JPH0354812Y2 - - 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、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越え
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シヤンク部を有す
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と前記シヤン
ク部とを電気的に絶縁する電気的絶縁部と、前記
スピンドルが付勢力に抗して出限位置から後退移
動したときに接触して前記スピンドルとシヤンク
部とを導通させるスイツチ手段とを設けて成る回
転切削工具ホルダーを提案するものである。

（考案の作用） 上記工具ホルダーのシヤンク部を工作機械の主
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、前記スイ
ツチ手段が接触して前記スピンドルとホルダー本
体のシヤンク部とが電気的に導通する。この結
果、工作機械の主軸、ホルダー本体のシヤンク
部、スイツチ手段、スピンドル、回転切削工具、
導通性の被加工物、及び工作機械本体を経由する
電気的閉回路が形成される。この電気的閉回路が
形成されたことは、例えば特開昭61−214953号公
報や特開昭54−49691号公報に記載された工具と
ワークの接触検出装置のように、前記主軸に遊嵌
したセンサーによつて簡単に検出することが出
来、この検出結果に基づいて、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越
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。

又、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
対移動により閉成するスイツチ手段を利用して、
従来周知の簡単な方法により確実に検出すること
が出来るので、この検出結果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。しかもホルダー内に電
源を必要とするような特別な制御信号発信装置を
内蔵させるのではなく、単にスピンドルに連動す
るスイツチ手段を内蔵させるだけであるから、ホ
ルダー内部の構造が簡単になり、多数使用される
ホルダーのコストを下げることが出来る。

（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の外端に電気絶縁材４を介
在した状態でボルト５により同心状に取り付けら
れた円筒状本体６とから構成されている。７はス
ピンドルであつて、前記円筒状本体６内に前後一
対の回転軸受８ａ，８ｂにより同心状に支持さ
れ、円筒状本体６から突出する外端に工具チヤツ
ク９を備えている。このスピンドル７は、前記回
転軸受８ａ，８ｂにより円筒状本体６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
８ａ，８ｂとの間の微小間〓（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７と回転軸受８ａ，８ｂとの間の微少間〓
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７を軸心方向に移動し得る状態で精度良
く支承し得る。又、このスピンドル７と前記シヤ
ンク部３とは、前記電気絶縁材４によつて構成さ
れた電気的絶縁部１０により電気的に絶縁されて
いる。

１１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７から一体に突設
されたボール支持盤１２、このボール支持盤１２
の内側に放射状に形成されたボール支持溝１３、
各ボール支持溝１３内にスピンドル７に対し半径
方向遊動可能に一部が嵌合するボール１４、前記
ボール支持盤１２の内側でスピンドル７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１
５、このボール押圧盤１５をボール支持盤１３側
へ押圧する圧縮コイルスプリング１６、及び前記
各ボール１４の一部が嵌合するように前記円筒状
本体６の円柱状内周面６ａに設けられた周方向複
数個のボール係止孔１７から構成されている。

前記スプリング１６によつて付勢されたボール
押圧盤１５は、その円錐状押圧面１５ａにより各
ボール１４を押圧する。この結果、ボール支持盤
１２を介してスピンドル７が軸心方向外方に付勢
されるので、当該スピンドル７は、ボール支持盤
１２が回転軸受８ａに当接する出限位置に保持さ
れる。一方、ボール押圧盤１５の円錐状押圧面１
５ａによつて各ボール１４はスピンドル７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７が出限位置にあるとき、各ボール１４の一
部が円筒状本体６側のボール係止孔１７に各々嵌
合する。即ち、クラツチ入りの状態になる。

