JPH09290302A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸装置に関し、主軸本体を高速回転させて
も、工具の半径方向への支持剛性が低下するのを抑制す
る。 【解決手段】 主軸本体３０を回転させると、主軸本体
３０，テーパー部１４，工具ホルダー１２のそれぞれに
は遠心力が作用する。このとき、テーパー部１４が図２
の矢印Ｄ４方向に工具ホルダー１２に対して相対的に外
側に広がる。テーパー部１４が外側に広がると、その分
さらバネ２４の力によって矢印Ｄ６方向に移動する。こ
のために、テーパー部１４の工具側（すなわち開口縁
側）において、工具ホルダー１２とテーパー部１４との
間にクリアランスが生ずることがなく、クリアランスが
生ずる分だけテーパー部１４が圧迫してそのクリアラン
スを埋める。こうして、主軸本体３０を高速回転させて
も、工具１０（工具ホルダー１２）の半径方向への支持
剛性が低下することはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主軸装置に関し、特
に高速回転時に工具ホルダーを主軸本体に強固に取り付
けておくための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の主軸装置２１０を、図１７を参照
しながら説明する。図１７において、主軸本体２０６に
はテーパー状の凹部２０６ａが設けられている。工具ホ
ルダー２０２には、その凹部２０６ａに嵌め込まれるテ
ーパー状の凸部２０２ａが設けられている。主軸本体２
０６には、軸心に沿ってドローバー２０８が貫通してお
り、そのドローバー２０８は弾性体２１２で反工具側
（図示右方）に付勢されている。工具ホルダー２０２に
は、工具２００が固定されている。この構造によると、
工具ホルダー２０２がドローバー２０８で反工具側に引
き込まれて凸部２０２ａが凹部２０６ａ内に挿入されて
嵌まり合い、工具ホルダー２０２が主軸本体２０６に取
り付けられる。

【０００３】この状態で主軸本体２０６を高速回転させ
ると、遠心力のために凹部２０６ａが凸部２０２ａに対
して相対的に外側に広がる。このとき凹部２０６ａは開
口縁２０６ｂに近いところほど大きく広がる。こうして
凹部２０６ａが外側に広げられると、ドローバー２０８
によって工具ホルダー２０２は凹部２０６ａ内に深く引
き込まれる。この結果、工具２００の軸方向位置が変化
する。この問題に対して、特開平７−２２３１４６号公
報に記載の技術が提案され、回転数に応じて主軸本体２
０６の軸方向の位置を補正し、工具２００の軸方向の位
置を回転数の変動に抗して一定位置に維持する。

【０００４】しかし、この技術によっても、凹部２０６
ａが開口縁２０６ｂに近いところほど大きく広がるとい
う問題には対処できていなかった。すなわち、凹部２０
６ａが凸部２０２ａに対して相対的に外側に広がるとき
に、工具ホルダー２０２を凹部２０６ａに深く挿入する
ようにしても、開口縁２０６ｂの近傍で凹部２０６ａと
凸部２０２ａとの間に半径方向のクリアランスが生じて
しまうのは避けられない。このため、工具２００の半径
方向への支持剛性が低下するという問題は解決されてい
ない。また、特開平６−２２６５１６号公報に記載され
ているように、工具ホルダーの外周に高張力ナットを被
せて工具を工具ホルダーに固定するに際し、工具ホルダ
ー側の開口縁が外側に広がるのを抑制しようとするもの
もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の課題
は、主軸本体を高速回転させても、工具ホルダーの半径
方向への支持剛性が低下するのを抑制できる主軸装置を
実現することである。

