JP2003011036A - アタッチメント主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械に取付けるアタッチメント主軸装置
にかかる。工具の回転精度、および把持剛性が高く、特
に小径工具による高速切削において、加工精度の向上、
回転の高速化が可能なものとする。 【解決手段】 主軸１をハウジング２に軸受７，９によ
り支持し、ハウジング３に駆動源５を内蔵する。主軸１
の軸受７，９による支持部とチャック手段８を一体の部
材で構成する。チャック手段８は、主軸１の先端に工具
４のシャンク部を締まり嵌めする工具嵌合孔２を設けた
ものとする。このチャック手段８は、熱膨張により工具
嵌合孔２の最小内径を拡大させて工具４の着脱を行うも
のとする。チャック手段８は、工具嵌合孔２を外部力で
弾性変形させて工具４を着脱させるものとしても良い。
軸受７，９は、それぞれ静圧気体軸受とする。静圧気体
スラスト軸受９は、主軸１の後端面１ａが軸受面となる
ものとする。

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、通常工具や大型
工具を駆動して機械加工を行う工作機械を利用して細密
加工を施す必要がある場合に装着されるアタッチメント
主軸装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常工具や大型工具を駆動して機械加工
を行う工作機械を利用し、細密加工を行いたい場合があ
る。従来、このような場合に備えて、工作機械の主軸頭
にアタッチメント主軸装置を取り付け、そのアタッチメ
ント主軸装置に装着した小型工具により、所望の加工を
行うようにしたものがある。

【０００３】このようなアタッチメント主軸装置とし
て、図１０に示すものが提案されている（例えば、特開
２０００−１１７５７６）。同図は、工作機械の主軸頭
５３に対して、通常工具を撤去して、アタッチメント主
軸装置７０を装着した状態を示す。主軸５１は通常工具
のテーパシャンクを嵌合するテーパ孔５５が設けられて
おり、アタッチメント主軸装置７０は、通常工具と同様
に、テーパシャンク部７１を主軸５１のテーパ孔５５に
装着し、主軸５１内のチャック装置（図示せず）により
締着される。テーパシャンク部７１は、アタッチメント
主軸装置７０のハウジング８１の基端に連結されたブラ
ケット９１に設けられており、上記主軸内蔵のチャック
装置で締着することにより、ブラケット９１は主軸頭５
３の前面に押し付け状態とされる。

【０００４】アタッチメント主軸装置７０の主軸である
第２の主軸７９は、前後で軸受８０，８２を介してハウ
ジング８１に支承されている。主軸７９にはロータ８４
が設けられ、ハウジング８１内のステータ８８とで主軸
７９の駆動源となるビルトインモータを形成している。
主軸７９の前端には、小型（小径）工具９５のシャンク
を締着するコレットチャック８３を嵌合するテーパ孔が
開口している。これに連続して、チャック８３を作動さ
せるためのドローバー８５が、主軸７９の後端から突出
するように設けられている。ドローバー８５は、複数枚
の皿ばね８７により後方へ付勢されている。皿ばね８７
は、ドローバー８５の後端のばね押え８６と、主軸後端
のカラー８９の間に介在する。皿ばね８７は、主軸７９
に対してドローバー８５を、常時後方に向け付勢してい
るから、ドローバー８５に連係するコレットチャック８
３は、同チャック８３に装着した小型工具９５のシャン
クを締着し、小型工具９５を主軸７９に対して固着す
る。小型工具９５による細密加工は、この状態でビルト
インモータを高速駆動させることにより行われる。

