(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸に設けられた主軸側クーラント流路と、上記主軸の先端に取り付けられる工具側のクーラント流路とを、液密に接続するクーラント流路接続機構であって、
上記主軸の先端に、スラスト方向に摺動可能に設けられ、上記主軸側クーラント流路が形成されたクーラント供給部材と、
上記工具の上記主軸への装着時に上記工具側のクーラント流路の開口部周囲に圧接され、該開口部の外周方向へのクーラントの漏洩を防止する環状の封止部材と、
先端に該封止部材が取り付けられると共に、上記クーラント供給部材に形成された上記主軸側クーラント流路に基端部が液密かつ摺動可能に挿入されることによって上記クーラント供給部材の先端に着脱自在に構成され、更に、上記クーラント供給部材への装着時に上記主軸側クーラント流路と上記環状の封止部材の内側とを連通する中空部が形成されたホルダ部材と、
上記クーラント供給部材と一体に上記スラスト方向に摺動する支持部材と、
上記主軸側クーラント流路に挿入された上記ホルダ部材を上記主軸の先端方向に付勢する付勢部材と、
上記支持部材に着脱自在に固定され、上記ホルダ部材の先端が摺動自在に挿入される穴を有すると共に、その穴は、上記ホルダ部材の上記先端よりも基端側に設けられた鍔部よりも小径に形成されており、上記支持部材への装着時には上記ホルダ部材の上記鍔部を上記主軸の先端側から係止して、上記主軸側クーラント流路に挿入されたホルダ部材が上記主軸の先端方向に抜け出すのを防止する係止部材と、
を備え、
上記主軸側クーラント流路内壁とその主軸側クーラント流路に挿入された上記ホルダ部材外周との液密性を保持する第２封止部材が、上記ホルダ部材と一体に上記主軸から着脱自在に構成されたことを特徴とするクーラント流路接続機構。
【請求項２】
上記係止部材を上記主軸から取り外したとき、上記ホルダ部材及び上記付勢部材が共に上記主軸の先端側から取り外し可能となることを特徴とする請求項１記載のクーラント流路接続機構。
【請求項３】
上記付勢部材が、上記ホルダ部材及び上記主軸側クーラント流路の外側に配設されることを特徴とする請求項１または２記載のクーラント流路接続機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において工具側にクーラントを供給するためのクーラント流路を接続するクーラント流路接続機構に関し、詳しくは、主軸に設けられた主軸側クーラント流路と、その主軸の先端に取り付けられる工具側のクーラント流路とを、液密に接続するクーラント流路接続機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工作機械の主軸に取り付けられる工具の刃先から高圧のクーラントを噴射し、被加工部の冷却，潤滑と切削屑の除去とを行うことが考えられている。この場合、工具に設けられたクーラント流路先端から被加工部にクーラントを噴射することになるが、そのためには、主軸に設けられた主軸側クーラント流路とその主軸の先端に取り付けられる工具側のクーラント流路（工具が主軸に着脱自在な工具ホルダに固定されている場合はその工具ホルダに設けたクーラント流路）とを液密に接続する必要が生じる。
【０００３】
そこで、例えば工具ホルダの主軸への装着時にその工具ホルダのクーラント流路の開口部周囲に圧接されるＯリングやパッキンを主軸側に設け、そのＯリングやパッキンを用いて主軸側クーラント流路と工具ホルダのクーラント流路とを液密に接続することが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ｏリングやパッキン等の封止部材は摩耗や損傷によってクーラントの漏洩を充分に防止できなくなる場合がある。この場合、封止部材の交換が必要となるが、従来の機構ではこの封止部材の交換に面倒な作業を必要としていた。例えば、特開平８−１５５７８３号公報には、主軸側クーラント流路を構成するクーラント供給部材の先端に螺合された着脱部材を取り外すことにより、クーラント供給部材の先端内面に嵌着されたＯリングを交換可能とすることが記載されている。しかしながら、クーラント供給部材の先端は主軸のハウジング先端からかなり奥へ入ったところに配設されているので、このように奥まった部分でＯリングの交換を行うのは極めて面倒な作業となる。
【０００５】
