JP2006289595A - スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニットの交換が可能となり、メンテナンス性に優れ、ダウンタイムを大幅に短縮することができるスピンドル装置を提供する
【解決手段】 スピンドルユニット１には、スピンドルユニット１の運転状態を検出する検出部３７が組み付けられ、検出部３７の信号は、非接触の信号伝達装置４０により外部に伝達される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械などに組み付けられるスピンドル装置に関し、特に、メンテナンス性を向上するスピンドル装置に関する。

従来のスピンドル装置としては、例えば図３に示すような各種センサを備えるスピンドル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図３に示すように、特許文献１に記載のスピンドル装置１００は、工作機械の主軸頭１０１と、主軸頭１０１内に回転自在に支持される主軸１０２と、主軸１０２の貫通穴１１４に挿入されるロッド１０３と、ロッド１０３の先端部に係合されるコレット１０４と、コレット１０４に係止される工具１０８と、ロッド１０３の外周に巻装される皿ばね１０５と、主軸１０２の内壁に固定されるスリーブ１０６と、ロッド１０３に締結されるナット１０７と、を備える。また、主軸頭１０１の後端部には、シリンダ１０９及びピストン１１０が配設され、このシリンダ１０９の後部には近接スイッチ１１１が配置される。さらに、ロッド１０３の後端部にはドッグ１１３が固定されると共に、シリンダ１０９にはドッグ１１３との間の距離を検出する変位センサ１１２が配置される。

そして、このスピンドル装置１００では、近接スイッチ１１１及び変位センサ１１２の信号が制御手段である図示しない工作機械の数値制御装置（ＮＣ装置）に入力されることによって、工具のクランプ状態及びアンクランプ状態を確認すると共に、クランプ状態の異常の有無を検知することができる。

特開平５−５０３５９号公報（第３頁、第１図）

ところで、工作機械等のスピンドル装置では、工具ホルダの頻繁な交換によるバネ寿命の低下や、工具ホルダを取り付ける回転軸の取り付け面の磨耗や、軸受寿命や衝突事故等によって、しばしばスピンドル装置が故障し、スピンドルユニットを交換する機会は多い。スピンドル装置が復旧するまでの時間をダウンタイムと呼ぶが、特に自動車部品加工などの生産ラインに直結する部品加工現場では、このダウンタイムを削減することが重要で、スピンドルユニット交換時の配線の着脱にも時間がかかる場合もあり、メンテナンス性の向上が必要となっている。

しかしながら、図３に示す従来のスピンドル装置１００では、近接スイッチ１１１や変位センサ１１２が組み付けられているにもかかわらず、その配線については全く考慮しておらず、スピンドル装置が故障した際には、スピンドル装置に接続される配線を着脱する作業が必要となり、修理時間が長時間になってしまい、結果として、ダウンタイムが長時間に及んでしまうという課題があった。

本発明はこのような課題を解消するためになされたものであり、その目的は、配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニットの交換が可能となり、メンテナンス性に優れ、ダウンタイムを大幅に短縮することができるスピンドル装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） ハウジングと、ハウジングに軸受を介して相対回転可能に支持される回転軸と、を有するスピンドルユニットと、ハウジングを固定するブラケットを設ける機台と、を備え、スピンドルユニットには、スピンドルユニットの運転状態を検出する検出部が組み付けられ、検出部の信号は、非接触の信号伝達装置により外部に伝達されることを特徴とするスピンドル装置。ここで、非接触の信号伝達装置とは、例えば、電磁波を用いたものや、赤外線を用いたものが挙げられる。
（２） スピンドルユニットは、ブラケットに一体で着脱可能に取り付けられることを特徴とする（１）に記載のスピンドル装置。
（３） 信号伝達装置は、信号を送信する送信部と、該信号を受信する受信部と、を有し、送信部及び受信部の少なくとも一方は、該信号を送受信する先端面以外の周囲を金属でシールドすることを特徴とする（１）又は（２）に記載のスピンドル装置。
（４） 回転軸は、モータの出力軸に連結され、モータで直結駆動されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のスピンドル装置。

（１）の構成によれば、スピンドルユニットには、スピンドルユニットの運転状態を検出する検出部が組み付けられ、検出部の信号は、非接触の信号伝達装置により外部に伝達されるため、配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニットを交換できる。これにより、スピンドルユニットの交換時間を大幅に短縮できるので、メンテナンス性を向上でき、ダウンタイムを大幅に短縮することができる。
（２）の構成によれば、スピンドルユニットは、ブラケットに一体で着脱可能に取り付けられるため、配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニットをブラケットから容易に着脱できるので、メンテナンス性をより向上できる。
（３）の構成によれば、信号伝達装置は、信号を送信する送信部と、該信号を受信する受信部と、を有し、送信部及び受信部の少なくとも一方は、該信号を送受信する先端面以外の周囲を金属でシールドするため、周囲の装置から発生する電磁ノイズの影響を受けることなく、検出部で検出した信号を確実に外部に伝達できる。
（４）の構成によれば、回転軸は、モータの出力軸に連結され、モータで直結駆動されるため、検出部の配線とモータの配線を切り離すことなく、スピンドルユニットを交換できる。

