(57)【要約】  【課題】  空気などの圧縮流体をエネルギー効率良く回転運動に転換することが可能であり、高速回転時にも十分なトルクが得られるスピンドルユニットを提供する。  【解決手段】  先端から挿入される工具１１を把持するチャック部材１２が主軸１３に挿着され、主軸が軸受によりハウジング１８，１９内で回転可能に支承されたスピンドルユニットであって、主軸には複数のローター１５ａ，１５ｂが離隔して設けられ、各ローター１５ａ，１５ｂに空気などの流体を噴き付けて回転駆動させるための流体噴射孔２４ａ，２４ｂが設けられた。【選択図】  図１
2006102835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端から挿入される工具を把持するチャック部材が主軸に挿着され、該主軸が軸受によりハウジング内で回転可能に支承されたスピンドルユニットであって、前記主軸には複数のローターが離隔して設けられ、各ローターに空気などの流体を噴き付けて回転駆動させるための流体噴射手段が設けられたことを特徴とするスピンドルユニット。
【請求項２】
前記流体噴射手段は、各ローターに対する接線方向から羽根に圧縮流体を吹き付けるように角度付けられてハウジングに形成された流体通路である請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項３】
前記各ローターはＵ字形の凸状部と凹状部とが設けられた羽根を複数有するものであり、前記流体噴射手段は、ハウジング内周面から複数のローター間へ突出するように設けられ、ローターの側方から羽根の凹状部に圧縮流体を吹き付けるように角度付けられたノズルを含むものである請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項４】
前記各ローターはＵ字形の凸状部と凹状部とが設けられた羽根を複数有するものであり、前記流体噴射手段はローターの側方から羽根の凹状部に圧縮流体を吹き付けるように角度付けられてハウジングに形成された流体通路である請求項１に記載のスピンドルユニット。
【請求項５】
前記各ローターはＵ字形の凸状部と凹状部とが設けられた羽根を複数有するものであり、前記流体噴射手段は、後方のローター側方から羽根の凹状部に圧縮流体を吹き付けて前方のローター方向へ通過させるように角度付けられたノズルを含み、前記ハウジング内周面には複数のローター間へ突出するように整流部材を設け、該整流部材が後方から通過してきた圧縮流体を前方ローターの羽根の凹状部へ突き当たるように導くものである請求項１に記載のスピンドルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削や研磨のための工作機械に取り付けられるスピンドルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピンドルユニットは工作機械等の装置に組み込まれて使用されるものであり、例えば、図７に示した従来のスピンドルユニット８０では、ローター８１が主軸８２に固定され、主軸８２はベアリング８３を介してハウジング部材８４内で回転可能に支承され、主軸８２にはコレット部材８５が挿着され、このコレット部材８５により工具（図示せず）が把持され、ハウジング部材８４と主軸８２との間にはローター８１が回転するための回転スペース８６が設けられている。ハウジング部材８４には連結部材８７が固定され、連結部材８７の連結軸８７ａが工作機械などの装置に連結される。またハウジング部材８４には接続部材８８が設けられ、この接続部材８８は図示されていない空気通路等を介して回転スペース８６まで連通している。また接続部材８８にはコンプレッサー（図示せず）などから延長した給気管（図示せず）が接続される。したがって、コンプレッサーを稼動させると、圧縮空気が回転スペース８６に送られてローター８１を回転駆動させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来のスピンドルユニット８０は、圧縮空気によりローター８１を回転駆動させるものであり、切削工具や研磨工具を高速で回転させることが可能である一方で、十分なトルクが得られず、切削効率あるいは研磨効率が低くなるという欠点がある。