JP5622614B2

JP5622614B2 - 回転軸装置

Info

Publication number: JP5622614B2
Application number: JP2011040548A
Authority: JP
Inventors: 孝志則久; 卓也小川
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012176455A

Description

本発明は、回転軸が回転する際のバランス修正を可能とした回転軸装置に関する。

例えば工作機械では、回転軸としての主軸に工具またはワークの一方を取り付け、工具またはワークの他方と相対移動させながら接触させて加工を行う。近年の加工の高速化・高能率化の要求に伴い、主軸の回転速度は高速化しつつあるが、反面主軸のアンバランスによって回転時に発生する振動が大きくなり、これが加工精度の悪化、軸受の損傷などに繋がるとして問題視されるようになってきている。
このような事情の下、主軸のアンバランスを除去するため、例えば特許文献１には、主軸の前端面にねじ穴を形成し、このねじ穴に、長さによって必要重量が設定される質量部とねじ穴に螺合されるねじ部とからなる錘を螺合させてバランス調整を行う構造が開示されている。

特開平８−１７４３７０号公報

しかし、特許文献１の発明においては、質量部の長さによって重量が決定されるため、質量部の長さが異なる複数の錘を複数用意する必要がある上、必要重量が異なる場合はねじ穴から錘を抜き取って別の錘を螺合させなければならず、バランス調整に時間と手間がかかるものとなっていた。

そこで、本発明は、このような錘を用いるものであっても、バランス調整が短時間で簡単に行え、バランス調整に係る作業性に優れる回転軸装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回転駆動する回転軸を軸支する回転軸装置であって、
前記回転軸に、少なくとも一方の端面から前記回転軸の軸線と平行に延び、開口側の内周に雌ネジ部を有する穴を、前記軸線と同心円上で周方向に等間隔をおいて複数箇所設けると共に、前記穴に、前記雌ネジ部に螺合可能な雄ネジ部を端部に形成した棒状の錘部材をそれぞれ差し込んで、前記雌ネジ部に対する前記雄ネジ部のねじ込み深さを前記錘部材ごとに設定することで、前記錘部材を軸方向に移動させて前記回転軸のバランスを調整可能とすると共に、前記錘部材を差し込んだ前記雌ネジ部にネジ部材をさらに螺合させ、前記ネジ部材を前記錘部材の端面に当接させて前記錘部材を固定したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の構成において、前記穴の終端を、前記回転軸の軸方向に所定間隔をおいて配置されて前記回転軸を軸支する複数の軸受の間に位置させたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成において、前記ネジ部材の長さを、前記錘部材のねじ込み深さに合わせて変更したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの構成において、前記雌ネジ部を、前記錘部材の雄ネジ部が螺合する奥側部分と、前記ネジ部材が螺合する開口側部分とに分割して、前記奥側部分と開口側部分とでネジのリードを異ならせたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、前記雌ネジ部を、前記錘部材の雄ネジ部が螺合する奥側部分と、前記ネジ部材が螺合する開口側部分とに分割して、前記開口側部分を前記奥側部分に対する偏心位置に形成したことを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、任意の錘部材を前後へネジ送り操作するだけでバランス調整が可能となる。よって、バランス調整が短時間で簡単に行え、バランス調整に係る作業性に優れる。また、回転軸の端面からの作業で済むので、回転軸のアンバランスを片側の端面からしか修正できない構造において有効となる。
さらに、ネジ部材の採用により、設定したねじ込み深さから錘部材が偶発的に移動するおそれがなくなり、バランス調整に係る信頼性が高まる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、軸受間のアンバランスを効率的に修正可能となり、高速回転時のアンバランス振動及び回転振れを効率よく低減可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、ネジ部材の長さ変更により、回転軸の端面側でのバランスを変化させることなく奥側でのバランス調整が可能となる。
請求項４及び５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、錘部材をネジ部材で固定する際にねじ込まれたネジ部材が錘部材に当接しても錘部材が連れ回りするおそれがなくなる。

主軸装置の説明図で、（Ａ）が上半分の縦断面、（Ｂ）が主軸の後端面をそれぞれ示す。（Ａ）が錘部材の説明図、（Ｂ）がネジ部材の説明図である。（Ａ）（Ｂ）は錘部材の差し込み状態を示す説明図である。（Ａ）（Ｂ）はネジのリードを変えた変更例を示す説明図である。雌ネジ部の開口側部分を偏心させた変更例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に回転軸装置の一例を示す。これは、マシニングセンタなどのように工具を回転させて加工を行う工作機械の主軸装置であって、（Ａ）が上半分の縦断面、（Ｂ）が主軸の後端面をそれぞれ示す。この主軸装置１において、円筒状のハウジング２内には、主軸３が複数の軸受４，４・・を介して回転可能に支持されている。この主軸装置１はいわゆるビルトインモータ構造となっており、主軸３の外周にはモータ５を構成するロータ６が、ロータ６の外側でハウジング２の内周にはステータ７がそれぞれ組み付けられて、主軸３はモータ５の出力軸として回転駆動する構成となっている。

