JP2006142385A - 工作機械のヘッドおよび工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物の加工時に生じる熱変形を効果的に抑制し、被加工物に対する加工誤差を抑制することができる構成を備えた工作機械のヘッドおよび工作機械を提供すること。
【解決手段】 被加工物に対して加工を行う加工機構４０と、加工機構４０を保持する保持部４１ａと、加工機構４０を垂直方向へ直線駆動する駆動機構に連結される被駆動部４１ｂと、保持部４１ａと被駆動部４１ｂとを繋ぐ連結部４１ｃとを備える工作機械のヘッド３は、さらに、連結部４１ｃを冷却用流体が通過する流体流路を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、被加工物を加工するために直線駆動される工作機械のヘッドおよびそれを備えた工作機械に関するものである。さらに詳しくは、工作機械のヘッドの冷却機構に関するものである。

従来より、被加工物を加工する工作機械として、載置された被加工物を水平方向へ送るテーブルと、被加工物を加工するために垂直方向へ直線駆動されるヘッドと、テーブルから垂直に立ち上がるコラムと、このコラムに取り付けられたヘッドの駆動機構とを備えた工作機械、たとえば、縦形のマシニングセンタが知られている。

この種の工作機械では、テーブル上に被加工物を載置するため、また、テーブル上に載置された被加工物の送りを可能とするため、コラムから水平方向に突出するように形成されたヘッドが用いられている。すなわち、この種の工作機械のヘッドとしては、被加工物に対して加工を行うスピンドルおよびスピンドル駆動装置等から構成される加工機構と、この加工機構を保持する保持部と、ヘッドの駆動機構に連結される被駆動部と、保持部と被駆動部とを繋ぐ連結部とを備え、被駆動部に対して、保持部が連結部を介して水平方向へ突出するように形成されたヘッドが用いられている（たとえば、特許文献１および２参照）。

また、この種の工作機械では、被加工物の加工時に、スピンドルと被加工物の当接部分やスピンドルの軸受部あるいは、スピンドル駆動装置を構成するスピンドル駆動モータ等で発生する熱によってヘッド等の工作機械の機体に熱変形が生じ、その機体の熱変形の影響で被加工物に加工誤差が生じることが知られている。そのため、この種の工作機械では、被加工物の加工誤差を抑制するための対策が講じられている。

たとえば、特許文献１に記載の工作機械では、ヘッドの温度変化を検出し、この検出結果から熱変位が演算され、この熱変位に基づいてヘッドおよびテーブルの駆動系が制御されるようになっている。このように、特許文献１に記載の工作機械では、ヘッドおよびテーブルの駆動系を制御することで、被加工物に対する加工誤差が補正されている。

また、特許文献２に記載の工作機械では、ヘッドの温度変化に基づいてヘッドおよびテーブルの駆動系を制御するのに加え、ヘッドの熱変形を抑制するための冷却装置が設けられている。このように、特許文献２に記載の工作機械では、ヘッドおよびテーブルの駆動系の制御に加え、ヘッド自体の熱変形を抑制することで、被加工物に対する加工誤差が補正されている。

特開２００４−４２２６０号公報（発明の実施の形態および図面参照） 特開平１０−６１８３号公報（段落番号０００９および図１参照）

しかしながら、上記特許文献１に記載された工作機械では、被加工物に加工誤差を生じさせる直接の原因となるヘッドの熱変形に対する対策は講じられていない。一方、上記特許文献２には、冷却装置が設けられ、ヘッドの熱変形を抑制するための対策は講じられているものの、この冷却装置を用いて、ヘッドの熱変形をどのように抑制するかについては、具体的な構成が開示されていない。

そこで、本発明の課題は、被加工物の加工時に生じる熱変形を効果的に抑制し、被加工物に対する加工誤差を抑制することができる構成を備えた工作機械のヘッドおよび工作機械を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、被加工物に対して加工を行う加工機構と、加工機構を保持する保持部と、加工機構を直線駆動する駆動機構に連結される被駆動部と、保持部と被駆動部とを繋ぐ連結部とを備える工作機械のヘッドにおいて、連結部に冷却用流体が通過する流体流路を備えることを特徴とする。

保持部と被駆動部とを繋ぐ連結部を備えるヘッド、すなわち、被駆動部に対して、保持部が連結部を介して突出しているヘッドでは、連結部の熱変形量がそのまま、被駆動部に対する保持部の位置変化に影響する。そのため、連結部に熱変形が生じると、保持部に保持された加工機構の被駆動部に対する相対位置が大きく変化し、被加工物に大きな加工誤差を生じる。ここで、本発明にかかるヘッドは、加工機構を保持する保持部と駆動機構に連結される被駆動部とを繋ぐ連結部に冷却用流体が通過する流体流路を備えている。そのため、加工機構の位置変化に大きな影響を与える連結部を冷却用流体によって冷却して、連結部に生じる熱変形を抑制することができる。すなわち、被加工物の加工時に生じる連結部の熱変形を効果的に抑制し、その結果、被加工物に対する加工誤差を抑制することができる。

