JP4770586B2 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸装置に関するものである。

近年、図３に示すような工作機械の主軸装置２００が広く用いられている。この工作機械の主軸装置２００は、中空円筒状のハウジング１１内に主軸部材１０とこの主軸部材１０を回転駆動する駆動モータ１２とが内蔵されたものである（例えば、特許文献１参照）。

主軸部材１０の先端部１０ａ付近の外枠、及び後端部１０ｂ付近の外枠には、軸受部材１３、１４が配置されており、主軸部材１０は軸受部材１３、１４を介して回転自在となるようにハウジング１１によって支持されている。主軸部材１０は、その先端部１０ａにワーク４０に対して所望の加工を行うための加工具（切削工具）２７を備えた工具ホルダ１５を装着する装着穴１６が形成されており、さらに、この装着穴１６から後端部１０ｂに貫通する貫通穴２１が形成されている。

貫通穴２１内には、ワーク４０に対して加工を行うときの潤滑冷却に用いられる流体を工具ホルダ１５や切削工具２７に向けて供給する流体供給管２４が配置されている。流体供給管２４は、その前端部２４ａがドローバー１７の内側に設けられたインナースリーブ２２に内挿され、その後端部２４ｂが取付部材３０を介して供給装置２９と接続されている。

ワーク４０に対して加工を行うときの潤滑冷却用の流体としては、高圧空気に粘性を有する微小量の切削油を混入して霧状にしたもの（オイルミスト）が用いられており、このオイルミストはワーク４０に対して加工をおこなうとき、供給装置２９より流体供給管２４の後端部２４ｂから供給され、流体供給管２４を流動して前端部２４ａ、インナースリーブ２２を経て工具ホルダ１５や切削工具２７に到達する。
特開２００２−１７２５３９号公報

しかしながら、特許文献１で開示された発明によれば、主軸部材１０が回転するとき（ワーク４０に対して加工を行うとき）は、主軸部材１０とともに流体供給管２４も回転する。このとき、流体供給管２４内をオイルミストが流動すると、オイルミストは流体供給管２４の回転に伴って発生する遠心力の影響を受けて、流動途中で流体供給管２４の内壁面に付着することがある。すると、オイルミストの流動量が減少し、インナースリーブ２２（工具ホルダ１５）まで十分な量のオイルミストを到達させることができないという問題があった。さらには、
また、流体供給管２４の回転に伴って、流体供給管２４に振動やたわみが発生することがある。すると、流体供給管２４の前端部２４ａがインナースリーブ２２やドローバー１７等と接触して、流体供給管２４やインナースリーブ２２、ドローバー１７等が破損することがあった。

そこで、本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ワークに対して加工を行うとき（主軸部材の回転時）において、主軸部材の貫通穴内に配置された流体供給管の内壁面にオイルミストが付着すること防ぎ、オイルミストの流動量を減少させることなく、十分な量のオイルミストをインナースリーブ（工具ホルダ）まで到達させることができるとともに、流体供給管に発生する振動やたわみ等を抑制し、流体供給管やインナースリーブ、ドローバー等の破損を防ぐことができる工作機械の主軸装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る工作機械の主軸装置は、ワークに対して所定の加工を行う加工具が主軸部材に装着され、当該加工具を回転駆動させる工作機械の主軸装置であって、主軸部材には、主軸装置の回転軸に沿って貫通穴が形成されており、当該貫通穴内に挿入され、加工具が所定の加工を行うときに当該加工具に潤滑冷却用の流体を供給する流体供給管と、主軸装置と流体供給管との間に設けられ、流体供給管を主軸部材に対して回転可能に支持する軸受部材と、流体供給管の両端は、主軸装置の回転部分に接続されており、当該接続部に設けられた、主軸装置の回転を減衰して流体供給管に伝達する回転減衰機能を有するラビリンスシールとを備え、所定の加工を行うときにおける流体供給管の回転数は、主軸部材の回転数よりも少ないことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ワークに対して加工を行うとき（主軸装置の回転時）、流体供給管の回転数を主軸部材の回転数よりも大幅に少なくすることができる。

