JP2000005902A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転時における主軸の回転バランス
を向上させる。 【解決手段】 本発明に係る主軸装置１０は、主軸１２
がモータ１５の筒状の回転子１５ｒと相対移動不能に嵌
合しており、その回転子１５ｒから前後に突出している
主軸１２の両端部１３ｆ，１４ｂが軸受けを介してハウ
ジング１１に支持されている主軸装置１０において、主
軸１２は回転子１５ｒとの嵌合部において前後に分割さ
れており、さらにその主軸１２の両端部１３ｆ，１４ｂ
の軸径が嵌合部１３ｋ，１４ｋの軸径よりも大径であ
る。このため、軸受けに支持される主軸の端部の軸径を
回転子の内径に等しく設定しなければならない従来の方
式と比べ、その主軸１２の剛性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】主軸がモータの筒状の回転子
と相対移動不能に嵌合しており、その回転子から前後に
突出している主軸の両端部が軸受けを介してハウジング
に支持されている主軸装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】これに関連する従来の主軸装置が特開平
５−６９２０２号に記載されており、その構造を表す概
略図が図７に示されている。前記主軸装置１の主軸３
は、工具ホルダーを支持する前部主軸３ｆと、主軸駆動
用モータ７の回転軸として機能する後部主軸３ｂとから
構成されている。後部主軸３ｂは、その前端部に前部主
軸３ｆとの連結部３ｃを備えており、その連結部３ｃよ
りも後方に小径のモータ軸３ｄが形成されている。そし
て、前記モータ軸３ｄの外周に主軸駆動用モータ７の回
転子７ｒが固着されている。

【０００３】後部主軸３ｂは、連結部３ｃとモータ軸３
ｄの後端部とが軸受け６ａ，６ｂによって支持され、主
軸駆動用モータ７の固定子７ｓを備える後部ハウジング
２ｂに収納される。後部主軸３ｂ（以下、主軸３ｂとい
う）のモータ軸３ｄには、図７（Ｂ）に示されるよう
に、主軸駆動用モータ７の回転子７ｒが後方から焼き嵌
め等により嵌合される。このため、主軸３ｂのモータ軸
３ｄはその回転子７ｒの内径に合わせてその軸径が設定
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、高速回転す
る主軸３は高剛性で高バランスが要求される。このた
め、主軸３は、軸径ができるだけ大きく、また軸長がで
きるだけ短いことが望ましい。一方、回転子７ｒは一般
的に積層した鋼板とアルミにより成形されるため強度が
小さく、遠心力による破壊を考慮しなければならない。
このため、回転子７ｒの径は小さい方が望ましく、主軸
の回転数に応じて径の上限値が決められる。

【０００５】しかしながら、前記主軸３ｂでは、モータ
軸３ｄの軸径は回転子７ｒの内径によって決まるため、
その軸径の大きさには限界があり、主軸３ｂの剛性を希
望する値にまで高めることは困難である。このため、前
記主軸装置１では、高速回転時に主軸３ｂのモータ軸３
ｄの剛性不足に起因したひずみ等により回転バランスが
低下するという問題が生じる。

【０００６】そこで、本発明のうち請求項１〜６に記載
の発明は、回転子の径を変えることなくその回転子から
前後に突出する主軸の両端部の径を大径化して、主軸の
剛性を高め、高速回転時の回転バランスを向上させるこ
とをその目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、以下の
特徴を有する主軸装置によって解決される。即ち、請求
項１に記載の主軸装置は、主軸がモータの筒状の回転子
と相対移動不能に嵌合しており、その回転子から前後に
突出している主軸の両端部が軸受けを介してハウジング
に支持されている主軸装置において、前記主軸は前記回
転子との嵌合部において前後に分割されており、さらに
その主軸の両端部の軸径が前記嵌合部の軸径よりも大径
である。このため、軸受けに支持される主軸の端部の軸
径を回転子の内径に等しく設定しなければならない従来
の方式と比べ、その主軸の剛性を高めることができる。
この結果、高速回転時における主軸の回転バランスを向
上させることができる。

【０００８】また、請求項２に記載の主軸装置は、請求
項１に記載された主軸装置において、前後の主軸と回転
子とが相対移動不能に嵌合している状態で、両主軸の分
割面が離れている。このため、両分割面の隙間により主
軸の軸方向の熱膨張をある程度吸収することができる。

