(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持されている主軸と、その主軸の軸心に沿って形成されている長孔内にスライド可能に収容されているドローバと、前記長孔内に収容されていて前記ドローバを一方方向に付勢しているバネとを有する主軸装置において、
その長孔は密封されており、その密封された長孔内に潤滑剤が封止されており、
前記長孔から軸心方向に伸びる空気溜りが形成されていることを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
回転可能に支持されている主軸と、その主軸の軸心に沿って形成されている長孔内にスライド可能に収容されているドローバと、前記長孔内に収容されていて前記ドローバを一方方向に付勢しているバネと、主軸内面に固定されていて前記長孔の一方側を密封している第１シール手段と、主軸内面に固定されていて前記長孔の他方側を密封している第２シール手段とを有する主軸装置において、
密封された長孔内に潤滑剤が封止されており、
第１シール手段と第２シール手段が、ドローバのスライド時にドローバの同一径部が通過する主軸内面に固定されていることを特徴とする主軸装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械のための主軸装置に関する。特に、高速回転させた後でドローバが円滑にスライドできる主軸装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械に用いられる主軸装置は、回転可能に支持されている主軸と、その主軸の軸心に沿って形成されている長孔内にスライド可能に収容されているドローバと、長孔内に収容されていてドローバを一方方向に付勢しているバネとを有する。
周知のように、工具ホルダを主軸に対して脱着する際にはドローバをスライドさせ、工具ホルダが主軸に取り付けられた状態ではドローバを付勢するバネの付勢力で工具ホルダを主軸にクランプする。
ドローバが円滑にスライドできるように、ドローバとバネの間には潤滑剤、通常はグリースが施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
工作機械の主軸回転数は、どんどん高速化している。従来は３，０００〜６，０００ｒｐｍ程度であったものが、現在では１０，０００〜２０，０００ｒｐｍあるいはさらに高速で用いられる。
一方、近年、ドローバをスライドさせるときに、バネが破損する事故が多く発生するようになっている。
本発明者がバネの破損原因を種々に研究したところ、主軸回転数が大きく影響していることを見出した。ドローバがスライドしてバネが変形するときには主軸が停止しているにもかかわらず、バネの破損現象に主軸回転数が大きく影響するのである。
そこでさらに良く研究したところ、主軸回転数が増大すると遠心力も増大し、ついには、グリースに働く遠心力がグリースの付着力を上回るようになることを見出した。この結果、主軸回転数が高速化されると、ドローバとバネとの間に付着していたグリースが遠心力で飛ばされ、ドローバとバネとの間にグリースが存在しなくなってしまうのである。この状態でドローバがスライドする為に、バネに無理がかかってバネが破損しやすくなることを確認した。
【０００４】
本発明は、主軸を高速回転させても、ドローバのスライド時にバネの破損を防止できる主軸装置を実現するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明の主軸装置は、回転可能に支持されている主軸と、その主軸の軸心に沿って形成されている長孔内にスライド可能に収容されているドローバと、前記長孔内に収容されていて前記ドローバを一方方向に付勢しているバネとを有する主軸装置であり、その長孔が密封されており、その密封された長孔内に潤滑剤が封止されている。そして、前記の長孔から軸心方向に伸びる空気溜りが形成されていることを特徴とする。
【０００６】
この装置によると、潤滑剤に強い遠心力が働いても、潤滑剤は密封された長孔内に充填されていることから移動できず、ドローバとバネとの間に潤滑剤が存在しなくなってしまうという事態の発生を防止することができる。このために、ドローバのスライド時にバネは良好に潤滑され、バネに無理がかかって破損することを防止できる。
この装置によると、ドローバのスライド時に密封空間の容積が変化する場合にも対応することができる。この空気溜りは長孔から軸心方向に伸びるために、潤滑剤に強い遠心力が働いても、潤滑剤が空気溜りに侵入することがない。
