JP2007229856A - 主軸装置の防塵機構 - Google Patents

Abstract

【課題】主軸装置内部への切削液等の流入を確実に防止できる上、省エネ化、主軸の回転停止時の低騒音化等を図ることができる主軸装置の防塵機構を提供する。
【解決手段】本発明に係る防塵機構１では、主軸２の運転を開始する場合、制御装置４が、主軸２へと運転開始指令を出力するとともに、２ポート電磁弁７を開き、所定量の圧縮エアを主軸２内部へと供給する。一方、主軸２の回転を停止する場合、制御装置４は、主軸２へとその旨指令を出力し、２ポート電磁弁７を閉じるとともに、バイパス回路Ｂの２ポート電磁弁１０を開き、さらにタイマ８にて所定時間をセットして、絞り９により流量を減らされた圧縮エアを所定時間にわたって主軸２内部へと供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば工作機械等に備えられる主軸装置（以下、主軸と称す）の内部に切削液や切屑を含んだ外気等が流入する事態を防止するための防塵機構に関するものである。

一般的に、たとえば工作機械に設けられる主軸は、切削液や切屑等が混ざった雰囲気中で使用される。この切削液や切屑等が主軸の内部（ギア部や軸受部）等に流入すると、主軸の故障の原因となったり、主軸の寿命の低下を引き起こす。特に問題となるのが、高速回転している主軸を停止させる（回転速度の大幅な減速等も含む）場合である。つまり、主軸が高速回転すると、主軸の内部が発熱して主軸内部の空気が膨張するため、主軸内部の空気は外部へと流出する。この状態で、主軸の回転を停止させると、主軸内部の温度が低下する過程で、切削液や切屑を含んだ外気が主軸内部へと流入するのである。そこで、このような現象から主軸を守る、すなわち主軸内部への外気の流入を防ぐために、たとえば特許文献１や特許文献２に開示されているような防塵機構が考案されている。

特開平５−２６１６０３号公報 特公平８−２２４９４号公報

ここで、特許文献１及び２に開示されている防塵機構について説明する。
特許文献１に開示されている防塵機構は、主軸のケーシングに比較的大径の空気流通孔を設け、主軸内外において積極的に空気を流通させることで、高速回転時における主軸内部の気圧の上昇を抑え、主軸の回転を停止させた際における空気の流入量を抑えようとするものである。
また、特許文献２に開示されている防塵機構は、主軸内部（たとえば、ラビリンス部）に圧力検出センサを設置し、主軸内部が常に正圧となるよう圧縮エア等の圧縮流体を供給するものである。

しかしながら、特許文献１の防塵構造は、主軸内外において積極的に空気を流通させるものであるため、どれだけ外気の流入量を抑えたところで、切削液や切屑等の主軸内部への流入を防止することはできない。したがって、主軸の寿命の低下といった問題を効果的に解決することはできなかった。
また、特許文献２の防塵機構では、主軸内部に圧力検出センサを設置しなければならない上、該圧力検出センサを用いて、絶えず主軸内部の圧力を検出して外部の圧力と比較しなければならないため、コスト高を招くことになる。さらに、主軸の回転の有無、回転速度等といった主軸の状態に拘わることなく圧縮流体を供給するため、必要以上の圧縮流体を供給してしまい、圧縮流体の無駄遣いとなるおそれがある。

