(57)【要約】【課題】工作機械へ迅速かつ容易でありながら、超高速で回転させても工具の振れが抑制できる回転工具の装着方法を提供すること。【解決手段】マシニングセンタは、刃部９１と真空吸着可能にテーパ状に形成された被当接部９３と円柱状の軸部９２とを有する回転工具９の被当接部９３をスピンドル主軸３３の一端の当接部５３に負圧により迅速かつ容易に吸着して装着するとともに、軸部９２を空気静圧軸受ユニット６１等の支持機構により回転可能に支持することで高速回転する回転工具９の振れを効果的に抑制する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に刃部（９１）と、基端部に真空吸着可能な被吸着部（９４）と、基端方向に当接可能な面を有する被当接部（９３）と、中間部に円柱状の被回転支持部として構成され軸部（９２）とを備えた回転工具（９）、
及び、駆動源（３２）により回転駆動される主軸（３３）と、前記被当接部（９３）の外形形状に対応した形状に形成され当該被当接部（９３）と当接可能な当接部（５３）と、前記主軸（３３）と同軸に主軸端（３３ａ）に前記回転工具（９）を被吸着部（９４）で吸着固定する吸着部（５２）と、前記吸着部（５２）に負圧を付与する負圧発生手段（４２）と、前記被回転支持部（９２）を案内しつつ回転可能に支持する回転支持部（６）とを有する工作機械（１）を備え、前記吸着部（５２）が前記基端部に設けられた被吸着部（９４）を負圧により吸着するとともに、前記被当接部（９３）を当接部（５３）に当接させることで、前記回転工具（９）を回転可能に支持し、かつ、前記回転支持部（６）が前記被回転支持部（９２）を回転可能に支持することを特徴とする回転工具の装着方法。
【請求項２】
前記吸着部（５２）に吸着された回転工具（９）の被吸着部（９４）は、前記回転支持部（６）の案内により装着姿勢が矯正可能に装着されることを特徴とする請求項１に記載の回転工具の装着方法。
【請求項３】
前記負圧発生手段（４２）は、前記回転工具（９）の質量を支持する負圧を前記被吸着部（５２）に与えることを特徴とする請求項１に記載の回転工具の装着方法。
【請求項４】
前記負圧発生手段（４２）は、前記被吸着部（９４）に対する負圧を与える面積が、前記軸部（９２）の断面積の２分の１以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転工具の装着方法。
【請求項５】
前記回転工具（９）の前記被当接部（９３）は、被回転支持部（９２）から基端部（９４）にかけて同心状に直径が小さくなる円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状を備えた形状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
【請求項６】
前記テーパ形状は、被回転支持部（９２）の直径（φｓ）から基端部（９４）の直径（φｅ）の減少幅と、被吸着部（９４）の軸方向の長さ（Ｌｔ）との比が１：２０から２：１の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の回転工具の装着方法。
【請求項７】
前記テーパ形状は、被回転支持部（９２）の直径（φｓ）から基端部（９４）の直径（φｅ）の減少幅と、被吸着部（９４）の軸方向の長さ（Ｌｔ）との比が１：５から２：１の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載の回転工具の装着方法。
【請求項８】
前記回転支持部（６）は、前記回転工具（９）に対して非接触に構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
【請求項９】
前記回転支持部（６）は、流体により回転工具（９）を支持する軸受により構成されたことを特徴とする請求項８に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１０】
前記回転支持部（６）の前記流体が気体であることを特徴とする請求項９に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１１】
前記回転支持部（６）の前記気体が空気であることを特徴とする請求項１０に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１２】
前記回転支持部（６）は、空気静圧軸受（６１）として構成されたことを特徴とする請求項１１に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１３】
前記負圧発生手段（４２）は、前記主軸（３３）内の軸心に設けられた流路（３４）を介して空気が排気されることにより負圧を発生させることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１４】
前記主軸（３３）内に設けられた流路（３４）は、真空カプラ（４）を介して負圧発生装置（４２）に接続されていることを特徴とする請求項１３に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１５】
前記工作機械（１）の被吸着部（５２）は、前記主軸端（３３ａ）に配置されたツールホルダ（５）に被当接部（５３）が形成され、前記回転工具（９）は前記ツールホルダ（５）を介して前記主軸端（３３ａ）に装着されることを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる回転工具。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械の回転工具の装着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転工具の装着方法、回転工具、工作機械、回転工具の装着装置に係り、例えば、主軸を毎分数万〜数十万回転で超高速回転させて微細な加工を精度高く行うフライス盤等に、超微細ボールエンドミル等を取り付けるのに特に適した装着方法、その装着方法に適した回転工具、その回転工具の装着装置、及びこれを備えた工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、メゾスコピックマシンが注目されている。これは、従来の機械加工の精密マシンと、ナノテクノロジーを用いたいわゆるナノテクマシンとの中間のメゾスコピック領域の加工に適したマシンである。メゾスコピックマシンの厳密な定義はないが、ここでは、特に数μｍ〜数百μｍ程度の対象を加工するのに適したマシンをいう。
【０００３】
例えば、ディンプルと呼ばれる微小なくぼみを規則的に配置したディンプルテクスチャが、光学やトライボロジー等の広範囲の分野で用いられている。また、マイクロチャンネルを用いて、ナノリッター（ｎＬ）からフェムトリッター（ｆＬ）の微小流体をハンドリングするマイクロ流体工学もバイオ関係などで活用されている。これらの場合、数十μｍの幅や深さのディンプルやマイクロチャンネルを形成するには、直接ワークを加工し、またはプレス若しくは成形のための型を正確に３次元的に造形する必要があった。
【０００４】
このような場合、半導体製造工程で採用されているリソグラフィ−で加工する方法も考えられるが、きわめてコストが高いばかりか、幅方向の精度は高くても深さ方向の精度は保証できないため、正確な３次元的造形が難しい。また、放電加工などもコストは低いがやはり正確な３次元的造形ができない。
【０００５】
この点、切削、研削による機械的加工によれば、理論的には正確な３次元的造形が可能であり、比較的コストも低く、多品種少量生産にも適している。
ここで、上記の様な精密な加工を行うために従来用いられてきた回転工具１０９を、図２０を参照して説明する。従来の回転工具１０９は、先端に直径φＤが数十〜数百μｍのボールエンドミルの刃部１９１を備えている。この刃部１９１を支持する軸部には、この工具を把持するためのストレートシャンク１９２が形成されている。このストレートシャンク１９２は、回転工具１０９を工作機械の主軸にクランプする部位で、テーパのない正確な円柱状の面が形成されている。このストレートシャンク１９２が、大型のツールホルダ（不図示）により直接的に（若しくはコレットなどを介して間接的に）把持される。さらに、このツールホルダには主軸に取り付けるためのテーパシャンクが形成されており、このテーパシャンクが主軸端のテーパ孔に引き込み機構で装着される。また、従来の回転工具１０９の基端部の周縁には、コレットなどに装着する場合に、回転工具１０９の基端部周縁と、コレットの挿入口周縁との干渉を防ぎ、傷付きを防止したり装着を容易にしたりするため、その軸線から４５度傾いた面取り部１９４が形成されることがある。これは、単に干渉を防ぐ為の面取りを目的に形成されたＣ面であって、角部を丸めたＲ面と代替することもできる加工である。
【０００６】
メゾスコピックマシンとして超精密加工をするには、このようなストレートシャンクを把持されたボールエンドミルのような回転工具を用い、必要な周速を得るため毎分数万から数十万回転で超高速回転させるのが一般的であるが、この場合、まず回転工具自体が高い精度を有することが不可欠であることはもちろんである。
【０００７】
また、このような回転工具を回転させる工作機械のスピンドルは、高周波モータが内蔵され、４万〜３０万回転の高速でも振れが小さく回転できるように主軸の質量バランスが機械の運転状態での温度において精密に取られていなければならない。
【０００８】
加えて、工具や工作機械自体が精度高く調整されているばかりか、正確に回転工具を工作機械に装着して、超高速に回転する回転工具の振れを抑制することも不可欠である。ところで、本発明の発明者は、図１８に示すように回転工具の振れの大きさの差で大きく工具の寿命が変わることを実証しており、この観点からも振れを抑制することは重要である。ここでは、ボールエンドミルの切り込み量０．１ｍｍ、ピック量０．３ｍｍ、工具送り量０．１ｍｍ／刃、主軸回転数９５５０回転／分、切削速度２１２ｍ／分、傾斜角４５°で比較し、○で示したグラフは工具振れδ＝４１．３μｍ、□で示したグラフは工具振れδ＝９．８μｍである。これらを比較すると、切削距離、つまり工具の寿命が大きく異なり、この観点からも振れの抑制が重要であることが分かる。
【０００９】
一般的にマシニングセンタに採用されているＡＴＣ（自動工具交換装置）のクランプ装置では、メゾスコピックマシンに比べはるかに大型の工具を対象としており、その負荷も大きく、回転数もすくない。そして工具のストレートシャンク部を把持固定する着脱手段を有したツールホルダが回転工具を直接保持（若しくはコレットなどを介して間接的に保持）し、そのツールホルダはテーパシャンクにより主軸端のテーパ孔に引き込み機構などにより装着される。そして、この大きなツールホルダごと工具を自動交換している。もし、このような質量の大きな自動交換可能なクランプ装置を用いて上述のような毎分数万から数十万回転で超高速回転させるボールエンドミルを保持すれば、回転バランスの悪さから工具の振れなどが生じやすく、μｍオーダーの振れに抑制するのは到底困難である。