【０００５】アタッチメント主軸装置の別の構成として
は、図１１に示すように、静圧空気軸受を応用したもの
がある（例えば、特開平９−１３６２３４号）。同図は
アタッチメント主軸装置１１３の全体を示す。上記静圧
空気軸受として、アタッチメント主軸１３１の外周面に
対応する静圧空気ラジアル軸受１３９と、アタッチメン
ト主軸１３１に形成されたフランジ１３１ａの前後両ス
ラスト面に対応する静圧空気スラスト軸受１４１とが設
けられている。アタッチメント主軸１３１は、主軸頭の
主軸（図示せず）とは別に、アタッチメント主軸装置１
１３に搭載されたビルドインモータ１５７によって独立
した形態で駆動される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の構成で
は、下記のような問題点がある。金型等の切削加工にお
いては、近年、主軸の高速化、高精度化が強く要求され
ており、従来のアタッチメント主軸装置に使用されてい
るコレットチャック８３（図１０）等では、遠心力によ
る主軸の膨張により、十分な精度および剛性で工具を把
持することができない。また、従来のアタッチメント主
軸装置における静圧空気軸受１４１（図１１）の構成で
は、主軸１３１にスラスト支持用のフランジ１３１ａを
設ける必要がある。高速回転において、遠心破壊強度が
主軸の最大径の一つの限界を与えるが、フランジ１３１
ａを設ける必要から軸径が小さくなる。そのためジャー
ナル軸受１３９のラジアル剛性や、主軸１３１の曲げ剛
性が小さくなり、危険速度の低下や負荷容量の低下の原
因となる。

【０００７】この発明の目的は、高速回転で使用されて
も、工具の把持精度および把持剛性に優れたアタッチメ
ント主軸装置を提供することである。この発明の他の目
的は、高速回転時の発熱や振動が小さく、軸受寿命に優
れ、小型のモータにより加工のための必要出力が得られ
るようにすることである。この発明のさらに他の目的
は、全体の大型化を伴うことなく、遠心力による主軸の
破壊に至る限界回転数を向上させることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明のアタッチメン
ト主軸装置は、工作機械に取付けられて加工を行うアタ
ッチメント主軸装置において、軸受を介してハウジング
に支持される主軸の先端に、次の構成のチャック手段を
設けたものである。このチャック手段は、工具嵌合孔の
周囲の加熱・冷却が行われることで工具の着脱が可能に
なるものとし、または工具嵌合孔を外部力により弾性変
形させることで工具の着脱が可能になるものとする。こ
のチャック手段は、例えば、主軸の先端に工具のシャン
ク径よりも僅かに内径が小さい工具嵌合孔を同軸に設
け、この孔に対して締り嵌めの状態で工具を固定するも
のとする。工具嵌合孔は、少なくとも最小内径が工具の
シャンク径よりも小さいものであれば良い。チャック手
段が、工具嵌合孔の周囲の加熱・冷却が行われることで
工具の着脱が可能になるものである場合は、工具嵌合孔
に工具を装着する方法として、主軸を加熱して熱膨張を
利用する焼き嵌め方式が採られる。チャック手段を、工
具挿入孔が弾性変形して工具の着脱が可能になるものと
する場合は、例えば工具嵌合孔を、平均径が工具シャッ
クよりも大きく最小径が工具シャンクよりも小さい略多
角形の断面とし、外部力によってほぼ円形に弾性変形さ
せることで工具の挿入を可能にする。外部力を除去する
ことで、工具挿入孔が弾性的に復元しようとして工具を
把持する。これらのチャック手段の構成によると、工具
把持部であるチャック手段が主軸と一体に構成されるの
で、コレットチャックよりも工具の把持剛性が向上す
る。工具嵌合孔と軸受面を同一の部材である主軸に設け
るので、工具の振れ精度を改善できる。また、チャック
手段の直径を小さくすることが容易であり、遠心力の影
響も抑制できる。そのため、チャック手段による工具の
把持精度が向上し、また把持剛性がより一層向上する。

【０００９】前記軸受は静圧気体軸受であっても良い。
静圧気体軸受は、主軸を非接触で支持するため、転がり
軸受に比較して、高速回転時の発熱や振動が小さく、高
精度の加工が可能である。また、非接触支持であるた
め、高速回転の場合でも軸受寿命の問題がない。さら
に、軸受の摩擦損失が小さいので、小型のモータでも加
工のために十分な出力が得られる。そのため、アタッチ
メント主軸装置の全体の小型化が図れる。

