적으로 공급할 수 없다. 특히, 공구를 고속 회전시키는 경우, 가공 부분에서의 발열이 크고 다량의 절삭유로 냉각할 필요가 있지만, 원심력의 영향으로 인해 가공 부분에 충분한 양의 절삭유를 공급하는 것은 곤란하다.

한편, 특허문헌 4에 기재된 트랙션 드라이브 방식의 드라이브 스핀들에서는, 주축의 외주에 위치하는 취출구로부터 냉각 매체를 분출시키도록 되어 있지만, 이 취출구는, 주축의 선단측에 위치하는 가공 공구 부착부에 부착되는 공구로부터 이격된 위치에 마련된다. 이는, 공작 기계의 스핀들측으로부터 입력되는 회전을 증속시켜 주축측으로 전달한다는 트랙션 전달 기구의 역할을 수행하기 위해서는, 트랙션 전달 기구는, 공작 기계의 스핀들과, 선단에 공구가 부착되는 주축 사이에 마련해야만 하기 때문이다. 따라서, 공구로부터의 거리가 먼 취출구로부터의 냉각 매체를 가공 부분에 양호한 정밀도로 공급하는 것은 곤란하다.

또한, 인용문헌 4에 기재된 드라이브 스핀들에서는, 트랙션 전달 기구 내에서의 유성 롤러로부터 태양 롤러로의 회전의 전달을 가능하도록 하기 위하여, 유성 롤러의 외주에 마련되는 하우징의 동시회전(corotation)을 방지할 필요가 있다. 만약, 하우징의 동시회전이 방지되어 있지 않다면, 유성 롤러의 공전과 함께 하우징이 회전되어, 유성 롤러가 태양 롤러의 주위를 공전할 때에 태양 롤러에 토크가 전달되지 않으므로, 태양 롤러가 회전하는 일은 없다. 그러므로, 특허문헌 4에 기재된 드라이브 스핀들에서는, 하우징의 상면에 회전정지 핀을 삽입하여, 하우징의 동시회전을 방지하고 있다. 요컨대, 특허문헌 4에서 하우징의 동시회전을 방지하고 있는 것은, 트랙션 전달 기구 내에서의 유성 롤러로부터 태양 롤러로의 회전의 전달을 가능하게 하기 위함으로, 베어링 누름판에 형성된 취출구로부터 분출되는 냉각 매체에 미치는 원심력의 영향을 저감시키기 위함은 아니다.

이와 같이, 특허문헌 4는, 공작 기계의 스핀들과, 선단에 공구가 부착되는 주축 사이에 트랙션 전달 기구를 마련한 경우에 한하여, 이 트랙션 전달 기구 본래의 역할을 실현하기 위하여 하우징의 동시회전을 방지하는 것을 시사하고 있다. 따라서, 가공 부분에 가까운 위치로부터 절삭유를 분사하는 동시에, 원심력의 영향을 받지 않고 절삭유를 원하는 위치에 공급하기 위한 해결책은 특허문헌 4에는 전혀 기재되어 있지 않다.

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 가공 부분에 가까운 위치로부터의 쿨런트의 분사를 가능하게 하는 동시에, 공구 내부에 급유홀을 마련할 필요가 없이 쿨런트를 원하는 위치에 공급할 수 있는 공구 홀더 및 공작 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 공구 홀더는, 공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서, 일단에 마련되어, 상기 주축에 파지(retention)되는 섕크(shank)부와, 타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와, 상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽, 및, 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면을 가지는 커버와, 상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과, 상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하고, 상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 쿨런트는, 수용성 또는 비수용성의 절삭유일 수도 있고, 미스트(기체 중에 포함되는 액체 미립자)일 수도 있고, 공기일 수도 있다.

이 공구 홀더에서는, 공구 부착부의 외주 및 선단면을 덮는 커버를 부착하여, 베어링 및 스토퍼에 의해 공구 홀더(공구 부착부)의 회전에 따른 커버의 동시회전을 방지하고, 이 커버의 저면에 마련한 분출구로부터 쿨런트를 분사하도록 하였으므로, 분사된 쿨런트가 원심력의 영향을 받는 것을 대폭 억제할 수 있다. 따라서, 쿨런트를 원하는 위치에 공급할 수 있다.

또한, 커버의 저면에 마련한 분출구로부터 쿨런트를 분사하도록 하였으므로, 종래의 커터-스루 방식과는 달리, 공구 내부에 급유홀을 마련할 필요가 없다.

그리고, 커버의 저면에 공구가 관통하는 관통구멍을 마련하여, 이 관통구멍의 주위에 배치된 분출구로부터 쿨런트를 분사하도록 하였으므로, 분출구를 가공 부분 가까이에 위치시킬 수 있다. 따라서, 쿨런트를 양호한 정밀도로 가공 부분에 공급할 수 있다.

또한, 상기 공구 홀더에 있어서, 상기 베어링은, 상기 쿨런트의 일부에 의해 윤활되고, 냉각되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 쿨런트의 일부를 이용하여, 베어링의 윤활 및 냉각을 행하도록 하였으므로, 베어링의 소부(燒付: seizure)를 일으키는 일 없이, 공구의 고속 회전을 실현할 수 있다.

상기 공구 홀더에 있어서, 상기 섕크부 및 상기 공구 부착부의 내부에 상기 주축측으로부터 공급되는 쿨런트가 흐르는 제1 유로가 마련되며, 상기 제1 유로를 통해 상기 공구 부착부의 상기 선단면과 상기 커버의 상기 저면 사이로 쿨런트가 안내되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 공구 부착부의 상기 선단면과 상기 커버의 상기 저면 사이로 안내된 쿨런트를 상기 베어링을 향해 흘리는 제2 유로가, 상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련되며, 상기 베어링은, 상기 제2 유로를 통해 공급되는 쿨런트에 의해 윤활되고, 냉각되는 것이 바람직하다.

이와 같이 주축측으로부터 공급되는 쿨런트가 흐르는 제1 유로를 섕크부 및 공구 부착부의 내부에 마련함으로써, 공구 홀더를 주축에 장착하기만 하면, 주축으로부터 커버 저면의 분출구에 이르기까지의 쿨런트의 유로가 연결된다. 따라서, ATC(자동 공구 교환장치)에 의한 공구 홀더의 자동 교환에도 용이하게 대응할 수 있다.

또한, 제2 유로를 통해 베어링에 쿨런트를 공급함으로써, 베어링의 윤활 및 냉각이 가능해지므로, 베어링의 소부를 방지할 수 있다. 이에 따라, 공구를 고속 회전시키는 경우에도, 베어링의 소부를 일으키는 일 없이, 안정적인 기계 가공을 행할 수 있다. 실제, 본 발명자는, 제2 유로를 통해 베어링에 수용성 절삭유를 공급함으로써, 공구 회전수가 20000rpm 정도인 조건 하에서도 베어링의 소부가 발생하지 않는 것을 확인하고 있다.

이 경우, 상기 커버의 직경방향 외측으로 연장되는 연통홀과, 상기 연통홀로부터 외부로 통하는 배출홀을 포함하고, 상기 베어링을 윤활 및 냉각한 후의 쿨런트를 배출하는 제3 유로를 상기 커버의 내부에 형성할 수도 있다.

이와 같이 제3 유로를 마련하여, 베어링의 냉각 및 윤활을 행한 후의 쿨런트의 배출을 촉진함으로써, 베어링 주위의 쿨런트의 막힘을 방지하여, 항상 신선한 쿨런트를 베어링에 공급함으로써, 냉각 및 윤활을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 베어링으로부터 제3 유로를 통해 외부로 향하는 쿨런트의 완만한 흐름이 형성되므로, 베어링의 회전에 따른 외부로부터의 기포의 혼입을 방지하는 동시에, 어떠한 원인으로 이물이 쿨런트에 혼입되어도 이를 외부로 확실하게 배출하여 베어링 기능을 저해하는 일이 없다.

상기 공구 홀더에 있어서, 상기 커버의 외주에 오목부가 마련되어 있으며, 상기 스토퍼는, 상기 오목부와 계합하여 상기 커버의 동시회전을 방지하는 회전정지 핀을 포함할 수도 있다.

이와 같이 커버 외주의 오목부와 계합되는 회전정지 핀을 포함하는 스토퍼를 이용함으로써, 간단한 구성으로 커버의 동시회전을 방지할 수 있다.

이 경우, 상기 회전정지 핀이 상기 오목부에 계합된 상태에서의, 상기 오목부와 상기 회전정지 핀의 커버 둘레방향의 간극(유극)은 0.1mm 이상 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이 계합 상태에서의 커버 외주의 오목부와 회전정지 핀의 커버 둘레방향의 간극(유극)을 0.1mm 이상으로 함으로써, 회전정지 핀을 오목부에 용이하게 삽입한다. 한편, 같은 간극(유극)을 0.5mm 이하로 함으로써, 탭 등의 공구를 역회전시킬 때에 커버가 회전하게 됨으로써, 쿨런트가 원심력의 영향을 받거나, 회전정지 핀과 오목부의 벽면의 충돌에 기인하여 충격이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 오목부가 마련된 개소에서의 상기 커버의 외경은, 상기 공구 부착부의 직경에 관계없이 대략 일정할 수도 있다.

이에 따라, 공구 부착부의 직경에 관계없이, 동일한 스트로크로 회전정지 핀을 이동시켜 커버 외주의 오목부와 계합시킬 수 있다. 따라서, ATC(자동 공구 교환장치)에 의한 공구 홀더의 자동 교환에도 용이하게 대응할 수 있다.

또한, 복수의 상기 오목부가 상기 커버의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 있으며, 상기 스토퍼는, 상기 회전정지 핀을 이동시키는 액추에이터와, 상기 액추에이터와 상기 회전정지 핀 사이에 마련된 스프링을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 회전정지 핀을 이동시키는 액추에이터와 회전정지 핀 사이에 스프링을 마련함으로써, 액추에이터로 커버 외주에 가압된 회전정지 핀이 오목부의 위치와 다소 어긋나 있어도, 스프링이 휘어 회전정지 핀이 오목부로 들어간다. 따라서, ATC(자동 공구 교환장치)에 의한 공구 홀더의 자동 교환에도 용이하게 대응할 수 있다.

