JP2007210091A

JP2007210091A - スピンドル装置

Info

Publication number: JP2007210091A
Application number: JP2006310125A
Authority: JP
Inventors: Osamu Iwasaki; 修岩崎; Yoshifumi Inagaki; 好史稲垣
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-11-16
Also published as: JP4946380B2

Abstract

【課題】回転軸を流体が通過する流路が容易に、且つ低コストで加工できるスピンドル装置を提供する。
【解決手段】スピンドル装置１０は、複数の軸受１３間で、回転軸１２に外嵌されるスリーブ１４を有する。回転軸１２を流体が通過する流路４０は、互いに嵌合する回転軸１２の外周面に形成された溝部４３とスリーブ１４の内周面との間に設けられる空間を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピンドル装置に関し、より詳細には、切削液や圧縮空気等の流体が回転軸内を通過する経路を改良したスピンドル装置に関する。

従来、工作機械本体の工具主軸を支持するスピンドル装置では、工具主軸の高速回転に伴い、主軸内から軸受内輪に流体を供給するアンダーレース潤滑方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のスピンドル装置１００では、図５に示すように、回転軸１０１が複数の軸受１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ）によりハウジング１０２に対して回動自在に支持されている。回転軸１０１には、その前端部に工具ホルダ１０４を取り付けるためのテーパ孔１０１ａが設けられ、更に、軸芯にテーパ孔１０１ａに連通する軸方向孔１０１ｂが形成されている。この軸方向孔１０１ｂには、工具ホルダ１０４を脱着するためのドローバー１０５が収容されている。

ドローバー１０５には、一端がテーパ孔１０１ａに開口するエア供給孔１０６がドローバー１０５の軸方向に形成されている。また、回転軸１０１には、一端が軸受１０３（１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃ，１０３Ｄ）に向かって開口する潤滑油供給用孔１０７が軸方向および半径方向に形成されている。そして、回転軸１０１の反テーパ孔側の端部から圧縮空気および潤滑油を供給して、エア供給孔１０６および潤滑油供給用孔１０７を介してテーパ孔１０１ａおよび軸受１０３にそれぞれ圧縮空気および潤滑油を供給する。

また、他のスピンドル装置として、工具主軸のテーパ孔と工具ホルダのテーパ部との密着を確認するため、主軸内から流体を供給することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載のスピンドル装置２００では、図６に示すように、回転軸２０１に流路２０２，２０３を形成すると共に、ドローバー２０４の軸心を通って軸方向に形成された流路２０５にパイプ２０６を挿通させて２重構造の流路を形成し、流路２０２，２０５を介して図示しない工具に冷却用クーラントを供給し、流路２０３及びパイプ２０６を介してテーパ孔２０１ａと図示しない工具ホルダとの密着確認用空気を供給して
いる。
特開平６−２０６１０３号公報特開平１０−２２５８４５号公報

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載のスピンドル装置１００，２００では、いずれも、回転軸１０１，２０１およびドローバー１０５，２０４に、小径且つ長い貫通孔を軸方向に形成してクーラントや圧縮空気の供給流路としているので、流路の加工が困難であり、製作に多くの時間と費用を要する問題があった。また、特許文献２に記載のスピンドル装置２００は、ドローバー２０４の軸方向に形成された流路２０５にパイプ２０６を挿通させて２重構造の供給流路となっているので、流路２０５の加工の困難さに加えて、構造が複雑となる問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸を流体が通過する流路が容易に、且つ低コストで加工できるスピンドル装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）ハウジングと、ハウジング内で、ハウジングに対して相対回転可能に配置される回転軸と、ハウジングに内嵌される外輪、回転軸に外嵌される内輪、及び外輪及び内輪間に配置される転動体をそれぞれ備える複数の軸受と、を有するスピンドル装置であって、複数の軸受間で、回転軸に外嵌されるスリーブをさらに有し、
回転軸を流体が通過する流路は、互いに嵌合する回転軸の外周面とスリーブの内周面との間に設けられる空間を含むことを特徴とするスピンドル装置。
（２）ハウジングと回転軸との間にはモータが内蔵されており、スリーブは、モータのロータが外嵌されるロータスリーブであることを特徴とする（１）に記載のスピンドル装置。