本発明において、加工機構の駆動方向と略平行に連結部を貫通する貫通孔からなる流体流路を備えていることが好ましい。このように、流体流路として、加工機構の駆動方向と略平行な貫通孔を連結部に備える場合には、加工機構の駆動方向全域で連結部を冷却することができ、連結部の熱変形を効果的に抑制することができる。

本発明において、連結部は、加工機構の駆動方向と略平行に形成された中心リブと、中心リブから放射状に形成された複数の放射状リブとからなる補強リブを備え、貫通孔は、隣接する放射状リブの相互間を貫通するように形成されていることが好ましい。このように構成すると、貫通孔によって効果的に連結部を冷却する構成を採用しつつ、さらに補強リブで連結部の強度を維持することができる。また、補強リブを備えることから、連結部は、熱変形しにくくなる。

本発明において、流体流路は、連結部から保持部に連通する連通口を備え、冷却用流体が保持部を通過することが好ましい。このように構成した場合には、加工機構の位置変化に大きな影響を与える連結部を冷却しつつ、発熱源側となる加工機構が保持される保持部を冷却することができる。すなわち、発熱源側を冷却することで、発熱源からの発熱を抑制しつつ、加工機構の位置変化に大きな影響を与える連結部を冷却することで、被駆動部に対する保持部の熱変形を効果的に抑制することができる。

本発明において、保持部は、加工機構を構成するスピンドルを保持するスピンドル保持部を備え、流体流路は、スピンドル保持部を囲むようにスピンドルの駆動方向と略平行に形成された冷却用流体の通過孔を備えることが好ましい。このように構成すると、発熱源となるスピンドルを効果的に冷却することができる。

本発明において、冷却用流体は空気であり、連結部には、流体流路に向かって空気を送る送風機が取り付けられていることが好ましい。このように冷却用流体が空気である場合には、冷却用流体の取り扱いが容易になる。また、連結部に取り付けられた送風機によって空気が強制送出され、連結部をより効果的に冷却することができる。

また、本発明では、駆動機構によって垂直方向に直線駆動される上記の工作機械のヘッドを、被加工物が載置され水平方向へ被加工物を送るテーブルと、駆動機構が取り付けられたコラムとを備える工作機械に用いることができる。この工作機械では、ヘッドの熱変形を抑制し、加工精度を向上させることができる。

以上のように本発明にかかる工作機械のヘッドおよび工作機械では、被加工物の加工時に生じるヘッドの熱変形を効果的に抑制し、被加工物に対する加工誤差を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

（工作機械の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかる工作機械１の構成を一部透視した状態で側面から見た側面説明図である。図２は、図１に示す工作機械１の構成を一部透視した状態で正面から見た正面説明図である。なお、図１および図２は、工作機械１の構成部材の位置関係を説明するための説明図であり、一定の断面を表した図面ではない。

本形態の工作機械１は、図１および図２に示すように、載置された被加工物（図示省略）を水平方向で互いに直交するＸ軸およびＹ軸方向に送るテーブル２と、被加工物を加工するためにＸ軸およびＹ軸に直交する垂直方向、すなわちＺ軸方向へ直線駆動されるヘッド３と、テーブル２から垂直に立ち上がるコラム４とを主要な構成要素とした３軸を制御軸とする縦形のマシニングセンタである。なお、本形態の説明では、工作機械１の左右方向（図１のおける紙面垂直方向）をＸ軸方向、前後方向（図１における左右方向）をＹ軸方向、上下方向（図１における上下方向）をＺ軸方向とする。

テーブル２は、被加工物を載置してＸ軸方向へ移動するＸ軸移動テーブル６と、Ｘ軸移動テーブル６を載置してＹ軸方向へ移動するＹ軸移動テーブル７と、Ｙ軸移動テーブル７が載置されるベース８とを備えている。

ベース８の上面には、Ｙ軸移動テーブル７をＹ軸方向へ案内するための平行な２本のＹ軸送り用ガイドレール９（図２参照）と、Ｙ軸移動テーブル７をＹ軸方向へ送るＹ軸送り用ボールネジ１０（図１参照）の両端側を回転可能に支持する２つの軸受１１（図１参照）をそれぞれ保持する軸受保持部材１２、１３が固定されている。一方の軸受保持部材１３には、Ｙ軸送り用ボールネジ１０を回転駆動するＹ軸送り用モータ１４（図１参照）が固定されている。Ｙ軸送り用モータ１４の出力軸は、Ｙ軸送り用ボールネジ１０の一端とカップリング１５（図１参照）を介して接続されている。

図２に示すように、Ｙ軸移動テーブル７の底面には、Ｙ軸送り用ガイドレール９に摺動自在に嵌合するＹ軸送り用ガイドブロック１７が固定されている。Ｙ軸送り用ガイドレール９とＹ軸送り用ガイドブロック１７とによってＹ軸移動テーブル７をＹ軸方向に案内するようになっている。

