JP2000158285A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単でコストが安く、かつ加工箇所に
安定的にミストを供給する。 【解決手段】 プッシュロッド６と工具ホルダ１４の円
筒部１４ｂとの間のミスト通路内に 、外周に主軸スピ
ンドル２の回転方向と同一方向のねじ部１６が形成さ
れ、下流側開口部１ ７ｂが上流側開口部１７ａよりも
縮径した内孔１７を有するノズル１５を設け、プッシュ
ロ ッド６のミスト通路６ａ内で遠心分離したミスト
を、ノズル１５と工具ホルダ１４の円筒部 １４ｂとの
間の空間２０において再びミスト化するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に形成された
通路を経てミストなどの切削剤を加工箇所に供給するよ
うにした工作機械の主軸装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年工作機械の加工において、環境への
影響やコストなどを考慮して、微量の切削油とエアを混
合してミスト状にしたものを主軸内部の通路を経て加工
箇所に供給してワークの加工をすることが行われてい
る。この種の主軸装置として、例えば特開平９−６６４
３７号に開示されているものがある。このものは、主軸
外部からエアと切削油を別々の通路で供給し、主軸また
は工具ホルダ内に設けたミスト発生装置によりエアと切
削油を混合してミスト化し、工具先端より加工箇所に供
給するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平９−６６４３７
号に開示されているものは、エアと切削油を別々の通路
で主軸内に供給し、主軸内部で混合してミスト化するよ
うにしており、このような構成とすることでミストが主
軸内部を通過する軸線方向での距離が短くなるので、主
軸内部の通路を流通するミストには主軸回転の遠心力に
よる遠心分離が発生し難く、主軸を高速回転させても加
工箇所に安定的にミストを供給できるという利点があ
る。

【０００４】しかし、エア用通路と切削油用通路の２つ
の通路及び、別々に供給されたエアと切削油を混合する
ためのミスト発生装置をスペースの限られた主軸内部に
設ける必要があるので、主軸内部の構造が複雑になり、
コストが高くなってしまうという問題があった。本願発
明は、構造が簡単でコストが安く、かつ主軸を高速回転
させても加工箇所に安定的にミストを供給できる主軸装
置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、請求項１の発明において
は、主軸外部においてエアと切削油を混合して発生させ
たミストを前記主軸と工具ホルダ及び工具内部に形成し
たミスト通路を経て加工箇所に供給する主軸装置におい
て、前記工具ホルダの手前の前記ミスト通路内に、前記
ミストの流通方向において下流側開口部が上流側開口部
よりも縮径した内孔及び、この内孔の半径方向外方に形
成された外孔を有するノズルを設けたことを特徴とする
ものである。

【０００６】請求項２の発明においては、請求項１に記
載の主軸装置において、前記ノズルの外周または前記ノ
ズルが設けられる位置の前記ミスト通路内周のいずれか
に前記主軸の回転方向と同一方向のねじ部を形成したこ
とを特徴とするものである。また、請求項３の発明にお
いては、請求項１または請求項２に記載の主軸装置にお
いて、前記ノズルよりも下流位置の前記ミスト通路内
に、前記ノズル内孔の下流側開口部よりも大径の上流側
開口部を有するノズルを設けたことを特徴とするもので
ある。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明の第１の実施の形態を
図１及び図２に基づいて説明する。主軸装置１は、主軸
スピンドル２が、軸受ハウジング４に保持される軸受３
及び主軸後部の図略の軸受により回転可能に支持されて
おり、軸受３の後方で主軸スピンドル２の外周に嵌着さ
れたビルトインモータ５により軸線回りに回転駆動され
るようになっている。

【０００８】主軸スピンドル２の内部には、クランプユ
ニット１０が設けられており、このクランプユニット１
０は主に、円筒形状のクランプ筒１１及び円周方向で複
数に分割されている独立したクランプ片１２から構成さ
れている。また、主軸スピンドル２の内部には、軸芯に
ミスト通路６ａが形成されたプッシュロッド６が挿入さ
れており、主軸装置１の外部に設置されているミスト発
生装置８から供給されるミストを主軸スピンドル２の後
部から前部に向かって流通させるようになっている。プ
ッシュロッド６は、先端に形成されたねじ部により前記
クランプユニット１０のクランプ筒１１の内周に螺着さ
れ、クランプ筒１１と一体的になっている。

