JP2001138152A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 煩雑な作業を要することなく、主軸の深穴部
における軸部材或いはスリーブの同心精度を確保し、振
動の発生を効果的に防止することが可能な主軸装置を提
供すること。 【解決手段】 回転駆動される中空状の主軸と、主軸の
内周側に移動可能に内装され弾性部材により常時一方向
に付勢されていると共に弾性部材の付勢力に抗して他方
向に移動可能であり一方向又は他方向に移動することに
より主軸の先端側に設けられたコレットチャックの開閉
を行わせる押しスリーブと、主軸の後端側に設けられ押
しスリーブを他方向に移動させてコレットチャックを閉
成させる押しスリーブ駆動手段と、主軸に形成された少
なくとも３個以上の穴と、穴内に収容・配置され主軸の
外周側に配置された環状部材と押しスリーブに当接して
いて押しスリーブを主軸の軸心と同心に位置・保持する
転動体と、を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えば、自動旋盤
に組み込まれる主軸装置に係り、特に、煩雑な作業や複
雑な構成を要することなく、主軸の内周側に配置された
押しスリーブを主軸の深穴部にて主軸の軸心と同心に位
置・保持して、主軸の高速回転時における振動の発生を
防止することができるように工夫したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動旋盤の主軸台は、例えば、図５に示
すような構成になっている。まず、主軸台１があり、こ
の主軸台１は、図示しないサーボモータとボールネジ・
ボールナット機構によって、軸方向（Ｚ軸方向）に移動
可能に構成されている。この主軸台１には主軸３が軸受
５、７と軸受９、１１を介して回転可能に支持された状
態で搭載されている。上記主軸３の後端にはプーリ１３
が取り付けられており、このプーリ１３と図示しないス
ピンドルモータの回転軸に固着されたプーリとの間には
図示しないベルトが巻回されている。そして、スピンド
ルモータを回転させることにより、プーリ、ベルト、プ
ーリ１３を介して、主軸３を高速回転させるように構成
されている。

【０００３】上記主軸３の内周側には、チャックスリー
ブ１５と押しスリーブ１７が、主軸３の軸心方向に移動
可能に収容・配置されている。、上記押しスリーブ１７
の前端、すなわち、図５中左側端は、チャックスリーブ
１５のテーパ面１５ｂ対して、テーパ面１７ａを介して
当接しているので、主軸軸心に対して同心の状態で支持
されることになる。上記チャックスリーブ１５の内周側
には、棒材１９を把持するためのコレットチャック２１
が内装されている。このコレットチャック２１と上記チ
ャックスリーブ１５との間には、コイルスプリング２３
が張設されていて、コレットチャック２１は、このコイ
ルスプリング２３によって、図５中左方向に常時付勢さ
れた状態にある。又、上記コレットチャック２１とチャ
ックスリーブ１５の外周側にはキャップ２５が被冠され
ており、このキャップ２５と主軸３の外周側には固定部
材２７が取付・固定されている。

【０００４】上記コレットチャック２１の先端部は、例
えば、三割り状になっている。そして、押しスリーブ１
７とチャックスリーブ１５とが、図５中左側に移動する
ことにより、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ａと
コレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互作用に
よって、上記三割り状になっている部分が絞られ、それ
によって、棒材１９を把持するものである。逆に、押し
スリーブ１７とチャックスリーブ１５とが、コイルスプ
リング２３のスプリング力によって図５中右側に押し戻
されることにより、チャックスリーブ１５のテーパ面１
５ａとコレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互
作用が解除され、上記三割り状になっている部分が自身
のばね力によって拡開し、それによって、棒材１９の把
持が解除されることになる。

【０００５】上記主軸３の外周部であって図５中右側に
寄った位置には爪ホルダ２９が外装されていて、この爪
ホルダ２９には一対の爪３１、３３が、ピン３５、３７
を介して回動可能に取り付けられている。又、上記主軸
３の外周側であって、上記爪３１、３３の図５中左側に
はシフター３９が、主軸３の軸方向に移動可能に取り付
けられている。上記シフター３９は、図示しない油圧シ
リンダ機構によって、チャック開閉レバー４１を介し
て、主軸３の軸方向に移動されるように構成されてい
る。尚、上記爪ホルダ２９の図５中右側には調整ナット
４３が取り付けられている。

