(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸端に工具ホルダ取付用のテーパ孔を有し、軸受を介してハウジングに回転自在に支持されたスピンドル軸と、工具ホルダのプルスタッドに係合する工具ホルダ保持部を先端に有すると共にドローバー駆動端を後端に有し、前記スピンドル軸内に前記テーパ孔に連通して形成された軸孔に軸方向に移動可能に内挿されたドローバーと、前記軸孔内でドローバーに外挿されて該ドローバーを後方に付勢する多数の皿ばねと、前記ドローバー駆動端に連結されて前記ドローバーを前記皿ばねの付勢力に抗して前方に移動させる駆動手段とを備えたスピンドル装置において、
皿ばねより先端側のドローバーに先端部が後端部より小径に形成されたスリーブを外嵌し、該スリーブの先端面を前記軸孔の段差部に当接させて前記皿ばねによる軸方向の荷重を支持すると共に、前記スリーブの後端部によって前記ドローバーを支持するようにしたことを特徴とするスピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等のスピンドル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ（ＭＣ）などの工作機械用のスピンドル装置では、図５に示すように、スピンドル軸１の前端に工具取付け用のテーパ孔２を形成し、該テーパ孔２に工具ホルダ３のテーパシャンク部４を嵌合することにより所定の工具を装着するようにしている。
【０００３】
スピンドル軸１の軸心部には、工具ホルダ３のプルスタッド５を引き込んで該工具ホルダ３をスピンドル軸１に固定する工具ホルダ保持部６を先端に有するドローバー７が内挿されている。このドローバー７には、皿ばね８が外挿されてスピンドル軸１に設けた軸孔１Ａに収納装着されている。また、工具ホルダ３を外すために、ドローバー７の後端に対し図示しない油圧シリンダなどを用いて軸方向荷重を負荷して皿ばね８を圧縮させる構造になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近時、スピンドル装置は急激に高速化される傾向にあり、上述したように工具装着時に多数の皿ばね８の弾性力を用いてドローバー７を引き込む方式では、高速回転すると皿ばね８の影響を受けて装置の振動が大きくなるという問題がある。しかも、皿ばね８に撓みを持たせるためにはスピンドル軸１の軸孔内周面及びドローバー外周面との間にある程度のすき間が必要であるから、振動を抑制すべくバランスを修正するにも限界がある。
【０００５】
本発明はかかる不都合を解消するためになされたものであり、ドローバーの固有振動数を容易に高めることができるようにして高速回転に対応できるスピンドル装置を低コストで提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１に係るスピンドル装置は、軸端に工具ホルダ取付用のテーパ孔を有し、軸受を介してハウジングに回転自在に支持されたスピンドル軸と、工具ホルダのプルスタッドに係合する工具ホルダ保持部を先端に有すると共にドローバー駆動端を後端に有し、前記スピンドル軸内に前記テーパ孔に連通して形成された軸孔に軸方向に移動可能に内挿されたドローバーと、前記軸孔内でドローバーに外挿されて該ドローバーを後方に付勢する多数の皿ばねと、前記ドローバー駆動端に連結されて前記ドローバーを前記皿ばねの付勢力に抗して前方に移動させる駆動手段とを備えたスピンドル装置において、皿ばねより先端側のドローバーに先端部が後端部より小径に形成されたスリーブを外嵌し、該スリーブの先端面を前記軸孔の段差部に当接させて前記皿ばねによる軸方向の荷重を支持すると共に、前記スリーブの後端部によって前記ドローバーを支持するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るスピンドル装置を説明するための説明的断面図である。なお、この実施の形態では、従来例と重複する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【０００９】
このスピンドル装置は、皿ばね８より先端側のドローバー７に支持部材としての二個のスリーブ９ａ，９ｂが軸方向に互いに離間して外挿され、各スリーブ９ａ，９ｂの外周面と軸孔内周面との径方向のすき間が小さくされている。これにより、ドローバー７の固有振動数、ひいてはスピンドル軸全体の固有振動数を高めて高速回転に対応できるようにしている。なお、図において符号９ｃは先端側のスリーブ９ａを軸孔１Ａ内に係止する止め輪である。
【００１０】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るスピンドル装置を説明する。図２は該スピンドル装置を説明するための説明的断面図である。このスピンドル装置は、スピンドル軸が長尺なタイプのものに適したもので、軸孔の深い位置にすき間を小さくするための加工（例えば深穴の研削加工等のように同軸度，寸法公差を管理して行う加工）を不要にしたものである。
【００１１】
