JP5262410B2

JP5262410B2 - 工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法

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Publication number: JP5262410B2
Application number: JP2008204220A
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Inventors: 宏樹大和
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Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2013-08-14
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Description

本発明は、主軸スリーブを介して、スピンドルをハウジングに対し回転可能に支持する工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法に関する。

工作機械において、複数の転がり軸受を介してスピンドルを軸受ハウジングに対して回転可能に支承する主軸装置に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。これは研削盤等に使用され、軸受ハウジングに回転可能に支承されたスピンドルの一端に砥石等が取り付けられるとともに、スピンドルの他端には伝達ベルトが架けられ、電動モータによる駆動力が伝達ベルトを介してスピンドルに入力され、ワークの研磨等に使用されている。

ところで、こういった主軸装置においては、使用にともないスピンドルと軸受ハウジングとの間に介装された転がり軸受の経年劣化が発生する。転がり軸受は加工精度を向上させるために、スピンドルの芯振れを低減する重要な構成であり、主軸装置の一定の作動時間の経過により、その交換を必要とする。

このような軸受等の部品交換のためのメンテナンス性を向上させることを目的として、スピンドルを複数の転がり軸受を介して主軸スリーブに回転可能に取り付け、主軸スリーブをスピンドルとともにハウジングに対して取り外し可能に取り付けた主軸装置があった。これは、主軸スリーブ、軸受およびスピンドルにより形成された主軸ユニットをハウジングの取付孔内に挿入した後、主軸スリーブの前端をハウジングに対して固定している。
特開２００６−２２９５２号公報

ここで上述した主軸装置は、主軸ユニットをハウジングに対して脱着しやすくするために、主軸スリーブの外周面とハウジングの取付孔との間に、若干の間隙を設けている。すなわち、主軸スリーブはハウジングに対して前端のみにおいて支持されており、実質的には後方部位が支持されていない片持ち状態となっている。したがって、ハウジングに対する主軸スリーブの支持剛性が不足しがちとなり、延いてはハウジングによるスピンドルの支持剛性も不足する。特に、スピンドルはその端部に架けられる伝達ベルトから偏荷重を受けたリ、先端に取り付けられた砥石等から、加工時の振動を受ける場合が多く、これらがスピンドルの芯振れを一層増大させる。

これを解消するために、従来は主軸スリーブのハウジングに対する取付部位の肉厚を増やして、その剛性を向上させる等の手段が採られていたが、このために主軸装置の大型化および重量化をもたらしていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スピンドルの支持剛性を向上させることのできる工作機械の主軸装置、および工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法を提供することにある。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。
（手段１）手段１に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法は、
軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルとを備え、
前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外すことが可能な工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入する挿入工程と、
前記挿入工程の後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも２か所で当接させる相対移動工程と、
前記相対移動工程後の状態において、前記締結手段により前記主軸スリーブの端部を前記ハウジングに固定する固定工程と、
を備えている。

したがって、手段１に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、主軸スリーブの外周面が取付孔に対して当接した状態で主軸スリーブをハウジングに固定できるため、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を向上させ、主軸スリーブの振動を抑制することにより、延いてはスピンドルの支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
また、主軸スリーブの外周面が取付孔と一体となって主軸スリーブの片持ち状態を解消でき、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を一層向上させることができる。
また、主軸スリーブをハウジングの取付孔に出し入れする際には、主軸スリーブの外周面と取付孔との間に十分な隙間を設けることにより、主軸スリーブの取付孔への出し入れを容易に行うことができる。
また、スピンドルと主軸スリーブとは互いに相対回転可能に取り付けられているため、スピンドルに駆動ベルト等が係合していて回転不能であっても、主軸スリーブのみを軸回りに回転させることにより、ハウジングに対する相対移動を容易に行うことができる。

（手段２）手段１に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記相対移動工程は、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を互いに対向する２か所において前記取付孔に対して当接させる。
したがって、手段２に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、主軸スリーブは互いに対向する２か所において取付孔に支持されるため、ハウジングによりバランスよく安定して支持されることができる。

（手段３）手段２に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記主軸スリーブの外周面および前記取付孔の内周面は、ともに軸方向に垂直な断面形状が楕円形状をしており、
前記取付孔の内周面による楕円の長径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径に対して大きく形成され、
前記取付孔の内周面による楕円の短径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の短径に対して大きく形成され、
前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径は、前記取付孔の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されている。
したがって、手段３に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、主軸スリーブと取付孔はともに断面形状が楕円形状をしており、主軸スリーブのハウジングへの取り付けの際に双方が互いに滑らかに係合することができ、主軸スリーブと取付孔の当接時の変形、損傷を防ぐことができる。