【０００９】また、請求項３に記載の主軸装置は、請求
項２に記載された主軸装置において、前後の主軸の分割
面により形成された隙間には冷却液が通される。このた
め、主軸の熱膨張を抑制することができる。

【００１０】また、請求項４に記載の主軸装置は、請求
項１に記載された主軸装置において、前後の主軸の分割
面は軸心に対して傾斜しており、前記主軸と回転子とが
嵌合した状態で、それぞれの分割面が面接触する。この
ため、分割された主軸の回転方向の位置ずれを防止する
ことができる。

【００１１】また、請求項５に記載の主軸装置は、請求
項１に記載された主軸装置において、一方の主軸の分割
面に形成された凹部と他方の主軸の分割面に形成された
凸部とが軸方向から嵌合することにより、両主軸は同軸
に保持される。このため、前後の主軸の半径方向の位置
ずれを防止することができる。さらに、凹部と凸部との
形状を変えて半径方向に長くすれば、回転方向の位置ず
れも防止することができる。

【００１２】また、請求項６に記載の主軸装置は、請求
項１に記載された主軸装置において、回転子の前後の端
面が、主軸の両端部と嵌合部との間に形成された段差に
よって半径方向外側から支持されている。このため、回
転子の遠心力破壊に対する耐久性を向上させることがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、図１
に基いて本発明の第１の実施の形態に係る主軸装置１０
の説明を行う。ここで、図１（Ａ）は本実施の形態に係
る主軸装置１０の縦断面図であり、図１（Ｂ）は主軸の
分解側面図である。前記主軸装置１０は、主軸１２と、
その主軸１２を収納するハウジング１１、及び主軸１２
を回転させる主軸駆動用モータ１５を備えている。主軸
１２は前部主軸１３と後部主軸１４とに分割されてお
り、その前部主軸１３と後部主軸１４が主軸駆動用モー
タ１５の回転子１５ｒによって同軸に保持された状態で
結合されている。

【００１４】前部主軸１３は、前記回転子１５ｒに嵌め
込まれる嵌合部１３ｋとその回転子１５ｒから前方に突
出する前端部１３ｆとから構成されており、その嵌合部
１３ｋの長さが前記回転子１５ｒの長さのほぼ半分に設
定されている。また、前部主軸１３の前端部１３ｆの軸
径は要求される主軸１２の剛性を考慮して嵌合部１３ｋ
の軸径よりも予め決められた寸法だけ大径に製作されて
いる。さらに、前部主軸１３の前端部１３ｆと嵌合部１
３ｋとは同軸に保持されており、両者１３ｆ，１３ｋの
間にはリング状の段差１３ｄが形成されている。

【００１５】また、前部主軸１３の前面１３ｕには工具
ホルダーＷがセットされる孔部（図示されていない）が
形成されている。前部主軸１３の前端部１３ｆは、図１
に示されるように、第１ベアリング１１ａ、第２ベアリ
ング１１ｂを介して軸心回りに回転可能な状態でハウジ
ング１１に支持されている。ここで、前記第１ベアリン
グ１１ａ及び第２ベアリング１１ｂは、前部主軸１３の
回転バランスを考慮して軸方向に予め決められた寸法だ
け離されて位置決めされている。

【００１６】後部主軸１４は、前記回転子１５ｒに嵌め
込まれる嵌合部１４ｋと回転子１５ｒから後方に突出す
る後端部１４ｂとから構成されており、その嵌合部１４
ｋの長さが前記回転子１５ｒの長さのほぼ半分に設定さ
れている。また、後部主軸１４の後端部１４ｂの軸径は
前部主軸１３の前端部１３ｆの軸径と等しい値に設定さ
れている。さらに、後部主軸１４の嵌合部１４ｋと後端
部１４ｂとは同軸に保持されており、両者１４ｋ，１４
ｂの間にはリング状の段差１４ｄが形成されている。

【００１７】後部主軸１４の後端部１４ｂは第３ベアリ
ング１１ｃ、第４ベアリング１１ｄを介して軸心回りに
回転可能な状態でハウジング１１に支持されている。こ
こで、前記第３ベアリング１１ｃ及び第４ベアリング１
１ｄは、後部主軸１４の回転バランスを考慮して軸方向
に予め決められた寸法だけ離されて位置決めされてい
る。