또한, 회전정지 핀의 과도한 스트로크를 스프링이 수축됨에 따라 흡수 가능해지므로, 커버의 사이즈에 관계없이, 액추에이터에 의한 회전정지 핀의 이동량을 공통적으로 설정할 수 있다.

이 경우, 상기 스토퍼는, 상기 액추에이터의 구동력에 의해, 공구 축심방향에 대하여 경사방향으로 진퇴하는 로드를 추가로 포함하고, 상기 회전정지 핀은, 상기 스프링을 통해 상기 로드에 지지되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 액추에이터의 구동력에 의해 진퇴하는 로드를 공구 축심방향에 대하여 비스듬히 배치함으로써, 스토퍼(액추에이터나 로드)가 피가공물과 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

상기 공구 홀더에 있어서, 상기 섕크부 및 상기 공구 부착부의 내부에 상기 주축측으로부터 공급되는 쿨런트가 흐르는 제1 유로가 마련되며, 상기 제1 유로를 통해 상기 공구 부착부의 상기 선단면과 상기 커버의 상기 저면 사이로 쿨런트가 안내되어, 상기 제1 유로 내의 상기 공구의 후단면의 상류측에, 상기 쿨런트가 상기 공구의 상기 후단면의 가장자리와 상기 제1 유로를 형성하는 상기 공구 부착부의 내벽면 사이의 간극을 향해 흐르도록 상기 쿨런트를 정류하는 정류 부재를 마련할 수도 있다.

이와 같이, 공구 부착부의 내부에 마련한 제1 유로 내의 공구의 후단면의 상류측에 정류 부재를 마련하여, 이 정류 부재에 의해 쿨런트를 정류함으로써, 쿨런트가, 공구 후단면에 충돌하는 일 없이, 공구 후단면의 가장자리와 공구 부착부의 내벽면의 간극을 원활하게 통과할 수 있다. 따라서, 쿨런트의 공구 후단면에 대한 충돌에 기인하여 쿨런트의 흐름의 힘이 상실되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 공구 후단면과의 충돌에 따라 쿨런트(공기)의 흐름은 현저하게 힘이 감소된다. 그러므로, 상술한 정류 부재를 마련함으로써, 쿨런트(공기)의 흐름의 힘을 유지할 수 있는 점은 매우 유익하다.

이 경우, 상기 정류 부재는, 상기 제1 유로의 단면적을 감소시켜 상기 쿨런트의 압력을 상승시킬 수도 있다.

공구의 회전수에 따라 원심력이 변하기 때문에 제1 유로를 흐르는 쿨런트를 공구 후단면의 가장자리와 공구 부착부의 내벽면의 간극에 공급하는 것이 어려워서, 공구 후단면이나 제1 유로의 내벽면에 쿨런트가 일부 충돌하는 것으로 생각된다. 이에, 상술한 바와 같이, 정류 부재에 의해 제1 유로의 단면적을 감소시켜 쿨런트의 압력을 상승시킴으로써, 정류 부재를 통과한 쿨런트의 원하는 위치(공구 후단면의 가장자리와 공구 부착부의 내벽면의 간극)에 대한 지향성을 강화하여, 제1 유로를 흐르는 쿨런트를 보다 효과적으로 공구 후단면의 가장자리와 공구 부착부의 내벽면의 간극으로 안내할 수 있다.

또한, 정류 부재에 의해 제1 유로 내를 흐르는 쿨런트의 압력을 상승시킴으로써, 고압의 쿨런트를 분출구로부터 세게 분사시킬 수 있다. 특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 다른 종류의 쿨런트에 비해, 공구의 냉각에 필요한 양의 쿨런트(공기)를 공급하는 것이 용이하지 않으므로, 정류 부재에 의한 쿨런트의 압력 상승에 의해, 고압의 쿨런트를 분출구로부터 세게 분사할 수 있는 점은 매우 유익하다.

상기 공구 홀더는, 상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련되어, 상기 쿨런트를 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 향해 압출하는 날개부를 추가로 구비할 수도 있다.

이와 같이, 커버의 통형상 벽과 공구 부착부 사이의 날개부에 의해 쿨런트를 공구 부착부의 상기 선단면을 향해 압출함으로써, 고압의 쿨런트를 커버 저면의 분출구로부터 세게 분사할 수 있다. 특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 다른 종류의 쿨런트에 비해, 공구의 냉각에 필요한 쿨런트(공기)를 공급하는 것이 용이하지 않으므로, 상술한 날개부에 의해, 고압의 쿨런트를 분출구로부터 세게 분사할 수 있는 점은 매우 유익하다.

이 경우, 상기 공구 부착부의 외주에 고정된 상기 베어링의 이너 레이스(inner race)는, 상기 베어링의 아우터 레이스(outer race)에 의해 덮이지 않는 연장부를, 상기 공구 부착부의 상기 선단면측에 가지고, 상기 날개부는, 상기 이너 레이스의 상기 연장부에 마련되어 있을 수도 있다.

이에 따라, 공구 부착부의 외주에 고정된 이너 레이스의 회전에 따라, 날개부가 회전하여, 쿨런트를 공구 부착부의 선단면을 향해 압출할 수 있다. 따라서, 날개부를 구동하기 위한 동력원을 마련할 필요가 없다. 또한, 날개부를 이너 레이스의 연장부에 마련하였으므로, 부품점수의 증가를 억제할 수 있다.

상기 공구 홀더는, 상기 커버와 상기 공구 부착부 사이의 공간이 가압 상태의 상기 쿨런트로 채워지도록, 상기 공간으로부터의 상기 쿨런트의 유출을 억제하는 폐색부를 추가로 구비할 수도 있다.

이와 같이, 커버와 공구 부착부 사이의 공간으로부터의 쿨런트의 유출을 폐색부에 의해 억제함으로써, 이 공간에 채워진 가압 상태의 쿨런트가 댐퍼로서 기능하며, 공구 부착부의 진동 및 채터(chatter)를 감쇠시켜, 가공정밀도의 저하나 공구의 마모를 방지할 수 있다. 한편, 커버와 공구 부착부 사이의 공간에 채워진 쿨런트가 댐퍼로서 기능하는 것은, 스토퍼에 의해 공구 부착부에 따른 커버의 동시회전이 방지되어 커버가 정지하여, 공구 홀더와 커버가 별개 독립적이기 때문이다.

상기 공구 홀더에 있어서, 상기 분출구는 상기 저면의 관통구멍의 주위에 복수 개 마련되어 있으며, 각각의 분출구의 공구 축심방향에 대한 경사각이 서로 상이한 것이 바람직하다.

이와 같이 공구 축심방향에 대한 경사각이 상이한 복수의 분출구를 마련함으로써, 쿨런트를 복수의 방향으로 분사하여, 광범위에 걸친 쿨런트의 공급이 가능해진다. 이에 따라, 피가공물에 가로막혀 쿨런트를 가공 부분에 공급하기 어려운 경우에도, 어느 한 분출구로부터 분사된 쿨런트를 가공 부분에 도달시킬 수 있다.

또한, 드릴이나 탭을 이용한 기계 가공에서는, 피가공물에 형성된 구멍 내부의 가공 부분에 직접 절삭유를 공급할 수 없으므로, 피가공물의 표면의 구멍 가장자리와 공구 사이의 간극을 향해 쿨런트를 분사하고, 상기 간극을 통해 구멍의 내부에 쿨런트를 공급할 필요가 있다. 그런데, 공구가 드릴이나 탭인 경우, 가공의 진척에 따라, 공구 홀더가 피가공물에 서서히 접근함으로써, 쿨런트의 피가공물에 대한 착탄 위치는 일정하지 않다. 이 점, 공구 축심방향에 대한 경사각이 상이한 복수의 분출구를 마련한다면, 어느 한 분출구로부터 분사된 쿨런트를 항상 피가공물의 표면의 구멍 가장자리와 공구 사이의 간극으로 도달시킬 수 있다. 따라서, 상기 간극을 통해 구멍 내부에 쿨런트를 항시 공급하여, 구멍 내부의 가공 부분을 냉각시킴과 동시에, 부스러기(절삭분)의 배출을 촉진시킬 수 있다.

상기 공구 홀더에 있어서, 상기 분출구는, 원형부와, 상기 원형부의 직경보다 작은 폭을 가지며, 상기 관통구멍으로부터 이격되는 방향으로 상기 원형부로부터 연장되는 슬롯구멍부를 연결한 형상이고, 상기 슬롯구멍부의 공구 중심방향에 대한 경사각은, 상기 원형부의 공구 중심방향에 대한 경사각보다 크게 할 수도 있다.

이러한 형상의 분출구를 이용함으로써, 원형부에서터 분출되어 교적 공구를 따라 아래로 처지는 쿨런트의 분류(jet;噴流)를, 슬롯구멍부에서 분출된 쿨런트에 의해 공구에 가압함으로써, 광범위에 걸쳐 쿨런트를 공구에 공급할 수 있다. 따라서, 분출구의 수를 감소시킬 수 있고, 전체 분사구의 총 개구 면적을 저감시켜, 분출구로부터 분사되는 쿨런트의 압력 저하를 억제할 수 있다.

상기 공구 홀더에 있어서, 상기 커버는, 적어도 상기 저면이 착탈 자유롭게 구성되어 있는 것이 바람직하다.

커버 저면의 분출구의 위치나, 직경이나, 공구 축심방향에 대한 경사각은, 공구의 치수(특히 공구의 길이), 공구의 종류, 가공 조건 등에 따라 변경하는 것이 바람직하다. 따라서, 분출구가 마련된 커버의 저면을 착탈 자유롭게 구성함으로써, 적합한 분출구를 가지는 커버를 공구 홀더에 장착하여, 가공 부분을 향해 쿨런트를 보다 효과적으로 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 공작 기계는, 상술한 공구 홀더를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 공작 기계는, 상술한 공구 홀더를 구비하므로, 분사된 쿨런트가 원심력의 영향을 받는 것을 대폭 억제할 수 있는 동시에, 공구 내부에 급유홀을 마련할 필요가 없다.

