JP2004330384A

JP2004330384A - 回転主軸装置および加工装置

Info

Publication number: JP2004330384A
Application number: JP2003132468A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sawaguchi; 一也沢口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】回転軸の軸端へオイルミスト等を効率的に給送する。
【解決手段】ワークの外周を切削するバイト１２を保持するバイトホルダ１１をスラストプレート２に固着し、ローター１によって回転させる。スラストプレート２は、固定部材４ａとの間の非接触シール１３に配設されたシール内供給溝１５に供給されたオイルミストを、ローター１、スラストプレート２、３、バイトホルダ１１からなる回転体の軸端に給送するための吸い込み穴１６を有する。吸い込み穴１６は、回転方向と逆向きに傾斜しており、回転体のポンプ作用を利用してオイルミストを外周部から内周部へ給送する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイト等の加工工具が装着された主軸を回転させてワークの加工を行う工作機械に用いられる回転主軸装置および加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転する工具によって穴あけ、フライス加工、研削加工等を行う工作機械においては、ワークを加工する際の潤滑や冷却により加工効率や加工精度を向上させる目的で、切削油等の加工液をその加工部周辺に供給する。そして、実質的な切削油等の使用量を削減し、環境中に放出される量を低減したり、また加工後の洗浄を容易にするために、オイルミストを使用することも多くなってきている。
【０００３】
切削油を供給する方法の一つにまず固定部から回転主軸の内部を軸方向に通して工具へ供給する方法があり、従来は回転軸の軸端に回転継手を取付けるなどの方法で対応していた。回転継手はさまざまなタイプのものが市販されており、例えば、回転部は転がり軸受等によって固定部に支持され、ロータリーシールにより気密を保つ構成や、回転摺動部がシールの役目をしているものがある（特開平１０−２４９６６９号公報、特開平１１−２５４２６６号公報等参照）。
【０００４】
また、固定部との間に非接触シールを使用し、固定部から非接触シールを経て回転軸に流体を供給する方法も採用されてきた（特開平２−５１６２１号公報参照）。
【０００５】
図４は一従来例による加工装置（工作機械）を示す。これは、回転主軸装置１２０の先端部の工具ホルダ１３０に取付けられた工具１２９によってワークＷを切削加工するもので、オイルエア装置１１０により高圧空気にオイルタンク１１１のオイルＯを混入させて生成されたオイルミストを、回転継手１２１を介して、主軸１２３を貫通する供給路１３４に供給し、工具１２９の先端から軸方向にオイルミストＭを吐出させて工具１２９およびワークＷの冷却と潤滑を行う。回転継手１２１は、動圧発生溝を有する円板状のシール部材を有し、固定部と回転部を動圧によって非接触に保つ（特開平１０−２４９６６９号公報参照）。
【０００６】
図５は別の従来例を示す。これは、一対のスラストプレート２０２ａ、２０２ｂと両者間に固定されたローター２０３とによって構成される回転体２２０を、ローター２０３の外周部とスラストプレート２０２ａ、２０２ｂに対向するハウジング２０１の軸受面によって構成される静圧気体軸受によって回転支持するもので、回転体２２０の内部に設けられた給気通路２１０ａ〜２１０ｃに対して、モータハウジング２０４の給気通路２１２、給気溝２１３から加圧気体を供給し、回転体２２０の上端の空圧機器であるシリンダー２０８を駆動する構成であり、モータハウジング２０４と回転体２２０の間には微小間隙による非接触シール２１４が設けられる（特開平２−５１６２１号公報参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の技術によれば、一般的な回転継手は使用されている軸受や接触式のシールの性能から、許容回転数に限界があるうえに、寿命や回転時の抵抗（トルク損失）の問題がある。また、図４に示す構成では軸方向に主軸が長くなってしまい、小型化を阻害する要因になっていた。
