(57)【要約】【課題】主軸の小型化を図り、小径工具に最適な切削条件を実現可能とする。【解決手段】切削工具１１を回転させてワークの切削を行なう工作機械に対して、切削工具を取り付けるための工具ホルダーであって、工作機械の回転主軸を内蔵する主軸ハウジングに、回転不能且つ着脱可能に装着されるハウジング１と、ハウジング内に配置され、回転主軸と連結される入力軸４と、入力軸と接触する遊星ローラー６と、遊星ローラーと接触する出力軸２１とを備える遊星増速機構と、出力軸の先端に切削工具を固定する工具チャック１５とを具備する。【選択図】      図１
2005144646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具を回転させてワークの切削を行なう工作機械に対して、前記切削工具を取り付けるための工具ホルダーであって、
前記工作機械の回転主軸を内蔵する主軸ハウジングに、回転不能且つ着脱可能に装着されるハウジングと、
該ハウジング内に配置され、前記回転主軸と連結される入力軸と、該入力軸と接触する遊星ローラーと、該遊星ローラーと接触する出力軸とを備える遊星増速機構と、
前記出力軸の先端に前記切削工具を固定する固定手段と、
を具備することを特徴とする工具ホルダー。
【請求項２】
前記出力軸は、前記遊星ローラーと接触する出力ローラーと、前記切削工具が取り付けられる工具取り付け軸と、前記出力ローラーと前記工具取り付け軸との間に配置されるオルダム式継手とを備えることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
【請求項３】
前記遊星増速機構は、前記ハウジングに回転自在に支持された前記入力軸と、該入力軸の端部の該入力軸を中心とする円周上に回転自在に取り付けられた複数の遊星ローラーと、前記ハウジングに着脱可能に取り付けられ前記複数の遊星ローラーの外側に接する外リングと、前記複数の遊星ローラーの中心部に配置された前記出力軸とを備えることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
【請求項４】
前記外リングの内径寸法は、前記遊星ローラーと前記出力軸とが軽圧入される寸法に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の工具ホルダー。
【請求項５】
前記出力軸のスラスト方向の動きを抑制するためのスラストガイドをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
【請求項６】
前記スラストガイドは、ボールと、該ボールを付勢するコイルバネとを備えることを特徴とする請求項５に記載の工具ホルダー。
【請求項７】
前記遊星ローラーは、小径の玉軸受けであることを特徴とする請求項１に記載の工具ホルダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドミル等の回転工具を用いて切削加工を行う工作機械の主軸回転数を増速する機構を内蔵した工具ホルダーに関するものであり、特に、小径工具による微細ミーリング加工に最適な工具回転数を得るための摩擦駆動を利用した工具回転数増速機構を内蔵する工具ホルダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、φ０．５ｍｍ以下の回転工具を使用する場合、最適な切削条件を得るために主軸回転数を増速する方法が提案されており、増速装置を搭載する工作機械や、工具ホルダー内部に増速装置を搭載する機械が考案されている。
【０００３】
例えば特開平８−５７７３４号公報に開示されている増速スピンドルは、中心軸を偏心させて取り付けて遊星ローラー外周部の弾性部材に接触させる遊星ローラー増速機構を備えている。
【０００４】
また、特開平８−１５０５３２号公報では、低速と高速を切換える増速ギヤを主軸に搭載する方法が提案されている。
【０００５】
また、特開平６−１９８５３８号公報では、遊星ローラー式増速機構を内蔵した工具ホルダーが提案されている。
【０００６】
図７はこの従来の遊星ローラー式増速機構を内蔵した工具ホルダーを工作機械の主軸に取り付けた状態を示す図であり、図８は工具ホルダーの一部破断縦断面図である。
【０００７】
図７において、工作機械の主軸６１の先端には、工具ホルダー９０が装着される。工具ホルダー９０の下端には、加工工具６６が固定されている。主軸６１の先端部には、テーパーを有する嵌合穴６１ａが形成されており、その嵌合穴６１ａに工具ホルダー９０の上部テーパー部６３が嵌合され、上部テーパー部６３の先端に形成されたプルスタッド６５が、主軸６１内に配置されたドローバー６４により主軸内方に引き込まれることにより、工具ホルダー９０が主軸６１に固定される。
【０００８】
一方、図８に示すように、工具ホルダー９０の下半部を構成するハウジング８５内には、上部テーパー部６３の下端に一体に設けられた入力軸８１と、遊星ローラー８４と、下端部に加工工具６６が取り付けられた出力軸８２とを備える遊星ローラー式増速機構が配置されている。ここで、工具ホルダー９０の下半部を構成するハウジング８５が上部テーパー部６３と共に回転すると、内蔵された増速機構が機能しないため、ハウジング８５には回転防止ピン６７取り付けられており、ハウジング８５が主軸のハウジング６８に対して回転しないようになされている。
【０００９】
このように構成される従来の工具ホルダーにおいては、工具ホルダー９０の上部テーパー部６３が主軸６１と共に回転することによって、加工工具６６が、増速された速度で回転駆動される。
【特許文献１】特開平８−５７７３４号公報
【特許文献２】特開平８−１５０５３２号公報
