JP2004322306A5 - - Google Patents

Description

主軸装置

本発明は、工作機械等の主軸装置に関する。

従来の工作機械等の主軸装置としては、図１３に示すようなビルトインモータスピンドル装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

図１３に示すビルトインモータスピンドル装置８０は、ユニット支持部材８２によって保持されるモータハウジング８３と、このモータハウジング前方に結合されるフロントハウジング８４と、を備えている。また、このモータハウジング８３及びフロントハウジング８４内に内装されるスピンドル本体８５と、モータハウジング８３の中間部内周に固着されたステータ８６とを備え、スピンドル本体８５の中間部外周にはロータ８７が固着されている。

また、スピンドル本体８５は中空筒状となり、筒内には皿ばね８８で付勢され且つ筒内を摺動自在なドローバ８９が設けられているとともに、この先端にはチャック部８９ａが設けられている。そして、フロントハウジング８４とスピンドル本体８５間には、４個のフロント側軸受９２を介装している。また、スピンドル本体８５の後部外周には円筒ころ軸受であるリア側軸受９３と、軸受スリーブ９４が外嵌されており、モータハウジング８３の後部にはリアカバー９５がボルト締めされている。
特開平７−１１２３０３号公報（第２−３頁、第１図） 特開２００３−１５９６２２号公報（第４−５頁、第１図）

ところで、工作機械では、主に軸受に損傷を生じることで主軸故障の原因となることが多く、軸受の寿命や、加工プログラムミスによる主軸の衝突等がその原因である。主軸が故障してから復帰するまでの時間（ダウンタイム）を短縮することが、特に自動車部品加工等の生産ラインに直結する部品加工現場では重要である。また、工作機械の主軸の高速化が進んでおり、主軸軸受の寿命は低速機（dmN ６０万未満）では１０万時間以上と実質無限であったのに対し、高速機では１〜２万時間となってきたため、消耗品扱いと考え、メンテナンスコストを抑える必要も生じている。

上記特許文献１に開示されているスピンドル装置８０では、メンテナンス性向上のためにスピンドル本体８５が抜けるように構成されている。しかしながら、この構成では、スピンドル本体８５は抜けるが、円筒ころ軸受であるリア側軸受９３の交換に関する記載はなく、リア側軸受９３が損傷すればメンテナンスの手間は従来と変わらない。また、スピンドル本体８５を抜くために、潤滑ノズルの突出部が設けられないので、必然的に、組込み後にリア軸受９３の慣らし運転が２〜１０時間程度必要となるので、ダウンタイムが長くなるという問題があった。
また、上記特許文献２に開示されている主軸装置では、主軸を取り外す時は後部に回ってパイプ７３を外したり、組立てるときはさらに軸受ケース３３とパイプ７３の位相を合わせる作業が必要であったりと、作業性が悪いという問題があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、メンテナンス時の組込み及び取り外し作業が容易で且つ低コストな主軸装置を提供することにある。

１）本発明の主軸装置は、ステータを有する外筒と、ロータを有する回転自在な回転軸と、外輪がフロントハウジングに固定されると共に内輪が前記回転軸の一端に外嵌するフロント側軸受と、前記回転軸の他端側に配設され前記外筒に嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能な軸受スリーブと、内輪が前記回転軸の他端に外嵌すると共に外輪が前記軸受スリーブに固定されて前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、を備えた主軸装置であって、前記外筒の内周径、前記ステータの内径、前記軸受スリーブの外径の順に直径が小さくなり、前記フロントハウジングと、前記回転軸と前記軸受スリーブとからなる半組立体が前記外筒から抜き取り可能であり、且つ前記軸受スリーブから後方の任意の断面における回転体直径が、前記軸受スリーブ後端から前記断面の間における非回転体の最小直径よりも小さい、ことを特徴としている。

ここで、フロント側軸受としては、複列の組み合わせアンギュラ玉軸受を例示できる。また、リア側軸受としては、一対のアンギュラ玉軸受を例示できる。

このように構成された主軸装置においては、フロントハウジング、回転軸及び軸受スリーブとからなる半組立体が外筒から抜き取り可能である。そのため、組込み性が向上するとともに破損時に速やかに交換できる。また、軸受スリーブは、リア側軸受が組立てられた状態であるため、半組立体の抜き差しでグリースの状態は変化しない。
従って、この主軸装置においては、半組立体を別の外筒を用いて予め慣らし運転を行ってから在庫することで、回転軸破損時に半組立体を交換して、即座に通常運転が可能となり、ダウンタイムの大幅な短縮が可能となる。また、主軸装置全体を交換するよりコスト低減でき、在庫コストの低減も可能となる。これにより、従来のような、メンテナンスの手間を減少することができないグリース潤滑となって組込み後に軸受の慣らし運転を必要とするためにダウンタイムが長くなるという問題を解消できることになる。

また、外筒の内周径、ステータの内径、軸受スリーブの外径の順に直径が小さくなり、軸受スリーブより後方において、半組立体を抜こうとしたときに非回転体が障害とならないように任意の断面における回転体直径が軸受スリーブ後端から前記断面の間における非回転体の最小直径より小さくして、非回転体が障害とならないようにしている。したがって、半組立体を抜こうとしたとき、工具を保持・開放する非回転体であるピストン機構等が障害になることはない。

