JP2001150295A - 工作機械用主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速回転する主軸３の先端部に取り付ける工
具１２の先端辺近傍までオイルミストを届くようにす
る。 【解決手段】 先端部にチャック機構１０により、工具
１２が取付けられた工具ホルダ１３が装着され、回転駆
動されるように設けられた主軸３に、その軸心を貫通し
てチャック機構１０にまで連通する挿通孔を穿設し、こ
の挿通孔にドローバー９を挿通し、ドローバー９の先端
部をチャック機構１０に臨ませ、非回転の供給パイプ２
０をドローバー９の内径の軸線に沿って基端から先端部
まで延びるように設け、供給パイプ２０の外周先端部と
ドローバー９の内径との間に軸受２２を配置する。主軸
３の基端の外側から供給されるオイルミストを、供給パ
イプ２０からチャック機構１０内の流通路を介して工具
１２の先端部近傍の吐出孔１５まで供給するように構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、先端に工具が装着
された主軸を回転駆動し、この回転する工具によりワー
クを加工する工作機械用主軸装置に係り、より詳しく
は、工具の先端からオイルミストを噴出させて、加工時
の潤滑、切削屑の除去及び工具等の冷却を効率よく実行
できる構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の工作機械用主軸装置１０
０として、図６に示すように、中空円筒状のハウジング
１０１内に主軸１０２とそれを回転駆動させる駆動モー
タ１０３とが内蔵されたビルトインタイプとして構成さ
れ、ハウジング１０１の基部はエンドフィッティング１
０４にボルトにて固定されている。前記主軸１０２の先
端部及び中間部はベアリング１０５、１０６にて回転自
在に支持されている。主軸１０２の内径には周知の構造
のドローバー１０７が軸線方向に進退動可能に配置され
ており、ドローバー１０７の先端側は、主軸１０２の先
端のテーパ孔に嵌まる工具シャンク１２０の基端に取付
けられたプルスタッド１２１に対して着脱可能に嵌ま
り、ドローバー１０７の引き込みにより周知の構成のク
ランプ手段にて脱落不能に連結されている。

【０００３】前記ドローバー１０７の内径（中心部）に
は基端から先端まで軸線に沿って貫通する流通路１０８
が穿設されている。ドローバー１０７の基端は主軸１０
２の後端側に配置された回転継手１０９を介して前記エ
ンドフィッティング１０４のミスト供給部１１０に連通
されている。ミスト供給部１１０から供給されたミスト
は、前記回転継手１０９内の流通路１１１、前記ドロー
バー１０７内の流通路１０８、接続ピン１１７内の流通
路１１８、プルスタッド１２１及び工具シャンク１２０
内の流通路１１２、１１３を経由して、工具シャンク１
２０の先端に取り付けられた工具１１４の通路１１５を
経て、当該工具１１４の先端である切削加工用刃部近傍
の吐出孔１１６より外部に吐出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オイル
ミストは、高圧空気に微小量の切削油を混入して霧状の
ものであるため、前記先行技術のように主軸１０２と一
体的に回転するドローバー１０７内の流通路１０８を介
して工具１１４の先端側にオイルミストを供給する場合
に問題があった。即ち、主軸１０２が比較的高速回転す
ると、たとえその回転中心軸に近い前記流通路１０８内
であっても、回転する流通路１０８を通過中にオイルミ
ストに作用する遠心力の影響を受ける距離が長くなり、
比重の大きい切削油のミスト状の粒子は空気と分離さ
れ、切削油がその流通路１０８の円周壁面に付着してし
まい、ドローバー１０７の先端側に到達する切削油のミ
スト量が激減する。したがって、工具１１４からワーク
に対して実際に放出されるオイルミスト中の切削油含有
量は所期の値より著しく低下し、切削加工時における潤
滑作用を充分に達成することができなくなるという問題
があった。