【０００６】一方、工具の軸方向の位置が重要な場合に
は、特開平７−２２３１４６号公報に記載の技術は確か
に有効な方法である。しかし、その方法では回転数に応
じて、主軸本体の軸方向の位置を細かく制御しなければ
ならない。本発明の第２の課題は、軸方向の位置が重要
な場合に、主軸本体に対する工具の軸方向への変位を防
止することのできる主軸装置を実現することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、工具ホルダーと主軸本体のうちの一方にテーパー状
の凹部が設けられ、他方にその凹部に嵌め込まれる凸部
が設けられており、その凹部にその凸部を挿入すること
で主軸本体に工具ホルダーが取り付けられる主軸装置に
おいて、主軸本体の高速回転に起因して前記凹部の開口
縁近傍が前記凸部に対して相対的に外側に広がったとき
に、その凹部の開口縁近傍とその凸部との間に生ずるク
リアランスを埋める補填手段が付加されていることを特
徴とする。請求項１に記載の発明によれば、遠心力で凹
部が凸部に対して相対的に外側に広がって、開口縁の近
傍において凹部と凸部との間に半径方向にクリアランス
が生じようとしても、補填手段の存在によってクリアラ
ンスの発生が防止される。そのために、主軸本体を高速
回転させても、工具の半径方向への支持剛性が低下せ
ず、加工精度を維持することができる。

【０００８】

【課題を解決するための好ましい手段】この場合、補填
手段を前記凸部に設け、その補填手段が熱又は遠心力に
よって外側に変形して前記クリアランスを埋めるものと
することができる。この発明によれば、熱又は遠心力に
よって変形した補填手段がクリアランスを埋める。こう
して他の動力源を用いずに、工具の半径方向への支持剛
性を維持できるので、加工精度を維持することができ
る。

【０００９】また、その補填手段を、弾性力，遠心力，
慣性力のいずれかの力によって変位して前記クリアラン
スを埋める部材とすることもできる。この発明によれ
ば、弾性力，遠心力，慣性力のいずれかの力によって補
填手段が変位してクリアランスを埋める。こうして他の
動力源を用いずに、工具の半径方向への支持剛性を維持
できるので、加工精度を維持することができる。

【００１０】さらに、工具ホルダーと主軸本体との間
に、両者の軸方向の相対移動を拘束する拘束部材が設け
ることが望ましい。この発明によれば、拘束部材によっ
て工具ホルダーの軸方向への移動が拘束される。こうし
て、工具ホルダーの軸方向への移動が禁止されるので、
軸心方向での加工精度を維持することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて説明する。 〔実施の形態１〕まず、実施の形態１では、軸方向に変
位可能なテーパー部を主軸本体に設けた例について、図
１および図２を参照しながら説明する。ここで、図１に
は、主軸本体３０に軸方向に変位可能なテーパー部１４
を設けた主軸装置を示す。図２には、そのテーパー部１
４の作動を示す。

【００１２】図１において、主軸装置２２は、大きく分
けて主軸本体３０，主軸ヘッド１８，シリンダ３８およ
び工具ホルダー１２によって構成されている。主軸本体
３０には軸方向に変位可能にテーパー部１４が組み付け
られている。主軸ヘッド１８はベアリング１６を介して
主軸本体３０を回転可能に支持している。主軸本体３０
と主軸ヘッド１８との間には、ビルトインモーター２０
が設けられている。そのビルトインモーター２０は、主
軸ヘッド１８側に設けられている固定子２０ａと、主軸
本体３０側に設けられている回転子２０ｂとによって構
成されている。主軸本体３０の軸心に沿ってドローバー
２６が移動可能に設けられており、その一端部に設けら
れた把持部２６ａが工具ホルダー１２の一端１２ａを把
持し、他端部がプッシュバー３２と当接可能になってい
る。

【００１３】ドローバー２６は、さらバネ２８によって
反工具側（図面右方）に付勢されている。プッシュバー
３２はシリンダ３８のピストン４０に接続されており、
ピストン４０の作動に伴って軸方向に移動可能に設けら
れている。そのピストン４０にはＯリング３６が設けら
れており、さらバネ３４によって反工具側に付勢されて
いる。工具ホルダー１２には上記把持部２６ａに嵌め入
れるための嵌入バー１２ａが設けられており、工具１０
がボルト等によって固定されている。

