JP5110083B2 - スピンドル装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピンドル装置に関し、より詳細には、回転軸に形成された複数の流体供給路に、切削液や圧縮空気等の流体を供給するロータリジョイントを備えたスピンドル装置に関する。

従来、工作機械本体の工具主軸を支持するスピンドル装置では、工具主軸の高速回転に伴い、主軸内から軸受内輪に流体を供給するアンダーレース潤滑方式が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のスピンドル装置２００では、図１０に示すように、回転軸１０１が複数の軸受２０３（２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｄ）によりハウジング２０２に対して回動自在に支持されている。回転軸２０１には、その前端部に工具ホルダ２０４を取り付けるためのテーパ孔２０１ａが設けられ、更に、軸芯にテーパ孔２０１ａに連通する軸方向孔２０１ｂが形成されている。この軸方向孔２０１ｂには、工具ホルダ２０４を脱着するためのドローバー２０５が収容されている。

ドローバー２０５には、一端がテーパ孔２０１ａに開口するエア供給孔２０６がドローバー２０５の軸方向に形成されている。また、回転軸２０１には、一端が軸受２０３（２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ，２０３Ｄ）に向かって開口する潤滑油供給用孔２０７が軸方向および半径方向に形成されている。そして、回転軸２０１の反テーパ孔側の端部から圧縮空気および潤滑油を供給して、エア供給孔２０６および潤滑油供給用孔２０７を介してテーパ孔２０１ａおよび軸受２０３にそれぞれ圧縮空気および潤滑油を供給する。

また、他のスピンドル装置として、工具主軸のテーパ孔と工具ホルダのテーパ部との密着を確認するため、主軸内から流体を供給することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載のスピンドル装置３００では、図１１に示すように、回転軸３０１に流路３０２，３０３を形成すると共に、ドローバー３０４の軸心を通って軸方向に形成された流路３０５にパイプ３０６を挿通させて２重構造の流路を形成し、流路３０２，３０５を介して図示しない工具に冷却用クーラントを供給し、流路３０３及びパイプ３０６を介してテーパ孔３０１ａと図示しない工具ホルダとの密着確認用空気を供給している。

また、図１２に拡大して示すように、回転軸３０１の後端部に接続されたロータリジョイント３１１を備える。ロータリジョイント３１１は、クーラント供給口３１４及び密着確認用エア供給口３１５を有するハウジング３１３と、転がり軸受３１６によってハウジング３１３内に回動自在に支持された回転部３１７とを備える。

回転部３１７には、クーラント供給口３１４に連通するクーラント用通路３１８と、密着確認用エア供給口３１５に連通するエア用通路３１９が軸方向に形成されている。回転部３１７の前端部は、ボルト３２０によって回転軸３１２の後端部に固定されている。これにより、回転部３１７のクーラント用通路３１８及びエア用通路３１９は、それぞれ回転軸３１２に設けられた軸方向孔３２１及び３２２と連通し、クーラント供給口３１４から供給されるクーラントが軸方向孔３２１を介して工具に供給され、密着確認用エア供給口３１５から供給される密着確認用エアが軸方向孔３２２を介して回転軸３０１のテーパ孔に供給される。
特開平 ６−２０６１０３号公報 特開平１０−２２５８４５号公報

ところで、特許文献１及び特許文献２に記載のスピンドル装置２００，３００では、いずれも、回転軸２０１，３０１およびドローバー２０５，３０４に、小径且つ長い貫通孔を軸方向に形成してクーラントや圧縮空気の供給流路としているので、流路の加工が困難であり、製作に多くの時間と費用を要する問題があった。また、特許文献２に記載のスピンドル装置３００は、ドローバー３０４の軸方向に形成された流路３０５にパイプ３０６を挿通させて２重構造の供給流路となっているので、流路３０５の加工の困難さに加えて、構造が複雑となる問題があった。