また、主軸３の前端（図１（Ａ）の左側を前方とする。）には、工具ホルダ８が取り付け可能となっている。この工具ホルダ８は、主軸３の軸心で進退動可能なドローバ９が皿ばね１０，１０・・によって後方へ引き込まれることで、ドローバ９の前端に設けられた図示しない保持機構を介して保持される。

一方、主軸３には、後端面から前方へ向けて形成され、終端が軸受４，４間でロータ６の内側まで達する穴１１が、主軸３の軸心と同心円上で周方向に等間隔をおいて６箇所設けられている。各穴１１の入口側の内周には雌ネジ部１２が形成されている。
各穴１１には、図２に示すような錘部材１３とネジ部材１６とがそれぞれ差し込み可能となっている。まず錘部材１３は、後端外周に雄ネジ部１４を有する軸体で、後端面には六角穴１５が形成されている。この雄ネジ部１４は、穴１１の雌ネジ部１２の軸方向長さの半分よりもやや短い寸法で形成されている。

次に、ネジ部材１６は、軸方向全長に亘って雄ネジ部１７が形成される軸体で、後端面には六角穴１８が形成されている。このネジ部材１６も、穴１１の雌ネジ部１２の軸方向長さの半分よりもやや短い寸法で形成されている。
よって、錘部材１３は、雄ネジ部１４のない前端から穴１１に差し込んで雄ネジ部１４を雌ネジ部１２に螺合させ、六角穴１５を利用して六角棒レンチ等でねじ込み操作することで、穴１１内で軸方向へ移動させることができる。こうして錘部材１３を穴１１内にねじ込んだ状態で、今度は雌ネジ部１２にネジ部材１６を螺合させ、六角穴１８を利用して六角棒レンチ等でねじ込み操作すれば、図３（Ａ）に示すようにネジ部材１６が錘部材１３に当接して錘部材１３を固定することができる。

以上の如く構成された主軸装置１においては、全ての穴１１に錘部材１３及びネジ部材１６を収容した状態で使用する。そして、後側の軸受４，４間にアンバランスがある場合、適当な位相の穴１１において、まずネジ部材１６を外し、露出した錘部材１３をアンバランス量に応じて回転操作して軸方向に前後移動させる。この前後移動によって生じる空間に相当する重量を修正すべきアンバランス量と一致させることができる。修正後再びネジ部材１６をねじ込んで錘部材１３を固定すればバランス調整は終了する。
このとき、図３（Ｂ）に示すように、ネジ部材１６は、錘部材１３の前後移動によって変更した穴１１の入口側の深さに合わせたものを用いることで、主軸１の後端でのアンバランス量は変化しないようにしてもよい。逆にネジ部材１６の長さを変更することで、主軸１の後端でのバランス修正を図ることも可能である。

このように、上記形態の主軸装置１によれば、主軸３に、後端面から主軸３の軸線と平行に延び、開口側の内周に雌ネジ部１２を有する穴１１を、軸線と同心円上で周方向に等間隔をおいて複数箇所設けると共に、穴１１に、雌ネジ部１２に螺合可能で雌ネジ部１２よりも軸方向長さが短い雄ネジ部１４を端部に形成した棒状の錘部材１３をそれぞれ差し込んで、雌ネジ部１２に対する雄ネジ部１４のねじ込み深さを錘部材１３ごとに設定することで、錘部材１３を軸方向に移動させて主軸３のバランスを調整可能としたことで、任意の錘部材１３を前後へネジ送り操作するだけでバランス調整が可能となる。よって、バランス調整が短時間で簡単に行え、バランス調整に係る作業性に優れる。また、主軸１の端面からの作業で済むので、主軸１のアンバランスを片側の端面からしか修正できない構造において有効となる。

特にここでは、穴１１の終端を、主軸３を軸支する複数の軸受４，４の間に位置させているので、軸受４，４間のアンバランスを効率的に修正可能となり、高速回転時のアンバランス振動及び回転振れを効率よく低減可能となる。
また、雌ネジ部１２にネジ部材１６をさらに螺合させ、ネジ部材１６を錘部材１３に当接させて錘部材１３を固定しているので、設定したねじ込み深さから錘部材１３が偶発的に移動するおそれがなくなり、バランス調整に係る信頼性が高まる。