【００１０】
そこで、特許文献１に記載の焼ばめ方式の工具のクランプ装置や、特許文献２に記載したこの焼ばめ方式のクランプ方法を熱の影響を抑制する工具クランプ装置が開示されている。
【００１１】
図１９に示すように、特許文献１に記載の工具クランプ装置は、いわゆる焼ばめ方式といわれ、主軸１３３下端に取付けられたホルダ１０５及びホルダ１０５を把持して冷却するホルダ把持装置１２０Ａ、工具１０９を把持するとともに冷却する工具把持装置１２０Ｂ並びに高周波誘導加熱装置１０８で構成される工具着脱装置部１２０によりなっている。そして、高周波誘導加熱装置１０８でホルダ１０５のみを加熱して熱膨張させて、その間に工具１０９をホルダ１０５に挿入する。その後ホルダ１０５及び工具１０９を冷却することでホルダ１０５が熱収縮して工具１０９を強固にクランプする。
【００１２】
この焼ばめ方式であれば、熱膨張、熱収縮を利用するため、従来のコレットなどと比較すれば工具のクランプ構造がシンプルでかつコンパクトにでき、ワークとの干渉も回避できる。さらに、工具のクランプも強固にできる。
【特許文献１】特開２００４−２３７４０８号公報
【特許文献２】特開２００７−７５９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１，２のような発明では、複雑な焼ばめの装置が必要となり、交換時間も加熱時間に加え、冷却時間が必要なため比較的長時間必要となる。
また、工具１０９やホルダ１０５の組織の不均質や、加熱冷却のムラなどの個体差から振れが生じたとしてもこれを調整するのが困難である。
【００１４】
さらに焼ばめ方式では、特許文献２に記載されたような熱対策がとられた構成としたところで、基本的にクランプ装置を加熱することから工具も加熱され工具の組織が軟化するなどの影響が不可避である。
【００１５】
一方、上述のようなメゾスコピックマシンであれば、回転工具の径が、３ｍｍ〜６ｍｍ程度のものが使用され、振れを抑制しつつ超高速回転させるものの、大型の回転工具のような大きな加工負荷は要求されない。そのため、クランプ装置は必要以上に大きな締め付け力は必要がない。
【００１６】
本発明の課題は、回転工具の工作機械への着脱が極めて迅速かつ容易となる回転工具の装着方法、その装着方法に適した回転工具・装着装置、及び、これを備えた工作機械を提供することにある。
【００１７】
併せて、超高速で回転させても工具の振れが抑制できる回転工具の装着方法、その装着方法に適した回転工具・装着装置、及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
加えて、確実に回転工具の保持ができる回転工具の装着方法、その装着方法に適した回転工具・装着装置、及びこれを備えた工作機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の回転工具の装着方法では、先端部に刃部と、基端部に真空吸着可能な被吸着部と、基端方向に当接可能な面を有する被当接部と、中間部に円柱状の被回転支持部として構成され軸部とを備えた回転工具、及び、駆動源により回転駆動される主軸と、前記被当接部の外形形状に対応した形状に形成され前記当該被当接部と当接可能な当接部と、前記主軸と同軸に主軸端に前記回転工具を被吸着部で吸着固定する吸着部と、前記吸着部に負圧を付与する負圧発生手段と、前記被回転支持部を案内しつつ回転可能に支持する回転支持部とを有する工作機械を備え、前記吸着部が前記基端部に設けられた被吸着部を負圧により吸着するとともに、前記被当接部を当接部に当接させることで、前記回転工具を回転可能に支持し、かつ、前記回転支持部が前記被回転支持部を回転可能に支持することを要旨とする。
【００１９】
本発明では、負圧により回転工具を装着するため、きわめて容易に工作機械に装着でき、かつ、回転支持部で回転工具を回転可能に支持するため、横方向の耐荷重も大きくなるとともに、回転工具の振れを抑制することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転工具の装着方法において、前記吸着部に吸着された回転工具の被吸着部は、前記回転支持部の案内により装着姿勢が矯正可能に装着されることを要旨とする。
【００２１】
本発明によれば、回転支持部により回転工具の振れが矯正できるため、より回転工具の振れが抑制でき工作精度上げることができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の回転工具の装着方法において、前記負圧発生手段は、前記回転工具の質量を支持する負圧を前記被吸着部に与えることを要旨とする。
【００２２】
本発明によれば、回転工具の質量を支持できる負圧を付与するため、他の固定方法の補助なしで回転工具を工作機械に装着できる。
請求項４に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の回転工具の装着方法において、前記負圧発生手段は、前記被吸着部に対する負圧を与える面積が、前記軸部断面積の２分の１以上であることを要旨とする。
【００２３】
本発明によれば、負圧を受ける面積を大きくすることで回転工具が安定して装着される。
請求項５に記載の発明では、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記回転工具の前記当接部は、被回転支持部から基端部にかけて同心状に直径が小さくなる円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状を備えた形状に形成されたことを要旨とする。
【００２４】
本発明では、円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状の被当接部により、回転工具が安定して装着できる。
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の回転工具の装着方法において、前記テーパ形状は、被回転支持部の直径から基端部の直径の減少幅と、被吸着部の軸方向の長さとの比が１：２０から２：１の範囲にあることを要旨とする。
【００２５】
本発明では、テーパ比を１：２０〜２：１とすることで、楔効果で、小さな負圧でも安定した装着ができる。さらに、このバランスのテーパ比であると、小さな負圧でも安定した装着ができるとともに回転工具の分離に困難さが生じない。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。
【００２６】
請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の回転工具の装着方法において、前記テーパ形状は、被回転支持部の直径から基端部の直径の減少幅と、被吸着部の軸方向の長さとの比が１：５から２：１の範囲にあることを要旨とする。
【００２７】
本発明では、特に分離が容易であるとともに、空気静圧軸受に比較して耐荷重が小さく比較的矯正力が弱い磁気軸受や空気動圧軸受でも回転工具の位置の矯正が可能となる。
請求項８に記載の発明では、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記回転支持部は、前記回転工具に対して非接触に構成されたことを要旨とする。
【００２８】
本発明では、回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の回転工具の装着方法において、前記回転支持部は、流体により回転工具を支持する軸受により構成されたことを要旨とする。
【００２９】
本発明では、流体により回転工具を支持するため、固体に接触する軸受に比較して、回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の回転工具の装着方法において、前記回転支持部の前記流体が気体であることを要旨とする。
【００３０】
本発明では、気体により回転工具を支持するため、流体でもとくに回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の回転工具の装着方法において、前記回転支持部の前記気体が空気であることを要旨とする。
【００３１】
本発明では、空気により回転工具を支持するため、気体の中でも安価で、かつ取り扱いも容易で、回転工具の回転を妨げることなく、かつ発熱も小さくすることができる。
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の回転工具の装着方法において、前記回転支持部は、空気静圧軸受として構成されたことを要旨とする。
【００３２】
本発明では、空気静圧軸受により回転可能に支持されるため、装着部での負荷が小さくなり、その構造も簡易にできる。さらに、空気静圧軸受を用いるため軸受の剛性が高く、正確に振れを抑制できるとともに、矯正力が強いため、振れを効果的に抑制できる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明では、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記負圧発生手段は、前記主軸内の軸心に設けられた流路を介して空気が排気されることにより負圧を発生させることを要旨とする。
【００３４】
本発明によれば、簡易な設備で、かつ小さな装置で負圧を発生させることで、メゾスコピックマシンにふさわしいコンパクトな負圧発生手段とすることができる。
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の回転工具の装着方法において、前記主軸内に設けられた流路は、真空カプラを介して負圧発生装置に接続されていることを要旨とする。
【００３５】
この発明では、真空カプラを備えることで、負圧発生手段外部に設けることができ、負圧発生手段は主軸とともに回転することがなく真空カプラを介して負圧を吸着部に与えることができるので、回転部分の質量を小さくできる。
【００３６】
請求項１５に記載の発明では、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法において、前記工作機械の被吸着部は、前記主軸端に配置されたツールホルダに当接部が形成され、前記回転工具は前記ツールホルダを介して前記主軸端に装着されることを要旨とする。
【００３７】
本発明では、主軸端にツールホルダを装着しているので、ツールホルダを異なるタイプに交換することで、多様な工具を主軸に装着することができる。
請求項１６に記載の発明では、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる回転工具を要旨とする。
【００３８】
請求項１７に記載の発明では、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械を要旨とする。