【００１０】軸受を静圧気体軸受とする場合に、主軸の
後端面に、静圧気体スラスト軸受を形成する軸受面を設
け、主軸の後端に対向して主軸を後方に吸引する吸引手
段を設けても良い。上記静圧気体軸受は、主軸を主とし
て半径方向に支持するジャーナル軸受と、軸方向に支持
するスラスト軸受とからなる。この静圧気体スラスト軸
受の受圧面である軸受面を、主軸の後端面、つまり工具
の取付側と反対側の主軸端面に設ける。静圧気体スラス
ト軸受の給気孔は、主軸後端面である軸受面と略同一面
内に対面して設ける。上記吸引手段は、例えば磁力また
は真空を利用したものとし、主軸後端面と対面して設け
る。このように吸引手段を設けることにより、片面のみ
で軸方向荷重を支持できるようにしたので、スラスト軸
受フランジを主軸に設ける必要がない。このため、ジャ
ーナル軸受径は従来のままで、主軸の最大径を小さくで
きるので、遠心力による主軸の破壊に至る限界回転数を
大幅に向上させることができる。また、主軸のハウジン
グ内部に収容される部分の外周面の形状を、円筒形状ま
たは工具取付側となる先端側が大径のテーパまたは段付
円筒形状に形成して、ハウジングを分解せずに主軸を抜
けるようにできる。これにより、工具の交換が容易にな
り、工具交換が迅速化できる。工具の交換は、予め異な
る工具を取付けた主軸を複数準備しておき、主軸ごと交
換しても良いし、同一の主軸の工具のみを交換しても良
い。

【００１１】前記主軸を、前記ハウジングから取り出す
ために、主軸をハウジング外方へ押し出す主軸押し出し
機構を設けても良い。主軸を後方に吸引する前記吸引手
段を設けた場合は、主軸押し出し機構は、前記吸引手段
による吸引力が十分に小さくなる位置まで主軸を押し出
すものとすることが好ましい。これにより、工具の交換
がより一層容易になる。

【００１２】主軸を形成する材料の線膨張係数は、ハウ
ジングを形成する材料の線膨張係数と略同一であること
が好ましい。特に、チャック手段が、工具嵌合孔の周囲
の加熱・冷却が行われることで工具の着脱が可能になる
ものである場合や、軸受に静圧気体軸受を用いる場合
は、上記のように線膨張係数を略同一とすることが好ま
しい。工具の把持を焼き嵌め方式で行う場合には、主軸
の材料として通常の鋼よりも線膨張係数の大きい材料を
使用することで、工具の着脱を容易に行うことができ
る。その場合、ハウジングの材質も、アルミ合金や、オ
ーステナイト系ステンレス、銅合金など、線膨張係数が
主軸材料と同等の材料を使用することにより、高速回転
時に主軸の熱膨張で静圧気体軸受の軸受隙間が小さくな
り、主軸と軸受部材が接触することを防止できる。静圧
気体軸受がハウジングと別体の軸受スリーブを用いる場
合は、その軸受スリーブも主軸と略同一の線膨張係数を
有する材料とすることが好ましい。

【００１３】前記ハウジングが、工作機械に取付けるた
めのテーパシャンクとプルスタッドを有し、このテーパ
シャンクとプルスタッドの内部に冷却液の流路を形成し
ても良い。このようにテーパシャンクとプルスタッドを
設けることにより、工作機械の主軸のチャックにこのア
タッチメント主軸装置を簡単に着脱することができる。
また、高速切削ではクーラントつまり切削液となる冷却
液を使用しない場合が多いので、主軸内径からクーラン
トを供給するセンタースルー方式の工作機械では、テー
パシャンクに冷却液の流路を設け、工作機械本体から供
給される冷却液（クーラント）によってアタッチメント
主軸装置のモータや静圧気体軸受を冷却することができ
る。この場合、冷却液をアタッチメント主軸装置から排
出して循環させる必要がある。排出される冷却液を、管
路等による冷却液排出路を介してアタッチメント主軸装
置から十分離れた位置、つまり切削領域と干渉しない位
置に排出するようにすることにより、ドライ切削に対す
る悪影響を回避できる。

