JP3086515B2 - 工具ホルダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マシニングセンタ等
の加工装置の主軸に着脱可能に装着され、研削用砥石や
エンドミル等のエア駆動による回転工具を保持し、研削
や切削等の加工を行うようにした工具ホルダに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の工具ホルダとしては、例
えば特開平１−２８１８６１号公報に示されるような構
成のものが知られている。

【０００３】この従来構成においては、ホルダ本体内に
静圧軸受を介して回転軸が回転可能に支持され、その回
転軸の先端に研削用砥石等の工具が取り付けられてい
る。ホルダ本体と回転軸との間には、回転軸をエアの噴
射によって回転駆動させるためのエア駆動機構としての
エアタービンが設けられている。ホルダ本体にはエア供
給源に連結されるエア通路が設けられ、このエア通路を
介してエアタービンにエアが供給されて、回転軸が高速
で回転駆動されると共に、エア通路を介して静圧軸受に
エアが供給されて、回転軸がホルダ本体に対し静圧的に
支承されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
工具ホルダでは、回転軸の回転を停止させるための停止
機構が設けられていないため、マシニングセンタ等の加
工装置において、工具交換のために工具ホルダを加工装
置の主軸から取り外す場合、エア駆動機構からのエアの
噴射を停止した後、回転軸の惰性回転が所定回転数以下
になるまで、工具ホルダの取り外し作業を待たなければ
ならず、工具交換に長い作業時間を必要とするという問
題があった。

【０００５】又、このような問題点を解消するため、工
具ホルダに機械的なブレーキ機構を設けることも考えら
れるが、このように構成した場合には、構造が複雑にな
ると共に、高速回転している回転軸を停止させる際に、
ブレーキ機構のブレーキシュー等に磨耗が生じやすく
て、耐久性に新たな問題が生じた。

【０００６】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものであって、その目的
とするところは、工具交換等のために工具ホルダを加工
装置の主軸から取り外す場合、回転軸の惰性回転を短時
間に制動停止させることができて、工具交換等の作業を
短時間に行うことができ、しかも、その停止機構の構成
が簡単で耐久性にも優れている工具ホルダを提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、加工装置の主軸に着脱可能に装着
され、ホルダ本体内に静圧軸受を介して回転軸を回転可
能に支持すると共に、その回転軸の先端に工具を取り付
けてなる工具ホルダにおいて、前記ホルダ本体と回転軸
との間には、回転軸をエアの噴射によって回転駆動させ
るためのエア駆動機構と、回転軸の回転をエアの逆噴射
によって停止させるためのエア停止機構とを設け、前記
ホルダ本体にはエア供給源に連結されるエア通路を設け
ると共に、そのエア通路中には前記エア駆動機構とエア
停止機構とにエアの供給を切り換え可能な弁を設けたも
のである。

【０００８】

【作 用】上記のように構成された工具ホルダにおい
て、加工時には所定の工具を取り付けた工具ホルダが加
工装置の主軸に装着され、装着と同時にエア通路が主軸
側のエア供給路に接続される。この状態で弁の切り換え
動作により、エア通路がエア駆動機構側に連結される。
それにより、加工装置側のエア供給源からエア供給路、
エア通路を介してエア駆動機構にエアが供給されて回転
軸に噴射され、その回転軸が高速で回転駆動されて、回
転軸の先端の工具により切削等の加工が行われる。

