JP2006226423A

JP2006226423A - 回転シリンダ装置

Info

Publication number: JP2006226423A
Application number: JP2005041511A
Authority: JP
Inventors: Sachihiro Hayakawa; 祥弘早川
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】油圧ユニットを一体に備えても主軸部後端に取り付け得る実用レベルの重量となる回転シリンダ装置を提供する。
【解決手段】回転シリンダ１のハウジング１０に固着される取付ベース２２に取り付けた油圧ポンプ２３をエアモータ２５により回転駆動し、作動油タンク２４からの作動油を汲み上げてシリンダ室４へ供給する油圧ユニット２０を構成する。エアモータ２５は電気モータのようなコイルを有するロータ、ステータ構造でないため、重量が軽く、エアモータ２５を採用したことにより油圧ユニット２０を付加した回転シリンダ装置としても全体重量が実用的な範囲に収まり、主軸部６０後端に無理なく取り付けできる。
【選択図】図１

Description

この発明は、旋盤の主軸部後端に取付けられ、油圧ユニットから圧油の供給を受けて動作し、主軸部先端のワーク把握チャックを開閉作動させる回転シリンダ装置に関するものである。

従来一般には、旋盤の主軸部後端に取り付けた回転シリンダを作動させるために、作動油タンクと油圧ポンプとポンプ駆動用のモータとを備えた油圧ユニットを旋盤に対して別置きし、その油圧ユニットと回転シリンダとを長い油圧配管で接続していた。このような構成では配管の取り回しが容易でないなどの理由から、特許文献１に記載のように、油圧シリンダと、油圧ポンプ駆動用の電気モータと、油圧ポンプと、作動油タンクとを含むハイブリッド油圧駆動ユニットを、旋盤の主軸台に内蔵したものが知られている。

また、回転シリンダではないが、特許文献２に記載のように、電動モータでポンプ駆動するようにした油圧ユニット一体型直動シリンダも知られている。

特許文献３には、エアモータで油圧ポンプを駆動するようにした油圧ユニットが開示されている。

特開２００２−１７２５０４号公報特開２００１−１２４０１３号公報特開平５−３４０４１１号公報

特許文献１のものは、主軸部後端に取り付ける回転シリンダに油圧ユニットを取り付けたものではない。また、電気モータは重量が嵩むので、そうした電気モータを備えた特許文献１や特許文献２の油圧ユニットは、重量がきわめて大きくなって主軸部後端に取り付け得るものではない。
更に、電気モータを備えたものでは、モータからの発熱、油圧ポンプによる発熱により作動油の油温が上昇するのに加えて、油圧作動の回転シリンダのディストリビュータ部分での回転による発熱によっても作動油温度が上昇する。主軸部後端に取付ける回転シリンダにおいては、高い温度の作動油が回転シリンダに供給されると、その熱が主軸に伝わって主軸が熱変位を引き起こし、加工精度に影響を与える問題がある。
特許文献３では、停電時に繋がるクラッチでエアモータを油圧ポンプに接続してエアモータを圧縮空気で作動させ、停電時に油圧機器への圧油供給が断たれることのないようにしたものであり、工作機械の回転シリンダへの適用の示唆はない。
この発明は、重量増加を極力抑えて主軸部後端への取付けを可能とし、長い油圧配管を不要とした安全性の高い実用的な回転シリンダ装置を提供するものである。また、作動油の温度上昇を抑えて主軸への熱影響を少なくできる回転シリンダ装置を提供するものである。

本発明の回転シリンダ装置は、ピストンを内蔵しているシリンダ本体をディストリビュータに相対回転可能に設け、油圧ポンプ、作動油タンク、ポンプ駆動モータを備えた油圧ユニットにより発生する圧油をディストリビュータを介してシリンダ本体内に供給してピストンを作動するようにした回転シリンダ装置において、油圧ユニットのポンプ駆動モータをエアモータで構成し、その油圧ユニットをディストリビュータに一体的に設けて成ることを特徴とする。
また、シリンダ本体の後側中心部に軸部を突設し、軸部に筒形のディストリビュータを軸受を介して相対回転可能に嵌合し、そのディストリビュータに油圧ユニットを一体的に設けたことを特徴とする。
また、シリンダ本体の内部中心部に筒部を設け、筒部にディストリビュータの軸部を軸受を介して相対回転可能に嵌挿し、そのディストリビュータに油圧ユニットを一体的に設けたことを特徴とする。
また、ディストリビュータにハウジングを固定的に設け、そのハウジングに油圧ユニットを一体的に設けて成ることを特徴とする。
また、ディストリビュータに取付ベースを固定的に設け、その取付ベースに油圧ポンプ、作動油タンク、エアモータを一体的に設けて油圧ユニットを構成して成ることを特徴とする。
また、取付ベースに貫通孔を設け、貫通孔の一端に油圧ポンプを、他端にエアモータを固着してエアモータの出力軸と油圧ポンプの入力軸を連結し、取付ベースに作動油タンクを一体的に連結して油圧ユニットを構成して成ることを特徴とする。

