特許 6948440 工具保持構造、荷重検出構造、及び工具状態監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6948440

(24)【登録日】2021年9月22日

(45)【発行日】2021年10月13日

(54)【発明の名称】工具保持構造、荷重検出構造、及び工具状態監視システム

(51)【国際特許分類】

   B23B 25/06 20060101AFI20210930BHJP

   B23B 49/00 20060101ALI20210930BHJP

   B23Q 11/10 20060101ALI20210930BHJP

   B23Q 17/09 20060101ALI20210930BHJP

   G01L 5/00 20060101ALI20210930BHJP

【ＦＩ】

   B23B25/06

   B23B49/00 C

   B23B49/00 Z

   B23Q11/10 D

   B23Q17/09 H

   G01L5/00 D

【請求項の数】18

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2020-106329(P2020-106329)

(22)【出願日】2020年6月19日

【審査請求日】2021年7月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099793

【弁理士】

【氏名又は名称】川北 喜十郎

(74)【代理人】

【識別番号】100154586

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 正広

(74)【代理人】

【識別番号】100179280

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 育郎

(72)【発明者】

【氏名】高碕 達郎

【審査官】 村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４９−８６０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２２２８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４６８８９７０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２５５９３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２５／０６

Ｂ２３Ｂ ４９／００

Ｂ２３Ｑ １１／１０

Ｂ２３Ｑ １７／０９

Ｇ０１Ｌ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であって、
一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部と、
前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部と、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと、
前記筒状の本体部の内部に設けられ、前記棒状工具に切削油を供給する供給路とを備え、
前記スラスト荷重を検出するために前記棒状工具を前記起歪体に当接させて保持する工具保持構造であり、
長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に前記筒状の本体部の軸に沿って配置されており、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能である位置調整部を更に備え、
前記位置調整部は前記筒状の本体部の軸上に配置されており、
前記筒状の本体部の内周面と前記位置調整部の外周面との間の空間が前記供給路の一部を構成する工具保持構造。

【請求項2】

前記位置調整部は、前記位置調整部の外周面の少なくとも一部に形成された雄ねじと、前記位置調整部の長手方向において前記雄ねじの一方側と他方側とを連通させる連通路とを有し、
前記位置調整部の前記雄ねじが、前記筒状の本体部の内周面に形成された雌ねじに螺合している請求項１に記載の工具保持構造。

【請求項3】

棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であって、
一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部と、
前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部と、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと、
前記筒状の本体部の内部に設けられ、前記棒状工具に切削油を供給する供給路とを備え、
前記スラスト荷重を検出するために前記棒状工具を前記起歪体に当接させて保持する工具保持構造であり、
長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に前記筒状の本体部の軸に沿って配置されており、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能である位置調整部を更に備え、
前記位置調整部は、前記位置調整部の外周面の少なくとも一部に形成された雄ねじと、前記位置調整部の長手方向において前記雄ねじの一方側と他方側とを連通させる連通路とを有し、
前記位置調整部の前記雄ねじが、前記筒状の本体部の内周面に形成された雌ねじに螺合している工具保持構造。

【請求項4】

前記位置調整部の前記雄ねじが形成された領域における外径が、前記位置調整部の他の領域における外径よりも大きい請求項２又は３に記載の工具保持構造。

【請求項5】

前記本体部の他端側の開口に取り付けられ、且つ前記供給路に切削油を給油するための給油口を有する流路付ボルトを更に備え、
前記位置調整部が前記流路付ボルトを貫通して前記本体部の後方に突出している請求項１〜４のいずれか一項に記載の工具保持構造。

【請求項6】

棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であって、
一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部と、
前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部と、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと、
前記筒状の本体部の内部に設けられ、前記棒状工具に切削油を供給する供給路とを備え、
前記スラスト荷重を検出するために前記棒状工具を前記起歪体に当接させて保持する工具保持構造であり、
長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に前記筒状の本体部の軸に沿って配置されており、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能である位置調整部を更に備え、
前記本体部の他端側の開口に取り付けられ、且つ前記供給路に切削油を給油するための給油口を有する流路付ボルトを更に備え、
前記位置調整部が前記流路付ボルトを貫通して前記本体部の後方に突出している工具保持構造。

【請求項7】

前記起歪体は前記筒状の本体部の軸上に配置されており、
前記棒状工具は前記筒状の本体部の軸上において前記起歪体に当接し、
前記筒状の本体部の内周面と前記起歪体の外縁との間の空間が前記供給路の一部を構成する請求項１〜６のいずれか一項に記載の工具保持構造。

【請求項8】

前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において前記起歪体を支持する起歪体支持部を更に備え、
前記起歪体支持部は、前記起歪体と前記起歪体支持部との間に密閉空間が形成されるように前記起歪体の外縁を支持し、
前記ひずみゲージが前記密閉空間内に配置されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の工具保持構造。

【請求項9】

棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であって、
一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部と、
前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部と、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと、
前記筒状の本体部の内部に設けられ、前記棒状工具に切削油を供給する供給路とを備え、
前記スラスト荷重を検出するために前記棒状工具を前記起歪体に当接させて保持する工具保持構造であり、
前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において前記起歪体を支持する起歪体支持部と、
前記起歪体支持部に取り付けられた補償用ひずみゲージと、
長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に前記筒状の本体部の軸に沿って配置されており、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能である位置調整部とを更に備え、
前記起歪体支持部は、前記起歪体と前記起歪体支持部との間に密閉空間が形成されるように前記起歪体の外縁を支持し、
前記位置調整部は、前記起歪体支持部と前記位置調整部との間に密閉空間が形成されるように前記起歪体支持部の外縁を支持し、
前記ひずみゲージが前記起歪体と前記起歪体支持部との間の密閉空間内に配置され、前記補償用ひずみゲージが前記起歪体支持部と前記位置調整部との間の密閉空間内に配置された工具保持構造。

【請求項10】

前記起歪体は前記筒状の本体部の軸上に配置されており、
前記棒状工具は前記筒状の本体部の軸上において前記起歪体に当接し、
前記筒状の本体部の内周面と前記起歪体の外縁との間の空間が前記供給路の一部を構成する請求項９に記載の工具保持構造。

【請求項11】

前記本体部の他端側の開口に取り付けられ、且つ前記供給路に切削油を給油するための給油口を有する流路付ボルトを更に備え、
前記位置調整部が前記流路付ボルトを貫通して前記本体部の後方に突出している請求項９又は１０に記載の工具保持構造。

【請求項12】

前記起歪体が膜状の起歪部を有し、該起歪部に前記ひずみゲージが取り付けられている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の工具保持構造。

【請求項13】

前記起歪体が、前記膜状の起歪部から前記本体部の前記一端側へと突出する突起部を有し、
前記工具保持構造は前記棒状工具を前記突起部に当接させた状態で前記棒状工具を保持する請求項１２に記載の工具保持構造。

【請求項14】

前記工具挟持部は、前記本体部の一端に嵌入されて前記棒状工具を挟持する、前記本体部とは別体の挟持部材である請求項１〜１３のいずれか一項に記載の工具保持構造。

【請求項15】

前記挟持部材がコレットである請求項１４に記載の工具保持構造。

【請求項16】

棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であり、一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部、及び前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部を備える工具保持構造に用いられる荷重検出構造であって、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置され、前記棒状工具が当接される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと
長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に、前記筒状の本体部の軸に沿って、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能に配置される位置調整部とを備え、
前記筒状の本体部の内部に配置された状態において、前記筒状の本体部の内周面と前記荷重検出構造との間に前記棒状工具に切削油を供給する供給路を構成する荷重検出構造であり、
前記位置調整部は、前記位置調整部の外周面の少なくとも一部に形成された雄ねじと、前記位置調整部の長手方向において前記雄ねじの一方側と他方側とを連通させる連通路とを有する荷重検出構造。

