JP3018051B2 - 主軸等のエアーブロー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フライス盤、マシニン
グセンタ、ＦＭＳライン等の工作機械の主軸に備えるエ
アーブロー装置の改良に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、マシニングセンタ、ＦＭＳライン等
の工作機械に備える主軸には、このテーパ穴に装着する
工具ホルダのテーパ面へのゴミ付着防止装置や、加工中
の工具に付着する切粉をエアーブローで排除する装置、
そして主軸を承持する軸受へのクーラント及びゴミの侵
入を防止するエアーブロー装置が各種提案されている。

【０００３】その公知例の１つとして、実公昭５１−１
１０２号公報がある。この明細書及び図面には、主軸ア
ダプタ４にテーパ孔４ａが穿設され、外周にはフランジ
部４ｃが穿設され、このフランジ部４ｃにはこれの外周
面から該テーパ孔４ａに通ずるエアー通路４ｂが設けら
れ、この一端開口部はタイル２の内周面に該設され、エ
アー通路２ｂに連通された環状溝２ｄと連通しているこ
とが開示されている。また、上記タイル２の端面には切
粉吹きノズル１２が設けられ、テーパ穴開口部の方向に
向かってエアーが噴出されるものであることが、開示さ
れている。

【０００４】しかし、上記テーパ孔４ａには１つのエア
ー通路４ｂを設けただけであるから、テーパ孔４ａの内
面の全域にエアーが行きわたらず、テーパ孔内に侵入し
た切粉の排除が完全でない。更に、クイル２の端面に向
けた１つの切粉吹きノズル１２では、エアーが当たる端
面一部の切粉排除だけしか行われないし、ノズル１２は
テーパ穴開口部方向（主軸の軸芯方向と直角方向）に向
かってエアーを噴出するから、工具ホルダ５のテーパ部
５ａをテーパ孔４ａに挿入時に、このテーパ部５ａに付
着した切粉他が完全排除できないばかりか、切粉の一部
をテーパ孔４ａ内に吹き込んでしまうという問題点があ
る。

【０００５】更に、ワークの加工中に、工具に付着しよ
うとする切粉をエアーブローで吹き飛ばすようにしたも
のとして、実開平１−６０８４４号公報がある。このも
のは、空圧回転工具のエアーブロー装置であって、小型
空圧回転工具より排出された排気エアーを、パイプ８、
９により移送し、刃具付近のリング部材１１、中空環状
穴１２、エアブロー用小穴１３にて構成されるリングか
ら吐出させ、これをタップ加工時の切粉排除用のエアー
ブローとして使用している。

【０００６】上記エアーブロー装置によると、エアーブ
ローする際は必ず空圧回転工具を回転させなければなら
ず自由なエアーブローのコントロールができない。これ
のみならず、空圧回転工具の回転数によりエアーブロー
の量が変動するため、難削材のように低回転で加工しな
ければならない素材や、アルミ材や樹脂材のように高速
で加工できるものに対しても、エアーブロー量を適切に
コントロールできない。また、リング部分１１、１２、
１３はパイプ８、９により安易に固定されているが、こ
のような安易な方法では長期使用によりエアーブロー用
リングの位置がずれることが容易に予測できるうえ、軸
受部への切粉の侵入を防ぐことができないという問題点
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
各種エアーブロー装置に見られる問題点に鑑みてなされ
たもので、主軸頭の先端面に環状のケーシングを配置
し、このケーシング内に軸受部のエアーブローと、主軸
先端に装着した工具に対するエアーブローとを行う、２
つのエアーブロー機構を合理的に備えたエアーブロー装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の主軸等のエア
ーブロー装置は、主軸を複数の軸受で承持した主軸頭に
は、その前端面に主軸外周面を包囲する環状のケーシン
グを付設し、上記ケーシングの前端面の周囲には複数の
ノズル孔を設け、上記複数のノズル孔の開口方向は主軸
先端に装着した工具中心に向けてエアーブローできるよ
うに傾斜され、更に、上記ノズル孔よりも主軸外周面に
接近し、かつ主軸奥部に後退したケーシシグの内周面に
は、上記主軸外周面と対面する環状ノズルを開口し、且
つこの環状ノズルの開口方向を上記ノズル孔と同じ方向
に傾斜させ、上記環状ノズルから軸受部隙間の主軸先端
側の主軸中心に向けて空気流を噴射することを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】上記エアーブロー装置によると、主軸テーパ穴
への工具ホルダのテーパ部の挿入時には、そのテーパ部
の外周に付着するクーラントや切粉、ゴミは、主軸の外
周を包囲するケーシング上の複数のノズル孔から、工具
ホルダの先端方向に向かって噴出するエアーブローで積
極的に吹き飛ばされる。また、主軸の回転時には、上記
ケーシングの前端面の周囲に配置した各ノズル孔からエ
アーブローが連続して吹き出し、加工中のクーラントや
切粉、ゴミ等が主軸先端や主軸頭と主軸外周面との隙間
に接近するのを防止する。そして、わずかながら、この
隙間に入ったクーラントやゴミ等は、主軸外周面に接近
させたケーシング内面の環状ノズルから主軸先端方向へ
のエアーブローの積極的な吹き出しでエアーカーテンを
形成し、主軸の奥部に配置する軸受への到達を完全に困
難にされる。