請求項１８に記載の発明では、請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の回転工具の装着方法に用いる工作機械の回転工具の装着装置を要旨とする。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、回転工具の工作機械への着脱が極めて迅速かつ容易となる。また、超高速で回転させても工具の振れが抑制できる。さらに、確実に回転工具の保持ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
（第１の実施形態）以下、本発明を具体化した工作機械である立型のマシニングセンタ１と、回転工具９であるボールエンドミルの一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
【００４１】
（マシニングセンタ１）
図１は、マシニングセンタ１の概略を示す斜視図である。紙面左手前がマシニングセンタ１の正面であり、正面から見て右方向がＸ軸方向、上方向がＹ軸方向、背面方向（紙面右奥方向）をＺ軸方向とする。
【００４２】
（ＣＮＣ制御部２３・操作パネル２２）
マシニングセンタ１は、床に水平に載置された機台１１が設けられるとともに、この機台１１の正面側左方には、タッチパネルからなる操作パネル２２が設けられ、内部に収容されたＣＮＣ（Computer Numerical Control）制御部２３のコンピュータを操作する。
【００４３】
（ワーク主軸１３）
機台１１上の正面中央側には水平なステージ１２が設けられるとともに、このステージ１２上にはワーク主軸１３が載置されている。そして、このワーク主軸１３に図示を省略したチャック機構でワークＷが保持される。
【００４４】
ステージ１２は、図示しないサーボ機構でＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の直線移動、及びＸ軸回り、Ｚ軸回りに回転移動などするように周知の方法でＣＮＣ制御されている。また、ワーク主軸１３にはチャック機構で保持されたワークＷが回転可能になっているおり、ワーク主軸１３に内蔵された図示しないモータがＣＮＣ制御されワークＷを回転駆動する。
【００４５】
（主軸頭１６）
機台１１の背面側には、コラム１５が立設されるとともに、このコラム１５の正面側に主軸頭１６が配置されている。この主軸頭１６は、スピンドル主軸３３を備えたスピンドルユニット３を支持し、図示しないサーボ機構でスピンドルユニット３をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の直線移動、及びＸ軸回り、Ｚ軸回りに回転移動するように周知の方法でＣＮＣ制御されている。
【００４６】
したがって、本実施形態のマシニングセンタ１は、ワーク主軸１３及び回転工具のスピンドル主軸３３が多軸について変位可能で自由度が高く、多機能フライスとしての機能も併せ持つマシニングセンタであり、複雑な形状の精密金型などの製作ができるものである。
【００４７】
これらは、２点鎖線で示す保護カバー２１が覆っている。
（ＡＴＣ）
ステージ１２のＸ軸方向（正面から見て右手）に隣接して、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer・自動工具交換装置）に用いる工具マガジン１９を備える。このターレット式の工具マガジン１９は、ターンテーブル状になっており、周縁部に交換用の回転工具が多数鉛直上方から挿入可能に構成されている。この工具マガジン１９は、工具マガジン駆動部２０により回転することができる。
【００４８】
コラム１５の正面側には上下に並列して２本、Ｘ軸方向に平行なレール１８，１８が設けられており、主軸頭１６は、この一対のレール１８，１８に案内されて工具マガジン１９とスピンドル主軸３３が近接する位置まで移動され、工具マガジン駆動部２０を回転させることで、迅速に任意の回転工具９に交換することができる。工具交換の詳細は後述する。
【００４９】
図２は、スピンドルユニット３を示す一部断面図である。図３は、スピンドル主軸３３と、ツールホルダ５と、ボールエンドミルからなる回転工具９の基端部との関係を示す組立図である。
【００５０】
（スピンドルユニット３）
図２に示すように、スピンドルユニット３のケーシング３１内にＤＣブラシレスモーターからなる高周波誘導電動機であるモータ３２が収容され、このモータ３２がスピンドル主軸３３を回転させる。スピンドルユニット３自体は、スピンドル主軸３３に切削液やエアを通す穴があるものであれば、周知の構成を改造して本発明のスピンドルユニット３を製作できる可能性があるが、スピンドルユニット３自体により振動・リップル・トルク変動等が生じると、本発明の効果が損なわれるので、精度及び剛性の高いものが望ましい。
【００５１】
（スピンドル主軸３３）
このスピンドル主軸３３は、図示しない複数の玉軸受けによりラジアル方向・スラスト方向から支持されている。
【００５２】
このスピンドル主軸３３は、例えば、高周波で駆動され、６０，０００〜１２０，０００ｒｐｍ程度の超高速回転が可能となっており、スピンドル主軸３３自体の振れは、少なくとも２０，０００〜６０，０００ｒｐｍの範囲では、１μｍ未満の極めて小さい振れとなっている。
【００５３】
スピンドル主軸３３は、全体としては概ね円筒状の形状で、その軸心に沿って内径５ｍｍの円形断面のエアの流路３４が内部に形成されており、スピンドル主軸３３の主軸端３３ａには下方に向けて下部開口３５を備える。
【００５４】
（真空カプラ４）
また、図２に示すようにスピンドル主軸３３の上端は、非接触の真空カプラ４が形成されている。図３に示すようにスピンドル主軸３３の上端には流路３４の上部開口３６が形成されているが蓋体３７により密閉されている。また、上端のやや下方には鉛直方向の流路３４からスピンドル主軸３３を中心に対向する半径方向に一対の排気路３８，３８が穿設されており、スピンドル主軸３３の外周面に排気口３９，３９がそれぞれ開口されている。
【００５５】
図２、３に示すように、真空カプラ４は、全体が概ね円柱状に形成され、この排気口３９，３９をスピンドル主軸３３を中心に回転させたときの軌跡に対して、これを外側から取り巻くドーナツ型の空間４０が形成されており、この空間４０と外部に連通する吸引口４１が形成されている。スピンドル主軸３３は高速で回転するため、この排気路３８，３８に存在する空気は矢印方向に強い遠心力を受け、空間４０に強制的に排出される。つまり、この真空カプラ４自体も、遠心ポンプとしてスピンドル主軸３３内の流路３４に負圧を与えることに寄与している。
【００５６】
（工具取り外し機構）
本実施形態では、ツールホルダ５の通路５２に臨んだ回転工具９の基端面９４を負圧のみで吸着するものであるため、負圧を解除すれば、通常、回転工具の自重によりツールホルダ５から分離する。ところが、本発明の回転工具９の被当接部９３とツールホルダ５の当接部５３とが、テーパの程度や表面の粗度の程度などによる表面同士の摩擦、特にくさび効果による食いつき、鏡面同士の密着などにより当接したまま、回転工具９が自然落下しないことがある。そこで、本実施形態では、図示を省略した空気供給手段からスピンドルユニット３の流路３４、ツールホルダ５の通路５２に加圧した空気を供給することで負圧状態から加圧状態にして回転工具９の離脱を促す。この加圧状態は脈動させる方がより効果的に回転工具を分離できるので好ましい。
【００５７】
さらに、工具マガジン１９側で、回転工具の先端部を把持したり、工具に掛合部を設けて掛止し機械的に強制的に引き抜くようにすることもできる。
さらに本実施形態では、図２、図３に示すように、流路３４内にノックピン４３を設け、回転工具９の基端面９４を押圧して被当接部９３を当接部５３から押し出すようにしている。ノックピン４３は、流路３４内のスピンドル主軸３３の回転中心に沿って設けられ、蓋体３７の中央部に穿設された孔から、僅かな隙間を隔てて非接触で上方に突出する。ここにはノックピン可動機構４４が配置され、回転工具９を取り外すときには、ノックピン４３を下方に変位させて回転工具９の基端面９４に当接・押圧して、回転工具９を取り外す。
【００５８】
このため、このノックピン４３による工具取り外し機構により、自動的に確実に回転工具を解除でき、ＡＴＣにより自動交換を確実に達成できる。その一方、ノックピン４３は、回転工具９、スピンドル主軸３３、蓋体３７のいずれにも非接触で、これらの円滑な回転を妨げることもない。そして、蓋体３７とは僅かな隙間を維持して負圧や加圧を損なわないように構成されている。
【００５９】
（真空発生器４２）
図２に示す、吸引口４１には、負圧発生装置である真空発生器（Vacuum generator）４２が接続されている。この真空発生器４２は、ノズルにより高速で噴出される圧縮空気により生じる流体の負圧を利用したものであり、工場内で供給される圧縮空気さえあれば極めて小さなスペースで負圧を発生することができる。例えば、商品名で「コンバム」（株式会社妙徳の登録商標）などが好適に使用できる。本実施形態では、供給空気圧力０．５ＭＰａで、−９０ｋＰａ程度の真空度に到達し、φ＝６ｍｍの回転工具９が良好に装着でき、加工中の保持に脱落、スリップなどの問題も生じなかった。
【００６０】
（ツールホルダ５）
図３に示すように、本実施形態では、当接部５３を形成するために、ツールホルダ５を用いており、回転工具９の主軸３３への装着は、ツールホルダ５を介して行っている。スピンドル主軸３３の主軸端３３ａには概ね円筒状のツールホルダ５がスピンドル主軸３３と同軸に固定されており、スピンドル主軸３３と一体に回転するようになっている。
【００６１】
本実施形態では、一般のＡＴＣなどに用いられるような大型のものではなく、質量が小さく、回転バランスのよい専用のものを用いている。
なお、従来のツールホルダ５は、一般に、例えば、ＨＳＫシャンクやＫＭシャンクのような大型のものが挙げられるが、これは、本実施形態と比較して比較的おおきな回転工具９を用い、かつ、回転工具９が装着されたツールホルダごとＡＴＣで交換しており、ツールホルダにワンタッチの交換機能が必要であった。そのため、大型化は避けられなかった。
【００６２】
一方、本実施形態では、回転工具９の交換は、回転工具９自体で行われるため、ツールホルダ自体はワンタッチで交換する機能は必要がない。そのため、ツールホルダ５を従来のツールホルダと比較して、著しく小さく、質量が少なく、回転バランスの良好なものとすることができた。
【００６３】
ツールホルダ５は、円柱状の本体５１を備え、その上部が、ちょうどスピンドル主軸３３の下端に設けられた嵌合凹部３０に嵌合され、図示しないねじによりねじ止め固定される。
【００６４】
このツールホルダ５は、円柱状の本体５１の上部には、軸方向に断面が円形の通路５２が貫通され、下部には、下方に直径が大きくなるテーパ状の空間が当接部５３として形成されている。そしてスピンドル主軸３３の主軸端３３ａの下部開口３５と連通するようにこれと同径に、上部の開口部５４が形成されている。