【０００５】本発明は、前記従来の問題点を解決すべく
なされたものであって、第１の目的は、高圧空気に切削
油をミスト状に混入させたオイルミスト（流体）を、長
い主軸の軸線に沿って工具先端から外部に放出するに際
して、主軸が高速回転しても、切削油含有量を低下させ
ないようにした工作機械用主軸装置を提供することであ
る。第２の目的は、主軸の回転数に制限を設けることな
く、オイルミストを主軸の内部から工具を介してワーク
に供給でき、且つオイルミストが主軸外部に漏れ出すこ
とが少ないようにした工作機械用主軸装置を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明の工作機械用主軸装置は、先
端部に工具把持機構により工具が装着され、回転駆動さ
れるように設けられた主軸に、その軸心を貫通して前記
工具把持機構にまで連通する挿通孔を穿設し、前記挿通
孔にドローバーを挿通し、該ドローバーの先端部を前記
工具把持機構に臨ませ、非回転の流通管を前記ドローバ
ーの軸線に沿って基端から先端部まで延びるように設
け、前記主軸の基端の外側から供給されるオイルミスト
を、前記流通管から前記工具把持機構内の流通路を介し
て工具まで供給するように構成したものである。

【０００７】そして、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の工作機械用主軸装置において、前記ドローバ
ーと流通管との間には、当該流通管の先端部を支承する
ための軸受を備えたものである。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の工作機械用主軸装置において、
前記流通管を二重管にて構成し、一方の通路を前記オイ
ルミストが通過するミスト供給路とし、他方の通路を、
前記ドローバーの内径との間に、前記流通管の先端部の
静圧軸受部に送るための高圧エアを供給するエア用通路
に構成したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明を具体化した実施形
態について説明する。図１は第１実施形態における工作
機械の主軸装置の縦断面図、図２は部分拡大図である。

【００１０】図１において、主軸装置１は、上下に長い
中空円筒状のハウジング２内に、主軸３とその主軸３を
回転駆動させるためのモータ４とを内蔵するビルトイン
タイプとして構成されているものである。主軸３の先端
部分及び中間部分はラジアル軸受５，６によってハウジ
ング２に対して回転自在に軸支されている。主軸３の先
端部端面の中心には工具ホルダ１３における円錐台形状
のシャンク部が密接して嵌まり得るホルダ取付け孔（テ
ーパー孔）が穿設されている。

【００１１】前記２つのラジアル軸受５および６にて支
承されている部分の略中間には、主軸３側にロータ７が
配置されハウジング２の内周側にステータ８が配置され
ることによりモータ４が構成されている。

【００１２】主軸３の軸心には基端から先端部にわたっ
て挿通孔３ａが穿設され、該挿通孔３ａ内には主軸３の
基端側から先端側に延びる周知の構成のドローバー９が
進退動可能に挿通されている。主軸３内の先端側には前
記ドローバー９より先端側にチャック機構１０が配置さ
れ、また主軸３の内の基端側には前記ドローバー９を後
退方向に付勢するドローバースプリング１１が配置され
ている。

【００１３】一方、切削加工用の工具１２は工具ホルダ
１３の先端側に取付けられており、その工具ホルダ１３
には、その基端（図示実施形態で上端側）にプルスタッ
ド１４を備えている。前記ドローバー９が主軸３内で図
示しない駆動機構により上下移動する。そして、ドロー
バーが上昇すると工具把持機構としてのチャック機構１
０が鋼球１６を介して工具ホルダ１３のプルスタッド１
４を把持して引き込み、工具１２が主軸３の先端側に装
着されるように構成されている。

【００１４】前記プルスタッド１４、工具ホルダ１３及
び工具１２の内部には、軸心に沿って流路１４ａ、１３
ａ、１２ａが各々穿設されており、工具１２の先端部に
ある切削加工用刃部の近傍には、前記流路１２ａに連通
する吐出孔１５が備えられている。