본 발명에 따르면, 공구 부착부의 외주 및 선단면을 덮는 커버를 부착하여, 베어링 및 스토퍼에 의해 공구 홀더(공구 부착부)의 회전에 따른 커버의 동시회전을 방지하고, 이 커버의 저면에 마련한 분출구로부터 쿨런트를 분사하도록 하였으므로, 분사된 쿨런트가 원심력의 영향을 받는 것을 대폭 억제할 수 있다. 따라서, 쿨런트를 원하는 위치에 공급할 수 있다.

그리고, 커버의 저면에 공구가 관통하는 관통구멍을 마련하고, 이 관통구멍의 주위에 배치된 분출구로부터 쿨런트를 분사하도록 하였으므로, 분출구를 가공 부분 가까이에 위치시킬 수 있다. 따라서, 쿨런트를 양호한 정밀도로 가공 부분에 공급할 수 있다.

도 1은, 제1 실시 형태에 따른 공구 홀더의 구성예를 나타내는 도면으로, (a)는 공구 홀더 전체 단면도이고, (b)는 베어링을 봉입하기 위한 상세 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1(a)의 A-A 단면도이다.
도 3은, 절삭유를 분사하는 분출구의 배치예를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 도 3(a)의 B-B 단면도, (c)는 도 3(a)의 C-C 단면도, (d)는 도 3(a)의 D-D 단면도이다.
도 4는, 베어링 주변의 절삭유의 유로 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는, 제3 유로가 마련된 아우터 레이스의 구성예를 나타내는 도면으로, (a)는 단면도이고, (b)는 도 5(a)의 E방향에서 본 도면이고, (c)는 도 5(b)의 F방향에서 본 도면이다.
도 6은, 스토퍼에 의해 회전정지 링을 구속하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은, 도 6의 부호 G로 표시한 영역의 확대도이다.
도 8은, 회전정지 링의 외경과 에어 실린더의 스트로크와의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 공구 부착부가 소경인 경우를 나타내고, (b)는 공구 부착부가 대경인 경우를 나타낸다.
도 9는, 분사구를 가지는 커버의 다른 구성예를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 도 9(a)의 H-H 단면도이다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 공구 홀더의 구성예를 나타내는 도면으로, (a)는 공구 홀더의 개략을 나타내는 단면도이고, (b)는 도 10(a)의 I부의 확대도이다.
도 11은, 공구 홀더의 제1 유로 내에 마련되는 정류 부재의 구성예를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 도 11(a)의 J-J 단면도이다.
도 12는, 공구 홀더의 커버와 공구 부착부의 외주 사이에 마련되는 날개부의 구성예를 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 본 실시 형태에 기재되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 특정적인 기재가 없는 한 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지는 아니며, 단지 설명예 일 뿐이다.

[제1 실시 형태]

도 1은 제1 실시 형태에 따른 공구 홀더의 구성예를 나타내는 도면으로, 도 1(a)는 공구 홀더 전체 단면도, 도 1(b)는 베어링을 봉입하기 위한 상세 구조를 나타내는 도면이다. 도 2는, 도 1(a)의 A-A 단면도이다. 도 3은, 절삭유를 분사하는 분출구의 배치예를 나타내는 도면으로, 도 3(a)는 평면도, 도 3(b)는 도 3(a)의 B-B 단면도, 도 3(c)는 도 3(a)의 C-C 단면도, 도 3(d)는 도 3(a)의 D-D 단면도이다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 공구 홀더(1)는, 주축(스핀들)(S)에 공구(T)를 장착하기 위해 이용되며, 밀링 척 본체(2), 커버(20), 베어링(30) 및 스토퍼(40)를 갖는다.

밀링 척 본체(2)의 기단측에는, 주축(S)에 의해 파지되는 섕크부(2A)가 마련되어 있다. 섕크부(2A)는, 이른바 BT(Bottle Grip Taper) 섕크이며, 그 단부에는 풀스터드(3)가 나사 조임되어 있다. 또한, 주축(S)의 내부에는, 그 축 방향으로 이동 가능한 드로우 바(도시생략)가 마련되어 있다. 그리고, 드로우 바(Draw Bar)의 동작에 의해 풀스터드(3)가 주축(S) 측으로 인입됨으로써, 공구 홀더(1)(밀링 척 본체(2))가 주축(S)에 고정되도록 되어 있다.

한편, 섕크부(2A)는, BT 섕크 이외에도, HSK 섕크, KM 섕크, NT 섕크 등 임의의 형상의 것을 이용할 수 있다.

밀링 척 본체(2)의 선단측에는, 밀링 척 본체(2)의 선단면(5)으로 개구되는 삽입구(4)를 가지는 공구 부착부(2B)가 마련되어 있다. 공구 부착부(2B)의 삽입구(4)에는 공구(T)가 삽입되며, 콜릿(6)의 체결력에 의해 고정된다. 콜릿(6)에 의한 공구(T)의 고정은, 다음과 같이 이루어진다.

콜릿(6)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 슬릿(7)이 마련되고, 공구 부착부(2B)의 삽입구(4)의 내벽과의 당접면의 일부가 테이퍼 형상으로 되어 있다(도 1(a) 참조). 이 때문에, 콜릿(6)은, 주축(S) 측으로 이동함에 따라 축경되고, 반대방향으로 이동함에 따라 확경되도록 되어 있다.

콜릿(6)은, 그 일단에 체결 볼트(8)가 나사 조임되어 있으며, 체결 볼트(8)와 일체를 이루고 있다. 또한, 밀링 척 본체(2)의 내부에는, 체결 너트(10)가 체결 너트 고정 볼트(11)에 의해 고정되어 있다. 그리고, 체결 볼트(8)의 수나사와 체결 너트(10)의 암나사가, 나사부(12)에서 나사 결합되어 있다.

공구(T)를 밀링 척 본체(2)에 부착하는 경우, 체결 볼트(8)의 단부에 마련된 체결 볼트 육각부(14)를 전용 육각 렌치로 회전시켜, 체결 볼트(8)를 그 축 방향으로 후퇴(주축(S) 측으로 이동)시킨다. 이에 따라, 체결 볼트(8)와 함께 콜릿(6)이 주축(S) 측으로 이동하여, 콜릿(6)이 축경되어, 공구(T)가 파지된다.

한편, 공구(T)를 밀링 척 본체(2)로부터 분리하는 경우, 체결 볼트 육각부(14)를 반대방향으로 회전시킨다. 이에 따라, 체결 볼트(8)와 함께 콜릿(6)이 주축(S)과는 반대측으로 이동하고, 콜릿(6)이 확경되어, 공구(T)의 파지가 해제된다.

커버(20)는 전체적으로 컵형상으로 구성되며, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 공구 부착부(2B)의 외주를 덮는 통형상 벽(22)과, 공구 부착부(2B)의 선단면(5)을 덮는 저면(24)을 갖는다. 통형상 벽(22)은, 베어링(30)의 아우터 레이스(34)를 포함하여 원통형상으로 형성된다.

커버(20)의 저면(24)에는, 공구(T)가 관통하는 관통구멍(21)과, 이 관통구멍(21)의 주위에 배치되어 절삭액(C)을 분사하는 분출구(23)가 마련되어 있다. 분출구(23)는, 주축(S)으로부터 이격됨에 따라 공구(T)의 외주면에 접근하도록 공구 축심방향에 대하여 경사져 있으며, 그 경사각(α)은 공구(T)의 원하는 위치에 절삭유(C)를 공급할 수 있도록 적당히 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 분출구(23; 23-1, 23-2, ···, 23-6)를 복수 개 마련하여, 각각의 분출구(23)의 공구 축심방향에 대한 경사각(α; α1, α2, ···, α6)을 서로 다르게 할 수도 있다. 예를 들면, α1=45°, α2=40°, α3=35°, α4=30°, α5=25°, α6=20°로 할 수도 있다.

이와 같이 공구 축심방향에 대한 경사각(α)이 상이한 복수의 분출구(23)(23-1, 23-2, ···, 23-6)를 마련함으로써, 절삭유(C)를 복수의 방향으로 분사하여, 광범위에 걸친 절삭유(C)의 공급이 가능해진다. 이에 따라, 피가공물에 가로막혀 절삭유(C)를 가공 부분에 공급하기 어려운 경우에도, 어느 한 분출구(23)로부터 분사된 절삭유(C)를 가공 부분에 도달시킬 수 있다.

한편, 각 분출구(23)의 경사각(α)은 공구(T)의 길이에 따라 조절하는 것이 바람직하고, 길이가 상이한 복수 종의 공구(T)를 취급하는 경우에는 각 공구(T)의 길이에 적합한 경사각(α)의 분출구(23)를 가지는 커버(20)를 미리 준비해 두는 것이 바람직하다.

또한, 드릴이나 탭을 이용한 기계 가공에서는, 피가공물에 형성된 구멍 내부의 가공 부분에 직접 절삭유를 공급할 수 없으므로, 피가공물의 표면의 구멍 가장자리와 공구 사이의 간극을 향해 절삭유를 분사하고, 상기 간극을 통해 구멍의 내부에 절삭유를 공급할 필요가 있다. 그런데, 공구(T)가 드릴이나 탭인 경우, 가공의 진척에 따라, 공구 홀더(1)(커버(20)의 저면(24))가 피가공물에 서서히 접근함으로써, 분출구(23)로부터 분사된 절삭유(C)의 피가공물에 대한 착탄 위치는 일정하지 않다. 이 점, 공구 축심방향에 대한 경사각(α)이 상이한 복수의 분출구(23; 23-1, 23-2, ···, 23-6)를 마련한다면, 어느 한 분출구(23)로부터 분사된 절삭유(C)를 항상 피가공물의 표면의 구멍 가장자리와 공구 사이의 간극으로 도달시킬 수 있다. 따라서, 상기 간극을 통해 구멍 내부에 절삭유를 항시 공급하여, 구멍 내부의 가공 부분을 냉각시키는 동시에, 부스러기(절삭분)의 배출을 촉진시킬 수 있다.

