JP2001096438A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具ホルダの外周部を清掃する際には、主軸
の周囲を汚し難くすることができるとともに、簡単な構
成で、クーラントがエア通路内に流入するのを防止する
ことができる主軸装置を提供する。 【解決手段】 主軸装置１１のクーラント通路１８は、
主軸１５の軸心に前後方向に摺動可能に配設されたドロ
ーイングバー１７内に穿設されている。一方、エア通路
４１は、主軸頭１２内から外側リング２１を経て内側リ
ング２２まで連通され、その先端を構成する複数のエア
噴出孔４４は、内側リング２２のテーパ孔２８に開口さ
れている。前記エア噴出孔４４は主軸１５の軸線方向の
前後２カ所に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マシニングセン
ター等の工作機械を構成する主軸装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の主軸装置としては、
特開平６−２５４７４０号公報に開示されているマシニ
ングセンター等における工具ホルダ嵌着部の清掃装置が
知られている。この清掃装置は、主軸の軸心部に配設さ
れたドローイングバーに、クーラントとエアを切り換え
て圧送するための段付き通孔が設けられている。そし
て、クランプ状態では工具ホルダにクーラントを供給す
ることができるとともに、アンクランプ状態ではテーパ
穴にエアを吐出させることができ、テーパ穴の工具ホル
ダとの嵌着面に漏出した水滴等をエアで吹き飛ばして清
掃し、交換する工具ホルダを正確に主軸に装着すること
ができるように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
清掃装置では、主軸内部のドローイングバーにおいて、
クーラント通路とエア通路とが共有されていたことか
ら、工具ホルダの密着部をエアによって清掃するときに
は、通路内に残存しているクーラントがミスト状態で噴
き出されるため、主軸の周囲をクーラントにより著しく
汚してしまうおそれがあった。

【０００４】また、この構成によれば、ドローイングバ
ーの後方側（基端側）のエア通路内にクーラントが逆流
して混入されるおそれもあった。このとき、混入したク
ーラントは、エア供給源としてのエアポンプ内及びフィ
ルター内に流入して、フィルターの目詰まりを起こすお
それがあるうえ、エアポンプの故障の原因となるおそれ
があった。また、この混入したクーラントによって、主
軸内構造に損傷を与えるおそれもあった。

【０００５】この発明は、上記のような従来技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、工具ホルダの外周部を清掃する際には、
主軸の周囲を汚し難くすることができるとともに、簡単
な構成で、クーラントがエア通路内に流入するのを防止
することができる主軸装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明の主軸装置は、主軸頭の内
部に支持された主軸の先端に、工具を装着するための工
具ホルダの後端部のテーパシャンクを挿入支持するよう
にしたテーパ孔を設けるとともに、主軸の軸心位置には
前記テーパシャンクを、前記主軸の軸心に沿って摺動自
在にしてクランプ状態及びアンクランプ状態を形成する
ためのドローイングバーを含む工具ホルダのクランプ機
構を設け、前記ドローイングバーには先端面に開口する
クーラント通路を設けるとともに、前記主軸頭に前記主
軸の外周部を通るエア通路を設け、そのエア通路のエア
噴出孔を前記テーパ孔と前記テーパシャンクのクランプ
状態を形成する密着部に開口したものである。

【０００７】請求項２に記載の発明の主軸装置は、請求
項１に記載の発明において、前記エア通路を前記主軸頭
の先端面に開口させ、主軸頭の先端部にエア通路を有す
るエア通路形成部材を設けるとともに、工具の装着状態
でエア通路形成部材を主軸の先端面に対して微少隙間で
対向させ、前記ドローイングバーによるアンクランプ動
作にともなうわずかな突出移動により主軸頭とエア通路
形成部材とのエア通路が接続されるものである。

【０００８】請求項３に記載の発明の主軸装置は、請求
項１又は請求項２に記載の発明において、前記エア噴出
孔を主軸の軸線方向の前記テーパ孔と前記テーパシャン
クのクランプ状態を形成する密着部における異なる複数
カ所に設けたものである。

【０００９】請求項４に記載の発明の主軸装置は、請求
項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前
記エア噴出孔を斜め前方に傾斜するように形成し、前記
テーパ孔の小径部から大径部へ向けてエアを噴出するよ
うに構成したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、この発明
の第１実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