また、ロータリジョイント３１１の回転部３１７は、旋盤加工等によって成形された一体部品であり、ボルト３２０で回転軸３０１に固定されているので、回転部３１７に設けられたクーラント用通路３１８及びエア用通路３１９と、回転軸３０１に形成された軸方向孔３２１及び３２２とをそれぞれ連通させて、換言すれば、回転軸３０１と回転部３１７との位相を合わせて固定しなければならず、組付けに工数を要する問題があった。また、回転部３１７が一体部品として成形されているので、例えば、回転軸３０１との接合部や通路３１８、３１９の出口付近など、回転部３１７の前端部だけに不具合があっても、ロータリジョイント３１１を分解して回転部３１７全体を交換する必要があり、メンテナンス上、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に設けられた複数の流体供給路に、切削液や圧縮空気等の複数の流体を供給することができ、メンテナンス性に優れ、且つ容易に組付けることができるロータリジョイントを備えたスピンドル装置を提供することにある。また、他の目的は、回転軸を流体が通過する流路が容易に、且つ低コストで加工でき、更にビルトインモータのロータ組付けを容易にしたスピンドル装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） ハウジングと、
該ハウジング内で、該ハウジングに対して相対回転可能に配置され、一端で工具をクランプ可能な回転軸と、
前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する軸受部と、
該回転軸の他端側に配置され、前記回転軸に形成された複数の流体供給路に流体を供給するロータリジョイントと、
を備えるスピンドル装置であって、
前記ロータリジョイントは、前記回転軸の複数の流体供給路とそれぞれ連通する複数の流体供給孔を有する回転部を備え、
前記回転部は、前記ロータリジョイントのハウジングに支持される回転基部と、該回転基部に着脱可能にボルト締結され、前記回転軸と連結される回転連結部と、を有し、前記回転基部と前記回転連結部とは、前記ボルト締結を解除して軸方向に分離することが可能であり、
前記回転連結部には、前記回転軸の端部周面と係合可能な非円形部が形成されており、前記端部周面と前記非円形部とが係合して前記回転部が前記回転軸と一体回転することを特徴とするスピンドル装置。
（２） 前記回転連結部は、その軸方向中心に形成された第１中心孔と、該第１中心孔と工具側で連続し、該第１中心孔より大径の第２中心孔と、前記第１中心孔の周囲で、前記第１中心孔と平行に軸方向に延び、第２中心孔に開口する軸方向貫通孔と、を備えることを特徴とする（１）に記載のスピンドル装置。
（３） 前記非円形部は、前記第１中心孔に形成されることを特徴とする（２）に記載のスピンドル装置。
（４） 前記ハウジングは、ステータが取り付けられる中間ハウジングと、前記中間ハウジングに着脱自在に締結される前側ハウジングと、を備え、
前記回転軸は、前記ステータと対向配置されるロータを有し、
前記軸受部は、前記ロータに対して工具側で前記回転軸を支持する第１軸受部と、前記ロータに対して反工具側で前記回転軸を支持する第２軸受部と、を有し、
前記ハウジング内には、前記第２軸受部の軸受の外輪が内嵌され、外径が前記ステータの内径より小さい軸受スリーブが設けられており、
前記前側ハウジング、前記回転軸、前記ロータ、前記第１軸受部、前記第２軸受部、及び、前記他の軸受スリーブを有する半組立体は、前記前側ハウジングと前記中間ハウジングとの締結を解除することで、前記中間ハウジングから前記工具側に一体に抜き取り可能であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のスピンドル装置。

本発明のスピンドル装置によれば、ロータリジョイントに形成された複数の流体供給孔を、回転軸の複数の流体供給路とそれぞれ連通させて、該複数の流体供給路に流体を供給する。ロータリジョイントは、軸方向に分離可能である回転部を備えるので、回転軸と接続されるロータリジョイントの回転部に不具合が生じたとき、ロータリジョイントを分解して回転部全体を交換することなく、回転部の一部を取り外して交換するなどして、容易にメンテナンスすることができる。また、複数の流体供給孔を有する回転部を分離して製作可能であるので、複数の流体供給孔を容易に加工することができる。

本発明の第１実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。 図１におけるロータリジョイントの拡大図である。 図１における円Ａで囲まれた部分の拡大図である。 本発明の回転軸とロータスリーブとの間の流路の変形例を示す断面図である。 複数の流体供給路を構成するスピンドル装置の変形例を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。 本発明の第３実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。 本発明の効果を確認するための試験装置の概略図である。 （ａ）は、図８の軸端部の拡大図であり、（ｂ）は、シムの挿入位置を示す図である。 従来のスピンドル装置の縦断面図である。 従来の他のスピンドル装置の縦断面図である。 従来のロータリジョイントの縦断面図である。

符号の説明

１０，１００，１６０ スピンドル装置
１１，１１１ ハウジング
１２，１１２ 回転軸
１３，１１３ 第１軸受部（軸受部）
１４，１１４ 第２軸受部（軸受部）
１５，１１５ ロータスリーブ
２１ ロータリジョイント
２９ 回転基部
３０ ドローバー
３０ｄ 小径孔（第１の流体供給路）
３０ｅ 孔（第２の流体供給路）
４０，１４０ 流路（第２の流体供給路）
４４ 回転連結部
４５ 第２中心孔（第２の流体供給孔）
４６ 第１中心孔（第１の流体供給孔）
４６ａ 非円形部
４７ 軸方向貫通孔（第２の流体供給孔）
５０ 締結機構
５１ テーパリング
５１ｂ テーパ面
５２ 挟着リング
６１ モータ
６３ ロータ

以下、本発明に係るスピンドル装置の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態であるスピンドル装置の縦断面図、図２は図１におけるロータリジョイントの拡大図、図３は図１における円Ａで囲まれた部分の拡大図である。である。なお、図１中、上側半分は工具アンクランプ状態を示し、下側半分は工具クランプ状態を示す。

図１に示すように、スピンドル装置１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１内で、ハウジング１１に対して相対回転可能に配置される回転軸１２と、ハウジング１１と回転軸１２との間に配置されるモータ６１と、モータ６１のロータ６３に対して工具側（一端側）で回転軸１２を回転自在に支持する第１軸受部１３と、ロータ６３に対して反工具側（他端側）で回転軸１２を回転自在に支持する第２軸受部１４と、第１軸受部１３と第２軸受部１４間で、回転軸１２に着脱可能に外嵌されるロータスリーブ１５と、回転軸１２の反工具側の端部に配設され、油圧により回転軸１２にアンクランプ力を付与する油圧アンクランプ機構部３２と、回転軸１２に流体を供給するロータリジョイント２１と、を備える。

