特許 7347175 主軸装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-11

(45)【発行日】2023-09-20

(54)【発明の名称】主軸装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/00 20060101AFI20230912BHJP

   B23B 31/117 20060101ALI20230912BHJP

   B23Q 11/10 20060101ALI20230912BHJP

【ＦＩ】

B23B31/00 B

B23B31/117 601A

B23Q11/10 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019219881

(22)【出願日】2019-12-04

(65)【公開番号】P2021088036

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】林 則康

(72)【発明者】

【氏名】市川 雅樹

(72)【発明者】

【氏名】五島 宏明

【審査官】山本 忠博

(56)【参考文献】

【文献】実公昭４８－０４３１９３（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】特開平０７－２１４４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１３８３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０５－０２６２４６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ １９／０２，３１／００－３１／３９；

Ｂ２３Ｑ ３／１２，３／１５５，１１／００，１１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定部と、
前記固定部内にて、前記固定部に対して軸線周りに相対回転可能に配置され、軸線方向の一端部に設けられる工具着脱穴に工具ホルダが着脱可能に取り付けられる筒状の回転体と、
前記回転体内にて、前記回転体と一体回転可能、且つ前記回転体に対して前記軸線方向へ相対移動可能に配置され、前記軸線方向の一端部にて前記工具ホルダをクランプ又はアンクランプする軸状のドローバと、
を備え、
前記回転体には、前記工具着脱穴において前記軸線周りに旋回するエアを吐出する旋回流吐出孔が設けられ、
前記ドローバには、前記工具着脱穴において前記軸線方向に直進するエアを吐出する直進流吐出孔が設けられる、主軸装置。

【請求項2】

前記旋回流吐出孔は、前記工具着脱穴の内周面における一円周の接線方向に向けてエアを吐出する、請求項１に記載の主軸装置。

【請求項3】

前記旋回流吐出孔の開口は、前記工具着脱穴の内周面における一円周上の少なくとも２か所に設けられる、請求項２に記載の主軸装置。

【請求項4】

前記旋回流吐出孔の開口は、前記直進流吐出孔から吐出されるエアの吐出方向において前記直進流吐出孔の開口よりも前側の位置に設けられる、請求項１－３の何れか一項に記載の主軸装置。

【請求項5】

前記直進流吐出孔から吐出されるエアの流量は、前記旋回流吐出孔から吐出されるエアの流量よりも大きい、請求項１－４の何れか一項に記載の主軸装置。

【請求項6】

前記主軸装置は、前記直進流吐出孔から吐出するエアをクーラント液に切り替える切替装置を備える、請求項１－５の何れか一項に記載の主軸装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の主軸装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械（マシニングセンタ等）の主軸装置の主軸には、工具ホルダが着脱可能に取り付けられる工具着脱穴が軸線方向の前側の端部に設けられる。この工具着脱穴の内周面には、工具ホルダを取り外した際に切屑等の異物が取り込まれる場合がある。そこで、特許文献１に示す主軸装置では、工具着脱穴（テーパ穴）にエアを供給して異物を排出するクリーニング処理を行うようにしている。

【0003】

すなわち、図１１に示すように、この主軸１１０には、工具着脱穴１１１のテーパ面１１２にエア吐出孔１１３が設けられるとともに、主軸１１０内に同軸配置されるドローバ（プッシュロッド）１２０の前側の端面近傍の側部に噴射口１１５が設けられる。エア吐出孔１１３は、工具着脱穴１１１の斜め前側方向に向けてエアａ１を吐出する。噴射口１１５は、工具着脱穴１１１に対しドローバ１２０側に設けられる空間部１１４の径方向に向けてエアａ２を噴射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－３４３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の主軸装置におけるエア流動をシミュレーション処理して求めたところ、エア吐出孔１１３から吐出されるエアａ１は、工具着脱穴１１１の前側の開口に向かって工具着脱穴１１１のテーパ面１１２に沿って螺旋状に流れる。また、噴射口１１５から噴射されるエアａ２は、空間部１１４で径方向に広がった後、工具着脱穴１１１の前側の開口に向かって緩やかに流れる。そして、エア吐出孔１１３から吐出されるエアａ１と合流し、工具着脱穴１１１の前側の開口に向かって工具着脱穴１１１のテーパ面１１２に沿って螺旋状に流れる。