【００１１】図１に示すように、主軸装置１１の主軸頭
１２は外筒１３及び内筒１４から構成され、その内筒１
４の内側には主軸１５が複数のベアリング１６を介して
回転可能に支持されている。主軸１５の軸心に沿って配
設されたドローイングバー１７は、主軸１５内を前後方
向に摺動可能に挿通されている。このドローイングバー
１７には、その軸心に沿って前後方向にクーラント通路
１８が穿設されているうえ、同バー１７は皿バネ１９に
よって後退方向に付勢されている。

【００１２】図１及び図３に示すように、主軸頭１２の
先端面には外側リング２１が固着され、主軸１５の先端
面には内側リング２２が固着されている。図１に示すよ
うに、内側リング２２内方において主軸１５の先端部に
はカラー２３が配設され、そのカラー２３先端部の対向
位置には、一対の保持孔２４が穿設されている。各保持
孔２４内にはボール２５が嵌入されている。

【００１３】前記ドローイングバー１７の先端部には、
前記カラー２３の保持孔２４と対応する位置に、一対の
第一凹部２６が半球状に窪んだ形状に穿設されるととも
に、各第一凹部２６の前方には第二凹部２７がテーパ状
に形成されている。図１及び図２に示すように、これら
第一凹部２６及び第二凹部２７は、前記一対のボール２
５と係合することができるようになっている。内側リン
グ２２の内周面は、先端側ほど拡がるテーパ形状に形成
されたテーパ孔２８となっている。

【００１４】図１に示すように、主軸１５の先端部には
工具３１を装着した工具ホルダ３２が嵌脱可能に装着さ
れる。この工具ホルダ３２の後端部にはテーパシャンク
３３が突出され、工具ホルダ３２の後部を主軸１５側へ
引込む又は押出すことによって、工具ホルダ３２をクラ
ンプ又はアンクランプさせることができるように構成さ
れている。このテーパシャンク３３の中央部には、前記
カラー２３の保持孔２４と対応する位置に一対の固定孔
３４が穿設され、前記一対のボール２５と係合すること
ができるようになっている。工具ホルダ３２から工具３
１の先端に至る工具３１の軸心にはクーラント通路１８
が穿設され、前記ドローイングバー１７に穿設されたク
ーラント通路１８と連通されている。

【００１５】図１及び図３に示すように、外筒１３の基
端側から内側リング２２のテーパ孔２８にかけて、図示
しないエアポンプに接続された複数のエア通路４１が穿
設されている。このエア通路４１は外筒１３に形成した
エア流路４２ａ、内筒１４に形成したエア流路４２ｂ、
外側リング２１に形成したエア流路４２ｃ、内側リング
２２に形成したエア流路４２ｄ及び４２ｅによって構成
され、ワークの加工を完了した後主軸１５がオリエンテ
ーションされたときに、エア流路４２ｃとエア流路４２
ｄとが対向配置されて連通するようになっている。

【００１６】エア流路４２ｅは内側リング２２内で等間
隔をおいて４カ所に配設され、それらはカラー２３と主
軸１５との間の環状溝４３を介して連通されている。こ
れらのエア流路４２ｅの先端はテーパ孔２８に開口され
た複数のエア噴出孔４４とからなっている。これらテー
パ孔２８に開口されたエア噴出孔４４は、テーパ孔２８
の１８０°の方向に対向して軸線方向の前後２カ所にそ
れぞれ設けられるとともに、斜め前方にエアが噴出され
るように傾斜して配設されている。

【００１７】上記第１実施形態の主軸装置１１の作用に
ついて以下に記載する。さて、図１に示されるように、
工具ホルダ３２が装着されたクランプ状態の主軸装置１
１において、工具ホルダ３２を交換する場合には、ま
ず、主軸１５がオリエンテーションされると、エア流路
４２ｃとエア流路４２ｄとが対向配置されて連通され
る。この状態で主軸装置１１各部の動作を制御する図示
しない制御装置の制御により、ドローイングバー１７を
皿バネ１９の付勢力に抗して前方に摺動させる。このと
き、ドローイングバー１７先端部の第二凹部２７に係合
されていた一対のボール２５は、いずれもカラー２３の
外周面よりも内方に移動されて第一凹部２６と係合さ
れ、図２に示されるようなアンクランプ状態になる。

【００１８】次に、図示しない工具交換装置の工具交換
アームにより工具ホルダ３２を主軸１５の先端部から引
き抜くことによって、工具ホルダ３２のテーパシャンク
３３がテーパ孔２８から離間され、テーパシャンク３３
の外周面によるエア噴出孔４４の閉塞状態が解除され
る。そして、図示しないエアポンプからエア通路４１へ
と供給されるエアが、図２に矢印で示されるようにエア
噴出孔４４から噴出され、工具ホルダ３２や内側リング
２２の周囲に付着した切削屑やクーラントをテーパ孔２
８内から強力に吹き飛ばし、交換される工具ホルダ３２
の装着に支障が起こらないようにすることができる。

