JP2009241216A - 主軸装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータを引き抜き可能な構造として、メンテナンス性の向上を図り得るようにした主軸装置を提供する。
【解決手段】主軸４に対して、フロントハウジング１ｂと、フロントベアリング２と、リアベアリング３と、フロントベアリングケース５と、リアベアリングケース６と、ロータ７とを一体的に組み付けて主軸ユニットとし、この主軸ユニットを、主軸ハウジング１ａからフロント側へ引き抜き可能とする。また、ケース本体９ａ及びフロントケース９ｂからなるステータケース９と、ステータ８と、リアハウジング１ｃとを一体的に連結させてユニット化してステータユニットとし、このステータユニットを、主軸ハウジング１ａからフロント側へ引き抜き可能とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、工作機械等の主軸装置に関する。

従来より、工作機械等の主軸装置として、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているようなビルトインモータタイプの主軸装置が知られている。この主軸装置は、支持部材によって保持される主軸ハウジングと、この主軸ハウジングの前方側に結合されるフロントハウジングと、を備えている。また、主軸ハウジング及びフロントハウジング内に内装される主軸と、主軸ハウジングの内周にステータケースを介して保持されたモータのステータと、を備え、主軸の軸方向中間部の外周にはステータと対向してモータのロータが固着されている。

主軸は、円筒状に形成されており、その内部空間内には、皿ばねで付勢され且つ内部空間内を摺動自在なドローバーが設けられていると共に、その先端にはチャック部が設けられている。そして、フロントハウジングの内周側に保持されたフロントベアリングケースと主軸の前端部との間には、２組（４個）のアンギュラ軸受よりなるフロントベアリングが介装されている。また、主軸ハウジングの後方側に結合されるリアハウジングを備えており、このリアハウジングの内周側に一体に固着されたリアベアリングケースと主軸の後端部との間には、ころ軸受よりなるリアベアリングが介装されている。これにより、主軸は、フロントベアリング及びリアベアリングを介して回転自在に支持されている。

また、リアハウジングの後方側には、シリンダハウジングが結合されている。このシリンダハウジング内で主軸の後方側には、工具をチャック部へ着脱する際にドローバーを作動させるシリンダ装置が配設されている。

ところで、上記のような主軸装置は、近年、主軸の回転高速化が進んでおり、これに伴い、ベアリングやモータの損傷等に起因する故障が発生し易い状況となっている。そのため、それらの部品の交換作業や補修作業等のメンテナンスを行う場合には、対象となる部品を主軸装置から取り外したり分解したりする必要があるため、多大な労力と時間が必要となる。一方、故障が発生した場合には、メンテナンス作業の時間を可能な限り短縮して早期の復帰が望まれる。

そこで、特許文献１及び２には、メンテナンスの容易化などを図るために、主軸に対して前後のベアリングやベアリングケース等を一体に組み付けてユニット化し、その主軸ユニットをフロント側に引き抜けるように構成することが開示されている。これにより、主軸ユニットを引き抜いて前後のベアリングのメンテナンスを行うことが可能となる。

しかし、特許文献１及び２の場合には、ステータに故障が発生した際には、ステータは外筒に固定されており、主軸ユニットには組み付けられていないため、主軸ユニットを引き抜いてそのままステータのメンテナンスを行うことは困難となる。
特開２００４−３２２３０６号公報 特開２００６−７３２８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ステータを引き抜き可能な構造として、メンテナンス性の向上を図り得るようにした主軸装置を提供することを解決すべき課題とするものである。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段について、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

〔手段１〕 手段１に係る発明は、筒状で軸方向に分割形成されたフロントハウジング、主軸ハウジング及びリアハウジングを有するハウジングと、軸方向一端側がフロントベアリング及びフロントベアリングケースを介して前記フロントハウジングに回転自在に支持されると共に、軸方向他端側がリアベアリング及びリアベアリングケースを介して前記リアハウジングに回転自在に支持され、軸方向中間部にロータが装着された主軸と、前記主軸ハウジングの内周にステータケースを介して保持され前記ロータの外周に配置されたステータと、を備えた主軸装置であって、前記リアハウジングは、外径が前記主軸ハウジングの内径よりも小さくされ、前記ステータケースは、前記主軸ハウジングにフロント側から挿入固定され、且つ前記主軸ハウジングのリア側に連結される工具着脱用シリンダハウジングと非連結とされ、前記ステータと前記主軸装置を制御する制御装置とを結ぶ配線は、途中で着脱可能とされていることによって、前記ステータケース、前記ステータ及び前記リアハウジングを含んでなるステータユニットが前記主軸ハウジングからフロント側へ引き抜き可能とされていることを特徴としている。