２）本発明の主軸装置は、ステータを有する外筒と、ロータを有する回転自在な回転軸と、外輪がフロントハウジングに固定されると共に内輪が前記回転軸の一端に外嵌するフロント側軸受と、前記回転軸の他端側に配設され前記外筒に嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能な軸受スリーブと、内輪が前記回転軸の他端に外嵌すると共に外輪が前記軸受スリーブに固定されて前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、を備えた主軸装置であって、前記フロントハウジングと、前記回転軸と前記軸受スリーブとからなる半組立体が前記外筒から抜き取り可能であり、前記回転軸に工具交換自在な内径部品が組み込まれているとともに、工具交換のためのピストン機構を有することを特徴としている。

このように構成された主軸装置においては、フロントハウジング、回転軸及び軸受スリーブとからなる半組立体が外筒から抜き取り可能である。そのため、組込み性が向上するとともに破損時に速やかに交換できる。また、軸受スリーブは、リア側軸受が組立てられた状態であるため、半組立体の抜き差しでグリースの状態は変化しない。
従って、この主軸装置においては、半組立体を別の外筒を用いて予め慣らし運転を行ってから在庫することで、回転軸破損時に半組立体を交換して、即座に通常運転が可能となり、ダウンタイムの大幅な短縮が可能となる。また、主軸装置全体を交換するよりコスト低減でき、在庫コストの低減も可能となる。
また、ピストン機構を介し、回転軸に組み込まれた内径部品によって工具交換が行われるため、外部に露出したものと比べて、高い潤滑性能を有して工具交換を行うことができる。

３）本発明の主軸装置は、前記２）に記載した主軸装置において、前記半組立体の取付け基準面と前記内径部品のピストン押付け面との距離が、基準寸法に対して±０．１ｍｍ以内に調整されていることを特徴としている。

このようにすると、適切にアンクランプを行えるため、半組立体の交換を行う際にピストン調整を不要としてメンテナンス性を向上させることができる。

４）本発明の主軸装置は、前記２）に記載した主軸装置において、前記内径部品が、ばねを圧縮可能に組み込まれているとともに、前記内径部品の後部に調整部品が固定されており、当該調整部品に、前記ピストン機構へのピストン押付け面が形成されていることを特徴としている。

このようにすると、調整部品によって、工具ホルダ押し量を予め定められた値に設定することができるので、その許容差を調整することによって、適切にアンクランプを行えるようにし、その結果、内径部品の交換を行う際にピストン調整を不要としてメンテナンス性を向上させることができる。

５）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記４）のいずれか一項に記載した主軸装置おいて、前記フロントハウジングの前後と、前記軸受スリーブの前後とに、ラビリンスシールを備えたことを特徴としている。

フロントハウジング及び軸受スリーブの前後には、回転部と非回転部との境が必ず存在し、この境目が外気に露出する場合は、異物の進入を防ぐ必要がある。フロントハウジングの前側（工具側）と、軸受スリーブの後側（ピストン機構側）は、常に外気に露出しているので、通常はラビリンスシールなどにより強固にシールされている。一方フロントハウジングの後側（ロータ側）と、軸受スリーブ前側（ロータ側）は、完成体の状態では外気に直接露出することはないが、半組立体の状態で在庫する場合や半組立体を交換する場合は外気に露出するので、この時の異物進入を防ぐことができる。

６）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記５）のいずれか一項に記載した主軸装置において、前記フロントハウジングが、前記外筒に対して締り嵌めで嵌合されていることを特徴としている。

このようにすると、半組立体の分解組付け、または交換した場合等、フロントハウジングと外筒の軸心がズレることがなく、高い精度を維持できる。

７）本発明の主軸装置は、前記６）に記載した主軸装置において、前記フロントハウジングと外筒との嵌め合い部の長さが、該嵌め合い部の直径の１／１０〜１／３０で、合わせ面の直角度が、軸心に対して５μｍ以下であることを特徴としている。

このようにすると、フロントハウジングと外筒との嵌め合いが締まり嵌めであると、嵌め合い長さが長いと組込み性が悪いが、嵌め合い部の長さを嵌め合い部の直径の１／１０〜１／３０と短くすることにより、組込みボルトによって容易に締め込んで組立てることができる。このとき、軸心に対する合わせ面の直角度が悪いと、嵌め合い部の長さが短い分、合わせ面に倣って組み付くので、フロントハウジングと外筒との組立体の軸心が平行でなくなるが、それぞれの直角度を５μｍ以下とすることにより、嵌め合い部の長さが短くても、平行を維持することができる。

８）本発明の主軸装置は、前記２）〜前記７）のいずれか一項に記載した主軸装置において、前記半組立体の取付け基準面と、前記内径部品のピストン押付け面とのアンクランプ状態での距離が、工具ホルダの規格にかかわらず統一されていることを特徴としている。

一般的に工具ホルダの規格は多数あり、工作機械ユーザによって選定されるので、工作機械メーカはこれら多くの工具ホルダ規格に適合する仕様の機械を用意する必要がある。工具を着脱するために必要な内径部品のストローク（ドローバストローク）は規格によって変動するので、通常は工具ホルダ規格に応じてピストン機構を変更又は調整する必要がある。しかしながら、上記８）の構成とすることで、半組立体の変更だけでよく、ピストン機構の変更、調整が不要となり、また半組立体以外の在庫の種類を減らし在庫費用を低減することができる。

９）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記８）のいずれか一項に記載した主軸装置において、前記軸受スリーブが、スリーブハウジングに内嵌されており、当該軸受スリーブ外径が、当該スリーブハウジング内径に対して隙間嵌めで嵌合されていることを特徴としている。

