JP5117260B2 - 工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレーム本体に対し回転可能に支持された主軸と、この主軸の端部に固定された回転駆動対象部材とを駆動装置により回転駆動する工作機械における主軸駆動装置に関する。

上記の工作機械における主軸駆動装置に関する従来技術の一つとして、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１の工作機械における主軸駆動装置は回転割出テーブル装置であり、主軸の駆動手段として、ギア等の駆動伝達手段を介さずに主軸を回転駆動する直接駆動型のモータ（所謂、ＤＤモータ）が用いられている。

上記の特許文献１の回転割出テーブル装置では、作動流体の導入によりテーブルのクランプ状態・アンクランプ状態を切り替えている。ピストンは、抗縮発条により常時ブレーキ板側に付勢され作動流体の導入が停止している場合にブレーキ板と当接し摩擦によりテーブルの回転を停止させる。上記装置では、テーブルを回転させる場合にクランプ装置を作動状態としてピストンを抗縮発条の付勢力に抗して移動させアンクランプ状態とする。

このように一般的な主軸駆動装置では、テーブルを回転させる場合にクランプ装置をアンクランプ状態とすることが多く、連続的にワークを回転させながら仕上加工する場合にも、当然クランプ装置をアンクランプ状態として仕上加工を行う。

ところで、主軸駆動装置の回転状態は、ワークを加工するカッタからの負荷変動の影響を受ける。一定の加工条件の下でもワークを加工するカッタからの負荷は常に変動している。

主軸の駆動手段としてＤＤモータが用いられている場合、ＤＤモータの制御は、主軸駆動装置の回転検出器からの回転角度（回転量）のフィードバックに基づき、前記カッタからの負荷変動により生じた主軸駆動装置の回転角度（回転量）の偏差を補正しながら行われる。制御によるＤＤモータの回転は前記偏差に十分追従できないこともあり、ＤＤモータの回転が必ずしも一様にならず脈動を伴うことになる。

また、主軸の駆動手段としてギアによる減速装置とモータとを含む場合にも、前記カッタからの負荷変動によりギアのバックラッシュの範囲で主軸の回転状態に脈動を伴うことになる。

この結果、主軸駆動装置の回転状態に脈動が起こり、ワークの仕上加工面の面粗度が劣化してしまう。

また、クランプ装置をアンクランプ状態とした場合、主軸駆動装置の主軸の剛性は主に軸受の剛性に依存する。軸受の剛性は軸受の与圧に大きく依存するので、主軸の剛性が必要な場合には、軸受の与圧を大きくすれば良いが、大きな与圧に耐える為には軸受自体を大きくする必要が生じる。

しかし軸受を大きくすると、振れ精度が低下するため、それに伴って割出精度が低下し、その結果として加工精度が低下する。また、軸受は径が大きいほど高額であるため、装置の製造コストが高くなる。
特開２００６−９５６６８号公報

したがって、本発明の課題は、工作機械における主軸駆動装置において、主軸駆動装置で連続的にワークを回転させながら仕上加工する場合に主軸駆動装置の回転状態の脈動を抑制すること及び軸受を大きくせずに主軸の剛性を向上することである。

上記の課題の下に、本発明は、フレーム本体（２）に対し回転可能に支持された主軸（４）および前記主軸（４）の端部に固定された回転駆動対象部材を含む回転体（６５）と、前記回転体（６５）を回転駆動する駆動装置（６）とからなる工作機械における主軸駆動装置における回転抵抗装置であって、前記フレーム本体（２）または前記回転体（６５）に設けられて弾性変形可能な制動部を含む制動部材と作動流体によって前記制動部材へ押圧力を付与する押圧力付与装置（６６）と前記フレーム本体（２）側に設けられた制動面（３２）とを含む制動装置（１０）であって前記制動部が前記押圧力を受けて撓むことにより前記制動面（３２）と前記制動面（３２）に対向する前記回転体（６５）側の摺動面（３３）とが互いに押圧された状態となって前記回転体（６５）に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する制動装置（１０）を備え、前記制動面（３２）または前記摺動面（３３）の少なくともいずれか一方に低摩擦係数部材（６０）を固着することを特徴とする。

なお、ここで謂う低摩擦係数部材（６０）とは、前記制動面（３２）および前記摺動面（３３）の素材よりも摩擦係数の低い部材のことである。通常は、鋼や鋳鉄が前記制動面（３２）および前記摺動面（３３）の素材として用いられることが多い。従って、低摩擦係数部材（６０）は、鋼や鋳鉄より摩擦係数が低い部材である。さらに、上記で謂う「回転を許容する回転抵抗」とは、工作機械の制御装置に設定された数値制御プログラムに従って駆動装置（６）の駆動を制御する場合において、制御に応じた回転状態（角度位置、速度等）を維持して回転体が回転できるような回転抵抗のことである。

また、前記主軸駆動装置は、加工対象のワークが搭載される前記回転駆動対象部材としての円テーブル（５）を含む回転割出テーブル装置（１）であって前記主軸（４）及び前記円テーブル（５）を含む前記回転体（６５）を回転駆動して前記円テーブル（５）を設定された回転角度に割り出す工作機械用の回転割出テーブル装置（１）であり、前記回転割出テーブル装置（１）は、前記回転体（６５）の前記設定された回転角度を保持するクランプ装置（６２）を備え、前記クランプ装置（６２）が前記制動装置（１０）として兼用され、前記押圧力付与装置（６６）は、前記回転抵抗が前記回転体（６５）の回転を許容する第１の押圧力と前記回転抵抗が前記回転体（６５）の回転を許容せずに前記設定された回転角度を保持する第２の押圧力とを選択的に前記制動部材に付与するものとしてもよい。