【0006】

このように、エア吐出孔１１３から吐出されるエアａ１及び噴射口１１５から噴射されるエアａ２は、工具着脱穴１１１の前側の開口に向かって工具着脱穴１１１のテーパ面１１２に沿って螺旋状に流れる。よって、工具着脱穴１１１の軸線ＣＬ周辺で低圧領域ＬＰ（図示一点鎖線で囲まれる領域）が発生することが判明した。このため、工具着脱穴１１１の前側の開口から放出されるエアａ１，ａ２の一部は、工具着脱穴１１１の低圧領域ＬＰに吸い込まれる。そして、吸い込まれるエアに異物が含まれる場合は、当該異物が工具着脱穴１１１に再び取り込まれることになる。

【0007】

また、エア吐出孔１１３の近傍の位置では高速のエア吐出流（強いエア吐出流）が発生するが、エア吐出孔１１３から離間した位置では減速して低速のエア吐出流（弱いエア吐出流）しか得られないことが判明した。このため、工具着脱穴１１１において、異物の排出能力に偏りが発生し、異物が残留してしまうおそれがある。

【0008】

本発明は、工具着脱穴に取り込まれる異物をエアの供給により確実に排出できるクリーニング処理が可能な主軸装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る主軸装置は、固定部と、前記固定部内にて、前記固定部に対して軸線周りに相対回転可能に配置され、軸線方向の一端部に設けられる工具着脱穴に工具ホルダが着脱可能に取り付けられる筒状の回転体と、前記回転体内にて、前記回転体と一体回転可能、且つ前記回転体に対して前記軸線方向へ相対移動可能に配置され、前記軸線方向の一端部にて前記工具ホルダをクランプ又はアンクランプする軸状のドローバと、を備え、前記回転体には、前記工具着脱穴において前記軸線周りに旋回するエアを吐出する旋回流吐出孔が設けられ、前記ドローバには、前記工具着脱穴において前記軸線方向に直進するエアを吐出する直進流吐出孔が設けられる。

【0010】

上記の構成を有する主軸装置では、直進流吐出孔から吐出されるエアは、工具着脱穴において軸線方向に直進する。各旋回流吐出孔から吐出されるエアは、工具着脱穴の内周面に沿って旋回する。そして、直進流吐出孔から吐出される直進流は、各旋回流吐出孔から吐出される旋回流で捩じられて、直進流吐出孔を回転中心として工具着脱穴の内周面に沿って周期的に回転する。

【0011】

これにより、工具着脱穴の軸線周辺には低圧領域はほぼ発生せず、工具着脱穴から放出されるエアが工具着脱穴に再び吸い込まれることを抑制できる。よって、異物が工具着脱穴に再び取り込まれることを低減できる。また、工具着脱穴の内周面に沿って回転するエア吐出流が得られるため、異物の排出能力の偏りを防止できる。そして、工具着脱穴の内周面の全域をクリーニング処理できるので、工具着脱穴における異物の残留を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】工作機械の主軸装置の主要部を示す断面図である。

【図2A】主軸装置の主軸の主要部を示す断面図である。

【図2B】図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ断面図である。

【図3A】主軸の工具着脱穴、直進流吐出孔、旋回流吐出孔の輪郭のみ（裏側の輪郭は便宜上省略）を示す透視図であり、直進流吐出孔からのエアの吐出状態を示す。

【図3B】主軸の工具着脱穴、直進流吐出孔、旋回流吐出孔の輪郭のみ（裏側の輪郭は便宜上省略）を示す透視図であり、直進流吐出孔及び旋回流吐出孔からのエアの吐出初期状態を示す。

【図3C】主軸の工具着脱穴、直進流吐出孔、旋回流吐出孔の輪郭のみ（裏側の輪郭は便宜上省略）を示す透視図であり、直進流吐出孔及び旋回流吐出孔からのエアの吐出状態の変化を示す。

【図4】主軸の工具着脱穴、直進流吐出孔、旋回流吐出孔の輪郭のみ（裏側の輪郭は便宜上省略）を示す透視図であり、直進流吐出孔及び旋回流吐出孔からのエアの吐出状態のシミュレーション処理結果を示す。

【図5】図４において、主軸の工具着脱穴の前側の開口を前側から後側に軸線方向に見たときの径方向断面における直進流吐出孔からのエアの速度分布の経時変化のシミュレーション処理結果を示す図である。

