JPH0357372Y2 - - 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、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
スリツプする各種のトルクリミツターを介装する
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、前記トルクリミツターに
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トルクリミツターを介
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。

（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し、前記ホルダー本
体と前記スピンドルとの間に、前記スピンドルを
出限方向に付勢する機能を有し且つ当該スピンド
ルが出限位置にあるときにクラツチ入り切り動作
可能なトルク制限用第一ボールクラツチと、前記
スピンドルを出限位置に保持するスラスト力制限
用第二ボールクラツチとを介装し、前記第二ボー
ルクラツチは、前記第一ボールクラツチがクラツ
チ入り状態にあるときにクラツチボールがスピン
ドル周面上の凹部の最深部に嵌合するように構成
すると共に、当該凹部を、ホルダー本体とスピン
ドルとの相対回転時にクラツチボールがスピンド
ル周面上に乗り上げるように、深さを周方向に漸
減させ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、前記第一ボールクラツチの付勢機能と前記第
二ボールクラツチとによつて出限位置に保持さ
れ、前記第一及び第二両ボールクラツチがクラツ
チ入りの状態にある。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
い回転力で前記第一ボールクラツチが切れると共
に、当該第一ボールクラツチが切れるときにスピ
ンドルに作用しているスラスト力では前記第二ボ
ールクラツチが切れないように、第一及び第二両
ボールクラツチの付勢力を設定しておくことによ
り、前記工具が摩耗したため、或いは切粉が詰ま
つたために、切削トルクが前記第一ボールクラツ
チの伝達トルクを超えた場合には、当該第一ボー
ルクラツチが自動的に切れて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。

上記のように第一ボール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するとき、
ホルダー本体とスピンドルとが相対回転するの
で、スラスト力制限用第二ボールクラツチのクラ
ツチボールがスピンドル側の凹部の最深部から周
方向に相対移動してスピンドル周面上に乗り上
げ、軸方向の係止作用が解除される。即ちトルク
制限用第一ボールクラツチが切れると同時に、ス
ラスト力制限用第二ボールクラツチが機能しない
状態に切り換わる。従つて、前記のようにトルク
制限用第一ボールクラツチが切れた後、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（工具）に対しホルダー本体
のみが前記第一ボールクラツチの軸方向付勢機能
に抗して相対的に回転軸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。

又、切削トルクが前記第一ボールクラツチの伝
達トルクを超えていなくとも、切削途中で工具に
規定以上の軸心方向反力が作用したときは、前記
第二ボールクラツチのクラツチボールがスピンド
ル側の凹部からスピンドル軸方向に離脱して当該
第二ボールクラツチが切れ、スピンドルが前記第
一ボールクラツチの付勢機能に抗してホルダー本
体に対し相対的に後退移動するのを許すので、や
は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。勿論この場合、第一ボールクラツチも切れた
状態となるので、ホルダー本体からスピンドル
（工具）への回転力伝達も断たれることになる。

（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
大な軸方向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。

しかもトルク制限用第一ボールクラツチとは別
にスラスト力制限用第二ボールクラツチを設けた
ので、切削トルクが限界値を超える前にホルダー
本体に対するスピンドルの軸方向後退移動を許し
てしまうようなことがないように、各々のクラツ
チが切れるときの条件を各別任意に設定すること
が出来る。更に本考案の構成によれば、トルク制
限用第一ボールクラツチが切れると同時にスラス
ト力制限用第二ボールクラツチが実質的に機能し
ない状態に切り換わるので、スラスト力制限用第
二ボールクラツチを切ることの出来る大きさのス
ラスト力が実際に作用するに至つていなくとも、
トルク制限用第一ボールクラツチが切れると同時
に、その直後に作用するスラスト力でホルダー本
体に対しスピンドルを軸方向に後退移動させるこ
とが出来、工具に過大な軸方向圧縮力が作用する
のを回避出来る。このことは、スラスト力制限用
第二ボールクラツチを切るときのスラスト力が、
トルク制限用第一ボールクラツチが切れるときに
作用しているスラスト力よりも充分大きくなるよ
うに、当該第二クラツチの作用条件を設定してお
きさえすれば良いので、このスラスト力制限用第
二ボールクラツチの作用条件設定が容易になる。