そして、本発明の回転抵抗装置は、前記低摩擦係数部材（６０）が、前記制動面（３２）または前記摺動面（３３）の少なくともいずれか一方において前記回転抵抗が前記回転体の回転を許容する押圧力により前記制動面（３２）と前記摺動面（３３）とが当接する部分にのみ固着されたものとしてもよい。さらに、前記低摩擦係数部材（６０）が、樹脂製のライナーベアリング材で形成されるものとしてもよい。

なお、前記制動装置（１０）を、前記フレーム本体（２）と前記回転体（６５）との間に介装されて前記フレーム本体（２）に対し相対回転不能に設けられた前記制動部材としての環状の制動スリーブ（３１）を含み、前記制動スリーブ（３１）が、前記作動流体が供給される流体圧室（３６）を形成するための環状の溝（３０）と前記溝（３０）に対応する部分に形成されて前記摺動面（３３）に対向する弾性変形可能な制動部としての薄肉部（３５）とを有し、前記押圧力付与装置（６６）が前記流体圧室（３６）内へ前記作動流体を供給することにより、前記作動流体の圧力によって前記薄肉部（３５）が前記摺動面（３３）側へ半径方向に弾性変形して前記薄肉部（３５）の前記摺動面（３３）に対向する面が前記制動面（３２）として前記摺動面（３３）を押圧するものとしてもよい。

また、前記制動装置（１０）を、前記回転体（６５）周りで前記フレーム本体（２）に形成された流体圧室（４９）と、前記回転体（６５）に対し相対回転不能に設けられた前記制動部材としての弾性変形可能な摺動ディスク（４３）と、前記流体圧室（４９）と前記摺動ディスク（４３）との間で前記回転体（６５）の軸線方向へ移動可能に設けられたピストン（４４）と、前記摺動ディスク（４３）に対向して前記ピストン（４４）の反対側の前記フレーム本体（２）側に形成された制動面（４８）とを含み、前記押圧力付与装置（６６）が前記流体圧室（４９）内へ前記作動流体を供給することにより、前記作動流体の圧力によって前記ピストン（４４）が前記軸線方向へ移動して前記摺動ディスク（４３）の前記ピストン（４４）側の摺動面（５５）を押圧し、前記摺動ディスク（４３）は、前記ピストン（４４）の押圧により弾性変形して前記摺動ディスク（４３）における前記制動面（４８）側の摺動面（５５）を前記制動面（４８）に押圧するものとしてもよい。

本発明の回転抵抗装置（６１）によると、前記回転体（６５）に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する制動装置（１０）を備えるから、主軸駆動装置で連続的にワークを回転させながら仕上加工する場合に、主軸駆動装置がワークを加工するカッタから受ける負荷変動を回転抵抗により抑制できる。それに伴い、ＤＤモータ（９）の制御における脈動やギアのバックラッシュの範囲での脈動を抑制できるので、主軸駆動装置の回転状態を一様に安定させることができる。また前記回転抵抗装置（６１）が主軸駆動装置における回転体（６５）の剛性を分担するので、軸受（３）を大きくせずに回転体（６５）の剛性を向上することができる。これらの結果として、ワークの仕上加工面における面粗度を良好な状態にできる。また、同径の軸受で従来よりもより大きいワークに対応することが可能になり、より小径の軸受を採用できるため高い加工精度を得ることができ、工作機械用の主軸駆動装置の製造コストを抑えることができる、という効果も得られる。

しかも、本発明では、前記制動面（３２）または前記摺動面（３３）の少なくともいずれか一方に低摩擦係数部材（６０）を固着するので、押圧されながら互いに摺動する前記制動面（３２）と前記摺動面（３３）との焼き付きや摩耗を抑制できる効果が得られる。

そして、本発明の前記主軸駆動装置を、前記回転体（６５）の前記設定された回転角度を保持するクランプ装置（６２）を備えた回転割出テーブル装置（１）に適用してもよい。この場合、前記クランプ装置（６２）を前記制動装置（１０）として兼用し、前記押圧力付与装置（６６）を前記回転抵抗が前記回転体（６５）の回転を許容する第１の押圧力と前記回転抵抗が前記回転体（６５）の回転を許容せずに前記設定された回転角度を保持する第２の押圧力とを選択的に前記制動部材に付与するものとすることにより、前記回転抵抗装置（６１）の構成を簡略化できる効果が得られる。

また、前記低摩擦係数部材（６０）が、前記制動面（３２）または前記摺動面（３３）の少なくともいずれか一方において前記回転抵抗が前記回転体の回転を許容する押圧力により前記制動面（３２）と前記摺動面（３３）とが当接する部分にのみ固着されているので、前記第２の押圧力により前記制動面（３２）と前記摺動面（３３）とにおいて前記低摩擦係数部材（６０）以外の部分まで当接し、前記回転抵抗装置（６１）により強力なクランプ力を発生する効果が得られる。さらに、前記低摩擦係数部材（６０）が、樹脂製のライナーベアリング材で形成されるので、前記制動面（３２）または前記摺動面（３３）へ容易に固着することができ、製作しやすく、摺動が滑らかで剥離しにくいという効果も得られる。

図１および図２は、本発明に係る工作機械用の主軸駆動装置としての回転割出テーブル装置１を示しており、図１はその全体図である。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、回転駆動対象部材としての円テーブル５を支持する主軸４の軸線の方向を指し、「半径方向」とは、同心的に配置された主軸４、円テーブル５、ＤＤモータ９の半径方向を指すものとする。

図１において、回転割出テーブル装置１は、フレーム本体２に対し軸受３により回転可能に支持された主軸４と前記主軸４の端部に固定された円テーブル５とを含む回転体６５と、前記回転体６５を回転駆動するための駆動装置６とを含む。フレーム本体２は、工作機械に対する設置面となる部分が平坦な面として形成されており、また、回転体６５を囲繞するかたちで筒状のベース部１１を有している。

