JPH0310737A - 工作機械の主軸ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、主軸を超高速回転成いは低速回転させて加
工を行う主軸ヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

汎用型工作機械は、柔かい素材のワークから剛性の高い
素材のワークに至るまで加工を行えるようにするために
、主軸を低速回転成は超高速回転できるように構成され
た主軸ヘッドを備えている。

上記主軸ヘッドは、従来、超高速モータを一基用い、こ
の超高速モータと主軸とをベルトやギヤ等の減速手段を
介して接続することにより、主軸を低速回転成いは超高
速回転させるようにしている。その−例を示すと、第３
図に示す様に、主軸ヘッドのハウジング（１）に主軸（
２）を複数の軸受（３）（３）・−を介して回転自在に
支持させ、主軸ヘッド（１）の後端に超高速回転型の主
軸モータ（４）を取付け、主軸（２）の後端と主軸モー
タ（４）の出力軸（４ａ）とを可動側クラッチ（５）及
び固定側クラッチ（６）、クラッチシフトレバ−（７）
等を備えたクラッチ装置（８）を介して接続している。

また主軸ヘッド（１）の下部に形成されたギヤボックス
（９）内には主軸（１）と主軸モータ（４）とを接続す
るためのギヤ式減速機（１０）設けられている。前記減
速機（１０）は中間軸（１１）と減速軸（１２）とを有
し、両軸（１１）（１２）を主軸（２）と平行にかつ回
転自在に支承させである。中間軸（１１）には前後に第
１・第２シフタギヤ（１３）　　（１４）を軸方向に移
動可能でかつ一体に回転するように装着し、第１シフタ
ギヤ（１３）に隣接させてアイドルギヤ（１５）を軸方
向に移動可能でかつフリー回転するように装着し、中間
部に小径ギヤ（１６）を固着しである。一方減速軸（１
２）には前記アイドルギヤ（１５）と噛合う動力伝達ギ
ヤ（１７）及び小径ギヤ（１６）と噛合う大径ギヤ（１
８）を固着しである。そして前記第１シフタギヤ（１３
）は主軸（２）に固着された従動ギヤ（１９）と選択的
に噛合い、第２シフタギヤ（１４）はクラッチ装置（８
）の固定側クラッチ（６）に形成された駆動ギヤ（２０
）と選択的に噛合うようになっている。

また、上記主軸（２）には、図示し゛ていないが、ツー
ルを保持するためのコレットを開放させるドローパーを
内蔵してあり、主軸（２）の後部側方にドローパーを前
後動させせるためのシフト機構（２１）を設けである。

上記主軸ヘッドは、超高速回転時、可動側クラッチ（５
）を固定側クラッチ（６）に継合させ、第１シフタギヤ
（１３）及び第２シフタギヤ（１４）をシフトさせて各
々従動ギヤ（１９）及び駆動ギヤ（２０）から離し、主
軸モータ（４）にて主軸（２）を直接駆動させる。また
低速回転時は、可動側クラッチ（５）を固定側クラッチ
（６）から離し、第２シフタギヤ（１４）及びアイドル
ギヤ（１５）をシフトさせて、第２シフタギヤ（１４）
を駆動ギヤ（２０）に噛合わせ、アイドルギヤ（１５）
を従動ギヤ（１９）と動力伝達ギヤ（１７）に噛合わせ
て、主軸モータ（４）の回転を、駆動ギヤ（２０）　、
第２シフタギヤ（１４）、小径ギヤ（１６）　、大径ギ
ヤ（１８）　、動力伝達ギヤ（１７）　、アイドルギヤ
（１５）　、従動ギヤ（１９）を介して主軸（２）に伝
達して、主軸（２）を低速回転させる。

また上記主軸ヘッドは、可動側クラッチ（５）を固定側
クラッチ（６）から離し、第１シフタギヤ（１３）及び
第２シフタギヤ（１４）を各々従動ギヤ（１９）及び駆
動ギヤ（２０）に噛合わせ、アイドルギヤ（１５）を従
動ギヤ（１９）から離せば、主軸モータ（４）の回転を
、駆動ギヤ（２０）、第２シフタギヤ（１４）　、第１
シフタギヤ（１３）、従動ギヤ（１９）を介して主軸（
２）に伝達し、主軸（２）を中速回転で回転させること
ができる。

