JP2004084947A

JP2004084947A - Disc spring device

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Publication number: JP2004084947A
Application number: JP2003190391A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Saito; 齊藤　利幸; Koji Nishi; 西　幸二; Hajime Fukami; 深見　肇; Tetsuro Furuhata; 古畑　鉄朗; Toshiji Takashima; 高島　利治
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: JP4177187B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent operational failure and damage of spring elements by an increase in frictional resistance between the spring elements of a disc spring and a guide rod. <P>SOLUTION: This disc spring device is composed of the disc spring composed of a plurality of spring elements and the guide rod for guiding-supporting the disc spring by penetrating through a central hole bored in the respective spring elements. Coating of a solid lubricant coating film is applied to the guide rod or a surface of the guide rod and the respective spring elements. The disc spring device is formed by applying coating of a tetrafluoroethylene polymer (PTFE) coating film or a filler-containing PTFE coating film to the guide rod, and is particularly suitably used for an apparatus arranged on a table of a machine tool and a clamping-unclamping mechanism 30 for attaching-detaching a tool T to a main spindle 10 of the machine tool into which a water soluble coolant infiltrates. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のばね素子よりなる皿ばねと、各ばね素子に穿設された中心穴を貫通して前記皿ばねを案内支持するガイドロッドよりなる皿ばね装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタのような工作機械には、例えば図１に示すように、工具Ｔを固定した工具ホルダ３５を着脱可能に主軸１０の先端に装着するクランプ・アンクランプ機構３０が装備されている。クランプ・アンクランプ機構３０においてクランプ力を発生させるために、多数のばね素子２５ａを重ねてなる皿ばね２５と、この各ばね素子２５ａに穿設された中心案を貫通して皿ばね２５を案内支持するプッシュロッド（ガイドロッド）２０よりなる皿ばね装置を使用したものがある。クランプ・アンクランプ機構３０の摺動部材３１に延長部２１を介して連結されたプッシュロッド２０は、主軸１０に係止された第１ばね受け２６とプッシュロッド２０の後端部にねじ込み固定された第２ばね受け２７の間に介装した皿ばね２５により後向きに付勢され、この付勢力が延長部２１を介して摺動部材３１を後退させることにより、プッシュロッド２０から摺動部材３１に伝達されて工具ホルダ３５は主軸１０の先端に装着される。またプッシュロッド２０の後端を皿ばね２５の付勢力に抗してプッシャ（図示省略）により押すことにより、プッシュロッド２０と摺動部材３１が前進して工具ホルダ３５は主軸１０の先端から離脱される。
【０００３】
このような皿ばね２５は多数のばね素子２５ａを重ねたものであり、横方向剛性（皿ばね２５全体としての曲げ剛性）がないので、各ばね素子２５ａに穿設された中心穴にプッシュロッド２０を貫通して皿ばね２５を案内支持するようにしている。クランプ・アンクランプ機構３０のプッシュロッド２０のストロークはかなり大きい（例えば１５ｍｍ）ので、ばね素子２５ａ（特に第１ばね受け２６付近のもの）とプッシュロッド２０との間の摺動量もかなり大きくなる。また皿ばね２５は横剛性がないため、特に圧縮された状態では横方向にバックリングしようとしてプッシュロッド２０の表面に接触して強く押すので、作動回数に応じて皿ばね２５の内縁とプッシュロッド２０の表面に摩耗を生じて引っ掛かりによる作動不良を生じ、あるいはばね素子２５ａが破損して作動不能となることがある。
【０００４】
これを防止するために、従来はプッシュロッド２０および皿ばね２５の表面にグリスを塗布し、或いは皿ばね２５のばね素子２５ａ表面に潤滑性のよい二硫化モリブデン系樹脂皮膜のコーティングを行い、プッシュロッド２０と皿ばね２５の間の摺動部の摩擦抵抗を減少させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
クランプ・アンクランプ機構３０のプッシュロッド２０のストロークはかなり大きいので、ばね素子２５ａとプッシュロッド２０との間の摺動量もかなり大きくなる。そして、プッシュロッド２０は皿ばね２５との相対移動につれて広い面積範囲で順次接触するが、皿ばね２５は同一箇所の狭い面積範囲でプッシュロッド２０に接触するので、皿ばね２５のばね素子２５ａ表面に二硫化モリブデン系樹脂皮膜をコーティングしても短期間で剥離する不具合があった。
【０００６】
また、工作機械の主軸１０には、プッシュロッド２０に設けた中心孔２３を通して工具Ｔによる加工部に水溶性のクーラントを供給するスルークーラントタイプのものがあるが、この水溶性クーラントが各部の隙間を通して皿ばね２５の収納空間内に浸入することは避けがたく、このような水性の液体の存在下ではグリスの塗布による潤滑効果が失われ錆なども生じるので、プッシュロッド２０と皿ばね２５の間の摺動部の摩擦抵抗が増大して作動不良を生じ、或いは工具ホルダ３５のクランプ・アンクランプ回数が規定寿命に達する前にばね素子２５ａが破損して作動不能となるおそれがある。このような皿ばね２５の収納部内への水溶性クーラントの浸入による問題は、スルークーラントタイプのものに限らず、外部に設けたノズルにより加工部に直接水溶性のクーラントを供給するものでも、クーラントが主軸の先端側から主軸内に浸入することを完全に防ぐことはできないので、避けることはできない。
【０００７】
工作機械の主軸に限らず、工作機械のテーブルに設けられて工作物を着脱するクランプ・アンクランプ機構や工作物の割出装置などの機器に使用する皿ばね装置でも、皿ばねのばね素子とガイドロッドとの接触、或いは加工部に供給された水溶性クーラントが浸入することを避けることはできないので、同様な問題を生じる。さらに工作機械に限らず、皿ばね装置を用いたダンパや安全弁などでも、皿ばねのばね素子とガイドロッドとが接触することにより、或いは屋外などの水性の液体が浸入する雰囲気で使用されることにより同様な問題が生じる。本発明はこのような各問題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の作用効果】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、複数のばね素子よりなる皿ばねと、前記各ばね素子に穿設された中心穴を貫通して前記皿ばねを案内支持するガイドロッドよりなる皿ばね装置において、前記ガイドロッドの表面、または前記ガイドロッドおよび前記各ばね素子の表面に固体潤滑剤皮膜のコーティングを施したことである。
本発明によれば、皿ばねが伸縮したときに、ばね素子と広い面積範囲で接触するガイドロッドに固体潤滑剤皮膜をコーティングしたので、固体潤滑剤の使用範囲が分散されて剥離し難くなり、皿ばねが破損するまでの伸縮回数が極めて増大し皿ばね装置の寿命が長くなる。さらに、皿ばねが伸縮するときの摺動抵抗がグリスを使用しなくても低下し、ガイドロッドが防錆されて皿ばね装置の作動が円滑になる。また、ガイドロッドに加えて各ばね素子も固体潤滑剤皮膜をコーティングすると摺動抵抗が一層軽減される。
【０００９】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記固体潤滑剤皮膜が、フッ素系固体潤滑剤皮膜、二硫化モリブデン皮膜、六方晶窒化硼素皮膜、および炭素系コーティング剤皮膜のいずれかの皮膜であることである。