【００１４】主軸本体３０の左端には、テーパー部１４
が組み付けられている。テーパー部１４はそのスライド
面１４ａが主軸本体３０側のスライド面３０ａに摺動し
て軸心に沿って変位可能であるとともに、テーパー部１
４の軸心と主軸本体３０の軸心が傾かないように組み付
けられている。テーパー部１４はさらバネ２４によって
工具側（図示左方）に付勢されている。テーパー部１４
には、テーパー状の凹部１４ｂが形成されている。一
方、工具ホルダー１２には、そのテーパー状の凹部１４
ｂに嵌め込まれる凸部１２ｂが形成されている。これら
の凹部１４ｂと凸部１２ｂはそれぞれベル型曲面になっ
ている。ここで、ベル型曲面とは、テーパー部１４が外
側に広がったときに、それを軸方向に平行移動すると、
外側に広がる以前の曲面とほぼ一致する形状のことであ
る。

【００１５】さらバネ２８の弾性力はさらバネ２４の弾
性力よりも大きい。このため、シリンダ３８のピストン
４０を工具側に動かさない限り、ドローバー２６は右側
死点位置にある。ドローバー２６が右側死点位置にあっ
ても、ピストン４０を工具側に動かさない限り、ドロー
バー２６とプッシュバー３２は当接しない。また、テー
パー部１４はさらバネ２４の弾性力によって、工具ホル
ダー１２に押しつけられる。全体としてみると、主軸本
体３０とともに回転するテーパー部１４の凹部１４ｂ
に、工具ホルダー１２の凸部１２ｂが挿入されて嵌まり
合うことで、工具ホルダー１２は主軸本体３０に取り付
けられる。このとき、工具ホルダー１２は、右側死点位
置にあるドローバー２６で拘束されて、軸方向には変位
できない。それに対して、テーパー部１４は主軸本体３
０の前面側（図１の左側）の軸方向に変位可能になって
いて、工具ホルダー１２の軸方向以外を拘束している。
アンクランプ時には、さらバネ３４に抗してピストン４
０を油圧（あるいは空圧）によって工具側（矢印Ｄ２方
向）に押しつけ、プッシュバー３２を工具側に移動させ
てドローバー２６の他端部に当接させる。さらにピスト
ン４０を工具側に移動させるとドローバー２６はさらバ
ネ２８に抗して工具側に移動し、左側死点に達すると把
持部２６ａが工具ホルダー１２を解放する。

【００１６】主軸本体３０を回転させるには、ビルトイ
ンモーター２０を駆動する（具体的には、固定子２０ａ
によって回転子２０ｂを駆動する）。主軸本体３０の回
転数の増加に伴って、主軸本体３０，テーパー部１４，
工具ホルダー１２のそれぞれには遠心力が作用する。こ
のとき、テーパー部１４が図２の矢印Ｄ４方向に工具ホ
ルダー１２に対して相対的に外側に広がる。テーパー部
１４が工具ホルダー１２側に変位して外側に広がると、
テーパー部１４はその分さらバネ２４の力によって矢印
Ｄ６方向（すなわち工具側）に変位する。このために、
テーパー部１４の工具側（すなわち開口縁側）におい
て、工具ホルダー１２とテーパー部１４との間にクリア
ランスが生ずることがなく、クリアランスが生じようと
する分だけテーパー部１４が変位してそのクリアランス
を埋める。

【００１７】こうして工具ホルダー１２がドローバー２
６によって深く引き込まれることがなく、その工具先端
の軸心方向での位置を一定に維持することができる。さ
らに、テーパー部１４が工具ホルダー１２に対して相対
的に移動し、主軸本体３０の高速回転によって生ずるク
リアランスを埋める。そのため、両者間の接触部位の接
触圧を維持することにより、工具ホルダー１２の半径方
向への支持剛性を維持することができる。したがって、
主軸本体３０の回転数が変化しても工具１０の先端位置
は軸方向にも半径方向にも変化せず、加工精度を維持す
ることができる。

【００１８】なお、ドローバー２６を軸方向に沿って移
動可能に設ける構成に代えて、図３に示すように、ドロ
ーバー２６を主軸本体３０にボルト４２等の拘束部材に
よって固定してもよい。そのため、ドローバー２６を軸
方向へ移動させる手段としてのシリンダ３８やピストン
４０等は不要になる。この構成では、ドローバー２６は
主軸本体３０との間で相対移動がなくなるとともに、さ
らバネ２４の弾性力によってテーパー部１４が工具ホル
ダー１２側へ変位して接触部位の接触面積がほぼ一定に
維持される。こうして、テーパー部１４の変位と合わせ
て工具ホルダー１２の移動が禁止されるため、工具１０
の軸心方向と半径方向とが固定される。したがって、加
工精度をより確実に維持することができる。この場合、
工具ホルダー１２の交換時には、ボルト４２等を外し
て、ドローバー２６をフリーにする。

