JP2003094210A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クランプ機構のドローイングバーを付勢する
付勢部材の錆び付きをなくして、破損を防止でき耐久性
を向上することができる主軸装置を提供する。 【解決手段】 外筒１３の内部に回転可能に支持された
主軸１５の中心部にドローイングバー１７を貫通支持す
る。主軸１５とドローイングバー１７との間にはドロー
イングバー１７を常にはクランプ状態に保持するための
皿バネ１９を収容する。前記ドローイングバー１７の前
端寄り外周面にはシールリング５３を設け、ドローイン
グバー１７の後端に嵌合固定した可動部材４４の外周面
にシールリング５１を設け、バネ１９の収容室２０を密
封状態に区画する。この密閉収容室２０内に不活性ガス
を充填するとともに、皿バネ１９にグリースを付着す
る。この不活性ガス及びグリースにより皿バネ１９が錆
び付くのを防止し、破損や耐久性を向上することができ
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】従来の工作機械に使用される主軸装置と
して特開２０００−２４６５９２号公報に示すものが提
案されている。この主軸装置においては、主軸の前端部
に工具ホルダをクランプするクランプ機構が設けられて
いる。このクランプ機構をクランプ状態とアンクランプ
状態に切り換え作動するドローイングバーが主軸内に進
退自在に設けられている。前記ドローイングバーは付勢
部材によって、常にはクランプ方向に付勢され、前記付
勢部材の付勢力に抗してドローイングバーを前進移動さ
せると、クランプ機構がクランプ状態からアンクランプ
状態に切り換えられるようになっている。そして、工具
ホルダの交換作業を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
主軸装置においては、ドローイングバーをクランプ状態
に付勢する付勢部材の収容室に外気が進入する。このた
め、空気中に含まれる水分が付勢部材を錆び付かせる。
又、付勢部材に防錆油を塗布したとしても、徐々に乾燥
していずれは錆びる。その錆びの影響によりドローイン
グバーの切り換え動作を円滑に行うことができないとと
もに、付勢部材が破損するという問題があった。

【０００４】この発明の目的は上記従来の技術に存する
問題点を解消して、付勢部材の錆び付きを防止すること
ができる主軸装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、主軸頭の内部に主軸を
回転可能に支持し、該主軸の前端部に工具ホルダをクラ
ンプするクランプ機構を装着し、主軸の貫通孔に前記ク
ランプ機構のクランプ動作又はアンクランプ動作を行う
ドローイングバーを収容し、前記ドローイングバーの外
周面と主軸の貫通孔の内周面との間に該ドローイングバ
ーをクランプ方向に付勢する付勢部材を収容した主軸装
置において、前記付勢部材の収容室を密閉状態に保持
し、該密閉収容室に防錆剤、防錆液体又は防錆気体を封
入したことを要旨とする。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記付勢部材の後端はドローイングバーの後端部に
設けたバネ受け部材に係止され、付勢部材の前端は、主
軸の貫通孔の内周面に形成した段差部に係止され、前記
バネ受け部材に接合した可動部材の外周面と主軸の貫通
孔の内周面との間には第１シールリングが介在され、前
記ドローイングバーの前端寄り外周面と主軸の貫通孔の
内周面との間には第２シールリングが介在され、前記両
シールリングの間に前記密閉収容室が形成されているこ
とを要旨とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１におい
て、前記ドローイングバーの後端部にはバネ受け部材が
一体に形成され、該バネ受け部材の外周面と主軸の貫通
孔内周面との間には第１シールリングが介在され、前記
ドローイングバーの前端寄り外周面と主軸の貫通孔の内
周面との間には第２シールリングが介在され、前記両シ
ールリングの間に前記密閉収容室が形成されていること
を要旨とする。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか一項において、前記ドローイングバーの中心部
には軸心方向にクーラント通路が形成されていることを
要旨とする。

【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか一項において、前記付勢部材は、皿バネ又はコ
イルバネであることを要旨とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を、
図１〜図３に基づいて詳細に説明する。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１４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の軸心に沿って形成された貫通孔１５ａ内には
ドローイングバー１７が配設されている。このドローイ
ングバー１７は、主軸１５の貫通孔１５ａ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１
７には、その軸心に沿って前後方向にクーラント通路１
８が穿設されている。該バー１７は付勢部材としての皿
バネ１９によって後退方向（図１の右方）に付勢されて
いる。

【００１１】図１及び図２に示すように、主軸頭１２の
前端面には外側リング２１が固着され、主軸１５の前端
面には内側リング２２が固着されている。図２に示すよ
うに、内側リング２２内方において主軸１５の前端部に
はカラー２３が配設され、そのカラー２３前端部の対向
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。

【００１２】前記ドローイングバー１７の前端部には、
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、前端側（図２の左方）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。

【００１３】図２に示すように、主軸１５の前端部には
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が突出されている。工具ホルダ３２の後部をボール
２５を介して主軸１５側へ押し込むか又は引き出すこと
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。前記テーパ
シャンク３３の中央部には、前記カラー２３の保持孔２
４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。