（手段４）手段２または３に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記スピンドルの回転中に、前記支持孔が前記スピンドルから荷重を受ける位置と、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致している。

したがって、手段４に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、支持孔がスピンドルから受ける荷重を、主軸スリーブの外周面と取付孔との当接部位が受けとめることができるため、スピンドルの回転中に発生する外乱等による主軸スリーブの振動を低減できる。

（手段５）手段４に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記スピンドルの一端部には加工用刃具が取り付けられ、他端部には駆動モータの駆動力が伝達されるベルトが張架されており、被加工材が当接する前記加工用刃具の位置および前記ベルトが係合する前記スピンドルの位置のうちの少なくともいずれかと、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致している。

したがって、手段５に係る工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法によれば、スピンドルが加工用刃具を介して被加工材から受ける荷重を主軸スリーブの外周面と取付孔との当接部位が受けとめ、これらの荷重による主軸スリーブのがたつきを低減できる。
また、スピンドルが受けるベルトの張力による荷重を、主軸スリーブの外周面と取付孔との当接部位が受けとめ、ベルトのテンションによりスピンドルが芯ずれすることを防ぐことができる。

（手段６）手段６に係る工作機械の主軸装置は、
軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルと、
を備え、
前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外し可能な工作機械の主軸装置において、
前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入した後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも２か所で当接させることができるように前記取付孔と前記スリーブの外周形状は非真円形状に形成されており、
前記取付孔内において、前記主軸スリーブを前記ハウジングに対して軸回りに回転させた後の状態で、前記締結手段によって前記主軸スリーブを前記ハウジングに固定する固定手段を備える。

したがって、手段６に係る工作機械の主軸装置によれば、主軸スリーブの外周面が取付孔に対して当接した状態で主軸スリーブをハウジングに固定できるため、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を向上させ、主軸スリーブの振動を抑制することにより、延いてはスピンドルの支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
また、主軸スリーブの外周面が取付孔と一体となって主軸スリーブの片持ち状態を解消でき、ハウジングによる主軸スリーブの支持剛性を一層向上させることができる。
また、主軸スリーブをハウジングの取付孔に出し入れする際には、主軸スリーブの外周面と取付孔との間に十分な隙間を設けることにより、主軸スリーブの取付孔への出し入れを容易に行うことができる。
また、主軸スリーブをハウジングに取り付ける場合に、主軸スリーブの外周面と取付孔とを嵌合させる必要がないため、双方の寸法精度や表面粗度を向上させる必要がなく、低コストの主軸装置にすることができる。

＜実施形態１＞
図１乃至図４に基づき、本発明の実施形態１による工作機械の主軸装置について説明する。説明中において、図１における左方を主軸装置の前方とし、右方を後方とする。また、図１における断面形状は、図４におけるＰ−Ｐ断面においてカットした場合のものである。
図１に示すように、本実施形態による主軸装置は、軸方向に延びる軸受孔２１（本発明の支持孔に該当する）を有し、ほぼ筒状を呈する軸受箱２（本発明の主軸スリーブに該当する）と、回転軸Ｘを中心に軸受箱２に対して回転可能に支持されたスピンドル１（本発明のスピンドルに該当する）を備えている。尚、本発明による軸受箱２は、内部に軸受孔２１を備えることにより、およそ筒状を呈しておればよく、厳密な意味での筒形状の軸受箱２に限定されるものではない。

スピンドル１は、複数の軸受３（本発明の軸受に該当する）により軸受孔２１内に回転可能に支持された主軸１１と、主軸１１の後端部に嵌着された従動プーリ１２から形成されている。各々の軸受３は、主軸１１の外周面に嵌着された内輪３１、軸受孔２１の内周面に圧入された外輪３２および内輪３１と外輪３２との間において転動可能なボール３３とを備えており、内輪３１が主軸１１とともに外輪３２に対して回転可能とされている（図４示）。

軸受箱２の前端部には半径方向外方へと延びたフランジ部２２が形成されており、フランジ部２２には、後述する複数の締付ボルト５（本発明の締結手段に該当する）が挿通可能な貫通孔（図示せず）が設けられている。軸受箱２は主軸ハウジング４（本発明のハウジングに該当する）のハウジング孔４１（本発明の取付孔に該当する）内に軸方向に挿入され、フランジ部２２を主軸ハウジング４の前端面４２に当接させた状態で、複数の締付ボルト５を主軸ハウジング４に螺合させることにより固定される。