【００１４】この発明において、前記主軸の先端に向け
て、気体を噴出するノズルを設けても良い。特に、チャ
ック手段が工具嵌合孔の周囲の加熱・冷却が行われるこ
とで工具の着脱が可能になるものである場合や、軸受が
静圧気体軸受である場合に、このノズルを設けることが
好ましい。このノズルは、例えばハウジングに設けられ
る。この構成の場合、圧縮気体が、ハウジングに設けた
気体供給路を経由して主軸に向かって噴出する。そのた
め、主軸をハウジングに組付けたまま焼き嵌めする方式
で工具を着脱する場合に、チャック手段以外の熱変形を
抑制し、また工具装着後の冷却時間を短縮することがで
きる。さらに、高速運転時の主軸の熱膨張を抑制し、軸
受隙間の変化を小さくできる。また、圧縮気体の代わり
に、圧縮空気等の圧縮気体による冷気発生器などで発生
した冷気を用いれば、さらに冷却の効果を上げることが
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の第１の実施形態を図面
と共に説明する。図１〜図３にこの実施形態にかかるア
タッチメント主軸装置の縦断面図を、図４にその横断面
図を示す。このアタッチメント主軸装置は、主軸１をハ
ウジング３に軸受７，９を介して支持し、主軸１の先端
にチャック手段８を設け、ハウジング３内に主軸１を回
転駆動する駆動源５を設け、ハウジング３の後端に工作
機械への取付用のテーパシャンク１８を設けたものであ
る。主軸１の軸受７，９による支持部と、工具把持部で
あるチャック手段８とは、一体の部材で構成されてい
る。駆動源５は電動モータとされている。

【００１６】チャック手段８は、主軸１の先端に工具嵌
合孔２を同軸に設け、この孔２に対して締り嵌めの状態
で工具４を固定するものである。主軸１の先端は、ハウ
ジング３から突出している。工具嵌合孔２の直径は、室
温において工具４のシャンク径よりわずかに小さく仕上
げられている。主軸１は工具４よりも線膨張係数が大き
い材料で構成し、工具４を着脱する場合には、熱膨張に
よって工具嵌合孔の直径がシャンク径より大きくなるま
で、 主軸１の工具取付け側端部である先端部を加熱す
る。この工具把持方式により、従来のコレットチャック
方式に比べて、把持剛性が大きくなり、かつ、チャック
手段８が主軸１と一体構造なので振れ精度も良好であ
る。さらに、一体構造のチャック手段８とするため、直
径が小さくできて、遠心力による変形の影響も小さく、
高速回転で高精度加工が可能になる。工具４の交換を容
易にするために、主軸１は通常の鋼よりも線膨張係数の
大きい材質を使用することが望ましい。このような材質
とした場合、高速運転時のモータ等の駆動源５や、軸受
７，９の発熱による熱変形も大きくなり、軸受７が静圧
気体軸受である場合に、固定部と回転部が接触する恐れ
が生じる。この実施形態では、軸受７の軸受スリーブ７
ａおよびハウジング３の材質としてアルミ合金またはオ
ーステナイト系ステンレス、銅合金など、線膨張係数が
主軸１の材料と同等の材料を使用し、高速運転時に主軸
１と同等の熱変形を生じるようにしている。