このようにすると、リア側軸受及び軸受スリーブは、主に回転軸をサポートするのが役割であるが、ロータ発熱による熱膨張など軸方向変位をシンプルな構造で吸収することができる。

１０）本発明の主軸装置は、前記９）に記載した主軸装置において、前記軸受スリーブ外径と前記スリーブハウジング内径との間に複数対のオーリングが介在されていることを特徴としている。

このようにすると、軸受スリーブ外径とスリーブハウジング内径との間の複数対のオーリングによって潤滑剤の漏れを防ぎ、オーリングの締め代による減衰効果によって、軸受スリーブの振動を減衰させることができる。

１１）本発明の主軸装置は、前記９）又は前記１０）のいずれか一項に記載した主軸装置において、前記軸受スリーブと前記スリーブハウジングとの嵌合長さと、当該軸受スリーブの外径と、の比が、嵌合長さ／外径＝０．４５〜０．８の範囲内に設定されていることを特徴としている。

このようにすると、軸受スリーブの外径と、スリーブハウジングとの嵌合部の長さと、が適切な関係に設定されるため、メンテナンス性および工作機械としての性能に優れた半組立体の構造を得ることができる。

１２）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記１１）のいずれか一項に記載した主軸装置において、前記軸受スリーブの円周上に複数設けられた潤滑剤排出穴と、当該軸受スリーブ外周の嵌合面に設けられた円周溝と、当該円周溝に連通接続された半径方向の潤滑剤供給経路と、を有することを特徴としている。

このようにすると、軸受スリーブがどんな位相でも問題なく潤滑剤を排出することが可能となる。例えば、水平取付けのスピンドルは下側に排出穴が必要になるが、いずれかの穴が下側に向くので排出を行うことができる。さらに、潤滑剤を軸受スリーブがどんな位置でも供給できる。したがって、軸受スリーブの位相を合わせる必要がなくなり、メンテナンスの作業性が良い。

１３）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記１２）のいずれか一項に記載した主軸装置において、前記リア側軸受が、定位置予圧で且つ背面組み合わせのアンギュラ玉軸受であることを特徴としている。

このようにすると、ロータ発熱による熱膨張など軸方向変位をシンプルな構造で吸収することができる。

１４）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記１３）のいずれか一項に記載した主軸装置において、グリース潤滑であることを特徴としている。

このようにすると、取り扱いが容易であって、比較的安価なグリース潤滑により、メンテナンスを少ない費用で行うことができる。

１５）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記１４）のいずれか一項に記載した主軸装置において、グリース補給装置を備えていることを特徴としている。

このようにすると、グリース補給装置によって、グリースの不足を補うことができるので、焼付き等を回避することができる。

１６）本発明の主軸装置は、前記１５）に記載した主軸装置において、グリース補給された後に、余分なグリースを排出させる機構を持っていることを特徴としている。

このようにすると、軸受内部へ供給され、不要となった潤滑剤は、軸受近傍に配された外輪間座等の回転部材に付着され、回転部材に付着した潤滑剤は、回転力により軸受の外側に弾き飛ばされる。それにより、不要になった潤滑剤を強制的に軸受外部へ排出することができる。

１７）本発明の主軸装置は、前記１）〜前記１３）のいずれか一項に記載した主軸装置において、オイルエア、オイルミスト及び直噴潤滑のいずれかの微量潤滑を用いたことを特徴としている。

このようにすると、オイルエア、オイルミスト及び直噴潤滑のいずれかの微量潤滑によって、効率の良い潤滑を行うことができるので、耐焼付き性を更に向上させることができる。

本発明によれば、メンテナンス時の組込み及び取り外し作業が容易で、交換後すぐに運転でき、且つ低コストな主軸装置を提供することができる。

以下、本発明に係る複数の好適な実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る主軸装置の第１実施形態の縦断面図、図２は図１に示す主軸装置における半組立体を示す縦断面図、図３は図１におけるリアカバーを示す正面図、図４は本発明に係る主軸装置の第２実施形態の縦断面図、図５は図４に示す主軸装置の半組立体を示す縦断面図、図６は図４に示す主軸装置の工具アンクランプ状態での縦断面図、図７は図４に示す主軸装置の自動工具交換装置機との組付け図、図８は本発明に係る主軸装置の第３実施形態の半組立体を示す縦断面図、図９は図８に示した半組立体の外筒への挿入状態を示す縦断面図、図１０は図９に示した主軸装置における軸受の寸法及び面圧の特性図、図１１（ａ）は本発明に係る主軸装置の第４実施形態における軸受スリーブの正面図、図１１（ｂ）は（ａ）の縦断面図、図１２は図１１（ａ），（ｂ）の変形例を示す要部縦断面図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態である主軸装置１は、ステータ４とスリーブハウジング５を有する外筒３と、ロータ７を有する回転自在な回転軸６と、外輪がフロントハウジング８に固定されると共に内輪が回転軸６の一端に外嵌する組み合わせアンギュラ玉軸受であるフロント側軸受１２と、を備えている。また、回転軸６の他端側に配設されスリーブハウジング５に嵌合して回転軸６の軸方向に移動可能な軸受スリーブ１１と、内輪が回転軸６の他端に外嵌すると共に外輪が軸受スリーブ１１に固定されてフロント側軸受１２と共働して回転軸６を回動自在に支持する一対のアンギュラ玉軸受であるリア側軸受１３と、を備えている。符号１４は、工具交換のためのピストン機構である。なお、スリーブハウジング５と外筒３とは一体構造としても良い。