なお、図示の例では、フレーム本体２は、ケーシング体２８と筒状のベース部１１が形成されたベース部材２９とを別体に形成し、両者を複数の取付けボルト２７によって組み合わせることにより構成されている。但し、筒状のベース部１１は、それ単独の部材として別に形成され、ボルト等によって取り付けられる構成としてもよい。

主軸４は、フレーム本体２内において筒状のベース部１１の内部に挿入され、軸受３によってフレーム本体２に対し回転可能に支持されている。また、円テーブル５は、中心孔１３の部分で主軸４の一端に嵌め込まれ、この嵌め合いによって位置決めされた状態で複数の取付けボルト１２により主軸４の一端部に対し取り付けられる。なお、図示の例では、円テーブル５には、円テーブル５のワーク搭載用の端面（図１の上面）とは反対側の面から軸線方向へ延びる筒状の保持部２３が一体的に形成されており、この保持部２３がベース部１１を囲繞するかたちとなっている。

軸受３の内輪部分は、主軸４の外周の軸受け用段状部分に嵌まり、主軸４の軸受け用段状部分の面と円テーブル５の中心孔１３の周囲の面とによって挟みこまれている。また軸受３の外輪部分は、筒状のベース部１１の内周の軸受け用段状部分に乗り、ベース部１１の端面に取付けボルト１５により取付けられた環状の軸受押さえ１４により固定されている。このようにして、回転体を構成する主軸４および円テーブル５は、フレーム本体２に対し軸受３により回転自在に支持される。なお、この図示の例において、主軸４は、フレーム本体２のベース部１１に対し１個の軸受３により回転可能に支持されているが、軸受３は、主軸４と筒状のベース部１１との間で、２個以上組み合わせて設けられていてもよい。

主軸４は、一端に円テーブル５が取付けられており、他端側は、ベース部１１の内周面に形成されている円盤状の突出部１６の孔１６ａに挿入され、更に、この孔１６ａから突出している。主軸４の回転角度（回転量）は、主軸４の前記突出部分に設けられた被検出リング２１とベース部１１の突出部１６に設けられた検出センサ２２とで構成されている回転検出器２０により検出される。また、主軸４の他端側における主軸４の外周の空間は、ベース部１１に取付けボルト１７により取付けられたカバー部材１８、およびカバー部材１８により保持されて主軸４の端部外周に接するオイルシール１９によって塞がれている。

駆動装置６は、インナーロータ形のＤＤモータ９により構成されている。ＤＤモータ９は図示しない工作機械の制御装置に接続されている。このＤＤモータ９は、主軸４の軸線に関し主軸４と同心的に配置されており、主軸４に対し相対回転不能に設けられたモータロータ７と、内周面が僅かな隙間を空けてモータロータ７の外周面に対向するように配置されてフレーム本体２のケーシング体２８に対し相対回転不能に設けられたモータステータ８とを含む。

モータロータ７は、円テーブル５の保持部２３の外周面に嵌め込まれた状態で、円テーブル５側から挿入された取付けボルト２４により円テーブル５に対し取り付けられている。このようにして、モータロータ７は、半径方向において主軸４から離間した位置で、円テーブル５と一体的に形成された保持部２３によって円テーブル５に対し取り付けられており、円テーブル５が固定された主軸４に対し相対回転不能な状態となっている。

なお、図１において、保持部２３は、円テーブル５と一体に形成されているが、円テーブル５と別体に形成されて円テーブル５に固定されていてもよい。また、保持部２３は、主軸４と一体に形成されたものや、別体に形成されて、主軸４に固定されたものであってもよい。

一方、モータステータ８は、その内周面がモータロータ７の外周面に対向し、モータロータ７の外周面とモータステータ８の内周面との間に僅かな隙間を形成しながらフレーム本体２に取り付けられている。図示の例によると、モータステータ８は、フレーム本体２におけるケーシング体２８の内周面に嵌め込まれたステータスリーブ２５の内部周面に嵌め込まれてステータスリーブ２５に対し相対回転不能に設けられており、また、ステータスリーブ２５は、フレーム本体２のベース部材２９側から挿入した取付けボルト２６によってフレーム本体２に取付けられている。従って、モータステータ８は、フレーム本体２内において、フレーム本体２に対し相対回転不能に設けられた状態となっている。

そして、図１に示す回転割出テーブル装置１は、フレーム本体２内に、回転体６５（主軸４）の割り出された回転角度を保持するクランプ装置６２を設けている。この例では、クランプ装置６２は、クランプ部材であるクランプスリーブ６４によって回転体６５に対し制動力を作用させるクランプスリーブ式のクランプ装置である。クランプスリーブ６４は、フレーム本体２のベース部１１と円テーブル５の保持部２３との間に配置される筒状のクランプ部６４ａと、クランプ部６４ａに続いて半径方向に延びるフランジ部６４ｂとを有しており、クランプ部６４ａがベース部１１の外側に嵌装されると共に、フランジ部６４ｂでフレーム本体２に対し取付けボルト３７によって取付けられている。

このクランプ装置６２では、クランプスリーブ６４のクランプ部６４ａは、摺動面３３となる保持部２３の内周面に対向して非接触の状態で配置され、ベース部１１の外周面に対し２つのシール３４を介在させて密着している。また、クランプスリーブ６４は、クランプ部６４ａの内周面に溝３０が形成され、その溝３０に対応する部分が肉厚の薄い薄肉部３５となっている。そして、この薄肉部３５の内面とベース部１１の外周面とで囲まれた空間は、薄肉部３５へ押圧力を作用させるための作動流体（例えば、圧油）が供給される流体圧室３６となる。従って流体圧室３６は、フレーム本体２のベース部材２９に形成されている流路３８、及びケーシング体２８に形成されている流路３９、ポート４０を介して流体供給装置４１に接続されている。