【０００７】
本発明では次の主軸装置を提供する。この主軸装置は、回転可能に支持されている主軸と、その主軸の軸心に沿って形成されている長孔内にスライド可能に収容されているドローバと、前記の長孔内に収容されていてドローバを一方方向に付勢しているバネと、主軸内面に固定されていて前記の長孔の一方側を密封している第１シール手段と、主軸内面に固定されていて前記の長孔の他方側を密封している第２シール手段とを有しており、密封された長孔内に潤滑剤が封止されている。そして、第１シール手段と第２シール手段が、ドローバのスライド時にドローバの同一径部が通過する主軸内面に固定されている。
【０００８】
この装置によると、ドローバのスライド時にバネは良好に潤滑され、バネに無理がかかって破損することを防止できる。また、密封された長孔の容積を不変とでき、空気溜りを不要化できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  バネは皿バネである。
（形態２）  空気溜りは、主軸の後端から長孔に挿入されて長孔を密封する封入蓋に設けられている。
この形態によると、主軸装置を組み立てたときに、空気溜りに所定量の空気が溜められた状態を実現し易い。
（形態３）  ドローバの断面は、円の外周を断続的にカットした形状となっている。
この形態によると、ドローバとバネ間の潤滑剤が流動しやすく、ドローバをスライドさせるに要する力が軽くてすむ。
（形態４）  ドローバに固定されてバネ力を受けるカラーの断面は、円の外周を断続的にカットした形状となっている。
この形態によると、カラーと主軸長孔間の潤滑剤が流動しやすく、ドローバをスライドさせるに要する力が軽くてすむ。
（形態５）  長孔を密封するシール手段は、ドローバのスライド時にドローバの同一径部が通過する主軸内面に固定されている。
この形態によると、ドローバのスライド時に、密封された長孔の容積を不変とでき、空気溜りを不要化できる。
【００１０】
【発明の実施例】
（第１実施例）  最初に図１〜３を用いて、第１実施例を説明する。図１は第１実施例の主軸装置１の断面図を示している。主軸４はベアリング１０群によってボディ８に回転可能に支持されている。主軸４の下端にはテーパ部１７が設けられており、このテーパ部に工具ホルダ１６がクランプされる。主軸４には、その回転軸心に沿って長孔２８が設けられている。その長孔２８内に、略筒状のドローバ２がスライド可能に収容されている。ドローバ２は、工具ホルダ１６を主軸４にクランプしたり、アンクランプしたりする。ドローバ２の上端近傍にカラー３２が固定されている。そのカラー３２よりも下方位置のドローバ２の周囲に皿バネ６が設けられている。皿バネ６は長孔２８内に収容されている。皿バネ６は中心に貫通孔を有し、その貫通孔をドローバ２が貫通している。皿バネ６は、主軸４ないしドローバ２と同一方向に伸びている。皿バネ６は圧縮状態で収容されており、その下端は長孔２８に形成された段部２９と当接し、その上端はドローバ２に固定されたカラー３２に当接している。このために、皿バネ６はドローバ２を主軸４に対して上方に付勢している。
【００１１】
ドローバ２の下端には略筒状のチャッキングスリーブ１２が固定されている。チャッキングスリーブ１２の側面には複数のボールセット孔２０が設けられている。各ボールセット孔２０にボール１４がセットされている。
長孔２８の下端近傍には、小径部２２と大径部１８とテーパ部１７が形成されている。
ドローバ２が図１に示す上方位置にあるとき、ボール１４群は小径部２２に対応する位置にあり、ボール１４群は半径方向外側に移動することが禁止される。ドローバ２が図１に示す位置から下方にスライドすると、ボール１４群は大径部１８に対応する位置に移動し、ボール群１４は半径方向外側に移動することが許容される。
【００１２】
工具ホルダ１６は後端にプルスタッド２４を有し、テーパ部１７内に収容される。ドローバ２が皿バネ６の付勢力で上方に持ち上げられていることから、半径方向外側に移動することが禁止されているボール１４群がプルスタッド２４を上方に引き上げ、工具ホルダ１６がテーパ部１７に押付けられ、工具ホルダ１６が主軸４にクランプされる。工具ホルダ１６のクランプ力は皿バネ６の付勢力に起因する為に、皿バネ６のバネ力は大きなものが使用されている。
工具交換時には、ドローバ２の上端に下向きの力が加えられる。すると、皿バネ６の力に抗してドローバ２が下方にシフトし、ボール１４群が大径部１８に対応する高さとなり、半径方向に移動することが許容され、この状態では工具ホルダ１６のプルスタッド２４がボール１４群間を通過することができる。このようにして、工具が交換される。