一方、この種の封止部材を工具ホルダに設ければ、工具ホルダを工作機械から外して使用者の手元で封止部材の交換ができ、その交換は容易となる。ところが、一般の工作機械では工具ホルダを工具毎に多数備えているため、工具ホルダ毎に個々に封止部材を設けていてはシステム全体のコストアップにつながる。
【０００６】
そこで、本発明は、主軸に設けられた主軸側クーラント流路とその主軸の先端に取り付けられる工具側のクーラント流路とを液密に接続するクーラント流路接続機構において、工具側のクーラント流路開口部周囲に圧接されてクーラントの漏洩を防止する環状の封止部材の交換を容易にすることを目的としてなされた。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達するためになされた請求項１記載の発明は、主軸に設けられた主軸側クーラント流路と、上記主軸の先端に取り付けられる工具側のクーラント流路とを、液密に接続するクーラント流路接続機構であって、上記主軸の先端に、スラスト方向に摺動可能に設けられ、上記主軸側クーラント流路が形成されたクーラント供給部材と、上記工具の上記主軸への装着時に上記工具側のクーラント流路の開口部周囲に圧接され、該開口部の外周方向へのクーラントの漏洩を防止する環状の封止部材と、先端に該封止部材が取り付けられると共に、上記クーラント供給部材に形成された上記主軸側クーラント流路に基端部が液密かつ摺動可能に挿入されることによって上記クーラント供給部材の先端に着脱自在に構成され、更に、上記クーラント供給部材への装着時に上記主軸側クーラント流路と上記環状の封止部材の内側とを連通する中空部が形成されたホルダ部材と、上記クーラント供給部材と一体に上記スラスト方向に摺動する支持部材と、上記主軸側クーラント流路に挿入された上記ホルダ部材を上記主軸の先端方向に付勢する付勢部材と、上記支持部材に着脱自在に固定され、上記ホルダ部材の先端が摺動自在に挿入される穴を有すると共に、その穴は、上記ホルダ部材の上記先端よりも基端側に設けられた鍔部よりも小径に形成されており、上記支持部材への装着時には上記ホルダ部材の上記鍔部を上記主軸の先端側から係止して、上記主軸側クーラント流路に挿入されたホルダ部材が上記主軸の先端方向に抜け出すのを防止する係止部材と、を備え、上記主軸側クーラント流路内壁とその主軸側クーラント流路に挿入された上記ホルダ部材外周との液密性を保持する第２封止部材が、上記ホルダ部材と一体に上記主軸から着脱自在に構成されたことを特徴としている。
【０００８】
このように構成された本発明では、環状の封止部材は、工具の主軸への装着時に工具側のクーラント流路の開口部周囲に圧接され、その開口部の外周方向へのクーラントの漏洩を防止する。また、この封止部材はホルダ部材の先端に取り付けられ、そのホルダ部材は主軸の先端にスラスト方向に摺動可能に設けられたクーラント供給部材に着脱自在に構成されている。このため、封止部材はホルダ部材と一体に容易に取り外すことができる。
【０００９】
また、このホルダ部材には中空部が形成され、そのホルダ部材のクーラント供給部材への装着時には、上記中空部が主軸側クーラント流路と環状の封止部材の内側とを連通する。このため、本発明のクーラント流路接続機構では、主軸側クーラント流路と工具側のクーラント流路とを、上記封止部材の作用によって液密に接続することができる。しかも、この封止部材は、前述のようにホルダ部材と一体に主軸から取り外すことにより、使用者の手元で容易に交換可能となる。従って、本発明のクーラント流路接続機構を工作機械に適用すれば、主軸におけるクーラントの漏洩を確実に防止しつつ、メンテナンス性を良好に向上させることができる。
また、本発明のようにホルダ部材の基端部を主軸側クーラント流路に液密かつ摺動可能に挿入する場合、主軸側クーラント流路内壁とその主軸側クーラント流路に挿入されたホルダ部材外周との液密性を保持するための封止部材を別途設けるのが望ましい。こうすることによって、ホルダ部材の基端部におけるクーラントの漏洩も防止することができる。本発明では、このような封止部材としての第２封止部材を、ホルダ部材と一体に上記主軸から着脱自在としている。
このため、本発明では、上記第２封止部材の交換も前述の封止部材と同様に、ホルダ部材と一体に主軸から取り外すことにより使用者の手元で容易に行うことができる。従って、本発明では、主軸におけるクーラントの漏洩を一層良好に防止しつつ、工作機械のメンテナンス性を一層良好に向上させることができるといった効果も生じる。