【図6】主軸の工具着脱穴、直進流吐出孔、旋回流吐出孔の輪郭のみ（裏側の輪郭は便宜上省略）を示す透視図であり、旋回流吐出孔の配設数を減少させたきの直進流吐出孔及び旋回流吐出孔からのエアの吐出状態のシミュレーション処理結果を示す。

【図7A】図６において、主軸の工具着脱穴の前側の開口を前側から後側に軸線方向に見たときの径方向断面における直進流吐出孔からのエアの速度分布の前半の経時変化のシミュレーション処理結果を示す図である。

【図7B】図６において、主軸の工具着脱穴の前側の開口を前側から後側に軸線方向に見たときの径方向断面における直進流吐出孔からのエアの速度分布の後半の経時変化のシミュレーション処理結果を示す図である。

【図8A】別例の主軸装置の主軸の主要部を示す断面図である。

【図8B】図８ＡのＶＩＩＩＢ－ＶＩＩＩＢ断面図である。

【図9A】図８Ａの主軸装置において、主軸の工具着脱穴の前側の開口を前側から後側に軸線方向に見たときの径方向断面における直進流吐出孔からのエアの速度分布の前半の経時変化のシミュレーション処理結果を示す図である。

【図9B】図８Ａの主軸装置において、主軸の工具着脱穴の前側の開口を前側から後側に軸線方向に見たときの径方向断面における直進流吐出孔からのエアの速度分布の後半の経時変化のシミュレーション処理結果を示す図である。

【図10】主軸装置の工具着脱穴におけるエア吐出によるクリーニング処理動作を説明するフローチャートである。

【図11】従来の主軸装置の主軸の主要部を示す断面図であり、エアの吐出状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（１．主軸装置１の構成）
本発明に係る本実施形態の工作機械（マシニングセンタ等）の主軸装置について、図１を参照し説明する。本実施形態の主軸装置１は、主として、ハウジング１０（固定部に相当）、主軸２０（回転体に相当）、軸受３０，４０、主軸モータ５０、ドローバ６０、クランプユニット７０、切替装置８０及び制御装置９０等を備える。

【0014】

主軸装置１の主軸２０等は、中心軸線（以下、軸線という）ＣＬ周りに回転する。なお、以降の説明においては、軸線ＣＬ方向の左側を前側とし、軸線ＣＬ方向の右側を後側として説明する場合がある。

【0015】

ハウジング１０は、前側ハウジング１１、後側ハウジング１２及びハウジングキャップ１３を備える。各ハウジング１１，１２及びハウジングキャップ１３は略円筒状に形成される。そして、各ハウジング１１，１２及びハウジングキャップ１３が、所定の手段によって一体に連結固定されることで、ハウジング１０が略円筒状に形成される。このとき、連結固定するための所定の手段としては、例えばボルト等による締結が挙げられる。

【0016】

前側ハウジング１１は、同軸で形成される第一円筒部１１ａ（図１において左側）及び第二円筒部１１ｂ（図１において右側）を備える。第一円筒部１１ａの外径及び内径は、それぞれ第二円筒部１１ｂの外径及び内径よりも小さく形成される。

【0017】

第一円筒部１１ａの内周面は、軸受３０の外輪の外周面を支持する大径内周面１１ａ１（図１において左側）と、小径内周面１１ａ２（図１において右側）と、を備える。大径内周面１１ａ１と小径内周面１１ａ２とは、軸線ＣＬと直交する平面上に形成される接続面１１ａ３によって接続される。接続面１１ａ３は、後述する軸受３０の外輪の右端面に当接し右端面を支持する。

【0018】

第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１には、後述する主軸モータ５０を構成するステータ５２の外周面が固定される。そして、第一円筒部１１ａの小径内周面１１ａ２と第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１とは、軸線ＣＬと直交する平面上に形成される接続面１１ｂ２によって接続される。

【0019】

後側ハウジング１２は、円筒状に形成され、後側ハウジング１２の内周面は、軸受４０の外輪の外周面を支持する大径内周面１２ａ（図１において左側）と、小径内周面１２ｂ（図１において右側）と、を備える。大径内周面１２ａと小径内周面１２ｂとは、軸線ＣＬと直交する平面上に形成される接続面１２ｃによって接続される。