【００１５】前記ドローバー９の軸心に沿って先端から
基端まで連通する長孔９ａには、オイルミストを供給す
るための流通管としての供給パイプ２０が前記ドローバ
ー９に対して相対的に非回転となるように配置される。
供給パイプ２０の先端側（図１の下端側）には、軸受２
２の内輪部が挿入されて、ロックナット２３により固定
される一方、軸受２２の外輪部はドローバー９の内径部
に摺動可能に被嵌されて、供給パイプ２０の先端部（下
端部）を半径方向に振れないように支承されている（図
２参照）。

【００１６】ドローバー９の先端部には、チャック機構
１０における１部品としての接続パイプ２１が脱落防止
用のピン２４を介して接続されており、供給パイプ２０
の軸心方向に貫通する流通路２０ａと、接続パイプ２１
の軸心方向に貫通する流路２１ａと、プルスタッド１４
の軸心方向に貫通する流路１４ａとは連通するように配
置されており、接続パイプ２１の上端側内径部に形成さ
れた複数の環状溝と環状凸部とからなるラビリンス型の
シール部３０を介して前記供給パイプ２０の先端部（下
端部）の外周に対して非接触状態にて被嵌することによ
り、ミスト供給路としの前記流通路２０ａ及び流路２１
ａからの流体の漏れを防止できるように構成されている
（図２参照）。

【００１７】また、ドローバー９の内径下端部と接続パ
イプ２１の外径下端部との間に配置されたコイルスプリ
ング２５により、当該接続パイプ２１の下端のシール部
材２６を介してプルスタッド１４の上端に押圧させて密
着させ、流体の漏れを防止している（図２参照）。

【００１８】ハウジング２の上端は支持部材３２を介し
てボルト３３にてエンドフィッティング３１に固定され
ている。前記供給パイプ２０の上端部（基端部）は、支
持部材３２に穿設した孔に挿入され、エンドフィッティ
ング３１に開口した流体供給部３４に連通接続されてい
る。なお、供給パイプ２０の外周は支持部材３２に対し
てＯリング３５，３６を介して密着されて流体の漏れ出
しが防止できるように構成されており、且つ 支持部材
３２に装着した固定ピン３７は、その先端が供給パイプ
２０の外周に凹み形成された凹部に止まるように配置さ
れているので、供給パイプ２０が脱落しないように支持
されている。

【００１９】従って、供給パイプ２０の上端側は支持部
材３２に対して上下方向に移動不能に固定支持され、且
つ半径方向にはＯリング３５，３６の弾性変形の範囲内
で回動可能に配置されている。

【００２０】次に、上記構成の工作機械用主軸装置のオ
イルミスト供給作用について説明する。図示しないミス
ト供給装置から前記エンドフィッティング３１の流体供
給部３４に供給されたオイルミストは供給パイプ２０内
の流通路２０ａを経由して接続パイプ２１にまで到達す
る。主軸３がモータ４により回転駆動されていても、そ
れと一体的に回転するドローバー９の内径部において、
供給パイプ２０はその外周と軸受２２を介して回転可能
に支承されているから、当該供給パイプ２０は非回転状
態に保持される結果、その内径の流通路２０ａを通過す
るオイルミストは、主軸３の回転による遠心力の影響を
受けることがなく、供給パイプ２０、ひいては主軸３の
軸線方向の長さが長くても、ミスト状の切削油が高圧空
気と分離せずに接続パイプ２１の箇所まで到達できるの
である。

【００２１】そして、供給パイプ２０の下端から前記接
続パイプ２１への連通箇所は、ラビリンス型のシール部
３０が形成されているので、ドローバー９の内径側にオ
イルミストが漏れ出すことがない。前記接続パイプ２１
からのオイルミストは、接続パイプ２１の流路２１ａか
ら、プルスタッド１４、工具ホルダ１３及び工具１２の
内径部に設けられた流路１４ａ，１３ａ，１２ａを経由
して工具１２の先端部の切削加工用刃部近傍の吐出孔１
５より外部に吐出される。