【００１７】主軸１には電動モータからなる駆動源５の
ロータ５ａが一体に取り付けられており、ステータ５ｂ
のコイルに通電することによって回転トルクを発生す
る。ステータ５ｂはハウジング３の内径部に設置されて
いる。ハウジング３の内径部には、複数の軸受７が設け
られている。これら軸受７は静圧気体ジャーナル軸受と
され、そのハウジング３側の軸受面は主軸１の外径面と
微小な軸受隙間を介して対向している。静圧気体ジャー
ナル軸受７は、軸受隙間に開口する給気ノズル７ｂを円
周方向複数箇所に設けたものである。これら給気ノズル
７ｂおよび軸受面は、ハウジング３の内径部に取付けら
れた軸受スリーブ７ａにより構成される。ハウジング３
の、主軸１の後端側の端面１ａに対向する位置に、軸受
９と吸引手段１０とが設けられている。軸受９は静圧気
体スラスト軸受からなり、主軸１の上記端面１ａが、主
軸１側の軸受面となる。吸引手段１０は、永久磁石から
なる。静圧気体スラスト軸受９は、主軸１の後端面に軸
受隙間を介して対向する軸受面に複数の給気ノズル９ｂ
を設けたものである。静圧気体ジャーナル軸受７および
静圧気体スラスト軸受９は、例えば静圧空気軸受とされ
ている。

【００１８】ハウジング３には、各軸受７，９のノズル
７ｂ，９ｂに通じる軸受給気通路１２、およびこの通路
１２の入口となる軸受給気口１１が設けられている。軸
受給気口１１から圧縮空気等の圧縮気体を供給すると、
静圧気体ジャーナル軸受７から主軸１に向かって圧縮気
体が吹き出して、主軸１を半径方向に非接触で支持す
る。同時に静圧気体スラスト軸受９からも圧縮気体が吹
き出して、圧縮気体による反発力が吸引手段１０による
吸引力と釣合うことにより、主軸１を軸方向に非接触で
支持する。この実施形態では、吸引手段１０を永久磁石
としているが、吸引手段１０は電磁石でもよいし、真空
吸引経路であっても良い。吸引手段１０を真空吸引経路
とする場合は、外部に真空源を用意できる場合であり、
真空吸引経路はスラスト気体軸受９の軸受面の中央部に
開口させる。電磁石または真空を用いると、配線または
配管が必要であるが、外部から容易に吸引力の入／切を
制御できるので、主軸１の脱着が容易になるという利点
がある。

【００１９】この実施形態の静圧気体スラスト軸受９
は、主軸１にスラスト軸受用のフランジを設けず、主軸
端面１ａで軸受面を構成するため、遠心力による変形な
どのために最大直径に制限がある場合でも、ジャーナル
軸受７の径を限界まで大きくすることができる。また、
主軸１にフランジが不要なため、そのまま工具４側へ抜
ける主軸形状が可能であり、工具交換の場合に、ハウジ
ング３を分解することなく容易に主軸１を抜くことがで
きる。工具交換に関しては、複数本の主軸１にそれぞれ
異なる工具４をあらかじめ取付けておき、主軸１ごと交
換する方法、ハウジング３から抜いた主軸１を加熱して
工具４のみを交換する方法、主軸１をハウジング３に組
込んだまま加熱して工具４を交換する方法のいずれの方
法でも採用できる。

【００２０】ハウジング３には、冷却液供給口１３（図
２，図４）、供給側および戻り側の冷却液通路１４，１
４Ａ、並びに冷却液排出口１６（図３，図４）が設けら
れており、冷却液供給装置（図示せず）からチューブ１
５を経由して供給される冷却液によって、電動モータか
らなる駆動源５のステータ５ｂおよび静圧気体軸受７，
９を冷却する。冷却液排出口１６から排出される冷却液
は、チューブ１７を通って冷却液供給装置に戻される。

【００２１】ハウジング３の後端部に設けられたテーパ
シャンク１８は、工作機械の本体の主軸テーパに嵌合さ
せるものであり、プルスタッド取付け用の雌ねじ１９が
設けられている。この雌ねじ１９に、図５の例と同様に
プルスタッド２３が取付けられている。この実施形態の
アタッチメント主軸装置Ａ１は、次に説明する図５，図
６の実施形態と同様に、工作機械本体に取付けられる。