本発明は、油圧ユニットのポンプ駆動モータをエアモータで構成し、その油圧ユニットをディストリビュータに一体的に設けているので、油圧ユニットの重量を大きく軽減して回転シリンダと一体化したときの総重量を主軸部後端に装着できる程度の実用的な重量にでき、長い油圧配管を省いた取扱いの容易な回転シリンダ装置を実用化できる。また、エアモータとしたことでモータ作動による熱発生が少なくなって作動油の温度上昇を少なくでき、主軸に伝わる熱を少なくできて加工精度を高く維持できる。しかも、長い油圧配管を無くすことで、配管からの油洩れを防止でき、回転シリンダ装置の安全性を高めることができる。
また、本発明は、ディストリビュータにハウジングを固定的に設け、そのハウジングに油圧ユニットを一体的に設けているので、回転シリンダの構成を変更することなくハウジングの一部を利用して油圧ユニットを容易に一体的に設けることができる。
また、本発明は、ディストリビュータに取付ベースを固定的に設け、その取付ベースに油圧ポンプ、作動油タンク、エアモータを一体的に設けて油圧ユニットを構成しているので、油圧ユニットを種々のディストリビュータに容易に一体的に設けることができる。
また、本発明は、取付ベースに貫通孔を設け、貫通孔の一端に油圧ポンプを、他端にエアモータを固着してエアモータの出力軸と油圧ポンプの入力軸を連結し、取付ベースに作動油タンクを一体連結して油圧ユニットを構成しているので、油圧ユニット自体の組付けとディストリビュータへの一体化とを簡易にでき、しかも、エアモータ自体が圧縮空気の供給により回転する際に内部で断熱膨張が起きて冷却され、エアモータの低温が作動油タンクに伝わってタンク内の作動油を冷やして回転シリンダへ供給される作動油の温度上昇を抑えることができ、主軸部の熱変位を小さくできて加工精度に及ぼす影響を小さくできる。

１は本実施形態の回転シリンダで、図６に示すようにシリンダ本体２の前端面をロッドカバー３で塞いでシリンダ室４を形成し、そのシリンダ室４にピストン５がピン６によって回り止めされた状態で軸方向移動可能に内蔵されている。シリンダ室４はピストン５により前後のシリンダ室４ａ，４ｂに区画されている。シリンダ本体２の後側中心部に軸部７が一体に突設され、軸部７の外周に筒形のディストリビュータ８が軸受９を介して相対回転可能に嵌合されている。ディストリビュータ８は、ハウジング１０の環状支持孔１０ａに固定的に嵌着されている。ディストリビュータ８とハウジング１０は固定的に設けられているが、ディストリビュータ８に大きな回転力が作用した際に相対回転を許すように設けることが安全対策上好ましい。ディストリビュータ８には２つの環状溝１１，１２が形成されており、一方の環状溝１１は軸部７とシリンダ本体２に設けた流路１３を介して前側のシリンダ室４ａに連通し、もう一方の環状溝１２は軸部７とシリンダ本体２に設けた流路１４を介して後側のシリンダ室４ｂに連通している。

ハウジング１０には一端が各環状溝１１，１２に連通する流路１５，１６が形成されている。各流路１５，１６の他端はハウジング１０下面に開口している。ハウジング１０の下方にはドレン回収空間１０ｂが備えられ、そのドレン回収空間１０ｂに軸部７とディストリビュータ８との隙間に流れ出した作動油が回収されるようになっている。ハウジング１０にはドレン回収空間１０ｂに連通するドレン排出孔１７が設けられている。シリンダ室４ａ、４ｂから排出される作動油は、流路１５，１６、後述の流路３７，３８、切換弁３４、戻し配管３９を経て作動油タンク２４に流れる。

次に油圧ユニット２０について説明する。本実施形態の油圧ユニット２０は、ハウジング１０の下面にボルト２１を介して一体的に設けたブロック状の取付ベース２２に、油圧ポンプ２３、作動油タンク２４、ポンプ駆動モータ２５を備えたものである。取付ベース２２には、回転シリンダ１軸線と平行な貫通孔２２ａが形成してある。貫通孔２２ａの一端（前端）には油圧ポンプ２３が固着され、油圧ポンプ２３の入力軸２３ａが貫通孔２２ａ内に突出している。貫通孔２２ａの他端（後端）にはポンプ駆動モータであるエアモータ２５が固着してあり、エアモータ２５の出力軸２５ａが貫通孔２２ａ内に臨んでいる。モータ出力軸２５ａとポンプ入力軸２３ａとは同一軸線上にあり、カップリング２６で連結してある。エアモータ２５は図７に示すように、モータボディ２７内に複数枚の羽根２８を有するロータ２９が回転自在に設けられていて、給気孔３０から圧縮空気を導入してロータ２９を回転する構造である。