これにより、流体供給管内のオイルミスト（潤滑冷却用の流体）は、流体供給管の回転に伴って生じる遠心力の影響を受けにくくなり、流体供給管の内壁面に付着しにくくなる。したがって、オイルミストの流動量を減少させることなく、十分な量のオイルミストを加工具まで到達させることができる。さらに、流体供給管は、軸受部材により主軸部材に対して回転可能に支持されているので、流体供給管に発生する振動やたわみが抑制され、流体供給管やインナースリーブ、ドローバー等の破損を防ぐことができる。なお、主軸装置の回転を減衰して流体供給管に伝達する回転減衰機能を有するシール部材の構造としては、ラビリンスシールが好適である。

請求項２に係る工作機械の主軸装置は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、流体供給管はその外枠におもりが装着され、重量バランスに偏りが生じていることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、おもりを流体供給管の外枠下側に装着すれば、流体供給管の重心は軸心よりも下方にあることとなる。これにより、主軸部材の回転方向が短時間で反対方向に変更されるような場合であっても、流体供給管の回転数は、主軸部材の回転数よりも少なくすることができる。

請求項３に係る工作機械の主軸装置は、請求項１に記載の工作機械の主軸装置において、流体供給管は潤滑冷却用の流体が流動する流動路が前記流体供給管の軸心から偏って形成され、重量バランスに偏りが生じていることを特徴とする。請求項３に記載の発明によれば、肉厚が厚い部分が下側となるように流体供給管を設置すれば、流体供給管の重心は軸心よりも下方あることとなる。これにより、主軸部材の回転方向が短時間で反対方向に変更されるような場合であっても、流体供給管の回転数は、主軸部材の回転数よりも少なくすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、各図において同一、もしくは、均等である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る工作機械の主軸装置１００、及び加工具としての工具ホルダ１５の概略断面図である。先ず、工具ホルダ１５について説明する。なお、図１では１面拘束型の工具ホルダ１５を示しているが、工具ホルダ１５のフランジ部１５ａが主軸部材１０の端面（先端部１０ａ）に当接する、いわゆる２面拘束型の工具ホルダとしてもよい。

工具ホルダ１５は、一端にワーク４０に対して加工を行う切削工具２７が装着されており、他端に工具ホルダ１５に固定されたプルスタッド１９を備えている。プルスタッド１９、工具ホルダ１５、切削工具２７の内部には、軸ＡＡに沿った空洞部が形成されており、この空洞部内には潤滑冷却用の流体としてのオイルミストが流動する流動管２８が配置されている。流動管２８の両端部は、工具ホルダ１５の回転を減衰して流動管２８に伝達するシール部材を介して切削工具２７、プルスタッド１９と接続されている。

ワーク４０に対して加工を行なうときは、後述する供給装置２９により供給されるオイルミストが流体供給管２４、及び流動管２８を流動し切削工具２７に到達することで、加工時の潤滑冷却が行なわれる。したがって、十分な量のオイルミストが切削工具２７に到達することが望ましい。

次に、十分な量のオイルミストを切削工具２７に到達させることができる本実施形態に係る工作機械の主軸装置１００について説明する。工作機械の主軸装置１００は、中空円筒状のハウジング１１内に主軸部材１０とその主軸部材１０を回転駆動させるための駆動モータ１２（１２ａ、１２ｂ）とを内蔵するビルトインタイプである。

主軸部材１０の先端部１０ａ付近、及び後端部１０ｂ付近には、ハウジング１１と主軸部材１０との間に軸受部材１３、１４が配置されており、主軸部材１０は軸受部材１３、１４によりハウジング１１に対して回転自在となるように支持されている。駆動モータ１２は、軸受部材１３、１４のほぼ中間部分に配置されており、主軸部材１０側（内側）にロータ１２ａが配置され、ハウジング１１側（外側）にステータ１２ｂが配置されることにより構成されている。

主軸部材１０は、その先端部１０ａにワーク４０に対して加工を行う加工具（切削工具）２７を備えた工具ホルダ１５を挿入装着するための装着穴１６が形成されており、この装着穴１６から後端部１０ｂに貫通する貫通穴２１が形成されている。