【００１１】
更に、本発明では、ホルダ部材の基端部が主軸側クーラント流路に液密かつ摺動可能に挿入され、該挿入されたホルダ部材は付勢部材によって主軸の先端方向に付勢されている。このため、封止部材は工具側のクーラント流路の開口部周囲に上記付勢力により良好に圧接され（封止部材がホルダ部材の先端側端面に設けられている場合に特に顕著）、クーラントの漏洩を一層良好に防止することができる。
【００１２】
また、この付勢力に抗して、係止部材は、上記クーラント供給部材と一体に上記スラスト方向に摺動する支持部材に着脱自在に固定され、上記ホルダ部材の先端が摺動自在に挿入される穴を有すると共に、その穴は、上記ホルダ部材の上記先端よりも基端側に設けられた鍔部よりも小径に形成されており、上記支持部材への装着時には上記ホルダ部材の上記鍔部を主軸の先端側から係止している。このため、係止部材の装着時には、ホルダ部材が上記付勢力によって主軸の先端方向に抜け出すのを防止することができ、係止部材を支持部材から取り外すと、ホルダ部材も主軸から容易に取り外すことができる。従って、本発明では、クーラントの漏洩を一層良好に防止すると共に、封止部材の交換を一層容易にすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加え、上記係止部材を上記主軸から取り外したとき、上記ホルダ部材及び上記付勢部材が共に上記主軸の先端側から取り外し可能となることを特徴としている。
本発明では、前述の係止部材を主軸から取り外したとき、ホルダ部材及び付勢部材が共に主軸の先端側から取り外し可能となる。このため、バネ等の付勢部材に経時変化等による交換の必要が生じたとき、付勢部材も上記封止部材と同様に、容易に交換することができる。従って、本発明では、請求項１記載の発明の効果に加えて、付勢部材の交換を容易にして工作機械のメンテナンス性を一層良好に向上させることができるといった効果が生じる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成に加え、上記付勢部材が、上記ホルダ部材及び上記主軸側クーラント流路の外側に配設されることを特徴としている。
バネ等の付勢部材をクーラント流路中に配設すると、クーラントによる腐食を受ける可能性がある。これに対して、本発明では、付勢部材をホルダ部材及び主軸側クーラント流路の外側に配設しているので、付勢部材がクーラントによる腐食を受ける心配がない。このため、例えば付勢部材としてバネを使用する場合、従来はＳＵＳ（ステンレス鋼）等の耐腐食性の優れた素材で構成したものしか使用できなかったのに対し、本発明では、鋼製のバネ等、安価で一般的なものを使用することができる。従って、本発明では、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、製造コストを抑制しつつ付勢部材の腐食を良好に防止することができるといった効果が生じる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明のクーラント流路接続機構が適用された主軸１の、先端近傍の構成を表す断面図である。主軸１の図示しないハウジングには、ベアリング３を介してスピンドル５が回転自在に装着され、そのスピンドル５は、中心軸に沿って貫通された主軸貫通穴５ａと、その主軸貫通穴５ａの先端側（図１の下側）でラッパ状に開口した工具装着穴５ｂとを備えている。工具装着穴５ｂは、図示しない工具が固定された工具ホルダ９０を装着可能に構成され、工具装着穴５ｂに装着された工具ホルダ９０のプルスタッド９１は、図示しない周知のコレットによってスピンドル５に一体に回転可能に固定される。
【００１９】
主軸貫通穴５ａの中心部を貫通するクーラント供給部材７には主軸側クーラント流路７ａが形成され、そのクーラント供給部材７の先端部外周と主軸貫通穴５ａの内壁との間には、支持部材９が配設されている。この支持部材９はクーラント供給部材７とネジで連結され、スピンドル５に対してスラスト方向（軸方向）にクーラント供給部材７と一体に摺動可能に構成されている。
【００２０】