そこで、本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであって、主軸内部への切削液等の流入を確実に防止できる上、省エネ化、主軸の回転停止時の低騒音化等を図ることができる主軸の防塵機構を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、主軸装置内部へ圧縮流体を供給する供給回路を備え、主軸装置内部へ圧縮流体を供給することによって切削液や切屑等を含んだ外気の主軸装置内部への流入を防止するための主軸装置の防塵機構であって、圧縮流体の供給量を調節可能な調節手段を備えており、少なくとも主軸装置の回転動作の停止に際して、前記調節手段が、主軸装置の回転動作時よりも圧縮流体の供給量を減少させることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、主軸装置内部へ圧縮流体を供給する供給回路を備え、主軸装置内部へ圧縮流体を供給することによって切削液や切屑等を含んだ外気の主軸装置内部への流入を防止するための主軸装置の防塵機構であって、圧縮流体の供給量を調節可能な調節手段を備えるとともに、主軸装置の回転速度を検出するための回転速度検出手段を備えており、前記調節手段は、前記主軸装置の回転速度に応じて前記圧縮流体の供給量を調節することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の発明において、圧縮流体の供給量を減少させるための絞りを有する第１供給回路と、前記絞りを有さない第２供給回路とを備えており、前記調節手段が、前記第１供給回路と第２供給回路とを切り換えることを特徴とする。
尚、本発明において、主軸装置の回転動作の停止とは、主軸装置に備えられた主軸の回転が完全に停止していることに加え、主軸装置が運転停止状態となることも含んでおり、主軸装置が運転停止状態であれば、たとえ主軸が惰性で回転していたとしても主軸装置の回転動作の停止に含まれるものとする。

請求項１に記載の発明によれば、主軸装置の回転動作の停止に際しても主軸装置内部へ圧縮流体を供給するため、切削液や切屑等を含んだ外気の主軸装置内部への流入を確実に防止できる。したがって、主軸装置に切削液や切屑等に起因する故障が発生しづらく、主軸装置の耐久性や安定性を向上させることができ、ひいては主軸装置の長寿命化等を図ることができる。また、主軸装置内部の圧力と外部の圧力とを絶えず比較したりする必要がないため、比較的簡易な構成で実現可能であり、コストの低減を期待することができる。さらに、主軸装置の回転動作時よりも圧縮流体の供給量を減少させるため、無駄に圧縮流体を供給することがなく、省エネ化を図ることができる上、主軸装置の回転停止時における圧縮流体の供給に起因した騒音を抑えることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、圧縮流体の供給量を調節可能な調節手段を備えるとともに、主軸装置の回転速度を検出するための回転速度検出手段を備えており、主軸装置の回転速度に応じて圧縮流体の供給量を調節可能としている。したがって、主軸装置の回転動作の停止に際しても主軸装置内部へと圧縮流体を供給してやることにより、請求項１の発明同様、切削液や切屑等を含んだ外気の主軸装置内部への流入を確実に防止でき、ひいては主軸装置の長寿命化等を図ることができる。さらに、主軸装置の回転速度に応じて圧縮流体の供給量を適量に保つことができるため、無駄に圧縮流体を供給することがなく、更なる省エネ化を図ることができるし、主軸装置の回転動作の停止に際して圧縮流体の供給量を減らすことで、騒音を抑えることができる。
加えて、請求項３に記載の発明によれば、圧縮流体の供給量を減少させるための絞りを有する第１供給回路と、絞りを有さない第２供給回路とを備えており、調節手段が、第１供給回路と第２供給回路とを切り換えるような構成としているため、簡易な構成で上記効果を奏し得ることができ、低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態となる主軸の防塵機構について、図面を基に説明する。

図１は、本実施形態における主軸２の防塵機構１を示したブロック構成図である。
防塵機構１は、主軸２内部への外気の流入を防止するための装置であって、主軸２の回転動作を制御するとともに、主軸２内部へ供給する圧縮エアの供給動作を制御する制御装置（調節手段）４を備えている。主軸２は、図示しない工作機械等に備えられるものであって、供給回路Ａを介してエア供給源５と接続されており、その内部へ圧縮エアが供給されるようになっている。また、主軸２には、主軸回転速度を検出するための回転速度検出センサ（回転速度検出手段）３が設けられている。尚、回転速度検出センサ３は制御装置４と接続されており、制御装置４は、該回転速度検出センサ３により検出される回転速度に基づき、後述の如くして圧縮エアを主軸２内部へ供給する。