手段１の主軸装置では、リアハウジングは、外径が主軸ハウジングの内径よりも小さくされ、ステータケースは、主軸ハウジングにフロント側から挿入固定され、且つ主軸ハウジングのリア側に連結される工具着脱用シリンダハウジングと非連結とされ、ステータと主軸装置を制御する制御装置とを結ぶ配線は、途中で着脱可能とされている。これにより、ステータケース、ステータ及びリアハウジングを含んでなるステータユニットが主軸ハウジングからフロント側へ引き抜き可能とされている。

そのため、ステータユニットに組み付けられたステータの損傷に起因する故障が発生した際には、ステータユニットを主軸ハウジングからフロント側へ引き抜いて、保守対象となるステータを主軸ハウジングの外部へ取り出すことができるので、メンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。

したがって、手段１の主軸装置によれば、主軸ハウジングからのステータユニットの引き抜きを可能としているため、モータの損傷等に起因する故障が発生した際に、それらのメンテナンス作業を容易に且つ短時間で行うことができるので、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、モータの一部に故障が発生した場合でも、それらのカートリッジ毎そっくり交換する必要がなくなるため、コスト面でも有利となる。

〔手段２〕 手段２に係る発明は、手段１の主軸装置において、前記リアベアリングケースは、前記ステータの内径よりも外径が小さくされ、前記フロントハウジングは、外径が前記ステータケースの内径よりも大きくされ、且つ前記ステータケースよりもフロント側に配設されていることによって、前記リアベアリングケース及び前記フロントハウジングを含んでなる主軸ユニットが前記ステータユニットからフロント側へ引き抜き可能に構成されていることを特徴としている。

手段２によれば、主軸ユニットがステータユニットからフロント側へ引き抜き可能とされているため、主軸ユニットに組み付けられたベアリングやロータ等の損傷に起因する故障が発生した際には、主軸ユニットをステータユニットから引き抜いて、ベアリングやロータ等の保守対象となる部材をステータユニットの外部へ取り出すことができる。これにより、メンテナンス作業を容易に且つ短時間で行うことができるので、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、ベアリングやモータの一部に故障が発生した場合でも、それらのカートリッジ毎そっくり交換する必要がなくなるため、コスト面でも有利となる。

〔手段３〕 手段３に係る発明は、手段１又は２に記載の主軸装置における前記リアベアリングケースが、外周面の軸方向中間部に、フロント側外径がリア側外径よりも小さくなるように形成された段差部を有し、該段差部に付与される流体圧力により軸方向に生じる力によって軸方向へ移動して前記リアハウジングの軸方向端面に押し当てられるように構成されていることを特徴としている。

手段３によれば、流体圧力によるリアベアリングケースのピストン構造を簡易に実現することができる。これにより、ベアリングをガタの無い適切な位置に位置決めすることが可能となるため、ベアリングの良好な機能を発揮させることができると共に、損傷などの発生を防止して長寿命化を図ることができる。

〔手段４〕 手段４に係る発明は、手段３に記載の主軸装置における前記リアベアリングが、アンギュラ軸受であり、前記リアベアリングケースの前記段差部に付与される前記流体圧力が前記アンギュラ軸受に付与される予圧として利用されていることを特徴としている。

手段４によれば、リアベアリングにアンギュラ軸受が採用されている場合にも、アンギュラ軸受の仕様に応じた最適な性能を発揮させることができる。

〔手段５〕 手段５に係る発明は、手段３又は４に記載の主軸装置における前記ベアリングケースの前記段差部が、前記ベアリングケースの軸線に対して鈍角をなす傾斜面とされていることを特徴としている。

