JPH05269605A - 主軸ユニット、主軸ユニットを装備した工作機械及び切削工具駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 相互に交換可能な主軸ユニットを工具ホルダ
として使用し、高速度の回転切削工具をモータ駆動のド
ライバに駆動可能に相互に接続すること。 【構成】 切削工具２９を主軸ユニット２３の主軸３１
に直接取り付け且つ予め設定することにより、工具ホル
ダを使用せずに、直ちに利用可能な小径の軸受３３を備
える工作機械による高速度の切削が実現される。該主軸
ユニット２３は、工具ホルダと同様に小さく、従来型式
の工具交換装置により容易に交換可能であることが望ま
しい。工具ホルダを不要にすることにより、従来の軸受
を小さく維持し、該軸受を損傷させる過度の熱を生ぜず
に、例えば、20,000乃至40,000 rpmという高速度でこ
れら軸受を作動させこることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、穿孔、穴開け
及びフライス削りに使用される型式の回転切削工具を取
り付け且つ駆動する装置、特に、金属、プラスチック、
木等のような材料を切削すべくモータ駆動工具と共に使
用される主軸ユニット、及び自動主軸交換器によって自
動的に相互に交換される工具支承主軸ユニット、すなわ
ち主軸ユニット、主軸ユニットを装備した工作機械及び
切削工具駆動装置に関する。該主軸は、特に40,000 rpm
といった高速度の回転切削工程に特に有用である。

【０００２】

【従来の技術】例えば、30,000乃至40,000 rpmといった
高速度の工程において、主軸の軸受は、典型的に、高価
で且つ大径であり、特別な潤滑装置が設けられているた
め、極めて高価なものとなる。多くの適用例において、
切削工具を通常よりも著しく高速度で回転可能なこと
は、仕上げ切削を良好にし、材料をより迅速に除去し且
つ薄いウェブ材料を切削するときの振動、又は動揺をよ
り軽減する効果が得られる。例えば、航空機等用の軽量
で、しかも高強度の構造体を形成するためにアルミニウ
ム板を切削するとき、大量のアルミニウムを切削し、リ
ブ又はウェブ網で補強された表面層が残るようにするこ
とが望ましい。かかる要素をより経済的な方法で形成す
るためには、切削速度、及び粗切削及び仕上げ切削のた
め、工具を自動的に交換し得る機能が重要である。又、
高速度の切削は、肉厚の極めて薄い部品を切削するとき
にも重要であり、それは、低速度のときは、工具により
肉厚の薄い壁が撓むような力をその薄い壁に付与して、
切削し得るようにする必要がある一方、極めて高速度で
あれば、工具は、肉厚の薄い壁を撓ませるような大きい
力をその肉厚の薄い壁に加えずとも、同様の切削を行う
ことが出来るからである。又、一般的に、工具の径が小
さければ小さい程、その工具をより高速度で回転させる
ことが益々望ましくなる。工具により被加工物に付与さ
れる力は、工具の速度の増加に伴って低下する。一部の
切削工具は、特殊な潤滑軸受装置を使用して、極めて高
速度で作動されているが、従来の軸受を使用し、又、従
来の自動工具交換装置と共に使用可能であるようにした
実用的な高速度の切削工具は、現在、皆無である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在、一般的に使用さ
れている自動工具交換装置の殆んどにおいて、切削工具
は、大径であり、本体が重く、マガジン、ラック又はラ
インのようなマトリックス、又は格納装置内に格納され
る工具アダプタ、又は工具ホルダに取り付けられる。典
型的には、該工具ホルダは、工作機械の主軸ユニットの
テーパー付きソケット内に着座させるため工具の反対側
にテーパー付き端部を備え、又、該工具ホルダを引っ張
って主軸ソケット内に強固に締め付けるグリッパ、又は
引出しボルト機構等で把持するためのノブ端部を備えて
いる。この工具は、通常、工具ホルダ内に予め取り付け
られ、工具ホルダからの突出長さを均衡させ且つ点検
し、工具ホルダが主軸内に適正に着座したならば、工具
が直ちに切削を行い得るようにする。

【０００４】典型的な工具ホルダ及び工具の容積、及び
その大きい寸法のため、これら工具ホルダ及び工具は、
典型的な機械加工工程のため高速度で使用することが出
来ない。その理由は、軸受の内径ｍｍ（Ｄ）が既に極め
て大きく、このため、軸受の分当たりの回転数（Ｎ）を
掛けたときのＤＮ値は、工作機械で使用される従来の軸
受の通常の上限値である1,000,000となるからである。
より具体的には、積であるＤＮ値が1,000,000以上のと
きは、摩擦及び熱の影響を最小にするため、軸受の材
料、潤滑及び取り付け方法について、特別な注意を払わ
なければならず、その結果、工作機械に使用される軸受
が高価となり、その使用状態が実際的でなくなる。本発
明は、積であるＤＮ値が約1,000,000である高速回転用
の工具を支持するために主軸中に容易に利用可能な軸受
を使用することに関する。本明細書において、「容易に
利用可能な」軸受と称する場合、低速度のボール軸受、
又は特殊な冷却手段を備える高速度の軸受ではなく、高
速度に適用可能な市販のボール軸受を意味するものであ
る。軸受の径を小さく保つことにより、ボール軸受の回
転周速度は遅く保ちつつ、工具の回転速度を増速して高
速度にすることが出来る。この目的上、本発明は、従来
の工具ホルダの大きい寸法及び質量を不要にし、更に、
従来型式の工具交換装置による工具の自動的な交換を許
容するものである。

【０００５】工具ホルダ及び該工具ホルダを保持する引
出しボルト機構は、相当な質量であり、この質量は、工
具自体と共に、工作機械の主軸によって回転させなけれ
ばならない。この質量が大きいこと、及び工具が機械の
主軸の前端から片持ち状に支持されていることは、又、
工具の高速度の作動の妨げとなる。この質量が主軸のシ
ャフトと共に同軸状に回転し得るように、工具及び工具
ホルダを適正に整合させることは、高速度のときより重
要なことである。かかる速度のとき、少しでも偏心、又
は整合誤差が生じたならば、重大な結果が生ずる。この
問題点は、この偏心状質量が主軸の正面軸受から十分、
前方の位置で中心決めされていることにより一層、顕著
となる。又、工具と工具ホルダとを均衡させることは、
低速度のときよりも高速度のときの方がより問題とな
る。工具と工具ホルダとが偏心状態にあり、主軸のシャ
フトの前端に対し片持ち荷重を付与する結果、振動が発
生する場合、これら振動は、更に増幅される。更に、工
具ホルダが主軸に対し適正にかみ合らない状態は、塵
埃、金属片又は冷却液の残留物のような係合面間の障害
物によって生ずる。これらは、又、更なる不均衡状態及
び振動の原因となる。工具ホルダは、典型的に、主軸シ
ャフトの端部のテーパー付きソケットと協働し、工具及
び工具ホルダを主軸の軸線に対する同心性が得られるよ
うな鋭角なテーパーを付けた軸部を備えている。この工
具ホルダ構造体は、主軸の前端軸受の寸法を大きくする
か、又は軸受を主軸シャフトの端部から更に内方に位置
決めすることを必要とする。後者の場合、主軸シャフト
は、一層顕著に張り出し、又は片持ち状態となり、これ
に伴って偏心状態、及び軸受け荷重の増大という問題点
が生じる。これら及びその他の各種の理由により、主軸
シャフトの他端から伸長する、回転動作可能なように取
り付けられる大形の工具ホルダに、穿孔、穴開け及びフ
ライス削り工具を取り付ける現在の方法は、高速度の回
転を必要とする機械加工に適用したとき、満足し得る結
果は得られない。

【０００６】現在使用されている質量の大きい工具ホル
ダの別の望ましくない特徴は、工具ホルダをその所望の
切削速度まで加速し、又、切削工程が終了したときに減
速するのに必要な機械の作動時間が長いことである。自
動化された機械加工工程において、多くの工具が連続的
な機械加工工程で使用され、その結果、質量の大きい工
具を所望の切削速度に加速し、及びその速度から減速す
るときの時間的ロスは、全体的な機械加工時間の極めて
大きい比率を占める。工具ホルダの質量を小さくするこ
とが出来れば、加速時間は短くて済み、又、機械の効率
も向上すると考えられる。