また、図１に示すように、Ｙ軸移動テーブル７の底面には、Ｙ軸送り用ボールネジ１０と螺合するＹ軸送り用ナット１８が保持されたナット保持部１９が固定されている。Ｙ軸送り用ボールネジ１０、Ｙ軸送り用ナット１８、Ｙ軸送り用ガイドブロック１７、Ｙ軸送り用ガイドレール９およびＹ軸送り用モータ１４等によって、Ｙ軸移動テーブル７をＹ軸方向へ直線駆動するＹ軸送り機構が構成されている。

Ｙ軸移動テーブル７には、Ｘ軸移動テーブル６をＸ軸方向へ案内するための平行な２本のＸ軸送り用ガイドレール２０（図１参照）と、Ｘ軸移動テーブル６をＸ軸方向へ送るＸ軸送り用ボールネジ２１（図１参照）の両端側を回転可能に支持する２つの軸受（図示省略）をそれぞれ保持する軸受保持部材（図示省略）が固定されている。一方の軸受保持部には、Ｘ軸送り用ボールネジ２１を回転駆動するＸ軸送り用モータ２２（図２参照）が固定されている。Ｘ軸送り用モータ２２の出力軸は、Ｘ軸送り用ボールネジ２１の一端とカップリング（図示省略）を介して接続されている。

図１に示すように、Ｘ軸移動テーブル６の底面には、Ｘ軸送り用ガイドレール２０に摺動自在に嵌合するＸ軸送り用ガイドブロック２３が固定されている。Ｘ軸送り用ガイドレール２０とＸ軸送り用ガイドブロック２３とによってＸ軸移動テーブル６をＸ軸方向に案内するようになっている。

また、図２に示すように、Ｘ軸移動テーブル６の底面には、Ｘ軸送り用ボールネジ２１と螺合するＸ軸送り用ナット（図示省略）が保持されたナット保持部２４が固定されている。Ｘ軸送り用ボールネジ２１、Ｘ軸送り用ナット、Ｘ軸送り用ガイドブロック２２、Ｘ軸送り用ガイドレール２０およびＸ軸送り用モータ２１等によって、Ｘ軸移動テーブル６をＸ軸方向へ直線駆動するＸ軸送り機構が構成されている。

なお、Ｘ軸移動テーブル６の上面が、被加工物が載置される載置面となっている。

テーブル２は、図１に示すように、Ｙ軸移動テーブル７のＹ方向両側に、被加工物の加工時に生じる切り粉などからＹ軸送り機構を保護するためのテレスコカバー２６と一体カバー２７とを備えている。より具体的には、テーブル２は、図１において、Ｙ軸移動テーブル７の右側（コラム４が設けられた側）に一体カバー２７を備え、Ｙ軸移動テーブル７の左側にテレスコカバー２６を備えている。

テレスコカバー２６では、図１における左端（一端）がベース８に固定され、図１における右端（他端）がＹ軸移動テーブル７に固定されている。一方、一体カバー２７では、図１における左端がＹ軸移動テーブル７に固定されており、一体カバー２７は、Ｙ軸移動テーブル７とともにＹ軸方向へ移動するようになっている。また、一体カバー２７の図示右端側は、コラム４に形成された後述のカバー挿入孔４ａに挿入された状態となっている。

図１に示す状態がＹ軸移動テーブル７のほぼ中央位置であり、図１に示す状態から、Ｘ軸移動テーブル６を載置したＹ軸移動テーブル７が、図示右左方向へ移動するようになっている。図示右方向への移動の際には、一端がベース８に固定され、他端がＹ軸移動テーブル７に固定されたテレスコカバー２６は、Ｙ軸方向（図１で右方向）にさらに伸びてＹ軸送り用ボールネジ１０等のＹ軸送り機構を保護するようになっている。また、Ｙ軸移動テーブル７が図示右方向に移動すると、Ｙ軸移動テーブル７に固定された一体カバー２７は、Ｙ軸送り用モータ１４等のＹ軸送り機構を保護しながら、Ｙ軸移動テーブル７とともに図示右方向へ移動して、コラム４のカバー挿入孔４ａに次第に挿入されていくようになっている。なお、Ｙ軸移動テーブル７が図１で左方向に移動する場合、テレスコカバー２６は、たたみ込まれるようにして小さくなっていき、一体カバー２７は、コラム４から引き出されてくることになるが、一体カバー２７は、コラム４から完全に引き出された状態になることはない。

また、テーブル２は、図２に示すように、Ｘ軸移動テーブル６のＸ方向両側に、Ｘ軸送り機構を保護するためのテレスコカバー２８、２９を備えている。図２において、図示左側に位置するテレスコカバー２８では、図示右端がＸ軸移動テーブル６に固定され、図示左端がＹ軸移動テーブル７に取り付けられたブラケット３０に固定されている。一方、図２において、図示右側に位置するテレスコカバー２９では、図示左端がＸ軸移動テーブル６に固定され、図示右端がＹ軸移動テーブル７に取り付けられたブラケット３１に固定されている。