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、空気などの圧縮流体をエネルギー効率良く回転運動に転換することが可能で、高速回転時にも十分なトルクが得られるスピンドルユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、先端から挿入される工具を把持するチャック部材が主軸に挿着され、該主軸が軸受によりハウジング内で回転可能に支承されたスピンドルユニットであって、前記主軸には複数のローターが離隔して設けられ、各ローターに空気などの流体を噴き付けて回転駆動させるための流体噴射手段が設けられたことを特徴とするスピンドルユニットが提供される。
上記のように本発明のスピンドルユニットでは、主軸に複数のローターが離隔して設けられているため、空気などの圧縮流体をエネルギー効率良く回転運動に転換可能であり、高速回転時にも十分なトルクを得ることができる。
【０００６】
本発明のスピンドルユニットにおいて、前記流体噴射手段は、各ローターに対する接線方向から羽根に圧縮流体を吹き付けるように角度付けられてハウジングに形成された流体通路とすることができる。このように流体噴射手段を構成することにより、衝動形タービンとなり、例えば、ローターの羽根形状をバケット型にすれば、ノズルから出た圧縮流体をバケットが効率良く受けことができて、比較的高いトルクを出せるという効果がある。またローターを複数にすることにより、同じ回転において、トルクを複数倍出すことができる。
【０００７】
本発明のスピンドルユニットにおいて、前記各ローターはＵ字形の凸状部と凹状部とが設けられた羽根を複数有するものであり、前記流体噴射手段は、ハウジング内周面から複数のローター間へ突出するように設けられ、ローターの側方から羽根の凹状部に圧縮流体を吹き付けるように角度付けられたノズルを含むものに形成することができる。
このように流体噴射手段を構成することにより、軸流式タービンとなりローター羽根形状は翼形であり、側方のノズルから圧縮流体を吹き付けることにより高速回転が出せるという効果がある。またローターを複数にすることにより、同じ回転において、トルクを複数倍出すことができる。
【０００８】
本発明のスピンドルユニットにおいて、前記各ローターはＵ字形の凸状部と凹状部とが設けられた羽根を複数有するものであり、前記流体噴射手段はローターの側方から羽根の凹状部に圧縮流体を吹き付けるように角度付けられてハウジングに形成された流体通路とすることができる。
このように流体噴射手段を構成することにより、軸流式タービンでありながら、衝動形の効果を兼ね備え、高速回転を出しながらトルク効率が良いという特徴がある。また部品点数も少なくて安価に製造できるという効果も得られる。
【０００９】
本発明のスピンドルユニットにおいて、前記各ローターはＵ字形の凸状部と凹状部とが設けられた羽根を複数有するものであり、前記流体噴射手段は、後方のローター側方から羽根の凹状部に圧縮流体を吹き付けて前方のローター方向へ通過させるように角度付けられたノズルを含み、前記ハウジング内周面には複数のローター間へ突出するように整流部材を設け、該整流部材が後方から通過してきた圧縮流体を前方ローターの羽根の凹状部へ突き当たるように導くものとすることができる。
このように流体噴射手段と整流部材とを設けることにより、ノズルから出た圧縮流体を一度後方ロータを通過させて整流部材を通し、残ったエネルギーを前方ローターを通過させることにより、少ない流量で効率良くトルクを出すことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のスピンドルユニットは、空気などの圧縮流体をエネルギー効率良く切削作業や研磨作業に転換することが可能で、高速回転時にも十分なトルクが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１（ａ）はスピンドルユニット１０の断面図であり、図１（ｂ）はローター付近の部分的な断面図である。