JP5782773B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明はヘッド部に工具保持軸が回転自在に保持されている工作機械に関する。

工作機械は、同心上の軸長方向へ離隔した２位置夫々に複数の軸受を保持してあり、他上下に貫通する軸受孔及び該軸受孔の上部が開放されている空洞を有する箱形状のヘッド部と、その上端部が前記空洞に配され、下端部が前記軸受の夫々に嵌入保持され、回転中心が上下となる工具保持軸と、前記ヘッド部の上部外側に装着される電動モータと、該電動モータの駆動軸及び前記工具保持軸の上端部を前記空洞内で連動連結する軸継手とを備え、電動モータの駆動により工具保持軸を比較的高速で連続回転させ、該工具保持軸の下端部に保持されているドリル等の回転加工用工具を回転させ、ワークに回転加工を施すように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

軸受孔に上下に離隔して配される軸受はアンギュラ玉軸受であり、内輪及び外輪間に潤滑油脂を塗布してアンギュラ玉軸受の耐久性を高めてあり、工具保持軸の上端部中間には上方のアンギュラ玉軸受の内輪端面に当接して工具保持軸にアキシャル方向の予圧を加える螺子環が螺着され、工具保持軸のアキシャル方向へのガタ付きを防ぐように構成されている。

特開２００６−８２１７５号公報

ところで、工具保持軸を長時間に亘って高速で連続回転させつつ複数のワークに回転加工を施す場合、アンギュラ玉軸受部分の昇温が過大となり、アンギュラ玉軸受に塗布されている潤滑油脂が劣化するとともに工具保持軸がアキシャル方向へ熱膨張するとともに、アンギュラ玉軸受の内輪及び外輪の温度差が大きくなり、内輪のアキシャル方向への熱膨張量が外輪よりも多くなり、工具保持軸に加えられている予圧が低下することになる。潤滑油脂の劣化は、工具保持軸を高速で回転させることができなくなり、工具保持軸の交換が必要となる。また、予圧の低下は工具保持軸がアキシャル方向へガタ付き易くなり、工具保持軸の剛性が低下し、回転加工能力の低下を来すことになる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的はヘッド部の空洞に配されている工具保持軸の一端部の側へ空気を吹出す空気吹出手段を設けて、工具保持軸の一端部を冷却することにより、工具保持軸が高速で連続回転された場合でも工具保持軸の他端部を支持する軸受部分の昇温を簡易に抑制することができる工作機械を提供することにある。

また、他の目的は、吹出手段を前記一端部よりも軸受孔側に配することにより、工具保持軸周りの他の部材に影響されることなく、工具保持軸の一端部を効率よく冷却することができる工作機械を提供することにある。

また、他の目的は、吹出手段よりも工具保持軸の駆動源側に排気口を開設することにより、空洞内に配してある工具保持軸の一端部の冷却効果を高めることができる工作機械を提供することにある。

また、他の目的は、吹出口を有する筒体をヘッド部に挿嵌することにより、空気の吹出方向を容易に設定することが可能となる工作機械を提供することにある。

また、他の目的は、工具保持軸の周面から離隔し、工具保持軸の軸心と交差する位置に筒体を配し、該筒体の周面に吹出口を開設することにより、加圧空気源の空気圧が比較的高い場合においても比較的低圧の空気を吹出すことができ、工具保持軸を除々に冷却することができる工作機械を提供することにある。

また、他の目的は、筒体の長手方向へ離隔した複数の位置に吹出口を設けることにより、吹出空気を集中させることなく工具保持軸に向けて広範囲に吹出すことができ、工具保持軸を除々に冷却することができる工作機械を提供することにある。

また、他の目的は、工具保持軸の一端部を電動モータの駆動軸に連結する軸継手と対向する位置又は該軸継手よりも電動モータ側に吹出口を配することにより、軸継手に一端部が連結されている工具保持軸、及び工具保持軸が嵌入されている軸受の昇温を抑制することができる工作機械を提供することにある。