主軸側クーラント流路７ａの先端には、ホルダ部材としてのクーラントノズル１１の基端部１１ａを挿入可能な大径部７ｂが形成されている。クーラントノズル１１の先端部１１ｂは基端部１１ａよりも大径で、プルスタッド９１の基端側端面より小径に形成され、更に、その先端部１１ｂの基端側には更に大径の鍔部１１ｃが形成されている。この鍔部１１ｃとクーラント供給部材７の先端側端面に配設されたバネ用座金１３との間には、付勢部材としてのコイルバネ１５が弾発状に装着され、クーラントノズル１１は、係止部材としての係止ネジ１７で係止されることによって先端方向へ抜け出すのを防止されている。
【００２１】
すなわち、係止ネジ１７は、外周部が支持部材９の先端近傍の内壁に螺合すると共に、中央にクーラントノズル１１の先端部１１ｂを摺動自在に挿入する穴１７ａを備えている。穴１７ａは鍔部１１ｃよりも小径に構成されており、係止ネジ１７は、支持部材９に螺合されることによってクーラントノズル１１の上記抜け出しをコイルバネ１５の付勢力に抗して防止する。また、上記付勢力によってクーラントノズル１１の先端側端面はプルスタッド９１の基端側端面に当接する。そこで、クーラントノズル１１の先端側端面には工具ホルダ９０のクーラント流路９０ａの開口部を外周から囲む環状溝１１ｄが形成され、その環状溝１１ｄには封止部材としてのＯリング１９が嵌着されている。
【００２２】
また、クーラントノズル１１の中心にはＯリング１９の内側と主軸側クーラント流路７ａとを連通する中空部１１ｅが形成され、クーラントノズル１１の基端部外周に形成された溝部１１ｆには主軸側クーラント流路７ａの大径部７ｂとクーラントノズル１１外周との液密性を保持する第２封止部材としてのＯリング２１が嵌着されている。更に、クーラント供給部材７の外周にはその外周と支持部材９との液密性を保持するＯリング２３が、支持部材９の外周にはその外周と主軸貫通穴５ａとの液密性を保持するＯリング２５が、それぞれ嵌着されている。
【００２３】
このため、工具ホルダ９０を工具装着穴５ｂに挿入して前述のコレットによって固定すると、工具ホルダ９０側のクーラント流路９０ａの開口部外周にＯリング１９がコイルバネ１５の付勢力によって圧接される。すると、Ｏリング１９が上記開口部の外周方向へのクーラントの漏洩を防止し、主軸側クーラント流路７ａと工具ホルダ９０側のクーラント流路９０ａとがクーラントノズル１１の中空部１１ｅを介して液密に接続される。
【００２４】
従って、主軸側クーラント流路７ａ内を流れるクーラントを漏洩させることなく良好に工具の刃先から噴射することができる。しかも、クーラントノズル１１の外周と主軸側クーラント流路７ａの大径部７ｂとの間にはＯリング２１が存在するので、上記漏洩を一層良好に防止することができる。
【００２５】
次に、工具装着穴５ｂから工具ホルダ９０を取り外した後、係止ネジ１７を専用工具で緩めて支持部材９から取り外すと、クーラントノズル１１を、Ｏリング１９，コイルバネ１５，バネ用座金１３，及びＯリング２１と一体に取り外すことができる。すると、使用者は、Ｏリング１９，２１及びコイルバネ１５の交換を手元で容易に行うことができる。例えば、Ｏリング１９，２１を針等でクーラントノズル１１から取り外し、新しいＯリング１９，２１を環状溝１１ｄ，溝部１１ｆにそれぞれ嵌着した後、クーラントノズル１１を新しいコイルバネ１５に挿入してそのクーラントノズル１１ごと支持部材９に取り付ければよい。
【００２６】
その後、係止ネジ１７を螺合させて上記クーラントノズル１１の抜け出しを防止すれば、Ｏリング１９，２１及びコイルバネ１５の交換作業が完了する。なお、クーラントノズル１１及び係止ネジ１７の着脱時には、支持部材９及びクーラント供給部材７を最大限に主軸１の先端側へ摺動させれば一層作業が容易となる。このように、本実施の形態の主軸１を有する工作機械は、メンテナンス性が極めて良好となる。また、コイルバネ１５は、クーラントノズル１１の外周に挿入されており、クーラントによる腐食を受ける心配がない。このため、コイルバネ１５としては鋼製等の安価で一般的なものを使用することができ、製造コストを抑制しつつコイルバネ１５の腐食も防止することができる。
【００２７】
次に、主軸１の変形例について、図２〜図４を参照して説明する。なお、以下の説明において、主軸１とほぼ同様に構成した部分には図１で使用したものと同一の符号を付して構成の詳細な説明を省略する。また、図３以降では、前の図に示した変形例とほぼ同様に構成した部分には対応する図で使用したものと同一の符号を付して構成の詳細な説明を省略する。
【００２８】