またツール交換時は、シフト機構（２１）にてドローパ
ーを前後動させ、これによりコレットを開閉させて、ツ
ール交換を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記主軸ヘッドは、−基の主軸モータ（４）で主軸（２
）を広域に亘って回転させるために主軸（２）と主軸モ
ータ（４）との間に両者を１１！断させるクラッチ装置
（８）を設けたり、主軸モータ（４）側に設けられた駆
動ギヤ（２０）及び主軸（２）に設けられた従動ギヤ（
１９）に対して、減速機（１０）に組込まれた第２シフ
トギヤ（１４）及び第１シフトギヤ（１３）を選択的に
噛合せ得るように設けねばならず、部品数が多くなり、
構造も複雑になる。

またドローバ−を主軸（２）の後端から突出させられな
いため、主軸（２）の側方からシフトｓｉ構（２１）に
て操作するようにせねばならず、かつシフト機構（２１
）は主軸（２）の回転に支障を来たさないように構成せ
ねばならないので、例えば実開昭５９−３９１３７号公
報にて開示されているように非常に複雑にならざるを得
ない。

従って、主軸ヘッドには多数の部品が組込まれるため、
構造が複雑となり、大型化する。また駆動系に多数の部
品が介在することにより、超高速回転時に発熱や騒音の
諸問題も多く発生する。

上記例以外にベルトとギヤの組合せを有する例もあるが
発熱並びに騒音、振動に関しては同様問題点を有する。

また小型化を図るために、主軸に主軸モータを組付け、
主軸モータのロータと主軸とを一体結合させた一体型の
ものもある。しかし、この場合、主軸を広域に亘って回
転させる場合、特に低回転域では大きなトルクを得るこ
とが難しく、十分な性能を得るためには、電源容量の大
型化やモータ自体の大型化が必定で、主軸ヘッドを小型
化できない。しかも主軸に発熱源を直接設けることにな
り、超高速回転域で発熱に伴なう加工精度の低下並びに
主軸や主軸の軸受等の耐久性が低下するといった問題も
あり、実用化が難しかった。

この発明は、主軸に一体に組込む主軸一体型モータと、
主軸に減速機を介して接続する別体の主軸モータとを用
いて、主軸を広域に亘って効果的に回転させると共に構
造を簡素化させた主軸ヘッドを提供しようとするもので
ある。

また、この発明は、主軸一体型モータの熱が主軸を支持
している主軸ベアリングへ伝達されないようにした主軸
ヘッドを提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る工作機械の主軸ヘッドはモータ室を形成し
た主軸ヘッド本体と、該主軸ヘッド本体の前面に取付け
た主軸ノーズと、該主軸ノーズ内に固着したベアリング
ハウジングと、前記主軸ヘッド本体及び前記主軸ノーズ
を貫通させて回転自在に支承させた主軸と、前記主軸ヘ
ッド本体のモータ室と主軸との間に装着され、ロータを
主軸に結合させた主軸一体型モータと、前記主軸ヘッド
のｔ＆端に取付けた主軸モータと、前記主軸ヘッド本体
内に組込まれ、前記主軸モータの回転を主軸に選択的に
伝達する減速機とを備えたことである。

また、主軸ヘッド本体と主軸一体型モータのステータハ
ウジングとの間に形成した第１冷却油シヤケ・ノドと、
主軸ノーズとベアリングハウジングとの間に形成した第
２冷却油ジャケットと、前記ステータハウジングと前記
ベアリングハウジングとの間に形成した冷却空間と、前
記冷却空間と対向させて主軸の周面に形成した環状溝と
、前記ステータハウジングに形成され、前記冷却空間へ
冷却油を供給する供給口及び冷却油を排出させる排出口
とを備えている。

さらに、冷却空間を形成しているステータハウジング及
びベアリングハウジングの主軸との対向面側に自己潤滑
機能を有する静圧シールを装着している。

〔作用〕

上記構成の主軸ヘッドは、減速機と主軸とを離して主軸
一体型モータを動作させることによって、主軸を超高速
回転させ、減速機と主軸とを継いで、主軸モータを回転
させることにより主軸低速回転させる。

また主軸回転時、第１冷却油ジャケット内の冷却油にて
主軸一体型モータを冷却し、第２冷却油ジャケット内の
冷却油にて主軸ベアリングを冷却し、かつ冷却空間に噴
出される冷却油にて主軸を冷却し、かつ主軸一体型モー
タから主軸への熱の伝達を阻止する。