図２に示すように、フロントハウジング８と、回転軸６と、軸受スリーブ１１とからなる半組立体２が、外筒３から抜き取り可能なように構成されている。すなわち、本実施形態の主軸装置１は、外筒３の内周径φＡ、ロータ７の外径φＢ、軸受スリーブ１１の外径φＣの順に直径が小さくなっている（φＡ＞φＢ＞φＣ）。また、ロータ外径φＢの代わりにステータ内径φＢ´（図１参照）に対して、φＡ＞φＢ´＞φＣとしても良い。また、軸受スリーブ１１より後方の範囲Ｌにおいて、半組立体２の外径が軸受スリーブ１１の外径より小さく設定されている。すなわち、矢印Ｍの方向に主軸を抜こうとしたときに、非回転体が障害とならないように範囲Ｌの任意の断面における主軸回転体の外径を当該断面から軸受スリーブ後端の間の非回転体の最小内周径より小さくして、非回転体が障害とならないように回転体外径を規定している。したがって、半組立体２を図中Ｍ方向に抜こうとしたとき、図中左側端部に装着される工具Ｗを保持／開放する非回転体であるピストン機構１４等が障害になることはない。

また、主軸装置１は、軸受スリーブ１１の外径が、スリーブハウジング５の内径に対して５〜３０μｍの隙間嵌めである。更に、主軸装置１は、リア側軸受１３が、定位置予圧で且つ背面組み合わせのアンギュラ玉軸受である。これにより、リア側軸受１３及び軸受スリーブ１１は、主に回転軸６をサポートするのが役割であるが、ロータ発熱による熱膨張など軸方向変位をシンプルな構造で吸収することができる。

また、主軸装置１は、フロントハウジング８と外筒３内周面とのインロー部１５が、０〜２０μｍの締り嵌めである。これにより、フロントハウジング８と外筒３の軸心がずれるようなことはない。また、合わせ面１６はフロントハウジング８及び外筒３が軸心に対して２〜５μｍ以下の直角度にて高精度に仕上げ加工されている。これにより、インロー部１５の長さＬＲが短くても、両者の軸心が一致する。インロー部１５の長さが長いと組込み性が悪いが、本実施形態では、インロー長さＬＲ（フロントハウジング８と外筒３との嵌め合い部の長さ）は、インロー径φＡ（嵌め合い部の直径）の１／１０〜１／３０程度と短くしている。また、インロー部１５の長さＬＲが短いので、組込みボルト１７によって容易に締め込んで組立てることができる。これにより、心合わせ作業の必要がなくなる。

また、半組立体２は、外気との間でラビリンスシールＬ１〜Ｌ４が形成されている。スピンドル使用時は、強固なラビリンスＬ１，Ｌ４によって、切削水、切粉等の異物の侵入を防ぐ。また、半組立体２のみを在庫する場合などは、ラビリンスＬ１〜Ｌ４によって埃などの異物を遮断する。ラビリンスＬ２，Ｌ３はメンテナンスによる半組立体交換時にも異物の侵入を防ぐ役割を果す。メンテナンス時は、クリーンルームなど異物の少ない環境を期待できないので、ラビリンスＬ２，Ｌ３は有用である。ラビリンスＬ３，Ｌ４の構造は、軸受スリーブ１１を用いていることにより実現可能となっている。

図３に示すように、リアカバー９後部は、配線７箇所（モータ動力線２５、モータ温度センサ線２６、ロータリーエンコーダ線２７等）、配管１４個所（軸受潤滑油配管２１、冷却油配管２２、工具アンクランプ油圧配管２３、工具テーパエアブロー配管２４、エアシール配管２８）が外部と接続されているので、メンテナンス時に、これらを一切取り扱わずに済むので、ダウンタイムが非常に短く、メンテナンス性が良い。

上述した主軸装置１０によれば、フロントハウジング８、回転軸６及び軸受スリーブ１１とからなる半組立体２が外筒３から抜き取り可能である。そのため、組込み性が向上するとともに破損時に速やかに交換できる。また、軸受スリーブ１１は、リア側軸受１３が組立てられた状態であるため、半組立体２の抜き差しでグリースの状態は変化しない。従って、半組立体２を別の外筒を用いて予め慣らし運転を行ってから在庫することで、回転軸破損時に半組立体を交換して、即座に通常運転が可能となり、ダウンタイムの大幅な短縮が可能となる。また、主軸装置１全体を交換するよりコスト低減でき、在庫コストの低減も可能となる。

次に、図４〜図６を参照して、本発明に係る主軸装置の第２実施形態を説明する。尚、第２実施形態以下の各実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号または相当符号を付することにより、説明を簡略化或いは省略する。

図４に示すように、本発明の第２実施形態に係る主軸装置３０は、外筒３のステータ４に通電されることによりロータ７とともに回転する回転軸６内に、２個のばね３２を圧縮可能にして工具交換自在な内径部品（ドローバとも言う。）３１が組み込まれているとともに、内径部品３１の後端部に、内径部品側調整部品３３が装着されている。内径部品側調整部品３３の端部には、ピストン機構１４へのピストン押付け面３４が形成されている。ピストン機構１４のピストン３５の端部には、内径部品側調整部品３３を押圧するピストン側調整部品３６が装着されている。