図２に示す状態がＸ軸移動テーブル６の図示左方向の移動限界であり、このとき、テレスコカバー２８は縮んだ状態で、テレスコカバー２９は伸びた状態で、Ｘ軸送り機構を保護するようになっている。また、図２に示す状態から、Ｘ軸移動テーブル６が、図示右方向へ移動すると、テレスコカバー２８は伸びながらＸ軸送り機構を保護し、テレスコカバー２９は縮みながらＸ軸送り機構を保護するようになっている。

コラム４は、図１において、一体カバー２７の図示右端側が挿入されるカバー挿入孔４ａを備えるコラム下部４ｂと、コラム下部４ｂの上に形成されたコラム上部４ｃとから構成されている。このコラム４は、コラム下部４ｂがテーブル２を構成するベース８の図示右端側に固定された状態でベース８から垂直に立ち上がっている。コラム上部４ｃは、図１において、図示左側（Ｘ軸移動テーブル６およびＹ軸移動テーブル７が設けられている側）が開口した略角溝形状に形成されている。この開口部をヘッド３の根元側が垂直方向に上下動することになる。

図２に示すように、コラム上部４ｃの溝部４ｃ１のＸ方向両端に形成された側面（図１における左端面）には、ヘッド３をＺ軸方向（垂直方向）へ案内するための平行な２本のＺ軸送り用ガイドレール３２が固定されている。これらのＺ軸送り用ガイドレール３２には、ヘッド３に固定されたＺ軸送り用ガイドブロック（図示省略）が摺動自在に嵌合されており、Ｚ軸送り用ガイドレール３２とＺ軸送り用ガイドブロックとによって、ヘッド３をＺ軸方向に案内するようになっている。

図１に示すように、溝部４ｃ１には、ヘッド３をＺ軸方向へ送るＺ軸送り用ボールネジ３３の両端側を回転可能支持する２つの軸受３４をそれぞれ保持する軸受保持部材３５、３６が固定されている。Ｚ軸送り用ボールネジ３３には、ヘッド３に保持されたＺ軸送り用ナット３７が螺合している。また、コラム上部４ｃの上端には、Ｚ軸送り用ボールネジ３３を回転駆動するＺ軸送り用モータ３８が固定されている。Ｚ軸送り用モータ３８の出力軸は、Ｚ軸送り用ボールネジ３３の上端にカップリング３９を介して接続されている。Ｚ軸送り用ボールネジ３３、Ｚ軸送り用ナット３７、Ｚ軸送り用ガイドブロック、Ｚ軸送り用ガイドレール３２、Ｚ軸送り用モータ３８、軸受３４およびカップリング３９によって、ヘッド３をＺ軸方向へ直線駆動する駆動機構としてのＺ軸送り機構が構成されている。

なお、Ｚ軸送り用モータ３８は、図１に示すように、ガラスエポキシ樹脂等の断熱材で形成された取付板５９を介してコラム上部４ｃの上端に固定されている。そのため、ヘッド３をＺ軸方向へ直線駆動する際にＺ軸送り用モータ３８に生じた熱は、コラム上部４ｃへ伝わりにくくなっており、コラム上部４ｃの熱変形量が低減されるようになっている。また、Ｚ軸送りモータ３８に、放熱板や送風ファン、あるいはオイルクーラ等の冷却装置を設けると、Ｚ軸送り用モータ３８の発熱対策となり、コラム上部４ｃの熱変形を防止する上でより好ましい。

（ヘッドの構成）
図３は、図１に示すヘッド３の構成を一部透視した状態で側面から見た側面説明図である。図４は、図３に示すヘッド３のヘッド本体４１を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。図５は、ヘッド本体４１の図４（Ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示す断面図である。図６は、図３におけるＦ部の詳細を拡大して示す詳細断面図である。なお、図３は、ヘッド３の構成部材の位置関係を説明するための説明図であり、一定の断面を表した図面ではない。

図３に示すように、ヘッド３は、被加工物に対して加工を行う加工機構４０と、ヘッド３の骨格をなすヘッド本体４１と、ヘッド３を冷却するための送風機４２とを備えている。本形態では、加工機構４０は、被加工物に当接する工具が保持されるスピンドル４３と、スピンドル４３を回転駆動するスピンドル駆動モータ４４と、スピンドル駆動モータ４４にスピンドル４３を連結するカップリング４５とから構成されている。スピンドル４３は、その内部に、被加工部に当接する工具をスピンドル４３に保持し、あるいはスピンドル４３から工具を解放するためのチャッキング機構４８を備えている。また、ヘッド３は、チャッキング機構４８を保持状態あるいは解放状態とするためのチャック開閉用シリンダ４６と、チャッキング機構４８およびチャック開閉用シリンダ４６を連結する連結レバー４７とを備えている。

