KR20050114251A

KR20050114251A - 주축 장치 및 주축 장치를 구비한 공작 기계

Info

Publication number: KR20050114251A
Application number: KR1020057017668A
Authority: KR
Inventors: 스미오 스기타; 미츠호 아오키; 요시후미 이나가키; 야스시 모리타
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-12-05
Also published as: US8052362B2; EP1609549B1; EP1609549A4; US7311482B2; TW200422136A; CN101185975A; EP1609549A1; TWI295216B; WO2004087353A1; ATE511933T1; US20060034670A1; CN101185975B; US20080118321A1; CN1767917A; US20080118319A1; KR100658406B1; CN100556588C; US7690873B2

Abstract

본 발명의 과제는, 유지 보수시의 조립 및 분해 작업이 용이하고 또한 저비용인 주축 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 있어서는, 외통 (3) 의 내주직경, 스테이터 (4) 의 내경, 베어링 슬리브 (11) 의 외경의 순으로 직경이 작아지고, 프론트 하우징 (8) 과, 회전축 (6) 과 베어링 슬리브 (11) 로 이루어지는 반조립체 (2) 를 외통 (3) 으로부터 빼낼 수 있고, 또한 베어링 슬리브 (11) 로부터 후방의 임의의 단면에 있어서의 회전체 직경이, 베어링 슬리브 (11) 후단으로부터 단면 사이에 있어서의 비회전체의 최소 반경보다도 작게 하였다.

Description

주축 장치 및 주축 장치를 구비한 공작 기계 {MAIN SHAFT DEVICE AND MACHINE TOOL WITH THE SAME}

본 발명은, 예를 들어 프레이즈반 (milling machine) 이나 머시닝 센터 (machining center) 등의 공작 기계에 구비되는 주축 장치 및 주축 장치를 구비한 공작 기계에 관한 것이다.

공작 기계 등의 주축 장치로서, 프론트 하우징과 스핀들 본체 사이에 프론트측 베어링을 개재하고, 스핀들 본체의 후부 외주에 리어측 베어링을 개재하는 빌트-인 모터 스핀들 장치가, 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-112303호 (이후, 『특허문헌 1』이라고 기술한다.), 일본 공개특허공보 2003-159622호 (이후, 『특허문헌 2』라고 기술한다.) 에 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 알려져 있다.

도 31 에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 1, 특허문헌 2 에 개시된 빌트-인 모터 스핀들 장치 (500) 에서는, 유닛 지지 부재 (501) 에 의해 유지되는 모터 하우징 (502) 과, 이 모터 하우징 (502) 전방에 결합되는 프론트 하우징 (503) 을 구비하고 있다. 또한, 이 모터 하우징 (502) 및 프론트 하우징 (503) 내에 조립되는 스핀들 본체 (505) 와, 모터 하우징 (502) 의 중간부 내주에 고정된 스테이터 (506) 를 구비하고, 스핀들 본체 (505) 의 중간부 외주에는 로터 (507) 가 고정되어 있다.

또한, 스핀들 본체 (505) 는 중공의 통형상으로 되고, 통 내에는 디스크 스프링 (508) 에 의해 탄성지지되면서 통 내에서 자유롭게 슬라이딩할 수 있는 인장봉 (drawbar; 509) 이 형성되어 있음과 함께, 이 선단에는 척부 (510) 가 형성되어 있다. 그리고, 프론트 하우징 (503) 과 스핀들 본체 (505) 사이에는, 4 개의 프론트측 베어링 (511) 이 개재되어 있다. 또한, 스핀들 본체 (505) 의 후부 외주에는 원통 롤러 베어링인 리어측 베어링 (512) 과, 베어링 슬리브 (513) 가 외부로부터 끼워져 있고, 모터 하우징 (502) 의 후부에는 리어 커버 (514) 가 볼트로 조여져 있다.

그런데, 공작 기계에서는, 주로 베어링에 손상을 발생시킴으로써 주축 고장의 원인으로 되는 경우가 많은데, 베어링의 수명이나, 가공 프로그램의 에러에 의한 주축의 충돌 등이 그 원인이다. 주축이 고장난 다음 복귀하기까지의 시간 (휴지 시간: downtime) 을 단축하는 것이 특히 자동차 부품 가공 등의 생산 라인에 직결되는 부품 가공 현장에서는 중요하다. 또한, 공작 기계의 주축의 고속화가 진행되고 있어, 주축 베어링의 수명은 저속기 (dmN 60만 미만) (dm; 롤링 베어링의 피치 원직경 (㎜), N; 회전 속도 (min^-1)) 에서는 10만 시간 이상으로 실질적으로 무한했던 데 반하여, 고속기에서는 1∼2만 시간으로 되었기 때문에, 소모품으로 취급되어 유지 보수 비용을 억제할 필요도 발생되어 있다.

상기 특허문헌 1 에 개시된 스핀들 장치 (500) 에서는, 유지 보수성 향상을 위해 스핀들 본체 (505) 를 빼낼 수 있도록 구성되어 있다. 그러나, 이 구성에서는, 스핀들 본체 (505) 는 빼낼 수 있지만, 원통 롤러 베어링인 리어측 베어링 (512) 의 교환에 관한 기재가 없고, 리어측 베어링 (512) 이 손상되면 유지 보수에 걸리는 시간은 종래와 다르지 않다. 또한, 스핀들 본체 (505) 를 빼내기 위해 윤활 노즐의 돌출부가 형성되지 않기 때문에, 필연적으로 조립 후에 리어 베어링 (512) 의 길들이기 운전 시간 (running-in time) 이 2∼10시간 정도 필요해지므로, 휴지 시간이 길어진다는 문제가 있었다.

또, 상기 특허문헌 2 에 개시된 스핀들 장치 (500) 에서는, 주축을 떼어 낼 때에는 후부로 돌아가 파이프를 빼내거나, 조립시에는 또 베어링 케이스와 파이프의 위상을 맞추는 작업이 필요하여, 작업성이 나쁘다는 문제가 있었다.

공작 기계 등의 주축 장치의 다른 일례로서, 슬리브 하우징과 베어링 슬리브 사이에 복수개의 디스크 스프링을 적층하여 배치한 주축 장치가, 예를 들어 일본 공개특허공보 평11-138305호 (이후, 『특허문헌 3』이라고 기술한다.) 에 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 알려져 있다.

주축 장치에 있어서는, 고속 회전시의 발열 등에 의해 회전축이 축 방향으로 신축되었을 때, 그 축 방향 변위를 흡수할 수 있도록 일방의 베어링 (리어측 베어링) 이, 슬리브 하우징에 끼워져 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 베어링 슬리브에 고정되어 있다. 슬리브 하우징과 베어링 슬리브의 끼워맞춤은, 단순한 끼워맞춤인 평면 슬라이딩 방식이나 축 방향으로 이동 가능한 볼 부시를 사용한 볼 슬라이딩 방식 등이 알려져 있다. 회전축의 자유단측을 지지하는 베어링 슬리브에는, 슬라이드성과 함께 래이디얼 강성 및 축 방향의 진동 감쇠성이 요구된다.

슬리브 하우징과 베어링 슬리브의 끼워맞춤이 평면 슬라이딩 방식인 경우, 발열에 따라 끼워맞춤 클리어런스가 감소하기 때문에, 초기 끼워맞춤 클리어런스를 크게 설정할 필요가 있다. 이것은, 주축 장치의 회전시에 회전축의 진동을 증대시키는 하나의 원인으로 되어 있다. 또한, 볼 부시를 사용한 끼워맞춤인 볼 슬라이딩 방식의 경우, 발열에 의해 간섭 (interference) 이 증대하여 베어링 슬리브의 원활한 축 방향 이동이 저해되거나, 축의 강성이 낮아, 회전축의 채터링 (chattering) 이라고 불리우는 자려 진동이 발생하는 경우도 있었다.

그 때문에, 특허문헌 3 에 개시된 주축 장치에서는, 회전축의 자려 진동을 감쇠시키기 위해, 슬리브 하우징과 베어링 슬리브 사이에 복수의 디스크 스프링을 적층 배치하여 축의 강성을 높임과 함께, 디스크 스프링의 마찰에 의해 자려 진동을 방지하도록 하고 있다.

그런데, 상기 특허문헌 3 에 개시된 주축 장치에서는, 디스크 스프링의 마찰에 의해 자려 진동을 감쇠시키도록 되어 있고, 감쇠력은, 디스크 스프링의 스프링 상수, 개수, 설치 방향 등에 의해 결정된다. 이들 사항은, 주축 장치의 조립시에 설정되기 때문에, 주축 장치를 분해하거나 하여 디스크 스프링을 바꿔 달지 않는 한 일정 불변이다. 다시 말하면, 예를 들어 감쇠율 등을 운전 조건에 최적인 값으로 재설정하는 등, 회전 조건에 따라서 특성을 변경하기가 어려웠다.

최근, 주축 장치의 고속화가 현저하고, 그 고속화에 따라서 발생열량도 많아지고 있는 점에서, 이에 대항할 수 있는, 보다 고도한 회전축의 지지 방법이 요구되고 있다.

또한, 주축 장치를 구비한 공작 기계의 일례로서, 주축 헤드의 하우징을 프론트 하우징과 리어 하우징으로 분할하고, 양자를 볼트로 체결하고 있는 공작 기계가, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2003-159622호 (상기 특허문헌 2) 에 기재되어 있는 바와 같이 종래부터 알려져 있다.

이러한 공작 기계에서는, 카트리지 전체가 아니라, 빌트-인 모터의 스테이터와, 외통을 주축 헤드에 남기고, 축, 프론트측 베어링, 프론트 하우징, 빌트-인 모터의 로터, 리어측 베어링, 리어 하우징을 주축 서브 카트리지로서 떼어내도록 하고 있다.

그런데, 공작 기계에 있어서, 고장이나 수명이 다하여 주축 장치를 교환하는 경우, 베어링이나 스테이터를 개별적으로 주축 헤드에 조립시키는 구성인 것에서는, 교환 작업에 시간이 걸려 기계의 휴지 시간이 증가한다. 그래서, 주축 장치를 카트리지로서 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분할, 조립 가능한 구조로 함으로써, 교환 시간을 단축할 수 있는 것이 알려져 있다.

주축 및 베어링의 교환에 있어서, 주축 카트리지 전체를 빼낼 수 있는 구조를 갖는 것도 있지만, 이 구조에서는, 빌트-인 모터 방식인 경우에 오일-에어 압관이나 전선을 떼어 놓을 필요가 있어 작업에 시간이 걸린다.

이에 대하여, 상기 특허문헌 2 에서는, 카트리지 전체가 아니라, 빌트-인 모터의 스테이터와, 외통을 주축 장치에 남기고, 축, 프론트측 베어링, 프론트 하우징, 빌트-인 모터의 로터, 리어측 베어링, 리어 하우징 을 주축 서브 카트리지로서 일체적으로 빼낼 수 있도록 되어 있다. 그러나, 주축 카트리지의 분해시에, 주축 헤드 내부에 조립되어 있는 주축 카트리지 부분을 주축 헤드로부터 모두 빼낼 필요가 있지만, 주축 카트리지는 무겁기 때문에 사람의 힘으로 꺼낼 수 없다.

그래서, 주축 카트리지를 공작 기계의 워크 테이블에 고정시키고, 주축의 축 방향과 평행한 피딩축인 Z 축 피딩 (feeding) 을 이용하여 빼내면 안전하면서 단시간에 빼낼 수 있게 된다. 그런데, 주축 카트리지를 주축 헤드로부터 완전히 빼내기 위해 필요한 길이보다도 Z 축 이동량이 짧으면, Z 축 피딩을 이용하여 빼내기가 불가능해진다.

또한, 주축 카트리지를 분해할 때에, 다수의 오일-에어 압관이나 전선을 떼어내는 작업이 필요하여 교환 시간이 길다. 이에 대하여, 주축 서브 카트리지의 경우는 다수의 오일-에어 압관이나 전선을 떼어내는 작업은 필요없지만, 주축 서브 카트리지를 주축 헤드로부터 완전히 빼내기 위해 필요한 길이보다도 Z 축 이동량이 짧으면, Z 축 피딩을 이용하여 빼내기가 불가능해지는 점은 동일하다.

한편, 주축 카트리지의 측면에 평탄한 장착면을 형성하고, 주축 헤드에 대하여 측면에서부터 고정시키는 구조이면, Z 축 이동량과 상관없이 주축 카트리지를 주축 헤드로부터 분해할 수 있다. 그러나, 이 방법은 주축 카트리지의 측면에서만 하중을 받기 때문에, 체결 강성이 낮아져 강성면에서 부적당하다.

또한, 상기 특허문헌 2 에서는, 오일-에어 압관이나 전선을 떼어낼 필요는 없지만, 서브 카트리지로서 빼낼 수 있는 부품을 제외하고 일체적으로 빼낼 수 없다. 그 때문에, 스테이터나 언클램프 실린더 등의 고장시에 유효하게 기능하지 않으므로, 분해에 관련된 기능성이 부족하다.

본 발명의 주축 장치 및 주축 장치를 구비한 공작 기계는, 이러한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 유지 보수시의 조립 및 분해 작업이 용이하면서 저비용인 주축 장치를 제공하는 것에 있고, 본 발명의 제 2 목적은, 높은 강성을 갖고, 또한 양호한 감쇠 특성, 슬라이드성이 우수한 주축 장치를 제공하는 것에 있으며, 본 발명의 제 3 목적은, 주축 카트리지 또는 주축 서브 카트리지를 단시간에 분해ㆍ조립 가능하고, 또한 최소한의 기계 높이로 억제하면서 강성이 높은 공작 기계를 제공하는 것에 있고, 본 발명의 제 4 목적은, 내부의 모든 구성부품의 교환 작업을 용이하게 할 수 있게 하여 유지 보수성의 향상을 도모할 수 있는 주축 장치를 제공하는 것에 있다.

도 1 은 본 발명의 실시형태의 제 1 예를 나타내는 종단면도이다.

도 2 는 제 1 예에 있어서의 반조립체를 나타내는 종단면도이다.

도 3 은 제 1 예에 있어서의 리어 커버를 나타내는 정면도이다.

도 4 는 본 발명의 실시형태의 제 2 예를 나타내는 종단면도이다.

도 5 는 제 2 예의 반조립체를 나타내는 종단면도이다.

도 6 은 제 2 예의 공구 언클램프 상태에서의 종단면도이다.

도 7 은 제 2 예의 자동 공구 교환 장치기와의 조립도이다.

도 8 은 본 발명의 실시형태의 제 3 예의 반조립체를 나타내는 종단면도이다.

도 9 는 제 3 예의 반조립체의 외통에 대한 삽입 상태를 나타내는 종단면도이다.

도 10 은 제 3 예에 있어서의 베어링의 치수 및 면압의 특성도이다.

도 11 의 (a) 는 본 발명의 실시형태의 제 4 예에 있어서의 베어링 슬리브의 정면도, 도 11 의 (b) 는 (a) 의 종단면도이다.

도 12 는 제 4 예의 변형예를 나타내는 요부 종단면도이다.

도 13 은 본 발명의 실시형태의 제 5 예의 종단면도이다.

도 14 는 제 5 예의 슬리브부의 확대 종단면도이다.

도 15 는 제 5 예에 있어서 공급되는 유체의 압력에 의해 탄성체가 변형되는 상태를 나타내는 요부 확대 단면도이다.

도 16 은 제 5 예의 슬리브부의 각종 특성을 측정하기 위한 시험 장치의 요부 종단면도이다.

도 17 은 본 발명의 실시형태의 제 6 예를 나타내는 측면도이다.

도 18 은 제 6 예에 사용하는 주축 카트리지의 단면도이다.

도 19 는 본 발명의 실시형태의 제 7 예를 나타내는 측면도이다.

도 20 은 제 7 예의 주축 서브 카트리지의 단면도이다.

도 21 은 제 7 예에 있어서의 주축 서브 카트리지의 분해 순서를 나타내는 설명도이다.

도 22 는 제 7 예에 있어서의 주축 서브 카트리지의 분해 순서를 나타내는 설명도이다.

도 23 은 제 7 예에 있어서의 주축 서브 카트리지의 분해 순서를 나타내는 설명도이다.

도 24 는 본 발명의 실시형태의 제 8 예를 나타내는 측면도이다.

도 25 는 본 발명의 실시형태의 제 9 예를 나타내는 단면도이다.

도 26 은 제 9 예에 있어서의 주축 서브 카트리지를 외통으로부터 빼낸 상태의 단면도이다.

도 27 은 제 9 예에 있어서의 툴 언클램프 실린더를 외통으로부터 빼낸 상태의 단면도이다.

도 28 은 제 9 예에 있어서의 주축 서브 카트리지가 제거된 외통과 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 빼낸 상태의 단면도이다.

도 29 는 제 9 예에 있어서의 주축 서브 카트리지와 외통과 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 빼낸 상태의 단면도이다.

도 30 은 본 발명의 실시형태의 제 10 예를 나타내는 단면도이다.

도 31 은 종래의 주축 장치의 종단면도이다.