【００６５】
この当接部５３は、被当接部９３と当接するように回転工具９の被当接部９３のテーパ形状と密着するように、被当接部９３の外形形状に対応した形状に形成され、そのテーパ角度と真円度が正確に形成されるとともに、その表面が研磨される。
【００６６】
（回転工具９）
図４（ａ）〜（ｃ）は、回転工具９の例を示す図である。本発明の回転工具９としては、ボールエンドミル以外にスクエァ、ラジアス等のエンドミル、平フライスのほか、ドリル、タップ、リーマーなどのソリッド工具、及び、インサート等を着脱自在に装着して用いる刃先交換式のエンドミル、正面フライスなど、マシニングセンタ１で一般に用いられる回転工具として用いるものに広く適用できる。本実施形態では、このような中で、主軸を毎分数万〜数十万回転で超高速回転させて精密金型などの微細な加工を精度高く行う万能フライス盤等に、超微細ボールエンドミルを装着する際に特に適したメゾスコピックマシン用の超微細ボールエンドミルを例に説明する。
【００６７】
回転工具９は、全体が概ね円柱状に形成され、先端部に設けられた刃部９１と、基端部に設けられた真空吸着可能な被吸着部として構成された基端面９４と、基端方向に当接可能にテーパ状に形成された面を有する被当接部９３と、中間部に設けられた円柱形の軸部とを備える。
【００６８】
（刃部９１）
上述のとおり、本発明の回転工具９の刃部９１は、切削用の切れ刃に限らず、研磨用の砥石を含むものである。
【００６９】
図４（ａ）に示す回転工具９は、本実施形態のメゾスコピックマシン用の超微細ボールエンドミルで、Ｘ軸方向やＺ軸方向の側面での切削に加えＹ軸方向にも切り込むことができる。刃先はここでは２枚刃であるが、３枚刃以上でもよく、刃部９１の先端は回転した軌跡が半球状となる。刃部９１の直径φＤは、図上では誇張して太く描かれているが、実際には極めて細く、毛髪よりも細い直径φＤ＝３０μｍである。また、ノーズ半径はＲ＝１５μｍである。
【００７０】
工具全体の材質は、例えば、構造用鋼、高速度工具鋼（ハイス）若しくは超微粒子超硬合金から構成される。刃部９１は、上記工具全体の材質と同一の高速度工具鋼や超硬合金で形成しても、刃部９１の先端部の切れ刃部分のみを、例えば、ＰＣＤ（多結晶焼結ダイヤモンド）若しくはｃＢＮ（Cubic Boron Nitride ・立方晶窒化ホウ素）から構成してもよい。
【００７１】
なお、図４（ａ）、（ｂ）のように、刃部９１と軸部９２との間に、テーパ部を設けるほか、図４（ｃ）のように、テーパ部の中途に平行部９５を設けてもよい。その工具の目的によりワークＷとの干渉の防止や、あるいは工具全体の質量の削減、工具の強度、工具の取り外しの掛止部の形成などから種々の形状を取り得る。
【００７２】
（軸部９２）
図４の（ａ）〜（ｃ）は、いずれも共通して、回転工具９の軸部９２であるテーパのないストレートな形状の中間部の直径（従来の工具１０９（図２０参照）ではいわゆるシャンク径であるが、本発明の軸部９２は、従来の「シャンク」のように把持部として使用しないため、混乱を避けるため敢えて「シャンク」の語は使わない。）は、φｓ＝６ｍｍである。
【００７３】
本実施形態の軸部９２は、把持されることもなく、回転が支持されることもないため、その形状は回転バランスさえよければ、制限はない。また、図示しない引き抜き用の掛止部となる溝や突起、突条などを設けてもよい。
【００７４】
（被当接部９３）
軸部９２から基端面９４にかけて、テーパ形状の被当接部９３が形成される。基端面９４の直径は、φｅ＝５ｍｍに形成される。詳細は後述する。
【００７５】
（基端面９４）
本発明において基端部とは、回転工具９の刃部９１のある端部とは反対の端部をいい、基端面９４のみならず、被当接部９３も含む。基端面９４は、基端部を構成する部分である、スピンドル主軸３３の回転軸と垂直な平面として形成されている。基端面９４は、ツールホルダ５に装着されている時には、負圧が付与されたツールホルダ５の通路５２に臨んでいる。このため、基端面９４は、被吸着部として通路５２の負圧により重力に抗する鉛直上方の方向の力を受ける。そのため、回転工具９はツールホルダ５に吸着固定される。
【００７６】
なお、基端面９４と被当接部９３の境界である基端面９４の周縁は、例えば、０．５ｍｍ程度のＣ面（面取り面）が軸線に対して、例えば４５度の角度で形成されてもよい。また、Ｃ面に換えてＲ面（曲面）としてもよい。
【００７７】
（被当接部９３の形状）
次に、本発明のポイントである被当接部９３のテーパ形状について詳細に説明する。図４（ａ）に示す回転工具９では、軸部９２の直径φｓ＝６ｍｍで、基端面９４の直径φｅ＝５ｍｍである。そして被当接部９３の軸方向の長さＬｔ＝５ｍｍとなっており、回転工具９の被当接部９３は、軸部９２から基端部にかけて同心状に直径が小さくなる円錐台形状のテーパ形状に形成されている。そして、この形状は、図３のツールホルダ５の当接部５３の形状と嵌り合い、気密な状態で嵌合可能になっている。
【００７８】
この被当接部９３は、精度を高めたり、気密性を向上させたり、表面の保護のため種々の表面処理がなされる。たとえば、研磨して鏡面仕上げにして気密性を高めたり、逆に表面粗度を粗くして、当接部５３とのスリップを減少させるようにしてもよい。
【００７９】
図４（ａ）に示す回転工具９のテーパ形状は、軸部９２の直径φｓから基端面９４の直径φｅの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さとの比が、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：５＝１：５となっている。ここで、本願ではこの比、若しくはこの比の値を「テーパ比」ということにする。この場合は、テーパ比１／５となる。
【００８０】
本発明者の実験では、図４（ａ）に示す回転工具９では、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、加圧するまでもなく回転工具９は分離された。
【００８１】
次に、図４（ｂ）に示す回転工具は、軸部９２の直径φｓ＝６ｍｍから基端面９４の直径φｅ＝５ｍｍの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔ＝１０ｍｍとの比が、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：１０＝１：１０となっている。この場合は、テーパ比１／１０となる。この場合は、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、装着時の挿入速度にもよるが、負圧を解除しても自然には抜けないものもあったため、手で分離を補助する必要があるものもあった。
【００８２】
次に、図４（ｃ）に示す回転工具は、軸部９２の直径φｓ＝６ｍｍから基端面９４の直径φｅ＝５ｍｍの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔ＝２ｍｍとの比が、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：２＝１：２となっている。この場合は、テーパ比１／２となる。この場合でも、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、回転工具９は自重で分離した。
【００８３】
同様に、テーパ比１／２０．０４７の回転工具９（図示しない）では、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は安定しており、負圧を解除した時には、装着時の挿入速度にもよるが、負圧を解除しても自然には抜けずに手で分離を補助する必要があるものが多かった。このため、十分に実用可能であるが、ＡＴＣで使用するためには、何らかの分離手段を必要とする。
【００８４】
さらに、テーパ比１／５０の回転工具９（図示しない）では、当接部５３による回転工具９の被当接部９３の保持は極めて安定しており、負圧を解除した時には、装着時の挿入速度にもよるが、負圧を解除しても自然には抜けずに手で分離を補助する必要があるものが多かった。このテーパ比１／５０であれば、何らかの分離手段を必要とするものの、十分に実用可能である。
【００８５】
小さな負圧で、回転工具を保持するという観点からは、テーパ比１／１０以下が望ましい。なお、テーパ比１／２でも十分保持できるし、十分な負圧があればテーパ比２／１でも十分に実施できる。
【００８６】
また、分離が容易という観点からは、テーパ比１／２０以上が望ましい。さらに、テーパ比１／５以上であれば、ＡＴＣ等にも利用でき、テーパ比１／２であれば、ＡＴＣに最適である。
【００８７】
また、分離が容易という観点からは、１／５０以上であることが望ましい。これよりテーパ比が小さいと、加工作業中の安定性は高くても、回転工具９を当接部５３へ装着するときの力により、引き抜くときの力がくさび効果で非常に大きくなり、作業に困難を起こす可能性が大きくなる。また、被当接部９３の長さＬｔが長くなるとこれを支持する当接部５３の長さが長くなり、これに伴いツールホルダ５の長さが長くなったり、質量が大きくなったりする点も考慮される。
【００８８】
また、加工時の安定性という観点からは、テーパ比が１／２以下が望ましい。特に回転軸に直交する方向からの力がかかる平フライス、ボールエンドミルなどは、被当接部９３の長さＬｔの長さが長い方が有利となる。
【００８９】
また、回転工具９の軸の直径φｓが１０ｍｍ以下であれば、自重が比較的小さく、基端面９４の面積で負圧を受けることで、十分に支持できる。
以上のことを勘案して、回転工具９の軸径が１０ｍｍ以下であれば、被当接部９３のテーパ形状は、軸部９２の直径φｓから基端面９４の直径φｅの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔとの比が（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：５０〜１：１０の範囲にあるものが好適に実施できることが、発明者の実験からわかった。
【００９０】
特に、メゾスコピックマシンに好適に使用できる回転工具９の軸の直径がφｓ＝３〜６ｍｍのものは、比較的自重も軽く、かつ加工時の負荷も小さい。このことから、被当接部９３のテーパ形状は、軸部９２の直径φｓから基端部の直径φｅの減少幅と、被当接部９３の軸方向の長さＬｔとの比が（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：２０〜１：２の範囲にあるものが特に好適な実施ができることがわかった。
【００９１】
また、テーパ比１／２０〜２／１であれば、小さな負圧で回転工具９を保持しつつ、容易な分離も果たしたいという目的からは本発明の効果がバランスよく発揮でき、テーパ比１／１０〜１／２が好ましいバランスであり、特に、テーパ比１／５が負圧の効率と分離の容易さのバランスからベストであった。
