JP2007229920A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】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前記回転軸の一端に外嵌するフロント側軸受１２と、回転軸６の他端側に配設され外筒３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１１と、内輪が前記回転軸６の他端に外嵌すると共に外輪が前記軸受スリーブ１に固定されて前記フロント側軸受１２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１３を備え、前記外筒の内周径、ステータ４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８と、前記回転軸と前記軸受スリーブ１１とからなる半組立体２が前記外筒３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くした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばフライス盤やマシンニングセンタ等の工作機械に備えられる主軸装置及び主軸装置を備えた工作機械に関する。

工作機械等の主軸装置として、フロントハウジングとスピンドル本体間に、フロント側軸受を介装し、スピンドル本体の後部外周にリア側軸受を介装したビルトインモータスピンドル装置が、例えば、特開平７−１１２３０３号公報（以後、『特許文献１』と記述する。）、特開２００３−１５９６２２号公報（以後、『特許文献２』と記述する。）に記載されているように、従来から知られている。

図３１に示すように、特許文献１、特許文献２に開示されたビルトインモータスピンドル装置５００では、ユニット支持部材５０１によって保持されるモータハウジング５０２と、このモータハウジング５０２前方に結合されるフロントハウジング５０３と、を備えている。また、このモータハウジング５０２及びフロントハウジング５０３内に内装されるスピンドル本体５０５と、モータハウジング５０２の中間部内周に固着されたステータ５０６とを備え、スピンドル本体５０５の中間部外周にはロータ５０７が固着されている。

また、スピンドル本体５０５は中空筒状となり、筒内には皿ばね５０８で付勢され且つ筒内を摺動自在なドローバ５０９が設けられているとともに、この先端にはチャック部５１０が設けられている。そして、フロントハウジング５０３とスピンドル本体５０５間には、４個のフロント側軸受５１１を介装している。また、スピンドル本体５０５の後部外周には円筒ころ軸受であるリア側軸受５１２と、軸受スリーブ５１３が外嵌されており、モータハウジング５０２の後部にはリアカバー５１４がボルト締めされている。

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（ｄｍＮ６０万未満）（ｄｍ；転がり軸受のピッチ円直径（ｍｍ）、Ｎ；回転速度（ｍｉｎ^−１））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に開示されたスピンドル装置５００では、メンテナンス性向上のためにスピンドル本体５０５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５０５は抜けるが、円筒ころ軸受であるリア側軸受５１２の交換に関する記載はなく、リア側軸受５１２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５０５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５１２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に開示されたスピンドル装置５００では、主軸を取り外す時は後部に回ってパイプを外したり、組立てるときはさらに軸受ケースとパイプ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。

工作機械等の主軸装置の他の一例として、スリーブハウジングと軸受スリーブの間に複数枚の皿ばねを積層して配置した主軸装置が、例えば、特開平１１−１３８３０５号公報（以後、『特許文献３』と記述する。）に記載されているように、従来から知られている。

主軸装置においては、高速回転時の発熱等によって回転軸が軸方向に伸縮したときに、該軸方向変位を吸収できるように、一方の軸受（リア側軸受）が、スリーブハウジングに嵌合して軸方向に移動可能とされた軸受スリーブに固定されている。スリーブハウジングと軸受スリーブとの嵌合は、単純なはめあいとした滑り面方式や軸方向に移動可能なボールブッシュを用いたボールスライド方式、等が知られている。回転軸の自由端側を支持する軸受スリーブには、スライド性と共に、ラジアル剛性及びアキシアル方向の振動減衰性が要求される。

スリーブハウジングと軸受スリーブとの嵌合が滑り面方式の場合、発熱に伴って嵌合隙間が減少するので、初期嵌合隙間を大きく設定する必要がある。これは、主軸装置の回転時に回転軸の振動を増大させる一因となっていた。また、ボールブッシュを用いた嵌合のボールスライド方式の場合、発熱によって締め代が増大して軸受スリーブの滑らかな軸方向移動が阻害されたり、アキシアル剛性が低く、回転軸のびびりと呼ばれる自励振動が生じたりする場合があった。

そのため、特許文献３に開示された主軸装置では、回転軸の自励振動を減衰させるため、スリーブハウジングと軸受スリーブの間に複数枚の皿ばねを積層して配置してアキシアル剛性を高めると共に、皿ばねの摩擦によって自励振動を防止するようにしている。

ところが、上記特許文献３に開示された主軸装置では、皿ばねの摩擦によって自励振動を減衰させるようになっており、減衰力は、皿ばねのバネ常数、枚数、設置方向、等で決まる。これらの事項は、主軸装置の組付け時に設定されてしまうので、主軸装置を分解するなどして皿ばねを組み替えない限り一定不変である。言い換えると、例えば減衰率等を運転条件に最適な値に再設定するなど、回転条件に応じて特性を変更することは困難であった。

近年、主軸装置の高速化が著しく、該高速化に伴って発生熱量も多くなっていることから、これに対抗し得る、より高度な回転軸の支持方法が求められている。

また、主軸装置を備えた工作機械一例として、主軸頭のハウジングをフロントハウジングとリアハウジングとに分割し、両者をボルトで締結している工作機械が、例えば、特開２００３−１５９６２２号公報（前記特許文献２）に記載されているように、従来から知られている。

このような工作機械では、カートリッジ全体ではなく、ビルトインモータのステータと、外筒とを主軸頭に残し、軸、フロント側軸受、フロントハウジング、ビルトインモータのロータ、リア側軸受、リアハウジングを主軸サブカートリッジとして取り外すようにしている。

特開平７−１１２３０３号公報 特開２００３−１５９６２２号公報 特開平１１−１３８３０５号公報

ところで、工作機械において、故障や寿命の到達により、主軸装置を交換する場合、軸受やステータを個別に主軸頭に組み込む構成のものでは、交換作業に時間がかかり、機械のダウンタイムが増大する。そこで、主軸装置をカートリッジとして主軸頭に対して一体的に分割、組付可能な構造とすることにより、交換時間を短縮できることが知られている。

主軸及び軸受の交換に際し、主軸カートリッジ全体が抜ける構造を有するものもあるが、この構造では、ビルトインモータ方式の場合に、油空圧管や電線を引き離す必要があり、作業に時間がかかる。

これに対し、上記特許文献２では、カートリッジ全体ではなく、ビルトインモータのステータと、外筒とを主軸装置に残し、軸、フロント側軸受、フロントハウジング、ビルトインモータのロータ、リア側軸受、リアハウジング、を主軸サブカートリッジとして、一体的に取り出せるようになっている。しかし、主軸カートリッジの分解のときに、主軸頭内部に入り込んでいる主軸カートリッジの部分を主軸頭からすべて抜き取る必要があるが、主軸カートリッジは重量物のために、人力で抜くことはできない。

そこで、主軸カートリッジを工作機械のワークテーブルに固定して、主軸の軸方向と平行な送り軸であるＺ軸送りを利用して抜くと安全かつ短時間に抜くことができる。ところが、主軸カートリッジを主軸頭から完全に抜くために必要な長さよりも、Ｚ軸移動量の方が短いと、Ｚ軸送りを利用した抜き取りが不可能になる。

また、主軸カートリッジを分解するときに、多くの油空圧管や電線を切り離す作業が必要であり、交換時間が長い。これに対して、主軸サブカートリッジの場合は多くの油空圧管や電線を切り離す作業は必要ないが、主軸サブカートリッジを主軸頭から完全に抜くために必要な長さよりも、Ｚ軸移動量の方が短いと、Ｚ軸送りを利用した抜き取りが不可能になる点は同じである。

一方、主軸カートリッジの側面に平らな取付け面を設け、主軸頭に対し側面から固定する構造であれば、Ｚ軸移動量と関係なく、主軸カートリッジを主軸頭から分解することができる。しかし、この方法は主軸カートリッジの側面のみで荷重を受けるため、締結剛性が低くなり、剛性面で不適当である。

また、上記の特許文献２では、油空圧管や電線を切り離す必要はないが、サブカートリッジとして取り出すことができる部品を除いて一体的に取り出すことができない。そのため、ステータやアンクランプシリンダ等の故障時に有効に機能しないので、分解に係る機能性に乏しい。

本発明の主軸装置及び主軸装置を備えた工作機械は、このような事情に鑑みて発明されたものであり、本発明の第１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り、本発明の第２の目的は、高い剛性を有し、かつ良好な減衰特性、スライド性に優れた主軸装置を提供することにあり、本発明の第３の目的は、主軸カートリッジまたは主軸サブカートリッジを短時間で分解・組付可能で、且つ最小限の機械高さに抑え、且つ剛性の高い工作機械を提供することにあり、本発明の第４の目的は、内部のあらゆる構成部品の交換作業を容易にできるようにしてメンテナンス性の向上を図ることができる主軸装置を提供することにある。

本発明の対象となる主軸装置は、前述した従来構造と同様に、外筒、回転軸、フロント側軸受、リア側軸受、を備えており、工作機械に組み付けられて回転軸が高速で回転する。

特に、請求の範囲第１項に記載した主軸装置においては、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半径が、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半径よりも小さくしている。

また、請求の範囲第２項に記載した主軸装置においては、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している。

また、請求の範囲第３項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第４項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第５項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第６項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第７項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第８項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第９項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第１０項に記載した主軸装置においては、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。