도면 중의 부호, 1 은 주축 장치, 2 는 반조립체, 3 은 외통, 4 는 스테이터, 5 는 슬리브 하우징, 6 은 회전축, 7 은 로터, 8 은 프론트 하우징, 9 는 리어 커버, 11 은 베어링 슬리브, 12 는 프론트측 베어링, 13 은 리어측 베어링, 14 는 피스톤 기구, 30 은 주축 장치, 31 은 내경부품, 32 는 스프링, 33 은 내경부품측 조정부품 (조정부품), 34 는 피스톤, 39 는 장착 기준면, 40 은 주축 장치, 50 은 주축 장치, 60 은 주축 장치, 61 은 슬리브 하우징, 62 는 윤활제 공급 입구 (윤활제 공급 경로), 63 은 베어링 슬리브, 64 는 원주 홈, 65 는 직경 방향 구멍 (윤활제 공급 경로), 66 은 프론트측 O 링 (O 링), 67 은 리어측 O 링 (O 링), 71 은 윤활제 배출 구멍, 72 는 O 링, 80 은 주축 장치, 81 은 회전축, 82 는 프론트측 베어링, 83 은 프론트측 베어링, 84 는 베어링 슬리브, 85 는 리어측 베어링, 86 은 리어측 베어링, 87 은 프론트 하우징, 88 은 슬리브 하우징, 89 는 외륜, 90 은 외륜, 91 은 내륜, 92 는 내륜, 94 는 O 링 (탄성체), 97 은 내륜, 98 은 내륜, 99 는 외륜, 100 은 외륜, 120 은 공작 기계, 121 은 회전축, 122 는 프론트측 베어링, 123 은 내륜, 124 는 외륜, 125 는 프론트 하우징, 126 은 빌트-인 모터, 127 은 로터, 128 은 스테이터, 129 는 내륜, 130 은 리어측 베어링, 131 은 주축 헤드, 132 는 외통, 133 은 주축 카트리지 (주축 장치), 134 는 주축 카트리지 파지부, 142 는 베어링 슬리브, 145 는 리어 하우징, 150 은 공작 기계, 151 은 주축 서브 카트리지, 160 은 공작 기계, 161 은 주축 헤드, 180 은 주축 장치, 181 은 외통, 182 는 스테이터, 183 은 주축 헤드, 184 는 회전축, 185 는 로터, 186 은 프론트측 베어링, 187 은 내륜, 188 은 리어측 베어링, 189 는 내륜, 190 은 외륜, 191 은 프론트 하우징, 192 는 외륜, 193 은 슬리브 하우징, 194 는 툴 언클램프 실린더, 195 는 주축 서브 카트리지, 196 은 제 1 조립체 (조립체), 197 은 제 2 조립체 (조립체), 198 은 회전 센서 (센서), 207 은 냉각 오일 공급 호스 (각종 유체 배관), 220 은 주축 장치, 221 은 커플러, 222 는 주축 카트리지, 224 는 유압(油壓) 공급 호스 (각종 유체 배관), 226 은 슬리브 하우징, 230 은 전원 커플러이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

도 1 ∼ 도 3 은, 청구 범위 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 1 예를 나타내고 있다. 또, 본 예의 특징은, 외통 (3) 의 내주직경 (φA), 스테이터 (4) 의 내경 (φB'), 베어링 슬리브 (11) 의 외경 (φC) 의 순으로 직경이 작아지고, 프론트 하우징 (8) 과, 회전축 (6) 과 베어링 슬리브 (11) 로 이루어지는 반조립체 (2) 를 외통 (3) 으로부터 빼낼 수 있으며, 또한 베어링 슬리브 (11) 로부터 후방의 임의의 단면에 있어서의 회전체 반경이, 베어링 슬리브 (11) 후단으로부터 당해 단면의 사이에서의 비회전체의 최소 반경보다 작거나, 베어링 슬리브 (11) 로부터 후방의 임의의 단면에 있어서의 회전체 직경이, 베어링 슬리브 (11) 후단으로부터 당해 단면 사이에서의 비회전체의 최소 직경보다도 작은 것이다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 예의 주축 장치 (1) 는, 스테이터 (4) 와 슬리브 하우징 (5) 을 갖는 외통 (3) 과, 로터 (7) 를 갖는 회전이 자유로운 회전축 (6) 과, 외륜이 프론트 하우징 (8) 에 고정됨과 함께 내륜이 회전축 (6) 의 일단에 외부로부터 끼워지는 조합 앵귤러 컨택트 볼 베어링인 프론트측 베어링 (12) 을 구비하고 있다. 또한, 회전축 (6) 의 타단측에 배치되고 슬리브 하우징 (5) 에 끼워져 회전축 (6) 의 축 방향으로 이동 가능한 베어링 슬리브 (11) 과, 내륜이 회전축 (6) 의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 베어링 슬리브 (11) 에 고정되고 프론트측 베어링 (12) 과 협동하여 회전축 (6) 을 회전운동 가능하게 지지하는 한 쌍의 앵귤러 컨택트 볼 베어링인 리어측 베어링 (13) 을 구비하고 있다. 부호 14 는, 공구 교환을 위한 피스톤 기구이다. 또, 슬리브 하우징 (5) 과 외통 (3) 은 일체 구조로 해도 된다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 프론트 하우징 (8) 과, 회전축 (6) 과, 베어링 슬리브 (11) 로 이루어지는 반조립체 (2) 를 외통 (3) 으로부터 빼낼 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시형태의 주축 장치 (1) 는, 외통 (3) 의 내주직경 (φA), 로터 (7) 의 외경 (φB), 베어링 슬리브 (11) 의 외경 (φC) 의 순으로 직경이 작게 되어 있다 (φA>φB>φC). 또한, 로터 외경 (φB) 대신에 스테이터 내경 (φB') (도 1 참조) 에 대하여, φA>φB'>φC 로 해도 된다. 또, 베어링 슬리브 (11) 보다 후방의 범위 (L) 에 있어서, 반조립체 (2) 의 외경이 베어링 슬리브 (11) 의 외경보다 작게 설정되어 있다. 즉, 화살표 (M) 방향으로 주축을 빼내고자 했을 때에, 비회전체가 장애가 되지 않도록 범위 (L) 의 임의의 단면에 있어서의 주축 회전체의 외경을 당해 단면으로부터 베어링 슬리브 후단 사이의 비회전체의 최소 내주직경보다 작게 하여, 비회전체가 장애가 되지 않도록 회전체 외경을 규정하고 있다. 따라서, 반조립체 (2) 를 도면 중 M 방향으로 빼내고자 했을 때, 도면 중 좌측 단부에 장착되는 공구 (W) 를 유지/개방하는 비회전체인 피스톤 기구 (14) 등이 장애가 되는 일이 없다 (도 1 참조).

또한, 주축 장치 (1) 는, 베어링 슬리브 (11) 의 외경이, 슬리브 하우징 (5) 의 내경에 대하여 5 ∼ 30㎛ 의 틈새 끼워맞춤이다. 그리고, 주축 장치 (1) 는, 리어측 베어링 (13) 이 정위치 예압을 갖는 배면 조합의 앵귤러 컨택트 볼 베어링이다. 이것에 의해, 리어측 베어링 (13) 및 베어링 슬리브 (11) 는, 주로 회전축 (6) 을 서포트하는 것이 역할이지만, 로터 발열에 의한 열팽창 등 축 방향 변위를 단순한 구조로 흡수할 수 있다.

또한, 주축 장치 (1) 는, 프론트 하우징 (8) 과 외통 (3) 내주면의 인레이부 (inlay part; 15) 가 0 ∼ 20㎛ 의 억지 끼워맞춤되어 있다. 이것에 의해, 프론트 하우징 (8) 과 외통 (3) 의 축심이 어긋나는 일이 없다. 또한, 맞춤면 (16) 은 프론트 하우징 (8) 및 외통 (3) 이 축심에 대하여 2 ∼ 5㎛ 이하의 직각도로 고정밀도로 마무리 가공되어 있다. 이것에 의해, 인레이부 (15) 의 길이 (LR) 가 짧더라도, 양자의 축심이 일치한다. 인레이부 (15) 의 길이가 길면 조립성이 나쁘지만, 본 실시형태에서는 인레이 길이 (LR) 를 인레이 직경 (φA) 의 1/10 ∼ 1/30 정도로 짧게 하고 있다. 또한, 인레이부 (15) 의 길이 (LR) 가 짧기 때문에, 조립 볼트 (17) 에 의해 쉽게 조여서 조립할 수 있다. 이것에 의해, 중심맞춤 작업이 필요없게 된다.

또한, 반조립체 (2) 는, 외부 공기와의 사이에서 래비린스 시일 (labyrinth seal: L1 ∼ L4) 이 형성되어 있다. 스핀들 사용시에는, 강고한 래비린스 (L1, L4) 에 의해서, 절삭수, 절삭분 등의 이물의 침입을 막는다. 또한, 반조립체 (2) 만을 비축하는 경우 등에는, 래비린스 (L1 ∼ L4) 에 의해 먼지 등의 이물을 차단한다. 래비린스 (L2, L3) 는 유지 보수에 의한 반조립체 교환시에도 이물의 침입을 막는 역할을 한다. 유지 보수시에는, 클린 룸 등 이물이 적은 환경을 기대할 수 없기 때문에, 래비린스 (L2, L3) 가 유용하다. 래비린스 (L3, L4) 의 구조는, 베어링 슬리브 (11) 를 사용하고 있는 것에 의해 실현 가능하게 되어 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 리어 커버 (9) 후부는, 배선 7 군데 (모터 동력선 (25), 모터 온도 센서선 (26), 로터리 인코더선 (27) 등 (일부 도시 생략)), 배관 14 군데 (베어링 윤활유 배관 (21), 냉각 오일 배관 (22), 공구 언클램프 유압 배관 (23), 공구 테이퍼 에어 블로우 배관 (24), 에어 시일 배관 (28)) 가 외부와 접속되어 있기 때문에, 유지 보수시에 이들을 일체 취급하지 않아도 되므로, 휴지 시간이 대단히 짧고, 유지 보수성이 좋다.

상기 서술한 주축 장치 (10) 에 의하면, 프론트 하우징 (8), 회전축 (6) 및 베어링 슬리브 (11) 로 이루어지는 반조립체 (2) 를 외통 (3) 으로부터 빼낼 수 있다. 그 때문, 조립성이 향상됨과 함께 파손시에 빠르게 교환할 수 있다. 또한, 베어링 슬리브 (11) 는, 리어측 베어링 (13) 이 조립되어 있는 상태이기 때문에, 반조립체 (2) 를 빼내는 것에 의해 그리스의 상태가 변화하지 않는다. 따라서, 반조립체 (2) 를 별도의 외통을 사용하여 미리 길들이기 운전하고 나서 비축함으로써, 주축 장치 손상시에 반조립체를 교환하고 바로 통상의 운전이 가능해져, 휴지 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다. 또한, 주축 장치 (1) 전체를 교환하는 것보다 비용을 저감할 수 있고, 재고 비용의 저감도 가능해진다.

도 4 ∼ 도 7 은, 청구 범위 제 1항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 2 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 내경부품 (31) 이, 스프링 (32) 을 압축할 수 있도록 조립되어 있음과 함께, 내경부품 (31) 의 후부에 조정부품 (33) 이 고정되어 있고, 조정부품 (33) 에, 피스톤 기구 (14) 에 대한 피스톤 누름면 (34) 이 형성되어 있는 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 예와 동일하므로, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 2 예의 주축 장치 (30) 는, 외통 (3) 의 스테이터 (4) 에 통전됨으로써 로터 (7) 와 함께 회전하는 회전축 (6) 내에, 2 개의 스프링 (32) 을 압축 가능하게 하고 공구 교환이 가능한 내경부품 (인장봉이라고도 함: 31) 이 조립되어 있음과 함께, 내경부품 (31) 의 후단부에, 내경부품측 조정부품 (33) 이 장착되어 있다. 내경부품측 조정부품 (33) 의 단부에는, 피스톤 기구 (14) 에 대한 피스톤 누름면 (34) 이 형성되어 있다. 피스톤 기구 (14) 의 피스톤 (35) 단부에는, 내경부품측 조정부품 (33) 을 누르는 피스톤측 조정부품 (36) 이 장착되어 있다.

피스톤 기구 (14) 는, 진입측 압력 도입부 (37) 에 오일, 물, 공기 등의 압력 매체가 도입됨으로써 피스톤 (35) 이 진입하여, 피스톤 (35) 의 피스톤측 조정부품 (36) 이 내경부품측 조정부품 (33) 의 피스톤 누름면 (34) 을 가압하고, 내경부품 (31) 을 축 방향으로 눌러 이동시켜서 공구 (W) 를 압출하여 공구 언클램프 상태로 한다. 이것에 반대로, 진입측 압력 도입부 (37) 의 압력을 빼내고, 복귀측 압력 도입부 (38) 에 압력 매체가 도입됨으로써 피스톤 (35) 이 되돌아가, 내경부품 (31) 을 축 방향으로 복귀 이동시켜서 공구 클램프 상태로 한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 내경부품측 조정부품 (33) 은, 반조립체 (2) 의 장착 기준면 (39) 과 내경부품 (31) 에서의 피스톤 누름면 (34) 의 축 방향 치수 (거리: Z) 를, 기준 치수에 대하여 ±0.1mm 이내로 조정할 수 있다. 즉, 반조립체 (2) 는, 장착 기준면 (39) 으로부터 내경부품 (31) 에서의 피스톤 누름면 (34) 까지의 축 방향 치수 (Z) 내에, 다수의 부품의 적층에 의한 치수차가 발생하고 있다. 그 때문에, 사전에 조정이 없으면 유지 보수시에, 피스톤 스트로크의 조정 작업을 현장에서 실시할 필요가 있다. 예를 들어, 피스톤 스트로크의 부족에 의해 내경부품 (31) 의 이동량 (압출량) 이 적어지면, 공구 홀더가 언클램프할 수 없다. 반대로, 내경부품 (31) 의 이동량이 지나치게 많으면, 내경부품 (31) 이 공구 홀더를 과도하게 전방으로 밀어 내기 때문에, 자동 공구 교환 장치 (ATC: 40) (도 7 참조) 가 공구 홀더를 파지할 수 없게 된다. 이에 대하여, 내경부품측 조정부품 (33) 은, 공구 홀더 누름량 (피스톤 (35) 이 최전단까지 눌려졌을 때에 내경부품 (31) 에 의해 공구 홀더가 파지 위치로부터 압출되는 양) 을 0.4㎜ ∼ 0.6㎜ 로 하고, 그 허용차를 0.1mm ∼ 0.2㎜ 정도인 ±0.1mm 이내로 조정함으로써 적절히 언클램프를 실시할 수 있도록 하고, 그 결과, 반조립체를 교환할 때에 피스톤 조정을 필요로 하지 않아 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 내경부품측 조정부품 (33) 에 의한 조정은, 치수 측정 후에, 미리 여유값 (stock allowance) 을 잡아 (선삭(旋削), 감삭) 가공하는 방법, 간극 (S) 에 두께가 다른 심 (shim) 을 끼우는 방법, 미리 준비된 여러 가지 치수의 조정판을 선택하여 장착하는 방법, 조정 나사에 의해 원하는 위치에 조정판을 배치하고 혐기성의 접착제 등으로 고정시키는 방법 등을 들 수 있다. 그리고, 축 방향 치수 (Z) 를 직접 측정하기 위해서는 대형의 지그를 필요로 하고, 중량이 무거운 반조립체를 지그에 세팅하지 않으면 안되는 경우가 있기 때문에, 조정 작업을 간략화하기 위해, 어느 정도의 치수 관리를 각 부품에 실시하는 경우가 있다. 예를 들어, 치수 A, 치수 B (내륜 스페이서, 외륜 스페이서의 양쪽), 프론트측 베어링 (12) 의 최후측 내외륜의 차폭 C, 치수 D 를 관리해 두고, 회전축 (6) 에 내경부품 (31) 을 장착한 상태에서 치수 ZZ 만을 측정 조정하는 방법을 들 수 있다. 이 방법은, 가장 관리가 어려운 축 내경부 (콜레트부 각종 치수나 공구 테이퍼의 출입, 내경부품 (31) 의 구멍 깊이 등) 의 축 방향 치수를 관리할 필요가 없어 치수 관리 비용을 저감할 수 있고, 조정 작업의 부담도 적다. 한편, 차폭 C 의 관리를 간략화하기 위해, 프론트측 베어링 (12) 의 4 열에는, 정면 및 배면 차폭이 개별적으로 전부 조정되어 있는 만능 조합 베어링을 사용해도 된다.

도 4 ∼ 도 6 에 나타내는 바와 같이, 축 방향 치수 (Z) 가 관리된 반조립체 (2) 를 사용하여, 공구 홀더 누름량 (도 6 참조: E) 을 조정한다.

공구 홀더 누름량 (E) = (피스톤 스트로크 (F))－(공간 (G))－(공간 (H))

이 되어, 우변의 각각의 양을 측정하거나, 또는 실제로 언클램프하여 누름량 (E: 공구 홀더가 전진하는 양) 을 측정한다. 그리고, 여기서는, E = 0.5±0.1mm 가 되도록 피스톤측 조정부품 (36) 을 조정 가공한다. 이것에 의해, 클램프ㆍ언클램프 스트로크의 축 방향 위치가 결정된다. 그 결과, 이후, 서로 조정된 반조립체 (2) 의 교환이라면 피스톤 (35) 과 내경부품 (31) 의 위치 관계가 변하지 않기 때문에, 피스톤부의 조정을 필요로 하지 않을 수 있다.

이와 같이 함으로써, 반조립체 (2) 는, 장착 기준면 (39) 으로부터 내경부품 (31) 의 피스톤 누름면 (34) 까지의 축 방향 치수 (Z) 의 허용차에 관해서, 공구 홀더 누름량 (E) 의 허용차 0.1mm ∼ 0.2㎜ 보다도 작은 값으로 관리된다. 공구 교환용 피스톤 기구 (14) 를 조립할 때, 이 관리된 반조립체 (2) 에 맞춰 피스톤 스트로크 (F) 를 조정한다. 이것에 의해, 유지 보수시, 축 방향 치수 (Z) 가 관리된 반조립체 (2) 의 유닛끼리를 교환하면, 내경부품 (31) 의 피스톤 누름면 (34) 의 축 방향 위상 관계가 변화하지 않기 때문에 피스톤 스트로크 재조정을 필요로 하지 않는다. 또한, 축 방향 치수 (Z) 는 다수의 부품의 적층에 의해 결정되기 때문에, 이들 부품의 축 방향 치수 허용차를 각각 설정하고, 그것들을 누적한 값이 원하는 값 이하가 되도록 관리해도 된다. 그러나, 이러한 방법, 구체적으로는 10 개 이상의 치수 허용차의 누적에 의해 허용차 0.1 ∼ 0.2㎜ 를 만족하는 것은, 고비용으로 되거나, 불량률의 상승을 초래하는 경우도 많다. 그래서, 내경부품 (31) 의 후부에 내경부품측 조정부품 (33) 을 내경부품 (31) 의 조립 후에 조정한 다음 조립함으로써, 매우 적은 비용으로 축 방향 치수 (Z) 를 관리할 수 있다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 기구 (14) 는, 진입측 압력 도입부 (37) 에 압력 매체가 도입됨으로써 피스톤 (35) 이 진입하여, 피스톤측 조정부품 (36) 이 내경부품측 조정부품 (33) 의 피스톤 누름면 (34) 을 누르고, 스프링 (32) 에 저항하여 내경부품 (31) 을 축 방향으로 눌러 이동시켜서 공구 (W) 를 압출하여, 공구 언클램프 상태로 한다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (30) 의 자동 공구 교환시에 있어서는, 자동 공구 교환 장치 (40) 의 동작은 효율 향상을 위해 매우 빠르게 되어 있어, 교환 시간이 통상 0.2 ∼ 1.5초 정도이다. 그 때문에, 각 부의 강도나 강성을 높게 유지할 필요가 있다. 자동 공구 교환 장치 (40) 는, 아암 (41) 이 회전축 (6) 과 공구 매거진 (42) 의 공구 홀더 (43) 를 파지한 후에, 회전축 (6) 의 공구 (W) 를 언클램프하고, 아암 (41) 이 상하 및 선회 동작하여 공구 교환이 이루어지도록 동작한다. 공구 (W) 를 파지하여 회전축 (6) 을 언클램프할 때, 공구 홀더 (43) 의 누름량이 지나치게 크면, 전술한 바와 같이 공구 홀더 (43) 는 강성이 높고 아암 (41) 에 파지되어 있기 때문에, 아암 (41) 에 무리한 부담이 가해져 자동 공구 교환 장치 (40) 의 고장을 초래한다. 그 때문에 공구 홀더 (43) 의 누름량으로는 0.5 ∼ 0.6㎜ 이하로 할 필요가 있다. 주축 장치 (30) 에서는, 유지 보수를 실시하고 반조립체 (2) 를 교환하더라도 공구 홀더 (43) 의 누름량이 변화하지 않기 때문에, 조정을 위한 수고없이 단시간에 교환이 가능해진다.

