JP5313615B2 - 工具ホルダ、工具ホルダ装着用冷却タービンおよび工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、加工時に工具やワークを冷却することができる工具ホルダ、工具ホルダ装着用冷却タービンおよび工作機械に関する。

従来、マシニングセンタなどの工作機械においては、切削加工時に冷却や潤滑を目的として、工具による加工位置に向けて、エアー、オイルミスト（オイルを霧状にしてエアー内に混在させたもの）、クーラント液などを吹き付けることが行われている（特許文献１参照）。
例えば、エアーを吹き付ける冷却装置では、ノズルと、コンプレッサと、このコンプレッサからのエアを冷却ノズルに導く配管とを備え、ノズルの先端が工具による加工位置に向くように配置される。

特開２００３−１１７７６８号公報

しかし、従来の冷却装置では、コンプレッサなどの駆動源を用いる必要があるため、電力も消費するうえ、価格も高く、かつ、大型化する難点がある。
また、コンプレッサからのエアーをノズルに導く配管が主軸の近傍に配置されるため、ワークの段取り換えの際に邪魔になったり、切粉の排出に支障が生じる場合がある。

本発明の目的は、このような課題を解消し、安価かつ経済的で、しかも、小型なうえ、ワークの段取り換えの際に邪魔になることがない工具ホルダ、工具ホルダ装着用冷却タービンおよび工作機械を提供することにある。

本発明の工具ホルダは、回転する主軸に装着される工具ホルダであって、前記主軸に装着され先端に工具を保持した工具ホルダ本体と、この工具ホルダ本体の外周に設けられ、前記主軸の回転に伴って外気を吸引し吸引した外気を前記工具ホルダ本体の軸線方向でかつ前記工具方向へ向けて噴出する冷却タービンとを備え、前記冷却タービンは、前記工具ホルダ本体の外周から放射状にかつ前記主軸の回転方向へ湾曲して形成された複数のブレードと、前記複数のブレードによって吸引された外気を前記工具ホルダ本体の軸線方向へかつ前記工具方向へ向けて噴出する案内筒部とを含んで構成され、前記複数のブレードは、その外気吸引側の部分が前記案内筒部よりも径方向にそれぞれ突出して形成され、前記複数のブレードは、その外形寸法が外気吸引側から外気噴出側に向かってそれぞれ次第に減少し、前記外形寸法の減少率は、外気吸引側から外気噴出側に向かって漸減したことを特徴とする。
このような構成によれば、主軸に工具ホルダが装着された状態において、主軸が回転すると、工具ホルダ本体も回転される。すると、工具ホルダ本体の外周に設けられた冷却タービンが回転されるから、この冷却タービンによって、外気が冷却タービン内に吸引される。冷却タービン内に吸引された外気は、工具ホルダ本体の軸線方向へかつ工具方向へ向けて噴出される結果、工具または工具によるワークの加工部位が冷却される。
従って、工具ホルダ本体の外周に設けられた冷却タービンによって、工具または工具によるワークの加工部位が冷却されるから、つまり、従来のような駆動源を必要としないから、安価かつ経済的で、しかも、小型なうえ、ワークの段取り換えの際に邪魔になることがない工具ホルダを提供できる。

本発明の工具ホルダにおいて、前記ブレードとブレードとの間の空間がブレードの外周から内周に向かうに従って次第に狭くなるように形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、冷却タービンが回転されると、外気が複数のブレードの間か
ら冷却タービン内へ吸引される。このとき、ブレードの間の空間が次第に狭くなるように形成されているから、冷却タービン内へ吸引された外気は増速されながら、案内筒部によって工具ホルダ本体の軸線方向へかつ工具方向へ向けて噴出される。従って、冷却効果が高く、かつ、工具によって生じた切粉なども工具の加工部位から効率的に排除することができる。

本発明の工具ホルダにおいて、前記案内筒部は、内外に嵌合され、かつ、前記工具ホルダ本体の軸線方向へスライド可能な複数のスリーブノズルによって構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、スリーブノズルを工具ホルダ本体の軸線方向へスライドさせることによって、案内筒部の全長、つまり、工具ホルダ本体の軸線方向の寸法を可変できる。従って、工具長に応じて、案内筒部の全長を最適な長さ寸法に設定することにより、効率的な冷却効果を発揮できる。