また、請求の範囲第１１項に記載した主軸装置においては、グリース潤滑である。

また、請求の範囲第１２項に記載した主軸装置においては、グリース補給装置を備えている。

また、請求の範囲第１３項に記載した主軸装置においては、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構を持っている。

また、請求の範囲第１４項に記載した主軸装置においては、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いる。

また、請求の範囲第１５項に記載した主軸装置においては、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スリーブハウジングに嵌合して前記回転軸の軸方向に移動可能とされた軸受スリーブと、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、前記回転軸の他端を軸方向に変位可能とした主軸装置であって、前記スリーブハウジングと前記軸受スリーブとの嵌合面に前記スリーブハウジングと前記軸受スリーブとの間をシールする弾性体を備えると共に、前記弾性体に圧力を負荷する流体を供給するようにした。

また、請求の範囲第１６項に記載した主軸装置においては、前記弾性体はオーリングであり、前記流体は圧縮空気であって、複数本配設された前記オーリングの間に前記圧縮空気を供給して前記オーリングに圧力を負荷するようにした。

また、請求の範囲第１７項に記載した主軸装置においては、前記弾性体に圧力を負荷する前記流体の圧力は、可変である。

また、請求の範囲第１８項に記載した主軸装置においては、前記オーリングは、ニトリルゴム又はフッ素ゴムから形成され、且つ前記オーリングを前記スリーブハウジングと前記軸受スリーブとの間に装着したときの締め代は、前記オーリングの使用標準値の１０％以上で、且つ該使用標準値以下である。

また、請求の範囲第１９項に記載した主軸装置においては、前記弾性体は、複数個の弾性体によって１セットとなる弾性体セットが複数セット配置されると共に、両端に配置された前記弾性体セットは、一方の前記弾性体セットが前記軸受スリーブに配設され、他方の前記弾性体セットが前記スリーブハウジングに配設されている。

また、請求の範囲第２０項に記載した工作機械においては、回転自在な回転軸と、内輪に前記回転軸の前端が内嵌されたフロント側軸受と、前記フロント側軸受の外輪が内嵌されたフロントハウジングと、ビルトインモータのロータと、前記ビルトインモータのステータと、内輪に前記回転軸の後端が内嵌されたリア側軸受と、主軸頭に内嵌される外筒と、から構成された主軸カートリッジを備え、前記主軸頭の軸方向に設けられた主軸カートリッジ把持部に前記主軸カートリッジが挿入されているとともに、前記主軸カートリッジが前記主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、前記回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、前記主軸カートリッジが、前記主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。

また、請求の範囲第２１項に記載した工作機械においては、回転自在な回転軸と、内輪に前記回転軸の前端が内嵌されたフロント側軸受と、前記フロント側軸受の外輪が内嵌されたフロントハウジングと、ビルトインモータのロータと、内輪に前記回転軸の後端が内嵌されたリア側軸受と、前記リア側軸受の外輪が内嵌された軸受スリーブと、から構成された主軸サブカートリッジと、を備え、前記主軸サブカートリッジが前記主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、前記回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、前記主軸サブカートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。

また、請求の範囲第２２項に記載した工作機械においては、前記主軸頭の前記主軸カートリッジ把持部が、少なくとも半分に分割する位置で分割して分解可能である。

また、請求の範囲第２３項に記載した主軸装置においては、ステータを有する外筒と、前記外筒が内嵌された主軸頭と、前記ステータの内側に配されたロータを有する回転自在な回転軸と、内輪に前記回転軸の一端が内嵌されたフロント側軸受と、内輪に前記回転軸の他端が内嵌されたリア側軸受と、前記フロント側軸受の外輪が内嵌され、前記外筒の一端に装着されたフロントハウジングと、前記リア側軸受の外輪が内嵌され、前記外筒の他端に内嵌された軸受スリーブと、前記外筒の一端に固定されたツールアンクランプシリンダと、を備えた主軸装置であって、前記ロータを有する前記回転軸と、前記フロント側軸受と、前記リア側軸受と、前記フロントハウジングと、前記軸受スリーブと、が一体的に組み付けられて主軸サブカートリッジをなして、当該主軸サブカートリッジと、前記外筒と、前記ツールアンクランプシリンダと、が三分割で構成され、前記主軸サブカートリッジが、前記外筒から抜き取り可能である。

また、請求の範囲第２４項に記載した主軸装置においては、前記ツールアンクランプシリンダが、前記外筒から抜き取り可能である。

また、請求の範囲第２５項に記載した主軸装置においては、前記主軸サブカートリッジが抜き取られた前記外筒と、前記ツールアンクランプシリンダと、の組体が、前記主軸頭から抜き取り可能である。

また、請求の範囲第２６項に記載した主軸装置においては、前記主軸サブカートリッジと、前記外筒と、前記ツールアンクランプシリンダと、の組体が、前記主軸頭から抜き取り可能である。

また、請求の範囲第２７項に記載した主軸装置においては、前記ツールアンクランプシリンダまたは前記外筒に、各種流体配管、電源カプラを有するカプラが着脱自在に取付けられている。

また、請求の範囲第２８に記載した主軸装置においては、前記回転軸の回転を検出するセンサを、前記回転軸と、前記外筒と、の間に配している。

上記のように構成する本発明の主軸装置によれば、フロントハウジング、回転軸及び軸受スリーブ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半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半径より小さくして、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。

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。

また、フロントハウジング、回転軸及び軸受スリーブからなる半組立体が外筒から抜き取り可能であれば、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、主軸装置の損傷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。

また、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以内に調整されれば、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。

また、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、内径部品の後部に調整部品が固定され、調整部品に、ピストン機構へのピストン押付け面が形成されれば、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。

また、フロントハウジングが、外筒に対して締り嵌めで嵌合されれば、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にずれが生じることがなくなり、高い精度を維持できる。

また、軸受スリーブが、スリーブハウジングに内嵌され、軸受スリーブ外径が、スリーブハウジング内径に対して隙間嵌めで嵌合されれば、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。

また、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れば、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。

また、軸受スリーブとスリーブハウジングとの嵌合長さと、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れば、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。

また、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、軸受スリーブ外周の嵌合面に設けられた円周溝と、円周溝に連通接続された半径方向の潤滑剤供給経路と、を有すれば、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。

また、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れば、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、グリース潤滑であれば、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、グリース補給装置を備えていれば、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。

また、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れば、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。

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れば、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。

また、スリーブハウジングと、スリーブハウジングに嵌合して回転軸の軸方向に移動可能とされた軸受スリーブとの嵌合面に弾性体を配置すれば、弾性体によってラジアル剛性を高めると共に、アキシアル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体に圧力を負荷する流体を供給するようにしたので、弾性体を変形させて、更にラジアル剛性を高めると共に、アキシアル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動抑制効果を高めることができる。

また、弾性体はオーリングとし、また流体は圧縮空気として複数本配設されたオーリングの間に圧縮空気を供給してオーリングに圧力を負荷するようにしたので、高いスライド性を維持したままラジアル剛性を高めて効果的に回転軸の自励振動を防止することができる。また、オーリングは、加工性や汎用性に富むため、複雑な製造工程を必要とせず高性能の主軸装置を製作することができる。

また、弾性体に圧力を負荷する流体の圧力を可変とすれば、主軸装置の使用条件に応じて圧力を変えて、流体の圧力による弾性体の変形量を変えることができる。また、弾性体のラジアル剛性や減衰率を使用条件に最適な値に設定して効果的に回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体のラジアル剛性や減衰率の変更は、供給する流体の圧力を変えるだけで可能であり、極めて容易に変更することができる。

また、オーリングは、ニトリルゴム又はフッ素ゴムから形成すると共に、オーリングの締め代をオーリングの使用標準値の１０％以上で且つ該使用標準値以下としたので、オーリングはシール効果及び弾性支持効果を有するとともに、軸方向移動に対する耐摩耗性や、発熱に対する耐熱性を有して長寿命とすることができる。また、オーリングの剛性を適度に高めてスライド性を維持したまま、ラジアル剛性及びアキシアル減衰性を向上させることができる。

また、複数個の弾性体によって構成した弾性体セットを、複数セット配置し、両端に配置された弾性体セットは、一方の弾性体セットを軸受スリーブに、また他方の弾性体セットをスリーブハウジングに配設すれば、組み立てが容易で、オーリングの損傷の心配が少ない。なお、主軸装置に種々の負荷が作用した場合の軸受スリーブの移動を均一且つ安定して行わせる効果は、弾性体を軸受スリーブにのみ配設した場合及びスリーブハウジングにのみ配設した場合と同等である。さらに、主軸装置に２個の弾性体を、一方は軸受スリーブに、他方はスリーブハウジングに配設し、その弾性体の間に流体を供給する構成としても良い。

また、主軸頭の軸方向に設けられた主軸カートリッジ把持部に主軸カートリッジが挿入されているとともに、主軸カートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、主軸カートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であれば、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸カートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用した抜き取りを容易に行うことができる。

また、主軸サブカートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、主軸サブカートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であれば、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸サブカートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用した抜き取りを容易に行うことができる。

また、主軸頭の主軸カートリッジ把持部が、少なくとも半分に分割する位置で分割して分解可能であれば、例えば、Ｚ軸移動量が短く設定されていても、主軸頭の主軸カートリッジ把持部を分割・展開することにより取り外し・組み付けを行うことができ、更に、主軸カートリッジと主軸頭との締結剛性を高めて工作機械全体の剛性を高めることができる。