【００１９】次に、工具ホルダー１２の交換（クランプ
／アンクランプ）を行う方法について、図１２〜図１６
を参照しながら説明する。ここで、図１２にはアンクラ
ンプ状態の主軸装置を示し、図１３にはクランプ状態の
主軸装置を示す。図１４には、他のテーパー部の構成を
示す。図１５および図１６には、アンクランプ手段の構
成を示す。

【００２０】まず、工具ホルダー１２のクランプは次の
ように行う。すなわち、図１２に示すようにドローバー
２６は主軸本体３０に固定されており、工具ホルダー１
２はアンクランプ状態にある。テーパー部１４ｃは主軸
本体３０に着脱可能になっており、さらバネ２４によっ
て工具側（図示左方）に付勢されている。このさらバネ
２４の弾性力によってテーパー部１４ｃは工具側に移動
し、ドローバー２６の把持部２６ａが工具ホルダー１２
の一端１２ａを把持する。こうして工具ホルダー１２の
軸方向位置が固定される。さらにテーパー部１４ｃが工
具側に移動すると、テーパー部１４ｃと工具ホルダー１
２とが密着する。こうして工具ホルダー１２の径方向位
置が固定される。工具ホルダー１２がクランプされてい
る状態を図１３に示す。

【００２１】次に、工具ホルダー１２のアンクランプは
次のように行う。すなわち、図１３に示すクランプ状態
において、テーパー部１４ｃをさらバネ２４の弾性力に
抗して反工具側（図示右方）に移動させる。このテーパ
ー部１４ｃの移動によって、まずテーパー部１４ｃと工
具ホルダー１２との密着状態が解除され、続いてドロー
バー２６の把持部２６ａが開いて工具ホルダー１２の一
端１２ａを開放する。こうして工具ホルダー１２は図１
２に示すようなアンクランプ状態になる。

【００２２】上記構成では、工具ホルダー１２の交換を
工具側（すなわち主軸前面）から行うことができる。こ
のため、主軸本体３０内部の可動部品を最小限に抑えら
れるので、主軸本体３０をバランスよく回転させること
ができる。さらに、図１４に示すようにドローバー２６
ｂを工具側から主軸本体３０に取り付け固定する構成に
してもよい。この場合には、主軸本体３０の中心部を貫
通する部位がなくなるので、主軸本体３０自体の剛性を
高めることができる。

【００２３】ここで、工作機械等の一般的な設備では、
工具側に加工テーブルを備えているものが多い。この場
合、主軸装置と加工テーブルとの相対運動によって、上
記工具ホルダーの交換をより効率よく行うことが可能に
なる。例えば、図１５に示すように、主軸装置２２が設
けられているコラム９４が矢印Ｄ２２方向に移動可能で
あり、および／または、加工テーブル９０が矢印Ｄ２０
方向に移動可能なものがある。この場合において、加工
テーブル９０に交換用補助部材９２を設ける。交換用補
助部材９２はリングや突起物等によって形成されてお
り、さらバネ２４の弾性力に抗してテーパー部１４ｃを
押し込む機能を有する。この構成によって、主軸装置２
２または／および加工テーブル９０を相対的に運動させ
ることによって工具ホルダー１２の交換が行える。その
ため、工具ホルダー１２の交換に他の動力源を必要とし
ない。

【００２４】同様に、図１６に示すように、ＡＴＣハン
ド９６に交換用補助部材９２を設けてもよい。この場合
には、ＡＴＣハンド９６を矢印Ｄ２４方向に移動させる
ことによってテーパー部１４ｃを押し込み、工具ホルダ
ー１２をフリーにする。さらに、ＡＴＣハンド９６が有
する爪９８を矢印Ｄ２６方向に作動させ、工具ホルダー
１２をつかんで引き抜くことにより、工具ホルダー１２
をアンクランプすることができる。また、この逆の作動
によって工具ホルダー１２をクランプすることができ
る。さらには上記アンクランプとクランプを連続的に行
うことにより、工具ホルダー１２の交換を自動的に行う
ことも可能である。なお、加工テーブル９０やＡＴＣハ
ンド９６に限らず、工作機械等の一般的な設備に設けら
れている専用の駆動源に交換用補助部材９２を設けても
よい。