本発明によれば、比較的に安価なフッ素系固体潤滑剤、二硫化モリブデン、六方晶窒化硼素、および炭素系コーティング剤のいずれかの皮膜により皿ばね装置のガイドロッドの表面を安定してコーティングすることができる。
【００１０】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記固体潤滑剤皮膜が、四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、または充填剤入りＰＴＦＥの皮膜であることである。
本発明によれば、四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、または充填剤入りＰＴＦＥの皮膜を皿ばね装置のガイドロッドの表面にコーティングするので、請求項１に係る発明の効果に加え、水性の雰囲気下で使用される場合においても、低い摩擦係数を示し、且つ剥離し難い効果を奏する。
【００１１】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、複数のばね素子よりなる皿ばねと、前記各ばね素子に穿設された中心穴を貫通して前記皿ばねを案内支持するガイドロッドよりなり、水性の液体が浸入する又は浸入する可能性のある雰囲気で使用する皿ばね装置において、前記各ばね素子とガイドロッドの少なくとも何れか一方の表面に水性の雰囲気下で低い摩擦係数を与えるコーティングを施したことである。
本発明によれば、各ばね素子とガイドロッドの少なくとも何れか一方の表面に水性の雰囲気下で低い摩擦係数を与えるコーティングを施したので、水性の液体が皿ばね装置の収納部内に浸入してもガイドロッドと皿ばねの間の摺動部の摩擦抵抗が増大することはない。従って皿ばね装置に作動不良を生じたり、ばね素子が破損して作動不能となったりするおそれはない。また、クランプ時とアンクランプ時のヒステリシスも少ない。
【００１２】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、前記コーティングを非晶質硬質炭素皮膜よりなるコーティングとしたことである。
このように、各ばね素子とガイドロッドの少なくとも何れか一方の表面に非晶質硬質炭素皮膜よりなるコーティングを施したので、水溶性のクーラントなどの水性の液体が皿ばね装置の収納部内に浸入してもガイドロッドと皿ばねの間の摺動部の摩擦抵抗が増大することはなく、かえって減少する。従って皿ばね装置の作動不良も減少し、ばね素子が破損して作動不能となったりするおそれは一層少なくなる。
【００１３】
請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、前記非晶質硬質炭素皮膜をＤＬＣ皮膜、又は珪素を添加したＤＬＣ皮膜としたことである。
このように、各ばね素子とガイドロッドの少なくとも何れか一方の表面にＤＬＣ皮膜、又は珪素を添加したＤＬＣ皮膜によるコーティングを施したので、請求項５に記載の発明の効果に加え、比較的容易に安定した皮膜を形成することができる。
【００１４】
請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、前記コーティングを珪素系セラミックス皮膜又はアルミナ系セラミックス皮膜によるコーティングとしたことである。
このように、各ばね素子とガイドロッドの少なくとも何れか一方の表面に珪素系セラミックス皮膜又はアルミナ系セラミックス皮膜によるコーティングを施したので、請求項４に記載の発明の効果に加え、比較的容易に成膜することができる。
【００１５】
請求項８に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至７のいずれかに記載のばね装置の前記ガイドロッドを、工作機械の主軸に工具を着脱するクランプ・アンクランプ機構のプッシュロッドとし、該プッシュロッドが前記皿ばねの撥力により後方に付勢されると前記クランプ・アンクランプ機構が工具をクランプし、前記皿ばねの撥力に抗して前進されると工具をアンクランプするようにしたことである。
本発明によれば、請求項１乃至７のいずれかに記載の皿ばね装置により、工作機械の主軸に工具Ｔを着脱するクランプ・アンクランプ機構を作動させるようにしたので、皿ばねのばね素子が破損するまでの工具交換耐久数を極めて増大することができる。また、たとえ加工部に供給される水溶性のクーラントが皿ばね装置の収納部内に浸入してもガイドロッドと皿ばねの間の摺動部の摩擦抵抗が増大することはない。従って皿ばね装置に作動不良を生じたり、工具ホルダのクランプ・アンクランプ回数が規定寿命に達する前にばね素子が破損して、工具ホルダのクランプ・アンクランプが作動不能となったりするおそれはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態に係る皿ばね装置を図面に基づいて説明をする。図１に示すマシニングセンタなどの工作機械の主軸１０の先端に工具ホルダ３５を着脱可能に装着するクランプ・アンクランプ機構３０には、本発明の実施形態に係る皿ばね装置が使用されているが、クランプ・アンクランプ機構３０の機械的構造それ自体は先に説明した従来技術のものと同一であるので、先に説明を省略した部分について主として説明する。
【００１７】
主軸１０は軸受を介して工作機械の主軸ヘッド（図示省略）により軸支されるもので、後端から前端に向かって内孔１５と、それより多少小径の嵌合孔１６と、それより多少大径のガイド孔１７と、前側が開いたテーパ孔１８が、同軸的に形成されている。クランプ・アンクランプ機構３０の摺動部材３１は嵌合孔１６の前部に軸線方向摺動自在に案内支持されて、その前部には環状溝部３１ａが形成されている。この環状溝部３１ａには、円周方向に複数個に分割された引掛け部材３２の後爪部３２ａが係合され、図示の位置から摺動部材３１と共に前進すれば、引掛け部材３２は前部外側の突起部３２ｃがガイド孔１７の前部の大径孔部１７ａ内に入って、後爪部３２ａ付近を中心として前側の前爪部３２ｂが拡開可能となる。
【００１８】
プッシュロッド（ガイドロッド）２０の先端部２０ａが同軸的にねじ込まれて固定された延長部２１は、嵌合孔１６に軸線方向摺動自在に案内支持されて、その先端部２１ａは摺動部材３１の後部に同軸的にねじ込まれて固定されている。プッシュロッド２０の外径を挿通可能な中心穴を有する第１ばね受け２６は、内孔１５と嵌合孔１６の間の段部に係止されている。プッシュロッド２０、延長部２１および摺動部材３１には、その全部を貫通する中心孔２３が形成されている。
【００１９】
平ワッシャを浅い皿状に成形した多数のばね素子２５ａを１枚ずつ逆向きにして同軸的に重ね合わせた２組の皿ばね２５は、各ばね素子２５ａの中心穴がプッシュロッド２０の外周面により案内支持されるようにして内孔１５の内部に挿入され、２組の皿ばね２５の間には中間リング２９が介装されている。プッシュロッド２０の後部にねじ込まれた第２ばね受け２７は、第１ばね受け２６との間に２組の皿ばね２５および中間リング２９を挟んで、ロックナット２８により位置決め固定されている。
【００２０】
テーパ孔１８と嵌合されるテーパ面を有する工具ホルダ３５から後方に同軸的に突出するプルスタッド３６の後端には、半径方向に突出する環状突起３６ａが形成されている。この工具ホルダ３５に同軸的に形成された取付孔３８には工具Ｔのシャンク部が嵌合固定され、プルスタッド３６を含む工具ホルダ３５の後部に同軸的に形成された連通孔３７と工具Ｔに形成された中心孔Ｔａは互いに連通されている。
【００２１】
プッシュロッド２０の後端部を皿ばね２５の付勢力に抗してプッシャ（図示省略）により押してプッシュロッド２０を介してクランプ・アンクランプ機構３０の摺動部材３１を前向きに移動させれば、前述のように引掛け部材３２の前爪部３２ｂは拡開される。この状態で工具Ｔは工具ホルダ３５とともに主軸１０の前部に対し交換可能である。工具ホルダ３５をテーパ孔１８内に挿入した状態でプッシャを後退させれば、皿ばね２５の付勢力により摺動部材３１は後退され、これと共に後退する引掛け部材３２は、前端の突起部３２ｃがガイド孔１７内に入って閉じるので、前爪部３２ｂがプルスタッド３６の環状突起３６ａに係合して工具ホルダ３５を後向きに引き込み、これにより工具ホルダ３５は主軸１０前部のテーパ孔１８内に装着される。このときの引込力は第２ばね受け２７の位置を調節することにより適切な値となるように設定される。
【００２２】
このように工具ホルダ３５に固定した工具Ｔを先端部に装着した状態で主軸１０を回転させ、工具Ｔの先端に固定した刃具（図示省略）により工作物を加工する。この加工部には、中心孔２３、連通孔３７および中心孔Ｔａを介して水溶性のクーラントが供給されて、刃具の冷却が行われる。このクーラントの供給管路を形成する各部材の嵌合部やねじ込み部には多少の隙間があるので、クーラントがこれらの隙間を通って、内孔１５と皿ばね２５の間の皿ばね２５を収納する空間内に浸入することは避けられない。また、シール剤及びシール部材を使用してもクーラント中の界面活性剤等の添加剤により、クーラントの浸入を完全に防止することは困難である。
【００２３】