【０００９】この加工の終了後等において、工具交換等
のために工具ホルダを加工装置の主軸から取り外す場合
には、弁の切り換え動作により、エア通路がエア停止機
構側に連結される。それにより、エア駆動機構へのエア
の供給が停止されると共に、エア供給源からエア供給
路、エア通路を介してエア停止機構にエアが供給されて
回転軸に逆噴射され、その回転軸の回転が制動される。
従って、回転軸の惰性回転を短時間に制動停止させるこ
とができ、工具交換等の作業を短時間に行うことができ
る。又、弁軸の移動を中間的な位置に止め、エア駆動機
構とエア停止機構へのエアの供給流量を適宜調整するこ
とによって、回転軸の任意の回転数を得ることができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明を自動工具交換装置を備えた
マシニングセンタ用の工具ホルダに具体化した一実施例
を、図１〜図３に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図２に示すように、加工装置としてのマシ
ニングセンタ１はベッド２及びコラム３を備えている。
テーブル４はベッド２上に水平面内で前後方向及び左右
方向へ移動可能に支持され、その上面にはワークＷが着
脱可能に装着される。主軸ヘッド５はコラム３の側面に
上下Ｚ軸方向へ移動可能に支持され、この主軸ヘッド５
内には主軸６が図示しないモータにより積極回転可能に
設けられている。工具ホルダ７は図示しない自動工具交
換装置により主軸６の下端に着脱交換可能に装着され、
その下端にはエンドミル等の工具８が取り付けられてい
る。

【００１２】図１に示すように、前記工具ホルダ７はほ
ぼ円筒状のホルダ本体９を備え、その上端には主軸６の
テーパ穴６ａに嵌挿可能なテーパシャンク部９ａが設け
られると共に、外周には図示しない自動工具交換装置の
交換用アームに係合可能な保持溝９ｂが形成されてい
る。そして、ホルダ本体９のテーパシャンク部９ａが主
軸６のテーパ穴６ａに嵌挿された状態で、図示しないク
ランプ機構により工具ホルダ７が主軸６に対して解除可
能にクランプされる。

【００１３】図１及び図３に示すように、回転軸１０は
前記ホルダ本体９内に一対の軸受筒体１１，１２を介し
て回転可能に支持され、その下端には工具８がチャック
１３によって着脱可能に取り付けられている。多数の噴
出ノズル１４は軸受筒体１１，１２に形成され、この噴
出ノズル１４から回転軸１０と軸受筒体１１，１２との
間の間隙にエアが噴出されることによって、回転軸１０
を支承するための静圧軸受１５が形成される。

【００１４】エア駆動機構１６は前記ホルダ本体９と回
転軸１０との間に設けられ、回転軸１０の外周に形成さ
れた羽根車１７と、その羽根車１７に対向して軸受筒体
１１に形成された複数の噴射ノズル１８とから構成され
ている。そして、前記主軸６が主軸ヘッド５に対して所
定位置に位置決め固定された状態で、このエア駆動機構
１６の噴射ノズル１８から羽根車１７にエアが噴射され
ることにより、回転軸１０が図３の反時計方向に高速で
回転駆動される。

【００１５】エア停止機構１９は前記エア駆動機構１６
の下方においてホルダ本体９と回転軸１０との間に設け
られ、回転軸１０の外周に形成された羽根車２０と、そ
の羽根車２０に対向して軸受筒体１１に形成された複数
の逆噴射ノズル２１とから構成されている。そして、前
記エア駆動機構１６における噴射ノズル１８からのエア
の噴射が停止された後に、このエア停止機構１９の逆噴
射ノズル２１から羽根車２０にエアが逆噴射されること
により、回転軸１０の惰性回転が制動停止される。

【００１６】エア通路２２は前記各噴出ノズル１４に連
通するようにホルダ本体９に形成され、そのエア供給端
がテーパシャンク部９ａの外側においてホルダ本体９の
上端面に１８０°位相を変えて２箇所に開口されてい
る。これに対向するように、主軸６にはエア供給路２３
がテーパ穴６ａに沿って下方へ延びるように分岐形成さ
れ、その上端部が図示しないエアポンプ等のエア供給源
に連結されると共に、下端部が主軸６の下端面にそれぞ
れ開口されている。