【請求項17】

前記位置調整部の前記雄ねじが形成された領域における外径が、前記位置調整部の他の領域の外径よりも大きい請求項１６に記載の荷重検出構造。

【請求項18】

請求項１〜１５のいずれか一項に記載の工具保持構造と、
前記工具保持構造のひずみゲージの検出結果に基づいて棒状工具の交換要否を判定する制御部とを備える工具状態監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工具保持構造、荷重検出構造、及び工具状態監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ドリル刃を用いた被加工物への穿孔等が広く行われている。ドリル刃を用いた被加工物の加工の際、フライス盤、マシニングセンタ、ハンドドリル等においてはドリル刃を回転させる。一方で、旋盤等においては、ドリル刃を固定工具として用い、被加工物を回転させる。

【0003】

ドリル刃を用いて被加工物の加工を行う際、切削抵抗を検知することが知られている。特許文献１は、穴開けスラストを表示するためのスラスト・インジケータ・アセンブリを含むハンドドリルを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１４−５３０１１９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

旋盤等においてドリル刃等の棒状工具を固定工具として用いる際に、当該棒状工具に加わるスラスト荷重を検知可能な構造が求められている。特許文献１に記載のスラスト・インジケータ・アセンブリは、ドリル刃を回転工具として用いる際に適用されるアセンブリであり、構造も複雑であるため、これを転用することは適切とは言い難い。

【0006】

本発明は、ドリル刃等の棒状工具を保持する機能と当該棒状工具に加わるスラスト荷重を検出する機能とを共に備え且つ保持した棒状工具に切削油を供給可能な工具保持構造、当該工具保持構造において用いる荷重検出構造、及び当該工具保持構造を含む工具状態監視システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の態様に従えば、
棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であって、
一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部と、
前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部と、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと、
前記筒状の本体部の内部に設けられ、前記棒状工具に切削油を供給する供給路とを備え、
前記スラスト荷重を検出するために前記棒状工具を前記起歪体に当接させて保持する工具保持構造が提供される。

【0008】

第１の態様の工具保持構造において、前記起歪体は前記筒状の本体部の軸上に配置されていてもよく、前記棒状工具は前記筒状の本体部の軸上において前記起歪体に当接してもよく、前記筒状の本体部の内周面と前記起歪体の外縁との間の空間が前記供給路の一部を構成してもよい。

【0009】

第１の態様の工具保持構造は、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において前記起歪体を支持する起歪体支持部を更に備えてもよく、前記起歪体支持部は、前記起歪体と前記起歪体支持部との間に密閉空間が形成されるように前記起歪体の外縁を支持してもよく、前記ひずみゲージが前記密閉空間内に配置されていてもよい。

【0010】

第１の態様の工具保持構造は、長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に前記筒状の本体部の軸に沿って配置されており、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能である位置調整部を更に備えてもよい。

【0011】

第１の態様の工具保持構造において、前記位置調整部は前記筒状の本体部の軸上に配置されていてもよく、前記筒状の本体部の内周面と前記位置調整部の外周面との間の空間が前記供給路の一部を構成してもよい。

【0012】

第１の態様の工具保持構造において、前記位置調整部は、前記位置調整部の外周面の少なくとも一部に形成された雄ねじと、前記位置調整部の長手方向において前記雄ねじの一方側と他方側とを連通させる連通路とを有してもよく、前記位置調整部の前記雄ねじが、前記筒状の本体部の内周面に形成された雌ねじに螺合していてもよい。

【0013】

第１の態様の工具保持構造において、前記位置調整部の前記雄ねじが形成された領域における外径が、前記位置調整部の他の領域における外径よりも大きくてもよい。

【0014】

第１の態様の工具保持構造は、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において前記起歪体を支持する起歪体支持部と、前記起歪体支持部に取り付けられた補償用ひずみゲージと、長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に前記筒状の本体部の軸に沿って配置されており、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能である位置調整部とを更に備えてもよく、前記起歪体支持部は、前記起歪体と前記起歪体支持部との間に密閉空間が形成されるように前記起歪体の外縁を支持してもよく、前記位置調整部は、前記起歪体支持部と前記位置調整部との間に密閉空間が形成されるように前記起歪体支持部の外縁を支持してもよく、前記ひずみゲージが前記起歪体と前記起歪体支持部との間の密閉空間内に配置されてもよく、前記補償用ひずみゲージが前記起歪体支持部と前記位置調整部との間の密閉空間内に配置されてもよい。

【0015】

第１の態様の工具保持構造は、前記本体部の他端側の開口に取り付けられ、且つ前記供給路に切削油を給油するための給油口を有する流路付ボルトを更に備えてもよく、前記位置調整部が前記流路付ボルトを貫通して前記本体部の後方に突出していてもよい。

【0016】

第１の態様の工具保持構造において、前記起歪体が膜状の起歪部を有してもよく、該起歪部に前記ひずみゲージが取り付けられていてもよい。

【0017】

第１の態様の工具保持構造において、前記起歪体が、前記膜状の起歪部から前記本体部の前記一端側へと突出する突起部を有してもよく、前記工具保持構造は前記棒状工具を前記突起部に当接させた状態で前記棒状工具を保持してもよい。

【0018】

第１の態様の工具保持構造において、前記工具挟持部は、前記本体部の一端に嵌入されて前記棒状工具を挟持する、前記本体部とは別体の挟持部材であってもよい。

【0019】

第１の態様の工具保持構造において、前記挟持部材がコレットであってもよい。

【0020】

本発明の第２の態様に従えば、
棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造であり、一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部、及び前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部を備える工具保持構造に用いられる荷重検出構造であって、
前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置され、前記棒状工具が当接される起歪体と、
前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと
長尺状の位置調整部であって、前記筒状の本体部の前記起歪体よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に、前記筒状の本体部の軸に沿って、前記起歪体と一体として前記軸方向に移動可能に配置される位置調整部とを備え、
前記筒状の本体部の内部に配置された状態において、前記筒状の本体部の内周面と前記荷重検出構造との間に前記棒状工具に切削油を供給する供給路を構成する荷重検出構造が提供される。

【0021】

第２の態様の荷重検出構造において、前記位置調整部は、前記位置調整部の外周面の少なくとも一部に形成された雄ねじと、前記位置調整部の長手方向において前記雄ねじの一方側と他方側とを連通させる連通路とを有してもよい。

【0022】

第２の態様の荷重検出構造において、前記位置調整部の前記雄ねじが形成された領域における外径が、前記位置調整部の他の領域の外径よりも大きくてもよい。

【0023】

本発明の第３の態様に従えば、
第１の態様の工具保持構造と、
前記工具保持構造のひずみゲージの検出結果に基づいて棒状工具の交換要否を判定する制御部とを備える工具状態監視システムが提供される。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、ドリル刃等の棒状工具を保持する機能と当該棒状工具に加わるスラスト荷重を検出する機能とを共に備え且つ保持した棒状工具に切削油を供給可能な工具保持構造、当該工具保持構造において用いる荷重検出構造、及び当該工具保持構造を含む工具状態監視システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る工具保持構造の斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る工具保持構造の分解斜視図である。

【図3】図３（ａ）は、本体部を、本体部の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った断面図である。

【図4】図４は、給油部を、給油部の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。

【図5】図５（ａ）は、位置調整部を、位置調整部の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。

【図6】図６は、荷重検出部を、荷重検出部の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係る工具保持構造を、工具保持構造の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。

【図8】図８は、工具保持構造が取り付けられる旋盤の構成を示す概略図である。

【図9】図９は、工具保持構造の内部に画定された切削油用の供給流路を説明するための説明図である。

【図10】図１０は、本発明の変形例に係る工具保持構造を、工具保持構造の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。

【図11】図１１は、本発明の他の変形例に係る工具保持構造を、工具保持構造の中心軸を含む面に沿って切断した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

＜実施形態＞
本発明の実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０について、工具保持構造１００を用いてドリル刃を旋盤に固定して、被加工物（ワーク）の旋削加工を行う場合を例として説明する。

【0027】

図１、図２に示す通り、工具保持構造１００は中心軸Ｘを有する長尺形状であり、筒状の本体部１と、本体部１の一端側に取り付けられた給油部２と、本体部１の内部に配置された位置調整部３及び荷重検出部４と、本体部１の他端側でドリルＤを挟持する工具挟持部５とを有する。