【０００７】本出願の譲受人は、従来から、極めて大型
の各種の主軸ユニットが組み付けられる極めて大型のフ
ライス削り機械用のマスタシリンダを開発している。典
型的に、この主軸ユニットは、数千ポンドの重量であ
り、低速、即ち従来の速度で駆動され、従って、本発明
の主軸ユニットに望まれる高速度で作動させることが出
来ない。このマスタヘッドの解決方法は、工具を自動的
に交換するという着想から主軸ユニットを自動的に交換
する着想への移行を示すものである。該マスタヘッド及
び相互に交換可能な主軸ユニットは、本出願の譲受人と
同一人に譲渡されたレイウィス（Lewis）等への米国特
許第4,709,465号に開示されている。このレイウィス等
の米国特許に開示された主軸ユニットは、重量が軽量で
なく、上述のような高速の回転速度の工程には不向きで
ある。

【０００８】当該技術分野では、各種型式の回転切削工
具を機械のシャフト、又は主軸に直接取り付けるための
軽量のチャック及びコレットを使用することが公知であ
る。かかる一つのコレット型の取り付け主軸は、ワール
（Wall）への米国特許第2,286,292号に開示されてい
る。かかる装置は、幾つかの理由により、上述の型式の
高速度の工業用の適用には、不向きである。工具がモー
タ駆動のドライバに選択的に取り付けられ、特別な切削
工程を行う自動機械にこの工具を使用する場合、ある型
式の工具ホルダが使用される。各サイクル中、工具をそ
の駆動位置に自動的に位置決めしたとき、所望の深さ、
又は長さの切削が行われるように、該工具は、工具ホル
ダ内に選択的に取り付けられる。従って、工具を自動的
に装填し且つ位置決めする型式の工具ホルダが必要とさ
れる。更に、工具ホルダは、同一のモータ駆動のドライ
バにより駆動される各種寸法の工具にかかる自動機械が
対応可能であるようにしなければならない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、相互に交換可
能な主軸ユニットを工具ホルダとして使用し、高速度の
回転切削工具をモータ駆動のドライバに駆動可能に相互
に接続することを内容とする。主軸ユニットの各々は、
回転主軸を支持する、離間した１又は２以上の従来の軸
受を有する静止ハウジングを備えている。該主軸には、
工具の軸部を受け入れる軸穴が形成され、該主軸は、該
工具の軸部を該主軸の穴内に保持する把持手段を備えて
いる。主軸ユニット内に工具ホルダを備えずに、該工具
は、工作機械から主軸ユニット内に直接、取り付けられ
る。

【００１０】高速度の主軸ユニットは、モータ駆動のド
ライバの駆動シャフトが主軸と駆動係合する状態で該モ
ータ駆動のドライバに着脱可能に取り付け得るようにし
てある。該駆動シャフト及び主軸には、主軸ユニットを
モータ駆動のドライバに取り付けたとき、駆動係合状態
に自動的に係合し且つ掛止される外形とした係合端が形
成されている。駆動シャフト及び主軸が相互に結合され
た状態で、主軸ユニットをその作動位置に掛止する手段
がモータ駆動のドライバのハウジングに設けられてい
る。

【００１１】工具ホルダを備えずに、主軸ユニット内に
直接取り付けられた切削工具を含む多数の高速度の主軸
ユニットの任意のユニットをマトリックスからモータ駆
動のドライバに対する作用可能な位置に選択的に搬送す
る、主軸ユニットキャリア、又はホルダを含む自動手段
が設けられる。該選択された主軸ユニットは、該主軸及
び工具が整合され且つモータ駆動のドライバに駆動可能
に接続された状態の作用位置に掛止される。

【００１２】従来の工具ホルダを不要にすることによ
り、主軸を含む主軸ユニットは、主軸の軸受が小径であ
り、工具の軸部のみを囲繞するような形態にすることが
出来る。本発明の別の実施例によれば、該主軸は、駆動
シャフトと工具の軸部との間でトルクを伝達するのに十
分な肉厚であればよい。主軸ユニットの軸受は、典型的
に、25.4ｍｍ（１インチ）程度の内径であり、かかる内
径は、所望であれば、例えば、20,000乃至40,00 rpmの
ような極めて高速の回転速度で工具を作動させることを
可能にする。主軸内の工具保持手段は、半径方向への所
要スペースが小さく、従って、主軸ユニットの軸受の寸
法に顕著を影響を与えず、又、工具を中心決めする、膨
張スリーブとすることが望ましい。

【００１３】該主軸の穴には、工具を取り付けたとき
に、該工具の軸方向位置が機械から離れるように予め取
り付け得るようにねじ付きストッパ手段が設けられる。
工具位置を予め設定することは、多くの自動化工程で必
要である。

【００１４】高速度の作動時、部品と係合状態で工具が
回転する間に、冷却液、又は潤滑剤をカッターに供給す
ることは極めて重要である。主軸ユニットを作動可能な
位置に取り付け、駆動シャフト、主軸及び工具内の同軸
状の通路を介して工具面に液体を供給するとき、これら
同軸状の通路は自動的に相互に接続される。

【００１５】主軸ユニットと共に利用される好適なモー
タ駆動のドライバは、簡単な設計であり、駆動シャフト
に関係する引き出しバー、又は工具ホルダの固着機構は
使用しない。主軸ユニットをモータ駆動のドライバハウ
ジングに固着するところの図示した手段は、簡単な設計
であり、主軸及び駆動シャフトが自己係合継手により接
合される間に、静止ハウジングを駆動シャフトの内方、
又は軸方向に締め付けるだけの機能を果たす。この固着
及び締め付け手段は、工具の作用端に近接して配置され
た主軸ユニットの軸受と組み合わせたとき、偏心度が最
小の工具取り付け状態、及び高速度の回転速度で作動す
る小径の軸受の使用を許容する取り付け状態を提供す
る。

【００１６】多くの詳細な点で異なるが、全て、静止ハ
ウジングと、一又は二以上の軸受により支持され、工具
を取り付ける主軸と、を備え、該工具が主軸を介してモ
ータ駆動のドライバの駆動シャフトに結合される、主軸
ユニットの各種の実施例が開示されている。一つの好適
な実施例は、機械加工工程に起因する異物及び塵埃が軸
受に入るのを阻止する三つの主軸軸受と、正面及び後部
軸受シールと、を備えている。第二の実施例は、離間し
た二つの主軸軸受を備え、同心状のスリーブ掛止手段を
利用して、主軸ユニットをモータ駆動のドライバのハウ
ジングに固着する。

【００１７】第三の実施例は、インサートとして主軸に
直接固着された工具を有する双曲面形状の主軸と組み合
わせて、単一の主軸軸受を使用する。主軸の外端を撓ま
せ、工具を主軸の回転軸線に対し半径方向に引き出す手
段が設けられる。これは、例えば、シリンダ壁に穿孔し
た後、工具を半径方向に引き出し、壁に切傷を与えず
に、穴を有するシリンダから主軸及び工具が引き出せ得
るようにする簡単な手段を提供する。これとは別に、該
主軸は、穴の径を調整するために、撓むませ、工具を外
方に動かすことも出来る。

【００１８】モータ駆動のドライバは、その電機子シャ
フトが主軸ユニットに直接、結合され、該主軸を40,000
rpm以内、 又はそれ以上の速度で駆動する高速度のモー
タ駆動装置を備えている。該モータには、電機子及び電
界双方の水冷装置が設けられる。

【００１９】自動装填装置は、モータ駆動のドライバと
組み合わさり、選択された主軸ユニットを作動可能な位
置に自動的に挿入し且つ除去する。かかる自動装填装置
は、工具ホルダを格納ラックから選択し、その工具を搬
送して主軸ソケット内に結合させるために従来から使用
されている。本発明の装置において、自動装填装置は、
主軸ユニットを選択し、該ユニットを格納領域から作動
可能な位置に搬送し、その位置で主軸ユニットの静止ハ
ウジングをモータ駆動のドライバのハウジングに掛止
し、これと同時に、 主軸は駆動シャフトに結合する。該
自動装填装置の構造は、全体として、工具ホルダの装填
に使用するものと同様である。

【００２０】主軸ユニットには、主軸に対する工具の軸
方向位置を予め設定する手段が設けられる。かかる工具
位置が予め設定されたならば、自動装置により一連の工
程を行い、各種の工具を使用して被加工物の所望の外形
を形成することが出来る。