本発明によれば、配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニットの交換が可能となり、メンテナンス性に優れ、ダウンタイムを大幅に短縮することができるスピンドル装置を提供することができる。

以下、本発明に係るスピンドル装置の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図示の例では、モータの出力軸がハウジングの外側で、カップリングを介して連結されるスピンドル装置に本発明を適用した場合を示している。

図１に示すように、スピンドル装置１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１に複数の軸受１７を介して相対回転可能に支持される回転軸２０と、を有するスピンドルユニット１と、ハウジング１１を固定するブラケット３を一体に形成する機台２と、を備える。ハウジング１１は、軸方向に順に、フロントカバー１２と、前蓋１３と、外筒１４と、ハウジング本体１６と、を有し、ハウジング本体１６をブラケット３に嵌合し、ボルト４で締結することでブラケット３に固定される。軸受１７は、複数の間座１８及びナット１９を介してそれぞれ配置されており、外輪を外筒１４に、内輪を回転軸２０にそれぞれ嵌合させている。なお、軸受１７としては、アンギュラ玉軸受を使用しているが、種々の軸受を使用してもよい。また、軸受１７には、転がり軸受を使用することが好ましく、その種類については任意である。さらに、軸受１７が配置される場所には、任意の組み合わせが適用できる。

また、回転軸２０の内部には、回転軸２０に軸方向に相対移動可能に装着されるドローバ２２と、ドローバ２２が工具ホルダ２１を軸方向内方に引き込むように、ドローバ２２に外装され、軸方向において回転軸２０とドローバ２２の大径部２２ａとの間に圧縮可能に配置されるバネ２３と、が配置される。なお、バネ２３としては、皿バネを使用しているが、コイルバネや螺旋皿バネ等を使用してもよい。

回転軸２０は、ドローバ２２の先端を軸方向に相対移動可能に収容するように円筒状に形成されており、その内周面には、工具ホルダ２１のテーパ状の外周面と嵌合するテーパ部２０ａと、軸方向においてテーパ部２０ａの後方に位置するクランプ凹部２０ｂとが形成される。

ドローバ２２の先端には、ボール２４ａを保持して工具ホルダ２１のプルスタッド２１ａをクランプするコレット２４がねじ締結されている。また、また、コレット２４及びドローバ２２の内部には、切削液やエアが供給される貫通孔２９ａ，２９ｂがそれぞれ形成される。なお、本実施形態では、ドローバ２２の先端にコレット２４をネジ締結する形式のドローバを使用するが、これに限定されず、コレットとドローバを一体化して、後端にドローバナットをねじ締結する形式のドローバを使用してもよい。

また、ドローバ２２の後端には、アンクランプバー２６がボルト２７により締結固定されており、回転軸２０の後端部に形成される長孔２８から径方向に突出している。そして、ハウジング本体１６には、押さえ蓋１５の後方にアンクランプピストン３０が設けられており、アンクランプピストン３０は、工具ホルダ２１を交換する際に、アンクランプバー２６を軸方向前方にスライド移動させて、ドローバ２２を工具ホルダ２１側に押し出す。

さらに、回転軸２０の後端には、連結部材３１が嵌合されており、スピンドルユニット１と軸方向に並んで配置されるモータ３２の出力軸３３と連結部材３１とがカップリング３４を介して連結されている。

そして、スピンドルユニット１のハウジング本体１６内に形成される空間３５には、回転軸２０に固定されるリング状のドッグ３６を介して回転軸２０の変位を検出するセンサ（検出部）３７が配置される。また、センサ３７は、ハウジング本体１６に形成される配線孔３８の一端部に固定され、この配線孔３８に挿通される配線３９を介して非接触の信号伝達装置４０に接続されている。

信号伝達装置４０は、ハウジング本体１６の配線孔３８の他端部に埋設され、信号を伝達する先端面４１ａを外方に向けて配置する送信部４１と、ステー４３により機台２に固定され、送信部４１の先端面４１ａからの信号を受信できる位置に先端面４２ａを対向配置する受信部４２とを有する。

また、送信部４１及び受信部４２の先端面４１ａ，４２ａ以外の周囲は金属でシールドされる。即ち、一方の先端面４１ａ以外の周囲は、ハウジング本体１６に形成される取付孔４４により覆われ、他方の先端面４２ａ以外の周囲は、ステー４３に設けられる金属製の円筒形状の電磁ノイズ対策用カバー４５により覆われている。

なお、センサ３７としては、回転軸２０の変位を検出する変位センサを使用しているが、スピンドルユニット１の運転状態を検出するセンサであればその種類に制限はなく、ドローバ２２の位置やアンクランプピストン３０の位置を検出する近接センサや、軸受温度の異常を検出する温度センサ等の各種センサを使用してもよい。また、センサを複数個使用する場合は、各配線を１つの信号伝達装置に集中させて接続してもよいし、センサ１個毎に信号伝達装置を接続してもよい。