【００２２】前記供給パイプ２０は、その先端側が軸受
２２により、ドローバー９の軸心箇所に支承されている
ので、支承回転の際の偏芯量が少なくなり、接続パイプ
２１と前記供給パイプ２０との間のラビリンス型のシー
ル部３０の動作は至極安定する。

【００２３】また、供給パイプ２０は細長い円筒状のも
のであって、寸法精度を高くすると制作費が高くなる
が、通常の引き抜き管等にて形成した供給パイプ２０を
使用し、当該供給ハウジング２０の上端側を支持部材３
２に対してＯリング３５，３６の弾性変形を利用して支
持させると、ドローバー９の軸心に対する偏芯作用が防
止され、前記軸受２２に対する偏芯負荷が大きく軽減で
きる。

【００２４】前記供給パイプ２０と接続パイプ２１との
接続部（継手部）はラビリンス型のシール部３０に代え
て、通常のメカニカルシールを使用しても良い。前記Ｏ
リング３５，３６の代わりに自動調心玉軸受を使用して
供給パイプ２０を支承しても良い。

【００２５】図３及び図４は、本発明の第２実施形態を
示し、第１実施形態と同じ箇所（部品）には同じ符号を
付して説明を省略し、異なる部分（部品）について説明
すると、ドローバー９の軸心に沿って配置される供給パ
イプ４０は、同心二重管にて構成されたものであって、
その内径部に、前記オイルミストが通過するための流通
路４０ａと、その外周側にエア供給通路４０ｂとが同心
状に設けられているものである。流通路４０ａの下端
は、前述の接続パイプ２１の流路２１ａと非接触状態に
て連通している。供給パイプ４０の下端の大径部４１に
は、その外周に貫通し、且つエア供給通路４０ｂと連通
する複数の絞り孔４２が穿設されている。そして、ドロ
ーバー９の内径部のうち、前記大径部４１と対向する部
位は僅かな隙間を保持するような小径部４５となし、ジ
ャーナル型の静圧軸受部４３を構成する（図４参照）。
ハウジング２の上部には、前記供給パイプ４０の上端部
を支持するための支持部材３２が、前記流体供給部３４
付きのエンドフィッティング３１に固定されており、供
給パイプ４０の上端部のうち、流通路４０ａが流体供給
部３４に連通するように挿入配置されて、図示しないミ
スト供給装置からオイルミストが供給される。また、エ
ア供給通路４０ｂの上端は、エンドフィッティング３１
の側面から穿設した圧縮空気供給管４６に接続するよう
に配置されている。

【００２６】この構成によれば、前記第１実施形態と同
様に、図示しないミスト供給装置から供給されたオイル
ミストは、供給パイプ４０における流通路４０ａの下端
から接続パイプ２１の流路２１ａに流込むが、供給パイ
プ４０は非回転であるから前記実施形態と同じく、回転
の遠心力の影響を受けずに、プルスタッド１４、工具ホ
ルダ１３及び工具（図示せず）の内径部に設けられた流
路１４ａ，１３ａ等を経由して工具の先端部の切削加工
用刃部近傍の吐出孔より外部に吐出される。

【００２７】そして、主軸３の回転中圧縮空気供給管４
６から供給パイプ４０におけるエア供給通路４０ｂを介
して供給される高圧空気（圧縮空気）は、絞り孔４２か
ら供給パイプ４０の外周に噴出するので、ジャーナル型
の静圧軸受部４３の軸受作用を受けて、供給パイプ４０
の外周下端部分はドローバー９の内径と非接触状態で支
承されることになり、主軸３の回転を高速回転しても、
静圧軸受部４３の摩耗劣化のおそれが無くなる。なお、
図４示すように、供給パイプ４０の下端部と接続パイプ
２１とは前記実施形態と同じくラビリンス型のシール部
３０等の継手部でのオイルミストの漏れ出しをほとんど
防止できる。オイルミストが万一継手部から漏れ出して
も、前記静圧軸受部４３側の高圧空気により上方への漏
れ出しは確実に遮断できるのである。