そして、図１の回転割出テーブル装置１では、前記のクランプ装置６２を、本発明の回転抵抗装置、すなわち、回転体６５に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する回転抵抗装置６１の制動装置１０として兼用している。従って、クランプスリーブ６４が制動部材としての制動スリーブ３１に相当する。また、筒状のクランプ部６４ａの薄肉部３５が弾性変形可能な制動部３１ａに相当する。さらに、前記の流路３８、３９、ポート４０および流体供給装置４１が押圧力付与装置６６に相当する。

図３は、押圧力付与装置６６に含まれる流体供給装置４１内の圧力供給回路を概略的に示している。流体供給装置４１は、一方をポート４０に接続し、他方を油圧（又は、空気圧）源１０１とタンク１００とに接続する開回路である。この流体供給装置４１は、低圧供給部１０７および高圧供給部１１５を含む。また、低圧供給部１０７とポート４０との間の配管には、低圧供給部１０７からのサージ圧防止を目的とする絞り弁１０８が設けられている。

前記低圧供給部１０７は、逆止め弁１０２、圧力制御弁１０３、圧力計１０４、切替弁１０５および高圧供給部１１５からの作動流体の逆流を阻止するパイロット操作逆止め弁１０６を含む。また、前記高圧供給部１１５は、逆止め弁１１１、圧力制御弁１１２、圧力計１１３および切替弁１１４を含む。圧力制御弁１０３は、低圧供給部１０７から供給される作動流体の圧力を、その圧力によってクランプスリーブ６４（制動スリーブ３１）に作用する押圧力が回転体６５に付与される前記回転抵抗が回転体６５の回転を許容する第１の押圧力となるように調整する。また、圧力制御弁１１２は、高圧供給部１１５から供給される作動流体の圧力を、その圧力によって制動装置１０に作用する押圧力が回転体６５に付与される前記回転抵抗が回転体６５の回転を許容せずに前記設定された回転角度を保持する第２の押圧力となるように調整する。

切替弁１０５および切替弁１１４は、いずれも４ポート３位置オールポートブロックスプリングセンタ電磁操作弁であり、いずれも前記の工作機械の制御装置と接続されている。工作機械の制御装置は、切替弁１０５および切替弁１１４を操作することにより、ポート４０が、低圧供給部１０６を介して油圧源１０１またはタンク１００に連通した状態と、高圧供給部１１５を介して油圧源１０１またはタンク１００に連通した状態と、油圧源１０１またはタンク１００に連通しない状態とに切り替える。そして、流体供給装置４１における低圧供給部１０５及び高圧供給部１１５の各切替弁１０５、１１２から供給される作動流体の圧力は、ポート４０、流路３８、３９内の作動流体を介して流体圧室３６に作用する。

さらに、回転割出テーブル装置１では、図２において詳細に示すように、保持部２３の内周面における摺動面３３に低摩擦係数部材６０が固着されている。なお、本発明でいう低摩擦係数部材とは、前述のように、その低摩擦係数部材が固着される摺動面や制動面を含む部分（本実施例では、制動部２３、クランプ部６４ａ）の素材よりも摩擦係数の低い部材のことである。すなわち、制動部材（制動スリーブ３１）としてのクランプスリーブ６４のクランプ部６４ａや円テーブル５と一体成形された保持部２３は、その素材として鋼や鋳鉄が用いられるのが一般的であるため、低摩擦係数部材としては、この鋼や鋳鉄よりも摩擦係数が低い素材で形成された部材が採用される。なお、この様な部材の一例としては、樹脂製のライナーベアリング材や砲金等が挙げられる。

また、図示の例では、低摩擦係数部材６０は、摺動面３３となる面の全体に固着されるのではなく、その一部にのみ固着されている。この低摩擦係数部材６０が固着される範囲は、具体的には、押圧力付与装置６６が作動流体の圧力により前記第１の押圧力をクランプスリーブ３１へ作用させた際に、薄肉部３５がその第１の押圧力に応じた撓み量で撓み、それによって制動面３２と摺動面３３とが当接する部分（図２の範囲Ａで示す部分）である。

次に、図１の回転割出テーブル装置１について、その作用を説明する。まず、回転割出テーブル装置１において、円テーブル５の回転駆動時には、ＤＤモータ９は、前記工作機械の制御装置による制御によって励磁され、それに伴う回転磁界の発生によって、モータロータ７を主軸４、円テーブル５とともに回転させる。このときの円テーブル５の回転角度（回転量）は、回転検出器２０によって検出される。

そして、回転体６５（円テーブル５）を予め設定された回転角度だけ回転させて角度位置を割り出した状態において円テーブル５上のワークを加工する場合には、回転割出テーブル装置１は、クランプ装置６２により回転体６５を割り出された角度位置において回転不能に保持する。具体的には、ＤＤモータ９の駆動によって回転体６５の角度位置を割り出した後、工作機械の制御装置は、図３の流体供給装置４１における圧力供給回路において、低圧供給部１０７の切替弁１０５をオールポートブロック位置（中央位置）とし、高圧供給部１１５の切替弁１１４をＰＡ、ＢＴ接続位置（作動位置）とする。それに伴い、作動流体は、高圧供給部１１５の逆止め弁１１１、圧力制御弁１１２、および圧力計１１３を介し、高圧の作動流体として切替弁１１４からポート４０側へ供給される。なお、パイロット操作逆止め弁１０６は、高圧供給部１１５から低圧供給部１０７への作動流体の逆流を阻止している。