本発明に係る工作機械は、空洞を有するヘッド部の下部に設けた軸受筒部内に工具保持軸を支持してあり、前記軸受筒部から前記空洞内に突出する前記工具保持軸の上端部が、前記ヘッド部の上部に取付けた駆動源に連動連結されている工作機械において、前記ヘッド部内に設けてあり、前記軸受筒部から突出する前記工具保持軸に向けて空気を吹出す空気吹出手段と、該空気吹出手段よりも上位置で前記ヘッド部に開設された排気口とを備えており、前記空気吹出手段は、前記工具保持軸の周面から離隔した位置、且つ該工具保持軸の軸心と交差する位置で前記ヘッド部に嵌挿され、前記空気の吹出口が周面に開設された筒体であることを特徴とする。

本発明にあっては、ヘッド部の下部に設けた軸受筒部から空洞内に突出する工具保持軸にヘッド部内に設けた空気吹出手段から空気が吹出され、吹出空気により前記工具保持軸を冷却することができるため、工具保持軸が長時間に亘って高速で連続回転する際に、該工具保持軸の昇温を抑制でき、軸受筒部内で工具保持軸を支持する軸受の昇温を抑制することができる。よって、軸受に塗布されている潤滑油脂の劣化を抑制でき、軸受及び工具保持軸の寿命を長くすることができるとともに、回転加工能力の持続時間を長くすることができる。

また、前記空気吹出手段よりも上位置のヘッド部内に排気口を開設してあるから、ヘッド部の空洞内に空気吹出手段から排気口に至る通気路ができ、工具保持軸を冷却した後に上昇する空気を排気口から速やかに外部へ排気することができるため、工具保持軸の冷却効果、ひいては軸受の冷却効果を高めることができる。

また、周面に吹出口を開設した筒体を、工具保持軸に対して適正な位置関係でヘッド部に嵌挿することにより空気吹出手段を簡易に構成することができる。

更に、空気吹出手段を構成する筒体内に供給される空気は、直交する方向に通気方向を変えて吹出口から吹出す際に減圧するから、加圧空気源の空気圧が比較的高い場合においても比較的低圧の空気を、空気量を減らすことなく吹出すことができ、工具保持軸を除々に冷却することができる。

また、本発明に係る工作機械は、前記筒体の長手方向へ離隔した複数の位置に前記吹出口を配してあることを特徴とする。
本発明にあっては、筒体の長手方向へ離隔した複数の吹出口から比較的低圧の空気を、空気量を減らすことなく吹出すことができるため、吹出空気を集中させることなく工具保持軸に向けて広範囲に吹出すことができ、工具保持軸を除々に冷却することができる。

本発明によれば、ヘッド部の下部に設けた軸受筒部から空洞内に突出する工具保持軸を、空気吹出手段が吹出す空気により冷却することができるため、工具保持軸が長時間に亘って高速で連続回転する際に、該工具保持軸の昇温、及び軸受筒部内で工具保持軸を支持する軸受の昇温を抑制することができ、軸受に塗布されている潤滑油脂の劣化を抑制でき、軸受及び工具保持軸の寿命を長くすることができるとともに、回転加工能力の持続時間を長くすることができる。

また、本発明によれば、工具保持軸を冷却した後の空気を、ヘッド部の上位置に開設した排気口から速やかに外部へ排気することができるため、工具保持軸の冷却効果を高めることができる。

また、本発明によれば、既存のヘッド部に開設される貫通孔に筒体を嵌挿することにより空気吹出手段を簡易に構成することができる。

また、本発明によれば、空気の通気方向を変えて吹出すことができ、通気方向が変わる際に減圧することができるため、加圧空気源の空気圧が比較的高い場合においても比較的低圧の空気を、空気量を減らすことなく吹出すことができ、工具保持軸を除々に冷却することができる。

また、本発明によれば、筒体の長手方向へ離隔した複数の吹出口から比較的低圧の空気を、空気量を減らすことなく吹出すことができるため、吹出空気を集中させることなく工具保持軸に向けて広範囲に吹出すことができ、工具保持軸を除々に冷却することができる。