【００１８】前記主軸駆動用モータ１５の回転子１５ｒ
は、積層した鋼板とアルミにより略円筒形に成形されて
おり、その内径は前部主軸１３及び後部主軸１４の嵌合
部１３ｋ,１４ｋとほぼ等しい寸法に設定されている。
また、前記ハウジング１１の内部には、前記回転子１５
ｒを囲む位置に主軸駆動用モータ１５の固定子１５ｓが
取付けられている。

【００１９】次に、図１（Ｂ）に基づいて、主軸装置１
０の製造方法を説明する。先ず、主軸１２を一体で成形
した後、その主軸１２を回転子１５ｒとの嵌合部の位置
で前後に分割する。前記主軸１２を分割する方法として
はワイヤーカット放電加工が好適に使用される。次に、
分割された前部主軸１３と後部主軸１４の嵌合部１３
ｋ，１４ｋを、図に示すように、回転子１５ｒに対して
前後から焼き嵌めする。前述のように、両主軸１３，１
４の嵌合部１３ｋ，１４ｋの長さは回転子１５ｒの長さ
のほぼ半分に設定されているため、焼き嵌めされること
により両主軸１３，１４の段差１３ｄ，１４ｄは回転子
１５ｒの両端面に当接するとともに、前部主軸１３の分
割面１３ｂと後部主軸１４の分割面１４ｆとは前記回転
子１５ｒの内部で面接触する。なお、図１（Ａ）では、
作図の関係で両分割面１３ｂ，１４ｆは離れているよう
に示されているが、実際には当接している。

【００２０】さらに、焼き嵌めの際、両主軸１３，１４
の嵌合部１３ｋ，１４ｋと回転子１５ｒとを接着剤で接
着し、さらに前部主軸１３の分割面１３ｂと後部主軸１
４の分割面１４ｆとを同様に接着する。これによって、
前部主軸１３と後部主軸１４とが回転子１５ｒによって
結合され、主軸１２が組み立てられる。このように、主
軸１２を前後に分割して各々の主軸１３，１４を個別に
回転子１５ｒに嵌合させる方式のため、主軸１２の前端
部１３ｆと後端部１４ｂの軸径を回転子１５ｒの径に係
わらず自由に大径化することができる。

【００２１】このようにして、前記主軸１２が組み立て
られると、その主軸１２はハウジング１１に装着された
主軸駆動用モータ１５の固定子１５ｓに通され、第１〜
第４ベアリング１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄによっ
てその前端部１３ｆと後端部１４ｂとが支持された状態
で前記ハウジング１１に収納される。

【００２２】このように、本実施の形態に係る主軸装置
１０によると、主軸１２の両端部１３ｆ，１４ｂの軸径
が嵌合部１３ｋ，１４ｋの軸径よりも大径であるため、
主軸の軸径を回転子の内径に等しく設定した従来の方式
と比べ、その主軸の剛性を高めることができる。この結
果、高速回転時における主軸の回転バランスを向上させ
ることができる。

【００２３】また、回転子１５ｒの径に係わらず主軸１
２の前端部１３ｆの軸径を大径化できるため、従来より
も大型の工具ホルダーＷを装着することができるように
なり、前記主軸１２の利用範囲が広くなる。また、主軸
１２の径に対する回転子１５ｒの径を小さくできるた
め、回転子１５ｒに加わる遠心力を小さくでき、主軸駆
動用モータ７の寿命延長を図ることができる。

【００２４】ここで、本実施の形態においては、主軸１
２を成形した後にワイヤーカット放電加工によりその主
軸１２を分割して前部主軸１３と後部主軸１４とを成形
する例を示したが、これに限られず、前部主軸１３と後
部主軸１４とを個別に成形する方法でも可能である。ま
た、本実施の形態においては、主軸駆動用モータ１５の
回転子１５ｒと前部主軸１３及び後部主軸１４とを焼き
嵌めし、接着剤により固定する例を示したが、前記回転
子１５ｒと前部主軸１３及び後部主軸１４とを溶接する
方法でも可能である。さらに、焼き嵌め以外に冷やし嵌
めを利用することも可能である。

【００２５】また、本実施の形態においては、前記回転
子１５ｒの材料としてアルミと鋼板による積層体を使用
したが、剛性を高めるためにチタン合金板やマグネシウ
ム合金板を使用しても良い。これによって、回転子１５
ｒの径を大きくでき、その分だけ主軸１２の径を大きく
することができる。また、回転子１５ｒの剛性が高まる
ことにより、主軸全体の剛性が向上する。さらに、本実
施の形態においては、主軸１２の前端部１３ｆと後端部
１４ｂとをそれぞれ二個のベアリングで支持する例を示
したが、主軸１２の回転バランスを考慮しながら適宜増
やすことも可能である。

