JPH07204908A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スピンドル軸前端に装着される工具ホルダの支
持剛性を高め、芯振れを減少させたスピンドル装置を提
供する。 【構成】このスピンドル装置は、貫通孔を有しハウジン
グに回転自在に支承されたスピンドル軸と、このスピン
ドル軸の貫通孔に設けられたドローバーと、外方に開い
たテーパ穴を内面に有しかつスピンドル軸の先端部に設
けられた円筒穴に軸方向移動可能に嵌合するテーパスリ
ーブと、このテーパスリーブを軸方向外方へ向って押圧
する付勢手段と、スピンドル軸の先端部に接当するフラ
ンジ部およびテーパスリーブのテーパ穴に嵌合するテー
パシャンク部を備えかつドローバーにより引き込まれる
工具ホルダとを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動工具交換装
置付き工作機械の工具主軸等に用いられるスピンドル装
置、特に工具ホルダを高精度、高剛性で保持できるよう
にしたスピンドル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の工作機械の工具主軸用スピンド
ルユニットは一般に、工作機械本体に固定される筒状ハ
ウジングと、該ハウジング内に少なくとも前後部２箇所
でころがり軸受を介して支承された中空のスピンドル軸
と、該スピンドル軸の先端のテーパ穴に脱着可能に嵌合
される工具ホルダと、前記スピンドル軸の貫通孔に後部
側から挿入されて前記工具ホルダの後端部と係合し、前
記工具ホルダのスピンドル軸内への引込、解放を行うド
ローバーとを有している。工具ホルダ１０は図６に示す
ように先端に工具１０ａを固定する取付部を有し該取付
部に続いて後方にテーパシャンク部１９を有し、このテ
ーパシャンク部１９がスピンドル軸３の先端のテーパ穴
３ｃに嵌合することで該スピンドル軸３に芯出しされて
支持される。テーパシャンク部１９の後端は小径の首部
１９ａを経て末端膨出部１４が形成され、工具ホルダ１
０の装着時にはこの末端膨出部１４がドローバー１１の
先端の穴部１１ａに挿入されて該ドローバー１１の後方
への引き込み付勢によりボール１３を介して前記末端膨
出部が拘束、固定され、ドローバー１１の押し出し駆動
でボール１３が小径の首部１９ａに落ちて工具ホルダ１
０の解放がなされる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスピンドル装置
においては、図６に示すように、工具ホルダは後部のテ
ーパシャンク部がスピンドル軸の先端に形成されたテー
パ穴に嵌合するだけで該スピンドル軸に支持されている
ので、工具に負荷が加わらない非作動時の芯出し精度は
得られるものの、工具に負荷が加わる動作時の支持剛性
が弱い。特にテーパシャンク部から先方の工具固着部分
や工具が長い場合とか重切削を行うものにあっては、工
具ホルダは片持支持状態となるためテーパシャンク部の
支持剛性が低いので工具先端の振れが大となったり、芯
出し状態が悪くなり、加工精度にも影響が出るという問
題があった。

【０００４】本発明は、工具ホルダを、テーパシャンク
部とテーパ穴とによる嵌合保持に加え、スピンドル軸の
端面に押圧接当せしめて支持し、これによって支持剛性
を高め、動作時の精度向上を図ったスピンドル装置を提
供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるスピンドル
装置は、貫通孔を有しハウジングに回転自在に支承され
たスピンドル軸と、該スピンドル軸の貫通孔に設けられ
たドローバーと、外方に開いたテーパ穴を内面に有し前
記スピンドル軸の先端部に設けられた円筒穴に軸方向移
動可能に嵌合するテーパスリーブと、該テーパスリーブ
を軸方向外方へ向って押圧する付勢手段と、前記スピン
ドル軸の先端部に接当するフランジ部および前記テーパ
スリーブのテーパ穴に嵌合するテーパシャンク部を備え
前記ドローバーにより引き込まれる工具ホルダとを有
し、前記付勢手段はその押圧力が前記ドローバーの引込
力より弱く設定されている。

【０００６】

【作用】テーパスリーブに周方向複数箇所で軸方向溝を
形成して径方向に弾性変位可能とすれば、工具ホルダの
テーパシャンク部の引込移動でテーパスリーブが付勢手
段の皿ばねを圧縮しつつ径方向に若干拡開し、スピンド
ル軸の円筒面内周とテーパスリーブの外周面が緊密な係
合状態となり、テーパシャンク部はテーパスリーブを介
してスピンドル軸にテーパ嵌合する。このようなテーパ
スリーブとテーパシャンク部との嵌合および工具ホルダ
のフランジ端部とスピンドル軸の軸端面との係合により
従来の１箇所のテーパ嵌合に比べて２点支持に近い支持
構造となり、工具ホルダの剛固な保持がなされる。前記
スピンドル軸の軸端面および前記工具ホルダのフランジ
端部をテーパシャンク部とは異角度のテーパ状に形成し
たり、印篭案内係合（インロー係合）とすることによ
り、一層確実な保持が可能となる。特に前者の場合はテ
ーパシャンク部およびフランジ端部での２段テーパ嵌合
となり、最終の芯出しがフランジ端部のテーパ嵌合でな
され、後者の印篭案内係合とすると強固なラジアル受け
が達成される。なお、前記テーパスリーブは皿ばね等の
弾性で軸方向前方へ押圧されているので、異なる２箇所
の係合でも軸方向の寸法精度誤差の問題は生じない。