【０００８】
また、図５に示す構成は、回転体上のシリンダーあるいはバキュームチャック等の空圧機器に加圧気体を供給する圧力伝達機構においては好ましいが、加工装置の回転工具の潤滑や冷却を目的として、例えば放射状に配置された供給穴から回転刃物近くへオイルミスト等の低圧の流体の供給を行う場合に適用するのは難しい。すなわち、回転体の外周部から内部通路へ導入される流体は回転による遠心力に打ち勝って流れていく必要があるため、主軸の回転数が高速になるほど高い供給圧を加えなくてはならず、非接触シール等のシール部からの漏れによる効率低下等のトラブルもあって、実用的ではなかった。
【０００９】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、回転体の外周部に設けた非接触シールに開口する径方向の吸い込み穴を、回転方向と逆向きにスパイラル状または傾斜をつけて配設し、低い供給圧でもそれを補う回転体のポンプ効果によって、低圧のオイルミストを効率よく回転体中心部に向けて給送することのできる回転主軸装置および加工装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の回転主軸装置は、所定の軸まわりに回転自在である回転体と、前記回転体を回転自在に支持する軸受装置と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体の外周部に外周シール部を形成する環状部材と、前記外周シール部に開口する環状のシール内供給溝と、前記回転体の内周部から前記シール内供給溝に向かって径方向に穿設された少なくとも１個の吸い込み穴とを有し、前記吸い込み穴が、前記回転体の回転方向と逆向きに傾斜しており、前記環状部材の内部配管を経て前記シール内供給溝に供給された流体を、前記回転体のポンプ作用によって前記吸い込み穴に導入し前記回転体の軸端に給送するように構成されたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
回転体の外周面との摩擦を利用したポンプ作用によって、オイルミスト等の低圧の流体を効率よく回転体の吸い込み穴へ導入し、内周部の加工部周辺へ給送することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は第１の実施の形態による回転主軸装置を示すもので、（ａ）はその下半部を破断して示す一部破断正面図、（ｂ）は（ａ）の吸い込み穴に沿ってとった縦断面図である。
【００１４】
図１の（ａ）においては、説明のためバイトホルダ（バイト含む）の下半分を破断し、二点鎖線で示している。
【００１５】
この回転主軸装置は、中空スピンドルの中心穴から図示しないワーク保持手段によって軸方向に供給されるワークの外周部を、旋回工具によって切削する加工装置に用いるもので、円筒状の軸受面を有するローター１およびその両端のそれぞれに、図示しないボルトなどによって締結されたスラストプレート２、３からなる回転体（中空スピンドル）と、これを非接触で回転自在に支持する静圧軸受装置を有し、軸受ハウジングであるハウジング４は、ローター１の軸受面に対向する表面を有する一対の多孔体であるラジアル軸受パッド５と、各スラストプレート２、３の軸受面に対向する表面を有する多孔体であるスラスト軸受パッド６、７を保持している。ラジアル軸受パッド５およびスラスト軸受パッド６、７は焼きばめや接着などによってハウジング４に固着されている。
【００１６】
図示しない加圧気体供給源から供給される加圧気体は、ハウジング４に設けられた加圧気体供給孔８、供給溝９を経てラジアル軸受パッド５およびスラスト軸受パッド６、７に分配供給され、それぞれに対向する軸受面に向って噴出された後、スラスト軸受面の外周および排気穴１０を経て排出される。
【００１７】
