JPH1199404A - 加工装置の主軸支持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸中間部へのロータの装着を可能にしなが
ら、主軸後部の支持剛性を簡単な構造で有効に向上させ
る。 【解決手段】 ロータ２４が固定された主軸２０を前側
軸受２２及び後側軸受２８を介してケーシング１０に回
転可能に支持するための構造。主軸２０において、ロー
タ固定部２０ｄよりも後方の部分の外径をロータ固定部
２０ｄの外径以下として当該部分にスリーブ２６を外嵌
して固定する。そして、このスリーブ２６に後側軸受２
８を外嵌して固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸がモータによ
り直接駆動される加工装置の主軸支持構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の加工装置の中には、主軸駆動モー
タを構成するロータを直接主軸に固定し、その周囲にス
テータを配して、主軸を高速で回転駆動するようにした
ものがある。その主軸の支持構造の一例を図３に示す。

【０００３】同図に示す主軸９０は、その前端側から順
に、前側軸受固定部９０ａ、前側軸受位置決め部９０
ｂ、ロータ位置決め部９０ｃ、ロータ固定部９０ｄ、テ
ーパー部９０ｅ、及び後側軸受固定部９０ｆを有し、前
側軸受固定部９０ａには前方に開口する工具装着用ねじ
孔９０ｇが設けられている。この前側軸受固定部９０ａ
及び前側軸受位置決め部９０ｃはロータ位置決め部９０
ｂよりも小径で、テーパー部９０ｅはロータ固定部９０
ｄから後方に向かうに従って徐々に小径となっており、
後側軸受固定部９０ｆはロータ固定部９０ｅの後端より
もさらに小径となっている。

【０００４】上記前側軸受固定部９０ａには、前側軸受
位置決め部９０ｂに対して前方から当たる位置で前側軸
受（図例では転がり軸受）９２の内輪がしまりばめ（焼
ばめまたは冷しばめ）により固定され、この前側軸受９
２の外輪がケーシング１００の内面に固定されている。
ロータ固定部９０ｄには、ロータ位置決め部９０ｃに対
して後方から当たる状態でロータ９４がしまりばめによ
り固定され、このロータ９４を取り囲む位置に図略のス
テータが配設されている。また、後側軸受固定部９０ｆ
には、テーパー部９０ｅの後端に対して後方から当たる
状態で後側軸受（転がり軸受）９８の内輪が固定され、
この後側軸受９８の外輪が上記ケーシング１００の内面
に固定されている。

【０００５】この構造によれば、主軸９０の前後部が軸
受９２，９８を介してケーシング１００に回転可能に支
持されるとともに、ロータ９４の周囲のステータが通電
されることにより、主軸９０及びこれに装着される工具
が一体に回転駆動されることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構造において、高
精度加工を実現するためには、主軸９０の支持剛性を高
めることが重要であり、この支持剛性を高める手段とし
ては、当該主軸９０及び各軸受９２，９８の径を大きく
するのが有効である。

【０００７】しかし、上記構造において、ロータ９４及
び後側軸受９８を主軸９０に組付けるには、まず、ロー
タ９４の内側に主軸９０をその後端の後側軸受固定部９
０ｆ側から挿入するようにしてロータ９４をロータ固定
部９０ｄまで至らせ、ここでしまりばめし、次いで後側
軸受９８を後側軸受固定部９０ｆにしまりばめするとい
う手順がとられるため、後側軸受固定部９０ｆの外径及
び後側軸受９８の内径ｄ₂は、必ずロータ９４の内径及
びロータ固定部９０ｄの外径ｄ₁以下としなければなら
ない。特に、図示のように後側軸受固定部９０ｆの外径
をその前側のテーパー部９０ｅの外径よりも小さくして
両者間に段差を設け、テーパー部９０ｅに後方から後側
軸受９８の内輪を当てることによりその軸方向の位置決
めをするようにした場合には、少なくともその段差分は
後側軸受９８の内径をロータ固定部９０ｄの外径ｄ₁よ
り小さくしなければならない。