【0020】

また、後側ハウジング１２の前側の端面は、軸線ＣＬを中心とした径方向外方側に位置する外周側端面１２ｄと、径方向内方側に位置する内周側端面１２ｅと、を備える。そして、外周側端面１２ｄは、内周側端面１２ｅより後側に後退して形成される。外周側端面１２ｄと内周側端面１２ｅとは、軸線ＣＬを中心とする接続周面１２ｆによって接続される。この接続周面１２ｆには、前側ハウジング１１が備える第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１が係合する。

【0021】

ハウジングキャップ１３は、前側ハウジング１１の前側端（図１において左端）に取り付けられる。すなわち、ハウジングキャップ１３は、後側に向って延在する突部１３ａを備える。突部１３ａの外周面に前側ハウジング１１の第一円筒部１１ａの大径内周面１１ａ１が係合する。

【0022】

主軸２０は、ハウジング１０内に配置される。主軸２０は、略円筒状に形成され、ハウジング１０に対して軸線ＣＬ周りに相対回転可能となるよう配置される。主軸２０は、軸線ＣＬと同軸の貫通穴２１を備える。

【0023】

そして、貫通穴２１には、工具ホルダ８、クランプユニット７０及びドローバ６０がこの記載順で図１において左から順に配置される。なお、図１では、クランプユニット７０を構成するコレット７１が、主軸２０の径方向に閉じて工具ホルダ８のプルスタッド８ａをクランプ（保持）しているクランプ状態を示している。

【0024】

貫通穴２１は、図１において左から順に工具着脱穴２１ａ及びドローバ収容穴２１ｂを備える。工具着脱穴２１ａは、前側の開口が大径となるテーパ状のテーパ穴２１ａ１と、テーパ穴２１ａ１に連通し、テーパ穴２１ａ１の後側の開口の径と同径の円柱状のコラム穴２１ａ２と、コラム穴２１ａ２の径より大径の円柱状のアンクランプ穴２１ａ３で成る。

【0025】

工具着脱穴２１ａのテーパ穴２１ａ１は、工具ホルダ８のテーパシャンク８ｂを着脱可能に保持する。工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２は、テーパ穴２１ａ１に対するテーパシャンク８ｂの着脱を容易にするために設けられる。工具着脱穴２１ａのアンクランプ穴２１ａ３は、主軸２０の径方向に開いたコレット７１、すなわちアンクランプ状態のコレット７１を収容する。

【0026】

ドローバ収容穴２１ｂは、工具着脱穴２１ａのアンクランプ穴２１ａ３に連通し、工具着脱穴２１ａのアンクランプ穴２１ａ３の径より小径の円柱状に形成され、クランプ状態のクランプユニット７０及びドローバ６０を収容する。

【0027】

主軸２０は、図１において左から順に第一筒部２０ａ，第二筒部２０ｂ及び第三筒部２０ｃを備える。第一筒部２０ａ～第三筒部２０ｃの並びは、外径の大きな順の並びでもある。ただし、この態様に限らず、上記並びにおいて第二筒部２０ｂが一番大きくても良い。

【0028】

第一筒部２０ａの外周面は、ハウジングキャップ１３の内周面と係合する。第二筒部２０ｂの前側の端部の外周側には、軸受３０が取り付けられ、第二筒部２０ｂの外周面が軸受３０の内輪の内周面を支持する。これにより、主軸２０の前側の端部は、軸受３０を介してハウジング１０（前側ハウジング１１の第一円筒部１１ａの大径内周面１１ａ１）に回転自在に支持される。

【0029】

軸受３０は、公知の並列組合わせ型のアンギュラ玉軸受である。ただし、並列組合わせ型のアンギュラ玉軸受はあくまで一例として例示したものであり、軸受３０は、使用条件に応じて、他の形式の軸受としてもよい。

【0030】

軸受３０の内輪の左端面には、主軸２０の第一筒部２０ａと第二筒部２０ｂとの間の段差によって形成された接続面２０ｄが当接する。また、ハウジングキャップ１３の突部１３ａの後側の端面１３ａ１が軸受３０の外輪の左端面に当接するとともに、前側ハウジング１１の第一円筒部１１ａの接続面１１ａ３が軸受３０の外輪の右端面に当接し、左右両側から軸受３０の外輪を挟みこんでいる。