スラストプレート２の端面に図示されていないボルトなどで取り付けられた工具ホルダであるバイトホルダ１１に、加工工具であるバイト１２が同じく図示されていないボルトなどで固定保持されている。ハウジング４は、スラストプレート２の外周部に微小間隙からなる非接触シール（外周シール部）１３を構成する環状部材である固定部材４ａと一体に設けられ、固定部材４ａの外周部に配設されたオイルミスト供給口１４および内部配管１４ａを経て、図４に示す従来例と同様のオイルミスト供給手段から給送されたオイルミストが、非接触シール１３内に形成された環状のシール内供給溝１５に供給される。スラストプレート２には、シール内供給溝１５に開口する径方向の吸い込み穴１６が、半径方向に対して回転方向と逆向きに角度を持って、例えば反時計方向に回転する回転体の回転方向とは逆向きの時計方向に傾斜してあけられている。吸い込み穴１６はスラストプレート２の厚みの半ばでスラストプレート２の端面に向かって軸方向にあけられたオイルミスト供給穴１７に連通し、バイトホルダ１１のオイルミスト供給穴１８に接続される。
【００１８】
図示されていない駆動手段であるモーターによりローター１、スラストプレート２、３等を含む回転体が反時計方向に回転すると、その回転によるポンプ作用で、シール内供給溝１５に供給されたオイルミストは吸い込み穴１６に取り込まれ、オイルミスト供給穴１７、１８を経て、回転体軸端のバイト１２近傍の、ワークに対する加工箇所に供給される。
【００１９】
図２は第２の実施の形態を示すもので、（ａ）はその下半部を断面で示す一部断面正面図、（ｂ）は（ａ）の吸い込み穴に沿ってとった縦断面図である。
【００２０】
本実施の形態は、第１の実施の形態の回転方向と逆向きに傾斜して直線状に穿設された径方向の吸い込み穴１６に替えて、回転体の回転方向と逆向きのスパイラル状の吸い込み穴２６およびオイルミスト供給穴２７をバイトホルダ１１に設けたものであり、吸い込み穴２６とオイルミスト供給穴２７以外は第１の実施の形態と同様であるから同一符号で表わす。
【００２１】
スラストプレート２の端面に取り付けられたバイトホルダ１１にバイト１２が保持されている。バイトホルダ１１の外周部およびスラストプレート２の外周部に非接触シール１３を設け、かつ固定部材４ａにあけられたオイルミスト供給口１４からオイルミストがシール内供給溝１５に供給される。バイトホルダ１１の裏面にはシール内供給溝１５に開口する吸い込み穴２６が回転により流体を巻き込むように回転方向とは逆向きのスパイラル状の溝として設けられている。バイトホルダ１１をスラストプレート２に取り付けることにより上記のスパイラル状の溝とスラストプレート２の端面とで吸い込み穴２６が形成されることとなる。この吸い込み穴２６はオイルミスト供給穴２７を経てバイト１２の近傍に開口する。
【００２２】
図示されていないモーターによりローター１が反時計方向に回転すると、その回転によるポンプ作用で、シール内供給溝１５内に供給されたオイルミストはバイトホルダ１１とスラストプレート２の間の吸い込み穴２６に取り込まれ、バイト１２近傍の、オイルミスト供給穴２７から加工箇所に供給される。
【００２３】
上記第１および第２の実施の形態による回転主軸は、静圧気体軸受の内径部に円筒状のワークを通しその外形を切削する円筒切削加工装置以外にも、鏡面加工機等の精密加工機、穴あけ機、フライス加工機等の加工装置に搭載することができる。
【００２４】
また、吸い込み穴はバイトホルダまたはスラストプレートのどちらに設けられていてもよいし、双方にまたがって配設されてもよい。
【００２５】
静圧軸受の絞り方式は、多孔質絞り、オリフィス絞り、自成絞り、表面絞りなどどのようなものでもよい。
【００２６】
また、静圧軸受に替えて、動圧気体軸受を用いてもよい。
【００２７】
第１、第２の実施の形態においては、吸い込み穴が２個設けられているが、バイトホルダ１１またはスラストプレート２あるいは両者にまたがって、少なくとも１個設ければよい。
【００２８】
特に３箇所以上、例えば図３に示すように４箇所にスパイラル状の吸い込み穴３６およびオイルミスト供給穴３７を設ける構成であれば、より一層効率的に冷却、油滑を行うことができる。
【００２９】
本発明の実施態様は以下の通りである。
【００３０】
本発明の回転主軸装置は、所定の軸まわりに回転自在である回転体と、前記回転体を回転自在に支持する軸受装置と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体の外周部に外周シール部を形成する環状部材と、前記外周シール部に開口する環状のシール内供給溝と、前記回転体の内周部から前記シール内供給溝に向かって径方向に穿設された少なくとも１個の吸い込み穴とを有し、前記吸い込み穴が、前記回転体の回転方向と逆向きに傾斜しており、前記環状部材の内部配管を経て前記シール内供給溝に供給された流体を、前記回転体のポンプ作用によって前記吸い込み穴に導入し前記回転体の軸端に給送するように構成されたことを特徴とする。