作動油タンク２４は箱状に形成されたタンク本体３１と上板３２とから成り、上板３２を介して取付ベース２２の下面に固着されている。上板３２には吸入パイプ３３が貫通されて適宜なシール材で油密にシールされており、吸入パイプ３３の下端に設けたストレーナ３３ａがタンク本体３１内に配置されている。吸入パイプ３３の上端は油圧ポンプ２３の吸引側２３ｂに接続されている。取付ベース２２の一側面には４ポート電磁切換弁３４が取り付けてある。切換弁３４のＡ，Ｂ，Ｐ，Ｔポートに夫々取付ベース２２に設けた流路３５〜３８が連通している。Ｔポートに連通する流路３５にはタンク２４内に配置されている戻し配管３９が接続されている。Ｐポートに連通する流路３６は油圧ポンプ２３の吐出側２３ｃに連通している。この流路３６にはリリーフ流路４０が連通され、リリーフ流路４０は取付ベース２２下面に開口し、下端部にリリーフ弁４１が設けてあり、リリーフされた作動油はタンク２４内に戻るようになっている。Ａポート、Ｂポートに連通する流路３７，３８は回転シリンダ１のハウジング１０に形成された流路１５，１６に夫々連通している。取付ベース２２に設けたドレン孔４２上端がドレン排出孔１７に連通している。下端は作動油タンク２４の上板３２に設けた貫通孔３２ａに連通している。

上記構成の回転シリンダ１のロッドカバー３が図１に示すように旋盤の主軸部６０後端に一体的に設置され、ピストン５のロッド部５ａと主軸部６０先端に取り付けたチャック６１とがコネクティングチューブ６２によって連結される。その結果、シリンダ本体２や軸部７は、主軸部６０を介してチャック６１と一体に回動するようになる。また、油圧ユニット２０により発生する圧油をシリンダ室４に供給することでピストン５が往復動され、その往復動でチャック爪６１ａを開閉作動するようになっている。なお、ディストリビュータ８、ハウジング１０及び油圧ユニット２０は、主軸部６０を回転可能に保持している主軸台（図示しない）等に設置されたフォーク部材（図示しない）によって回り止めされている。

上記回転シリンダ装置は、回転シリンダ１のディストリビュータ８と油圧ユニット２０が一体的に設けられているので、旋盤の主軸６０に装着する際に、油圧配管の作業が不要であるし、床面への油圧ユニットの設置作業も不要であり、据付け作業を容易にでき、しかも、床面を有効利用できる。また、エアモータ２５は電気モータのようなコイルを有するロータ、ステータ構造でないため、重量を軽くしてある。モータ出力を同じ、例えば、０．７５ｋＷとしたときには、エアモータの重量はおよそ２ｋｇ、これに対して電気モータはその６倍以上である。従って、エアモータ２５を採用したことにより油圧ユニット２０を付加した回転シリンダ装置としての重量が実用的な範囲に収まり、主軸部６０後端に無理なく取り付けできる。

次に回転シリンダ装置の油圧作動を、図８に示す模式的な油圧回路に基づいて説明する。図８では実体の流路等と対応する部分には同じ符号を付している。エアモータ２５に工場のエア配管を接続し、圧縮空気をエアモータ２５に送り込む。エアモータ２５の出力軸２５ａが回転して油圧ポンプ２３を駆動し、作動油タンク２４から作動油が汲み上げられて電磁弁３４を経由し、シリンダ室４へ送り込まれる。エアモータ２５は圧縮空気を断熱膨張させて動作するので低温を生じるため、ポンプ駆動用モータとして電気モータを使用する場合と比較して、油圧ユニット２０における熱発生を小さくでき、油圧ユニット２０から送り出される作動油温度の上昇を抑えることができる。また、取付ベース２２を介してエアモータ２５が一体に連結してあるから、エアモータ２５で生じている低温が作動油タンク２４に伝達され、タンク２４内の作動油を冷却する効果も期待できる。