【００１０】上記のように機能の異なる２組のノズルを
ケーシング内に配置し、同時に働くエアーブローの相乗
作用により、クーラントや切粉に対してエアーブロー効
果が高められる。また、上記２組のノズルは１つのケー
シング内に合理的に備えているから、その構成の小型、
シンプル化が可能となり主軸先端に 容易に設置でき
る。

【００１１】

【実施例】以下、図面に示す実施例にて説明する。図１
は主軸装置の断面図であり、図２は工具ホルダーの嵌着
状態を感知する確認装置を具備した主軸拡大断面図であ
り、図３はセンタースルーの開閉弁を示す拡大断面図で
あり、図４は本発明のエアーブロー装置を装備した主軸
装置の拡大部分断面図である。

【００１２】図１において、１００はマシニングセンタ
やＦＭＳライン等の工作機械に使用される主軸装置で、
この主軸装置１００はコラムの昇降部（共に図示なし）
に支持されており、工具交換装置（図示なし）により工
具ホルダー１０を交換動作する。上記主軸装置１００
は、主軸頭１の前面には環状のケーシング２が取り付け
られている。主軸４は、主軸頭１内に複数の軸受３で軸
心（イ）に沿って回転自在に支持され、この主軸４の先
端４ａにテーパー穴５を備え、更にテーパ穴５に続いて
主軸後端４ｂに貫く貫通孔６を主軸の軸心（イ）に備え
ている。上記貫通孔６は、中途部の小径部６ａと、前方
部の大径部６ｂとで構成されている。

【００１３】また、図１、図２において、上記主軸テー
パ穴５は、工具７を先端に保持する工具ホルダ１０のテ
ーパ部１１を嵌入保持し、更に工具ホルダ１０のテーパ
部尾端のブルスタッド１２は、主軸貫通孔６内に装備す
る工具引き込み用ドローバー１３の先端コレツト１４に
引き掛けられ、多層の皿バネ１５によるドローバー１３
の引き込み力で、工具ホルダ１０のテーパ部１１を主軸
テーパ穴５に強固に嵌着する。上記ドローバー１３は、
円形断面の筒部２０と、この筒部の前端に連続してブル
スタッド１２と掛脱するコレツト１４と、筒部２０の後
端に固着したフランジ体２１とで構成し、この後端面２
１ａを外部に露出している。上記コレツト１４とプルス
タッド１２との掛脱構成の詳細は、図２に示すごとくで
ある。ドローバー１３の先端コレツト１４は、円筒部２
２を有し、この外周が前記小径部６ａに前後摺動自在に
嵌合し、この円筒部２２内に前記フルスタッド１２が嵌
入自在とされている。このコレツト１４には、外周方向
対称位置に一対の穴１４ａ、１４ａが明けられ、この穴
にボール２３か嵌入し、実線位置にあるとき小径部６ａ
の内壁面に当接してポール２３が軸心（イ）側へ突出
し、ブルスタッド１２と係合し皿バネの力で引き込む。
この工具ホルダ１０の主軸テーパ穴５への嵌入状態に
て、主軸４を高速回転し、ワーク加工を実施する。

【００１４】上記工具ホルダ１０の主軸テーパ穴５への
嵌着を解除するには、主紬の背後部に配置する油圧式ア
ンクランプ装置ＯＫの押し棒１６がドローバー後端部の
フランジ体２１を皿バネ１５に抗して押動し、ドローバ
ー先端のコレット１４が工具ホルダのテーパ部尖端のプ
ルスタッド１２との結合を解除すると共に、工具ホルダ
１０を突き出すことで行う。尚、ドローバー１３の後退
する引き込み力は、主軸の段部２４に掛止めするフラン
ジ２５とドローバー１３の後端フランジ体２１との問に
圧装した多層の皿バネ１５によっている。