도 8 ∼ 도 10 은, 청구 범위 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 8 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 3 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 베어링 슬리브 (11) 와 슬리브 하우징 (5) 의 끼워맞춤 길이 (J) 와, 베어링 슬리브 (11) 의 외경 (I) 의 비가, 끼워맞춤 길이 (J)/외경 (I) = 0.45 ∼ 0.8 의 범위 내로 설정되어 있는 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 예와 동일하므로, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 8 을 참조하여, 본 발명에 관련된 주축 장치의 제 3 실시형태를 설명한다. 한편, 도 8 에 있어서는, 도면 중 상측 절반이 공구 언클램프 상태를 나타내고, 도면 중 하측 절반이 공구 클램프 상태를 나타낸다.

도 8 에 나타내는 바와 같이, 제 3 예의 주축 장치 (50) 는, 반조립체 (2) 에 테이퍼각이 다른 내경부품 (51) 을 사용하고 있다. 이 때, BT 홀더 (JIS B6339) 용의 내경부품, HSK 홀더 (ISO-12164) 는, 공구 테이퍼의 규격에 의해, 관리해야 할, 축 방향 치수 (Z) 에 대한 목표값 (Z1) 에 변동이 있지만, 도 1, 도 4 에 나타내는 것과 호환성이 있도록 조정되어 있다. 즉, 언클램프했을 때의 축 방향 치수 (Z_UC2) 가, 도 6 에 나타내는 언클램프 상태 (Z_UC1) 와 동일하게 되도록 조정되어 있다. 또, 도 4 에 있어서의 공간 (G) 은, 이와 같이 축 방향 치수 (Z) 가 다른 내경부품에 대해서도 적용하기 위해 BT 홀더를 언클램프하는 최저 필요량보다도 큰 값으로 하고 있다. 용도에 따라 여러가지 공구 테이퍼 규격이 사용되는 경우가 있지만, 본 예와 같이 다른 공구 규격에 있어서도 언클램프가 가능하도록 호환성을 가지게 함으로써, 사양의 변경이 용이해지거나, 유지 보수를 위한 이너 카트리지의 재고 관리를 용이하게 하여 비용 저감을 꾀할 수 있다.

또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (50) 에서는, 베어링 슬리브 (11) 의 외경 (I) 과 그 끼워맞춤부의 길이 (J) 와의 비가 J/I ≒ 0.5 로 되어 있다. 이 경우, 외경 (I) 과 길이 (J) 의 관계는, 바람직하게는 0.45 ∼ 0.8 로 하는 것이 바람직하다. 반조립체 (2) 를 외통 (3) 에 삽입할 때, 먼저 베어링 슬리브 (11) 가 슬리브 하우징 (5) 의 내경에 끼워진다. 반조립체 (2) 의 교환은, 통상 공작 기계 사용자의 작업 현장에서 실시하기 때문에, 교환 작업에 특수한 지그를 사용할 수 없는 경우가 많다. 이럴 때, 반조립체 (2) 가, 예를 들어 자중 등의 화살표 K 방향의 힘을 받으면, 리어측 베어링 (13) 에 모멘트 하중이 가해진다. 그 때, 길이 (J) 가 작으면 리어측 베어링 (13) 의 2 열의 스팬 (span: M) 이 짧아지고, 접촉 면압이 커져 리어측 베어링 (13) 이 손상될 우려가 있다.

도 10 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (50) 에 있어서, 전술한 J/I 와 베어링 스팬과의 관계 및, 하중 (K) 이 작용했을 때의 리어측 베어링 (13) 에 발생하는 접촉 면압의 관계를 조사하였다. 하중 (K) 은, 반조립체 (2) 의 자중으로 하고, 지그를 사용할 수 없는 현장에서의 교환 작업에서는 조립시의 취급에 의해 발생하는 하중이다. 리어측 베어링 (13) 은, 내경이 φ55㎜ 인 앵귤러 컨택트 볼 베어링이다. 베어링의 접촉 면압은, 경도 Hv = 700 의 베어링 강에 있어서, 3.5GPa 이상에서 압흔이 생기는 것으로 알려져 있다. 이들에 의해, J/I≥0.45 가 필요하다는 것을 알 수 있다. 또한, 리어측 베어링 (13) 의 스팬을 지나치게 길게 해도 공작 기계로서의 성능을 향상시킬 수는 없으며, 축의 관성 모멘트 증대 (가감속 시간의 증가) 나 공진점 저하 등의 문제가 생기기 때문에, J/I≤0.8 로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기한 바와 같은 J/I 의 관계로 설정함으로써, 슬라이드 불량이 발생하는 일도 없고, 후술하는 진동 감쇠 작용이 있는 O 링 (0 링) 을 구비할 수도 있다. 이와 같이, 베어링 슬리브 (11) 의 외경 (I) 과, 그 끼워맞춤부의 길이 (J) 와의 관계를 설정하여 적절히 설계함으로써, 유지 보수성 및 공작 기계로서의 성능이 우수한 반조립체 (2) 구조를 얻을 수 있다.

도 11 의 (a), (b), 도 12 는, 청구 범위 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 4 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 베어링 슬리브 (11) 의 원주 상에 복수 형성된 윤활제 배출 구멍 (71) 과, 베어링 슬리브 (11) 외주의 끼워맞춤면에 형성된 원주 홈 (64) 과, 원주 홈 (64) 에 이어져 접속된 반경 방향의 윤활제 공급 경로 (62, 65) 를 갖는 것이다. 그 밖의 구성은 제 1예와 동일하므로, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 11 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 제 4 예의 주축 장치 (60) 는, 리어측 베어링 (13) 에 윤활 공급 및 배출 구조를 배치한 것으로, 반조립체 (2) 의 용이한 분해 및 조립을 가능하게 하기 위해, 위상을 정할 필요가 없는 구조를 갖는다.

또한, 베어링 슬리브 (11) 는, 슬리브 하우징 (5) 의 내경에 대하여 틈새 끼워맞춤이다 (도 6 참조). 이것에 의해, 베어링 슬리브 (11) 는, 내경부품 (31) 이 조립된 상태로, 회전축 (6) 에 대하여 용이하게 회전된다. 그래서, 종래에는, 윤활제를 리어측 베어링 (13) 에 공급하는 경우, 그 공급 위상 및 윤활제 배출 구멍 위상을 정하기 위해 노즐이나 키 등의 돌기물을 형성하고 있었다. 그 때문에, 위상 맞춤이나 돌기부품을 빼내고 다시 부품을 삽입하지 않으면 반조립체 (2) 의 조립 및 분리가 불가능하여, 유지 보수가 어렵다는 문제가 있었다. 이에 대하여, 반조립체 (2) 에는, 그 외주측에서 윤활 노즐 등의 돌기물을 형성하고 있지 않기 때문에, 조립 볼트 (17) 를 푸는 것만으로 반조립체 (2) 를 떼어낼 수 있다.

윤활 공급 구조는, 슬리브 하우징 (61) 의 직경 방향에 형성되고, 윤활제 공급기 (도시 생략) 에 이어져 접속된 윤활제 공급 입구 (윤활제 공급 경로: 62) 와, 베어링 슬리브 (63) 외주의 끼워맞춤면에 형성된 원주 홈 (64) 과, 베어링 슬리브 (63) 의 직경 방향으로 원주 홈 (64) 에 연통시켜 형성된 직경 방향 구멍 (윤활제 공급 경로: 65) 을 통해, 리어측 베어링 (13) 의 외륜을 통하여 베어링 공간 내에 윤활제가 공급된다. 그리고, 슬리브 하우징 (61) 과 베어링 슬리브 (63) 는, 전방측 단부가 프론트측 O 링 (66, 66) 에 의해 시일되고, 후방측 단부가 리어측 O 링 (67, 67) 에 의해 시일되어 있다. 이 때, 슬리브 하우징 (61) 및 베어링 슬리브 (63) 의 반경 방향의 윤활제 공급 경로가 동일한 위상으로 되어 있더라도, 또는 양자가 180°반대 위상으로 회전하고 있더라도, 원주 홈 (64) 에 의해 리어측 베어링 (13) 에 윤활유가 원활하게 공급된다. 또, 원주 홈 (64) 은, 슬리브 하우징 (61) 의 내주에 형성되어도 된다.

배출 구조는, 리어측 베어링 (13) 의 각각의 사이에 배치된 외륜 스페이서 (68, 68), 외륜 가압부 (68A) 와 베어링 슬리브 (63) 에 직경 방향에 형성된 직경 방향 배출 구멍 (69, 69, 69) 과, 베어링 슬리브 (63) 의 축 방향에 직경 방향 배출 구멍 (69, 69, 69) 에 연통하여 형성된 축 방향 배출 구멍 (70) 과, 축 방향 배출 구멍 (70) 에 연통하여 베어링 슬리브 (63) 의 원주 방향으로 등간격으로 복수인 6 개 형성된 윤활제 배출 구멍 (71, 71, 71, 71, 71, 71) 으로 이루어진다. 6 개의 윤활제 배출 구멍 (71) 은 등배로 배치되어 있기 때문에, 어떤 위상에서도 바로 아래 ±15°이내에 최저 1 개의 윤활제 배출 구멍 (71) 이 확보됨으로써, 수평 장착시의 배출이 가능하게 되어 있다.

윤활 공급 및 배출 구조는, 그리스 보급된 후에 여분의 그리스를 배출시키는 기능을 갖는다 ． 이것에 의해, 베어링 내부에 공급되고, 불필요해진 윤활제는, 베어링 근방에 배치된 도 12 의 기름막이부 (68B: slinger) 의 회전력에 의해 베어링의 외측으로 날려 보내진다. 그것에 의해, 어떤 위상이라도 문제없이 윤활제를 배출하는 것이 가능해져, 예를 들어 수평 부착의 스핀들은 하측에 배출 구멍이 필요하게 되지만, 어느 하나의 구멍이 하측을 향하기 때문에 배출을 수행할 수 있다. 또한, 그리스 윤활이기 때문에, 취급이 용이하고, 비교적 저렴한 그리스 윤활에 의해 적은 비용으로 유지 및 보수가 가능하다. 또한, 윤활제 공급기 (그리스 보급 장치) 를 구비하고 있기 때문에, 그리스의 부족을 보충할 수 있어 눌어붙음 등을 회피할 수 있다. 또한, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활을 사용해도 된다. 그러하면, 효율적으로 윤활할 수 있기 때문에, 내눌어붙음성을 더욱 향상시킬 수 있다.

그리고, 슬리브 하우징 (61) 과 베어링 슬리브 (63) 에 있어서, 베어링 슬리브 (63) 를 빼내고 삽입할 때에 O 링의 끊어짐을 방지하기 위해, 베어링 슬리브 (63) 의 전방측 외주에 프론트측 O 링 (66, 66) 을 배치하고, 슬리브 하우징 (61) 의 후방측 내주에 리어측 O 링 (67, 67) 을 배치하고 있다. 이것에 의해, 반조립체 (2) 를 삽입하거나 빼내는 것에 의해 베어링 슬리브 (63) 가 슬리브 하우징 (61) 의 내주를 슬라이딩할 때, 각 O 링 (66, 66, 67, 67) 이 슬라이딩하는 거리가 최단화되고, 그 위에 또 O 링 끊어짐의 요인이 되는 단차나 구멍을 각 O 링 (66, 66, 67, 67) 이 통과하지 않기 때문, 각 O 링 (66, 66, 67, 67) 의 신뢰성을 현격히 향상시킬 수 있다.

또한, 각 O 링 (66, 66, 67, 67) 은, 전단측 2 개, 후단측 2 개의 다수의 O 링을 사용하고 있다. 이것은, O 링 (66, 66, 67, 67) 의 간섭에 의한 감쇠 효과에 의해서, 베어링 슬리브 (63) 의 진동을 감쇠시키는 것을 목적으로 하고있다. 베어링 슬리브 (63) 는 슬리브 하우징 (61) 에 대하여 틈새 끼워맞춤이기 때문에, O 링과 같은 감쇠 요소가 없으면 베어링 슬리브 (63) 가 간극 중에서 진동하여, 그 진동이 크면 공작 기계로서의 절삭 성능이나 정밀도를 열화시키는 것 외에, 슬리브 하우징 (61) 의 내경 또는 베어링 슬리브 (63) 의 외경이 프렛팅 (fretting) 마모될 우려가 있기 때문이다. 프렛팅 마모가 발생하면, 더욱 진동이 증대되거나 슬라이드 불량을 초래하는 것 외에, 그 수리에는 주축 장치 전체를 교환하지 않으면 안되게 된다. 또한, O 링을 복수 사용함으로써 구속력이 증가하기 때문에, 베어링 슬리브 (63) 가 회전 방향으로 자유롭게 회전하지 못하므로 크리프의 방지도 가능해져, 끼워맞춤면 크리프 마모의 방지도 된다. 이와 같이, 복수의 O 링을 사용함으로써 한층 더 효과를 높일 수 있다.

도 12 에 나타내는 바와 같이, 제 4 예의 변형예에 있어서는, 베어링 슬리브 (63) 의 후부측만을 소직경의 단일한 O 링 (72) 으로 하고 있다. 이렇게 함으로써 O 링의 수를 감소시킬 수 있고, 조밀하게 O 링을 배치할 수 있다. 단, 도 11 의 (a), (b) 의 경우가 윤활제의 압력에 의해 베어링 슬리브 (63) 가 축의 힘을 받지 않는다는 점에서 우수하다.

또, 제 1 예, 제 2 예, 제 3 예, 제 4 예에 관련된 주축 장치는, 전술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 적당한 변형 및 개량 등이 가능하다.

예를 들어, 머시닝 센터에 적용되는 것 외에, NC 공작 기계나, 수동으로 피딩 동작을 행하는 범용 공작 기계 등에 적용해도 된다.

또한, 프론트측ㆍ리어측 베어링은, 앵귤러 컨택트 볼 베어링에 한정되지 않고, 딥 그루브 볼 베어링 (deep groove ball bearing) 이나 각종 롤러 베어링 등의 롤링 베어링이어도 된다.

도 13 ∼ 도 16 은, 청구 범위 제 15 항, 제 16 항, 제 17 항, 제 18 항, 제 19 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 5 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 슬리브 하우징 (88) 과 베어링 슬리브 (84) 의 끼워맞춤면에 슬리브 하우징 (88) 와 베어링 슬리브 (84) 사이를 시일하는 탄성체 (94) 를 구비함과 함께, 탄성체 (94) 에 압력을 부하하는 유체를 공급하도록 구성한 것이다.

도 13, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 제 5 예의 주축 장치 (80) 는, 회전축 (81) 과, 프론트측 베어링인 한 쌍의 롤링 베어링 (82, 83) 과, 베어링 슬리브 (84) 와, 리어측 베어링인 한 쌍의 롤링 베어링 (85, 86) 과, 프론트 하우징 (87) 과, 슬리브 하우징 (88) 를 구비하고 있다. 슬리브 하우징 (88) 은, 프론트 하우징 (87) 에 고정되어 있고, 실질적으로 프론트 하우징 (87) 의 일부로서 기능한다.

한 쌍의 롤링 베어링 (82, 83) 은, 외륜 (89, 90) 이 프론트 하우징 (87) 에 고정됨과 함께 내륜 (91, 92) 이 회전축 (81) 의 일단에 끼워지고 고정되어 프론트 하우징 (87) 의 상대 위치가 고정된 프론트측 베어링으로 되어 있고, 회전축 (81) 을 회전 가능하게 지지하고 있다.

베어링 슬리브 (84) 는, 회전축 (81) 의 타단측에 배치된 슬리브 하우징 (88) 의 구멍 (93) 에 끼워지고, 축 방향으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 베어링 슬리브 (84) 와 슬리브 하우징 (88) 의 내경면 (93) 의 간극 (C) 은, 슬리브 치수, 요구되는 강성, 회전축 (81) 의 회전에 수반되는 발열에 의한 열팽창 등을 고려하여 정해지고, 1 ∼ 200㎛ 의 범위로부터 적절히 선택하여 설계된다. 간극 (C) 이 지나치게 작으면, 열팽창에 의해 베어링 슬리브 (84) 와 슬리브 하우징 (88) 의 내경면 (93) 이 접촉할 가능성이 있다. 또한, 지나치게 크면, 베어링 슬리브 (84) 의 중심 위치가 불안정해지는 경향이 있다.

베어링 슬리브 (84) 와 슬리브 하우징 (88) 의 내경면 (93) 의 끼워맞춤면에는, 탄성체의 일례인 O 링 (94) 이 양단부에 2 개씩 합계 4 개의 O 링 (94) 이 배치되어 있다. O 링 (94) 은, 복수개가 모여 1 개의 세트를 구성하고 있다. 본 예에 있어서는, 2 세트의 O 링 (94) 이 베어링 슬리브 (84) 의 외주면 (95) 의 양단에 배치되어 있다.

즉, 프론트측 베어링 (82, 83) 에 가까운 측에 배치된 2 개의 O 링 (94) 은, 슬리브 하우징 (88) 의 내경면 (93) 에 형성된 O 링 홈 (96) 에 장착된다. 또한, 프론트측 베어링 (82, 83) 으로부터 먼 측에 배치된 2 개의 O 링 (94) 은, 베어링 슬리브 (84) 의 외주면 (95) 에 형성된 O 링 홈 (97) 에 장착되어 있다. 또, 본 예의 배치와는 반대로, 프론트측 베어링 (82, 83) 에 가까운 측의 슬리브 외주면에 O 링 홈을 형성하고, 프론트측 베어링으로부터 먼 측의 슬리브 하우징에 O 링 홈을 형성하는 구성도 가능하다. 또한, 슬리브 외주면에만 O 링 홈을 형성하는 구성이나 슬리브 하우징에만 O 링 홈을 형성하는 구성도 가능하다.

O 링 (94) 의 간섭은, O 링 (94) 의 사용 표준치 이하, 또한 사용 표준치의 10% 이상으로 하는 것이 좋고, 예를 들어 내경 84.5㎜, 굵기 2㎜ 의 O 링 (94) 인 경우의 간섭은, 0.05㎜ 이상, 0.5㎜ 이하로 하는 것이 좋다 (사용 표준치는 통상 O 링 메이커로부터 권장치로서 제공되어 있고, 상기 O 링 (94) 은, 0.3 ∼ 0.6㎜ 이다). 또, 사용 표준치는, O 링 등의 탄성체의 평균 직경의 15 ∼ 20% 로 한다. 바람직하게는, 0.2㎜ ∼ 0.45㎜ 로 하는 것이 좋다. 또한, 탄성체는 O 링 (94) 에 한정되지 않고, 시일성을 갖는 고무 패킹이나 금속제 패킹 등이어도 된다.