【００２１】本発明の装置は、主に航空機に使用される
構造体要素の機械加工に、 特に効果的である。かかる適
用例において、翼、スタピライザ、ストラット等は一体
の板から機械加工することが出来、補強部材として薄い
内側ウェブを残して、芯部分の大部分は重量を軽くする
ためにえぐり加工する。これら薄いウェブ間の角度が鋭
角であるため、比較的小径の工具を使用しなければなら
ない。本発明の高速度の主軸ユニットは、過度の振動、
又は過熱の問題を伴わずに、40,000 rpm以上の速度でこ
れら工具の回転を許容する。この場合、高速度の作動
は、従来のより低速度の切削工具による場合よりも小さ
い力で肉厚の薄い部品を切削することを許容する。より
低速度の切削工具は、 薄い肉厚を撓ませるのに十分な力
を加えるが、本発明の高速度の切削工具装置は、薄い肉
厚を撓ませる程に、大きい力は加える必要がない。又、
こうした高速の回転速度は、機械加工した部品の表面仕
上げを良好にし、工具の湾曲を軽減し、より精密に機械
加工された部品を提供する。従来技術の工具ホルダに代
えて、軽量な主軸ユニットを使用する結果、自動工具装
填装置のコストが軽減され、工具の交換をより迅速に行
うことが可能となる。本発明は、高速度の切削工具の工
程に適用するのに、特に重要であるが、該発明は、又、
従来通りの速度による切削工程に適用したときにも顕著
な利点が得られる。これら利点には、工具の取り付け状
態が一層剛性となり、主軸の駆動機構が簡略化し且つ工
具の取り付け状態が正確に同心状になることが含まれ
る。

【００２２】従って、本発明の一つの目的は、回転切削
工具をモータ駆動のドライバに対して取り付ける、改良
された工具支持体を提供することである。

【００２３】本発明の別の目的は、モータ駆動のドライ
バに着脱可能に取り付けられた主軸ユニットであって、
該工具をモータ駆動のドライバの駆動シャフトに直接、
接続する静止ハウジング内に軸支された主軸を有する主
軸ユニットを備える、回転切削工具を支持し且つ駆動す
る改良された手段を提供することである。

【００２４】本発明の別の目的は、モータ駆動のドライ
バに対し作動可能な位置に選択的に且つ自動的に装填さ
れる複数の主軸ユニットを備える、高速度の回転切削装
置を提供することである。

【００２５】

【実施例】本発明の上記及びその他の目的並びに利点
は、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照することに
より明らかになるであろう。

【００２６】添付図面を参照すると、図３には、本発明
の高速度の主軸ユニット及びモータ駆動の駆動機構が全
体として参照符号１５で示してある。例えば、図６に示
すような自動装填装置１７と組み合わせて高速度の主軸
ユニット及びモータ駆動の駆動機構１５を使用すること
も本発明の範囲に属する。

【００２７】該高速度主軸ユニット及びモータ駆動の駆
動機構１５は、高速度モータ１９と、支持及び結合部分
２１と、主軸ユニット２３とを有する三つの副組立体か
ら成る。モータ１９及び結合部分２１の組立体は、モー
タ駆動のドライバ２５として説明する。図３に示すよう
に、これら副組立体は、共通の水平軸線に沿って整合さ
れ、モータ１９は、左側に配置され、主軸ユニット２３
は、右側に配置されている。支持及び結合部分２１は、
モータ１９と主軸ユニット２３との間に配置される。本
発明の実施において、複数の主軸ユニット２３を採用
し、工具ホルダを使用することなく、その各々が異なる
主軸ユニットにより直接、支持された複数の異なる工具
を連続的に使用し、モータ駆動のドライバ上に連続的に
取り付けられるそれぞれの主軸ユニット内に工具が予め
取り付けられるようにすることが考えられる。自動装填
装置１７は、かかる複数の主軸ユニット２３をその関係
する工具と共に格納する手段と、選択された任意の一つ
の主軸ユニットをモータ駆動のドライバ２５上の作動可
能な取り付け位置に搬送する手段と、を備えている。主
軸ユニット２３と自動装填装置１７とのかかる組み合わ
せは、各種の異なる工具を必要とする複雑な形状を極め
て高速度で機械加工することを可能にする。

【００２８】主軸ユニット２３は、図１に別個に示して
あり、図２のモータ駆動のドライバ２５に組み付けられ
ている。主軸ユニット２３の目的は、回転工具２７をモ
ータ駆動のドライバ２５の出力シャフト、又は駆動シャ
フトに着脱可能に且つ駆動可能に固着するための簡単で
且つ軽量な手段を提供することである。該主軸ユニット
２３は、略円筒状の静止ハウジング２９と、ボール軸受
３３、３５、３７によりハウジング２９内に回転可能に
軸支された主軸３１と、を備えている。ボール軸受の使
用が開示されているが、これとは別に、ころ軸受、ニー
ドル軸受、ガス又は流体軸受、或はその他の同様の軸受
を含む任意の型式の低摩擦軸受を使用することも本発明
の範囲に属する。該主軸３１には、駆動ソケット３１ｃ
が形成された内端３１ｂから外端３１ｄで終端となる大
径部分３１ｅまで伸長する円筒状の一定の径部分３１ａ
が形成されている。主軸３１の部分３１ｅは、主軸３１
に対し工具２７を固着するための締め付け手段３９を支
持する。

【００２９】主軸３１は、工具２７の軸部分２７ａを受
け入れる中央穴３１ｆを備えている。軸部分２７ａの内
端には、主軸の中央穴３１ｆ内で工具２７の軸方向位置
を設定する可調節ストッパとして機能する螺着調節ねじ
４１が係合する。該工具の内側軸部は、螺着調節ねじ４
１の隣接端が当接する内端２７ｃで終端となる。螺着調
節ねじ４１は、工具の軸穴２７ｂと螺着調節ねじ４１の
中央穴４１ｂとの接合部の位置にて工具の内端２７ｃに
当接する内側Ｏリングシール４１ａを支持する。より大
きい第二のＯリングシール４１ｃは、螺着調節ねじの前
端を主軸の中央穴３１ｆに対し密封する。凹状駆動ソケ
ット４１ｄが螺着調節ねじの他端に形成され、アレン頭
レンチを受け入れ、隣接位置にて主軸の穴３１ｆのねじ
部分に螺着された螺着調節ねじを回転させる。工具は工
具室で主軸ユニットに予め設定されると考えられ、この
室で工具先端はその突出長さ及び偏心度の位置を適当な
計測器でチェックされる。このように、工具は、工具ホ
ルダを使用せずに、主軸内に予め取り付けられる。

【００３０】軸受３３、３５、３７の内径は、例えば、
25ｍｍ以下のように極めて小さくし、工具は、積のＤＮ
値が1,000,000を越えずに、約40,000ｒｐｍにて回転す
ることが出来る。本発明の図示した実施例において、該
工具の径は、約0.0148ｍ（約3/8インチ）であり、円筒
状外壁２９における主軸ユニット全体の径は、約101.6
ｍｍ乃至152.4ｍｍ（約4乃至6インチ）であり、該主軸
ユニットは、ハウジング２９で把持し且つその前に工具
ホルダを交換した方法で主軸ユニットを交換する従来の
自動工具交換装置により、相互に交換することが出来
る。

【００３１】主軸部分３１ｅに固着された蓋部材４２が
穴３１ｆの前端に取り付けられる。軸部分２７ａを囲繞
し且つ工具２７を主軸３１内に固着する締め付け手段３
９の一部を形成する、スリーブ部分４３ａを有するスリ
ーブ４３が蓋部材４２に隣接し且つ主軸の穴内を伸長す
る。該スリーブ部分４３ａは、主軸の部分３１ｅの穴と
協働し、環状包囲体又は空所４５を形成し、該空所４５
は加圧油を受け入れ、スリーブ部分４３ａを内方に押圧
し、軸部分２７ａと把持状態に係合させる。空所４５か
らの油の漏洩を防止するＯリングがスリーブ部分４３ａ
の両端に設けられる。