ヘッド本体４１は、図３から図５に示すように、加工機構４０を保持する保持部４１ａと、加工機構４０をＺ軸方向へ直線駆動するＺ軸送り機構に連結される被駆動部４１ｂと、保持部４１ａと被駆動部４１ｂとを繋ぐ連結部４１ｃとを備え、全体としては略直方体形状に形成されている。

被駆動部４１ｂには、Ｚ軸送り用ナット３７を保持するナット保持部４１ｂ１が形成されている。より具体的には、ナット保持部４１ｂ１は、Ｙ方向外側（図４における右側）に向かって突出するようにヘッド本体４１の下側に形成されている。また、被駆動部４１ｂには、Ｚ軸送り用ガイドブロックを固定する２つのガイドブロック固定面４１ｂ２が形成されている。より具体的には、２つのガイドブロック固定面４１ｂ２は、図４（Ａ）に示すように、ヘッド本体４１の右端面にナット保持部４１ｂ１を挟むように形成されている。

連結部４１ｃは、図５に示すように、中空状となっており、その上面には、チャック開閉用シリンダ４６を取り付けるシリンダ取付部４１ｃ１と、このシリンダ取付部４１ｃ１と隣接するように四角形状の上面開口部４１ｃ２が形成されている。また、上面開口部４１ｃ２のＸ方向両側には、図４（Ａ）に示すように、送風機４２を固定する固定面４１ｃ３が形成されている。

また、上面開口部４１ｃ２の下方には、Ｚ軸方向に形成された補強リブ４１ｃ４が形成されている。より具体的には、補強リブ４１ｃ４は、Ｚ軸方向に形成された中心リブ４１ｃ５と、中心リブ４１ｃ５から放射状に形成された８本の放射状リブ４１ｃ６とから構成されている。この補強リブ４１ｃ４は、図５に示すように、連結部４１ｃの底面からヘッド本体４１のＺ軸方向の略中心位置まで形成されている。また、図４（Ｃ）に示すように、連結部４１ｃの底面には、隣接する放射状リブ４１ｃ６の相互間の８箇所に底面開口部４１ｃ７が形成されている。なお、図４では、便宜上、８本の放射状リブ４１ｃ６のうち、１本の放射状リブ４１ｃ６にのみ符号を付し、他の７本の放射状リブ４１ｃ６については符号を省略している。同様に、８箇所の底面開口部４１ｃ７のうち、３箇所の底面開口部４１ｃ７にのみ符号を付し、他の５箇所の底面開口部４１ｃ７については符号を省略している。

図５に示すように、連結部４１ｃには、上面開口部４１ｃ２から底面開口部４１ｃ７までＺ軸方向に貫通する貫通孔が形成されている。より具体的には、連結部４１ｃの上半分には、水平方向に延びる大きな１つの空洞４１ｅが形成され、その下半分には、空洞４１ｅから連通するとともに、隣接する放射状リブ４１ｃ６の相互間を通って底面開口部４１ｃ７まで貫通する８つの小貫通孔４１ｆが形成されている。すなわち、連結部４１ｃは、上方に大きな１つの空洞４１ｅを備えるとともに、下方に補強リブ４１ｃ４を備え、貫通孔は、空洞４１ｅと空洞４１ｅに連通する８つの小貫通孔４１ｆとを有し、小貫通孔４１ｆは、隣接する放射状リブ４１ｃ６の相互間を貫通するように形成されている。

また、連結部４１ｃの被駆動部４１ｂ側の両側面には、２つの円形孔４１ｃ８が相対向するように形成されている。これらの円形孔４１ｃ８は、ヘッド本体４１の重量の軽減を図るため、ヘッド本体４１の冷却効果を上げるため、さらに、ヘッド本体４１の内部構造を目視で確認できるようにするために設けられている。

保持部４１ａは、図５に示すように、連結部４１ｃと同様の構成となっており、上半分は連結部４１ｃの空洞４１ｅに連絡する中空状となり、下半分にはリブが形成されている。保持部４１ａの上面には、スピンドル駆動モータ４４を取り付けるモータ取付部４１ａ１が形成されている。また、モータ取付部４１ａ１の下方には、スピンドル４３を保持する円筒形状のスピンドル保持部４１ａ２が形成されている。このスピンドル保持部４１ａ２は、補強リブ４１ｃ４に隣接するように形成されている。図５に示すように、モータ取付部４１ａ１とスピンドル保持部４１ａ２との間は中空部４１ａ３となっており、連結部４１ｃと中空部４１ａ３との境界が、連結部４１ｃから保持部４１ａに連通する連通口４１ｄとなっている。