【００２５】〔実施の形態２〕次に、実施の形態２で
は、熱変形を利用してクリアランスを埋める例につい
て、図４〜図６を参照しながら説明する。ここで、図４
には凸部側に熱源を設けた主軸装置を示す。図５には、
工具ホルダーと主軸本体との間の接触面圧を示す。図６
には、図４に示す主軸装置のヒーターに代えて伝熱部材
を設けた例を示す。なお、ドローバー６６を押し出すた
めのシリンダ３８やピストン４０等の構造は上記実施の
形態１と同様であるので、同一符号を付して説明を省略
する。

【００２６】図４において、主軸装置６０は、大きく分
けて主軸本体６８，主軸ヘッド５６，シリンダ３８およ
び工具ホルダー５２によって構成されている。主軸ヘッ
ド５６はベアリング５４を介して主軸本体６８を回転可
能に支持されている。主軸ヘッド５６と主軸本体６８と
の間には、ビルトインモーター５８が設けられている。
主軸本体６８の軸心に沿ってドローバー６６が軸方向に
移動可能に設けられており、その一端部に設けられた把
持部６６ａが工具ホルダー５２の一端を把持し、他端部
がプッシュバー３２と当接可能になっている。ドローバ
ー６６は、さらバネ６４によって反工具側に付勢されて
いる。なお、通常のクランプ時には、ドローバー６６と
プッシュバー３２とは当接しない。

【００２７】また、主軸本体６８の工具側には、凸状の
テーパー部６８ａが設けられている。そのテーパー部６
８ａは加熱されると膨張しやすい材質によって形成され
ており、工具側を頂点とする円錐台形状をなしている。
そのテーパー部６８ａのほぼ中心部は上記把持部６６ａ
が位置しており、凸状のテーパー部６８ａ付近の主軸本
体６８にはヒーター６２（熱源）が配置されている。工
具ホルダー５２は上記凸状のテーパー部６８ａ全体を覆
うようにして嵌め入込むように凹形状に形成されてお
り、その外周面には放熱のための冷却フィン５２ａが設
けられている。この冷却フィン５２ａによって、工具ホ
ルダー５２はテーパー部６８ａ（すなわち主軸本体６
８）よりも低い温度に維持されるために熱膨張しにく
い。この工具ホルダー５２には、工具５０がボルト等に
よって固定されている。主軸本体６８の回転停止時に
は、さらバネ６４の弾性力によってテーパー部６８ａの
先端面６８ｃを工具ホルダー５２の凹底面５２ｃに接触
させて、工具ホルダー５２を主軸本体６８に装着してい
る。そのため、テーパー部６８ａと工具ホルダー５２の
テーパー面との嵌め合い、および先端面６８ｃと底面５
２ｃとの当接によって二面拘束が実現されている。

【００２８】ビルトインモーター５８によって主軸本体
６８を回転させると、図５に示すように、工具ホルダー
５２が遠心力によって矢印Ｄ１０方向に広がる。一方、
凸状のテーパー部６８ａは、ヒーター６２によって加熱
される。加熱によってテーパー部６８ａは矢印Ｄ１０方
向に熱膨張するので、テーパー部６８ａと工具ホルダー
５２との間に生じようとするクリアランスが埋められ
る。そのため、テーパー部６８ａと工具ホルダー５２と
の接触部位はその接触面積がほぼ一定に維持されるとと
もに、その接触圧が維持される。この例では工具ホルダ
ー５２の凹底面５２ｃとテーパー部６８ａの先端面６８
ｃとの面拘束によって、さらバネ６４によってドローバ
ー６６が反工具側に引き込まれれることもなく、二面拘
束状態を保持しつつ工具ホルダー５２の半径方向への支
持剛性を維持することができる。したがって、主軸本体
６８が高速回転のときも、低速回転のときと同様に工具
先端位置が半径方向にも軸方向にも変化せず、加工精度
を維持することができる。