【０００６】上記構成において、コレットチャック２１
による棒材１９の把持・把持の解除は次のようにして行
われる。まず、棒材１９を把持していない状態におい
て、油圧シリンダー機構が駆動して、チャック開閉レバ
ー４１を介して、シフター３９を図５中右側に移動させ
る。このシフター３９の移動によって、シフター３９が
一対の爪３１、３３の間に入り込んでいき、それによっ
て、一対の爪３１、３３が拡開方向に回動する。この一
対の爪３１、３３の回動によって、押しスリーブ１７と
チャックスリーブ１５が図５中左方向に移動する。この
押しスリーブ１７とチャックスリーブ１５の図５中左側
への移動により、既に述べたように、チャックスリーブ
１５のテーパ面１５ａとコレットチャック２１のテーパ
面２１ａとの相互作用によって、上記三割り状になって
いる部分が絞られ、それによって、棒材１９を把持する
ものである。尚、図５はコレットチャック２１によって
棒材１９を把持している状態を示している。

【０００７】逆に、コレットチャック２１による棒材１
９の把持を解除する場合であるが、油圧シリンダー機構
が駆動して、チャック開閉レバー４１を介して、シフタ
ー３９を図５中左方向に移動させる。このシフター３９
の移動によって、シフター３９が一対の爪３１、３３の
間から抜けていき、それによって、コイルスプリング２
３の作用によって、チャックスリーブ１５と押しスリー
ブ１７が、図５中右方向に戻される。そして、既に説明
したように、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ａと
コレットチャック２１のテーパ面２１ａとの相互作用が
解除され、上記三割り状になっている部分が自身のばね
力によって拡開し、それによって、棒材１９の把持が解
除されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記構成をなす主軸装
置において、主軸３の前端部（図５中左側端部）の内径
は主軸軸心に対して高精度で同心加工されていて、チャ
ックスリーブ１５の外径を主軸軸心と同心に支持してい
る。これに対して、主軸３の深穴部の内径は主軸軸心に
対して高精度で同心加工できないため、主軸３の内径と
押しスリーブ１７の外径との間には、図６に示すよう
に、０．２〜０．３ｍｍ程度の隙間（Ｌ）が形成されて
いる。尚、図６は図５のＶＩ−ＶＩ断面図であり、隙間
（Ｌ）が形成されていることを示すために拡大して示し
た図である。

【０００９】そして、押しスリーブ１７の前端、すなわ
ち、図５中左側端は、チャックスリーブ１５のテーパ面
１５ｂ対して、テーパ面１７ａを介して当接しているの
で、主軸軸心に対して同心の状態で支持されることにな
るが、押しスリーブ１７の後端、すなわち、図５中右端
は、一対の爪３１、３３に対して平面で当接しており、
且つ、上記隙間（Ｌ）が形成されているために、主軸軸
心に対して同心の状態で支持されることは難しい状況に
なっている。そのため、主軸３が高速で回転すると、押
しスリーブ１７の主軸軸心からの偏りによりバランスが
崩れてしまって、振動が発生してしまうという問題があ
った。

【００１０】このような問題に対しては、例えば、実用
新案登録第２５５９８１４号公報に示されているような
構成が提案されている。その構成を図７に示す。図７は
マシニングセンタ等の工作機械における主軸ユニットの
構成を示す断面図である。まず、主軸ラム１０１があ
り、この主軸ラム１０１の内側には、主軸１０３が、軸
受１０５、１０７、１０９を介して、回転可能に収容・
配置されている。この主軸１０３はビルトインモータ１
１１によって高速回転されるように構成されている。

【００１１】このビルトインモータ１１１は、上記主軸
ラム１０１の内周側に取り付けられたステータ１１３
と、このステータ１１３の内周側において、上記主軸１
０３の外周側に取付・固定されたロータ１１５とから構
成されている。上記主軸１０３には中心穴が貫通して形
成されていて、この中心穴は先端部がテーパ穴１１７ａ
となっていて、このテーパ穴１１７ａに続いて小径穴１
１７ｂが形成されていて、さらに、大径穴１１７ｃが形
成されている。尚、上記中心穴において、両端に近い一
定範囲内については同心精度が確保されているが、中央
部、すなわち、小径部１１７ｂや大径部１１７ｃの深穴
部においては加工上の問題から同心精度を確保すること
は難しい構成になっている。