【０００８】すなわち、この構造では、ロータ９４を主
軸９０に装着する関係上、後側軸受固定部９０ｆ及び後
側軸受９８の径を大きくするのに著しい制約があり、特
に主軸後端側の支持剛性を高めることが困難であるとい
う不都合がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、主軸中
間部へのロータの装着を可能にしながら、主軸後部の支
持剛性を簡単な構造で有効に高めることができる加工装
置の主軸支持構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、ケーシングと、前端に工具装
着部をもつ主軸とを備え、この主軸の中間部分に主軸駆
動モータを構成するロータを外嵌して固定するととも
に、このロータ固定部分の前方及び後方の主軸部分をそ
れぞれ前側軸受及び後側軸受を介して上記ケーシング側
に回転可能に支持するようにした加工装置の主軸支持構
造において、上記ロータ固定部分よりも後方の主軸部分
の外径を当該ロータ固定部分の外径以下としてこのロー
タ固定部分よりも後方の主軸部分にスリーブを外嵌して
固定し、かつ、このスリーブに上記後側軸受を外嵌して
固定したものである。

【００１１】この構造によれば、主軸において、そのロ
ータ固定部分よりも後方の部分の外径が当該ロータ固定
部分の外径以下であるため、この主軸をその後端側から
ロータの内側に挿入するようにして当該ロータを上記ロ
ータ固定部分に至らせることにより、このロータ固定部
分に不都合なくロータを固定することができる。しか
も、このロータの後方では、主軸と後側軸受との間にス
リーブを介在させる分、この部分での主軸の実質的な外
径（すなわちスリーブ外径）及び後側軸受の内径を大き
く（例えばロータ固定部分の外径よりも大きく）するこ
とができ、これにより主軸後部での支持剛性を高くする
ことができる。

【００１２】ここで、スリーブの具体的な形状は問わ
ず、例えば外径が軸方向に均一な単純円筒状にしてもよ
いが、上記スリーブの前部の外径を後部の外径よりも大
きくしてこれら前後部の境界に段部を形成すれば、上記
スリーブ前部に対して上記後側軸受が後方から当たる位
置で当該後側軸受を上記スリーブ後部に外嵌して固定す
ることにより、部品点数を増やすことなく後側軸受の軸
方向の位置決めができる。

【００１３】上記主軸及びスリーブの具体的な材質は問
わず、例えば両者を同材質としてもよいが、上記主軸に
は工具装着部を加工する必要がある一方、上記スリーブ
は後側軸受の着脱により摩耗損傷しやすい事情があるた
め、主軸は比較的加工性に富んだ材料で形成し、上記ス
リーブは上記主軸よりも高硬度の材料で形成することに
より、工具装着部の加工を容易にしながら、スリーブの
摩耗損傷を抑えることが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態の一
例を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１には
内面研削盤における主軸ヘッドを示すが、本発明はこれ
に限らず、主軸をもつ種々の加工装置について適用が可
能である。

【００１５】図１に示す主軸ヘッドは、ケーシング１０
を備え、このケーシング１０の後端にはオイルミスト供
給口１１が設けられている。ケーシング１０内には、上
記オイルミスト供給口１１から延びるオイルミスト供給
通路１２が形成され、ケーシング１０内の適所にオイル
ミストが供給されるようになっている。

【００１６】このケーシング１０内には、前後方向（図
１では左右方向）に延びる主軸２０が回転可能に支持さ
れている。その支持構造を図２も併せて参照しながら説
明する。

【００１７】同図に示す主軸２０は、その前端側から順
に、前側軸受固定部２０ａ、前側軸受位置決め部２０
ｂ、ロータ位置決め部２０ｃ、ロータ固定部２０ｄ、テ
ーパー部２０ｅ、及びスリーブ装着部２０ｆを有してい
る。前側軸受固定部２０ａには、前方に開口する工具装
着用ねじ孔２０ｇが設けられ、この工具装着用ねじ孔２
０ｇに適当な工具の後端がねじ込まれることにより、当
該工具が主軸の前端に固定されるようになっている。こ
の主軸２０の外径については、上記前側軸受位置決め部
２０ｂが最も大きく、次いで前側軸受固定部２０ａ、ロ
ータ位置決め部２０ｃ、ロータ固定部２０ｄの順となっ
ている。テーパー部２０ｅの外径は、ロータ固定部２０
ｄから後方に向かうに従って徐々に小さくなっており、
スリーブ装着部２０ｆはテーパー部２０ｅの後端よりも
さらに小径となっている。

【００１８】上記前側軸受固定部２０ａには、前側軸受
位置決め部２０ｂに対して前方から当たる位置で前側軸
受（図例では転がり軸受）２２の内輪がしまりばめ（焼
ばめまたは冷しばめ）により固定され、ロータ固定部２
０ｄには、ロータ位置決め部２０ｃに対して後方から当
たる状態でロータ２４がしまりばめにより固定されてい
る。