本発明の工具ホルダ装着用冷却タービンは、先端に工具を有する工具ホルダの外周に着脱可能に装着される工具ホルダ装着用冷却タービンであって、工具ホルダの外周に着脱可能に取り付けられる固定筒部と、この固定筒部の外周から放射状にかつ前記工具ホルダの回転方向へ湾曲して形成された複数のブレードと、前記複数のブレードによって吸引された外気を前記工具ホルダの軸線方向へかつ前記工具方向へ向けて噴出する案内筒部とを含み、前記複数のブレードは、その外気吸引側の部分が前記案内筒部よりも径方向にそれぞれ突出して形成され、前記複数のブレードは、その外形寸法が外気吸引側から外気噴出側に向かってそれぞれ次第に減少し、前記外形寸法の減少率は、外気吸引側から外気噴出側に向かって漸減したことを特徴とする。
このような構成によれば、既存の工具ホルダの外周に、工具ホルダ装着用冷却タービンを適宜な固定手段、たとえば、ボルトや接着具などで固定し、この状態の工具ホルダを主軸に装着すれば、主軸の回転に伴って、外気が冷却タービン内に吸引されたのち、工具ホルダ本体の軸線方向へかつ工具方向へ向けて噴出される結果、工具または工具によるワークの加工部位が冷却される。従って、既存の工具ホルダでも、後から、工具ホルダの外周に工具ホルダ装着用冷却タービンを固定するだけで、冷却効果が期待できる工具ホルダに構成することができる。

本発明の工作機械は、上述した工具ホルダと、この工具ホルダを装着した回転可能な主軸と、この主軸とワークを載置したテーブルとを相対移動させる相対移動機構とを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、上述した効果が期待できる工作機械を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜工作機械本体の説明＞
図１は、本発明の工作機械の実施形態を示す正面図である。
同工作機械は、工作機械本体１０と、この工作機械本体１０を加工プログラムに従って駆動制御する制御装置３０と、工作機械本体１０に取り付けられ被加工物としてのワークＷを加工する工具ホルダ４０とを備える。

工作機械本体１０は、ベース１１と、このベース１１上に前後方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられ上面にワークＷを載置するテーブル１２と、ベース１１の両側に立設された一対のコラム１３Ａ，１３Ｂと、この両コラム１３Ａ，１３Ｂの上部間に掛け渡されたクロスレール１４と、このクロスレール１４に沿って左右方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられたサドル１５と、このサドル１５にＸ軸と平行なＡ軸を中心として旋回可能に設けられた傾斜機構を構成する旋回サドル１６と、この旋回サドル１６に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられたラム１７と、このラム１７内に回転可能に収納された主軸１８と、この主軸１８を回転駆動させる駆動手段１９とを備える。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交している。

ベース１１には、テーブル１２をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構２１が設けられ、クロスレール１４には、サドル１５をＹ軸方向に移動させるＹ軸移動機構２２が設けられ、旋回サドル１６には、ラム１７をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動機構２３が設けられている。これらのＸ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２およびＺ軸移動機構２３は、制御軸を構成するもので、これら３つの制御軸から、テーブル１２（ワークＷ）と主軸１８とを三次元方向へ相対移動させる三次元相対移動機構が構成されている。

一対のコラム１３Ａ，１３Ｂのうち一方のコラム１３Ａ側には、工具収納装置２５およびＡＴＣ（自動工具交換装置）２６が設けられている。
工具収納装置２５には、異なる複数種の工具ホルダ（工具を有する工具ホルダ）４０が収納されている。ＡＴＣ（自動工具交換装置）２６は、工具収納装置２５と主軸１８との間で工具交換を行う。例えば、Ｙ軸移動機構２２の駆動により、主軸１８が図１中左端に接近移動された状態において、主軸１８に装着されている使用中の工具ホルダ４０と工具収納装置２５内の工具ホルダ４０とを自動交換する。
制御装置３０は、駆動手段１９およびＸ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２、Ｚ軸移動機構２３を、予め設定された加工プログラムに従って駆動制御する。

＜工具ホルダの説明＞
図２は工具ホルダ４０の斜視図、図３は工具ホルダ４０の断面図である。
工具ホルダ４０は、工具ホルダ本体４１と、この工具ホルダ本体４１の先端に設けられた工具４５、工具ホルダ本体４１の外周に着脱可能に装着された工具ホルダ装着用冷却タービン５１とを備える。
工具ホルダ本体４１は、工作機械の主軸１８に装着される主軸装着部としてのテーパシャンク部４２と、このテーパシャンク部４２の下端に一体的に形成されテーパシャンク部４２を中心とした円盤状に形成されたフランジ部４３と、このフランジ部４３の中心から下方へ延長され先端に工具４５を保持した工具保持部４４とを備える。

冷却タービン５１は、図４および図５に示すように、工具ホルダ本体４１の外周に着脱可能に装着されるもので、工具保持部４４の外周に着脱可能に取り付けられる固定筒部５２と、この固定筒部５２の外周から放射状にかつ主軸１８の回転方向へ湾曲して形成された複数（６枚）のブレード５３と、このブレード５３によって吸引された外気を工具ホルダ本体４１の軸線方向へかつ工具４５方向へ向けて噴出する案内筒部５４とを含む。
固定筒部５２は、工具保持部４４の外周に嵌合される嵌合筒５２Ａと、この嵌合筒５２Ａの上端から外側へ延長されたフランジ５２Ｂとを備える。

