(57)【要約】【課題】  センタースルークーラント方式で、発熱、振動発生を抑制できるスピンドルを提供する。【解決手段】  ノズル５ａを有するクーラント供給部材５はスピンドル１のハウジング２に固定される。ハウジング２に流体軸受９され、回転する中空シャフト３には、工具４の取り付け側が径の大きいテーパー状穴７が形成されている。ノズル５ａは中空シャフト３のテーパー状穴７に非接触状態で挿入されて固定されている。ノズル５ａから回転する中空シャフト３内に供給されたクーラントは回転による遠心力により、径が大きくなる工具側に前進する。そして、吐出穴８を介して工具４によるワーク加工点近傍に吐出する。回転する中空シャフト３に非接触でクーラントを供給し、加工点近傍にクーラントを吐出できるので、スピンドルの発熱、振動を抑制することができる。【選択図】          図１
2005246546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に工具が取り付けられ回転する中空シャフトと、該中空シャフトと非接触で、該中空シャフト内部にクーラントを供給する手段とを備え、前記中空シャフトは、回転する前記中空シャフトの遠心力を利用し該中空シャフト内部で自動的にクーラントを加工点方向に移動させる機構と、中空シャフト内部から加工点近傍にクーラント吐出する吐出穴を有することを特徴とするスピンドル。
【請求項２】
前記中空シャフトを支える軸受が流体軸受であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル。
【請求項３】
前記中空シャフト内周面に向けてクーラントを供給する少なくとも１個のノズルが前記中空シャフト後方から内周面と非接触の状態でシャフト中空内に挿入配置された請求項１又は請求項２に記載のスピンドル。
【請求項４】
前記中空シャフトはクーラントが加工点に向けて吐出されるための、中空シャフト前端面もしくは側面に少なくとも１個の吐出穴が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の内、何れか１項に記載のスピンドル。
【請求項５】
前記クーラントを加工点方向に移動させる機構は、前記中空シャフト内周面に切られたスクリューで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の内、何れか１項に記載のスピンドル。
【請求項６】
前記クーラントを加工点方向に移動させる機構は、前記中空シャフト内周面が後方から前方に向かうにしたがって径長が増大するテーパー形状によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の内、何れか１項に記載のスピンドル。
【請求項７】
前記クーラントを加工点方向に移動させる機構は、前記中空シャフト内周面にスクリューが切られ、かつ該内周面が後方から前方に向かうにしたがって径長が増大するテーパー形状に形成することによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の内、何れか１項に記載のスピンドル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センタースルークーラント機能を備えたスピンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においては、ワークの加工形状精度を向上させ、工具の寿命を長くする等の目的のために、クーラントによる加工点の冷却が行われている。このクーラントによる冷却には、外部装置からクーラントを加工点に供給する方法と、スピンドル、工具等に設けた穴を通ってクーラントを加工点に供給するセンタースルークーラントによる方法がある。
【０００３】
図６（ａ）は、外部装置によりクーラントを加工点に供給する方式の説明図である。図６（ａ）に示す例では、空気タービンスピンドル２０の例を示している。スピンドル２０のハウジングに空気軸受で支持され、噴射空気（図示せず）により駆動され回転するシャフト２１の先端には、工具２２が取り付けられ、該工具２２によってワーク２６を加工する。このスピンドル２０の外部に、加工点に向かってクーラントを噴射するクーラント装置２７が配設されている。このクーラント装置２７からクーラントを加工点に供給し、加工点を冷却しながら、シャフト２１及び工具２２を回転させてワーク２６を加工する。
【０００４】
図６（ｂ）は、センタースルークーラントの説明図である。このセンタースルークーラントの場合、シャフト２１の中心にクーラントを通す穴２３が設けられている。又、工具にもクーラント用の穴２４が設けられている。クーラントはカップリングの回転側２５ａ，固定側２５ｂを介してシャフト２１の穴２３内に供給され、該穴２３及び工具に設けられた穴２４を通って、工具２２によるワーク２６への加工点へ噴射され、該加工点を冷却するようにされている。このスピンドルスルークーラントは一般的に用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９６４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クーラントをスピンドルの周辺外部から供給する場合、スピンドルの周辺にクーラント装置２７が配設されることになるから、スピンドル周辺が狭小となる。特に多軸の超精密機械による加工においては、ワークに対する工具の姿勢を変えて加工するものであるが、スピンドルの周囲に配置されたクーラント装置が邪魔になり、工具姿勢が制限され、加工面が制限され加工面の狭小化となる。また、この工具姿勢変化に対してクーラント装置の姿勢等を変えてクーラントの噴射方向、位置を変えることが望ましいが、クーラントの噴射方向、位置を変更することも難しく、かつ、この変更のための空間を確保することも難しい。
