JP5802606B2

JP5802606B2 - 旋盤主軸のディスクブレーキ

Info

Publication number: JP5802606B2
Application number: JP2012104596A
Authority: JP
Inventors: 芳光井上; 川井　庸市; 庸市川井
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-05-01
Filing date: 2012-05-01
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2032-05-01
Also published as: JP2013230531A

Description

本発明は回転工具主軸を装備したＮＣ旋盤の制動装置（ディスクブレーキ）に関するものである。

ＮＣ旋盤において、回転工具主軸を利用した加工には、主軸に取り付けたチャックに加工ワークを把握し、主軸を固定した状態で、回転工具主軸に取り付けた回転工具により、平面加工、溝加工、穴明け加工などを行う加工方法（以後ミーリング加工と呼ぶ）と、主軸と回転工具主軸を同期制御し、螺旋溝などの加工を行う加工方法（以後コンタリング加工と呼ぶ）がある。

一般的に、上記のミーリング加工もコンタリング加工もディスクブレーキにより、主軸にブレーキをかけた状態で加工を行う。使用するディスクブレーキの構造は、自動車に採用されているディスクブレーキと同様の構造を採用することが多い。このディスクブレーキの構造は、油圧を用いて内蔵したシリンダを駆動し、油もしくはグリースを塗布したブレーキパッドを、主軸に固定したディスク板に押圧することで制動力を発揮する。ミーリング加工の際は、ブレーキの油圧力を十分大きくし、加工反力がかかった状態でも、主軸が回転しない制動力になるように設定する。一方、コンタリング加工の場合は、モータトルクでも主軸が回転可能な制動力になるように油圧力を小さく設定し使用する。ブレーキの制動力は、コンタリング加工時の加工負荷を補助的に吸収するために用いられる。ブレーキパッドに油を塗布する理由は、コンタリング加工において、一定の負荷を安定して与え、滑らかな加工面を得る必要があるためである。例えば、乾式のブレーキとした場合は、負荷が不規則に変化するため、主軸を制御することができずスティックスリップが発生し、結果として滑らかな加工面を得ることができない。

ＮＣ旋盤に使用する従来のディスクブレーキについて、図３，図４を用いて説明する。図３は、従来の旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す正面図である。また、図４は、従来の旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す側面図である。図３，図４において、８はブレーキキャリパ、９はディスク板、１４、１５はボルト、１０はブレーキパッド、１１は主軸、１６はピストン、１７はシリンダ、３０は油圧配管である。

従来のディスクブレーキの構造と動作について説明する。ディスク板９は、ボルト１５を用いて主軸１１に固定されている。また、ブレーキキャリパ８は、ボルト１４を用いて、図示しない主軸筐体に固定されている。ブレーキキャリパ８には、ピストン１６が内蔵されており、シリンダ１７に接続された油圧配管３０に油圧を与えることによりピストン１６が移動し、ピストン１６と共に移動可能に支持されたブレーキパッド１０がディスク板９を押圧し、ディスク板９を制動する。

ただし、上記ディスクブレーキは、ブレーキパッド１０に油もしくはグリースが塗布されているため、乾式のブレーキの場合に比べて、ディスクの摩擦係数が小さくなる。よって、必要な制動力を発揮するためには、複数のブレーキキャリパを設けなければならず、コストアップするという問題があった。また、ブレーキキャリパをディスクの円周上に設けるスペースが限られていることもあり、必要な制動力を確保できないという問題もあった。

このような問題点を解決するために、下記特許文献１においては、乾式及び湿式という２種類のディスクブレーキを主軸の軸方向に別々に設ける方式とし、ミーリング加工においては乾式のブレーキを用い、コンタリング加工では湿式のブレーキを用いるディスクブレーキが開示されている。

また、特許文献２には、一枚のディスク板の同心円上に、外周に湿式のブレーキを、内周に乾式のブレーキをそれぞれ設ける方式が開示されている。

特開２００８−６２３１６号公報実開平４−１３６６４４号公報

しかし、上記の背景技術では、以下のような課題があった。

上記特許文献１で開示されたディスクブレーキにおいては、ミーリング加工とコンタリング加工で、乾式と湿式の別々のディスクブレーキを備えている。このような構成では、ブレーキシステムの取り付けスペースの確保が大きくなり、主軸ユニットが大きくなってしまう。その結果、機械サイズの増大や、材料費の増加、さらに２つのブレーキシステムを組み付けるための組立作業が増加するという問題があった。

また、上記特許文献２で開示されたディスクブレーキにおいては、ディスク板の同心円上の外周に湿式のブレーキを、内周に乾式のブレーキを備えている。上述したように、一般的に、湿式のブレーキはコンタリング加工時の加工負荷を補助的に吸収するために用いられるので、制動力を小さく設定して使用する。一方、乾式のブレーキは加工反力に負けない高い制動力が求められる。そうすると、特許文献２のようなディスクブレーキでは、内周側に乾式のブレーキが配置されているため、同じ径のディスク板を用いた場合、制動力が低下してしまうという問題があった。一方で、制動力を維持しようとすると、ディスク板が大きくなってしまい、機械サイズの増大や材料費の増加を招いてしまう。