여기서, O 링 (94) 에 있어서의 간섭의 상한치를 사용 표준치 이하로 한 것은, 이보다 크게 하면, 베어링 슬리브 (84) 의 슬라이드성이 나빠지고, 또한 O 링 (94) 의 변형량이 커져 O 링 (94) 의 수명이 짧아질 가능성이 있다. 또한, 간섭의 하한치를 사용 표준치의 10% 이상으로 한 것은, 이보다 작아지면 O 링 (94) 의 시일 성능이 나빠지기 때문이다.

한 쌍의 롤링 베어링 (85, 86) 은, 내륜 (97, 98) 이 회전축 (81) 의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께, 외륜 (99, 100) 이 베어링 슬리브 (84) 에 끼워지고, 외륜 가압부 (101) 에 의해 베어링 슬리브 (84) 에 고정되어 있고, 베어링 슬리브 (84) 와 함께 회전축 (81) 의 축 방향으로 이동 가능하게 된 리어측 베어링으로 되어 있다. 그리고, 프론트측 베어링 (82, 83) 과 협동하여 회전축 (81) 을 회전운동 가능하게 지지하고 있다. 예압 스프링 (102) 은, 슬리브 하우징 (88) 과 외륜 가압부 (101) 사이에 장착되어 있고, 외륜 가압부 (101) 을 통해 베어링 슬리브 (84) 를 후방으로 잡아 당겨 롤링 베어링 (85, 86) 및 롤링 베어링 (82, 83) 에 예압을 걸고 있다. 또, 정압 예압인 경우, 정위치 예압에서 예압 스프링이 없는 경우도 있다.

슬리브 하우징 (88) 에는, 각각 한 쌍의 O 링 (94) 사이에 유체 공급구 (103) 가 개구된 유체 공급로 (104) 가 형성되어 있고, 그 유체 공급로 (104) 는, 주축 장치 (80) 의 외부에 배치된 압축 유체 공급 장치 (도시 생략) 에 접속되고, 그 압축 유체 공급 장치로부터 압축 유체가 공급되어 한 쌍의 O 링 (94) 사이에 압축 유체를 공급하도록 되어 있다. 압축 유체 공급 장치는, 예를 들어 콤프레서이고, 유체는 예를 들어 공기이다.

다음으로, 본 예의 작용을 설명한다. 주축 장치 (80) 는, 도 13 및 도 14 에 나타내는 바와 같이, 회전축 (81) 이 고속 회전하면 발생하는 마찰열 등에 의해 온도가 상승한다. 이것에 의해, 회전축 (81) 은 축 방향으로 신장하지만, 리어측 베어링인 한 쌍의 롤링 베어링 (85, 86) 이 베어링 슬리브 (84) 와 함께 축 방향 (도 1 에 있어서 오른쪽 방향) 으로 이동하여 열에 의한 회전축 (81) 의 신장을 흡수한다. 동시에, 베어링 슬리브 (84) 는 열팽창하여 외경이 커지고 슬리브 하우징 (88) 의 간극 (C) 이 작아지기 때문에, 열팽창을 미리 예측하여 간극 (C) 이, 예를 들어 10㎛ 정도로 설정되어 있다. 간극 (C) 이 크면 래이디얼 강성이 저하되지만, 실제로는 베어링 슬리브 (84) 와 슬리브 하우징 (88) 사이에 복수개의 O 링 (94) 이 간섭 만큼 눌려 찌부러진 상태로 배치되어 있기 때문에, O 링 (94) 에 의해 래이디얼 강성이 높여지고, 회전축 (81) 의 진동이 억제되어 있다.

도 15 에 나타내는 바와 같이, 유체 공급로 (104) 를 통하여 압축 유체 공급 장치인 콤프레서로부터 압축 공기를 화살표 A 방향으로 압송하여 한 쌍의 O 링 (94) 사이에 공급하면, O 링 홈 (97) 에 끼워져 장착되어 있는 한 쌍의 O 링 (94) 은, 서로 떨어지는 방향으로 눌려 찌부러진다 (압축량 c). 이것에 의해, 한 쌍의 O 링 (94) 의 강성이 더욱 높아지고, 베어링 슬리브 (84) 의 래이디얼 강성 및 축의 감쇠성이 높아진다. 한 쌍의 O 링 (94) 의 강성은, 압축 공기의 압력을 조정하여 O 링 (94) 이 찌부러지는 양을 조정함으로써 임의의 강성을 얻을 수 있다. 또한, 양쪽의 O 링 (94) 에 작용하는 압력은, 어느 쪽의 O 링 (94) 에도 균일하게 작용하기 때문에, 그 찌부러지는 양도 균일하게 할 수 있어, 양쪽의 O 링 (94) 의 강성의 밸런스를 유지한 채로 높일 수 있다.

발명의 개시

본 발명의 대상이 되는 주축 장치는, 전술한 종래 구조와 마찬가지로, 외통, 회전축, 프론트측 베어링, 리어측 베어링을 구비하고 있고, 공작 기계에 조립되어 회전축이 고속으로 회전한다.

특히, 청구 범위 제 1 항에 기재된 주축 장치에서는, 스테이터를 갖는 외통과, 로터를 갖는 회전이 자유로운 회전축과, 외륜이 프론트 하우징에 고정됨과 함께 내륜이 상기 회전축의 일단에 외부로부터 끼워지는 프론트측 베어링과, 상기 회전축의 타단측에 배치되어 상기 외통에 끼워지고 상기 회전축의 축 방향으로 이동 가능한 베어링 슬리브와, 내륜이 상기 회전축의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 상기 베어링 슬리브에 고정되고 상기 프론트측 베어링과 협동하여 상기 회전축을 회전운동이 자유롭게 지지하는 리어측 베어링을 구비한 주축 장치로서, 상기 외통의 내주직경, 상기 스테이터의 내경, 상기 베어링 슬리브의 외경의 순으로 직경이 작아지고, 상기 프론트 하우징과, 상기 회전축과 상기 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 상기 외통으로부터 빼낼 수 있고, 또한 상기 베어링 슬리브로부터 후방의 임의의 단면에 있어서의 회전체 반경이, 상기 베어링 슬리브 후단으로부터 상기 단면 사이에 있어서의 비회전체의 최소 반경보다도 작게 되어 있다.

또한, 청구 범위 제 2 항에 기재된 주축 장치에서는, 스테이터를 갖는 외통과, 로터를 갖는 회전이 자유로운 회전축과, 외륜이 프론트 하우징에 고정됨과 함께 내륜이 상기 회전축의 일단에 외부로부터 끼워지는 프론트측 베어링과, 상기 회전축의 타단측에 배치되어 상기 외통에 끼워지고 상기 회전축의 축 방향으로 이동 가능한 베어링 슬리브와, 내륜이 상기 회전축의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 상기 베어링 슬리브에 고정되고 상기 프론트측 베어링과 협동하여 상기 회전축을 회전운동이 자유롭게 지지하는 리어측 베어링을 구비한 주축 장치로서, 상기 프론트 하우징과, 상기 회전축과 상기 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 상기 외통으로부터 빼낼 수 있고, 상기 회전축에 공구 교환이 가능한 내경부품이 조립되어 있음과 함께, 공구 교환을 위한 피스톤 기구를 가지고 있다.

청구 범위 제 3 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 반조립체의 장착 기준면과 상기 내경부품의 피스톤 누름면과의 거리가, 기준 치수에 대하여 ±0.1mm 이내로 조정되어 있다.

청구 범위 제 4 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 내경부품이, 스프링을 압축할 수 있도록 조립되어 있음과 함께, 상기 내경부품의 후부에 조정부품이 고정되어 있고, 당해 조정부품에, 상기 피스톤 기구에 대한 피스톤 누름면이 형성되어 있다.

청구 범위 제 5 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 프론트 하우징이, 상기 외통에 대하여 억지 끼워맞춤 (interference fit) 으로 끼워져 있다.

또한, 청구 범위 제 6 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 베어링 슬리브가, 슬리브 하우징 안에 끼워져 있고, 당해 베어링 슬리브 외경이, 당해 슬리브 하우징 내경에 대하여 틈새 끼워맞춤 (clearance fit) 으로 끼워져 있다.

청구 범위 제 7 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 베어링 슬리브 외경과 상기 슬리브 하우징 내경의 사이에 복수 쌍의 O 링이 개재되어 있다.

청구 범위 제 8 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 베어링 슬리브와 상기 슬리브 하우징의 끼워맞춤 길이와, 당해 베어링 슬리브의 외경과의 비가, 끼워맞춤 길이/외경 = 0.45 ∼ 0.8 의 범위 내로 설정되어 있다.

청구 범위 제 9 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 베어링 슬리브의 원주 상에 복수 형성된 윤활제 배출 구멍과, 당해 베어링 슬리브 외주의 끼워맞춤면에 형성된 원주 홈과, 당해 원주 홈에 이어져 접속된 반경 방향의 윤활제 공급 경로를 갖는다.

청구 범위 제 10 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 리어측 베어링이, 정위치 예압을 갖는 배면 조합의 앵귤러 컨택트 볼 베어링 (angular contact ball bearings) 이다.

청구 범위 제 11 항에 기재된 주축 장치에서는, 그리스 윤활이다.

청구 범위 제 12 항에 기재된 주축 장치에서는, 그리스 보급 장치를 구비하고 있다.

청구 범위 제 13 항에 기재된 주축 장치에서는, 그리스 보급된 후에, 여분의 그리스를 배출시키는 기구를 가지고 있다.

또, 청구 범위 제 14 항에 기재된 주축 장치에서는, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활을 사용하고 있다.

청구 범위 제 15 항에 기재된 주축 장치에서는, 회전이 자유로운 회전축과, 외륜이 프론트 하우징에 고정됨과 함께 내륜이 상기 회전축의 일단에 외부로부터 끼워지는 프론트측 베어링과, 상기 회전축의 타단측에 배치되어 슬리브 하우징에 끼워지고 상기 회전축의 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 베어링 슬리브와, 내륜이 상기 회전축의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 상기 베어링 슬리브에 고정되고 상기 프론트측 베어링과 협동하여 상기 회전축을 회전운동이 자유롭게 지지하는 리어측 베어링을 구비하고, 상기 회전축의 타단을 축 방향으로 변위 가능하게 한 주축 장치로서, 상기 슬리브 하우징과 상기 베어링 슬리브의 끼워맞춤면에 상기 슬리브 하우징과 상기 베어링 슬리브 사이를 시일하는 탄성체를 구비함과 함께, 상기 탄성체에 압력을 부하하는 유체를 공급하도록 하였다.

또한, 청구 범위 제 16 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 탄성체는 O 링이고, 상기 유체는 압축 공기이고, 복수개 배치된 상기 O 링 사이에 상기 압축 공기를 공급하여 상기 O 링에 압력을 부하하도록 하였다.

또한, 청구 범위 제 17 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 탄성체에 압력을 부하하는 상기 유체의 압력은 가변이다.

또한, 청구 범위 제 18 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 O 링은, 니트릴 고무 또는 불소 고무로 형성되고, 또한 상기 O 링을 상기 슬리브 하우징과 상기 베어링 슬리브 사이에 장착했을 때의 간섭은, 상기 O 링의 사용 표준치의 10% 이상이면서 그 사용 표준치 이하이다.

청구 범위 제 19 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 탄성체는, 복수개의 탄성체에 의해 1 세트가 되는 탄성체 세트가 복수 세트 배치됨과 함께, 양단에 배치된 상기 탄성체 세트는, 일방의 상기 탄성체 세트가 상기 베어링 슬리브에 배치되고, 타방의 상기 탄성체 세트가 상기 슬리브 하우징에 배치되어 있다.

또한, 청구 범위 제 20 항에 기재된 공작 기계에 있어서는, 회전이 자유로운 회전축과, 내륜 안에 상기 회전축의 전단이 끼워진 프론트측 베어링과, 상기 프론트측 베어링의 외륜이 안에 끼워진 프론트 하우징과, 빌트-인 모터의 로터와, 상기 빌트-인 모터의 스테이터와, 내륜 안에 상기 회전축의 후단이 끼워진 리어측 베어링과, 주축 헤드 안에 끼워지는 외통으로 구성된 주축 카트리지를 구비하고, 상기 주축 헤드의 축 방향에 형성된 주축 카트리지 파지부에 상기 주축 카트리지가 삽입되어 있음과 함께, 상기 주축 카트리지가 상기 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 상기 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해, 상기 주축 카트리지가, 상기 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다.

청구 범위 제 21 항에 기재된 공작 기계에 있어서는, 회전이 자유로운 회전축과, 내륜 안에 상기 회전축의 전단이 끼워진 프론트측 베어링과, 상기 프론트측 베어링의 외륜이 안에 끼워진 프론트 하우징과, 빌트-인 모터의 로터와, 내륜 안에 상기 회전축의 후단이 끼워진 리어측 베어링과, 상기 리어측 베어링의 외륜이 안에 끼워진 베어링 슬리브로 구성된 주축 서브 카트리지를 구비하고, 상기 주축 서브 카트리지가 상기 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 상기 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해, 상기 주축 서브 카트리지가, 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다.

청구 범위 제 22 항에 기재된 공작 기계에 있어서는, 상기 주축 헤드의 상기 주축 카트리지 파지부가, 적어도 절반으로 분할되는 위치에서 분할되어 분해 가능하다.

또한, 청구 범위 제 23 항에 기재된 주축 장치에서는, 스테이터를 갖는 외통과, 상기 외통이 안에 끼워진 주축 헤드와, 상기 스테이터의 안쪽에 배치된 로터를 갖는 회전이 자유로운 회전축과, 내륜 안에 상기 회전축의 일단이 끼워진 프론트측 베어링과, 내륜 안에 상기 회전축의 타단이 끼워진 리어측 베어링과, 상기 프론트측 베어링의 외륜이 안에 끼워지고, 상기 외통의 일단에 장착된 프론트 하우징과, 상기 리어측 베어링의 외륜이 안에 끼워지고, 상기 외통의 타단에 끼워진 슬리브 하우징과, 상기 외통의 일단에 고정된 툴 언클램프 실린더를 구비한 주축 장치로서, 상기 로터를 갖는 상기 회전축과, 상기 프론트측 베어링과, 상기 리어측 베어링과, 상기 프론트 하우징과, 상기 슬리브 하우징이 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지를 형성하고, 당해 주축 서브 카트리지와, 상기 외통과, 상기 툴 언클램프 실린더가 삼분할로 구성되며, 상기 주축 서브 카트리지를, 상기 외통으로부터 빼낼 수 있다.

또한, 청구 범위 제 24 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 툴 언클램프 실린더를, 상기 외통으로부터 빼낼 수 있다.

청구 범위 제 25 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 주축 서브 카트리지가 제거된 상기 외통과 상기 툴 언클램프 실린더의 조립체를, 상기 주축 헤드로부터 빼낼 수 있다.

청구 범위 제 26 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 주축 서브 카트리지와, 상기 외통과, 상기 툴 언클램프 실린더의 조립체를, 상기 주축 헤드로부터 빼낼 수 있다.

또한, 청구 범위 제 27 항에 기재된 주축 장치에서는, 상기 툴 언클램프 실린더 또는 상기 외통에, 각종 유체 배관, 전원 커플러를 갖는 커플러가 착탈 가능하게 장착되어 있다.

청구 범위 제 28 항에 기재된 주축 장치에 있어서는, 상기 회전축의 회전을 검출하는 센서를, 상기 회전축과, 상기 외통 사이에 배치하고 있다.

상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 주축 장치에 의하면, 프론트 하우징, 회전축 및 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 외통으로부터 빼낼 수 있다. 그 때문에, 조립성이 향상됨과 함께 파손시에 빠르게 교환할 수 있다. 또한, 베어링 슬리브는, 리어측 베어링이 조립되어 있는 상태이기 때문에, 반조립체를 빼내고 다시 삽입하는 것에 의해 그리스의 상태가 변화하지 않는다.

따라서, 이 주축 장치에 있어서는, 반조립체를 별도의 외통을 사용하여 미리 길들이기 운전을 하고 나서 비축함으로써, 회전축 파손시에 반조립체를 교환하고 바로 통상의 운전이 가능해져, 휴지 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다. 또한, 주축 장치 전체를 교환하는 것보다 비용을 저감할 수 있고, 재고 비용의 저감도 가능해진다. 이것에 의해, 종래의, 유지 보수에 걸리는 시간을 줄일 수 없는 그리스 윤활로 되어 조립 후에 베어링의 길들이기 운전을 필요로 하기 때문에 휴지 시간이 길어진다는 문제를 해소할 수 있게 된다.

또한, 외통의 내주직경, 스테이터의 내경, 베어링 슬리브의 외경의 순으로 직경이 작아져, 베어링 슬리브보다 후방에서, 반조립체를 빼내고자 할 때에 비회전체가 장애가 되지 않도록 임의의 단면에서의 회전체 반경을 베어링 슬리브 후단으로부터 상기 단면 사이에서의 비회전체의 최소 반경보다 작게 하여, 비회전체가 장애가 되지 않도록 하고 있다. 따라서, 반조립체를 빼내고자 했을 때, 공구를 유지ㆍ개방하는 비회전체인 피스톤 기구 등이 장애가 되는 일이 없다.

여기서, 프론트측 베어링으로는, 복렬(複列)의 조합 앵귤러 컨택트 볼 베어링을 예시할 수 있다. 또한, 리어측 베어링으로는, 한 쌍의 앵귤러 컨택트 볼 베어링을 예시할 수 있다.

또한, 프론트 하우징, 회전축 및 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 외통으로부터 빼낼 수 있으면, 조립성이 향상됨과 함께 파손시에 빠르게 교환할 수 있다. 또한, 베어링 슬리브는, 리어측 베어링이 조립되어 있는 상태이기 때문에, 반조립체를 빼내고 다시 삽입하는 것에 의해 그리스의 상태가 변화하지 않는다.

따라서, 이 주축 장치에 있어서는, 반조립체를 별도의 외통을 사용하여 미리 길들이기 운전을 하고 나서 비축함으로써, 주축 장치의 파손시에 반조립체를 교환하고 바로 통상의 운전이 가능해져, 휴지 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다. 또한, 주축 장치 전체를 교환하는 것보다 비용을 저감할 수 있고, 재고 비용의 저감도 가능해진다.

또한, 피스톤 기구를 통해, 회전축에 조립된 내경부품에 의해 공구가 교환되기 때문에, 외부에 노출된 것과 비교하여 높은 윤활 성능을 가지고 공구를 교환할 수 있다.