커버(20)는, 적어도 저면(24)이 착탈 자유롭게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 저면(24) 및 통형상 벽(22)의 일부(통형상 벽(22) 중 아우터 레이스(34) 외)를 나사부(38)(도 4 참조)에 의해 아우터 레이스(34)에 나사 조임 가능하도록 구성할 수도 있다.

저면(24)의 분출구(23)의 위치나, 직경이나, 공구 축심방향에 대한 경사각은, 공구(T)의 치수(특히 공구(T)의 길이), 공구(T)의 종류, 가공 조건 등에 따라 변경하는 것이 바람직하다. 따라서, 적어도 저면(24)을 착탈 자유롭게 구성함으로써, 저면(24)을 포함하는 이 부분의 교환을 통해, 각 공구(T)에 적합한 분출구(23)를 가지는 저면(24)(및 통형상 벽(22)의 일부)을 이용하여, 가공 부분을 향해 절삭유(C)를 보다 효과적으로 공급할 수 있다.

섕크부(2A) 및 공구 부착부(2B)의 내부에는 제1 유로(16)가 형성되어 있으며, 주축(S) 측으로부터 제1 유로(16)를 통해 공구 부착부(2B)의 선단면(5)과 커버(20)의 저면(24) 사이로 절삭유(C)가 안내되도록 되어 있다. 제1 유로(16)는, 도 1의 화살표로 나타내는 바와 같이, 풀스터드(3) 및 체결 볼트(8)의 내부 유로와, 콜릿(6)의 슬릿(7)(도 2 참조)으로 구성된다. 한편, 제1 유로(16)를 통해 공구 부착부(2B)의 선단면(5)과 커버(20)의 저면(24) 사이로 안내된 절삭유(C)는, 일부가 분출구(23)로부터 공구(T)를 향해 분사되고, 나머지가 후술하는 제2 유로(18)를 통과하여 베어링(30)에 공급된다.

이와 같이 주축(S) 측으로부터 공급되는 절삭유(C)가 흐르는 제1 유로(16)를 섕크부(2A) 및 공구 부착부(2B)의 내부에 마련함으로써, 공구 홀더(1)를 주축(S)에 장착하는 것만으로, 주축(S)으로부터 분출구(23)에 이르기까지의 절삭유(C)의 유로가 연결된다. 따라서, ATC(자동 공구 교환장치)에 의한 공구 홀더(1)의 자동 교환에도 용이하게 대응할 수 있다.

베어링(30)은, 공구 부착부(2B)의 외주에 고정된 이너 레이스(32)와, 커버(20)의 통형상 벽(22)의 일부를 구성하는 아우터 레이스(34) 사이에 복수의 볼(玉)을 봉입한 볼 베어링이다. 베어링(30)의 이너 레이스(32)는 밀링 척 본체(2)와 함께 고속 회전한다. 한편, 베어링(30)의 아우터 레이스(34)는, 아우터 레이스(34)에 부착된 회전정지 링(26)이 후술하는 스토퍼(40)에 의해 구속되므로, 정지된 상태이다.

베어링(30)의 봉입은 다음과 방법으로 행한다. 먼저, 아우터 레이스(34)의 베어링 입구 구멍(33)에 폐쇄 볼트(37)를 나사 조임한 상태로, 아우터 레이스(34)의 내주측에 R홈(35)을 형성한다. 이후, 폐쇄 볼트(37)를 분리하고, 아우터 레이스(34)를 이너 레이스(32)에 부착하여, 이너 레이스(32)와 아우터 레이스(34) 사이의 R홈(35)에 베어링 입구 구멍(33)으로부터 베어링(30)을 투입한다. 그리고, R홈(35)이 선단에 형성된 폐쇄 볼트(37)에 의해 베어링 입구 구멍(33)을 폐쇄한다. 이에 따라, 베어링(30)이, 이너 레이스(32)와 아우터 레이스(34) 사이의 R홈(35)에 봉입된다. 한편, 폐쇄 볼트(37)의 수나사 및 이것에 나사 결합되는 베어링 입구 구멍(33)의 암나사는, 폐쇄 볼트(37)의 기단측 및 아우터 레이스(34)의 외주측에만 마련되어, 폐쇄 볼트(37)의 베어링 입구 구멍(33)으로의 나사 삽입 시에 폐쇄 볼트(37)의 위치가 규제되도록 되어 있으므로, 베어링(30)과 폐쇄 볼트(37)의 R홈(35)과의 간극을 고정밀도로 조절할 수 있다.

또한, 통형상 벽(22)과 공구 부착부(2B)의 외주 사이에는, 제1 유로(16)를 통해 공구 부착부(2B)의 선단면(5)과 커버(20)의 저면(24) 사이로 안내된 절삭유(C)의 일부를 베어링(30)을 향해 흐르게 하는 제2 유로(18)가 마련되어 있다. 제2 유로(18)를 통해 베어링(30)에 공급된 절삭유(C)는, 베어링(30)을 냉각시키는 동시에 윤활하여, 소부를 방지한다.

이에 따라, 공구(T)를 고속 회전시키는 경우에도, 베어링(30)의 소부를 일으키는 일 없이, 안정적인 기계 가공을 행할 수 있다. 실제, 본 발명자는, 제2 유로(18)를 통해 베어링(30)에 수용성 절삭유(C)를 공급함으로써, 공구 회전수가 20000rpm 정도인 조건 하에서도 베어링(30)의 소부가 발생하지 않는 것을 확인하고 있다.

여기서, 베어링(30) 주변의 절삭유(C)의 흐름에 대하여 자세히 설명한다. 도 4는, 베어링(30) 주변의 절삭유의 유로 구조를 나타내는 단면도이다.

같은 도면에 나타내는 바와 같이, 이너 레이스(32)와 아우터 레이스(34) 사이에는, 전체 둘레에 걸쳐 간극(36; 36A, 36B, 36C)이 마련되어 있다. 그리고, 통형상 벽(22)과 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 제2 유로(18)를 통과한 절삭유가 간극(36; 36A, 36B, 36C)을 흐르는 도중, 베어링(30)의 냉각 및 윤활이 행해진다. 베어링(30)을 냉각 및 윤활한 후의 절삭유는, 도 4의 화살표로 나타내는 바와 같이, 제3 유로(50)에 의해 배출된다. 제3 유로(50)는, 베어링(30)이 봉입된 R홈으로부터 직경방향 외측으로 절삭유를 흐르게 하는 연통홀(52)과, 간극(36C)을 통과하여 아우터 레이스(34)의 상면에 도달한 절삭유를 직경방향 외측으로 흐르게 하는 상면 홈(53)과, 연통홀(52)및 상면 홈(53)으로부터의 절삭유를 합류시켜 아래쪽으로 배출하는 관통홀(54)으로 이루어진다.

이와 같이, 제3 유로(50)를 마련하여, 베어링(30)의 냉각 및 윤활을 행한 후의 절삭유(C)의 배출을 촉진함으로써, 베어링(30) 주위의 절삭유(C)의 막힘을 방지하고, 항시 신선한 절삭유(C)를 베어링(30)에 공급하여, 냉각 및 윤활을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 베어링(30)으로부터 제3 유로(50)를 통해 외부로 향하는 절삭유(C)의 완만한 흐름이 형성되므로, 베어링(30)의 회전에 따른 외부로부터의 기포의 혼입을 방지하는 동시에, 어떠한 원인으로 이물이 절삭유에 혼입되어도 이를 외부로 확실하게 배출하여 베어링(30)의 기능을 저해하는 일이 없다.

2열의 베어링(30) 사이에 끼인 간극(36B)의 폭은, 다른 간극(36A 및 36C)의 폭보다 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 2열째 베어링(30)(도 4의 상측 베어링(30))에 절삭유(C)를 안정적으로 공급할 수 있다. 또한, 2열째 베어링(30) 직후의 유로인 간극(36C)의 폭을, 간극(36; 36A, 36B, 36C) 중에서 가장 작게 하여, 충분한 압력으로 연통홀(52)에 절삭유를 흐르게 함으로써, 베어링(30)의 막힘을 방지하여 냉각 및 윤활을 효율화하는 동시에, 기포의 혼입 방지나 이물의 배출 촉진을 효과적으로 행할 수 있다. 예를 들면, 간극(36B)의 폭을 약 0.5mm로 하고, 간극(36A)의 폭을 약 0.2mm로 하고, 간극(36C)의 폭을 약 0.05mm로 할 수도 있다.

한편, 연통홀(52), 상면 홈(53) 및 관통홀(54)의 폭(또는 직경)은, 1열째 베어링(30) 직전의 유로인 간극(36A)의 폭(즉, 제3 유로(50)의 입구측 유로 폭)보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 베어링(30)을 냉각 및 윤활한 후의 절삭유의 배출을 촉진시켜, 베어링(30) 주위의 절삭유의 막힘을 방지하고, 항시 신선한 절삭유를 베어링(30)에 공급하여, 냉각 및 윤활을 보다 효율적으로 행할 수 있다. 예를 들면, 연통홀(52)의 직경을 0.3mm 정도로 하고, 상면 홈(53) 및 관통홀(54)의 폭(직경)을 0.5mm 정도로 할 수도 있다.

또한, 아우터 레이스(34)와 회전정지 링(26)을 다른 것으로 구성하고, 아우터 레이스(34)에만 제3 유로(50)를 형성할 수도 있다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제3 유로(50)가 미리 형성된 아우터 레이스(34)의 외주에, 세트 스크류(29)를 이용하여, 회전정지 링(26)을 착탈 자유롭게 부착할 수도 있다.

아우터 레이스(34)를 회전정지 링(26)과는 다른 것으로 함으로써, 만일, 아우터 레이스(34) 또는 회전정지 링(26)이 고장 또는 파손되어도, 고장 또는 파손된 부품만을 선택적으로 교환할 수 있다.

