JPH1029131A - 工具着脱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具の安定した高速回転が可能であると共に
高圧のクーラントを工具に供給する。 【解決手段】 工具を保持する工具ホルダ２が装着され
て回転される主軸３と、工具ホルダを主軸３に圧接保持
するドローバー４と、ドローバー４を工具ホルダが装着
される方向に付勢する付勢手段である例えば皿ばね５と
を備えた工具着脱装置１において、ドローバー４及び工
具ホルダ内で長手方向に沿って形成されるクーラント流
通孔６と、クーラントを噴出してクーラント流通孔６か
ら工具に供給すると共にドローバー４と同時に回転する
クーラント供給源である例えばロータリージョイント７
と、ドローバー４を工具ホルダが離脱される方向に移動
させると共にドローバー４の外周部との間に隙間Ｓを有
して配置された解除体である例えばシリンダロッド８と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械において
主軸に工具ホルダ及び工具を着脱する工具着脱装置に関
する。更に詳述すると、本発明は、工具にクーラントを
供給する機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】工具着脱装置は、工具を保持する工具ホ
ルダを主軸に着脱可能とされている。図５に示すよう
に、工具ホルダ１０１の基端部にはテーパシャンク１０
２が備えられ、先端部には工具チャック１０３が設けら
れている。テーパシャンク１０２と工具チャック１０３
とは工具ホルダ１０１の内部で連結されている。工具ホ
ルダ１０１の外筒１０４は固定されており、その一部に
クーラント注入用の注入管１０５が形成されている。そ
して、注入管１０５から注入されたクーラントは、図中
矢印で示すように、回転中の工具チャック１０３の外部
から工具１０６の内部に浸入され、工具１０６の内部を
流通して工具１０６の先端から噴出される。これによ
り、工具１０６は中心部から冷却されると共に切削摩擦
が低減される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た工具ホルダ１０１を用いた工具着脱装置では、工具ホ
ルダ１０１の外筒１０４に注入管１０５を設けているの
で、工具ホルダ１０１が大型化してしまい工具着脱装置
の主軸に対して前荷重が過大でオーバーハングとなって
しまう。このため、遠心力の影響で回転バランスが崩れ
ていわゆるすりこぎ運動を生じやすく、発熱や振動の原
因となってしまう。

【０００４】また、工具チャック１０３と外筒１０４と
の間にシール部材１０７を備えているので、回転数を大
きくするとシール性能の低下やシール部材１０７の発熱
等の問題が生ずるおそれがある。このため、主軸の回転
数の上限が制限されてしまう。

【０００５】特に近年の工具の性能向上に伴い回転数の
増大化及びクーラントの高圧化が望まれているが、いず
れも実現が困難であった。

【０００６】そこで、本発明は、工具の安定した高速回
転が可能であると共に高圧のクーラントを工具に供給で
きる工具着脱装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１の発明は、工具を保持する工具ホルダが装
着されて回転される主軸と、工具ホルダを主軸に圧接保
持するドローバーと、ドローバーを工具ホルダが装着さ
れる方向に付勢する付勢手段とを備えた工具着脱装置に
おいて、ドローバー及び工具ホルダ内で長手方向に沿っ
て形成されるクーラント流通孔と、クーラントを噴出し
てクーラント流通孔から工具に供給すると共にドローバ
ーと同時に回転するクーラント供給源と、ドローバーを
工具ホルダが離脱される方向に移動させると共にドロー
バーの外周部との間に隙間を有して配置された解除体と
を備えている。

【０００８】したがって、クーラントは、クーラント供
給源からクーラント流通孔を流通されることにより工具
に供給される。そして、工具ホルダは工具を保持するの
みの構造となるので、工具ホルダの小型化により主軸の
すりこぎ運動が防止される。これにより、工具の高速回
転が容易に行われる。

【０００９】また、クーラント供給源とクーラント流通
孔と工具とは同時に回転されるので、クーラント供給源
とドローバーと工具ホルダと工具との各部材の間のシー
ル部材も同時に回転される。このため、主軸の高速回転
によってもシール性能が低下することはなく、高圧のク
ーラントを供給することができる。