또한, 반조립체의 장착 기준면과 상기 내경부품의 피스톤 누름면과의 거리가 기준 치수에 대하여 ±0.1mm 이내로 조정되면, 적절히 언클램프할 수 있기 때문에, 반조립체를 교환할 때에 피스톤 조정을 필요로 하지 않아 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.

또한, 내경부품이, 스프링을 압축할 수 있도록 조립되어 있음과 함께, 내경부품의 후부에 조정부품이 고정되고, 조정부품에 피스톤 기구에 대한 피스톤 누름면이 형성되면, 조정부품에 의해서 공구 홀더 누름량을 미리 정해진 값으로 설정할 수 있기 때문에, 그 허용차를 조정함으로써 적절히 언클램프할 수 있도록 하여, 그 결과, 내경부품을 교환할 때에 피스톤 조정을 필요로 하지 않아 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.

또한, 프론트 하우징이, 외통에 대하여 억지 끼워맞춤으로 끼워지면, 반조립체를 분해, 조립, 또는 교환한 경우 등에서 프론트 하우징과 외통의 축심에 어긋남이 생기는 일이 없어져 높은 정밀도를 유지할 수 있다.

또한, 베어링 슬리브가 슬리브 하우징 안에 끼워지고, 베어링 슬리브 외경이 슬리브 하우징 내경에 대하여 틈새 끼워맞춤으로 끼워져 있으면, 리어측 베어링 및 베어링 슬리브는 주로 회전축을 서포트하는 역할이지만, 로터 발열에 의한 열팽창 등 축 방향 변위를 단순한 구조로 흡수할 수 있다.

또한, 베어링 슬리브 외경과 상기 슬리브 하우징 내경 사이에 복수 쌍의 O 링이 개재되면, 베어링 슬리브 외경과 슬리브 하우징 내경 사이의 복수 쌍의 O 링에 의해 윤활제의 누출을 방지하고, O 링의 간섭에 의한 감쇠 효과에 의해 베어링 슬리브의 진동을 감쇠시킬 수 있다.

또한, 베어링 슬리브와 슬리브 하우징의 끼워맞춤 길이, 베어링 슬리브의 외경과의 비가, 끼워맞춤 길이/외경 = 0.45 ∼ 0.8 의 범위 내로 설정되면, 베어링 슬리브의 외경과 슬리브 하우징의 끼워맞춤부의 길이가 적절한 관계로 설정되기 때문에, 유지 보수성 및 공작 기계로서의 성능이 우수한 반조립체 구조를 얻을 수 있다.

또, 베어링 슬리브의 원주 상에 복수 형성된 윤활제 배출 구멍과, 베어링 슬리브 외주의 끼워맞춤면에 형성된 원주 홈과, 원주 홈에 이어져 접속된 반경 방향의 윤활제 공급 경로를 구비하면, 베어링 슬리브가 어떠한 위상이라도 문제없이 윤활제를 배출할 수 있게 된다. 예를 들어, 수평 장착된 스핀들은 하측에 배출 구멍이 필요하지만, 임의의 한 구멍이 하측을 향하기 때문에 배출을 수행할 수 있다. 또, 윤활제를 베어링 슬리브가 어떠한 위치라도 공급할 수 있다. 따라서, 베어링 슬리브의 위상을 맞출 필요가 없어져, 유지 보수의 작업성이 좋다.

또한, 리어측 베어링이, 정위치 예압을 갖는 배면 조합의 앵귤러 컨택트 볼 베어링이면, 로터 발열에 의한 열팽창 등 축 방향 변위를 단순한 구조로 흡수할 수 있다.

또, 그리스 윤활이면, 취급이 용이하고, 비교적 저렴한 그리스 윤활에 의해 적은 비용으로 유지 및 보수가 가능하다.

또, 그리스 보급 장치를 구비하고 있으면, 그리스 보급 장치에 의해 그리스의 부족을 보충할 수 있기 때문에, 눌어붙음 등을 회피할 수 있다.

또한, 그리스 보급된 후에 여분의 그리스를 배출시키는 기구를 가지고 있으면, 베어링 내부로 공급된 후 불필요해진 윤활제는, 베어링 근방에 배치된 외륜 스페이서 등의 회전부재에 부착되고, 회전부재에 부착된 윤활제는 회전력에 의해 베어링의 외측으로 날려 보내진다. 그것에 의해, 불필요해진 윤활제를 강제적으로 베어링 외부로 배출할 수 있다.

또, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활을 사용하면, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활에 의해 효율적으로 윤활할 수 있기 때문에, 내눌어붙음성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 슬리브 하우징와, 슬리브 하우징에 끼워지고 회전축의 축 방향으로 이동 가능하게 된 베어링 슬리브의 끼워맞춤면에 탄성체를 배치하면, 탄성체에 의해 래이디얼 강성을 높임과 함께, 축 방향의 감쇠율을 향상시켜 회전축의 자려 진동을 방지할 수 있다. 또한, 탄성체에 압력을 부하하는 유체를 공급하도록 했기 때문에, 탄성체를 변형시켜서 래이디얼 강성을 높이고, 또한 축 방향의 감쇠율을 향상시켜 회전축의 자려 진동 억제 효과를 높일 수 있다.

또한, 탄성체는 O 링으로 하고, 유체는 압축 공기로 하여 복수개 배치된 O 링 사이에 압축 공기를 공급함으로써 O 링에 압력을 부하하도록 했기 때문에, 높은 슬라이드성을 유지한 채로 래이디얼 강성을 높여 효과적으로 회전축의 자려 진동을 방지할 수 있다. 또한, O 링은, 가공성이나 범용성이 풍부하기 때문에, 복잡한 제조 공정을 필요로 하지 않고 고성능의 주축 장치를 제작할 수 있다.

또한, 탄성체에 압력을 부하하는 유체의 압력을 가변으로 하면, 주축 장치의 사용 조건에 따라서 압력을 변경하여, 유체의 압력에 의한 탄성체의 변형량을 변경할 수 있다. 또한, 탄성체의 래이디얼 강성이나 감쇠율을 사용 조건에 최적인 값으로 설정하여 효과적으로 회전축의 자려 진동을 방지할 수 있다. 또한, 탄성체의 래이디얼 강성이나 감쇠율의 변경은, 공급하는 유체의 압력을 변경하는 것만으로 가능하여, 매우 용이하게 변경할 수 있다.

O 링은, 니트릴 고무 또는 불소 고무로 형성함과 함께, O 링의 간섭을 O 링의 사용 표준치의 10% 이상이면서 그 사용 표준치 이하로 했기 때문에, O 링이 시일 효과 및 탄성지지 효과를 갖음과 함께, 축 방향 이동에 대한 내마모성이나, 발열에 대한 내열성을 갖아 수명을 길게 할 수 있다. 또한, O 링의 강성을 적절히 높여 슬라이드성을 유지한 채로, 래이디얼 강성 및 축의 감쇠성을 향상시킬 수 있다.

또한, 복수개의 탄성체에 의해 구성한 탄성체 세트를 복수 세트 배치하고, 양단에 배치된 탄성체 세트는, 일방의 탄성체 세트를 베어링 슬리브에, 또 타방의 탄성체 세트를 슬리브 하우징에 배치하면, 조립이 용이하고, O 링이 손상될 우려가 적다. 또, 주축 장치에 여러 가지의 부하가 작용한 경우의 베어링 슬리브를 균일하고 안정적으로 이동시키는 효과는, 탄성체를 베어링 슬리브에만 배치한 경우 및 슬리브 하우징에만 배치한 경우와 동등하다. 그리고, 주축 장치에 2 개의 탄성체를, 일방은 베어링 슬리브에, 타방은 슬리브 하우징에 배치하고, 그 탄성체 사이에 유체를 공급하는 구성으로 해도 된다.

또한, 주축 헤드의 축 방향에 형성된 주축 카트리지 파지부에 주축 카트리지가 삽입되어 있음과 함께, 주축 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해, 주축 카트리지가, 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다면, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향인 Z 축 이동량이, 주축 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해 필요한 길이보다도 길기 때문에, Z 축 피딩을 이용하여 용이하게 빼낼 수 있다.

또한, 주축 서브 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해, 주축 서브 카트리지가, 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다면, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향인 Z 축 이동량이, 주축 서브 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도 길기 때문에, Z 축 피딩을 이용하여 용이하게 빼낼 수 있다.

또한, 주축 헤드의 주축 카트리지 파지부가, 적어도 절반으로 분할되는 위치에서 분할되어 분해 가능하면, 예를 들어 Z 축 이동량이 짧게 설정되어 있더라도 주축 헤드의 주축 카트리지 파지부를 분할ㆍ전개함으로써 분해ㆍ조립을 할 수 있고, 또한 주축 카트리지와 주축 헤드의 체결 강성을 높여 공작 기계 전체의 강성을 높일 수 있다.

또한, 로터를 갖는 회전축과, 프론트측 베어링과, 리어측 베어링와, 프론트 하우징와, 슬리브 하우징이 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지를 형성하고, 주축 서브 카트리지와, 외통과, 툴 언클램프 실린더가 3 분할로 구성되며, 주축 서브 카트리지를 외통으로부터 빼낼 수 있다.

따라서, 주축 서브 카트리지를 구성하는 로터를 갖는 회전축, 프론트측 베어링, 리어측 베어링, 프론트 하우징, 슬리브 하우징을 외통으로부터 일체적으로 빼낼 수 있기 때문에, 주축 장치 전체를 분해하지 않고 점검ㆍ수리ㆍ교환이 필요한 회전축, 프론트측 베어링, 리어측 베어링만을 간단하게 떼어낼 수 있다. 이것에 의해, 배선이나 배관을 떼어내지 않고, 주축 카트리지를 구성하는 임의의 부품의 관리가 가능해진다.

여기서, 주축 장치로는, 여러 종류의 공구를 교환 가능하게 파지하고 고속으로 회전하는 장치를 예시할 수 있다. 이러한 주축 장치에서는, 워크의 가공 중에 큰 절삭 저항을 받아 주축의 공구 장착 구멍이 마모되거나, 공구를 클램프하는 콜레트나 디스크 스프링이 파손되거나, 베어링이 마모ㆍ손상되기도 한다. 그 때문에, 사용 현장에서 이러한 고장이나 장애를 수리하는 경우, 윤활, 냉각, 청소를 위한 오일-에어 압의 배관, 빌트-인 모터나 리미트 스위치에 대한 전기 배선을 떼어내고, 주축 장치 전체를 분해하여, 주축, 주축 내 부품, 또는 베어링을 교환하고 나서 재조립하는 것이 일반적이다. 이 수리 작업은 대규모로 이루어지고, 고도한 전문 기술과 기능이 요구되며, 또한 막대한 시간을 필요로 한다.

또한, 툴 언클램프 실린더를 외통으로부터 빼낼 수 있으면, 주축 장치 전체를 분해하지 않고서 툴 언클램프 실린더만을 간단히 떼어낼 수 있기 때문에, 툴 언클램프 실린더를 구성하는 모든 부품의 점검ㆍ수리ㆍ교환을 간단하게 할 수 있다.

또한, 주축 서브 카트리지가 제거된 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를, 주축 헤드로부터 빼낼 수 있으면, 주축 장치 전체를 분해하지 않고, 주축 서브 카트리지에 추가하여, 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 간단히 떼어낼 수 있기 때문에, 외통 또는 툴 언클램프 실린더를 구성하는 모든 부품의 점검ㆍ수리ㆍ교환을 간단하게 할 수 있다.

또한, 주축 서브 카트리지와, 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 빼낼 수 있으면, 주축 장치 전체를 분해하지 않고, 주축 서브 카트리지와, 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 간단히 떼어낼 수 있기 때문에, 주축 장치 전체를 구성하는 모든 부품의 점검ㆍ수리ㆍ교환을 간단하게 할 수 있다.

또한, 툴 언클램프 실린더 또는 외통에, 각종 유체 배관, 전원 커플러를 갖는 커플러를 착탈 가능하게 장착하면, 커플러에 각종 유체 배관의 개폐 밸브나 전원 커플러를 배치함으로써, 점검ㆍ수리ㆍ교환시에 각종 유체 배관을 폐색하고, 전원 커플러를 떼어낸 다음에 작업하면, 유체의 누출이나 전원 배선의 얽힘 등을 방지하면서 작업을 할 수 있다.

또한, 회전축의 회전을 검출하는 센서를, 회전축과, 외통 사이에 배치하면, 툴 언클램프 실린더를 떼어내는 것만으로 센서의 점검ㆍ수리ㆍ교환이 가능해진다.

다음으로, 시험 장치 (110) (일례로서 요부를 도 16 에 나타낸다) 를 사용하여 실시한 강성의 측정 결과에 관해 설명한다.

시험 장치 (110) 는, 실제 주축 장치 (80) 와 동일한 치수, 외경 85㎜ 로 한 더미 베어링 슬리브 (111) 에, 내경 85㎜ 로 한 더미 슬리브 하우징 (112) 을, 끼워맞춤 간극 150㎛ 를 부여하여 끼워서 배치하고 있다. 더미 슬리브 하우징 (112) 의 프론트측 베어링측 (도 16 에 있어서 왼쪽) 에는 2 개의 O 링 홈 (96) 이 형성되고, 더미 베어링 슬리브 (111) 의 리어측 베어링측 (도 16 에 있어서 오른쪽) 에는, 마찬가지로 2 개의 O 링 홈 (97) 이 평행하게 형성되어 있고, 각각의 O 링 홈 (97, 96) 에 내경 84.5㎜, 굵기 2㎜ 의 O 링 (94) 이 장착되어 있다. 또한, 더미 슬리브 하우징 (112) 의 외주면 (113) 에는 전기 마이크로미터의 픽업이 장착되어 있고, 더미 슬리브 하우징 (112) 의 외주면 (113) 의 반경 방향 변위량 (더미 슬리브 하우징 (112) 의 중심의 변위량이기도 하다) 을 전기 마이크로미터 (114) 로 검출할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 시험 장치 (110) 에, 에어 실린더 (도시 생략) 에 의해 더미 슬리브 하우징 (112) 의 외주면을 화살표 B 방향으로 압력을 가하여 하중을 부여하였다.

상기 서술한 것 외의 각 시험 조건은 다음과 같다.

O 링의 소재: A) 니트릴 고무

B) 불소 고무

O 링의 간섭: A) 0.300㎜

B) 0.275㎜

C) 0.250㎜

압축 공기의 압력: A) 0MPa

B) 0.49MPa

에어 실린더에 의한 O 링 2 개의 부하 하중: A) 50N

B) 100N

시험 방법: O 링의 소재, O 링의 간섭, 압축 공기의 압력, 에어 실린더에 의한 하중의 각 조건을 랜덤하게 변경하여 시험하고, 그 때의 더미 슬리브 하우징 (112) 의 외주면 (113) 의 변위량 (중심의 변위량) 을 전기 마이크로미터 (114) 로 측정하였다. 각각의 측정은 5 회씩 측정하고, 그 평균치를 측정 결과로 하였다.

(시험 결과)

압축 공기의 압력을 0MPa 로 했을 때 (즉 압축 공기의 공급이 없을 때) 의 O 링 강성의 측정 결과를, 에어 실린더에 의해 더미 슬리브 하우징 (112) 에 부하한 하중과, 중심의 변위량의 비로서 표 1 에 나타낸다. 또, 단위는 N/㎛ 이고 수치가 클수록 래이디얼 강성이 큼을 나타내고 있다.

압축 공기압 0MPa 단위: N/㎛

O 링 재질	니트릴 고무			불소 고무
간섭 ㎜	0.3	0.275	0.25	0.3	0.275	0.25
하중 N(*)
100	2.35	1.79	1.47	1.75	1.53	1.33
50	1.93	1.44	1.27	1.56	1.25	1.10

(*) 하중은 O 링 2 개에 가해지는 하중

압축 공기의 압력을 0.49MPa 로 했을 때의 O 링 강성의 측정 결과를, 에어 실린더에 의해 더미 슬리브 하우징 (112) 에 부하한 하중과, 중심의 변위량의 비로서 표 2 에 나타낸다. 또, 단위는 N/㎛ 이고 수치가 클수록 래이디얼 강성이 큼을 나타내고 있다.

압축 공기압 0.49MPa 단위: N/㎛

O 링 재질	니트릴 고무			불소 고무
간섭 ㎜	0.3	0.275	0.25	0.3	0.275	0.25
하중 N(*)
100	2.70	2.67	2.30	2.25	2.11	1.94
50	2.27	2.15	1.85	2.05	1.74	1.51

(*) 하중은 O 링 2 개에 가해지는 하중

또, 간섭 0.250㎜ 로 설정한 불소 고무제 O 링 (94) 을 랜덤한 장착순으로 장착하여 더미 슬리브 하우징 (112) 의 중심 위치의 어긋남을 5 회 측정하였다. 그 편차 (최대값－최소값) 를 표 3 에 나타낸다.

압축 공기압 MPa	0	0.49
중심 변위량의 편차 ㎛	56	22

표 1 에서 알 수 있듯이, O 링 (94) 에 압축 공기를 공급하지 않은 경우, O 링 (94) 의 간섭이 큰 쪽이 래이디얼 강성이 높다. 또한, 간섭의 변화량에 대한 래이디얼 강성의 변화량은, 니트릴 고무제 O 링보다 불소 고무제 O 링이 크다.

표 1 및 표 2 로부터, O 링 (94) 에 압축 공기를 공급함으로써 래이디얼 강성이 높아짐을 알 수 있다. 이것은, 압축 공기에 의해 O 링 (94) 이 눌려 찌부러져 (도 15 참조), O 링 (94) 자신의 강성이 높아진 것에 의한 것이다. 또한, 간섭이 작은 쪽이 압축 공기 공급에 의한 래이디얼 강성의 변화량이 크다. 그리고, 압축 공기 공급에 의한 래이디얼 강성의 변화량은, 불소 고무제 O 링이 니트릴 고무제 O 링보다 크게 되어 있다.

표 3 에서 알 수 있듯이, 더미 슬리브 하우징 (112) 의 중심 위치의 어긋남량의 편차는, 압축 공기를 공급하지 않은 경우에는 56㎛ 인 데 대하여, 압축 공기를 공급하면 22㎛ 로 작아져 있어, 압축 공기를 공급함으로써 O 링 (94) 의 형상이나 자세가 안정되는 것을 알 수 있다.

이상의 시험 결과로부터, 프론트 하우징 (87) 과 베어링 슬리브 (84) 사이에 복수의 O 링 (94) 를 배치함과 함께, O 링 (94) 사이에 압축 공기를 공급함으로써 래이디얼 강성을 높일 수 있고, 또한 압축 공기의 압력을 조정함으로써, 래이디얼 강성을 임의의 경도로 조정할 수 있다는 것을 알 수 있다.

한편, 제 5 예에 관련된 주축 장치는, 전술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라 적당한 변형 및 개량 등이 가능하다.