また、ロータを有する回転軸と、フロント側軸受と、リア側軸受と、フロントハウジングと、スリーブハウジングと、が一体的に組み付けられて主軸サブカートリッジをなし、主軸サブカートリッジと、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、が三分割で構成され、主軸サブカートリッジを、外筒から抜き取ることができる。

従って、主軸サブカートリッジを構成する、ロータを有する回転軸、フロント側軸受、リア側軸受、フロントハウジング、スリーブハウジングを外筒から一体的に抜き取れるために、主軸装置全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、回転軸、フロント側軸受、リア側軸受のみを簡単に取り外すことができる。これにより、配線や配管を取り外すことなく、主軸カートリッジを構成するいずれかの部品の管理が可能となる。

ここで、主軸装置としては、多種類の工具を交換可能に把持して高速で回転する装置を例示できる。このような主軸装置では、ワークの加工中に大きな切削抵抗を受け、主軸の工具装着孔が摩耗したり、工具をクランプするコレットや皿ばねが破損したり、軸受が摩耗・損傷したりする。そのため、使用現場でこのような故障や障害の修理を行う場合、潤滑、冷却、清掃のための油空圧の配管、ビルトインモータやリミットスイッチへの電気配線を取外し、主軸装置全体を分解し、主軸、主軸内の部品、或いは軸受を交換してから、再組立を行うのが一般的である。この修理作業は大掛かりとなり、高度な専門技術と技能を要求され、また多大な時間を要する。

また、ツールアンクランプシリンダが、外筒から抜き取り可能であれば、主軸装置全体を分解することなく、ツールアンクランプシリンダのみを簡単に取り外すことができるので、ツールアンクランプシリンダを構成するいずれの部品も点検・修理・交換が簡単にできる。

また、主軸サブカートリッジが抜き取られた外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体が、主軸頭から抜き取り可能であれば、主軸装置全体を分解することなく、主軸サブカートリッジに加えて、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体を主軸頭から簡単に取り外すことができるので、外筒またはツールアンクランプシリンダを構成するいずれの部品も点検・修理・交換が簡単にできる。

また、主軸サブカートリッジと、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体が、主軸頭から抜き取り可能であれば、主軸装置全体を分解することなく、主軸サブカートリッジと、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体を主軸頭から簡単に取り外すことができるので、主軸装置全体を構成するいずれの部品も点検・修理・交換が簡単にできる。

また、ツールアンクランプシリンダまたは外筒に、各種流体配管、電源カプラを有するカプラが着脱自在に取付けられれば、カプラに各種流体配管の開閉弁や電源カプラを配することにより、点検・修理・交換時に、各種流体配管を閉塞し、電源カプラを取り外してから作業を行えば、流体の漏洩や電源配線の絡まり、等を防止して作業を行うことができる。

また、回転軸の回転を検出するセンサを、回転軸と、外筒と、の間に配していれば、ツールアンクランプシリンダを取り外すだけで、センサの点検・修理・交換が可能となる。

以上のように、本発明の主軸装置及び主軸装置を備えた工作機械は、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ができ、高い剛性を有し、かつ良好な減衰特性、スライド性に優れた主軸装置を提供することができ、主軸カートリッジまたは主軸サブカートリッジを短時間で分解・組付可能で、且つ最小限の機械高さに抑え、且つ剛性の高い工作機械を提供することができ、内部のあらゆる構成部品の交換作業を容易にできるようにしてメンテナンス性の向上を図ることができる。

更に、本発明の請求の範囲第１項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、フロントハウジング、回転軸及び軸受スリーブからなる半組立体が外筒から抜き取り可能であり、それにより、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、主軸装置損傷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の場合に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半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半径より小さくして、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。

更に、本発明の請求の範囲第２項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、フロントハウジング、回転軸及び軸受スリーブからなる半組立体が外筒から抜き取り可能であることにより、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、主軸装置損傷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。

更に、本発明の請求の範囲第３項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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以内に調整されることにより、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。

更に、本発明の請求の範囲第４項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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、内径部品の後部に調整部品が固定され、調整部品に、ピストン機構へのピストン押付け面が形成されているために、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。

更に、本発明の請求の範囲第５項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、フロントハウジングが、外筒に対して締り嵌めで嵌合されていることにより、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にずれが生じることがなくなり、高い精度を維持できる。

更に、本発明の請求の範囲第６項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、軸受スリーブが、スリーブハウジングに内嵌され、軸受スリーブ外径が、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により、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。

更に、本発明の請求の範囲第７項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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ために、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。

更に、本発明の請求の範囲第８項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、軸受スリーブとスリーブハウジングとの嵌合長さと、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ために、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。

更に、本発明の請求の範囲第９項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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、軸受スリーブ外周の嵌合面に設けられた円周溝と、円周溝に連通接続された半径方向の潤滑剤供給経路と、を有することにより、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。

更に、本発明の請求の範囲第１０項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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により、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。

更に、本発明の請求の範囲第１１項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、グリース潤滑であることにより、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。

更に、本発明の請求の範囲第１２項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、グリース補給装置を備えていることにより、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。

更に、本発明の請求の範囲第１３項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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。

更に、本発明の請求の範囲第１４項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、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いることにより、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。

更に、本発明の請求の範囲第１５項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、スリーブハウジングと、スリーブハウジングに嵌合して回転軸の軸方向に移動可能とされた軸受スリーブとの嵌合面に弾性体を配置することにより、弾性体によってラジアル剛性を高めると共に、アキシアル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体に圧力を負荷する流体を供給するようにしたので、弾性体を変形させて、更にラジアル剛性を高めると共に、アキシアル方向の減衰率を向上させて回転軸の自励振動抑制効果を高めることができる。

更に、本発明の請求の範囲第１６項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、弾性体はオーリングとし、また流体は圧縮空気として複数本配設されたオーリングの間に圧縮空気を供給してオーリングに圧力を負荷するようにしたので、高いスライド性を維持したままラジアル剛性を高めて効果的に回転軸の自励振動を防止することができる。また、オーリングは、加工性や汎用性に富むため、複雑な製造工程を必要とせず高性能の主軸装置を製作することができる。

更に、本発明の請求の範囲第１７項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、弾性体に圧力を負荷する流体の圧力を可変とすることにより、主軸装置の使用条件に応じて圧力を変えて、流体の圧力による弾性体の変形量を変えることができる。また、弾性体のラジアル剛性や減衰率を使用条件に最適な値に設定して効果的に回転軸の自励振動を防止することができる。また、弾性体のラジアル剛性や減衰率の変更は、供給する流体の圧力を変えるだけで可能であり、極めて容易に変更することができる。

更に、本発明の請求の範囲第１８項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、オーリングは、ニトリルゴム又はフッ素ゴムから形成すると共に、オーリングの締め代をオーリングの使用標準値の１０％以上で且つ該使用標準値以下としたので、オーリングはシール効果及び弾性支持効果を有するとともに、軸方向移動に対する耐摩耗性や、発熱に対する耐熱性を有して長寿命とすることができる。また、オーリングの剛性を適度に高めてスライド性を維持したまま、ラジアル剛性及びアキシアル減衰性を向上させることができる。

更に、本発明の請求の範囲第１９項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、複数個の弾性体によって構成した弾性体セットを、複数セット配置し、両端に配置された弾性体セットは、一方の弾性体セットを軸受スリーブに、また他方の弾性体セットをスリーブハウジングに配設することにより、組み立てが容易で、オーリングの損傷の心配が少ない。なお、主軸装置に種々の負荷が作用した場合の軸受スリーブの移動を均一且つ安定して行わせる効果は、弾性体を軸受スリーブにのみ配設した場合及びスリーブハウジングにのみ配設した場合と同等である。さらに、主軸装置に２個の弾性体を、一方は軸受スリーブに、他方はスリーブハウジングに配設し、その弾性体の間に流体を供給する構成としても良い。

更に、本発明の請求の範囲第２０項に記載した工作機械は、以上に述べた通り構成し作用するために、主軸頭の軸方向に設けられた主軸カートリッジ把持部に主軸カートリッジが挿入されているとともに、主軸カートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、主軸カートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であることにより、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸カートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用した抜き取りを容易に行うことができる。

更に、本発明の請求の範囲第２１項に記載した工作機械は、以上に述べた通り構成し作用するために、主軸サブカートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、主軸サブカートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であるので、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸サブカートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用した抜き取りを容易に行うことができる。

更に、本発明の請求の範囲第２２項に記載した工作機械は、以上に述べた通り構成し作用するために、主軸頭の主軸カートリッジ把持部が、少なくとも半分に分割する位置で分割して分解可能であることにより、例えば、Ｚ軸移動量が短く設定されていても、主軸頭の主軸カートリッジ把持部を分割・展開することにより取り外し・組み付けを行うことができ、更に、主軸カートリッジと主軸頭との締結剛性を高めて工作機械全体の剛性を高めることができる。

更に、本発明の請求の範囲第２３項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、ロータを有する回転軸と、フロント側軸受と、リア側軸受と、フロントハウジングと、スリーブハウジングと、が一体的に組み付けられて主軸サブカートリッジをなし、主軸サブカートリッジと、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、が三分割で構成され、主軸サブカートリッジを、外筒から抜き取ることができる。

