(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホルダ本体を含む工具ホルダであって、
前記ホルダ本体は、該ホルダ本体の軸線の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第１の流体流路と、前記仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第２の流体流路とを含み、
前記第１及び第２の流体流路は、前記仮想的な円の中央部において互いに連通されていると共に、前記ホルダ本体の外表面に開口している、工具ホルダ。
【請求項２】
前記第１及び第２の流体流路が形成された区域は外周面を有し、前記第１及び第２の流体流路は前記区域の外周面に開口している、請求項１に記載の工具ホルダ。
【請求項３】
冷却用の流体を工具ホルダに導く流体ガイドを含み、
前記工具ホルダは、ホルダ本体であって、該ホルダ本体の軸線の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第１の流体流路と、前記仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第２の流体流路とを備えるホルダ本体を含み、
前記第１及び第２の流体流路は、前記仮想的な円の中央部において互いに連通されていると共に前記ホルダ本体の外表面に開口しており、
前記流体ガイドは、前記ホルダ本体が回転可能に嵌合された嵌合穴と、前記第１の流体流路に連通された第３の流体流路と、前記第２の流体流路に連通された第４の流体流路とを含む、工具ホルダの冷却装置。
【請求項４】
前記ホルダ本体の前記第１及び第２の流体流路が形成された区域は外周面を有し、前記第１及び第２の流体流路は前記区域の外周面に開口しており、
前記流体ガイドは、前記第３の流体流路を前記第１の流体流路に連通させるべく前記区域の周りを伸びて前記嵌合穴に開放する第１の溝と、前記第３の流体流路を前記第２の流体流路に連通させるべく前記区域の周りを伸びて前記嵌合穴に開放する第２の溝とを備える、請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
さらに、前記流体ガイドの前記ホルダ本体への工具装着側に配置された板状のリングであって前記ホルダ本体の一部が貫通するリングを含み、
前記リングは、前記ホルダ本体の前記一部の周りを伸びて前記流体ガイドの側に開放する環状の流体流路とを含み、
前記流体ガイドは、さらに、前記第１の流体流路と前記環状の流体流路とを連通させる第１の連通路と、前記第２の流体流路と前記環状の流体流路とを連通させる第２の連通路とを含む、請求項３又は４に記載の冷却装置。
【請求項６】
さらに、前記第３及び第４の流体流路をそれぞれ流体供給路及び流体排出路に連通させるべく前記流体ガイドに連結された第１及び第２のニップルと、前記第１及び第２のニップルがそれぞれ嵌合される第１及び第２の嵌合穴を有するブロックとを含む、請求項４又は５に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記ホルダ本体は、前記第１及び第２の流体流路が形成された区域より工具と反対側の箇所において軸受により前記流体ガイドに回転可能に受けられている、請求項３から６のいずれか１項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本発明は、工具、工作物等を工作機械のような適宜な機器に装着する際に用いる、いわゆる工具ホルダとその冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工具ホルダは、一般に、工具や工作物等が装着された状態で、工作機械のような適宜な機器（以下単に「工作機械」という。）に組み付けられる。このため、工具ホルダは、工作物の加工に起因する工作物の温度上昇により、昇温される。特に、摩擦溶接用の場合、工具又は工作物が１０００度Ｃ程度に昇温するから、そのような摩擦溶接に用いられる工具ホルダも５００から７００度Ｃ程度に昇温する。
【０００３】
【解決しようとする課題】