その結果、圧力制御弁１１２で調整された高圧の作動流体による圧力が流体圧室３６に作用し、前記第２の押圧力がクランプスリーブ６４の薄肉部３５の内壁面へ作用する。それにより、図２の二点差線で示すように、薄肉部３５が拡径方向へ変形し（撓み）、クランプ面６３が摺動面３３に図示Ｂの範囲で当接して摺動面３３を押圧する。

なお、図示のＢの範囲は、軸線方向に関し、低摩擦係数部材６０が固着された部分よりも広い範囲である。従って、クランプ面６３と摺動面３３とは、低摩擦係数部材６０が固着された部分以外でも当接するため、このときにクランプ面６３と摺動面３３との間で生じる摩擦抵抗は、クランプスリーブ６４の素材と保持部２３の素材との摩擦係数に基づく値となる。したがって、クランプ面６３と摺動面３３との間の摩擦力は大きなものとなり、クランプスリーブ６４が回転体６５に与える回転抵抗が回転体６５の回転を許容しないのに十分なものとなるため、クランプ装置６２は回転割出テーブル装置１の回転体６５の角度位置を保持する装置として機能する。

また、図３の流体供給装置４１における圧力供給回路において、前記制御装置が切替弁１０５と切替弁１１４とをＰＢ、ＡＴ接続位置とすると、圧力供給回路がタンク１００と通じて、作動流体の圧力が流体圧室３６に作用しなくなり、流体圧室３６の内圧が低下する。薄肉部３５にも作動流体の圧力による押圧力が作用しなくなるので、クランプ面６３は摺動面３３から離間する。この結果、回転割出テーブル装置１のクランプ装置６２はアンクランプ状態となる。

一方、回転割出テーブル装置１において円テーブル５を回転させながらワークを仕上加工する場合には、工作機械の制御装置は、図３の流体供給装置４１における圧力供給回路において、低圧供給部１０７の切替弁１０５をＰＡ、ＢＴ接続位置（作動位置）とし、高圧供給部１１５の切替弁１１４をオールポートブロック位置（中央位置）とする。それに伴い、作動流体は、低圧供給部１０７の逆止め弁１０２、圧力制御弁１０３および圧力計１０４を介し、低圧の作動流体として切替弁１０５からポート４０側へ供給される。その結果、圧力制御弁１０３で調整された低圧の作動流体による圧力が流体圧室３６に作用し、前記第１の押圧力が制動部材としての制動スリーブ３１（クランプスリーブ６４）の薄肉部３５の内壁面へ作用する。

このとき、制動スリーブ３１の薄肉部３５は、図２の実線で示すように、前記第１の押圧力の作用を受け、前述の回転体６５の角度位置を保持する場合と同様に、拡径方向に変形し（撓み）、薄肉部３５の外周面である制動面３２（クランプ面６３）を摺動面３３に対し当接させる。

なお、このときの制動面３２と摺動面３３との当接範囲は、図２にＡ（＜Ｂ）で示す範囲であり、摺動面３３の低摩擦係数部材６０を固着した部分である。すなわち、流体供給装置４１の低圧供給部１０７で供給される低圧の作動流体によって制動スリーブ３１へ作用する第１の押圧力は、高圧供給部１１５から供給される高圧の作動流体による第２の押圧力を作用させた場合と比べ、薄肉部３５の撓み量が小さくなる。その結果、制動スリーブ３１に対し第１の押圧力を作用させた場合、制動面３２と摺動面３３との当接範囲は、第２の押圧力を作用させた場合、すなわち回転体６５の角度位置を保持する場合と比べ、軸線方向に関し小さい（狭い）範囲となる。そして、図示の例では、この当接範囲の摺動面３３側に、低摩擦係数部材６０が固着されている。

このように、円テーブル５を回転させながらワークを仕上加工する場合では、制動スリーブ３１に作用する押圧力は、低圧供給部１０７から供給される低圧の作動流体に応じた圧力となり、その圧力によって回転体６５に付与される前記回転抵抗が回転体６５の回転を許容する第１の押圧力となるので、制動スリーブ３１の制動面３２と保持部２３（摺動面３３）との当接範囲が小さくなる。したがって、制動面３２と保持部２３（摺動面３３）との間の摩擦力は、回転体６５の角度位置を保持する場合と比べて小さいものとなり、クランプ装置６２は回転割出テーブル装置１の回転体６５に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する回転抵抗装置６１の制動装置１０として機能し、回転割出テーブル装置１は半クランプ状態のまま回転する。

前記回転抵抗により、回転させながらワークを仕上加工するときの回転割出テーブル装置１へのワークを加工するカッタからの負荷変動を抑制するので、カッタからの負荷変動により生じる回転割出テーブル装置１の回転角度（回転量）の偏差をより小さくできる。それに伴い、回転角度（回転量）の偏差を補正しながら行われるＤＤモータ９の制御における脈動も抑制できるので、回転割出テーブル装置１の回転状態を一様に安定させることができる。また回転抵抗装置６１が回転割出テーブル装置１における回転体６５の剛性を分担するので、軸受３を大きくせずに回転体６５の剛性を向上することができる。これらの結果として、回転抵抗装置６１により、回転させながらワークを仕上加工するときのワークの仕上加工面における面粗度を良好な状態にできる。また、同径の軸受で従来よりもより大きいワークに対応することが可能になり、より小径の軸受を採用できるため高い加工精度を得ることができ、工作機械用の回転割出テーブル装置１の製造コストを抑えることができる。