従って、主軸サブカートリッジを構成する、ロータを有する回転軸、フロント側軸受、リア側軸受、フロントハウジング、スリーブハウジングを外筒から一体的に抜き取れるために、主軸装置全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、回転軸、フロント側軸受、リア側軸受のみを簡単に取り外すことができる。これにより、配線や配管を取り外すことなく、主軸カートリッジを構成するいずれかの部品の管理が可能となる。

更に、本発明の請求の範囲第２４項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、ツールアンクランプシリンダが、外筒から抜き取り可能であることにより、主軸装置全体を分解することなく、ツールアンクランプシリンダのみを簡単に取り外すことができるので、ツールアンクランプシリンダを構成するいずれの部品も点検・修理・交換が簡単にできる。

更に、本発明の請求の範囲第２５項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、主軸サブカートリッジが抜き取られた外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体が、主軸頭から抜き取り可能であることにより、主軸装置全体を分解することなく、主軸サブカートリッジに加えて、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体を主軸頭から簡単に取り外すことができるので、外筒またはツールアンクランプシリンダを構成するいずれの部品も点検・修理・交換が簡単にできる。

更に、本発明の請求の範囲第２６項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、主軸サブカートリッジと、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体が、主軸頭から抜き取り可能であることにより、主軸装置全体を分解することなく、主軸サブカートリッジと、外筒と、ツールアンクランプシリンダと、の組体を主軸頭から簡単に取り外すことができるので、主軸装置全体を構成するいずれの部品も点検・修理・交換が簡単にできる。

更に、本発明の請求の範囲第２７項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、ツールアンクランプシリンダまたは外筒に、各種流体配管、電源カプラを有するカプラが着脱自在に取付けられることにより、カプラに各種流体配管の開閉弁や電源カプラを配することにより、点検・修理・交換時に、各種流体配管を閉塞し、電源カプラを取り外してから作業を行えば、流体の漏洩や電源配線の絡まり、等を防止して作業を行うことができる。

更に、本発明の請求の範囲第２８項に記載した主軸装置は、以上に述べた通り構成し作用するために、回転軸の回転を検出するセンサを、回転軸と、外筒と、の間に配していることにより、ツールアンクランプシリンダを取り外すだけで、センサの点検・修理・交換が可能となる。

図１〜図３は、請求の範囲第１項，第２項，第５項，第６項，第１０項，第１１項，第１２項，第１３項，第１４項に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。なお、本例の特徴は、外筒３の内周径φＡ、ステータ４の内径φＢ´、軸受スリーブ１１の外径φＣの順に直径が小さくなり、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から抜き取り可能であり、且つ軸受スリーブ１１から後方の任意の断面における回転体半径が、軸受スリーブ１１後端から当該断面の間における非回転体の最小半径より小さいか、軸受スリーブ１１から後方の任意の断面における回転体直径が、軸受スリーブ１１後端から当該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である。

図１に示すように、第１例の主軸装置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（図１参照）。

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は、インロー径φＡ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（一部不図示））、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、主軸装置損傷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。

図４〜図７は、請求の範囲第１項，第２項，第３項，第４項，第５項，第１０項，第１１項，第１２項，第１３項，第１４項に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の特徴は、内径部品３１が、ばね３２を圧縮可能に組み込まれているとともに、内径部品３１の後部に調整部品３３が固定されており、調整部品３３に、ピストン機構１４へのピストン押付け面３４が形成されていることである。その他の構成は第１例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示すように、第２例の主軸装置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して取り付ける方法、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６参照）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、０．２〜１．５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、前述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。

図８〜図１０は、請求の範囲第１項，第２項，第４項，第５項，第８項，第１０項，第１１項，第１２項，第１３項，第１４項に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の特徴は、軸受スリーブ１１とスリーブハウジング５との嵌合長さＪと、軸受スリーブ１１の外径Ｉと、の比が、嵌合長さＪ／外径Ｉ＝０．４５〜０．８の範囲内に設定されていることである。その他の構成は第１例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

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、第３例の主軸装置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ＺＵＣ２が、図６に示すアンクランプ状態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５０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５０において、前述したＪ／Ｉと軸受スパンの関係及び、荷重Ｋが作用したときのリア側軸受１３に発生する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。

図１１（ａ），（ｂ），図１２は、請求の範囲第１項，第２項，第４項，第５項，第６項，第７項，第９項，第１０項，第１１項，第１２項，第１３項，第１４項に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の特徴は、軸受スリーブ１１の円周上に複数設けられた潤滑剤排出穴７１と、軸受スリーブ１１外周の嵌合面に設けられた円周溝６４と、円周溝６４に連通接続された半径方向の潤滑剤供給経路６２，６５と、を有することである。その他の構成は第１例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１１（ａ），（ｂ）に示すように、第４例の主軸装置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、第４例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がアキシアル力を受けない点で優れている。

尚、第１例，第２例，第３例，第４例に係る主軸装置は、前述した各実施の形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。

例えば、マシンニングセンタに適用される他に、ＮＣ工作機械や、手動で送り動作を行う汎用工作機械等に適用しても良い。

また、フロント側・リア側軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受や各種ころ軸受、等の転がり軸受であっても良い。

図１３〜図１６は、請求の範囲第１５項，第１６項，第１７項，第１８項，第１９項に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の特徴は、スリーブハウジング８８と軸受スリーブ８４との嵌合面にスリーブハウジング８８と軸受スリーブ８４との間をシールする弾性体９４を備えると共に、弾性体９４に圧力を負荷する流体を供給するように構成したことである。

図１３，図１４に示すように、第５例の主軸装置８０は、回転軸８１と、フロント側軸受である一対の転がり軸受８２，８３と、軸受スリーブ８４と、リア側軸受である一対の転がり軸受８５，８６と、フロントハウジング８７と、スリーブハウジング８８と、を備えている。スリーブハウジング８８は、フロントハウジング８７に固定されており、実質的にフロントハウジング８７の一部として機能する。

一対の転がり軸受８２，８３は、外輪８９，９０がフロントハウジング８７に固定されると共に内輪９１，９２が回転軸８１の一端に嵌合・固定されてフロントハウジング８７との相対位置が固定されたフロント側軸受となっており、回転軸８１を回転自在に支持している。

軸受スリーブ８４は、回転軸８１の他端側に配設されたスリーブハウジング８８の孔９３に嵌合し、軸方向に移動可能に配設されている。軸受スリーブ８４とスリーブハウジング８８の内径面９３との隙間Ｃは、スリーブ寸法、要求される剛性、回転軸８１の回転に伴う発熱による熱膨張等を考慮して決められ、１〜２００μｍの範囲から適宜選択して設計される。隙間Ｃが小さ過ぎると、熱膨張によって軸受スリーブ８４とスリーブハウジング８８の内径面９３とが接触する可能性がある。また、大き過ぎると、軸受スリーブ８４の中心位置が不安定となる傾向がある。

軸受スリーブ８４とスリーブハウジング８８の内径面９３との嵌合面には、弾性体の一例であるオーリング９４が両端部に２本ずつ、合計４本のオーリング９４が配設されている。オーリング９４は、複数本がまとめられて１つのセットを構成している。本例においては、２セットのオーリング９４が軸受スリーブ８４の外周面９５の両端に配置されている。

すなわち、フロント側軸受８２，８３に近い側に配置された２本のオーリング９４は、スリーブハウジング８８の内径面９３に設けられたオーリング溝９６に装着される。また、フロント側軸受８２，８３から遠い側に配置された２本のオーリング９４は、軸受スリーブ８４の外周面９５に設けられたオーリング溝９７に装着されている。なお、本例の配置とは逆に、フロント側軸受８２，８３に近い側のスリーブ外周面にオーリング溝を設け、フロント側軸受から遠い側のスリーブハウジングにオーリング溝を設ける構成も可能である。また、スリーブ外周面のみにオーリング溝を設ける構成やスリーブハウジングのみにオーリング溝を設ける構成も可能である。

オーリング９４の締め代は、オーリング９４の使用標準値以下、且つ使用標準値の１０％以上とするのがよく、例えば内径８４．５ｍｍ、太さ２ｍｍのオーリング９４の場合の締め代は、０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とするのがよい（使用標準値は通常オーリングメーカーより推奨値として提供されており、前記オーリング９４は０．３〜０．６ｍｍである）。なお、使用標準値は、オーリング等の弾性体の平均直径の１５〜２０％とする。好ましくは、０．２ｍｍ〜０．４５ｍｍとするのがよい。また、弾性体は、オーリング９４に限定されるものではなく、シール性を有するゴムパッキンや金属製パッキンなどであってもよい。

ここで、オーリング９４における締め代の上限値を使用標準値以下としたのは、これより大きくすると、軸受スリーブ８４のスライド性が悪くなり、またオーリング９４の変形量が大きくなってオーリング９４の寿命が短くなる可能性がある。また、締め代の下限値を使用標準値の１０％以上としたのは、これより小さくなるとオーリング９４のシール性能が悪くなるからである。

一対の転がり軸受８５，８６は、内輪９７，９８が回転軸８１の他端に外嵌すると共に、外輪９９，１００が軸受スリーブ８４に嵌合し、外輪押え１０１によって軸受スリーブ８４に固定されており、軸受スリーブ８４と共に回転軸８１の軸方向に移動可能とされたリア側軸受となっている。そして、フロント側軸受８２，８３と共働して回転軸８１を回動自在に支持している。予圧ばね１０２は、スリーブハウジング８８と外輪押え１０１との間に装着されており、外輪押え１０１を介して軸受スリーブ８４を後方に引っ張って転がり軸受８５，８６及び転がり軸受８２，８３に予圧をかけている。なお、定圧予圧の場合、定位置予圧で予圧ばねのない場合もある。