【０００７】
一方、センタースルークーラント方式では、スピンドルの回転シャフト２１内の穴２３に外部からクーラントを供給するために、上述したクーラント装置を外部に設けたときの問題点は解消される。しかし、シャフトにカップリングの回転側２５ａを取り付け、固定側のカップリング２５ｂにクーラント供給パイプ等を固定し、このカップリング２５ａ，２５ｂによる結合でクーラントを供給する。そのため、このカップリング２５ａ，２５ｂ等で摩擦熱が発生し、スピンドルが高速回転するとスピンドル本体が発熱、さらには振動が発生する等の問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、センタースルークーラント方式で、発熱、振動発生を抑制できるスピンドルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、クーラントスルー方式のスピンドルであって、請求項１に係わる発明、先端に工具が取り付けられ回転する中空シャフトと、該中空シャフトと非接触で、該中空シャフト内部にクーラントを供給する手段とを備え、前記中空シャフトは、回転する前記中空シャフトの遠心力を利用し該中空シャフト内部で自動的にクーラントを加工点方向に移動させる機構と、中空シャフト内部から加工点近傍にクーラント吐出する吐出穴とを有するスピンドルである。また、請求項２に係わる発明は、前記中空シャフトを支える軸受が流体軸受で構成したものである。請求項３に係わる発明は、前記中空シャフト内周面に向けてクーラントを供給する少なくとも１個のノズルが前記中空シャフト後方から内周面と非接触の状態でシャフト中空内に挿入配置されたものである。また、請求項４に係わる発明は、前記中空シャフトはクーラントが加工点に向けて吐出されるための吐出口が中空シャフト前端面もしくは側面に少なくとも１個の吐出穴が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係わる発明は、前記クーラントを加工点方向に移動させる機構を、前記中空シャフト内周面に切られたスクリューで構成し、請求項６に係わる発明は、前記中空シャフト内周面が後方から前方に向かうにしたがって径長が増大するテーパー形状によって構成し、請求項７に係わる発明は、中空シャフト内周面にスクリューが切られ、かつ該内周面が後方から前方に向かうにしたがって径長が増大するテーパー形状に形成することによって構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
スピンドルの回転する中空シャフトにクーラントを非接触で受け渡すものであるから、スピンドル本体の発熱、振動発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態の説明図である。図１（ａ）は正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。  
本実施形態のスピンドル１は、噴射する流体（空気）で駆動されるスピンドルの例を示している。ハウジング２には、中空シャフト３が回転自在に収納されている。該中空シャフト３には、工具４が取り付け可能に構成されている。また、中空シャフト３は円柱状に形成され、その略中央部は円盤状に突出した円盤部３ａが一体的に形成されている。この円盤部３ａの両面及び中空シャフト３の外周面とハウジング２の対応面間は流体軸受９の構成とされている。また、円盤部３ａの先端部における一方の面（工具４の取り付け側とは反対の面）は、図示していないノズルから噴射される流体（空気）の噴射受け面１０を構成し、ノズルから噴射される流体（空気）によって該中空シャフト３を回転駆動する。なお、この中空シャフト３の駆動については、本願出願人による先に出願した特願２００３−３１４０５１に詳述しており、又、本発明の要旨とは直接的には関係しないので詳細な説明は省略する。
【００１３】
本発明の特徴として、中空シャフト３の中心には、テーパーを持ったテーパー穴７が設けられている。すなわちテーパー穴７の形状は円錐状で、工具４の取り付け側（以下、この側を先端側という）が大きな円となりその反対側（以下この側を後端側という）は、小さい円で開口している。さらに、中空シャフト３の先端側である工具４の取り付け部の側方には該テーパー穴７に連通し、該中空シャフト３の工具取り付け面に開放されたクーラント吐出穴８を備えている。該吐出穴８はこの実施形態では、工具４の取り付け中心を中心として１２０度の間隔をもって３つ設けられている。この吐出穴８の先端面（工具取り付け面）における開放部が、クーラント吐出口８ａを構成する。
【００１４】
さらに、クーラント供給部材５が、ハウジング２の工具取り付け側とは反対側の面にボルト１１で固定されている。該クーラント供給部材５は中空シャフトのテーパー穴７に挿入されるノズル５ａを一体的に備えている。該ノズル５ａ内には、突出方向（中空シャフト３の長手軸方向）のノズル穴５ｂが設けられ、そのノズル穴５ｂの先端は屈曲され、両側に開放されている。すなわち、ノズル穴５ｂはＴ字型形状である。また、このノズル穴５ｂの他方の端は、クーラント供給管取り付け穴５ｃに連通し、該取り付け穴５ｃには、クーラントを供給する管６が取り付けられている。