【０００９】また、クランプ筒１１の内部でプッシュロ
ッド６の前方には、ロックナット１３がプッシュロッド
６の先端面と当接状態で螺着されており、主軸スピンド
ル２の回転時にプッシュロッド６とクランプ筒１１の結
合が解けないように緩み止めの役割をなしている。そし
て、このロックナット１３の内部には、外周に主軸スピ
ンドル２の回転方向と同一方向のねじ部１６（外孔）が
形成されたノズル１５が嵌着されている。このノズル１
５のねじ部１６の巻き方向は、主軸スピンドル２の回転
方向が主軸装置１の正面（図１、図２の左方向）からみ
て時計回り（右回り）の場合、ノズル１５を正面からみ
て右ねじ（右回りにねじ溝を辿ると前進する）が形成さ
れている。主軸スピンドル２の回転方向が反時計まわり
（左回り）の場合は、ノズル１５のねじ部１６の巻き方
向も左回りとなる。このねじ部１６は１条ねじに限ら
ず、２条ねじ、３条ねじなどの多条ねじでもよい。

【００１０】ノズル１５の内部には、ミストの流通方向
（図１、図２において右から左）において上流側から下
流側にかけて徐々に縮径している内孔１７が形成されて
いる。なお、前記プッシュロッド６のミスト通路６ａは
プッシュロッド６の先端部においてノズル１５のねじ部
１６の外径と略同等径まで拡径してその端面に開口し、
ノズル１５の内孔１７の上流側開口部１７ａと対向して
いる。

【００１１】主軸スピンドル２先端に形成されているテ
ーパ穴２ａには、先端に工具Ｔが装着される工具ホルダ
１４のテーパ部１４ａが挿入され、この工具ホルダ１４
の中央に形成されている円筒部１４ｂはクランプ筒１１
の内孔に挿入されている。工具ホルダ１４には、ミスト
通路６ａと略同等径のミスト通路１４ｃが形成され、こ
のミスト通路１４ｃの上流端には、前記内孔１７の下流
側開口部１７ｂよりも大径の開口部１９ａを有し、上流
側から下流側にかけて徐々に拡径している内孔１９が形
成されたノズル１８が嵌着されている。

【００１２】主軸装置１の後部に設けられる皿ばね７に
より、プッシュロッド６及びこれと一体のクランプ筒１
１を主軸スピンドル２の軸線後方（図１、図２の右方
向）に移動させてクランプ片１２を半径方向外方に拡径
させ、テーパ部１４ａをテーパ穴２ａに押圧させること
で、工具ホルダ１４を主軸スピンドル２にクランプする
ようになっている。

【００１３】次に、上記構成の第１の実施の形態の作用
について説明する。先端に工具Ｔを装着した工具ホルダ
１４を、皿ばね７とプッシュロッド６により主軸スピン
ドル２の先端にクランプし、ビルトインモータ５により
主軸スピンドル２を回転駆動した状態において、主軸装
置１の外部に設置されているミスト発生装置８により発
生させたミストを主軸スピンドル２の後部からミスト通
路６ａに供給する。

【００１４】ミスト通路６ａに供給されたミストは、こ
のミスト通路６ａ内を主軸スピンドル２の後部から前部
へ流通するが、ミスト通路６ａ内を流通するミストには
主軸スピンドル２の回転による遠心力が作用する。これ
により、ミスト通路６ａに供給されたミストは、主軸ス
ピンドル２の後部においてはミスト通路６ａ内のどの位
置でもエアと切削油がほぼ均一に分布した状態である
が、主軸スピンドル２の前部に流れるに従い遠心力の影
響により、エアに比べ比重の大きい切削油の粒子は半径
方向外方に偏り、比重の小さいエアは半径方向内方に偏
る遠心分離を起こす。よって、ミスト通路６ａ内のミス
トは、プッシュロッド６の先端付近では半径方向内方と
外方とで濃度が異なる状態になっている。