このように構成されるスピンドル装置１０では、回転軸２０の変位を検出したセンサ３７の信号は、配線３９を介して信号伝達装置４０の送信部４１に送られ、送信部４１から受信部４２に非接触で伝達されて、外部のコントロール装置等に送信される。

また、各部品の損傷や寿命等によりスピンドルユニット１を交換する際には、図２に示すように、ボルト４の締結を解除して、スピンドルユニット１を一体で、ブラケット３から工具ホルダ２１側に引き出す。この時に、配線の着脱作業をすることなく、送信部４１をスピンドルユニット１と一体で引き出し、受信部４２を機台２に残してくる。また、組み立てる際にも、配線の着脱作業をすることなく、ボルト４を締結するだけで送信部４１と受信部４２とを対向させて設置できる。

さらに、ドッグ３６及びセンサ３７のメンテナンスをする際には、外筒１４とハウジング本体１６とを接続するボルト５の締結を解除することによって、メンテナンスを容易に行うことができる。

従って、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、スピンドルユニット１には、回転軸２０の変位を検出するセンサ３７が組み付けられ、センサ３７の信号は、非接触の信号伝達装置４０により外部に伝達されるため、配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニット１を交換できる。これにより、スピンドルユニット１の交換時間を大幅に短縮できるので、メンテナンス性を向上でき、ダウンタイムを大幅に短縮することができる。

また、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、スピンドルユニット１は、ブラケット３に一体で着脱可能に取り付けられるため、配線の着脱作業をすることなく、スピンドルユニット１を一体でブラケット３から容易に着脱できるので、メンテナンス性をより向上できる。

また、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、信号伝達装置４０は、信号を送信する送信部４１と、信号を受信する受信部４２と、を有し、送信部４１及び受信部４２の信号を送受信する先端面４１ａ，４１ｂ以外の周囲を金属でシールドするため、周囲の装置から発生する電磁ノイズの影響を受けることなく、センサ３７で検出した信号を確実に外部に伝達できる。

さらに、本実施形態のスピンドル装置１０によれば、回転軸２０は、モータ３２の出力軸３３に連結され、モータ３２で直結駆動されるため、センサ３７の配線とモータ３２の配線を切り離すことなく、スピンドルユニット１を交換できるので、メンテナンス性が良い。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、モータの出力軸がカップリングを介して回転軸に連結されるスピンドル装置を例示したが、これに限定されず、ハウジング内にモータが内蔵されるスピンドル装置に本発明を適用してもよい。

その他、機台、ブラケット、ハウジング、フロントカバー、前蓋、外筒、ハウジング本体、軸受、間座、ナット、回転軸、工具ホルダ、ドローバ、バネ、コレット、アンクランプバー、アンクランプピストン、連結部材、モータ、カップリング、ドッグ、センサ、配線、信号伝達装置、ステー及び電磁ノイズ対策用カバーの各部材の材質、形状、寸法、形態、数、配置箇所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係るスピンドル装置を説明するための一部切欠断面図である。 図１のスピンドル装置においてスピンドルユニットを取り外した状態を説明するための一部切欠断面図である。 従来のスピンドル装置を説明するための断面図である。

符号の説明

１ スピンドルユニット
２ 機台
３ ブラケット
１０ スピンドル装置
１１ ハウジング
１２ フロントカバー
１３ 前蓋
１４ 外筒
１６ ハウジング本体
１７ 軸受
２０ 回転軸
２１ 工具ホルダ
２２ ドローバ
２３ バネ
２４ コレット
２６ アンクランプバー
３０ アンクランプピストン
３１ 連結部材
３２ モータ
３４ カップリング
３６ ドッグ
３７ センサ（検出部）
３９ 配線
４０ 信号伝達装置
４１ 送信部
４２ 受信部
４１ａ，４２ａ 先端面
４３ ステー
４５ 電磁ノイズ対策用カバー

Claims (4)

1. ハウジングと、前記ハウジングに軸受を介して相対回転可能に支持される回転軸と、を有するスピンドルユニットと、前記ハウジングを固定するブラケットを設ける機台と、を備え、
   前記スピンドルユニットには、前記スピンドルユニットの運転状態を検出する検出部が組み付けられ、前記検出部の信号は、非接触の信号伝達装置により外部に伝達されることを特徴とするスピンドル装置。
2. 前記スピンドルユニットは、前記ブラケットに一体で着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のスピンドル装置。
3. 前記信号伝達装置は、信号を送信する送信部と、該信号を受信する受信部と、を有し、前記送信部及び受信部の少なくとも一方は、該信号を送受信する先端面以外の周囲を金属でシールドすることを特徴とする請求項１又は２記載のスピンドル装置。
4. 前記回転軸は、モータの出力軸に連結され、モータで直結駆動されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスピンドル装置。

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