ピストン機構１４は、往動側圧力導入部３７に油，水，空気等の圧力媒体が導入されることにより、ピストン３５が往動され、ピストン３５のピストン側調整部品３６が内径部品側調整部品３３のピストン押付け面３４を押圧し、内径部品３１を軸方向に押圧移動させて工具Ｗを押出して工具アンクランプ状態とする。これに反して、往動側圧力導入部３７の圧力を抜き、復動側圧力導入部３８に圧力媒体が導入されることにより、ピストン３５が復動され、内径部品３１を軸方向に戻り移動させて工具クランプ状態とする。

図５に示すように、内径部品側調整部品３３は、半組立体２の取付け基準面３９と内径部品３１におけるピストン押付け面３４との軸方向寸法（距離）Ｚを、基準寸法に対して±０．１ｍｍ以内に調整することができる。つまり、半組立体２は、取付け基準面３９から内径部品３１におけるピストン押付け面３４までの軸方向寸法Ｚ内に、多数の部品の積み重ねによる寸法差が生じている。そのため、予め調整がなければメンテナンス時に、ピストンストロークの調整作業を現場にて行う必要がある。例えば、ピストンストロークの不足で内径部品３１の移動量（押出し量）が少なくなると、工具ホルダがアンクランプできない。逆に、内径部品３１の移動量が多すぎると、内径部品３１が工具ホルダを余分に前方へ押し出してしまうために、自動工具交換装置（ＡＴＣ）４０（図７参照）が工具ホルダを把持することが出来なくなる。これに対して、内径部品側調整部品３３は、工具ホルダ押し量（ピストン３５が最前端まで押されたときに内径部品３１により工具ホルダが把持位置から押し出される量）を０．４ｍｍ〜０．６ｍｍとして、その許容差を、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度である±０．１ｍｍ以内に調整することによって、適切にアンクランプを行えるようにし、その結果、半組立体の交換を行う際にピストン調整を不要としてメンテナンス性を向上させることができる。

ここで、内径部品側調整部品３３による調整は、寸法測定の後に、予め取り代をつけて削り（旋削、研削）加工する方法、隙間Ｓに厚さの異なるシムを挟む方法、予め用意された数種寸法の調整板を選択する方法、調整ネジにて所望の位置に調整板を配置して嫌気性の接着剤などによって固定する方法等が挙げられる。そして、軸方向寸法Ｚを直接測定するためには大型の治具を必要とし、重量物である半組立体を治具にセットしなければならない場合があるので、調整作業を簡略化するために、ある程度の寸法管理を各部品に旋こすことがある。例えば、寸法Ａ、寸法Ｂ（内輪間座、外輪間座の両方）、フロント側軸受１２の最後側の内外輪の差幅Ｃ、寸法Ｄを管理しておき、回転軸６に内径部品３１を取り付けた状態で寸法ＺＺのみを測定調整する方法が挙げられる。この方法は、もっとも管理が難しい軸内径部（コレット部各種寸法や工具テーパの出入り、内径部品３１の穴深さなど）の軸方向寸法を管理する必要がないため寸法管理のコストが低減でき、調整作業の負担も少ない。尚、差幅Ｃの管理を簡略化するため、フロント側軸受１２の４列には、正面および背面差幅が個別にすべて調整されている万能組み合わせ軸受を用いてもよい。

図４〜図６に示すように、軸方向寸法Ｚが管理された半組立体２を用いて、工具ホルダ押し量（図５参照）Ｅを調整する。
工具ホルダ押し量Ｅ＝（ピストンストロークＦ）−（空間Ｇ）−（空間Ｈ）
となり、右辺のそれぞれの量を測定するか、又は実際にアンクランプして押し量Ｅ（工具ホルダが前進する量）を測定する。そして、ここでは、Ｅ＝０．５±０．１ｍｍになるようにピストン側調整部品３６を調整加工する。これにより、クランプ・アンクランプストロークの軸方向位置が決まる。その結果、以後、互いに調整された半組立体２の交換であれば、ピストン３５と内径部品３１の位置関係が変わらないので、ピストン部の調整を不要とすることができる。

このようにすることにより、半組立体２は、取付け基準面３９から内径部品３１のピストン押付け面３４までの軸方向寸法Ｚの許容差について、工具ホルダの規格にかかわらず、工具ホルダ押し量Ｅの許容差０．１ｍｍ〜０．２ｍｍよりも小さな値に管理される。工具交換用のピストン機構１４を組立てるとき、この管理された半組立体２に合わせてピストンストロークＦを調整する。これにより、メンテナンス時、軸方向寸法Ｚが管理された半組立体２のユニット同士を交換すれば、内径部品３１のピストン押付け面３４の軸方向位相関係が変化しないのでピストンストローク再調整が不要となる。また、軸方向寸法Ｚは多数の部品の積み重ねによって決まるので、これら部品の軸方向寸法許容差をそれぞれ設定し、それらを積み重ねた値が所望の値以下となるように管理してもよい。しかし、このような方法、具体的には１０個以上の寸法許容差の積み重ねにて許容差０．１〜０．２ｍｍを満足することは、コスト高となったり、不良率の上昇を招くことになったりする場合が多い。そこで、内径部品３１の後部に内径部品側調整部品３３を内径部品３１の組付け後に調整してから組付けることで、非常に低コストで軸方向寸法Ｚを管理することができる。

図６に示すように、ピストン機構１４は、往動側圧力導入部３７に圧力媒体が導入されることにより、ピストン３５が往動され、ピストン側調整部品３６が、内径部品側調整部品３３のピストン押付け面３４を押圧し、ばね３２に抗して内径部品３１を軸方向に押圧移動させて工具Ｗを押出し、工具アンクランプ状態とする。