【００１２】上記主軸１０３のテーパ穴１１７ａには、
工具１１９が着脱可能に取り付けられており、この工具
１１９はプルスタッド１１９ａを備えている。又、主軸
１０３内には、工具引上棒１２１が移動可能に収容・配
置されている。この工具引上棒１２１は、上記プルスタ
ッド１１９ａを着脱可能に把持するコレット１２３を先
端に備えている。又、工具引上棒１２１は、基準用案内
ブッシュ１２５、１２７と振動防止用案内ブッシュ１２
９とによって支持されている。

【００１３】上記基準用案内ブッシュ１２５、１２７
は、中心穴の大径穴１１７ｃの端部に設けられているの
で、高い同心精度をもって取り付けられているが、振動
防止用案内ブッシュ１２９に関しては、大径穴１１７ｃ
の深い位置に取り付けられているので、その同心精度を
良好にすることは困難な構成になっている。

【００１４】そこで、上記振動防止用案内ブッシュ１２
９の外径を大径穴１１７ｃより小さく形成し、基準用案
内ブッシュ１２５、１２７及び振動防止用案内ブッシュ
１２９に隙間なく挿入可能な外径を有するとともに高い
同心精度をもって加工された芯出段取１３１を用意し
（図８に示す）、この芯出段取１３１を主軸１０３の後
端より挿入する。そして、振動防止用案内ブッシュ１２
９を同心に仮位置決めする。次に、振動防止用案内ブッ
シュ１２９の外周１２９ａと大径穴１１７ｃとの間の隙
間に接着剤１３３を充填する。充填した接着剤１３３が
固化したら、上記芯出段取１３１を抜き取る。これによ
って、振動防止用案内ブッシュ１２９の主軸１０３に対
する同心精度を確保するものである。

【００１５】しかしながら、このような構成では、ま
ず、振動防止用案内ブッシュ１２９を芯出し段取りする
煩雑な作業が必要となり、又、接着剤１３３が固化する
まで芯出段取１３１を抜き取ることができない等、必要
な同心精度を得るために長い作業時間を要してしまうと
いう問題があった。又、主軸１０３の中心穴に挿入され
る工具引上棒１２１が小径・長尺になった場合には、芯
出段取１３１も小径・長尺となってしまい、それ自身の
同心精度を得ることが難しくなってしまうという問題も
あった。

【００１６】又、これとは別に特許第２８８３３９９号
公報に示すようなものも提案されている。これも、上記
実用新案登録第２５５９８１４号公報に示されているよ
うなマシニングセンタ等の工作機械における主軸ユニッ
トに関するものである。そして、そこには、クランプロ
ッドと主軸との間に環状部材を配置し、該環状部材と主
軸との間に３個の鋼球を配置し、これら３個の鋼球の位
置を位置調整手段によって調整することにより環状部材
ひいてはクランプロッドを支持する構成が開示されてい
る。

【００１７】しかしながらそれに示されている構成も複
雑である。すなわち、環状部材を必要とすると共に、３
個の鋼球を支持してその位置を調整する位置調整手段を
鋼球毎に必要とするからであり、又、そのような位置調
整手段による位置の調整作業も繁雑であった。