スピンドルユニット１０では、先端から挿入される工具１１を把持するチャック部材１２が主軸１３に挿着され、このチャック部材１２を締付けて工具１１を固定するためのチャックナット１４が主軸１３の先端に設けられている。主軸１３にはローター１５が設けられており、軸受け１６，１７により支承されている。前方の軸受け１６は前方ハウジング１８内に固定され、後方の軸受け１７は後方ハウジング１９内に固定され、後方ハウジング１９と主軸１３との間にはローター１５が回転するための回転スペース２０が設けられている。後方ハウジング１９の外周には外転リング２１が嵌められ、外転リング２１には、エアコンプレッサー（図示せず）等から延びる給気管（図示せず）を接続するための接続部材２２が設けられる。また後方ハウジング１９の後端にはシャンク部材２３が固定され、シャンク部材２３はスピンドルユニット１０を工作機械等の装置（図示せず）に組み込むための接続端として使用される。
【００１２】
ローター１５は所定長さ離隔した２つのローター１５ａ，１５ｂを有し、各ローター１５ａ，１５ｂに空気などの圧縮気体を吹き付けるための流体噴射孔２４ａ，２４ｂ（流体噴射手段）が後方ハウジング１９に穿設され、接続部材２２から流体噴射孔２４ａ，２４ｂまでが給気通路２５により連通している。これら流体噴射孔２４ａ，２４ｂは、図１（ｂ）において簡略に図示したように、各ローター１５ａ，１５ｂの羽根１５ａ’，１５ｂ’に対して接線方向（矢印Ａ１）から圧縮流体を吹き付け得るように角度付けられている。また後方ハウジング１９には、圧縮気体を排出するための複数の排気通路２６，２７も形成されている。
【００１３】
図１のスピンドルユニット１０では、圧縮気体が接続部材２２から供給されると、圧縮気体は給気通路２５を介して噴射孔２４ａ，２４ｂからそれぞれ一対のローター１５ａ，１５ｂに吹き付けられ、一対のローター１５ａ，１５ｂを回転駆動させる。そして、圧縮気体は回転スペース２０を通過して、排気通路２６，２７から排出される。
上記のようにローター１５が複数のローター１５ａ，１５ｂを有し、各ローター１５ａ，１５ｂには各噴射孔２４ａ，２４ｂからそれぞれ圧縮気体が吹き付けられることにより、スピンドルユニット１０は従来のものと比較して、優れたエネルギー効率で十分なトルクを有する高速回転を得ることができる。
【００１４】
図２（ａ）は図１とは異なるスピンドルユニット３０の断面図であり、図２（ｂ）はローター３１Ａ，３１Ｂやノズル３２について説明するための図である。また図３はローター３１Ａ，３１Ｂの斜視図である。以下、図１とは異なるローター３１Ａ，３１Ｂやノズル３２（流体噴射手段）等の構成について主に説明し、図１と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００１５】
スピンドルユニット３０では、２つのローター３１Ａ，３１Ｂが所定長離隔するように主軸１３に設けられ、ローター３１Ａ，３１Ｂ間に環状のスペース３３（図３参照）が形成される。各ローター３１Ａ，３１Ｂには、図３の斜視図で示したように複数の羽根３４がそれぞれ隙間３６を挟んで突設され、各羽根３４はＵ字形の凸状部３４ａと凹状部３４ｂとを有するように形成され、したがって、隙間３６もＵ字形に形成される。
【００１６】
ノズル３２（流体噴射手段）は環状に形成されており、後方ハウジング３５の内周に固定され、ローター３１Ａ，３１Ｂ間の環状のスペース３３に配置される。環状のノズル３２の外周側には、圧縮気体の通路として円周状の溝３２ａが形成され、この溝３２ａから両側面に連通する流体噴射孔３２ｂ，３２ｃが複数箇所に穿設されている。この流体噴射孔３２ｂは、図２（ｂ）に示したように、ローター３１Ａの羽根３４の凹状部３４ｂに圧縮気体を吹き付けることができるように角度付けられており、流体噴射孔３２ｃは、ローター３１Ｂの羽根３４の凹状部３４ｂに圧縮気体を吹き付けることができるように角度付けられている。このように羽根３４の凹状部３４ｂに圧縮気体を吹き付けることにより、ローター３１Ａ，３１Ｂには矢印Ｒ方向への回転駆動力が生じる。
【００１７】