【0028】

以下の説明においては、中心軸Ｘの延びる方向を工具保持構造１００の軸方向と呼び、中心軸Ｘから延びる放射方向及び中心軸Ｘ回りの方向をそれぞれ、工具保持構造１００の径方向、周方向と呼ぶ。軸方向においては、本体部１の工具挟持部５側、給油部２側をそれぞれ、前側、後側と呼ぶ。

【0029】

本体部１は、金属（一例として工具鋼（例えばＳＫ材）等）により形成されている。本体部１は、軸（中心軸）Ａ１を有する円筒状であり、軸Ａ１に沿って延びる内孔１ｈを有する（図２、図３）。本体部１の軸Ａ１は工具保持構造１００の中心軸Ｘに等しい。

【0030】

本体部１は、軸方向の後側から順番に、被保持領域１１と、前端領域１２とを含む。

【0031】

被保持領域１１における本体部１の外周面ＯＳ１には、本体部１の径方向に直交する３つの平面ｐ１、ｐ２、ｐ３が形成されている（図３（ｂ））。平面ｐ１、ｐ３の法線は互いに一致しており、平面ｐ２の法線は平面ｐ１、ｐ３の法線に直交している。平面ｐ１、ｐ３は互いに反対側を向いている。平面ｐ１、ｐ２、ｐ３はそれぞれ平面視矩形であり、被保持領域１１の軸方向略全域に渡って延びている。被保持領域１１における本体部１の外径は軸方向の略全域に渡って一定であり、一例として１０ｍｍ〜４０ｍｍ程度、より好適には２０ｍｍ〜３２ｍｍ程度とし得る。なお、外周面ＯＳ１には平面ｐ１〜ｐ３の少なくとも１つが形成されているのみでもよく、平面ｐ１〜ｐ３が形成されていなくてもよい。

【0032】

被保持領域１１においては、内孔１ｈを画定する内周面ＩＳ１の断面形状（軸方向に直交する面による断面の形状）は、軸方向の全域において円形である。

【0033】

被保持領域１１において、内周面ＩＳ１は、軸方向の後側から順に、後側大径領域ＩＳ１ａ、小径領域ＩＳ１ｂ、前側大径領域ＩＳ１ｃを含む。後側大径領域ＩＳ１ａと小径領域ＩＳ１ｂ、小径領域ＩＳ１ｂと前側大径領域ＩＳ１ｃはそれぞれ、テーパ状に接続されている。

【0034】

後側大径領域ＩＳ１ａにより画定される内孔１ｈの径は、一例として１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度とし得る。後側大径領域ＩＳ１ａの後端近傍の領域には雌ねじＦＳが形成されている。

【0035】

小径領域ＩＳ１ｂにより画定される内孔１ｈの径は、後側大径領域ＩＳ１ａにより画定される内孔１ｈの径よりも小さく、一例として８ｍｍ〜１３ｍｍ程度とし得る。小径領域ＩＳ１ｂには、軸方向の全域において雌ねじＦＳが形成されている。

【0036】

前側大径領域ＩＳ１ｃにより画定される内孔１ｈの径は、小径領域ＩＳ１ｂにより画定される内孔１ｈの径よりも大きく、一例として、後側大径領域ＩＳ１ａにより画定される内孔１ｈの径と同一とし得る。

【0037】

前端領域１２における本体部１の外周面ＯＳ１には雄ねじＭＳが形成されている。

【0038】

前端領域１２においては、内孔１ｈを画定する内周面ＩＳ１の断面形状（軸方向に直交する面による断面の形状）は、軸方向の全域において円形である。前端領域１２における本体部１の内周面ＩＳ１は、軸方向前側に向かうにしたがって広がるテーパ状に形成されている。即ち、前端領域１２においては、内孔１ｈの径は、後端において最も小さく、前側に向かうにしたがって次第に大きくなる。

【0039】

図１、図３（ａ）に示すように、本実施形態では、本体部１の外周面ＯＳ１に、被保持領域１１と前端領域１２とにまたがるフランジＦが形成されている。

【0040】

給油部２は、本体部１の内孔１ｈに切削油を供給するための給油口を与える部分である。

【0041】

図１、２に示す通り、給油部２は、本体部１の後端部に取り付けられた流路付ボルト２１と、流路付ボルト２１に取り付けられたホースジョイント２２とを含む。

【0042】

図４に示す通り、流路付ボルト２１は軸（中心軸）Ａ２を有するボルトであり、頭部２１Ｈと、頭部２１Ｈから軸Ａ２に沿って前方に延びる軸部２１Ａとを含む。

【0043】

頭部２１Ｈは六角柱状である。頭部２１Ｈには、軸Ａ２に沿って延びる内孔２１ｈ１、２１ｈ２と、頭部２１Ｈの外周面に凹設されたねじ孔ｔｈと、径方向に延びて内孔２１ｈ２とねじ孔ｔｈとを繋ぐ連結孔ｃｈとが形成されている。なお、頭部２１Ｈは本実施形態では六角柱状であるが、これには限定されず、円筒形状等の任意の形状とし得る。

【0044】

内孔２１ｈ２は内孔２１ｈ１よりも前方に位置しており、内孔２１ｈ１よりも径が大きい。内孔２１ｈ１の径は一例として４ｍｍ〜８ｍｍ程度、内孔２１ｈ２の径は一例として６ｍｍ〜１０ｍｍ程度とし得る。内孔２１ｈ１と内孔２１ｈ２とは互いに連通して、頭部２１Ｈを軸方向に貫通する貫通孔を構成している。内孔２１ｈ１を画定する周面には、周方向の全域に渡って溝Ｇ_２１が形成されている。

【0045】

連通孔ｃｈは、内孔２１ｈ１と内孔２１ｈ２との接続部の近傍において、内孔２１ｈ２に連通している。

【0046】

軸部２１Ａは円筒状である。軸部２１Ａの外周面には雄ねじＭＳが形成されている。軸部２１Ａの中心部には、軸Ａ２に沿って延びる内孔２１ｈ３が形成されている。内孔２１ｈ３は頭部２１Ｈの内孔２１ｈ２に連通している。内孔２１ｈ２の径と内孔２１ｈ３の径は同一とし得る。

【0047】

ホースジョイント２２（図１、図２）は、貫通孔２２ｈを有する筒状であり、軸方向に沿ってホース接続部２２１、六角部２２２、雄ねじ部２２３を有する。ホースジョイント２２としては例えば、市販のタケノコ継手や、一般的なホール／管用のインレットを使用し得る。

【0048】

ホースジョイント２２は、雄ねじ部２２３を流路ボルト２１の頭部２１Ｈのねじ孔ｔｈに螺合することにより、流路付ボルト２１に接続されている。

【0049】

給油部２は、図７に示すように、流路付ボルト２１の軸部２１Ａの雄ねじＭＳを、本体部１の内周面ＩＳ１の後側小径領域ＩＳ１ａに形成された雌ねじＦＳに螺合させて、本体部１の後端に取り付けられている。この状態において、流路付ボルト２１の軸Ａ２は、本体部１の軸Ａ１に一致している。また、本体部１の後端面と、流路付ボルト２１の頭部２１Ｈの前面との間には、これらの面に密着した状態で環状のガスケットＧＫが挟まれている。これにより、工具保持構造１００の内部に切削油が流される際（詳細後述）に、切削油の漏れが防止される。

【0050】

位置調整部３（図５）は、荷重検出部４（詳細後述）を後方から支持するとともに、荷重検出部４と一体に軸方向に移動して荷重検出部４の軸方向の位置を調整する部材である。

【0051】

位置調整部３は、炭素鋼（一例としてＳＣ材）、ステンレス鋼等の金属で形成された略円筒状の部材であり、軸（中心軸）Ａ３に沿って延びる内孔３ｈを有する。位置調整部３は、軸方向の後端側から順番に、後端領域３１、延在領域３２、大径領域３３、支持領域３４を含む。

【0052】

図１、図２に示す通り、後端領域３１にはＤカット部ＤＣが形成されており、Ｄカット面ＤＣｓが軸Ａ３に平行な面内に延びている（図１）。なお、Ｄカット部ＤＣにＤカット面ＤＣｓと平行な他のＤカット面を更に設けてもよい。この場合、２つのＤカット面をスパナ等で挟んで位置調整部３を回転させることができる。