上記のように工具ホルダが高温になると、そのような工具ホルダから、工具ホルダを装着している工作機械の回転軸に伝達される熱量が多くなり、その回転軸が加熱され、その結果この回転軸を支持している軸受や、その軸受に配置されている潤滑油が加熱されて、それらの機能が低下する。
【０００４】
それゆえに、本発明の目的は、工具ホルダの温度上昇を効果的に抑制することにある。
【０００５】
【解決手段、作用及び効果】
本発明に係る工具ホルダは、ホルダ本体を含む。前記ホルダ本体は、該ホルダ本体の軸線の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第１の流体流路と、前記仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第２の流体流路とを含む。前記第１及び第２の流体流路は、前記仮想的な円の中央部において互いに連通されていると共に、前記ホルダ本体の外表面に開口している。
【０００６】
冷却水、冷却油等の冷却用流体は、第１及び第２の流体流路のいずれか一方に供給され、第１及び第２の流体流路の連通部を経て第１及び第２の流体流路の他方を流れて、最終的にホルダ本体の外に流出する。
【０００７】
本発明にかかる冷却装置は、冷却用の流体を工具ホルダに導く流体ガイドを含む。前記工具ホルダは、ホルダ本体であって、該ホルダ本体の軸線の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第１の流体流路と、前記仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の第２の流体流路とを備えるホルダ本体を含む。前記第１及び第２の流体流路は、前記仮想的な円の中央部において互いに連通されていると共に前記ホルダ本体の外表面に開口している。前記流体ガイドは、前記ホルダ本体が回転可能に嵌合された嵌合穴と、前記第１の流体流路に連通された第３の流体流路と、前記第２の流体流路に連通された第４の流体流路とを含む。
【０００８】
上記冷却装置において、冷却用流体は、第３及び第４の流体流路のいずれか一方から第１及び第２の流体流路のいずれか一方に供給され、第１及び第２の流体流路の連通部を経て第１及び第２の流体流路の他方を流れ、最終的に第３及び第４の流体流路の他方に流出する。
【０００９】
上記のように本発明の工具ホルダ及びその冷却装置によれば、工具ホルダは、第１及び第２の流体流路を経る冷却用流体により冷却されて、温度上昇を効果的に抑制される。
【００１０】
前記第１及び第２の流体流路は、前記ホルダ本体の軸線の周りを伸びる仮想的な円の中央部において連通されていることができる。そのようにすれば、冷却用流体がホルダ本体の中心部にまで流れてその中心部が冷却用流体により冷却されるから、工具ホルダは、効果的に冷却されて、温度上昇をより効果的に抑制される。
【００１１】
前記第１及び第２の流体流路が形成された区域は外周面を有し、前記第１及び第２の流体流路は前記区域の外周面に開口していることができる。そのようにすれば、第１及び第２の流体流路に対する冷却用流体の供給及び排出を前記区域の外周側から行うことができる。
【００１２】
本発明は、また、複数の第１及び第２の流体流路がホルダ本体の軸線の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びかつ前記仮想的な円の中央部において連通されているから、ホルダ本体がその軸線と直交する断面内における広範囲にわたって冷却される。このため、ホルダ本体において断熱が効果的に行われて、工具ホルダを装着している回転軸に伝達される熱量が著しく少なくなる。
【００１３】
冷却装置において、前記第１及び第２の流体流路が形成された前記ホルダ本体の区域は外周面を有し、前記第１及び第２の流体流路は前記区域の外周面に開口しており、前記流体ガイドは、前記第３の流体流路を前記第１の流体流路に連通させるべく前記区域の周りを伸びて前記嵌合穴に開放する第１の溝と、前記第４の流体流路を前記第２の流体流路に連通させるべく前記区域の周りを伸びて前記嵌合穴に開放する第２の溝とを備えることができる。そのようにすれば、第１及び第２の流体流路をそれぞれ第３及び第４の流体流路に連通させる第１及び第２の溝の製作が容易である。