【００１９】この構造の特徴として、上記スリーブ装着
部２０ｆには、テーパー部２０ｅの後端に対して後方か
ら当たる状態でスリーブ２６がしまりばめにより固定さ
れている。このスリーブ２６は、その前部２６ａの外径
が後部２６ｂの外径よりも大きく、これら前後部２６
ａ，２６ｂの境界に段部が形成された形状となってい
る。そして、上記前部２６ａに対して後側軸受（図例で
は転がり軸受）２８の内輪が後方から当たる状態で当該
内輪が後部２６ｂにしまりばめで固定されている。

【００２０】なお、上記前側軸受２２及び後側軸受２８
には、図示の転がり軸受の他、例えばすべり軸受を適用
することも可能である。

【００２１】一方、ケーシング１０側では、その前壁
（図１では左側壁）を上記主軸２０の前端が貫通する状
態で、前側軸受２２の外輪が上記前壁内周面に固定され
ている。ケーシング１０内では、玉軸受１５を介して軸
受保持スリーブ１６が前後移動可能に保持されるととも
に、この軸受保持スリーブ１６が圧縮コイルばね１８の
弾発力によって前方に付勢され、この軸受保持スリーブ
１６の内周面に上記後側軸受２８の外輪が固定されてい
る。これにより、主軸２０は前後軸受２２，２８を介し
てケーシング１０に回転可能に支持された状態となって
いる。さらに、上記ロータ２４を取り囲む位置には、こ
のロータ２４とともに主軸駆動モータを構成するステー
タ１４が固定され、このステータ１４の通電によって主
軸２０及びこれに装着された工具が一体に高速回転駆動
されるようになっている。

【００２２】この構造では、主軸２０のテーパー部２０
ｅ及びスリーブ固定部２０ｆの外径がロータ固定部２０
ｄの外径以下であるため、スリーブ固定部２０ｆにスリ
ーブ２６を固定する前に、そのスリーブ固定部２０ｆ側
からロータ２４の内側に主軸２０を挿入するようにして
ロータ２４をロータ固定部２０ｄまで至らせることによ
り、この固定部２０ｄに不都合なくロータ２４を固定す
ることができる。

【００２３】しかも、このロータ２４の装着後に、スリ
ーブ固定部２０ｆにスリーブ２６をしまりばめで固定
し、かつ、このスリーブ２６の後部２６ｂに後側軸受２
８をしまりばめで固定する（すなわちスリーブ固定部２
０ｆの外周面と後側軸受２０の内周面との間にスリーブ
２６を介在させる）ことにより、このスリーブ２６の厚
み分だけ、主軸２０の後端の実質上の外径及び後側軸受
２８の内径ｄ₂を大きくできる。例えば、当該内径ｄ₂を
図２に示すようにロータ固定部２４の外径ｄ₁よりも大
きくすることが可能であり、このようにして主軸２０の
後端部及び後側軸受２８を大径化することにより、この
部分での主軸支持剛性を高め、ひいては加工精度の向上
を図ることができる。また、上記支持剛性の向上によ
り、回転系全体の固有振動数を上げることができ、これ
により装置を安全に運転できる領域を拡大できる利点も
得られる。

【００２４】なお、本発明の実施形態はこれに限らず、
例として次のような形態をとることも可能である。

【００２５】(1) 本発明では主軸２０の方向を問わず、
例えば主軸２０に装着した工具を下に向けた状態で加工
を行う装置にも本発明の適用が可能である。

【００２６】(2) 本発明では、主軸２０及びスリーブ２
６の具体的な材質を問わず、適宜設定すればよい。ただ
し、主軸２０には工具装着用ねじ孔２０ｇ等の工具装着
部を加工する必要がある一方、スリーブ２６はこれに対
して後側軸受２８が何度も着脱されることにより摩耗損
傷しやすいという事情があるので、主軸２０は比較的加
工性に富んだ材料（例えばクロム−モリブデン鋼）で形
成する一方、スリーブ２６は当該材料よりも硬度の高い
材料（すなわち耐摩耗性に優れた材料；例えば熱処理し
た炭素鋼）で形成することにより、工具装着部の加工を
容易にしながら、長い寿命を確保できるという利点を得
ることが可能となる。