１８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７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１６の
内端を受けるスプリング受け盤１９、このスプリ
ング受け盤１９から直径方向に突設された２つの
突出部１９ａが各々貫通するように円筒状本体６
に設けられた軸心方向に長い２つの長孔２０、前
記円筒状本体６の外周面に設けられたねじ溝加工
周面部２１に螺嵌し且つ内周面に前記２つの突出
部１９ａが嵌合する環状溝２２を備えた調整リン
グ２３、及び当該調整リング２３のロツクボルト
２４から構成されている。尚、２５は円筒状本体
６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２３によ
り前記スプリング受け盤１９を後退限位置まで後
退させ、スプリング１６の初期圧縮応力を最小に
した状態、即ちボールクラツチ１１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１１の伝達トルクを大きくするときは、ロ
ツクボルト２４を弛緩させた状態で調整リング２
３を繰り出し方向に回転させ、環状溝２２の一側
面に当接している突出部１９ａを介してスプリン
グ受け盤１９を軸心方向に前進移動させて、スプ
リング１６を圧縮させれば良い。即ち、調整リン
グ２３の回転繰り出しによりボールクラツチ１１
の伝達トルクが大きくなり、調整リング２３の回
転引き戻しによりボールクラツチ１１の伝達トル
クが小さくなる。

２６はスイツチ手段であつて、前記スピンドル
７の内端に一定範囲内で軸心方向に出退移動自在
に嵌合させた可動スイツチ片２７、この可動スイ
ツチ片２７を出限位置に付勢保持するスプリング
２８、及び前記スピンドル７が後退移動したとき
に前記可動スイツチ片２７の先端接点部２７ａが
接触するように前記シヤンク部３の内側に形成し
た接点面２９から構成されている。

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７の工具チヤツク９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７に作用しないように、前記のように調
整リング２３によりボールクラツチ１１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７とは、ボー
ル係止孔１７にボール１４の一部が嵌合して伝動
作用状態にあるボールクラツチ１１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７、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７に作用する切削
トルクが前記ボールクラツチ１１の伝達トルクを
超えると、スプリング１６がボール押圧盤１５を
介してボール１４をボール係止孔１７に嵌合させ
る作用力よりもボール係止孔１７の周縁がボール
１４を押し出す作用力が打ち勝つて、スピンドル
７に対してホルダー本体１（円筒状本体６）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１４をボール係止孔１７から押し出すことにな
る。このときボール１４は、ボール押圧盤１５を
スプリング１６の付勢力に抗して押し退けながら
ボール支持溝１３内を求心方向に転動してボール
係止孔１７から離脱し、円筒状本体６の円柱状内
周面６ａ上を回転周方向に転動する。この結果、
スピンドル７に対し円筒状本体６、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１１の働きでホル
ダー本体１からスピンドル７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７とは、回転軸受８ａ，８ｂとスピンド
ル７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７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１９を介してボールクラツチ１１のスプ
リング１６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１７から押し出されているボール１４は、第５
図に示すように円筒状本体６の円柱状内周面６ａ
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１１は、前記のようにホル
ダー本体１からスピンドル７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１１によりホルダー
本体１からスピンドル７に切削回転力を伝達して
いる状態でも、スピンドル７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１６がボール押圧盤１
５を介してボール１４をボール係止孔１７に嵌合
させる作用力よりもボール係止孔１７の周縁がボ
ール１４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１４をボール係止孔１７から
押し出しながらホルダー本体１（円筒状本体６）
がスプリング１６を圧縮しつつスピンドル７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１１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７への切削トルクの伝達も断た
れ、スピンドル７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１１
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１１が非伝動作用状態へ切り換わるのと
同時に、スピンドル７がホルダー本体１（円筒状
本体６）に対しスプリング１６に抗して相対的に
後退移動すると、スイツチ手段２６の可動スイツ
チ片２７がその先端接点部２７ａに於いてシヤン
ク部３の接点面２９に当接する。この当接後のス
ピンドル７の後退移動は、スプリング２８を圧縮
することによつて行われる。このように可動スイ
ツチ片２７の先端接点部２７ａとシヤンク部３の
接点面２９とが当接してスイツチ手段２６が閉じ
ると、電気絶縁部１０によつて電気的に絶縁され
ているシヤンク部３とスピンドル７とが、当該ス
イツチ手段２６を介して電気的に導通することに
なる。