【００９２】
（回転工具９の変更例）
次に、図５、図６を参照して回転工具９の変更例を説明する。図５は、被当接部９３ａが、回転工具９の軸心方向と直交する基端面９４の周縁に設けられた変更例、図６は、被当接部９３ａが基端面９４内に設けられる変更例を示す。
【００９３】
○  上述のテーパ比は、φｓ−φｅ＝０の場合、若しくはＬｔ＝０の場合、言い換えれば、テーパ比＝（φｓ−φｅ）／Ｌｔの値が限りなく０若しくは∞といえる特殊な場合でも本発明の実施が可能である。
【００９４】
言い換えると、実施形態と異なり、回転工具９の側面にテーパ状の被当接部９３を持たないものでも、荷重を支持できる十分大きな負圧を発生する負圧発生手段があり、かつ負圧による吸着に対していずれかの部分（基端面９４と同一面内にあるものを含む）で当接して位置を規制する被当接部９３ａがあれば十分実施可能である。したがって、このような形態でも本発明が適用でき、発明の効果が得られる範囲である。本発明の本質は、負圧による吸着を可能とする吸着部と被吸着部、吸着される回転工具の位置決めをする当接部と被当接部の存在である。
【００９５】
具体的には、図５に示すように、スピンドル主軸３３の下部開口３５の径をΦ＝５ｍｍとして、ツールホルダ５の当接部５３が内径Φ＝６ｍｍの断面積の変化のない、つまりテーパ形状のない形状とする。このとき、下部開口３５とツールホルダ５の中心を合わせる。そうすると、スピンドル主軸３３の下部開口３５の周縁が段付になる。回転工具９は基端面９４の周縁の部分９３ａを、この下部開口３５の周縁と当接させることになる。この場合は、基端面９４のスピンドル主軸３３と当接している部分９３ａが本発明の被当接部に相当する。また、基端面９４と当接しているスピンドル主軸３３の主軸端３３ａの下部開口３５の周縁部分が、本発明の当接部に相当する。なお、回転工具９の側面部分基端側９３ｂのツールホルダ５と接している部分である当接部５３ｂにより、回転工具９が回転中心からずれないようにツールホルダ５により位置が規制する規制手段として機能している。
【００９６】
この実施形態では、テーパ形状がないため、装着するときのクリアランスがあり、回転中心の位置決めの精度は期待できないが、簡易な工具であれば、製造が容易で低コストで製造できる。
【００９７】
○  図６に示すように、さらに上記変更例においては、スピンドル主軸３３の流路３４とツールホルダ５の当接部５３の内径が同一、あるいは流路３４の内径がツールホルダ５の当接部５３の内径より大きい場合でもよい。この場合は、例えば、下部開口３５に、若しくはツールホルダ５の上端に直径方向にストッパとしてのピンを設ける等して、回転工具９の基端面９４に当接させて回転工具９が流路３４内に進入しないようにすればよい。この場合、このピンが基端面９４と当接している面が当接面５３ａとなり本発明の当接面に相当し、この当接面５３ａと当接している基端面９４の部分が被当接部９３ａとなり本発明の被当接部に相当する。
【００９８】
本変更例では、流路の内径Φ＝５ｍｍであっても、軸径Φ＝４ｍｍやΦ＝３ｍｍの回転工具９が使用できる。
以上のように、本発明者の実験の結論としては、テーパ比０若しくは∞でも、テーパ形状による位置決めの効果はない点、装着がやや容易ではない点、精度が低下する点などで望ましくはないが、実施は十分に可能であり、安価で装着が容易かつ迅速な回転工具９の装着方法を実施できる。
【００９９】
○  上記実施形態の回転工具９は、工具の直径φｓ＝６ｍｍのメゾスコピックマシン用のボールエンドミルであったが、工具径は、この径に限定されないことはもちろんである。たとえば、工具の直径φｓ＝３ｍｍ、若しくはφｓ＝４ｍｍなどでも好適に実施できる。但し、工具の直径φｓ＝３ｍｍ、φｓ＝４ｍｍより小さい直径の回転工具では、軸受の面積が小さいため、被回転支持部の表面積が小さくなり、空気静圧軸受では、許容される軸受荷重が小さくなるため、注意が必要である。
【０１００】
また、工具の直径がφｓ＝１０ｍｍを超えると、工具重量と基端部の締結力のバランスが崩れ易くなる。つまり、重量は概ね直径の２乗に比例するが、真空吸着による締結力も概ね直径の２乗に比例するため、φｓ＝１０ｍｍを超えると大きな負圧が必要となり、装置が大掛かりになるというデメリットがある。また、φｓ＝１０ｍｍを超えるような工具であれば、従来のような締結方法でも従来技術に述べたような問題点は少ないので、本発明の回転工具の装着方法のメリットは比較的小さくなる。
【０１０１】
（実験１）
次に、第１の実施形態の回転工具９の振れの精度について検証する。
振れの実験は、株式会社和井田製作所のメゾスコピックマシンＭＣＸ−０１において行った。回転工具としては、図９（ａ）、（ｂ）に示す直径φｓ＝６ｍｍ、（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝（６−５）：１０、テーパ比１／１０のボールエンドミルを用いた。振れは、静電容量変位計（日本ＡＤＥ株式会社製のマイクロセンス型番５４３０）で工具の根本部分の回転時の振れを測定した。
【０１０２】
一方、比較例１〜３は、従来のコレットにより軸部９２の部分を把持して装着した回転工具９を測定した。
【０１０３】
【表１】
2009248225.tif 000003
その結果、従来のチャックによるストレートシャンクでの回転工具の保持による比較例１〜３において、ＲＲＯが、１０，０００ｒｐｍで２．８μｍ、２０，０００ｒｐｍで３．０μｍ、３０，０００ｒｐｍで、３．１μｍであった。これに対して、実施例１〜３では、１０，０００ｒｐｍで３．８μｍ、２０，０００ｒｐｍで３．８μｍ、３０，０００ｒｐｍで３．９μｍであり、多少の振れは増加したが、十分に実用域であった。また、回転工具９の不安定、離脱、スリップなども認められなかった。そして、実際の加工試験も問題は発見できなかった。実施例１〜３は、比較例１〜３と比べて装着が極めて簡易なことを考えれば、極めて有効な回転工具の装着方法と言える結果である。
【０１０４】
（実施形態の効果）
（１）  本実施形態の回転工具９の装着方法によれば、負圧を付与された流路３４、通路５２に面した基端面９４が吸着され、被当接部９３が当接部５３に当接されることで回転工具９を極めて容易に、かつ短時間で装着できる。
【０１０５】
（２）  真空発生器４２が、基端面９４に回転工具９の質量を支持する大きさの負圧を与えることができるため、他の方法の固定手段なしで通路５２の負圧のみで回転工具９を支持できる。
【０１０６】
（３）  真空発生器４２が基端面９４に対する負圧を与えるφ＝５ｍｍの円状の面の面積が、軸部９２のφ＝６ｍｍの断面積の２分の１以上であるので、負圧を大きくしないで回転工具を安定して支持する付勢力を与えることができる。
【０１０７】
（４）  被当接部９３は、円錐若しくは円錐台形状のテーパ形状であり、当接部５３の形状と密着し、回転工具９は、負圧により装着時に自律的に位置決めされるとともに、安定した保持がなされる。
【０１０８】
（５）  回転工具９の軸径がφｓ＝３ｍｍ〜１０ｍｍ、特にφｓ＝６ｍｍであり、メゾスコピックマシンとして好適に適用できる。
（６）  刃部は、径φＤ＝２０〜４０μｍ、特にφＤ＝３０μｍで、メゾスコピックマシンとして好適に適用できる。
【０１０９】
（７）テーパ比（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：５０〜１：１０の範囲にあるため、くさび効果で、小さな負圧でも安定した装着ができる。さらに、このバランスのテーパ比であると、小さな負圧でも十分な締結ができるとともに回転工具９の分離に困難さが生じない。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。
【０１１０】
（８）  また、テーパ比（φｓ−φｅ）：Ｌｔ＝１：２０〜１：２とすることで、回転工具９の分離が容易である。また、小さな負圧であれば、負圧の発生装置も比較的コンパクトにすることができる。
【０１１１】
（９）  真空発生器４２をイジェクターで構成したため、簡易な設備で、かつ小さな装置で負圧を発生させることで、メゾスコピックマシンにふさわしいコンパクトな負圧発生手段とすることができる。
【０１１２】
（１０）  半径方向に開口された排気路３８を用いることで、スピンドル主軸３３の回転により遠心ポンプ同様の機能を発揮し、負圧発生手段の一部として機能する。
（１１）  また、真空カプラ４を備えることで、真空発生器４２を外部に設けることができ、負圧発生手段は主軸３３とともに回転することがなく真空カプラ４を介して負圧を基端面９４に与えることができるので、回転部分の質量を小さくできる。
【０１１３】
（１２）スピンドル主軸３３の主軸端３３ａにツールホルダ５を装着しているので、ツールホルダ５を異なるタイプに交換することで、多様な回転工具９を主軸３３に装着することができる。また、スピンドル主軸３３の製造も容易となる。
【０１１４】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図７を参照して説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態において、回転する回転工具９の軸部９２を覆うように案内部６を設けた点にある。ここでは、案内部６のみを説明する。
【０１１５】
案内部６は、全体が筒状に設けられるとともにその内部に、挿入部６３を備え、スピンドル主軸３３の主軸端３３ａのツールホルダ５の下方に配置される。
この挿入部６３は、回転工具９の軸部９２と略同一形状の空間を有し、軸部９２の直径φｓより数十〜数百μｍ大きな内径となっている。そのため、回転工具９がツールホルダ５を介してスピンドル主軸３３に装着された状態では、回転工具９の軸部９２は、挿入部６３の内壁に接触することはない。
【０１１６】
挿入部６３の下端は、回転工具９の基端部を挿入可能な挿入口７０を備える。挿入口７０の周縁は、角が削られてＣ面（面取面）若しくはＲ面（曲面）とになって、回転工具９の基端面９４周縁と干渉して、お互いが傷付かないように処理されている。この挿入部６３の上端部は、ツールホルダ５の下部開口５５と連通されている。但し、案内部６とツールホルダ５の間には間隙が設けられ、案内部６は回転するツールホルダ５と無接触で、ツールホルダ５が回転しても案内部６は、回転しない。
【０１１７】
スピンドル主軸３３の流路３４が真空発生器４２により負圧が付与されると、ツールホルダ５の当接部５３、通路５２にも負圧が生じる。また、ここに連通した案内部６の挿入部６３内にも負圧が生じる。このとき、回転工具９の基端部を挿入部６３の挿入口７０に挿入すると、回転工具９は、挿入部６３内に生じた負圧のため上方に吸引され、回転工具９は、基端面９４を先頭に挿入部６３内を上昇する。そして、回転工具９の被当接部９３は、ツールホルダ５の当接部５３に当接して、装着が完了する。また、必ずしも、このように負圧により回転工具９を上昇させなくても、負圧が小さい場合は、回転工具９を操作者が手動で、或いはロボットなどにより掴んで補助的に押し上げてもよい。いずれにしろ、回転工具９の基端部を、案内部６の挿入口７０に挿入して押し上げればワンタッチで装着が完了する。
