JP2006125577A - 静圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸部材を静圧により正確に支持することができる静圧軸受装置を提供する。
【解決手段】 片持ち支持された軸部材としての主軸筒２３の外周には、静圧ポケット２９を有する環状のサポート部材２８を主軸筒２３の軸線方向と直交する方向へ移動可能に対向配置する。サポート部材２８を所要の移動位置で固定するための挟持機構３５を設ける。この挟持機構３５は、主軸筒２３とサポート部材２８との芯合わせが行われた状態で、サポート部材２８を固定する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、例えば工作機械において各種の軸部材を軸線方向へ移動可能に支持するようにした静圧軸受装置に関するものである。

従来のこの種の静圧軸受装置としては、例えば、特許文献１に開示されるような構成のものが提案されている。この従来構成においては、ベッド上にコラムが立設され、そのコラムの前面には第１サドルが左右方向へ移動可能に装着されている。第１サドルの前面には第２サドルが上下方向へ移動可能に装着され、その第２サドルには主軸ヘッドが前後方向へ移動可能に片持ち支持されている。すなわち、第２サドルの水平支持部には主軸ヘッドの第３サドルが直動ガイドレールを介して前後方向へ往復移動可能に装着され、その第３サドルの前端には主軸筒が片持ち状態で連結されている。このような構成の工作機械において、前記第２サドルの垂直支持部には静圧軸受が設けられ、この静圧軸受により主軸筒が前後方向へ往復移動可能に支持されている。
特開平１１−９９４２４号公報

前記のように、この従来構成においては、主軸筒が片持ち支持されている。そして、静圧軸受が１つの環状のサポート部材から構成され、そのサポート部材の内周面に主軸筒の外周面と対向する静圧ポケットが設けられている。このため、切削抵抗や主軸筒の重量により主軸筒の先端側が垂れ下がった場合には、サポート部材の長さが長いため、主軸筒とサポート部材との芯がずれ、主軸の外周面とサポート部材の内周面との間に適正な隙間を形成するのが困難である。この隙間が狭すぎると主軸の外周面とサポート部材の端部との間にかじりが発生し、主軸筒やサポート部材の損傷の原因となったり、主軸筒の組み付けが難しくなったりするという問題があった。また、隙間が広すぎると、静圧ポケット部の圧力を適切に保てないため、静圧による軸受性能が低下した。これにより加工精度が低下するという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、軸部材を正確な位置で支持することができ、前記のかじりや流体圧の低下を抑制することができる静圧軸受装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、片持ち支持された軸部材の外周を静圧を介して受けるようにした静圧軸受装置において、前記軸部材の外周には静圧ポケットを有する環状のサポート部材を軸部材の軸線方向と直交する方向へ移動可能に対向配置するとともに、そのサポート部材を所要の移動位置で固定するための固定手段を設け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に記載の発明において、前記固定手段は、前記サポート部材を挟持する位置と、その挟持を解放する位置との間を移動可能な挟持体を有する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２に記載の発明において、前記挟持体は、前記サポート部材への静圧流体回路から分岐された流体回路における流体を駆動媒体として作動されるように構成したことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明においては、請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記サポート部材の流体通路には流体圧供給のために伸縮可撓パイプが接続されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明においては、請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の発明において、前記軸部材は、その内周において回転軸を支持する筒状体であることを特徴とするものである。

（作用）
この発明においては、サポート部材の固定解除状態において、静圧流体回路からサポート部材の静圧ポケットに流体が供給されると、その流体によって生じる静圧により、サポート部材が軸部材の軸線と直交する方向に移動されて、軸部材の外周面に対してその全周において一定の間隔をおいた所要の移動位置に配置される。そして、この状態で固定手段によりサポート部材が移動位置に位置決め固定される。よって、サポート部材が軸部材に対して芯合わせ状態に配置固定できる。