【００１３】
次に詳細構造を説明する。長孔２８の上端には、封入蓋４０がネジ込まれている。封入蓋４０の中心に沿って孔が貫通しており、この貫通孔をドローバ２が貫通している。ドローバ２と封入蓋４０の間には、オーリング３８がセットされており、封入蓋４０が長孔２８内の空間と外界を気密に遮断している。封入蓋４０の下面には空気溜り３６が設けられている。空気溜り３６は主軸４ないしドローバ２の軸心方向に伸びている。
【００１４】
図２の断面に良く示されるように、ドローバ２の上端近傍に固定されて皿バネ６のバネ力を受け止めるカラー３２の外縁は、円の外周を断続的にカットした形状となっている。即ちカラー３２の外縁には、３箇所にカッティング部３３が設けられている。なお、カラーストッパー３４によって、カラー３２がカラーストッパー３４側へ移動することが禁止されている。カラーストッパー３４はドローバ２に螺着されている。
図２ならびに、ドローバ２の断面を示す図３に示されるように、ドローバ２の外縁も円の外周を断続的にカットした形状となっている。即ちドローバ２の外縁には、３箇所にカッティング部３０が設けられている。図２と図３において、ドローバ２の軸心に示される孔２ａは、切削液を工具ホルダ１６側に送り出す流路である。
【００１５】
ドローバ２の下端に固定されているチャッキングスリーブ１２の外周には、オーリング２６がセットされている。従って、チャッキングスリーブ１２が、長孔２８内の空間と外界を気密に遮断している。
封入蓋４０（正確にはオーリング３８）とチャッキングスリーブ１２（正確にはオーリング２６）で外界から遮断されている長孔２８内に潤滑剤が充填されている。従って皿バネ６は常に潤滑剤中にある。本実施例において潤滑剤は、粘度の低い潤滑油を用いることが好ましい。
【００１６】
以下、本実施例の主軸装置１の作用を説明する。
図１は、工具ホルダ１６をクランプしている状態である。ドローバ２は皿バネ６によって上方に持ち上げられている。ボール１４は、長孔２８の小径部２２に対応する位置にあるので、ボール群１４と工具ホルダ１６のプルスタッド２４は係合状態にある。プルスタッド２４はボール１４群間を通過することができず、従って皿バネ６によって工具ホルダ１６が上方に引き上げられ、テーパ部１７に強く押付けられることによって工具ホルダ１６が主軸４にクランプされる。
【００１７】
主軸装置１は、主軸４の回転軸を軸心として主軸４を回転（矢印Ｒ）させることができる。主軸４を高速で回転させても、長孔２８内には充分な量の潤滑剤が充填されているので、潤滑剤が遠心力で外側に押しやられることがなく、皿バネ６全体が常に潤滑剤中にある。皿バネ６の潤滑が途切れることがない。
なお、空気溜り３６は長孔２８から軸心方向に伸びるために、潤滑剤に強い遠心力が働いても、潤滑剤が空気溜り３６に侵入することがない。
【００１８】
工具ホルダ１６を工具交換するときは、主軸４の回転を停止させる。次に、ドローバ２に下向きの外力（皿バネ６のバネ力以上の力）を作用させる。
前記したように、密封された長孔２８内に充分な量の潤滑剤が充填されているので、潤滑剤が遠心力で外側に押しやられることがなく、皿バネ６の全体が常に潤滑剤中にある。従って、工具交換時にドローバ２を押し下げて皿バネ６を圧縮する際に、皿バネ６は十分に潤滑されており、局所的に無理がかかって皿バネ６が破損することが防止される。
前述したように、ドローバ２の外縁は円の外周を断続的にカットした形状となっている。従って、ドローバ２のカット部３０と皿バネ６の貫通孔との間の空間を潤滑剤が流動し易い。また、カラー３２の外縁も円の外周を断続的にカットした形状となっているので、カラー３２の外縁と長孔２８との間の空間を潤滑剤が流動し易い。その結果、この主軸装置１では、ドローバ２を長孔２８内でスムースに移動させることができる。
主軸装置１は空気溜り３６を有し、ここに圧縮性の空気が充満しているので、ドローバ２の上下動に伴って長孔２８内の密封された空間容積が変化することに対応することができる。ドローバ２が下方に移動して密封された空間容積が増大するときに空気溜り３６にある空気が膨張する。ドローバ２が上方に移動して密封された空間容積が減少するときに空気溜り３６にある空気が圧縮される。
【００１９】