【００２２】図５，図６は、この発明の他の実施形態に
かかるアタッチメント主軸装置Ａ２を工作機械本体の主
軸２０に取付けた状態を示す。この実施形態のアタッチ
メント主軸装置Ａ２は、テーパシャンク１８とプルスタ
ッド２３の内部に冷却液の流路２４を設けたことにおい
て、第１の実施形態と異なる。アタッチメント主軸装置
Ａ２は、テーパシャンク１８に取付けられたプルスタッ
ド２３が、工作機械本体Ｂのコレット２１およびドロー
バー２２で主軸２０の奥側へ引込まれることにより、ア
タッチメント主軸装置Ａ２が工作機本体Ｂの主軸２０に
固定される。

【００２３】工作機械本体Ｂが主軸２０の内径、特にド
ローバー２２の内径を通して切削用クーラントを供給す
るセンタースルー方式に対応している場合には、この実
施形態のようにプルスタッド２３の先端に開口する冷却
液供給路２４を設け、クーラント等の冷却液を流す冷却
液通路２５，２６に導入することによって、モータ等の
駆動源５および軸受７を冷却することができる。冷却液
の排出経路については、図３の冷却液排出口１６と同様
の構成により、チューブを経由してクーラント供給装置
まで戻してもよいし、また工作機械本体Ｂの主軸２０に
よる通常の加工を行う時と同じように、工作機械本体Ｂ
のワークテーブル（図示せず）上に流してもよい。ワー
クテーブル上に流す場合は、アタッチメント主軸装置Ａ
２を冷却するための特別な配管が必要ないという利点が
ある。

【００２４】この実施形態では図６に示すように、冷却
液排出口から排出される冷却液がワーク２８上に飛散す
るのを防止するため、ワーク２８から離れた位置に開口
する冷却液排出管２７をハウジング３に取付けている。
すなわち、切削領域と干渉しない位置まで冷却液を送る
ように冷却液排出管２７を設けている。これにより、ド
ライ加工中に切削位置に冷却液が飛散し、急冷による工
具折損等の不具合を生じるのを防止できる。冷却液排出
管２７は自由に折曲げ可能なフレキシブルチューブを用
い、ワーク形状などに応じて冷却液排出位置を調整でき
るようにしてもよい。この実施形態において、特に説明
した事項の他は、第１の実施形態と同じである。

【００２５】図７はこの発明のさらに他の実施形態を示
す。この実施形態では、主軸１を回転させる駆動源３２
をエアタービン装置としている。このエアタービン式の
駆動源３２は、主軸１の外周にエアタービン３２ａを設
け、ハウジング３に固定したタービンノズル３２ｂから
圧縮空気をエアタービン３２ａに向かって接線方向に吹
き付けて回転駆動力を得る。エアタービン３２ａに当た
って回転駆動力を発生した圧縮空気は、ほぼ大気圧まで
圧力が下がり、タービンエア排気口（図示せず）から外
部に排出される。タービンエア排気口には外部からの塵
埃の侵入やエアタービンの騒音発生を防ぐため、フィル
タ部材を取付けることが望ましい。

【００２６】駆動源３２をエアタービン装置とした場
合、電動モータに比べて回転数の精度と駆動トルクは低
下するが、小型軽量になり、高速化が容易で、発熱も少
ないという利点がある。図７の実施例では、さらにハウ
ジング３４に気体ノズル３５を設けている。気体ノズル
３５は主軸１の先端部に向かって開口し、工具交換後に
気体を噴出して主軸先端部の冷却を促進することによ
り、工具交換時間を短縮することができる。市販の冷凍
機や圧縮空気を利用する冷気発生器を利用して、温度を
下げた気体を気体ノズル３５に供給すれば、冷却の効果
をさらに上げることができる。また、気体供給経路とし
ては、図７に示すように外部からチューブ４９を経由し
てもよいし、図５の冷却液と同じ経路で、工作機械本体
Ｂの主軸内径からプルスタッドを経由してもよい。