スリーブハウジング８８には、夫々の一対のオーリング９４の間に流体供給口１０３が開口する流体供給路１０４が設けられており、該流体供給路１０４は、主軸装置８０の外部に配設された圧縮流体供給装置（図示せず）に接続されて、該圧縮流体供給装置から圧縮流体を供給されて一対のオーリング９４の間に圧縮流体を供給するようになっている。圧縮流体供給装置は、例えばコンプレッサであり、流体は、例えば空気である。

次に、本例の作用を説明する。主軸装置８０は、図１３及び図１４に示すように、回転軸８１が高速回転すると、発生する摩擦熱などによって温度が上昇する。これによって、回転軸８１は軸方向に伸びるが、リア側軸受である一対の転がり軸受８５，８６が軸受スリーブ８４と共に軸方向（図１において右方向）に移動して熱による回転軸８１の伸びを吸収する。同時に、軸受スリーブ８４は熱膨張して外径が大きくなってスリーブハウジング８８との隙間Ｃが小さくなるので、熱膨張を予め予測して隙間Ｃが、例えば１０μｍ程度に設定されている。隙間Ｃが大きいと、ラジアル剛性が低下するが、実際には軸受スリーブ８４とスリーブハウジング８８との間に複数本のオーリング９４が締め代分、潰された状態で配設されているので、オーリング９４によってラジアル剛性が高められ、回転軸８１の振動が抑制されている。

図１５に示すように、流体供給路１０４を介して圧縮流体供給装置であるコンプレッサから圧縮空気を矢印Ａ方向に圧送し、一対のオーリング９４の間に供給すると、オーリング溝９７に嵌合して装着されている一対のオーリング９４は、互いに離れる方向に押圧されて潰れる（圧縮量ｃ）。これによって、一対のオーリング９４の剛性が更に高くなり、軸受スリーブ８４のラジアル剛性及びアキシアル減衰性が高くなる。一対のオーリング９４の剛性は、圧縮空気の圧力を調整してオーリング９４の潰し量を調整することによって、任意の剛性を得ることができる。また、両方のオーリング９４に作用する圧力は、どちらのオーリング９４にも均一に作用するので、その潰し量も均一とすることができ、両方のオーリング９４の剛性のバランスを維持したまま高めることができる。

次に、試験装置１１０（一例として要部を図１６に示す）を用いて行った剛性の測定結果について説明する。

試験装置１１０は、実機の主軸装置８０と同一寸法、外径８５ｍｍとしたダミー軸受スリーブ１１１に、内径８５ｍｍとしたダミースリーブハウジング１１２を嵌合隙間１５０μｍを持たせて嵌合して配置されている。ダミースリーブハウジング１１２のフロント側軸受側（図１６において左側）には２本のオーリング溝９６が設けられ、ダミー軸受スリーブ１１１のリア側軸受側（図１６において右側）には、同様に２本のオーリング溝９７が平行に設けられており、夫々のオーリング溝９７，９６に内径８４．５ｍｍ、太さ２ｍｍのオーリング９４が装着されている。また、ダミースリーブハウジング１１２の外周面１１３には、電気マイクロメータのピックアップが取り付けられており、ダミースリーブハウジング１１２の外周面１１３の半径方向変位量（ダミースリーブハウジング１１２の中心の変位量でもある）を電気マイクロメータ１１４で検出できるようになっている。

このように構成された試験装置１１０に、エアシリンダ（図示せず）によってダミースリーブハウジング１１２の外周面を矢印Ｂ方向に押圧して荷重を付与した。

上述した以外の各試験条件は以下のようである。
オーリングの素材：Ａ） ニトリルゴム
：Ｂ） フッ素ゴム
オーリングの締め代：Ａ） ０．３００ｍｍ
：Ｂ） ０．２７５ｍｍ
：Ｃ） ０．２５０ｍｍ
圧縮空気の圧力：Ａ） ０ ＭＰａ
：Ｂ） ０．４９ＭＰａ
エアシリンダによるオーリング２個の負荷荷重：Ａ） ５０Ｎ
：Ｂ） １００Ｎ
試験方法： オーリングの素材、オーリングの締め代、圧縮空気の圧力、エアシリンダによる荷重、の各条件をランダムに変更して試験し、その時のダミースリーブハウジング１１２の外周面１１３の変位量（中心の変位量）を電気マイクロメータ１１４で測定した。夫々の測定は、５回ずつ測定して、その平均値を測定結果とした。

（試験結果）
圧縮空気の圧力を０ＭＰａとしたとき（つまり圧縮空気の供給がないとき）のオーリング剛性の測定結果を、エアシリンダでダミースリーブハウジング１１２に負荷した荷重と、中心の変位量との比として表１に示す。なお、単位は、Ｎ／μｍであり数値が大きいほどラジアル剛性が大きいことを示している。

圧縮空気の圧力を０．４９ＭＰａとしたときのオーリング剛性の測定結果を、エアシリンダでダミースリーブハウジング１１２に負荷した荷重と、中心の変位量の比として表２に示す。なお、単位は、Ｎ／μｍであり数値が大きいほどラジアル剛性が大きいことを示している。

また、締め代０．２５０ｍｍに設定したフッ素ゴム製オーリング９４をランダムな装着順で装着してダミースリーブハウジング１１２の中心位置のずれを５回測定した。そのばらつき（最大値−最小値）を表３に示す。

表１から分かるように、オーリング９４に圧縮空気を供給しない場合、オーリング９４の締め代の大きい方が、ラジアル剛性が高い。また、締め代の変化量に対するラジアル剛性の変化量は、ニトリルゴム製オーリングよりフッ素ゴム製オーリングのほうが大きい。

表１及び表２から、オーリング９４に圧縮空気を供給することによって、ラジアル剛性を高められることが分かる。これは、圧縮空気によってオーリング９４が潰され（図１５参照）、オーリング９４自身の剛性が高くなったことによる。また、締め代が小さい方が圧縮空気供給によるラジアル剛性の変化量が大きい。更に、圧縮空気供給によるラジアル剛性の変化量は、フッ素ゴム製オーリングの方がニトリルゴム製オーリングより大きくなっている。

表３から分かるように、ダミースリーブハウジング１１２の中心位置のずれ量のばらつきは、圧縮空気を供給しない場合は５６μｍであるのに対して、圧縮空気を供給すると２２μｍと小さくなっており、圧縮空気を供給することによって、オーリング９４の形状や姿勢が安定することが分かる。

以上の試験結果から、フロントハウジング８７と軸受スリーブ８４の間に、複数のオーリング９４を配設すると共に、オーリング９４間に圧縮空気を供給することによって、ラジアル剛性を高めることができ、且つ圧縮空気の圧力を調整することにより、ラジアル剛性を任意の硬さに調整できることが理解できる。

尚、第５例に係る主軸装置は、前述した各実施の形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。

例えば、マシンニングセンタに適用される他に、ＮＣ工作機械や、手動で送り動作を行う汎用工作機械等に適用しても良い。

また、フロント側・リア側軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受や各種ころ軸受、等の転がり軸受であっても良い。

図１７及び図１８は、請求の範囲第２０項に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の特徴は、回転軸１２１と、フロント側軸受１２２，１２２と、フロントハウジング１２５と、ビルトインモータ１２６のロータ１２７及びステータ１２８と、リア側軸受１３０と、リアハウジング１４５と、外筒１３２と、から構成された主軸カートリッジ１３３が、主軸頭１３１に対して一体的に分解可能且つ組付可能であることである。

図１７，図１８に示すように、第６例の工作機械１２０は、回転自在な回転軸１２１と、内輪１２３，１２３に回転軸１２１の前端が内嵌されたフロント側軸受１２２，１２２と、フロント側軸受１２２，１２２の外輪１２４，１２４が内嵌されたフロントハウジング１２５と、ビルトインモータ１２６のロータ１２７と、ビルトインモータ１２６のステータ１２８と、内輪１２９に回転軸１２１の後端が内嵌されたリア側軸受１３０と、主軸頭１３１に内嵌される外筒１３２と、から構成された主軸カートリッジ（主軸装置）１３３を備え、主軸カートリッジ１３３が、主軸頭１３１に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。

そして、主軸頭１３１が、主軸カートリッジ把持部１３４を軸方向に有し、主軸カートリッジ１３３が、当該主軸カートリッジ把持部１３４に挿入されている。また、主軸カートリッジ１３３が主軸頭１３１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１２１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されている。

工作機械１２０は、立形マシンニングセンタであって、ベッド１３５にコラム１３６が立設固定されており、ベッド１３５上に配されたＹ軸案内レール１３７に支持されながら、ワークテーブル１３８がコラム１３６に対して進退する、回転軸１２１の軸方向と直交する送り軸方向であるＹ軸方向に移動する。コラム１３６の上端部には、Ｘ軸案内レール１３９が配られており、このＸ軸案内レール１３９に支持されながら、サドル１４０がコラム１３６に対する横方向（図１７中の前後方向）に、回転軸１２１の軸方向と直交する送り軸方向であるＸ軸方向に移動する。サドル１４０の先端部には、Ｚ軸案内レール１４１が配されており、このＺ軸案内レール１４１に支持されながら、主軸頭１３１が回転軸１２１の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸方向に、ワークテーブル１３８に対して進退移動する。