【００１５】ミストはこの状態でプッシュロッド６の先
端まで達し、半径方向外方に偏った切削油は拡径された
ミスト通路６ａに沿って流通し、ノズル１５のねじ部１
６に至る。ノズル１５のねじ部１６は主軸スピンドル２
の回転方向と同一方向の巻き方向になっているので、ね
じ部１６のねじ溝１６ａに流入した切削油は主軸スピン
ドル２の回転による空気の流れにより、ねじ溝１６ａ内
を上流側から下流側（図１、図２の右から左）へ流通さ
れ、ノズル１５と工具ホルダ１４の円筒部１４ｂとの間
の空間２０に流入する。

【００１６】一方、半径方向内方に偏ったエアはプッシ
ュロッド６の先端からノズル１５の内孔１７に流入し、
下流側開口部１７ｂから前記空間２０に流入する。そし
て、空間２０に流入したエアは空間２０を通過して開口
部１９ａからノズル１８の内孔１９を通過してミスト通
路１４ｃに流入するので、空間２０では半径方向内方が
半径方向外方に比べエアの流れが著しく速くなり、圧力
が低い状態になる。

【００１７】よって、ミスト通路６ａ内で遠心分離しノ
ズル１５のねじ溝１６ａを流通され空間２０に流入した
切削油は、ノズル１５の内孔１７を流通することで増速
されてノズル１８に流入するエアの流れにより内方に吸
引され、このエアと合流して混合されて再び均一にミス
ト化される。そして、空間２０でミスト化されたミスト
は、開口部１９ａから工具ホルダ１４に形成されたミス
ト通路１４ｃに流入し、工具ホルダ１４の先端に装着さ
れる工具Ｔに形成されるミスト通路を流通して加工箇所
に供給される。このとき、空間２０から工具Ｔの先端の
加工箇所までの距離が短いので、空間２０でミスト化さ
れミスト通路１４ｃを流通するミストは遠心分離を起こ
し難く、安定的に加工箇所に供給される。

【００１８】なお、上記第１の実施の形態では、外周に
ねじ部１６を形成したノズル１５をロックナット１３の
内部に嵌着するようにしたが、ノズル１５の外周は平坦
にしてロックナット１３の内周にねじ部１６を形成する
ようにしてもよい。また、このねじ部１６が形成されて
いることにより、ねじ溝１６ａ内の切削油をより効率的
に下流側へ流通させることができるが、このねじ部１６
は必ずしも設ける必要はなく、単なる孔を形成するだけ
でもよい。また、ノズル１８でミスト通路１４ｃを絞る
ことでノズル１５により増速され空間２０からミスト通
路１４ｃに流入するエアの流速を落とさないようにして
いるが、このノズル１８は必ずしも設ける必要はない。

【００１９】次に、本発明における第２の実施の形態を
図３乃至図５に基づいて説明する。第２の実施の形態
は、第１の実施の形態とはクランプ機構の違いからその
軸芯に所望の直径のミスト通路が形成できず、軸芯の周
囲に２つのミスト通路が形成されているクランプ機構を
採用した主軸装置に本発明を適用したものである。第１
の実施の形態と第２の実施の形態は工具ホルダ及びクラ
ンプユニットの構成が異なるが、その他は基本的に同様
な構成である。

【００２０】主軸装置３１は図３、図４に示すように、
主軸スピンドル３２が、軸受ハウジング３４に保持され
る軸受３３及び主軸後部の図略の軸受により回転可能に
支持されており、軸受３３の後方で主軸スピンドル３２
の外周に嵌着されたビルトインモータ３５により軸線回
りに回転駆動されるようになっている。主軸スピンドル
３２の内部には、クランプユニット４０が設けられてお
り、このクランプユニット４０は主に、内筒４１及び外
筒４２から構成されている。外筒４２は内筒４１の外方
位置でフロントキャップ５０に取付けられており、クラ
ンプ用ボール４４を半径向にのみ移動可能に保持してい
る。

【００２１】内筒４１は、外筒４２の内孔に挿入され軸
方向において外筒４２と相対移動可能になっている。内
筒４１は、主軸スピンドル３２の後方から前方に向かっ
て（図３、図４の右から左）順に、大径孔４１ａ、小径
孔４１ｂ、２つのミスト通路４９が形成されている。２
つのミスト通路４９が形成される先端部には、図３及び
図４の断面とは９０°位相の異なる位置に、図３及び図
４において２点鎖線で示すように、クランプ用ボール４
４が係合する凹部４３が形成されている。