本発明に係る皿ばね装置の第１の実施形態では、各ばね素子２５ａに穿設された中心穴を貫通して皿ばね２５を案内支持するプッシュロッド２０のガイドロッド部分の表面に、図２に示すように固体潤滑剤皮膜Ａのコーティングが施されている。固体潤滑剤である四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、または充填剤入りＰＴＦＥをガイドロッド部分の表面に塗布して乾燥し、厚さ１０μ程度の皮膜Ａを形成して、プッシュロッド２０のガイドロッド部分の表面に固体潤滑剤皮膜Ａのコーティングを施している。充填剤いりＰＴＦＥとしては、グラファイト充填ＰＴＦＥ、ガラス繊維充填ＰＴＦＥ、ブロンズ充填ＰＴＦＥなどを使用するとよい。なお、プッシュロッド２０の表面全体に固体潤滑剤皮膜Ａのコーティングを施してもよい。
【００２４】
プッシュロッド２０が皿ばね２５の付勢力で後退されると、引掛け部材３２がプルスタッド３６に係合して工具ホルダ３５を後向きに引き込んで主軸１０前部のテーパ孔１８内に装着される。プッシュロッド２０の後端が皿ばね２５の付勢力に抗してプッシャにより押動されると、引掛け部材３２が前進してプルスタッド３６と非係合になり工具ホルダ３５は主軸１０の先端から離脱される。このように主軸１０への工具ホルダ３５の着脱は、プッシュロッド２０の前後動により皿ばね２５が伸縮して行われる。このとき、プッシュロッド２０の前後動のストロークはかなり大きい（例えば１５ｍｍ）ので、ばね素子２５ａ（特に第１ばね受け２６付近のもの）とプッシュロッド２０との間の相対摺動量もかなり大きくなるが、プッシュロッド２０が前後動するときガイドロッド部分は皿ばね２５と広い面積範囲で順次接触するので、ガイドロッド部分にコーティングされた固体潤滑剤皮膜Ａの使用範囲が分散されて剥離し難くなり、皿ばね２５が破損するまでの伸縮回数が極めて増大し、クランプ・アンクランプ装置３０の寿命が長くなる。また、皿ばね２５が伸縮するときの摺動抵抗がグリスを使用しなくても低下し、且つプッシュロッド２０のガイドロッドが防錆されて皿ばね装置の作動が円滑になり、工具ホルダ３５のクランプ力が増大するとともにプッシャによるアンクランプ力を小さくすることができる。
【００２５】
このように工具ホルダ３５を主軸先端にクランプ・アンクランプ装置３０により装着し、主軸１０を回転駆動して、工具ホルダ３５に固定した工具Ｔにより工作物を加工する。この加工箇所には、中心孔２３、連通孔３７および中心孔Ｔａを介して水溶性のクーラントが供給される。このクーラントの供給管路を形成する各部材の嵌合部やねじ込み部には多少の隙間があるので、皿ばね２５およびプッシュロッド２０を収納する内孔１５内にクーラントが浸入することは避けられない。ところが、水性の雰囲気下においても剥離し難く、かつ低い摩擦係数を示す四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、または充填剤入りＰＴＦＥの皮膜Ａがプッシュロッド２０の少なくともガイドロッド部分の表面にコーティングされているので、皮膜Ａは皿ばね２５のばね素子２５ａとの相対摺動において低い摩擦係数を示し、且つ剥離し難い効果を奏する。
【００２６】
皿ばね２５を案内支持するプッシュロッド２０のガイドロッド部分の外周面に四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、または充填剤入りＰＴＦＥの皮膜Ａを施した本発明の第１の実施形態に係る皿ばね装置を用いたクランプ・アンクランプ機構３０と、従来技術による皿ばね装置を用いたクランプ・アンクランプ機構３０とについて、工具クランプ・アンクランプの耐久テストを行ったところ、従来の皿ばね装置を用いたクランプ・アンクランプ機構３０ではクランプ・アンクランプのサイクルを１４０万回繰り返すと皿ばね２５が破損したのに対し、第１の実施形態に係る皿ばね装置を用いたクランプ・アンクランプ機構３０ではクランプ・アンクランプのサイクルを６００万回以上繰り返しても皿ばねが破損することがなかった。なお、プッシュロッドの径およびストロークは何れも１５ｍｍ、プッシュロッドとばね素子の中心穴の間の隙間は直径で０．５ｍｍで、クランプ・アンクランプのサイクルは２秒に１回とした。また、工具クランプ・アンクランプの耐久テストは、水およびグリスが存在しない乾燥した雰囲気下に皿ばね２５およびプッシュロッド２０を置いて行われた。
【００２７】
固体潤滑剤皮膜Ａは、四フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ）、または充填剤入りＰＴＦＥの皮膜Ａに限定されるものでなく、例えば、ＰＴＦＥ以外のフッ素系固体潤滑剤皮膜、六方晶窒化硼素皮膜、二硫化モリブデン皮膜、またはグラファイトコーティングなどの炭素系コーティング剤皮膜をばね装置のガイドロッドであるプッシュロッド２０のガイドロッド部分にコーティングしてもよい。
【００２８】
また、図３にしめすように、プッシュロッド２０のガイドロッド部分の表面に加え、各ばね素子２５ａの表面に固体潤滑剤皮膜Ａのコーティングを施してもよい。この場合、ガイドロッド表面およびばね素子表面を夫々異なる種類の固体潤滑剤皮膜Ａによってコーティングするのがよい。
【００２９】
第２の実施形態では、プッシュロッド２０の表面に、図２に示すように、ＣＶＤ（化学的蒸着法）またはＰＶＤ（物理的蒸着法）などの気相合成により、非晶質硬質炭素皮膜であるダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）皮膜Ａによるコーティングが施されている。
【００３０】
このダイヤモンドライクカーボンの皮膜Ａはきわめて硬く表面がきわめて平坦で、摩擦係数が低くしかも相手部材を摩耗させないという優れた摩擦摩耗特性を有しており、特に水性の液体が存在する雰囲気中できわめて優れた摩擦摩耗特性を有している。これにより、水溶性クーラントの存在下における工具Ｔの交換に伴う、ばね素子２５ａの内縁とプッシュロッド２０外表面との間の摺動によるこの両者の摩耗はきわめて少なくなり、工具交換耐久数（この両者の摩耗により作動不良またはばね素子２５ａの破損による作動不能を生じるまでの工具交換回数）は増大する。
【００３１】
非晶質硬質炭素皮膜としては、例えばイオン源から発生される炭素イオンに、珪素、クロム、ニッケル、モリブデン、チタン、マンガン等をイオン銃で添加して気相合成法で成膜したＤＬＣ皮膜、又はイオン源から発生される炭素イオンに、金属元素をスパッタ源から添加しながら気相合成法で成膜した金属添加ＤＬＣ膜を用いても同様の効果を奏する。
【００３２】
図４は、皿ばねを案内支持するプッシュロッドの外周面に珪素を添加したＤＬＣ皮膜Ａを施した本発明の実施の形態による皿ばね装置を用いた工作機械の主軸と、従来技術による皿ばね装置を用いた工作機械の主軸における工具交換耐久数を比較したものである。なお、プッシュロッドの径およびストロークは何れも１５ｍｍ、プッシュロッドとばね素子の中心穴の間の隙間は直径で０．５ｍｍで、クランプ／アンクランプのサイクルは２秒に１回とした。また本発明の工具交換耐久数は乾燥した雰囲気と水を添加した水性の雰囲気でテストした場合のもので、従来技術の工具交換耐久数はグリスを塗布した上で乾燥した雰囲気でテストした場合のものである。この図４に示すように、従来の皿ばね装置を用いた主軸に比して、この実施例の皿ばね装置を用いた主軸の工具交換耐久数は、乾燥した雰囲気で約２倍、水性の雰囲気で約３倍となっている。
【００３３】
非晶質硬質炭素皮膜Ａは、上述した実施の形態のようにプッシュロッド２０の外周面に施す代わりに、図３に示すように、各ばね素子２５ａに施すようにしてもよい。しかしながら、皿ばね２５は狭い接触面積の同一箇所でプッシュロッド２０に接触するが、プッシュロッド２０は皿ばね２５の移動につれて広い面積範囲で順次接触するので、プッシュロッド２０にコーティングした方が剥離しにくく、また確実に摺動部の摩擦係数を低減し得ることから、プッシュロッド２０の表面、又はプッシュロッド２０とばね素子２５ａの両表面にコーティングするのが有効である。
【００３４】
コーティングする皮膜Ａは非晶質硬質炭素皮膜に限らず、珪素系（Ｓｉ_３Ｎ_４，ＳｉＣ，Ｓｉａｌｏｎ等）セラミックス皮膜又はアルミナ系（Ａｌ２Ｏ３等）セラミックス皮膜をＤＬＣと同様に気相合成法により、又は溶射によりプッシュロッド２０の表面に形成してもよい。これらの皮膜も非晶質硬質炭素皮膜と同様に、水性の雰囲気下で低い摩擦係数を示す。
【００３５】
なおプッシュロッド２０およびばね素子２５ａの両方にコーティングする場合は、それぞれにコーティングする皮膜Ａは異なるものとするのがよい。
【００３６】
図５は皿ばね装置の皿ばね２５の変形例を示す図である。図１に示す実施の形態では、皿状の多数のばね素子２５ａを１枚ずつ逆向きにして同軸的に重ね合わせて皿ばね２５を形成したが、図５に示す変形例では、３枚のばね素子２５ａを同じ向きに重ねた組を、１組ずつ逆向きにして同軸的に重ね合わせて皿ばね２５を形成している。この場合は、同じ向きに重ねる枚数が増えれば皿ばね２５のばね定数が大きくなるので、同じ向きに重ねる枚数を調整することにより皿ばね２５のばね定数を調整することができる。
【００３７】
また図６は皿ばね装置の皿ばね２５の別の変形例を示す図である。この変形例では、互いに同１ピッチのコイルばね状で、素線の断面形状が中心軸線に対し互いに逆向きに傾斜した細長い長方形状とした２つのばね素子２５ｂ，２５ｃを用意し、これを互いにねじ込むことにより１組の皿ばね２５を形成している。各ばね素子２５ｂ，２５ｃは複数個用意し、同じものを重ねた上で互いにねじ込んで１組の皿ばね２５を形成してもよい。
【００３８】