ハウジング１１は、工作機械本体に取り付けられ、第１軸受部１３を介して回転軸１２の前部を回動自在に支持する前側ハウジング１１ａと、第２軸受部１４を介して回転軸１２の後部を回動自在に支持する後側ハウジング１１ｃと、前側ハウジング１１ａおよび後側ハウジング１１ｃの間に配置された中間ハウジング１１ｂとを備える。後側ハウジング１１ｃには、後側ハウジング１１ｃに対して軸方向に摺動自在な軸受スリーブ７０が内嵌されている。また、前側ハウジング１１ａの前端には、前蓋１６及びフロントカバー１７が設けられる。

ハウジング１１の中間ハウジング１１ｂと、回転軸１２の軸方向中間部１２ａとの間には、モータ６１が内蔵されている。モータ６１のステータ６２は、中間ハウジング１１ｂに内嵌・固定される。また、ステータ６２と対向配置される、モータ６１のロータ６３は、ロータスリーブ１５に焼き嵌めによって外嵌固定されている。ロータスリーブ１５は、その両端部が後述する締結機構５０によって回転軸１２の軸方向中間部１２ａに外嵌・固定される。

第１軸受部１３及び第２軸受部１４は、複数（第１軸受部１３は４個、第２軸受部１４は２個）のアンギュラ玉軸受２６を備える。アンギュラ玉軸受２６は、ハウジング１１の前側ハウジング１１ａ及び軸受スリーブ７０に内嵌される外輪２２、回転軸１２に外嵌される内輪２３、及び外輪２２及び内輪２３間に配置される転動体である玉２４をそれぞれ備え、複数の間座２５によって軸方向に規制されている。なお、第１軸受部１３及び第２軸受部１４としては、アンギュラ玉軸受を使用しているが、種々の軸受を任意に組み合わせて使用することができる。

回転軸１２の軸心を通って形成された軸方向孔２７には、回転軸１２に対して軸方向に相対移動可能に装着されるドローバー３０と、ドローバー３０が工具ホルダ１８を軸方向内方に引き込むように、ドローバー３０に外装され、軸方向において回転軸１２とドローバー３０の大径部３０ａとの間に圧縮可能に配置されるばね３１と、が配置される。なお、ばね３１としては、皿ばねを使用しているが、コイルばねや螺旋皿ばね等を使用してもよい。

ドローバー３０の先端には、工具ホルダ１８をクランプするコレット部２０が形成されており、この工具ホルダ１８は、クランプ状態で、回転軸１２の軸方向前部に設けられたテーパ孔１９と嵌合する。また、ドローバー３０の後端には、アンクランプする際にドローバー３０を工具ホルダ１８側に押し出すための油圧アンクランプ機構部３２が配設されている。

油圧アンクランプ機構部３２は、図２も参照して、第１圧力油供給口３３Ａと第２圧力油供給口３３Ｂを備えるシリンダ３４と、該シリンダ３４内で移動可能に嵌合するピストン３５とを備える。図示しない油圧ポンプから供給される圧力油を第１圧力油供給口３３Ａからシリンダ３４に供給すると、ピストン３５が図中左方向に移動してドローバー３０を工具ホルダ１８側に押し出して、アンクランプ状態とする。また、第２圧力油供給口３３Ｂに圧力油を供給すると、ピストン３５が右方向に移動して、ドローバー３０が工具ホルダ１８をクランプする。

また、回転軸１２の前部および後部には、その軸方向前端および後端から軸方向中心に向かって形成される軸方向孔４１Ａ，４１Ｂと、回転軸１２の外周面と各軸方向孔４１Ａ，４１Ｂとを連通させる径方向孔４２Ａ，４２Ｂとが形成されている。更に、回転軸１２の軸方向中間部１２ａの外周面には、該外周面において径方向孔４２Ａ，４２Ｂ同士を連通させるように溝部４３が軸方向に形成されている。更に、回転軸１２の前部には、前端から軸方向中心に向かって形成される軸方向孔４１Ｃと、ドローバー３０の軸方向孔３０ｄと軸方向孔４１Ｃとを連通させる径方向孔４２Ｃが、軸方向孔４１Ａ及び径方向孔４２Ａと異なる位相に形成されている。

ロータスリーブ１５は、回転軸１２に形成された溝部４３を覆うように回転軸１２に外嵌・固定されている。図３に示すように、ロータスリーブ１５の両端部外周面には、締結機構５０が配設されて、ロータスリーブ１５を回転軸１２の外周面に締め付け、固定する。締結機構５０としては、テーパリング５１と、一対の挟着リング５２とを有する、ドイツ国のリングフェダー社の製造するシュパンリング（商品名）が知られている。テーパリング５１は、内周面５１ａの内径がロータスリーブ１５の外径と同じ寸法を有し、外周面には、傾斜方向が互いに異なる一対のテーパ面５１ｂが設けられて、略山形に形成されている。一対の挟着リング５２は、テーパリング５１のテーパ面５１ｂと同じ角度のテーパ内周面５２ａを有し、テーパリング５１のテーパ面５１ｂと係合している。一対の挟着リング５２は、ボルト５３によって締結されており、該ボルト５３によって軸線方向に加圧・押圧される。