【００１０】さらに、クーラントは回転部材の中心部近
傍を流通されるので、遠心力の影響をほとんど受けな
い。このため、シール部材に負担を掛けることはない。

【００１１】また、請求項２の工具着脱装置では、解除
体がドローバーを押圧する部分には、仲介部材が介在さ
れている。したがって、高速回転中のドローバーと常時
回転しない解除体とはより確実に離隔されることにな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。なお、本
実施形態中で工具着脱装置の先端側とは主軸に対して工
具が着脱される位置の方向を意味し、基端側とは主軸に
対して先端側の反対方向を意味する。

【００１３】図２に示すように、工具着脱装置１は、図
示しない工具を保持する工具ホルダ２が装着されて回転
される主軸３と、工具ホルダ２を主軸３に圧接保持する
ドローバー４と、ドローバー４を工具ホルダ２が装着さ
れる方向に付勢する付勢手段５とを備えている。そし
て、この工具着脱装置１は、ドローバー４及び工具ホル
ダ２内で長手方向に沿って形成されるクーラント流通孔
６と、クーラントを噴出してクーラント流通孔６から工
具に供給するクーラント供給源７と、ドローバー４を工
具ホルダ２が離脱される方向に移動させると共にドロー
バー４の外周部との間に隙間を有して配置された解除体
８とを備えている。

【００１４】主軸３はケーシング９に対して回転可能に
軸受１０により支持されている。主軸３は円管形状で、
内部にドローバー４が収容されている。ドローバー４の
長手方向の中央部の周囲には、付勢手段としての多数の
皿ばね５が嵌合されている。この皿ばね５は主軸３の内
部に収容されている。図３に示すように、皿ばね５の先
端側は、カラー１１を介して主軸３の内周面の係止部３
ａに係合されている。図１に示すように、皿ばね５の基
端部は、カラー１２を介してドローバー４のフランジ４
ａに係合されている。ドローバー４の軸方向に負荷が生
じていない通常の状態では皿ばね５は変形していない
が、ドローバー４を主軸３に対して先端側に移動させる
と皿ばね５の全体の長さが圧縮されて畜勢される。この
とき、皿ばね５はドローバー４を基端側に付勢してい
る。また、皿ばね５がドローバー４及び主軸３の周方向
に摩擦を有するため、これらドローバー４及び主軸３は
同時に回転することになる。

【００１５】図３に示すように、主軸３の先端部には、
工具ホルダ２のテーパシャンク２ａが着脱可能とされて
いる。ここで、工具ホルダ２の中心部には、クーラント
流通孔６が長手方向に沿った貫通孔により形成されてい
る。そして、主軸３の先端部からやや内側に入った部分
には、装着された工具ホルダ２のプルスタッド２ｂが占
位する空間１３が形成されている。また、この空間１３
と工具着脱装置１の外部とを連通する連通孔１４が形成
されている。連通孔１４が外部に露出した部分１４ａに
は、図示しない高圧空気噴出ノズルが接続されている。
また、プルスタッド２ｂが占位する空間１３の基端側に
は、プルスタッド２ｂを保持するコレット１５が取り付
けられている。コレット１５は、ドローバー４の先端部
に取り付けられている。このため、コレット１５は基端
側に付勢されているので、工具ホルダ２が装着されたと
きに該工具ホルダ２のプルスタッド２ｂを挟み込んで内
部に引っ張っている。これにより、工具ホルダ２は、主
軸３に対して圧接保持されることになる。

【００１６】図２及び図４に示すように、主軸３にはプ
ーリ１６が取り付けられている。プーリはベルト１７を
介してモータ１８に連結されている。

【００１７】図１に示すように、主軸３の基端部に収容
された部分のドローバー４にはフランジ４ａが形成され
ている。そして、主軸３の基端部からはドローバー４が
突出されている。この突出したドローバー４には、仲介
部材としてのスリーブ１９と、解除体としてのシリンダ
ロッド８と、クーラント供給源としてのロータリージョ
イント７とが取り付けられている。

【００１８】スリーブ１９は、ドローバー４に対して摺
動可能とされている。そして、スリーブ１９は、ドロー
バー４のフランジ４ａとシリンダロッド８の先端部との
間に位置されている。また、スリーブ１９の周囲には固
定スリーブ２０が設けられている。この固定スリーブ２
０の周囲にはストッパ２１が取り付けられている。ここ
で、ストッパ２１は主軸３の基端部にねじ止めされ、固
定スリーブ２０はストッパ２１により主軸３に対して固
定されている。さらに、固定スリーブ２０の内周面には
Ｏリング２２が装着されて、スリーブ１９の軸方向への
摺動を制動している。