電動モータ６（本発明の駆動モータに該当する）の出力軸６１には駆動用プーリ６２が固定されている。電動モータ６の駆動用プーリ６２とスピンドル１の従動プーリ１２との間には伝達ベルト６３（本発明のベルトに該当する）が張架され、電動モータ６により伝達ベルト６３を介してスピンドル１が回転駆動される（図２示）。また、主軸１１の前端部に形成されたチャック１１ａには、グラインダー加工用の砥石車ＧＲ（本発明の加工用刃具に該当する）が脱着可能に取り付けられている。

図３に示すように、本実施形態による主軸装置は軸受３の補修等の際、伝達ベルト６３を従動プーリ１２から取り外し、さらに砥石車ＧＲを主軸１１から取り外した状態で締付ボルト５を緩めることにより、スピンドル１および軸受３と一体となった軸受箱２（以下、包括して主軸ユニット７という）を、ハウジング孔４１から軸方向前方に引き出して主軸ハウジング４から取り外すことができる。

また、補修後に再び主軸ハウジング４に装着する際、主軸ユニット７をハウジング孔４１に対して軸方向後方に向けて挿入して、軸受箱２の外周面２３（後述する）がハウジング孔４１の内周面と対向した状態で、締付ボルト５により主軸ハウジング４に固定することができる。尚、主軸ユニット７の主軸ハウジング４に対する脱着方法については後に詳述する。

図４に示すように軸受箱２の外周面２３は、軸方向に垂直な断面形状が回転軸Ｘを中心とした楕円形状であり非真円形状をしている。一方、主軸ハウジング４のハウジング孔４１の内周面も、軸方向に垂直な断面形状が楕円形状であり非真円形状をしている。ハウジング孔４１の内周面による楕円形状は、軸受箱２の外周面２３による楕円形状よりも一回り大きく、ハウジング孔４１の内周面による楕円の長径は、軸受箱２の外周面２３による楕円の長径に対して大きく、かつハウジング孔４１の内周面による楕円の短径は、軸受箱２の外周面２３による楕円の短径に対して大きく形成されている。さらに、軸受箱２の外周面２３による楕円の長径は、ハウジング孔４１の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されている。

主軸ユニット７を主軸ハウジング４に取り付ける場合、主軸ハウジング４に対して軸受箱２を、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱２の外周面２３による楕円形状（図４において破線にて示す）の向きを、ハウジング孔４１の内周面による楕円形状の向きに合わせた状態で、軸受箱２を主軸ハウジング４のハウジング孔４１内に挿入する（本発明の挿入工程に該当する）。このとき、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１とは同心上に位置している。また、このとき、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、主軸ユニット７は支障なくハウジング孔４１内に挿入することができる。

次に、ハウジング孔４１内において、軸受箱２を主軸ハウジング４に対して回転軸Ｘ回り（図４においては時計回り）に回転させる（本発明の相対移動工程に該当する）。上述したように、軸受箱２の外周面２３による楕円の長径は、ハウジング孔４１の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されているため、ハウジング孔４１内において軸受箱２を回転させることにより、外周面２３は互いに対向する２か所においてハウジング孔４１の内周面に当接する。図４において、回転後の軸受箱２が実線にて示されており、水平軸Ｈと交差する外周面２３上の対向する２点を中心に、外周面２３がハウジング孔４１の内周面に当接している。軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１の内周面に当接した状態で、締付ボルト５によって軸受箱２を主軸ハウジング４に固定する（本発明の固定工程および固定手段に該当する）ことにより、主軸ユニット７の主軸ハウジング４への取り付けが完了する。

また、上述した場合とは逆に、主軸ユニット７を主軸ハウジング４から取り外す場合、締付ボルト５を緩めて取り外した後、軸受箱２を主軸ハウジング４に対して回転軸Ｘ回り（図４において反時計回り）に回転させる。ハウジング孔４１内における軸受箱２の回転により、軸受箱２の外周面２３のハウジング孔４１の内周面への当接が解除された後、双方の間において隙間を有した状態で、主軸ユニット７をハウジング孔４１から引き出して、主軸ユニット７の主軸ハウジング４からの取り外しを行う。

図２に示すように、電動モータ６からの駆動力を伝える伝達ベルト６３は、従動プーリ１２の外周面に対して水平軸Ｈとの交点（図２においてＴにて示す）を中心に係合しており、軸受箱２の軸受孔２１は円周上のこの位置において、スピンドル１から伝達ベルト６３の張力による荷重を受けている。この位置は、上述したように軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１に対して当接する位置と円周上において一致している。

また、ワーク（被加工材）は、研削のために砥石車ＧＲに対して、水平軸Ｈ上において右方から当接しており、軸受箱２の軸受孔２１は円周上のこの位置において、スピンドル１からワークとの当接による荷重を受けている。したがって、砥石車ＧＲがワークに当接する位置も、軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１に対して当接する位置と円周上において一致している。