主軸カートリッジ１３３は、回転軸１２１と、フロント側軸受１２２と、フロントハウジング１２５と、ビルトインモータ１２６を構成するロータ１２７と、同じくビルトインモータ１２６を構成するステータ１２８と、リア側軸受１３０と、リアハウジング１４５と、外筒１３２と、から構成されている。

回転軸１２１は、ステータ１２８の内周部に非接触にしてロータ１２７を有する。ロータ１２７は、ステータ１２８が発生した回転磁界により、回転軸１２１を回転させる。回転軸１２１は、内装されたドローバ（不図示）を介して工具ホルダ（不図示）に連結される。

外筒１３２は、円筒形状に形成されており、内周面にステータ１２８が固定されている。ステータ１２８は、モータ電力ケーブル（不図示）を通じて与えられた電流により、内周側に回転磁界を発生する。

フロントハウジング１２５は、円筒形状に形成されており、外筒１３２の前端部に固定されている。

リアハウジング１４５は、円筒形状に形成されており、外筒１３２の後端部に固定されている。リアハウジング１４２には、ドローバを押圧するために進退移動するロータリージョイント（不図示）を内装したピストン機構のツールアンクランプシリンダ１４３が結合されている。

フロント側軸受１２２，１２２は、複列のアンギュラ玉軸受であって、内輪１２３，１２３に回転軸１２１の前端部がそれぞれ内嵌されており、外輪１２４，１２４がフロントハウジング１２５にそれぞれ内嵌されている。

リア側軸受１３０は、単列のアンギュラ玉軸受であって、内輪１２９に回転軸１２１の後端部が内嵌されており、外輪１４４がリアハウジング１４２に内嵌されている。

本例の工作機械１２０によれば、主軸カートリッジ１３３が主軸頭１３１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１２１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されている。これにより、回転軸１２１の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸カートリッジ１３３が主軸頭１３１に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用して抜き取りを容易に行うことができる。

図１９〜図２３は、請求の範囲第２１項に対応する、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の特徴は、回転軸１２１と、フロント側軸受１２２と、フロントハウジング１２５と、ビルトインモータ１２６のロータ１２７と、リア側軸受１３０と、軸受スリーブ１４２と、から構成された半組立体である主軸サブカートリッジ１５１が、主軸頭１３１に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。また、主軸サブカートリッジ１５１が主軸頭１３１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１２１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることである。その他の構成は第１例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図１９に示すように、第７例の工作機械１５０は、回転自在な回転軸１２１と、内輪１２３に回転軸１２１の前端が内嵌されたフロント側軸受１２２と、フロント側軸受１２２の外輪１２４が内嵌されたフロントハウジング１２５と、ビルトインモータ１２６のロータ１２７と、内輪１４４に回転軸１２１の後端が内嵌されたリア側軸受１３０と、リア側軸受１３０の外輪１４４が内嵌された軸受スリーブ１４２と、から構成された半組立体である主軸サブカートリッジ１５１を備え、主軸サブカートリッジ１５１が、主軸頭１３１に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。また、主軸サブカートリッジ１５１が主軸頭１３１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１２１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されている。

立形マシンニングセンタの工作機械の場合、Ｚ軸案内レール１４１に支持されながらＺ軸方向に移動する主軸頭１３１のＺ軸移動量Ｌ３が長くなると、必然的に機械高さＨ１ が高くなる。機械高さＨ１は、道路運搬時の高さ、機械搬入・搬出時の工場入口・出口部の高さ、設置場所の天井高さの制限を受ける。このため、機械高さＨ１はできるだけ低い方が望ましい。そこで、工作機械１５０では、半組立体である主軸サブカートリッジ１５１を主軸頭１３１から完全に引き抜くために必要な長さＬ４は主軸カートリッジ１３３（図１７参照）を引き抜くために必要な長さＬ１より小さいため、Ｚ軸移動量Ｌ３を短くでき、結果的に、機械高さＨ１を低くできる。

図２０に示すように、主軸サブカートリッジ１５１は、ステータ１２８の内径φＤ１よりも、軸受スリーブ１４２の外径φＤ２の方が小さい。そして、主軸サブカートリッジ１５１は、軸受スリーブ１４２が、この軸受スリーブ１４２を内嵌しているスリーブハウジング１５２に対して、図２０中下方へ軸方向に自由に移動できる。これにより、半組立体である主軸サブカートリッジ１５１は外筒１３２と締結しているボルト（不図示）を取外すだけで、フロントハウジング１２５を先にして外筒１３２から一体的にして引き抜くことができるとともに、スリーブハウジング１５２に配されている、冷却油供給ホース１５３，油圧供給ホース１５４，モータ動力ケーブル１５５の切り離し作業をすることなく、主軸頭１３１に対し一体的に分解、組み付けが可能であり、それによって、交換時間を短縮することができる。

次に、図２１〜図２３を参照して、第７例の工作機械１５０における主軸サブカートリッジ１５１の取り外し手順を説明する。

図２１に示すように、まず、Ｚ軸送りを利用して主軸頭１３１を最下位置Ａ１まで下降させる。そこで、フロントハウジング１２５の外筒１３２への固定を解除する。

図２２に示すように、Ｚ軸送りを利用して主軸頭１３１を最上位置Ａ２まで上昇させる。主軸頭１３１は、ステータ１２８を有する外筒１３２，スリーブハウジング１５２といっしょに上昇するため、半組立体である主軸サブカートリッジ１５１のみが残され、この主軸サブカートリッジ１５１を一体的に取外すことができる。

図２３に示すように、主軸頭１３１の外筒１３２に対する締結を解除することにより、残りの、ステータ１２８を有する外筒１３２，スリーブハウジング１５２等の部品を取外すことができる。このとき、残りの、ステータ１２８を有する外筒１３２，スリーブハウジング１５２等の部品を一体的に取り出すためには、残りの部品の全長Ｌ５よりも、主軸頭１３１の下面からワークテーブル１３７の上面までの距離Ｌ６の方が長くなければならないが、主軸サブカートリッジ１５１が予め分解済みのために、Ｌ５＜Ｌ６の関係を構成するのが容易である。それにより、Ｚ軸移動量Ｌ３を短くでき、機械高さＨ１を低くすることができる。

本例の工作機械１５０によれば、回転軸１２１と、フロント側軸受１２２と、フロントハウジング１２５と、ロータ１２７と、リア側軸受１３０と、軸受スリーブ１４２と、から主軸サブカートリッジ１５１が構成され、この主軸サブカートリッジ１５１が、主軸頭１３１に対して一体的に分解可能且つ組付可能に配される。従って、工作機械１５０全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、半組立体である主軸サブカートリッジ１５１を主軸頭１３１から単体で取り外して分解・組み付けを行うことができる。

図２４は、請求の範囲第２２項に対応する、本発明の実施の形態の第８例を示している。本例の特徴は、主軸カートリッジ１３３が、単体で一体的に分解且つ一体的に組付可能である。また、主軸頭１６１が、主軸カートリッジ１３３を収容する主軸カートリッジ把持部１３４を有し、主軸カートリッジ把持部１３４が、少なくとも半分に分割する位置で分割して分解可能であることである。その他の構成は第１例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図２４に示すように、第８例の工作機械１６０は、主軸カートリッジ１３３が、単体で一体的に分解且つ一体的に組付可能である。また、主軸頭１６１が、主軸カートリッジ１３３を収容する主軸カートリッジ把持部１３４を有する。また、主軸頭１６１の主軸カートリッジ把持部１３４が、少なくとも半分に分割する位置で分割して分解可能である。

工作機械１６０は、主軸頭１６１が、回転軸中心線１６２の部分で分割された第１主軸頭部１６３，第２主軸頭部１６４を有し、両主軸頭部１６３，１６４がボルト１６５によって締結されている。そして、主軸カートリッジ１３３が、フランジ部１６６を介して、一体化した第１主軸頭部１６３，第２主軸頭部１６４の両方にボルト１６７によって締結されている。

工作機械１６０では、主軸カートリッジ１３３を交換するときに、ボルト１６５を取り外して第１主軸頭部１６３を第２主軸頭部１６４から取り外すことにより、Ｚ軸ストロークの長さに関係なく、主軸カートリッジ１３３を単体で一体的に取り外すことができ、その作業を容易に行うことができる。ここで、第２主軸頭部１６４は人が持つことのできる質量に設定されている。

尚、第６例，第７例，第８例に係る工作機械は、前述した各実施の形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。

例えば、マシンニングセンタに適用される他に、ＮＣ工作機械や、手動で送り動作を行う汎用工作機械等に適用しても良い。

また、フロント側・リア側軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受や各種ころ軸受、等の転がり軸受であっても良い。

図２５〜図２９は、請求の範囲第２３項，第２４項，第２５項，第２６項，第２８項に対応する、本発明の実施の形態の第９例を示している。本例の特徴は、外筒１８１と、主軸頭１８３と、回転軸１８４と、フロント側軸受１８６，１８６と、リア側軸受１８８と、フロントハウジング１９１と、スリーブハウジング１９３と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、を備え、回転軸１８４と、フロント側軸受１８６と、リア側軸受１８８と、フロントハウジング１９１と、スリーブハウジング１９３と、が一体的に組み付けられて半組立体である主軸サブカートリッジ１９５をなして、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、が三分割で構成され、半組立体である主軸サブカートリッジ１９５が、外筒１８１から抜き取り可能としたことである。