【0053】

延在領域３２における位置調整部３の外径は、後端領域３１における位置調整部３の外径よりも大きく、一例として４ｍｍ〜８ｍｍ程度とし得る。

【0054】

大径領域３３における位置調整部３の外径は、延在領域３２における位置調整部３の外径よりも大きく、一例として８ｍｍ〜１３ｍｍ程度とし得る。大径領域３３の後端近傍は、テーパ状に径が小さくなって延在領域３２に接続している。大径領域３３の前端近傍も同様に、テーパ状に径が小さくなって支持領域３４に接続している。

【0055】

大径領域３３においては、位置調整部３の外周面ＯＳ３に雄ねじＭＳが形成されている。また、大径領域３３においては、外周面ＯＳ３の周方向３か所に、軸方向に延びる溝（連通路）Ｇ_３３が形成されている。溝Ｇ_３３はそれぞれ、軸方向において大径領域３３の全域に渡って延びており、大径領域３３の前側及び後側に開口している。なお、本実施形態では３つの溝Ｇ_３３が周方向に等間隔に設けられているがこれには限られない。溝Ｇ_３３の数、及び配置は適宜変更し得る。

【0056】

支持領域３４における位置調整部３の外径は、大径領域３３における位置調整部３の外径よりも小さく、一例として６ｍｍ〜１２ｍｍ程度とし得る。支持領域３４の前端近傍の領域には凹部Ｒ３が形成されている。凹部Ｒ３は、位置調整部３の前端面３ｆｓの中央部に形成された断面円形の凹孔であり、その深さは、本実施形態では、支持領域３４の軸方向の長さの約１／２程度である。凹部Ｒ３の底面には内孔３ｈの前端が開口している。

【0057】

内孔３ｈは、荷重検出部４から延びる配線Ｗ_４２、Ｗ_４４（図７）を通すための通路であり、任意の径を有し得る。

【0058】

図７に示す通り、位置調整部３は、本体部１の内孔１ｈに、本体部１と同軸状に挿入されている。この状態においては、大径領域３３における外周面ＯＳ３の雄ねじＭＳが、本体部１の内周面ＩＳ１の小径領域ＩＳ１ｂの雌ねじＦＳに螺合している。また、延在領域３２が、給油部２の流路付ボルト２１の内孔２１ｈ１〜２１ｈ３を貫通しており、後端領域３１は本体部１及び給油部２の後方に突出している。

【0059】

流路付ボルト２１の内孔２１ｈ１に設けられた溝Ｇ_２１にはＯリングＯＲが配置されている。ＯリングＯＲは、内孔２１ｈ１を貫通する位置調整部３の延在部３２の外周面ＯＳ３に密接している。これにより、工具保持構造１００の内部に切削油が流される際（詳細後述）に、切削油の漏れが防止される。

【0060】

荷重検出部４は、工具保持構造１００がドリル刃Ｄを保持した状態において、ドリル刃Ｄに軸方向に加えられる荷重（スラスト荷重）を検出する、ダイヤフラム型のロードセルである。

【0061】

荷重検出部４は、図６に示す通り、起歪体４１と、起歪体４１に貼り付けられた検出用ひずみゲージ４２と、起歪体４１を支持する起歪体支持部４３と、起歪体支持部４３に貼り付けられた補償用ひずみゲージ４４とを有する。

【0062】

起歪体４１は、一例として鉄、ステンレス鋼（ＳＵＳ）やアルミニウム（アルミニウム合金）等の金属で形成されている。

【0063】

起歪体４１は、軸Ａ４に直交する面内に軸Ａ４を中心として広がる円形膜状の起歪部４１１と、起歪部４１１の中央部から軸Ａ４方向の一方側に突出する突起部４１２と、起歪部４１１の外周部から突起部４１２と同じ方向に立ち上がる壁部４１３と、壁部４１３の先端から起歪部４１１の径方向の外側に突出するフランジ部４１４とを含む。起歪部４１１、突起部４１２、壁部４１３、及びフランジ部４１４は一体に形成されていてもよい。

【0064】

起歪部４１１の外径は、一例として６ｍｍ〜１２ｍｍ程度、厚さは一例として０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度とし得る。起歪部４１１は膜状であるため他の部分よりも変形しやすく、突起部４１２により軸Ａ４の方向に押されることによって容易に変形し、ひずみを生じる（詳細後述）。

【0065】

突起部４１２は、略円錐状であり、先端ｔｐには丸みが与えられている。突起部４１２は、突起部４１２の中心軸が軸Ａ４に一致するように設けられている。突起部４１２の長さは限定されないが、一例として２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とし得る。突起部４１２の径は、起歪部４１１との接続部において１〜４ｍｍ程度とし得る。

【0066】

壁部４１３は、起歪部４１１の周方向全域に設けられている。壁部４１３の内面４１３ｉは、軸Ａ４に対して傾いている。

【0067】

フランジ部４１４は、壁部４１３の周方向全域に設けられている。

【0068】

検出用ひずみゲージ４２は、起歪部４１１の、突起部４１２が形成された面とは反対側の面に貼り付けられている。検出用ひずみゲージ４２の構造は任意であるが、一例として４つのひずみ受感素子を備えるひずみゲージを用いてよい。

【0069】

検出用ひずみゲージ４２は、本実施形態では起歪部４１１の中央部に貼り付けられている。

【0070】

起歪体支持部４３は、本実施形態では起歪体４１と同一の材料で形成されている。

【0071】

起歪体支持部４３は、軸Ａ４を中心軸とする略円筒状の部材であり、軸Ａ４方向に並ぶ大径領域４３Ｌ及び小径領域４３Ｓを含む。大径領域４３Ｌの外径は、起歪部４１のフランジ部４１４の外径と同一であり、位置調整部３の支持領域３４における外径に等しい。小径領域４３Ｓの外径は大径領域４３Ｌの外径よりも小さい。大径領域４３Ｌと小径領域４３Ｓとの接続部には環状の段差面ｓｓが画定されている。

【0072】

起歪体支持部４３の大径領域４３Ｌには、端面４３Ｌｓから軸Ａ４方向に延びる凹部Ｒ４が形成されている。凹部Ｒ４の断面形状は円形である。

【0073】

凹部Ｒ４の底面と、起歪体支持部４３の小径領域４３Ｓ側の端面４３Ｓｓとの間には、軸Ａ４沿いに延びる内孔４３ｈが形成されている。内孔４３ｈは、検出用ひずみゲージ４２から延びる配線Ｗ_４２（図７）を通過させるための孔であり、任意の寸法を有し得る。

【0074】

図６に示す通り、起歪体４１と起歪体支持部４３とは、起歪体４１の起歪部４１１及び壁部４１３を起歪体支持部４３の凹部Ｒ４に嵌入させることによる締まり嵌め結合により一体に結合されている。起歪体４１と起歪体支持部４３とが結合された状態において、起歪体４１と起歪体支持部４３とは同軸状であり、起歪体４１のフランジ部４１４に起歪体支持部４３の端面４３Ｌｓが当接している。

【0075】

起歪体４１と起歪体支持部４３とが結合された状態において、凹部Ｒ４の内部に、起歪体４１と起歪体支持部４３とに囲まれた密閉空間が画定され、検出用ひずみゲージ４２は当該空間内に配置される。凹部Ｒ４の深さは、起歪体４１にひずみが生じた際に、起歪部４１１及び検出用ひずみゲージ４２が起歪体支持部４３に接触しないように設計される。これにより、荷重検出部４における荷重検出の精度が保たれる。

【0076】

補償用ひずみゲージ４４は、起歪体支持部４３の小径領域４３Ｓ側の端面４３Ｓｓに貼り付けられている。補償用ひずみゲージ４４の構造は任意であるが、検出用ひずみゲージ４２と同一のひずみゲージを使用し得る。