【００３２】空所４５内の油に圧力を付与するため、主
軸部分３１ｅには、一端にて空所４５に接続し、スリー
ブ４３の開口部４３ｂを通じてアクセス可能な摺動可能
なピストン４７及び螺着ねじ４９を他端に備えるＬ字形
通路４６が形成される。軸部分２７ａが穴３１ｆ内にあ
る状態で工具２７を主軸３１に組み付けた後、ねじ４９
を締め付け、ピストン４７を図１に見て左方向に付勢さ
せ、これにより、通路４６内の油を空所４５内に押し出
す。これは、スリーブ部分４３ａに加わる圧力を増大さ
せて該部分を内方に膨張させ、軸部分２７ａを把持す
る。

【００３３】軸受３３、３５、３７が工具２７の切削端
に近接しているため、工具からの切粉、切削片及び塵埃
が軸受に入るのを防止するシール手段を設けることが重
要である。主軸ユニット２３の外端には、静止ハウジン
グ２９に固着された正面リング５１が設けられている。
該正面リング５１には、半径方向に離間した二つの環状
壁５１ａ、５１ｂが形成されており、これら環状壁は、
蓋部材４２の環状壁４２ｃ、４２ｄと協働し、主軸ユニ
ットの静止部分と蓋部材４２を含む回転主軸との間に蛇
行空気路を形成する。ボール軸受３３、３５、３７を通
って前方に循環する空気は、重なり合う壁５１ａ、５１
ｂ及び４２ｃ、４２ｄにより形成される迷路状経路を通
って半径方向外方に進む。空気流及び該空気が通る通路
の性質は、工具２７からの切削片が軸受に入るのを効果
的に防止する。

【００３４】主軸ユニット２３の内端３１ｂには、静止
ハウジング２９の一部を形成し、穴又は凹所２９ａ内で
該ハウジングに固着された内側リング５３が設けられ
る。該内側リング５３には、後方軸受シールの一部であ
るフランジ５３ａが形成される。主軸３１の内端には、
内側リング５３の内径に対し離間した状態で回転する軸
受リテーナ５７が支承される。軸受リテーナ５７には、
略Ｌ字形断面のフランジ５７ａが形成され、該フランジ
は、内側リング５３のフランジ５３ａの外方に且つ該フ
ランジ５３ａの周りで伸長し、後方空気路を提供し、空
気は該空気路を通って軸受３３まで内方に循環し、次い
で、軸受３５、３７を通って主軸３１に沿って前方に進
み、次いで、迷路状通路を通って半径方向外方に循環す
る。軸受リテーナ５７と内側リング５３との間のスペー
スにより形成される通路は、塵埃が主軸ユニットの軸受
３３、３５、３７内に入るのを防止する。

【００３５】軸受３３は、その一つを図１及び図２に示
した複数のコイルばね５５により偏倚され、軸受リテー
ナ５７に係合する。ばね５５は、離間したリングの対向
する空所内に拘束され、静止ハウジング２９のフランジ
２９ｂと軸受３３との間に軸力を付与する。

【００３６】主軸３１の内端には、多角形ドライバの雌
部分の形態とすることの出来るテーパー付き凹所３１ｃ
を形成し、モータ駆動のドライバ２５の駆動シャフト５
９との駆動可能な接続を実現する。多角形のドライバの
雄部分は、シャフト５９に形成されたテーパー付き端部
５９ａである。シャフト５９のテーパー部分及び主軸３
１が係合することで、主軸３１及び駆動シャフト５９の
軸方向への整合が確実となる。

【００３７】主軸ユニット２３がモータ駆動のドライバ
２５に、及び支持及び結合部分２１上に取り付けられ、
これらと協働する方法を示すため、次に図２及び図３を
参照する。結合部分２１は、ハウジング６１を備え、貫
通して伸長する駆動シャフト５９を有するモータ１９が
該ハウジング６１に固着される。該ハウジング６１に
は、円筒状外壁６１ａ及び円形正面壁６１ｂが形成さ
れ、該正面壁６１ｂには、主軸ユニット２３の静止ハウ
ジング２９に形成されたかみ合い円錐形部分２９ｃを受
け入れ得るようにしたテーパー付き、又は円錐形の凹所
６１ｃが設けられる。凹所６１ｃの係合するテーパー部
分及び部分２９ｃは、主軸ユニット２３を駆動シャフト
５９と同軸状に主軸３１に整合させる働きをする。この
ように、モータ駆動のドライバ２５に結合させたその作
動位置に主軸ユニット２３を取り付けたとき、駆動シャ
フトのテーパー付き駆動部分５９ａと主軸ソケット３１
ｃとが係合することにより、シャフト及び主軸が整合さ
れる一方、凹所６１ｃには、主軸ユニットが係合し、該
主軸ユニットを駆動シャフト５９に整合させる。

【００３８】選択された主軸ユニット２３をモータ駆動
のドライバ２５に対する作動位置に保持するため、主軸
ユニットの各々に及びモータ駆動のドライバに取り付け
手段が設けられ、図示した取り付け手段は、モータ駆動
のドライバ上にクランプ組立体６３を備えている。該ク
ランプ組立体６３は、環状フランジ２９ｄに保持力を付
与する三つのクランプ６３ａを備えており、該環状フラ
ンジ２９ｄは、主軸ユニット２３の静止ハウジング２９
上に位置する、取り付け手段の部分を備えている。クラ
ンプ６３ａは、図３及び図４に示すようにフランジ２９
ｄの上方になる位置から変位した位置まで回転動作し、
主軸ユニット２３の取り外しを許容し得るようにアクチ
ュエータ６５により支持される。これらアクチュエータ
６５は又、軸方向に動いて、フランジ２９ａに付与され
る締め付け力を解除することを許容する。

【００３９】アクチュエータ６５を回転させる機構は、
アクチュエータ６５の外面の上を縦方向に伸長する歯又
はスプライン６５ａに係合する歯をその外周に有する、
リング歯車６７を備えている。該リング歯車６７は、円
形壁６１ｂに形成された環状凹所内に取り付けられ、リ
ング部材６９により包み込まれている。図３、図４及び
図５に図示するように、ハウジング６１に固着したリン
グ歯車のドライバ７１が設けられる。該ドライバ７１
は、リング歯車６７に係合する円筒状歯車、又はラック
７１ｃと一体であり且つこれらを駆動する働きをする、
一対の液圧ピストン７１ａ、７１ｂを備えている。ドラ
イバ７１の一端、又は他端に液圧流体を供給し、図５に
見て左方向、又は右方向にラック７１ｃを動かし、リン
グ歯車６７を時計方向、又は反時計方向に回転させるた
めの適当な液圧接続具が設けられる。リング歯車６７の
回転は、アクチュエータ６５をしてクランプ６３ａを動
かし、主軸ユニットのフランジ２９ｄの上になる位置に
対し出入りさせる。

【００４０】アクチュエータ６５を軸方向に動かす機構
に関し、ハウジング６１には、複数のキャビティ７３が
形成され、該キャビティ７３の各々には、アクチュエー
タ６５の各々に固着したピストン７５が取り付けられ
る。キャビティ７３の各々は、ピストン７５の表面にて
チャンバ内に伸長する油圧通路を有するインサート７７
により閉じられる。ばね７９は、アクチュエータ６５及
びピストン７５に力を付与し、この組立体を図３に見て
左方向に付勢させ、クランプ６３ａを動かし、主軸ユニ
ットのフランジ２９ｄに締め付け係合状態にさせる。ピ
ストン７５に液圧を作用させ、これにより、ばね７９を
圧縮し且つフランジ２９ｄの圧力を解放することによ
り、この締め付け力は、解除させる。次に、リング歯車
のドライバ７１がクランプ６３ａをフランジ２９ｄに対
する略接線方向の非係合位置まで回転させ、これによ
り、主軸ユニット２３をモータ駆動のドライバ２５のハ
ウジング６１から引き出すことが出来る。この構成は、
油圧が作用しないときに、高速回転する主軸が解放され
ないようにするフェールセーフ機構を提供する。液圧が
作用しない結果、ばね７９は、主軸ユニット２３をクラ
ンプ６３ａによりハウジング６１に固着された状態に保
つ。