【００２６】（第２の実施の形態）図２は、本発明の第
２の実施の形態に係る主軸装置２０の主軸２２及び主軸
駆動用モータの回転子２５ｒの側面図を表している。本
実施の形態に係る主軸装置２０では、前部主軸２３の分
割面２３ｂと後部主軸２４の分割面２４ｆとが軸心に対
して一定角度で傾斜するように成形されている。そし
て、両分割面２３ｂ，２４ｆが面接触するように、前部
主軸２３と後部主軸２４が前記回転子２５ｒに対して前
後から嵌め込まれる。なお、前記主軸２３，２４と回転
子２５ｒとの嵌合方法等は第１の実施の形態に係る主軸
装置１０の場合と同様である。この構造により、前部主
軸２３と後部主軸２４との回転方向の位置ずれを防止す
ることができる。

【００２７】（第３の実施の形態）図３は、本発明の第
３の実施の形態に係る主軸装置３０の主軸３２及び主軸
駆動用モータの回転子３５ｒの側面図を表している。本
実施の形態に係る主軸装置３０の主軸３２は、前部主軸
３３の分割面３３ｂに円形の凹部３３ｈが同軸に形成さ
れており、後部主軸３４の分割面３４ｆにその凹部３３
ｈと嵌合する円柱形の凸部３４ｔが同軸に形成されてい
る。そして、前記凹部３３ｈと凸部３４ｔとが嵌合する
ように、前部主軸３３と後部主軸３４は回転子３５ｒに
対して前後から嵌め込まれる。この構造により、前部主
軸３３に対する後部主軸３４の半径方向の位置ずれを防
止することができる。また、図３（Ｃ）に示されるよう
に、凹部３３ｈと凸部３４ｔとの形状を変えて半径方向
に長く成形することにより、前部主軸３３と後部主軸３
４との回転方向の位置ずれを防止することができる。

【００２８】（第４の実施の形態）図４は、本発明の第
４の実施の形態に係る主軸装置４０の主軸４２及び主軸
駆動用モータの回転子４５ｒの側面図を表している。本
実施の形態に係る主軸装置４０の主軸４２は、前部主軸
４３と後部主軸４４の嵌合部４３ｋ，４４ｋの長さが回
転子４５ｒの長さの１／２よりも短く製作されている。
このため、前部主軸４３及び後部主軸４４が前記回転子
４５ｒと嵌合した状態で、前記回転子４５ｒの内部には
その前部主軸４３と後部主軸４４の分割面４３ｂ、４４
ｆにより隙間Ｓが形成される。この隙間Ｓにより、主軸
４２の軸方向の熱膨張が吸収される。

【００２９】（第５の実施の形態）図５は、本発明の第
５の実施の形態に係る主軸装置５０の主軸５２及び主軸
駆動用モータの回転子５５ｒの側面図を表している。本
実施の形態に係る主軸装置５０は、第４の実施の形態に
係る主軸装置４０の回転子４５ｒ内の隙間Ｓに冷却用の
油を流せるようにしたものである。後部主軸５４の中央
軸方向には主通路５４ｍが形成されており、その主通路
５４ｍの一端が後部主軸５４の後端面５４ｂで開口して
いる。そして、前記主通路５４ｍの開口に油配管５８が
コネクタ５６によって接続されている。ここで、前記コ
ネクタ５６は油配管５８に接続される固定部５６ｓと、
後部主軸５４に接続される可動部５６ｍとから構成され
ており、固定部５６ｓと可動部５６ｍとの間にシールが
施されている。

【００３０】前記主通路５４ｍの他端は後部主軸５４の
内部で複数の分岐通路５４ｙに分けられており、それら
の分岐通路５４ｙが後部主軸５４の分割面５４ｆで開口
している。このため、前記油配管５８から供給された油
は後部主軸５４の主通路５４ｍ、分岐通路５４ｙを通っ
て回転子５５ｒ内の隙間Ｓに供給される。前部主軸５３
にはその中央軸方向に主通路５３ｍが形成されており、
その主通路５３ｍの一端が前部主軸５３の分割面５３ｂ
で開口している。また、前記主通路５３ｍの他端は前部
主軸５３の内部で複数の分岐通路５３ｔに分けられてお
り、それらの分岐通路５３ｔが前部主軸５３のベアリン
グ５１の位置で開口している。