【００１９】ここで、ドローバー４のフランジ４ａに当
接されたスリーブ１９とシリンダロッド８との間隔を△
Ｓ₁ とし、フランジ４ａと固定スリーブ２０との間隔を
△Ｓ ₂ とした場合に、△Ｓ₁ ＞△Ｓ₂ の関係となるよう
に各部の長さが設定されている。このため、皿ばね５が
最大に伸びてドローバー４のフランジ４ａが固定スリー
ブ２０に当接して停止された時に、スリーブ１９とシリ
ンダロッド８との間に△Ｓ₁ −△Ｓ₂ の隙間が生ずるの
で、これらスリーブ１９とシリンダロッド８とが接触す
ることが防止される。

【００２０】しかも、スリーブ１９はＯリング２２によ
り容易に摺動されないようになっているので、フランジ
４ａが勢い良く基端側に移動しても、スリーブ１９がそ
のままシリンダロッド８に接触することはない。

【００２１】シリンダロッド８は、スリーブ１９の基端
側に設けられている。シリンダロッド８は、ドローバー
４の外周面に対して僅かに隙間Ｓを有して設置されてい
る。シリンダロッド８のほぼ中央部にはロッドフランジ
８ａが形成されている。ロッドフランジ８ａの先端側に
は先端シリンダ壁２３が、ロッドフランジ８ａの基端側
には基端シリンダ壁２４がそれぞれ配置されている。こ
れら先端シリンダ壁２３と基端シリンダ壁２４との間隔
はロッドフランジ８ａの厚さとドローバー４のストロー
クとを合計した長さとされている。

【００２２】そして、各部材の位置関係は、ロッドフラ
ンジ８ａが先端シリンダ壁２３と基端シリンダ壁２４と
の間で先端側に移動することにより、シリンダロッド８
の先端面がスリーブ１９を介してドローバー４のフラン
ジ４ａを押圧し、皿ばね５の抗力に反してドローバー４
を移動させる配置とされている。さらに、ロッドフラン
ジ８ａが先端シリンダ壁２３と基端シリンダ壁２４との
間で基端側に移動することにより、シリンダロッド８と
スリーブ１９とドローバー４のフランジ４ａとが完全に
離隔する配置とされている。

【００２３】シリンダロッド８のロッドフランジ８ａの
周囲には、シリンダ周壁２６が取り付けられている。シ
リンダ周壁２６と先端シリンダ壁２３と基端シリンダ壁
２４とは、ロッドフランジ８ａを内部にして互いに接合
されてフランジ室２７を形成している。これらシリンダ
周壁２６と先端シリンダ壁２３と基端シリンダ壁２４と
の接合部分にはＯリング２８が利用されていると共に、
シリンダロッド８と各シリンダ壁２３，２４との摺動部
にもＯリング２９が用いられているので、フランジ室２
７は高い気密性を有している。さらに、ロッドフランジ
８ａの周面には、シールリング２５が装着されている。
このため、フランジ室２７はロッドフランジ８ａにより
二分されて、各空間で気密性が保たれている。

【００２４】そして、先端シリンダ壁２３及び基端シリ
ンダ壁２４には、フランジ室２７と外部とを連通する連
通孔２３ａ，２４ａが形成されている。各連通孔２３
ａ，２４ａには図示しない高圧空気噴出ノズルが取り付
けられている。このため、基端シリンダ壁２４の連通孔
２４ａに高圧空気を吹き込むと、フランジ室２７内でロ
ッドフランジ８ａが先端側に移動する。一方、先端シリ
ンダ壁２３の連通孔２３ａに高圧空気を吹き込むと、フ
ランジ室２７内でロッドフランジ８ａが基端側に移動す
る。