【００１５】即ち、図２において、ドローバー１３が２
点鎖線のように工具ホルダ側へ押動されると、前方部の
大径部６ｂにボール２３が拡開してプルスタッド１２と
の結合を解除する。このアンクランプ状態で工具ホルダ
１０を自動工具交換アーム（図示なし）により、抜き差
し交換し、再び２点鎖線のように新しい工具ホルダが主
軸テーパ穴５に嵌入した後、油圧式アンクランプ装置Ｏ
Ｋの押し棒１６をドローバー後端部のフランジ体２１か
ら離反させる。このとき、ボール２３がプルスタッド１
２を握持していれば、実線状態となり、ブルスタッド１
２の握持ミスが発生すると、コレツト１４は１点鎖線ま
で後退する。

【００１６】主軸が工具ホルダを確実に嵌着出来ないこ
とを感知する確認装置２００は、図２において、ドロー
バー１３の後端フランジ体２１の進退位置を検出する近
接センサＳを主軸頭１の先端面に取付けた環状ケーシン
グ２の後端適所に設置する。特に、プルスタッド１２の
握持ミスが発生すると、１点鎖線まで後退したフランジ
体２１を検出する関係位置に近接センサＳを設置してい
る。従って、工具ホルダを嵌着している時期において、
近接センサＳがフランジ体２１を検出する関係にあれ
ば、コレツト１４によるプルスタッド１２の握持ミスを
確認する。上記握持ミスを確認すると、その検出信号を
電気制御機器（図示なし）が受けて警報や主軸の緊急停
止を行う。

【００１７】また、センタースルークーラント供給装置
は、図１、図３のように構成されている。外部のクーラ
ントポンプ（図示なし）から送られてきたクーラント
は、ドローバー１３の後端に備えるロータリージョイン
ト（図示なし）に送り込まれ、ここからドローバー１３
の軸心に穿設した通孔（ａ）からドローバー先端のコレ
ツト１４近くに至り、外周の主軸４に穿った通孔（ｂ）
へと連通している。上記通孔（ｂ）の主軸先端側には開
閉弁２６を備え、ここから工具ホルダ１０の支持部１０
ａの背面に開口する通孔（ｃ）に接続し、更に工具ホル
ダ１０に取付けた工具７の支持部７ａ背面に開口する通
孔（ｄ）に至り、この工具７の先端からセンタスルーク
ーラントとしてクーラント液を加工物に噴射しながら加
工を実施する。

【００１８】上記開閉弁２６は、図３に見るよう構成さ
れている。通孔（ｂ）の前端部には摺動自在に嵌入する
円筒体３０と、この円筒体３０の後方近傍に摺動自在に
嵌入する弁体３１と、これら両部材３０，３１を引き離
すよう介設したバネ３２とを備えている。上記円筒体３
０はピン３３で回動不能にされ、その前端は、バネ３２
に付勢されて主軸の前端面から前方へ突出しており、こ
の主軸４に取付けた工具ホルダ１０の支持部１０ａの背
面に圧設し、クーラント洩れを起こさせない。しかし
て、弁体３１は通孔（ｂ）を閉じる方向へバネ３２によ
り付勢されて閉弁しているが、ワーク加工中には加圧ク
ーラントに押されて２点鎖線で示す位置へ移動し、クー
ラントを流入させる。そして、加工停止に伴い加圧ポン
プを停止すると、クーラントの圧力低下でバネ３２が弁
体３１を押し上げて、閉弁する。

【００１９】上記構成により、加工停止時に加圧ポンプ
を停止すると、クーラントの圧力低下でバネ３２が弁体
３１を押し上げて開弁し、直ちにクーラント供給を遮断
する。このため、無意味なクーラント供給や漏洩が防止
され、工具交換時に無用なクーラントの外部への滴下も
ない。．他方、ワーク加工中には加圧クーラントに押さ
れて２点鎖線で示す位置へ弁体３１が移動し、クーラン
トＣを流入させるが、このとき弁体３１がバネ３２を圧
縮させて円筒体３０に対する加圧力を増大させるから、
工具ホルダ１０の支持部１０ａの背面への圧接を増強
し、クーラント洩れを発生させない。