静圧流体回路から分岐された流体を駆動媒体として利用して、サポート部材を挟持するための挟持部材を作動させれば、挟持部材を作動させるための駆動源等を別に設ける必要がなく、構成を簡略化することができる。

以上のように、この発明によれば、静圧を介して軸部材を支持するためのサポート部材を軸部材に対して芯合わせすることができ、高精度加工に好適である。

以下、この発明を工作機械における主軸の静圧軸受装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、この工作機械において、ベッド１１の上面には、コラム１３がＸ軸レール１４を介してＸ軸方向へ移動可能に装着され、モータ及び送りネジを含むＸ軸移動装置１５により移動されるようになっている。コラム１３には第１サドル１６がＹ軸レール１７を介してＹ軸（上下）方向へ移動可能に装着され、モータ及び送りネジを含むＹ軸移動装置１８により移動されるようになっている。

前記第１サドル１６は、Ｙ軸レール１７によりＹ軸方向に案内移動される垂直支持部１６ａと、その垂直支持部１６ａの後面上側部に一体に形成された底部を開放した遮蔽部１６ｂと、その遮蔽部１６ｂの下端に取り付けられた水平支持部１６ｃとにより構成されている。そして、この第１サドル１６には主軸ヘッド１９が装着されている。そこで、この第１サドル１６に対する主軸ヘッド１９の支持構造を以下に説明する。

図１〜図３に示すように、第１サドル１６の水平支持部１６ｃの上面には、主軸ヘッド１９を構成する第２サドル２０が直動ガイドレール２１を介してＺ軸（前後）方向へ移動可能に支持されている。この第２サドル２０は、モータ２２ａ及び送りネジ２２ｂを含むＺ軸移動装置２２により往復動されようになっている。第２サドル２０の前端面には、軸部材及び筒状体としての円筒状の主軸筒２３がその基端において片持ち状態で固定されている。そして、この主軸筒２３の内部には、図示しないが、加工具を把持するための把持機構を備えた主軸及びその主軸を回転させるためのモータが収容されている。

前記第１サドル１６の垂直支持部１６ａの上部には油圧を利用した静圧軸受装置２４が配設され、この静圧軸受装置２４により主軸筒２３が静圧を介してＺ軸方向へ往復動可能に支持されている。そこで、この静圧軸受装置２４の構成を詳細に説明する。図４及び図５に示すように、第１サドル１６の垂直支持部１６ａの上部には円筒状の軸受ハウジング２７が設けられている。軸受ハウジング２７の内部には、円環状のサポート部材２８が主軸筒２３の外周に嵌挿された状態で、主軸筒２３の軸線と直交する半径方向へ移動可能に配置されている。サポート部材２８の内周面には、主軸筒２３の外周面に対向する複数の静圧ポケット２９が等間隔に形成されている。

前記サポート部材２８の外面中央部には凸部３０が形成され、その凸部３０の部分には環状溝３１ａを介して前記各静圧ポケット２９にそれぞれ連通する複数のオイル通路３１が貫設されている。前記軸受ハウジング２７の外周には、静圧流体回路を構成するオイル供給パイプ３２が配設され、図６に示すように、このオイル供給パイプ３２にはオイルポンプ５０が接続されている。オイル供給パイプ３２には伸縮及撓曲可能な伸縮可撓パイプ３３が分岐継手３４を介して接続され、その伸縮可撓パイプ３３の先端が前記サポート部材２８の環状溝３１ａに接続されている。なお、環状溝３１ａは、伸縮可撓パイプ３３の先端のリング３３ａにより閉鎖されている。

分岐継手３４内には開閉バルブ５２が設けられ、この開閉バルブ５２を介してオイル供給パイプ３２と伸縮可撓パイプ３３とが接続されている。そして、開閉バルブ５２の開放状態において、オイルポンプ５０によりオイルタンク５１からオイル供給パイプ３２、分岐継手３４（開閉バルブ５２）、伸縮可撓パイプ３３及びオイル通路３１を介して、サポート部材２８の静圧ポケット２９に駆動媒体としてのオイルが供給される。このオイル供給により、サポート部材２８が主軸筒２３の軸線と直交する方向に移動されて、主軸筒２３の外周面に対して一定の間隔をおいた所要移動位置に配置されるようになっている。