図７に示すように、主軸装置３０の自動工具交換時においては、自動工具交換装置４０の動作は効率向上のため非常に速くなっており、交換時間が、通常、０．２秒程度である。そのため、各部の強度や剛性を高く保つ必要がある。自動工具交換装置４０は、アーム４１が回転軸６と工具マガジン４２の工具ホルダ４３を把持した後に、回転軸６の工具Ｗをアンクランプし、アーム４１が上下および旋回動作して工具交換が行われるように動作する。工具Ｗを把持して回転軸６をアンクランプする際、工具ホルダ４３の押し量が大きすぎると、前途のように工具ホルダ４３は剛性が高くアーム４１に把持されているので、アーム４１に無理な負担がかかり、自動工具交換装置４０の故障を招く。そのため、工具ホルダ４３の押し量としては、０．５〜０．６ｍｍ以下とする必要がある。主軸装置３０では、メンテナンスを行って半組立体２を交換しても、工具ホルダ４３の押し量が変化しないため、調整の手間がなく短時間での交換が可能となる。

次に、図８を参照して、本発明に係る主軸装置の第３実施形態を説明する。尚、図８においては、図中上側半分が工具アンクランプ状態を示し、図中下側半分が工具クランプ状態を示す。
図８に示すように、本発明の第３実施形態に係る主軸装置５０は、半組立体２にテーパ角の異なる内径部品５１を用いている。このとき、ＢＴホルダ（ＪＩＳ Ｂ６３３９）用の内径部品、ＨＳＫホルダ（ＩＳＯ−１２１６４）は、工具テーパの規格により、管理すべき、軸方向寸法Ｚに対するねらい値Ｚ１に変動があるが、図１，図４に示すものと互換性があるように調整されている。すなわち、アンクランプしたときの軸方向寸法Ｚ_ＵＣ２が、図６に示すアンクランプ状態Ｚ_ＵＣ１と同一になるように調整されている。なお、図４における空間Ｇは、このように軸方向寸法Ｚが異なる内径部品に対しても適用するためＢＴホルダをアンクランプする最低必要量よりも大きな値としている。用途によりさまざまな工具テーパ規格が使用される場合があるが、本例のように異なる工具規格においてもアンクランプが可能なように互換性をもたせることで、仕様の変更が容易になったり、メンテナンスのためのインナーカートリッジの在庫管理を容易にしたりしてコスト低減が図れる。

また、図９に示すように、主軸装置３０では、軸受スリーブ１１の外径Ｉとその嵌合部の長さＪとの比が、Ｊ／Ｉ≒０．５となっている。この場合、外径Ｉと長さＪとの関係は、好ましくは、０．４５〜０．８とすることが望ましい。半組立体２を外筒３に挿入するとき、先ず軸受スリーブ１１がスリーブハウジング５の内径に嵌合する。半組立体２の交換は、通常、工作機械ユーザーの作業現場で行うので、交換作業に特殊な治具を用いることができない場合が多い。そのようなとき、半組立体２が、例えば、自重などの矢印Ｋ方向の力を受けると、リア側軸受１３にモーメント荷重がかかる。その際、長さＪが小さいとリア側軸受１３の２列のスパンＭが短くなり、接触面圧が大きくなってリア側軸受１３が損傷するおそれがある。

図１０に示すように、主軸装置３０において、前述したＪ／Ｉと軸受スパンの関係及び、荷重Ｋが作用したときの軸受接触面圧の関係を調べた。荷重Ｋは、半組立体２の自重とし、治具を用いることのできない現場での交換作業においては組込時の扱いにより発生してしまう荷重である。リア側軸受１３は、内径がφ５５ｍｍのアンギュラ玉軸受である。軸受の接触面圧は、硬さＨｖ＝７００の軸受鋼において、３．５ＧＰａ以上で圧こんが生じてしまうことが知られている。これらにより、Ｊ／Ｉ≧０．４５が必要であることがわかる。また、リア側軸受１３のスパンを長くしすぎても、工作機械としての性能を向上することはできず、軸の慣性モーメント増大（加減速時間の増加）や共振点低下などの問題が生じるため、Ｊ／Ｉ≦０．８とすることが望ましい。さらに、上記のようなＪ／Ｉの関係に設定することにより、スライド不良を発生することもなく、後述の振動減衰作用のあるオーリング（Ｏリング）を備えることもできる。このように、軸受スリーブ１１の外径Ｉと、その嵌合部の長さＪとの関係を設定して適切に設計することにより、メンテナンス性及び工作機械としての性能に優れた半組立体２の構造を得ることができる。

次に、図１１（ａ），（ｂ）を参照して、本発明に係る主軸装置の第４実施形態を説明する。
図１１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の第４実施形態に係る主軸装置６０は、リア側軸受１３に、潤滑供給及び排出構造を配したものであり、半組立体２の容易な取外し及び組付けを可能とするために、位相を決める必要のない構造を有する。
また、軸受スリーブ１１は、スリーブハウジング５の内径に対して隙間嵌めである（図６参照）。これにより、軸受スリーブ１１は、内径部品３１を組み付けた状態で、回転軸６に対して容易に回転してしまう。そこで、従来は、潤滑剤をリア側軸受１３に供給する場合、その供給位相および潤滑剤排出穴位相を決めるためノズルやキーなどの突起物を設けていた。そのため、位相合わせや突起部品の抜き差しを行わないと半組立体２の組付け及び分離ができず、メンテナンスが難しいという問題があった。これに対して、半組立体２には、その外周側から潤滑ノズル等の突起物を設けていないため、組込みボルト１７を外すだけで半組立体２の取り外しが可能となる。