【００４１】切削中、特に、本発明のモータ駆動のドラ
イバにより工具２７が高速度で回転される間に発生する
熱のため、工具及び機械加工中の部品に対し冷却液を供
給する手段を提供することが重要である。従来通り、工
具２７には、軸方向に伸長する穴、又は通路２７ｂが形
成されている。主軸３１の内端内には、冷却液接続シー
ル８１が設けられ、該シール８１は、穴３１ｆ内に螺着
可能に受け入れられ、又、該シール８１は、中央開口部
８１ａ及びリングシール８１ｂを備えている。駆動シャ
フト５９から主軸ユニット２３に冷却液を供給するた
め、駆動シャフトの端部には、キャビティ８２が形成さ
れ、該キャビティ８２内には、ピストン８３が駆動シャ
フト５９の軸方向に可動であるように取り付けられてい
る。キャビティ８２には、図２に図示するように、ピス
トン８３の面に位置する縮小径の凹所８２ａが形成され
る。該ピストン８３は、前方に突出する導管８３ａと、
冷却液がピストン及び導管８３ａを通って軸方向に進む
のを許容する、軸方向に伸長する開口部８３ｂと、を備
えている。

【００４２】駆動シャフト５９に冷却流体を供給するた
め、ハウジング６１と駆動シャフトに形成され且つキャ
ビティ８２に連通する、横方向を向いた開口部５９ｂと
の間には、回転シール、又は接続部が設けられる。シャ
フト５９が回転するとき、開口部５９ｂと連続的に連通
している環状キャビティ８５が駆動シャフト５９を囲繞
する。回転するシャフト５９と環状キャビティ８５を形
成するハウジング部分との間のシールを提供するため、
ハウジングに固着され且つシャフト５９に対する極めて
小さい隙間を有する、一対のシールリング８７、８９が
設けられる。部品の当接面間で漏洩が生じないように密
封するため、半径方向に伸長する面には、Ｏリングが設
けられる。キャビティ８５は、実際には、二つの環状キ
ャビティから成り、これらキャビティは、該二つの環状
キャビティの間で穿孔した半径方向に伸長する通路によ
り相互に接続される。冷却流体を圧力により環状キャビ
ティ８５及び開口部５９ｂを通じてキャビティ８２に供
給すると、ピストン８３は、主軸ユニットに向けて付勢
され、導管８３ａを軸方向に冷却液の接続シール８１内
まで動かし、冷却液を工具２７の通路２７ｂに供給す
る。その結果、新たに選択された主軸ユニット２３をモ
ータ駆動のドライバ２５内に取り付けるとき、冷却液の
供給圧力が付与されるため、密封した冷却液の接続部が
自動的に形成される。図３に示すように、ピストン８３
は、冷却液の接続部が非係合状態のとき、その最左側の
位置にある。

【００４３】図３に示したモータ１９は、支持及び結合
部分２１に固着され、モータ駆動のドライバ２５を形成
する。該モータ１９は、部分２１のハウジング６１に固
着されたハウジング９１により収容される。該モータ１
９は、それぞれ後部及び前方ボール軸受９５、９７を有
する駆動シャフト５９により支持された電機子、又は回
転子９３を備えている。水冷固定子９９が電機子９３を
囲繞している。図３に図示するように、固定子９９を囲
繞するジャケットには、周方向に伸長する通路１０１が
設けられており、水は該通路を通って循環されて固定子
９９を冷却する。同様に、駆動シャフト５９には、スリ
ーブ１０３が設けられており、該スリーブ１０３内で、
シャフトの外面には、冷却水を循環させる通路１０５が
形成される。図３に見てシャフト５９の左端にて、モー
タ１９には、縦方向に伸長する通路１０９に冷却水を供
給する回転シール１０７が設けられる。シャフト５９の
端部の第二の回転シールに復水を送るため、縦方向に伸
長する第二の通路１１１が接続される。電機子及び電界
の双方の水冷は、40,000ｒｐｍ以内の高速度でモータ１
９を作動させることを許容する。

【００４４】図６には、主軸ユニット２３が取り付けら
れた状態で示した、モータ駆動のドライバ２５に対し選
択された主軸ユニット２３を装填し且つ取り外し得るよ
うにした自動装填装置１７が示してある。図６に示すよ
うに、モータ駆動のドライバ２５は、汎用型搬送装置１
１３により支持されており、該装置１１３は、モータ駆
動ドライバ２５を駆動シール５９の垂直方向、軸方向、
又は横方向に動かし、穿孔、穴開け又はフライス削りを
行う。

【００４５】工具ホルダに取り付けられた工具を装填し
且つ取り外すのに使用される多くの公知の型式の自動工
具交換装置がある。かかる装置は、本発明の主軸ユニッ
トの装填及び取り外しに適用可能である。かかる公知の
自動工具交換装置の例は、次の米国特許に記載されてい
る。即ち、アンダーソン（Andersen）への米国特許第3,
811,179号、ナルシマ（Narushima）等への同第4,084,30
0号、サター（Satah）等への同第4,343,077号、ペイゼ
ル（Peiser）等への同第4,312,111号、ハグリー（Hagre
e）等への同第4,335,498号、リード（Reed）への同第4,
196,506号、ザンクル（Zankle）等への同第4,358,888号
がある。

【００４６】自動装填装置１７は、モータ駆動のドライ
バ２５と共に選択的に使用可能な複数の主軸ユニットを
格納する手段を備えている。この格納手段は、キャロー
ゼル１１５を備え、該キャローゼル１１５は、複数の主
軸ユニットを格納し且つその選択された一つのユニット
をドライバ２５に装填する搬送位置に動かし得るように
する。該キャローゼル１１５は、図７にその一つを断面
図で示した主軸ユニットホルダ１１７を着脱可能に支持
する、周方向に離間した取り付け手段を備え、水平軸線
を中心として回転可能である。ホルダ１１７の各々は、
側壁１１７ａと、開口部１１７ｃで終端となる内向きフ
ランジ１１７ｂと、を備える略円筒状の形状である。該
ホルダ１１７は、図７に図示するように、主軸ユニット
２３を受け入れ且つ該ユニット２３を部分的に収容し得
るような寸法である。搬送アーム１１９により引き出さ
れるまで、主軸ユニット２３をホルダ１１７内に位置決
めした状態に保持する適当なラッチ、又は回り止め手段
（図示せず）が設けられる。

【００４７】該ホルダ１１７は、その側壁１１７ａの上
に第一の環状溝１１７ｄが形成されており、この溝に
は、キャローゼル１１５が係合し、その内部にホルダ１
１７を支持する。搬送シャトル１２１がキャローゼル１
１５に隣接して取り付けられ、ホルダ１１７を搬送位置
から拾い上げ位置まで動かし得るようにされており、該
拾い上げ位置にて、ホルダを搬送アーム１１９により除
去することが出来る。シャトル１２１は、ホルダを水平
方向に移動させ、該ホルダを垂直軸線を中心として90°
回転させ、その結果、主軸ユニット及びその工具２７
は、工具軸線がモータ駆動のドライバ２５の駆動トャフ
ト５９に対し平行となるように方向決めされる。シャト
ル１２１は、ホルダ１１７の第二の環状溝１１７ｅに係
合する部分を備え、これにより、ホルダ１１７をキャロ
ーゼルから取り外し、搬送アーム１１９により主軸ユニ
ットを拾い上げることの出来る位置に、該シャトルが該
ホルダを搬送することを許容する。

【００４８】好適な主軸ユニットには、搬送アーム１１
９に形成されたフック状の二つの端部１１９ａの一方を
受け入れ得るようにした環状溝１２３が形成されてい
る。該搬送アーム１１９は、回転し、端部１１９ａを主
軸ユニット２３の溝１２３に係合させることが出来る。
この搬送アーム１１９は、軸方向に動いて主軸ユニット
２３をホルダ１１７から取り外し得るシャフト１２５に
取り付けられる。次に、搬送アーム１１９をシャフト１
２５を中心として回転させ、主軸ユニット２３を駆動シ
ャフト５９と軸方向に係合状態に位置決めする。次に、
シャフト１２５を軸方向内方に動かし、主軸ユニット２
３を図２に示す作用可能な位置に位置決めし、主軸ユニ
ット２３は、この位置でモータ駆動のドライバ２５のハ
ウジングに係止される。主軸ユニット２３は、搬送アー
ム１１９により、モータ駆動ドライバ２５から自動的に
除去することが出来、該アーム１１９は、主軸ユニット
２３を搬送シャトル１２１内のホルダ１１７に戻し、該
シャトルがホルダ１１７及び主軸ユニット２３を動かし
てキャローゼル１１５に戻す。