（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の外端にボルト４で同心状
に取り付けられた円筒状本体５とから構成されて
いる。６はスピンドルであつて、前記円筒状本体
５内に前後一対の回転軸受７ａ，７ｂにより同心
状に支持され、円筒状本体５から突出する外端に
工具チヤツク８を備えている。このスピンドル６
は、前記回転軸受７ａ，７ｂにより円筒状本体５
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７ａ，７ｂ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一定範囲内で移
動可能である。このスピンドル６と回転軸受７
ａ，７ｂ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６を軸心方向
に移動し得る状態で精度良く支承し得る。

９はトルク制限用第一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６
から一体に突設されたボール支持盤１０、このボ
ール支持盤１０の内側に放射状に形成されたボー
ル支持溝１１、各ボール支持溝１１内にスピンド
ル６に対し半径方向遊動可能に一部が嵌合するク
ラツチボール１２、前記ボール支持盤１０の内側
でスピンドル６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１３、このボール押圧盤１
３をボール支持盤１１側へ押圧する圧縮コイルス
プリング１４、及び前記各クラツチボール１２の
一部が嵌合するように前記円筒状本体５の円柱状
内周面５ａに設けられた周方向複数個のボール係
止孔１５から構成されている。

前記スプリング１４によつて付勢されたボール
押圧盤１３は、その円錐状押圧面１３ａにより各
クラツチボール１２を押圧する。この結果、ボー
ル支持盤１０を介してスピンドル６が軸心方向外
方に付勢されるので、当該スピンドル６は、ボー
ル支持盤１０が回転軸受７ａに当接する出限位置
に保持される。一方、ボール押圧盤１３の円錐状
押圧面１３ａによつて各クラツチボール１２はス
ピンドル６に対して遠心方向に付勢されるので、
前記のようにスピンドル６が出限位置にあると
き、各クラツチボール１２の一部が円筒状本体５
側のボール係止孔１５に各々嵌合する。即ち、ク
ラツチ入りの状態になる。

１６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６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１４の
内端を受けるスプリング受け盤１７、このスプリ
ング受け盤１７から直径方向に突設された２つの
突出部１７ａが各々貫通するように円筒状本体５
に設けられた軸心方向に長い２つの長孔１８、前
記円筒状本体５の外周面に設けられたねじ溝加工
周面部１９に螺嵌し且つ内周面に前記２つの突出
部１７ａが嵌合する環状溝２０を備えた調整リン
グ２１、及び当該調整リング２１のロックボルト
２２から構成されている。

第１図に示す状態は、前記調整リング２１によ
り前記スプリング受け盤１７を後退限位置まで後
退させ、スプリング１４の初期圧縮応力を最小に
した状態、即ちボールクラツチ９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９の伝達トルクを大きくするときは、ロツク
ボルト２２を弛緩させた状態で調整リング２１を
繰り出し方向に回転させ、環状溝２０の一側面に
当接している突出部１７ａを介してスプリング受
け盤１７を軸心方向に前進移動させて、スプリン
グ１４を圧縮させれば良い。即ち、調整リング２
１の回転繰り出しによりボールクラツチ９の伝達
トルクが大きくなり、調整リング２１の回転引き
戻しによりボールクラツチ９の伝達トルクが小さ
くなる。