【特許文献３】特開平６−１９８５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の従来の工具ホルダーでは、以下のような問題点があった。
（１）主軸６１の内部に、工具ホルダー９０の上部テーパー部６３を固定する機構が必要となり、主軸径が大きくなり、主軸の慣性モーメントが増加する。
（２）主軸径が大きくなると、軸受剛性を高める必要が出てくるため、軸受が大型化し、軸受の周速が増加し、発熱や振動等の問題が生じる。
（３）工具ホルダーを交換する場合、工具ホルダー毎の回転バランス誤差が生じる。
（４）自動工具交換装置により工具ホルダーを交換する場合、繰り返し取り付け誤差による工具回転軸の振れが生じる。
【００１１】
このような理由により、従来のマシニングセンタ、ＮＣフライス盤では、主軸最高回転速度は８,０００〜２０,０００ｒｐｍの範囲であった。
【００１２】
そのため例えば荒仕上げ加工をφ８ｍｍの加工工具で行ない、仕上げ加工をφ０．４ｍｍの加工工具で行なうというように、極端に切削条件の異なる２種類の工具を同じ工作機械に取り付けて加工する場合、特に高速回転を必要とする小径工具による加工を行うことは困難であった。
【００１３】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主軸の小型化を図り、小径工具に最適な切削条件を実現可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる工具ホルダーは、切削工具を回転させてワークの切削を行なう工作機械に対して、前記切削工具を取り付けるための工具ホルダーであって、前記工作機械の回転主軸を内蔵する主軸ハウジングに、回転不能且つ着脱可能に装着されるハウジングと、該ハウジング内に配置され、前記回転主軸と連結される入力軸と、該入力軸と接触する遊星ローラーと、該遊星ローラーと接触する出力軸とを備える遊星増速機構と、前記出力軸の先端に前記切削工具を固定する固定手段と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係わる工具ホルダーにおいて、前記出力軸は、前記遊星ローラーと接触する出力ローラーと、前記切削工具が取り付けられる工具取り付け軸と、前記出力ローラーと前記工具取り付け軸との間に配置されるオルダム式継手とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係わる工具ホルダーにおいて、前記遊星増速機構は、前記ハウジングに回転自在に支持された前記入力軸と、該入力軸の端部の該入力軸を中心とする円周上に回転自在に取り付けられた複数の遊星ローラーと、前記ハウジングに着脱可能に取り付けられ前記複数の遊星ローラーの外側に接する外リングと、前記複数の遊星ローラーの中心部に配置された前記出力軸とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係わる工具ホルダーにおいて、前記外リングの内径寸法は、前記遊星ローラーと前記出力軸とが軽圧入される寸法に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係わる工具ホルダーにおいて、前記出力軸のスラスト方向の動きを抑制するためのスラストガイドをさらに具備することを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係わる工具ホルダーにおいて、前記スラストガイドは、ボールと、該ボールを付勢するコイルバネとを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係わる工具ホルダーにおいて、前記遊星ローラーは、小径の玉軸受けであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、主軸を小型化できると共に、高速回転のモーターと増速装置を組合せることが可能となり、小径工具に最適な切削条件に必要な高速回転を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態に係わる工具ホルダーの断面図である。図２は出力軸と遊星ローラーと外リングの関係を示す図である。図３は入力軸と遊星ローラーの取り付けを示す分解図である。図４は出力軸と出力ローラーとスライダーの取り付けを示す分解図である。図５は出力ローラーとスラストガイドの取り付けを示す部分拡大図である。図６は工具回転数増速装置を内蔵した工具ホルダーの工作機械への取り付けを示す断面図である。
【００２４】
図１において、工具ホルダーの外殻を構成するハウジング１には、入力軸４と出力軸５が、それぞれベアリング７ａ，７ｂにより回転自在に支持されている。入力軸４は、ベアリング７ａの内輪に対して入力軸側ロックナット２により固定されている。また、ハウジング１に対して、入力軸ロックナット９により固定されている。出力軸５はハウジング１に対して出力軸ロックナット３により固定されている。回転工具１１は、出力軸５の先端の工具チャック１５に着脱可能に取り付けられている。なお、入力軸４の上端部には、工作機械本体１２０の主軸７２（図６参照）の先端部に形成された６角シャフト７２ａを挿入するための、６角穴４ａが形成されている。この主軸７２の６角シャフト７２ａと入力軸４の６角穴４ａの嵌合により、主軸７２の回転が入力軸４に伝達される。
【００２５】
遊星増速機構はハウジング１に取り付けられた外リング１２と、遊星ローラー６と、出力ローラー２１により図２のように構成されている。遊星ローラー６は市販の小径玉軸受を単列または複列で用いる。また転がり摩擦による動力伝達に必要な接触圧力は、外リング１２の内径ｄｌを、出力ローラー２１の外径ｄｃと遊星ローラー６の外径ｄｓに対して軽圧入状態となる寸法に設定することにより得ることができる。