【００４９】各種の工具２７を使用して自動的な一連の
工程を行うとき、工具の各々は、そのそれぞれの主軸ユ
ニット２３内に支持され、主軸ユニット２３は、キャロ
ーゼル１１５内で周方向に離間した位置に取り付けられ
たホルダ１１７に装填される。自動装填装置１７は、キ
ャローゼルを特別な工具の搬送位置に割り出し、ここ
で、搬送シャトル１２１は、ホルダ１１７をその主軸ユ
ニット２３と共に、キャローゼルから取り外し、該ホル
ダをある位置まで移動させ、搬送アーム１１９は、この
位置にて、主軸ユニット２３をそのホルダ１１７から取
り外し、主軸ユニット２３をモータ駆動のドライバ２５
に係合させる。第一の選択された工具による機械加工工
程が完了すると、該工具は取り外し、そのそれぞれの主
軸ユニット内に取り付けられた別の工具と自動的に交換
される。このようにして、従来技術の工作機械の工具ホ
ルダに代えて、主軸ユニット２３を使用する工程段階が
装填装置１７により自動的に行われる。従来技術の工具
ホルダに代えて、主軸ユニットを使用する結果、自動装
填装置の設計及び構造の双方で利点が得られる一方、モ
ータ駆動ドライバに対する工具の作動を向上させ、従来
技術の質量の大きい工具ホルダによる場合よりも高速度
の作動が可能となる。本発明の主軸ユニットは、従来の
大型の工具ホルダが存在しないため、小型で且つ軽量で
ある。主軸ユニットは、組立体の寸法及び重量が軽減さ
れているため、自動装填装置による搬送が可能であり、
これにより、コスト及び複雑さを軽減し、装置のより迅
速なサイクルを許容する。現在、従来の工具ホルダの装
填及び格納のために一般的に使用されるものと同様、又
は同一の方法で採用可能である非常に多くの型式の他の
装填及び格納手段がある。

【００５０】工具により回転される質量が小さければ小
さい程、工具は、その作動速度により迅速に加速するこ
とが出来、その結果、機械の効率が増す。最後に、径が
小さく、工具の装填位置に近接して配置された主軸に対
する軸受支持体を設けることにより、工具の振動、又は
動揺が殆ど無く、高速の回転速度にての作動が可能とな
る。

【００５１】図８には、本発明の主軸ユニットの別の実
施例が図示されている。主軸ユニット１３１は、そのモ
ータ駆動のドライバ１３３に対し離間した関係で示して
ある。主軸ユニット１３１は、静止ハウジング１３５
と、離間したボール軸受１３９、１４１により支持され
た主軸１３７と、を備えている。回転切削工具１４３
は、主軸１３７の軸穴１３７ａ内に受け入れられ、膨張
スリーブ１４５が工具１４３の軸部を把持し得るように
穴１３７ａ内に位置決めされる。油で充填された通路１
４７が膨張スリーブ１４５に接続され、該通路１４７に
は、油をスリーブ１４５内に送り、工具の軸部を把持す
るねじ制御手段が設けられる。

【００５２】モータ駆動のドライバ１３３は、高速度モ
ータで駆動され、20,000乃至40,000rpm程度の高速度で
作動する駆動シャフト１４９を備えている。該駆動シャ
フト１４９を主軸１３７に結合するため、駆動シャフト
及び主軸の端部には、シャフト及び主軸を整合させ且つ
それらを相互に駆動可能に結合する、テーパー付きの多
角形の駆動要素１４９ａ、１３７ｂが形成されている。
駆動シャフトが主軸１３７に係合した状態の位置に主軸
ユニット１３１を保持するため、モータ駆動のドライバ
１３３には、ハウジング１５５の円筒状凹所１５３内に
膨張スリーブ１５１が設けられている。静止ハウジング
１３５は、凹所１５３内に嵌入する環状フランジ１３５
ａを備えており、該フランジ１３５ａは、スリーブと凹
所１５３の壁との間に油圧を付与したとき、スリーブ１
５１によって把持される。

【００５３】主軸１３７の穴１３７ａは、工具１４３の
主軸１３７に対する軸方向位置を調節し、又は予め取り
付けることを許容するために設けられる調節可能な工具
ストッパ１５７を受け入れ得るようにねじが形成されて
いる。静止ハウジング１３５には、自動装填装置１７に
関して上述したように、搬送アーム１１９による主軸ユ
ニット１３１の搬送を許容する通路１６１を備える周フ
ランジ１５９が形成されている。

【００５４】図８の実施例の主軸ユニット１３１は、多
くの点で図１乃至図５の実施例と同様であり、主とし
て、モータ駆動のドライバに対する支持方法、及び三つ
ではなく、二つの軸受を備える点が異なる。しかし、小
径の軸受を使用して、主軸ユニットを支持する軽量の工
具を備え、モータ駆動のドライバの駆動シャフトに対す
る自動整合接続具を備える主軸を支持する着想は、両実
施例に共通する。軽量の主軸ユニットは、自動装填装置
１７内の搬送機構により容易に取り扱うことが可能であ
る。

【００５５】主軸ユニット１６５を使用し、主軸１６９
を静止ハウジング１７１に対し支持する本発明の第三の
実施例が添付図面の図９及び図１０に図示されている。
軸方向長さが極めて短い主軸１６９を利用することによ
り、工具から付与される荷重を単一の軸受内で支承する
ことが可能である。主軸１６９は、外側工具支持リング
１６９ａと、軸受の取り付けリング１６９ｂと、駆動結
合ハブ１６９ｃと、を備えている。工具支持リング１６
９ａは、シリンダボアのような穴の内径を仕上げ得るよ
うにした切削工具１７３を支持する凹所を備えている。

【００５６】リング１６９ａとリング１６９ｂとの間の
主軸１６９の部分は、双曲線状スリーブ１６９ｄであ
る。切削工具１７３に付与される荷重は、主軸の軸線か
らオフセットされ、点線「Ａ′」で示した内方に向けら
れる力を備えている。スリーブ１６９ｄの双曲線状の形
状は、工具が回転するときの形成力、又は荷重の線の軌
跡として描くことが出来る。荷重は軸受１６７内に加え
られ、主軸の軸線に対し直角な主軸の捩れ動作を殆ど、
又は全く生じさせない。形成される荷重は、双曲線状の
形状であり、スリーブ１６９ｄの壁は、工具を支持し且
つこれら形成力に耐える双曲線状に形成される。従来の
円筒状ハウジング壁に使用される追加的な金属は不要で
あり、従って、かかる金属が存在せず、その結果、より
小さい質量を高速度で回転させることが出来る。双曲線
状のスリーブ壁１６９ｄは、極めて薄くし、スリーブ壁
１６９ｄ及び工具を支持するリング１６９ａがその円形
から楕円形に撓み得るようにすることが出来る。

【００５７】工具１７３を主軸１６９の回転軸線に向け
て内方に引き込むため、対角方向に伸長するヨーク１７
５が設けられ、該ヨークは、工具１７３への半径線に対
し垂直な線に沿って工具支持リング１６９ａの内径を横
断して伸長する。ヨーク１７５は、不作動位置にあると
き、図９の断面図に図示するように湾曲し、又、作動位
置にあるとき、図９の下方断面図に図示するように直線
状である。軸方向に配置したアクチュエータ１７７が該
ヨーク１７５に結合され、リング１６９ａが円形の不作
動位置から該リング１６９が楕円形の形状に変形され、
ヨークが長軸線を横断して伸長する作動位置までこのヨ
ーク１７５を動かす。このように変形したとき、工具１
７３は短軸線に沿って位置し、リング１６９ａが非変形
状態のその位置から内方に引き込まれる。

【００５８】これとは別に、切削インサートは、長い撓
み軸線に沿って位置決めすることも可能である。撓み量
を制御することにより、該インサートは外方に湾曲さ
れ、最終穴の径を調節することが出来る。故に、この不
作動位置は、工具に対するより小径の回転経路を形成
し、工具を仕上げ穴から引き出すのを許容する。