또한, 아우터 레이스(34)에만 제3 유로(50)를 형성함으로써, 기계 가공이 용이해져서, 제작 비용을 저감시킬 수 있다. 이 점에 대해서는 도 5를 통해 설명한다. 도 5는, 제3 유로(50)가 마련된 아우터 레이스(34)의 구성예를 나타내는 도면으로, 도 5(a)는 단면도이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 E방향에서 본 도면이고, 도 5(c)는 도 5(b)의 F방향에서 본 도면이다.

연통홀(52), 상면 홈(53) 및 관통홀(54)으로 이루어진 제3 유로(50)는 둘레방향으로 복수(예를 들면, 60도마다 6개소) 마련된다. 베어링(30)을 안내하는 R홈(35)에 연통하는 연통홀(52)은, 아우터 레이스(34)의 외주측으로부터의 구멍뚫기 가공으로 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 상면 홈(53) 및 관통홀(54)은, 아우터 레이스(34)의 상면 또는 외주면에 대한 절삭 가공에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 일체로 마련된 아우터 레이스(34) 및 회전정지 링(26)에 대하여 제3 유로(50)를 형성하는 경우에 비하여, 제3 유로(50)의 기계 가공이 용이하고, 제작 비용을 저감시킬 수 있다.

도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 스토퍼(40)는, 회전정지 링(26)의 외주의 오목부(27)와 계합되는 회전정지 핀(42)과, 스프링(44)을 통해 회전정지 핀(42)을 지지하는 피스톤 로드(46)와, 이 피스톤 로드(46)를 진퇴시키는 에어 실린더(48)를 갖는다. 한편, 에어 실린더(48)는, 공작 기계측의 Z축에 고정되어 있을 수도 있다.

에어 실린더(48)의 구동력에 의해 피스톤 로드(46)가 그 길이방향으로 이동하여, 회전정지 핀(42)이 회전정지 링(26)의 오목부(27)에 삽입됨으로써, 회전정지 링(26)이 걸린다. 한편, 피스톤 로드(46)는, 그 길이방향이 공구(T)의 축심방향에 대하여 비스듬해지도록 회전정지 링(26)보다 상측에 배치되어 있으므로, 피스톤 로드(46) 및 에어 실린더(48)가 피가공물과 간섭하는 것을 방지할 수 있다.

도 6은, 스토퍼(40)에 의해 회전정지 링(26)을 구속하는 모습을 나타내는 도면이다. 도 7은, 도 6의 부호 G로 표시한 영역의 확대도이다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 회전정지 링(26)의 외주에는, 다수의 오목부(27)가 회전정지 링(26)의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 있다. 그리고, 회전정지 링(26)의 둘레방향에서의 오목부(27)의 폭(W)(도 7 참조)은, 내주측에 비해 외주측이 넓어, 회전정지 핀(42)을 오목부(27)에 삽입하기 쉽게 되어 있다. 또한, 회전정지 핀(42)의 기단(基端) 측에는 스프링(44)이 마련되어 있으므로, 회전정지 링(26)의 외주에 가압된 회전정지 핀(42)이 오목부(27)의 위치와 다소 어긋나 있어도, 스프링(44)이 휘어 회전정지 핀(42)이 오목부(27)에 들어간다. 게다가, 회전정지 핀(42)의 선단은, 구 형상이므로, 회전정지 링(26)의 외표면에 걸리지 않고 원활하게 오목부(27)에 들어간다. 따라서, ATC(자동 공구 교환장치)에 의한 공구 홀더(1)의 자동 교환에도 용이하게 대응할 수 있다.

또한, 회전정지 핀(42)이 오목부(27)에 계합된 상태에서의, 오목부(27)와 회전정지 핀(42)의 둘레방향의 간극(즉, 오목부(27)의 폭(W)과 회전정지 핀(42) 선단의 직경(D)의 차이)은, 0.1mm 이상 0.5mm 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이 계합 상태에서의 회전정지 링(26)의 오목부(27)와 회전정지 핀(42)의 둘레방향의 간극을 0.1mm 이상으로 함으로써, 회전정지 핀(42)을 오목부(27)에 용이하게 삽입한다. 한편, 같은 간극을 0.5mm 이하로 함으로써, 탭 등의 공구를 역회전시킬 때에 회전정지 링(26)이 회전하게 됨으로써, 분출구(23)에서 분출되는 절삭유(C)가 원심력의 영향을 받거나, 회전정지 핀(42)과 오목부(27)의 벽면(28)의 충돌에 기인하여 충격이 발생하거나 하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 오목부(27)가 마련된 회전정지 링(26)의 외경은, 공구 부착부(2B)의 직경에 관계없이 대략 일정하게 할 수도 있다.

도 8은, 회전정지 링(26)의 외경과 에어 실린더(48)의 스트로크와의 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 도 8(a)는 공구 부착부(2B)가 소경인 경우를 나타내고, 도 8(b)는 공구 부착부(2B)가 대경인 경우를 나타내고 있다.

도 8(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 공구 부착부(2B)의 직경이 상이한 경우에도, 회전정지 링(26)의 외경(D)을 대략 일정하게 함으로써, 동일한 스트로크(L)로 회전정지 핀(42)을 이동시켜 회전정지 링(26)의 오목부(27)와 계합시킬 수 있게 된다. 따라서, ATC(자동 공구 교환장치)에 의해 공구 홀더(1)를 자동 교환하는 경우에도, 공구 홀더(1)마다 에어 실린더(48)의 스트로크를 변경할 필요가 없으므로, ATC에 의한 공구 홀더(1)의 자동 교환에 용이하게 대응할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 공구 부착부(2B)의 외주 및 선단면(5)을 덮는 커버(20)를 부착하여, 베어링(30) 및 스토퍼(40)에 의해 공구 홀더(1)(공구 부착부(2B))의 회전에 따른 커버(20)의 동시회전을 방지하고, 이 커버(20)의 저면(24)에 마련한 분출구(23)로부터 절삭유(C)를 분사하도록 하였으므로, 분사된 절삭유(C)가 원심력의 영향을 받는 것을 대폭 억제할 수 있다. 따라서, 절삭유(C)를 원하는 위치에 공급할 수 있다.

또한, 커버(20)의 저면(24)에 마련한 분출구(23)로부터 절삭유(C)를 분사하도록 하였으므로, 종래의 커터-스루 방식과는 달리, 공구(T)의 내부에 급유홀을 마련할 필요가 없다.

그리고, 커버(20)의 저면(24)에 공구(T)가 관통하는 관통구멍(21)을 마련하고, 이 관통구멍(21)의 주위에 배치된 분출구(23)로부터 절삭유를 분사하도록 하였으므로, 분출구(23)를 가공 부분 가까이에 위치시킬 수 있다. 따라서, 절삭유를 양호한 정밀도로 가공 부분에 공급할 수 있다.

한편, 본 실시 형태에서는, 에어 실린더(48)의 스트로크를 일정하게 하기 위하여 공구 부착부(2B)의 직경에 관계없이 회전정지 링(26)의 외경을 대략 일정하게 하는 예(도 8(a) 및 (b) 참조)에 대하여 설명하였지만, 공구 부착부(2B)의 직경에 따른 외경을 가지는 회전정지 링(26)을 이용하더라도, 다음과 같이, 에어 실린더(48)의 스트로크를 변경할 필요가 없는 장치를 실현할 수 있다. 이에 따라, 회전정지 링(26)의 콤팩트화를 도모하면서, ATC에 의한 공구 홀더(1)의 자동 교환에 용이하게 대응할 수 있다.

에어 실린더(48)의 스트로크는, ATC(자동 공구 교환장치)에서 이용하는 공구 홀더 중 공구 부착부(2B)의 직경이 가장 작은 것(즉, 외경이 가장 작은 회전정지 링(26)을 가지는 공구 홀더)에 맞추어 설정한다. 즉, 외경이 가장 작은 회전정지 링(26)의 오목부(27)에 회전정지 핀(42)이 도달할 수 있도록, 에어 실린더(48)의 스트로크를 설정한다. 이 스트로크 설정값은, ATC(자동 공구 교환장치)에서 이용하는 전체 공구 홀더에서 공통적으로 사용한다. 공구 부착부(2B)의 직경이 가장 큰 공구 홀더의 경우에는, 에어 실린더(48)가 회전정지 핀(42)을 상기 스트로크 설정값만 변경하고자 했을 때에, 스프링(44)이 수축되어 여분의 스트로크를 흡수한다. 이때, 스프링(44)이 수축되어도, 과도한 탄성력에 의해 회전정지 핀(42)과 회전정지 링(26)의 오목부(27)와의 계합이 저해되지 않도록, 스프링(44)의 자연 길이 및/또는 스프링 상수를 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 이 경우, 회전정지 핀(42)과 회전정지 링(26)의 오목부(27)와의 접촉시의 충격을 완화하는 관점으로부터, 에어 실린더(48)에 의한 피스톤 로드(46)의 압출 속도가 압출 동작 중에 단계적으로 줄어들도록 구성할 수도 있다. 예를 들면, 공구 부착부(2B)의 직경이 가장 큰 공구 홀더의 경우에 회전정지 핀(42)이 오목부(27)에 접촉되는 스트로크를 L0이라 했을 때, 임의의 임계값(Lth)(<L0)을 경계로 피스톤 로드(46)의 압출 속도를 변화시킬 수도 있다. 즉, 0<L<Lth의 스트로크 범위에서는 피스톤 로드(46)의 압출 속도를 높이고, Lth≤L의 스트로크 범위에서는 피스톤 로드(46)의 압출 속도를 줄여도 된다. 이에 따라, 공구 부착부(2B)의 직경이 가장 큰 공구 홀더의 경우에도, 회전정지 핀(42)이 오목부(27)에 접촉되기 전(즉, 스트로크가 임계값(Lth)에 도달했을 때)에 피스톤 로드(46)의 압출 속도가 줄어들어, 회전정지 핀(42)과 회전정지 링(26)의 오목부(27)의 접촉시의 충격이 완화된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 커버(20)의 저면(24)에 원형상의 분사구(23)(도 3(a) 참조)를 형성하는 예에 대하여 설명하였지만, 분사구(23)의 형상은 이 예로 한정되지 않고, 임의의 형상일 수도 있다.