このような締結機構５０は、回転軸１２に形成された溝部４３を覆うようにしてロータスリーブ１５を回転軸１２に外嵌させた後、ボルト５３をねじ込んで一対のテーパリング５１を軸方向に相対移動（接近）させる。これにより、テーパ面５１ｂの作用によって半径方向締付け力（縮径力）を発生させてロータスリーブ１５を締め付ける。これにより、ロータスリーブ１５の内周面が縮径して回転軸１２の外周面に密着、固定されると共に、回転軸１２の外周面とロータスリーブ１５の内周面との間を封止する。

したがって、回転軸１２の溝部４３とロータスリーブ１５の内周面との間に形成される空間内を流体が通過し、回転軸１２を流体が通過する流路（第２の流体供給路）４０は、この溝部４３とロータスリーブ１５の内周面との間の空間、及び、軸方向孔４１Ａ，４１Ｂ，径方向孔４２Ａ，４２Ｂで構成される。尚、ロータスリーブ１５と回転軸１２との間で、溝部４３の軸方向外側にはＯリング５４が配置されており、両者間の隙間をシールしている。また、回転軸１２の軸方向中間部１２ａは、溝部４３を形成する代わりに、図４に示すように、その外周面全体をロータスリーブ１５の内周面より小径として、回転軸１２とロータスリーブ１５との間に円周方向に連続する環状空間Ｓを構成してもよい。さらに、溝部４３や環状空間Ｓは、ロータスリーブ１５の内周面を加工することで構成してもよい。

回転軸１２のロータ６３より反工具側には、第２軸受部１４、第２軸受部１４と嵌合する軸受スリーブ７０、速度センサ７１を構成する被検出部７２、この被検出部７２と共に第２軸受部１４の軸受２６の内輪２３を固定するナット７３等が取り付けられており、いずれもステータ６３の内径より小さく設定されている。

前側ハウジング１１ａは、図示しないボルトによって中間ハウジング１１ｂに着脱自在に締結されており、このボルトの締結を解除することで、第１軸受部１３が組み込まれた前側ハウジング１１ａ、ドローバー３０が組み込まれた回転軸１２、ロータ６３、第２軸受部１４、軸受スリーブ７０等からなる半組立体Ｕは、中間ハウジング９から一体に抜き取ることができる。

また、図２に示すように、油圧アンクランプ機構部３２の後端には、ロータリジョイント２１がシリンダ３４の内周面３６とインロー嵌合によって連結されている。ロータリジョイント２１は、第２の流体であるエアが供給される着座エア供給口３８、及び第１の流体であるクーラントが供給されるクーラント供給口３９等の複数の供給口が設けられ、図示しない流体供給源から流体（エア、クーラント）が供給される。

ロータリジョイント２１は、ボルト３７によってロータリジョイント２１の回転基部２９に固定される回転連結部４４を備える。回転基部２９は、図示しない転がり軸受によってロータリジョイント２１のハウジングに回転自在に支持されている。回転連結部４４は、ボルト３７を外すことで、ロータリジョイント２１のハウジングに組み込まれている回転基部２９から容易に分離可能で、油圧アンクランプ機構部３２のピストン３５の中心孔内に挿入されている。なお、回転基部２９と回転連結部４４が回転部を構成する。

回転基部２９は、クーラント供給口３９からのクーラントが供給されるクーラント孔８１と、着座エア供給口３８からのエアが供給されるエア孔８２と、を備え、クーラント孔８１は、工具側に延びる突出部８３に開口している。

また、回転連結部４４は、その軸方向中心に形成され、回転基部２９の突出部８３が挿入される第１中心孔４６と、第１中心孔４６と工具側で連続し、第１中心孔４６より大径の第２中心孔４５と、第１中心孔４６の周囲で、第１中心孔４６と平行に軸方向に延び、第２中心孔４５に開口する軸方向貫通孔４７と、を備える。

クーラント孔８１は、第１中心孔４６を介して、回転軸１２の第１の流体供給路８４を構成するドローバー３０の軸心に形成された小径孔３０ｄに接続される。エア孔８２は、軸方向貫通孔４７及び第２中心孔４５を介して、ドローバー３０の小径孔３０ｄの周囲に形成された孔３０ｅに接続される。この孔３０ｅは、前述した流路４０と共に、回転軸１２の第２の流体供給路８５を構成する。また、クーラント孔８１と第１中心孔４６は、ロータリジョイント２１の第１の流体供給孔を構成し、エア孔８２と、軸方向貫通孔４７、第２中心孔４５は、ロータリジョイント２１の第２の流体供給孔を構成する。

第１中心孔４６には、６角形や８角形等の非円形部４６ａが部分的に形成されており、ドローバー３０の後端部に形成された、略同一形状の外周面を有する非円形軸部３０ｃと軸方向に移動自在に嵌合する。これにより、モータ６１によって駆動される回転軸１２の回転は、互いに嵌合する非円形軸部３０ｃと非円形部４６ａとの嵌合を介して回転連結部４４及び回転基部２９を回転させる。

第１中心孔４６の非円形部４６ａより工具側部分は、円筒形状に形成されており、ドローバー３０の小径側筒部３０ｆと軸方向に移動自在に嵌合し、第２中心孔４５は、ドローバー３０の小径側筒部３０ｆより工具側に形成された大径側筒部３０ｂと軸方向に移動自在に嵌合する。また、この第１中心孔４６と小径側筒部３０ｆとの間、及び、第２中心孔４５と大径側筒部３０ｂとの間には、ＯリングやＵパッキン等のシール部材４８、４９が配設されている。