本発明によれば、複数の軸受間で、回転軸に外嵌されるスリーブを有し、回転軸を流体が通過する流路が、互いに嵌合する回転軸の外周面とスリーブの内周面との間に設けられる空間を含むので、加工が困難な小径且つ長い貫通孔の加工が不要となり、回転軸を流体が通過する流路が容易、且つ低コストで加工でき、簡単な構成の流路を持った安価なスピンドル装置となる。

以下、本発明に係るスピンドル装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。図１に示すように、スピンドル装置１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１内で、ハウジング１１に対して相対回転可能に配置される回転軸１２と、ハウジング１１と回転軸１２との間に配置される複数（本実施形態では、４つ）の軸受１３と、複数の軸受１３間で、回転軸１２の軸方向中間部１２ａに外嵌されるスリーブ１４とを備える。

ハウジング１１は、工作機械本体に取り付けられ、軸受１３を介して回転軸１２の前部を回動自在に支持する前側ハウジング１１ａと、軸受１３を介して回転軸１２の後部を回動自在に支持する後側ハウジング１１ｃと、前側ハウジング１１ａおよび後側ハウジング１１ｃの間に配置された中間ハウジング１１ｂとを備える。また、前側ハウジング１１ａの前端には、前蓋１５及びフロントカバー１６が設けられる。

回転軸１２は、その軸方向前部及び後部に軸方向中間部１２ａより小径の小径軸部１２ｂ、１２ｃを有し、小径軸部１２ｂには工具ホルダ１７を取り付けるためのテーパ孔１２ｄが設けられる。また、小径軸部１２ｃには、回転軸１２を駆動するため、ベルト５１が懸架されるプーリ５２が外嵌固定されており、さらに、小径軸部１２ｃの後端には、図示しないボルト等によって固定される円盤部材１８を介して回転継手１９が連結されている。

複数の軸受１３は、ハウジング１１の前側ハウジング１１ａ及び後側ハウジング１１ｃに内嵌される外輪２１、回転軸１２の小径軸部１２ｂ、１２ｃに外嵌される内輪２２、及び外輪２１及び内輪２２間に配置される転動体である玉２３をそれぞれ備え、複数の間座２４及びナット２５によって軸方向に規制されている。なお、軸受１３としては、アンギュラ玉軸受を使用しているが、種々の軸受を任意に組み合わせて使用することができる。

回転軸１２の内部には、回転軸１２に軸方向に相対移動可能に装着されるドローバー３０と、ドローバー３０が工具ホルダ１７を軸方向内方に引き込むように、ドローバー３０に外装され、軸方向において回転軸１２とドローバー３０の大径部３０ａとの間に圧縮可能に配置されるばね３１と、が配置される。なお、ばね３１としては、皿ばねを使用しているが、コイルばねや螺旋皿ばね等を使用してもよい。

ドローバー３０の先端には、ボール３２を保持して工具ホルダ１７のプルスタッド１７ａをクランプするコレット部３３が形成されている。また、ドローバー３０の後端には、アンクランプバー５３が小径軸部１２ｃに形成された開口５４から突出して固定されてお
り、工具ホルダ１７を交換する際に、アンクランプバー５３を軸方向前方にスライド移動させて、ドローバー３０を工具ホルダ１７側に押し出し、ボール３２をテーパ孔１２ｄの後方に位置するクランプ凹部１２ｅに移動させる。

また、回転軸１２の前部および後部には、その軸方向前端および後端から軸方向中心に向かって形成される軸方向孔４１Ａ，４１Ｂと、回転軸１２の外周面と各軸方向孔４１Ａ，４１Ｂとを連通させる径方向孔４２Ａ，４２Ｂとが形成されている。更に、回転軸１２の軸方向中間部１２ａの外周面には、該外周面において径方向孔４２Ａ，４２Ｂ同士を連通させるように溝部４３が軸方向に形成されている。