【０１１８】
装着が完了したら、図示を省略したスピンドルモータを回転させて回転工具９を回転させる。装着後は、上述のとおり、当接部５３と被当接部９３の形状が嵌り合い位置が決められるので、回転工具９と挿入部６３の内壁は接触せず、案内部６が回転工具９の回転を妨げることはない。
【０１１９】
一方、回転工具９の回転中に何らかの理由で回転工具９がツールホルダ５から外れたときでも、案内部６により規制され脱落して大きく移動することはなく、負圧がかかっていれば、回転工具９は負圧により装着時と同様に自動的に吸引されて修復される。
【０１２０】
○  この場合に、回転している回転工具９の軸部９２と挿入部６３の内壁と不測の干渉する場合があるため、回転工具９の軸部９２及び案内部６の挿入部６３の内壁は、例えば、チタンコーティングなどにより、表面の硬度を高めたり、摩擦係数μを下げたり、或いは油性や固体の潤滑剤を塗布しておくのも望ましい。
【０１２１】
○  また、別例として、案内部６は、ボールベアリングなどを備えて、積極的に接触しつつ回転可能に支持するような構成でもよい。回転数が低い場合、高い精度が要求されない場合、後述する空気静圧軸受等が設備面・コスト面で採用できない場合にはこのような実施も可能である。
【０１２２】
（１３）  以上説明したように、第２の実施形態に記載した発明によれば、上記第１の実施形態に記載された発明の効果（１）〜（１２）に加え、回転工具９の装着が容易で、かつ、不用意に回転中に装着が解除されても自動的に修復されるという効果がある。
【０１２３】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図８〜図１３を参照して説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態において、案内部６が、空気静圧軸受を備えて、回転工具９の回転時に位置を規制して振れを抑制する点に特徴がある。第１の実施形態及び第２の実施形態と共通する構成は説明を省略して、異なる構成について説明する。
【０１２４】
（空気静圧軸受ユニット６１）
図８に示すように、案内部６のハウジング６２内には、回転工具９の軸部９２を案内しつつ回転可能に支持する回転支持部を構成する空気静圧軸受ユニット６１が設けられている。
【０１２５】
図９に示すように、空気静圧軸受ユニット６１は、スピンドル主軸３３と同軸に配置され、概ね円筒形のハウジング６２がスピンドルユニット３にねじで固定される。このとき案内部６はツールホルダ５に対して間隙が設けられ無接触状態である。
【０１２６】
ハウジング６２には、ツールホルダ５の当接部５３と連通する円柱形の空間である挿入部６３が形成され、挿入部６３の中心線は、スピンドル主軸３３の軸心と同一直線上に配置される。この挿入部６３の内径は、回転工具９の軸部９２の直径φｓよりも若干大きな内径となっており、回転工具と挿入部６３の間には、例えば５〜２０μｍ程度の隙間ができるようになっている。挿入部６３の下端に設けられた挿入口７０は、開口周縁がＣ面もしくはＲ面で面取り処理されて、回転工具９の挿入が容易になるとともに、挿入口７０及び回転工具９の基端周縁の保護が図られている。
【０１２７】
この挿入部６３の内壁の回転工具９の基端側（上部）と先端側（下部）に対向する位置には、挿入部６３の空間を包むように円筒状の多孔質材料からなる軸受６４、６５が配置されている。この軸受６４、６５の多孔質材料としては、例えばステンレスの小球（ＳＵＳ３０４ビーズ）を焼結したものであり、微細な空気孔が無数に形成されている。
【０１２８】
（空気供給手段８）  
この軸受６４，６５には、所定の処理を経たクリーンエアが供給される。
図１０は、空気供給手段８の構成の一例を示すブロック図である。クリーンエアを供給する空気供給手段８として、例えば、以下のように構成される。まず、最初に冷凍式ドライヤ付きのオイルフリーコンプレッサ８１で加圧されたエアは、一旦サージタンクもしくはアキュムレータとなるタンク８２により蓄積される。そして、このタンク８２から供給される空気をダスト除去フィルタ８３で３μｍ程度までの大きさのダストを除去する。続いて、水分除去フィルタ８４で５μｍ程度の大きさの水分の粒を除去する。そして、オイルミスト除去フィルタ８５で０．０１μｍ程度の大きさのオイルミストを除去する。
【０１２９】
この空気供給手段８から空気温度調節器８６、空気供給路を経てカプラ８７によりスピンドルユニット３側に接続され供給空気として供給される。このカプラ８７は逆止弁を備えている。空気温度調節器８６には、水とヒータなどを用いた加熱及び冷却手段により各軸受６４，６５の多孔質体に供給する空気静圧軸受用空気の温度を所定の温度に調節する。なお、予め所定温度に制御されている高低２種類の空気の混合割合を調節して各多孔質体に供給する空気静圧軸受用空気の温度を所定の温度に調節する方式としてもよい。
【０１３０】
さらに、スピンドルユニット３側には、ダスト、水分、油分を除去する３連のラインフィルタ８８が設けられ、残油量が０．００３ｐｐｍ程度に調整されている。
最後に、レギュレータ８９により０．５〜０．６ＭＰａ程度に減圧された空気が、カプラ９０を介してスピンドルユニット３の空気供給口（図２参照）から、図４に示すスピンドルユニット３内の空気供給路６７、空気静圧軸受ユニット６１内の空気供給路６８を介して軸受６４，６５に供給される。カプラ９０は逆止弁により、空気供給路６７，６８の急激な圧力低下がないようになっている。
【０１３１】
空気供給路６８は、各軸受６４，６５の各部分の空気の圧力が等しくなるように、各２か所ずつで圧縮空気を供給している。なお、空気供給路６８の各軸受６４，６５に面した吐出口に連通するような周方向に溝を作り、圧縮空気の量を各軸受６４，６５に均一に供給するようにしてもよい。各軸受６４，６５に供給された空気は、空気静圧軸受ユニット６１のハウジング６２の上端面とツールホルダ５の間隙から、及び挿入部６３の下端面周縁の開放面から、及び回転工具９の軸部９２の中間部に対向する位置に形成された円筒状の排気空間６６に面する面を介して空気排出路６９から、それぞれから排出されている。なお、空気排出路６９の機能は空気溜りが生じないようにすることで、空気溜りができると、その部分の温度が空気せん断により高くなり種々の問題を引き起こすため、空気溜りが生じないように、前述の構成で、空気が各部分に均一に供給されてから均一に排気されるように条件が同じように設定されて各部分の空気の圧力は平均化されている。
【０１３２】
空気静圧軸受の特質上、過荷重により回転工具９と軸受６４，６５が干渉すると、焼つきなどを生じる場合がある。この点について、多孔質絞りは、軸受剛性、軸受負荷能力が他の絞り形式（自成絞り、オリフィス絞り、表面絞り等）より大きい。これは、多孔質絞りにおいて生じる乱流を利用して軸を浮上させているため大気開放流量に達してもなお、軸受負荷能力を有している。そのため、本実施形態のような交換式の回転工具９のように回転工具９の軸部９２の直径や、その精度、真円度にばらつきがあるような場合でも、回転工具９と軸受６４，６５が直接干渉することが少ない。但し、望ましい隙間間隔は一般に他の絞り形式よりも狭い。
【０１３３】
なお、このとき回転工具９と軸受６４，６５との電気的導通をテストして、もし導通があれば完全な空気層が形成されておらず、接触している、又は間隙に水分や異物が存在している可能性がある。そのため、空気静圧軸受ユニット６１内をエアブローなどで清浄・乾燥などしてその原因を取り除く。
【０１３４】
モータにビルトインされた空気静圧軸受の場合は、軸の半径方向の荷重を支持するラジアル軸受と軸に平行な方向の荷重を支持するスラスト軸受を備えるが、本実施形態の回転工具９は、長手方向に挿入され、基端部が主軸に締結されるため、スラスト軸受は不要である。つまり、本実施形態の空気静圧軸受ユニット６１はラジアル方向の荷重のみ受ける。
【０１３５】
（実験２）  上記のような構成において、まず、テーパ比１／５のときに、回転を変化させて振れを測定した。比較のため、同様の条件で、従来のシャンクを締め付けるタイプでも同じ回転数で振れを測定した。本実験では、この従来のＲＲＯ、ＮＲＲＯを基準に効果の評価を行った。その結果を表１に示す。
【０１３６】
【表２】
2009248225.tif 000004
テーパ比１／５、圧力０．５ＭＰａの実施例４〜実施例８においては、回転数を２０，０００ｒｐｍから６０，０００ｒｐｍに上げても大きな回転抵抗にはならず、スムーズに回転が上がった。これは、テーパ比が大きく、比較的工具の姿勢が変化しやすく、空気静圧軸受による姿勢の規制を受けても回転抵抗が小さいためと推測できる。
【０１３７】
そして、回転数を２０，０００ｒｐｍから６０，０００ｒｐｍの実施例４〜８は、ＲＲＯ＝１．０〜１．３の範囲で、むしろ回転数５０，０００ｒｐｍの実施例７が最も振れが少なくなっている。また、ＮＲＲＯ＝０．０６〜０．３９の範囲で、回転数３０，０００ｒｐｍの実施例５の一番振れが小さい。つまり、回転数と振れの大きさは比例関係にない。
【０１３８】
（実験３）  次に、表３は、テーパ比が１／５の場合（図４（ａ）参照）と１／１０の場合（図４（ｂ）参照）を比較した。回転数は２０，０００ｒｐｍの場合を比較した。そして、スピンドルの回転数を２０，０００ｒｐｍで、ボールエンドミルの被吸着部のテーパ比１／１０で、空気静圧軸受の圧力（以下、この実験で単に「圧力」という。）を０．５ＭＰａと０．９ＭＰａの場合、及びテーパ比１／５で、圧力が０．５ＭＰａの場合と比較すると、以下の表のようになった。比較例２は、従来のコレットである。
【０１３９】
【表３】
2009248225.tif 000005
前述の表１に示した吸着による装着方法の実施例２のＲＲＯが、３．８μｍである。これに対して、空気静圧軸受による回転支持をしたものは、同じテーパ比１／１０の実施例９、１０のときは、刃先の振れは、ＲＲＯが、２．５〜２．９μｍの範囲で、ＮＲＲＯが、０．０７〜０．１μｍの範囲で、いずれも、評価の基準となる比較例１のＲＲＯが３．０μｍを下回った。特に、空気静圧軸受圧力が、０．９ＭＰａの実施例１０の方がＲＲＯが小さく、空気静圧軸受の受け圧力を強めて、軸部９２での位置規制を強めた方が振れが抑制できることがわかった。
【０１４０】
さらに、実施例４のようにテーパ比１／５にした場合、圧力を０．５ＭＰａに下げてもＲＲＯは１．３μｍ、ＮＲＲＯは０．１５μｍとなった。
この実験から、テーパ比は、１／１０から１／５と大きくしてもＲＲＯは悪化せず、むしろＲＲＯは小さくなった。これは、テーパ比を大きくすることで、回転工具９の自由度が高まり、小さな圧力で空気静圧軸受による位置の規制が達成できているということが推測できる。
【０１４１】
なお、テーパ比１／５としても、回転工具がスピンドルに対してスリップするなどの問題はまったく生じなかった。
