JP4181556B2 - 切削工具保持機構及びスピンドルユニット - Google Patents

Description

本発明は、切削工具保持機構及びスピンドルユニットに関し、さらに詳細には、歯科用装置、外科用装置及び工作機械に適用可能である切削工具の保持機構と、スピンドルユニットに関するものである。

スピンドルユニットは歯科用ハンドピース、外科用ハンドピース及び工作機械等の各種装置に組み込まれて使用されるものであり、例えば、図７に示したようなものがある。このスピンドルユニット５０は、先端に螺子山５１ａが形成されると共に内部５１ｂに空洞が形成されたホルダー５１と、前後にテーパ５２ａ，５２ｂが形成されたコレットチャック５２と、ホルダー５１の螺子山５１ａに螺合されるナット５３とを備える。ナット５３の内周５３ａにはコレットチャック５２の前部テーパ５２ａと相補な形状のテーパ面が形成されており、一方、ホルダー５１の空洞には、コレットチャック５２の後部テーパ５２ｂと相補な形状のテーパ面が形成されている。そして、ホルダー５１の空洞にコレットチャック５２を挿着し、コレットチャック５２に切削工具５４の後端を差し込んで、ホルダー先端の螺子山５１ａにナット５３を螺合して締め込むと、コレットチャック５２はホルダー５１とナット５３により圧縮されて切削工具５４に圧着し、これにより切削工具５４を保持している。

上記従来技術の切削工具の保持機構では、ホルダーとナットのテーパ部分に精度を出すことが難しく、コレットチャックのテーパ部分との接触が悪くなることがあり、その場合には、スピンドルの振れ、振動、磨耗の要因となってしまう。またコレットチャック、ホルダー、ナットは多くの場合に金属から形成されるものであるため、これら部材間には隙間が生じ易く、ここから切削粉が侵入する。さらに、コレットチャックは、その円錐形状部が押さえられるものであるため、回転方向で滑る傾向があり、ホルダーとナットにより強力に圧縮しなければ、切削工具を確実に保持することができず、また取り付け時には芯を合わせる必要があるため、取り付け取り外しの手間が煩雑である。

本発明は、上記従来技術における問題点を鑑みてなされたものであり、その課題は、部材の精度を出すことが比較的容易であり、部材間に隙間が生じ難く、切削工具の取り付け取り外しの手間が容易である切削工具の保持機構及びスピンドルユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、筒状の主軸に切削工具が挿着され、主軸が軸受け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における切削工具保持機構であって、切削工具の中間部分には段差部又は細径部が形成され、切削工具と主軸との間には間隙が形成され、該間隙には前記細径部又は前記段差部に対向するようにゴム又は樹脂材料からなる弾性環状部材が配置されると共に、該弾性環状部材に当接するように摺動部材が摺動可能に配置され、該摺動部材を介して弾性環状部材を押圧し得るように封止部材が主軸先端に着脱可能に設けられ、前記弾性環状部材は、封止部材により摺動部材を介して押圧されたとき、圧縮変形して切削工具の段差部又は細径部に押し当てられることを特徴とする切削工具保持機構が提供される。
なお、本発明において、切削工具とは、歯科処置用工具、外科処置用工具及び工作機械用工具を含むものであり、切削工具保持機構及びスピンドルユニットも、歯科用装置、外科用装置及び工作機械に適用可能なものである。

前記主軸内における切削工具の回転方向への相対的な動きを防止する係合部としては、例えば、切欠きを有する円柱状、多角柱状など、円柱形以外の形状に切削工具の後端又は中間部を形成し、この後端又は中間部に係合する相補な形状の筒状部を主軸内に形成することにより構成することができる。このような係合部を備える切削工具保持機構では、切削工具を主軸内に挿入するときに、切削工具の後端又は中間部が主軸内の筒状部に係合し、主軸内における切削工具の空回り等、回転方向への相対的な動きを防止することができる。この係合部の精度は、少なくとも主軸の回転時に係合状態が維持される程度であれば良く、上記従来品と比較して要求精度は格段に低くなるため、製造が容易である。

本発明の切削工具保持機構では、主軸内に切削工具を挿着し、封止部材を主軸先端に取り付けて締め込むと、摺動部材が摺動して弾性環状部材を押圧し、ゴム又は樹脂材料からなる弾性環状部材は弾性変形して切削工具の細径部及び段差部に圧着される。この弾性環状部材の主軸への圧着により、主軸内における切削工具の軸方向及び回転方向への滑り、空回り、位置ずれ等の相対的な動きを抑制することができる。また弾性環状部材の弾性変形により、切削工具と主軸との隙間が塞がれて、この隙間からの切削粉の侵入が防止される。さらに、封止部材を主軸先端に取り付けて締め込んだり、あるい封止部材を緩めることにより、切削工具を着脱することが可能なため、上記従来品と比較して、切削工具の着脱操作が格段に容易である。