またシール材にて主軸の回転が妨げられず、冷却空間か
らの冷却油の漏れも防止される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を第１図及び第２図を参照して
説明する。

主軸ヘッドは、第１図に示す様に、主軸へ・ノド本体（
２５）と主軸ヘッド本体（２５）の前面に取付けた主軸
ノーズ（２６）とで外殻を構成し、主軸ヘッド本体（２
５）にはモータ室（２７）とギヤ室（２８）とを形成し
である。そして主軸ヘッド本体（２５）のモータ室（２
７）にステータハウジング（２９）を装着し、主軸ノー
ズ（２６）にベアリングハウジング（３０）を装着しで
ある。

工具を保持する主軸（３１）は、上記主軸ノーズ（２６
）及び主軸ヘッド本体（２５）を貫通させ、ベアリング
ハウジング（３０）に組込んだ複数の主軸ベアリング（
３２）　　（３２）、−・並びにステータハウジング（
２９）の後端に結合した後部ベアリングハウジング（３
３）に組込んだりャベアリング（３４）にて回転自在に
支承させである。前記主軸ベアリング（３２）はボール
ベアリングを用い、リヤベアリング（３４）にはローラ
ベアリングを用いている。この主軸（３１）内には工具
（図示せず）を把持するための複数のコレ−／　）（３
５）　　（３５）を開閉自在に装着し、コレット（３５
）　　（３５Ｌ−−・の後方に、該コレット（３５）（
３５）−・・−を開閉させるためのドローバ−（３６）
を前後動自在に挿入し、その後端を主軸（３１）から突
出させである。このドローバ−（３６）は、主軸（３１
）内に挿入された多数の皿バネ（３７）（３７）−・に
て常時後方への弾力が付勢され、コレット（３５）　　
（３５）・−を閉止させるようになっている。一方主軸
（３１）の後端にはスリーブ（３８）が固着されており
、このスリーブ（３８）を利用してドローバ−（３６）
を前後動させるシフト装置（３９）を取付けである。シ
フト装置（３９）は、例えばアンクランプシリンダ（４
０）とアンクランプピストン（４１）とからなり、アン
クランプシリンダ（４０）は図示していない手段により
主軸（３１）に対して非接触の状態で且つ主軸長手方間
に移動自在に支持されている。

アンクランプピストン（４１）は上記シリンダ（４０）
内に、主軸と非接触で支持されている。

従ってアンクランプピストン（４１）が前進すると、ピ
ストン（４１）はドローバー（３６）に当接し、その反
力によりシリンダ（４１）が主軸（３１）の後方に移動
し、主軸に固着されたスリーブ（３日）に当接し、更に
シリンダ内に圧油が供給されるとピストン（４１）はド
ローバー（３６）を後方に付勢している皿バネ（３７）
の力に打ち克ってドローバー（３６）が前進してコレッ
ト　（３５）（３５）・・・・を開き、工具を開放する
。

主軸ヘッド本体（２５）のモータ室（２７）にはステー
タ（４２）とロータ（４３）とを有する主軸一体型モー
タ（４４）が内蔵され、前記ステータ（４２）はステー
タハウジング（２９）に固定され、ロータ（４３）は主
軸（３１）に固定されている。この主軸一体型モータ（
４４）は通電されると、主軸（３１）を超高速で回転さ
せる。

一方、主軸ヘッド本体（２５）のギヤ室（２８）の後端
面には主軸モータ（４５）を取付け、その出力軸（４６
）をギヤ室（２８）内に挿入してあり、出力軸（４６）
に取付けた駆動ギヤ（４７）を減速機（４８）を介して
主軸（３１）に取付けられた主軸ギヤ（４９）に選択的
に接続される。減速機（４８）は動力伝達軸（５０）と
アイドル軸（５１）とを有し、両軸（５０）　　（５１
）をギヤ室（２８）の前壁（５２）と中間壁（５３）に
跨がうて軸受（５４）（５５）、（５４）　　（５５）
を介して回転自在に支承させである。動力伝達軸（５０
）は、前部に小径ギヤ（５６）を一体形成し、後部に駆
動ギヤ（４７）と噛合う従動ギヤ（５７）を取付けであ
る。またアイドル軸（５１）は、前部に小径ギヤ（５６
）と噛合う大径のアイドルギヤ（５８）を軸方向にはス
ライド可能でかつ一体に回転するように取付けである。