供給回路Ａには、エア圧を調整するためのフィルタ・レギュレータ６と、制御装置４による制御の下で開閉自在な２ポート電磁弁７とが設けられている。また、供給回路Ａには、２ポート電磁弁７をバイパスするバイパス回路Ｂが接続されている。該バイパス回路Ｂには、圧縮エアの流量を抑えるための絞り９と、制御装置４による制御の下で開閉自在な２ポート電磁弁１０とが設けられている。尚、２０は、チェック弁である。

以上のように構成される防塵機構１では、主軸２の運転を開始する場合、制御装置４が、主軸２へと運転開始指令を出力するとともに、２ポート電磁弁７を開き、所定量の圧縮エア（たとえば、１８０ＮＬ／ｍｉｎ）を主軸２内部へと供給する。
一方、主軸２の回転速度を停止する場合、制御装置４は、主軸２へとその旨指令を出力するとともに、回転速度検出センサ３により主軸回転速度を確認する。そして、主軸２の回転速度が所定値以下になったと確認すると、制御装置４は、２ポート電磁弁７を閉じる一方、バイパス回路Ｂの２ポート電磁弁１０を開くとともにタイマ８にて所定時間（たとえば、３０分）をセットして、絞り９により流量を減らされた圧縮エア（たとえば、４５ＮＬ／ｍｉｎ）を所定時間にわたって主軸２内部へと供給する。尚、所定時間が経過すると、２ポート電磁弁１０は閉じられる。

上述の如き防塵機構１によれば、主軸２の回転を停止する際にも、エア供給源５から圧縮エアを主軸２内部へと供給するため、たとえ切削液や切屑等が混ざった雰囲気中で主軸２を使用したとしても、切削液や切屑が外気とともに主軸２内部へと流入するといった事態を確実に防止することができる。したがって、主軸２に切削液や切屑等に起因する故障が発生しづらく、主軸２の耐久性や安定性を向上させることができ、ひいては主軸２の長寿命化等を図ることができる。また、主軸２内部の圧力と外部の圧力とを絶えず比較したりする必要がないため、比較的簡易な構成で実現可能であり、コストの低減を期待することができる。
さらに、主軸２の回転を停止する際には、絞り９により主軸２内部への圧縮エアの供給量を減らしている。したがって、無駄に圧縮エアを供給することがなく、省エネ化を図ることができる上、主軸２の回転停止時における圧縮エアの供給に起因した騒音を抑えることができる。尚、本実施形態の態様で圧縮エアの供給量を減らした場合、常に一定量の供給を行うものと比較して、主軸の回転停止時の圧縮エア消費量を１／４に抑えることができる。

加えて、主軸２に回転速度検出センサ３を設けており、該回転速度検出センサ３にて検出された回転速度に基づいて圧縮エアの供給量の調整を行うため、不用意に主軸２の回転が停止してしまったような場合であっても、確実に且つ無駄なく主軸２内部への圧縮エアの供給を行うことができる。

なお、本発明の主軸の防塵機構に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、上記実施形態では、２つの２ポート電磁弁を用いる構成としているが、２ポート電磁弁の代わりに３ポート電磁弁を設けるような構成とすることができる。該構成について、図２を基に説明する。図２は、変更例である主軸２の防塵機構１ａを示したブロック構成図である。尚、図２において、防塵機構１と同様の構成要素については図１と同一の符号を付している。
防塵機構１ａでは、供給回路Ａ’に、２ポート電磁弁７に代えて、制御装置４による制御の下で動作する３ポート電磁弁１１が設けられている。また、該３ポート電磁弁１１には、絞り９を有する供給回路Ｂ’が接続されている。