上述した実施の形態では、工作機械の主軸に工具を着脱するクランプ・アンクランプ機構を作動させるのに本発明による皿ばね装置を適用した例につき説明したが、工作機械では主軸に限らず、テーブルに設けられて工作物を着脱するクランプ・アンクランプ機構や工作物の割出装置などの機器にも加工部に供給された水溶性クーラントが浸入することを避けることはできないので、本発明による皿ばね装置はこれらのクランプ・アンクランプ機構や割出装置などに使用するにも適している。あるいはまた本発明による皿ばね装置は、工作機械に限らず、屋外などの水性の液体が浸入する雰囲気で使用されるダンパや安全弁などに使用するにも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による皿ばね装置を適用した工作機械の主軸の縦断面図である。
【図２】図１のガイドロッドの表面に施した皮膜を示す部分拡大断面図である。
【図３】図１のばね素子の表面に施した皮膜を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明による皿ばね装置を適用した工作機械の主軸と、従来技術による皿ばね装置を適用した工作機械の主軸における工具交換耐久数とを比較した図である。
【図５】本発明による皿ばね装置の皿ばねの変形例を示す図である。
【図６】本発明による皿ばね装置の皿ばねの異なる変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…主軸、２０…プッシュロッド（ガイドロッド）、２５…皿ばね、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…ばね素子、３０…クランプ・アンクランプ機構、Ａ…皮膜、Ｔ…工具。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a disc spring device including a disc spring including a plurality of spring elements and a guide rod that guides and supports the disc spring through a center hole formed in each spring element.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 1, for example, a machine tool such as a machining center is provided with a clamp / unclamp mechanism 30 for detachably attaching a tool holder 35 to which a tool T is fixed to the tip of the spindle 10. In order to generate a clamping force in the clamp / unclamp mechanism 30, the disc spring 25 is formed by stacking a large number of spring elements 25a, and the disc spring 25 is guided through a central plan formed in each of the spring elements 25a. There is one using a disc spring device including a push rod (guide rod) 20 for supporting. The push rod 20 connected to the sliding member 31 of the clamp / unclamp mechanism 30 via the extension 21 is screwed and fixed to the first spring receiver 26 locked to the main shaft 10 and the rear end of the push rod 20. The disc spring 25 interposed between the second spring receivers 27 urges the sliding member 31 backward through the extension 21, and the urging force causes the sliding member 31 to retract from the push rod 20. And the tool holder 35 is mounted on the tip of the spindle 10. When the rear end of the push rod 20 is pushed by a pusher (not shown) against the urging force of the disc spring 25, the push rod 20 and the sliding member 31 advance, and the tool holder 35 is detached from the tip of the main shaft 10. Is done.
[0003]
Such a disc spring 25 is formed by stacking a large number of spring elements 25a, and has no lateral rigidity (bending rigidity of the entire disc spring 25), so that a push rod is provided in a center hole formed in each spring element 25a. The disc spring 25 is guided and supported through the casing 20. Since the stroke of the push rod 20 of the clamp / unclamp mechanism 30 is considerably large (for example, 15 mm), the sliding amount between the spring element 25a (particularly, the one near the first spring receiver 26) and the push rod 20 is also considerably large. In addition, since the disc spring 25 has no lateral rigidity, especially in a compressed state, the disc spring 25 comes into contact with the surface of the push rod 20 in an attempt to buckle in the lateral direction and pushes strongly, so that the inner edge of the disc spring 25 and the push rod In some cases, abrasion occurs on the surface of the device 20 to cause an operation failure due to catching, or the spring element 25a is damaged and cannot operate.
[0004]
In order to prevent this, conventionally, grease is applied to the surfaces of the push rod 20 and the disc spring 25, or the surface of the spring element 25a of the disc spring 25 is coated with a molybdenum disulfide-based resin film having good lubricating properties. The frictional resistance of the sliding portion between the rod 20 and the disc spring 25 is reduced.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the stroke of the push rod 20 of the clamp / unclamp mechanism 30 is considerably large, the sliding distance between the spring element 25a and the push rod 20 is also considerably large. The push rod 20 contacts the push rod 20 in a wide area range sequentially as the push rod 20 moves relative to the disc spring 25. However, since the disc spring 25 contacts the push rod 20 in a narrow area range of the same location, the surface of the spring element 25a of the disc spring 25 There was a problem that even if a molybdenum disulfide resin film was coated on the film, it was peeled off in a short time.