本発明に係る工作機械のヘッド部分の構成を示す縦断側面図である。 本発明に係る工作機械のヘッド部分の構成を示す正面図である。 本発明に係る工作機械のヘッド部分の構成を示す一部を分解した斜視図であ る。 本発明に係る工作機械の要部の構成を示す拡大断面図である。 本発明に係る工作機械の筒体の構成を示す斜視図である。 本発明に係る工作機械の筒体の構成を示す正面図である。 本発明に係る工作機械の筒体の構成を示す側面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係る工作機械のヘッド部分の構成を示す縦断側面図、図２はヘッド部分の構成を示す正面図、図３はヘッド部分の構成を示す一部を分解した斜視図、図４は要部の構成を示す拡大断面図である。

図に示した工作機械は、同心上の軸長方向へ離隔した２位置の夫々に２個のアンギュラ玉軸受２を保持してあり、中心軸が上下となる軸受筒部１１及び該軸受筒部１１の上側が開放されている空洞１２を有する箱形状のヘッド部１と、その上端部が空洞１２に配され、下端部がアンギュラ玉軸受２の夫々に嵌入保持され、回転中心が上下となる工具保持軸３と、ヘッド部１の上部外側に装着され、駆動軸４１が空洞１２内に配されている電動モータ４と、工具保持軸３の上端部端末及び駆動軸４１を空洞１２内で連動連結する軸継手５と、空洞１２内に枢着され、工具保持軸３の下端部に保持される工具をアンクランプ用のレバー６と、工具保持軸３の上端部の側に向けて空気を吹出す筒体７とを備える。

また、工作機械は、ワーク保持用のテーブルが横方向移動可能に装着されている基台（図示せず）と、該基台に固定したコラム（図示せず）とを備え、該コラムにヘッド部１が上下方向への移動を可能に装着されている。

ヘッド部１は、前後に長い箱形状をなし、前側（図１において右側）の下部に、上下に貫通する軸受孔１３を有する軸受筒部１１が配されている。該軸受筒部１１を除く他の部分の内部は、空洞１２になっている。軸受筒部１１の上側に第１の開口部１４が開設され、該第１の開口部１４の後側に第２の開口部１５が開設されている。第１の開口部１４には駆動軸４１が下向きとなるように電動モータ４が装着され、該電動モータ４のフランジ４２にて閉塞されている。第２の開口部１５には、長手方向中間部が枢着されているレバー６の他端部が挿通され、可撓性を有するシール環にて閉塞されている。空洞１２はほぼ密閉状態になっている。

軸受筒部１１は、上下方向中間部が対向する側壁に連なり、上端部が空洞１２内に配され、下端部が空洞１２の外部に配されている。軸受筒部１１の上端部後側に筒体７が配されている。

軸受筒部１１は、上端側の大径孔部１３ａと、該大径孔部１３ａに段部を経て連なる小径孔部１３ｂとを有している。大径孔部１３ａと小径孔部１３ｂとの境界に段部が形成され、該段部に止輪が係止されている。小径孔部１３ｂの上側に、２個のアンギュラ玉軸受２，２の外輪が嵌入保持され、小径孔部１３の下側に、２個のアンギュラ玉軸受２，２の外輪が嵌入保持されている。上下のアンギュラ玉軸受２，２間に、大小二つの筒状スペーサ１６，１６が嵌合されている。アンギュラ玉軸受２，２夫々の内輪に工具保持軸３の下端部が嵌入されている。