本発明の切削工具保持機構では、前記切削工具の直径を全長にわたり、前記摺動部材及び前記封止部材の内径よりも小さく形成することが好ましい。このような構成では、前記封止部材を緩めるだけで、弾性環状部材が、切削工具の細径部及び段差部に圧着した状態から解放されて、切削工具との間にクリアランスが生じ、封止部材と摺動部材を主軸から完全に取り外さなくても、切削工具の引き抜きが可能になり、切削工具の取り替え操作を迅速に行うことが可能になる。

本発明では、主軸と切削工具の係合部どうしが係合し、ゴム又は樹脂材料からなる弾性環状部材が弾性変形して切削工具の細径部又は段差部に圧着されるため、主軸内における切削工具の滑りや空回り等の回転方向への動き、切削工具の軸方向への位置ずれ等の相対的な動きが抑制できる。そして、これらの部材にはテーパー部が設けられず、ほとんどが直線状に形成されるものであるため、製造時の加工精度を出すことが容易であり、主軸と切削工具の振れ、振動、磨耗を防止できる。また弾性環状部材の弾性変形により主軸と切削工具との隙間が塞がれるので、これらの部材間に隙間が生じ難く、切削粉等の侵入を防止できて、さらに、切削工具が弾性環状部材により全周方向から均一に押さえられるので、調芯効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明のスピンドルユニットの主要部を説明するための図であって、図１（ａ）は切削工具１０の側面図、図１（ｂ）は切削工具１０を後端から見た図である。
ここで、切削工具１０としては、工作機械等の装置に組み込まれて使用されるものを例示する。この切削工具１０はワークを切削するための切削刃１１が軸先端に形成され、切削刃１１に続く先端部分には直径が他の箇所１２よりも細い細径部１３が形成され、さらに、細径部１３よりも比較的太く形成された大径部１２と細径部１３との間に段差部１４が介在し、軸後端には多角柱部１５が形成されている。多角柱部１５としては、例えば、ボルトの頭に見られるような六角柱形状に形成することができる。
なお、切削工具１０における大径部１２、細径部１３、段差部１４の各部位は、図１（ａ）以外の形状に形成することも可能である。すなわち、図２（ａ）に示した切削工具１０Ａでは軸部１２ａ,１３ａの中間に細径部１４ａが設けられ、この細径部１４ａが半円断面の溝により形成されている。また図２（ｂ）の切削工具１０Ｂでは軸部１２ｂ,１３ｂの中間の細径部１４ｂが角形断面の溝で形成されている。

次に、図１（ｃ）はスピンドルユニットの主要部２０の側面図であり、図１（ｄ）は後端から見た図であり、図１（ｅ）は断面図である。また図３は図１（ｅ）を部分的に拡大した図である。
スピンドルユニットは、主要部が主軸２１、弾性環状部材２２、摺動部材２３及び封止ナット２４から構成されている。
主軸２１は、切削工具１０を挿着するために筒状に形成された部材であって、先端外周には螺子山２１ａが刻設され、先端内周には内径が他の箇所よりも比較的大きく形成された内径拡大部２１ｂが設けられ、この内径拡大部２１ｂの後方の内径が小さい区間２１ｃとの間に段差部２１ｄが形成され、後端には内部に多角筒部２１ｅが形成され、外周に螺子山２１ｆが刻設されている。なお、この螺子山２１ｆは形成せずに、後端外周を滑らかな周面にしても良い。
以上の実施形態においては、切削工具１０の軸後端に多角柱部１５を設け、主軸２１の後端に多角筒部２１ｅを設けることにより、両部材の係合部を構成する例を示したが、これ以外にも、図４（ａ）〜（ｄ）のような係合部６０〜６３を設けることが可能である。すなわち、一つの切欠きを有する円柱体６０ａ、両側に切欠きを有する円柱体６１ａ、十字状の軸体６２ａ、一箇所又は複数箇所から突出する軸体６３ａをそれぞれ主軸の後端に設け、各切削工具の後端に係合する相補な形状の筒状部６０ｂ〜６３ｂを主軸後端に設ければ、それぞれの係合部６０〜６３を形成することができる。