貫通穴２１内には、周知構造のドローバー１７が貫通穴２１の貫通方向に進退動可能に配置されている。ドローバー１７の先端には、工具ホルダ１５が装着穴１６に装着されたときにプルスタッド１９を挟み込むためのコレットチャック２０が配置されている。コレットチャック２０は、バネ１８の作用によりドローバー１７が進退動することで開閉自在となっている。コレットチャック２０がプルスタッド１９を挟み込んだ後、図示しない駆動機構（例えば、油圧式シリンダ装置）によって、ドローバー１７を介して工具ホルダ１５を装着穴１６に引っ張り込むことで工具ホルダ１５は主軸部材１０に保持される。

また、貫通穴２１内には、ワーク４０に対して加工を行うときの潤滑冷却に用いられる流体（オイルミスト）を工具ホルダ１５に向けて供給する金属製（例えば、鉄製）の流体供給管２４が挿入配置されており、流体供給管２４の前端部２４ａは、インナースリーブ２２に接続されるとともに主軸部材１０と流体供給管２４との間に配置された軸受部材２５で支持されており、流体供給管２４の後端部２４ｂは、取付部材３０に接続されるとともに取付部材３０に配置された軸受部材２６で支持されている。

取付部材３０には、高圧空気に粘性を有する微小量の切削油を混入して霧状にしたオイルミストを供給する供給装置が２９が接続されている。供給装置２９により供給されたオイルミストは、主軸部材１０及び取付部材３０とは回転を共にしないロータリージョイント２３を経て、流体供給管２４内を流動する。

ここで、ワーク４０に対して加工を行うとき、主軸部材１０が回転すると、インナースリーブ２２及び取付部材３０は、主軸部材１０とともに回転するが、流体供給管２４の両端２４ａ、２４ｂの接続部には、主軸部材１０の回転を減衰して流体供給管２４に伝達するシール部材が配置されているため、流体供給管２４の回転数は主軸部材１０の回転数よりも少なくなる。回転減衰機能を有するシール部材としては、例えば、周知構造である非接触型シールであるラビリンスシールを用いることができる。これにより、主軸部材１０は毎分数千回転以上の回転数で回転するのに対して、流体供給管２４の回転数は毎分数〜十数回転程度とすることができる。

したがって、、本実施形態に係る工作機械用の主軸装置１００によれば、流体供給管２４内を流動するオイルミストは、遠心力の影響を受けにくくなるため、流体供給管２４の内壁面にオイルミストが付着しにくくなり、オイルミストの流動量が減少することなく、十分な量のオイルミストがインナースリーブ２２（工具ホルダ１５）に到達する。

インナースリーブ２２とプルスタッド１９との接触面４１は、図示しない弾性体、又は金属製のパッキンで封止されており、インナースリーブ２２まで到達したオイルミストは、漏れ出ことなく工具ホルダ１５の流動管２８に送り込まれる。流動管２８に送り込まれたオイルミストは、切削工具２７の回転に伴って発生する遠心力、及び供給装置２９の高圧空気の作用によって、吐出路（図示せず）からワーク４０に向けて吐出され、これにより、オイルミストによるワーク加工時の潤滑冷却が実行される。

さらに、本実施形態に係る工作機械用の主軸装置１００によれば、流体供給管２４はその前端部２４ａ、後端部２４ｂは軸受部材２５、２６により支持されているので、流体供給管２４に発生する振動やたわみを抑制することができ、流体供給管２４やインナースリーブ２２、ドローバー１７等の破損を防ぐことができる。

（その他の実施形態）
本発明のその他の実施形態について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明のその他の実施形態に係る工作機械の主軸装置１１０の概略断面を示す図面である。図２（ｂ）は、流体供給管２４の図面下側におもり５１を配置した状態の断面図である。図２（ｃ）は、流体供給管５４の断面図である。

（その１）
工作機械の主軸装置１１０を構成する主軸部材１０は左右両方向に回転可能であり、ワーク４０に対する加工条件の設定等により主軸部材１０の回転方向が短時間で反対方向に変更されることがある。しかしながら、このような場合においても、オイルミストの流動量を減少させないために、主軸部材１０の回転数よりも流体供給管２４の回転数が少ないことが望ましい。さらには、流体供給管２４は非回転であることが望ましい。