또한, 프론트측ㆍ리어측 베어링은, 앵귤러 컨택트 볼 베어링에 한정되지 않고, 딥 그루브 볼 베어링이나 각종 롤러 베어링 등의 롤링 베어링이어도 된다.

도 17 및 도 18 은, 청구 범위 제 20 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 6 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 회전축 (121) 과, 프론트측 베어링 (122, 122) 과, 프론트 하우징 (125) 과, 빌트-인 모터 (126) 의 로터 (127) 및 스테이터 (128) 와, 리어측 베어링 (130) 과, 리어 하우징 (145) 과, 외통 (132) 으로 구성된 주축 카트리지 (133) 가, 주축 헤드 (131) 에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능한 것이다.

도 17, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 제 6 예의 공작 기계 (120) 는, 회전이 자유로운 회전축 (121) 과, 내륜 (123, 123) 안에 회전축 (121) 의 전단이 끼워진 프론트측 베어링 (122, 122) 과, 프론트측 베어링 (122, 122) 의 외륜 (124, 124) 이 안에 끼워진 프론트 하우징 (125) 과, 빌트-인 모터 (126) 의 로터 (127) 와, 빌트-인 모터 (126) 의 스테이터 (128) 와, 내륜 (129) 에 회전축 (121) 의 후단이 끼워진 리어측 베어링 (130) 과, 주축 헤드 (131) 안에 끼워지는 외통 (132) 으로 구성된 주축 카트리지 (주축 장치: 133) 를 구비하고, 주축 카트리지 (133) 가, 주축 헤드 (131) 에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다.

그리고, 주축 헤드 (131) 는 주축 카트리지 파지부 (134) 를 축 방향에 갖고, 주축 카트리지 (133) 가, 당해 주축 카트리지 파지부 (134) 에 삽입되어 있다. 또한, 주축 카트리지 (133) 가 주축 헤드 (131) 에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축 (121) 의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있다.

공작 기계 (120) 는, 버티칼 머시닝 센터이고, 베드 (135) 에 칼럼 (136) 이 수직으로 고정되어 있고, 베드 (135) 상에 배치된 Y 축 안내 레일 (137) 에 지지되면서, 워크 테이블 (138) 이 칼럼 (136) 에 대하여 진퇴하는, 회전축 (121) 의 축 방향과 직교하는 피딩축 방향인 Y 축 방향으로 이동한다. 칼럼 (136) 의 상단부에는 X 축 안내 레일 (139) 이 배치되어 있고, 이 X 축 안내 레일 (139) 에 지지되면서, 새들 (saddle: 140) 이 칼럼 (136) 에 대한 가로 방향 (도 17 중의 전후 방향) 으로, 회전축 (121) 의 축 방향과 직교하는 피딩축 방향인 X 축 방향으로 이동한다. 새들 (140) 의 선단부에는 Z 축 안내 레일 (141) 이 배치되어 있고, 이 Z 축 안내 레일 (141) 에 지지되면서, 주축 헤드 (131) 가 회전축 (121) 의 축 방향과 평행한 피딩축 방향인 Z 축 방향으로, 워크 테이블 (138) 에 대하여 진퇴 이동한다.

주축 카트리지 (133) 는, 회전축 (121) 과, 프론트측 베어링 (122) 과, 프론트 하우징 (125) 과, 빌트-인 모터 (126) 를 구성하는 로터 (127) 와, 동일하게 빌트-인 모터 (126) 를 구성하는 스테이터 (128) 와, 리어측 베어링 (130) 과, 리어 하우징 (145) 과, 외통 (132) 으로 구성되어 있다.

회전축 (121) 은, 스테이터 (128) 의 내주부에 접촉하지 않는 로터 (127) 를 갖는다. 로터 (127) 는, 스테이터 (128) 가 발생한 회전 자계에 의해 회전축 (121) 을 회전시킨다. 회전축 (121) 은, 조립된 인장봉 (도시 생략) 을 통하여 공구 홀더 (도시 생략) 에 연결된다.

외통 (132) 은, 원통형상으로 형성되어 있고, 내주면에 스테이터 (128) 가 고정되어 있다. 스테이터 (128) 는, 모터 전력 케이블 (도시 생략) 을 통하여 주어진 전류에 의해 내주측에 회전 자계를 발생시킨다.

프론트 하우징 (125) 은 원통형상으로 형성되어 있고, 외통 (132) 의 전단부에 고정되어 있다.

리어 하우징 (145) 은 원통형상으로 형성되어 있고, 외통 (132) 의 후단부에 고정되어 있다. 리어 하우징 (142) 에는, 인장봉을 누르기 위해 진퇴 이동하는 로터리 조인트 (도시 생략) 를 조립한 피스톤 기구의 툴 언클램프 실린더 (143) 가 결합되어 있다.

프론트측 베어링 (122, 122) 은, 복열의 앵귤러 컨택트 볼 베어링이고, 내륜 (123, 123) 안에 회전축 (121) 의 전단부가 각각 끼워져 있고, 외륜 (124, 124) 이 프론트 하우징 (125) 안에 각각 끼워져 있다.

리어측 베어링 (130) 은, 단열의 앵귤러 컨택트 볼 베어링이고, 내륜 (129) 안에 회전축 (121) 의 후단부가 끼워져 있고, 외륜 (144) 이 리어 하우징 (142) 안에 끼워져 있다.

본 예의 공작 기계 (120) 에 의하면, 주축 카트리지 (133) 가 주축 헤드 (131) 에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축 (121) 의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있다. 이것에 의해, 회전축 (121) 의 축 방향과 평행한 피딩축 방향인 Z 축 이동량이, 주축 카트리지 (133) 가 주축 헤드 (131) 에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도 길기 때문에, Z 축 피딩을 이용하여 용이하게 빼낼 수 있다.

도 19 ∼ 도 23 은, 청구 범위 제 21 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 7 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 회전축 (121) 과, 프론트측 베어링 (122) 과, 프론트 하우징 (125) 과, 빌트-인 모터 (126) 의 로터 (127) 와, 리어측 베어링 (130) 과, 베어링 슬리브 (142) 로 구성된 반조립체인 주축 서브 카트리지 (151) 가, 주축 헤드 (131) 에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다. 또한, 주축 서브 카트리지 (151) 가 주축 헤드 (131) 에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축 (121) 의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 예와 동일하므로, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 19 에 나타내는 바와 같이, 제 7 예의 공작 기계 (150) 는, 회전이 자유로운 회전축 (121) 과, 내륜 (123) 안에 회전축 (121) 의 전단이 끼워진 프론트측 베어링 (122) 과, 프론트측 베어링 (122) 의 외륜 (124) 이 안에 끼워진 프론트 하우징 (125) 과, 빌트-인 모터 (126) 의 로터 (127) 와, 내륜 (144) 안에 회전축 (121) 의 후단이 끼워진 리어측 베어링 (130) 과, 리어측 베어링 (130) 의 외륜 (144) 이 안에 끼워진 베어링 슬리브 (142) 로 구성된 반조립체인 주축 서브 카트리지 (151) 를 구비하고, 주축 서브 카트리지 (151) 가, 주축 헤드 (131) 에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하다. 또한, 주축 서브 카트리지 (151) 가 주축 헤드 (131) 에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축 (121) 의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있다.

공작 기계가 버티컬 머시닝 센터인 경우, Z 축 안내 레일 (141) 에 지지되면서 Z 축 방향으로 이동하는 주축 헤드 (131) 의 Z 축 이동량 (L3) 이 길어지면, 필연적으로 기계 높이 (H1) 가 높아진다. 기계 높이 (H1) 는, 도로 운반시의 높이, 기계 반입ㆍ반출시의 공장 입구ㆍ출구부의 높이, 설치 장소의 천장 높이의 제한을 받는다. 이 때문에, 기계 높이 (H1) 는 가능한 한 낮은 편이 바람직하다. 그래서, 공작 기계 (150) 에서는, 반조립체인 주축 서브 카트리지 (151) 를 주축 헤드 (131) 로부터 완전히 잡아 빼기 위해 필요한 길이 (L4) 가 주축 카트리지 (133) (도 17 참조) 를 잡아 빼기 위해 필요한 길이 (L1) 보다 작기 때문에 Z 축 이동량 (L3) 을 짧게 할 수 있고, 결과적으로 기계 높이 (H1) 를 낮게 할 수 있다.

도 20 에 나타내는 바와 같이, 주축 서브 카트리지 (151) 는, 스테이터 (128) 의 내경 (φD1) 보다도 베어링 슬리브 (142) 의 외경 (φD2) 쪽이 작다. 그리고, 주축 서브 카트리지 (151) 는, 베어링 슬리브 (142) 가, 이 베어링 슬리브 (142) 를 안에 끼우고 있는 슬리브 하우징 (152) 에 대하여, 도 20 중 하방쪽으로 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다. 이것에 의해, 반조립체인 주축 서브 카트리지 (151) 는 외통 (132) 과 체결하고 있는 볼트 (도시 생략) 를 푸는 것만으로 프론트 하우징 (125) 을 먼저 외통 (132) 으로부터 일체적으로서 잡아 빼낼 수 있음과 함께, 슬리브 하우징 (152) 에 배치되어 있는 냉각 오일 공급 호스 (153), 유압 공급 호스 (154), 모터 동력 케이블 (155) 의 분해 작업을 하지 않고, 주축 헤드 (131) 에 대하여 일체적으로 분해, 조립이 가능하여, 그것으로 인해 교환 시간을 단축할 수 있다.

다음으로, 도 21 ∼ 도 23 을 참조하여, 제 7 예의 공작 기계 (150) 에 있어서의 주축 서브 카트리지 (151) 의 분해 순서를 설명한다.

도 21 에 나타내는 바와 같이, 우선 Z 축 피딩을 이용하여 주축 헤드 (131) 를 최하 위치 (A1) 까지 하강시킨다. 거기서, 프론트 하우징 (125) 의 외통 (132) 에 대한 고정을 해제한다.

도 22 에 나타내는 바와 같이, Z 축 피딩을 이용하여 주축 헤드 (131) 를 최상 위치 (A2) 까지 상승시킨다. 주축 헤드 (131) 은, 스테이터 (128) 를 갖는 외통 (132), 슬리브 하우징 (152) 과 함께 상승하기 때문에, 반조립체인 주축 서브 카트리지 (151) 만이 남겨지고, 이 주축 서브 카트리지 (151) 를 일체적으로 떼어낼 수 있다.

도 23 에 나타내는 바와 같이, 주축 헤드 (131) 의 외통 (132) 에 대한 체결을 해제함으로써, 나머지, 스테이터 (128) 를 갖는 외통 (132), 슬리브 하우징 (152) 등의 부품을 떼어낼 수 있다. 이 때, 나머지, 스테이터 (128) 를 갖는 외통 (132), 슬리브 하우징 (152) 등의 부품을 일체적으로 떼어내기 위해서는, 나머지 부품의 전체 길이 (L5) 보다도, 주축 헤드 (131) 의 하면으로부터 워크 테이블 (137) 상면까지의 거리 (L6) 쪽이 길어야 하지만, 주축 서브 카트리지 (151) 가 미리 분해 완료되었기 때문에, L5<L6 의 관계를 구성하는 것이 용이하다. 그것에 의해, Z 축 이동량 (L3) 을 짧게 할 수 있고, 기계 높이 (H1) 를 낮게 할 수 있다.

본 예의 공작 기계 (150) 에 의하면, 회전축 (121) 과, 프론트측 베어링 (122) 과, 프론트 하우징 (125) 과, 로터 (127) 와, 리어측 베어링 (130) 과, 베어링 슬리브 (142) 로 주축 서브 카트리지 (151) 가 구성되고, 이 주축 서브 카트리지 (151) 가, 주축 헤드 (131) 에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하게 배치된다. 따라서, 공작 기계 (150) 전체를 분해하지 않고, 점검ㆍ수리ㆍ교환이 필요한 반조립체인 주축 서브 카트리지 (151) 을 주축 헤드 (131) 로부터 단체로 떼내어 분해ㆍ조립할 수 있다.

도 24 는, 청구 범위 제 22 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 8 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 주축 카트리지 (133) 가, 단체로 일체적으로 분해 그리고 일체적으로 조립 가능하다. 또한, 주축 헤드 (161) 가 주축 카트리지 (133) 를 수용하는 주축 카트리지 파지부 (134) 를 갖고, 주축 카트리지 파지부 (134) 가, 적어도 절반으로 분할되는 위치에서 분할되어 분해 가능한 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 예와 동일하므로, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 24 에 나타내는 바와 같이, 제 8 예의 공작 기계 (160) 는, 주축 카트리지 (133) 가 단체로 일체적으로 분해 그리고 일체적으로 조립 가능하다. 또한, 주축 헤드 (161) 가, 주축 카트리지 (133) 를 수용하는 주축 카트리지 파지부 (134) 를 갖는다. 또한, 주축 헤드 (161) 의 주축 카트리지 파지부 (134) 가, 적어도 절반으로 분할되는 위치에서 분할되어 분해 가능하다.

공작 기계 (160) 는, 주축 헤드 (161) 가, 회전축 중심선 (162) 부분에서 분할된 제 1 주축 헤드부 (163) 및 제 2 주축 헤드부 (164) 를 갖고, 양 주축 헤드부 (163, 164) 가 볼트 (165) 에 의해 체결되어 있다. 그리고, 주축 카트리지 (133) 가, 플랜지부 (166) 를 통하여 일체화된 제 1 주축 헤드부 (163), 제 2 주축 헤드부 (164) 의 양쪽에 볼트 (167) 에 의해 체결되어 있다.

공작 기계 (160) 에서는, 주축 카트리지 (133) 를 교환할 때에, 볼트 (165) 를 풀어 제 1 주축 헤드부 (163) 를 제 2 주축 헤드부 (164) 로부터 떼어냄으로써, Z 축 스트로크의 길이에 상관없이 주축 카트리지 (133) 를 단체로 일체적으로 떼낼 수 있어, 그 작업을 용이하게 할 수 있다. 여기서, 제 2 주축 헤드부 (164) 는 사람이 들 수 있는 질량으로 설정되어 있다.

또, 제 6 예, 제 7 예, 제 8 예에 관련된 공작 기계는, 전술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 적당한 변형 및 개량 등이 가능하다.

또한, 프론트측ㆍ리어측 베어링은, 앵귤러 컨택트 볼 베어링에 한정되지 않고, 딥 그루브 볼 베어링이나 각종 롤러 베어링, 등의 롤링 베어링이어도 된다.

도 25 ∼ 도 29 는, 청구 범위 제 23항, 제 24 항, 제 25 항, 제 26 항, 제 28 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 9 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 외통 (181) 과, 주축 헤드 (183) 와, 회전축 (184) 과, 프론트측 베어링 (186, 186) 과, 리어측 베어링 (188) 과, 프론트 하우징 (191) 과, 슬리브 하우징 (193) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 를 구비하고, 회전축 (184) 과, 프론트측 베어링 (186) 과, 리어측 베어링 (188) 과, 프론트 하우징 (191) 과, 슬리브 하우징 (193) 이 일체적으로 조립되어 반조립체인 주축 서브 카트리지 (195) 를 형성하고, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 가 3 분할로 구성되며, 반조립체인 주축 서브 카트리지 (195) 를 외통 (181) 으로부터 빼낼 수 있게 한 것이다.

도 25 에 나타내는 바와 같이, 제 9 예의 주축 장치 (180) 는, 스테이터 (182) 를 갖는 외통 (181) 과, 외통 (181) 이 안에 끼워진 주축 헤드 (183) 와, 스테이터 (182) 의 안쪽에 배치된 로터 (185) 를 갖는 회전 가능한 회전축 (184) 과, 내륜 (187, 187) 안에 회전축 (184) 의 일단이 끼워진 프론트측 베어링 (186, 186) 과, 내륜 (189) 안에 회전축 (184) 의 타단이 끼워진 리어측 베어링 (188) 과, 프론트측 베어링 (186, 186) 의 외륜 (190, 190) 이 안에 끼워지고, 외통 (181) 의 일단에 장착된 프론트 하우징 (191) 과, 리어측 베어링 (188) 의 외륜 (192) 이 안에 끼워지고, 외통 (181) 의 타단 안에 끼워진 슬리브 하우징 (193) 과, 외통 (181) 의 일단에 고정된 툴 언클램프 실린더 (194) 를 구비하고, 로터 (185) 를 갖는 회전축 (184) 과, 프론트측 베어링 (186) 과, 리어측 베어링 (188) 과, 프론트 하우징 (191) 과, 슬리브 하우징 (193) 가 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지 (195) 를 형성하고, 당해 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 가 3 분할로 구성되며, 주축 서브 카트리지 (195) 를 외통 (181) 으로부터 빼낼 수 있다.

또한, 툴 언클램프 실린더 (194) 를 외통 (181) 으로부터 빼낼 수 있고, 주축 서브 카트리지 (195) 가 제거된 외통 (181) 과 툴 언클램프 실린더 (194) 의 조립체 (제 1 조립체: 196) (도 28 에 나타낸다) 를, 주축 헤드 (183) 로부터 빼낼 수 있다.

또한, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 의 조립체 (제 2 조립체: 197) (도 29 에 나타낸다) 를 주축 헤드 (183) 로부터 빼낼 수 있고, 회전축 (184) 의 회전을 검출하는 센서 (회전 센서: 198) 를, 회전축 (184) 과, 외통 (181) 사이에 배치하고 있다.

외통 (181) 은 원통형상으로 형성되어 있고, 도 25 중 하방인 일단부가 프론트 하우징 고정부 (199) 로 되어 있다. 또한, 외통 (181) 은, 도 25 중 상방인 타단부에 슬리브 하우징 고정부 (200) 가 형성되어 있다. 슬리브 하우징 고정부 (200) 에는 전선 삽입통과부 (201) 가 형성되어 있다. 외통 (181) 의 내주면에는 스테이터 (182) 가 고정되어 있다. 스테이터 (182) 는, 전원 배선 (202) 으로부터 제공된 전류에 의해 내주측에 회전 자계를 발생시킨다.

주축 헤드 (183) 는 외통 (181) 을 착탈 가능하게 파지하고 있고, 예를 들어 수평형 머시닝 센터인 경우, 베드에 수직으로 고정된 칼럼의 Y 축 안내 레일을 따라 상하 이동한다.

회전축 (184) 은, 스테이터 (182) 의 내주부에 접촉하지 않는 로터 (185) 를 갖는다. 로터 (185) 는, 스테이터 (182) 가 발생시킨 회전 자계에 의해 회전축 (184) 을 회전시킨다. 회전축 (184) 은, 조립된 인장봉 (203) 을 통하여 공구 홀더 (도시 생략) 에 연결된다.

프론트측 베어링 (186, 186) 은, 복렬의 앵귤러 컨택트 볼 베어링이고, 내륜 (187, 187) 안에 회전축 (184) 의 일단부가 각각 끼워져 있고, 외륜 (190, 190) 이 프론트 하우징 (191) 안에 각각 끼워져 있다.