次に、弾性環状部材２２は、ゴム又は樹脂材料等のように外力を受けて弾性変形する材料から形成されている。摺動部材２３は環状の部材であって、主軸２１の内径拡大部２１ｂに挿入可能な外径、且つ切削工具１０の細径部１３に環装して摺動することが可能な内径、且つ切削工具１０の大径部１２よりも大きい内径に形成されている。封止ナット２４は、主軸２１の先端の螺子山２１ａに螺合するように形成されたものであり、環状に内側へ突出して摺動部材２３に当接する内側突出部２４ａが設けられ、この内側突出部２４ａの内径は切削工具１０の大径部１２よりも大きい内径に形成されている。

図１（ｅ）及び図３に示したように、切削工具１０が主軸２１内に挿着されたとき、それぞれの段差部１４，２１ｄはほぼ対向位置にあり、切削工具１０の細径部１３と主軸２１の内径拡大部２１ｂとの間には間隙が存在する。弾性環状部材２２は、この間隙における段差部１４，２１ｄに当接するように配置され、摺動部材２３は弾性環状部材２２に当接するように間隙に配置され、封止ナット２４は主軸２１の先端の螺子山２１ａに螺合されて、その内側突出部２４ａが摺動部材２３に当接する。したがって、封止ナット２４が締め込まれると、その力を受けて摺動部材２３は摺動して弾性環状部材２２を押圧し、弾性環状部材２２は弾性変形する。この弾性変形により弾性環状部材２２は内側に突出し、切削工具１０の細径部１３及び段差部１４に圧着し、切削工具１０が軸方向と回転方向へ滑らないように固定される。
逆に、封止ナット２４を緩めたときには、弾性環状部材２２が、切削工具１０の細径部１３及び段差部１４に圧着した状態から解放されて、切削工具１０との間にクリアランスができる。また切削工具１０の大径部１２及び細径部１３の直径は、摺動部材２３及び封止ナット２４の内径よりも小さく形成されている。したがって、摺動部材２３及び封止ナット２４を主軸２１から完全に取り外さなくても、切削工具１０は引き抜くことが可能になり、切削工具１０の取り替え操作を迅速に行うことができる。
また切削工具１０は主軸２１内に挿着されたときに、その多角柱部１５が主軸２１内の多角筒部２１ｅに係合するため、主軸２１内における切削工具１０の空回り等、回転方向への相対的な動きを防止することができる。

図５は本発明のスピンドルユニットを外科用ハンドピースに適用したものである。
なお、図１及び図５における主要部は同じ要旨によるものであるが、各図における部材は、それぞれ若干異なる形状に形成されたものを含んでいる。すなわち、図５のスピンドルユニット３０では、主要部が主軸３１、弾性環状部材３２、摺動部材３３及び封止ナット３４から構成されており、これら主要部のうち、摺動部材３３の形状、摺動部材３３と封止ナット３４との係合状態を除いては、図１のスピンドルユニットの主要部とほぼ同様に形成されている。
ここで、摺動部材３３は、切削工具（図示せず）を挿入可能な内径に形成された環状の部材であって、主軸の内径拡大部に挿入される挿入部３３ａと、主軸の外側に突出する外側突出部３３ｂと、封止ナット３４の内側突出部３４ａに係合するフランジ部３３ｃとを有するものである。
したがって、図５のスピンドルユニット３０では、封止ナット３４が締めこまれると、その内側突出部３４ａが摺動部材３３のフランジ部３３ｃに当接して摺動部材３３を主軸３１内へ押し込み、摺動部材３３が弾性環状部材３２を押圧して弾性変形させ、これにより弾性環状部材３２が内側に突出して切削工具の細径部及び段差部分に圧着し、切削工具の軸方向や回転方向への滑り、空回りが生じないように固定するものである。
逆に、封止ナット３４を緩めたときには、この封止ナット３４を主軸３１から完全に取り外さなくても、切削工具は引き抜くことが可能になり、切削工具の取り替え操作が迅速に行える点は図１のものと同様である。
またスピンドルユニット３０においても、切削工具は主軸３１内に挿着されたときに、その多角柱部が主軸３１内の多角筒部３１ｅに係合するため、主軸３１内における切削工具の空回り等、回転方向への相対的な動きが防止される。

図５におけるスピンドルユニットの主要部以外の構成について、さらに附言すれば、主軸３１の外周には主軸側歯車３５が固定され、この主軸３１が前後の軸受け３６，３７を介してハウジング３８内で支承され、前後の軸受け３６，３７は軸受封止キャップ３９により塞がれる。そして、駆動側歯車４０が、主軸側歯車３５に噛合するように配置され、駆動側歯車４０は、駆動軸４１を介して駆動部（図示せず）から伝達される力により回転するように設けられている。なお、前後に配置される各軸受封止キャップ３９は、主軸３１に固定される回転側キャップ３９ａと、ハウジングに固定される固定側キャップ３９ｂとからなり、両方のキャップ３９ａ，３９ｂ間には間隙が設けられ、この間隙により、外部から軸受内への粉塵の侵入を防止する防塵ラビリンスを構成する。また主軸３１の後端は軸部材４２により封止されている。