アンクランプ時には、ドローバ２は、図１に示すクランプ時での位置よりも主軸４に対して下方にシフトしている。このとき、ボール１４は、長孔２８の大径部１８に対応する位置にある。従って、ボール１４は、半径方向外側に移動可能である。このために、工具ホルダ１６に下向きの力を加えるとプルスタッド２４はボール１４群間を通り抜けて下方に抜け出る。このようにして主軸４から工具ホルダ１６が取り外される。
【００２０】
古い工具ホルダを取りはずした後に新しい工具ホルダをテーパ部１７に挿入して上向きの力を加えると、ボール１４が半径方向外側に移動可能であるために、プルスタッド２４はボール１４群間を通り抜けて上方に抜け出る。
【００２１】
アンクランプ状態からクランプ状態に戻すときには、ドローバ２を下側に付勢している外力を開放する。すると皿バネ６のバネ力によってドローバ２は上昇する。
【００２２】
本実施例の主軸装置１では、密封された長孔２８内に充分な量の潤滑剤が充填されている。その結果、主軸４を高速回転させた後にクランプするときにも、潤滑剤によって皿バネ６は充分に潤滑されている。クランプ時に皿バネ６に局所的に大きな力が作用して皿バネ６が損傷することはない。
クランプ時にも、ドローバ２のカット部３０と皿バネ６の貫通孔との間の空間ならびに、断続的にカットされたカラー３２の外縁と長孔２８との間の空間を潤滑剤が流動し易い。その結果、この主軸装置１では、ドローバ２が長孔２８内でスムースに移動する。
本実施例の主軸装置１では、ドローバ２の上昇時に密封された空間の容積が減少する。このときには空気溜り３６内の空気が収縮することでこの容積変化が補償される。密封空間がドローバの移動を妨げることはない。
【００２３】
本実施例の主軸装置１では、密封された長孔２８の容積変化に対応するために、空気溜り３６を利用する。しかしながら、空気溜り３６を特に設けなくてもよい。密封された長孔２８内を潤滑剤で完全には充填せず、適切量の空気を一緒に封入しても良い。潤滑剤の量が十分にあれば、少々の空気があっても、皿バネ６の潤滑が不良となることはない。
【００２４】
（第２実施例）  以下、本発明を具現化した第２の実施例を説明する。本実施例の主軸装置は、長孔内に潤滑剤を封入するシール手段に特徴を有する。第１実施例と同じ部材には同じ参照符号を付し、重複する説明を省略する。
図４に良く示されるように、本実施例の主軸装置５０では、長孔２８内に凸部７０が設けられている。その凸部７０の内周面にオーリング７２が備えられている。ドローバの２の上下動時に、ドローバ２の同一径の部分がオーリング７２を通過する。
また、封入蓋６０の内周面にオーリング３８が備えられている。ドローバの２の上下動時に、ドローバ２の同一径の部分がオーリング３８を通過する。このために、オーリング３８と７２で外界から密封された空間７４の容積は、ドローバの２の上下動時に変化しない。
このために、第２実施例の場合には、密封された空間７４内に空気を封入しておいて密封された空間７４の容積変化に対応する必要がない。
第２実施例の封入蓋６０には、空気溜り３６が設けられていない。長孔２８内の密封された空間７４には潤滑剤が完全充填されている。
【００２５】
本実施例の主軸装置５０は、長孔２８内の密封された空間７４の容積が変化せず、その空間７４を潤滑剤が完全に充填している。その結果、主軸をいかに高速に回転させても遠心力で潤滑剤が外方に追いやられることがなく、クランプ時やアンクランプ時においても、皿バネ６の潤滑が不良となることがない。
【００２６】
なお、第２実施例の主軸装置５０の場合にも、潤滑剤が密封空間７４を完全に充填している必要はない。皿バネ６の潤滑が途切れることがないだけの潤滑剤が封入されていれば良い。密封空間７４に適切量の空気が封入されていてもよい。なお、封入する気体は空気に限られない。酸化防止のために、窒素や不活性ガスを封入することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の主軸装置の断面図である。
【図２】図１中ＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】第２実施例の主軸装置の断面図である。
【符号の説明】
１  ・・主軸装置
２  ・・ドローバ
４  ・・主軸
６  ・・皿バネ
２８・・長孔
３０・・カッティング部
３２・・カラー
３３・・カッティング部
３６・・空気溜り
４０・・封入蓋
５０・・主軸装置
６０・・封入蓋
【図１】
0003631420.tif 000002
【図２】
0003631420.tif 000003
【図３】
0003631420.tif 000004
【図４】
0003631420.tif 000005