しかも、低摩擦係数部材６０が摺動面３３に固着されており、制動面３２と摺動面３３とは、低摩擦係数部材６０を介した部分でのみ当接・押圧された状態となる。したがって、前記回転抵抗により制動力を作用させつつ回転体６５を回転させるとき、制動面３２と摺動面３３とが摺動して発生する摩擦による発熱や焼き付きおよび摩耗を抑制することができる。また、制動面３２と摺動面３３との間で生じる摩擦抵抗は、クランプスリーブ６４の素材と低摩擦係数部材６０の素材との摩擦係数に基づく値となり、制動面３２と摺動面３３との間の摩擦力はさらに小さいものとなるので、前記第１の押圧力となるような圧力制御弁１０３の調整がより容易になる。

次に、図４および図５に基づき、本発明による回転割出テーブル装置１の別の実施形態を説明する。図４は全体図であり、回転割出テーブル装置１のクランプ装置６２としてディスク式のクランプ装置を採用した構成例である。なお、クランプ装置６２以外の構成は、図１および図２の例とほぼ同様である。従って、図１および図２と共通する部分については、図面上で同じ符号を付し、その部分についての以下での説明は省略する。

図４において、クランプ装置６２は、円盤状の摺動ディスク４３、環状のピストン４４、円盤状のリターンディスク４５などにより構成されている。摺動ディスク４３は外周側の取付け部４６に対し取付けボルト３７によって取付けられている。取付け部４６は取付けボルト４７によって円テーブル５に取り付けられている。また、摺動ディスク４３の内周側の一方の面（円テーブル５側の面）は、クランプ面６３となる軸受押さえ１４の摺動ディスク４３側の面に対し非接触の状態で対向しており、さらに、摺動ディスク４３の内周側の他方の面（フレーム本体２側の面）は、もう一方のクランプ面６３となるリターンディスク４５の面に非接触の状態で対向している。

図４の例によると、取付け部４６が円テーブル５に取付けられており、モータロータ７は、取付けボルト５３によって取付け部４６に取付けられ、円テーブル５と一体となっている。なお、環状のリターンディスク４５は、軸受押さえ１４とともに取付けボルト１５によりベース部１１に取付けられている。

ピストン４４は、ベース部１１に形成されている環状の溝５４の内部で軸線方向に移動可能な状態として納められている。そして、溝５４とピストン４４の反摺動ディスク４３側の端面とで囲まれた空間が、ピストン４４を変位させるための作動流体が供給される流体圧室４９となる。また、この流体圧室４９には、ピストン４４の反摺動ディスク４３側の端面と対向する位置においてベース部１１に形成された流路３８が連通しており、さらに、この流路３８は、ケーシング体２８に形成された流路３９及びポート４０を介して流体供給装置４１に接続されている。

また、ピストン４４と一体のピストンロッド５０は、リターンディスク４５を間に置いて摺動ディスク４３の内周側の他方の面（フレーム本体２側の面）と対向している。摺動ディスク４３とリターンディスク４５は、弾性材料により構成されており、弾性材料として通常は、鋼や鋳鉄が用いられる。

さらに、ベース部１１には、ピストン４４の一部と対向するようにして、ストッパ５２が取付けボルト５１によって取り付けられている。このストッパ５２は、ピストン４４を抜け止めすると同時に、ピストンロッド５０の軸線方向の移動を案内する役目を果たしている。

そして、図４の回転割出テーブル装置１では、前記クランプ装置６２を回転体６５に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する回転抵抗装置６１の制動装置１０として兼用している。この例では、摺動ディスク４３が制動部材に相当する。またリターンディスク４５の摺動ディスク４３側の面と軸受押さえ１４の摺動ディスク４３側の面がクランプ面６３（制動面４８）となり、摺動ディスク４３の両面がそれぞれ摺動面５５となる。

さらに、回転割出テーブル装置１では、図５において詳細に示すように、前記２カ所の制動面４８に相当するクランプ面６３に低摩擦係数部材６０が固着されている。

また、図示の例では、低摩擦係数部材６０は、制動面４８となる面の全体に固着されるのではなく、その一部にのみ固着されている。この低摩擦係数部材６０が固着される範囲は、具体的には、押圧力付与装置６６が作動流体の圧力により前記第１の押圧力をピストン４４へ作用させたときに、リターンディスク４５と摺動ディスク４３とが前記第１の押圧力に応じた撓み量で撓み、それによって制動面４８と摺動面５５とが当接する部分（図５の範囲Ａで示す部分）である。

次に、図４の回転割出テーブル装置１について、その作用を説明する。まず、回転体６５（円テーブル５）の角度位置を割り出した状態で加工を行う場合には、ＤＤモータ９の駆動によって回転体６５の角度位置を割り出した後、押圧力付与装置６６における流体供給装置４１が、先の例と同様に工作機械の制御装置によって制御され、高圧の作動流体がポート４０に供給される。そして、その結果、高圧の作動流体による圧力が流体圧室４９に作用し、前記第２の押圧力がピストン４４およびピストンロッド５０へ作用する。

それに伴い、図５の二点差線で示すように、ピストン４４およびピストンロッド５０が前記第２の押圧力の作用を受けて摺動ディスク４３側へ変位し、ピストンロッド５０の先端がリターンディスク４５を押圧し、リターンディスク４５が撓んで変形して摺動ディスク４３に当接し、押圧する。そして、摺動ディスク４３はリターンディスク４５から押圧力を受けることによって撓んで変形し、軸受押さえ１４の制動面４８としてのクランプ面６３と当接する。このとき、摺動ディスク４３の摺動面５５とクランプ面６３とは図示Ｂの範囲で当接する。