【００２９】この実施の形態によれば、主軸本体６８の
回転に伴って工具ホルダー５２の凹部が外側に広がって
も、その分凸状のテーパー部６８ａ（補填手段）が外側
に変形して両者間に生じようとするクリアランスを埋め
る。こうして他の動力源を用いずに工具ホルダー５２の
半径方向への支持剛性が維持されるので、加工精度を維
持することができる。

【００３０】なお、上記実施の形態ではヒーター６２を
主軸本体６８内に設けたが、ビルトインモーター５８に
よって発生する熱だけでも主軸本体６８は容易に１００
℃に達する場合がある。この熱によって凸状のテーパー
部６８ａが十分に変形できる場合には、ヒーター６２が
不要である。また、ビルトインモーター５８やヒーター
６２によって主軸本体６８全体の温度が高くなるが、こ
の場合に高温になると困るような部位は冷却する必要が
ある。そのため、図６に示すように冷却が必要な部位に
通ずる通路５６ａ，６６ｂを設けて、空気（あるいは冷
却水等）で冷却させればよい。図６では、ヒーター６２
に代えて、熱伝導の良好な部材（例えば、銅の棒やヒー
トパイプ）を主軸本体６８内に埋め込んでいる。こうし
て、凸状のテーパー部６８ａにビルトインモーター５８
で発生する熱を伝達させることにより、クリアランスを
埋めるように十分に熱変形させることができる。

【００３１】図７は、ヒーター６２への給電機構を主軸
本体６８内に設けた例を示す。具体的には、ヒーター６
２に接続されるコイル７０を主軸本体６８内に設け、永
久磁石７２を主軸ヘッド５６に設ける。この構造によれ
ば、主軸本体６８を回転させると永久磁石７２の磁束を
コイル７０が切ることになり、発電が行われて給電を行
うことができる。なお、永久磁石７２に代えて電磁石を
用いてもよく、あるいはビルトインモーター５８の磁界
を用いて永久磁石７２を省略することもできる。また、
ビルトインモーター５８の固定子５８ａが電磁石であ
り、回転子５８ｂがコイルである場合には、そのビルト
インモーター５８の一部をそのまま利用してヒーター６
２に給電することもできる。

【００３２】〔他の実施の形態〕本発明の主軸装置にお
いて、上述した構造，形状，大きさ，材質，個数，配置
及び動作条件等以外の構造等については、上記実施の形
態に限定されるものでない。例えば、上記実施の形態を
応用した次の各形態を実施することもできる。 （１）実施の形態１では工具ホルダー１２とテーパー部
１４との接触部位をベル型曲面に形成したが、テーパー
部１４が軸方向すなわち工具ホルダー１２側に変位して
も接触部位の面積が変化しないような他の曲面で形成し
てもよい。この場合でも、テーパー部１４が変位しても
接触面積が変化しないので、工具ホルダー１２の半径方
向への支持剛性を維持することができる。したがって、
工具ホルダー１２とテーパー部１４との間に生ずるクリ
アランスがテーパー部１４によって埋められるので、工
具１０の半径方向への支持剛性が維持され、加工精度を
維持することができる。同様に、図８に示すように、工
具ホルダー１２とテーパー部１４との接触部位を直線形
状に形成してもよい。この場合には主軸本体３０の回転
によって、テーパー部１４が遠心力によって径方向に広
がって接触部位の接触面積は減少する。しかし、工具ホ
ルダー１２とテーパー部１４との接触部位の位置が工具
側に移動するため、工具側寄りで工具ホルダー１２を把
持することになる。そのため、工具ホルダー１２のガタ
つきが防止され、工具ホルダー１２の半径方向への支持
剛性をほぼ一定に維持することができる。