【００２０】最後に、図１、図４に示す本発明の主軸等
のエアーブロー装置４０を説明する。このエアーブロー
装置４０は、上記主軸頭１の前端面に取付けた環状のケ
ーシング２の前端面の周囲に開口させた複数のノズル孔
４１を有している。このノズル孔４１は主軸頭１に形成
された空気通路４２を介してエアーコンプレッサ（図示
なし）に連結されている。上記各ノズル孔４１は、主軸
４の主軸外周面４ｃから外径側へ少し離れた同一円周上
において、周方向等間隔に数個から１０個設けられてい
る。そして、上記各ノズル孔は、主軸の少し前方に向け
て工具ホルダ１０の方向となる傾斜方向（主軸中心方
向）に向けて開口している。上記ノズル孔の開口方向を
特定することにより、２点鎖線で示すよう、工具ホルダ
１０をテーパ穴に嵌合させようとする直前のテーパ部１
１を矢印Ｅの如く、エアーブローして、この部分に付着
するクーラントや切粉を吹き飛ばし、清掃することがで
きる。

【００２１】上記エアーブロー装置４０は、更に環状の
ケーシング２の内周面に開口する環状ノズル４４を有
し、この環状ノズル４４も他の空気通路４５を介して前
記エアーコンプレツサ（図示なし）に連結されている。
上記環状ノズル４４はケーシングの内周面からこれに対
面する主軸１の外周面に向かい、且つ上記ノズル孔４１
と同じ方向（工具の中心方向）に傾斜させて開口してい
る。即ち、上記環状ノズル４４は、ノズル孔よりも主軸
外周面４ｃに接近し、かつ主軸奥部に後退したケーシン
グの内周面に開口している。これにより、環状ノズル４
４から噴出するエアーブローは、工具ホルダ１０側とな
る主軸先端方向Ｆの前方に向かって主軸外周面４ｃに沿
い、円筒状に隙間なく噴射される。また、双方のノズル
の位置関係は、環状ノズル４４が主軸寄りで、かつ奥部
に配置され、ノズル孔４１は、このノズル４４と対極の
位置（外径側）に配置されているから、双方のノズルが
同時に使用される状況において、それぞれのノズルがも
う一方のノズルの作用を阻害することはない。

【００２２】本発明の主軸等のエアーブロー装置４０
は、上述のように構成されており、以下のように作用す
る。主軸頭１の前部に備えた環状のケーシング２の前端
面の外周に開口する複数のノズル孔４１は、主軸４の主
軸外周面４ｃから少し離れた外径側に位置し、その開口
方向は、主軸４の少し前方（工具の中心方向）に向けた
傾斜方向（中心方向）Ｅに向けられている。これによ
り、工具交換時において、工具ホルダ１０を主軸のテー
パ穴５に挿入する直前のテーパ部１１をノズル孔４１か
らエアーブローして、この部分に付着するクーラントや
切粉、ゴミ等を吹き飛ばして清掃する。

【００２３】更に、ワーク加工時において、上記ケーシ
ング２の内周面には環状ノズル４４が設けられ、この開
口方向は、中心側となる主軸の外周面４ｃに向かい、且
つ主軸先端の主軸中心（イ）に向っているから、ここか
ら噴出されたエアーブローは、主軸先端方向Ｆに向かっ
て円筒状のエアーカーテンとして流れる。これにより、
主軸４の回転時に、上記ノズル孔４１からのエアーブロ
ーの連続吹き出しを行えば加工中のクーラントや切粉、
ゴミ等が主軸先端と主軸頭１との隙間（Ｘ）に接近及び
侵入するのを防止する。そして、この隙間（Ｘ）にわず
かに入ったクーラントやゴミ等は、環状ノズル４４から
の主軸先端方向Ｆへのエアーブローの吹き出しにより、
軸受３への到達を完全に困難にする。

【００２４】なお、主軸４の外周面４ｃに形成した周溝
４６は、補助的にクーラントや切粉が侵入することを２
次的に防ぐ作用をする。

【００２５】以上のように、本発明のエアーブロー装置
４０によると上記作用のほか、更に下記の作用を奏す
る。先ず、異なる機能を持った２組のノズル４１，４４
の複合作用により、工具ホルダや主軸内の軸受等へのク
ーラント及び切粉の付着、侵入を合理的に除去すること
が出来る。そして、上記２組のノズルは１つのケーシン
グ内に備えているから、その構成の小型、シンプル化で
主軸先端に容易に設置される。

【００２６】上記ノズル孔４１からのブローを特に強く
し、より積極的な工具ホルダーの清掃を行った場合で
も、ノズル孔４１は、環状ノズル４４よりも外径側に大
きく離れて配置されているから、ノズル孔４１からのエ
アーブローを原因とする２次的な切粉の飛散等が発生し
ても、環状ノズル４４及びこの付近への影響は少く、ノ
ズル孔４１と環状ノズル４４の同時使用状況にかかわら
ず、異なる機能を持つこの２組のノズルの相乗効果が有
効に発揮される。