【0031】

また、第二筒部２０ｂの軸線方向中央部における外周面上には、主軸モータ５０を構成するロータ５１の内周面が固定される。なお、主軸２０への軸受３０及びロータ５１の組み付けの都合上、第二筒部２０ｂにおいて、ロータ５１が固定される部分の外径は、軸受３０が支持される部分の外径よりも若干小さい方が好ましい。しかしながら、この態様に限らず、軸受３０が支持される部分の外径は、ロータ５１が固定される部分の外径と同じであってもよい。

【0032】

主軸モータ５０は、ロータ５１及びステータ５２を備える。ステータ５２は、ロータ５１の外周面側に配置される。詳細には、ステータ５２は、内周面がロータ５１の外周面と所定の隙間を有するよう、前側ハウジング１１が有する第二円筒部１１ｂの内周面１１ｂ１に固定される。主軸２０は、制御装置９０で制御される主軸モータ５０の駆動によりロータ５１と一体的に回転駆動される。

【0033】

第三筒部２０ｃの外周面側には、軸受４０が取り付けられ、第三筒部２０ｃの外周面が軸受４０の内輪の内周面を支持する。これにより、主軸２０の後端部は、軸受４０を介してハウジング１０（後側ハウジング１２の大径内周面１２ａ）に回転自在に支持される。

【0034】

軸受４０は、一個の公知の円筒ころ軸受で構成される。このように、主軸２０はロータ５１を挟んで両端で軸受３０，４０に支持されるので、安定して回転作動できる。ただし、円筒ころ軸受は、あくまで一例として例示したものであり、軸受４０は、使用条件に応じて、他の形式の軸受としてもよい。

【0035】

ドローバ６０は、軸状部材であり、上述したように主軸２０の貫通穴２１のドローバ収容穴２１ｂ内に挿通される。そして、制御装置９０で制御される主軸モータ５０の駆動により主軸２０と一体回転可能、且つ制御装置９０で制御される図略の駆動装置の駆動により主軸２０に対して軸線ＣＬ方向へ相対移動可能に配置される。

【0036】

ドローバ６０は、前側の端部（図１における左端部）にクランプユニット７０を構成する爪形状のコレット７１が係合される。クランプユニット７０のコレット７１は、ドローバ６０の軸線ＣＬ方向の前後動作に伴って、工具ホルダ８が備えるプルスタッド８ａを把持し工具ホルダ８をクランプするクランプ状態と、工具ホルダ８が備えるプルスタッド８ａを開放し工具ホルダ８をアンクランプするアンクランプ状態とを切替可能な装置である。

【0037】

コレット７１は、ドローバ６０前側の端部の外周に例えば９０度間隔で４つ設けられる。なお、コレット７１は、４つの爪形状のものに限定されるものではなく、開閉して工具ホルダ８が備えるプルスタッド８ａの把持及び開放が可能な構成であればよい。なお、クランプユニット７０は、公知の技術であるので、構成の詳細な説明については省略する。

【0038】

ここで、解決課題で述べたように、従来の主軸装置では、エア吐出孔１１３から吐出されるエアａ１及び噴射口１１５から噴射されるエアａ２は、工具着脱穴１１１の前側の開口に向かって工具着脱穴１１１のテーパ面１１２に沿って螺旋状に流れる。このため、工具着脱穴１１１の前側の開口から放出されるエアの一部は、工具着脱穴１１１の軸線ＣＬ周辺で発生する低圧領域ＬＰに吸い込まれる。そして、吸い込まれるエアに異物が含まれる場合は、当該異物が工具着脱穴に再び取り込まれることになる。

【0039】

また、エア吐出孔１１３から離間した位置では低速のエア吐出流（弱いエア吐出流）しか得られないため、工具着脱穴１１１において、異物の排出能力に偏りが発生し、異物が残留してしまうおそれがある。以上のことに鑑み、本願発明者は、工具着脱穴２１ａの後側から前側に向かう１本の高速のエア吐出流（強いエア吐出流）を、工具着脱穴２１ａの内周面に沿って回転させることで、上記課題の解消が可能であることを見い出した。

【0040】

本実施形態の主軸装置１では、上述のエア吐出流を発生させるため、旋回流吐出孔２２及び直進流吐出孔６１が設けられる。つまり、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２には、コラム穴２１ａ２の内周面における一円周の接線方向に向けてエアを吐出する旋回流吐出孔２２が設けられる。旋回流吐出孔２２の開口は、コラム穴２１ａ２の内周面における一円周上において、等角度間隔、本例では、等角度間隔で４か所（９０度間隔）設けられる。