したがって、回転連結部４４に段付き孔（第１中心孔４６及び第２中心孔４５）を形成すると共に、ドローバー３０を段付き軸とし、互いに嵌合させることによって、ロータリジョイント２１の複数の流体供給孔と、回転軸１２の複数の流体供給路８４，８５とを同時に連通させて連結することができる。

これにより、複数の流体は、それぞれ独立した流路を通って供給される。尚、シール部材４８、４９は、ＯリングやＵパッキンに限定されず、また、材料もフッ素ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム等、適宜の材料が使用可能である。

これにより、ロータリジョイント２１のクーラント供給口３９から供給されたクーラント液は、回転基部２９のクーラント孔８１、回転連結部４４の第１中心孔４６、第１の流体供給路８４を構成する、ドローバー３０の軸心を通る小径孔３０ｄを通って工具ホルダ１８に供給され、工具に噴出する。

また、ロータリジョイント２１の着座エア供給口３８から供給されるエアは、回転基部２９のエア孔８２、回転連結部４４の軸方向貫通孔４７及び第２中心孔４５、第２の流体供給路を構成する、ドローバー３０の孔３０ｅ、流路４０（軸方向孔４１Ｂ、径方向孔４２Ｂ、溝部４３とロータスリーブ１５の内周面との間に形成される空間、径方向孔４２Ａ，軸方向孔４１Ａ）の順に通過し、スピンドル装置１０の前端部に設けられた着座検出ノズル２８に供給されて、その圧力変化にて工具の着座が正常に行われたことを検出する。

尚、流体は、クーラント液やエアに限定されることはなく、軸方向孔４１Ａ、４１Ｂからそれぞれの第１軸受部１３、第２軸受部１４に連通する径方向孔（図示せず）を設け、ロータリジョイント２１を介して潤滑油を供給して第１軸受部１３、第２軸受部１４を潤滑することもできる。また、図５に示すように、軸方向孔４１Ａ，４１Ｂ、径方向孔４２Ａ，４２Ｂ、及び溝部４３を複数組、回転軸１２の円周方向に離間させて並行に設けた複数の流路４０，４０´によって、種類の異なる流体（例えば、切削液、圧縮空気、潤滑油）を同時に異なる部位に供給することができる。この場合、隣接する流路４０間に形成される流路４０´は、ドローバー３０の小径孔３０ｄと流路４０´の径方向孔４２Ｂとを連通することで構成される。

従って、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、ロータリジョイント２１のハウジングに回転自在に支持される回転基部２９から、軸方向に分離可能な回転連結部４４によって、ロータリジョイント２１に形成された第１及び第２の流体供給孔と、回転軸１２に形成された第１及び第２の流体供給路８４，８５とを、それぞれ連通させて流体を供給するようにしたので、ロータリジョイント２１の回転部に不具合が生じるなどの際に、ロータリジョイント２１を分解して回転部全体を交換することなく、回転連結部４４だけを取り外して容易にメンテナンスすることができる。また、回転連結部４４を製作する際、回転連結部４４を個別に製作することができるので、複数の孔４５，４６，４７を容易に加工することができる。

また、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、ロータリジョイント２１のハウジングは、取り付けボルト９０を外すことにより回転連結部４４はドローバー３０より軸方向に分離し、ロータリジョイント２１全体を油圧アンクランプ機構部３２から分離可能でロータリジョイントのみ故障した場合、メンテナンスが非常に容易となっている。

また、回転連結部４４の第１中心孔４６に形成した非円形部４６ａに、ドローバー３０の非円形軸部３０ｃを挿入して係合させることにより、容易に回転軸１２の複数の流体供給路８４，８５とロータリジョイント２１の複数の流体供給孔とを連通させ、且つ一体回転可能に連結することができる。

また、回転部が、ロータリジョイント２１のハウジングに支持される回転基部２９と、回転軸１２と連結される回転連結部４４とを備え、回転連結部４４が回転基部２９に着脱可能にボルト締結されるようにすれば、回転連結部４４を容易に回転基部２９から取り外すことができ、メンテナンス性が大幅に向上する。更に、回転連結部４４に非円形部４６ａを形成し、非円形部４６ａにドローバー３０を挿入して端部周面と係合させ、回転連結部４４とドローバー３０とが一体回転可能に連結されるので、ドローバー３０の非円形軸部３０ｃを回転連結部４４の非円形部４６ａに挿入して、回転連結部４４と回転軸１２との位相合わせが容易に行われる。

また、回転連結部４４は、その軸方向中心に形成された第１中心孔４６と、第１中心孔４６と工具側で連続し、第１中心孔４６より大径の第２中心孔４５と、第１中心孔４６の周囲で、第１中心孔４６と平行に軸方向に延び、第２中心孔４５に開口する軸方向貫通孔４７と、を備える。これにより、回転軸１２の複数の流体供給路８４，８５と、回転連結部４４を備えたロータリジョイント２１の複数の流体供給孔とを容易に連通させることができ、回転連結部４４を介して、複数の流体が独立して供給される。