なお、図示のＢの範囲は、半径方向に関し、低摩擦係数部材６０が固着された部分よりも広い範囲である。従って、クランプ面６３と摺動面４８とは、低摩擦係数部材６０が固着された部分以外でも当接するため、このときにクランプ面６３と摺動面４８との間で生じる摩擦抵抗は、リターンディスク４５および軸受押さえ１４の素材と摺動ディスク４３の素材との摩擦係数に基づく値となる。したがって、クランプ面６３と摺動面４８との間の摩擦力は大きなものとなり、クランプ装置６２が回転体６５に与える回転抵抗が回転体６５の回転を許容しないのに十分なものとなるため、クランプ装置６２は回転割出テーブル装置１の回転体６５の角度位置を保持する装置として機能する。

工作機械の制御装置によって、作動流体の圧力が流体圧室４９に作用しなくなると、流体圧室４９の内圧が低下し、ピストン４４およびピストンロッド５０に作動流体の圧力による押圧力が作用しなくなるので、ピストン４４およびピストンロッド５０はリターンディスク４５の弾性力により後退位置にまで戻される。これによって、クランプ面６３と摺動面５５とが離間するので、回転割出テーブル装置１のクランプ装置６２はアンクランプ状態となる。

一方、回転割出テーブル装置１において円テーブル５を回転させながらワークを仕上加工する場合に、制御装置によって押圧力付与装置６６における流体供給装置４１が、先の例と同様に工作機械の制御装置によって制御され、低圧の作動流体がポート４０に供給される。そして、その結果、高圧の作動流体による圧力がが流体圧室４９に作用し、前記第２の押圧力がピストン４４およびピストンロッド５０へ作用する。

それに伴い、図５の実線で示すように、ピストン４４およびピストンロッド５０が前記第１の押圧力の作用を受けて摺動ディスク４３側へ変位し、ピストンロッド５０の先端がリターンディスク４５を押圧し、リターンディスク４５が撓んで変形して摺動ディスク４３に当接し、押圧する。そして、摺動ディスク４３はリターンディスク４５から押圧力を受けることによって撓んで変形し、軸受押さえ１４の制動面４８としてのクランプ面６３と当接する。

なお、このときの制動面４８と摺動面５５との当接範囲は、図５にＡ（＜Ｂ）で示す範囲であり、制動面４８の低摩擦係数部材６０を固着した部分である。すなわち、流体供給装置４１の低圧供給部１０７で供給される低圧の作動流体によってリターンディスク４５および摺動ディスク４３へ作用する第１の押圧力は、高圧供給部１１５から供給される高圧の作動流体による第２の押圧力を作用させた場合と比べ、リターンディスク４５および摺動ディスク４３の撓み量が小さくなる。その結果、リターンディスク４５および摺動ディスク４３に対し第１の押圧力を作用させた場合、制動面４８と摺動面５５との当接範囲は、第２の押圧力を作用させた場合、すなわち回転体６５の角度位置を保持する場合と比べ、半径方向に関し小さい（狭い）範囲となる。そして、図示の例では、この当接範囲の制動面４８側に、低摩擦係数部材６０が固着されている。

このように、この場合では、圧力制御弁１０３は、低圧供給部１０７から供給される作動流体の圧力を、その圧力によって摺動ディスク４３に作用する押圧力が回転体６５に付与される前記回転抵抗が回転体６５の回転を許容する第１の押圧力となるように調整している。したがって、リターンディスク４５および軸受押さえ１４の制動面４８（クランプ面６３）と摺動ディスク４３（摺動面５５）との間の摩擦力は、回転体６５の角度位置を保持する場合と比べて小さいものとなり、クランプ装置６２は回転割出テーブル装置１の回転体６５に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する回転抵抗装置６１の制動装置１０として機能し、回転割出テーブル装置１は半クランプ状態のまま回転する。

さらに、低摩擦係数部材６０が制動面４８に固着されており、リターンディスク４５および軸受押さえ１４の制動面４８（クランプ面６３）と摺動ディスク４３（摺動面５５）とは、低摩擦係数部材６０を介した部分でのみ当接・押圧された状態となるので、制動面４８と摺動面５５とが摺動して発生する摩擦による発熱や焼き付きおよび摩耗を抑制することができる。また、この制動面４８（クランプ面６３）と摺動ディスク４３（摺動面５５）との間で生じる摩擦抵抗は、摺動ディスク４３の素材と低摩擦係数部材６０の素材との摩擦係数に基づく値となり、制動面４８と摺動面５５との間の摩擦力はさらに小さいものとなるので、前記第１の押圧力となるような圧力制御弁１０３の調整がより容易になる。

なお、本発明においては、ＤＤモータ９を駆動装置６とする回転割出テーブル装置１について主に記述したが、必ずしもＤＤモータ９によるものに限定する必要は無く、駆動装置６はギアによる減速装置とモータとを含むものであってもよい。また、回転割出テーブル装置以外の割出装置であってもよいし、割出装置以外の工作機械の主軸駆動装置であってもよい。具体的には、工作機械のユニバーサルヘッドの割出装置や複合加工工作機械のワーク主軸装置であってもよい。

また、本発明においては、回転抵抗装置の制動装置とクランプ装置とを兼用したが、制動装置をクランプ装置と兼用せずに別途併設してもよいし、クランプ装置を設けずに制動装置を単独で設けてもよい。また、本発明においては、低摩擦係数部材を制動面と摺動面とが当接する部分にのみ固着したものについて主に記述したが、低摩擦係数部材を制動面と摺動面とが当接する部分よりも広い範囲に固着したものでもよいし、低摩擦係数部材を制動面と摺動面とが当接する部分よりも狭い範囲に固着したものでもよい。

本発明に係る工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置は、工作機械の装備装置として、あるいは各種の工作機械の後付け用として、工作機械に組付けられる。