前記軸受ハウジング２７内には、サポート部材２８と対応して固定手段としての挟持機構３５が配設されている。そして、この挟持機構３５により、サポート部材２８が軸受ハウジング２７に対し所要移動位置に挟持固定されるようになっている。この挟持機構３５は、サポート部材２８の凸部３０の一側面と対応するように、軸受ハウジング２７の内周に配設された第１挟持体３６と、サポート部材２８の凸部３０の他側面と接離可能に対応するように、軸受ハウジング２７内に軸線方向へ移動可能に配設された第２挟持体３７とから構成されている。この第２挟持体３７の挟持端面には第１挟持体３６と同一材質の挟持部材３７ａが取付けられている。また、第２挟持体３７と軸受ハウジング２７との間にはバネ３８が介装されている。そして、この第２挟持体３７は、バネ３８の付勢力により、常には凸部３０の他側面から離間する位置に移動配置されている。

前記軸受ハウジング２７の前端内面には、サポート部材２８の端面に対応するシリンダ状の圧力室３９が形成されている。圧力室３９と前記分岐継手３４との間には、分岐流体回路としての分岐パイプ４０が接続配置されている。図６に示すように、分岐継手３４の内部には開閉バルブ５３が設けられ、この開閉バルブ５３を介してオイル供給パイプ３２と分岐パイプ４０とが接続されている。そして、開閉バルブ５３の開放状態において、前記オイルポンプ５０からのオイルがオイル供給パイプ３２，分岐継手３４（開閉バルブ５３）及び分岐パイプ４０を介して圧力室３９に供給される。これにより、第２挟持体３７がバネ３８の付勢力に抗してサポート部材２８側に接近移動され、サポート部材２８の凸部３０が第１挟持体３６と第２挟持体３７の挟持部材３７ａとの間で挟持されて、サポート部材２８が前記の所要移動位置に固定されるようになっている。

次に、前記のように構成された静圧軸受装置の動作を説明する。
さて、この工作機械の停止時には、開閉バルブ５２，５３が閉じられて、オイルポンプ５０からのオイル圧力がブロックされた状態にある。このため、静圧軸受装置２４における挟持機構３５の第２挟持体３７がバネ３８の付勢力により、サポート部材２８の凸部３０から離間した位置に配置され、サポート部材２８の挟持が解放された状態にある。

また、工作機械の加工にともない、主軸筒２３をその軸線方向に移動させるときには、一方の開閉バルブ５２が開放されて、オイルポンプ５０からオイル供給パイプ３２、開閉バルブ５２及び伸縮可撓パイプ３３等を介して、サポート部材２８の静圧ポケット２９に静圧流体としてのオイルが供給される。これにより、サポート部材２８が主軸筒２３の軸線と直交する方向に芯出し移動されて、サポート部材２８の内周面が主軸筒２３の外周面に対して一定の間隔をおいた所要の移動位置に配置される。従って、主軸筒２３が軸線方向に移動されるときには、この状態が維持される。

そして、主軸筒２３の軸線方向への移動が停止すると、開閉バルブ５３が開放されて、オイルポンプ５０からのオイルがオイル供給パイプ３２，分岐パイプ４０及び開閉バルブ５３を介して、軸受ハウジング２７の圧力室３９に供給される。これにより、挟持機構３５の第２挟持体３７がサポート部材２８側に接近移動され、サポート部材２８が第１挟持体３６と第２挟持体３７の挟持部材３７ａとの間で挟持されて、前記の所要移動位置に固定される。そして、この状態でサポート部材２８の静圧ポケット２９に静圧流体としてのオイルが供給され続けることにより、主軸筒２３が静圧にて安定に支持され、前述した従来構成とは異なり、かじりや流体圧（油圧）の低下を防止できる。従って、この状態にて加工が開始されると、主軸筒２３が軸線に沿ってＺ軸方向へ正確に往復移動されて、高精度の加工を行うことができる。