潤滑供給構造は、スリーブハウジング６１の径方向に形成され、潤滑剤供給機（不図示）に連通接続された潤滑剤供給入口（潤滑剤供給経路）６２と、軸受スリーブ６３の外周の嵌合面に設けられた円周溝６４と、軸受スリーブ６３の径方向に、円周溝６４に連通させて形成された径方向穴（潤滑剤供給経路）６５とを介し、リア側軸受１３の外輪を通じて軸受空間内に潤滑剤が供給される。そして、スリーブハウジング６１と軸受スリーブ６３とは、前方側端部が前側オーリング（Ｏリング）６６，６６でシールされ、後方側端部が後側オーリング６７，６７でシールされている。このとき、スリーブハウジング６１及び軸受スリーブ６３の半径方向の潤滑剤供給経路が同じ位相になっていても、或いは、両者が１８０°反対位相に回っていても、円周溝６４によって、リア側軸受１３に潤滑油が円滑に供給される。尚、円周溝６４は、スリーブハウジング６１の内周に設けられても良い。

排出構造は、リア側軸受１３のそれぞれの間に配された外輪間座６８，６８、外輪押え６８Ａと軸受スリーブ６３とに径方向に形成された径方向排出穴６９，６９，６９と、軸受スリーブ６３の軸方向に径方向排出穴６９，６９，６９に連通して形成された軸方向排出穴７０と、軸方向排出穴７０に連通して軸受スリーブ６３の円周方向に等間隔に複数の６個設けられた潤滑剤排出穴７１，７１，７１，７１，７１，７１とからなる。６個の潤滑剤排出穴７１は、等配で配されているため、どんな位相でも真下±１５°以内に最低１か所の潤滑剤排出穴７１が確保されることにより、水平取付け時の排出が可能になっている。

潤滑供給及び排出構造は、グリース補給された後に、余分なグリースを排出させる機能を持つ。これにより、軸受内部へ供給され、不要となった潤滑剤は、軸受近傍に配された図１２のスリンガ部６８Ｂの回転力により軸受の外側に弾き飛ばされる。それにより、どんな位相でも問題なく潤滑剤を排出することが可能となり、例えば水平取付けのスピンドルは下側に排出穴が必要になるが、いずれかの穴が下側に向くので排出を行うことができる。また、グリース潤滑であるため、取り扱いが容易であって、比較的安価なグリース潤滑により、メンテナンスを少ない費用で行うことができる。また、潤滑剤供給機（グリース補給装置）を備えているため、グリースの不足を補うことができるので、焼付き等を回避することができる。また、オイルエア、オイルミスト及び直噴潤滑のいずれかの微量潤滑を用いても良い。そうすれば、効率の良い潤滑を行うことができるので、耐焼付き性を更に向上させることができる。

そして、スリーブハウジング６１と、軸受スリーブ６３とにおいて、軸受スリーブ６３を抜き差しする際におけるオーリング切れを防止するため、軸受スリーブ６３の前方側外周に前側オーリング６６，６６を配し、スリーブハウジング６１の後方側内周に後側オーリング６７，６７を配している。これにより、半組立体２の挿入や抜き取りによって軸受スリーブ６３がスリーブハウジング６１の内周を滑るとき、各オーリング６６，６６，６７，６７の滑る距離が最短化され、尚且つオーリング切れの要因となる段差や穴を各オーリング６６，６６，６７，６７が通過しないため、各オーリング６６，６６，６７，６７の信頼性を格段に向上することができる。

また、各オーリング６６，６６，６７，６７は、前端側２本、後端側２本と多数のオーリングを使っている。これは、オーリング６６，６６，６７，６７の締め代による減衰効果によって、軸受スリーブ６３の振動を減衰させることを目的としている。軸受スリーブ６３は、スリーブハウジング６１に対して隙間嵌めであるため、オーリングのような減衰要素がないと軸受スリーブ６３が隙間の中で振動してしまい、その振動が大きければ、工作機械としての切削性能や精度を劣化させる他、スリーブハウジング６１の内径または軸受スリーブ６３の外径がフレッティング摩耗してしまう虞があるからである。フレッティング摩耗が発生すれば、さらに振動が増大したり、スライド不良が発生を招いたりする他、その修理には主軸装置全体を交換しなければならなくなる。また、オーリングを複数用いることで拘束力が増大するため、軸受スリーブ６３が回転方向に自由に回らなくなるので、クリープの防止も可能となり、嵌め合い面クリープ摩耗の防止にもなる。このように、複数のオーリングを用いることで更に一層の効果をあげることができる。

図１２に示すように、図１１（ａ），（ｂ）の変形例においては、軸受スリーブ６３の後部側のみを小径の単一のオーリング７２にしている。このようにすることにより、オーリングの数を減少させることができ、コンパクトにオーリングを配置できる。ただし、図１１（ａ），（ｂ）の方が、潤滑剤の圧力により軸受スリーブ６３がアキシャル力を受けない点で優れている。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係る主軸装置の第１実施形態の縦断面図である。 図１に示した主軸装置における半組立体を示す縦断面図である。 図１におけるリアカバーを示す正面図である。 本発明に係る主軸装置の第２実施形態の縦断面図である。 図４に示した主軸装置の半組立体を示す縦断面図である。 図４に示した主軸装置の工具アンクランプ状態での縦断面図である。 図４に示した主軸装置の自動工具交換装置機との組付け図である。 本発明に係る主軸装置の第３実施形態の半組立体を示す縦断面図である。 図８に示した半組立体の外筒への挿入状態を示す縦断面図である。 図９に示した主軸装置における軸受の寸法及び面圧の特性図である。 （ａ）は本発明に係る主軸装置の第４実施形態における軸受スリーブの正面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図である。 図１１（ａ），（ｂ）の変形例を示す要部縦断面図である。 従来の主軸装置を示す縦断面図である。

