JP2005271176A

JP2005271176A - 高速回転チャックシステム

Info

Publication number: JP2005271176A
Application number: JP2004091846A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tagami; 政喜田上
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】この高速回転チャックシステムは，スピンドルを加工液で冷却し，ビルトインモータ及び軸受をスピンドルを介して効果的に迅速に冷却してビルトインモータと軸受の温度上昇を防止し，スピンドルを軽量化してスピンドルの高速回転を実現する。
【解決手段】この高速回転チャックシステムは，スピンドル１の貫通孔２で加工液供給通路８を形成し，スピンドル１に取り付けたロータ１５，スピンドル１を回転支持する軸受１３をスピンドル１を通る加工液で冷却し，モータや軸受の温度上昇を防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は，主軸を構成するスピンドルをビルトインモータによって回転駆動し，スピンドルの一端に取り付けたチャック本体のチャック爪に保持されている工作物を切削加工する高速回転チャックシステムに関する。

通常，旋盤において，把持装置は，種々のものが知られているが，例えば，チャック本体に設けたチャック爪で工作物をチャックして工作物を回転させ，バイトで工作物を切削加工する場合，チャック爪の作動にダイヤフラムチャックが採用され，ダイヤフラムをエア圧で駆動してチャック爪を作動し，チャック爪で工作物を着脱している。ダイヤフラムチャックは，主軸の前端面に取り付けられたチャック面板に固着されたチャック本体に設けられた工作物把持装置である。

従来の知られている把持装置の一例を説明する。把持装置を構成するダイヤフラムチャックは，密封状態に形成されたハウジングの前面に圧力を加えることで変位するダイヤフラムを備えており，ハウジング内をピストンによって２つのシリンダ室に区画されている。ピストンの中央部には前方に突出するプランジャ部が設けられ，該プランジャ部にダイヤフラムが取り付けられている。従って，シリンダ室の一方にエアが供給されると，ピストンが摺動し，それによってダイヤフラムが変位する。ダイヤフラムには，中央部の周囲方向に隔置して複数のチャック爪が取り付けられている。ダイヤフラムチャックを作動させるには，いずれか一方のシリンダ室にエアを供給すると，ピストンが摺動移動し，ピストンが他方のシリンダ室側，例えば，工作物側へ移動すると，ピストンのプランジャ部がダイヤフラムの中央部を押し出し，それによってダイヤフラムの中央部が通常のダイヤフラム面から外部側へ伸び出すように変形し，それによってチャック爪が径方向外向きに開放する。また，他方のシリンダ室にエアを送り込めば，ピストンが他方向に摺動移動し，ピストンが一方のシリンダ室側，例えば，反工作物側へ移動すると，ピストンのプランジャ部がダイヤフラムの中央部に対する押圧が解除され，それによってダイヤフラムの中央部が通常のダイヤフラム面へと引っ込むように変形し，それによってチャック爪が径方向内向きに閉じる。従って，チャック爪で工作物を把持するには，ダイヤフラムチャックを作動させてチャック爪を径方向外向きに開放させておき，開放状態のチャック爪に工作物を配設し，次いで，チャック爪が径方向内向きに閉じれば，工作物はチャック爪によって把持されることになる。その時，チャック爪が径方向内向きに閉じる方向になるように，シリンダ室に背圧をかければ，工作物はチャック爪によって一層強力に把持されることになる。一般に，ダイヤフラムチャックにおいて，チャック爪を開径または縮径させるには，圧力が制御されたエア圧を継続してシリンダ室供給する必要がある。ダイヤフラムチャックは，主軸と一緒に回転しており，それ故に，ダイヤフラムチャックの外周部からエアをいずれか一方のシリンダ室に供給することができない構造になっている。