手段５によれば、主軸ユニットを引き抜く際に、ベアリングケースのフロント側に例えばＯリング等のシール部材が配設されている場合でも、段差部が傾斜面とされていることによって、ベアリングケースを抜け易くすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
図１は実施形態１に係る主軸装置の軸方向に沿う断面図であり、図２はその主軸装置の後端部を示す軸方向に沿う断面図であり、図３はその主軸装置の要部を拡大して示す断面図である。

本実施形態の主軸装置は、図１〜図３に示すように、略円筒状に形成されたハウジング１と、ハウジング１内にフロントベアリング２及びリアベアリング３を介して回転自在に支持された円筒状の主軸４と、フロントベアリング２と主軸４の間に配設されたフロントベアリングケース５と、リアベアリング３と主軸４の間に配設されたリアベアリングケース６と、主軸４を回転駆動させるモータを構成するロータ７及びステータ８と、ケース本体９ａとフロントケース９ｂとからなりステータ８を保持するステータケース９を備えている。

ハウジング１は、軸方向に四分割されて形成されており、主軸本体（支持部材）１１により支持された主軸ハウジング１ａと、主軸ハウジング１ａのフロント側にステータケース９の一部を間に介して配置されたフロントハウジング１ｂと、主軸ハウジング１ａのリア側に配置されたリアハウジング１ｃと、主軸ハウジング１ａのリア側に連結固定された工具着脱用シリンダハウジング１ｄとからなる。

リアハウジング１ｃは、外径が主軸ハウジング１ａの内径よりも小さくされており、その外周端部が主軸ハウジング１ａの内周側に挿入されたケース本体９ａのリア側端面に固定されている。なお、工具着脱用シリンダハウジング１ｄ及びリアハウジング１ｃには、供給ノズル１２よりリアベアリングケース６の外周面に設けられた段差部６ａに非圧縮性流体を供給する流体供給路１３が設けられている。また、リアハウジング１ｃのリア側端面には、主軸４の回転数を検出する検出器１８が固定されている。

ハウジング１内に配設された主軸４は、軸方向一端側（図１において左側）が円筒状に形成されたフロントベアリング２及びフロントベアリングケース５を介してフロントハウジング１ａに回転自在に支持されると共に、軸方向他端側（図１において左側）がリアベアリング３及びリアベアリングケース６を介してリアハウジング１ｃに回転自在に支持されている。

フロントベアリング２は、２組（４個）のアンギュラ軸受よりなり、各内輪が主軸４の外周面に外嵌され、各外輪がフロントベアリングケース５の内周面に内嵌されている。このフロントベアリング２は、内輪固定ナット１４及びフロントベアリングケース５によりリア側が規制されていると共に、フロントハウジング１ａのフロント側開口部に装着された外輪抑え蓋１９によりフロント側が規制されており、これにより軸方向において位置決めされている。

フロントベアリングケース５は、外周側にあるフロントハウジング１ｂ及びフロントケース９ｂと、内周側にあるフロントベアリング２との間に配設されて、フロントベアリング２を保持している。このフロントベアリングケース５は、フロントハウジング１ｂ及びフロントベアリング２に固定されて一体化されているが、フロントケース９ｂの内周面には固定されていないので、フロントケース９ｂからフロント側へ引き抜き可能とされている。

リアベアリング３は、１個のころ軸受よりなり、内輪が主軸４の外周面に外嵌され、外輪がリアベアリングケース６の内周面に内嵌されている。また、リアベアリング３の内輪は、カラー１５ａ及びリアスリーブ１５ｂにより軸方向において位置決めされている。リアベアリング３の外輪は、リアベアリングケース６に保持リング１６で固定されることによって軸方向において位置決めされている。

リアベアリングケース６は、リング状に形成されており、内周側にあるリアベアリング３及びリアスリーブ１５ｂと、外周側にあるリアハウジング１ｃとの間に配設されている。図３に示すように、リアベアリングケース６外周面の軸方向中間部には、フロント側外径がリア側外径よりも小さくなるように形成された段差部６ａが設けられている。この段差部６ａは、リアベアリングケース６の軸線に対して鈍角をなす傾斜面とされている。リアハウジング１ｃ内周面の段差部６ａと対向する部位には、流体供給路１３の供給口が開口する流体室１３ａが設けられている。また、段差部６ａの軸方向両側には、リアベアリングケース６とリアハウジング１ｃとの隙間を封止するＯリング１７、１７がそれぞれ設けられている。