프론트 하우징 (191) 은 원통형상으로 형성되어 있고, 외통 (181) 의 단부에 외통 내부 끼워맞춤부 (204) 가 형성되어 있다. 또한, 프론트 하우징 (191) 은, 외주부에 외주부재 (205) 가 외부로부터 끼워져 있고, 이밖에 외주부재 (205) 사이에, 원주 방향으로 오목홈형상을 갖는 유체 유로 (206) 가 복수 형성되어 있다. 유체 유로 (206) 는, 툴 언클램프 실린더 (194) 에 장착된 냉각 오일 공급 호스 (207) 에 이어져 접속된다.

리어측 베어링 (188) 은, 단열의 앵귤러 컨택트 볼 베어링이고, 내륜 (189) 에 회전축 (184) 의 타단부가 끼워져 있고, 외륜 (192) 이 슬리브 하우징 (193) 안에 끼워져 있다.

슬리브 하우징 (193) 은 원통형상으로 형성되어 있고, 외통 (181) 의 슬리브 하우징 고정부 (200) 안에 끼워져 있다.

그리고, 회전축 (184) 의 타단부에 회전 센서 (198) 가 배치되어 있다. 회전 센서 (198) 는, 회전축 (184) 의 타단부에 고정된 회전체 (208) 와, 이 회전체 (208) 의 외주에 근접하여 외통 (181) 에 고정된 전기 신호 발생기 (209) 로 이루어진다. 전기 신호 발생기 (209) 는, 회전축 (184) 과 함께 회전체 (208) 가 회전함으로써 회전체 (208) 로부터 주어진 자기를 전기적으로 변환하여, 예를 들어 펄스상의 회전 신호를 발생한다. 발생된 회전 신호는, 센서 신호선 (도시 생략) 이나 송신기 (도시 생략) 에 의해 제어 장치 (도시 생략) 에 전송되고 감시된다.

툴 언클램프 실린더 (194) 는, 외통 (181) 의 일단부에 착탈 가능하게 고정되어 있고, 인장봉 (203) 을 가압하기 위해 진퇴 이동하는 피스톤 (210) 을 조립하고 있다. 또한, 툴 언클램프 실린더 (194) 에는 전원 배선 (202) 이 플러그 (211) 를 통하여 장착되어 있음과 함께, 냉각 오일 공급 호스 (207) 가 나사식으로 고정되어 있다. 냉각 오일 공급 호스 (207) 는, 이 툴 언클램프 실린더 (194) 내와, 외통 (181) 내를 통하여 프론트 하우징 (191) 의 유체 유로 (206) 에 이어져 접속되어 있다.

이러한 주축 장치 (180) 에서는, 로터 (185) 를 갖는 회전축 (184) 과, 프론트측 베어링 (186) 과, 리어측 베어링 (188) 과, 프론트 하우징 (191) 과, 슬리브 하우징 (193) 과, 회전 센서 (198) 의 회전체 (208) 가 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지 (195) 를 형성하고 있고, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 가 3 분할로 구성되어 있다.

도 26 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (180) 는, 로터 (185) 의 외경 (D1), 슬리브 하우징 (193) 의 외경 (D2), 회전 센서 (198) 의 회전체 (208) 의 외경 (D3) 이 모두 스테이터 (182) 의 내경 (D4) 보다도 작게 설정되어 있다. 그 때문에, 프론트 하우징 (191) 을 선두로, 주축 서브 카트리지 (195) 를 외통 (181) 으로부터 잡아 빼낼 수 있다. 이것에 의해, 주축 서브 카트리지 (195) 를 구성하는, 로터 (185) 를 갖는 회전축 (184) 과, 프론트측 베어링 (186) 과, 리어측 베어링 (188) 과, 프론트 하우징 (191) 과, 슬리브 하우징 (193) 과, 회전 센서 (198) 의 회전체 (208) 에 점검, 수리, 교환 등의 유지 보수가 필요하게 되었을 때, 주축 서브 카트리지 (195) 에 대한 유지 보수 작업을 간단하게 할 수 있다.

도 27 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (180) 는, 툴 언클램프 실린더 (194) 가 외통 (181) 의 단부에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 그 때문에, 툴 언클램프 실린더 (194) 만을 외통 (181) 으로부터 간단히 빼낼 수 있기 때문에, 툴 언클램프 실린더 (194) 에 배치되어 있는, 로터리 조인트 (212), 전원 배선 (202) 의 플러그 (211), 냉각 오일 공급 호스 (207) 에 점검, 수리, 교환 등의 유지 보수가 필요하게 되었을 때, 이들에 대한 유지 보수 작업을 간단하게 할 수 있다. 또, 툴 언클램프 실린더 (194) 를 떼어냄으로써, 회전 센서 (198) 의 전기 신호 발생기 (209) 에 있어서의 점검, 수리, 교환 등의 유지 보수 작업도 간단하게 할 수 있다.

도 28 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (180) 는, 외통 (181) 이 주축 헤드 (183) 에 착탈 가능하게 파지되어 있기 때문에, 주축 서브 카트리지 (195) 가 제거된 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 로 이루어지는 제 1 조립체 (196) 를 주축 헤드 (183) 로부터 빼낼 수 있다. 그것에 의해, 외통 (181) 에, 점검, 수리, 교환 등의 유지 보수가 필요하게 되었을 때, 외통 (181) 에 대한 유지 보수 작업을 간단하게 할 수 있다.

도 29 에 나타내는 바와 같이, 주축 장치 (180) 는, 외통 (181) 이 주축 헤드 (183) 에 착탈 가능하게 파지되어 있기 때문에, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 로 이루어지는 제 2 조립체 (197) 를 주축 헤드 (183) 로부터 빼낼 수 있다. 그것에 의해, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 로 이루어지는 제 2 조립체 (197) 에 점검, 수리, 교환 등의 유지 보수가 필요하게 되었을 때, 제 2 조립체 (197) 에 대한 유지 보수 작업을 간단하게 할 수 있다.

제 9 예의 주축 장치 (180) 에 의하면, 로터 (185) 를 갖는 회전축 (184) 과, 프론트측 베어링 (186) 과, 리어측 베어링 (188) 과, 프론트 하우징 (191) 과, 슬리브 하우징 (193) 가 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지 (195) 를 형성하고, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 가 3 분할로 구성되며, 주축 서브 카트리지 (195) 를 외통 (181) 으로부터 빼낼 수 있다. 따라서, 주축 서브 카트리지 (195) 를 구성하는, 로터 (185) 를 갖는 회전축 (184), 프론트측 베어링 (186), 리어측 베어링 (188), 프론트 하우징 (191), 슬리브 하우징 (193) 을 외통 (181) 으로부터 일체적으로 빼낼 수 있기 때문에, 주축 장치 (180) 전체를 분해하지 않고, 점검ㆍ수리ㆍ교환이 필요한 회전축 (184), 프론트측 베어링 (186), 리어측 베어링 (188) 만을 간단히 떼어낼 수 있다.

또한, 제 9 예의 주축 장치 (180) 에 의하면, 툴 언클램프 실린더 (194) 를 외통 (181) 으로부터 빼낼 수 있다. 이것에 의해, 주축 장치 (180) 전체를 분해하지 않고, 점검ㆍ수리ㆍ교환이 필요한 툴 언클램프 실린더 (194) 만을 간단히 떼어낼 수 있다.

또한, 제 9 예의 주축 장치 (180) 에 의하면, 주축 서브 카트리지 (195) 가 제거된 외통 (181) 과 툴 언클램프 실린더 (194) 의 제 1 조립체 (196) 를, 주축 헤드 (183) 로부터 빼낼 수 있다. 이것에 의해, 주축 장치 (180) 전체를 분해하지 않고, 점검ㆍ수리ㆍ교환이 필요한 주축 서브 카트리지 (195) 에 추가하여, 외통 (181) 과 툴 언클램프 실린더 (194) 의 제 1 조립체 (196) 를 주축 헤드 (183) 로부터 간단히 떼어낼 수 있다.

또, 제 9 예의 주축 장치 (180) 에 의하면, 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 의 제 2 조립체 (197) 를 주축 헤드 (183) 로부터 빼낼 수 있다. 이것에 의해, 주축 장치 (180) 전체를 분해하지 않고, 점검ㆍ수리ㆍ교환이 필요한 주축 서브 카트리지 (195) 와, 외통 (181) 과, 툴 언클램프 실린더 (194) 의 제 2 조립체 (197) 를 주축 헤드 (183) 로부터 간단히 떼어낼 수 있다.

도 30 은, 청구 범위 제 23 항, 제 27 항에 대응하는, 본 발명의 실시형태의 제 10 예를 나타내고 있다. 본 예의 특징은, 툴 언클램프 실린더 (194) 에, 각종 유체 배관, 각종 전원 케이블을 배치한 커플러 (221) 를 착탈 가능하게 부착한 것이다. 그 밖의 구성은 제 1 예와 동일하므로, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.

도 30 에 나타내는 바와 같이, 제 10 예의 주축 장치 (220) 는, 주축 카트리지 방식을 채용하고 있고, 툴 언클램프 실린더 (194) 에 각종 유체 배관, 각종 전원 케이블을 배치한 커플러 (221) 가 착탈 가능하게 장착되어 있다.

여기서, 주축 카트리지 (222) 에 필요한 오일-에어 압관으로는, 냉각 오일 공급관로, 유압 공급관로, 절삭액 공급관로, 에어 퍼지 공급관로, 테이퍼 클리닝 에어 공급관로 등이 있다. 또한, 주축 카트리지 (222) 에 필요한 전선으로는, 모터 동력 케이블, 모터 회전 센서 케이블, 검출 스위치 케이블 등이 있다. 그리고, 주축 카트리지 (222) 를 주축 헤드 (183) 로부터 분해, 또는 조립할 때에는, 이들 다수의 유체 배관과 전원 케이블을 떼어낼 필요가 있어 작업 시간이 걸린다. 그래서, 주축 장치 (220) 에서는, 각종 유체 배관 및 각종 전원 케이블의, 주축 카트리지 (222) 와 접속되는 부분을 일체로 한 커플러 (221) 를 사용하고 있다.

커플러 (221) 는, 외통 (181) 의 외주부에 형성된 유체 유로 (223) 및 프론트 하우징 (191) 의 유체 유로 (206) 에 냉각 오일을 공급하는 냉각 오일 공급 호스 (207), 툴 언클램프 실린더 (194) 에 유압을 공급하는 유압 공급 호스 (224), 전원 배선 (202) 이 플러그 (225) 에 접속되어 있다. 그리고, 외통 (181) 의 타단부에 결합되어 있고 리어측 베어링 (188) 의 외륜 (192) 이 안에 끼워져 있는 슬리브 하우징 (226) 에 소켓 (227) 이 고정되어 있다. 플러그 (225) 와 소켓 (227) 은, 폴 (pawl: 228) 에 의해 고정되어 있고, 폴 (228) 은 누르는 것만으로 서로 체결된다. 체결을 풀 때에는 걸림을 해방하여 떼어 내도록 되어 있다.

또한, 플러그 (225) 와 소켓 (227) 의 오일-에어 압관로에는 시일 (229) 이 배치되어 있고, 오일이나 공기가 새어 나가는 일이 없다. 이 때, 커플러 (221) 의 오일 압관로에 착탈 동작에 의해 개폐하는 밸브를 조립시키면, 커플러 (221) 를 떼어낼 때에 오일 누출이 없어 작업성이 좋다. 또한, 커플러 (221) 에는 전선 커플러 (230) 가 배치되어 있고, 전선 커플러 (230) 는 커플러 (221) 의 착탈 동작과 동시에 착탈된다. 이러한 구조는, 절삭액 공급관로, 에어 퍼지 공급관로, 테이퍼 클리닝 에어 공급관로, 모터 회전 센서 케이블, 검출 스위치 케이블 등에 적용해도 된다.

이렇게 함으로써, 주축 카트리지 (222) 를 주축 헤드 (183) 로부터 분해, 또는 조립할 때에, 냉각 오일 공급 호스 (207) 나 유압 공급 호스 (224) 등의 많은 오일-에어 압관과, 전원 배선 (202) 을 공구 없이 한번에 떼어낼 수 있고, 작업 시간을 단축할 수 있다. 또한, 커플러 (221) 에 각종 유체 배관 (207, 224) 의 개폐 밸브나 전원 커플러 (230) 를 배치함으로써, 점검ㆍ수리ㆍ교환시에 각종 유체 배관 (207, 224) 을 폐색하고, 전원 배선 (202) 을 떼어낸 다음에 작업하면, 유체의 누출이나 전원 배선의 얽힘 등을 방지하여 작업할 수 있다. 이 때, 커플러 (221) 대신에, 예를 들어 2 ∼ 3 개의 볼트 체결로 해도 되고, 그렇게 함으로써 작업성을 크게 손상시키는 일없이 구조를 단순하게 할 수 있다. 또, 이러한 커플러 (221) 를 갖는 구조를 주축 서브 카트리지 방식에 적용하면, 프론트측 베어링 (186) 또는 리어측 베어링 (188) 의 교환시에는 주축 서브 카트리지 (195) (도 25 참조) 를 빼냄으로써 교환 시간을 단축할 수 있고, 스테이터 (182) 의 교환시에는 커플러 (221) 를 떼어 내고 주축 카트리지 전체를 단시간에 교환할 수 있다.

또, 제 9 예, 제 10 예에 관련된 주축 장치는, 전술한 각 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 적당한 변형 및 개량 등이 가능하다.

본 발명을 상세하게 또 특정한 실시양태를 참조하여 설명했지만, 당업자에게 있어서 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경이나 수정을 가할 수 있음은 분명하다.

본 출원은, 2003년 4월 7일 출원의 일본 특허출원 (특원 2003-103219), 2003년 12월 17일 출원의 일본 특허출원 (특원 2003-419854), 2003년 3월 31일 출원의 일본 특허출원 (특원 2003-096503), 2004년 1월 5일 출원의 일본 특허출원 (특원 2004-000261), 2003년 11월 14일 출원의 일본 특허출원 (특원 2003-384703) 에 근거하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

이상과 같이, 본 발명의 주축 장치 및 주축 장치를 구비한 공작 기계는, 유지 보수시의 조립 및 분해 작업이 용이하고, 또 저비용인 주축 장치를 제공할 수 있고, 높은 강성을 가지며, 또한 양호한 감쇠 특성, 슬라이드성이 우수한 주축 장치를 제공할 수 있고, 주축 카트리지 또는 주축 서브 카트리지를 단시간에 분해ㆍ조립 가능하며, 또한 최소한의 기계 높이로 억제하면서 강성이 높은 공작 기계를 제공할 수 있고, 내부의 모든 구성부품의 교환 작업을 용이하게 할 수 있도록 하여 유지 보수성의 향상을 꾀할 수 있다.

또, 본 발명의 청구 범위 제 1 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 프론트 하우징, 회전축 및 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 외통으로부터 빼낼 수 있고, 그것에 의해 조립성이 향상됨과 함께 파손시에 빠르게 교환할 수 있다. 또한, 베어링 슬리브는, 리어측 베어링이 조립되어 있는 상태이기 때문에, 반조립체를 빼내고 다시 삽입하는 것에 의해 그리스의 상태가 변화하지 않는다.

따라서, 이 주축 장치에 있어서는, 반조립체를 별도의 외통을 사용하여 미리 길들이기 운전을 하고 나서 비축함으로써, 주축 장치의 손상시에 반조립체를 교환하고 바로 통상의 운전이 가능해져, 휴지 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다. 또한, 주축 장치 전체를 교환하는 것보다 비용을 저감할 수 있고, 재고 비용의 저감도 가능해진다. 이것에 의해, 종래의, 유지 보수에 걸리는 시간을 줄일 수 없는 그리스 윤활의 경우에 조립 후에 베어링의 길들이기 운전을 필요로 하여 휴지 시간이 길어지는 문제를 해소할 수 있게 된다.

또, 본 발명의 청구 범위 제 2 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 프론트 하우징, 회전축 및 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 외통으로부터 빼낼 수 있음으로써, 조립성이 향상됨과 함께 파손시에 빠르게 교환할 수 있다. 또한, 베어링 슬리브는, 리어측 베어링이 조립되어 있는 상태이기 때문에, 반조립체를 빼내고 다시 삽입하는 것에 의해 그리스의 상태가 변화하지 않는다.

따라서, 이 주축 장치에 있어서는, 반조립체를 별도의 외통을 사용하여 미리 길들이기 운전을 하고 나서 비축함으로써, 주축 장치의 손상시에 반조립체를 교환하고 바로 통상의 운전이 가능해져, 휴지 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다. 또한, 주축 장치 전체를 교환하는 것보다 비용을 저감할 수 있고, 재고 비용의 저감도 가능해진다.

본 발명의 청구 범위 제 3 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 반조립체의 장착 기준면과 상기 내경부품의 피스톤 누름면과의 거리가 기준 치수에 대하여 ±0.1mm 이내로 조정됨으로써, 적절히 언클램프할 수 있으므로, 반조립체를 교환할 때에 피스톤 조정을 필요로 하지 않아 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 4 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 내경부품이, 스프링을 압축할 수 있도록 조립되어 있음과 함께, 내경부품의 후부에 조정부품이 고정되고, 조정부품에 피스톤 기구에 대한 피스톤 누름면이 형성되어 있기 때문에, 조정부품에 의해서 공구 홀더 누름량을 미리 정해진 값으로 설정할 수 있으므로, 그 허용차를 조정함으로써 적절히 언클램프할 수 있도록 하여, 그 결과, 내경부품을 교환할 때에 피스톤 조정을 필요로 하지 않아 유지 보수성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 5 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 프론트 하우징이, 외통에 대하여 억지 끼워맞춤으로 끼워짐으로써, 반조립체를 분해, 조립, 또는 교환한 경우 등에서 프론트 하우징과 외통의 축심에 어긋남이 생기는 일이 없어져 높은 정밀도를 유지할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 6 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 베어링 슬리브가 슬리브 하우징 안에 끼워지고, 베어링 슬리브 외경이 슬리브 하우징 내경에 대하여 틈새 끼워맞춤으로 끼워져 있음으로써, 리어측 베어링 및 베어링 슬리브는 주로 회전축을 서포트하는 것이 역할이지만, 로터 발열에 의한 열팽창 등 축 방향 변위를 단순한 구조로 흡수할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 7 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 베어링 슬리브 외경과 상기 슬리브 하우징 내경 사이에 복수 쌍의 O 링이 개재되어 있기 때문에, 베어링 슬리브 외경과 슬리브 하우징 내경 사이의 복수 쌍의 O 링에 의해 윤활제의 누출을 방지하고, O 링의 간섭에 의한 감쇠 효과에 의해 베어링 슬리브의 진동을 감쇠시킬 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 8 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 베어링 슬리브와 슬리브 하우징의 끼워맞춤 길이, 베어링 슬리브의 외경과의 비가, 끼워맞춤 길이/외경 = 0.45 ∼ 0.8 의 범위 내로 설정되기 때문에, 베어링 슬리브의 외경과 슬리브 하우징의 끼워맞춤부의 길이가 적절한 관계로 설정되어, 유지 보수성 및 공작 기계로서의 성능이 우수한 반조립체 구조를 얻을 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 9 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 베어링 슬리브의 원주 상에 복수 형성된 윤활제 배출 구멍과, 베어링 슬리브 외주의 끼워맞춤면에 형성된 원주 홈과, 원주 홈에 이어져 접속된 반경 방향의 윤활제 공급 경로를 구비함으로써, 베어링 슬리브가 어떠한 위상이라도 문제없이 윤활제를 배출할 수 있게 된다. 예를 들어, 수평 장착된 스핀들은 하측에 배출 구멍이 필요하지만, 임의의 한 구멍이 하측을 향하기 때문에 배출을 수행할 수 있다. 또, 윤활제를 베어링 슬리브가 어떠한 위치라도 공급할 수 있다. 따라서, 베어링 슬리브의 위상을 조절할 필요가 없어져, 유지 보수의 작업성이 좋다.