【０００７】

【実施例】次に、本発明を実施例について図面を参照し
て説明する。図１はマシニングセンタの主軸スピンドル
として構成した本発明の第１の実施例の縦断面図であ
る。工作機械本体部に装着されるハウジング１内に軸方
向に離隔した前側ころがり軸受（玉軸受）群２および後
側ころがり軸受（コロ軸受）４を介して中空のスピンド
ル軸３がハウジング１を貫通する如く軸支されている。
スピンドル軸３の中心には軸方向の貫通孔５が形成さ
れ、かつ軸前端は大径の円筒穴６が形成されている。こ
の実施例ではスピンドル軸３の前端面３ａは軸線に直角
な平坦面に形成されている。またスピンドル軸３の後端
外周には駆動プーリ７が装着されて図示しない回転駆動
装置により伝動ベルトを介してスピンドル軸３の回転が
なされる。なお前側、後側軸受２，４にはハウジング１
を通して外部から潤滑油の供給がなされる。８は潤滑油
の供給路、９は潤滑油排出路である。

【０００８】スピンドル軸３の貫通孔５には、工具ホル
ダ１０（後述）の固定、解放を行うドローバー１１が軸
後端側から挿入され、また、スピンドル軸３内のドロー
バー１１の外周には該ドローバーを後方へ付勢するドロ
ーバー付勢用皿ばね１２が設けられている。この皿ばね
１２のばね力でドローバー１１およびドローバー先端周
部に保持されたボール１３がスピンドル軸３に対して後
方へ引き込まれ、スピンドル軸前端部に挿入された工具
ホルダ１０後端の末端膨出部１４とボール１３との係合
で工具ホルダ１０が固定される。ドローバー１１はスピ
ンドル軸３の後端から外方へ突出し、前記皿ばね１２に
抗して該ドローバー１１をスピンドル軸３に対して前方
へ押動することで前記ボールの拘束が解かれて工具ホル
ダ後端部の小径の首部に落ち、工具ホルダ１０の固定が
解放される。

【０００９】スピンドル軸３の前端の円筒穴６には、内
面にテーパ穴１５ａをもつテーパスリーブ１５が軸方向
に移動可能に嵌合されている。このテーパスリーブ１５
は、図４および図５の（Ｉ），（II）に示すように、そ
の内外周面に各々周方向等間隔に複数個の軸方向にのび
る凹溝１７，１８が形成され、これによって径方向に若
干の弾性変形が可能とされている。なお図５の（Ｉ）は
図４のＡ−Ａ線に沿った縦断面図、同図（II）は図４の
Ｂ−Ｂ線に沿った部分的な縦断面図である。テーパスリ
ーブ１５の後端とスピンドル軸３の円筒穴奥底の段差部
６ａとの間に該テーパスリーブ１５を前方へ向けて押圧
する付勢手段、例えば皿ばね１６が介装されている。皿
ばね１６のばね力はドローバー１１を引き込むドローバ
ー付勢用皿ばね１２のばね力よりも弱く設定されてい
る。２０はスピンドル軸前端部の内側に設けられたテー
パスリーブ抜止用ストッパであって、工具ホルダ１０を
前方へ抜き出すときにテーパスリーブ１５がストッパ２
０に当ってスピンドル軸３から抜け落ちるのを防止して
いる。

【００１０】工具ホルダ１０は先端に固着される工具に
続いてその長さ方向中途部分にフランジ部２１が形成さ
れ、さらに該フランジ部２１に連接してその後側に前記
テーパスリーブ１５とテーパ嵌合するテーパシャンク部
１９が形成されている。フランジ部２１の外周部には２
箇所１８０゜対向してドライブキー２２が取り付けられ
ている。この実施例ではフランジ部２１の後端面２１ａ
はスピンドル軸３の前端面３ａに密着するように平坦面
に形成されている。なおテーパスリーブ１５の後端の最
小内径は工具ホルダ１０の後端の小径首部に続く膨出部
１４が通過できる大きさの内径に形成されることは勿論
である。また工具ホルダ１０が挿入、固定された状態で
はテーパスリーブ１５の前端と該ホルダ１０のフランジ
部後端面２１ａおよびストッパ２０との間に僅かな隙間
ができるようにテーパスリーブ１５の長さＬ（図５）が
設定されている。