リアベアリングケース６のリヤ側端部には、前記フロント側外径よりも外径が小さい小径部６ｂが設けられており、この小径部６ｂには、リアハウジング１ｃのリア側端部に設けられた径方向内方へ突出するフランジ部１ｅが嵌合されている。リアベアリングケース６の段差部６ａと小径部６ｂとの間の部位は、外径が最も大きい大径部６ｃとなっており、リアハウジング１ｃのフランジ部１ｅよりもフロント側部分の内径は、大径部６ｃの外径よりも少し大きくされている。

即ち、リアベアリングケース６は、リアハウジング１ｃに対して、リア側への移動がフランジ部１ｅにより規制され、フロント側への移動が許容されている。これにより、流体供給路１３の供給口から非圧縮性流体が供給されて段差部６ａに流体圧力が付与されると、リアベアリングケース６は、リア側へ移動してリアハウジング１ｃのフランジ部１ｅ（軸方向端面）に押し当てられるようになっている。また、リアベアリングケース６は、リアハウジング１ｃからフロント側へ引き抜き可能とされている。

図１に示すように、主軸４の内部のフロント側には、工具２１が固定されたホルダ２２をクランプするクランプユニット２３や、クランプユニット２３を作動させるプッシュロッド２４及びドローバー２５が収容されている。また、主軸４の後端部外周には、検出器１８と径方向に対向するようにしてセンサリング２６が嵌着されている。このセンサリング２６は、主軸４の外周にリア側から螺合された後部ナット２７により位置決め固定されている。なお、リアハウジング１ｃのリア側に固定されている検出器１８は、後部ナット２７の外周端よりも径方向外方に位置するように配置されている。これにより、主軸４のフロント側への引き抜きが可能とされている。また、主軸４のリア側には、クランプユニット２３を操作するためのシリンダ組立体２８が配設されている。このシリンダ組立体２８は、工具着脱用シリンダハウジング１ｄに固定されている。

主軸２外周の軸方向略中央部（フロントベアリング２とリアベアリング３の間）には、ロータスリーブ３１を介してロータ７が固定されている。このロータ７の外周側には、主軸ハウジング１ａの内周にフロント側から挿入固定されたステータケース９のケース本体９ａと、ケース本体９ａの内周に保持されたステータ８とが配設されている。ステータ８は、ケース本体９ａの内周面に固定されて一体化されている。このステータ８に付属している配線３２は、主軸４後部に取り付けられた主軸後部ブラケット４０に固定され図略の制御装置に接続されている端子箱５０内で分離され、着脱可能とされている。

ステータケース９のケース本体９ａとフロントケース９ｂは、それらの軸方向一端にそれぞれ形成されたフランジ部同士が重ね合わされた状態で結合されて一体化されている。また、ケース本体９ａのリア側に配設されているリアハウジング１ｃも、前記のように、ケース本体９ａに固定されて一体化されている。このステータケース９は、主軸ハウジング１ａのリア側に連結された工具着脱用シリンダハウジング１ｄとは非連結とされている。なお、前記のフロントハウジング１ｂは、外径がステータケース９の内径よりも大きくされており、ステータケース９よりもフロント側に配設されている。

以上のように構成された本実施形態の主軸装置は、主軸４に対して、フロントハウジング１ｂと、フロントベアリング２と、リアベアリング３と、フロントベアリングケース５と、リアベアリングケース６と、ロータ７と、外輪抑え蓋１９と、センサリング２６と、後部ナット２７等が一体的に組み付けられてユニット化されており（図４において灰色で示す部分。以下、「主軸ユニット」という。）、この主軸ユニットが、主軸ハウジング１ａからフロント側へ引き抜き可能とされている（第１段階の引き抜き）。