アイドルギヤ（５８）は、適宜の手段（図示せず）にて
前後動させられるシフトレバ−（５９）にて前後動させ
られ、前進時に小径ギヤ（５６）の他に主軸ギヤ（４９
）に噛合い、後退時に主軸ギヤ（４９）から離れるよう
になっている。従ってアイドルギヤ（５８）を主軸ギヤ
（４９）に噛合わせることにより、主軸モータ（４５）
の回転が、駆動ギヤ（４７）　、従動ギヤ（５７）　、
小径ギヤ（５６）　、アイドルギヤ（５８）　、主軸ギ
ヤ（４９）を介して主軸（３１）に伝達され、主軸（３
１）を低速回転させる。主軸（３１）の後部外周には、
主軸（３１）の回転速度と主軸（３１）の位置を検出す
るための検出装置（６０）が取付けられている。

上記主軸ヘッド本体（２５）とステータハウジング（２
９）との間に全周に亘って第１冷却油ジャケット（６１
）を形成し、かつ主軸ノーズ（２６）とベアリングハウ
ジング（３０）との間に全周に亘って第２冷却油ジヤケ
ツ）　（６２）を形成し、両ジャケソ）　（６１）　　
（６２）に冷却油を循環させである。

また、ステータハウジング（２９）とベアリングハウジ
ング（３０）との間に、第２図にも示す様に、環状の冷
却空間（６３）を形成し、この冷却空間（６３）と対向
する主軸（３１）の外周面に環状溝（６４）を形成しで
ある。またステータハウジング（２９）の先端側内周面
及びベアリングハウジング（３０）の後端側内周面に夫
々シールハウス（６５）　　（６６）を取付け、各シー
ルハウス（６５）　　（６６）の主軸（３１）との対向
面に自己潤滑機能を有する静圧シール例えばＰＴＦＥ製
の静圧シール（６？）　　（６８）を装着し、シール押
え（６９）（７０）にて押えである。そして、ステータ
ハウジング（２９）の上部側に冷却空間（６３）に開口
する冷却油入口（７１）を形成し、下部に冷却油出口（
７２）を穿設してあり、冷却油入口（７１）から冷却空
間（６３）へ冷却油を噴出する。さらにステータハウジ
ング（２９）の前部にモータ室（２７）に連通ずるエア
ー人口（７３）を穿設し、後部にモータ室（２７）より
外部に連通ずるエアー出口（７４）を穿設しである。

上記主軸ヘッドは、超高速回転時、シフトレバ−（５９
）にて減速ギヤ（５８）を後退させ、減速ギヤ（５８）
と主軸ギヤ（４９）から離し、主軸一体型モータ（４４
）に通電して、主軸（３１）を超高速回転させる。また
この超高速回転時、エアー人口（７３）からモータ室（
２７）にエアーを供給して、主軸一体型モータ（４４）
を冷却し、かつ冷却油入口（７１）から冷却空間（６３
）へ冷却油を噴出させ、該冷却油を主軸（３１）に吹付
けて環状＊　（６４）の周辺部を冷却すると共に、シー
ルハウス（６５）　　（６６）の壁面に沿って流れる冷
却油や冷却空間（６３）内で飛散する冷却油が周辺部を
冷却し、ステータハウジング（２９）からベアリングハ
ウジング（３０）への伝熱を防止させる。冷却空間（６
３）の下部に溜る冷却油は冷却油出口（７２）から排出
させる。

低速回転時は、シフトレバ−（５９）にて減速ギヤ（５
８）を前進させて主軸ギヤ（４９）に噛合わせる。そし
て主軸モータ（４５）を回転させ、駆動ギヤ（４７）か
ら減速機（４Ｂ）　、主軸ギヤ（４９）を介して主軸（
３１）を低速回転させる。