以上に述べたように、この実施形態においては、以下の効果がある。
・ サポート部材２８が主軸筒２３の軸線方向と直交する方向に移動可能で、かつ移動後位置で固定することができるため、サポート部材２８が主軸筒２３の軸線方向におけるいずれの位置にあっても、サポート部材２８を主軸筒２３に対して芯合わせをすることができる。よって、両者２３，２８間のかじりを防止できる。従って、高精度加工が可能になるとともに、主軸筒２３の組み付けも容易になる。

・ 同様に、サポート部材２８を主軸筒２３に対してかじりを生じることなく芯合わせをすることができるため、サポート部材２８と主軸筒２３との間の間隙を狭くすることができる。従って、オイルの漏洩量やオイルポンプ５０のロスを少なくして、効率的な静圧支持動作を実現できる。

・ 静圧動作のための静圧回路と、サポート部材２８の固定のための回路とを共用しているため、構成を簡単にできる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記実施形態において、サポート部材２８を所要の移動位置に固定するための固定手段として、流体回路とは異なった構成、例えば磁力による吸着する構成に変更すること。

・ この発明を前記実施形態とは異なる他の構成に具体化すること。例えば、軸線方向に移動可能に、かつ回転可能な回転軸を、静圧軸受装置２４により支持するように構成すること。

・ 分岐継手３４と分岐継手３４内部に配置されたバルブ５２，５３をそれぞれ別の場所に分離して設けること。
・ 静圧供給のための供給パイプ３２，分岐継手３４，分岐パイプ４０等を軸受ハウジング２７内に設けること。

・ 油圧を利用した静圧軸受装置２４に代えて、空圧を利用した静圧軸受装置に変更すること。

この発明を具体化した工作機械の一実施形態の示す断面図。 図１の工作機械の一部を拡大して示す断面図。 図２の状態から主軸ヘッドが前方へ移動した状態を示す断面図。 主軸ヘッドの静圧軸受装置を拡大して示す要部断面図。 図４の５−５線における要部断面図。 実施形態の静圧関連構成を示す油圧回路図。

符号の説明

２３…軸部材としての主軸、２４…静圧軸受装置、２７…軸受ハウジング、２８…サポート部材、２９…静圧ポケット、３０…凸部、３２…静圧流体回路を構成するオイル供給パイプ、３３…伸縮可撓パイプ、３４…分岐継手、３５…固定手段としての挟持機構、３６…第１挟持体、３７…第２挟持体、３８…バネ、４０…分岐流体回路を構成する分岐パイプ。

Claims (5)

1. 片持ち支持された軸部材の外周を静圧を介して受けるようにした静圧軸受装置において、
   前記軸部材の外周には静圧ポケットを有する環状のサポート部材を軸部材の軸線方向と直交する方向へ移動可能に対向配置するとともに、そのサポート部材を所要の移動位置で固定するための固定手段を設けたことを特徴とする静圧軸受装置。
2. 前記固定手段は、前記サポート部材を挟持する位置と、その挟持を解放する位置との間を移動可能な挟持体を有することを特徴とする請求項１に記載の静圧軸受装置。
3. 前記挟持体は、前記サポート部材への静圧流体回路から分岐された流体回路における流体を駆動媒体として作動されるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の静圧軸受装置。
4. 前記サポート部材の流体通路には流体圧供給のために伸縮可撓パイプが接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の静圧軸受装置。
5. 前記軸部材は、その内周において回転軸を支持する筒状体であることを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の静圧軸受装置。

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