複数のブレード５３は、固定筒部５２にフランジ５２Ｂから案内筒部５４へ向かうに従って、フランジ５２Ｂと略同径で所定長さ形成されたのち、外径寸法が次第に小さくなるような逆円錐形状に形成されているとともに、ブレード５３とブレード５３との間の空間がブレード５３の外周から内周に向かうに従って次第に狭くなるように形成されている。
案内筒部５４は、複数のブレード５３の下端を円環状に連結するとともに、固定筒部５２の嵌合筒５２Ａとの間に隙間５５を隔ててリング状に形成されている。

＜加工＞
ワークＷの加工にあたって、主軸１８に先端に工具４５を有する工具ホルダ４０を装着する。主軸１８に工具ホルダ４０がされた状態において、主軸１８が回転すると、工具ホルダ本体４１も回転される。すると、工具ホルダ本体４１の外周に設けられた冷却タービン５１が回転されるから、この冷却タービン５１によって、外気が冷却タービン５１内に吸引される。

このとき、ブレード５３の間の空間が次第に狭くなるように形成されているから、冷却タービン５１内へ吸引された外気は増速されながら、案内筒部５４によって工具ホルダ本体４１の軸線方向へかつ工具４５方向へ向けて噴出される。その結果、工具４５または工具４５によるワークＷの加工部位が冷却される。
また、案内筒部５４の隙間５５から噴出された外気によって、工具４５によって生じた切粉が外部へ吹き飛ばされるため、切粉の排出も効率的に行うことができる。

従って、工具ホルダ本体４１の外周に設けられた冷却タービン５１によって、工具４５または工具４５によるワークＷの加工部位が冷却されるから、つまり、従来のような駆動源を必要としないから、安価かつ経済的で、しかも、小型なうえ、ワークＷの段取り換えの際に邪魔になることがない。
しかも、冷却効果が高く、かつ、工具４５によって生じた切粉なども工具４５の加工部位から効率的に排除することができる。

また、既存の工具ホルダの外周に、工具ホルダ装着用冷却タービン５１を適宜な固定手段、たとえば、ボルトや接着具などで固定し、この状態の工具ホルダ４０を主軸１８に装着すれば、主軸１８の回転に伴って、外気が冷却タービン５１内に吸引されたのち、工具ホルダ本体４１の軸線方向へかつ工具４５方向へ向けて噴出される結果、工具４５または工具４５によるワークＷの加工部位が冷却される。従って、既存の工具ホルダでも、後から、工具ホルダの外周に工具ホルダ装着用冷却タービン５１を固定するだけで、冷却効果が期待できる工具ホルダを構成することができる。

＜変形例＞
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
前記実施形態では、冷却タービン５１を、工具ホルダ本体４１に対して着脱可能に構成したが、これに限られない。例えば、工具ホルダ本体４１の外周に冷却タービン５１を一体的に形成してもよい。

前記実施形態では、冷却タービン５１の案内筒部５４を単一のスリーブノズルにより構成したが、これに限られない。例えば、図６に示すように、内外に嵌合され、かつ、工具ホルダ本体の軸線方向へスライド可能な複数のスリーブノズル５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃによって構成してもよい。スリーブノズル５４Ａに対してスリーブノズル５４Ｂ、スリーブノズル５４Ｂに対してスリーブノズル５４Ｃは、スライド可能で、任意の位置で固定可能（例えば、摩擦抵抗などで固定可能）に構成されている。
このようにすれば、スリーブノズル５４Ｂ，５４Ｃを工具ホルダ本体４１の軸線方向へスライドさせることによって、案内筒部５４の全長、つまり、工具ホルダ本体４１の軸線方向の寸法を可変できる。従って、工具長に応じて、案内筒部５４の全長を最適な長さ寸法に設定することにより、効率的な冷却効果を発揮できる。

前記実施形態では、冷却タービン５１を、固定筒部５２と、複数（６枚）のブレード５３と、案内筒部５４とを含んだ構成としたが、これに限られない。例えば、ブレード５３によって吸引した外気を工具ホルダ本体４１の軸線方向へかつ工具４５方向へ噴出できる構造であれば、案内筒部５４を設けなくてよい。つまり、固定筒部５２とブレード５３のみでもよい。
とくに、ブレード５３によって吸引した外気を工具ホルダ本体４１の軸線方向へかつ工具４５方向へ噴出するために、固定筒部５２の径を上端から下端に向かって次第に狭くなるテーパー筒状にすれば、外気を工具ホルダ本体４１の軸線方向へかつ工具４５方向へ変換できる利点がある。