スリーブ１４は、回転軸１２に形成された溝部４３を覆うように回転軸１２に外嵌されており、回転軸１２の軸方向中間部１２ａの外周面に形成された環状凸部１２ｆと当接することで軸方向に位置決めされる。また、スリーブ１４と回転軸１２との間で、溝部４３の軸方向外側には、Ｏリング４４が配置されている。これにより、回転軸１２を流体が通過する流路４０は、軸方向孔４１Ａ，４１Ｂ，径方向孔４２Ａ，４２Ｂ，及び、溝部４３とスリーブ１４の内周面との間に形成される空間とで構成される。

さらに、回転軸１２の後端に固定された円盤部材１８には、中心に設けられた中心孔４５から複数に分岐する流体分配孔４６が形成され、中心孔４５は、回転継手１９に形成された流体供給口４７と連通する。

これにより、回転継手１９の流体供給口４７、円盤部材１８の中心孔４５、流体分配孔４６を通って供給される切削液が、流路４０である軸方向孔４１Ｂ、径方向孔４２Ｂ、溝部４３、径方向孔４２Ａ、軸方向孔４１Ａの順に通過し、工具ホルダ１７に設けられた切削液流路１７ｂを介して工具５０に噴出する。

尚、流体、および流体が供給される所定の部位は、切削液および切削液流路１７ｂに限定されることはなく、軸方向孔４１Ａ、４１Ｂからそれぞれの軸受１３に連通する径方向孔（図示せず）を設け、回転継手１９及び円盤部材１８を介して潤滑油を供給して軸受１３を潤滑することもできる。更にまた、軸方向孔４１Ａからテーパ孔１２ｄに連通する流路（図示せず）を設けて、回転継手１９及び円盤部材１８から圧縮空気を供給してテーパ孔１２ｄを清掃するようにしてもよい。

更に、軸方向孔４１Ａ，４１Ｂ、径方向孔４２Ａ，４２Ｂ、及び溝部４３とを複数組、回転軸１２の円周方向に離間させて設けた複数の流路４０によって、種類の異なる流体（例えば、切削液、圧縮空気、潤滑油）を同時に異なる部位に供給することができる。

本実施形態のスピンドル装置１０によれば、複数の軸受１３間で、回転軸１２に外嵌されるスリーブ１４を有し、回転軸１２を流体が通過する流路４０が、互いに嵌合する回転軸１２の外周面とスリーブ１４の内周面との間に設けられる空間を含むので、加工が困難な小径且つ長い貫通孔の加工が不要となり、回転軸１２を流体が通過する流路４０が容易、且つ低コストで加工でき、簡単な構成の流路を持った安価なものとなる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るスピンドル装置について図２に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態のスピンドル装置６０は、モータビルトイン式のものであり、第１実施形態と同様、ハウジング１１と、ハウジング１１内で、ハウジング１１に対して相対回転可能に配置される回転軸１２と、ハウジング１１と回転軸１２との間に配置される複数（本実施形態では、６つ）の軸受１３と、複数の軸受１３間で、回転軸１２の軸方向中間部１２ａに外嵌されるスリーブ１４´とを備える。

本実施形態のハウジング１１の中間ハウジング１１ｂと、回転軸１２の軸方向中間部１２ａとの間には、モータ６１が内蔵されており、モータ６１のステータ６２は中間ハウジング１１ｂに固定される。また、モータ６１のロータ６３は、スリーブ１４´に焼嵌めによって外嵌固定されており、即ち、スリーブ１４´はロータスリーブを構成する。