【００１９】次に、図示しない工具交換アームにより交
換用の別の工具ホルダ３２のテーパシャンク３３をテー
パ孔２８内に挿入した後、皿バネ１９の付勢力を利用し
てドローイングバー１７を後方に摺動させる。このと
き、カラー２３先端部の両第一凹部２６と係合されてい
た一対のボール２５は、ドローイングバー１７の摺動に
伴って、第二凹部２７と係合されるとともに、テーパシ
ャンク３３の固定孔３４と係合されることによって、工
具ホルダ３２を主軸１５の先端部に抜け止め係止するこ
とができる。

【００２０】その結果、この主軸装置１１は図１に示さ
れるようなクランプ状態になる。このとき、エア噴出孔
４４は工具ホルダ３２のテーパシャンク３３とのクラン
プ状態を形成する密着部に当たり、エア噴出孔４４は完
全に閉塞される。そして、この交換された工具３１を装
着したクランプ状態の工具ホルダ３２を、主軸１５によ
って回転させてワークを加工する場合には、図示しない
制御装置により、図１に矢印で示されるように、ドロー
イングバー１７、工具ホルダ３２及び工具３１のクーラ
ント通路１８内に、クーラントを供給しながら主軸１５
を回転させる。一方、エア通路４１内に供給されている
エアは、全てのエア噴出孔４４がテーパシャンク３３の
外周面とのクランプ状態を形成する密着部によって閉塞
されていることから、エア通路４１内で密閉状態を保持
している。

【００２１】上記第１実施形態によって発揮される効果
について、以下に記載する。・ 第１実施形態の主軸装
置１１は、主軸１５の外部に配設された主軸頭１２にエ
ア通路４１が設けられ、主軸１５内に配設されたクーラ
ント通路１８とは全く干渉することがないように構成さ
れている。このため、簡単な構成で、クーラントがエア
通路４１内に流入するのを確実に防止することができ
る。さらに、クーラントがエア通路４１内を逆流してエ
アポンプ及びフィルター内に流入するおそれがないう
え、エアポンプの故障を防止することができるととも
に、混入したクーラントによって主軸１５内構造に損傷
を与えるのも効果的に防止することができる。加えて、
エア通路４１内にチェック弁やスプール弁等の特別な構
成を設ける必要がないことから、主軸装置１１の構成を
簡略化することができるとともに、その製造コストを大
幅に低減させることができる。

【００２２】また、この構成によれば、エア通路４１内
にクーラントが残存していないことから、工具ホルダ３
２の外周部を清掃する際には、エア噴出孔４４からエア
のみが噴出され、主軸１５の周囲に流入したクーラント
によって汚されるのを効果的に防止することができる。

【００２３】・ 主軸１５の軸線方向の前後２カ所にエ
ア噴出孔４４が設けられていることから、テーパ孔２８
内の清掃をより一層効果的に行うことができる。・ エ
ア噴出孔４４が斜め前方に傾斜するように形成されてい
ることから、テーパ孔２８の小径部（奥部）から大径部
（前部）へ向けてエアを噴出することができる。従っ
て、エア噴出孔４４がテーパ孔２８に対して斜め前方を
向いているため、アンクランプ時にはテーパシャンク３
３との隙間へエアが一層効果的に噴き出され、テーパ孔
２８の清掃をさらに効果的に行うことができる。 （第２実施形態）次に、この発明の第２実施形態を図面
に基づいて説明する。なお、この第２実施形態では上記
第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

【００２４】図４に実線で示すように、第２実施形態の
工具ホルダ３２のアンクランプ状態の主軸装置１１にお
いて、外側リング２１の先端面一側部には、内部にエア
流路４２が穿設されたエア通路形成部材４５が固着され
ている。このエア流路４２には図示しないエアポンプに
接続されたエア配管４６が接続されている。エア通路形
成部材４５の後端面にはエア流路４２の一端が開口さ
れ、内側リング２２の先端面一側部に開口されたエア流
路４２と連通されるようになっている。