工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置の第１の実施例を示す側面図である。 工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置の第１の実施例の拡大説明図である。 工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置の第１の実施例の拡大説明図である。 工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置の第２の実施例を示す側面図である。 工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置の第２の実施例の拡大説明図である。

符号の説明

１ 回転割出テーブル装置
２ フレーム本体
３ 軸受
４ 主軸
５ 円テーブル
６ 駆動装置
７ モータロータ
８ モータステータ
９ ＤＤモータ
１０ 制動装置
１１ ベース部
１２ 取付けボルト
１３ 中心孔
１４ 軸受押さえ
１５ 取付けボルト
１６ 突出部
１６ａ 穴
１７ 取付けボルト
１８ カバー部材
１９ オイルシール
２０ 回転検出器
２１ 被検出リング
２２ 検出センサ
２３ 保持部
２４ 取付けボルト
２５ ステータスリーブ
２６ 取付けボルト
２７ 取付けボルト
２８ ケーシング体
２９ ベース部材
３０ 溝
３１ 制動スリーブ
３１ａ 制動部
３１ｂ フランジ部
３２ 制動面
３３ 摺動面
３４ シール
３５ 薄肉部
３６ 流体圧室
３７ 取付けボルト
３８ 流路
３９ 流路
４０ ポート
４１ 流体供給装置
４３ 摺動ディスク
４４ ピストン
４５ リターンディスク
４６ 取付け部
４７ 取付けボルト
４８ 制動面
４９ 流体圧室
５０ ピストンロッド
５１ 取付けボルト
５２ ストッパ
５３ 取付けボルト
５４ 溝
５５ 摺動面
６０ 低摩擦係数部材
６１ 回転抵抗装置
６２ クランプ装置
６３ クランプ面
６４ クランプスリーブ
６４ａ クランプ部
６４ｂ フランジ部
６５ 回転体
６６ 押圧力付与装置
１００ タンク
１０１ 空気圧／油圧エネルギー源
１０２ 逆止め弁
１０３ 圧力制御弁
１０４ 圧力計
１０５ 切替弁
１０６ パイロット操作逆止め弁
１０７ 低圧供給部
１０８ 絞り弁
１１１ 逆止め弁
１１２ 圧力制御弁
１１３ 圧力計
１１４ 切替弁
１１５ 高圧供給部

Claims (6)

1. フレーム本体に対し回転可能に支持された主軸および前記主軸の端部に固定された回転駆動対象部材を含む回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動装置とからなる工作機械における主軸駆動装置において、
   前記フレーム本体または前記回転体に設けられて弾性変形可能な制動部を含む制動部材と作動流体によって前記制動部材へ押圧力を付与する押圧力付与装置と前記フレーム本体側に設けられた制動面とを含む制動装置であって前記制動部が前記押圧力を受けて撓むことにより前記制動面と前記制動面に対向する前記回転体側の摺動面とが互いに押圧された状態となって前記回転体に対しその回転を許容する回転抵抗を付与する制動装置を備え、
   前記制動面または前記摺動面の少なくともいずれか一方に低摩擦係数部材を固着する
   ことを特徴とする工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置。
2. 前記主軸駆動装置は、加工対象のワークが搭載される前記回転駆動対象部材としての円テーブルを含む回転割出テーブル装置であって前記主軸及び前記円テーブルを含む前記回転体を回転駆動して前記円テーブルを設定された回転角度に割り出す工作機械用の回転割出テーブル装置であり、
   前記回転割出テーブル装置は、前記回転体の前記設定された回転角度を保持するクランプ装置を備え、
   前記クランプ装置が前記制動装置として兼用され、
   前記押圧力付与装置は、前記回転抵抗が前記回転体の回転を許容する第１の押圧力と前記回転抵抗が前記回転体の回転を許容せずに前記設定された回転角度を保持する第２の押圧力とを選択的に前記制動部材に付与する
   ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置。
3. 前記低摩擦係数部材は、前記制動面または前記摺動面の少なくともいずれか一方において前記回転抵抗が前記回転体の回転を許容する押圧力により前記制動面と前記摺動面とが当接する部分にのみ固着した
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置。
4. 前記低摩擦係数部材は、樹脂製のライナーベアリング材である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置。
5. 前記制動装置は、前記フレーム本体と前記回転体との間に介装されて前記フレーム本体に対し相対回転不能に設けられた前記制動部材としての環状の制動スリーブを含み、
   前記制動スリーブは、前記作動流体が供給される流体圧室を形成するための環状の溝と前記溝に対応する部分に形成されて前記摺動面に対向する弾性変形可能な制動部としての薄肉部とを有し、
   前記押圧力付与装置が前記流体圧室内へ前記作動流体を供給することにより、前記作動流体の圧力によって前記薄肉部が前記摺動面側へ半径方向に弾性変形して前記薄肉部の前記摺動面に対向する面が前記制動面として前記摺動面を押圧する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置。
6. 前記制動装置は、前記回転体周りで前記フレーム本体に形成された流体圧室と、前記回転体に対し相対回転不能に設けられた前記制動部材としての弾性変形可能な摺動ディスクと、前記流体圧室と前記摺動ディスクとの間で前記回転体の軸線方向へ移動可能に設けられたピストンと、前記摺動ディスクに対向して前記ピストンの反対側の前記フレーム本体側に形成された制動面とを含み、
   前記押圧力付与装置が前記流体圧室内へ前記作動流体を供給することにより、前記作動流体の圧力によって前記ピストンが前記軸線方向へ移動して前記摺動ディスクの前記ピストン側の摺動面を押圧し、
   前記摺動ディスクは、前記ピストンの押圧により弾性変形して前記摺動ディスクにおける前記制動面側の摺動面を前記制動面に押圧する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の工作機械における主軸駆動装置の回転抵抗装置。

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