JP2005238410A - エアー軸受を有するスピンドルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウジングと主軸との隙間に切削粉が引き込まれない防塵機能を有し、回転駆動時にも騒音を生じることが無いピンドルユニットを提供する。
【解決手段】 主軸１２がエア軸受により前方ハウジング１３内で回転可能に支承され、主軸とハウジングとの隙間は先端部分１８ｂで他の部分１８ａよりも大きく形成され、先端部分から外側に空気が噴き出すように、先端部分の隙間に空気を供給する給気通路２１とノズル２０とが設けられた。またコレットチャックを着脱操作するために主軸の先端に設けられた溝１２ａを覆う被覆部材２９がハウジング先端に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は切削や研磨のための工作機械に取り付けられるスピンドルユニットに関する。

従来のエアー軸受を有するスピンドルユニットは、例えば、図５に示したように、前方ハウジング５１，５２内に主軸５３が回転可能に設けられ、この主軸５３は後端に羽根車５４を有し、先端に切削工具を着脱自在に受理するためのコレットチャック５５が固定され、後方ハウジング５６の後端に軸受給気接続部５７、タービン給気接続部（図示せず）と排気管接続部５８が設けられている。このスピンドルユニット５０では、ラジアル軸受ノズル５９及びスラスト軸受ノズル６０が前方及び後方ハウジング５２，５６に設けられ、これらノズル５９，６０は軸受給気通路６１を介して軸受給気接続部５７まで連通し、この軸受給気接続部５７には空気圧送機（図示せず）から空気が供給される。このような通路から供給された空気は、ラジアル軸受ノズル５９及びスラスト軸受ノズル６０から噴き出し、前方ハウジング５２内で主軸５３が回転できるように支承するものである。
また主軸５３の先端には溝６２が設けられており、この溝６２は、コレットチャック５５を着脱する際に使用されるものである。

上記従来のスピンドルユニット５０において、主軸５３の回転駆動時にラジアル軸受ノズル５９及びスラスト軸受ノズル６０から噴き出された空気は、排気通路を通って排気接続部５８から排出されたり、あるいは前方ハウジング５２と主軸５３の隙間から前後端に排出されている。しかしながら、主軸５３の回転駆動が停止する時には、タービン給気接続部からの給気が止まるため、前方ハウジング５２と主軸５３の隙間における圧力が低下し、空気と伴に切削粉が隙間に引き込まれてしまうという問題がある。
また主軸５３の回転駆動時には、先端に設けられた溝６２が騒音を生じるという問題もある。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、ハウジングと主軸との隙間に切削粉が引き込まれないように防塵効果を有するスピンドルユニットを提供することを課題とする。

また本発明の別の課題は、回転駆動時にも騒音を生じることが無く、しかもコレットチャックの着脱も比較的容易であるスピンドルユニットを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明では、コレットチャックが挿着される主軸がエア軸受によりハウジング内で回転可能に支承されたスピンドルユニットであって、前記主軸とハウジングとの隙間は先端部分で他の部分よりも大きく形成され、前記先端部分から外側に空気が噴き出すように該先端部分の隙間に空気を供給する給気通路とノズルとが設けられたことを特徴とするスピンドルユニットを提供する。
主軸とハウジングの先端部分は隙間が大きく形成されているため、主軸の回転駆動時には、ノズルから先端部分の隙間に供給された空気が外側に噴き出し、切削粉の侵入を防止することができ、一方、主軸の回転が停止したときにも、隙間が大きいが故に、たとえ後方部分の隙間で内圧が上昇しても、先端部分の隙間では内圧が上昇せず、同様に防塵効果が得られる。

また本発明のスピンドルユニットでは、コレットチャックを着脱操作するため前記主軸の先端に設けられた溝を覆う被覆部材が前記ハウジング先端に設けても良い。このように主軸先端の溝を被覆部材で覆えば、回転駆動時の空気抵抗による騒音の発生を防止することができる。