【００１４】
冷却装置は、さらに、前記流体ガイドの前記ホルダ本体への工具装着側に配置された板状のリングであって前記ホルダ本体の一部が貫通するリングを含み、前記リングは前記ホルダ本体の前記一部の周りを伸びて前記流体ガイドの側に開放する環状の流体流路とを含み、前記流体ガイドは、さらに、前記第１の流体流路と前記環状の流体流路とを連通させる第１の連通路と、前記第２の流体流路と前記環状の流体流路とを連通させる第２の連通路とを含むことができる。そのようにすれば、工具から流体ガイドに伝達される一部の熱がリングに吸収されるし、流体ガイドが環状の流体流路を流れる流体により冷却され、その結果流体ガイドをも効果的に冷却することができる。
【００１５】
冷却装置は、さらに、前記第３及び第４の流体流路をそれぞれ流体供給路及び流体排出路に連通させるべく前記流体ガイドに連結された第１及び第２のニップルと、前記第１及び第２のニップルがそれぞれ嵌合される第１及び第２の嵌合穴を有するブロックとを含むことができる。そのようにすれば、ブロックを工作機械に予め組み付けておき、ニップルをブロックに嵌合させることにより、冷却装置を工作機械に装着することができる。
【００１６】
前記ホルダ本体は、前記第１及び第２の流体流路が形成された区域より工具と反対側の箇所において軸受により前記流体ガイドに回転可能に受けられていることができる。そのようにすれば、軸受及びこれに配置された潤滑油が工具の熱から効果的に保護される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１から図５を参照するに、冷却装置１０は、回転工具や工作物を工作機械に装着するためのいわゆる工具ホルダ１２を冷却する装置として用いられる。冷却装置１０は、冷却用流体を工具ホルダ１２に案内する流体ガイド１４を含む。
【００１８】
これに対し、工具ホルダ１２を装着するための、工作機械の回転軸１６は、これを同軸的に貫通する穴を有する。この穴の一端部は工具ホルダ１２を取り外し可能に組み付ける穴部分１８であり、その穴部分１８の直径寸法は回転軸１６の端面側ほど大きくなる截頭円錐形の形状を有する。
【００１９】
工具ホルダ１２は、その軸線２０が回転軸１６の軸線と一致するように、回転軸１６に取り付けられる。工具ホルダ１２は、工具が装着されるホルダ本体２２と、ホルダ本体２２に配置された位置合わせ用のリング２４とを含む。
【００２０】
ホルダ本体２２は、回転軸１６の穴部分１８に挿入されるシャンク区域２６と、シャンク区域２６に一体的に続くフランジ部２８と、リング２４を装着すべくフランジ部２８に一体的に続くリング装着区域３０と、冷却ガイド１４を装着すべくリング装着区域３０に一体的に続くガイド装着区域３２と、流体により冷却されて熱がシャンク区域２６の側へ伝達されることを抑制すべくガイド装着区域３２に一体的に続く冷却区域３４と、工具を装着すべく冷却区域３４に一体的に続く工具装着区域３６とを同軸的に有する。
【００２１】
シャンク区域２６は、穴部分１８と類似の截頭円錐形状の形状を有しており、また端面に開放するねじ穴３８を有する。フランジ部２８は、工具交換機により把持される把持用のフランジ部であり、また工具交換機の把持爪により把持される断面Ｖ字状の環状溝４０を外周面に有すると共に、回転軸１６の回転を受けるべく回転軸１６の突出部（ドライブキー）を受け入れる複数の凹所４２を周方向における所定の箇所に有する。
【００２２】
リング装着区域３０は、断面Ｖ字状の環状溝４４を外周面に有する。リング２４は、所定の箇所に半径方向外方からねじ込まれて環状溝４４に達する複数の止めねじ４６により、リンク装着区域３０に組み付けられる。
【００２３】
ガイド装着区域３２は、直径寸法が複数の部位に分割されている。流体ガイド１４は、ガイド装着区域３２と冷却区域３４とが貫通する貫通穴を有しており、この貫通穴に配置された複数の軸受４８によりガイド装着区域３２に相対的回転可能に受けられている。軸受４８は、流体ガイド１４に螺合されたねじリング５０と、ガイド装着区域３２に螺合されたねじリング５２とにより、所定の状態に維持されている。