도 9는, 다른 형상예의 분사구(23)를 가지는 커버(20)를 나타내는 도면으로, 도 9(a)는 평면도이고, 도 9(b)는 도 9(a)의 H-H 단면도이다. 도 9(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 원형부(60)와, 공구(T)가 관통하는 관통구멍(21)으로부터 이격되는 방향으로 원형부(60)로부터 연장되는 슬롯구멍부(62)를 연결한 형상의 분출구(23)를 이용할 수도 있다. 슬롯구멍부(62)의 폭(W2)은, 원형부(60)의 직경(D2)보다 작다. 또한, 슬롯구멍부(62)의 공구 중심방향에 대한 경사각(γ1, γ2)은, 원형부(60)의 공구 중심방향에 대한 경사각(β1, β2)보다 크다. 한편, 커버(20)의 저면(24)에 복수의 분출구(23)를 마련하여, 각 분출구(23)의 원형부(60) 및 슬롯구멍부(62)의 공구 중심방향에 대한 경사각을 서로 다르게 할 수도 있다.

이와 같이, 원형부(60) 및 슬롯구멍부(62)로 이루어진 분출구(23)를 이용함으로써, 원형부(60)에서 분출된 후에 공구(T)를 비교적 따라 아래로 처지는 절삭유의 분류를, 슬롯구멍부(62)에서 분출된 절삭유의 분류에 의해 공구(T)측으로 가압함으로써, 광범위에 걸쳐 절삭유를 공구(T)에 공급할 수 있다. 따라서, 분출구(23)의 수를 감소시킬 수 있고, 전체 분사구(23)의 총 개구 면적을 저감시켜, 분출구(23)로부터 분사되는 절삭유의 압력 저하를 억제할 수 있다.

또한, 커버(20)의 저면(24)의 내측면에서의 슬롯구멍부(62)의 가장자리 중 관통구멍(21)으로부터 먼 곳의 영역을 선택적으로 면취하여, C면(63)을 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 슬롯구멍부(62)로부터 분사되는 절삭유가 C면(63)을 따라 흐를 때, 단면적 감소에 따라 압력 상승하므로, 슬롯구멍부(62)로부터 분사되는 절삭유의 힘을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 공구 홀더(1)가 ATC에 의한 자동 교환에 대응하기 쉬운 구성인 스토퍼(40)를 구비하는 예에 대하여 설명하였지만, 스토퍼(40)는 커버(20)의 동시회전을 방지할 수 있다면 특별히 한정되지 않으며, 임의의 구성의 것을 이용할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 분출구(23)로부터 절삭유를 분출하는 예에 대하여 설명하였지만, 절삭유 대신에 미스트나 공기 등의 다른 쿨런트를 이용할 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 베어링(30)으로서 이너 레이스(32)와 아우터 레이스(34) 사이에 볼을 봉입한 볼 베어링을 예로 들었지만, 공구 부착부(2B)의 외주면에 회전정지 링(26)을 상대적으로 회전 자유롭게 지지할 수 있는 베어링이라면 특별히 한정되지 않으며, 임의의 구성의 것을 이용할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 회전정지 핀(42)을 이동시키기 위해 에어 실린더(48)를 이용하는 예에 대하여 설명하였지만, 에어 실린더(48) 대신에, 유압 실린더나 모터 등의 임의의 액추에이터를 이용할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음에, 제2 실시 형태에 따른 공구 홀더에 대하여 설명한다. 이하, 제1 실시 형태의 공구 홀더(1)와 공통하는 개소에는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 제1 실시 형태의 공구 홀더(1)와 상이한 점을 중심으로 본 실시 형태의 공구 홀더에 대하여 설명한다.

도 10은 제2 실시 형태에 따른 공구 홀더의 구성예를 나타내는 도면으로, 도 10(a)는 본 실시 형태의 공구 홀더의 개요를 나타내는 단면도이고, 도 10(b)는 도 10(a)의 I부의 확대도이다. 도 11은 공구 홀더의 제1 유로(16) 내에 마련되는 정류 부재의 구성예를 나타내는 도면으로, 도 11(a)는 평면도이고, 도 11(b)는 도 11(a)의 J-J 단면도이다. 도 12는 공구 홀더의 커버(20)와 공구 부착부(2B)의 외주 사이에 마련되는 날개부의 구성예를 나타내는 사시도이다.

도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 공구 홀더(100)에서는, 체결 볼트(8)의 단부에 정류 부재(압력 컨트롤러)(70)가 나사 조임되어 있다. 정류 부재(70)는, 도 11(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 제1 유로(16)에서의 쿨런트(절삭유, 미스트, 공기 등)의 흐름방향을 거슬러 돌출되는 돌기부(72)를 감싸도록, 제1 유로(16)의 일부를 형성하는 한 쌍의 대략 고리형상의 관통홀(74A, 74B)이 형성되어 있다. 또한, 정류 부재(70)는, 전체적으로 대략 원통형상으로 형성되어 있으며, 그 외주면에는 체결 볼트(8)의 단부에 형성된 암나사에 나사 결합하는 수나사(78)가 마련되어 있다. 각 관통홀(74A, 74B)의 출구부(76)는, 정류 부재(70)의 직경방향 외측으로 굴곡되어 있다. 정류 부재(70)의 중심축에 대한 출구부(76)의 굴곡각도(θ)는, 공구(T)의 후단면(71)의 가장자리와 공구 부착부(2B)의 내벽면(구체적으로는 콜릿(6)의 내측 표면, 또는, 콜릿(6)의 슬릿(7)에 대응하는 위치에 있어서의 삽입구멍(4)의 벽면)의 간극을 향해 쿨런트가 흐르도록 조절되어 있다.

이와 같이, 정류 부재(70)를 제1 유로(16)의 공구(T)의 후단면(71)의 상류측에 마련함으로써, 제1 유로(16) 내를 흐르는 쿨런트가 정류되어, 공구(T)의 후단면(71)의 가장자리와 공구 부착부(2B)의 내벽면 사이의 상기 간극으로 안내된다. 이에 따라, 쿨런트가 공구(T)의 후단면(71)에 직접 충돌하는 일 없이, 공구(T)의 후단면(71)의 가장자리와 공구 부착부(2B)의 내벽면 사이의 상기 간극을 원활하게 통과할 수 있다. 따라서, 공구(T)의 후단면(71)에 대한 쿨런트의 충돌에 기인하여, 쿨런트의 흐름의 힘이 상실되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 공구(T)의 후단면(71)과의 충돌에 의해 쿨런트(공기)의 흐름은 현저하게 힘이 감소된다. 그러므로, 상술한 정류 부재(70)를 마련함으로써, 쿨런트(공기)의 흐름의 힘을 유지 가능한 점은 매우 유익하다.

또한, 정류 부재(70)의 내부에서의 제1 유로(16)의 단면적(즉, 관통홀(74A, 74B)의 총 단면적)은, 정류 부재(70)의 상류측에서의 제1 유로(16)의 단면적에 비해 작다. 구체적으로는, 제1 유로(16)의 상류측에서 하류측으로 향함에 따라, 외부로 향하는 제1 유로(16)의 단면적은, 돌기부(72)에 의해 서서히 감소하여, 최종적으로 관통홀(74A, 74B)의 총 단면적이 된다. 이에 따라, 제1 유로(16) 내를 흐르는 쿨런트는, 정류 부재(70)를 통과할 때에 압력이 상승한다. 한편, 정류 부재(70)의 돌기부(72)는 대략 원추형상이므로, 압력 손실의 원인이 되지 않고, 쿨런트를 분류(分流)하여 각 관통홀(74A, 74B)으로 원활하게 안내할 수 있다.

상술한 바와 같이, 정류 부재(70)에 의해 제1 유로(16)를 좁혀 쿨런트의 압력을 상승시킴으로써, 출구부(76)로부터 유출되는 쿨런트의 원하는 위치(공구(T)의 후단면(71)의 가장자리와 공구 부착부(2B)의 내벽면 사이의 상기 간극)로의 지향성이 향상된다. 따라서, 제1 유로(16)를 흐르는 쿨런트를, 공구(T)의 후단면(71)의 가장자리와 공구 부착부(2B)의 내벽면 사이의 상기 간극으로 보다 효과적으로 안내할 수 있다. 따라서, 쿨런트의 압력을 높게 유지한 채 분출구(23)에 공급하여, 분출구(23)로부터 세게 쿨런트를 분사할 수 있다.

또한, 정류 부재(70)에 의해 제1 유로(16) 내를 흐르는 쿨런트의 압력을 상승시킴으로써, 고압의 쿨런트를 분출구(23)로부터 세게 분사시킬 수 있다. 특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 다른 종류의 쿨런트에 비해, 공구(T)의 냉각에 필요한 양의 쿨런트(공기)를 공급하는 것이 용이하지 않으므로, 정류 부재(70)에 의한 쿨런트의 압력 상승에 의해, 고압의 쿨런트를 분출구(23)로부터 세게 분사할 수 있는 점은 매우 유익하다.

한편, 정류 부재(70)는 수지제로, 사출 성형 등의 공지된 방법에 의해 제작될 수도 있다. 이에 따라, 정류 부재(70)의 제조비용을 삭감할 수 있다. 그러므로, 관통홀(74A, 74B)의 크기나, 정류 부재(70)의 중심축에 대한 출구부(76)의 굴곡각도(θ)가 상이한 복수 품종의 정류 부재(70)를 미리 준비한 후, 공구(T)의 종류에 따라 적절한 정류 부재(70)를 선택하여 사용할 수도 있다.