図２５に示すように、第９例の主軸装置１８０は、ステータ１８２を有する外筒１８１と、外筒１８１が内嵌された主軸頭１８３と、ステータ１８２の内側に配されたロータ１８５を有する回転自在な回転軸１８４と、内輪１８７，１８７に回転軸１８４の一端が内嵌されたフロント側軸受１８６，１８６と、内輪１８９に回転軸１８４の他端が内嵌されたリア側軸受１８８と、フロント側軸受１８６，１８６の外輪１９０，１９０が内嵌され、外筒１８１の一端に装着されたフロントハウジング１９１と、リア側軸受１８８の外輪１９２が内嵌され、外筒１８１の他端に内嵌されたスリーブハウジング１９３と、外筒１８１の一端に固定されたツールアンクランプシリンダ１９４と、を備え、ロータ１８５を有する回転軸１８４と、フロント側軸受１８６と、リア側軸受１８８と、フロントハウジング１９１と、スリーブハウジング１９３と、が一体的に組み付けられて主軸サブカートリッジ１９５をなして、当該主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、が三分割で構成され、主軸サブカートリッジ１９５が、外筒１８１から抜き取り可能である。

また、ツールアンクランプシリンダ１９４が、外筒１８１から抜き取り可能であり、主軸サブカートリッジ１９５が抜き取られた外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、の組体（第１組体）（図２８に示す）１９６が、主軸頭１８３から抜き取り可能である。

また、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、の組体（第２組体）（図２９に示す）１９７が、主軸頭１８３から抜き取り可能であり、回転軸１８４の回転を検出するセンサ（回転センサ）１９８を、回転軸１８４と、外筒１８１と、の間に配している。

外筒１８１は、円筒形状に形成されており、図２５中下方である一端部がフロントハウジング固定部１９９になっている。また、外筒１８１は、図２５中上方である他端部にスリーブハウジング固定部２００が形成されている。スリーブハウジング固定部２００には、電線挿通部２０１が形成されている。外筒１８１の内周面には、ステータ１８２が固定されている。ステータ１８２は、電源配線２０２から与えられた電流により、内周側に回転磁界を発生する。

主軸頭１８３は、外筒１８１を着脱可能に把持しており、例えば横形マシンニングセンタの場合、ベッドに立設固定されたコラムのＹ軸案内レールに沿って上下移動する。

回転軸１８４は、ステータ１８２の内周部に非接触にしてロータ１８５を有する。ロータ１８５は、ステータ１８２が発生した回転磁界により、回転軸１８４を回転させる。回転軸１８４は、内装されたドローバ２０３を介して工具ホルダ（不図示）に連結される。

フロント側軸受１８６，１８６は、複列のアンギュラ玉軸受であって、内輪１８７，１８７に回転軸１８４の一端部がそれぞれ内嵌されており、外輪１９０，１９０がフロントハウジング１９１にそれぞれ内嵌されている。

フロントハウジング１９１は、円筒形状に形成されており、外筒１８１の端部に外筒内嵌部２０４が形成されている。また、フロントハウジング１９１は、外周部に外周部材２０５が外嵌されており、この外周部材２０５との間に、円周方向に凹溝状をなす流体流路２０６が複数形成されている。流体流路２０６は、ツールアンクランプシリンダ１９４に装着された冷却油供給ホース２０７に連通接続される。

リア側軸受１８８は、単列のアンギュラ玉軸受であって、内輪１８９に回転軸１８４の他端部が内嵌されており、外輪１９２がスリーブハウジング１９３に内嵌されている。

スリーブハウジング１９３は、円筒形状に形成されており、外筒１８１のスリーブハウジング固定部２００に内嵌されている。

そして、回転軸１８４の他端部に回転センサ１９８が配されている。回転センサ１９８は、回転軸１８４の他端部に固定された回転体２０８と、この回転体２０８の外周に近接して外筒１８１に固定された電気信号発生器２０９と、からなる。電気信号発生器２０９は、回転軸１８４とともに回転体２０８が回転することにより、回転体２０８から与えられた磁気を電気的に変換して、例えばパルス状の回転信号を発生する。発生した回転信号は、センサ信号線（不図示）や送信機（不図示）により制御装置（不図示）に転送されて監視される。

ツールアンクランプシリンダ１９４は、外筒１８１の一端部に着脱可能に固定されており、ドローバ２０３を押圧するために進退移動するピストン２１０を内装している。また、ツールアンクランプシリンダ１９４には、電源配線２０２がプラグ２１１を介して装着されているとともに、冷却油供給ホース２０７がねじ固定されている。冷却油供給ホース２０７は、このツールアンクランプシリンダ１９４内と、外筒１８１内と、を通じてフロントハウジング１９１の流体流路２０６に連通接続されている。

このような主軸装置１８０では、ロータ１８５を有する回転軸１８４と、フロント側軸受１８６と、リア側軸受１８８と、フロントハウジング１９１と、スリーブハウジング１９３と、回転センサ１９８の回転体２０８とが、一体的に組み付けられて主軸サブカートリッジ１９５をなしており、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、が三分割で構成されている。

図２６に示すように、主軸装置１８０は、ロータ１８５の外径Ｄ１、スリーブハウジング１９３の外径Ｄ２、回転センサ１９８の回転体２０８の外径Ｄ３、のいずれもが、ステータ１８２の内径Ｄ４よりも小さく設定されている。そのため、フロントハウジング１９１を先にして、主軸サブカートリッジ１９５を外筒１８１から引き抜くことができる。これにより、主軸サブカートリッジ１９５を構成する、ロータ１８５を有する回転軸１８４と、フロント側軸受１８６と、リア側軸受１８８と、フロントハウジング１９１と、スリーブハウジング１９３と、回転センサ１９８の回転体２０８と、に点検、修理、交換等のメンテナンスが必要になった時に、主軸サブカートリッジ１９５へのメンテナンス作業を簡単に行うことができる。

図２７に示すように、主軸装置１８０は、ツールアンクランプシリンダ１９４が、外筒１８１の端部に着脱可能に固定されている。そのため、ツールアンクランプシリンダ１９４のみを外筒１８１から簡単に抜き取ることができるので、ツールアンクランプシリンダ１９４に配されている、ロータリージョイント２１２、電源配線２０２のプラグ２１１、冷却油供給ホース２０７に、点検、修理、交換等のメンテナンスが必要になった時に、それらに対するメンテナンス作業を簡単に行うことができる。更に、ツールアンクランプシリンダ１９４を取り外すことにより、回転センサ１９８の電気信号発生器２０９における点検、修理、交換等のメンテナンス作業も簡単に行うことができる。

図２８に示すように、主軸装置１８０は、外筒１８１が、主軸頭１８３に着脱可能に把持されているために、主軸サブカートリッジ１９５が抜き取られた外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、からなる第１組体１９６を主軸頭１８３から抜き取ることができる。それにより、外筒１８１に、点検、修理、交換等のメンテナンスが必要になった時に、外筒１８１に対するメンテナンス作業を簡単に行うことができる。

図２９に示すように、主軸装置１８０は、外筒１８１が、主軸頭１８３に着脱可能に把持されているために、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、からなる第２組体１９７を主軸頭１８３から抜き取ることができる。それにより、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、からなる第２組体１９７に、点検、修理、交換等のメンテナンスが必要になった時に、第２組体１９７に対するメンテナンス作業を簡単に行うことができる。

第９例の主軸装置１８０によれば、ロータ１８５を有する回転軸１８４と、フロント側軸受１８６と、リア側軸受１８８と、フロントハウジング１９１と、スリーブハウジング１９３と、が一体的に組み付けられて主軸サブカートリッジ１９５をなし、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、が三分割で構成され、主軸サブカートリッジ１９５を、外筒１８１から抜き取ることができる。従って、主軸サブカートリッジ１９５を構成する、ロータ１８５を有する回転軸１８４、フロント側軸受１８６、リア側軸受１８８、フロントハウジング１９１、スリーブハウジング１９３を外筒１８１から一体的に抜き取れるために、主軸装置１８０全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、回転軸１８４、フロント側軸受１８６、リア側軸受１８８のみを簡単に取り外すことができる。

また、第９例の主軸装置１８０によれば、ツールアンクランプシリンダ１９４が、外筒１８１から抜き取り可能である。これにより、主軸装置１８０全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、ツールアンクランプシリンダ１９４のみを簡単に取り外すことができる。

また、第９例の主軸装置１８０によれば、主軸サブカートリッジ１９５が抜き取られた外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、の第１組体１９６が、主軸頭１８３から抜き取り可能である。これにより、主軸装置１８０全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、主軸サブカートリッジ１９５に加えて、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、の第１組体１９６を主軸頭１８３から簡単に取り外すことができる。

また、第９例の主軸装置１８０によれば、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、の第２組体１９７が、主軸頭１８３から抜き取り可能である。これにより、主軸装置１８０全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、主軸サブカートリッジ１９５と、外筒１８１と、ツールアンクランプシリンダ１９４と、の第２組体１９７を主軸頭１８３から簡単に取り外すことができる。