【００２５】内側リング２２内に配設されたエア流路４
２は、上記第１実施形態と同様に配設され、それらの先
端はテーパ孔２８に開口された複数のエア噴出孔４４と
なっている。図５に強調して示すように、クランプ状態
の主軸装置１１におけるエア通路形成部材４５の後端面
は、内側リング２２の先端面に対して微小な隙間を有す
るように配置される。

【００２６】上記第２実施形態の主軸装置１１の作用及
び効果について以下に記載する。さて、図５に示される
クランプ状態の主軸装置１１において、工具ホルダ３２
を交換するために、主軸１５をオリエンテーションさせ
ると、内側リング２２先端面のエア流路４２開口端と、
エア通路形成部材４５後端面のエア流路４２開口端とが
対向配置される。次に、ドローイングバー１７を前方に
摺動させることによって、第二凹部２７に係合されてい
たボール２５を第一凹部２６と係合させ、図４に示され
るようなアンクランプ状態にする。このとき、ドローイ
ングバー１７の前進につれて主軸１５及び内側リング２
２が僅かに前方に引き出され、前記内側リング２２とエ
ア通路形成部材４５のエア流路４２が密着して連通さ
れ、内側リング２２のエア流路４２内にエアが圧送され
る。

【００２７】続いて、工具ホルダ３２を主軸１５の先端
部から引き抜くことによって、工具ホルダ３２基端部の
テーパシャンク３３がテーパ孔２８から離間され、テー
パシャンク３３の外周面によるエア噴出孔４４の閉塞状
態が解除される。そして、エア通路４１内のエアが図４
に矢印で示されるようにエア噴出孔４４から噴出され
る。

【００２８】次に、交換用の別の工具ホルダ３２のテー
パシャンク３３をテーパ孔２８内に挿入し、ドローイン
グバー１７を後方に摺動させる。このとき、第一凹部２
６に係合されていたボール２５は、第二凹部２７及び固
定孔３４と係合されることによって、工具ホルダ３２を
主軸１５の先端部に抜け止め係止することができる。そ
の結果、この主軸装置１１は図５に示されるようなクラ
ンプ状態になる。このとき、エア通路形成部材４５と内
側リング２２との間に微小な隙間が形成され、クランプ
状態の主軸装置１１におけるエア通路４１は、その隙間
によって開放状態となり、図示しないエアポンプから継
続的に供給されるエアによってその隙間はエアカーテン
状態を形成することになり、内側リング２２は常に清掃
され続ける。

【００２９】従って、この第２実施形態の主軸装置１１
は、主軸頭１２の外側にエア配管４６が配設されるとと
もに、外側リング２１の一側部にエア通路形成部材４５
が設けられていることから、非常に簡単な構成で、クー
ラントがエア通路４１内に流入するのを防止することが
できる。

【００３０】また、この構成によれば、エア通路４１内
にクーラントが残存していないことから、工具ホルダ３
２の外周部を清掃する際には、エア噴出孔４４からエア
のみが噴出され、主軸１５の周囲がクーラントによって
汚されるのを効果的に防止することができる。

【００３１】加えて、クランプ状態の主軸装置１１にお
いて、エア通路形成部材４５の後端面と内側リング２２
の先端面との間に、微小な隙間が形成されるように構成
されていることから、簡単な構成で、エア通路４１を容
易に連通することができるとともに、エアカーテンを形
成することができる。

【００３２】なお、上記各実施形態は、次のように変更
して具体化することも可能である。 ・ 第１実施形態の主軸装置１１をオリエンテーション
をしない構成にするとともに、外側リング２１の内周面
及び内側リング２２の外周面の少なくとも一方に環状の
溝を穿設し、外側リング２１のエア流路４２ｃと内側リ
ング２２のエア流路４２ｄとの間を常時連通するように
構成すること。

【００３３】このように構成した場合、オリエンテーシ
ョンをしない構成の主軸装置１１において、回転後の主
軸１５と主軸頭１２の位置関係が変化しても、環状の溝
を介してエア通路４１を確実に連通することができる。

【００３４】・ 第２実施形態の主軸装置１１におい
て、図４に実線で示されるエア通路形成部材４５の対向
位置に、２点鎖線で示されるエア通路形成部材４５を設
けるとともに、そのエア通路形成部材４５に、同じく２
点鎖線で示されるエア配管４６を接続し、さらに内側リ
ング２２内にエア流路４２を設けて接続すること。

【００３５】・ 各実施形態の主軸装置１１において、
主軸１５の軸線方向の異なる３カ所、又は４カ所以上に
エア噴出孔４４を設けること。このように構成した場
合、エアの噴出によるテーパ孔２８内の清掃をより一層
効率的に行うことができる。