本実施形態によれば、軸方向に延びる軸受孔２１を有することによりほぼ筒状を呈した軸受箱２であって、主軸ハウジング４に形成されたハウジング孔４１内に軸方向に挿入され、外周面２３がハウジング孔４１の内周面と対向した状態で、締付ボルト５により前端部のフランジ部２２において主軸ハウジング４に対して固定される軸受箱２と、軸受箱２の軸受孔２１内において、複数の軸受３を介して回転可能に支持されるスピンドル１を備え、締付ボルト５を緩めることにより、スピンドル１が取り付けられた軸受箱２を主軸ハウジング４から取り外し可能な工作機械の主軸装置において、スピンドル１が取り付けられた軸受箱２を主軸ハウジング４に取り付ける場合、軸受箱２を主軸ハウジング４のハウジング孔４１内に挿入し、ハウジング孔４１内において、軸受箱２を主軸ハウジング４に対して軸方向と異なる方向である回転軸Ｘ回りに回転させることにより、ハウジング孔４１内において、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１とが当接した状態で、締付ボルト５によって軸受箱２を主軸ハウジング４に固定する。

したがって、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との間のがたを消滅させた状態で、軸受箱２を主軸ハウジング４に取り付けることができるため、主軸ハウジング４による軸受箱２の支持剛性を向上させ、軸受箱２の振動を抑制することにより、延いてはスピンドル１の支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。
また、軸受箱２を主軸ハウジング４のハウジング孔４１に出し入れする際には、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との間に十分な隙間を設けることにより、軸受箱２のハウジング孔４１への出し入れを容易に行うことができる。
また、軸受箱２を主軸ハウジング４に取り付ける場合に、軸受箱２の外周面２３と主軸ハウジング４のハウジング孔４１とを嵌合させる必要がないため、双方の寸法精度や表面粗度を向上させる必要がなく、低コストの主軸装置にすることができる。

また、軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１に対して当接した状態で軸受箱２を主軸ハウジング４に固定できるため、軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１と一体となって軸受箱２の片持ち状態を解消でき、主軸ハウジング４による軸受箱２の支持剛性を一層向上させることができる。
また、スピンドル１と軸受箱２とは互いに相対回転可能に取り付けられているため、スピンドル１に伝達ベルト６３等が係合していて回転不能であっても、軸受箱２のみを回転軸Ｘ回りに回転させることにより、主軸ハウジング４に対する相対移動を容易に行うことができる。

また、本実施形態によれば、軸受箱２の外周面２３およびハウジング孔４１の内周面は、ともに軸方向に垂直な断面形状が楕円形状をしており、ハウジング孔４１の内周面による楕円の長径は、軸受箱２の外周面２３による楕円の長径に対して大きく、かつハウジング孔４１の内周面による楕円の短径は、軸受箱２の外周面２３による楕円の短径に対して大きく、さらに軸受箱２の外周面２３による楕円の長径は、ハウジング孔４１の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されており、軸受箱２を主軸ハウジング４のハウジング孔４１内に挿入し、ハウジング孔４１内において軸受箱２を回転軸Ｘ回りに回転させることにより、軸受箱２の外周面２３が互いに対向する２か所においてハウジング孔４１に対して当接した状態で、締付ボルト５によって軸受箱２を主軸ハウジング４に固定する。

したがって、軸受箱２とハウジング孔４１はともに断面形状が楕円形状をしており、軸受箱２の主軸ハウジング４への取り付けの際に双方が互いに滑らかに係合することができ、軸受箱２とハウジング孔４１の当接時の変形、損傷を防ぐことができる。
尚、本実施形態による軸受箱２の外周面２３およびハウジング孔４１の内周面は、軸方向に垂直な断面形状がほぼ楕円形状を呈しておればよく、厳密な楕円形状の外周面２３およびハウジング孔４１の内周面に限定されるものではない。
また、軸受箱２は互いに対向する水平軸Ｈ上の２か所においてハウジング孔４１に支持されるため、主軸ハウジング４によりバランスよく安定して支持されることができる。

また、本実施形態によれば、スピンドル１の前端部には研削加工用の砥石車ＧＲが取り付けられ、後端部には電動モータ６の駆動力が伝えられる伝達ベルト６３が張架されており、ワークが当接する砥石車ＧＲの位置および伝達ベルト６３が係合するスピンドル１の位置と、軸受箱２の外周面２３においてハウジング孔４１に対して当接する位置とが、円周上において互いにほぼ一致している。
したがって、スピンドル１が砥石車ＧＲを介してワークから受けた荷重が、軸受３を介して軸受箱２の軸受孔２１へと印加されるのであるが、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との当接部位がこの荷重を受けとめ、スピンドル１に加わる外乱等による軸受箱２の振動やがたつきを低減できる。