符号の説明

１，３０，４０，５０，６０ 主軸装置
２ 半組立体
３ 外筒
４ ステータ
５，６１ スリーブハウジング
６ 回転軸
７ ロータ
８ フロントハウジング
９ リアカバー
１１，６３ 軸受スリーブ
１２ フロント側軸受
１３ リア側軸受
１４ ピストン機構
３１ 内径部品
３２ ばね
３３ 内径部品側調整部品（調整部品）
３４ ピストン
３９ 取付け基準面
６２ 潤滑剤供給入口（潤滑剤供給経路）
６４ 円周溝
６５ 径方向穴（潤滑剤供給経路）
６６ 前側オーリング（オーリング）
６７ 後側オーリング（オーリング）
７１ 潤滑剤排出穴
７２ オーリング

Claims (17)

1. ステータを有する外筒と、
   ロータを有する回転自在な回転軸と、
   外輪がフロントハウジングに固定されると共に内輪が前記回転軸の一端に外嵌するフロント側軸受と、
   前記回転軸の他端側に配設され前記外筒に嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能な軸受スリーブと、
   内輪が前記回転軸の他端に外嵌すると共に外輪が前記軸受スリーブに固定されて前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、
   を備えた主軸装置であって、
   前記外筒の内周径、前記ステータの内径、前記軸受スリーブの外径の順に直径が小さくなり、前記フロントハウジングと、前記回転軸と前記軸受スリーブとからなる半組立体が前記外筒から抜き取り可能であり、且つ前記軸受スリーブから後方の任意の断面における回転体直径が、前記軸受スリーブ後端から前記断面の間における非回転体の最小直径よりも小さい、ことを特徴とする主軸装置。
2. ステータを有する外筒と、
   ロータを有する回転自在な回転軸と、
   外輪がフロントハウジングに固定されると共に内輪が前記回転軸の一端に外嵌するフロント側軸受と、
   前記回転軸の他端側に配設され前記外筒に嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能な軸受スリーブと、
   内輪が前記回転軸の他端に外嵌すると共に外輪が前記軸受スリーブに固定されて前記フロント側軸受と共働して前記回転軸を回動自在に支持するリア側軸受と、
   を備えた主軸装置であって、
   前記フロントハウジングと、前記回転軸と前記軸受スリーブとからなる半組立体が前記外筒から抜き取り可能であり、
   前記回転軸に工具交換自在な内径部品が組み込まれているとともに、工具交換のためのピストン機構を有することを特徴とする主軸装置。
3. 前記半組立体の取付け基準面と前記内径部品のピストン押付け面との距離が、基準寸法に対して±０．１ｍｍ以内に調整されていることを特徴とする請求項２に記載した主軸装置。
4. 前記内径部品が、ばねを圧縮可能に組み込まれているとともに、前記内径部品の後部に調整部品が固定されており、当該調整部品に、前記ピストン機構へのピストン押付け面が形成されていることを特徴とする請求項２に記載した主軸装置。
5. 前記フロントハウジングの前後と、前記軸受スリーブの前後とに、ラビリンスシールを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載した主軸装置。
6. 前記フロントハウジングが、前記外筒に対して締り嵌めで嵌合されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載した主軸装置。
7. 前記フロントハウジングと外筒との嵌め合い部の長さが、該嵌め合い部の直径の１／１０〜１／３０で、合わせ面の直角度が、軸心に対して５μｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載した主軸装置。
8. 前記半組立体の取付け基準面と、前記内径部品のピストン押付け面とのアンクランプ状態での距離が、工具ホルダの規格にかかわらず統一されていることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか一項に記載した主軸装置。
9. 前記軸受スリーブが、スリーブハウジングに内嵌されており、当該軸受スリーブ外径が、当該スリーブハウジング内径に対して隙間嵌めで嵌合されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載した主軸装置。
10. 前記軸受スリーブ外径と前記スリーブハウジング内径との間に複数対のオーリングが介在されていることを特徴とする請求項９に記載した主軸装置。
11. 前記軸受スリーブと前記スリーブハウジングとの嵌合長さと、当該軸受スリーブの外径と、の比が、嵌合長さ／外径＝０．４５〜０．８の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項９又は請求項１０のいずれか一項に記載した主軸装置。
12. 前記軸受スリーブの円周上に複数設けられた潤滑剤排出穴と、当該軸受スリーブ外周の嵌合面に設けられた円周溝と、当該円周溝に連通接続された半径方向の潤滑剤供給経路と、を有することを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載した主軸装置。
13. 前記リア側軸受が、定位置予圧で且つ背面組み合わせのアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載した主軸装置。
14. グリース潤滑であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載した主軸装置。
15. グリース補給装置を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載した主軸装置。
16. グリース補給された後に、余分なグリースを排出させる機構を持っていることを特徴とする請求項１５に記載した主軸装置。
17. オイルエア、オイルミスト及び直噴潤滑のいずれかの微量潤滑を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載した主軸装置。