【００２５】さらに、先端シリンダ壁２３の先端側の面
には、係止部材３０が取り付けられている。この係止部
材３０は、ストッパ２１の外周に僅かな隙間を有して設
置され、ストッパ２１に対して相対摺動及び相対回転可
能とされている。ここで、係止部材３０とストッパ２１
との係合部分では、係止部材３０の先端部３０ａが内周
側に突出し、ストッパ２１の基端部２１ａが外周側に突
出している。このため、ストッパ２１が先端側へ、係止
部材３０が基端側へそれぞれ付勢される際には、これら
ストッパ２１と係止部材３０との軸方向の隙間が潰れ
て、それ以上移動することはない。

【００２６】ところで、主軸３の停止時に基端シリンダ
壁２４の連通孔２４ａに高圧空気を吹き込むと、ロッド
フランジ８ａと基端シリンダ壁２４とが離隔するように
力が加わる。このため、シリンダロッド８・スリーブ１
９・ドローバー４・皿ばね５・主軸３・ストッパ２１に
先端側への付勢力が作用する。同時に、基端シリンダ壁
２４・シリンダ周壁２６・先端シリンダ壁２３・係止部
材３０には基端側への付勢力が作用する。そして、これ
ら逆方向への付勢力は、ストッパ２１と係止部材３０と
の係合により相殺される。

【００２７】また、図１及び図２に示すように、ドロー
バー４の基端部にはロータリージョイント７が取り付け
られている。ロータリージョイント７は、ドローバー４
と同時に回転しながらドローバー４のクーラント流通孔
６にクーラントを送り込む。

【００２８】次に、上述した工具着脱装置１の動作を説
明する。保持した工具により加工作業を行う場合は、モ
ータ１８を駆動する。これにより、主軸３が回転してコ
レット１５や工具ホルダ２も回転するので、工具が回転
する。また、ストッパ２１や固定スリーブ２０・スリー
ブ１９も同時に回転される。なお、スリーブ１９はＯリ
ング２２により軸方向への動きに制動をかけられている
ので、回転時に軸方向に移動してしまうことはない。こ
れにより、スリーブ１９とドローバー４のフランジ４ａ
及びシリンダロッド８との不必要な衝突を防止すること
ができる。

【００２９】一方、主軸３の回転に伴い皿ばね５を介し
てドローバー４も同時に回転される。これにより、ロー
タリージョイント７も回転される。そして、ロータリー
ジョイント７からクーラントが噴出され、ドローバー４
内のクーラント流通孔６を通過してコレット１５及び工
具ホルダ２の内部を流通して、工具に達する。これによ
り、工具を冷却すると共に加工の際の摩擦を低減でき
る。

【００３０】工具ホルダ２を交換する場合は、工具の回
転を停止させて基端シリンダ壁２４の連通孔２４ａに高
圧空気を送り込む。これにより、ロッドフランジ８ａが
先端側に摺動される。これに伴い、シリンダロッド８の
先端がスリーブ１９の基端を押圧し、スリーブ１９が先
端側に移動される。そして、スリーブ１９の先端がドロ
ーバー４のフランジ４ａを基端側から押圧し、皿ばね５
の抗力に反してドローバー４を先端側に移動させる。

【００３１】この時、皿ばね５の先端部はカラー１１を
介して主軸３の係止部３ａに係止されているので、主軸
３に先端側への押圧力が生ずる。これに対し、基端シリ
ンダ壁２４・シリンダ周壁２６・先端シリンダ壁２３・
係止部材３０・ストッパ２１には基端側への反力が生じ
ているので、主軸３に関する負荷はストッパ２１と係止
部３ａとの間の引っ張り応力のみになる。このため、主
軸３を支持する軸受１０に軸方向への過度な負担を掛け
ることがない。

【００３２】一方、ドローバー４の先端部ではコレット
１５が先端側に押し出されるため、工具ホルダ２のプル
スタッド２ｂが解放されて、工具ホルダ２が離脱され
る。この時、プルスタッド２ｂが占位する空間１３に連
通された開口部１４ａに接続された高圧空気噴出ノズル
から高圧空気が噴出され、空間１３に吹き込まれる。こ
れにより、テーパシャンク２ａの周囲から空気が外部に
吹き出され、ごみ取りを行うことができる。

【００３３】そして、次に使用する工具ホルダ２を装着
してから、先端シリンダ壁２３の連通孔２３ａに高圧空
気を吹き込む。これにより、シリンダロッド８が基端方
向に移動され、皿ばね５が解放されて、ドローバー４が
基端側に移動される。このため、コレット１５が基端側
に移動されて、工具ホルダ２のプルスタッド２ｂが保持
される。同時に、ドローバー４のフランジ４ａがスリー
ブ１９を基端側に移動させる。