図３０は、請求の範囲第２３項，第２７項に対応する、本発明の実施の形態の第１０例を示している。本例の特徴は、ツールアンクランプシリンダ１９４に、各種流体配管、各種電源ケーブルを配したカプラ２２１を着脱自在に取付けたことである。その他の構成は第１例と同じであるから、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図３０に示すように、第１０例の主軸装置２２０は、主軸カートリッジ方式を採用しており、ツールアンクランプシリンダ１９４に、各種流体配管、各種電源ケーブルを配したカプラ２２１が着脱自在に取付けられている。

ここで、主軸カートリッジ２２２に必要な油空圧管としては、冷却油供給管路、油圧供給管路、切削液供給管路、エアパージ供給管路、テーパクリーニングエア供給管路などがある。また、主軸カートリッジ２２２に必要な電線としては、モータ動力ケーブル、モータ回転センサケーブル、検出スイッチケーブル等がある。そして、主軸カートリッジ２２２を主軸頭１８３から分解、または組み付けるときは、これら多くの流体配管と電源ケーブルを切り離す必要があり、作業時間がかかる。そこで、主軸装置２２０では、各種流体配管および各種電源ケーブルの、主軸カートリッジ２２２と接続される部分を一体にしたカプラ２２１を用いている。

カプラ２２１は、外筒１８１の外周部に形成された流体流路２２３およびフロントハウジング１９１の流体流路２０６に冷却油を供給する冷却油供給ホース２０７、ツールアンクランプシリンダ１９４に油圧を供給する油圧供給ホース２２４、電源配線２０２が、プラグ２２５に接続されている。そして、外筒１８１の他端部に結合されていてリア側軸受１８８の外輪１９２が内嵌されたスリーブハウジング２２６にソケット２２７が固定されている。プラグ２２５とソケット２２７とは、爪２２８により固定されており、爪２２８は、押し付けるだけで互いに締結される。外すときは引っ掛かりを開放して引き抜くようになっている。

また、プラグ２２５とソケット２２７との油空圧管路にはシール２２９が配されており、油や空気が漏れ出すことはない。このとき、カプラ２２１の油圧管路に着脱動作により開閉するバルブを内蔵すれば、カプラ２２１を外すときに油漏れがなく作業性がよい。また、カプラ２２１には電線カプラ２３０が配されており、電線カプラ２３０はカプラ２２１の着脱動作と同時に着脱される。このような構造は、切削液供給管路、エアパージ供給管路、テーパクリーニングエア供給管路、モータ回転センサケーブル、検出スイッチケーブルなどに適用しても良い。

このようにすることにより、主軸カートリッジ２２２を主軸頭１８３から分解、または組み付けるときに、冷却油供給ホース２０７や油圧供給ホース２２４等の多くの油空圧管と、電源配線２０２と、を工具無しに一度で切り離すことができ、作業時間が短縮できる。また、カプラ２２１に各種流体配管２０７，２２４の開閉弁や電源カプラ２３０を配することにより、点検・修理・交換時に、各種流体配管２０７，２２４を閉塞し、電源配線２０２を取外してから作業を行えば、流体の漏洩や電源配線の絡まり、等を防止して作業を行うことができる。このとき、カプラ２２１の代わりに、例えば２〜３本のボトル締結としても良く、そうすることにより、作業性を大きく損なうことなく、構造をシンプルにできる。更に、このようなカプラ２２１を有する構造を主軸サブカートリッジ方式に適用すると、フロント側軸受１８６またはリア側軸受１８８の交換のときには、主軸サブカートリッジ１９５（図２５参照）を取り出すことで交換時間を短縮でき、ステータ１８２の交換のときには、カプラ２２１を外して主軸カートリッジ全体を短時間で交換することができる。

尚、第９例，第１０例に係る主軸装置は、前述した各実施の形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。

例えば、マシンニングセンタに適用される他に、ＮＣ工作機械や、手動で送り動作を行う汎用工作機械等に適用しても良い。

また、フロント側・リア側軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受や各種ころ軸受、等の転がり軸受であっても良い。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、２００３年０４月０７日出願の日本特許出願（特願２００３−１０３２１９）、２００３年１２月１７日出願の日本特許出願（特願２００３−４１９８５４）、２００３年０３月３１日出願の日本特許出願（特願２００３−０９６５０３）、２００４年０１月０５日出願の日本特許出願（特願２００４−０００２６１）、２００３年１１月１４日出願の日本特許出願（特願２００３−３８４７０３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

図１は、本発明の実施の形態の第１例を示す縦断面図である。 図２は、第１例における半組立体を示す縦断面図である。 図３は、第１例におけるリアカバーを示す正面図である。 図４は、本発明の実施の形態の第２例を示す縦断面図である。 図５は、第２例の半組立体を示す縦断面図である。 図６は、第２例の工具アンクランプ状態での縦断面図である。 図７は、第２例の自動工具交換装置機との組付け図である。 図８は、本発明の実施の形態の第３例の半組立体を示す縦断面図である。 図９は、第３例の半組立体の外筒への挿入状態を示す縦断面図である。 図１０は、第３例における軸受の寸法及び面圧の特性図である。 図１１（ａ）は、本発明の実施の形態の第４例における軸受スリーブの正面図、図１１（ｂ）は、（ａ）の縦断面図である。 図１２は、第４例の変形例を示す要部縦断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態の第５例の縦断面図である。 図１４は、第５例のスリーブ部の拡大縦断面図である。 図１５は、第５例において供給される流体の圧力によって弾性体が変形する状態を示す要部拡大断面図である。 図１６は、第５例のスリーブ部の各種特性を測定するための試験装置の要部縦断面図である。 図１７は、本発明の実施の形態の第６例を示す側面図である。 図１８は、第６例に用いる主軸カートリッジの断面図である。 図１９は、本発明の実施の形態の第７ 例を示す側面図である。 図２０は、第７例の主軸サブカートリッジの断面図である。 図２１は、第７例における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図である。 図２２は、第７例における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図である。 図２３は、第７例における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図である。 図２４は、本発明の実施の形態の第８例を示す側面図である。 図２５は、本発明の実施の形態の第９例を示す断面図である。 図２６は、第９例における主軸サブカートリッジを外筒から抜き取った状態の断面図である。 図２７は、第９例におけるツールアンクランプシリンダを外筒から抜き取った状態の断面図である。 図２８は、第９例における主軸サブカートリッジが抜き取られた外筒とツールアンクランプシリンダとの組体を主軸頭から抜き取った状態の断面図である。 図２９は、第９例における主軸サブカートリッジと外筒とツールアンクランプシリンダとの組体を主軸頭から抜き取った状態の断面図である。 図３０は、本発明の実施の形態の第１０例を示す断面図である。 図３１は、従来の主軸装置の縦断面図である。

符号の説明

１ 主軸装置
２ 半組立体
３ 外筒
４ ステータ
５ 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 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
３０ 主軸装置
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
４０ 主軸装置
５０ 主軸装置
６０ 主軸装置
６１ スリーブハウジング
６２ 潤滑剤供給入口（潤滑剤供給経路）
６３ 軸受スリーブ
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
８０ 主軸装置
８１ 回転軸
８２ フロント側軸受
８３ フロント側軸受
８４ 軸受スリーブ
８５ リア側軸受
８６ リア側軸受
８７ フロントハウジング
８８ スリーブハウジング
８９ 外輪
９０ 外輪
９１ 内輪
９２ 内輪
９４ オーリング（弾性体）
９７ 内輪
９８ 内輪
９９ 外輪
１００ 外輪
１２０ 工作機械
１２１ 回転軸
１２２ フロント側軸受
１２３ 内輪
１２４ 外輪
１２５ フロントハウジング
１２６ ビルトインモータ
１２７ ロータ
１２８ ステータ
１２９ 内輪
１３０ リア側軸受
１３１ 主軸頭
１３２ 外筒
１３３ 主軸カートリッジ（主軸装置）
１３４ 主軸カートリッジ把持部
１４２ 軸受スリーブ
１４５ リアハウジング
１５０ 工作機械
１５１ 主軸サブカートリッジ
１６０ 工作機械
１６１ 主軸頭
１８０ 主軸装置
１８１ 外筒
１８２ ステータ
１８３ 主軸頭
１８４ 回転軸
１８５ ロータ
１８６ フロント側軸受
１８７ 内輪
１８８ リア側軸受
１８９ 内輪
１９０ 外輪
１９１ フロントハウジング
１９２ 外輪
１９３ スリーブハウジング
１９４ ツールアンクランプシリンダ
１９５ 主軸サブカートリッジ
１９６ 第１組体（組体）
１９７ 第２組体（組体）
１９８ 回転センサ（センサ）
２０７ 冷却油供給ホース（各種流体配管）
２２０ 主軸装置
２２１ カプラ
２２２ 主軸カートリッジ
２２４ 油圧供給ホース（各種流体配管）
２２６ スリーブハウジング
２３０ 電源カプラ

Claims (15)

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く、
   前記フロントハウジングの前方と前記軸受スリーブの後方との少なくとも一方にラビリンスシールを備えた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し、
   前記フロントハウジングの前方と前記軸受スリーブの後方との少なくとも一方にラビリンスシールを備えた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５に記載した主軸装置。
7. 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６のいずれか一項に記載した主軸装置。
8. 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８に記載した主軸装置。
10. 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８又は請求項９のいずれか一項に記載した主軸装置。
11. 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１０のいずれか一項に記載した主軸装置。
12. グリース潤滑であ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. 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１２のいずれか一項に記載した主軸装置。
14. 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１３に記載した主軸装置。
15. 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１１のいずれか一項に記載した主軸装置。

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