図２（ａ）において、後方ハウジング３５には、接続部材２２から供給される圧縮気体をノズル３２まで通過させるための給気通路２５，３５ａが形成されている。給気通路２５は後方ハウジング３５の外周に環状に形成されたものであり、給気通路３５ａは、ノズル３２の溝３２ａに連通するように、給気通路２５において複数の箇所に穿設された孔である。一方、前方ハウジング１８には前方へ延長する排気通路１８ａが穿設されており、後方ハウジング３５にも後方軸受け１７付近に排気通路３５ｂが穿設されている。
したがって、接続部材２２から供給された圧縮気体はノズル３２を通過し、流体噴射孔３２ｂからローター３１Ａに吹き付けられた後に、主に排気通路１８ａを通って排出される。また流体噴射孔３２ｃからローター３１Ｂに吹き付けられた圧縮気体は、主に排気通路３５ｂを通って排出される。
【００１８】
上記構成のスピンドルユニット３０では、ローター３１Ａ，３１Ｂ間の環状スペース３３にノズル３２を配置したので、この一つのノズル３２の両側に、角度付けした流体噴射孔３２ｂを設けるだけで、両側のローター３１Ａ，３１Ｂの羽根３４の凹状部３４ｂに圧縮流体を吹き付けることが可能になった。これにより、スピンドルユニット３０は従来のものと比較して、優れたエネルギー効率で十分なトルクを有する高速回転を得ることができるようになった。
【００１９】
なお、図２のスピンドルユニット３０では、ノズル３２が後方ハウジング３５の内周面から突設されているが、ノズルは、これ以外の形状にすることも可能である。すなわち、図４（ａ）はスピンドルユニット４０の断面図、図４（ｂ）はノズル４１ａ，４１ｂについて説明するための図であり、ここに図示したように、ノズル４１ａ，４１ｂは、ローター３１Ａ，３１Ｂよりも外周に位置する後方ハウジング３５内に流体通路として形成することができる。つまり、ノズル４１ａ，４１ｂは、ローター３１Ａ，３１Ｂよりも外周且つ側方から、羽根３４の凹状部３４ｂに圧縮気体を吹き付けるように、給気通路２５から回転スペース２０まで角度付けて形成される。スピンドルユニット４０では、ノズル４１ａから吹き出された圧縮気体がローター３１Ａの羽根３４の凹状部３４ｂに当たり主軸１３を回転駆動し、主に排気通路１８ａを通って排出される一方で、ノズル４１ｂから吹き出された圧縮気体はローター３１Ｂの羽根３４の凹状部３４ｂに当たり主軸１３を回転駆動し、主に排気通路３５ｂを通って排出される。
スピンドルユニット４０では、上記のようにノズル４１ａ，４１ｂを構成することにより、軸流式タービンでありながら、衝動形の効果を兼ね備え、高速回転を出しながらトルク効率が良い特徴がある。また部品点数も少なくて安価に製造できるという効果が得られる。
【００２０】
次に、図５は図１、図２及び図４とは異なるスピンドルユニット５０の断面図である。スピンドルユニット５０では、２つのローター３１Ａ，３１Ｂが所定長離隔するように主軸１３に設けられ、この２つのローター３１Ａ，３１Ｂ間に整流部材５１が設けられ、後方のローター３１Ｂの後方にノズル５２が取り付けられている。
【００２１】
さらに詳細に説明すれば、後方ハウジング５３の後方内周には、軸受け１７を固定するための軸受け固定部材５４が設けられ、この軸受け固定部材５４の前端に環状のノズル５２が設けられ、このノズル５２は後方ハウジング５３の内周に密着している。このノズル５２には、羽根３４の凹状部３４ｂに側方から圧縮気体を吹き付けて前方のローター３１Ａ方向へ通過させるように角度付けられた流体噴射孔５２ａが穿設されている。
各ローター３１Ａ，３１Ｂには、図２及び図４と同様に複数の羽根３４が設けられている。スピンドルユニット５０におけるローター３１Ａ，３１Ｂ間の環状スペース３３では、図２及び図４のものと比較して、ローター軸３１Ｃ自体への溝をほとんど形成せず、ほぼ羽根３４のみにより環状スペース３３を形成する。このようにローター３１Ａ，３１Ｂ間に溝をほとんど形成しないことにより、ノズル５２から前方のローター３１Ａ方向へ吹き出された圧縮気体の流れは比較的良好に維持され、圧縮気体流における乱れの発生が抑制される。