（実験まとめ）
以上の実験から、本実施形態のテーパ形状の当接部５３と被当接部９３による本実施形態の装着方法は、十分な締結力を示すとともに、容易な離脱ができることを確認した。
【０１４２】
また、空気静圧軸受による回転工具の振れの抑制は効果が大きく、従来のものと比較すると、本実施例の方法は極めて振れが少ない。
そして、締結は空気静圧軸受による位置の規制を受けやすいように、テーパ比を少なくとも１／１０、最も好ましくは１／５とすることで、空気静圧軸受を比較的小さな圧力で支持しても振れが効果的に抑制できることが分かった。
【０１４３】
（マシニングセンタ１の使用方法）
本実施形態のマシニングセンタ１の使用方法を、図１１に示すフローチャートに沿って説明する。
【０１４４】
まず、作業開始では、図１に示すマシニングセンタ１の主電源が投入され、操作パネル２２でＣＮＣ制御部２３のメインプログラムが起動される。そうすると、加工プログラムが読み込まれ、ワーク主軸１３のチャック（不図示）にワークＷが装着されると、このワークの位置・姿勢を認識する。
【０１４５】
また、各種チェックプログラムが各器具の状態を点検する。そして、空気供給手段８で圧縮空気が蓄積され、空気静圧軸受ユニット６１（図２）にクリ−ンエアが供給される。以上で準備が完了する（Ｓ１）。
【０１４６】
続いて、工具が装着される。図１に示す主軸頭１６は、レール１８，１８に案内されてコラム１５をＸ方向に移動し、工具マガジン１９の上方の工具交換位置に移動する（Ｓ２）。このとき、工具マガジン１９に収容された所定の回転工具９がＣＮＣ制御部２３により選択され、工具マガジン駆動部２０を駆動させて工具マガジン１９が回転される。そうすると、図１２に示すように、所定の回転工具９の基端面９４の真上に空気静圧軸受ユニット６１の挿入口７０が位置するような位置関係になる。
【０１４７】
そして、主軸頭１６を下降させてスピンドル主軸３３を下降させる（Ｓ３）。そうすると、図７に示すように空気静圧軸受ユニット６１の挿入口７０に所定の回転工具９の基端部が挿入される。
【０１４８】
このとき、もし、既にスピンドル主軸３３に工具が装着されている場合は、図示しない供給口から空気供給手段８からの圧縮空気をスピンドル主軸３３内に導入し空気を吐出して、工具を排出するが手順を行うが（ステップ不図示）、ここでは、加工の最初であるので、スピンドル主軸３３には回転工具９は装着されていない。そこで、真空発生器４２により負圧が発生され、スピンドル主軸３３内の流路３４、当接部５３に負圧を発生させる（Ｓ４）。
【０１４９】
そうすると、当接部５３に連通している空気静圧軸受ユニット６１の挿入部６３にも負圧が発生し、回転工具９の基端部は、挿入口７０から吸着され上昇する。空気静圧軸受ユニット６１にはすでにクリーンエアが供給されているため、回転工具９の軸部９２は、空気静圧軸受ユニット６１の軸受６４，６５には、直接接することなく図１３の矢印で示す方向に円滑に吸い込まれていく。
【０１５０】
そうして、図９に示すように当接部５３に被当接部９３が密着した状態で、回転工具９が吸着される（Ｓ５）。
装着が完了したら、スピンドル主軸３３は回転を開始する（Ｓ６）。スピンドル主軸３３の回転に伴って、回転工具９も回転をする。
【０１５１】
そして、スピンドル主軸３３は上昇され（Ｓ７）、図１に示す主軸頭１６は、レール１８，１８に案内されてコラム１５をＸ方向と逆の方向に移動し、ワークＷの所定の加工位置の上方に移動したら下降し、刃部９１は、ワークＷの加工位置に移動する（Ｓ８）。
【０１５２】
そして、ＣＮＣ制御部２３により制御されながら加工を開始する（Ｓ９）。加工は、ワーク主軸１３を回転して、主軸頭１６を、ｘ，ｙ，ｚ方向にシフトしたり、ｚ軸と平行なＢ軸回りに回転させたりしてＣＮＣ制御によりワークを加工する。
【０１５３】
その回転工具９での加工が終了したら（Ｓ１０）、次の加工のための工具に交換するため、再び主軸頭１６は、レール１８，１８に案内されてコラム１５をＸ方向に移動し、工具マガジン１９の上方の工具交換位置に移動する。このとき、工具マガジン１９は、先に使用した回転工具９の収容される所定の位置になるようにＣＮＣ制御部２３が工具マガジン駆動部２０を駆動させて工具マガジン１９が回転される。そうすると、所定の工具収容位置の真上にスピンドル主軸３３に装着された回転工具９が位置する（Ｓ１１）。
【０１５４】
そして、主軸頭１６を下降させてスピンドル主軸３３を下降させる（Ｓ１２）。
そして、真空発生器４２による負圧の発生が停止され、スピンドル主軸３３内の流路３４、当接部５３に負圧の発生は停止される。図示しない供給口から空気供給手段８からの圧縮空気がスピンドル主軸３３内に導入されて空気を吐出して、また、図２に示すようにノックピン可動機構４４によりノックピン４３を加工させて、その下端を回転工具９の基端面９４に当接押圧する。このようにして被当接部９３と当接部５３のテーパ形状同士が食いついたような状態でも、確実に回転工具９の装着を解除させてマガジン１９の所定位置に戻すことで、ＡＴＣとしての機能を保証している。このように既にスピンドル主軸３３に装着されている回転工具９を排出する（Ｓ１４）。そして、まだそのワークに対して異なる回転工具９で作業が残っている場合は（Ｓ１５；ＮＯ）、Ｓ２〜Ｓ１４のステップを繰り返す。すべての加工が終了したら作業を終了する（Ｓ１５；ＹＥＳ）
（第３の実施形態の効果）上記実施形態のマシニングセンタ１及び回転工具９によれば、以下のような効果を得ることができる。
【０１５５】
（１４）  回転工具９の着脱が極めて迅速かつ容易となる。そのため、ＡＴＣにも好適に適用できる。
（１５）  回転工具９の装着時に、回転工具９は、空気静圧軸受ユニット６１には、直接接触することがなく、回転工具９も、空気静圧軸受ユニット６１も傷つけることは皆無である。
【０１５６】
（１６）  吸引により装着するため、装着は瞬時に行うことができる。
（１７）  装着に伴い、加熱の必要もなく、潤滑油や冷却水などの排出もなく、環境に対する影響もない。
【０１５７】
（１８）  装着に当たっては熟練はもちろん、自動で行うことも容易で手作業自体も不要である。
（１９）  テーパ形状により、自律的に正確な位置に装着ができる。
【０１５８】
（２０）  また、装着しても回転工具９は微動可能なため、空気静圧軸受により、回転時に姿勢が自己矯正され、装着自体の精度は問われない。
（２１）  テーパ形状を利用しているため、くさび効果があり、固定力が増幅され小さな負圧でも大きな摩擦力を生じて、確実に回転工具９の保持ができ、スリップなども生じない。
【０１５９】
（２２）  テーパ比を変えることで、保持力を調整することができる。
（２３）  また、テーパ比を変えることで、回転工具９の負圧を解除した場合の保持力を調整でき、容易に分離できるテーパ比を選択することで、完全に自動的な回転工具９の分離ができる。
【０１６０】
（２４）  超高速で回転させても、空気静圧軸受により強力かつ正確に工具の振れが抑制できる。
（２５）  装着が真空吸着のため、負圧の調整や、支持面積などにより、回転工具の姿勢の微調整が可能となり、回転しつつ回転支持構造により位置を矯正することで、極めて振れの精度を高くすることができる。
【０１６１】
（２６）  回転支持構造が空気静圧軸受によるため、以下のような効果がある。従来、空気静圧軸受は、ビルトインモータを備えたスピンドルの軸受等、軸を交換しないという前提で用いられており、軸を交換するという概念がなかった。本実施形態では、これを回転工具の支持に直接に用いる点で極めて革新的な技術思想である。
【０１６２】
（２７）  ボールベアリングなどの軸受では、軸受と軸の間隔が狭く、一般にはこのような間隙しかない軸と軸受であると、軸を軸受に挿入することは困難であるといえるが、空気静圧軸受を用い負圧を利用した装着方法によリ、極めて間隙が狭くても容易に軸受に軸を貫通することができるようになった。
【０１６３】
（２８）  さらに、以下のような空気静圧軸受の種々の利点を享受できる。まず、無接触であるため、回転支持部は長寿命とすることができる。
（２９）  また、粘性の極めて低い流体である空気により低摩擦であるため、発熱が小さいという効果がある。また、発熱しても排気され、また回転工具９を温度上昇させにくい。さらに、無負荷動力が小さく省エネ、極めて高回転でも振動・騒音も小さい。潤滑油や摩耗粉がなく清浄である。
【０１６４】
（３０）  特に本実施形態では、空気静圧軸受ユニット６１を回転工具９の位置規制手段として用いているが、回転工具９の軸部の誤差を空気層による部品精度平均化により、極めて高精度な位置を維持できる。
【０１６５】
（３１）  また、空気層を有するため、回転工具９の軸部９２の径が異なってもその誤差を吸収することができる。
（３２）  また、空気静圧軸受は、比較的大きな軸受荷重を支持できるため、横位置から荷重をうけるボールエンドミルなどに適用できるという効果もある。
【０１６６】
（別例）なお、本実施形態は、以下のように構成してもよい。
○  空気静圧軸受の多孔質材料としては、本実施形態のステンレスビーズ（ＳＵＳ３０４）を焼結したもの以外に、カーボン、セラミックス、樹脂または金属等の多孔質体その他の金属により構成したものにより構成することもできる。
○  空気静圧軸受の絞りの方法は、本実施形態で説明した「多孔質絞り」の他、「自成絞り」、「オリフィス絞り」、「表面絞り」、「スロット絞り」、「毛細管絞り」などが知られており、それぞれ目的により使い分けることができる。
【０１６７】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態において、主軸３３への装着方法が、負圧による吸着でなく、磁気等による装着である点に特徴がある。第１〜３の実施形態と共通する構成は説明を省略して、異なる構成について説明する。
【０１６８】
回転工具９は、第３の実施形態と同様、先端部に刃部９１を備える。また、中間部には円柱状の軸部９２（被回転支持部）を備える。そして、基端部は、第３の実施形態のようなテーパ状の被当接部９３とその端面に形成された基端面９４を備える。
【０１６９】
マシニングセンタ１は、第３の実施形態と装着部を除けば、同様の構成である。
また、回転工具９は、軸部９２が被回転支持部として空気静圧軸受ユニット６１を備えた案内部６により回転可能に無接触で支持される。
【０１７０】
装着部であるツールホルダ５は、回転工具９の基端部の被当接部９３、基端面９４を被装着部として装着する。以下、装着部について実施態様に分けて説明する。
○  （実施態様１）本実施形態では、回転工具９は、第３の実施形態の回転工具９と共通するが、回転工具９の被当接部９３をツールホルダ５の当接部５３に磁力で固定される。磁石は、例えばネオジム磁石のような強力な永久磁石などをツールホルダ５の当接部５３に配置して、装着時には、被当接部９３が当接部５３に当接させて磁力で固定して装着する。また、離脱させるには、図２に示すようにノックピン可動機構４４によりノックピン４３で回転工具９の基端面９４を押し出して離脱させる。