前記実施形態では、主軸１８が正回転（時計方向回転）する工作機械に適用した例について説明したが、主軸１８が逆回転（反時計方向回転）する工作機械に適用する場合には、ブレード５３の固定筒部５２の外周から放射状にかつ主軸１８の回転方向（反時計方向）へ湾曲するように形成すればよい。
さらに、主軸１８が正逆回転する工作機械に適用するには、予め、正回転用の工具ホルダ４０と、逆回転用の工具ホルダ４０とを用意しておき、主軸１８の回転方向に応じて、工具ホルダ４０を選択するようにすればよい。

また、Ｘ軸移動機構２１はテーブル１２をＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸移動機構２２はサドル１５をＹ軸方向に移動させ、Ｚ軸移動機構２３はラム１７をＺ軸方向に移動させる構成として説明したが、これに限られない。例えば、Ｘ軸移動機構２１、Ｙ軸移動機構２２およびＺ軸移動機構２３は、テーブル１２および主軸１８（工具ホルダ４０）を三次元方向に相対移動させる機構であればよい。

本発明は、加工時に工具やワークを冷却することができる工具ホルダ、工具ホルダ装着用冷却タービンおよび工作機械などに利用することができる。

本発明の実施形態に係る工作機械を示す正面図。 前記実施形態で用い工具ホルダを示す斜視図。 前記工具ホルダを示す断面図。 前記工具ホルダの外周に装着される冷却タービンを示す斜視図。 前記冷却タービンの横断面図。 前記工具ホルダの変形例を示す断面図。

符号の説明

１０…工作機械本体、
１２…テーブル、
１８…主軸、
１９…駆動機構、
２１…Ｘ軸移動機構（相対移動機構を構成する制御軸）、
２２…Ｙ軸移動機構（相対移動機構を構成する制御軸）、
２３…Ｚ軸移動機構（相対移動機構を構成する制御軸）、
３０…制御装置、
４０…工具ホルダ、
４１…工具ホルダ本体、
５１…工具ホルダ装着用冷却タービン、
５２…固定筒部、
５３…ブレード、
５４…案内筒部、
５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ…スリーブノズル、
５５…隙間、
Ｗ…ワーク。

Claims (5)

1. 回転する主軸に装着される工具ホルダであって、
   前記主軸に装着され先端に工具を保持した工具ホルダ本体と、
   この工具ホルダ本体の外周に設けられ、前記主軸の回転に伴って外気を吸引し、吸引した外気を前記工具ホルダ本体の軸線方向へかつ前記工具方向へ向けて噴出する冷却タービンとを備え、
   前記冷却タービンは、前記工具ホルダ本体の外周から放射状にかつ前記主軸の回転方向へ湾曲して形成された複数のブレードと、前記複数のブレードによって吸引された外気を前記工具ホルダ本体の軸線方向へかつ前記工具方向へ向けて噴出する案内筒部とを含んで構成され、
   前記複数のブレードは、その外気吸引側の部分が前記案内筒部よりも径方向にそれぞれ突出して形成され
   前記複数のブレードは、その外形寸法が外気吸引側から外気噴出側に向かってそれぞれ次第に減少し、前記外形寸法の減少率は、外気吸引側から外気噴出側に向かって漸減したことを特徴とする工具ホルダ。
2. 請求項１に記載の工具ホルダにおいて、
   前記ブレードとブレードとの間の空間がブレードの外周から内周に向かうに従って次第に狭くなるように形成されていることを特徴とする工具ホルダ。
3. 請求項２に記載の工具ホルダにおいて、
   前記案内筒部は、内外に嵌合され、かつ、前記工具ホルダ本体の軸線方向へスライド可能な複数のスリーブノズルによって構成されていることを特徴とする工具ホルダ。
4. 先端に工具を有する工具ホルダの外周に着脱可能に装着される工具ホルダ装着用冷却タービンであって、
   工具ホルダの外周に着脱可能に取り付けられる固定筒部と、
   この固定筒部の外周から放射状にかつ前記工具ホルダの回転方向へ湾曲して形成された複数のブレードと、
   前記複数のブレードによって吸引された外気を前記工具ホルダの軸線方向へかつ前記工具方向へ向けて噴出する案内筒部とを含み、
   前記複数のブレードは、その外気吸引側の部分が前記案内筒部よりも径方向にそれぞれ突出して形成され、
   前記複数のブレードは、その外形寸法が外気吸引側から外気噴出側に向かってそれぞれ次第に減少し、前記外形寸法の減少率は、外気吸引側から外気噴出側に向かって漸減したことを特徴とする工具ホルダ装着用冷却タービン。
5. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の工具ホルダと、
   この工具ホルダを装着した回転可能な主軸と、
   この主軸とワークを載置したテーブルとを相対移動させる相対移動機構とを備えたことを特徴とする工作機械。

Images