そのため、主軸４に設けられたフロントベアリング２やリアベアリング３、ロータ７等の損傷に起因する故障が発生した際には、主軸ユニットを主軸ハウジング１ａから引き抜いて、ベアリング２、３やロータ７等の保守対象となる部材を主軸ハウジング１ａの外部へ取り出すことができるので、メンテナンス作業を容易に行うことが可能となる。

また、本実施形態の主軸装置は、ケース本体９ａ及びフロントケース９ｂからなるステータケース９と、ステータ８と、リアハウジング１ｃとが、一体的に連結されてユニット化されている（図５において灰色で示す部分。以下、「ステータユニット」という。）。このステータユニットは、主軸ユニットが引き抜かれた後（第１段階の引き抜き後）、主軸ハウジング１ａからフロント側へ引き抜き可能とされている（第２段階の引き抜き）。

そのため、主軸ハウジング１ａ側に設けられたステータ８等の損傷に起因する故障が発生した際には、ステータユニットを主軸ハウジング１ａから引き抜いて、ステータ８等の保守対象となる部材を主軸ハウジング１ａの外部へ取り出すことができるので、メンテナンス作業を容易に行うことが可能となり、作業時間も大幅に短縮することができる。

したがって、本実施形態の主軸装置によれば、ベアリング２、３やロータ７等が組み付けられた主軸ユニットの第１段階としての引き抜きを可能とし、更に第２段階としてのステータ８等の引き抜きを可能としているため、ベアリング２，３やモータ（ロータ７及びステータ８）の損傷等に起因する故障が発生した際には、それらのメンテナンス作業を容易に且つ短時間で行うことができるので、メンテナンス性の向上を図ることができる。また、ベアリング２、３やモータ（ロータ７及びステータ８）の一部に故障が発生した場合でも、それらのカートリッジ毎そっくり交換する必要がなくなるため、コスト面でも有利となる。

また、本実施形態におけるリアベアリングケース６は、外周面に段差部６ａを有し、その段差部６ａに供給される非圧縮性流体の圧力が付与されることにより軸方向へ移動してリアハウジング１ｃのフランジ部１ｅに押し当てられるように構成されていることによって、流体圧力によるリアベアリングケース６のピストン構造が実現されている。これにより、リアベアリングケース６でガタの無い適切な位置にリアベアリング３を位置決めすることが可能となるため、リアベアリング３の良好な機能を発揮させることができると共に、リアベアリング３の損傷の発生を防止して長寿命化を図ることができる。

また、リアベアリングケース６の段差部６ａは、リアベアリングケース６の軸線に対して鈍角をなす傾斜面とされているため、主軸ユニットを引き抜く際に、リアベアリングケース６のフロント側にＯリング（シール部材）１６が配設されている場合でも、段差部６ａが傾斜面とされていることによって、リアベアリングケース６を抜け易くし、またＯリング１６の損傷を防ぐことができる。

〔実施形態２〕
図６は実施形態２に係る主軸装置の後端部を示す軸方向に沿う断面図である。実施形態２の主軸装置は、実施形態１の主軸装置において、リアベアリング３として採用されていたころ軸受に代えて、アンギュラ軸受が採用されている点でのみ異なる。よって、その他の実施形態１と共通する主要な部材等については、同じ符号を付して詳しい説明は省略し、以下、異なる点を中心に説明する。

本実施形態では、リアベアリング３として２個で一組のアンギュラ軸受３０、３０が採用されている。２個のアンギュラ軸受３０、３０は、それらの間に配置された内輪間座３０ａ及び外輪間座３０ｂにより軸方向に並列配置されている。そして、内輪の軸方向フロント側が、主軸４の外周面に形成された段部により位置決めされ、内輪の軸方向リア側が、リアスリーブ１５ｂにより位置決めされている。また、外輪は、実施形態１の場合と同様に、リアベアリングケース６に保持リング１６で固定されることにより軸方向において位置決めされている。

なお、リアスリーブ１５ｂ及び保持リング１６は、リアベアリング３がアンギュラ軸受３０、３０に変更されたことによって形状や大きさが実施形態１のものから変更されているが、アンギュラ軸受３０、３０を位置決めして保持するという基本的構成は実施形態１のものと同じである。