図６は本発明のスピンドルユニットを工作機械に適用するべく構成したものである。
なお、図６のスピンドルユニット７０の主要部は、図１と寸法や形状が若干異なるものであるが、ほぼ同じ要旨により形成されたものである。すなわち、図６のスピンドルユニット７０では、主要部が主軸７１、弾性環状部材７２、摺動部材７３及び封止ナット７４から構成されている。このスピンドルユニット７０では、封止ナット７４が締めこまれると、その内側突出部７４ａが摺動部材７３に当接し、これを主軸７１内へ押し込み、摺動部材７３が弾性環状部材７２を押圧して弾性変形させ、これにより弾性環状部材７２が内側に突出して切削工具８０の細径部８１及び段差部分８２に圧着し、切削工具８０の軸方向や回転方向への滑り、空回りが生じないように固定するものである。
逆に、図６の状態から封止ナット７４を緩めると、この封止ナット７４を主軸７１から完全に取り外さなくても、切削工具８０は引き抜くことが可能になり、切削工具８０の取り替え操作が迅速に行える点は図１及び図５のものと同様である。
またスピンドルユニット７０においても、切削工具８０は、その多角柱部８３が主軸７１内の多角筒部７１ａに係合するため、主軸７１内における切削工具８０の空回り等、回転方向への相対的な動きも防止される。
さらに、図６におけるスピンドルユニットの主要部以外の構成について説明すれば、主軸７１の後端には連結部材７５が設けられており、この連結部材７５に駆動装置（図示せず）が接続され、駆動部（図示せず）から伝達される力により主軸７１は回転される。また主軸７１は、前後の軸受け７６ａ，７６ｂを介してハウジング７７内で支承され、前方の軸受け７６ａは軸受固定部材７８ａや軸受封止キャップ７８ｂにより塞がれ、後方の軸受け７６ｂも軸受固定部材７９により塞がれている。前方に配置される軸受封止キャップ７８ｂは、軸受固定部材７８ａとの間に間隙が設けられ、この間隙により、外部から軸受内への粉塵の侵入を防止する防塵ラビリンスが構成される。

（ａ）〜（ｅ）は本発明のスピンドルユニットの主要部を説明するための図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ａ）とは異なる切削工具の側面図である。 図１（ｅ）を部分的に拡大した図である。 （ａ）〜（ｄ）は切削工具と主軸との係合部について、他の実施形態を示すため後端から見た図である。 本発明のスピンドルユニットの断面図である。 図５とは異なる実施形態を示す断面図である。 従来のスピンドルユニットを説明するための図である。

符号の説明

１０ 切削工具
１０Ａ 切削工具
１０Ｂ 切削工具
１１ 切削刃
１３ 細径部
１４ 段差部
１５ 多角柱部（係合部）
２１ 主軸
２１ｅ 多角筒部（係合部）
２２ 弾性環状部材
２３ 摺動部材
２４ 封止ナット
３０ スピンドルユニット
３１ 主軸
３１ｅ 多角筒部（係合部）
３２ 弾性環状部材
３３ 摺動部材
３４ 封止ナット（封止部材）
３８ ハウジング
３６ 軸受け
３７ 軸受け
７０ スピンドルユニット
７１ 主軸
７１ａ 多角筒部（係合部）
７２ 弾性環状部材
７３ 摺動部材
７４ 封止ナット
８０ 切削工具
８１ 細径部
８２ 段差部

Claims (3)

1. 筒状の主軸に切削工具が挿着され、主軸が軸受け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における切削工具保持機構であって、
   切削工具の中間部分には段差部又は細径部が形成され、切削工具と主軸との間には間隙が形成され、該間隙には前記細径部又は前記段差部に対向するようにゴム又は樹脂材料からなる弾性環状部材が配置されると共に、該弾性環状部材に当接するように摺動部材が摺動可能に配置され、該摺動部材を介して弾性環状部材を押圧し得るように封止部材が主軸先端に着脱可能に設けられ、
   前記弾性環状部材は、封止部材により摺動部材を介して押圧されたとき、圧縮変形して切削工具の段差部又は細径部に押し当てられることを特徴とする切削工具保持機構。
2. 前記切削工具の直径は全長にわたり、前記摺動部材及び前記封止部材の内径よりも小さく形成されたものである請求項１記載の切削工具保持機構。
3. 前記摺動部材及び前記封止部材の内径は、切削工具の直径よりも大きく形成されたものである請求項１又は２に記載のスピンドルユニット。

Images