【００２８】前記供給パイプ４０における二重同心状の
流通路４０ａとエア供給通路４０ｂとを形成するに際し
て、流通路４０ａのみを有する、いわゆる単管の供給パ
イプの外周側に環状隙間を隔てて外管を連設する構成で
あっても良い。

【００２９】また、図示しないが、供給パイプに、同心
状でなく、平行状に２つの通路を形成し、その一方をオ
イルミストが供給される流通路とし、他方を静圧軸受部
４３に圧縮空気を供給するためのエア供給通路としても
良いのである。

【００３０】図５は、第３の実施形態を示し、この実施
形態は、いわゆる２面拘束型ツールシャンク部を有する
工具ホルダ５３が装着できる主軸３に対して適用したも
のである。即ち、工具ホルダ５３は、主軸３のテーパー
孔３ｂに対して密着するテーパー部（シャンク部）５３
ｂと、フランジ部の端面５３ｃが主軸３の端面３ｃと密
接するように構成されている。主軸３の前記テーパー孔
３ｂに続く中心孔内には軸線方向に起動可能に挿通され
ているドローバー９の細径の先端部５４が工具把持機構
としてのチャック機構５１の一部品としてのスリーブ５
２に螺合等にて連結されており、該スリーブ５２に被嵌
するコレット５０を介して工具ホルダ５３が着脱可能に
装着されている。

【００３１】ハウジング２の端面に取付けられた蓋５５
には、その側面にエア供給部５６が設けられ、蓋５５内
に穿設されたエア流路５７，５８に連通している。エア
流路５７は前記主軸３の端面３ｃからフランジ部の端面
５３ｃ方向に開放され、他方のエア流路５８は主軸３の
先端部からテーパー孔３ｂに連通されており、図示しな
い圧縮空気供給部からの空気がエア供給部５６からエア
流路５７，５８を介してフランジ部の端面５３ｃ及びテ
ーパー孔３ｂ等に放出されて、それらの箇所に付着する
切粉や塵、切削油等を吹き飛ばすように構成されてい
る。

【００３２】この実施形態の工具ホルダ５３のチャック
機構５１に対して前記第２実施形態と同じく二重管状の
供給パイプ４２を連設するものであり、供給パイプ４２
の軸心側の流通路４０ａの先端部がドローバー９の細径
の先端部５４に形成された流路５９に隣接連通するよう
に配置され、該流路５９は前記スリーブ５２に軸線に沿
って貫通された流路６０を介して工具ホルダ５３の流路
６１に連通し（図５参照）、さらに図示しないが、工具
ホルダ５３先端部の工具の内径部に設けられた流路を経
由して、オイルミストが、工具の先端部の切削加工用刃
部近傍の吐出孔より外部に吐出される。

【００３３】この実施形態においても、流通管としての
供給パイプ４０における流通路４０ａとエア供給通路４
０ｂとは、二重同心状に形成しても良いし、単なる平行
状に形成してもよいのである。

【００３４】前記供給パイプ２０、４０は単管、同心二
重管、平行２連管の形態のものは、いずれにしても非回
転であり、オイルミストあるいは高圧エアの圧力に耐え
るだけの強度を持てば良いから、剛性の高い材料を使用
する必要がなくなる。また、供給パイプ２０、４０を同
心二重管、平行２連管にする場合に、互いに別々の材質
の管を溶接等して形成することも可能である。