【００５９】主軸ユニット１６５は、例えば、シリンダ
壁の内径側に内側凹所を穿孔する適用例に特に有用であ
る。主軸ユニット１６５の新規な設計において、カッタ
ー１７３は内方に動かして、円筒状内面を仕上げること
が出来、切削が完了したならば、リング１６９ａは、ヨ
ーク１７５及び工具１７３を内方に引き込むアクチュエ
ータ１７７により楕円形に形成することが出来る。次
に、主軸は、仕上げた内面に切傷を付けずに、工具１７
３と共に引き込ませることが出来る。

【００６０】本発明の更に別の実施例が図１１に示して
ある。この実施例は、主軸スリーブに対する双曲線状の
形状のスリーブを備える点で、図９及び図１０の実施例
の一変形例である。主軸ユニット２００は、ボール軸受
２０４がその内部に支持される中央穴２０２ａを有する
細長い静止ハウジング２０２を備えている。該ハウジン
グ２０２には、主軸ユニット２００をモータ駆動のドラ
イバに対し取り付け可能にする円筒状の取り付け部分２
０２ｂが形成されている。自動装填装置１７による主軸
ユニットの装填及び取り外しを許容する周フランジ２０
６が設けられる。

【００６１】主軸ユニットの軸受２０４は、雌型駆動結
合ソケット２０８ｂでその内端が終端となる細長い本体
部分２０８ａを備える主軸２０８を回転可能に支持す
る。主軸２０８の外端にて、該主軸には、少なくとも一
つのインサート工具２１０を支持するリング２０８ｄを
有する双曲線状のスリーブ部分２０８ｃが形成されてい
る。該工具２１０は、リム２０８ｄの空所内に受け入れ
られ、図９及び図１０の実施例に関して説明した工具１
７３として機能する。図９及び図１０の実施例に関して
図示したものと同様の機構を採用し、工具２１０を主軸
に対して半径方向に動かすことも可能である。

【００６２】主軸ユニット２００の形状が細長いため、
該主軸ユニット２００は、内燃機関のシリンダ壁に必要
とされるようなより深い穴を穿孔することを可能にす
る。穴を形成したシリンダ壁２１２の外形は、図１１で
破線で示してある。又、双曲線状スリーブ２０８ｃは、
図９及び図１０の実施例に使用される軸受よりも小径の
軸受２０４を使用することを許容する点が理解される。

【００６３】更に、主軸ユニット１６５、又は２００
は、穴開け及びフライス削りに使用される主軸の外周に
沿って取り付けられた、多数のインサート工具を採用す
ることが可能であると考えられる。かかる多数のインサ
ートの場合、壁を撓める特徴は何等、採用されていな
い。図９及び図１０の実施例は、主軸ユニットにより工
具を支持する方法、及び静止ハウジング１７１により工
具を保持する方法の点でその他の実施例とは、異なる。
しかし、モータ駆動のドライバのハウジングにより支持
された静止ハウジング内に主軸をに軸支する着想は、本
明細書に開示した全ての実施例に共通する。該主軸を主
軸ユニットの静止ハウジング部分に対し軸支するのに必
要とされる軸受の数及び位置は、本発明の実施にとって
重要ではないことを理解すべきである。同様に、各種の
別の実施例を採用し、主軸ユニットの静止ハウジングを
モータ駆動のドライバに取り付けることも可能である。
主軸ユニットの軸受をモータ駆動のドライバの駆動シャ
フトの外側に配置し且つ切削工具に荷重を付与する点に
近接して位置決めした状態のとき、工具及び駆動シャフ
トの整合状態ははるかに臨界的ではなくなり、僅かな偏
心が何等かの問題点を生じさせる可能性は小さい。自動
整合継手を使用して、工具及び主軸を駆動シャフトに対
して整合させる結果、偏心に起因する問題点は更に軽減
される。

【００６４】極めて高速の回転速度の機械加工を許容す
る本発明の主たる利点は、開示した限定的な実施例から
は明らかではないが、本発明は、軸受の寸法を最小に
し、従って、主軸の軸受内で妥当な線速度を維持して高
速の回転速度による作動を許容することが理解される。
主軸ユニットは、比較的低廉であり、工具の軸部及び主
軸を受け入れ得るように軸受の径を最小にした各種の寸
法で形成することが出来る。主軸自体は、工具の軸部を
受け入れ、工具荷重を軸受及び駆動シャフトに伝達する
のに十分な肉厚を提供すれば十分なスリーブである。そ
の結果、主軸の軸受は、工具の軸部の外径よりも遥かに
大きい内径にする必要はない。図１及び図８の実施例に
おいて、軸受は、工具の軸部の径の約２倍である。これ
に反し、従来技術の主軸の軸受は、上述の均衡及び偏心
に関する問題を生じさせる程に大きい径であり、又は切
削荷重から離れるように配置される。

【００６５】図９の実施例の場合でさえ、主軸の軸受の
径は、機械加工する穴、又はボアの径と比較して小さ
い。図９の実施例の軸受の寸法は、形成される切削力に
よって決まり、切削工具に対する形成力のベクトルによ
り決まる双曲線状スリーブの底辺に沿って位置すること
を要する。本発明の主軸ユニットの設計により、初め
て、工具支持体に対し双曲線状の主軸の設計を採用する
ことが可能となる。

【００６６】本発明は、高速度の主軸ユニットとして、
即ち、特に自動交換装置と共に使用したときのその主た
る利点について説明した。しかし、これら同一の主軸ユ
ニットは20,000乃至40,000 rpmの速度ではなく、例え
ば、 8,000乃至10,000 rpmの速度で主軸ユニットの工具
を作動させるという、 高速度ではなく、 遅い速度で同一
の主軸ユニットを作動させることが可能であり、従っ
て、本発明の範囲は、高速度の適用にのみ限定されるも
のではない。本発明は、各種の実施例に関して説明した
が、かかる開示は本発明を限定することを何等意図する
ものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の精神
及び範囲に属する全ての変形例及び選択可能な構造を包
含することを意図するものである。

【００６７】

【発明の効果】 【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化する回転工具を支持する主軸ユ
ニットの断面図である。

【図２】図１の主軸ユニットを示し、更に主軸ユニット
が選択的に取り付けられるモータ駆動装置を示す図１の
主軸ユニットの断面図である。

【図３】図１の主軸ユニット、及びモータ駆動のドライ
バを示し、更にモータ駆動のドライバを駆動する高速度
モータを示す、断面図である。

【図４】図２及び図３の主軸ユニット及びモータ駆動の
ドライバの正面端面図である。

【図５】図３の線５−５に沿った拡大部分断面図であ
る。

【図６】本発明による自動主軸ユニット装填装置を備え
るモータ駆動のドライバの斜視図である。

【図７】図６の自動主軸装填装置に使用される主軸ユニ
ットホルダの断面図である。

【図８】主軸ユニット及びモータ駆動のドライバの一部
分を示す別の実施例の分解断面図である。

【図９】主軸ユニットの第二の別の実施例の一部、断面
図とした立面図である。

【図１０】図９の主軸ユニットの正面図である。

【図１１】主軸ユニットの第三の別の実施例の断面図で
ある。

【符号の説明】

１５駆動機構 １７ 自動装填
装置 １９ モータ ２１ 支持及び
結合部分 ２３ 主軸ユニット ２５ ドライバ ２７ 工具 ２７ａ 軸部分 ２７ｂ 軸穴 ２７ｃ 内端 ２９ 静止ハウジング ２９ａ 凹所 ２９ｃ 円錐形部分 ２９ｃ 環状フ
ランジ ３１ 主軸 ３１ａ 径部分 ３１ｂ 内端 ３１ｃ ソケッ
ト ３１ｄ 外端 ３１ｅ 大径部
分 ３１ｆ 中央穴 ３３ ボール軸
受 ３５ ボール軸受 ３７ ボール軸
受 ３９ 締め付け手段 ４１ 調節ねじ ４１ａ Ｏリングシール ４１ｃ Ｏリン
グ ４１ｄ ソケット ４２ 蓋部材 ４２ｃ 蓋部材の環状壁 ４２ｄ 蓋部材
の環状壁 ４３ スリーブ ４３ａ スリー
ブ部分 ４３ｂ 開口部 ４５ 空所 ４６ Ｌ字形通路 ４７ ピストン ４９ 螺着ねじ ５１ 正面リン
グ ５１ａ 正面リングの環状壁 ５１ｂ 正面リ
ングの環状壁 ５３ 内側リング ５３ａ フラン
ジ ５５ コイルばね ５７ 軸受 ５７ａ フランジ ５９ 駆動シャ
フト ５７ａ テーパー付き端部 ６１ ハウジン
グ ６１ａ 円筒状外壁 ６１ｂ 円形正
面壁 ６１ｃ 凹所 ６３ クランプ
組立体 ６３ａ クランプ ６５ アクチュ
エータ ６５ａ 接合部 ６７ リング歯
車 ６９ リング部材 ７１ 駆動機構 ７１ａ 液圧ピストン ７１ｂ 液圧ピ
ストン ７１ｃ ラック ７３ キャビテ
ィ ７５ ピストン ７７ インサー
ト ７９ ばね ８１ 接続シー
ル ８１ａ 開口部 ８１ｂ リング
シール ８２ キャビティ ８２ａ 凹所 ８３ ピストン ８３ａ 導管 ８３ｂ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・エイ・エス・チャールズ イギリス国ビーティー40・３エスイー，ノ ーザン・アイルランド，カンティ・アント リム，アイランドマギー・ラーン，ウィロ ーヴェイル・パーク 10 (72)発明者 クガルー・チャンドラセカラン アメリカ合衆国イリノイ州61107，ロック フォード，キャリッジ・レーン 3204