さらに、非円形部４６ａは、第１中心孔４６に形成されるので、回転連結部４４の軸方向長さを長くすることなく、回転連結部４４とドローバー３０とを一体回転を可能とする。

また、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、第１軸受部１３、及び第２軸受部１４間で、回転軸１２に外嵌されるロータスリーブ１５を有し、回転軸１２を流体が通過する流路４０が、互いに嵌合する回転軸１２の外周面とロータスリーブ１５の内周面との間に設けられる空間を含むので、加工が困難な小径且つ長い貫通孔の加工が不要となり、回転軸１２を流体が通過する流路４０が容易、且つ低コストで加工でき、簡単な構成の流路４０を持った安価なものとなる。また、モータビルトインタイプのロータ６３が外嵌されたロータスリーブ１５を用いて流路４０を構成するので、部品点数を増加することなく、モータ６１を外嵌することで軸方向に長くなる回転軸１２の流路４０を容易、且つ低コストで加工することができる。

また、回転軸１２を流体が通過する流路４０の一部である空間が、互いに嵌合する回転軸１２の外周面とロータスリーブ１５の内周面とからなり、更に、ロータスリーブ１５は締結機構５０によって回転軸１２に着脱自在に固定されるので、回転軸１２に対してロータ６３をロータスリーブ１５と共に容易に着脱することができ、メンテナンス性が大幅に向上する。

また、ロータ６３を焼き嵌めによってロータスリーブ１５に外嵌・固定すれば、確実に固定することができ、またロータ６３とロータスリーブ１５とを実質的に１部品として容易に取り扱うことができる。

更に、ロータスリーブ１５の周囲に、外周面に一対のテーパ面５１ｂを有するテーパリング５１と、テーパリング５１の各テーパ面５１ｂとそれぞれ係合する一対の挟着リング５２と、を有する締結機構５０を配置し、一対の挟着リング５２を軸線方向に押圧したときに発生する縮径力によってロータスリーブ１５を締め付け、回転軸１２の外周面とロータスリーブ１５の内周面との間を封止して固定するようにすれば、回転軸１２に対してロータスリーブ１５を容易に着脱することができる。これにより、回転軸１２の外周面とロータスリーブ１５の内周面との間に形成される空間（流路）に異物が侵入するなど、メンテナンスが必要となった場合、ロータスリーブ１５を容易に回転軸から着脱してメンテナンスすることができる。

（第２実施形態）
図６は本発明の第２実施形態であるスピンドル装置の縦断面図である。図６に示すように、スピンドル装置１００は、ハウジング１１１と、ハウジング１１１内で、ハウジング１１１に対して相対回転可能に配置される回転軸１１２と、ハウジング１１１と回転軸１１２との間に配置される工具側の複数（本実施形態では、２つ）の第１軸受部１１３及び反工具側の複数（本実施形態では、２つ）の第２軸受部１１４と、第１及び第２軸受部１１３、１１４間で、回転軸１１２の軸方向中間部１１２ａに外嵌されるスリーブ１１５とを備える。

ハウジング１１１は、工作機械本体に取り付けられ、第１軸受部１１３を介して回転軸１１２の前部を回動自在に支持する前側ハウジング１１１ａと、第２軸受部１１４を介して回転軸１１２の後部を回動自在に支持する後側ハウジング１１１ｃと、前側ハウジング１１１ａおよび後側ハウジング１１１ｃの間に配置された中間ハウジング１１１ｂとを備える。また、前側ハウジング１１１ａの前端には、前蓋１１６及びフロントカバー１１７が設けられる。

回転軸１１２は、その軸方向前部及び後部に軸方向中間部１１２ａより小径の小径軸部１１２ｂ、１１２ｃを有し、小径軸部１１２ｂには工具ホルダ１１８を取り付けるためのテーパ孔１１９が設けられる。また、小径軸部１１２ｃには、回転軸１１２を駆動するため、ベルト１５１が懸架されるプーリ１５２が外嵌固定されており、さらに、小径軸部１１２ｃの後端には、図示しないボルト等によって固定される円盤部材１２０を介してロータリジョイント１２１が連結されている。

各軸受部１１３，１１４は、ハウジング１１１の前側ハウジング１１１ａ及び後側ハウジング１１１ｃに内嵌される外輪１２２、回転軸１１２の小径軸部１１２ｂ、１１２ｃに外嵌される内輪１２３、及び外輪１２２及び内輪１２３間に配置される転動体である玉１２４をそれぞれ備え、複数の間座１２５及びナット１２６によって軸方向に規制されている。なお、軸受部１１３，１１４としては、アンギュラ玉軸受を使用しているが、種々の軸受を任意に組み合わせて使用することができる。

回転軸１１２の内部には、回転軸１１２に軸方向に相対移動可能に装着されるドローバー１３０と、ドローバー１３０が工具ホルダ１１８を軸方向内方に引き込むように、ドローバー１３０に外装され、軸方向において回転軸１１２とドローバー１３０の大径部１３０ａとの間に圧縮可能に配置されるばね１３１と、が配置される。なお、ばね１３１としては、皿ばねを使用しているが、コイルばねや螺旋皿ばね等を使用してもよい。