ヘッド部１の一方の側壁の下部で、軸受筒部１１の上端部後側の位置に貫通孔１７が開設され、該貫通孔１７に、工具保持軸３の軸心と略直交する筒体７が嵌挿されている。一方の側壁で、第１の開口部１４の後側位置に排気口１８が開設され、該排気孔１８に排気管１９が接続されている。貫通孔１７の周りには複数の螺子孔が開設されている。ヘッド部１の後側外部は、回転中心が上下となる螺子軸、該螺子軸に相対回転を自在に螺合されている螺子環及び螺子軸を正逆回転させる第２の電動モータを有する昇降機構（図示せず）に装着されている。第２の電動モータの駆動によりヘッド部１が昇降可能になっている。ヘッド部１の上部後側には、レバー６の他端部に当接してレバー６を回動させるための操作体（図示せず）が装着されている。

工具保持軸３は、上端側の小径軸部３ａ及び該小径軸部３ａに段部３ｂを経て連なる下端側の大径軸部３ｃを有する円筒形である。該工具保持軸３の内部に、クランプフィンガ８１を有するロッド８が上下移動自在に嵌入されている。

工具保持軸３の段部３ｂは、下側アンギュラ玉軸受２の一方の内輪端面が当接している。小径軸部３ａの中間で、大径孔部１３ａ内に配される部分に螺子部３ｄが設けられている。該螺子部３ｄは、上側アンギュラ玉軸受２の一方の内輪端面に当接する螺子環３１が螺着している。該螺子環３１と段部３ｂは、アンギュラ玉軸受２夫々の内輪及び筒状スペーサ１６，１６を挾着し、工具保持軸３にアキシャル方向の予圧を加えている。

小径軸部３ａの上端部３ｆには、径方向に貫通し、上下に長い長孔３２が設けられている。長孔３２には連結ピン３３が挿通され、該連結ピン３３の中央部にロッド８の上端部が連結されている。

大径軸部３ｃの内側には、円錐台形をなす保持孔部３ｅが設けられており、該保持孔部３ｅに工具１０が下方から挿嵌される。該工具１０の上側端部はクランプフィンガ８１にクランプされる。

工具保持軸３内のロッド８は、下端にクランプフィンガ８１が保持され、上端が連結ピン３３の中央部に連結され、上下に移動可能になっている。また、ロッド８周りにコイルばね９を配し、該コイルばね９はロッド８を常に上方へ付勢する。コイルばね９によりクランプフィンガ８１は、工具１０をクランプする。

レバー６は、略く字形をなし、空洞１２内に配されて中央屈曲部が枢軸にてヘッド部１の側壁に枢着されている。レバー６の一端部は、二又部形状になっており、該二又部が連結ピン３３の両端部周面に対向している。レバー６の他端部は操作体の往復動作に連動する。操作体の往動によりレバー６の一端部が下動し、該二又部が連結ピン３３を押圧してロッド８を下動させ、工具１０がアンクランプ状態となる。操作体の復動によりレバー６の一端部が上動し、コイルばね９の付勢力にてロッド８は上動し、工具１０がクランプ状態となる。

図５は筒体の構成を示す斜視図、図６は筒体の構成を示す正面図、図７は筒体の構成を示す側面図である。筒体７は有底であり、周方向の一箇所で径方向に貫通する三つの吹出口７１が長手方向へ離隔して開設されている。筒体７の一端部はヘッド部１の貫通孔１７に嵌入される。筒体７は軸受筒部１１の上端部後側の位置に、換言すると軸受筒部１１から上方へ突出する工具保持軸３の上端部３ｆよりも下側の位置に、工具保持軸３の軸心と略直交するように配され、吹出口７１が斜め上方（上端部３ｆの方向）へ向かう。吹出口７１の総開口面積は、筒体７内の孔の断面積とほぼ等しく、筒体７内の孔に供給される空気量が減ることなく吹出口７１夫々から上端部３ｆの方向へ吹出す。

三つの吹出口７１のうち、中央の吹出口７１が工具保持軸３の軸心と対向する位置に配され、他の二つの吹出口７１は工具保持軸３の上端部３ｆの直径と同程度の距離で離隔して配されている。筒体７は吹出空気を上端部３ｆに集中させることなく、上端部３ｆ周りに亘って分散して斜め上方へ吹出す。