図３に示す従来のチャックシステムは，主軸を構成するスピンドル４０の一端には回転管継ぎ手４８を介してエアチューブ組立体４１が取り付けられ，また，スピンドル４０の他端にチャック本体（図示せず）が取り付けられている。エアチューブ組立体４１には，加工液供給ポート４４，排気ポート４５，エア出口ポート４６及びエア入口ポート４７が設けられ，また，チャック本体には，ダイヤフラムチャック（図示せず）が設けられている。スピンドル４０に形成した貫通孔４２には，フィードチューブ４３が通され，フィードチューブ４３内には加工液供給チューブ及びエア供給チューブが配設されており，加工液供給チューブ及びエア供給チューブはチャック本体に設けられた加工液ポートやエアポートに接続されている。チャック本体に設けられたチャック爪で工作物を着脱する場合には，エア供給チューブを通じてダイヤフラムチャックへ作動用エアを供給し，ダイヤフラムを作動し，チャック爪で工作物を着脱するように構成されている。

また，図４に示す従来のチャックシステムは，主軸を構成するスピンドル５０の一端には回転管継ぎ手５０Ｐを介してエアチューブ組立体５１が取り付けられ，また，スピンドル５０の他端にチャック本体５９の面板５９Ｐが取り付けられている。エアチューブ組立体５１には，加工液供給ポート５４，排気ポート５５，エア出口ポート５６及びエア入口ポート５７が設けられ，また，チャック本体には，ダイヤフラムチャック（図示せず）が設けられている。スピンドル５０に形成した貫通孔５２には，中心に加工液供給チューブ５３，加工液供給チューブ５３の周囲に２本（図４）のエアチューブ５８を配設している。加工液供給チューブ５３及びエアチューブ５８は，チャック本体５９に設けた加工液ポート５９Ｗやエアポート５９Ａに接続されている。チャック本体５９に設けたチャック爪（図示せず）で工作物を着脱する場合には，ダイヤフラムチャックへエア供給チューブ５８を通じて作動用エアを供給し，ダイヤフラム（図示せず）を作動し，チャック爪で工作物を着脱するように構成されている。

また，図５に示す従来のチャックシステムでは，ハウジング７３に固定されたステータ７４とスピンドル６０に固定されたロータ７５によってビルトインモータ７６が形成されている。スピンドル６０は，ハウジング７３に軸受７８によって回転可能に支持されている。主軸を構成するスピンドル６０の一端には継ぎ手６０Ｐを介してエアチューブ組立体６１が取り付けられ，スピンドル６０の他端にチャック本体６９が取り付けられている。エアチューブ組立体６１には，貫通孔６２としての加工液供給ポート６４，排気ポート６５，エア出口ポート６６及びエア入口ポート６７が設けられている。また，チャック本体６９には，図示していないが，ダイヤフラムを備えたダイヤフラムチャックが設けられ，その先端にはチャック爪７７が設けられている。スピンドル６０には，加工液を送る加工液供給路７０，エア供給路７１，排気路７２が直接的に貫通孔６２としてそれぞれ形成され，これらの貫通孔６２をチャック本体６９に設けた加工液ポートやエアポートに直結している。チャック爪７７で工作物を着脱する場合には，エア供給用の貫通孔のエア供給路７１を通じてダイヤフラムチャックへ作動用エアを供給し，ダイヤフラムを作動し，チャック爪７７で工作物を着脱するように構成されている。

また，主軸における工作物を把持する作動用エアを供給する装置が知られている。該エア供給装置は，主軸台に組み込まれた回転主軸を通じて供給される工作物把持作動用エアを主静圧軸受に用いるクリーンエア回路から供給するものである。該エア供給装置は，後端部においてカップリングを介して回転動力を受ける回転主軸にはハウジングが嵌合され，ハウジングのエア供給口から供給されたクリーンエアをハウジングに形成されたエア還流溝から回転主軸に形成された導入路及び連通路を通じて回転主軸の前端面に取り付けたダイヤフラムチャックの工作物把持手段に供給される。回転主軸は，ハウジングに対し，クリーンエアによって得られる静圧軸受で支持される。また，ダイヤフラムチャックは，供給されるエア圧によってダイヤフラムが変形し，ダイヤフラムに連結されたチャック爪間を拡大又は縮小させるタイプが使用されている。即ち，ダイヤフラムチャックは，ダイヤフラムでエア圧が供給される加圧室とエアの給排を行う給排気室とに仕切られ，加圧室にエアを供給すると，ダイヤフラムが給排気室側に膨らみ，ダイヤフラムに取り付けられたチャック爪は，把持ピースが各爪の押出量に比例して拡がり変位する。把持ピースの外径が工作物の内径に等しくなり，把持ピースが工作物の内孔に圧接したときに，工作物はダイヤフラムチャックに内側から把持される状態となる。工作物の加工を終えて，ダイヤフラムチャックによる把持力を解放するときには，加圧室を加圧していたクリーンエアの供給を絶つことによって達成される。加圧室内の圧力で変位していたダイヤフラムが元の形状に復帰することにより，各爪は後退しつつ先端に設けられている把持ピースの外周径が縮径して，工作物の把持を解放する（例えば，特許文献１参照）。
特開２００１−２１９３０２号公報