[0006]
The spindle 10 of the machine tool includes a through-coolant type in which a water-soluble coolant is supplied to a portion processed by the tool T through a center hole 23 provided in the push rod 20. Inevitably penetrates into the storage space of the disc spring 25 through the passage, and in the presence of such an aqueous liquid, the lubrication effect due to the application of grease is lost and rust is generated. There is a possibility that the frictional resistance of the sliding portion between them increases to cause an operation failure, or that the spring element 25a is damaged before the number of times of clamping and unclamping of the tool holder 35 reaches the specified life, and the operation becomes inoperable. The problem caused by the infiltration of the water-soluble coolant into the storage portion of the disc spring 25 is not limited to the through-coolant type. Can not be completely prevented from penetrating into the spindle from the tip side of the spindle, and therefore cannot be avoided.
[0007]
Not only for the main spindle of the machine tool, but also for the disc spring device used for equipment such as a clamp / unclamp mechanism that is provided on the table of the machine tool to attach and detach the workpiece and an indexing device for the workpiece, the spring element of the disc spring A similar problem arises because contact with the guide rod or intrusion of the water-soluble coolant supplied to the processing portion cannot be avoided. Furthermore, not only machine tools, but also dampers and safety valves using disc spring devices should be used when the spring element of the disc spring comes into contact with the guide rod, or in an outdoor or other environment where aqueous liquid can enter. Causes a similar problem. An object of the present invention is to solve each of these problems.
[0008]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
In order to solve the above-mentioned problem, a structural feature of the invention according to claim 1 is that a coned disc spring composed of a plurality of spring elements and the coned disc spring penetrating through a center hole formed in each of the spring elements. In a disc spring device comprising a guide rod for guiding and supporting the solid lubricant film on the surface of the guide rod or the surfaces of the guide rod and each of the spring elements.
According to the present invention, when the disc spring expands and contracts, since the solid lubricant film is coated on the guide rod that comes into contact with the spring element over a wide area, the range of use of the solid lubricant is dispersed, making it difficult to peel off. The number of times of expansion and contraction until the disc spring breaks is extremely increased, and the life of the disc spring device is prolonged. Further, the sliding resistance when the disc spring expands and contracts is reduced without using grease, the guide rod is rust-proof, and the operation of the disc spring device becomes smooth. In addition, when each of the spring elements is coated with a solid lubricant film in addition to the guide rod, the sliding resistance is further reduced.
[0009]
A structural feature of the invention according to claim 2 is that, in claim 1, the solid lubricant film is formed of a fluorine-based solid lubricant film, a molybdenum disulfide film, a hexagonal boron nitride film, and a carbon-based coating agent film. It is one of the films.
According to the present invention, the surface of a guide rod of a disc spring device is stably coated with a film of any of a relatively inexpensive fluorine-based solid lubricant, molybdenum disulfide, hexagonal boron nitride, and a carbon-based coating agent. can do.