【0041】

そして、図１に示すように、各旋回流吐出孔２２は、主軸２０の内部において前側から後側に延びるエア供給通路２３に連通され、エア配管２４及び開閉弁２５を介してエア供給源８１に接続される。開閉弁２５の開閉動作は、制御装置９０で制御される。これにより、各旋回流吐出孔２２から吐出されるエアは、コラム穴２１ａ２の内周面における一円周に沿って流れるので、コラム穴２１ａ２内やアンクランプ穴２１ａ３内において旋回する。

【0042】

さらに、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ドローバ６０には、工具着脱穴２１ａにおいて軸線ＣＬ方向の後側から前側に向けてエアを吐出する直進流吐出孔６１が軸線ＣＬと同軸で設けられる。旋回流吐出孔２２の開口は、ドローバ６０が前側に移動してコレット７１がアンクランプ穴２１ａ３内にて開いたとき、直進流吐出孔６１から吐出されるエア吐出方向において直進流吐出孔６１の開口よりも前側の位置となるように設けられる。

【0043】

そして、図１に示すように、直進流吐出孔６１は、ドローバ６０の後側において配管６２を介してエアとクーラント液の供給の切り替えが可能な切替装置８０に接続される。この切替装置８０は、エア供給源８１とクーラント液供給源８２にそれぞれ接続される。切替装置８０の切替動作は、制御装置９０で制御される。これにより、直進流吐出孔６１から吐出されるエアは、工具着脱穴２１ａにおいて軸線ＣＬ方向の後側から前側に向かって直進する。

【0044】

このような構成において、図３Ａに示すように、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、アンクランプ穴２１ａ３、コラム穴２１ａ２、テーパ穴２１ａ１の順に軸線ＣＬに沿って直線的に流れる。そして、図３Ｂに示すように、各旋回流吐出孔２２から吐出されるエアＡｓは、コラム穴２１ａ２の内周面に沿って旋回するように流れる。

【0045】

ここで、前述のように、旋回流吐出孔２２の開口は、直進流吐出孔６１から吐出されるエア吐出方向において直進流吐出孔６１の開口よりも前側の位置となるように設けられている。このため、図３Ｃに示すように、直進流吐出孔６１から吐出される直線状のエアＡｔは、各旋回流吐出孔２２から吐出される旋回するエアＡｓで捩じられて、直進流吐出孔６１を回転中心として工具着脱穴２１ａの内周面に沿ってＲ方向に周期的に回転する。

【0046】

以上より、工具着脱穴２１ａの軸線ＣＬ周辺には低圧領域はほぼ発生せず、工具着脱穴２１ａの前側の開口から放出されるエアが工具着脱穴２１ａに再び吸い込まれることを抑制できる。よって、異物が工具着脱穴２１ａに再び取り込まれることを低減できる。また、工具着脱穴２１ａの内周面に沿って回転する高速のエア吐出流（強いエア吐出流）が得られるため、異物の排出能力の偏りを防止できる。そして、工具着脱穴２１ａの内周面の全域をクリーニング処理できるので、工具着脱穴２１ａにおける異物の残留を低減できる。

【0047】

（２．主軸装置１におけるエア流動）
次に、上述の主軸装置１の工具着脱穴２１ａ内におけるエア流動をシミュレーション処理して、図４及び図５に示すシミュレーション処理結果を求めた。ここで、上述したように、旋回流吐出孔２２から吐出されるエアＡｓは、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔを回転させるためにのみ用い、また、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、工具着脱穴２１ａ内の異物を除去するために用いる。

【0048】

よって、このときのエア流動条件は、旋回流吐出孔２２から吐出されるエアＡｓの流量よりも、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔの流量が大きくなるように設定した。図４は、工具着脱穴２１ａを透視したときのエアＡｓ，Ａｔのエア流動を示す。図５は、工具着脱穴２１ａの前側の開口を前側から後側に軸線ＣＬ方向に見たときの径方向断面におけるエアＡｔの速度分布を示す。図５では、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ａ）の順でエアＡｔが１回転するときの速度分布の等時間間隔の経時変化を示す。

