(57)【要約】【課題】  工具ホルダ内において工具をその軸心を回転中心と常に一致させて高速回転させることができ、加工精度を向上できるようにすること。【解決手段】  ハウジング３２内に、工具４６ａと回転主軸４６ｂとタービン羽根４６ｃとを一体化した工具軸４６が挿脱可能に装着され、その軸線を中心に回転可能に収容される。工具軸４６の外周面とハウジング３２との間には静圧軸受５２，５３が形成される。両静圧軸受５２，５３間の位置において、工具軸４６の回転主軸４６ｂ部分の外周に形成されたタービン羽根４６ｃに対応して、ハウジング３２には複数のタービンノズル６２が形成されている。タービンノズル６２からタービン羽根４６ｃに向かって圧力エアが噴出されると、工具軸４６が高速で回転されて、その先端の工具４６ａによりワークに対して所定の加工が実行される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具ホルダのハウジングに対して流体軸受を介して工具の回転主軸を回転可能に支持するとともに、ハウジングのノズルから前記回転主軸に設けたタービン羽根に対してエアを噴射させることにより工具を回転させるようにした工具ホルダにおいて、
工具と回転主軸とタービン羽根とを一体化した工具軸を、ハウジングの先端開口部から挿脱可能に支持してなることを特徴とする工具ホルダ。
【請求項２】
回転主軸は外周に突部を有しない円柱状をなし、タービン羽根の外径は回転主軸の外径以内であることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダ。
【請求項３】
前記流体軸受が静圧軸受であることを特徴とする請求項１または２に記載の工具ホルダ。
【請求項４】
前記ハウジングには、前記工具軸を磁気吸着によりハウジングに対して保持するための磁石を設けるととともに、その磁石による磁気吸着面と工具軸との間には静圧間隙を介在させたことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の工具ホルダ。
【請求項５】
前記ハウジング内に、磁性体を固定するとともに、その磁性体に密着した状態で同磁性体とハウジングの内奥部との間に磁石を設け、磁性体を介して前記磁石の反対側に前記工具軸の端面が静圧間隙を介して対向配置されることを特徴とする請求項４に記載の工具ホルダ。
【請求項６】
ハウジングの他端には、工作機械の主軸に対し着脱可能に装着されるテーパシャンク部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の工具ホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドリル，ルータ，エンドミル等の回転工具を支持する工具ホルダに関するものであって、特に工具の回転主軸をホルダのハウジング内で静圧軸受等の流体軸受により支持するとともに、タービンによって回転させるようにした工具ホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の工具ホルダとしては、特許文献１及び特許文献２に記載されたものが公知である。これらの特許文献１および特許文献２に記載の工具ホルダにおいては、先端に工具を取付けた回転主軸が静圧軸受を介して回転可能に支持され、回転主軸に設けたタービン羽根に対して噴射されるエアにより同工具が高速回転されて、所定の旋削等の加工を行うことができる。
【特許文献１】特開平１−２８１８６１号公報
【特許文献２】特開２００２−３９１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した特許文献１，２の工具ホルダにおいては、工具の回転主軸が一対の円錐状の支持面を形成していたり、或いは鍔状の支持面を突設したり、タービン羽根が回転主軸外径よりも外方に大きく突出していたりなど、それらをハウジング先端側から容易に抜き出せる構造になっていない。このため、先端に工具を取付けた回転主軸が工具ホルダのハウジング内に予め組み込まれ、工具の補修や成形には工具ホルダに装着された回転主軸から工具のみを取り外して、工具単独で補修、成形を行った後、再び回転主軸に組み付けて工具ホルダに装着していた。
【０００４】
しかし、工具の補修や成形により工具中心に対し刃の芯出しが精巧に仕上げられても、その工具の軸心が回転主軸に対してわずかでもずれていると、エア駆動による回転中心と工具の軸心が一致せず、設定した正確な穴径に加工されず、穴径が広がったり変形したりするなど加工精度を低下させる原因になっていた。