[0010]
A structural feature of the invention according to claim 3 is that, in claim 1, the solid lubricant film is a film of ethylene tetrafluoride polymer (PTFE) or PTFE containing a filler.
According to the present invention, the surface of the guide rod of the disc spring device is coated with a film of tetrafluoroethylene polymer (PTFE) or a filled PTFE film. Even when used in an atmosphere, it exhibits a low coefficient of friction and has an effect of being hardly peeled off.
[0011]
A structural feature of the invention according to claim 4 is that it comprises a disc spring composed of a plurality of spring elements, and a guide rod that guides and supports the disc spring through a center hole formed in each of the spring elements. In a disc spring device used in an atmosphere into which an aqueous liquid may or may enter, a coating that gives a low coefficient of friction under an aqueous atmosphere to at least one surface of each of the spring elements and the guide rod is provided. It was done.
According to the present invention, at least one of the surfaces of each spring element and the guide rod is coated with a coating that gives a low coefficient of friction under an aqueous atmosphere, so that the aqueous liquid permeates into the storage portion of the disc spring device. Also, the frictional resistance of the sliding portion between the guide rod and the disc spring does not increase. Therefore, there is no danger that the disc spring device will malfunction or the spring element will be damaged and inoperable. Also, there is little hysteresis during clamping and unclamping.
[0012]
A structural feature of the invention according to claim 5 is that, in claim 4, the coating is a coating made of an amorphous hard carbon film.
As described above, since a coating made of an amorphous hard carbon film is applied to at least one of the surfaces of each spring element and the guide rod, an aqueous liquid such as a water-soluble coolant permeates into the storage portion of the disc spring device. Even though, the frictional resistance of the sliding portion between the guide rod and the disc spring does not increase, but rather decreases. Therefore, the malfunction of the disc spring device is also reduced, and the possibility that the spring element is damaged and becomes inoperable is further reduced.
[0013]
A structural feature of the invention according to claim 6 is that, in claim 5, the amorphous hard carbon film is a DLC film or a DLC film to which silicon is added.
As described above, since at least one of the surfaces of each of the spring elements and the guide rod is coated with the DLC film or the DLC film to which silicon is added, the effect of the invention according to claim 5 is relatively easy. A stable film can be formed.
[0014]
A structural feature of the invention according to claim 7 is that in claim 4, the coating is a coating made of a silicon-based ceramic film or an alumina-based ceramic film.
As described above, since at least one of the surfaces of each of the spring elements and the guide rod is coated with the silicon-based ceramic film or the alumina-based ceramic film, the effect of the invention according to claim 4 is relatively easy. A film can be formed.
[0015]
The structural feature of the invention according to claim 8 is that the guide rod of the spring device according to any one of claims 1 to 7 is a push rod of a clamp / unclamp mechanism for attaching and detaching a tool to and from a main shaft of a machine tool. The clamp / unclamp mechanism clamps the tool when the push rod is urged backward by the repelling force of the disc spring, and unclamps the tool when the push rod is advanced against the repelling force of the disc spring. That's what we did.
According to the present invention, the clamp and unclamping mechanism for attaching and detaching the tool T to and from the main shaft of the machine tool is operated by the disc spring device according to any one of claims 1 to 7, so that the spring element of the disc spring is used. It is possible to greatly increase the endurance number of tool exchanges before the tool is broken. Further, even if the water-soluble coolant supplied to the processing portion enters the storage portion of the disc spring device, the frictional resistance of the sliding portion between the guide rod and the disc spring does not increase. Therefore, there is no danger of malfunctioning of the disc spring device or damage of the spring element before the number of times of clamping and unclamping of the tool holder reaches the specified life, thereby making the clamping and unclamping of the tool holder inoperable. .
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a disc spring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The disc spring device according to the embodiment of the present invention is used for the clamp / unclamp mechanism 30 that detachably mounts the tool holder 35 on the tip of the spindle 10 of a machine tool such as a machining center shown in FIG. Since the mechanical structure of the clamp / unclamp mechanism 30 is the same as that of the above-described prior art, the parts that have not been described above will be mainly described.
[0017]
The spindle 10 is supported by a spindle head (not shown) of the machine tool via a bearing, and has an inner hole 15 from the rear end toward the front end, a fitting hole 16 having a slightly smaller diameter, and a slightly smaller diameter. A large-diameter guide hole 17 and a tapered hole 18 whose front side is open are formed coaxially. The sliding member 31 of the clamp / unclamp mechanism 30 is guided and supported at the front part of the fitting hole 16 so as to be slidable in the axial direction, and an annular groove part 31a is formed at the front part. A rear claw portion 32a of the hook member 32 divided into a plurality of pieces in the circumferential direction is engaged with the annular groove portion 31a, and if the hook member 32 moves forward with the sliding member 31 from the illustrated position, the hook member 32 moves forward. The outer projection 32c enters the large-diameter hole 17a at the front of the guide hole 17, and the front claw 32b on the front side can be expanded around the vicinity of the rear claw 32a.
[0018]
The extension 21 to which the tip 20a of the push rod (guide rod) 20 is screwed coaxially and fixed is guided and supported in the fitting hole 16 so as to be slidable in the axial direction, and the tip 21a is a sliding member. 31 is screwed coaxially and fixed to the rear part. The first spring receiver 26 having a center hole through which the outer diameter of the push rod 20 can be inserted is locked at a step between the inner hole 15 and the fitting hole 16. The push rod 20, the extension portion 21, and the sliding member 31 are formed with a center hole 23 that penetrates all of them.
[0019]
Two sets of coned disc springs 25 in which a number of spring elements 25a each having a flat washer formed into a shallow dish shape are inverted one by one and superposed coaxially, the center hole of each spring element 25a has an outer peripheral surface of the push rod 20. The intermediate ring 29 is interposed between the two sets of disc springs 25 so as to be guided and supported by the inner ring 15. The second spring receiver 27 screwed into the rear part of the push rod 20 is positioned and fixed by a lock nut 28 with two sets of disc springs 25 and an intermediate ring 29 interposed between the second spring receiver 27 and the first spring receiver 26.
[0020]
At the rear end of a pull stud 36 that projects coaxially rearward from a tool holder 35 having a tapered surface fitted with the tapered hole 18, an annular projection 36a that projects in the radial direction is formed. A shank portion of the tool T is fitted and fixed in a mounting hole 38 formed coaxially with the tool holder 35, and a communication hole 37 formed coaxially in a rear portion of the tool holder 35 including the pull stud 36 and a tool T Are connected to each other.