또한, 공구 홀더(100)에서는, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 커버(20)의 통형상 벽(22)과 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 제2 유로(18) 내에는 날개부(80)를 마련하고 있다. 날개부(80)는, 도 10(a) 및 12에 나타내는 바와 같이, 베어링(30)의 이너 레이스(32)와 일체로 마련되어 있다. 구체적으로는, 베어링(30)의 이너 레이스(32)를 공구 부착부(2B)의 선단면(5)측으로 연장하여, 아우터 레이스(34)에 의해 덮이지 않는 이너 레이스(32)의 연장부(81)(도 12 참조)를 형성하고, 이 연장부(81)에 날개부(80)를 마련한다. 날개부(80)는, 연장부(81)의 외주를 노치하여 형성한 오목부(82)와, 이 오목부(82)의 경계를 따라 연장부(81)의 외주면에 마련된 돌출부(84)로 구성된다. 오목부(82)는, 측벽면(82A), 상벽면(82B) 및 경사면(82C)에 의해 형성된다. 경사면(82C)은, 공구 부착부(2B)의 선단면(5) 측으로 향함에 따라, 이너 레이스(32)의 회전방향의 반대방향으로 벗어나도록 경사져 있다. 이너 레이스(32)의 중심축에 대한 경사면(82C)의 경사각도는, 예를 들면, 30도 이상 45도 이하의 범위 내에서 설정할 수도 있다. 한편, 날개부(80)는, 연장부(81)의 둘레방향으로 복수 개 마련할 수도 있다.

이와 같이 제2 유로(18) 내에 날개부(80)를 마련함으로써, 공구 부착부(2B)와 함께 이너 레이스(32)가 도 12의 화살표 방향으로 회전하면, 오목부(82)에 유입된 쿨런트는 경사면(82C)에 의해 공구 부착부(2B)의 선단면(5) 측으로 압출된다. 이에 따라, 고압의 쿨런트를 커버(20)의 저면(24)에 형성한 분출구(23)로부터 세게 분사할 수 있다. 특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 다른 종류의 쿨런트에 비해, 공구(T)의 냉각에 필요한 양의 쿨런트(공기)를 공급하는 것이 용이하지 않으므로, 상술한 날개부(80)에 의해, 고압의 쿨런트를 분출구(23)로부터 세게 분사할 수 있는 점은 매우 유익하다.

또한, 공구(T)에 의한 가공 중, 날개부(80)는 공구 부착부(2B)와 함께 회전하기 때문에, 날개부(80)를 구동하기 위한 동력원을 별도로 마련할 필요가 없다. 또한, 날개부(80)를 이너 레이스(32)의 연장부(81)에 마련하였으므로, 날개부(80)의 채용에 따른 부품점수의 증가를 억제할 수 있다.

한편, 제2 유로(18) 내에는, 날개부(80)에 의해 압출되어 공구 부착부(2B)의 선단면(5) 측으로 향하는 쿨런트의 흐름 이외에도, 쿨런트의 흐름이 존재한다. 즉, 제1 유로(16)로부터 공구 부착부(2B)의 선단면(5)과 커버(20)의 저면(24) 사이로 유입된 후, 분사구(23)에서 분출되지 않은 쿨런트는, 커버(20)의 저면(24)으로부터의 반동력에 의해 베어링(30)을 향하도록 방향이 바뀐다. 또한, 날개부(80)에 의해 공구 부착부(2B)의 선단면(5) 측으로 압출된 쿨런트도, 커버(20)의 저면(24)으로부터의 반동력에 의해 베어링(30)을 향하도록 방향이 바뀐다. 그러므로, 제2 유로(18) 내의 쿨런트의 흐름은 선회류를 포함하는 복잡한 흐름이지만, 제2 유로(18) 내의 쿨런트의 흐름이 어떠하던지, 날개부(80)를 마련함으로써 제2 유로(18) 내의 쿨런트의 압력이 상승됨은 명백하다. 따라서, 제2 유로(18)를 통해 베어링(30)에 충분한 양의 쿨런트를 공급할 수 있어, 베어링(30)의 윤활 및 냉각을 효과적으로 행할 수 있다. 특히, 쿨런트로서 공기를 이용하는 경우, 다른 종류의 쿨런트에 비해, 베어링(30)의 냉각에 필요한 양의 쿨런트(공기)를 공급하는 것이 용이하지 않으므로, 상술한 날개부(80)를 마련하여 제2 유로(18) 내의 압력을 높임으로써, 베어링(30)에 대한 쿨런트의 공급을 확실하게 행할 수 있는 점은 매우 유익하다.

또한, 공구 홀더(100)에서는, 도 10(a)에 나타내는 바와 같이, 커버(20)와 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 공간(91)으로부터의 쿨런트의 유출을 억제하는 폐색부(90)를 마련하고 있다. 이 공간(91)은, 커버(20)의 통형상 벽(22)과 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 제2 유로(18)와, 커버(20)의 회전정지 링(26)과 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 공간을 포함하는 영역이다.

폐색부(90)는, 도 10(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 회전정지 링(26)의 상단부에 마련된 내향 플랜지(92)와, 이 내향 플랜지(92)를 덮도록 공구 부착부(2B)의 외주에 부착된 링 부재(94)로 구성된다.

또한, 내향 플랜지(92)의 선단면과 공구 부착부(2B)의 외주 사이에는 미소 간극(96)이 형성되고, 링 부재(94)의 하면과 내향 플랜지(92)의 상면 사이에는 미소 간극(98)이 형성되어 있다. 이와 같이 미소 간극(96, 98)을 마련하는 이유는, 공구 부착부(2B) 및 이것에 부착된 링 부재(94)가 회전정지 링(26)에 접촉되지 않도록 하여, 양자의 상대적인 회전을 가능하게 하기 위함이다.

한편, 도 10(a)에는 명시되어 있지 않지만, 베어링(30) 주변의 쿨런트의 유로 구조는, 도 4를 통해 설명한 제1 실시 형태와 마찬가지로 간극(36; 36A, 36B, 36C)과 제3 유로(50)(구체적으로는, 연통홀(52), 상면 홈(53) 및 관통홀(54))으로 구성되어 있다.

폐색부(90)의 미소 간극(96, 98)은, 간극(36; 36A, 36B, 36C)보다 작게 설정되어 있다. 예를 들면, 간극(36B)의 폭을 약 0.5mm로 하고, 간극(36A)의 폭을 약 0.2mm로 하고, 간극(36C)의 폭을 약 0.05mm로 하는 한편, 폐색부(90)의 미소 간극(96, 98)은 0.01mm 이하로 설정할 수도 있다. 이에 따라, 간극(36; 36A, 36B, 36C)을 통해 베어링(30)을 통과하는 쿨런트의 양을 유지하면서, 폐색부(90)에 의해 공간(91)으로부터의 쿨런트의 유출을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 내향 플랜지(92)의 선단면과 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 미소 간극(96)과, 링 부재(94)의 하면과 내향 플랜지(92)의 상면 사이의 미소 간극(98)으로 형성되는 유로는 굴곡되어 있으므로, 공간(91) 내로부터의 쿨런트의 유출이 한층 더 억제된다.

이와 같이, 커버(20)와 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 공간(91)으로부터의 쿨런트의 유출을 폐색부(90)에 의해 억제함으로써, 이 공간(91)에 채워진 쿨런트를 고압으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 공간(91) 내의 가압 상태의 쿨런트가 댐퍼(쿠션)로서 기능하며, 공구 부착부(2B)의 진동 및 채터를 감쇠시켜, 가공정밀도의 저하 및 공구(T)의 마모를 방지할 수 있다. 한편, 커버(20)와 공구 부착부(2B)의 외주 사이의 공간(91)에 채워진 쿨런트가 댐퍼로서 기능하는 것은, 스토퍼(40)에 의해 공구 부착부(2B)에 따른 커버(20)의 동시회전이 방지되어 있으므로, 공구 부착부(2B)로부터 독립하여 커버(20)가 정지해 있기 때문이다.

본 발명자가 실시한 실험에 따르면, 폐색부(90)를 마련하여 엔드밀에 의한 절삭 가공을 행한 경우, 폐색부(90)를 마련하지 않고 동일한 엔드밀에 의한 절삭 가공을 행하는 경우에 비하여, 주축 부하(%)를 대폭으로 경감할 수 있다는 것이 명백해졌다. 예를 들면, 공구경이 5mm인 조분쇄용(Rough Milling) 엔드밀(파워밀)에 대하여, 폐색부(90)의 유무가 주축 부하(%)에 미치는 영향을 조사한 결과, 폐색부(90)를 마련하지 않는 경우의 주축 부하가 약 5%이었던 것에 반해, 폐색부(90)를 마련한 경우의 주축 부하는 약 3%였다. 이 실험 결과로부터, 폐색부(90)의 채용에 의해, 공구 부착부(2B)의 진동 및 채터를 감쇠할 수 있음을 알 수 있었다.

또한, 폐색부(90)를 마련함으로써, 이물의 공간(91) 내로의 침입을 방지할 수 있다. 따라서, 베어링(30)의 기능이 이물에 의해 방해를 받는 사태를 방지할 수 있다.

또한, 공구 홀더(100)에서는, 다음에 설명하는 바와 같이, 베어링(30)의 봉입 방법을 제1 실시 형태의 공구 홀더(1)와는 달리하고 있다. 즉, 공구 홀더(100)에서는, 폐쇄 볼트(37) 대신에, 수나사를 가지지 않는 폐쇄편(37’)을 이용하는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다.

공구 홀더(100)에서 베어링(30)의 봉입을 행하는 순서는 다음과 같다. 제일 먼저, 아우터 레이스(34)의 베어링 입구 구멍(33)에 폐쇄편(37’)을 삽입한 상태로, 폐쇄편(37’)도 포함한 아우터 레이스(34)의 내주측에 R홈(35)을 형성한다. 이후, 폐쇄편(37’)을 분리하고, 아우터 레이스(34)를 이너 레이스(32)에 부착하여, 이너 레이스(32)와 아우터 레이스(34) 사이의 R홈(35)에 베어링 입구 구멍(33)으로부터 베어링(30)을 투입한다. 그리고, R홈(35)이 형성된 폐쇄편(37’)에 의해 베어링 입구 구멍(33)을 폐쇄한다. 마지막으로, 폐쇄편(37’)을 세트 스크류(102)로 아우터 레이스(34)에 고정한다. 이에 따라, 베어링(30)이, 이너 레이스(32)와 아우터 레이스(34) 사이의 R홈(35)에 봉입된다.