しかも、回転主軸のアンバランスからくる振動の発生もあり、超高速回転ができないという問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、以上のような問題点を解消して、工具と回転主軸とタービン羽根との間に芯ずれを生じることなく、工具を正確に芯出し状態で回転させることができて、加工精度を向上できるようにした工具ホルダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するために、請求項１に記載の発明においては、工具ホルダのハウジングに対して流体軸受を介して工具の回転主軸を回転可能に支持するとともに、ハウジングのノズルから前記回転主軸に設けたタービン羽根に対してエアを噴射させることにより工具を回転させるようにした工具ホルダにおいて、工具と回転主軸とタービン羽根とを一体化した工具軸を、ハウジングの先端開口部から挿脱可能に支持してなることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明においては、請求項１に記載の発明において、回転主軸は外周に突部を有しない円柱状をなし、タービン羽根の外径は回転主軸の外径以内であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明においては、請求項１または２に記載の発明において、前記流体軸受が静圧軸受であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明においては、請求項１〜３のうちのいずれか一項に発明において、前記ハウジングには、前記工具軸を磁気吸着によりハウジングに対して保持するための磁石を設けるととともに、その磁石による磁気吸着面と工具軸との間には静圧間隙を介在させたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明においては、請求項４に記載の発明において、前記ハウジング内に、磁性体を固定するとともに、その磁性体に密着した状態で同磁性体とハウジングの内奥部との間に磁石を設け、磁性体を介して前記磁石の反対側に前記工具軸の端面が静圧間隙を介して対向配置されることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明においては、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の発明において、ハウジングの他端には、工作機械の主軸に対し着脱可能に装着されるテーパシャンク部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
従って、この発明においては、工具と回転主軸とタービン羽根とを一体化した工具軸を、ハウジングが容易に抜き出すことができるため、工具と回転主軸とタービン羽根とを一体状態のままハウジングから抜き取って工具に対し補修や成形加工を施した後、そのままハウジングに挿入することで工具と回転主軸との間に組付け誤差や芯間変化がなく、タービン駆動による回転中心と工具の軸心との芯ずれがなく、常に正確な芯出し状態で工具が回転され、加工精度を向上させることができる。
【００１２】
また、工具と回転主軸を一体成形或いは焼き嵌め等で一体化することで、ねじ加工などの組付け部分の加工も必要なく、工具軸外径を円柱状にして突部を形成しないことによりシンプルな小型で軽量の工具軸が形成できる。さらに流体軸受により工具軸が安定して支持され、高速回転を可能とする。また、軸受隙間を介して工具軸の挿脱が軽く簡単にできる。
【００１３】
工具軸を、例えば磁気吸着によりハウジングに対して保持するようにすれば、工具の着脱が容易になるとともに、構成も簡単である。しかも、磁気吸着面と工具軸との間に静圧間隙を介在させれば、摩擦接触をなくして、工具軸を少ないエネルギーで回転させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、この発明においては、工具ホルダのハウジング内でエア回転する工具が常に芯出し状態で回転支持されるため、高精度加工を達成できるとともに、超高速回転も可能となり、効率的な加工を実行できる。工具軸をハウジングから容易に抜き取ることができ、工具の補修や成形加工を回転主軸と芯出し状態で行え、精緻な切断刃を形成でき、超精密加工が可能となる。工具軸もシンプルに形成でき、小型で軽量な工具ホルダが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明を具体化した工具ホルダの実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、工作機械の主軸ヘッド１１の外筒１２にはベアリング１３を介して主軸１４が回転可能に支持されている。この主軸１４の先端にはテーパ孔１５が形成されており、このテーパ孔１５に実施形態の工具ホルダ３１が装着される。１６は先端のカラー１６ａに凸部１７と凹部１８とを有するドローイングバーを示し、１９はコレットを示す。ドローイングバー１６は主軸１４に内蔵された皿ばね或いはシリンダ圧によって図１の右方に付勢保持され、工具ホルダ３１がコレット１９により引き込まれ、主軸１４に対しクランプ状態にある。この状態で、工具ホルダ３１の後述する工具４６ａにより、図示しないワークに対して加工が施される。なお、この工具４６ａによって加工が施される場合には、主軸１４は停止状態を維持する。また、アンクランプ時は、アンクランプ用のアクチュエータによりドローイングバー１６が図１の左方に移動することにより、凸部１７がコレット１９の内周から外れて、バネ２０に押されて移動されるカム２１とコレット１９との間のカム面２２の作用によりコレット１９が縮径動作して、コレット１９が工具ホルダ３１の内周から外れ、工具ホルダ３１をテーパ孔１５から外すことができる。