【００１４】この実施形態では、前記ドローイングバー
１７、カラー２３、ボール２５、第一凹部２６、第二凹
部２７及びテーパ孔２８等により前記工具ホルダ３２の
クランプ機構を構成している。

【００１５】工具ホルダ３２から工具３１の前端に至る
工具３１の軸心にはクーラント通路１８が穿設されてい
る。そして、図２に示す工具ホルダ３２のクランプ状態
において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と連通するようになっている。

【００１６】図１，３に示すように、前記ドローイング
バー１７の後端部にはバネ受け部材４１が嵌合され、ビ
ス４２によってドローイングバー１７に固定されてい
る。図２に示すように前記主軸１５の貫通孔１５ａに形
成した段差部１５ｂには皿バネ１９の前端側を受け止め
るバネ受け座４３が配置されている。

【００１７】図３に示すように、前記主軸１５の貫通孔
１５ａの後端部内周面には可動部材４４が軸線方向の往
復動可能に収容され、該可動部材４４の前端面は前記バ
ネ受け部材４１の後端面に接合されている。前記可動部
材４４の中央部にはストローク規制部材４５がラジアル
方向に貫通固定されている。このストローク規制部材４
５は主軸１５の後端部に形成した案内溝１５ｃに沿って
主軸１５の軸線方向に所定のストローク範囲で往復動可
能に挿入されている。

【００１８】前記可動部材４４及びストローク規制部材
４５の中心部にはクーラント供給管４６が貫通固定さ
れ、該クーラント供給管４６の前端部は前記ドローイン
グバー１７の後端部に嵌入接合されている。前記外筒１
３の後端部には位置規制筒体４７が軸線方向の往復動可
能に収容され、該位置規制筒体４７は外筒１３の所定位
置に固定した位置規制環４８によって後方への位置が規
制されている。前記主軸１５の後端部にはフランジ継ぎ
手５０が連結され、図示しない回転駆動機構に連結され
ている。前記クーラント供給管４６の後端部にはクーラ
ント供給管４９の前端部が嵌入されている。そして、図
示しないクーラント供給源からクーラントがクーラント
通路１８を通してドローイングバー１７内に供給される
ようになっている。

【００１９】次に、この発明の要部構成について説明す
る。前記可動部材４４の外周面には環状溝４４ａが形成
され、該環状溝４４ａには第１シールリングとしてのシ
ールリング５１が収容されている。前記可動部材４４の
外周面にはグリース収容溝４４ｂが形成され、該グリー
ス収容溝４４ｂにはグリースが収容されている。

【００２０】前記クーラント供給管４６の前端外周部に
は環状溝４６ａが形成され、両溝にはシールリング５２
が収容され、ドローイングバー１７とクーラント供給管
４６との接合部のシールを行うようにしている。

【００２１】一方、図２に示すように前記ドローイング
バー１７の前端外周面には環状溝１７ａが形成され、該
溝には第２シールリングとしてのシールリング５３が収
容されている。そして、ドローイングバー１７の前端外
周面と主軸１５の貫通孔１５ａの内周面との間の気密を
保持するようになっている。

【００２２】前記主軸１５の貫通孔１５ａの内周面とド
ローイングバー１７の外周面とにより形成された前記バ
ネ１９の収容室２０は、シールリング５１，５３により
気密保持されている。このバネ１９の密閉収容室２０内
には、防錆気体としてのアルゴン、窒素等の不活性ガス
が封入されている。前記皿バネ１９には防錆剤としてグ
リースが付着されている。

【００２３】上記実施形態の主軸装置１１の作用につい
て以下に説明する。図２は主軸１５に工具ホルダ３２が
装着されたクランプ状態の主軸装置１１を示す。この状
態において、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。図３に示さ
れるように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、クーラント供給管
４９が左方へ前進されると、可動部材４４、クーラント
供給管４６、ストローク規制部材４５及びドローイング
バー１７が皿バネ１９の付勢力に抗して前進される。こ
のとき、ドローイングバー１７前端部の第二凹部２７に
係合されていた一対のボール２５は、いずれもカラー２
３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１に示されるようなアンクランプ状態になる。

【００２４】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の前端部から引
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から離間される。

【００２５】その後、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前端部の両第一凹部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の前端部に抜け止め係止するこ
とができる。

【００２６】その結果、主軸装置１１は再び図２に示さ
れるようなクランプ状態になる。この交換された工具３
１を装着したクランプ状態の工具ホルダ３２を、主軸１
５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２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。

【００２７】上記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。 （１）前記実施形態では、ドローイングバー１７と主軸
１５との間に形成された皿バネ１９の収容室２０の後端
部側をシールリング５１によりシールし、前端側をシー
ルリング５３によりシールし、密閉収容室とした。又、
皿バネの密閉収容室２０内にアルゴン、窒素等の不活性
ガスを封入し、皿バネ１９にグリースを付着した。この
ため、外気の侵入が阻止されて皿バネ１９が酸素により
錆び付くことを防止でき、皿バネ１９の損傷を未然に防
止することができる。又、クランプ状態とアンクランプ
状態の切り換え動作を長期にわたって安定して行うこと
ができる。