そこで、本実施形態に係る主軸装置１１０が組み込まれる工作機械が水平型（横置型）の場合、図２（ｂ）に示すように、流体供給管２４の外枠下側におもり５１を装着すれば、流体供給管２４の重量バランスに偏りが生じ、流体供給管２４の重心は軸心よりも下方にあることとなる。発明者の知見によると、これにより、主軸部材１０の回転数よりも流体供給管２４の回転数を少なくすることができる。さらに、おもり５１の重さを調節することで、主軸装置１０の回転に係わらず、流体供給管２４を非回転とすることができる。

なお、本実施形態においては、図２（ｂ）に示すように、おもり５１を流体供給管２４のほぼ中央部付近に装着しているが、おもり５１を装着する位置はこれに限られず、おもり５１を所望の位置に装着しても同様の効果を得ることができる。

（その２）
おもり５１を流体供給管２４の外枠下側に装着する代わりに、オイルミストが流動する流動路５５を軸心から偏って形成した流体供給管５４を用いることでも、主軸装置１０の回転数よりも流体供給管５４の回転数を少なくすることができる。

すなわち、図２（ｃ）にその断面を示す流体供給管５４のように、流動路５５を軸心から偏って形成することで、流体供給管５４には肉厚が厚い部分５２及び薄い部分５３が形成される。そして、肉厚が厚い部分５２が下側となるように流体供給管５４を貫通穴２１内に設置すれば、流体供給管５４の重量バランスに偏りが生じ、流体供給管５４の重心は軸心よりも下方にあることとなる。発明者の知見によると、これにより、主軸装置１０の回転数よりも流体供給管５４の回転数を少なくすることができる。さらに、流動路５５の位置を調節することで、主軸装置１０の回転に係わらず、流体供給管５４を非回転とすることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに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において、数々の変形実施が可能である。

また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る工作機械の主軸装置の概略断面を示す図である。 （ａ）は、本発明のその他の実施形態に係る工作機械の主軸装置の概略断面を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は、その他の実施形態に係る工作機械の主軸装置に好適に用いられる流体供給管の断面図である。 従来の工作機械の主軸装置の概略断面を示す図である。

符号の説明

１０・・・主軸部材、１１・・・ハウジング、１２・・・駆動モータ、１３，１４，２５，２６・・・軸受部材、１５・・・工具、１６・・・装着穴、１７・・・ドローバー、１８・・・バネ、１９・・・プルスタッド、２０・・・コレットチャック、２１・・・貫通穴、２２・・・インナースリーブ、２３・・・ロータリージョイント、２４、５４・・・流体供給管、２７・・・切削工具、２８・・・空洞部、２９・・・供給装置、３０・・・取付部材、５１・・・おもり、５５・・・流動路

Claims (3)

1. ワークに対して所定の加工を行う加工具が主軸部材に装着され、当該加工具を回転駆動させる工作機械の主軸装置であって、
   前記主軸部材には、前記主軸装置の回転軸に沿って貫通穴が形成されており、当該貫通穴内に挿入され、前記加工具が所定の加工を行うときに当該加工具に潤滑冷却用の流体を供給する流体供給管と、
   前記主軸装置と前記流体供給管との間に設けられ、前記流体供給管を前記主軸部材に対して回転可能に支持する軸受部材と、
   前記流体供給管の両端は、前記主軸装置の回転部分に接続されており、当該接続部に設けられた、前記主軸装置の回転を減衰して前記流体供給管に伝達する回転減衰機能を有するラビリンスシールとを備え、
   前記所定の加工を行うときにおける前記流体供給管の回転数は、前記主軸部材の回転数よりも少ないことを特徴とする工作機械用の主軸装置。
2. 前記流体供給管は、その外周部におもりが装着され、重量バランスに偏りが生じていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
3. 前記流体供給管は、前記潤滑冷却用の流体が流動する流動路が前記流体供給管の軸心から偏って形成され、重量バランスに偏りが生じていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸装置。

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