また、スピンドル１が受ける伝達ベルト６３の張力による荷重が、軸受３を介して軸受箱２の軸受孔２１へと印加されるのであるが、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との当接部位がこの荷重を受けとめ、伝達ベルト６３のテンションにより、スピンドル１が芯ずれすることを防ぐことができる。
尚、本発明において、軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１に対して当接する位置は、伝達ベルト６３が従動プーリ１２の外周面に対して係合する位置、あるいはワークが砥石車ＧＲに対して当接する位置と円周上において完全に一致していなければならないわけではない。すなわち、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との当接部位が、スピンドル１が受ける伝達ベルト６３の張力による荷重、またはスピンドル１が砥石車ＧＲを介してワークから受ける荷重を受けとめることができる範囲内にあれば、互いの間に若干の位置ずれがあってもよい。

＜実施形態２＞
次に、図５に基づき、本発明の実施形態２による工作機械の主軸装置について説明する。本実施形態による主軸装置において軸受箱２Ａの外周面２４は、軸方向に垂直な断面が回転軸Ｘを中心とした正四角形状を呈している。一方、主軸ハウジング４Ａのハウジング孔４３の内周面は、軸方向に垂直な断面が軸受箱２Ａの外周面２４による正四角形状よりも大きい正四角形状を呈している。また、図５に示すように、軸受箱２Ａの外周面２４の隅部２４ａは、それぞれ小さな曲面により形成されている。

本実施形態による軸受箱２Ａ（スピンドル１および軸受３と一体の状態となっている）を主軸ハウジング４Ａに取り付ける場合、主軸ハウジング４Ａに対して軸受箱２Ａを、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱２Ａの外周面２４による正四角形状（図５において破線にて示す）の向きを、ハウジング孔４３の内周面による正四角形状の向きに合わせた状態で、軸受箱２Ａを主軸ハウジング４Ａのハウジング孔４３内に挿入する（本発明の挿入工程に該当する）。

詳細には図示していないが、このとき、ハウジング孔４３は軸受箱２Ａの外周面２４に対して、図５において右斜め上方へ偏心している。また、このとき、軸受箱２Ａの外周面２４とハウジング孔４３の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、軸受箱２Ａは支障なくハウジング孔４３内に挿入することができる。

次に、ハウジング孔４３内において、軸受箱２Ａを主軸ハウジング４Ａに対して回転軸Ｘ回り（図５においては時計回り）に回転させる（本発明の相対移動工程に該当する）。上述したように、ハウジング孔４３は軸受箱２Ａの外周面２４に対して、図５において右斜め上方へ偏心しているため、ハウジング孔４３内において軸受箱２Ａを回転させることにより、外周面２４は互いに隣り合う２か所の隅部２４ａ（図５において下方に位置する）において、ハウジング孔４３の内周面に当接する（図５において、回転後の軸受箱２Ａを実線にて示す）。軸受箱２Ａの外周面２４がハウジング孔４３の内周面に当接した状態で、締付ボルト５によって軸受箱２Ａを主軸ハウジング４Ａに固定する（本発明の固定工程および固定手段に該当する）ことにより、軸受箱２Ａの主軸ハウジング４Ａへの取り付けが完了する。
本実施形態による軸受箱２Ａを主軸ハウジング４Ａから取り外す方法、およびその他の構成は実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

上述したように、軸受箱２Ａの外周面２４の隅部２４ａは曲面により形成されているため、軸受箱２Ａの外周面２４がハウジング孔４３の内周面に当接する時、双方は円滑に係合するとともに、双方における損傷の発生を低減することができる。
本実施形態において、軸受箱２Ａの外周面２４とハウジング孔４３とを同心上に置き、ハウジング孔４３内において軸受箱２Ａを回転させることにより、外周面２４のすべての隅部２４ａにおいて、ハウジング孔４３の内周面に当接するようにしてもよい。

＜実施形態３＞
次に、図６に基づき、本発明の実施形態３による工作機械の主軸装置について説明する。本実施形態による主軸装置において軸受箱２Ｂの外周面２５は、軸方向に垂直な断面が回転軸Ｘを中心とした正六角形状を呈している。一方、主軸ハウジング４Ｂのハウジング孔４４の内周面は、軸方向に垂直な断面が軸受箱２Ｂの外周面２５による正六角形状よりも大きい正六角形状を呈している。また、図６に示すように、軸受箱２Ｂの外周面２５の隅部２５ａは、それぞれ小さな曲面により形成されている。