ドローバー１３０の先端には、ボール１３２を保持して工具ホルダ１１８のプルスタッド１１８ａをクランプするコレット部１３３が形成されている。また、ドローバー１３０の後端には、アンクランプバー１５３が小径軸部１１２ｃに形成された開口１５４から突出して固定されており、工具ホルダ１１８を交換する際に、アンクランプバー１５３を軸方向前方にスライド移動させて、ドローバー１３０を工具ホルダ１１８側に押し出し、ボール１３２をテーパ孔１１９の後方に位置するクランプ凹部１１２ｅに移動させる。

また、回転軸１１２の前部および後部には、その軸方向前端および後端から軸方向中心に向かって形成される軸方向孔１４１Ａ，１４１Ｂと、回転軸１１２の外周面と各軸方向孔１４１Ａ，１４１Ｂとを連通させる径方向孔１４２Ａ，１４２Ｂとが形成されている。更に、回転軸１１２の軸方向中間部１１２ａの外周面には、該外周面において径方向孔１４２Ａ，１４２Ｂ同士を連通させるように溝部１４３が軸方向に形成されている。

スリーブ１１５は、回転軸１１２に形成された溝部１４３を覆うように回転軸１１２に外嵌されており、回転軸１１２の軸方向中間部１１２ａの外周面に形成された環状凸部１１２ｆと当接することで軸方向に位置決めされる。また、スリーブ１１４と回転軸１１２との間で、溝部１４３の軸方向外側には、Ｏリング１４４が配置されている。これにより、回転軸１１２を流体が通過する流路１４０は、軸方向孔１４１Ａ，１４１Ｂ，径方向孔１４２Ａ，４２Ｂ，及び、溝部１４３とスリーブ１１５の内周面との間に形成される空間とで構成される。

さらに、回転軸１１２の後端に固定された円盤部材１２０には、中心に設けられた中心孔１４５から複数に分岐する流体分配孔１４６が形成され、中心孔１４５は、ロータリジョイント１２１に形成された流体供給口１４７と連通する。

これにより、ロータリジョイント１２１の流体供給口１４７、円盤部材１２０の中心孔１４５、流体分配孔１４６を通って供給される切削液が、流路１４０である軸方向孔１４１Ｂ、径方向孔１４２Ｂ、溝部１４３、径方向孔１４２Ａ、軸方向孔１４１Ａの順に通過し、工具ホルダ１１８に設けられた切削液流路１１８ｂを介して工具１５０に噴出する。

尚、流体、および流体が供給される所定の部位は、切削液および切削液流路１１８ｂに限定されることはなく、軸方向孔１４１Ａ、１４１Ｂからそれぞれの軸受部１１３，１１４に連通する径方向孔（図示せず）を設け、ロータリジョイント１２１及び円盤部材１２０を介して潤滑油を供給して軸受部１１３，１１４を潤滑することもできる。更にまた、軸方向孔１４１Ａからテーパ孔１１９に連通する流路（図示せず）を設けて、ロータリジョイント１２１及び円盤部材１２０から圧縮空気を供給してテーパ孔１１９を清掃するようにしてもよい。

更に、軸方向孔１４１Ａ，１４１Ｂ、径方向孔１４２Ａ，１４２Ｂ、及び溝部１４３とを複数組、回転軸１１２の円周方向に離間させて設けた複数の流路１４０によって、種類の異なる流体（例えば、切削液、圧縮空気、潤滑油）を同時に異なる部位に供給することができる。

本実施形態のスピンドル装置１００によれば、第１及び第２軸受部１１３，１１４間で、回転軸１１２に外嵌されるスリーブ１１５を有し、回転軸１１２を流体が通過する流路１４０が、互いに嵌合する回転軸１１２の外周面とスリーブ１１５の内周面との間に設けられる空間を含むので、加工が困難な小径且つ長い貫通孔の加工が不要となり、回転軸１１２を流体が通過する流路１４０が容易、且つ低コストで加工でき、簡単な構成の流路を持った安価なものとなる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るスピンドル装置について図７に基づいて説明する。なお、第２実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態のスピンドル装置１６０は、モータビルトイン式のものであり、第１実施形態と同様、ハウジング１１１と、ハウジング１１１内で、ハウジング１１１に対して相対回転可能に配置される回転軸１１２と、ハウジング１１１と回転軸１１２との間に配置される工具側の複数（本実施形態では、４つ）の第１軸受部１１３及び反工具側の複数（本実施形態では、２つ）の第２軸受部１１４と、複数の軸受部１１３，１１４間で、回転軸１１２の軸方向中間部１１２ａに外嵌されるスリーブ１１５´とを備える。

本実施形態のハウジング１１１の中間ハウジング１１１ｂと、回転軸１１２の軸方向中間部１１２ａとの間には、モータ１６１が内蔵されており、モータ１６１のステータ１６２は中間ハウジング１１１ｂに固定される。また、モータ１６１のロータ１６３は、スリーブ１１５´に焼嵌めによって外嵌固定されており、即ち、スリーブ１１５´はロータスリーブを構成する。