【００１６】
そこで、工具ホルダ３１の詳細について説明する。
図２に示すように、先端すなわち前端（図面の左側）に先端開口部としての開口部３２ａを形成した円筒状のハウジング３２の後端には前記テーパ孔１５に着脱可能に装着するためのテーパシャンク部３３が突設されるとともに、後端部の外周には図示しない工具交換アームにより把持されるための把持溝３４が形成されている。ハウジング３２の内奥部には永久磁石４１が収容されており、その永久磁石４１の前側（図１の右側）において、ハウジング３２の内周面には磁性体としての磁性金属よりなるヨーク４２が固定されている。そして、永久磁石４１は、スプリング４０によりヨーク４２に向かって付勢されて、ヨーク４２に密着している。従って、ヨーク４２は永久磁石により磁化されて、永久磁石４１と同様な吸着機能を有する。
【００１７】
ヨーク４２の前面においてその軸線位置にはエア噴出口４３が形成され、そのエア噴出口４３とヨーク４２の外周面の１箇所との間にはエア通路４４が貫設されている。このエア通路４４にはハウジング３２に形成したエア供給路４５が接続され、このエア供給路４５には、図示しないコンプレッサやアキュームレータ等よりなるエア供給源が接続されている。そして、エア供給源からの圧力エアがエア供給路４５及びエア通路４４を介してエア噴出口４３から噴出される。
【００１８】
前記ヨーク４２の前側において、ハウジング３２内にはそのハウジング３２の一部を構成する円筒状の内部ハウジング３５が嵌合固定されている。この内部ハウジング３５内には、例えばボールエンドミルなどの工具４６ａと回転主軸４６ｂとタービン羽根４６ｃとを一体化した工具軸４６が開口部３２ａから挿脱可能に装着され、工具軸４６の円柱状を呈する回転主軸４６ｂ部分がその軸線を中心に回転可能に収容されている。前記回転主軸４６ｂは外周に突部を有しない円柱状をなしている。この工具軸４６は前記ヨーク４２により磁気吸引されている。また、前記エア噴出口４３から圧力エアが噴出されたときには、その圧力エアにより工具軸４６の後端面とヨーク４２の磁気吸着面との間に静圧間隙４７が形成される。
【００１９】
内部ハウジング３５の内周面において、その前後方向の２箇所の工具４６ａを包囲する環状領域には、それぞれ複数のエア噴出口４９が形成され、このエア噴出口４９と前記エア供給路４５との間にはエア通路５０が形成されている。そして、エア噴出口４９から噴出される圧力エアが内部ハウジング３５の内周面と工具軸４６の外周面との間の間隙に供給されて、内部ハウジング３５と工具軸４６の外周面との間の前後２箇所に静圧軸受５２，５３が形成される。
【００２０】
前記両静圧軸受５２，５３間の位置において、工具軸４６の回転主軸４６ｂ部分外周には回転主軸４６ｂの外径より径方向に突出しないように回転主軸４６ｂの外径以内にして前記タービン羽根４６ｃが形成されるとともに、そのタービン羽根４６ｃを包囲する領域において内部ハウジング３５の内周面には複数のタービンノズル６２が形成されている。タービンノズル６２には内部ハウジング３５，ハウジング３２にそれぞれ形成したエア通路６３，６４が接続され、このエア通路６３には、図示しない前記エア供給源が接続されている。そして、タービンノズル６２からの圧力エアがタービン羽根４６ｃに向かって噴出されて、工具軸４６が一方向に高速回転されるようになっている。なお、タービンノズル６２から噴出される圧力エアは、図示しない流量調整弁等の作用により、前記エア噴出口４３，４９から噴出される圧力エアによりも、流量が多く、かつ流速が速い。
【００２１】
なお、前記静圧間隙４７，静圧軸受５２，５３を形成した圧力エアやタービンノズル６２からタービン羽根４６ｃに向かって噴出された圧力エアは、ハウジング３２の内周面の環状溝４８を経て、同ハウジング３２に形成した図示しない通路から大気に逃がされる。回転主軸４６ｂの先端にはエンドミルなどの切断刃を形成した工具４６ａが芯合せ状態に焼き嵌めにより一体に結合されている。
【００２２】
さて、この実施形態においては、工具ホルダ３１が主軸１４に対して装着されるとともに、同主軸１４の停止状態で、タービンノズル６２からタービン羽根４６ｃに向かって圧力エアが噴出されると、工具軸４６が高速で回転されて、その先端の工具４６ａが、その軸心を回転中心と一致させた状態で回転し、ワークに対して所定の加工を実行することができる。
【００２３】
また、工具４６ａが摩耗したり欠けが生じたり、変形したりした場合に、工具４６ａを補修しなければならない。さらに、切断刃を取り替えたり、新たな切断刃を成形したりすることもある。このような場合に、先端の開口部３２ａから工具軸４６を抜き出すことができるため、工具ホルダ３１を分解する必要もなく、回転主軸４６ｂと工具４６ａとの焼き嵌めを外して工具４６ａのみを取出す必要もない。