본 발명의 청구 범위 제 10 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 리어측 베어링이, 정위치 예압을 갖는 배면 조합의 앵귤러 컨택트 볼 베어링인 것에 의해, 로터 발열에 의한 열팽창 등 축 방향 변위를 단순한 구조로 흡수할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 11 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 그리스 윤활인 것에 의해, 취급이 용이하고, 비교적 저렴한 그리스 윤활에 의해 적은 비용으로 유지 및 보수가 가능하다.

본 발명의 청구 범위 제 12 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 그리스 보급 장치를 구비하고 있음으로써, 그리스 보급 장치에 의해 그리스의 부족을 보충할 수 있기 때문에, 눌어붙음 등을 회피할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 13 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 그리스 보급된 후에 여분의 그리스를 배출시키는 기구를 가지고 있으면, 베어링 내부로 공급된 후 불필요해진 윤활제는, 베어링 근방에 배치된 외륜 스페이서 등의 회전부재에 부착되고, 회전부재에 부착된 윤활제는 회전력에 의해 베어링의 외측으로 날려 보내진다. 그것에 의해, 불필요해진 윤활제를 강제적으로 베어링 외부로 배출할 수 있다.

또, 본 발명의 청구 범위 제 14 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활을 사용하고 있기 때문에, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활에 의해 효율적으로 윤활할 수 있어, 내눌어붙음성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 15 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 슬리브 하우징와, 슬리브 하우징에 끼워지고 회전축의 축 방향으로 이동 가능하게 된 베어링 슬리브의 끼워맞춤면에 탄성체를 배치함으로써, 탄성체에 의해 래이디얼 강성을 높임과 함께, 축 방향의 감쇠율을 향상시켜 회전축의 자려 진동을 방지할 수 있다. 또한, 탄성체에 압력을 부하하는 유체를 공급하도록 했기 때문에, 탄성체를 변형시켜서 래이디얼 강성을 더욱 높이는 것과 함께, 축 방향의 감쇠율을 향상시켜 회전축의 자려 진동 억제 효과를 높일 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 16 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 탄성체는 O 링으로 하여, 또한 유체는 압축 공기로 하여 복수개 배치된 O 링 사이에 압축 공기를 공급함으로써 O 링에 압력을 부하하도록 했기 때문에, 높은 슬라이드성을 유지한 채로 래이디얼 강성을 높여 효과적으로 회전축의 자려 진동을 방지할 수 있다. 또한, O 링은, 가공성이나 범용성이 풍부하기 때문에, 복잡한 제조 공정을 필요로 하지 않고 고성능의 주축 장치를 제작할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 17 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 탄성체에 압력을 부하하는 유체의 압력을 가변으로 함으로써, 주축 장치의 사용 조건에 따라서 압력을 변경하여, 유체의 압력에 의한 탄성체의 변형량을 변경할 수 있다. 또한, 탄성체의 래이디얼 강성이나 감쇠율을 사용 조건에 최적인 값으로 설정하여 효과적으로 회전축의 자려 진동을 방지할 수 있다. 또, 탄성체의 래이디얼 강성이나 감쇠율의 변경은, 공급하는 유체의 압력을 변경하는 것만으로 가능하여, 매우 용이하게 변경할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 18 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, O 링은, 니트릴 고무 또는 불소 고무로 형성함과 함께, O 링의 간섭을 O 링의 사용 표준치의 10% 이상이면서 그 사용 표준치 이하로 했기 때문에, O 링이 시일 효과 및 탄성지지 효과를 갖음과 함께, 축 방향 이동에 대한 내마모성이나, 발열에 대한 내열성을 갖아 수명을 길게 할 수 있다. 또한, O 링의 강성을 적절히 높여 슬라이드성을 유지한 채로, 래이디얼 강성 및 축의 감쇠성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 19 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 복수개의 탄성체에 의해 구성한 탄성체 세트를 복수 세트 배치하고, 양단에 배치된 탄성체 세트는, 일방의 탄성체 세트를 베어링 슬리브에, 또 타방의 탄성체 세트를 슬리브 하우징에 배치함으로써, 조립이 용이하고, O 링이 손상될 우려가 적다. 또, 주축 장치에 여러 가지의 부하가 작용한 경우의 베어링 슬리브를 균일하고 안정적으로 이동시키는 효과는, 탄성체를 베어링 슬리브에만 배치한 경우 및 슬리브 하우징에만 배치한 경우와 동등하다. 그리고, 주축 장치에 2 개의 탄성체를, 일방은 베어링 슬리브에, 타방은 슬리브 하우징에 배치하고, 그 탄성체 사이에 유체를 공급하는 구성으로 해도 된다.

본 발명의 청구 범위 제 20 항에 기재된 공작 기계는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 주축 헤드의 축 방향에 형성된 주축 카트리지 파지부에 주축 카트리지가 삽입되어 있음과 함께, 주축 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해, 주축 카트리지가, 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능함으로써, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향인 Z 축 이동량이, 주축 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해 필요한 길이보다도 길기 때문에, Z 축 피딩을 이용하여 용이하게 빼낼 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 21 항에 기재된 공작 기계는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 주축 서브 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해, 주축 서브 카트리지가, 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능하기 때문에, 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향인 Z 축 이동량이 주축 서브 카트리지가 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도 길어, Z 축 피딩을 이용하여 용이하게 빼낼 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 22 항에 기재된 공작 기계는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 주축 헤드의 주축 카트리지 파지부가, 적어도 절반으로 분할되는 위치에서 분할되어 분해 가능한 것에 의해, 예를 들어 Z 축 이동량이 짧게 설정되어 있더라도 주축 헤드의 주축 카트리지 파지부를 분할ㆍ전개함으로써 분해ㆍ조립을 할 수 있고, 또한 주축 카트리지와 주축 헤드의 체결 강성을 높여 공작 기계 전체의 강성을 높일 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 23 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 로터를 갖는 회전축과, 프론트측 베어링과, 리어측 베어링과, 프론트 하우징과, 슬리브 하우징이 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지를 형성하고, 주축 서브 카트리지와, 외통과, 툴 언클램프 실린더가 3 분할로 구성되며, 주축 서브 카트리지를 외통으로부터 빼낼 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 24 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 툴 언클램프 실린더를 외통으로부터 빼낼 수 있는 것에 의해, 주축 장치 전체를 분해하지 않고서 툴 언클램프 실린더만을 간단히 떼어낼 수 있기 때문에, 툴 언클램프 실린더를 구성하는 모든 부품의 점검ㆍ수리ㆍ교환을 간단하게 할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 25 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 주축 서브 카트리지가 제거된 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를, 주축 헤드로부터 빼낼 수 있는 것에 의해, 주축 장치 전체를 분해하지 않고, 주축 서브 카트리지에 추가하여, 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 간단히 떼어낼 수 있기 때문에, 외통 또는 툴 언클램프 실린더를 구성하는 모든 부품의 점검ㆍ수리ㆍ교환을 간단하게 할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 26 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 주축 서브 카트리지와, 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 빼낼 수 있는 것에 의해, 주축 장치 전체를 분해하지 않고, 주축 서브 카트리지와, 외통과, 툴 언클램프 실린더의 조립체를 주축 헤드로부터 간단히 떼어낼 수 있기 때문에, 주축 장치 전체를 구성하는 모든 부품의 점검ㆍ수리ㆍ교환을 간단하게 할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 27 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 툴 언클램프 실린더 또는 외통에, 각종 유체 배관, 전원 커플러를 갖는 커플러를 착탈 가능하게 장착하는 것에 의해, 커플러에 각종 유체 배관의 개폐 밸브나 전원 커플러를 배치함으로써, 점검ㆍ수리ㆍ교환시에 각종 유체 배관을 폐색하고, 전원 커플러를 떼어낸 다음에 작업하면, 유체의 누출이나 전원 배선의 얽힘 등을 방지하면서 작업을 할 수 있다.

본 발명의 청구 범위 제 28 항에 기재된 주축 장치는, 이상에서 서술한 바와 같이 구성하여 작용하기 때문에, 회전축의 회전을 검출하는 센서를, 회전축과, 외통 사이에 배치함으로써, 툴 언클램프 실린더를 떼어내는 것만으로 센서의 점검ㆍ수리ㆍ교환이 가능해진다.

Claims

스테이터를 갖는 외통과,

로터를 갖는 회전이 자유로운 회전축과,

외륜이 프론트 하우징에 고정됨과 함께 내륜이 상기 회전축의 일단에 외부로부터 끼워지는 프론트측 베어링과,

상기 회전축의 타단측에 배치되어 상기 외통에 끼워지고 상기 회전축의 축 방향으로 이동 가능한 베어링 슬리브와,

내륜이 상기 회전축의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 상기 베어링 슬리브에 고정되고 상기 프론트측 베어링과 협동하여 상기 회전축을 회전운동이 자유롭게 지지하는 리어측 베어링을 구비한 주축 장치로서,

상기 외통의 내주직경, 상기 스테이터의 내경, 상기 베어링 슬리브의 외경의 순으로 직경이 작아지고, 상기 프론트 하우징과, 상기 회전축과 상기 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 상기 외통으로부터 빼낼 수 있고, 또한 상기 베어링 슬리브로부터 후방의 임의의 단면에 있어서의 회전체 반경이, 상기 베어링 슬리브 후단으로부터 상기 단면 사이에 있어서의 비회전체의 최소 반경보다도 작은 것을 특징으로 하는 주축 장치.
스테이터를 갖는 외통과,

로터를 갖는 회전이 자유로운 회전축과,

외륜이 프론트 하우징에 고정됨과 함께 내륜이 상기 회전축의 일단에 외부로부터 끼워지는 프론트측 베어링과,

상기 회전축의 타단측에 배치되어 상기 외통에 끼워지고 상기 회전축의 축 방향으로 이동 가능한 베어링 슬리브와,

내륜이 상기 회전축의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 상기 베어링 슬리브에 고정되고 상기 프론트측 베어링과 협동하여 상기 회전축을 회전운동이 자유롭게 지지하는 리어측 베어링을 구비한 주축 장치로서,

상기 프론트 하우징과, 상기 회전축과 상기 베어링 슬리브로 이루어지는 반조립체를 상기 외통으로부터 빼낼 수 있고,

상기 회전축에 공구 교환이 가능한 내경부품이 조립되어 있음과 함께, 공구 교환을 위한 피스톤 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 반조립체의 장착 기준면과 상기 내경부품의 피스톤 누름면과의 거리가, 기준 치수에 대하여 ±0.1mm 이내로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 내경부품이, 스프링을 압축할 수 있도록 조립되어 있음과 함께, 상기 내경부품의 후부에 조정부품이 고정되어 있고, 당해 조정부품에, 상기 피스톤 기구에 대한 피스톤 누름면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프론트 하우징이, 상기 외통에 대하여 억지 끼워맞춤으로 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링 슬리브가, 슬리브 하우징 안에 끼워져 있고, 당해 베어링 슬리브 외경이, 당해 슬리브 하우징 내경에 대하여 틈새 끼워맞춤으로 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 베어링 슬리브 외경과 상기 슬리브 하우징 내경의 사이에 복수 쌍의 O 링이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링 슬리브와 상기 슬리브 하우징의 끼워맞춤 길이와, 당해 베어링 슬리브의 외경과의 비가, 끼워맞춤 길이/외경 = 0.45 ∼ 0.8 의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베어링 슬리브의 원주 상에 복수 형성된 윤활제 배출 구멍과, 당해 베어링 슬리브 외주의 끼워맞춤면에 형성된 원주 홈과, 당해 원주 홈에 이어져 접속된 반경 방향의 윤활제 공급 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리어측 베어링이, 정위치 예압을 갖는 배면 조합의 앵귤러 컨택트 볼 베어링인 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 그리스 윤활인 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 그리스 보급 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 그리스 보급된 후에, 여분의 그리스를 배출시키는 기구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 오일 에어, 오일 미스트 및 직접 분사 윤활 중 어느 하나의 미량 윤활을 사용한 것을 특징으로 하는 주축 장치.
회전이 자유로운 회전축과,

외륜이 프론트 하우징에 고정됨과 함께 내륜이 상기 회전축의 일단에 외부로부터 끼워지는 프론트측 베어링과,

상기 회전축의 타단측에 배치되어 슬리브 하우징에 끼워지고 상기 회전축의 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 베어링 슬리브와,

내륜이 상기 회전축의 타단에 외부로부터 끼워짐과 함께 외륜이 상기 베어링 슬리브에 고정되고 상기 프론트측 베어링과 협동하여 상기 회전축을 회전운동이 자유롭게 지지하는 리어측 베어링을 구비하고, 상기 회전축의 타단을 축 방향으로 변위 가능하게 한 주축 장치로서,

상기 슬리브 하우징과 상기 베어링 슬리브의 끼워맞춤면에 상기 슬리브 하우징과 상기 베어링 슬리브 사이를 시일하는 탄성체를 구비함과 함께, 상기 탄성체에 압력을 부하하는 유체를 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 탄성체는 O 링이고, 상기 유체는 압축 공기로서, 복수개 배치된 상기 O 링 사이에 상기 압축 공기를 공급하여 상기 O 링에 압력을 부하하도록 한 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 탄성체에 압력을 부하하는 상기 유체의 압력은 가변인 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서, 상기 O 링은, 니트릴 고무 또는 불소 고무로 형성되고, 또한 상기 O 링을 상기 슬리브 하우징과 상기 베어링 슬리브 사이에 장착했을 때의 간섭은, 상기 O 링의 사용 표준치의 10% 이상이면서 그 사용 표준치 이하인 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성체는, 복수개의 탄성체에 의해 1 세트가 되는 탄성체 세트가 복수 세트 배치됨과 함께, 양단에 배치된 상기 탄성체 세트는, 일방의 상기 탄성체 세트가 상기 베어링 슬리브에 배치되고, 타방의 상기 탄성체 세트가 상기 슬리브 하우징에 배치된 것을 특징으로 하는 주축 장치.
회전이 자유로운 회전축과,

내륜 안에 상기 회전축의 전단이 끼워진 프론트측 베어링과,

상기 프론트측 베어링의 외륜이 안에 끼워진 프론트 하우징과,

빌트-인 모터의 로터와,

상기 빌트-인 모터의 스테이터와,

내륜 안에 상기 회전축의 후단이 끼워진 리어측 베어링과,

주축 헤드 안에 끼워지는 외통으로 구성된 주축 카트리지를 구비하고,

상기 주축 헤드의 축 방향에 형성된 주축 카트리지 파지부에 상기 주축 카트리지가 삽입되어 있음과 함께,

상기 주축 카트리지가 상기 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 상기 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해,

상기 주축 카트리지가, 상기 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능한 것을 특징으로 하는 공작 기계.
회전이 자유로운 회전축과,

내륜 안에 상기 회전축의 전단이 끼워진 프론트측 베어링과,

상기 프론트측 베어링의 외륜이 안에 끼워진 프론트 하우징과,

빌트-인 모터의 로터와,

내륜 안에 상기 회전축의 후단이 끼워진 리어측 베어링과,

상기 리어측 베어링의 외륜이 안에 끼워진 베어링 슬리브로 구성된 주축 서브 카트리지를 구비하고,

상기 주축 서브 카트리지가 상기 주축 헤드에 삽입되기 위해서 필요한 길이보다도, 상기 회전축의 축 방향과 평행한 피딩축 방향으로의 이동량이 길게 설정되어 있는 것에 의해,

상기 주축 서브 카트리지가, 주축 헤드에 대하여 일체적으로 분해 및 조립이 가능한 것을 특징으로 하는 공작 기계.
제 20 항 또는 제 21 항에 있어서, 상기 주축 헤드의 상기 주축 카트리지 파지부가, 적어도 절반으로 분할되는 위치에서 분할되어 분해 가능한 것을 특징으로 하는 공작 기계.
스테이터를 갖는 외통과,

상기 외통이 안에 끼워진 주축 헤드와,

상기 스테이터의 안쪽에 배치된 로터를 갖는 회전이 자유로운 회전축과,

내륜 안에 상기 회전축의 일단이 끼워진 프론트측 베어링과,

내륜 안에 상기 회전축의 타단이 끼워진 리어측 베어링과,

상기 프론트측 베어링의 외륜이 안에 끼워지고, 상기 외통의 일단에 장착된 프론트 하우징과,

상기 리어측 베어링의 외륜이 안에 끼워지고, 상기 외통의 타단 안에 끼워진 슬리브 하우징과,

상기 외통의 일단에 고정된 툴 언클램프 실린더를 구비한 주축 장치로서,

상기 로터를 갖는 상기 회전축과, 상기 프론트측 베어링과, 상기 리어측 베어링과, 상기 프론트 하우징과, 상기 슬리브 하우징이 일체적으로 조립되어 주축 서브 카트리지를 형성하고, 당해 주축 서브 카트리지와, 상기 외통과, 상기 툴 언클램프 실린더가 3 분할로 구성되며, 상기 주축 서브 카트리지를, 상기 외통으로부터 빼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 23 항에 있어서, 상기 툴 언클램프 실린더를, 상기 외통으로부터 빼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 24 항에 있어서, 상기 주축 서브 카트리지가 제거된 상기 외통과 상기 툴 언클램프 실린더의 조립체를, 상기 주축 헤드로부터 빼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주축 서브 카트리지와, 상기 외통과, 상기 툴 언클램프 실린더의 조립체를, 상기 주축 헤드로부터 빼낼 수 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 툴 언클램프 실린더 또는 상기 외통에, 각종 유체 배관, 전원 커플러를 갖는 커플러가 착탈 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.
제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축의 회전을 검출하는 센서를, 상기 회전축과, 상기 외통 사이에 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 주축 장치.