このような防塵機構１ａでは、主軸２の運転を開始する場合、制御装置４が、主軸２へと運転開始指令を出力するとともに、３ポート電磁弁１１を供給回路Ａ’側へ切換動作させて、所定量の圧縮エア（たとえば、１８０ＮＬ／ｍｉｎ）を主軸２内部へと供給する。
一方、主軸２の回転速度を停止する場合、制御装置４は、主軸２の回転速度が所定値以下になったと確認すると、タイマ８にて所定時間をセットするとともに、３ポート電磁弁１１を供給回路Ｂ’側へ切換動作させ、供給回路Ｂ’を介して絞り９により流量を減らされた圧縮エア（たとえば、４５ＮＬ／ｍｉｎ）を所定時間にわたって主軸２内部へと供給する。尚、所定時間が経過すると、３ポート電磁弁１１は閉じられる。

以上のような防塵機構１ａによっても、防塵機構１ａ同様、主軸２内部への切削液や切屑の流入を確実に防止できることができる上、主軸２の回転停止時における圧縮エアの供給量を減らしているため、省エネ化、低騒音化等の効果も図ることができる。
さらに、防塵機構１ａでは、２つの２ポート電磁弁を１つの３ポート電磁弁１１に置き換えているため、部品点数の削減、メンテナンス等の各種作業の簡易化、防塵機構１ａの設置に係る設計自由度の向上等といった効果を図ることができる。

一方、上記実施形態や変更例では、主軸の回転停止に際して圧縮流体の供給量を減らすようにしているが、回転速度を自由に制御可能な主軸に対しては、所定の回転速度を基準として供給回路を切り換えるような構成とすることも可能である。また、絞り量を任意に調節可能な絞り装置を採用するとともに、該絞り装置を制御装置と接続することによって、回転速度に応じて絞りを任意に調節可能な構成としてもよい。該構成を採用することにより、供給回路を１つにすることができる。
さらに、上記実施形態や変更例では、回転速度検出センサにより検出される回転速度に応じて、供給回路の切り換えを行っているが、制御装置が、主軸への運転停止指令の出力に応じて圧縮流体の供給回路を切り換えるような構成としてもよい。該構成を採用することにより、部品点数の一層の削減、低コスト化を図ることができる。
尚、タイマの設定時間、圧縮流体の種類やその供給量等は、言うまでもなく適宜変更可能である。

主軸の防塵機構を示したブロック構成図である。 主軸の防塵機構の変更例を示したブロック構成図である。

符号の説明

１・・防塵機構、２・・主軸、３・・回転速度検出センサ、４・・制御装置、５・・エア供給源、６・・フィルタ・レギュレータ、７、１０・・２ポート電磁弁、８・・タイマ、９・・絞り、１１・・３ポート電磁弁。

Claims (3)

1. 主軸装置内部へ圧縮流体を供給する供給回路を備え、主軸装置内部へ圧縮流体を供給することによって切削液や切屑等を含んだ外気の主軸装置内部への流入を防止するための主軸装置の防塵機構であって、
   圧縮流体の供給量を調節可能な調節手段を備えており、
   少なくとも主軸装置の回転動作の停止に際して、前記調節手段が、主軸装置の回転動作時よりも圧縮流体の供給量を減少させることを特徴とする主軸装置の防塵機構。
2. 主軸装置内部へ圧縮流体を供給する供給回路を備え、主軸装置内部へ圧縮流体を供給することによって切削液や切屑等を含んだ外気の主軸装置内部への流入を防止するための主軸装置の防塵機構であって、
   圧縮流体の供給量を調節可能な調節手段を備えるとともに、主軸装置の回転速度を検出するための回転速度検出手段を備えており、
   前記調節手段は、前記主軸装置の回転速度に応じて前記圧縮流体の供給量を調節することを特徴とする主軸装置の防塵機構。
3. 圧縮流体の供給量を減少させるための絞りを有する第１供給回路と、前記絞りを有さない第２供給回路とを備えており、
   前記調節手段が、前記第１供給回路と第２供給回路とを切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の主軸装置の防塵機構。

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