電磁弁３４が、図８（ａ）のように左側流路状態に切り替わっているとすると、作動油は流路１３を介して前側のシリンダ室４ａに送り込まれ、後側のシリンダ室４ｂの作動油が作動油タンク２４に戻り、ピストン５が後退されるが、ピストン５の移動中は油圧ポンプ２３の負荷トルクが小さいためにエアモータ２５の回転数は上昇し、油圧ポンプ２３に大きな流量を生じさせることができ、ピストン５の作動スピードを高めることができる。ピストン２５の後退移動によりコネクティングチューブ６２を介してチャック６１の爪６１ａを閉じてワーク外径を把持するとピストン５のストロークが止まるため、油圧ポンプ２３の負荷トルクが増してエアモータ２５の回転数が自動的に下がり、その結果、エアモータ２５は大きなトルクを発生しポンプ圧力を高圧に維持する。

こうしてワークを把握した状態で主軸部６０が回転して、図示しない刃具によりワークが加工される。主軸部６０の回転により回転シリンダ１の軸部７が回転するため、軸受９部分で発熱してその熱がシリンダ室４の作動油に伝播して油温を上げるが、エアモータ２５を油圧ユニット２０に備えたことで電気モータの場合に比べてシリンダ室４へ供給される作動油の温度が低くなっているので、ディストリビュータ８部分での熱伝達があっても従来ほどの温度上昇がなく、その結果、回転シリンダ１を介して旋盤の主軸部６０後端に伝播する熱量が少なくなって主軸部６０の熱変位を少なくでき、加工に与える影響を小さくできる。加工が終わると、主軸部６０は停止され、電磁弁３４が図８（ｂ）のように切り替わると、ピストン５を前方に移動させてワークの把持を開放する。

本発明は、上記の実施態様に限定されるものではなく、他の実施態様にも同様に実施することができる。例えば、前記実施態様では、シリンダ本体２の後側中心部に突設した軸部７に、筒形のディストリビュータ８を相対回転可能に嵌合した回転シリンダ装置を示しているが、図９に示すような、シリンダ本体５０の内部中心部に設けた筒部５１に、ディストリビュータ５２の軸部５２ａを軸受５３を介して相対回転可能に嵌挿した回転シリンダ装置にも同様に実施することができる。また、前記実施態様では、取付ベース２２に油圧ポンプ２３、作動油タンク２４、エアモータ２５を一体的に設けて油圧ユニット２０を構成しているが、ディストリビュータ８またはハウジング１０に油圧ポンプ２３や作動油タンク２４やエアモータ２５を一体的に設けて油圧ユニット２０を構成しても良いし、この場合、油圧ユニット２０の一部を取付ベース２２に一体的に設けても良い。取付ベース２２の貫通孔２２ａの向きを左右または上下にして油圧ポンプ２３とエアモータ２５の取付け位置を変更しても良い。

本願回転シリンダ装置の側面図である。図１のＩＩ視図である。図２のＩＩＩ視図である。図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図１のＶ−Ｖ線断面図である。回転シリンダの縦断面図である。エアモータの構造を示す図である。油圧回路図である。他の実施形態を示す図である。

符号の説明

２シリンダ本体
５ピストン
７軸部
８ディストリビュータ
９軸受
１０ハウジング
２０油圧ユニット
２２取付ベース
２２ａ貫通孔
２３油圧ポンプ
２３ａ入力軸
２４作動油タンク
２５エアモータ
２５ａ出力軸
５０シリンダ本体
５１筒部
５２ディストリビュータ
５２ａ軸部
５３軸受

Claims

ピストンを内蔵しているシリンダ本体をディストリビュータに相対回転可能に設け、油圧ポンプ、作動油タンク、ポンプ駆動モータを備えた油圧ユニットにより発生する圧油をディストリビュータを介してシリンダ本体内に供給してピストンを作動するようにした回転シリンダ装置において、油圧ユニットのポンプ駆動モータをエアモータで構成し、その油圧ユニットをディストリビュータに一体的に設けて成る回転シリンダ装置。
シリンダ本体の後側中心部に軸部を突設し、軸部に筒形のディストリビュータを軸受を介して相対回転可能に嵌合して成る請求項１記載の回転シリンダ装置。
シリンダ本体の内部中心部に筒部を設け、筒部にディストリビュータの軸部を軸受を介して相対回転可能に嵌挿して成る請求項１記載の回転シリンダ装置。
ディストリビュータにハウジングを固定的に設け、そのハウジングに油圧ユニットを一体的に設けて成る請求項１乃至３の何れかに記載の回転シリンダ装置。
ディストリビュータに取付ベースを固定的に設け、その取付ベースに油圧ポンプ、作動油タンク、エアモータを一体的に設けて油圧ユニットを構成して成る請求項１乃至４の何れかに記載の回転シリンダ装置。
取付ベースに貫通孔を設け、貫通孔の一端に油圧ポンプを、他端にエアモータを固着してエアモータの出力軸と油圧ポンプの入力軸を連結し、取付ベースに作動油タンクを一体的に連結して油圧ユニットを構成して成る請求項５記載の回転シリンダ装置。