【００３４】本実施形態によれば、ロッドフランジ８ａ
が基端側に移動したときには、シリンダロッド８とスリ
ーブ１９とドローバー４のフランジ４ａとが完全に離隔
する配置とされているので、主軸３の回転の際にこれら
の部材の間で摩擦を生ずることはなく発熱等を考慮する
必要がない。このため、容易に高速回転を行うことがで
きる。

【００３５】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態ではシリンダロッド８とドロ
ーバー４のフランジ４ａとの間にスリーブ１９を備えて
いるが、スリーブ１９を用いずにシリンダロッド８の摺
動をフランジ４ａに直接伝達する構造としても構わな
い。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の請求項１は、ドローバー及び工具ホルダ内で長手方向
に沿って形成されるクーラント流通孔と、クーラントを
噴出してクーラント流通孔から工具に供給すると共にド
ローバーと同時に回転するクーラント供給源とを備えて
いるので、クーラントはクーラント供給源からクーラン
ト流通孔を流通されることにより工具に供給される。こ
のため、クーラントは回転部材の中心部を流通されるの
で遠心力の影響は小さくなり、シール部材を特に大型化
することなくシール性を維持したまま主軸の高速回転を
行うことができる。しかも、クーラントの高圧化を容易
に図ることができる。

【００３７】また、クーラント供給源とクーラント流通
孔と工具とは同時に回転されるので、クーラント供給源
とドローバーと工具ホルダと工具との各部材の間のシー
ル部材も同時に回転される。このため、主軸の高速回転
によってもシール性能が低下することはなく、高圧のク
ーラントを供給することができる。

【００３８】さらに、工具ホルダは工具を保持するのみ
の構造となるので、工具ホルダの小型化により主軸のす
りこぎ運動が防止される。これにより、工具の高速回転
を容易に行うことができる。

【００３９】また、請求項１の発明では、ドローバーを
工具ホルダが離脱される方向に移動させると共にドロー
バーの外周部との間に隙間を有して配置された解除体を
備えているので、解除体とドローバーとの摩擦が生じな
い。このため、主軸の回転による解除体の発熱を考慮す
る必要はなく、高速回転を容易に行うことができる。

【００４０】さらに、請求項２の工具着脱装置では、解
除体がドローバーを押圧する部分には、仲介部材が介在
されているので、高速回転中のドローバーと常時回転し
ない解除体との接触を更に確実に防止することができ
る。このため、主軸の回転をより高速化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具着脱装置の主要部を示す断面側面
図である。

【図２】本発明の工具着脱装置の全体を示す概略の断面
側面図である。

【図３】本発明の工具着脱装置の工具ホルダの保持部を
示す断面側面図である。

【図４】本発明の工具着脱装置の一部を示す断面側面図
である。

【図５】従来の工具着脱装置に使用する工具ホルダを示
す一部切断の斜視図である。

【符号の説明】

１ 工具着脱装置 ２ 工具ホルダ ３ 主軸 ４ ドローバー ５ 皿ばね（付勢手段） ６ クーラント流通孔 ７ ロータリージョイント（クーラント供給源） ８ シリンダロッド（解除体） １９ スリーブ（仲介部材） Ｓ 隙間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を保持する工具ホルダが装着されて
   回転される主軸と、前記工具ホルダを前記主軸に圧接保
   持するドローバーと、前記ドローバーを前記工具ホルダ
   が装着される方向に付勢する付勢手段とを備えた工具着
   脱装置において、前記ドローバー及び前記工具ホルダ内
   で長手方向に沿って形成されるクーラント流通孔と、ク
   ーラントを噴出して前記クーラント流通孔から前記工具
   に供給すると共に前記ドローバーと同時に回転するクー
   ラント供給源と、前記ドローバーを前記工具ホルダが離
   脱される方向に移動させると共に前記ドローバーの外周
   部との間に隙間を有して配置された解除体とを備えたこ
   とを特徴とする工具着脱装置。
2. 【請求項２】 前記解除体が前記ドローバーを押圧する
   部分には、仲介部材が介在されていることを特徴とする
   請求項１記載の工具着脱装置。