【００２２】また、主軸スピンドル３２の内部には、軸
芯にミスト通路３６ａが形成されたプッシュロッド３６
が挿入されており、主軸装置３１の外部に設置されてい
るミスト発生装置３８から供給されるミストを主軸スピ
ンドル３２の後部から前部に向かって流通させようにな
っている。プッシュロッド３６は、先端に形成されたね
じ部により前記クランプユニット４０の内筒４１の内周
に螺着され、内筒４１と一体的になっている。

【００２３】内筒４１の小径孔４１ｂの内部には、外周
に主軸スピンドル３２の回転方向と同一方向のねじ部４
６（外孔）が形成されたノズル４５が嵌着されている。
このねじ部４６の巻き方向は、前述の第１の実施形態と
同様である。ノズル４５の内部には、ミストの流通方向
において上流側から下流側（図３、図４において右から
左）にかけて徐々に縮径している内孔４７が形成されて
おり、この内孔４７は下流側において２つに分岐してノ
ズル４５の端面に開口部４７ｂとして開口している。こ
の開口部４７ｂは、これよりも大径の前記２つのミスト
通路４９と円周方向で同じ位相に開口しており、ミスト
通路４９の上流側開口部４９ａに臨んでいる。開口部４
７ｂ及び開口部４９ａの間にはフィルタ４８が設けられ
ており、このフィルタ４８はフィルタ部分の一部拡大正
面図（図３、図４の左からみた図）である図５に示すよ
うに、各メッシュの大きさが開口部４７ｂよりも小さく
なっている。

【００２４】なお、前記プッシュロッド３６のミスト通
路３６ａはプッシュロッド３６の先端部においてノズル
４５のねじ部４６の外径と略同等径まで拡径してその端
面に開口し、ノズル４５の内孔４７の上流側開口部４７
ａと対向している。フロントキャップ５０先端に形成さ
れているテーパ穴５０ａと外筒４２の外周面の間には、
先端に工具Ｔが装着される工具ホルダ５１のテーパ部５
１ａが挿入されている。工具ホルダ５１には、外筒４２
の先端部に形成された２つのミスト通路４９と対向する
ようにミスト通路５１ｂが形成されている。

【００２５】主軸装置３１の後部に設けられる皿ばね３
７によりプッシュロッド３６及びこれと一体の内筒４１
を主軸スピンドル３２の軸線後方（図３、図４の右方
向）に移動させてクランプ用ボール４４を半径方向外方
に移動させてテーパ部５１ａのクランプ孔に挿入するこ
とで、工具ホルダ５１を主軸スピンドル３２にクランプ
するようになっている。

【００２６】次に、上記構成の第２の実施の形態の作用
について説明する。先端に工具Ｔを装着した工具ホルダ
５１を、皿ばね３７とプッシュロッド３６により主軸ス
ピンドル３２の先端にクランプし、ビルトインモータ３
５により主軸スピンドル３２を回転駆動した状態におい
て、主軸装置３１の外部に設置されているミスト発生装
置３８により発生させたミストを主軸スピンドル３２の
後部からミスト通路３６ａに供給する。

【００２７】ミスト通路３６ａに供給されたミストは、
第１の実施形態と同様に、主軸スピンドル３２の前部に
流れるに従い遠心力の影響により、エアに比べて比重の
大きい切削油の粒子は半径方向外方に遠心分離を起こ
す。ミストはこの状態でプッシュロッド３６の先端まで
達し、半径方向外方に偏った切削油は拡径されたミスト
通路３６ａに沿って流通し、ノズル４５のねじ部４６に
至る。ノズル４５のねじ部４６は主軸スピンドル３２の
回転方向と同一方向の巻き方向になっているので、ねじ
部４６のねじ溝４６ａに流入した切削油は主軸スピンド
ル３２の回転による空気の流れにより、ねじ溝４６ａ内
を上流側から下流側（図３、図４の右から左）へ流通さ
れ、ノズル４５とその下流のミスト通路４９との間の空
間５２に流入する。