２３はスラスト力制限用第二ボールクラツチで
あつて、第１図及び第４図に示すように、スピン
ドル６の内端近傍周面６ａに刻設された周方向複
数個の凹部２４、この各凹部２４と対向するよう
に円筒状本体５に設けられた半径方向のボール支
持孔２５、各凹部２４とボール支持孔２５とに跨
がつて嵌合するクラツチボール２６、及び各ボー
ル支持孔２５に螺嵌されたスプリング受け捻子２
７とクラツチボール２６との間に介装されたスプ
リング２８から構成されている。前記凹部２４
は、スピンドル周面６ａの一定角度範囲を周方向
に沿つて直線状に切削して構成したもので、その
周方向中央部が最深部となり、周方向に深さが漸
減するものである。勿論、ホルダー本体１の回転
方向が一定であれば、凹部２４は最深部から反回
転方向にのみ深さが漸減する形状に構成すること
も可能である。

使用に際しては、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６の工具チヤツク８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切削
トルクがスピンドル６に作用しないように、前記
のように調整リング２１により第一ボールクラツ
チ９の伝達トルクを調整しておく。又、前記第二
ボールクラツチ２３は、前記第一ボールクラツチ
２３が切れるときにスピンドル６に作用している
スラスト力では、クラツチボール２６が凹部２４
の最深部からスピンドル軸方向に離脱する（即ち
当該クラツチが切れる）ことがないように、凹部
２４とクラツチボール２６との嵌合深さやスプリ
ング２８の付勢力を設定している。

前記ホルダー本体１とスピンドル６とは、当該
スピンドル６が出限位置にある状態で第一ボール
クラツチ９及び第二ボールクラツチ２３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
６、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６に作用する切削
トルクが前記第一ボールクラツチ９の伝達トルク
を超えると、スプリング１４がボール押圧盤１３
を介してクラツチボール１２をボール係止孔１５
に嵌合させる作用力よりもボール係止孔１５の周
縁がクラツチボール１２を押し出す作用力が打ち
勝つて、スピンドル６に対してホルダー本体１
（円筒状本体５）が周方向に相対回転しながら第
２図仮想線で示すようにクラツチボール１２をボ
ール係止孔１５から押し出すことになる。このと
きクラツチボール１２は、ボール押圧盤１３をス
プリング１４の付勢力に抗して押し退けながらボ
ール支持溝１１内を求心方向に転動してボール係
止孔１５から離脱し、円筒状本体５の円柱状内周
面５ａ上を回転周方向に転動する。この結果、ス
ピンドル６に対し円筒状本体５、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。

上記のように第一ボールクラツチ９が切れてス
ピンドル６に対しホルダー本体１（円筒状本体
５）が相対回転すると、第４図仮想線で示すよう
に第二ボールクラツチ２３のクラツチボール２６
がスピンドル６側の凹部２４に対し、その最深部
から周方向に移動してスピンドル周面６ａ上に乗
り上げることになる。このようにクラツチボール
２６がスピンドル周面６ａ上に乗り上げた状態で
は、この第二ボールクラツチ２３のスピンドル６
を軸方向出現位置に係止する機能は無くなるの
で、第６図に示すように、このスピンドル６に作
用しているスラスト力によつて当該スピンドル６
は、前記第一ボールクラツチ９のスプリング１４
に抗してホルダー本体１に対し相対的に後退移動
することになる。

勿論、第一ボールクラツチ９が切れて、スピン
ドル６に対しホルダー本体１のみが回転している
状態、即ち第二ボールクラツチ２３のクラツチボ
ール２６がスピンドル６に対し周方向に移動しな
がら各凹部２４を周方向に出たり入つたりしてい
る状態に於いては、当該第二ボールクラツチ２３
の軸方向伝達力（クラツチ力）は、クラツチボー
ル２６が凹部２４の最深部で安定しているときと
比較して大幅に弱くなつている。従つて、前記の
ように第二ボールクラツチ２３のクラツチボール
２６が凹部２４から周方向に脱出して最初にスピ
ンドル周面６ａに乗り上げた瞬間にスピンドル６
とホルダー本体１とが軸方向に相対移動しなくと
も、この後の主軸２の送り作用によつて、停止し
ているスピンドル６に対しホルダー本体１のみが
回転しながら軸心方向に送られるときに前記第二
ボールクラツチ２３が簡単に切れることになり、
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１７を介して第一ボールクラツチ９の
スプリング１４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、このとき第一ボ
ールクラツチ９のクラツチボール１２は、ボール
係止孔１５から回転軸心方向に外れた位置で円筒
状本体５の円柱状内周面５ａ上を転動することに
なる。