【００２７】更に、上記環状ノズル４４からのエアーブ
ローに関しては、エアーブローを強くすることにより、
主軸先端側に向かうエアーカーテンを強化させ、無秩序
な切粉やクーラント等の飛散による侵入を押さえ込む。
これにより、ノズル孔４１の積極的なエアーブローによ
る切粉やクーラントの２次的な飛散が発生しても問題発
生に至らず、軸受部の保護がなされる。

【００２８】更に、一般的な工具ホルダはもちろんのこ
と、２面拘束工具ホルダーに対して特に効果的な作用を
発揮する。２面拘束ホルダーはテーパー面だけでなく、
工具の端面と主軸端面が精密に密着する必要があり、切
粉等が僅かでもかみ込み込んだ場合、加工精度上大きな
問題となる。しかし、本発明のエアーブロー装置４０を
もってすれば、切粉等の付着によるトラブルは発生しな
い。

【００２９】本発明は、上記一実施例に限定されること
なく発明の要旨内での設計変更が可能であること勿論で
ある。例えば、上記エアーブロー装置４０は、図示する
上記主軸装置の詳細構成に限定されないし、エアーブロ
ー装置自体の詳細構成も適宜に設計変更が可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明の請求項１によると、主軸頭の前
部に備える環状のケーシングの前端面の周囲にあけた複
数のノズル孔からのエアーが主軸前方の中心方向に向け
て吹き出すから、工具ホルダを主軸のテーパ穴に挿入す
る直前のテーパ外周全域をエアーブローして、この部分
に付着するクーラントや切粉、ゴミ等を吹き飛ばし、工
具ホルダの装着及び加工精度を維持できる効果が発揮さ
れる。

【００３１】また、上記環状のケーシングの内周面に
は、上記ノズル孔よりも主軸外周面接近し、且つ主軸奥
部に環状ノズルを設け、この開口が主軸先端の中心方向
に向かっているから、主軸の回転時等において、主軸頭
内周面と主軸外周面とで形成しているスキマ１２から円
筒状のエアーブローを主軸先端方向の外気へ向けて積極
的に吹き出す。これで、ケーシングの全面にあけたノズ
ル孔からのエアーブローとの相乗作用を効果的に行いつ
つ、このエアーブローに悪影響（エアーブローのやぶ
れ）されることなく、クーラントや切粉、ゴミの侵入を
完全に阻止し、主軸ベアリングの寿命を長くすることが
できる。

【００３２】更に、製造上の観点から見れば、異なる機
能をもった上記２組のノズルは、１つのケーシング内に
備えたから、その機械構成の簡素化と小型化で、主軸先
端に容易に設置することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエアーブロー装置を備えた主軸装置の
断面図である。

【図２】工具ホルダの嵌着状態を感知する確認装置を具
備した主軸拡大断面図である。

【図３】センタースルーの開閉弁を示す拡大断面図であ
る。

【図４】本発明のエアーブロー装置を装備したケーシン
グ部の拡大部分断面図である。

【符号の説明】

１ 主軸頭 ２ 環状のケーシング ４ 主軸 ４ａ 主軸前端面 ４ｃ 主軸外周面 ５ テーパ穴 ７ 工具 １０ 工具ホルダ １１ テーパ部 １２ プルスタッド １３ ドローバー １４ コレツト ２１ フランジ体 ２６ 開閉弁 ４０ エアーブロー装置 １００ 主軸装置 ４１ ノズル孔 ４４ 環状ノズル Ｅ 傾斜方向（中心方向） Ｆ 主軸先端方向 Ｘ 隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井村 初夫 静岡県浜松市高塚町4888番地 エンシュ ウ株式会社内 審査官 関口 勇 (56)参考文献 実開 平１−60844（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−99547（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭51−1102（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 31/00 - 31/20 B23Q 11/00 - 11/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸を複数の軸受で承持した主軸頭には、
   その前端面に主軸外周面を包囲する環状のケーシングを
   付設し、上記ケーシングの前端面の周囲には複数のノズ
   ル孔を設け、上記複数のノズル孔の開口方向は主軸先端
   に装着した工具中心に向けてエアーブローできるように
   傾斜され、更に、上記ノズル孔よりも主軸外周面に接近
   し、かつ主軸奥部に後退したケーシシグの内周面には、
   上記主軸外周面と対面する環状ノズルを開口し、且つこ
   の環状ノズルの開口方向を上記ノズル孔と同じ方向に傾
   斜させ、上記環状ノズルから軸受部隙間の主軸先端側の
   主軸中心に向けて空気流を噴射する、ことを特徴とする
   主軸等のエアーブロー装置。