【００２７】図８の実施形態では、アタッチメント後端
部に主軸押し出し機構４０を設けている。主軸押し出し
機構４０は、ピストン３６，ロッド４７、戻りばね３８
からなるエアシリンダ機構４０で構成される。エアシリ
ンダ給気口３９から圧縮空気を供給すると、 ロッド３７
が永久磁石１０の吸引力に打ち勝って主軸１を前方に押
し出す。したがって工具交換時に主軸１を抜き取る作業
を治具等を使用することなく、容易にかつ迅速に行うこ
とができる。エアシリンダに給気していない時は、 ピス
トン３６およびロッド３７は、 戻りばね３８によって後
端側へ押し戻され、 主軸１に接触しない状態で保持され
る。

【００２８】図９は、別の工具把持方式のチャック手段
８Ａの例を示す。図９（Ａ）はアタッチメント主軸装置
Ａの先端部の断面図であり、主軸１の端面に工具嵌合孔
２Ａが設けられている。 図９（Ｂ），（Ｃ）は（Ａ）図
のＸ−Ｘ断面を示す。工具嵌合孔２Ａの内径面は、 図９
（Ｂ）に示すように最小径が点線で示す工具４のシャン
ク径より小さい３山形状のうねりを持っている。図９
（Ｃ）のように治具を用いて矢印で示すように３方向か
ら圧縮荷重を加えると、工具嵌合孔２Ａが円形に近づく
ように変形して最小径が大きくなり、工具４の着脱が可
能になる。荷重を取除くと、図９（Ｂ）の状態に戻り、
工具４は円周上３点で固定される。このチャック手段８
Ａの場合、第１の実施形態のように熱変形を利用する形
式に比べて、加熱装置が不要で、工具交換を迅速にでき
るという利点がある。

【００２９】

【発明の効果】この発明のアタッチメント主軸装置は、
軸受を介してハウジングに支持される主軸の先端にチャ
ック手段を設け、このチャック手段は締り嵌めによって
工具を把持する工具嵌合孔により構成したため、工具の
回転精度および把持精度が高く、特に小径工具による高
速切削において、加工精度の向上、回転の高速化が可能
になる。また、上記チャック手段は、工具嵌合孔の周囲
の加熱・冷却が行われることで工具の着脱が可能になる
もの、または工具嵌合孔が弾性変形して工具の着脱が可
能になるものとしたため、締り嵌め構造でありながら、
工具の着脱が簡単に行える。主軸の支持軸受が静圧気体
軸受である場合は、高速回転時の発熱や振動が小さく、
軸受寿命に優れ、小型のモータにより加工のための必要
出力が得られる。主軸の後端面に、静圧気体スラスト軸
受を形成する軸受面を設け、主軸の後端に対向して主軸
を後方に吸引する吸引手段を設けた場合は、スラスト軸
受フランジを主軸に設ける必要がなく、遠心力による主
軸の破壊に至る限界回転数を向上させることができる。
また、静圧気体ジャーナル軸受の直径を大きくすること
が可能になり、ラジアル剛性が大きくできる。主軸の前
記ハウジングの内部に収容される部分の外周面が、円筒
形状または先端側が大径のテーパまたは段付円筒形状で
ある場合は、ハウジングを分解せずに主軸を抜けるよう
にできて、工具の交換が容易となり、迅速化できる。主
軸をハウジング外方へ押し出す主軸押し出し機構を設け
た場合は、工具交換がより一層迅速化できる。主軸を形
成する材料の線膨張係数が、ハウジングを形成する材料
の線膨張係数と略同一である場合は、高速回転時のモー
タおよび軸受の発熱や、焼き嵌めによるチャック手段と
した場合における工具交換時の加熱に伴う熱変形による
不具合を回避できる。ハウジングが、工作機械への取付
用のテーパシャンクとプルスタッドを有し、このテーパ
シャンクとプルスタッドの内部に冷却液の流路を形成し
た場合は、工作機械本体の冷却液循環系をモータおよび
軸受部の冷却に利用することができ、これにより冷却の
ための配管を省略できる。主軸の先端に向けて気体を噴
出するノズルを設けた場合は、焼き嵌めによるチャック
手段を設けた場合に、工具交換時間を短縮することがで
きる。また、高速運転時の主軸の熱膨張を抑制し、軸受
隙間の変化を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかるアタッチメント
主軸装置の縦断面図である。