また、上記特許文献２では、一枚のディスク板の同心円上に、外周に湿式のブレーキを、内周に乾式のブレーキを配置する構成になっているので、湿式のブレーキに塗布された油もしくはグリースが乾式のブレーキパッドを押圧するディスク板の乾式面に垂れて付着してしまい、その結果、乾式ブレーキの摩擦係数が小さくなり、必要とする制動力が得られなくなるという問題があった。

本発明の目的は、乾式及び湿式のブレーキを配置した一枚のディスク板を有し、制動力の向上を図ることができる旋盤主軸のディスクブレーキを提供することにある。

本発明は、旋盤主軸と、前記旋盤主軸に固定され、共に回転するディスク板と、前記ディスク板の両面をブレーキパッドで押圧することにより制動力を発生するブレーキキャリパと、を有する旋盤主軸のディスクブレーキにおいて、前記ブレーキキャリパは少なくとも２個のブレーキキャリパを含み、そのうち少なくとも１個を、ブレーキパッドに油やグリースを塗布しない乾式ブレーキキャリパとし、残りをブレーキパッドに油もしくはグリースを塗布した湿式ブレーキキャリパとし、前記ディスク板の同心円上に、外周側に前記乾式ブレーキキャリパが配置され、内周側に前記湿式ブレーキキャリパが配置され、これらが独立して制動するようにし、湿式ブレーキパッドおよびその湿式ブレーキパッドをディスク板に押圧する個所に塗布した油もしくはグリースが、乾式ブレーキパッドおよびその乾式ブレーキパッドをディスク板に押圧する個所に付着することを防ぐ仕切り板を、ディスク板の両面に配置したことを特徴とする。

本発明の旋盤主軸のブレーキディスクによれば、一枚のディスク板に乾式と湿式のブレーキを備えているため、特許文献１で開示されたディスクブレーキのように、主軸の軸方向に別々のブレーキシステムを持つ必要が無くなり、機械サイズの増大、材料費の増加、組立作業増加を抑えることができる。また、上記特許文献２で開示されたディスクブレーキの配置と異なり、一枚のディスク板において、乾式のブレーキキャリパをディスク板の外周側に配置しているため、ブレーキの制動力を高くできる。

また、外周の乾式のブレーキと内周の湿式のブレーキとの間に、仕切り板を設けたので、湿式のブレーキのブレーキパッドやディスク板に塗布された油もしくはグリースが、乾式のブレーキ部に浸入し、ブレーキの制動力が低下することを防ぐことができる。

本実施形態に係る旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す正面図である。本実施形態に係る旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す側面図である。従来の旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す正面図である。従来の旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す側面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す正面図である。図２は、本実施形態に係る旋盤主軸のディスクブレーキの構成を示す側面図である。

図１に示される符号について説明する。１は乾式ブレーキキャリパ、２はディスク板、３は湿式ブレーキキャリパ、１２、１３、２２はボルトである。そして、図２に示される符号について説明する。４は乾式ブレーキパッド、５は旋盤の主軸、６は湿式ブレーキパッド、７は仕切り板、１８、２０はピストン、１９、２１はシリンダ、３２は仕切り板である。

本実施形態に係る旋盤主軸のディスクブレーキの構成について説明する。ディスクブレーキは、主軸５に固定され、共に回転するディスク板２と、ディスク板２の両面をブレーキパッド４，６で押圧することにより制動力を発生するブレーキキャリパ１，３とを有する。

ディスク板２は、ボルト１３を用いて主軸５に回転可能に固定されている。ディスク板２の外周部には、乾式ブレーキキャリパ１が、図示しない主軸ユニットの筐体にボルト１２を介して固定されている。乾式ブレーキキャリパ１の内部には、シリンダ１９が設けられ、このシリンダ１９には、図示しないが、外部の油圧ユニットから油圧を与えるように配管が接続されている。乾式ブレーキパッド４は、ピストン１８と共に移動可能に支持され、ディスク板２を挟んで両側に配置されている。

一方、ディスク板の内周部、すなわち乾式ブレーキキャリパ１よりも内周側には、湿式ブレーキキャリパ３が、図示しない主軸ユニットの筐体にボルト２２を介して固定されている。湿式ブレーキキャリパ３の内部には、シリンダ２１が設けられ、このシリンダ２１には、図示しないが、外部の油圧ユニットから油圧を与えるように配管が接続されている。湿式ブレーキパッド６は、ピストン２０と共に移動可能に支持され、ディスク板２を挟んで両側に配置されている。

また、ディスク板２の両面には、軸方向に突出した環状に形成され、乾式ブレーキの領域と湿式ブレーキの領域を仕切る仕切り板７，３２がそれぞれ配置される。乾式ブレーキの領域とは、乾式ブレーキパッド４に対応するディスク板２の乾式面が設けられる領域のことであり、湿式ブレーキの領域とは、湿式ブレーキパッド６に対応するディスク板２の湿式面が設けられる領域のことである。