整流部材５１は、数個に分割され、後方ハウジング５３の内周に装着され得るように環状に形成されたものであり、ネジ５５等により後方ハウジング５３に固定される。この環状の整流部材５１の内周には複数の羽根５６が所定間隔で設けられている。隣り合う羽根５６の間には、図６に示したように、所定幅の隙間５７が形成されており、各羽根５６はＵ字形の凸状部５６ａと凹状部５６ｂとを有するように形成され、したがって、隙間５７もＵ字形に形成されている。また整流部材５１は、その羽根５６が、ローター３１Ａ，３１Ｂの羽根３４とほぼ同じ軸線上に位置するものであり、且つ、図６に示したようにローター３１Ａ，３１Ｂの羽根３４とは逆方向に凸となるように形成されている。
また後方ハウジング５３と外転リング２１には、それぞれ排気通路５４，５５が穿設されており、これら排気通路５４，５５はローター３１Ａよりも前方に位置している。
【００２２】
次に、スピンドルユニット５０の作用について説明する。
スピンドルユニット５０において、接続部材２２から圧縮気体を供給すると、圧縮気体は給気通路２５，５４ａからノズル５２に流入し、図６に示したように、流体噴射孔５２ａからローター３１Ｂの羽根３４の凹状部３４ｂに向けて吹き付けられる。このように吹き付けられた圧縮気体は、ローター３１ＢのＵ字状の隙間３６に沿って前方（工具方向）に流れ進み、矢印Ａ１方向から矢印Ａ２方向へ逆向きの流れに変えられて整流部材５１に流入する。整流部材５１では、その羽根５６がローター３１Ｂの羽根３４とは逆向きに配列されているため、圧縮気体がＵ字状の隙間５７を通過するときに、矢印Ａ２方向から最初の矢印Ａ１方向に流れの角度が変えられる。したがって、ローター３１Ａの羽根３４の凹状部３４ｂには、ローター３１Ｂの羽根３４の凹状部３４ｂに対するのと同じ向きの圧縮気体が吹き付けられて、ローター３１Ａ，３１Ｂには同じＲ方向への回転駆動力が付与される。なお、ローター３１Ａを通過した圧縮気体は、後方ハウジング５３の排気通路５４，５５や、前方ハウジング１８の排気通路１８ａから排出される。
スピンドルユニット５０では、上記のようにローター３１Ａ，３１Ｂ間に整流部材５１が設けられたので、圧縮気体をノズル５２から前方に向けて一方向に吹き出すだけで、複数のローターに同じ方向の回転駆動力を付与することが可能になった。したがって、図２及び図４のスピンドルユニットのように、前後両方向に圧縮気体を吹き出すものと比較すると、圧縮気体から回転駆動力を得る際のエネルギー効率は格段に優れたものになり、十分なトルクを有する高速回転を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）はスピンドルユニットの断面図であり、（ｂ）はローター付近の部分的な断面図である。
【図２】（ａ）は図１とは異なるスピンドルユニットの断面図、（ｂ）はローターやノズルについて説明するための図である。
【図３】ローターの斜視図である。
【図４】（ａ）はスピンドルユニットの断面図、（ｂ）はノズルについて説明するための図である。
【図５】図１、図２及び図４とは異なるスピンドルユニットの断面図である。
【図６】図５における圧縮流体の流れ方向を説明するための図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  スピンドルユニット
１１  工具
１２  チャック部材
１３  主軸
１５ａ，１５ｂ  ローター
１８  前方ハウジング
１９  後方ハウジング
２４ａ，２４ｂ  流体噴射孔
３０  スピンドルユニット
３１Ａ  ローター（前方ローター）
３１Ｂ  ローター（後方ローター）
３２  ノズル
３４  ローターの羽根
３４ａ  ローターの羽根の凸状部
３４ｂ  ローターの羽根の凹状部
３５  後方ハウジング
４０  スピンドルユニット
４１ａ，４１ｂ  ノズル
５０  スピンドルユニット
５１  整流部材
５２  ノズル
５３  後方ハウジング
５６  整流部材の羽根
５６ａ  整流部材の羽根の凸状部
５６ｂ  整流部材の羽根の凹状部
【図１】
2006102835.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006102835.tif 000005
【図４】
2006102835.tif 000006
【図５】
2006102835.tif 000007
【図６】
2006102835.tif 000008
【図７】
2006102835.tif 000009