【００２７】(3) 本発明では、スリーブ２６の具体的な
形状も問わず、例えば軸方向に外径が均一な円筒状とし
てもよい。ただし、この場合には、後側軸受２８の軸方
向の位置決めを行うために止め輪等の別の部品を追加す
る必要があるのに対し、図示のように前部２６ａが後部
２６ｂよりも大径となる形状とすれば、部品点数を増加
させることなく、前部２６ａに後側軸受２８を当てるこ
とで後側軸受２８の位置決めを確実に行うことができ
る。

【００２８】(4) 本発明において、ロータ固定部２０ｄ
よりも後方の主軸部分は、その外径がロータ固定部２０
ｄの外径以下とされていればよく、当該部分の具体的な
形状は自由に設定すればよい。例えば、ロータ固定部２
０ｄの外径とその後方部分の外径とを等しくしてもよい
し、図示のテーパー部２０ｅを省略してロータ固定部２
０ｄのすぐ後方にスリーブ固定部２０ｆを形成してもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明は、ロータが直接固
定される主軸の支持構造において、上記主軸におけるロ
ータ固定部分よりも後方の部分の外径を当該ロータ固定
部分の外径以下としてこのロータ固定部分よりも後方の
主軸部分にスリーブを外嵌して固定し、かつ、このスリ
ーブに上記後側軸受を外嵌して固定したものであるの
で、主軸に不都合なくロータを固定できるようにしなが
ら、その後方での主軸の支持剛性を高めることができる
効果がある。

【００３０】ここで、上記スリーブの前部の外径を後部
の外径よりも大きくしてこれら前後部の境界に段部を形
成したものでは、上記スリーブ前部に対して上記後側軸
受が後方から当たる位置で当該後側軸受を上記スリーブ
後部に外嵌して固定することにより、部品点数を増やす
ことなく後側軸受の軸方向の位置決めができる効果が得
られる。

【００３１】また、上記スリーブを上記主軸よりも高硬
度の材料で形成したものでは、主軸の材質の選択の自由
を確保しながら、後側軸受の着脱によるスリーブの摩耗
損傷を抑制して寿命を延ばすことができる効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる主軸ヘッドの断面
側面図である。

【図２】上記主軸ヘッドにおける主軸の支持構造を示す
断面側面図である。

【図３】従来の加工装置における主軸の支持構造を示す
断面側面図である。

【符号の説明】

１０ ケーシング １４ ステータ ２０ 主軸 ２０ａ 前側軸受固定部 ２０ｄ ロータ固定部 ２０ｆ スリーブ固定部 ２０ｇ 工具装着用ねじ孔 ２２ 前側軸受 ２４ ロータ ２６ スリーブ ２６ａ スリーブ前部 ２６ｂ スリーブ後部 ２８ 後側軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 浩司 広島市南区宇品東５丁目３番38号 トーヨ ーエイテック株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、前端に工具装着部をもつ
   主軸とを備え、この主軸の中間部分に主軸駆動モータを
   構成するロータを外嵌して固定するとともに、このロー
   タ固定部分の前方及び後方の主軸部分をそれぞれ前側軸
   受及び後側軸受を介して上記ケーシング側に回転可能に
   支持するようにした加工装置の主軸支持構造において、
   上記ロータ固定部分よりも後方の主軸部分の外径を当該
   ロータ固定部分の外径以下としてこのロータ固定部分よ
   りも後方の主軸部分にスリーブを外嵌して固定し、か
   つ、このスリーブに上記後側軸受を外嵌して固定したこ
   とを特徴とする加工装置の主軸支持構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の加工装置の主軸支持構造
   において、上記後側軸受の内径及び当該後側軸受が外嵌
   されるスリーブの外径を上記主軸のロータ固定部分の外
   径よりも大きくしたことを特徴とする加工装置の主軸支
   持構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の加工装置の主軸
   支持構造において、上記スリーブの前部の外径を後部の
   外径よりも大きくしてこれら前後部の境界に段部を形成
   し、上記スリーブ前部に対して上記後側軸受が後方から
   当たる位置で当該後側軸受を上記スリーブ後部に外嵌し
   て固定したことを特徴とする加工装置の主軸支持構造。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の加工装
   置の主軸支持構造において、上記スリーブを上記主軸よ
   りも高硬度の材料で形成したことを特徴とする加工装置
   の主軸支持構造。