図４、図５において、スピンドル保持部４１ａ２の図示左側には、中空部４１ａ３から底面までＺ軸方向に貫通する４つの通過孔４１ａ４が形成されている。より具体的には、図４、図５において、スピンドル保持部４１ａ２の図示左側を囲むように４つの通過孔４１ａ４が形成されている。また、保持部４１ａの一方の側面には、図４（Ｂ）に示すように、略四角形状の開口４１ａ５が形成され、他方の側面には、図５に示すように、略四角形状の開口４１ａ６が開口４１ａ５に対向するように形成されている。これらの開口４１ａ５および４１ａ６は、上述した円形孔４１ｃ８と同様に、ヘッド本体４１の重量の軽減を図るため、ヘッド本体４１の冷却効果を上げるため、さらに、ヘッド本体４１の内部構造を目視で確認できるようにするために設けられている。

また、保持部４１ａの上面には、図４（Ａ）、図６に示すように、上面から中空部４１ａ３まで貫通する貫通孔４１ａ７と、スピンドル駆動モータ４４を固定するためのネジ孔４１ａ８が形成されている。より具体的には、矩形状のモータ取付部４１ａ１の４隅の近傍に４つのネジ孔４１ａ８が形成され、その４つのネジ孔４１ａ８のそれぞれに上面の中心側で隣接するように４つの貫通孔４１ａ７が形成されている。

図６に示すように、スピンドル駆動モータ４４は、ガラスエポキシ樹脂等の断熱材で形成された取付板６０を介してモータ取付部４１ａ１に固定されている。より具体的には、スピンドル駆動モータ４４のフランジ部４４ａがボルト６１とナット６２とによって取付板６０に固定されている。また、取付板６０は、ボルト６３がネジ孔４１ａ８に螺合されることで、モータ取付部４１ａ１に固定されている。スピンドル駆動モータ４４がモータ取付部６０に固定された状態では、ボルト６１およびナット６２は、貫通孔４１ａ７の内側に位置し、かつ、モータ取付部４１ａ１とは接触しないようになっている。このように、本形態では、被加工物の加工時にスピンドル駆動モータ４４で生じた熱は、取付板６０によって、ヘッド本体４１へ伝わりにくくなっており、ヘッド本体４１の熱変形量が低減されるようになっている。

なお、スピンドル駆動モータ４４に、放熱板や送風ファン、あるいはオイルクーラ等の冷却装置を設けると、スピンドル駆動モータ４４の発熱対策となり、ヘッド本体４１の熱変形を防止する上でより好ましい。

送風機４２は、連結部４１ｃの固定面４１ｃ３に固定され、被加工物の加工時に、上面開口部４１ｃ２からヘッド本体４１の内部へ空気を送風するようになっている。送風機４２から送風される空気は、被加工物の加工時にヘッド３を冷却するための冷却用流体である。送風機４２から送風された空気は、図３の矢印Ｖ１で示すように、連結部４１ｃに形成された１つの大きな空洞４１ｅと８つの小貫通孔４１ｆを上面開口部４１ｃ２から底面開口部４１ｃ７に向かって通過するようになっている。また、送風機４２から送風された空気は、図３の矢印Ｖ２で示すように、連通口４１ｄを通過して１つの大きな中空部４１ａ３に入り、その中空部４１ａ３から４つの通過孔４１ａ４を底面に向かって通過するようになっている。すなわち、連結部４１ｃに形成された１つの大きな空洞４１ｅと８つの小貫通孔４１ｆからなる貫通孔と、連通口４１ｄと、中空部４１ａ３と、通過孔４１ａ４とが、冷却用流体としての空気が通過する流体流路になっており、連結部４１ｃは、冷却用流体が通過する流体流路を備えている。

スピンドル４３は、図３に示すように、被加工物の加工時において回転する加工軸４９と、加工軸４９を回転可能に支持する略円筒状の固定側部材５０とを備えている。加工軸４９の内部に、上述したチャッキング機構４８が設けられている。加工軸４９は、固定側部材５０の内周側で軸受５１を介して回転可能に支持されている。加工軸４９の先端には所定の工具が取り付けられるようになっている。加工軸４９の先端に取り付けられた工具と被加工物との当接部分および軸受５１が、被加工物の加工時の主要な発熱源となる。また、スピンドル駆動モータ４４も加工時の主要な発熱源となる。