【００２６】
外リング１２は、出力軸５を定位置に保持するためのスペーサーとして、ハウジング１に着脱可能に取り付けられている。
【００２７】
図３に示すように、遊星ローラー６は、入力軸４に対して、キャリアガイド１０と遊星ローラー軸３１と、遊星ローラースペーサー３２により回転自在に取り付けられている。遊星ローラー軸３１は入力軸４とキャリアガイド１０の位置決めピンとしての機能を兼ねている。キャリアガイド１０は入力軸４にキャリアガイド固定ねじ３３で固定される。
【００２８】
図４において、出力ローラー２１と出力軸５の間に配置されているスライダー４１は、出力ローラー２１と出力軸５の間でオルダム継手を構成している。したがって、入力軸４と出力軸５のハウジング１への組込み時に生じる０．０１〜０．０２ｍｍの偏心を除去することができる。
【００２９】
また、出力ローラー２１は、スライダー４１を介して、出力軸５に対してスラスト方向に着脱自在にとりつけられている。出力ローラー２１が高速回転時にスラスト方向に振れるのを防ぐため、図５に示すように、スラストガイドとして入力軸４の下端面中心部に鋼球５１とスプリング５２により構成されるボールプランジャーが設けられている。
【００３０】
次に、本実施形態の工具回転数増速装置を内蔵した工具ホルダーの工作機械への取り付け方法を図６に示す。
【００３１】
主軸モーター７１は工作機械本体１２０に固定されている。工具ホルダーのハウジング１は、上部にテーパ形状部１ａを有し、工作機械本体１２０の主軸ハウジング１００にテーパ穴１００ａを利用して位置決めされ、クランプユニット７３ａ,７３ｂにより工作機械本体１２０の主軸ハウジング１００に、着脱可能且つ回転不能に固定される。モーター７１の回転軸７２が入力軸４と挿抜自在なジョイントで連結されている。このジョイントとは、例えば、前述した主軸７２の６角シャフト７２ａと入力軸４の６角穴４ａの嵌合であるが、これに限定されること無く、断面十字形状の穴と十字形状のシャフトの組み合わせ等、他の形式のジョイントであってもよい。そしてモーター７１の回転は工具回転数増速装置により増速され出力軸５に伝達される。
【００３２】
したがって回転工具１１はモーター７１の回転数に対して増速され回転する。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、工具ホルダーのハウジングは工作機械の本体部に回転不能に固定され、工具ホルダーのハウジングの内部に回転部分と増速機構が配置されているので、工作機械の回転主軸が工具ホルダーの上部テーパー部分を挿入できるほどの大きな直径を有する必要がなく、主軸の小径化を図ることができる。
【００３４】
また、それに伴って、主軸を支持する軸受けも剛性をそれほど必要としなくなるため、軸受けの小型化を図ることも可能となる。
【００３５】
また、遊星増速機構の小型化が可能となり、モーターも小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係わる工具増速装置を内蔵した工具ホルダーの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる摩擦駆動装置の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる遊星ローラーの取り付け方法の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係わる出力ローラーとスライダーの取り付け方法の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態に係わる出力ローラーとスラストガイドの関係を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施形態に係わる工具ホルダーと主軸モーターの接続を説明する断面図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【図８】従来技術の増速装置内蔵工具ホルダーの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ハウジング
２  入力側軸受ロックナット
３  出力軸側ロックナット
４  入力軸
５  出力軸
６  遊星ローラー
７ａ，７ｂ  軸受
８ａ，８ｂ  スペーサー
９  入力軸ロックナット
１０  キャリアガイド
１１  回転工具
１２  外リング
１３  緩み止めナット
１５  工具チャック
２１  出力ローラー
３１  遊星ローラー軸
３２  遊星ローラースペーサ
３３  キャリアガイド固定ねじ
４１  スライダー
５１  鋼球
５２  スプリング
６１  主軸
６２  モーター
６３  上部テーパー部
６４  ドローバー
６５  プルスタッド
６６  回転工具
６７  回転防止ピン
７１  モーター
７２  回転軸
７３ａ,７３ｂ  クランプユニット
８１  入力軸
８２  出力ローラー
８４  遊星ローラー
８５  ハウジング
９０  工具ホルダー
【図１】
2005144646.tif 000003
【図２】
2005144646.tif 000004
【図３】
2005144646.tif 000005
【図４】
2005144646.tif 000006
【図５】
2005144646.tif 000007
【図６】
2005144646.tif 000008
【図７】
2005144646.tif 000009
【図８】
2005144646.tif 000010