【0077】

図７に示す通り、荷重検出部４は、起歪体支持部４３の小径領域４３Ｓを、位置調整部３の支持部３４の凹部Ｒ３に嵌入させることによる締まり嵌め結合により位置調整部３に結合されている。この状態において荷重検出部４は、軸Ａ４を本体部１の軸Ａ１に一致させた状態で、本体部１の内孔１ｈの内部に配置されている。

【0078】

検出用ひずみゲージ４２から延びる配線Ｗ_４２は、起歪体支持部４３の内孔４３ｈ及び位置調整部３の内孔３ｈを介して、工具保持構造１００の後端側へと延びている。補償用ひずみゲージ４４から延びる配線Ｗ_４４は、位置調整部３の内孔３ｈを介して、工具保持構造１００の後端側へと延びている。

【0079】

工具挟持部５（図１、図２）は、ドリルＤを挟持するための構造である。

【0080】

工具挟持部５は、本体部１の前端において内孔１ｈに嵌入されてドリルＤを挟持するコレットＣＬと、本体部１の前端領域１２の外周面ＯＳ１に形成された雄ねじＭＳに螺合してコレットＣＬを位置固定するコレットナットＣＮとを含む。

【0081】

コレットＣＬは、一般的なコレット（コレットチャック）である。即ち内孔ＣＬｈを有する略円筒形であり、軸方向に延びる複数のスリットＳを有し、径方向内向きの力を受けた際に弾性変形して外径及び内径が縮小するように構成されている。内孔ＣＬｈの径（把握径）は一例として０．５ｍｍ〜１３ｍｍ程度とし得る。本発明において「コレット」とは、内孔を有する円筒形又は略円筒形であり、軸方向に延びる少なくとも１つのスリットを有し、弾性変形により外径及び内径が縮小するように構成された部材を意味する。

【0082】

コレットＣＬは、軸方向の一端の近傍に外径が最も大きい大径部ＭＸを有し、大径部ＭＸから当該一端部に向かうにしたがって外径が小さくなる第１テーパ領域Ｔ１と、大径部ＭＸから他端部に向かうにしたがって外径が小さくなる第２テーパ領域Ｔ２とを有する。第２テーパ領域Ｔ２のテーパ角は第１テーパ領域Ｔ１のテーパ角よりも小さい。

【0083】

コレットナットＣＮは、一般的なコレットナットであり、円筒状の本体部ＭＰと、本体部ＭＰの一端に設けられた蓋部ＬＰ（図７）とを有する。本体部ＭＰの外周面には、締結工具を係合するための複数の係合溝ＥＧ（図１、図２）が、周方向に沿って等間隔に設けられている。

【0084】

本体部ＭＰの内周面は、蓋部ＬＰが設けられた端部から他端側へと向かうにしたがって内径が大きくなるテーパ領域Ｔ３（図７）と、テーパ領域Ｔ３と他端側との間のねじ領域Ｓ１とを有する。テーパ領域Ｔ３のテーパ角は、コレットＣＬの第１テーパ領域Ｔ１のテーパ角に略等しい。ねじ領域Ｓ１には雌ねじＦＳが形成されている。

【0085】

蓋部ＬＰの中央部には、円形状の貫通孔ＬＰｈ（図７）が形成されている。貫通孔ＬＰｈの径は、一例として０．５ｍｍ〜１３ｍｍ程度とし得る。後述する通り、切削油は貫通孔ＬＰｈを介してドリルＤに噴出するため、貫通孔ＬＰｈを小さくするほど、より高速度で噴出する。

【0086】

工具挟持部５のコレットＣＬは、図７に示す通り、ドリル刃Ｄの後端領域ＤＲを内孔ＣＬｈ内に配置した状態で、第２テーパ領域Ｔ２が本体部１の前端領域１２の内孔１ｈにはめ込まれている。大径部ＭＸの外径が本体部１の前端における内孔１ｈの径よりも大きいため、大径部ＭＸは軸方向において本体部１の外側に位置している。

【0087】

工具挟持部５のコレットナットＣＮの雌ねじＦＳは、図７に示す通り、ドリル刃Ｄが蓋部ＬＰの貫通孔ＬＰｈを貫通し、コレットＣＬの第１テーパ領域Ｔ１の外周面がテーパ領域Ｔ３の内周面に当接した状態で、本体部１の前端領域１２の雄ねじＭＳに螺合している。

【0088】

この状態において、コレットナットＣＮを締めれば、コレットＣＬが後方に押されて内孔１ｈに入り込み、コレットＣＬの内孔ＣＬｈの径は小さくなる。したがって、ドリル刃ＤはコレットＣＬにより挟持されて、工具保持構造１００に保持される。この状態において、ドリル刃Ｄの中心軸は工具保持構造１００の中心軸Ｘに一致する。

【0089】

即ち工具保持構造１００は、ドリル刃Ｄが工具保持構造１００の前端から前方へと中心軸Ｘに沿って延び、ドリル刃Ｄの先端ＴＰ（図８）が工具保持構造１００の前方に位置するように、ドリル刃Ｄを保持する。

【0090】

コレットナットＣＮを緩めれば、コレットＣＬが前方、即ち内孔１ｈから脱落する方向に移動可能となる。したがって、コレットＣＬの内孔ＣＬｈの径が大きくなり、ドリル刃Ｄの取り外しが可能となる。

【0091】

上述した構造を有する工具保持構造１００の内部には、ホースジョイント２２の貫通孔２２ｈ、流路付ボルト２１の接続孔ｃｈ、流路付ボルト２１の内孔２１ｈ２、２１ｈ３を画定する周面と位置調整部３の外周面ＯＳ３との間の空間、本体部１の内周面ＩＳ１と位置調整部３の外周面ＯＳ３との間の空間（小径領域ＩＳ２ｂの雌ねじＦＳと大径領域３３の雄ねじＭＳが螺合している領域においては溝Ｇ_３３）、本体部１の内周面ＩＳ１と荷重検出部４の外縁との間の空間、及びコレットＣＬのスリットＳにより、切削油のための供給流路が構成されている。

【0092】

なお、上述した構造を有する工具保持構造１００のうち、荷重検出部４と位置調整部３とにより、本実施形態の荷重検出構造１１０（図２）が構成される。

【0093】

次に、本実施形態の工具保持構造１００の使用方法を説明する。

【0094】

（１）ドリル刃Ｄの工具保持構造１００への取り付け
工具保持構造１００にドリル刃Ｄを取り付ける際には、まず、位置調整部３を回転させて位置調整部３及び荷重検出部４を後方に移動させる。具体的には、位置調整部３の後端領域３１のＤカット部ＤＣに工具を係合させて位置調整部３を軸Ａ３回りに回転させる。これにより、大径部３３の雄ねじＭＳが本体部１の内周面ＩＳ１の雌ねじＦＳに螺合している位置調整部３は、本体部１に対して軸方向に移動する。

【0095】

次いで、工具挟持部５のコレットナットＣＮを緩め、コレットナットＣＮの貫通孔ＬＰｈを介して、コレットＣＬの内孔ＣＬｈにドリル刃Ｄの後端領域ＤＲを挿入する。

【0096】

ドリル刃Ｄの軸方向位置を所望の位置に調整した後、工具挟持部５のコレットナットＣＮを締めて、コレットＣＬによりドリル刃Ｄを挟持する。荷重検出部４を後方に退避させた状態でドリル刃Ｄの位置調整を行うことで、ドリル刃Ｄの位置調整を、荷重検出部４に干渉されることなく自在に行うことができる。

【0097】

ドリル刃Ｄの位置を決定した後、位置調整部３を回転させて軸方向に移動させ、荷重検出部４をドリル刃Ｄに当接させる。具体的には、本体部１の軸Ａ１上において、起歪体４１の突起部４１２の頂部ｔｐを、後方から、ドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓに当接させる（図７）。

【0098】

（２）工具保持構造１００の旋盤１０００への取り付け
次に、ドリル刃Ｄを保持した工具保持構造１００を、旋盤１０００に取り付ける。

【0099】

旋盤１０００は、図８に示す通り、ベース３００、ベース３００の一端側に設けられた主軸台４００、主軸台４００に回転可能に支持された主軸５００、主軸５００の軸５００Ｘの方向に延びるベッド６００、ベッド６００に沿って移動可能な工具台７００を主に有する。旋盤１０００は更に、ベース３００に設けられた制御部８１０、表示部８２０、及び切削油タンク９００を有する。