【００２４】
冷却区域３４には、２種類の流体流路５４，５６が形成されている。図示の例では、流体流路５４，５６は、それぞれ、軸線２０の周りに等角度間隔をおいた６つの流路から形成されており、また軸線２０の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びている。
【００２５】
流体流路５４，５６は、前記した仮想的な円の中心部において相互に連通されており、また冷却区域３４の外周面に開口している。冷却区域３４の外周面への流体流路５４，５６の開口箇所は、軸線２０の方向に離されている。
【００２６】
工具装着区域４６は、適宜な工具の軸部を装着穴５８に受け入れて、ねじ穴６０に螺合されるボルトのようなねじ部材（図示せず）により取り外し可能に取り付けるように、構成されている。
【００２７】
冷却区域３４と流体ガイド１４との間の空間は、両者の間に配置された一対のシール６２により、気密的又は液密的にシールされている。シール６２は、用いる冷却用流体が空気のような気体であるときは気密シールとし、水のような液体であるときは液密シールとすることができる。
【００２８】
流体ガイド１４は、ホルダ本体２２の流体流路５４及び５６に個々に連通される流体流路６４及び６６と、流体流路６４及び６６を流体流路５４及び５６に個々に連通させるべく冷却区域３２の周りを伸びて流体ガイド１４の嵌合穴に開放する環状の溝６８及び７０と、流体流路６４及び６６に個々に連通された連通路７２及び７４とを含む。流体流路６４及び６６は、それぞれ、ニップル７６及び７８に連通されている。連通路７２，７４は、流体ガイド１４の工具側の面に開口している。
【００２９】
ニップル７６，７８は、流体ガイド１４に取り外し可能に組み付けられた支持ブロック８０にねじ８１（図５参照）によって組み付けられており、また工作機械に分離可能に組み付けられた結合ブロック８２に端部において嵌合されている。結合ブロック８２は、流体供給路及び流体排出路（いずれも図示せず）を有する。流体供給路及び流体排出路は、それぞれ、ニップル７６及び７８を介して流体流路６４及び６６に連通される。
【００３０】
冷却装置１０は、結合ブロック８２を工作機械に予め組み付けておき、ニップル７６，７８を結合ブロック８２に嵌合させることにより、冷却装置１０を工作機械に装着することができる。
【００３１】
流体ガイド１４の工具装着区域３６側の面には板状のリング８４が複数のねじ部材により組み付けられている。リング８４は、ホルダ本体２２の冷却区域３４が貫通しており、また冷却区域３４の周りを伸びて流体ガイド１４の側に開放する環状の流体流路８６を有する。流体流路８６は、流体ガイド２２の連通路７２及び７４により流体流路６４及び６６に連通されている。
【００３２】
空気、冷却水、冷却油等の冷却用流体は、ニップル７６から流体ガイド１４の流体流路６４に供給され、流体流路６４から溝６８及び流体流路５４に流れ、さらに流体流路５４，５６の連通部、流体流路５６、溝７０、流体流路６６及びニップル７８に流出する。
【００３３】
このため、ホルダ本体２２の冷却区域３４が冷却用流体が流体流路５４，５６を流れることにより冷却されるから、工具から工具装着区域３６に伝達される熱は冷却区域３４において冷却用流体に吸収され、工具ホルダ１２の温度上昇は効果的に抑制される。
【００３４】
上記の結果、軸受４８及びそれらに配置された潤滑油が加熱されるおそれがないし、工具装着区域３６からガイド装着区域３２、シャンク区域２６さらには回転軸１６に伝達される熱量が少なく、軸受４８、回転軸１６を支持する軸受及びそれらに配置された潤滑油が加熱されるおそれがない。
【００３５】
また、流体流路５４及び５６がそれぞれ環状の溝６８及び７０に常に接続されているから、冷却用流体が流体流路５４，５６に常に流れ、工具ホルダ１２の温度上昇はより効果的に抑制される。
【００３６】
流体流路６４に供給された冷却用流体の一部は、連通路７２からリング８４の流体流路８６に流れ、連通路から流体流路６６に戻る。このため、工具から流体ガイド１４に伝達される一部の熱がリング８４に吸収されるし、流体ガイド１４が流体流路８６を流れる流体により冷却され、その結果流体ガイド１４をも効果的に冷却することができる。