しかしながら，図３に示すような従来のチャックシステムは，スピンドル４０の貫通孔４２にフィードチューブ４３を配設したものであり，スピンドル４０に貫通孔４２を形成しているので，軽量化できて汎用性はあるが，このタイプのチャックシステムは，高速回転ではフィードチューブ４３が危険回転速度領域では縄跳び現象による振動等が発生し，スピンドル４０の回転精度（真円度や面粗度）に悪影響を及ぼし，また，スピンドル４０とフィードチューブ４３との間には空気層４０Ｓが存在しているので，空気層４０Ｓが断熱層となって加工液によるスピンドル４０自体の冷却が不十分になり，ビルトインモータの場合にスピンドル４０に固定されているロータ１５やスピンドルを支持する軸受の冷却が不十分になり，スピンドル４０の高速回転に不向きなものであった。即ち，スピンドル４０の振動等の発生のみでなく，スピンドル４０の冷却が不十分であると，スピンドル４０の温度上昇が大きくなり，スピンドル４０の伸びも大きくなり，そのため工作物の加工寸法精度に悪影響を及ぼすことになり，また，軸受１３等の寿命も短くなる。

また，図４に示す従来のチャックシステムは，スピンドル５０に設けた貫通孔５２の中央に加工液供給チューブ５３を挿通し，加工液供給チューブ５３の周囲にエアチューブ５８を配設したものであり，エアチューブ５８の振動等が若干緩和されるが，上記のタイプと同様に，スピンドル５０とエアチューブ５８との間には空気層５０Ｓが存在しているので，空気層５０Ｓが断熱層になって加工液によるスピンドル５０自体の冷却が不十分になり，ビルトインモータの場合にスピンドル５０に固定されているロータやスピンドルを支持する軸受の冷却が不十分になり，また，エアチューブ５８の寿命に問題があり，スピンドル５０の高速回転に不向きなものになる。スピンドル５０の冷却が不十分であると，スピンドル５０の温度上昇が大きくなり，スピンドル５０の伸びも大きくなり，工作物の加工寸法精度に悪影響を及ぼすことになる。

また，図５に示す従来の軸一体型のチャックシステムは，スピンドル６０の軸心に沿ってスピンドル６０に加工液供給路７０，エア供給路７１，排気路７２が貫通孔６２として直接形成されているので，スピンドル６０の回転速度に対する危険回転速度がなく，スピンドル６０や軸受７８の加工液による冷却が可能であり，スピンドル６０の温度上昇は比較的に抑えられ，縄跳び現象による振動等の悪影響が排除できる。しかしながら，スピンドル６０に多数の貫通孔６２を形成するため，スピンドル６０の径のサイズが大きくなり，重い軸となり，スピンドル６０の高速回転時には，慣性力が大きくなってスピンドル６０の加減速時間が長くなり，スピンドル６０に対して設けられたモータ７６の発熱が大きくなる。また，スピンドル６０の径を小さく形成すると，加工液供給路７０及びエア供給通路７１，７２も小さくなり，スピンドル６０の冷却効果が小さくなり，軸重量が大きいため軸のアンバランス等の影響が大きくなるという問題がある。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，エアフィードチューブ等をスピンドル自体又はその近傍から排除して回転体となるスピンドルを軽量化すると共に，スピンドルに形成した１本の貫通孔を加工液供給路に形成し，加工液供給路に加工液を通すことによってスピンドル自体を直接冷却してビルトインモータや軸受をスピンドルを通じてダイレクトに迅速に冷却し，スピンドルの高速回転を可能にし，また，スピンドル端部に設けたチャック本体に内蔵したダイヤフラムチャックへのエア供給手段をチャック本体に近接して設け，チャック本体の停止時に，エア供給手段のエア供給ポートをチャック本体に設けたエアポートに接続してダイヤフラムチャックを作動し，チャック爪で工作物の着脱を行うことができる高速回転チャックシステムを提供することである。