【0100】

主軸５００は、不図示のモータにより駆動されて、軸５００Ｘ回りに高速で回転可能である。主軸５００には、不図示のチャックを介して被加工物（ワーク）Ｗが取り付けられる。

【0101】

工具台７００は、下端部においてベッド６００に摺動可能に接続されている。また、工具台７００は、主軸５００の軸５００Ｘと同軸状に延びる保持孔７００ｈを有する。

【0102】

工具保持構造１００は、旋盤１０００の工具台７００に取り付ける。具体的には、工具保持構造１００の前端が主軸５００に対向するように、即ちドリル刃Ｄの先端ＴＰが主軸５００に対向するように、工具保持構造１００の本体部１の被保持領域１１を工具台７００の保持孔７００ｈに挿入する。

【0103】

その後、保持孔７００ｈの周壁を貫通する不図示の貫通孔に不図示の固定用ボルトを通して、工具保持構造１００を固定する。これにより、工具保持構造１００の中心軸Ｘ、及びドリル刃Ｄの中心軸が、主軸５００の中心軸５００Ｘに一致し、且つドリル刃Ｄの先端ＴＰが主軸５００に対向した状態で、工具保持構造１００が旋盤１０００に取り付けられる。固定用ボルトの先端を本体部１の平面ｐ１〜ｐ３のいずれかに押し当てることにより、工具保持構造１００の回転を防止できる。

【0104】

検出用ひずみゲージ４２及び補償用ひずみゲージ４４から延びる配線Ｗ_４２、Ｗ_４４は、制御部８１０に接続する。また、切削油タンク９００から延びる給油ホース（不図示）を給油部２のホースジョイント２２に接続する。

【0105】

（３）切削油の供給
ドリル刃Ｄを用いた被加工物Ｗの加工中は、次の様にして、切削油タンク９００の切削油が、工具保持構造１００の切削油用の供給路を介して、ドリル刃Ｄと被加工物Ｗとの接触箇所に供給される。

【0106】

切削油タンク９００内に貯蔵された切削油は、給油ホース（不図示）の経路上に配置されたポンプ（不図示）により、給油ホースを介して、給油部２に送られる。給油部２に送られた切削油は、工具保持構造１００の内部に構成された切削油用の供給路を流れて、ドリル刃Ｄと被加工物Ｗとの接触箇所に吹き付けられる。

【0107】

切削油用の供給路においては、切削油は、次のように流れる（図９）。

【0108】

切削油は、ホースジョイント２２の貫通孔２２ｈ、流路付ボルト２１の連結孔ｃｈを通って、流路付ボルト２１の内孔２１ｈ２、２１ｈ３へと流される。

【0109】

流路付ボルト２１の内孔２１ｈ２、２１ｈ３においては、切削油は、内孔２１ｈ２を画定する内周面と位置調整部３の延在領域３２における外周面ＯＳ３との間の筒状の空間ＳＰ１を、軸方向の前側に向かって流れる。内孔２１ｈ３においては、切削油は、内孔２１ｈ３を画定する内周面と位置調整部３の延在領域３２における外周面ＯＳ３との間の筒状の空間ＳＰ２を、軸方向の前側に向かって流れる。

【0110】

その後、切削油は、本体部１の内周面ＩＳ１の後側大径領域ＩＳ１ａと位置調整部３の延在領域３２における外周面ＯＳ３との間の筒状の空間ＳＰ３、及び本体部１の内周面ＩＳ１の小径領域ＩＳ１ｂと位置調整部３の延在領域３２における外周面ＯＳ３との間の筒状の空間ＳＰ４を、この順番で、軸方向の前側に向けて流れる。位置調整部３の大径領域３３の雄ねじＭＳが、本体部１の内周面ＩＳ１の小径領域ＩＳ１ｂの雌ねじＦＳに螺合する領域においては、切削油は、位置調整部３の大径領域３３に形成された３つの溝Ｇ_３３を通り、大径領域３３の前側へと流れる。

【0111】

溝Ｇ_３３を抜けた切削油は、その後、本体部１の内周面ＩＳ１の前側大径領域ＩＳ１ｃと位置調整部３の支持領域３４における外周面ＯＳ３との間の筒状の空間ＳＰ５、及び本体部１の内周面ＩＳ１の前側大径領域ＩＳ１ｃと荷重検出部４との間の筒状の空間ＳＰ６を流れて、荷重検出部４の前側へと至る。そして、コレットＣＬのスリットＳを通って前方へ流れ、コレットナットＣＮの蓋部ＬＰの貫通孔ＬＰｈを介して、ドリル刃Ｄと被加工物Ｗとの接触箇所に向けて噴出する。

【0112】

即ち切削油は、給油部２の内孔２１ｈ２、２１ｈ３の内部、及び本体部１の内孔１ｈの内部において、位置調整部３と荷重検出部４とを含む荷重検出構造１１０の周囲に形成される空間を、軸方向の前側に向かって流れる。

【0113】

ここで、検出用ゲージ４２は起歪体４１と起歪体保持部４３とにより囲まれた密閉空間に、補償用ゲージ４４は起歪体保持部４３と位置調整部３とにより囲まれた密閉空間にそれぞれ配置されているため、検出用ゲージ４２、補償用ゲージ４４が切削油に接触することはない。なお、「密閉空間」とは、切削油の流入が防止されるように密閉されている空間を意味する。そのため、切削油の存在しない外部空間に開放されている空間も「密閉空間」に含まれる。

【0114】

ドリル刃Ｄと被加工物Ｗとの接触箇所に吹き付けられた切削油をドレンタンク（不図示）に回収した後、フィルタでろ過し、切削油タンク９００に戻してもよい。

【0115】

（４）工具保持構造１００を用いた切削抵抗（スラスト荷重）の検出
ドリル刃Ｄを用いた被加工物Ｗの加工、及び加工時にドリル刃Ｄに付加されるスラスト荷重の検出は、次のように行う。

【0116】

被加工物Ｗの加工（ここでは穿孔）は、主軸５００を回転させながら、工具台７００を主軸５００側に移動させることにより行う。これにより、主軸５００と一体に回転する被加工物Ｗに、工具保持構造１００を介して工具台７００に保持されたドリル刃Ｄの先端ＴＰが押し込まれ、被加工物Ｗに孔が形成される。

【0117】

被加工物Ｗにドリル刃Ｄの先端ＴＰが押し込まれるとき、被加工物Ｗからの反力により、ドリル刃Ｄに軸方向の荷重（スラスト荷重）が加えられる。スラスト荷重の大きさは、工具保持構造１００により、次のようにして検出される。

【0118】

ドリル刃Ｄにスラスト荷重が加えられる時、ドリル刃Ｄを挟持する工具挟持部５のコレットＣＬがわずかに弾性変形する。これにより、コレットＣＬが軸方向の後方にわずかに移動し、ドリル刃Ｄも工具保持構造１００の軸方向の後方にわずかに移動する。

【0119】

工具保持構造１００の軸方向の後方に移動するドリル刃Ｄは、ドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓに当接する起歪体４１の突起部４１２を軸方向の後方に押圧する。したがって、突起部４１２が設けられた起歪部４１１の中心部も軸方向の後方に押圧される。これにより、変形が生じやすい膜状である起歪部４１１に、突起部４１２が起歪部４１１を押す力の大きさ、ひいてはドリル刃Ｄに加えられるスラスト荷重の大きさに応じた大きさのひずみが生じる。

【0120】

起歪部４１１に貼り付けられた検出用ひずみゲージ４２は、起歪部４１１に生じたひずみの大きさに応じてひずみ受感素子の抵抗値を変化させる。配線Ｗ_４２を介して検出用ひずみゲージ４２に接続された制御部８１０は、この抵抗値の変化に基づいてドリル刃Ｄに加えられたスラスト荷重の大きさを求め、表示部８２０に表示する。