上記主軸ヘッドは、動作時、第１冷却油ジ中ケソト（６
１）及び第２゛冷却油ジヤケント（６２）にてステータ
ハウジング（２９）やベアリングハウジング（３０）か
ら外部への伝熱が防止され、超高速回転時には、モータ
室（２７）へ供給されるエアーにて主軸一体型モータ（
４４）を冷却すると共に、冷却空間（６３）へ供給され
る冷却油にてステータハウジング（２９）側からベアリ
ングハウジング（３０）への伝熱が阻止されるので、主
軸ベアリング（３２）への熱影響を与えることもなくな
り、損傷が防止される。また冷却空間（６３）を形成し
ているシールハウス（６５）（６６）の内周面と主軸（
３１）との間に自己潤滑機能を有する静圧シール（６７
）　　（６８）を装着しであるので、主軸（３１）の回
転に支障を来たすことなく、冷却空間（６３）を密封し
て冷却油の漏れを防止できる。しかもモータ室（２７）
へエアーが供給されて内圧が高くなっており、モータ室
（２７）への漏れを防ぐ事が出来る。尚、主軸ベアリン
グ（３２）に対して潤滑のためにオイルエアーを供給す
るようにすれば、主軸ベアリング（３２）　ｐＪへの漏
れも完全に防止される。

〔発明の効果〕

この発明によれば、主軸に組付けた主軸一体型モータに
て主軸を超高速回転させ、別個に設けた主軸モータにて
減速機を介して主軸を低速回転させているので、超高速
回転時、主軸のみを回転させるので、回転部品が少なく
なって、振動や騒音が低減される。また主軸の後方に主
軸モータを設けないので、主軸の後端からドローパーを
突出させることができ、該ドローパーを前後動させるシ
フト装置を主軸の後方に設けることができ、しかも減速
機も主軸ギヤに対して継断可能に構成すればよく、全体
の構造を簡略化でき、主軸ヘッド全体を非常にコンパク
トにできる。

また主軸の中央部にモータを組込んでおり、主軸まわり
のステータハウジング及びベアリングハウジングの外周
全体を冷却させることができ、さらにステータハウジン
グとベアリングハウジングとの間に形成した冷却空間に
供給される冷却油にて、冷却空間より前方への伝熱が防
止されるので、主軸の長さが変化して加工精度に悪影響
を及ぼしたり、主軸ベアリングに過大な荷重を付与して
損傷させるようなことがない。

さらに冷却空間は自己潤滑機能を有する静圧シールにて
密封されているので、冷却空間内の冷却油が周囲に漏れ
ることがなく、主軸の回転に支障を来たすこともない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る主軸ヘッドの断面図、第２図は第
１図中のＡ部の拡大断面図、第３図は従来の主軸ヘッド
の一例を示す概略図である。 （２５）・−主軸ヘッド本体、（２Ｇ）　−主軸ノーズ
、（２７）　−・−モータ室、　　　　（２８）　−ギ
ヤ室、（２９）　−ステータハウジング、 （３０）・・−ベアリングハウジング、（３１）・−主
軸、 （４４）　−主軸一体型モータ、 （４５）〜・−主軸モータ、　　　（４８）　−−−一
減速機、（６１）　−−一一一第１冷却油ジャケット、
（６２）　−第２冷却油ジャケット、 （６３）　−冷却空間、　　　　（６４）　−・−環状
溝、（６７）　　（６８）−・−静圧シール。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータ室を形成した主軸ヘッド本体と、該主軸ヘ
   ッド本体の前面に取付けた主軸ノーズと、該主軸ノーズ
   内に固着したベアリングハウジングと、前記主軸ヘッド
   本体及び前記主軸ノーズを貫通させて回転自在に支承さ
   せた主軸と、前記主軸ヘッド本体のモータ室と主軸との
   間に装着され、ロータを主軸に結合させた主軸一体型モ
   ータと、前記主軸ヘッドの後端に取付けた主軸モータと
   、前記主軸ヘッド本体内に組込まれ、前記主軸モータの
   回転を主軸に選択的に伝達する減速機とを備えたことを
   特徴とする工作機械の主軸ヘッド。
2. （２）主軸ヘッド本体と主軸一体型モータのステータハ
   ウジングとの間に形成した第１冷却油ジャケットと、主
   軸ノーズとベアリングハウジングとの間に形成した第２
   冷却油ジャケットと、前記ステータハウジングと前記ベ
   アリングハウジングとの間に形成した冷却空間と、前記
   冷却空間と対向させて主軸の周面に形成した環状溝と、
   前記ステータハウジングに形成され、前記冷却空間へ冷
   却油を供給する供給口及び冷却油を排出させる排出口と
   を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の主軸ヘッド。
3. （３）冷却空間を形成しているステータハウジング及び
   ベアリングハウジングの主軸との対向面側に自己潤滑機
   能を有する静圧シールを装着したことを特徴とする特許
   請求の範囲第２項に記載の主軸ヘッド。