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動シャフトを有するモータ駆動のドラ
   イバ内で自動的に取り付け且つ取り外される主軸ユニッ
   トにして、 外側静止ハウジングと、 前記ハウジングに設けられ、自動手段と協働し、前記主
   軸ユニットを格納位置から取り外し、該主軸ユニットを
   モータ駆動のドライバ内に配置する協働手段と、 前記静止ハウジング内に回転可能に取り付けられ且つ切
   削工具を回転可能に支持する回転可能な主軸と、 前記回転可能な主軸内に予め取り付けられ且つ駆動シャ
   フトの軸線の周りを回転可能な切削工具と、 前記主軸を前記静止ハウジング内に回転可能に取り付
   け、これにより、前記切削工具を静止ハウジング内で回
   転可能に支持する軸受手段と、 前記主軸に設けられ、前記主軸及び切削工具を回転させ
   る、駆動シャフトと駆動可能な接続具を有する駆動継手
   と、 前記主軸ユニットに設けられ、モータ駆動のドライバと
   協働し、前記主軸ユニットをモータ駆動のドライバの駆
   動シャフトと同軸状に取り付ける手段と、を備えること
   を特徴とする主軸ユニット。
2. 【請求項２】 駆動シャフトを有するモータ駆動のドラ
   イバ内で自動的に取り付け且つ取り外される主軸ユニッ
   トにして、 外側静止ハウジングと、 前記ハウジングに設けられ、自動手段と協働し、前記主
   軸ユニットを格納位置から取り外し、該主軸ユニットを
   モータ駆動のドライバ内に配置する協働手段と、 前記静止ハウジング内に回転可能に取り付けられ且つ切
   削工具を回転可能に支持する回転可能な主軸と、 前記回転可能な主軸内に予め取り付けられ且つ駆動シャ
   フトの軸線の周りを回転可能な切削工具と、 前記主軸を前記静止ハウジング内に回転可能に取り付
   け、これにより、前記切削工具を静止ハウジング内で回
   転可能に支持する軸受手段と、 前記主軸に設けられ、前記主軸及び切削工具を回転させ
   る、駆動シャフトと駆動可能な接続具を有する駆動継手
   と、 前記主軸ユニットに設けられ、モータ駆動のドライバと
   協働し、前記主軸ユニットをモータ駆動のドライバの駆
   動シャフトと同軸状に取り付ける手段と、を備え、 前記主軸が、略双曲線状の薄い殻体部分を有する本体を
   備え、前記切削工具が、前記本体の外縁の上に取り付け
   られることを特徴とする主軸ユニット。
3. 【請求項３】 駆動シャフトを有するモータ駆動のドラ
   イバ内で自動的に取り付け且つ取り外される主軸ユニッ
   トにして、 外側静止ハウジングと、 前記ハウジングに設けられ、自動手段と協働し、前記主
   軸ユニットを格納位置から取り外し、該主軸ユニットを
   モータ駆動のドライバ内に配置する協働手段と、 前記静止ハウジング内に回転可能に取り付けられ且つ切
   削工具を回転可能に支持する回転可能な主軸と、 前記回転可能な主軸内に予め取り付けられ且つ駆動シャ
   フトの軸線の周りを回転可能な切削工具と、 前記主軸を前記静止ハウジング内に回転可能に取り付
   け、これにより、前記切削工具を静止ハウジング内で回
   転可能に支持する軸受手段と、 前記主軸に設けられ、前記主軸及び切削工具を回転させ
   る、駆動シャフトと駆動可能な接続具を有する駆動継手
   と、 前記主軸ユニットに設けられ、モータ駆動のドライバと
   協働し、前記主軸ユニットをモータ駆動のドライバの駆
   動シャフトと同軸状に取り付ける手段と、を備え、 前記切削工具が20,000 rpm以上の速度で回転し、分当た
   りの回転速度を掛けたときの前記軸受のミリ単位による
   内径が約1,000,000であることを特徴とする主軸ユニッ
   ト。
4. 【請求項４】 ドライバヘッドと、取り外し可能な複数
   の回転切削工具と、前記切削工具の一つを前記ドライバ
   ヘッドに対し選択的に取り付け且つ取り外す自動手段
   と、を備える型式の回転可能な工作機械にして、 駆動シャフトの軸線の周りで回転可能な駆動シャフトを
   駆動するモータを備えるモータ駆動のドライバヘッド
   と、 複数の主軸ユニットであって、該主軸ユニットの各々
   が、外側静止ハウジングと、回転可能な内側主軸と、主
   軸の軸線の周りで回転可能に前記主軸に予め取り付けら
   れた切削工具と、を有する主軸ユニットと、 前記ハウジング及び主軸ユニットの各々に取り付けら
   れ、前記主軸の軸線が前記シャフトの軸線と整合した状
   態で前記主軸ユニットの選択された任意の一つのユニッ
   トを前記ドライバヘッド上に着脱可能に保持する取り付
   け手段と、 前記主軸ユニットの任意の選択された一つのユニットを
   前記ドライバヘッドに組み付けたときに係合し、前記シ
   ャフトを前記主軸及び選択された主軸ユニットの切削工
   具に接続する駆動継手と、 前記複数の主軸ユニットを前記モータ駆動のドライバヘ
   ッドに隣接して格納する格納手段と、 前記主軸ユニットの任意の選択された一つのユニットを
   前記格納手段から搬送し且つ前記駆動シャフトが前記選
   択された主軸ユニットの切削工具を駆動する状態に前記
   選択された主軸ユニットを前記ドライバヘッドの上に取
   り付ける、自動的に制御される機械的搬送手段と、を備
   えることを特徴とする工作機械。
5. 【請求項５】 回転可能な切削工具を駆動する装置にし
   て、 ハウジング内に収容されたモータを備え、前記ハウジン
   グ内の駆動シャフトを駆動し、出力端を有し、前記シャ
   フトが回転する中心となる軸線を有する、モータ駆動の
   ドライバと、 前記駆動シャフトの軸線と同軸状の主軸の軸線の周りで
   回転可能に工具受け入れスリーブを軸支する軸受を有す
   る主軸ユニットと、 前記ハウジング及び前記主軸ユニットに取り付けられ、
   前記主軸の軸線が前記シャフトの軸線と整合状態にて前
   記主軸ユニットを前記ハウジングの上に着脱可能に保持
   する取り付け手段と、 前記軸受内に軸支され、一、又は二以上の切削工具を主
   軸の軸線の周りで回転可能に支持する主軸と、 前記主軸内に予め取り付けられた切削工具と、 前記シャフト及び前記主軸の上に設けられ、前記主軸ユ
   ニットを前記ハウジングに組み付けたときに係合し、前
   記シャフト及び前記主軸を接続する、駆動継手と、を備
   え、 前記駆動シャフトが、高速度で回転され、前記ハウジン
   グ内の駆動シャフトの軸受が前記駆動シャフトを回転可
   能に支持し、前記主軸の軸受が前記駆動シャフトの軸受
   よりも大径ではなく、工具の選択された回転速度に対す
   る前記主軸の軸受の線速度を最小にすることを特徴とす
   る装置。