【００１７】筒状のフロート部材２４は前記エア供給路
２３の下端開口部に上下移動可能に嵌挿され、その下端
には黄銅等の軟質材料よりなる接合体２５が嵌着されて
いる。バネ２６はエア供給路２３の下端開口部とフロー
ト部材２４との間に介装され、常にはこのバネ２６の付
勢力により、フロート部材２４が規制ピン２７にて規制
される上下移動範囲の下方位置に突出保持されている。

【００１８】そして、主軸６が所定位置に位置決め停止
された状態で、テーパ穴６ａにホルダ本体９のテーパシ
ャンク部９ａが定位状態で嵌挿されたとき、フロート部
材２４がバネ２６の付勢力に抗して上方に移動されて、
接合体２５がホルダ本体９の上端面に圧接される。この
とき、フロート部材２４及び接合体２５を介してエア供
給路２３とエア通路２２とが連結され、この状態でエア
供給源からエア供給路２３にエアが供給されると、その
エアはエア通路２２を介して静圧軸受１５のための各噴
出ノズル１４に導かれる。

【００１９】図１及び図３に示すように、弁２８は前記
ホルダ本体９のエア通路２２中に設けられ、この弁２８
によって、エア通路２２からエア駆動機構１６及びエア
停止機構１９へのエアの供給が切り換えられるととも
に、エア供給量の調整も行えるように絞り弁を形成して
いる。

【００２０】すなわち、弁孔２９は回転軸１０の軸線と
交差する方向へ延びるようにホルダ本体９に形成され、
そのほぼ中間部の上面にはエア通路２２が開口されてい
る。駆動エア通路３０は弁孔２９のほぼ中間部の側面に
開口され、軸受筒体１１に設けられた環状通路３１を介
してエア駆動機構１６の各噴射ノズル１８に連通されて
いる。停止エア通路３２は弁孔２９の一端部寄りの下面
に開口され、軸受筒体１１に設けられた環状通路３３を
介してエア停止機構１９の各逆噴射ノズル２１に連通さ
れている。

【００２１】弁体としての弁軸３４は前記弁孔２９内に
複数のＯリングを介して摺動移動可能に嵌挿され、その
ほぼ中間部及び一端部寄りには駆動エア通路３０及び停
止エア通路３２に連通可能な開放用溝３５，３６が形成
されている。そして、弁軸３４が弁孔２９内で軸線方向
へ移動されるその移動量に応じて弁軸３４が図３に実線
で示す第１切換位置と、鎖線で示す第２切換位置と、そ
して、その中間的な任意の位置に位置決め停止されるよ
うになっている。

【００２２】図２に示すように、一対の支持ブラケット
４２は前記マシニングセンタ１におけるテーブル４の上
面に立設され、その上端には作動ピン４２ａ，４２ｂが
内側に向けて突設されている。そして、主軸６に工具ホ
ルダ７が装着された状態で、テーブル４が一側方に移動
されて、一方の作動ピン４２ａが弁軸３４の一端部３４
ａに係合して、その弁軸３４を所定量移動させ図３に実
線で示す第１切換位置に切り換える。これによって、弁
軸３４の一方の開放用溝３５を介してエア通路２２が駆
動エア通路３０に連通されて、供給エアがエア通路２２
から駆動エア通路３０を通してエア駆動機構１６の各噴
射ノズル１８に導かれる。

【００２３】又、ワークＷの工具８による加工終了後
に、テーブル４が他側方に移動されて、他方の作動ピン
４２ｂが弁軸３４の他端部３４ｂに係合して、その弁軸
３４を所定量移動させ、図３に鎖線で示す第２切換位置
に切り換える。これによって、弁軸３４の他方の開放用
溝３６を介してエア通路２２が停止エア通路３２に連通
されて、供給エアがエア通路２２から停止エア通路３２
を通してエア停止機構１９の各逆噴射ノズル２１に導か
れる。