この発明は，主軸台を構成するハウジング，前記ハウジングに軸受によって回転可能に支持された主軸を構成する中空のスピンドル，前記スピンドルの先端の固定されたチャック本体，前記チャック本体に取り付けられた工作物を把持するチャック爪，前記チャック爪をエアの出入で作動するため前記チャック本体に設けられたダイヤフラムチャック，一端が加工液の供給源に接続され且つ他端が前記チャック本体の加工液供給通路に接続された前記スピンドルを貫通する加工液供給路，前記ダイヤフラムチャックのダイヤフラムにエア圧を付勢するため前記チャック本体に設けられた一対のエアポート，及び前記エアポートにエア源からの前記エア圧をそれぞれ付勢するため前記エアポートに着脱可能に接続される一対のエア供給ニップルを備えたアダプタ，から成る高速回転チャックシステムに関する。

この高速回転チャックシステムは，前記ハウジングに固定されたステータと前記スピンドルに固定されたロータとから成るビルトインモータを備えている。前記スピンドルに設けた前記加工液供給路が前記スピンドルを直接貫通した貫通孔で形成され，前記加工液が前記貫通孔を流れることによって前記スピンドルを介して前記ビルトインモータ及び前記軸受を直接冷却することができるものである。

また，前記スピンドルの前記加工液供給路内には，前記ダイヤフラムチャックへの前記エアを供給するエアチューブを配設可能に構成されるものである。

また，この高速回転チャックシステムでは，前記アダプタの前記エア供給ニップルは，前記チャック本体の停止後にオリエンテーションして前記チャック本体に設けられた前記エアポートに接続される。

また，この高速回転チャックシステムでは，前記チャック本体に設けられた一対の前記エアポートは，前記エア圧を封じ込める逆止弁を備えており，前記ダイヤフラムチャックの前記ダイヤフラムに対する着脱用エアポートと前記工作物に対する前記チャック爪の把握量増強のための背圧用エアポートである。

この高速回転チャックシステムは，上記のように構成されているので，主軸を構成するスピンドルには加工液供給路となる１本の貫通孔のみが形成されたものであり，スピンドルの貫通孔に加工液をダイレクトに流してスピンドルの冷却効果を大きくし，スピンドルに固定されたロータを備えたビルトインモータ及びスピンドルを回転支持する軸受をスピンドルを通じて高効率にダイレクトに冷却し，それによって，スピンドルの危険回転速度を考慮することなく，スピンドルを１００００ｒｐｍ以上，例えば，１２０００〜２００００ｒｐｍの超高速回転をさせて工作物を短時間に高精度に加工することができ，スピンドルにはフィードチューブ等が無いのでそれらによる振動がなく，スピンドルの回転が安定し，工作物に対する加工精度をアップでき，スピンドル自体を軽量化できて回転慣性力を低減し，高速回転時でも加減速時間を短縮でき，また，エアポートを着脱用エアポートは勿論のこと，背圧用エアポートに形成することによってチャック爪による工作物に把握力を増強でき，更に，エアポートに逆止弁を設けることによってダイヤフラムチャックへのエア圧の抜けを簡単に防止でき，安定して工作物を把持でき，スピンドル停止状態でオリエンテーションして容易にチャック本体のエアポートとアダプタのエア供給ニップルとを結合させてエアを供給できる。