【００３３】（２）実施の形態１に記載した弾性力によ
ってテーパー部１４（補填手段）を軸方向に変位させる
手段に代えて、遠心力によって補填手段を変位させる遠
心力変位手段を適用してもよい。この遠心力変位手段
は、例えば図９に示す主軸装置１１０において、主軸本
体１０６のテーパー状の凹部１０６ａの内周面に、補填
手段を軸方向に伸びる複数本の溝１０６ｃを設け、その
溝１０６ｃにスライド可能にキー１０６ｂを設ける。溝
１０６ｂの深さは工具側に向かって低くなるように設定
されており、キー１０６ｂが工具側に移動するほど、キ
ー１０６ｂは凹部１０６ａに突出する。これによると、
主軸本体１０６が高速回転して凹部１０６ａが外側に広
がると、キー１０６ｂが遠心力によって工具側に移動
し、工具ホルダー１０２の外周を拘束するようになる。
このようにして、キー１０６ｂは凹部１０６ａと工具ホ
ルダー１０２との間に生ずるクリアランスを埋める。

【００３４】（３）同様に、慣性力によって補填手段を
変位させる慣性力変位手段を適用してもよい。この慣性
力変位手段は、例えば図１０に示す主軸装置１１０にお
いて、工具ホルダー１０２の周方向に沿って移動可能な
可動部材１０４ｂをその外周部に設けることで実現され
る。その可動部材１０４ｂにはボールやキー等が用いら
れ、工具ホルダー１０２の周方向に沿った溝に挿入され
る。その溝の深さは回転方向に深く、反回転方向に浅く
なっている。このために、主軸本体１０６の回転に伴う
慣性力によって可動部材１０４ｂは溝の浅いほうへ移動
し、工具ホルダー１０２の外周部を強く押圧するように
外側に突き出る位置まで移動する。こうして慣性力によ
って移動した可動部材１０４ｂは、主軸本体１０６のテ
ーパー部と工具ホルダー１０２との間に生じようとする
クリアランスを埋める。したがって、工具ホルダー１０
２は半径方向に対して一定位置に維持されるので、工具
ホルダー１０２の半径方向への支持剛性を維持すること
ができる。なお、実施の形態２の場合には、テーパー部
６８ａについて上記慣性力変位手段を適用することもで
きる。

【００３５】（４）実施の形態２に記載した熱によって
テーパー部６８ａ（補填手段）を変形させる手段に代え
て、遠心力によって補填手段を変形させる遠心力変形手
段を適用してもよい。この遠心力変形手段は、例えば図
１１に示す主軸１１０において、工具ホルダー１０２の
外周部を軸心方向に沿って複数本の切れ目を入れて、そ
の切れ目によって形成される端片１０４ｃが遠心力によ
って広がるように構成することで実現される。こうすれ
ば、端片１０４ｃが遠心力によって広がるので、主軸本
体１０６のテーパー部と工具ホルダー１０２と間に生じ
ようとするクリアランスを端片１０４ｃが埋める。こう
して工具ホルダー１０２は半径方向に対して一定位置に
維持されるので、工具ホルダー１０２の半径方向への支
持剛性を維持することができる。

【００３６】（５）さらバネ２４，２８，３４，６４
は、主軸装置２２，６８の大きさや重量等の形態に応じ
て、つる巻きさらバネ，板さらバネ，ゴム等のような他
の弾性体を任意に用いることもできる。こうして、適正
な弾性力が得られるので、ドローバー２６等を適正に押
さえ付けることができる。

【００３７】

【他の発明の態様】以上、本発明の実施の形態について
説明したが、さらに別の発明の態様を以下に列挙すると
ともに、必要に応じて関連説明を行う。

【００３８】〔態様１〕 請求項１に記載の主軸装置に
おいて、その補填手段を主軸本体の先端部又は工具ホル
ダーの一方に設け、他方に対して相対的に移動可能にな
っていることを特徴とする主軸装置。 〔態様１の関連説明〕 補填手段が他方の主軸本体の先
端部又は工具ホルダーに対して相対的に移動してクリア
ランスを埋める。そのため、加工精度を維持することが
できる。