連結レバー４７の一端（図１の右端）はチャック開閉用シリンダ４６に固定され、他端（図１の左端）は中空部４１ａ３に形成されたブラケットに固定されており、チャック開閉用シリンダ４６の上下動によって、連結レバー４７は、他端を回転中心に揺動運動するようになっている。この連結レバー４７の揺動運動によって、連結レバー４７に接続されたチャッキング機構４８が上下動して、工具がスピンドル４３に保持され、あるいはスピンドル４３から工具が解放されるように構成されている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のヘッド３では、被加工物の加工時に送風機４２から送風される冷却用流体としての空気が、連結部４１ｃに空洞４１ｅと小貫通孔４１ｆとで形成された貫通孔と、連通口４１ｄと、中空部４１ａ３と、通過孔４１ａ４とからなる流体流路を通過する。すなわち、加工機構４０を保持する保持部４１ａとＺ軸送り機構に連結される被駆動部４１ｂとを繋ぐ連結部４１ｃを冷却用流体としての空気が通過する。そのため、加工機構４０の位置変化に大きな影響を与える連結部４１ｃを空気によって冷却して、連結部４１ｃに生じる熱変形を抑制することができる。たとえば、被駆動部４１ｂと保持部４１ａとの距離が約４５０ｍｍであるとすると、流体流路が設けられていない構成では、被駆動部４１ｂに対する保持部４１ａの撓み量が０．０５ｍｍとなるが、冷却用流体としての空気が流体流路を通過する構成を採用した場合には、その撓み量は０．０２ｍｍ〜０．０３ｍｍへ抑制される。したがって、被加工物の加工時に生じる被駆動部４１ｂに対する加工機構４０の位置変化を効果的に抑制し、被加工物に対する加工誤差を抑制することができる。

本形態では、流体流路は、上面開口部４１ｃ２から底面開口部４１ｃ７までＺ軸方向に貫通する貫通孔を備えている。そのため、Ｚ軸方向の全域で連結部４１ｃを空気によって冷却することができ、連結部４１ｃの熱変形を効果的に抑制することができる。

本形態では、連結部４１ｃが、Ｚ軸方向に形成された中心リブ４１ｃ５と、中心リブ４１ｃ５から放射状に形成された複数の放射状リブ４１ｃ６とからなる補強リブ４１ｃ４を備えている。また、連結部４１ｃの小貫通孔４１ｆは、隣接する放射状リブ４１ｃ６の相互間を貫通するように形成されている。そのため、小貫通孔４１ｆによって効果的に連結部４１ｃを冷却する構成を採用しつつ、さらに補強リブ４１ｃ４で連結部４１ｃの強度を維持することができる。また、補強リブ４１ｃ４を備えることから、連結部４１ｃは、熱変形しにくくなる。

本形態では、流体流路は、連結部４１ｃから保持部４１ａに連通する連通口４１ｄを備え、冷却用流体としての空気が、図３の矢印Ｖ２で示すように、保持部４１ａを通過するようになっている。そのため、加工機構４０の位置変化に大きな影響を与える連結部４１ｃを冷却しつつ、さらに、主要な発熱源となるスピンドル４３およびスピンドル駆動モータ４４を有する加工機構４０が保持される保持部４１ａを冷却することができる。すなわち、発熱源側を直接冷却することで、発熱源からの発熱を抑制しつつ、加工機構４０の位置変化に大きな影響を与える連結部４１ｃを冷却することで、被駆動部４１ｂに対する保持部４１ａの位置変化を効果的に抑制することができる。

本形態では、保持部４１ａが、スピンドル４３を保持するスピンドル保持部４１ａ２を備え、スピンドル保持部４１ａ２を囲むようにＺ軸方向に冷却用流体としての空気が通過する通過孔４１ａ４が形成されている。また、通過孔４１ａ４と対向する側には、２つの小貫通孔４１ｆがスピンドル保持部４１ａ２を囲むように形成されている。そのため、主要な発熱源となるスピンドル４３を効果的に冷却して、ヘッド３の熱変形を抑制することができる。

本形態では、冷却用流体は空気であるから、冷却用流体の取り扱いが容易になる。また、連結部４１ｃには、流体流路に向かって空気を送る送風機４２が取り付けられている。そのため、送風機４２によって空気が強制送出され、連結部４１ｃをより効果的に冷却することができる。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形可能である。たとえば、上述した形態では、連結部４１ｃには、上面開口部４１ｃ２から底面開口部４１ｃ７までＺ軸方向に貫通する貫通孔が形成されていたが、この構成には限定されない。すなわち、図７に示すヘッド本体６１のように、保持部６１ａと被駆動部４１ｂとを繋ぐ連結部６１ｃの底面には、開口部が形成されていなくても良い。ここで、図７に示すヘッド本体６１では、図４および図５に示すヘッド本体４１と同一の構成に対しては同一の符号を付してある。この場合には、連結部６１ｃの上面開口部４１ｃ２から通過孔４１ａ４に向かって空気が通過する流体流路が形成される。そのため、加工機構４０の位置変化に大きな影響を与える連結部６１ｃを冷却しつつ、さらに、主要な発熱源となるスピンドル４３およびスピンドル駆動モータ４４が保持される保持部６１ａを冷却することができる

なお、連結部６１ｃに完全な貫通孔、すなわち、垂直方向に一直線で連通する孔が形成されない場合には、図７に示すように、スピンドル保持部４１ａ２の図示右側に、中空部４１ａ３から底面までＺ軸方向に貫通する４つの通過孔６１ａ５を形成しても良い。すなわち、４つの通過孔４１ａ４と、４つの通過孔６１ａ５とによってスピンドル保持部４１ａ２をほぼ全周にわたって取り囲むように通過孔６１ａ５を形成しても良い。この場合には、スピンドル保持部４１ａ２をより効果的に冷却することができる。