【0121】

被加工物Ｗの加工時にドリルＤに加えられるスラスト荷重の大きさは、ドリルＤの刃先に欠けや鈍りが生じるにしたがって、即ち刃先の状態が悪化するにしたがって大きくなり得る。したがって、制御部８１０は、求めたスラスト荷重を所定の閾値と比較し、スラスト荷重が所定の閾値を越えた場合には、ドリルＤの交換を促す情報を表示部８２０に表示してもよい。

【0122】

本実施形態の工具保持構造１００の製造においては、本体部１及び工具挟持部５を、市販のコレットホルダにより与えてもよい。コレットホルダの本体部により本体部１が、コレットホルダのコレット及びコレットナットにより工具挟持部５が与えられる。

【0123】

この場合は、市販のコレットホルダにわずかな追加工を施して、本実施形態の荷重検出構造１１０を挿入することにより、容易に本実施形態の工具保持構造１００を製造することができる。

【0124】

本実施形態の効果を以下にまとめる。

【0125】

本実施形態の工具保持構造１００においては、本体部１の内部に、ドリルＤ等の工具に切削油を供給する供給路が設けられている。したがって、工具保持構造１００によって保持されている工具に対して、容易且つ好適に切削油を供給することができる。

【0126】

本実施形態の工具保持構造１００においては、ドリル刃Ｄを保持するための工具挟持部５が取り付けられる本体部１の内部に、切削抵抗（スラスト荷重）を検出するための荷重検出部４が配置されている。したがって、工具保持機能とスラスト荷重検出機能とを共に備え且つ構造が簡易である。

【0127】

本実施形態の工具保持構造１００においては、荷重検出部４の起歪体４１を本体部１の中心軸上に配置し、その周囲に切削油用の供給路を設けている。したがって、切削油用の供給路を有しつつも、ドリル刃Ｄのスラスト荷重を本体部１の中心軸上で起歪体４１に付与して高い計測精度を保つことができる。

【0128】

本実施形態の工具保持構造１００においては、工具挟持部５がコレットＣＬによりドリル刃Ｄを挟持している。したがって、ドリル刃Ｄの中心軸が工具保持構造１００の中心軸に一致した好適な状態でのドリル刃Ｄの保持を、容易に実現することができる。

【0129】

本実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０は、荷重検出部４が軸方向に移動可能であり、位置調整部３により荷重検出部４の軸方向位置を調整するように構成されている。したがって、ドリル刃Ｄの長さに応じて荷重検出部４の位置を変更することで、様々な寸法のドリル刃Ｄを、給油可能且つスラスト荷重の検出が可能な状態で保持することができる。

【0130】

本実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０の荷重検出部４は、膜状の起歪部４１１を備えており、加えられるスラスト荷重に応じた起歪部４１１の変形量が比較的大きい。したがって、スラスト荷重が小さい場合でも、検出用ひずみゲージ４２を用いた荷重検出を高い精度で行うことができる。

【0131】

本実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０においては、荷重検出部４の起歪体４１が、起歪部４１１の中心部から延びる突起部４１２を有しており、起歪体４１は、突起部４１２においてドリル刃Ｄと当接している。このように、膜状の起歪部４１１とドリル刃Ｄとを直接当接させるのではなく、起歪部４１１から軸方向に延びる略棒状の突起部４１２をドリル刃Ｄに当接させることで、起歪体４１を、様々な形状のドリル刃Ｄに、好適に当接させることができる。

【0132】

具体的には例えば、ドリル刃Ｄが短く、ドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓが工具挟持部５のコレットＣＬの後端よりも前方に位置する場合でも、突起部４１２をコレットＣＬの内孔ＣＬｈに挿入してドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓに当接させることができる。更に、ドリル刃Ｄの径が小さく、これを挟持するコレットＣＬの内孔ＣＬｈも小さい場合でも、突起部４１２をコレットＣＬの内孔ＣＬｈに挿入してドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓに当接させることができる。

【0133】

本実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０は、荷重検出部４が補償用ひずみゲージ４４を有しているため、荷重計測の精度が高い。即ち、ドリル刃Ｄからの荷重によっては変形せず、周囲の温度変化に応じた膨張／収縮のみを生じる起歪体支持部４３に貼り付けられた補償用ひずみゲージ４４の出力を参照することで、荷重検出時に温度誤差を抑制することができる。

【0134】

本実施形態の工具保持構造１００の製造においては、市販のコレットホルダを活用して、製造コストの削減及び製造期間の短縮を実現することができる。

【0135】

＜変形例＞
上記実施形態の工具保持構造１００において、次の変形態様を用いることもできる。

【0136】

上記実施形態の工具保持構造１００においては、本体部１の後端に給油部２を取り付けて、本体部１の後端側で切削油を給油している。しかしながら、これには限られない。

【0137】

具体的には例えば、図１０に示す変形例の工具保持構造１００’のように、本体部１’の前端側で切削油を給油してもよい。変形例の工具保持構造１００’の、上記実施形態の工具保持構造１００に対する相違点は、次の通りである。

【0138】

図１０に示す変形例の工具保持構造１００’は、本体部１’の内周面ＩＳ１’が、後側大径領域ＩＳ１ａ、小径領域ＩＳ１ｂ、前側大径領域ＩＳ１ｃに分かれていない。即ち、内周面ＩＳ１’により画定される内孔１ｈ’の径は軸方向全域において一定である。一方で本体部１’の被保持領域１１’の前端に本体部１’を径方向に貫通するねじ孔ｔｈ’が設けられており、ねじ孔ｔｈ’にホースジョイント２２’が螺合されている。

【0139】

変形例の工具保持構造１００’においては、流路付ボルト２１’はねじ穴ｔｈ及び連通孔ｃｈを有さず、ホースジョイント２２も接続されていない。流路付ボルト２１’は、主に内孔２１ｈ１’により位置調整部３’の径方向の位置を固定する機能を果たす。

【0140】

変形例の工具保持構造１００’においては、位置調整部３’の大径領域３３’と支持領域３４’は略同一の外径を有する。また、大径領域３３’には雄ねじＭＳが切られているが、溝Ｇ_３３は形成されていない。大径領域３３’の雄ねじＭＳは、本体部１’の内周面ＩＳ１’に形成された雌ねじＦＳに螺合しており、位置調整部３’を回転させることで、位置調整部３’を軸方向に移動することができる。

【0141】

変形例の工具保持構造１００’においては、位置調整部３’の支持領域３４’における外径、及び荷重検出部４’の起歪体４１’のフランジ部４１４’の外径、起歪体支持部４３’の大径領域４３Ｌ’の外径が、本体部１’の内径に略等しい。そのため位置調整部３’の支持領域３４’、及び荷重検出部４’は、本体部１’の内周面ＩＳ１’に摺動可能な程度に密接している。

【0142】

変形例の工具保持構造１００’において、ホースジョイント２２’を介して供給された切削油は、内孔１ｈ’内の、荷重検出部４の起歪部４１１’よりも前側の空間のみを流れて、コレットＣＬのスリットＳを介して、ドリルＤに向けて噴出する。また、位置調整部３や荷重検出部４の外周面と本体部１の内周面ＩＳ１’との間を通って切削油が後方にもれたとしても、流路付ボルト２１’の内孔２１ｈ１’の溝Ｇ_２１に設けられたＯリングＯＲにより、工具保持構造１００’の外側への切削油の漏出が防止される。

【0143】

なお、上述した構造を有する変形例の工具保持構造１００’のうち、荷重検出部４’と位置調整部３’とにより、変形例の荷重検出構造１１０’が構成される。

【0144】

その他の変形態様として、上記実施形態の工具保持構造１００において、給油部２を上記変形例の流路付ボルト２１’に置き換えて、上記変形例のホースジョイント２２’を、本体部１の任意の位置において本体部１を径方向に貫通するねじ孔に螺合してもよい。ねじ孔の位置を内周面ＩＳ１の小径領域ＩＳ１ｂよりも前方とする場合は、位置調整部３の大径領域３３の溝Ｇ_３３は省略し得る。