以下，図１及び図２を参照して，この発明による高速回転チャックシステムの実施例を説明する。この発明による高速回転チャックシステムは，特に，主軸を構成するスピンドル１に形成した貫通孔２を加工液供給路８に形成し，貫通孔２に加工液を流して，スピンドル１の貫通孔２を流れる加工液によってスピンドル１を通じてビルトインモータ１０及びスピンドル１をハウジング３に回転支持する軸受１３を冷却すると共に，従来のチャックシステムのように，スピンドル１にエアチューブ等を設けずに，スピンドル１を振動等を発生させずに安定して回転させ，超高速回転で工作物を高精度に短時間に加工することを可能にしたことを特徴としている。

この高速回転チャックシステムは，主として，主軸台を構成するハウジング３，ハウジング３に軸受１３によって回転可能に支持された主軸を構成するスピンドル１，ハウジング３に磁路１８を介して固定されたステータ１４とスピンドル１に固定されたロータ１５とから成るビルトインモータ１０，スピンドル１の先端に固定されたチャック本体９，チャック本体９に取り付けられた工作物を把持するチャック爪１７，チャック爪１７をエアの出入で作動するためチャック本体９に設けられたダイヤフラム１２を備えたダイヤフラムチャック１１，ダイヤフラムチャック１１のピストン２１にエア圧を付勢するためチャック本体９に設けられた一対のエアポート６，７，即ち，着脱側エアポート６と背圧側エアポート７，及びエアポート６，７にエア源からのエア圧をそれぞれ付勢するためエアポート６，７に着脱可能に接続される一対のエア供給ニップル２０を備えたアダプタ１９から構成されている。アダプタ１９には，エア供給源に接続するエア供給管３１を接続するための管継ぎ手３０が設けられており，エア供給管３１は管継ぎ手３０を通じてエア供給ニップル２０にそれぞれ接続されている。

この高速回転チャックシステムは，特に，スピンドル１に１本の貫通孔２を形成し，貫通孔２を加工液供給路８に形成し，加工液供給路８の一端を加工液の供給源に回転継ぎ手を介して接続し，他端をチャック本体９の加工液供給通路２９に接続したことに特徴を有している。スピンドル１は，一端にチャック本体が取り付けられ，他端に回転ジャーナル５が取り付けられ，ハウジング３の一対の軸受１３を介して回転可能に支持されている。回転ジャーナル５には，加工液供給ポート４が設けられ，冷却液として機能する加工液が加工液供給ポート４からスピンドル１の貫通孔２で構成された加工液供給路８を通ってチャック本体９の加工液供給路２９に供給される。

また，ダイヤフラムチャック１１は，従来のものを使用できるものであり，例えば，一例を挙げると，シリンダ２８内に形成されたエア室がピストン２１によって着脱エア室２２と背圧エア室２３とに区画されており，ピストン２１の中央部には前方に突出するプランジャ部３２が設けられ，プランジャ部３２にダイヤフラム１２の中央部が取り付けられている。また，ダイヤフラム１２の前面には，中央部の周囲方向に隔置して複数のチャック爪１７が取り付けられている。従って，着脱エア室２２又は背圧エア室２３の一方にエアが供給されると，ピストン２１が摺動し，それによってプランジャ部３２を介してダイヤフラム１２の中央部を中心に突出又は常態に変位する。ダイヤフラム１２が突出又は常態に変位することによって，複数のチャック爪１７間が拡大又は縮小して工作物を着脱するようになっている。チャック本体９に設けたエアポート６はエア通路２４を通じて着脱エア室２２に接続され，また，エアポート７はエア通路２５を通じて背圧エア室２３に接続されている。

この高速回転チャックシステムでは，スピンドル１に設けた加工液供給路８は，スピンドル１を直接貫通した貫通孔２であり，冷却液として機能する加工液が貫通孔２を流れることによって，スピンドル１を介してロータ１５及び軸受１３を直接冷却することができるように構成されている。この高速回転チャックシステムは，既存のチャックシステムに適用された場合には，スピンドル１の加工液供給路８内に，ダイヤフラムチャック１１の着脱エア室２２及び背圧エア室２３へのエアを供給するエアチューブ（図示せず）を配設可能に構成されているものである。