本実施形態による軸受箱２Ｂ（スピンドル１および軸受３と一体の状態となっている）を主軸ハウジング４Ｂに取り付ける場合、主軸ハウジング４Ｂに対して軸受箱２Ｂを、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱２Ｂの外周面２５による正六角形状（図６において破線にて示す）の向きを、ハウジング孔４４の内周面による正六角形状の向きに合わせた状態で、軸受箱２Ｂを主軸ハウジング４Ｂのハウジング孔４４内に挿入する（本発明の挿入工程に該当する）。このとき、軸受箱２Ｂの外周面２５とハウジング孔４４とは同心上に位置している。また、このとき、軸受箱２Ｂの外周面２５とハウジング孔４４の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、軸受箱２Ｂは支障なくハウジング孔４４内に挿入することができる。

次に、ハウジング孔４４内において、軸受箱２Ｂを主軸ハウジング４Ｂに対して回転軸Ｘ回り（図６においては時計回り）に回転させる（本発明の相対移動工程に該当する）。上述したように、軸受箱２Ｂの外周面２５による正六角形状の中心と、ハウジング孔４４の内周面による正六角形状の中心は、回転軸Ｘに対して同心上に位置しているため、ハウジング孔４４内において軸受箱２Ｂを回転させることにより、外周面２５はすべての隅部２５ａにおいて、ハウジング孔４４を形成する各々の面に当接する（図６において、回転後の軸受箱２Ｂを実線にて示す）。軸受箱２Ｂの外周面２５がハウジング孔４４の内周面に当接した状態で、締付ボルト５によって軸受箱２Ｂを主軸ハウジング４Ｂに固定する（本発明の固定工程および固定手段に該当する）ことにより、軸受箱２Ｂの主軸ハウジング４Ｂへの取り付けが完了する。
本実施形態による軸受箱２Ｂを主軸ハウジング４Ｂから取り外す方法、およびその他の構成は実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

上述したように、軸受箱２Ｂの外周面２５の隅部２５ａは曲面により形成されているため、軸受箱２Ｂの外周面２５がハウジング孔４４の内周面に当接する時、双方は円滑に係合するとともに、双方における損傷の発生を低減することができる。
本実施形態においては、軸受箱２Ｂの外周面２５とハウジング孔４４とを同心上に位置させて、軸受箱２Ｂを主軸ハウジング４Ｂのハウジング孔４４内に挿入し、ハウジング孔４４内において軸受箱２Ｂを回転軸Ｘ回りに回転させることにより、軸受箱２Ｂの外周面２５のすべての隅部２５ａが、ハウジング孔４４を形成する各々の面に対して当接することができるため、軸受箱２Ｂが隅部２５ａを介してハウジング孔４４に均等に支持され、主軸ハウジング４Ｂに対して安定して保持される。
本実施形態による軸受箱２Ｂの外周面２５およびハウジング孔４４の内周面は、軸方向に垂直な断面が回転軸Ｘを中心とした厳密な正六角形状を呈している必要はなく、軸受箱２Ｂが隅部２５ａを介してハウジング孔４４に均等に支持されるのであれば、多少の形状の変更は許容される。

＜関連発明１＞
次に、図７に基づき、本発明の関連発明１による工作機械の主軸装置について説明する。本関連発明による主軸装置において、軸受箱２Ｃの外周面２６は軸方向に垂直な断面が正六角形状を呈している。一方、主軸ハウジング４Ｃのハウジング孔４５の内周面は、軸方向に垂直な断面が軸受箱２Ｃの外周面２５による正六角形状を含むことが可能な異形の六角形状を呈している。

本関連発明による軸受箱２Ｃ（スピンドル１および軸受３と一体の状態となっている）を主軸ハウジング４Ｃに取り付ける場合、主軸ハウジング４Ｃに対して軸受箱２Ｃを、図示しない取付治具で位置決めすることにより、軸受箱２Ｃの外周面２６による正六角形状（図７において破線にて示す）の向きを、ハウジング孔４５の内周面による六角形状の向きに合わせた状態で、軸受箱２Ｃを主軸ハウジング４Ｃのハウジング孔４５内に挿入する（本発明の挿入工程に該当する）。このとき、軸受箱２Ｃの外周面２６とハウジング孔４５の内周面との間には、相当の隙間を有しているため、軸受箱２Ｃは支障なくハウジング孔４５内に挿入することができる。

次に、ハウジング孔４５内において、軸受箱２Ｃを回転軸Ｘに対する直交方向（図７において左方）に移動させる（本発明の相対移動工程に該当する）。これにより、軸受箱２Ｃは主軸ハウジング４Ｃに対して相対移動するため、軸受箱２Ｃの外周面２６中の図７において左方に位置する２面が、ハウジング孔４５の内周面を構成する２面に面当たりする（図７において、移動後の軸受箱２Ｃを実線にて示す）。軸受箱２Ｃの外周面２６がハウジング孔４５の内周面に面当たりした状態で、締付ボルト５によって軸受箱２Ｃを主軸ハウジング４Ｃに固定する（本発明の固定工程および固定手段に該当する）ことにより、軸受箱２Ｃの主軸ハウジング４Ｃへの取り付けが完了する。