本発明のスピンドルユニットは、主軸の回転を停止したときに、前方ハウジングと主軸との隙間に切削粉を引き込まない防塵効果を有し、また回転駆動時には騒音を発生せず、しかもコレットチャックの着脱も比較的容易に行うことが可能である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は図３のI−I線に沿って切断したスピンドルユニット１０の断面図であり、図２は図３のII−II線に沿って切断したスピンドルユニット１０の断面図であり、図３はスピンドルユニット１０を後方から見た図である。また図４は図１におけるスピンドルユニット１０の先端を拡大して示した断面図である。
スピンドルユニット１０は、切削工具を着脱自在に受理するためのコレットチャック１１が主軸１２の内部に挿着され、この主軸１２が前方ハウジング１３内に回転可能に設けられ、前方ハウジング１３の外周に外周ハウジング１４が設けられ、外周ハウジング１４と前方ハウジング１３の後方に後方ハウジング１５が連結ボルト１６で連結され、前方ハウジング１３には複数のラジアル軸受ノズル１７ａが設けられ、前方ハウジング１３の内周面と主軸１２の外周面との隙間１８ａ（図４参照）に各ラジアル軸受ノズル１７ａから空気が噴き出されてエア軸受が構成され、主軸１２と前方ハウジング１３との先端部分には、他の部分よりも大きく形成された隙間１８ｂ（図４参照）が設けられ、この先端の隙間１８ｂに連通するように防塵用ノズル２０と給気通路２１が前方ハウジング１３に設けられている。これら防塵用ノズル２０とラジアル軸受ノズル１７ａには給気通路２１を通して空気が供給され、防塵用ノズル２０から隙間１８ｂに送られた空気はスピンドルユニット１０の先端から噴き出され、切削紛等の塵が先端から侵入することを防止する。
ここで、隙間１８ａは、０．００５〜０．０２ｍｍ程度に形成すれば良く、０．０１〜０．０２ｍｍが最適である。また隙間１８ｂは、０．０３〜０．１ｍｍ程度に形成すれば良く、０．０３〜０．０５ｍｍが最適である。

さらに詳細に説明すれば、前記主軸１２には、コレットチャック１１の着脱操作時に工具を係止させる溝１２ａが先端に形成され、後端に軸部分よりも直径が大きい羽根車１２ｂが形成されている。主軸１２の内部には、コレットチャック１１の後端を螺合して固定するための固定ボルト１２ｃが設けられ、空洞部の後端には排気孔２６ａが形成された封止材２６が固定されている。

前記後方ハウジング１５の後端には、軸受給気接続部２２、排気管接続部２３、タービン給気接続部２４が設けられ、後方ハウジング１５の空洞部には空気通路分岐部材２５が挿着されている。この気体通路分岐部材２５には、外周の３箇所に環状の溝２５ａ，２５ｂ，２５ｃが形成されており、これら環状溝２５ａ，２５ｂ，２５ｃが後方ハウジング１５の内周面で塞がれて環状空間が形成され、これら環状空間が、それぞれ軸受給気、排気、タービン給気の分岐通路となる。
すなわち、後方ハウジング１５内には、軸受給気接続部２２から１本の給気通路２１ａがスラスト方向に延設され、これが通路２１ｂを介して気体通路分岐部材２５の環状溝２５ａに連通し、この環状溝２５ａに連通するように、複数のスラスト軸受ノズル２６ａが後方ハウジング１５と空気通路分岐部材２５とに挟持されている。したがって、環状溝２５ａまで送られた空気は、ここで複数のスラスト軸受ノズル２６ａに分岐される。

また給気通路２１ａは、環状溝２５ａに連通する以外にも、給気通路２１ｃを介して外周ハウジング１４の給気通路２１ｄに連通しており、この給気通路２１ｄの先端部に連通するように外周ハウジング１４の内周面に環状の溝２１ｅが形成され、この環状溝２１ｅに連通するようにスラスト方向に延びる複数の給気通路２１ｆが形成される。これら複数の給気通路２１ｆは、前方ハウジング１３の外周面と外周ハウジング１４の内周面とに刻まれた溝で囲まれた空間から形成されたものである。各給気通路２１ｆには、その後端にスラスト軸受ノズル２６ｂが設けられ、前方ハウジング１３に設けられた各ラジアル軸受ノズル１７ａと各防塵用ノズル２０も各給気通路２１ｆに連通している。

次に、タービン給気通路について説明する。後方ハウジング１５内には、図２に示したように、タービン給気接続部２４から１本のタービン給気通路２７ａがスラスト方向に延設され、これがタービン給気通路２７ｂを介して空気通路分岐部材２５の環状溝２５ｂに連通し、この環状溝２５ｂからラジアル方向に複数の通路（図示せず）が形成され、それぞれのラジアル方向通路に連通する通路２７ｃがスラスト方向に設けられ、これら各スラスト方向通路２７ｃの先端には、羽根車１２ｂに向けてタービンエアを噴出すためのノズル２７ｄが設けられている。