【0145】

上記実施形態の工具保持構造１００においては、本体部１の内周面ＩＳ１の小径領域ＩＳ１ｂの雌ねじＦＳと、位置調整部３の大径部３３の雄ねじＭＳとが螺合する領域においては、大径部３３に設けた溝Ｇ_３３を介して切削油を流通させているが、これには限られない。

【0146】

具体的には例えば、大径部３３の内部に、大径部３３を貫通して大径部３３の前側と後側とを連通させる流路（連通路）を設け、当該流路を介して切削油を流してもよい。又は内周面ＩＳ１の小径領域ＩＳ１ｂに、軸方向に延びて小径領域ＩＳ１ｂの前側及び後側に開口する溝を設け、当該溝を介して切削油を流してもよい。

【0147】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０においては、荷重検出部４の起歪体４１は突起部４１２を有さなくてもよい。この場合は例えば、ドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓを起歪部４１１に直接当接させてもよい。なお、本発明において「起歪体が棒状工具に当接する」とは、起歪体と棒状工具とが直接接触する場合のみではなく、起歪体と棒状工具との間に、なんらかの介在物（荷重を伝達する部材）が存在する場合も含むものとする。

【0148】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０において、膜状の起歪部４１１を有する起歪体４１に代えて、コラム（円柱）型の起歪体４５を用いてもよい（図１１）。この場合は例えば、起歪体４５の中心軸を本体部１の中心軸に一致させた状態で、起歪体４５の一端面を凹部Ｒ４の底面に当接させ、他端面をドリル刃Ｄの後端面Ｄｂｓに当接させる。ひずみゲージ４２（図１１では不図示）は、起歪体４５の外周面に取り付けられ、必要に応じて耐油性を有するフィルム等により覆うことにより保護される。ひずみゲージ４２から延びる配線Ｗ_４２は例えば、凹部Ｒ４の底面及び内周面に形成された溝を介して内孔４３ｈに導かれ得る。この態様においても、起歪体４５は本体部１の軸Ａ１上においてドリル刃Ｄに当接する。なお、本発明において、起歪体とドリル刃（棒状工具）とが軸上で当接するという場合は、起歪体と棒状工具とが実際に軸上で当接する態様のほか、起歪体と棒状工具とが、棒状工具から起歪体へと加えられる荷重の重心が軸上に位置するように当接する態様も含むものとする。

【0149】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０においては、荷重検出部４の起歪体４１と起歪体支持部４３とを同一の材料で形成しているが、これには限られない。起歪体支持部４３は、起歪体４１を形成する材料と線膨張係数が等しい又は類似する任意の材料により形成することができる。起歪体４１を形成する材料と起歪体支持部４３を形成する材料との間で線膨張係数が一致又は類似していれば、起歪体支持部４３に貼り付けられた補償用ひずみゲージ４４は、温度誤差補償機能を果たすことができる。

【0150】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０において、起歪体保持部４３を省略して、位置調整部３により起歪体４１を保持してもよい。

【0151】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０において、荷重検出部４の起歪体保持部４３及び補償用ひずみゲージ４４を省略してもよい。この場合は例えば、位置調整部３を起歪体４１に当接させてもよい。

【0152】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０において、検出用ひずみゲージ４２は荷重検出機能を果たし得る任意の位置に取り付けてよく、補償用ひずみゲージ４４は補償機能を果たし得る任意の位置に取り付けてよい。取付位置において切削油と接触する場合は、必要に応じて耐油フィルム等で覆って保護してもよい。

【0153】

上記実施形態の工具保持構造１００及び荷重検出構造１１０において、検出用ひずみゲージ４２から延びる配線Ｗ_４２、及び／又は補償用ひずみゲージ４４から延びる配線Ｗ_４４を省略し、検出信号を無線により送信する構成としてもよい。また、この場合は、位置調整部３の内孔３ｈ、及び荷重検出部４の起歪体支持部４３の内孔４３ｈを省略してもよい。

【0154】

上記実施形態の工具保持構造１００において、荷重検出部４は、本体部１の内部において位置固定されていてもよい。この場合は、位置調整部３及び移動規制部４は省略し得る。

【0155】

上記実施形態の工具保持構造１００においては、工具挟持部５はコレットナットＣＮとテーパ形状を有するコレットＣＬとを有していたが、これには限られない。工具挟持部５は、ドリル刃Ｄを、周方向については旋削時に回転が生じない強さで固定し、且つ軸方向については微小な移動を許容する強さで固定する任意の態様でドリル刃Ｄを挟持し得る。

【0156】

具体的には例えば、コレットＣＬはテーパ形状を有さなくてもよい。このようなコレットであっても、本体部１の前端領域１２のテーパ状の内周面により、内径が縮小され、ドリル刃Ｄを挟持できる。

【0157】

コレットＣＬ及びコレットナットＣＮに代えて、２つ以上のくさび型の挟持具によりドリル刃Ｄの後端領域ＤＲを挟持し、当該くさび型の挟持具とドリル刃Ｄの後端領域ＤＲとを、本体部１の前端領域１２に嵌入してもよい。

【0158】

工具挟持部５の全部又は一部は、必ずしも本体部１と別体の部材である必要はない。例えば、単に本体部１の前端側にドリル刃Ｄの後端近傍を嵌入し、締まり嵌めによりドリル刃Ｄを保持してもよい。この場合は、ドリル刃Ｄの周方向の回転を防止するための、キー及びキー溝を、本体部１及びドリル刃Ｄに設けてもよい。また、ドリル刃Ｄにキー又はキー溝を与えるための取付具をドリル刃Ｄの後端領域ＤＲに取り付けてもよい。この場合は例えば、ドリル刃Ｄの内部に切削油用の供給路を設けてもよい。

【0159】

上記実施形態においては、旋盤１０００にドリル刃Ｄを固定する場合を例として説明したがこれには限られない。工具保持構造１００は、工作機械において、任意の棒状工具を静止工具として使用する際に、これを保持することができる。棒状工具は、ドリル刃の他には例えば、タップやリーマを含む。

【0160】

上記実施形態及び変形態様の工具保持構造と、旋盤１０００が備える制御部８００とにより、工具状態監視システムを構成してもよい。この工具状態監視システムは例えば、検出用ひずみゲージ４２の出力に基づいてドリル刃Ｄに加えられた切削抵抗（スラスト荷重）を求め、求めた切削抵抗と所定の閾値との比較に基づいてドリル刃Ｄの交換の要否を判定する。具体的には例えば、求めた切削抵抗が所定の閾値を越えた場合に、ドリル刃Ｄの交換が必要であると判定する。判定結果は、任意の表示部に表示されてもよい。

【0161】

上記の各変形例は、互いに矛盾が生じない限り、組み合わせて適用し得る。

【0162】

本発明及び本明細書において、「切削油」とは、油性の切削油、水溶性の切削油（切削剤）など、切削加工において用いられ得る様々な種類を含む。

【0163】

本発明の特徴を維持する限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0164】

１ 本体部、２ 給油部、３ 位置調整部、４ 荷重検出部、５ 工具挟持部、２１ 起歪体、２１１ 起歪部、２１２ 突起部、２２ 検出用ひずみゲージ、２３ 起歪体保持部、ＣＬ コレット、ＣＮ コレットナット、Ｄ ドリル刃、 １０００ 旋盤

【要約】

【課題】棒状工具を保持する機能と当該棒状工具に加わるスラスト荷重を検出する機能とを共に備え且つ保持した棒状工具に切削油を供給可能な工具保持構造を提供する。
【解決手段】棒状工具を保持し且つ該棒状工具に付加されるスラスト荷重を検出する工具保持構造は、一端側の開口に前記棒状工具が挿入される筒状の本体部と、前記本体部の前記開口に挿入された前記棒状工具を挟持する工具挟持部と、前記筒状の本体部の前記開口よりも他端側において、前記筒状の本体部の内部に配置される起歪体と、前記起歪体に取り付けられたひずみゲージと、前記筒状の本体部の内部に設けられ、前記棒状工具に切削油を供給する供給路とを備える。工具保持構造は、前記スラスト荷重を検出するために前記棒状工具を前記起歪体に当接させて保持する。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】