また、上述した場合とは逆に、主軸ユニット７を主軸ハウジング４Ｃから取り外す場合、締付ボルト５を緩めて取り外した後、軸受箱２Ｃを主軸ハウジング４Ｃに対して図７において右方に移動させる。ハウジング孔４５内における軸受箱２Ｃの移動により、軸受箱２Ｃの外周面２６とハウジング孔４５の内周面との間に十分な隙間が形成された後、主軸ユニット７をハウジング孔４５から引き出して、主軸ユニット７の主軸ハウジング４Ｃからの取り外しを行う。その他の構成は実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本関連発明においては、軸受箱２Ｃを主軸ハウジング４Ｃのハウジング孔４５内に挿入し、ハウジング孔４５内において軸受箱２Ｃを回転軸Ｘに対する直交方向に移動させることにより、軸受箱２Ｃの外周面２６とハウジング孔４５の内周面とが面当りした状態で、軸受箱２Ｃを主軸ハウジング４Ｃに固定するため、軸受箱２Ｃの取り付け時の主軸ハウジング４Ｃに対する位置決めを確実に行うことができる。また、軸受箱２Ｃが主軸ハウジング４Ｃに対して安定して保持され、スピンドル１からの振動等による軸受箱２Ｃの位置ずれを低減することができる。

＜関連発明２＞
次に、図８に基づき、本発明の関連発明２による工作機械の主軸装置について説明する。本関連発明による主軸装置において、軸受箱２の外周面２３および主軸ハウジング４のハウジング孔４１の内周面は、その形状および大きさが実施形態１の場合と同様に形成されている。
本関連発明において、主軸ユニット７を主軸ハウジング４に取り付ける場合、実施形態１の場合と同様に、軸受箱２を主軸ハウジング４のハウジング孔４１内に挿入する（本発明の挿入工程に該当する）。軸受箱２をハウジング孔４１内に挿入したときの外周面２３の形状を、図８において破線にて示している。次に、ハウジング孔４１内において、軸受箱２を主軸ハウジング４に対して回転軸Ｘ回り（図８においては時計回り）に回転させる（本発明の相対移動工程に該当する）。軸受箱２の回転により、外周面２３がハウジング孔４１の内周面に当接する前に、締付ボルト５によって軸受箱２を主軸ハウジング４に固定する（本発明の固定工程および固定手段に該当する）。

これにより、ハウジング孔４１内において、軸受箱２の回転後における軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との間の最少距離が、軸受箱２の回転前における軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との間の最少距離よりも小さくなった状態（外周面２３がハウジング孔４１の内周面と対向した状態）で、軸受箱２は主軸ハウジング４に固定される（図８において、回転後の軸受箱２を実線にて示す）。

また、上述した場合とは逆に、主軸ユニット７を主軸ハウジング４から取り外す場合、締付ボルト５を緩めて取り外した後、軸受箱２を主軸ハウジング４に対して回転軸Ｘ回り（図８において反時計回り）に回転させる。ハウジング孔４１内における軸受箱２の回転により、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１の内周面との間に十分な隙間が形成された後、主軸ユニット７をハウジング孔４１から引き出して、主軸ユニット７の主軸ハウジング４からの取り外しを行う。その他の構成は実施形態１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

本関連発明によれば、軸受箱２の外周面２３とハウジング孔４１との間の最少距離を小さくして、双方の間のがたを低減した状態で軸受箱２を主軸ハウジング４に取り付けることができるため、主軸ハウジング４による軸受箱２の支持剛性を向上させ、軸受箱２の振動を抑制することにより、延いてはスピンドル１の支持剛性を向上させて、その芯振れを低減することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
軸受箱２をハウジング孔４１内に挿入した後、軸受箱２を主軸ハウジング４に対して軸回りに回転させることにより、ハウジング孔４１内において、軸受箱２の外周面２３がハウジング孔４１の内周面に当接した状態で、軸受箱２を主軸ハウジング４に固定するのであれば、軸受箱２を主軸ハウジング４に対してどのように回転させてもよい。
すなわち、軸受箱２をハウジング孔４１内において、スピンドル１の回転軸Ｘ回りに回転させる場合、回転方向は時計回りでも反時計回りでもよい。また、軸受箱２をスピンドル１の回転軸Ｘ以外の軸回りに回転させてもよい。また、回転軸Ｘ回りの回転と回転軸Ｘに対する直交方向への移動とを併用して、軸受箱２を移動させてもよい。