また、リアベアリングケース６も、リアベアリング３がアンギュラ軸受３０、３０に変更されたことによって形状や大きさが実施形態１のものから変更されているが、外周面に段差部６ａが設けられていることなどの基本的構成は実施形態１のものと同じである。

なお、本実施形態においても、リアハウジング１ｃのリア側に固定されている検出器１８は、後部ナット２７の外周端よりも径方向外方に位置するように配置されており、主軸４のフロント側への引き抜きが可能とされている点は実施形態１と同様である。

以上のように構成された本実施形態の主軸装置は、リアベアリング３としてアンギュラ軸受３０、３０を採用し、リアベアリングケース６の段差部６ａに付与される流体圧力により軸方向に生じる力をアンギュラ軸受３０、３０に付与される予圧として利用するようにしている。そのため、アンギュラ軸受３０、３０の仕様に応じた最適な性能を発揮させることができるので、リアベアリング３での損傷の発生を有利に防止することができ、長寿命化を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る主軸装置の軸方向に沿う断面図である。 本発明の実施形態１に係る主軸装置の後端部を示す軸方向に沿う断面図である。 本発明の実施形態１に係る主軸装置の要部を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る主軸装置の第１段階で引抜く部材を示す説明図である。 本発明の実施形態１に係る主軸装置の第２段階で引抜く部材を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る主軸装置の後端部を示す軸方向に沿う断面図である。

符号の説明

１…ハウジング １ａ…主軸ハウジング １ｂ…フロントハウジング １ｃ…リアハウジング １ｄ…工具着脱用シリンダハウジング ２…フロントベアリング ３…リアベアリング ４…主軸 ５…フロントベアリングケース ６…リアベアリングケース ６ａ…段差部 ７…ロータ ８…ステータ ９…ステータケース ３０…アンギュラ軸受 ３２…配線

Claims (5)

1. 筒状で軸方向に分割形成されたフロントハウジング、主軸ハウジング及びリアハウジングを有するハウジングと、
   軸方向一端側がフロントベアリング及びフロントベアリングケースを介して前記フロントハウジングに回転自在に支持されると共に、軸方向他端側がリアベアリング及びリアベアリングケースを介して前記リアハウジングに回転自在に支持され、軸方向中間部にロータが装着された主軸と、
   前記主軸ハウジングの内周にステータケースを介して保持され前記ロータの外周に配置されたステータと、を備えた主軸装置であって、
   前記リアハウジングは、外径が前記主軸ハウジングの内径よりも小さくされ、
   前記ステータケースは、前記主軸ハウジングにフロント側から挿入固定され、且つ前記主軸ハウジングのリア側に連結される工具着脱用シリンダハウジングと非連結とされ、
   前記ステータと前記主軸装置を制御する制御装置とを結ぶ配線は、途中で着脱可能とされていることによって、
   前記ステータケース、前記ステータ及び前記リアハウジングを含んでなるステータユニットが前記主軸ハウジングからフロント側へ引き抜き可能とされていることを特徴とする主軸装置。
2. 前記リアベアリングケースは、前記ステータの内径よりも外径が小さくされ、前記フロントハウジングは、外径が前記ステータケースの内径よりも大きくされ、且つ前記ステータケースよりもフロント側に配設されていることによって、前記リアベアリングケース及び前記フロントハウジングを含んでなる主軸ユニットが前記ステータユニットからフロント側へ引き抜き可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
3. 前記リアベアリングケースは、外周面の軸方向中間部に、フロント側外径がリア側外径よりも小さくなるように形成された段差部を有し、該段差部に付与される流体圧力により軸方向に生じる力によって軸方向へ移動して前記リアハウジングの軸方向端面に押し当てられるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の主軸装置。
4. 前記リアベアリングは、アンギュラ軸受であり、前記リアベアリングケースの前記段差部に付与される前記流体圧力により軸方向に生じる力が前記アンギュラ軸受に付与される予圧として利用されていることを特徴とする請求項３に記載の主軸装置。
5. 前記ベアリングケースの前記段差部は、前記ベアリングケースの軸線に対して鈍角をなす傾斜面とされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の主軸装置。

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