【００２８】（２）前記実施形態では、可動部材４４の
環状溝４４ａにシールリング５１を係合し、ドローイン
グバー１７の環状溝１７ａにシールリング５３を係合す
るシール構造を採用した。このため、バネ密閉収容室２
０の密封構造を簡単かつ安価に構成することができる。

【００２９】なお、本実施形態は以下のように変更して
もよい。なお、前記実施形態と同様の機能を有する部材
は同一の符号を付して説明を省略する。 ○図４に示す主軸装置１１に具体化してもよい。この主
軸装置１１は工具ホルダ３２のテーパシャンク３３の後
端部にプルスタッド５５が設けられている。ドローイン
グバー１７の前端部にはボール２５を収容する凹部５６
が設けられている。そして、ドローイングバー１７を左
方に押動することによりボール２５が凹部５６から外方
に退避してボール２５とプルスタッド５５との係合が外
れ、工具ホルダ３２がアンクランプ状態となる。反対
に、工具ホルダ３２が主軸１５に押し込まれた状態で、
皿バネ１９の付勢力によりドローイングバー１７が左方
のアンクランプ位置から右方に移動されると、プルスタ
ッド５５に凹部５６内のボール２５が係合され、図４に
示すように工具ホルダ３２がクランプされる。なお、こ
の別例の基本構造は例えば特開平１１−２１６６３２号
公報に開示されている。

【００３０】この別例も前記実施形態と同様の効果を有
する。 ○図５に示すように、前記ドローイングバー１７に対し
バネ受け部材４１と可動部材４４を一体に形成してもよ
い。この場合には密閉収容室２０の後端部側のシールリ
ング５１により気密を保持することができる。

【００３１】○図示しないが、前記バネ受け座４３を省
略し、主軸１５の段差部１５ｂに皿バネ１９を当接して
もよい。 ○バネの密閉収容室２０に不活性ガスを封入する機構と
して、主軸１５に対し外部と収容室２０を連通する二つ
の通路を設け、一方の通路により空気を外部に放出し、
他方の通路から不活性ガスを注入するようにしてもよ
い。この場合には両通路にそれぞれ逆止弁を設けるとよ
い。

【００３２】○防錆油等の防錆液体を収容室２０に収容
してもよい。 ○皿バネ１９に代えてコイルバネを用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明はクラン
プ機構のドローイングバーを付勢する付勢部材の錆び付
きを防止してその破損を防止でき、耐久性を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の工作機械の主軸装置を示す縦断面
図。

【図２】 工具ホルダのクランプ状態を示す縦断面図。

【図３】 アンクランプ状態を示す縦断面図。

【図４】 この発明の別例を示す縦断面図。

【図５】 この発明の別例を示す部分断面図。

【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、２０…密閉収容室、４４…可動部材、
４４ａ…環状溝、４５…ストローク規制部材、４７…位
置規制筒体、５１…第１シールリングとしてのシールリ
ング、５３…第２シールリングとしてのシールリング。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸頭の内部に主軸を回転可能に支持
   し、該主軸の前端部に工具ホルダをクランプするクラン
   プ機構を装着し、主軸の貫通孔に前記クランプ機構のク
   ランプ動作又はアンクランプ動作を行うドローイングバ
   ーを収容し、前記ドローイングバーの外周面と主軸の貫
   通孔の内周面との間に該ドローイングバーをクランプ方
   向に付勢する付勢部材を収容した主軸装置において、 前記付勢部材の収容室を密閉状態に保持し、該密閉収容
   室に防錆剤、防錆液体又は防錆気体を封入したことを特
   徴とする主軸装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記付勢部材の後端
   はドローイングバーの後端部に設けたバネ受け部材に係
   止され、付勢部材の前端は、主軸の貫通孔の内周面に形
   成した段差部に係止され、前記バネ受け部材に接合した
   可動部材の外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第
   １シールリングが介在され、前記ドローイングバーの前
   端寄り外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第２シ
   ールリングが介在され、前記両シールリングの間に前記
   密閉収容室が形成されている主軸装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記ドローイングバ
   ーの後端部にはバネ受け部材が一体に形成され、該バネ
   受け部材の外周面と主軸の貫通孔内周面との間には第１
   シールリングが介在され、前記ドローイングバーの前端
   寄り外周面と主軸の貫通孔の内周面との間には第２シー
   ルリングが介在され、前記両シールリングの間に前記密
   閉収容室が形成されている主軸装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項において、
   前記ドローイングバーの中心部には軸心方向にクーラン
   ト通路が形成されている主軸装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記付勢部材は、皿バネ又はコイルバネである主軸装
   置。