一方、排気通路としては、後方ハウジング１５内に、図１に示したように、排気管接続部２３から１本の排気通路２８ａがスラスト方向に延設され、これが通路２８ｂを介して気体通路分岐部材２５の環状溝２５ｃに連通し、この環状溝２５ｃからラジアル方向に複数の通路（図示せず）が設けられ、それぞれのラジアル方向通路に連通する排気通路２８ｃがスラスト方向に設けられ、各スラスト方向通路２８ｃの先端から、羽根車１２ｂに向けて延びる排気通路２８ｄが設けられている。なお、排気通路としては、上記以外にも、気体通路分岐部材２５の空洞部分２５ｄから、封止材２６の排気孔２６ａまで連通する空間が排気通路として機能する。

次に、フロントカバー２９について説明する。フロントカバー２９は、主軸１２の先端の溝１２ａを覆い得るように、かつ主軸１２の先端外周との間に隙間ができるように形成され、前方ハウジング１３と外周ハウジング１４の前端面に当接され、着脱可能なボルト３０などの固定具により外周ハウジング１４に固定される。フロントカバー２９と主軸１２との隙間は、上記した主軸１２と前方ハウジング１３との先端の隙間１８ｂよりも若干大きく形成される。またフロントカバー２９には、その外周部から主軸１２の溝１２ａに向けてラジアル方向に延びる貫通孔２９ａが形成されており、この貫通孔２９ａは着脱可能なボルト３１などにより封止されている。したがって、ボルト３１を外せば主軸１２の溝１２ａを用いてコレットチャック１１の着脱操作が可能であり、この着脱操作後にはボルト３１をねじ込むだけで貫通孔２９ａを塞ぐことができて、コレットチャックの着脱は比較的容易に行い得る。

上記構成のスピンドルユニット１０では、軸受給気接続部２２から供給された空気が給気通路２１ａ〜２１ｆを通過して、ラジアル軸受ノズル１７ａ及び防塵用ノズル２０に至り、ここから主軸１２の外周面に噴き付けられる一方で、スラスト軸受ノズル２６ａ，２６ｂからは羽根車１２ｂに噴き付けられる。このとき、主軸１２の外周面と前方ハウジング１３の内周面との隙間の先端部分１８ｂ（図４参照）は、その後方部分１８ａ（図４参照）よりも広く形成されているため、防塵用ノズル２０から隙間１８ｂに送られた空気は、スピンドルユニット１０の先端から噴き出し、切削粉の侵入を防止することができる。また主軸１２の回転を停止させるため、タービン給気接続部２４からの給気を停止させたときにも、主軸１２の回転が完全に停止するまでは、軸受給気接続部２２からの空気供給が続けられ、防塵用ノズル２０から先端部分の隙間１８ｂを通って先端から噴き出し、ここからの切削粉の侵入を防止することができる。

図３のI−I線に沿って切断したスピンドルユニットの断面図である。 図３のII−II線に沿って切断したスピンドルユニットの断面図である。 スピンドルユニットを後方から見た図である。 スピンドルユニットの先端部分を拡大して示した断面図である。 従来例を示す断面図である。

符号の説明

１０ スピンドルユニット
１１ コレットチャック
１２ 主軸
１２ａ 主軸の溝
１３ 前方ハウジング
１７ａ ラジアル軸受ノズル
１８ａ 先端の隙間
１８ｂ 隙間
２０ 防塵用ノズル
２１ 給気通路
２９ フロントカバー

Claims (2)

1. コレットチャックが挿着される主軸がエア軸受によりハウジング内で回転可能に支承されるスピンドルユニットであって、
   前記主軸とハウジングとの隙間は先端部分で他の部分よりも大きく形成され、前記先端部分から外側に空気が噴き出すように該先端部分の隙間に空気を供給する給気通路とノズルとが設けられたことを特徴とするスピンドルユニット。
2. コレットチャックを着脱操作するため前記主軸の先端に設けられた溝を覆う被覆部材が前記ハウジング先端に設けられたものである請求項１に記載のスピンドルユニット。

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