JP6007727B2 - 主軸装置および工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、主軸装置および工作機械に関する。

工作機械の主軸装置には、一般的に、そのハウジング内部に油、エア等の流体を流すための多数の穴が設けられている。ビルトインモータスピンドルと呼ばれるモータが内蔵される主軸装置においては、ハウジングの内外径が異なる複数の段部を有するものとなるので、ハウジング内部に穴を設ける場合には、ハウジング内部に複数の屈曲部を設ける必要がある。

工作機械用主軸装置においては、主軸装置の前側で加工が行われるため、切り屑や切削水の飛散を回避する必要から、穴出口が主軸装置の後部に設けられる場合が多い。従って、主軸装置の前部に穴を通すためには、その経路が複雑かつ長距離となる。また、主軸装置の前部に電気装置を配置し、この電気装置に接続される電気配線を挿通するための配線用穴を設けるには、油、エア等の流体用穴と比較して、大きなスペースが必要となる。工作機械用主軸装置においては、従来、前側軸受近傍に配置したセンサから導出される配線を、主軸装置の後部に配索することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−６７９０６号公報

しかしながら、特許文献１によると、センサからの配線を主軸装置の前部から取り出してカバーで覆う必要や、主軸装置の前部とモータ間の長さを延長して屈曲部の屈曲角度を小さくする必要があり、主軸装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主軸装置を大型化することなく、主軸装置の前部に配置された電気装置に配線部材を配索することができる主軸装置および工作機械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、前側軸受及び後側軸受によりハウジングに対して回転自在に支持された回転軸と、ハウジングに設けられた電装室に内蔵される電気装置と、を備える主軸装置であって、ハウジングに形成されて、電気装置に接続される配線部材を収容する配索孔をさらに備え、配索孔は、前部配索孔、後部配索孔、及び前部配索孔と後部配索孔とを連通させて斜めに形成される傾斜配索孔を有する第１配索孔と、傾斜配索孔が通る断面とは異なる断面に設けられ、第１配索孔と電装室とを連通させるように形成される第２配索孔と、を有し、前部配索孔と傾斜配索孔が交差する屈曲部の屈曲角度θは、θ≦９０°−ｔａｎ^−１μであることを特徴とする主軸装置。
但し、μは、配線部材と前部配索孔及び傾斜配索孔との摩擦係数である。
（２）前記後部配索孔と前記傾斜配索孔が交差する屈曲部の屈曲角度θ´は、
θ´≦９０°−ｔａｎ^−１μ´であることを特徴とする（１）に記載の主軸装置。
但し、μ´は、前記配線部材と前記後部配索孔及び前記傾斜配索孔との摩擦係数である。
（３）後部配索孔と傾斜配索孔とが交差する屈曲部の近傍とハウジングの外部とを連通させる作業孔をさらに備えることを特徴とする（１）または（２）に記載の主軸装置。
（４）作業孔の直径は、配線部材の太さの２倍以上であることを特徴とする（３）に記載の主軸装置。
（５）第１配索孔と第２配索孔とを周方向に連通させる第３配索孔をさらに備えることを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の主軸装置。
（６）配線部材は、電気装置から導出して一方のコネクタを備える一方の配線部材と、一方のコネクタに接続可能な他方のコネクタを備える他方の配線部材と、を有し、一方のコネクタと他方のコネクタとが第１配索孔において接続されることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の主軸装置。
（７）電気装置は、一方のコネクタを有し、配線部材は、電気装置の一方のコネクタに接続可能な他方のコネクタを有し、一方のコネクタと他方のコネクタとが接続されることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の主軸装置。
（８）電気装置は、前側軸受近傍に配設されたセンサであることを特徴とする（１）から（７）のいずれかに記載の主軸装置。
（９）ビルトインモータ式の主軸装置であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の主軸装置。
（１０）（１）から（９）のいずれかに記載の主軸装置を備えることを特徴とする工作機械。