【００３５】前記静圧式軸受には、スラスト型空気軸受
を用いても良いし、ジャーナル型空気軸受と、スラスト
型空気軸受とを併用しても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上に詳述したように、請求項１に記載
の発明の工作機械用主軸装置は、先端部に工具把持機構
により工具が装着され、回転駆動されるように設けられ
た主軸に、その軸心を貫通して前記工具把持機構にまで
連通する挿通孔を穿設し、前記挿通孔にドローバーを挿
通し、該ドローバーの先端部を前記工具把持機構に臨ま
せ、非回転の流通管を前記ドローバーの軸線に沿って基
端から先端部まで延びるように設け、前記主軸の基端の
外側から供給されるオイルミストを、前記流通管から前
記工具把持機構内の流通路を介して工具まで供給するよ
うに構成したものである。

【００３７】したがって、主軸及びドローバーが高速回
転しても、流通管は非回転であるから、その管内を通過
させる間にオイルミストに前記高速回転による遠心力の
影響を与えることがなく、オイルミスト注の切削油をミ
スト状のまま、所定量を工具まで到達させて、所定の潤
滑に役立てることができるという効果を奏する。

【００３８】そして、請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の工作機械用主軸装置において、前記ドローバ
ーと流通管との間には、当該流通管の先端部を支承する
ための軸受を備えたものである。

【００３９】このように構成することにより、流通管の
長さを長くしても、高速回転するドローバーに対してそ
の内径で非回転の流通管の先端部を軸受を介して干渉さ
せることなく支承できるから、前記回転の遠心力を受け
ない状態のもとで、オイルミストを主軸の先端寄りの箇
所まで届けることができ、請求項１に記載の発明の効果
を一層高めることができるという効果を奏する。

【００４０】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の工作機械用主軸装置において、
前記流通管を二重管にて構成し、一方の通路を前記オイ
ルミストが通過するミスト供給路とし、他方の通路を、
前記ドローバーの内径との間に、前記流通管の先端部の
静圧軸受部に送るための高圧エアを供給するエア用通路
に構成したものである。このように構成すれば、回転す
るドローバーと非回転状態の流通管の先端部との間に非
接触の静圧軸受部ができ、前記軸受部に余分の負荷が作
用しないから、ドローバー、ひいては主軸の回転数の上
限を大きくすることができるという効果を奏する。さら
に、前記静圧軸受部には高圧のエアが供給されるから、
当該静圧軸受部が非接触型のシール部となり、その部分
からのオイルミストの漏れ出しも防止できるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の主軸の縦断面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】第２実施形態の主軸の縦断面図である。

【図４】図３の要部拡大断面図である。

【図５】第３実施形態の要部拡大断面図である。

【図６】従来例の主軸の縦断面図である。

【符号の説明】

２ ハウジング ３ 主軸 ４ モータ ９ ドローバー １０、５１ 工具把持機構としてのチャック機構 １２ 工具 １３、５３ 工具ホルダ １５ 吐出孔 ２０、４０ 流通管としての供給パイプ ２１ 接続パイプ ２２ 軸受 ４３ 静圧軸受部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に工具把持機構により工具が装着
   され、回転駆動されるように設けられた主軸に、その軸
   心を貫通して前記工具把持機構にまで連通する挿通孔を
   穿設し、 前記挿通孔にドローバーを挿通し、該ドローバーの先端
   部を前記工具把持機構に臨ませ、 非回転の流通管を前記ドローバーの軸心に沿って基端か
   ら先端部まで延びるように設け、 前記主軸の基端の外側から供給されるオイルミストを、
   前記流通管から前記工具把持機構内の流通路を介して工
   具まで供給するように構成したことを特徴とする工作機
   械用主軸装置。
2. 【請求項２】 前記ドローバーと流通管との間には、当
   該流通管の先端部を支承するための軸受を備えたことを
   特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸装置。
3. 【請求項３】 前記流通管を二重管にて構成し、一方の
   通路を前記オイルミストが通過するミスト供給路とし、
   他方の通路を、前記ドローバーの内径との間に、前記流
   通管の先端部の静圧軸受部に送るための高圧エアを供給
   するエア用通路に構成したことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の工作機械用主軸装置。