【図２】同装置の図１と異なる断面角度における縦断面
図である。

【図３】同装置の図１とさらに異なる断面角度における
縦断面図である。

【図４】同装置の横断面図である。

【図５】この発明の他の実施形態にかかるアタッチメン
ト主軸装置を工作機械本体の主軸に装着した部分を示す
断面図である。

【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかるアタッ
チメント主軸装置を工作機械本体の主軸に装着した部分
を示す断面図である。

【図７】この発明のさらに他の実施形態の断面図であ
る。

【図８】この発明のさらに他の実施形態の断面図であ
る。

【図９】（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態の部分
断面図、（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ同実施形態における
工具着脱動作を示す横断面図である。

【図１０】従来例の断面図である。

【図１１】他の従来例の断面図である。

【符号の説明】

１…主軸 １ａ…端面 ２…工具嵌合孔 ３…ハウジング ４…工具 ５…駆動源 ５ａ…ロータ ５ｂ…ステータ ７…静圧気体ジャーナル軸受 ８…チャック手段 ９…静圧気体スラスト軸受 １０…吸着手段 １８…テーパシャンク ２３…プルスタッド ２８…ワーク ３２…駆動源 ３５…気体ノズル ４０…主軸押し出し機構 ７０…工作機械本体の主軸 Ａ１，Ａ２…アタッチメント主軸装置 Ｂ…工作機械本体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C011 FF00 3C016 FA31 3C048 CC07 DD13 EE02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械に取付けられて加工を行うアタ
   ッチメント主軸装置において、軸受を介してハウジング
   に支持される主軸の先端に、工具嵌合孔の周囲の加熱・
   冷却が行われることで工具の着脱が可能になるチャック
   手段を設けたことを特徴とするアタッチメント主軸装
   置。
2. 【請求項２】 工作機械に取付けられて加工を行うアタ
   ッチメント主軸装置において、軸受を介してハウジング
   に支持される主軸の先端に、工具嵌合孔が外部力で弾性
   変形させられることで工具の着脱が可能になるチャック
   手段を設けたことを特徴とするアタッチメント主軸装
   置。
3. 【請求項３】 前記軸受が静圧気体軸受である請求項１
   または請求項２に記載のアタッチメント主軸装置。
4. 【請求項４】 前記主軸の後端面に、静圧気体スラスト
   軸受を形成する軸受面を設け、主軸の後端に対向して主
   軸を後方に吸引する吸引手段をハウジングに設けた請求
   項３に記載のアタッチメント主軸装置。
5. 【請求項５】 前記主軸の前記ハウジングの内部に収容
   される部分の外周面が、円筒形状または先端側が大径の
   テーパまたは段付円筒形状である請求項１ないし請求項
   ４のいずれかに記載のアタッチメント主軸装置。
6. 【請求項６】 前記主軸を、前記ハウジングから取り出
   すために主軸をハウジング外方へ押し出す主軸押し出し
   機構を有する請求項５に記載のアタッチメント主軸装
   置。
7. 【請求項７】 前記主軸を形成する材料の線膨張係数
   が、前記ハウジングを形成する材料の線膨張係数と略同
   一である請求項１ないし請求項６のいずかに記載のアタ
   ッチメント主軸装置。
8. 【請求項８】 前記ハウジングが、工作機械に取付ける
   ためのテーパシャンクとプルスタッドを有し、このテー
   パシャンクとプルスタッドの内部に冷却液の流路を形成
   した請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のアタッ
   チメント主軸装置。
9. 【請求項９】 前記主軸の先端に向けて、気体を噴出す
   るノズルを設けた請求項１ないし請求項８のいずれかに
   記載のアタッチメント主軸装置。