筒体７の開放されている一端部端末には鍔部７２が設けられ、該鍔部７２に開設されている挿通孔７３に雄螺子が挿通され、側壁の螺子孔に螺入されることにより、筒体７がヘッド部１に取付けられる。

筒体７の鍔部７２側開放端には管継手７４が接続されている。該管継手７４は、工場内に配設されているコンプレッサ等の加圧空気源に連なる送気管に接続されている。送気管は、途中に開閉弁が設けられ、該開閉弁の開動作により清浄な空気を筒体７に供給する。

以上のように構成された工作機械は、工具保持軸３の下側開口に工具１０の端部が挿嵌され、操作体にてレバー６の一端部が上動し、コイルばね９にてロッド８を経てクランプフィンガ８１が上動し、工具１０の上側端部がクランプされている。

この状態で電動モータ４が駆動され、軸継手５を経て工具保持軸３が高速で回転する。また、第２の電動モータの駆動により、螺子軸が回転し、該螺子軸に相対回転を自在に螺合されている螺子環と一体にヘッド部１が昇降し、テーブルに保持されているワークに前記工具１０にて回転加工が施される。

筒体７には連続的に、又は間歇的に加圧空気源から清浄な空気が供給され、該筒体７の三つの吹出口７１から工具保持軸３の空洞１２内に配されている上端部３ｆに向けて空気が吹出され、吹出空気により工具保持軸３の上端部３ｆを除々に冷却することができる。この上端部３ｆの冷却により、工具保持軸３の昇温が抑制される。よって、工具保持軸３が高速で連続回転することにより、アンギュラ玉軸受２部分が昇温する場合、吹出空気により昇温が抑制されている工具保持軸３の熱が下端部からアンギュラ玉軸受２に伝熱され、該アンギュラ玉軸受２の昇温を抑制でき、アンギュラ玉軸受２に塗布されている潤滑油脂の熱による劣化を抑制でき、潤滑油脂の寿命、ひいてはアンギュラ玉軸受２及び工具保持軸３の耐久性を高めることができる。また、工具保持軸３の昇温を抑制することができることにより、螺子環３１にて工具保持軸３に加えられている予圧が低下するのを抑制でき、工具保持軸３の剛性の低下を抑制できる。

尚、以上説明した実施の形態では、工具保持軸３を支持する軸受としてアンギュラ玉軸受２を用いたが、その他、ころ軸受であってもよく、軸受の構成は特に制限されない。

また、以上説明した実施の形態では、空気吹出手段としての筒体７を、空洞１２に配される上端部３ｆよりも下側の位置に配し、上端部３ｆの側へ斜め上方に空気を吹出すように構成したが、その他、上端部３ｆの横側に配し、上端部３ｆの径方向へ空気を吹出すように構成してもよい。

１ ヘッド部
１２ 空洞
１３ 軸受孔
１７ 貫通孔
１８ 排気口
２ アンギュラ玉軸受（軸受）
３ 工具保持軸
３ｆ 上端部（一端部）
４ 電動モータ（駆動源）
４１ 駆動軸
５ 軸継手
７ 筒体（空気吹出手段）
７１ 吹出口

Claims (2)

1. 空洞を有するヘッド部の下部に設けた軸受筒部内に工具保持軸を支持してあり、前記軸受筒部から前記空洞内に突出する前記工具保持軸の上端部が、前記ヘッド部の上部に取付けた駆動源に連動連結されている工作機械において、
   前記ヘッド部内に設けてあり、前記軸受筒部から突出する前記工具保持軸に向けて空気を吹出す空気吹出手段と、
   該空気吹出手段よりも上位置で前記ヘッド部に開設された排気口とを備えており、
   前記空気吹出手段は、前記工具保持軸の周面から離隔した位置、且つ該工具保持軸の軸心と交差する位置で前記ヘッド部に嵌挿され、前記空気の吹出口が周面に開設された筒体であることを特徴とする工作機械。
2. 前記筒体の長手方向へ離隔した複数の位置に前記吹出口を配してある請求項１に記載の工作機械。

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