まず、構成を説明すると、スピンドル装置のスピンドル軸１０は、ハウジング１１内に挿通配置されて、その前端部（左端部）が複数個（図では２個）の玉軸受１２に、後端部（右端部）が一個のころ軸受１３によって回転自在に水平支承されている。ハウジング１１は、円筒状の外筒１４と、該外筒１４の前端面に固定された前蓋１５と、該外筒１４の後端面に固定された後蓋１６とを備える。外筒１４の軸方向の略中央部外周部にはスピンドル装置を工作機械のスピンドル取付け機台等に取り付けるための取付け用フランジ１７が形成されている。
【００１２】
スピンドル軸１０の前端部を支承する二個の玉軸受１２の互いに隣り合う外輪１２ａ間には、外間座１８が介在されている。また、前端部の前側の玉軸受１２の外輪１２ａは前蓋１５によって押さえられ、前端部の後側の玉軸受１２の外輪１２ａは外筒１４の内周部に形成された段差部１９によって受け止められており、これにより、各外輪１２ａが外筒１４の内周部に固定配置されている。各玉軸受１２の互いに隣り合う内輪１２ｂ間には、内間座２０が介在されている。また、前端部の後側の玉軸受１２の内輪１２ｂはスピンドル軸１０の段差部２１に受け止められ、前端側の玉軸受１２の内輪１２ｂはスピンドル軸１０の外周部に外嵌された内輪押え具２２によって押さえられており、これにより、各内輪１２ｂがスピンドル軸１０の外周部に固定配置されている。
【００１３】
一方、スピンドル軸１０の後端部を支承するころ軸受１３の外輪１３ａは前側面が後蓋１６の段差部２３によって受け止められると共に、後側面が外輪押え具２４によって押さえられており、これにより、外輪１３ａが後蓋１６の内周面に固定されている。ころ軸受け１３の内輪１３ｂは前側面がスピンドル軸１０に外嵌固定されたリング状部材２５に受け止められると共に、後側面がリング状の内輪押さえ蓋２６によって押さえられており、これにより、内輪１３ｂがスピンドル軸１０の外周面に固定されている。
【００１４】
スピンドル軸１０の中央部外周面には、ビルトインモータＭのロータ２７が締まりばめで固定されている。ロータ２７に周面対向させて同軸に配設されたステータ２８は外筒１４の内周面にステータスリーブ２９を介して固定されている。
【００１５】
スピンドル軸１０には、前端面から後端側に向けて次第に縮径する工具取付け用のテーパ孔３０と、このテーパ孔３０の奥からスピンドル軸１０の後端に抜ける軸孔３１とがスピンドル軸１０の軸心に沿って形成されている。
【００１６】
テーパ孔３０には、工具（図示せず。）を保持する工具ホルダ３２のテーパシャンク部３３が嵌合されている。
また、テーパシャンク部３３の先端には小径の頸部３４ａと大径の頭部３４ｂとからなるプルスタッド３４が取り付けられており、該プルスタッド３４は軸孔３１内に軸方向に移動自在に内挿されたスリーブ３５にボール３６を介して着脱自在に把持されている。ここで、スリーブ３５及びボール３６は本発明の工具ホルダ保持部を構成する。
【００１７】
ボール３６は、周方向に複数個配置されて径方向外方に退避可能にスリーブ３５に保持されている。スリーブ３５の後端には、該スリーブ３５を軸方向に進退駆動させるための駆動用のドローバー３７が連結されている。ドローバー３７は軸孔３１内を通ってスピンドル軸１０の後端から突出しており、該突出端がドローバー駆動端３７ａとされている。ドローバー駆動端３７ａには駆動手段としての図示しないピストンが連結されている。
【００１８】
そして、ピストンの駆動を解除すると、ドローバー３７が軸孔３１に設けられた皿ばね収納孔部３８内で該ドローバー３７に外挿された多数の皿ばね３９の付勢力によって後退し、スリーブ３５も後退する。このとき、ボール３６はテーパ孔３０に隣接する軸孔３１の比較的大径のスペース３１ａから後端側の小径スペース３１ｂに移動しつつ軸孔３１の内周面に押されてスリーブ３５の内周面から径方向内方に突出し、これにより、ボール３６がプルスタッド３４の頭部３４ｂを把持して工具ホルダ３２ひいては工具が取り付けられる。
【００１９】
また、ピストンを駆動させると、ドローバー３７が皿ばね３９の付勢力に抗して前進してスリーブ３５が前進する。このとき、ボール３６は軸孔３１に設けられた小径スペース３１ｂから大径スペース３１ａに移動しつつ径方向外方に退避してスリーブ３５の内径面から引っ込み、これにより、ボール３６によるプルスタッド頭部３４ｂの把持が解除されて工具ホルダ３２ひいては工具の取り外しが可能になる。尚、図において符号４０はスピンドル軸１０の後端部から軸孔３１に内挿されて皿ばね３９を押さえる押さえリング、４１は押さえリング４０をスピンドル軸１０に固定するための止めナットである。
【００２０】
また、皿ばね３９より先端側のドローバー３７には、スリーブ４２が外嵌されている。スリーブ４２は先端部４３が後端部４４より小径に形成されており、該先端部４３は皿ばね収納孔部３８より小径の小径孔部４５に内挿されてその先端面が段差部４６に当接して皿ばね３９による軸方向の荷重を支持するようになっている。一方、スリーブ４２の後端部４４は皿ばね収納孔部３８に位置してその外周面と皿ばね収納孔部３８の内周面との間の径方向のすき間ができるだけ小さくされており、これによりドローバー３７を支持するようにされている。そして、かかる支持及び上述した軸方向の支持によりドローバー３７ひいてはスピンドル軸１０全体の固有振動数を高め、これにより、スピンドル軸１０の高速回転に対応できるようにしている。