한편, 도 10(a)에는 상하 2열의 베어링(30) 중, 상측열의 베어링(30)에 대해서만 폐쇄편(37’) 및 세트 스크류(102)를 나타내고 있지만, 하측열의 베어링(30)에 대해서도 마찬가지로 폐쇄편(37’) 및 세트 스크류(102)가 마련되어 있다.

상술한 바와 같이 폐쇄편(37’)을 세트 스크류(102)로 고정하는 이유는, 폐쇄편(37’)을 위치 결정하여, 폐쇄편(37’)의 R홈(35)이 형성하는 궤도면을, 폐쇄편(37’) 이외의 아우터 레이스(34)의 R홈(35)이 형성하는 궤도면에 일치시키기 위함이다.

제1 실시 형태와 같이, 폐쇄 볼트(37)를 이용하여 베어링(30)을 봉입하는 경우, 폐쇄 볼트(37)의 R홈(35)이 형성하는 궤도면과, 아우터 레이스(34)의 R홈(35)이 형성하는 궤도면을 일치시키는 것은 곤란하다. 그러므로, 폐쇄 볼트(37) 대신에, 수나사를 가지지 않는 폐쇄편(37’)에 의해 베어링 입구 구멍(33)을 폐쇄하는 동시에, 폐쇄편(37’)을 세트 스크류(102)로 위치 결정함으로써, 폐쇄편(37’)의 R홈(35)이 형성하는 궤도면과 아우터 레이스(34)의 R홈(35)이 형성하는 궤도면을 용이하게 일치시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서, 각종 개량이나 변형을 할 수 있음은 물론이다.

예를 들면, 제1 실시 형태에서 설명한 내용과, 제2 실시 형태에서 설명한 내용을 적당히 조합할 수도 있다.

1 공구 홀더
2 밀링 척 본체
2A 섕크부
2B 공구 부착부
3 풀스터드
4 삽입구
5 선단면
6 콜릿
7 슬릿
8 체결 볼트
10 체결 너트
11 체결 너트 고정 볼트
12 나사부
14 체결 볼트 육각부
16 제1 유로
18 제2 유로
20 커버
21 관통구멍
22 통형상 벽
23 분출구
24 저면
26 회전정지 링
27 오목부
28 벽면
29 세트 스크류
30 베어링
32 이너 레이스
33 베어링 입구 구멍
34 아우터 레이스
35 R홈
36 간극
37 폐쇄 볼트
37’ 폐쇄편
38 나사부
40 스토퍼
42 회전정지 핀
44 스프링
46 피스톤 로드
48 에어 실린더
50 제3 유로
52 연통홀
53 상면 홈
54 관통홀
60 원형부
62 슬롯구멍부
63 C면
70 정류 부재(압력 컨트롤러)
71 후단면
72 돌기부
74A 관통홀
74B 관통홀
76 출구부
78 나사부
80 날개부
81 연장부
82 오목부
82A 측벽면
82B 상벽면
82C 경사면
84 돌출부
90 폐색부
91 공간
92 내향 플랜지
94 링 부재
96 미소 간극
98 미소 간극
100 공구 홀더
102 세트 스크류
S 주축
T 공구

Claims

공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서,
일단에 마련되어, 상기 주축에 파지되는 섕크부와,
타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와,
상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽, 및 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면을 가지는 커버와,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과,
상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하며,
상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되고,
상기 섕크부 및 상기 공구 부착부의 내부에 상기 주축 측으로부터 공급되는 쿨런트가 흐르는 제1 유로가 마련되고, 상기 제1 유로를 통해 상기 공구 부착부의 상기 선단면과 상기 커버의 상기 저면 사이의 공간으로 쿨런트가 안내되고,
상기 공구 부착부의 상기 선단면과 상기 커버의 상기 저면 사이의 상기 공간을 거쳐 상기 제1 유로에 연통하는 제2 유로가, 상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련되고,
상기 제2 유로는, 상기 제1 유로로부터 상기 공간으로 안내되는 쿨런트를 상기 베어링으로 향하게 흐르도록 구성되고,
상기 베어링은, 상기 쿨런트의 일부인, 상기 제2 유로를 통해 공급되는 쿨런트에 의해 윤활되고, 냉각되는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제1항에 있어서,
상기 커버의 직경방향 외측으로 연장되는 연통홀과, 상기 연통홀로부터 외부로 통하는 배출홀을 포함하며, 상기 베어링을 윤활 및 냉각한 후의 쿨런트를 배출하는 제3 유로를 상기 커버의 내부에 형성한 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서,
일단에 마련되어, 상기 주축에 파지되는 섕크부와,
타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와,
상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽과, 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면과, 둘레방향으로 배열된 복수의 오목부가 형성된 외주면을 가지는 커버와,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과,
상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하며,
상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되고,
상기 스토퍼는, 상기 커버의 상기 외주면 중 어느 것의 상기 오목부와 계합하여 상기 커버의 동시회전을 방지하는 회전정지 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제3항에 있어서,
상기 회전정지 핀이 상기 오목부에 계합된 상태에서의, 상기 오목부와 상기 회전정지 핀의 커버 둘레방향의 간극은 0.1mm 이상 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 오목부가 마련된 개소에 있어서의 상기 커버의 외경은, 상기 공구 부착부의 직경에 관계없이 일정한 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제3항 또는 제4항에 있어서,
복수의 상기 오목부가 상기 커버의 전체 둘레에 걸쳐 마련되어 있으며,
상기 스토퍼는, 상기 회전정지 핀을 이동시키는 액추에이터와, 상기 액추에이터와 상기 회전정지 핀 사이에 마련된 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제6항에 있어서,
상기 스토퍼는, 상기 액추에이터의 구동력에 의해, 공구 축심방향에 대하여 경사방향으로 진퇴하는 로드를 더 포함하며,
상기 회전정지 핀은, 상기 스프링을 통해 상기 로드에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서,
일단에 마련되어, 상기 주축에 파지되는 섕크부와,
타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와,
상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽, 및, 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면을 가지는 커버와,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과,
상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하며,
상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되고,
상기 섕크부 및 상기 공구 부착부의 내부에 상기 주축 측으로부터 공급되는 쿨런트가 흐르는 제1 유로가 마련되며, 상기 제1 유로를 통해 상기 공구 부착부의 상기 선단면과 상기 커버의 상기 저면 사이로 쿨런트가 안내되고,
상기 제1 유로 내에서 상기 공구의 후단면의 상류측에 위치하도록, 상기 제1 유로에 마련되어 있는 정류 부재를 더 구비하고,
상기 정류 부재는, 상기 제1 유로를 형성하는 상기 공구 부착부의 내벽면과 상기 공구의 상기 후단면의 가장자리 사이의 간극을 향해 상기 쿨런트가 흐르도록 상기 제1 유로 내의 상기 쿨런트를 정류하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제8항에 있어서,
상기 정류 부재는, 상기 제1 유로의 단면적을 감소시켜 상기 쿨런트의 압력을 상승시키는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서,
일단에 마련되어, 상기 주축에 파지되는 섕크부와,
타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와,
상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽, 및 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면을 가지는 커버와,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과,
상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하며,
상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되고,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련되어, 공구 부착부와 함께 회전함으로써 상기 쿨런트를 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 향해 압출하는 날개부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제10항에 있어서,
상기 공구 부착부의 외주에 고정된 상기 베어링의 이너 레이스는, 상기 베어링의 아우터 레이스에 의해 덮이지 않는 연장부를, 상기 공구 부착부의 상기 선단면 측에 가지고,
상기 날개부는, 상기 이너 레이스의 상기 연장부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서,
일단에 마련되어, 상기 주축에 파지되는 섕크부와,
타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와,
상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽, 및 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면을 가지는 커버와,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과,
상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하며,
상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되고,
상기 스토퍼에 의해 동시회전이 방지되어 정지하도록 구성된 상기 커버의 내주면과, 상기 공구와 함께 회전하도록 구성된 상기 공구 부착부의 외주면 사이의 공간이 가압 상태의 상기 쿨런트로 채워지도록, 상기 공간으로부터의 상기 쿨런트의 유출을 억제하는 폐색부를 더 구비하는 것을 특징으로, 공구 홀더.
제1항 내지 제4항 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분출구는 상기 저면의 관통구멍의 주위에 복수 개 마련되어 있으며, 각각의 분출구의 공구 축심방향에 대한 경사각이 서로 상이한 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
공작 기계의 주축에 공구를 장착하기 위한 공구 홀더에 있어서,
일단에 마련되어, 상기 주축에 파지되는 섕크부와,
타단에 마련되어, 상기 공구가 삽입되는 삽입구를 선단면에 가지는 공구 부착부와,
상기 공구 부착부의 외주를 덮는 통형상 벽, 및 상기 공구 부착부의 상기 선단면을 덮는 저면을 가지는 커버와,
상기 커버의 상기 통형상 벽과 상기 공구 부착부 사이에 마련된 베어링과,
상기 공구 부착부에 따른 상기 커버의 동시회전을 방지하는 스토퍼를 구비하며,
상기 커버의 상기 저면에는, 상기 공구가 관통하는 관통구멍과, 상기 관통구멍의 주위에 배치되어, 상기 공구를 향해 쿨런트를 분사하는 분출구가 마련되고,
상기 분출구 각각의 형상은, 원형부와, 상기 원형부의 직경보다 작은 폭을 가지며, 상기 관통구멍으로부터 이격되는 방향으로 상기 원형부로부터 연장되는 슬롯구멍부를 연결한 비원형 형상이고,
상기 분출구의 전체 형상의 일부를 형성하는 상기 슬롯구멍부의 공구 중심방향에 대한 경사각은, 상기 분출구의 상기 전체 형상의 다른 부분을 형성하는 상기 원형부의 공구 중심방향에 대한 경사각보다 큰 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제1항 내지 제4항 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버는, 적어도 상기 저면이 착탈 자유롭게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공구 홀더.
제1항 내지 제4항 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항의 공구 홀더를 구비하는, 공작 기계.