【００２４】次に、前記のように構成された工具ホルダ
７を備えるマシニングセンタ１について動作を説明す
る。さて、このマシニングセンタ１においては、主軸６
が主軸ヘッド５に対して所定位置に位置決め固定された
状態で、所定の工具８を取り付けた工具ホルダ７が自動
工具交換装置により主軸６の下端に図示しないキーを介
して定位状態で装着される。その後、ＮＣによる移動指
令によりテーブル４が一側方に移動されて、一方の作動
ピン４２ａにより、弁軸３４が図３に実線で示す第１切
換位置に切り換えられ、弁軸３４の一方の開放用溝３５
を介してエア通路２２が駆動エア通路３０に連通され
る。この後、ＮＣによる移動指令によりテーブル４が移
動されて差動ピン４２ａが弁軸３４から離される。

【００２５】この状態で、エア供給源から主軸６のエア
供給路２３にエアが供給されると、そのエアがホルダ本
体９内のエア通路２２を介して静圧軸受１５用の各噴出
ノズル１４に導かれ、その噴出ノズル１４から回転軸１
０と軸受筒体１１，１２との間の間隙に噴出されて静圧
軸受１５が形成され、回転軸１０がホルダ本体９に対し
て静圧的に支承される。それと共に、エアが前記エア通
路２２から駆動エア通路３０を通してエア駆動機構１６
に導かれ、その噴射ノズル１８から羽根車１７に向けて
噴射されて、回転軸１０が図３の時計方向に高速で回転
駆動される。これにより、回転軸１０の先端の工具８に
てワークＷに対し切削等の加工が行われる。

【００２６】そして、ワークＷの工具８による加工が終
了すると、ＮＣによる移動指令によりテーブル４が他側
方に移動されて、他方の作動ピン４２ｂにより、弁軸３
４が図３に鎖線で示す第２切換位置に切り換えられ、弁
軸３４の他方の開放用溝３６を介してエア通路２２が停
止エア通路３２に連通される。これにより、前記エア駆
動機構１６へのエアの供給が停止されると共に、エアが
エア通路２２から停止エア通路３２を通してエア停止機
構１９に導かれ、その逆噴射ノズル２１から羽根車２０
に向けて逆噴射されて、回転軸１０の回転が制動され
る。同時にＮＣによる移動指令によりテーブル４が移動
され、作動ピン４２ｂが弁軸３４から離される。そし
て、回転軸１０が所定の回転数以下に減速されたとき、
エアの供給を止め、自動工具交換を行なう。実際には、
所定の回転数以下となる減速に要する時間を予め測定し
ておき、その一定時間逆噴射を行うようにしている。

【００２７】従って、駆動エアを止めた後、回転軸１０
が長時間に亘って惰性回転することはなく、その回転軸
１０の惰性回転を短時間に制動停止させることができ
て、その後の自動工具交換装置による工具ホルダ７の交
換作業を迅速かつ短時間に行うことができる。

【００２８】なお、回転軸１０の回転数を変更したい場
合には、弁軸３４の移動量すなわち弁切換え時のテーブ
ル４のＮＣ移動指令の移動量を変更することにより、弁
軸３４は中間的な位置に停止され、エア駆動機構とエア
停止機構へのエアの供給流量を変化させることができ、
これによって任意の回転数に設定できる。

【００２９】

【別の実施例】次に、この発明の別の実施例を図４に基
づいて説明する。さて、この実施例においては、ホルダ
本体９に設けられたエア通路２２の上端部がテーパシャ
ンク部９ａの外周面に開口されると共に、主軸６に設け
られたエア供給路２３の下端部がテーパ穴６ａの内周面
に開口されている。そして、ホルダ本体９のテーパシャ
ンク部９ａを主軸６のテーパ穴６ａに嵌挿して、工具ホ
ルダ７を主軸６の先端に装着したとき、エア通路２２の
上端開口部がエア供給路２３の下端開口部に合致して、
エア通路２２がエア供給路２３に連通されるようになっ
ている。