【０１７１】
また、外部から回転工具９を引き抜く場合は、主軸３３には、流路３４は必要がない。そのため、主軸３３を中実な軸としてもよい。また、流路３４を加工用のエア、切削油などの流路として用いてもよい。
【０１７２】
○  （実施態様２）図１４は、第４の実施形態の本実施態様のツールホルダ５を示す図である。図１４に示すように、ツールホルダ５の内部に、回転工具９の基端部の周囲にコイル５６を配して、ツールホルダ５を磁心として構成する。そして、このコイルに電圧を印加した場合に、被当接部９３を当接部５３に当接させて磁力で固定して装着する。また、離脱させるには、コイルへの電圧の印加を停止する。
【０１７３】
○  （実施態様３）さらに、周知のコレットチャックのような構成でもよい。ただし、この場合は回転工具９が空気静圧軸受ユニット６１と干渉しないように、かつ、空気静圧軸受による矯正作用が働くように、回転工具９が外力により微動できるように構成する。たとえば、チャックの爪を弾性を持たせたようなものが挙げられる。小型が達成できればフローティングチャックのような構成が望ましい。
【０１７４】
この場合でも、従来の構成と比較すると、空気静圧軸受の強力な位置矯正効果があり、回転工具９の振れを抑制できる。
（第４の実施形態の効果）
（３３）本実施形態では、空気静圧軸受ユニット６１を備えた案内部６により、回転する回転工具９を回転可能に支持しているため、回転工具９の基部における装着は、大きな負荷がかからない。さらに、空気静圧軸受による矯正効果から、回転工具９の装着の精度は要求されない。
【０１７５】
よって、真空発生器４２などの設備も不要で簡易な装置で、回転工具９の工作機械への着脱が極めて迅速かつ容易となる。
また、超高速で回転させても回転工具９の振れが抑制できる。
【０１７６】
（第５の実施形態）
図１４を参照して、本発明の第５の実施形態を説明する。第５の実施形態は、第３の実施形態において、案内部６が空気静圧軸受ユニット６１を備え、負圧により吸着された回転工具９を、空気静圧軸受で回転可能に支持しているのと異なり、第５の実施形態では、空気静圧軸受に替えて、他の軸受方法により、回転工具９を回転可能に支持する。以下、案内部６の異なる構成を実施態様に分けて説明する。
【０１７７】
○  （実施態様４）案内部６は、精密磁気浮上軸受を備え、回転工具９を非接触で回転可能に支持している。図１５は、磁気軸受を模式的に示す図である。案内部６は、磁気軸受ユニット７１を備える。磁気軸受ユニット７１には、回転工具９を囲むように設けられたリング状の永久磁石７２と、その磁界の中にさらに磁界を形成するためのコイル７３，７４を備える。精密磁気浮上軸受は、反発型磁気軸受（受動型磁気軸受）であれば、磁気による反発力のみを用いて、軸を安定極にとどまらせることができる。
【０１７８】
○  （実施態様５）案内部６は、能動型磁気軸受としてもよい。能動型磁気軸受（ active magnetic bearing, AMB ）では、磁気による吸引力を発生させ、回転工具９を非接触で安定極にとどまらせる。なお、実施例４、実施例５ともに、コイル、永久磁石のいずれを用いてもよく、またこれらを組み合わせてもよい。
【０１７９】
なお、磁気軸受は特にコイルを用いるものは精緻な制御が可能であるが、装置が複雑で高価なものとなる。また、空気静圧軸受に比較すると動的な軸受剛性、軸受負荷能力は劣る。
【０１８０】
○  （実施態様６）さらに、案内部６は、空気動圧軸受（ dynamic pressure gas-lubricated bearing  ）でもよい。空気動圧軸受では、図１６に示すように、回転工具９の軸部９２にくさび状のパターン９６を刻んでおく。このパターン９６により回転工具９が回転すると、空気が粘性によって軸部９２のパターン９６の部分に引き込まれて、案内部６の挿入部６３の内壁との間に圧力が発生する。この圧力によって回転工具９の負荷を支える。なお、くさび状のパターン９６は、案内部６の挿入部６３の内壁の方に設けてもよい。
【０１８１】
空気動圧軸受では、第３の実施形態のような圧縮空気は供給する必要がなく、構造が簡単となる。また、空気動圧軸受は、空気静圧軸受よりも軸受剛性、軸受負荷能力が高いというメリットがあるが、停止時には全く機能しなくなる。
【０１８２】
○  なお、上記の気体は空気に限らず窒素やヘリウムなどでもよい。
○  （実施態様７）そこで、磁気軸受と空気動圧軸受を組み合わせたものでもよい。停止時には、永久磁石を用いて浮上させ、回転時には空気動圧軸受として大きな軸受剛性を得ることができる。また、電気の供給や圧縮空気の供給も必要としない。
【０１８３】
○  （実施態様８）さらに、流体は気体に限らず潤滑油、水等の液体でもよい。
例えば、液体を用いた動圧流体軸受（FDB; Fluid Dynamic Bearing）などでもよい。ＦＤＢとは，シャフトとスリーブの隙間に流体を満たし，シャフトが回転することにより流体に発生する圧力を利用してシャフトが浮上する構造の軸受であり，非接触構造である点から回転精度や音，耐久性の点で優れている。
【０１８４】
○  （別例）上記各実施形態は、以下のようにしても実施できる。基端部は、テーパ状ではなく、図１７（ａ）に示すように半球状の被吸着部若しくは被当接部を備えたものであってもよい。本発明の吸着部と被吸着部は、スピンドルの主軸と同期して回転可能で、抜け落ちない程度の締結力があればよい。その一方で、回転支持部により姿勢が支持されるため、姿勢が傾動しやすい形状も好ましい。この場合、吸着部は半球状の当接部を備え、回転工具９はあらゆる方向にストレスなく傾動が可能となる。
【０１８５】
また、この形状は、第４の実施形態の実施例１、実施例２のような磁気により装着するものにも適用できる。
○  同様に、半球状でなく、図１７（ｂ）に示すように、基端部を球面の一部としたものであれば、半球状のものと同様に傾動が容易になる。
【０１８６】
○  なお、回転工具９は、ボールエンドミルを例に挙げたが、刃部９１は、軸状の切削工具に限らず、例えば、図１７（ｃ）に示すような、円盤状の砥石による研削工具でもよい。
【０１８７】
○  締結構造は、主軸端に取り付けたツールホルダに対してさらにツールアダプタを介して回転工具を取り付けるものでもよい。なお、このツールアダプタは、図１７（ｄ）に示すように、本発明の回転工具の被吸着部および被回転支持部を備え、刃部に替えていろいろな規格の工具保持部を備えたものでもよい。このように構成することでＡＴＣなどでも本発明を実施できることから、マシニングセンタとして工具の選択の余地が広がり加工内容が多彩となる。
【０１８８】
（共通の別例）
○  ツールホルダ５は、円筒形のものを例に挙げたが、テーパ状のＢＴシャンク、ＮＴシャンクなどのような構成としてもよい。各発明に応じて種々の形状・形式に変更が可能である。
【０１８９】
○  本実施形態では、スピンドル主軸３３に、吸着部を構成する当接部５３を形成したツールホルダ５を介して、回転工具９を装着しているが、もちろんスピンドル主軸３３に吸着部を形成して直接装着するダイレクトチャッキングのようなものでもよい。
【０１９０】
○  なお、主軸であるスピンドルの駆動源は、ＤＣブラシレスモーターからなる高周波誘導電動機に限らず各種電動機やエアタービンなどで構成してもよい。
○  負圧発生手段は、実施形態のような真空発生器のほか、真空ポンプなどでも構成できる。また負圧を蓄積するエアタンク等を備えても良い。
【０１９１】
○  マシニングセンタ１は、立型のものを例としたが、もちろん横型のもので実施できる。
○  本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限り、上記実施形態に限定されることなく、当業者により構成要素を付加され、省略され、置換されて実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】マシニングセンタの概略を示す斜視図。
【図２】スピンドルユニットを示す一部断面図。
【図３】スピンドル主軸と、ツールホルダと、ボールエンドミルからなる回転工具の基端部との関係を示す組立図。
【図４】本発明の回転工具の別例を示す図。
【図５】第１の実施形態の変更例を示す断面図。
【図６】第１の実施形態の別の変更例を示す断面図。
【図７】第２の実施形態のスピンドルユニットを示す図。
【図８】第３の実施形態のスピンドルユニットを示す図。
【図９】第３の実施形態の案内部を示す図。回転工具をスピンドル主軸に装着したツールホルダと空気静圧軸受を示す断面図。
【図１０】第３の実施形態の空気供給手段の構成の一例を示すブロック図。
【図１１】第３の実施形態のマシニングセンタの作用示すフローチャート。
【図１２】第３の実施形態の装着前の回転工具と空気静圧軸受ユニットの位置関係を示す図。
【図１３】第３の実施形態の装着時の回転工具と空気静圧軸受ユニットの位置関係を示す図。
【図１４】第４の実施形態の一実施態様のツールアダプタを示す図。
【図１５】第５の実施形態の磁気軸受を模式的に示す図。
【図１６】第５の実施形態の空気動圧軸受を模式的に示す図。
【図１７】本発明の回転工具の別例を示す図。
【図１８】回転工具の振れと寿命の関係を示すグラフ。
【図１９】従来の回転工具のクランプ方法を示す図。
【図２０】従来の回転工具を示す図。
【符号の説明】
【０１９３】
１…マシニングセンタ、３…スピンドルユニット、４…真空カプラ、５…ツールホルダ、６…案内部、８…空気供給手段、９…回転工具、１１…機台、１３…ワーク主軸、１２…ステージ、１５…コラム、１６…主軸頭、１８，１８…レール、１９…工具マガジン、２０…工具マガジン用駆動部、２１…保護カバー、２２…操作パネル、２３…ＣＮＣ制御部、３２…（駆動源としての）モータ、３３…スピンドル主軸、３３ａ…主軸端、３４…流路、３５…下部開口、３６…上部開口、３７…蓋体、３８，３８…排気路、３９，３９…排気口、４０…空間、４１…吸引口、４２…負圧発生手段としての真空発生器、４３…ノックピン、５２…吸着部としての通路、５３（５３ｂ）…当接部、５４…開口部、５５…下部開口、６１…空気静圧軸受ユニット、６２…ハウジング、６３…挿入部、６４…軸受、６５…軸受、６６…排気空間、６７…空気供給路、６８…空気供給路、６９…空気排出路、７０…挿入口、８０…オイルフリーコンプレッサ、８２…タンク、８３…ダストフィルタ、８４…水分除去フィルタ、８５…オイルミストフィルタ、８６…空気温度調節器、８７…逆止弁、８８…ラインフィルタ、８９…レギュレータ、９０…逆止弁、９１…刃部、９２…軸部（被回転支持部）、９３（９３ａ）…被当接部、９４…基端面（被吸着部）、９５…段部、φｅ…（基端部の）直径，φｓ…（軸部の）直径、φＤ…（刃部の）直径、Ｌｔ…当接部の長さ、Ｗ…ワーク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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