【００２１】
また、工具ホルダ３２のテーパシャンク部３３をスピンドル軸１０のテーパ孔３０に嵌合装着するには、ピストンを駆動状態としてドローバー３７を皿ばね３９の付勢力に抗して前進させ、これによりスリーブ３５を前進させてボール３６を径方向外方に退避させておく。そして、この状態で、ＡＴＣによって運ばれてくる工具ホルダ３２のテーパシャンク部３３をスピンドル軸１０のテーパ孔３０に挿入する。
【００２２】
次いで、工具ホルダ３２をさらに押し込んでテーパシャンク部３３をテーパ孔３０に嵌合させ、テーパシャンク部３３先端のプルスタッド３４をスリーブ３５内に挿入する。そして、この状態でピストンの駆動を解除すると、ドローバー３７が軸孔３１内で皿ばね３９の付勢力によって後退してスリーブ３５が後退すると共に、ボール３６が軸孔３１の大径スペース３１ａから後端側の小径スペース３１ｂに移動しつつ軸孔３１の内周面に押されてスリーブ３５の内周面から径方向内方に突出し、これにより、ボール３６がプルスタッド３４の頭部３４ｂを把持して工具ホルダ３２ひいては工具が装着される。装着された際には、ドローバー３７は皿ばね３９によって後端側に付勢されるため、工具ホルダ３２が後方に引っ張られ、これにより、テーパシャンク部３３の外周面とテーパ孔３０の内周面とが互いに押圧接触して密着する。
【００２３】
このように、この実施の形態においては、軸孔３１の浅い位置には径方向のすき間を小さくしてドローバー３７を支持する部分を設け、軸孔３１の深い位置には皿ばね３９による軸方向の荷重を支持する部分を設けてドローバー３７の固有振動数を高めるようにしているので、軸孔の深い位置に径方向のすき間を小さくするための困難な加工を行う必要がなくなり、この結果、容易にドローバーの固有振動数を高めることが可能になって高速回転に対応できるスピンドル装置を低コストで提供することができる。
【００２４】
図３に本発明の第３の実施の形態を示す。なお、図２の実施の形態と重複する部分には同一符号を付してその説明を省略する。この実施の形態は、皿ばね３９の枚数が図２の実施の形態より多い場合の例であり、このような場合は多数の皿ばね３９の間に一又は二以上の薄肉のスリーブ５０（図では二個）を介在させて該スリーブ５０の外周面と皿ばね収納孔部３８の内周面との間の径方向のすき間を小さくしてドローバー３７を多点で支持するようにすればよい。
【００２５】
【実施例】
図４は図２に示したスピンドル装置を長尺にしたタイプのものであり、長尺である点を除いて構造的には図２と全く同一のものである。これに対し、図５はスリーブ４２を備えていない従来のスピンドル装置であり、スリーブ４２及び該スリーブ４２の先端部４３が内挿される小径孔部４５を備えていない点を除いて構造的には図４と全く同一のものである。
【００２６】
図４及び図５の各スピンドル装置のドローバーの固有振動数を計算したところ図４のスピンドル装置のドローバー固有振動数計算値は６５４．３１６Ｈｚ、図５の従来のスピンドル装置のドローバー固有振動数計算値は２３１．１５０Ｈｚであった。
【００２７】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、容易にドローバーの固有振動数を高めることが可能になって高速回転に対応できるスピンドル装置を低コストで提供することができるという効果が得られる。
【００２８】
また、ドローバーの固有振動数を高めるに際して、軸孔の深い位置に径方向のすき間を小さくするための困難な加工を行う必要がないため、スピンドル軸が長尺なタイプのものにおいても容易にドローバーの固有振動数を高めることが可能になって高速回転に対応できるスピンドル装置を低コストで提供することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスピンドル装置を説明するための説明的断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るスピンドル装置を説明するための説明的断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るスピンドル装置を説明するための説明的断面図である。
【図４】従来例との比較に用いたスピンドル装置の断面図である。
【図５】従来のスピンドル装置を説明するための説明的断面図である。
【符号の説明】
１…スピンドル軸
１Ａ…軸孔
２…テーパ孔
３…工具ホルダ
４…テーパシャンク部
５…プルスタッド
６…工具ホルダ保持部
７…ドローバー
８…皿ばね
９ａ，９ｂ…スリーブ（支持部材）
１０…スピンドル軸
１１…ハウジング
１２，１３…軸受
３０…テーパ孔
３１…軸孔
３２…工具ホルダ
３４…プルスタッド
３５…スリーブ（工具ホルダ保持部）
３６…ボール（工具ホルダ保持部）
３７ａ…ドローバー駆動端
３７…ドローバー
３９…皿ばね
４２…スリーブ
【図１】
0003596161.tif 000002
【図２】
0003596161.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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