【００１８】本発明はこのような点に基づいてなされた
ものでその目的とするところは、煩雑な作業を要するこ
となく、主軸に移動可能に内装された押しスリーブの同
心度を確保し、高速回転時における振動の発生を効果的
に防止することが可能な主軸装置を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべく
本願発明の請求項１による主軸装置は、回転駆動される
中空状の主軸と、上記主軸の内周側に移動可能に内装さ
れ弾性部材により常時一方向に付勢されていると共に上
記弾性部材の付勢力に抗して他方向に移動可能であり一
方向又は他方向に移動することにより上記主軸の先端側
に設けられたコレットチャックの開閉を行わせる押しス
リーブと、上記主軸の後端側に設けられ上記押しスリー
ブを他方向に移動させて上記コレットチャックを閉成さ
せる押しスリーブ駆動手段と、上記主軸に形成された少
なくとも３個以上の穴と、上記穴内に収容・配置され上
記主軸の外周側に配置された環状部材と上記押しスリー
ブに当接していて押しスリーブを主軸の軸心と同心に位
置・保持する転動体と、を具備したことを特徴とするも
のである。又、請求項２による主軸装置は、請求項１記
載の主軸装置において、上記押しスリーブ駆動手段は、
上記主軸の後端側に設けられ主軸の外周側に移動可能に
外装されたシフターを移動させることにより上記押しス
リーブを他方向に移動させて上記コレットチャックを閉
成させるものであり、上記シフターを上記環状部材とす
ることを特徴とするものである。又、請求項３による主
軸装置は、請求項１記載の主軸装置において、上記主軸
はステータ及びロータからなるビルトインモータの上記
ロータの内周側に配置され上記ビルトインモータにより
回転駆動されるものであり、上記ロータを上記環状部材
とすることを特徴とするものである。又、請求項４によ
る主軸装置は、請求項１〜請求項３の何れかに記載の主
軸装置において、上記転動体は球体であることを特徴と
するものである。又、請求項５による主軸装置は、請求
項１〜請求項３の何れかに記載の主軸装置において、上
記転動体は円筒体であることを特徴とするものである。

【００２０】すなわち、主軸に形成された少なくとも３
個の穴内に、主軸に外装された環状部材と押しスリーブ
とに当接する状態で収容・配置したものであり、それに
よって、押しスリーブを主軸の軸心と同心に位置・保持
しようとするものである。環状部材の例としては、押し
スリーブ駆動手段としてシフターを使用したものを採用
した場合にはそのシフターとすることが考えられ、又、
ビルトインモータにより主軸を駆動するものを使用した
場合には、そのビルトインモータのロータとすることが
考えられ、その他、別途、専用の環状部材を設けること
も考えられる。転動体としては、球体、円筒体等が考え
られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図３を参照して本
発明の第１の実施の形態を説明する。尚、従来と同一部
分には同一符号を付して示しその説明は省略する。すな
わち、本実施の形態の場合には、主軸３のシフター３９
の内周位置において、３箇所に穴５１を形成し、該穴５
１内に転動体としての鋼球５３を内装し、これら３個の
鋼球５３によって、主軸３の内周側に配置されている押
しスリーブ１７を主軸軸心に対して同心に位置・保持す
るようにしたものである。すなわち、主軸３の外周面及
びシフター３９の内周面は高い精度で加工されており、
よって、シフター３９の内周面を基準にして上記３個の
鋼球５３を介して押しスリーブ１７を支持すれば、押し
スリーブ１７を必然的に主軸軸心に対して同心に位置・
保持することができるものである。

【００２２】上記穴５１と鋼球５３の部分を拡大すると
図３に示すような構造になっている。すなわち、穴５１
に段付部５５が形成されていて、鋼球５３の押しスリー
ブ１７側への通り抜けが規制されている。

【００２３】以上の構成によると、押しスリーブ１７の
外周部を、穴５１内に内装されている３個の鋼球によっ
て主軸の軸心と同心に位置・保持することができるの
で、チャックスリーブ１５のテーパ面１５ｂと押しスリ
ーブ１７のテーパ面１７ａとによる支持構造とあいまっ
て、主軸３が高速回転した場合の振動の発生を効果的に
抑制することができる。又、この実施の形態の場合に
は、シフター３９をそのまま使用しているので、別途専
用の外装部材を設ける必要はなく、部品点数の増大や構
成の複雑化を防止することができる。

【００２４】次に、図４を参照して本発明の第２の実施
の形態を説明する。この第２の実施の形態は、本発明を
ビルトインモータタイプの主軸装置に適用した例を示す
ものである。尚、前記第１の実施の形態と同一部分には
同一符号を付して示しその説明は省略する。まず、ビル
トインモータ６１が内装されていて、このビルトインモ
ータ６１は、ステータ６３と、このステータ６３の内周
側に配置されたロータ６５とから構成されている。ロー
タ６５は主軸３に対して焼き嵌めにより一体に回転する
ように取り付けられている。