本発明の主軸装置および工作機械によれば、電気装置に接続される配線部材を、第１配索孔の屈曲部を通過して滑らかに挿通することが可能となる。これにより、従来の主軸装置を大型化することなく、前部に配置された電気装置に配線部材を配索することができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る主軸装置の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃ線断面図である。 配線部材を後部配索孔に挿通する状態を示す要部拡大断面図である。 配線部材を作業孔から一旦外部に取り出す状態を示す要部拡大断面図である。 配線部材が作業孔から外部に取り出された状態を示す要部拡大断面図である。 配線部材を作業孔から再び挿入して傾斜配索孔に挿入する状態を示す要部拡大断面図である。 配線部材を傾斜配索孔から前部配索孔に挿通する状態を示す要部拡大断面図である。 配線部材をハウジングの前端部から引き出した状態を示す要部拡大断面図である。 電気装置側の配線部材の一方のコネクタを、前端部から引き出した配線部材の他方のコネクタに接続する状態を示す要部拡大断面図である。 接続した一対のコネクタを前部配索孔に挿通する状態を示す要部拡大断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る主軸装置の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ´−Ｂ´−Ｃ´線断面図である。

以下、本発明に係る主軸装置の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る主軸装置について説明する。
第１実施形態の主軸装置１０は、ビルトインモータ式の主軸装置であり、その中心部には、回転軸１１が設けられている。回転軸１１の軸方向端部（図１において左側）には、不図示の工具が保持されている。

回転軸１１は、その工具側を支承する一対の前側軸受２０，３０と、反工具側を支承する後側軸受４０とによって、静止部材であるハウジング５０に回転自在に支持されている。前側軸受２０，３０と後側軸受４０間における回転軸１１の外周面には、ロータ５１が外嵌されている。また、ロータ５１の周囲に配置されるステータ５２は、ハウジング５０に固定されており、ステータ５２に電力を供給することで、ロータ５１に回転力を発生させて、回転軸１１を回転させる。

前側軸受２０，３０は、背面組み合わせとなるように配置された略同一寸法の一対のアンギュラ玉軸受であり、静止側軌道輪である外輪２１，３１と、回転側軌道輪である内輪２２，３２と、外輪２１，３１及び内輪２２，３２間に接触角を持って配置された転動体としての複数の玉２３，３３と、を備える。

前側軸受２０，３０の外輪２１，３１は、ハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された前側軸受外輪押え５３によって静止側間座である外輪間座５４を介してハウジング５０に固定されている。

また、前側軸受２０，３０の内輪２２，３２は、回転軸１１に外嵌され、回転軸１１に締結されたナット５５によって回転側間座である内輪間座５９を介して回転軸１１に固定されている。前側軸受２０，３０は、ナット５５によって定位置予圧が負荷されており、前側軸受２０，３０によって回転軸１１の軸方向位置が位置決めされる。内輪間座５９の外周面には、後述するセンサ６０により検出される不図示のエンコーダが設けられている。

後側軸受４０は、円筒ころ軸受であり、外輪４１と、内輪４２と、転動体としての複数の円筒ころ４３と、を有する。後側軸受４０の外輪４１は、ハウジング５０に内嵌され、ハウジング５０にボルト締結された後側軸受外輪押え５６によってハウジング５０に固定されている。後側軸受４０の内輪４２は、回転軸１１に締結された他のナット５７によって回転軸１１に固定されている。

ハウジング５０及び外輪間座５４には、それぞれ電気装置であるセンサ６０を収容する電装室となるセンサ取付穴６１及び貫通孔５４ａが径方向に連続して形成されている。また、ハウジング５０及び外輪間座５４には、径方向に貫通する不図示のノズル穴が形成され、前側軸受２０，３０を潤滑するための給油ノズル（図示せず）が配設されている。センサ取付穴６１とノズル穴とは、軸方向において略同一位置、且つ円周方向位相が異なる位置に設けられている。

次に、主軸装置１０の後部側（反工具側）から電気装置であるセンサ６０に配線部材６３を配索するための配索孔７０について説明する。配索孔７０は、第１配索孔７１と、第２配索孔７２と、第３配索孔７３と、から構成されている。

第１配索孔７１は、前側軸受２０，３０に対応してハウジング５０の前部に形成されて軸方向前端面から延びる前部配索孔７４と、ハウジング５０の後部からステータ５２に対応する中間部にかけて軸方向後端面から延びる後部配索孔７５と、斜めに形成されて前部配索孔７４と後部配索孔７５とを連通させる傾斜配索孔７６と、を備える。即ち、第１配索孔７１は、前部配索孔７４、傾斜配索孔７６、及び後部配索孔７５により中間部を屈曲形成することで、センサ６０の配線部材６３をステータ５２と干渉することなく配索可能としている。