【００３７】
流体流路５４，５６が軸線２０の周りを伸びる仮想的な円の中央部において連通されていると、冷却用流体がホルダ本体２２の中心部にまで流れてその中心部が冷却用流体により冷却される。これにより、工具ホルダ１２は、効果的に冷却されて、温度上昇をより効果的に抑制される。
【００３８】
また、流体流路５４，５６のそれぞれが軸線２０の周りを伸びる仮想的な円の半径方向へ伸びる複数の流路を含むと、ホルダ本体２２がその軸線２０と直交する断面内における広範囲にわたって冷却される。これにより、ホルダ本体２２における断熱が効果的に行われて、工具ホルダ１２を装着している回転軸１６に伝達される熱量が著しく少なくなる。
【００３９】
冷却装置においては、流体流路５４，５６が冷却区域の外周面に開口しており、しかも流体流路６４及び６６をそれぞれ冷却区域３４の周りを伸びて流体ガイド１４の嵌合穴に開放する溝６８及び７０により流体流路５４及び５６に連通させているから、流体流路５４及び５６をそれぞれ流体流路６４及び６６に連通させる溝６８及び７０の製作が容易である。
【００４０】
工具の熱は輻射により流体ガイド１４にも伝達される。しかし、冷却装置においては、工具から流体ガイド１４に伝達される一部の熱がリング８４に吸収されるし、流体ガイド１４が流体流路８６を流れる流体により冷却され、その結果流体ガイド１４自体も効果的に冷却される。
【００４１】
上記の実施例では、流体流路５４，５６を軸線２０の周りの３６０度の角度範囲に形成しているが、流体流路５４，５６を軸線２０の周りの１８０度の角度範囲に形成してもよい。
【００４２】
図６及び図７を参照するに、冷却装置９０は、工具ホルダ９２を冷却する流体を案内する流体ガイド９４を含む。工具ホルダ９２は、ホルダ本体２２が３つの流体流路５４を軸線２０の周りの１８０度未満の角度範囲に等角度間隔に形成していると共に、３つの流体流路５６を残りの１８０度未満の角度範囲に等角度間隔に形成していることを除いて、前記実施例における工具ホルダ１２と同じに形成されている。
【００４３】
流体ガイド９４は、筒状の形状を有しており、また流体流路６４及び６６をそれぞれ流体流路５４及び５６に連通させる溝９６及び９８を１８０度未満の角度範囲にわたって弧状に伸びる弧状溝としている。流体ガイド９４は、また、流体流路６４及び６６をそれぞれ流体供給チューブ及び流体排出チューブに接続する接続部１００及び１０２を有する。
【００４４】
冷却装置９０によっても、工具から工具装着区域３６に伝達される熱は冷却区域３４において冷却用流体に吸収され、工具ホルダ１２の温度上昇は効果的に抑制される。
【００４５】
上記のいずれの実施例においても、ホルダ本体の流体流路をホルダ本体の外周面に開口さているが、ホルダ本体を効率よく冷却するための流体流路とすること、冷却用流体を案内する流体ガイドの構造を簡単にすること、流体ガイドとホルダ本体との間における流体の漏洩を防止する構造を簡単にすること等から、流体流路をホルダ本体の外向き面に開口させることが好ましい。例えば、フランジをホルダ本体に形成し、流体流路をフランジの厚さ方向における面野外週面に開口させてもよい。
【００４６】
本発明は、上記実施例に限定されない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る工具ホルダ及び冷却装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】  図１に示す工具ホルダ及び冷却装置の要部の拡大断面図である。
【図３】  図２における３−３線に沿って得た断面図である。
【図４】  図２における４−４線に沿って得た断面図である。
【図５】  図１に示す工具ホルダ及び冷却装置の左側面図である。
【図６】  本発明に係る工具ホルダ及び冷却装置の他の実施例を示す断面図である。
【図７】  図６における６−６線に沿って得た断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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