【0049】

図４に示すように、旋回流吐出孔２２から吐出されるエアＡｓは、工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２内及びアンクランプ穴２１ａ３内において、一点鎖線で示す矢印方向に旋回して流れる。そして、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２内及びアンクランプ穴２１ａ３内において、旋回流で捩じられて、テーパ穴２１ａ１の内周面に沿って二点鎖線で示す矢印方向にうねるように流れる。そして、図５（ａ）－（ｆ）に示すように、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、テーパ穴２１ａ１の内周面に沿って０．０５秒の周期で回転している。

【0050】

このように、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、工具着脱穴２１ａの内周面に沿って回転する高速のエア吐出流（強いエア吐出流）として流れていくため、工具着脱穴２１ａの内周面の全域をクリーニング処理できる。よって、工具着脱穴２１ａにおける異物の残留を低減できる。なお、図５（ｃ），（ｄ），（ｅ）においては、吸い込み領域ＬＰが発生しているが、一時的であって低速度であるため異物の取り込みは抑制できる。

【0051】

（３．旋回流吐出孔２２の配設数の影響）
次に、旋回流吐出孔２２の配設数の影響について検討した。具体的には、旋回流吐出孔２２の配設数を４か所から１か所に減少させたときの工具着脱穴２１ａ内におけるエア流動をシミュレーション処理して、図６、図７Ａ及び図７Ｂに示すシミュレーション処理結果を求めた。

【0052】

このときのエア流動条件は、旋回流吐出孔２２を４か所設けたときのエア流動条件と比較して、旋回流吐出孔２２から吐出されるエアＡｓの流量は４分の１に設定し、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔの流量は同一に設定した。図６は、工具着脱穴２１ａを透視したときのエアＡｓ，Ａｔのエア流動を示す。図７Ａ及び図７Ｂは、工具着脱穴２１ａの前側の開口を前側から後側に軸線ＣＬ方向に見たときの径方向断面におけるエアＡｔの速度分布を示す。図７Ａ及び図７Ｂでは、図７Ａ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），図７Ｂ（ａ），（ｂ），（ｃ），図７Ａ（ａ）の順でエアＡｔが１回転するときの速度分布の等時間間隔の経時変化を示す。

【0053】

図６に示すように、旋回流吐出孔２２から吐出されるエアＡｓは、工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２内及びアンクランプ穴２１ａ３内において、一点鎖線で示す矢印方向に旋回して流れる。ただし、旋回流吐出孔２２の配設数を４か所から１か所に減少させているため、図４に示す旋回流よりも弱まっている。

【0054】

そして、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２内及びアンクランプ穴２１ａ３内において、旋回流で捩じられて、テーパ穴２１ａ１の内周面に沿って二点鎖線で示す矢印方向にうねるように流れる。ただし、工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２及びアンクランプ穴２１ａ３内における旋回流が図４に示す旋回流よりも弱まっているため、図４に示すうねりよりも小さくなっている。

【0055】

そして、図７Ａ（ａ）－（ｄ）及び図７Ｂ（ａ）－（ｃ）に示すように、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、テーパ穴２１ａ１の内周面に沿って０．３２秒の周期で回転している。旋回流吐出孔２２の配設数を４か所から１か所に減少させていることで旋回流の強さが低下するため、図５（ａ）－（ｆ）に示す周期（０．０５秒）よりも遅くなっている。

【0056】

このように、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、工具着脱穴２１ａの内周面に沿って回転する高速のエア吐出流（強いエア吐出流）で流れていくため、工具着脱穴２１ａの内周面の全域をクリーニング処理できる。よって、旋回流吐出孔２２の配設数を４か所から１か所に減少させても、工具着脱穴２１ａにおける異物の残留を低減できる。ただし、旋回流吐出孔２２の配設数は、回転体としての重量バランスを図るうえでは、少なくとも２か所（１８０度間隔）設けることが望ましい。

【0057】

（４．旋回流吐出孔２２の配設位置の影響）
次に、旋回流吐出孔２２の配設位置の影響について検討した。具体的には、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、旋回流吐出孔２２の配設位置を工具着脱穴２１ａのコラム穴２１ａ２からテーパ穴２１ａ１に移動させた。テーパ穴２１ａ１には、テーパ穴２１ａ１の内周面における一円周の接線方向に向けてエアを吐出する旋回流吐出孔２２が設けられる。