【００３９】〔態様２〕 工具ホルダーと主軸本体のう
ちの一方にテーパー状の凹部が設けられ、他方にその凹
部に嵌め込まれる凸部が設けられており、その凸部を挿
入することで主軸本体に工具ホルダーが取り付けられる
主軸装置において、主軸本体の高速回転に起因する遠心
力によって、前記凹部の開口縁近傍が前記凸部に対して
相対的に外側に広がったときに、その凹部の開口縁近傍
とその凸部との間の接触を維持する補填手段が付加され
ていることを特徴とする主軸装置。 〔態様２の関連説明〕 補填手段によって凹部の開口縁
近傍と凸部との間の接触を維持されることから、クラン
プ力が維持される。こうして工具ホルダーの半径方向へ
の支持剛性が維持されるので、加工精度を維持すること
ができる。

【００４０】〔態様３〕 態様２に記載の主軸装置にお
いて、前記工具ホルダーの位置を固定する固定部材を付
加していることを特徴とする主軸装置。 〔態様３の関連説明〕 固定部材によって工具ホルダー
は軸方向への移動がさらに禁止されるため、加工精度を
より確実に維持することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、工具ホルダーと主軸本
体のうちの一方に設けられているテーパー状の凹部と、
他方に設けられその凹部に嵌め込まれる凸部との間に主
軸本体の回転によて生じようとするクリアランスを補填
手段が埋める。こうして工具ホルダーの半径方向への支
持剛性が維持されるので、加工精度を維持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】軸方向に沿って移動可能なテーパー部を設けた
主軸装置を示す図である。

【図２】テーパー部の作動を示す図である。

【図３】クランパーを固定した場合を示す図である。

【図４】ヒーターを設けた主軸装置を示す図である。

【図５】工具ホルダーと主軸との間の接触面圧を示す図
である。

【図６】図４に示す主軸装置のヒーターに代えて伝熱部
材を設けた例を示す図である。

【図７】図４に示す主軸装置に給電機構を設けた例を示
す図である。

【図８】図１に示すテーパー部の他の例を示す図であ
る。

【図９】遠心力によって補填部材を変位させる手段を設
けた例を示す模式図である。

【図１０】慣性力によって補填部材を変位させる手段を
設けた例を示す模式図である。

【図１１】遠心力によって補填部材を変形させる手段を
設けた例を示す模式図である。

【図１２】アンクランプ状態の主軸装置を示す図であ
る。

【図１３】クランプ状態の主軸装置を示す図である。

【図１４】他のテーパー部の構成を示す図である。

【図１５】アンクランプ手段の構成を示す図である。

【図１６】他のアンクランプ手段の構成を示す図であ
る。

【図１７】従来の主軸装置を示す図である。

【符号の説明】

１０，５０ 工具 １２，５２ 工具ホルダー １４ テーパー部 １６，５４ ベアリング １８，５６ 主軸ヘッド ２０，５８ ビルトインモーター ２２，６０ 主軸装置 ２４，２８，３４，６４ さらバネ（弾性体） ２６，６６ ドローバー ３０，６８ 主軸本体 ３２ プッシュバー ３６ Ｏリング ３８ シリンダ ４０ ピストン ６２ ヒーター（熱源） ７０ コイル ７２ 永久磁石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具ホルダーと主軸本体のうちの一方に
   テーパー状の凹部が設けられ、他方にその凹部に嵌め込
   まれる凸部が設けられており、その凹部にその凸部を挿
   入することで主軸本体に工具ホルダーが取り付けられる
   主軸装置において、 主軸本体の高速回転に起因して前記凹部の開口縁近傍が
   前記凸部に対して相対的に外側に広がったときに、その
   凹部の開口縁近傍とその凸部との間に生ずるクリアラン
   スを埋める補填手段が付加されていることを特徴とする
   主軸装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の主軸装置において、 その補填手段は前記凸部に設けられており、熱又は遠心
   力によって変形して前記クリアランスを埋める部材であ
   ることを特徴とする主軸装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の主軸装置において、 その補填手段は、弾性力，遠心力，慣性力のいずれかの
   力によって変位して前記クリアランスを埋める部材であ
   ることを特徴とする主軸装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２又は３に記載の主軸装置に
   おいて、 その工具ホルダーとその主軸本体との間に、両者の軸方
   向の相対移動を拘束する拘束部材が設けられていること
   を特徴とする主軸装置。