なお、上記形態では、錘部材とネジ部材とが同じ雌ネジ部に螺合される構造となっているが、ネジ部材をねじ込み操作すると、錘部材に当接した際に錘部材を回転（連れ回り）させてしまい、調整したバランスが崩れるおそれがある。
この解決策として、図４（Ａ）に示す構造が考えられる。これは、主軸３の後端面に、穴１１よりも大径の有底孔１９を形成して有底孔１９の底部から穴１１を形成すると共に、穴１１と同軸且つ同径で、雌ネジ部１２よりリードが大きい雌ネジ部２１を形成した別体のリング状部材２０を組み付けて、雌ネジ部２１に、同じリードの雄ネジ部１７ａを有するネジ部材１６ａを螺合させてなる。つまり、雌ネジ部を、奥側部分の雌ネジ部１２と、開口側部分の雌ネジ部２１とに分割して、奥側部分と開口側部分とでネジのリードを異ならせたものである。

このように、雌ネジ部１２，２１とに分割して互いのネジのリードを異ならせたことで、錘部材１３をネジ部材１６ａで固定する際にねじ込まれたネジ部材１６ａが錘部材１３に当接しても錘部材１３が連れ回りするおそれがなくなる。なお、この場合も図４（Ｂ）に示すように錘部材１３のねじ込み位置に合わせてネジ部材１６ａの長さを変更してもよいし、リードの大小関係は逆にしてもよい。
また、他の解決策として、図５に示すように、リング状部材２０に設ける雌ネジ部２１を穴１１から所定距離Ｓだけ偏心した位置に設けることも考えられる。この場合も錘部材１３の連れ回りを防止することができる。なお、錘部材１３とネジ部材１６とのネジのリードは同じでもよいし異なっていてもよい。
さらに、図４，５に示すようにネジ部材１６ａを螺合させる雌ネジ部２１を有するリング状部材２０を備えた構成にあっては、六角穴１５への工具の挿入を容易とするために、錘部材１３の雄ネジ部１４を主軸３の雌ネジ部１２より長くして有底孔１９内に突出するようにしてもよい。

その他、穴の位置や数は上記形態に限らず、適宜増減してもよく、これに合わせて錘部材及びネジ部材の数も増減すればよい。また、穴の終端も可能であればさらに伸ばしたりしてもよい。さらにはネジ部材を省略して錘部材のみでバランス調整を図ることも可能である。
また、上記形態では主軸の後端面からのみ穴を形成して錘部材の差し込みを可能としているが、前端面にも穴を形成して錘部材を差し込み可能としてもよい。この場合、穴は前後で同じ位相にして一つの貫通穴とすることもできる。

１・・主軸装置、２・・ハウジング、３・・主軸、４・・軸受、５・・モータ、６・・ロータ、７・・ステータ、９・・ドローバ、１１・・穴、１２，２１・・雌ネジ部、１３・・錘部材、１４・・雄ネジ部、１６，１６ａ・・ネジ部材、１７，１７ａ・・雄ネジ部、１９・・有底孔、２０・・リング状部材。

Claims

回転駆動する回転軸を軸支する回転軸装置であって、
前記回転軸に、少なくとも一方の端面から前記回転軸の軸線と平行に延び、開口側の内周に雌ネジ部を有する穴を、前記軸線と同心円上で周方向に等間隔をおいて複数箇所設けると共に、前記穴に、前記雌ネジ部に螺合可能な雄ネジ部を端部に形成した棒状の錘部材をそれぞれ差し込んで、前記雌ネジ部に対する前記雄ネジ部のねじ込み深さを前記錘部材ごとに設定することで、前記錘部材を軸方向に移動させて前記回転軸のバランスを調整可能とすると共に、前記錘部材を差し込んだ前記雌ネジ部にネジ部材をさらに螺合させ、前記ネジ部材を前記錘部材の端面に当接させて前記錘部材を固定したことを特徴とする回転軸装置。
前記穴の終端を、前記回転軸の軸方向に所定間隔をおいて配置されて前記回転軸を軸支する複数の軸受の間に位置させたことを特徴とする請求項１に記載の回転軸装置。
前記ネジ部材の長さを、前記錘部材のねじ込み深さに合わせて変更したことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸装置。
前記雌ネジ部を、前記錘部材の雄ネジ部が螺合する奥側部分と、前記ネジ部材が螺合する開口側部分とに分割して、前記奥側部分と開口側部分とでネジのリードを異ならせたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転軸装置。
前記雌ネジ部を、前記錘部材の雄ネジ部が螺合する奥側部分と、前記ネジ部材が螺合する開口側部分とに分割して、前記開口側部分を前記奥側部分に対する偏心位置に形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転軸装置。