このようにディスク板２の両面に仕切り板７，３２が配置されることにより、湿式ブレーキパッド６とディスク板２の湿式面とに塗布された油もしくはグリースが、乾式ブレーキパッド４とディスク板２の乾式面とに付着することを防止することができる。仕切り板７，３２の形状については、本実施形態に限定するものではなく、湿式ブレーキの領域から乾式ブレーキの領域へ移動する油もしくはグリースを封止できる構造であればよい。

次に、本実施形態のディスクブレーキの動作について説明する。図示しない外部の油圧ユニットから乾式ブレーキキャリパ１に油圧が与えられると、このブレーキキャリパ１の内部に設けたピストン１８が移動し、乾式ブレーキパッド４が押され、ディスク板２のディスク面（乾式面）を互いの外側から挟み込み、制動力を発揮する。

一方、湿式ブレーキキャリパ３に、図示しない外部の油圧ユニットから油圧を与えた場合、乾式ブレーキキャリパ１に油圧を与えたときと同様に、湿式ブレーキキャリパ３の内部に設けたピストン２０が移動し、湿式ブレーキパッド６が押され、ディスク板２のディスク面（湿式面）を互いの外側から挟み込み、制動力を発揮する。尚、上述した２種のブレーキキャリパ１，３の駆動は、油圧ではなく空圧で行っても良い。

ＮＣ旋盤のミーリング加工時には、例えば、乾式ブレーキキャリパ１と湿式ブレーキキャリパ３に、油圧を与え、乾式ブレーキパッド４と湿式ブレーキパッド６をディスク板２に押圧し制動力を発揮する。このミーリング加工時の制動力は、加工反力がかかった状態でも、主軸５が回転しない制動力になるように設定される。

また、コンタリング加工時には、湿式ブレーキキャリパ３のみに、油圧を与え、湿式ブレーキパッド６をディスク板２に押圧し制動力を発揮する。このコンタリング加工時の制動力は、加工負荷を補助的に吸収するために用いられる。具体的には、モータ定格トルクの数％〜数十％程度のブレーキトルクに設定することが望ましい。

上述した本発明のディスクブレーキによれば、１つのディスク板２に乾式と湿式のブレーキを備えているため、従来技術で述べた特許文献１で開示されたディスクブレーキのように、別々のブレーキシステムを持つ必要が無く、主軸ユニットを小型化することができる。また、乾式ブレーキによるミーリング加工時の制動力をより高くするため、摩擦係数の大きな乾式ブレーキパッド４を、摩擦係数の小さな湿式ブレーキパッド６より外周に配置することで、ブレーキトルク（ブレーキパッドの押圧力×ブレーキパッドの作用するディスク径）を、より大きくできる。

また、本実施形態では、乾式ブレーキキャリパ１と湿式ブレーキキャリパ３が各１個の構成について説明したが、本発明はこの数に限定されない。制動力をより高く設定するために、例えば、乾式ブレーキキャリパ１の使用個数を２個以上に増やすというように、各々のブレーキキャリパの使用個数を増やしても、本発明と同様の効果を得ることができる。

１乾式ブレーキキャリパ、２ディスク板、３湿式ブレーキキャリパ、４乾式ブレーキパッド、５主軸、６湿式ブレーキパッド、７仕切り板、８ブレーキキャリパ、９ディスク板、１０ブレーキパッド、１１主軸、１２ボルト、１３ボルト、１４ボルト、１５ボルト、１６ピストン、１７シリンダ、１８ピストン、１９シリンダ、２０ピストン、２１シリンダ、２２ボルト、２３スプリング、２４油圧配管、２５オイルシール、２６オイルシール、２７油圧配管、２８スプリング、２９スプリング、３０油圧配管、３１オイルシール、３２仕切り板。

Claims

旋盤主軸と、
前記旋盤主軸に固定され、共に回転するディスク板と、
前記ディスク板の両面をブレーキパッドで押圧することにより制動力を発生するブレーキキャリパと、
を有する旋盤主軸のディスクブレーキにおいて、
前記ブレーキキャリパは少なくとも２個のブレーキキャリパを含み、そのうち少なくとも１個を、ブレーキパッドに油やグリースを塗布しない乾式ブレーキキャリパとし、残りをブレーキパッドに油もしくはグリースを塗布した湿式ブレーキキャリパとし、
前記ディスク板の同心円上に、外周側に前記乾式ブレーキキャリパが配置され、内周側に前記湿式ブレーキキャリパが配置され、これらが独立して制動するようにし、
湿式ブレーキパッドおよびその湿式ブレーキパッドをディスク板に押圧する個所に塗布した油もしくはグリースが、乾式ブレーキパッドおよびその乾式ブレーキパッドをディスク板に押圧する個所に付着することを防ぐ仕切り板を、ディスク板の両面に配置した、
ことを特徴とする旋盤主軸のディスクブレーキ。