また、上述した形態では、連結部４１ｃ、６１ｃから保持部４１ａ、６１ａに連通する連通口４１ｄが形成されていたが、連結部４１ｃに貫通孔のみが形成され、連通口４１ｄは形成されていなくても良い。この場合であっても、加工機構４０の位置変化に大きな影響を与える連結部４１ｃを空気によって冷却して、連結部４１ｃに生じる熱変形を抑制することができる。なお、この場合には、スピンドル保持部４１ａ２を囲むように、通過孔４１ａ４あるいは６１ａ５を形成する必要はない。

さらに、連結部４１ｃの上面から底面まで補強リブを形成して良い。この場合には、隣接する放射状リブの相互間に貫通孔が形成されることになる。このように構成した場合には、複数の貫通孔によって効果的に連結部４１ｃを冷却する構成を採用しつつ、さらに連結部４１ｃの強度を向上させることができる。

さらにまた、冷却用流体は空気には限定されず、その他の気体、あるいは液体を用いることもできる。また、連結部４１ｃには必ずしも補強リブ４１ｃ３が形成されている必要はなく、連結部４１ｃには、上面開口部４１ｃ２からそのまま底面まで貫通する貫通孔が形成されていても良い。また、送風機４２を連結部４１ｃの上面側ではなく、下面側に設けるようにしても良い。さらに、送風機４２を設けないようにしたり、送風機４２の代わりに他の冷却部材、たとえば、ペルチェ素子等を取り付けても良い。

また、上述した形態では、縦形のマシニングセンタの例を示したが、保持部と被駆動部と連結部を有するヘッドを備える工作機械であれば、他の工作機械であっても本発明を適用することができる。

本発明の実施の形態にかかる工作機械の構成を一部透視した状態で側面から見た側面説明図である。 図１に示す工作機械の構成を一部透視した状態で正面から見た正面説明図である。 図１に示すヘッドの構成を一部透視した状態で側面から見た側面説明図である。 図３に示すヘッドのヘッド本体を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。 図４に示すヘッド本体の図４（Ａ）におけるＥ−Ｅ断面を示す断面図である。 図３におけるＦ部の詳細を拡大して示す詳細断面図である。 本発明の他の実施の形態にかかるヘッド本体を示す図であり、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は底面図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ テーブル
３ ヘッド
４ コラム
６ Ｘ軸移動テーブル
７ Ｙ軸移動テーブル
４０ 加工機構
４１、６１ ヘッド本体
４１ａ、６１ａ 保持部
４１ａ２ スピンドル保持部
４１ａ３ 中空部（流体流路の一部）
４１ａ４、６１ａ５ 通過孔（流体流路の一部）
４１ｂ 被駆動部
４１ｃ、６１ｃ 連結部
４１ｃ４ 補強リブ
４１ｃ５ 中心リブ
４１ｃ６ 放射状リブ
４１ｄ 連通口（流体流路の一部）
４１ｅ 空洞（流体流路の一部）
４１ｆ 小貫通孔（流体流路の一部）
４２ 送風機
４３ スピンドル

Claims (7)

1. 被加工物に対して加工を行う加工機構と、該加工機構を保持する保持部と、上記加工機構を直線駆動する駆動機構に連結される被駆動部と、上記保持部と上記被駆動部とを繋ぐ連結部とを備える工作機械のヘッドにおいて、
   上記連結部に冷却用流体が通過する流体流路を備えることを特徴とする工作機械のヘッド。
2. 前記加工機構の駆動方向と略平行に前記連結部を貫通する貫通孔からなる前記流体流路を備えることを特徴とする請求項１記載の工作機械のヘッド。
3. 前記連結部は、前記加工機構の駆動方向と略平行に形成された中心リブと、該中心リブから放射状に形成された複数の放射状リブとからなる補強リブを備え、
   前記貫通孔は、隣接する上記放射状リブの相互間を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項２記載の工作機械のヘッド。
4. 前記流体流路は、前記連結部から前記保持部に連通する連通口を備え、前記冷却用流体が前記保持部を通過することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の工作機械のヘッド。
5. 前記保持部は、前記加工機構を構成するスピンドルを保持するスピンドル保持部を備え、前記流体流路は、上記スピンドル保持部を囲むように該スピンドルの駆動方向と略平行に形成された前記冷却用流体の通過孔を備えることを特徴とする請求項４記載の工作機械のヘッド。
6. 前記冷却用流体は空気であり、前記連結部には、前記流体流路に向かって空気を送る送風機が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の工作機械のヘッド。
7. 前記駆動機構によって垂直方向に直線駆動される請求項１から６いずれかに記載のヘッドと、前記被加工物が載置され水平方向へ該被加工物を送るテーブルと、前記駆動機構が取り付けられたコラムとを備えることを特徴とする工作機械。

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