【００２５】上記ロータ６５の内径は主軸３の外周に焼
き嵌めされるために高精度で加工されている。そして、
このロータ６５と押しスリーブ１７の外径部との間に
は、前記第１の実施の形態の場合と同様に３個の鋼球５
３が配置されていて、これら３個の鋼球５３を介して、
ロータ６５の内周面により押しスリーブ１７の外周面を
支持して主軸の軸心に一致させるように構成されてい
る。因みに、この第２の実施の形態の場合には、前記第
１の実施の形態の場合と異なり、鋼球５３による支持位
置がコレットチャック２１側（図４中左側）に寄ってい
る。しかしながら、その支持位置は押しスリーブ１７の
全長の１／２を越えた位置であり（全長の１／２よりも
図４中右側）、よって、前記第１の実施の形態の場合と
略同様の効果を奏することができる。

【００２６】尚、本発明は前記第１及び第２の実施の形
態に限定されるものではない。まず、前記第１及び第２
の実施の形態では、転動体として鋼球を使用した例を挙
げて説明したが、円筒体であっても良い。又、前記第１
及び第２の実施の形態では、３個の鋼球を使用したが、
３個以上であっても良い。又、前記第１及び第２の実施
の形態の場合には、それぞれ既存の部品を環状部材とし
て使用した例を挙げて説明したが、専用の環状部材を設
けるようにしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による主軸装
置によると、主軸に形成された少なくとも３個の穴内に
転動体を主軸に外装された環状部材と押しスリーブとに
当接する状態で収容・配置し、その転動体を介して環状
部材により押しスリーブを主軸の軸心位置と同心に位置
・保持するようにしているので、従来のように、煩雑な
作業を要することなく、押しスリーブを主軸の軸心位置
に簡単に且つ確実に位置・保持することができる。又、
環状部材として、例えば、シフターやロータ等の既存の
部品を使用した場合には、転動体を支持するために特に
専用の支持部材を設けるわけではないので、構成が複雑
化するようなこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、自動旋
盤に組み込まれる主軸装置の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１の
ＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２の
ＩＩＩ部を拡大して示す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す図で、自動旋
盤に組み込まれるビルトインモータタイプの主軸装置の
構成を示す断面図である。

【図５】従来例を示す図で、自動旋盤に組み込まれる主
軸装置の構成を示す断面図である。

【図６】従来例を示す図で、図５のＶＩ−ＶＩ断面図で
ある。

【図７】従来例を示す図で、工作機械の組み込まれる主
軸装置の構成を示す断面図である。

【図８】従来例を示す図で、工作機械の組み込まれる主
軸装置における振動防止用案内ブッシュの同心精度を得
るための構成を示す断面図である。

【符号の説明】

３ 主軸 １７ 押しスリーブ ３９ シフター ５１ 穴 ５３ 鋼球（転動体） ６１ ビルトインモータ ６３ ステータ ６５ ロータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動される中空状の主軸と、 上記主軸の内周側に移動可能に内装され弾性部材により
   常時一方向に付勢されていると共に上記弾性部材の付勢
   力に抗して他方向に移動可能であり一方向又は他方向に
   移動することにより上記主軸の先端側に設けられたコレ
   ットチャックの開閉を行わせる押しスリーブと、 上記主軸の後端側に設けられ上記押しスリーブを他方向
   に移動させて上記コレットチャックを閉成させる押しス
   リーブ駆動手段と、 上記主軸に形成された少なくとも３個以上の穴と、 上記穴内に収容・配置され上記主軸の外周側に配置され
   た環状部材と上記押しスリーブに当接していて押しスリ
   ーブを主軸の軸心と同心に位置・保持する転動体と、 を具備したことを特徴とする主軸装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の主軸装置において、 上記押しスリーブ駆動手段は、上記主軸の後端側に設け
   られ主軸の外周側に移動可能に外装されたシフターを移
   動させることにより上記押しスリーブを他方向に移動さ
   せて上記コレットチャックを閉成させるものであり、 上記シフターを上記環状部材とすることを特徴とする主
   軸装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の主軸装置において、 上記主軸はステータ及びロータからなるビルトインモー
   タの上記ロータの内周側に配置され上記ビルトインモー
   タにより回転駆動されるものであり、 上記ロータを上記環状部材とすることを特徴とする主軸
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３の何れかに記載の主
   軸装置において、 上記転動体は球体であることを特徴とする主軸装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項３の何れかに記載の主
   軸装置において、 上記転動体は円筒体であることを特徴とする主軸装置。