[0021]
If the rear end of the push rod 20 is pushed by a pusher (not shown) against the urging force of the disc spring 25 and the sliding member 31 of the clamp / unclamp mechanism 30 is moved forward through the push rod 20, As described above, the front claw portion 32b of the hooking member 32 is expanded. In this state, the tool T can be replaced with the tool holder 35 with respect to the front portion of the spindle 10. If the pusher is retracted with the tool holder 35 inserted into the tapered hole 18, the sliding member 31 is retracted by the urging force of the disc spring 25, and the hooking member 32 that retracts with the sliding member 31 becomes the front end protrusion 32 c Enters the guide hole 17 and closes, so that the front claw portion 32b engages with the annular projection 36a of the pull stud 36 and pulls the tool holder 35 backward, whereby the tool holder 35 is moved into the tapered hole 18 at the front portion of the main shaft 10. Will be installed inside. The retraction force at this time is set to an appropriate value by adjusting the position of the second spring receiver 27.
[0022]
The spindle 10 is rotated in a state where the tool T fixed to the tool holder 35 is attached to the distal end, and the workpiece is machined by a cutting tool (not shown) fixed to the distal end of the tool T. A water-soluble coolant is supplied to the processed portion through the center hole 23, the communication hole 37, and the center hole Ta, and the cutting tool is cooled. Since there are some gaps in the fitting portions and screw-in portions of the members forming the coolant supply pipe, the coolant passes through these gaps and removes the disc spring 25 between the inner hole 15 and the disc spring 25. It is inevitable that it will penetrate into the storage space. Further, even if a sealant and a seal member are used, it is difficult to completely prevent the coolant from penetrating by an additive such as a surfactant in the coolant.
[0023]
In the first embodiment of the disc spring device according to the present invention, the surface of the guide rod portion of the push rod 20 that guides and supports the disc spring 25 through a center hole formed in each spring element 25a is shown in FIG. The solid lubricant film A is applied as shown in FIG. A tetrafluoroethylene polymer (PTFE) as a solid lubricant or PTFE containing a filler is applied to the surface of the guide rod portion and dried to form a film A having a thickness of about 10 μm. The surface of the rod portion is coated with a solid lubricant film A. As the filler-containing PTFE, graphite-filled PTFE, glass fiber-filled PTFE, bronze-filled PTFE, or the like may be used. The entire surface of the push rod 20 may be coated with the solid lubricant film A.
[0024]
When the push rod 20 is retracted by the biasing force of the disc spring 25, the hooking member 32 engages with the pull stud 36, pulls the tool holder 35 backward, and is mounted in the tapered hole 18 at the front part of the main shaft 10. . When the rear end of the push rod 20 is pushed by the pusher against the urging force of the disc spring 25, the hooking member 32 moves forward and disengages with the pull stud 36, and the tool holder 35 Be removed from. As described above, the attachment / detachment of the tool holder 35 to / from the main shaft 10 is performed by causing the disc spring 25 to expand and contract by the forward and backward movement of the push rod 20. At this time, since the stroke of the forward and backward movements of the push rod 20 is considerably large (for example, 15 mm), the relative sliding amount between the spring element 25a (particularly, the one near the first spring receiver 26) and the push rod 20 also becomes considerably large. When the push rod 20 moves back and forth, the guide rod portion sequentially comes into contact with the disc spring 25 over a wide area, so that the range of use of the solid lubricant film A coated on the guide rod portion is dispersed and hardly peeled off. The number of times of expansion and contraction until the disc spring 25 is broken is extremely increased, and the life of the clamp / unclamp device 30 is extended. Further, the sliding resistance when the disc spring 25 expands and contracts is reduced without using grease, and the guide rod of the push rod 20 is rust-proof, so that the operation of the disc spring device becomes smooth, and the tool holder 35 As the clamping force increases, the unclamping force by the pusher can be reduced.
[0025]
In this way, the tool holder 35 is mounted on the tip of the spindle by the clamp / unclamp device 30, the spindle 10 is driven to rotate, and the workpiece is machined by the tool T fixed to the tool holder 35. A water-soluble coolant is supplied to this processing portion via the center hole 23, the communication hole 37, and the center hole Ta. Since there are some gaps in the fitting portions and screwing portions of the members forming the coolant supply conduit, it is possible to prevent the coolant from entering the inner hole 15 that houses the disc spring 25 and the push rod 20. Absent. However, a coating A of ethylene tetrafluoride polymer (PTFE) or PTFE containing a filler, which hardly peels off even in an aqueous atmosphere and has a low friction coefficient, is coated on at least the surface of the guide rod portion of the push rod 20. Therefore, the coating A exhibits a low coefficient of friction in relative sliding of the disc spring 25 with the spring element 25a, and has an effect of being difficult to peel off.
[0026]
A dish according to the first embodiment of the present invention, in which a coating A of ethylene tetrafluoride polymer (PTFE) or a filled PTFE is applied to the outer peripheral surface of the guide rod portion of the push rod 20 that guides and supports the disc spring 25. The clamp / unclamp mechanism 30 using the spring device and the clamp / unclamp mechanism 30 using the conventional disk spring device were subjected to a tool clamp / unclamp endurance test. In the clamp / unclamp mechanism 30 used, the disc spring 25 was damaged when the clamp / unclamp cycle was repeated 1.4 million times, whereas the clamp / unclamp mechanism 30 using the disc spring device according to the first embodiment was used. Thus, even if the clamp / unclamp cycle was repeated more than 6 million times, the disc spring was not damaged. The diameter and stroke of the push rod were both 15 mm, the gap between the push rod and the center hole of the spring element was 0.5 mm in diameter, and the cycle of clamping and unclamping was once every two seconds. The durability test of the tool clamp / unclamp was performed by placing the disc spring 25 and the push rod 20 in a dry atmosphere free of water and grease.
[0027]
The solid lubricant film A is not limited to the film A of ethylene tetrafluoride polymer (PTFE) or PTFE containing a filler. For example, a fluorine-based solid lubricant film other than PTFE, a hexagonal boron nitride film , A molybdenum disulfide film or a carbon-based coating material film such as graphite coating may be coated on the guide rod portion of the push rod 20 which is the guide rod of the spring device.
[0028]
As shown in FIG. 3, the surface of each spring element 25a may be coated with a solid lubricant film A in addition to the surface of the guide rod portion of the push rod 20. In this case, the surface of the guide rod and the surface of the spring element are preferably coated with different types of solid lubricant films A, respectively.
[0029]
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, an amorphous hard carbon film is formed on the surface of the push rod 20 by a gas phase synthesis such as CVD (chemical vapor deposition) or PVD (physical vapor deposition). A certain diamond-like carbon (DLC) coating A is applied.