【００３１】このため、前記隙間Ｓ内の油は前部主軸５
３の主通路５３ｍ、分岐通路５３ｔを通ってベアリング
５１に供給され、ここで潤滑油として使用された後、図
示されていない戻り配管によって油タンクに戻される。
このように、主軸５２及び回転子５５ｒの内部に冷却用
の油を通すことができるため、主軸５２及び回転子５５
ｒの熱膨張を抑制することができる。なお、本実施の形
態では冷却液として油を使用したが、冷却水を使用する
ことも可能である。また、冷却液を通す通路を回転子５
５ｒの内壁面に沿って形成することも可能であり、この
ようにすることで回転子５５ｒの冷却効率を上げること
ができる。

【００３２】（第６の実施の形態）図６は、本発明の第
６の実施の形態に係る主軸装置６０の主軸６２及び主軸
駆動用モータの回転子６５ｒの側面図を表している。本
実施の形態に係る主軸装置６０では、主軸６２の両端部
６３ｆ，６４ｂと嵌合部６３ｋ，６４ｋとの間に形成さ
れた段差６３ｓ，６４ｓによって前記回転子６５ｒの前
後の端面６５ｋを半径方向外側から支持している。この
ため、前記段差６３ｓ，６４ｓは円錐凹面状に傾斜して
形成されており、一方、前記回転子６５ｒの端面６５ｋ
は前記段差６３ｓ，６４ｓと面接触可能なように円錐凸
面状に形成されている。この構造により、前記回転子６
５ｒが遠心力によって拡開しようとしても、その両端面
６５ｋが主軸６２の段差６３ｓ，６４ｓによって半径方
向外側から押えられる。このため、前記回転子６５ｒの
遠心力破壊に対する耐久性が向上する。

【００３３】

【発明の効果】本発明によると、軸受けに支持される主
軸の端部の軸径が回転子の内径よりも大径であるため、
端部の内径が回転子の内径に等しい従来の主軸よりも剛
性を高くできる。この結果、高速回転時における主軸の
回転バランスが向上して、工作機械の加工精度が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る主軸装置の縦
断面図（Ａ図）と主軸の分解側面図（Ｂ図）である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る主軸の側面図
（Ａ図）と主軸の分解側面図（Ｂ図）である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る主軸の一部破
断側面図（Ａ図）と主軸の分解側面図（Ｂ図）、及び凹
部と凸部との形状を変た場合の主軸図面（Ｃ図）であ
る。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る主軸の側面図
（Ａ図）と主軸の分解側面図（Ｂ図）である。

【図５】本発明の第５の実施の形態に係る主軸の側面図
である。

【図６】本発明の第６の実施の形態に係る主軸の側面図
である。

【図７】従来の主軸装置の縦断面図（Ａ図）と、主軸の
分解側面図（Ｂ図）である。

【符号の説明】

１２ 主軸 １３ 前部主軸 １３ｋ 嵌合部 １３ｆ 前端部 １３ｄ 段差 １３ｂ 分割面 １４ 後部主軸 １４ｋ 嵌合部 １４ｂ 後端部 １４ｄ 段差 １４ｆ 分割面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸がモータの筒状の回転子と相対移動
   不能に嵌合しており、その回転子から前後に突出してい
   る主軸の両端部が軸受けを介してハウジングに支持され
   ている主軸装置において、 前記主軸は前記回転子との嵌合部において前後に分割さ
   れており、さらにその主軸の両端部の軸径が前記嵌合部
   の軸径よりも大径である主軸装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された主軸装置におい
   て、 前後の主軸と回転子とが相対移動不能に嵌合している状
   態で、両主軸の分割面が離れている主軸装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された主軸装置におい
   て、 前後の主軸の分割面により形成された隙間には冷却液が
   通される主軸装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載された主軸装置におい
   て、 前後の主軸の分割面は軸心に対して傾斜しており、前記
   主軸と回転子とが嵌合した状態で、それぞれの分割面が
   面接触する主軸装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載された主軸装置におい
   て、 一方の主軸の分割面に形成された凹部と他方の主軸の分
   割面に形成された凸部とが軸方向から嵌合することによ
   り、両主軸は同軸に保持される主軸装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載された主軸装置におい
   て、 回転子の前後の端面が、主軸の両端部と嵌合部との間に
   形成された段差によって半径方向外側から支持されてい
   る主軸装置。