図２の主軸３１では、クーラントノズル１１の先端部１１ｂに、環状溝１１ｄの内側に沿ってネジ穴１１ｇを穿設し、そのネジ穴１１ｇに着脱部材３３を螺合させている。この着脱部材３３にも、中空部１１ｅと同径の中空部３３ａを構成し、クーラントノズル１１の中空部１１ｅと工具ホルダ９０のクーラント流路９０ａとを連通させている。また、ネジ穴１１ｇの内壁には、着脱部材３３の外周とネジ穴１１ｇとの液密性を保持するＯリング３５を嵌着している。
【００２９】
このように構成された主軸３１では、Ｏリング１９を交換する場合、前述のようにクーラントノズル１１を取り外した後、更に着脱部材３３をクーラントノズル１１から取り外してＯリング１９の交換が行われる。この場合、着脱部材３３の外周と環状溝１１ｄとの間にＯリング１９を挟み込むことにより、Ｏリング１９の交換が容易となる。
【００３０】
図３の主軸５１では、クーラントノズル１１の構成が主軸３１のクーラントノズル１１の構成と次の点で相違する。主軸５１では、環状溝１１ｄを着脱部材３３側に形成すると共に、Ｏリング３５も着脱部材３３側に固定している。また、主軸５１では、係止ネジ１７を省略すると共に、支持部材９の先端近傍にその係止ネジ１７とほぼ同様の断面形状を有する係止部９ａを一体形成している。
【００３１】
このように構成された主軸５１では、コイルバネ１５の交換は主軸５１を基端側から分解しなければ不可能となる。しかしながら、工具装着穴５ｂから工具ホルダ９０を取り外した後、着脱部材３３をクーラントノズル１１から取り外せば、その着脱部材３３と一体にＯリング１９及び３５を取り外すことができる。従って、Ｏリング１９，３３に関しては、主軸３１と同様に容易に交換することができる。また、コイルバネ１５もクーラントノズル１１の外側に配設されているので、主軸１，３１と同様に腐食を防止することができる。なお、本実施の形態では、着脱部材３３がホルダ部材に相当する。
【００３２】
更に、上記各実施の形態では、プルスタッド９１の基端側端面にＯリング１９を当接させる場合を例示したが、図４に示す主軸７１のように、工具ホルダ１９０のクーラント流路１９０ａの内壁にＯリング１９を当接させる形態も考えられる。図４に示すように、工具ホルダ１９０のクーラント流路１９０ａは、基端に大径部１９０ｂを有しており、主軸７１のクーラントノズル１１は、この大径部１９０ｂに嵌合する突出部１１ｈを先端に有している。そして、Ｏリング１９は、その突出部１１ｈの外周に嵌着されている。
【００３３】
本発明の実施の形態としては、このような形態も含めることができる。但し、コイルバネ１５によってクーラントノズル１１を付勢する効果は、Ｏリング１９をクーラントノズル１１の先端側端面に設けてプルスタッド９１の基端側端面に圧接する前述の各実施の形態の方が顕著に表れる。
【００３４】
更に、本発明は上記実施の形態に何等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で種々の形態で実施することができる。例えば、封止部材としてはＯリングの代わりにパッキン等を使用してもよい。また、付勢部材としてはコイルバネの他、ゴム，板バネ等種々の構成が適用できる。更に、付勢部材は必ずしも設けなくてもよい。例えば、図３の着脱部材３３と同様の部材を、クーラント供給部材７の先端に直接設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用された主軸の先端近傍の構成を表す断面図である。
【図２】  その主軸の変形例の先端近傍の構成を表す断面図である。
【図３】  その主軸の他の変形例の先端近傍の構成を表す断面図である。
【図４】  その主軸の更に他の変形例の先端近傍の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１，３１，５１，７１…主軸        ７…クーラント供給部材
７ａ…主軸側クーラント流路    １１…クーラントノズル    １５…コイルバネ
１７…係止ネジ        １９，２１，３５…Ｏリング        ３３…着脱部材
９０，１９０…工具ホルダ          ９０ａ，１９０ａ…クーラント流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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