【００１５】
中空シャフト３を回転させ、クーラント供給管６よりクーラントを供給すると、図２に示すノズル５ａの拡大図に示すように、クーラントはノズル穴５ｂを通り、中空シャフト３のテーパー穴７のテーパー面に向けて噴射される。中空シャフト３は回転していることから、この中空シャフト３のテーパー穴７に噴射されたクーラントも回転することになり、その回転に伴って発生する遠心力により、クーラントは、テーパー穴７の中心軸より遠い方向に、すなわち、径方向に力を受ける。その結果、テーパー穴７のテーパーに沿って、径が大きくなる方向である先端側にクーラントは移動することになる。そして、クーラントは吐出穴８を通り、その吐出口８より噴射され、工具４にて加工しているワークの加工点近傍にクーラントが噴射されることになる。これにより、ワーク及び工具は冷却されることになる。
【００１６】
以上のように、この第１の実施形態では、中空シャフト３に設けられたテーパー穴７が、クーラントを加工点方向に移動させる機構を構成している。そして、クーラントを回転する中空シャフト３のテーパー穴７に供給する手段であるクーラント供給部材５のノズル５ａは、回転する中空シャフト３に接触することなく、非接触によりクーラントを受け渡し供給する。そして、中空シャフト３に設けたテーパー穴７とクーラントに作用する遠心力によって、クーラントを先端側方向に前進させて、逆流を防止し、中空シャフト３の先端面に設けたクーラント吐出口よりクーラントを加工点近傍に吐出するようにしたものである。
【００１７】
図３は、クーラント吐出口を中空シャフト３の先端面（工具取り付け面）に設けるのではなく、中空シャフト３の周面に設けた例を示すものである。中空シャフト３に取り付ける工具４の形状等に応じて、クーラント吐出口を変えたものであり、図３に示す例では、中空シャフト３のテーパー穴７に連通する吐出穴８’の開放口８ａ’を中空シャフト３の先端部周面に設けたものである。
【００１８】
図４は、本発明の第２の実施形態の要部を示す図である。この第２の実施形態では、クーラントを加工点方向に移動させる機構を、中空シャフト３に設けたテーパー穴７の代わりに穴内周面にスクリューを切ったスクリュー穴１２としたものである。この点が第１の実施形態と相違するのみで、他は第１の実施形態と同一である。すなわち、ハウジング２にクーラント供給部材５を固定し、このスクリュー穴１２の後端（工具取り付け側とは反対の側）にクーラント供給部材５のノズル５ａを挿入し、第１の実施形態と同様にクーラントを供給する。スクリュー穴１２に供給されたクーラントは、中空シャフト３の回転により受ける遠心力で該スクリュー穴１２に沿って前進し、先端部のクーラント吐出穴８を通り中空シャフト先端面のクーラント吐出口８ａより噴射されることになる。
【００１９】
図５は、本発明の第３の実施形態の要部説明図である。この第３の実施形態は、クーラントを加工点方向に移動させる機構を、テーパー状のスクリュー穴１３としたものである。すなわち、第１の実施形態におけるテーパー穴７の代わりに、先端側の径が後端側の径よりも大きくした穴の内周面にスクリューが切られたスクリュー穴１３としたものである。他の構成は第１、第２の実施形態と同一である。この第３の実施形態においても、テーパー状スクリュー穴１３の後端部に、クーラント供給部材５のノズル５ａの穴５ｂから供給されたクーラントは、中空シャフト３の回転により回転させられ、その回転により発生する遠心力によって、クーラントはテーパー状スクリュー穴１３に沿って前進し、先端部のクーラント吐出穴８を通り、クーラント吐出口８ａより吐出される。
【００２０】
なお、図６（ｂ）に示したような工具自体にクーラント吐出穴を備えた工具を使用する場合には、この工具のクーラント吐出穴と中空シャフトの中空部と連通するクーラント吐出穴、吐出口を工具取り付け部に形成するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態の説明図である。
【図２】同第１の実施形態における中空シャフト内のテーパー穴へのクーラント供給部の拡大図である。
【図３】クーラント吐出口の別の態様の説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の要部説明図である。
【図５】本発明の第３の発明の要部説明図である。
【図６】従来のクーラント供給方法の説明図であるる
【符号の説明】
【００２２】
１  スピンドル
２  ハウジング
３  中空シャフト
４  工具
５  クーラント供給部材
５ａ  ノズル
５ｂ  ノズル穴
６  クーラント供給管
７  テーパー穴
８  クーラント吐出穴
８ａ  クーラント吐出口
９  流体軸受
１０  噴射受け面
１１  ボルト
１２  スクリュー穴
１３  テーパー状スクリュー穴
【図１】
2005246546.tif 000003
【図２】
2005246546.tif 000004
【図３】
2005246546.tif 000005
【図４】
2005246546.tif 000006
【図５】
2005246546.tif 000007
【図６】
2005246546.tif 000008