また，この高速回転チャックシステムでは，アダプタ１９のエア供給ニップル２０は，チャック本体９の停止後に，オリエンテーションしてチャック本体９に設けられたエアポート６，７に接続される。また，この高速回転チャックシステムでは，チャック本体９に設けられた一対のエアポート６，７は，エア圧を封じ込めるため逆止弁１６がそれぞれ設けられており，ダイヤフラムチャック１１におけるピストン２１に対する着脱用エアポートと工作物に対するチャック爪１７の把握量増強のための背圧用エアポートで構成されている。エアポート６，７には，逆止弁１６が設けられているので，アダプタ１９のエア供給ニップル２０に接続されてエア源からエアが供給されると，着脱エア室２２と背圧エア室２３へ供給されたエア圧は封入され，工作物に対するチャック爪１７の把握力は安定して保持することができる。

この高速回転チャックシステムでは，スピンドル１は，一端が管継ぎ手２７を介して回転ジャーナル５に接続され，他端がチャック本体９に接続されている。また，回転ジャーナル５には，複数のポートが栓２６で閉鎖されており，エア供給チューブ等を接続する場合には，栓２６を外して各種のチューブを接続できるように構成されている。

この高速回転チャックシステムは，例えば，工作物をバイトで切削加工する旋盤等の工作機械に使用される。

この発明による高速回転チャックシステムの一実施例を示す断面図である。図１の高速回転チャックシステムの側面図である。従来のチャックシステムの一例を示す一部断面の正面図である。従来のチャックシステムの別の例を示す一部断面の正面図である。従来のチャックシステムの更に別の例を示す一部断面の正面図である。

符号の説明

１スピンドル
２貫通孔
３ハウジング
６，７エアポート
８加工液供給路
９チャック本体
１０ビルトインモータ
１１ダイヤフラムチャック
１２ダイヤフラム
１３軸受
１４ステータ
１５ロータ
１６逆止弁
１７チャック爪
１９アダプタ
２０エア供給ニップル
２１ピストン
２２着脱エア室
２３背圧エア室
２４，２５エア通路
２７継ぎ手
２８シリンダ
２９加工液供給路
３０管継ぎ手
３１エア供給管
３２プランジャ部

Claims

主軸台を構成するハウジング，前記ハウジングに軸受によって回転可能に支持された主軸を構成する中空のスピンドル，前記スピンドルの先端の固定されたチャック本体，前記チャック本体に取り付けられた工作物を把持するチャック爪，前記チャック爪をエアの出入で作動するため前記チャック本体に設けられたダイヤフラムチャック，一端が加工液の供給源に接続され且つ他端が前記チャック本体の加工液供給通路に接続された前記スピンドルを貫通する加工液供給路，前記ダイヤフラムチャックのダイヤフラムにエア圧を付勢するため前記チャック本体に設けられた一対のエアポート，及び前記エアポートにエア源からの前記エア圧をそれぞれ付勢するため前記エアポートに着脱可能に接続される一対のエア供給ニップルを備えたアダプタ，から成る高速回転チャックシステム。
前記ハウジングに固定されたステータと前記スピンドルに固定されたロータとから成るビルトインモータを備えていることから成る請求項１に記載の高速回転チャックシステム。
前記スピンドルに設けた前記加工液供給路は，前記スピンドルを直接貫通した貫通孔であり，前記加工液が前記貫通孔を流れることによって前記スピンドルを介して前記ビルトインモータ及び前記軸受を直接冷却することから成る請求項２に記載の高速回転チャックシステム。
前記スピンドルの前記加工液供給路内には，前記ダイヤフラムチャックの前記ダイヤフラムへの前記エアを供給するエアチューブを配設可能に構成されることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の高速回転チャックシステム。
前記アダプタの前記エア供給ニップルは，前記チャック本体の停止後にオリエンテーションして前記チャック本体に設けられた前記エアポートに接続されることから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の高速回転チャックシステム。
前記チャック本体に設けられた一対の前記エアポートは，前記エア圧を封じ込める逆止弁を備えており，前記ダイヤフラムチャックの前記ダイヤフラムに対する着脱用エアポートと前記工作物に対する前記チャック爪の把握量増強のための背圧用エアポートであることから成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の高速回転チャックシステム。