【００３０】なお、この発明は前記実施例の構成に限定
されるものではなく、例えば、静圧軸受１５の噴出ノズ
ル１４にエアを供給するためのエア通路を、エア駆動機
構１６及びエア停止機構１９にエアを供給するためのエ
ア通路２２と区別して、ホルダ本体９に形成する等、こ
の発明の趣旨から逸脱しない範囲で、各部の構成を任意
に変更して具体化することも可能である。

【００３１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているため、工具交換等のために工具ホルダを加工装
置の主軸から取り外す場合、回転軸の惰性回転を短時間
に制動停止させることができて、工具交換等の作業を短
時間に行うことができるという優れた効果を奏する。

【００３２】又、この発明では、エア停止機構から回転
軸にエアを逆噴射して、回転軸の惰性回転を制動停止さ
せるようになっているため、機械的なブレーキ機構を設
けた場合と比較して、停止機構の構成が簡単であると共
に耐久性にも優れているという効果を奏する。

【００３３】さらに、この発明においては、弁によりエ
ア通路をエア駆動機構側とエア停止機構側とに切り換え
連結するようになっているため、エア駆動機構及びエア
停止機構に対するエア通路を別々に設ける必要がなく、
エアの供給構成を簡略化することもできる。

【００３４】又、前記弁はその弁軸を中間的な任意の位
置で止めることにより、エア通路よりエア駆動機構とエ
ア停止機構へ適宜の割合でエアを供給できるので、エア
供給源からの元圧を変化させることなく、回転軸の回転
数を変化でき、しかも軸受剛性を保ったまま任意の回転
数を容易に得ることができる。

【００３５】さらに、エア通路へのエア供給を主軸側か
ら導入するようにしているので、工具ホルダの主軸への
装着と同時に主軸との間でエア供給路が連通され、ホー
ス等の手作業による接続作業が要らず、自動的に行え
る。そして、工具ホルダ側では１つのエア通路から切換
えによってエア駆動機構とエア停止機構へそれぞれエア
を供給できるので、主軸からのエア供給は一系統でよ
く、主軸側の構造も簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した工具ホルダの一実施例を
示す要部断面図である。

【図２】その工具ホルダを加工装置の主軸に装着した状
態を示す正面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。

【図４】工具ホルダに対するエア通路の別の実施例を示
す部分断面図である。

【符号の説明】 １ 加工装置としてのマシニングセンタ、６ 主軸、７
工具ホルダ、８ 工具、９ ホルダ本体、１０ 回転
軸、１５ 静圧軸受、１６ エア駆動機構、１９エア停
止機構、２２ エア通路、２８ 切換及び調整用弁、３
４ 弁体としての弁軸。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工装置の主軸に着脱可能に装着され、
   ホルダ本体内に静圧軸受を介して回転軸を回転可能に支
   持すると共に、その回転軸の先端に工具を取り付けてな
   る工具ホルダにおいて、 前記ホルダ本体と回転軸との間には、回転軸をエアの噴
   射によって回転駆動させるためのエア駆動機構と、回転
   軸の回転をエアの逆噴射によって停止させるためのエア
   停止機構とを設け、前記ホルダ本体にはエア供給源に連
   結されるエア通路を設けると共に、そのエア通路中には
   前記エア駆動機構とエア停止機構とにエアの供給を切り
   換え可能な弁を設けたことを特徴とする工具ホルダ。
2. 【請求項２】前記弁はその弁軸の移動量によって前記エ
   ア駆動機構とエア停止機構へのエアの供給流量を調整で
   きる絞り弁としたことを特徴とする請求項１記載の工具
   ホルダ。
3. 【請求項３】前記エア通路はそのエア供給端が加工装置
   の主軸に対向して開口形成され、このホルダ本体の主軸
   への装着によって、主軸側に形成されたエア供給路に接
   続されることを特徴とする請求項１又は２記載の工具ホ
   ルダ。