JPH09309012A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 皿ばね３９より先端側のドローバー３７
に先端部４３が後端部４４より小径に形成されたスリー
ブ４２を外嵌し、該スリーブ４２の先端面を軸孔３１の
段差部４６に当接させて皿ばね３９による軸方向の荷重
を支持すると共に、スリーブ４２の後端部４４によって
ドローバー３７を支持する。

Description

【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、前
記軸孔の内周面と前記ドローバーの外周面との間に少な
くとも一個の支持部材を介在させて該ドローバを支持す
るようにしたことを特徴とする。

【０００７】請求項２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は請求項１の発明の実施の形態
の一例であ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９
ａ，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、請求項２の発明の実施の形態の一例
であ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１
１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１２
ｂ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２
９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３
５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３
７ａ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３
８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４
２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３
９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３
３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に請求項２の発明の他の実施の形態を
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３
７を多点で支持するようにすればよい。

【００２５】

【実施例】図４は請求項２に係るスピンドル装置で図２
の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の請求項２に係
るスピンドル装置のドローバー固有振動数計算値は６５
４．３１６Ｈｚ、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、請求項
１の発明によれば、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】請求項２の発明によれば、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】請求項１の発明の実施の形態の一例であるスピ
ンドル装置を説明するための説明的断面図である。

【図２】請求項２の発明の実施の形態の一例であるスピ
ンドル装置を説明するための説明的断面図である。

【図３】請求項２の発明の他の実施の形態であるスピン
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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記軸孔の内周面と前記ドローバーの外周面との間に少
   なくとも一個の支持部材を介在させて該ドローバを支持
   するようにしたことを特徴とするスピンドル装置。
2. 【請求項２】 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。