[0030]
This diamond-like carbon film A is very hard and has a very flat surface, has a low friction coefficient and has excellent friction and wear characteristics that it does not wear the mating member, and is particularly excellent in an atmosphere where an aqueous liquid is present. It has good friction and wear characteristics. Thereby, the wear between the inner edge of the spring element 25a and the outer surface of the push rod 20 due to the replacement of the tool T in the presence of the water-soluble coolant is extremely reduced, and the tool replacement durability (this The wear of both parts causes an increase in the number of tool replacements before an operation failure or inoperability due to breakage of the spring element 25a occurs.
[0031]
Examples of the amorphous hard carbon film include, for example, a DLC film formed by a gas phase synthesis method by adding silicon, chromium, nickel, molybdenum, titanium, manganese, etc. to carbon ions generated from an ion source by an ion gun, Alternatively, the same effect can be obtained by using a metal-added DLC film formed by a gas phase synthesis method while adding a metal element from a sputtering source to carbon ions generated from an ion source.
[0032]
FIG. 4 shows a spindle of a machine tool using a Belleville spring device according to an embodiment of the present invention in which a DLC film A containing silicon is applied to the outer peripheral surface of a push rod for guiding and supporting a Belleville spring, and a Belleville spring according to the prior art. It is a comparison of the tool change endurance on the main spindle of a machine tool using the device. The diameter and stroke of the push rod were both 15 mm, the gap between the push rod and the center hole of the spring element was 0.5 mm in diameter, and the cycle of clamping / unclamping was once every 2 seconds. In addition, the tool change endurance of the present invention is a value when tested in a dry atmosphere and an aqueous atmosphere to which water is added. Things. As shown in FIG. 4, the tool replacement durability of the spindle using the disc spring device of this embodiment is about twice that of the spindle using the conventional disc spring device in a dry atmosphere, It is about three times in the atmosphere.
[0033]
The amorphous hard carbon film A may be applied to each spring element 25a as shown in FIG. 3, instead of being applied to the outer peripheral surface of the push rod 20 as in the above-described embodiment. However, the disc spring 25 contacts the push rod 20 at the same location with a small contact area, but the push rod 20 sequentially contacts in a wide area range as the disc spring 25 moves. It is effective to coat the surface of the push rod 20, or both surfaces of the push rod 20 and the spring element 25a, since it is difficult to reduce the friction coefficient of the sliding portion.
[0034]
The coating A to be coated is not limited to the amorphous hard carbon coating, but may be silicon-based (Si ₃ N ₄ , SiC, Sialon, etc.) or an alumina-based (Al2O3, etc.) ceramic film may be formed on the surface of the push rod 20 by a gas phase synthesis method like DLC or by thermal spraying. Like the amorphous hard carbon film, these films also exhibit a low coefficient of friction in an aqueous atmosphere.
[0035]
When both the push rod 20 and the spring element 25a are coated, it is preferable that the coating A to be coated on each is different.
[0036]
FIG. 5 is a view showing a modification of the disc spring 25 of the disc spring device. In the embodiment shown in FIG. 1, a large number of disc-shaped spring elements 25a are formed one by one in the opposite direction and stacked coaxially to form the disc spring 25. However, in the modification shown in FIG. The disc springs 25 are formed by coaxially superposing the sets in which the spring elements 25a are superimposed in the same direction one by one in the opposite direction. In this case, since the spring constant of the disc spring 25 increases as the number of sheets stacked in the same direction increases, the spring constant of the disc spring 25 can be adjusted by adjusting the number of sheets stacked in the same direction.
[0037]
FIG. 6 is a view showing another modified example of the disc spring 25 of the disc spring device. In this modification, two elongated spring elements 25b and 25c each having a coil spring shape having the same pitch as each other and having a cross section of the element wire inclined in opposite directions to the center axis are prepared. A set of disc springs 25 is formed by screwing. A plurality of spring elements 25b and 25c may be prepared, and the same may be piled up and screwed together to form a set of disc springs 25.
[0038]
In the embodiment described above, an example is described in which the disc spring device according to the present invention is applied to operate the clamp / unclamp mechanism for attaching and detaching a tool to and from the main spindle of a machine tool. Since the water-soluble coolant supplied to the processing section cannot be prevented from entering the equipment such as a clamp / unclamp mechanism for detaching and attaching a workpiece and an indexing device for the workpiece, the plate according to the present invention. The spring device is also suitable for use in such a clamp / unclamp mechanism or indexing device. Alternatively, the disc spring device according to the present invention is not limited to a machine tool, but is also suitable for use in a damper, a safety valve, or the like used in an atmosphere where an aqueous liquid enters, such as outdoors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main shaft of a machine tool to which a disc spring device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view showing a coating applied to the surface of the guide rod of FIG.
FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a coating applied to the surface of the spring element of FIG.
FIG. 4 is a diagram comparing a tool spindle endurance number of a machine tool to which a disc spring device according to the present invention is applied and a tool spindle durability of a machine tool to which a conventional disc spring device is applied.
FIG. 5 is a view showing a modified example of the disc spring of the disc spring device according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing another modified example of the disc spring of the disc spring device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10: Spindle, 20: Push rod (guide rod), 25: Disc spring, 25a, 25b, 25c: Spring element, 30: Clamp / unclamp mechanism, A: Film, T: Tool.

Claims

In a disc spring device including a disc spring formed of a plurality of spring elements and a guide rod that guides and supports the disc spring through a center hole formed in each of the spring elements, a surface of the guide rod or the guide. A disc spring device wherein a surface of a rod and each of said spring elements is coated with a solid lubricant film.

The disc spring according to claim 1, wherein the solid lubricant film is any one of a fluorine-based solid lubricant film, a molybdenum disulfide film, a hexagonal boron nitride film, and a carbon-based coating film. apparatus.

The disc spring device according to claim 1, wherein the solid lubricant film is a polytetrafluoroethylene polymer (PTFE) film or a PTFE film containing a filler.

A disc spring composed of a plurality of spring elements, and a guide rod that guides and supports the disc spring through a center hole formed in each of the spring elements. A disc spring device used in an atmosphere, wherein at least one surface of each of the spring elements and the guide rod is coated with a coating that gives a low coefficient of friction in an aqueous atmosphere.

The disc spring device according to claim 4, wherein the coating is a coating made of an amorphous hard carbon film.

6. The disc spring device according to claim 5, wherein the amorphous hard carbon film is a DLC film or a DLC film to which silicon is added.

5. The disc spring device according to claim 4, wherein the coating is a coating made of a silicon-based ceramic film or an alumina-based ceramic film.

The guide rod of the spring device according to any one of claims 1 to 7, wherein the guide rod is a push rod of a clamp / unclamp mechanism for attaching / detaching a tool to / from a main shaft of a machine tool, and the push rod is rearward due to the repulsive force of the disc spring. Wherein the clamp / unclamp mechanism clamps the tool when urged against the tool, and unclamps the tool when the tool is advanced against the repelling force of the disc spring.