軸受箱２を主軸ハウジング４に対して移動させる場合に、軸受箱２の外周面２３が、ハウジング孔４１の内周面に当接する箇所の数はいくつでもよい。
軸受箱２を主軸ハウジング４に対して移動させる場合に、互いに当接する軸受箱２の外周面２３の位置およびハウジング孔４１内の位置も限定されるものではない。
スピンドル１の先端に取り付けられる刃具は、砥石車に限られるものではなく、あらゆる加工用刃具が取り付け可能である。また、スピンドル１には、刃具の代わりにワークを取り付けてもよい。
軸受箱２の外周面２３およびハウジング孔４１の内周面の軸方向に垂直な断面形状は、あらゆる形状が適用可能である。

本発明の実施形態１による工作機械の主軸装置の軸方向断面図図１に示した主軸装置の部分側面図図１に示した主軸装置において主軸ユニットの脱着方法を示した図図１の軸方向に垂直な方向にカットした場合の部分断面図実施形態２による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の回転前後の状態を軸方向から見た図実施形態３による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の回転前後の状態を軸方向から見た図関連発明１による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の移動前後の状態を軸方向から見た図関連発明２による主軸装置において、ハウジング孔内における軸受箱の回転前後の状態を軸方向から見た図

符号の説明

図面中、１はスピンドル、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃは軸受箱（主軸スリーブ）、３は軸受、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃは主軸ハウジング（ハウジング）、５は締付ボルト（締結手段）、６は電動モータ（駆動モータ）、２１は軸受孔（支持孔）、２３，２４，２５，２６は軸受箱の外周面、２４ａ，２５ａは外周面の隅部、４１，４３，４４，４５はハウジング孔（取付孔）、６３は伝達ベルト（ベルト）、Ｘは回転軸、ＧＲは砥石車（加工用刃具）を示している。

Claims

軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルとを備え、
前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外すことが可能な工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法において、
前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入する挿入工程と、
前記挿入工程の後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも２か所で当接させる相対移動工程と、
前記相対移動工程後の状態において、前記締結手段により前記主軸スリーブの端部を前記ハウジングに固定する固定工程と、
を備えることを特徴とする工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
前記相対移動工程は、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を互いに対向する２か所において前記取付孔に対して当接させることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
前記主軸スリーブの外周面および前記取付孔の内周面は、ともに軸方向に垂直な断面形状が楕円形状をしており、
前記取付孔の内周面による楕円の長径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径に対して大きく形成され、
前記取付孔の内周面による楕円の短径は、前記主軸スリーブの外周面による楕円の短径に対して大きく形成され、
前記主軸スリーブの外周面による楕円の長径は、前記取付孔の内周面による楕円の短径に対して大きく形成されることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
前記スピンドルの回転中に、前記支持孔が前記スピンドルから荷重を受ける位置と、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致していることを特徴とする請求項２または３に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
前記スピンドルの一端部には加工用刃具が取り付けられ、他端部には駆動モータの駆動力が伝達されるベルトが張架されており、被加工材が当接する前記加工用刃具の位置および前記ベルトが係合する前記スピンドルの位置のうちの少なくともいずれかと、前記主軸スリーブの外周面において前記取付孔に対して当接する位置とが、円周上において互いに一致していることを特徴とする請求項４に記載の工作機械の主軸装置における主軸スリーブのハウジングへの取付方法。
軸方向に延びる支持孔を有することにより筒状を呈した主軸スリーブであって、ハウジングに形成された取付孔内に軸方向に挿入され、外周面が前記取付孔の内周面と対向した状態で、締結手段により軸方向の端部において前記ハウジングに対して固定される主軸スリーブと、
前記主軸スリーブの前記支持孔内において、複数の軸受を介して回転可能に支持されるスピンドルと、
を備え、
前記締結手段を解除することにより、前記スピンドルが取り付けられた前記主軸スリーブを前記ハウジングから取り外し可能な工作機械の主軸装置において、
前記主軸スリーブを前記ハウジングの前記取付孔内に挿入した後に、前記取付孔内において前記主軸スリーブを軸回りに回転させることにより、前記主軸スリーブの外周面を前記取付孔に対して少なくとも２か所で当接させることができるように前記取付孔と前記スリーブの外周形状は非真円形状に形成されており、
前記取付孔内において、前記主軸スリーブを前記ハウジングに対して軸回りに回転させた後の状態で、前記締結手段によって前記主軸スリーブを前記ハウジングに固定する固定手段を備えることを特徴とする工作機械の主軸装置。