このようにスイツチ手段２６によつてシヤンク
部３とスピンドル７とが導通したことを検出する
ことにより、ボールクラツチ１１が働いた異常事
態を検出することになるが、その検出方法として
は、例えば特開昭61−214953号公報に記載されて
いるような工具とワークの接触検出装置の検出方
法を応用することが出来る。

即ち、第１図及び第６図に示すように、前記主
軸２に遊嵌するセンサー３０と当該センサー３０
に接続された制御装置３１とを使用する。前記セ
ンサー３０は励起コイル３２と検知コイル３３と
から成り、前記制御装置３１は、前記励起コイル
３２に高周波電流を供給する電源部３４と、前記
検知コイル３３の出力信号から検知信号を得るた
めの検出部３５とを備えている。

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７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手段２６は開路
状態にあり、スピンドル７とシヤンク部３とは電
気的に導通していない。しかし前記のようにスピ
ンドル７が後退移動してスイツチ手段２６が閉成
し、スピンドル７とシヤンク部３とが電気的に導
通状態になると、ドリルＴと導電性の非加工物Ｗ
とは切削中であるため当然接触導通状態にあるか
ら、主軸２、シヤンク部３、スイツチ手段２６、
スピンドル７、ドリルＴ、被加工物Ｗ、及び工作
機械本体３６（第６図参照）を経由する電気的閉
回路３７が形成される。

一方、センサー３０の励起コイル３２に流れる
高周波電流によつて主軸２の周囲に高周波磁界が
形成されているので、前記電気的閉回路３７に高
周波電流が生じ、この高周波電流により検知コイ
ル３３に、誘導電流が誘起され、検知信号が出力
される。この検知信号が検出部３５で処理され、
検知信号３８が出力される。

制御装置３１からの検知信号３８は、前記工作
機械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
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１１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、前記スイツチ手段２６が閉成して制御
装置３１から検知信号３８が出力されたときに
は、主軸２を引き出して一旦ドリル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３８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。

このような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、スイツチ手段２６の閉成によりス
ピンドル７とシヤンク部３とが電気的に導通した
ことを検出する方法は、上記の例示方法に限定さ
れない。例えば特公昭48−40861号公報に記載さ
れた方法等も応用することが出来る。

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１６の付勢力でスピ
ンドル７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１５を介してスプリング１６により遠心方向に
付勢されているボール１４は、回転しているホル
ダー本体１（円筒状本体６）側のボール係止孔１
７に自動的に嵌合し、再び伝動作用状態に復帰す
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……電気絶縁材、６……円
筒状本体、７……スピンドル、８ａ，８ｂ……回
転軸受、９……工具チヤツク、１０……電気絶縁
部、１１……ボールクラツチ、１２……ボール支
持盤、１３……ボール支持溝、１４……ボール、
１５……ボール押圧盤、１６……圧縮コイルスプ
リング、１７……ボール係止孔、１８……伝達ト
ルク調整手段、１９……スプリング受け盤、２０
……長孔、２１……ねじ溝加工周面部、２２……
環状溝、２３……調整リング、２６……スイツチ
手段、２７……可動スイツチ片、２７ａ……先端
接点部、２８……スプリング、２９……接点面、
３０……センサー、３１……制御装置、３２……
励起コイル、３３……検知コイル、３４……電源
部、３５……検出部、３６……工作機械本体、３
７……電気的閉回路、３８……検知信号。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 工作機械へ取り付けるシヤンク部を有するホル
   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と前記シヤンク部と
   を電気的に絶縁する電気的絶縁部と、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
   ときに接触して前記スピンドルとシヤンク部とを
   導通させるスイツチ手段とを設けて成る回転切削
   工具ホルダー。