【００２８】一方、半径方向内方に偏ったエアはプッシ
ュロッド３６の先端からノズル４５の内孔４７に流入し
て先端で２つに分岐し、下流側開口部４７ｂから前記空
間５２に流入する。よって、ミスト通路３６ａ内で遠心
分離しノズル４５のねじ溝４６ａを流通され空間５２に
流入した切削油は、この空間５２内でノズル４５の内孔
４７を流通して開口部４７ｂから流出したエアと合流し
て混合されて再びミスト化される。そして、空間５２で
ミスト化されたミストは、フィルタ４８のメッシュによ
り微粒子化され、開口部４９ａからミスト通路４９のに
流入して下流側の開口部４９ｂから流出する。開口部４
９ｂから流出したミストは、ミスト通路４９と対向して
形成されている工具ホルダ５１のミスト通路５１ｂに流
入し、工具ホルダ５１の先端に装着される工具Ｔに形成
されるミスト通路を流通して加工箇所に供給される。こ
のとき、空間５２から工具Ｔの先端の加工箇所までの距
離が短いので、空間５２でミスト化されミスト通路４
９，５１ｂを流通するミストは遠心分離を起こし難く、
安定的に加工箇所に供給される。

【００２９】また、フィルタ４８によりミストが微粒子
化されるので、遠心力の影響を受け難くなり、より安定
的にミストを供給することができる。なお、上記第２の
実施の形態では、外周にねじ部４６を形成したノズル４
５を内筒４１の小径孔４１ｂに嵌着するようにしたが、
ノズル４５の外周は平坦にして小径孔４１ｂの内周にね
じ部４６を形成するようにしてもよい。また、このねじ
部４６が形成されていることにより、ねじ溝４６ａ内の
切削油をより効率的に下流側へ流通させることができる
が、このねじ部４６は必ずしも設ける必要はなく、単な
る孔を形成するだけでもよい。

【００３０】また、ノズル４５とミスト通路４９の間に
フィルタ４８を設けるようにしたが、このフィルタ４８
必ずしも必要ではなく、設けなくてもよい。

【００３１】

【発明の効果】上述したように請求項１の発明によれ
ば、主軸外部から供給され主軸先端に至るまでの間に遠
心分離したミストを、加工箇所に近い工具ホルダの手前
で再び均一にミスト化させることができ、簡単でコスト
が安い構成により加工箇所に安定的にミストを供給する
ことができる。

【００３２】また、請求項２の発明によれば、遠心分離
してミスト通路の外方に偏った切削油を効率的に下流側
へ流通させることができ、工具ホルダの手前で安定的に
再ミスト化することができる。また、請求項３の発明に
よれば、遠心分離してミスト通路の内方に偏ったエアの
流速を減速させないようにすることができ、工具ホルダ
の手前で確実に再ミスト化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における主軸装置の
断面図である。

【図２】図１の一部拡大図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態における主軸装置の
一部断面図である。

【図４】図３の一部拡大図である。

【図５】フィルタ部分の一部拡大正面図である。

【符号の説明】

１，３１ 主軸装置 ２，３２ 主軸スピンドル ６，３６ プッシュロッド ６ａ，３６ａ ミスト通路 ８，３８ ミスト発生装置 １０，４０ クランプユニット １３ ロックナット １４，５１ 工具ホルダ １４ｃ，５１ｂ ミスト通路 １５，４５ ノズル １６，４６ ねじ部 １６ａ，４６ａ ねじ溝 １７，４７ 内孔 １７ａ，４７ａ 上流側開口部 １７ｂ，４７ｂ 下流側開口部 ２０，５２ 空間 ４９ ミスト通路 ４９ａ 上流側開口部 ５１ｂ ミスト通路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸外部においてエアと切削油を混合し
   て発生させたミストを前記主軸と工具ホルダ及び工具内
   部に形成したミスト通路を経て加工箇所に供給する主軸
   装置において、前記工具ホルダの手前の前記ミスト通路
   内に、前記ミストの流通方向において下流側開口部が上
   流側開口部よりも縮径した内孔及び、この内孔の半径方
   向外方に形成された外孔を有するノズルを設けたことを
   特徴とする主軸装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の主軸装置において、前
   記ノズルの外周または前記ノズルが設けられる位置の前
   記ミスト通路内周のいずれかに前記主軸の回転方向と同
   一方向のねじ部を形成したことを特徴とする主軸装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の主軸装
   置において、前記ノズルよりも下流位置の前記ミスト通
   路内に、前記ノズル内孔の下流側開口部よりも大径の上
   流側開口部を有するノズルを設けたことを特徴とする主
   軸装置。