【0058】

旋回流吐出孔２２の開口は、テーパ穴２１ａ１の内周面における一円周上において、等角度間隔、本例では、等角度間隔で４か所（９０度間隔）設けられる。このような構成において、工具着脱穴２１ａ内におけるエア流動をシミュレーション処理して、図９Ａ及び図９Ｂに示すシミュレーション処理結果を求めた。

【0059】

このときのエア流動条件は、旋回流吐出孔２２をコラム穴２１ａ２に設けたときのエア流動条件と同一、すなわち旋回流吐出孔２２から吐出されるエアの流量を同一に設定するとともに、直進流吐出孔６１から吐出されるエアの流量を同一に設定した。図９Ａ及び図９Ｂでは、図９Ａ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），図９Ｂ（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），図９Ａ（ａ）の順でエアＡｔが１回転するときの速度分布の等時間間隔の経時変化を示す。

【0060】

図９Ａ（ａ）－（ｅ）及び図９Ｂ（ａ）－（ｅ）に示すように、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、テーパ穴２１ａ１の内周面に沿って０．０９秒の周期で回転しており、図５（ａ）－（ｆ）に示す周期（０．０５秒）よりも若干遅くなっている。しかし、吸い込み領域の発生は認められず、異物の取り込みは抑制できる。

【0061】

また、直進流吐出孔６１から吐出されるエアＡｔは、工具着脱穴２１ａの内周面に沿って回転する高速のエア吐出流（強いエア吐出流）で流れていくため、工具着脱穴２１ａの内周面の全域をクリーニング処理できる。よって、旋回流吐出孔２２の配設位置を直進流吐出孔６１から離間させても、工具着脱穴２１ａにおける異物の残留を低減できる。

【0062】

（５．工具着脱穴２１ａのクリーニング処理動作）
次に、上述の主軸装置１の工具着脱穴２１ａにおけるエア吐出によるクリーニング処理動作について図１０のフローチャートを参照して説明する。なお、このクリーニング処理動作は、工作機械における工作物の加工工程が終了した後に、エア吐出を所定時間行うことで完了するものとする。

【0063】

主軸装置１の制御装置９０は、工作機械における加工工程が終了したか否かを判断し（ステップＳ１）、工作機械における加工工程が終了したら、クーラント液供給源８２の動作を停止する（ステップＳ２）。

【0064】

そして、主軸装置１の制御装置９０は、ドローバ６０を前側に移動させてクランプユニット７０をクランプ状態からアンクランプ状態に移行する（ステップＳ３）。工作機械の制御装置は、自動工具交換装置を作動させて主軸装置１から工具ホルダを取り外す。

【0065】

主軸装置１の制御装置９０は、エア供給源８１の動作を開始し（ステップＳ４）、開閉弁２５を開いて各旋回流吐出孔２２からエアを吐出させる（ステップＳ５）。そして、主軸装置１の制御装置９０は、切替装置８０を動作させてクーラント液の供給をエアの供給に切り替え、直進流吐出孔６１からエアを吐出させる（ステップＳ６）。

【0066】

主軸装置１の制御装置９０は、エア供給源８１の動作時間が所定時間経過したか否かを判断し（ステップＳ７）、エア供給源８１の動作時間が所定時間経過したら、エア供給源８１の動作を停止し（ステップＳ８）、全ての処理を終了する。

【0067】

（６．その他）
上述の実施形態では、コラム穴２１ａ２又はテーパ穴２１ａ１の内周面における一円周の接線方向に向けてエアを吐出する旋回流吐出孔２２を備える構成を説明した。しかし、コラム穴２１ａ２内やアンクランプ穴２１ａ３内において旋回流を形成できれば、一円周の接線方向に向けてエアを吐出する構成に限定されるものではない。

【0068】

また、エアの吐出とクーラント液の吐出を切り替えて使用する直進流吐出孔６１を備える構成を説明したが、直進流吐出孔６１をエアの吐出専用にし、クーラント液の吐出専用の孔をドローバ６０に別途設ける構成としてもよい。この場合、切替装置８０は不要となる。

【符号の説明】

【0069】

１；主軸装置、８；工具ホルダ、 １０；ハウジング（固定部）、 ２０；主軸（回転体）、 ２１ａ；工具着脱穴、 ２２；旋回流吐出孔、 ３０，４０；軸受、 ６０；ドローバ、 ６１；直進流吐出孔、 ７０；クランプユニット、 ８０；切替装置、 ８１；エア供給源、 ８２；クーラント液供給源、 ９０；制御装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】