【００３６】・ 各実施形態の主軸装置１１において、
主軸１５の軸線方向の１カ所のみにエア噴出孔４４を設
けること。このように構成した場合、主軸装置１１の構
成を簡略化することができる。

【００３７】さらに、前記実施形態より把握できる技術
的思想について以下に記載する。 ・ 前記エア通路は主軸頭から主軸にかけて設けられ、
それらのエア通路が主軸頭及び主軸の少なくとも一方に
設けられた環状の溝を介して連結されている請求項１か
ら請求項３のいずれかに記載の主軸装置。

【００３８】このように構成した場合、オリエンテーシ
ョンをしない構成の主軸装置において、回転後の主軸と
主軸頭の位置関係が変化しても、環状の溝を介してエア
通路を連通することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、次のような効果を奏する。請求項１に記載の発明の
主軸装置によれば、工具ホルダの外周部を清掃する際に
は、主軸の周囲を汚し難くすることができるとともに、
簡単な構成で、クーラントがエア通路内に流入するのを
防止することができる。

【００４０】請求項２に記載の発明の主軸装置によれ
ば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、非常に簡単
な構成で、エア通路を形成することができる。請求項３
に記載の発明の主軸装置によれば、請求項１又は請求項
２に記載の発明の効果に加えて、テーパ孔の清掃をより
一層効果的に行うことができる。

【００４１】請求項４に記載の発明の主軸装置によれ
ば、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明の効
果に加えて、エア噴出孔がテーパ孔に対して斜め前方を
向いているため、アンクランプ時にはテーパシャンクと
の隙間へエアが一層効果的に噴き出され、清掃が効果的
に行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態のクランプ状態の主軸装置の一
部を示す側断面図。

【図２】 第１実施形態のアンクランプ状態の主軸装置
を示す側断面図。

【図３】 第１実施形態の主軸装置を示す正面図。

【図４】 第２実施形態のアンクランプ状態の主軸装置
の部分拡大断面図。

【図５】 第２実施形態のクランプ状態の主軸装置を示
す部分拡大断面図。

【符号の説明】

１１…主軸装置、１２…主軸頭、１５…主軸、１７…ド
ローイングバー、１８…クーラント通路、２８…テーパ
孔、３１…工具、３２…工具ホルダ、３３…テーパシャ
ンク、４１…エア通路、４４…エア噴出孔、４５…エア
通路形成部材。

フロントページの続き (72)発明者 高瀬 亮 富山県東砺波郡福野町100番地 株式会社 日平トヤマ富山工場内 Ｆターム(参考） 3C011 BB05 3C032 AA07 AA18 FF04 FF07 3C045 FD03 FD20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭の内部に支持された主軸の先端
   に、工具を装着するための工具ホルダの後端部のテーパ
   シャンクを挿入支持するようにしたテーパ孔を設けると
   ともに、主軸の軸心位置には前記テーパシャンクを、前
   記主軸の軸心に沿って摺動自在にしてクランプ状態及び
   アンクランプ状態を形成するためのドローイングバーを
   含む工具ホルダのクランプ機構を設け、前記ドローイン
   グバーには先端面に開口するクーラント通路を設けると
   ともに、前記主軸頭に前記主軸の外周部を通るエア通路
   を設け、そのエア通路のエア噴出孔を前記テーパ孔と前
   記テーパシャンクのクランプ状態を形成する密着部に開
   口した主軸装置。
2. 【請求項２】 前記エア通路を前記主軸頭の先端面に開
   口させ、主軸頭の先端部にエア通路を有するエア通路形
   成部材を設けるとともに、工具の装着状態でエア通路形
   成部材を主軸の先端面に対して微少隙間で対向させ、前
   記ドローイングバーによるアンクランプ動作にともなう
   わずかな突出移動により主軸頭とエア通路形成部材との
   エア通路が接続される請求項１に記載の主軸装置。
3. 【請求項３】 前記エア噴出孔を主軸の軸線方向の前記
   テーパ孔と前記テーパシャンクのクランプ状態を形成す
   る密着部における異なる複数カ所に設けた請求項１又は
   請求項２に記載の主軸装置。
4. 【請求項４】 前記エア噴出孔を斜め前方に傾斜するよ
   うに形成し、前記テーパ孔の小径部から大径部へ向けて
   エアを噴出するように構成した請求項１から請求項３の
   いずれかに記載の主軸装置。