なお、このロータスリーブ１１５´も第２実施形態と同様に、回転軸１１２に形成された溝部１４３と共に空間を構成し、回転軸１１２を流体が通過する流路４０の一部をなす。

また、本実施形態では、ドローバー１３０とロータリジョイント１２１とが互いに結合されており、ロータリジョイント１２１から送られた流体は、ドローバー１３０の軸中心部から径方向外方に穿孔された軸孔部１６４を通過して、回転軸１２の軸方向孔１４１Ｂに供給される。さらに、小径軸部１１２ｃの内周面には、ドローバー１３０が移動する際にも流体を供給できるように、所定の軸方向幅を持った開口溝１６５が軸方向孔１４１Ｂと連通するように形成される。

従って、本実施形態のスピンドル装置１６０によれば、モータビルトインタイプのものに使用されるロータスリーブ１１５´を用いて流路１４０を構成するので、部品点数を増加することなく、モータ１６１を外嵌することで軸方向に長くなる回転軸１１２の流路１４０を容易、且つ低コストで加工することができる。
その他の構成及び作用については、第２実施形態のものと同様である。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

ここで、第３実施形態のスピンドル装置に形成される流路を、工具ホルダの密着確認を行なうためのエア供給路とする場合に、スキマ検知が可能であるかについて、図８及び図９に示す装置を用いて試験を行なった。

試験装置１７０は、第３実施形態のスピンドル装置１６０のうち、流路を構成する部分について構成したものであり、流路１７１は、ドローバー１７２、軸１７３、ロータ１７４によって形成され、これらの部材は軸１７３を取付ブラケット１７５に固定することで支持されている。また、軸１７３の先端にはホルダ１７６が取り付けられ、ホルダ１７６の前方には、ホルダ１７６を押圧するクランプ部材１７７が設けられる。

そして、図９（ｂ）に示すように、軸１７３とホルダ１７６との間に、板厚（０．０１０ｍｍ〜０．０４０ｍｍ）と位相（軸穴に対して０度、４５度、９０度）を変えながら幅５ｍｍのシム１７８を挿入するとともに、クランプ部材１７７にてホルダ１７６をクランプ力相当荷重で押し付けて実際のクランプ状態とし、軸１７３に取り付けたマグネットスタンド１７９に固定されるダイヤルゲージ１８０にて実スキマ量ｇを測定した。

この状態で、エアキャッチセンサ１８１（ＳＭＣ社製）を通したエアをドローバー１７２の後部から供給して、スキマ検知を行なった。なお、本試験では、軸１７３の先端部の着座用穴１７３ａの穴径（φＡ）を１．５ｍｍ、エア圧力計１８２の圧力値を０．１０ＭＰａ、エアキャッチセンサ１８１のリミット設定値を０．５として行なわれた。試験結果を表１に示す。

表１に示されるように、上記条件において、軸１７３とホルダ１７６との実スキマ量ｇが０．０１０ｍｍ以上になればスキマ検知が確実に行なわれることがわかり、工具ホルダの密着確認として十分に利用できることが確認された。

なお、本出願は、２００７年７月２４日出願の日本特許出願（特願２００７−１９２１４２）、２００７年８月７日出願の日本特許出願（特願２００７−２０５３８５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims (4)

1. ハウジングと、
   該ハウジング内で、該ハウジングに対して相対回転可能に配置され、一端で工具をクランプ可能な回転軸と、
   前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する軸受部と、
   該回転軸の他端側に配置され、前記回転軸に形成された複数の流体供給路に流体を供給するロータリジョイントと、
   を備えるスピンドル装置であって、
   前記ロータリジョイントは、前記回転軸の複数の流体供給路とそれぞれ連通する複数の流体供給孔を有する回転部を備え、
   前記回転部は、前記ロータリジョイントのハウジングに支持される回転基部と、該回転基部に着脱可能にボルト締結され、前記回転軸と連結される回転連結部と、を有し、前記回転基部と前記回転連結部とは、前記ボルト締結を解除して軸方向に分離することが可能であり、
   前記回転連結部には、前記回転軸の端部周面と係合可能な非円形部が形成されており、前記端部周面と前記非円形部とが係合して前記回転部が前記回転軸と一体回転することを特徴とするスピンドル装置。
2. 前記回転連結部は、その軸方向中心に形成された第１中心孔と、該第１中心孔と工具側で連続し、該第１中心孔より大径の第２中心孔と、前記第１中心孔の周囲で、前記第１中心孔と平行に軸方向に延び、第２中心孔に開口する軸方向貫通孔と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のスピンドル装置。
3. 前記非円形部は、前記第１中心孔に形成されることを特徴とする請求項２に記載のスピンドル装置。
4. 前記ハウジングは、ステータが取り付けられる中間ハウジングと、前記中間ハウジングに着脱自在に締結される前側ハウジングと、を備え、
   前記回転軸は、前記ステータと対向配置されるロータを有し、
   前記軸受部は、前記ロータに対して工具側で前記回転軸を支持する第１軸受部と、前記ロータに対して反工具側で前記回転軸を支持する第２軸受部と、を有し、
   前記ハウジング内には、前記第２軸受部の軸受の外輪が内嵌され、外径が前記ステータの内径より小さい軸受スリーブが設けられており、
   前記前側ハウジング、前記回転軸、前記ロータ、前記第１軸受部、前記第２軸受部、及び、前記軸受スリーブを有する半組立体は、前記前側ハウジングと前記中間ハウジングとの締結を解除することで、前記中間ハウジングから前記工具側に一体に抜き取り可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスピンドル装置。

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