尚、前記第一ボールクラツチ９によりホルダー
本体１からスピンドル６に切削回転力を伝達して
いる状態でも、スピンドル６に過大な軸方向反力
が作用したときには、その反力が第二ボールクラ
ツチ２３の軸方向伝達力（クラツチ力）よりも大
きくなつたとき、クラツチボール２６が凹部２４
の最深部からスピンドル軸方向に離脱して当該第
二ボールクラツチ２３が自動的に切れることにな
る。従つて、ホルダー本体１（円筒状本体５）の
みがスプリング１４を圧縮しつつスピンドル６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、第一ボールクラツチ
９のクラツチボール１２がボール係止孔１５から
軸心方向に離脱して当該第一ボールクラツチ９も
切れることになるので、ドリル６への切削トルク
の伝達も断たれ、スピンドル６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、作業者は上記のようにドリルＴ
の回転が止まつた状態を知ることが出来るので、
ホルダー本体１がスピンドル６に対して軸心方向
に前進移動している間に、即ちスピンドル６がホ
ルダー本体１（円筒状本体５）に対する出限位置
から後退限位置に達する前に、主軸２の送りを人
為的操作で停止し、主軸２を後退移動させてドリ
ルＴを被加工物Ｗの切削孔から脱出させ、ドリル
Ｔの交換等、必要な対策を講じることが出来る。

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１４の付勢力でスピンド
ル６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１
３を介してスプリング１４により遠心方向に付勢
されている第一ボールクラツチ９のクラツチボー
ル１２は、回転しているホルダー本体１（円筒状
本体５）側のボール係止孔１５に自動的に嵌合
し、再びクラツチ入りの状態に復帰する。又、ス
ピンドル６が出限位置に復帰し且つ前記のように
第一ボールクラツチ９がクラツチ入り状態に復帰
することにより、第二ボールクラツチ２３のクラ
ツチボール２６も凹部２４の最深部に嵌合し、ク
ラツチ入り状態に復帰する。

尚、ホルダー本体１に対しスピンドル６が一定
量後退移動したことを電気的に検出して外部に過
負荷検出信号を発進する、スピンドル後退移動検
出手段を併用することも出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部縦断側面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線断面
図、第４図は第１図のＣ−Ｃ線断面図、第５図は
過負荷作用時の状態を説明する一部縦断側面図で
ある。 １……ホルダー本体、２……工作機械の主軸、
３……シヤツク部、５……円筒状本体、６……ス
ピンドル、７ａ，７ｂ……回転軸受、８……工具
チヤツク、９……トルク制限用第一ボールクラツ
チ、１０……ボール支持盤、１１……ボール支持
溝、１２……クラツチボール、１３……ボール押
圧盤、１４……圧縮コイルスプリング、１５……
ボール係止孔、１６……伝達トルク調整手段、２
３……スラスト力制限用第二ボールクラツチ、２
４……凹部、２６……クラツチボール、２８……
スプリング。

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し、前記ホルダー本体と前
   記スピンドルとの間に、前記スピンドルを出限方
   向に付勢する機能を有し且つ当該スピンドルが出
   限位置にあるときにクラツチ入り切り動作可能な
   トルク制限用第一ボールクラツチと、前記スピン
   ドルを出限位置に保持するスラスト力制限用第二
   ボールクラツチとを介装し、前記第二ボールクラ
   ツチは、前記第一ボールクラツチがクラツチ入り
   状態にあるときにクラツチボールがスピンドル周
   面上の凹部の最深部に嵌合するように構成すると
   共に、当該凹部を、ホルダー本体とスピンドルと
   の相対回転時にクラツチボールがスピンドル周面
   上に乗り上げるように、深さを周方向に漸滅させ
   て成る回転切削工具ホルダー。