なお、このロータスリーブ１４´も第１実施形態と同様に、回転軸１２に形成された溝部４３と共に空間を構成し、回転軸１２を流体が通過する流路４０の一部をなす。

また、本実施形態では、ドローバー３０と回転継手１９とが互いに結合されており、回転継手１９から送られた流体は、ドローバー３０の軸中心部から径方向外方に穿孔された軸孔部６４を通過して、回転軸１２の軸方向孔４１Ｂに供給される。さらに、小径軸部１２ｃの内周面には、ドローバー３０が移動する際にも流体を供給できるように、所定の軸方向幅を持った開口溝６５が軸方向孔４１Ｂと連通するように形成される。

従って、本実施形態のスピンドル装置６０によれば、モータビルトインタイプのものに使用されるロータスリーブ１４´を用いて流路４０を構成するので、部品点数を増加することなく、モータ６１を外嵌することで軸方向に長くなる回転軸１２の流路４０を容易、且つ低コストで加工することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

尚、本発明は、前述した各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。

ここで、第２実施形態のスピンドル装置に形成される流路を、工具ホルダの密着確認を行なうためのエア供給路とする場合に、スキマ検知が可能であるかについて、図３及び図４に示す装置を用いて試験を行なった。

試験装置７０は、第２実施形態のスピンドル装置６０のうち、流路を構成する部分について構成したものであり、流路７１は、ドローバー７２、軸７３、ロータ７４によって形成され、これらの部材は軸７３を取付ブラケット７５に固定することで支持されている。また、軸７３の先端にはホルダ７６が取り付けられ、ホルダ７６の前方には、ホルダ７６を押圧するクランプ部材７７が設けられる。

そして、図４（ｂ）に示すように、軸７３とホルダ７６との間に、板厚（０．０１０ｍｍ〜０．０４０ｍｍ）と位相（軸穴に対して０度、４５度、９０度）を変えながら幅５ｍｍのシム７８を挿入するとともに、クランプ部材７７にてホルダ７６をクランプ力相当荷重で押し付けて実際のクランプ状態とし、軸７３に取り付けたマグネットスタンド７９に固定されるダイヤルゲージ８０にて実スキマ量ｇを測定した。

この状態で、エアキャッチセンサ８１（ＳＭＣ社製）を通したエアをドローバー７２の後部から供給して、スキマ検知を行なった。なお、本試験では、軸７３の先端部の着座用穴７３ａの穴径（φＡ）を１．５ｍｍ、エア圧力計８２の圧力値を０．１０ＭＰａ、エアキャッチセンサ８１のリミット設定値を０．５として行なわれた。試験結果を表１に示す。

表１に示されるように、上記条件において、軸７３とホルダ７６との実スキマ量ｇが０．０１０ｍｍ以上になればスキマ検知が確実に行なわれることがわかり、工具ホルダの密着確認として十分に利用できることが確認された。

本発明の第１実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。本発明の第２実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。本発明の効果を確認するための試験装置の概略図である。（ａ）は、図３の軸端部の拡大図であり、（ｂ）は、シムの挿入位置を示す図である。従来のスピンドル装置の縦断面図である。従来の他のスピンドル装置の縦断面図である。

符号の説明

１０，６０スピンドル装置
１１ハウジング
１２回転軸
１３軸受
１４スリーブ
２１外輪
２２内輪
２３玉（転動体）
４０流路

Claims

ハウジングと、該ハウジング内で、該ハウジングに対して相対回転可能に配置される回転軸と、前記ハウジングに内嵌される外輪、前記回転軸に外嵌される内輪、及び前記外輪及び内輪間に配置される転動体をそれぞれ備える複数の軸受と、を有するスピンドル装置であって、
前記複数の軸受間で、前記回転軸に外嵌されるスリーブをさらに有し、
前記回転軸を流体が通過する流路は、互いに嵌合する前記回転軸の外周面と前記スリーブの内周面との間に設けられる空間を含むことを特徴とするスピンドル装置。
前記ハウジングと前記回転軸との間にはモータが内蔵されており、前記スリーブは、前記モータのロータが外嵌されるロータスリーブであることを特徴とする請求項１に記載の
スピンドル装置。