【００１１】この実施例で工具ホルダ１０がスピンドル
軸３に挿入されるときには、テーパシャンク部１９とテ
ーパスリーブ１５との嵌合により工具ホルダ１０の芯出
し案内がなされ、さらにドローバー１１で引き込まれて
固定されると、フランジ部２１の後端面２１ａとスピン
ドル軸前端面３ａが強く接当し、同時にテーパスリーブ
１５は皿ばね１６で前方へ押圧され、しかもテーパシャ
ンク部１９の後方移動で後方へ強制変位力がかかるテー
パスリーブ１５は、テーパシャンク部１９からの内側の
拡開力で若干大径に弾性変形気味となり、くさびのよう
にテーパシャンク部１９とスピンドル軸円筒穴間に挟圧
され、このようなテーパ嵌合とフランジ部２１およびス
ピンドル軸前端面３ａとの強い接当とにより、工具ホル
ダ１０の高剛性支持がなされる。ドローバー１１の解放
動作で工具ホルダ１０を抜去する際はテーパスリーブ１
５はストッパ２０で拘束されるので、テーパスリーブ１
５の抜け出しは生じない。

【００１２】図２は本発明の図１に示す第１の実施例の
変形例によるスピンドル装置の部分的な縦断面図であ
る。この場合はスピンドル軸３の先端部の円筒穴６に印
篭案内部２３が形成され、工具ホルダ１０のフランジ部
後端面には印篭案内部２３と嵌合する印篭突部２４が形
成されている。図１で説明したテーパシャンク部１９と
テーパスリーブ１５とのテーパ嵌合に加えて、この印篭
係合構造により、スピンドル軸３は工具ホルダ１０の径
方向の高い荷重支持機能を有し、また工具ホルダ挿入時
の芯出し案内はテーパスリーブによりなされるので印篭
係合もスムーズになされる。

【００１３】図３は、本発明の第２の実施例によるスピ
ンドル装置の部分的な縦断面図である。この実施例で
は、スピンドル軸３の前端面は先拡り状の、テーパスリ
ーブ１５とは異なるテーパ角度のテーパ面３ｂとなって
おり、これに対応して工具ホルダ１０のフランジ部２１
の後面側にはテーパシャンク部１９のテーパ角度とは異
なる角度の、スピンドル軸３の前記テーパ面３ｂと係合
するテーパ面２１ｂが形成されている。この場合、工具
ホルダ１０のテーパシャンク部１９とテーパスリーブ１
５との係合は工具ホルダ挿入時の芯出し案内として働
き、ドローバー１１の引き込みによる工具ホルダ１０の
固定時にはフランジ部２１とスピンドル軸前端のテーパ
面３ｂとのテーパ係合で工具ホルダ１０のスラスト、ラ
ジアル両方向の保持および最終の芯出しがなされ、前記
皿ばね１６によるテーパスリーブ１５の前方への押圧で
もたらされるテーパシャンク部１９とテーパスリーブ１
５とのテーパ嵌合と共働して工具ホルダ１０の軸方向お
よび径方向の高い支持剛性が得られる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
ピンドル軸の前端の円筒穴に軸方向に移動可能に押圧さ
れるテーパスリーブを配置し、工具ホルダを前記テーパ
スリーブとテーパ嵌合させるとともに該ホルダのフラン
ジ部をスピンドル軸の前端面に接当させてこの部分でも
工具ホルダを支持するようにしたので、前記テーパスリ
ーブのくさび効果と相まって工具ホルダの支持剛性を高
めることができ、長尺の工具による切削や大径工具によ
る重切削においても芯振れが減少し、加工精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるスピンドル装置の
縦断面図である。

【図２】図１に示す実施例の変形例を示す部分的な縦断
面図である。

【図３】本発明の第２の実施例によるスピンドル装置の
縦断面図である。

【図４】本発明に用いられるテーパスリーブの端面図で
ある。

【図５】図４に示すテーパスリーブの縦断面を示した図
である。

【図６】従来のマシニングセンタの主軸用スピンドル装
置の部分的な縦断面図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ３ スピンドル軸 ３ａ スピンドル軸前端面 ３ｂ スピンドル軸の前端テーパ面 １０ 工具ホルダ １１ ドローバー １５ テーパスリーブ １６ 皿ばね １９ テーパシャンク部 ２０ ストッパ ２１ フランジ部 ２１ａ フランジ部の後端面 ２１ｂ フランジ部のテーパ面 ２３ 印篭案内部 ２４ 印篭突部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】貫通孔を有しハウジングに回転自在に支承
   されたスピンドル軸と、該スピンドル軸の貫通孔に設け
   られたドローバーと、外方に開いたテーパ穴を内面に有
   し前記スピンドル軸の先端部に設けられた円筒穴に軸方
   向移動可能に嵌合するテーパスリーブと、該テーパスリ
   ーブを軸方向外方へ向って押圧する付勢手段と、前記ス
   ピンドル軸の先端部に接当するフランジ部および前記テ
   ーパスリーブのテーパ穴に嵌合するテーパシャンク部を
   備え前記ドローバーにより引き込まれる工具ホルダとを
   有し、前記付勢手段はその押圧力が前記ドローバーの引
   込力より弱く設定されていることを特徴とするスピンド
   ル装置。