【００２４】
工具軸４６を磁力に抗して引き抜くだけで工具４６ａと回転主軸４６ｂとタービン羽根４６ｃとが一体になって工具ホルダ３１のハウジング３２が取り外される。
工具軸４６は、その回転主軸４６ｂ部分で芯出し保持されて回転されながら工具４６ａへの補修や成形加工が行われる。その後、工具軸４６は再び工具ホルダ３１の開口部３２ａからハウジング３２に装着される。
【００２５】
従って、この実施形態においては、以下のような効果がある。
・  工具４６ａの軸心が工具軸４６の回転中心と常に一致状態にあるため、従来構造のような組み付け誤差や位置変化を生じることなく、芯出し状態で回転され、工具に設定した正確な加工穴が得られ、しかも回転アンバランスもなく、工具軸４６の先端の工具４６ａの振れ等がなく、高精度加工が可能になる。
【００２６】
・  流体軸受にて安定して支持し、しかもエア駆動のため、超高速回転が可能になり、加工効率の大幅な向上が可能になる。また、軸受隙間により、工具軸の抜き差しが軽く簡単に行える。
【００２７】
・  工具４６ａの超高速回転が可能になるため、工具ホルダ３１が装着される装置側に高速回転機能を持たせる必要がない。従って、装置として、高速対応の機能を有しないものであっても、高速加工が可能になる。
【００２８】
・  工具軸４６のみが回転し、ハウジング３２等は回転しないため、回転部の質量が小さく、そのため、アンバランスによる振れが生じにくく、かつ回転させるエネルギーが少なくすむ。
【００２９】
・  工具軸４６はその外周及び後端部において静圧軸受５２，５３及び静圧間隙４７により支持されるため、すなわち、工具軸４６の支持に必要な部分は全て静圧により支持されるため、工具軸４６を摩擦によるロス等をほとんどなくして効率よく回転させることができる。
【００３０】
・  前後の静圧軸受５２，５３間にタービンが位置しているため、工具軸４６を支持する軸受間において工具軸４６に対して駆動力を付与することになり、工具軸４６をいっそう安定して回転させることができる。
【００３１】
・  回転主軸４６ｂを円柱状に形成し、工具軸４６の外径より突出しないように回転主軸４６ｂ、タービン羽根４６ｃを形成することにより、工具軸４６のハウジングへの抜き差しが容易にできる。また、工具軸４６は円柱状でシンプルな形状となり、安価で軽量小型化できる。
【００３２】
・  工具軸４６を保持する構成として、永久磁石４１及びヨーク４２を設けただけであるから、構成がきわめて簡単である。
・  工具ホルダ３１に対する工具軸４６の着脱は、工具軸４６をヨーク４２に吸着させたり、永久磁石４１の磁力に抗してハウジング３２から抜き出したりするのみでよく、特別の操作は不要で着脱操作が簡単である。
【００３３】
・  工作機械の主軸に対し着脱自在に装着されるテーパシャンク部を設けたことにより、工作機械の主軸に支持した状態で工具軸４６をエア駆動でき、マシニングセンタに取付けることにより、自動工具交換も可能となり、加工位置の自動制御も行えるようになる。
【００３４】
この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化することも可能である。
・  前部側の静圧軸受５２を省略すること。
【００３５】
・  主軸１４に対する工具ホルダ３１の装着構成を、複数のボールによりプルスタッドを保持する周知のプルスタッド型等の各種の構成に変更すること。
・  工具軸４６上のタービン羽根４６ｃ及び内部ハウジング３５のタービンノズル６２を前後方向の複数箇所に設けて、その複数箇所において工具軸４６を回転駆動すること。
【００３６】
・  工具軸４６の支持を静圧軸受に代えて、動圧を利用した軸受とすること。
・工具４６ａと回転主軸４６ｂ及びタービン羽根４６ｃとを同一部材にて一体成形すること。
【００３７】
・回転主軸４６ｂを工具側を大径にした円錐形状に形成し、内部ハウジング３２には円錐形状に合わせた軸受穴を形成すること。
・工具４６ａは、ドリル，ルータ，エンドミル，砥石等多種の刃先形態をとること。
【００３８】
・工作機械の主軸に装着することなく、工具ホルダ単体で使用すること。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明を具体化した実施形態の工具ホルダの装着状態を示す一部断面図。
【図２】実施形態の工具ホルダを示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
３１…工具ホルダ、３２…ハウジング、３３…テーパシャンク部、４１…永久磁石、４２…ヨーク、４６…工具軸、４６ａ…工具、４６ｂ…回転主軸、４６ｃ…タービン羽根、４７…静圧間隙、５２…静圧軸受、５３…静圧軸受、６２…タービンノズル。
【図１】
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【図２】
2006123072.tif 000004