【００３１】
また、所定の軸まわりに回転自在である回転体と、前記回転体を回転自在に支持する軸受装置と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体の外周部に外周シール部を形成する環状部材と、前記外周シール部に開口する環状のシール内供給溝と、前記回転体の内周部から前記シール内供給溝に向かって径方向に穿設された少なくとも１個の吸い込み穴とを有し、前記吸い込み穴が、前記回転体の回転方向と逆向きにスパイラル状にのびており、前記環状部材の内部配管を経て前記シール内供給溝に供給された流体を、前記回転体のポンプ作用によって前記吸い込み穴に導入し前記回転体の軸端に給送するように構成されたことを特徴とする回転主軸装置でもよい。
【００３２】
上記の回転主軸装置において、前記外周シール部が、前記回転体の外周部と前記環状部材の間の微小間隙からなる非接触シールを有するとよい。
【００３３】
上記の回転主軸装置において、前記回転体の前記軸端に加工工具が保持されているとよい。
【００３４】
上記の回転主軸装置において、前記軸受装置が、加圧気体による静圧軸受装置を有するとよい。
【００３５】
上記の回転主軸装置において、前記回転体がローターと少なくとも１個のスラストプレートと工具ホルダを有し、前記吸い込み穴が前記スラストプレートまたは前記工具ホルダまたはその双方に配設されているとよい。
【００３６】
本発明の加工装置は、上記の回転主軸装置と、前記回転体の前記軸端に保持された加工工具と、前記加工工具に対向してワークを保持するワーク保持手段と、前記シール内供給溝にオイルミストを供給するオイルミスト供給手段を有することを特徴とする。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３８】
高速回転する主軸の外周部から内径部へオイルミスト等の低圧の流体を効率良く供給することができる。
【００３９】
また、主軸を軸方向に貫通して流体を給送する場合に比べて、回転主軸装置の小型化、軽量化が可能となり、加工装置全体の小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による回転主軸装置を示すもので、（ａ）は下半部を破断して示す一部破断正面図、（ｂ）は（ａ）の吸い込み穴に沿ってとった縦断面図である。
【図２】第２の実施の形態による回転主軸装置を示すもので、（ａ）は下半部を断面で示す一部断面正面図、（ｂ）は（ａ）の吸い込み穴に沿ってとった縦断面図である。
【図３】第２の実施の形態の一変形例を示す正面図である。
【図４】一従来例を説明する図である。
【図５】別の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ローター
２、３スラストプレート
４ハウジング
４ａ固定部材
５ラジアル軸受パッド
６、７スラスト軸受パッド
８加圧気体供給孔
１０排気穴
１１バイトホルダ
１２バイト
１３非接触シール
１４オイルミスト供給口
１５シール内供給溝
１６、２６、３６吸い込み穴
１７、１８、２７、３７オイルミスト供給穴

Claims

所定の軸まわりに回転自在である回転体と、前記回転体を回転自在に支持する軸受装置と、前記回転体を回転駆動する駆動手段と、前記回転体の外周部に外周シール部を形成する環状部材と、前記外周シール部に開口する環状のシール内供給溝と、前記回転体の内周部から前記シール内供給溝に向かって径方向に穿設された少なくとも１個の吸い込み穴とを有し、前記吸い込み穴が、前記回転体の回転方向と逆向きに傾斜しており、前記環状部材の内部配管を経て前記シール内供給溝に供給された流体を、前記回転体のポンプ作用によって前記吸い込み穴に導入し前記回転体の軸端に給送するように構成されたことを特徴とする回転主軸装置。
請求項１記載の回転主軸装置と、前記回転体の前記軸端に保持された加工工具と、前記加工工具に対向してワークを保持するワーク保持手段と、前記シール内供給溝にオイルミストを供給するオイルミスト供給手段を有することを特徴とする加工装置。