前部配索孔７４と傾斜配索孔７６とが交差する屈曲部Ｐ１の屈曲角度θは、９０°−ｔａｎ^−１μ以下に設定されている。ここで、μは、配線部材６３と第１配索孔７１との摩擦係数であり、ｔａｎ^−１μは、摩擦角である。屈曲角度θを９０°−ｔａｎ^−１μ以下としたのは、配線部材６３の第１配索孔７１への配索を容易にするためである。尚、屈曲角度θの下限は特に限定されないが、一般的なビルトインモータ式の主軸装置においては、ステータの干渉を避けるため、屈曲角度θが３０°以上に設定されることが好ましい。

また、後部配索孔７５と傾斜配索孔７６とが交差する屈曲部Ｐ２の近傍には、屈曲部Ｐ２から径方向に延び、外部と連通する作業孔７７が設けられている。作業孔７７の直径Ｄは、配線部材６３の太さの２倍以上となっている。これは、後述するように、作業孔７７から一旦取り出した配線部材６３を折り返して、再び作業孔７７から挿入可能とするためである。これにより、屈曲部Ｐ２における配線部材６３の配索が容易となる。

第２配索孔７２は、図１（ａ）に示すように、第１配索孔７１と主軸装置１０の回転中心Ｏを通る断面Ｍに対して、周方向に位相が異なる断面Ｎ上に設けられており、ハウジング５０の前端部５８と電装室であるセンサ取付穴６１とを連通させて軸方向に形成されている。

第３配索孔７３は、ハウジング５０の前端部５８に形成された円弧状の溝であり、前端部５８に開口する前部配索孔７４（第１配索孔７１）及び第２配索孔７２の開口部を周方向に連通させる。第３配索孔７３は、前側軸受外輪押え５３をハウジング５０にボルト締結することで配線部材６３が配索される配索孔となる。

センサ６０から導出する一方の配線部材６３Ａの先端には、一方のコネクタである雌コネクタ６４が取り付けられている。また、他方の配線部材６３Ｂは、後端が主軸装置１０の後方に配置された不図示の制御装置に接続され、配線部材６３Ｂの先端には、他方のコネクタである雄コネクタ６５が取り付けられている。雌コネクタ６４と雄コネクタ６５とは、後述するように、第１配索孔７１内において接続される。

本実施形態の主軸装置１０における配線部材６３の配索について図２〜図９を参照して詳細に説明する。尚、図２〜図９においては、屈曲部Ｐ１、Ｐ２を含む第１配索孔７１が位置している図１（ｂ）の図中下方の部分のみを拡大して示している。

先ず、図２〜図９には不図示であるが、一方の配線部材６３Ａを第２配索孔７２に挿通して、センサ６０をセンサ取付穴６１に取り付ける。このとき、配線部材６３Ａの先端（雌コネクタ６４）は、第２配索孔７２からハウジング５０の前方に引き出しておく。

次いで、図２に示すように、配線部材６３Ｂを主軸装置１０の後部から後部配索孔７５に挿入する。このとき主軸装置１０の後部から屈曲部Ｐ２までの後部配索孔７５の長さは長距離となるが、経路が直線状の単純な形状であり、且つ配線部材６３Ｂの進行方向に対して水平に押し込めるため、支障なく配索が可能である。

図３及び図４に示すように、配線部材６３Ｂの先端、即ち雄コネクタ６５が、後部配索孔７５と傾斜配索孔７６とが交差する屈曲部Ｐ２に達したら、必要に応じて、引掛け工具８０を作業孔７７に挿入して配線部材６３Ｂの先端を一旦、主軸装置１０の外部に引き出す。

そして、図５に示すように、配線部材６３Ｂを略Ｕ字形に折り曲げて、再び作業孔７７に挿入する。このとき、作業孔７７の直径Ｄは、配線部材６３Ｂの太さの２倍以上に設定されているので、容易に挿入可能である。作業孔７７から挿入された配線部材６３Ｂは、傾斜配索孔７６に案内されて前部配索孔７４方向に進み、やがて前部配索孔７４と傾斜配索孔７６との屈曲部Ｐ１に到達し、図６に示すように、屈曲部Ｐ１で折り曲げられて前部配索孔７４を前進する。

ここで、屈曲部Ｐ１の屈曲角度θは、θ≦９０°−ｔａｎ^−１μに設定されているので、配線部材６３Ｂは屈曲部Ｐ１で滑らかに滑りながら折れ曲がり、前部配索孔７４に導かれる。ここで、μは、前部配索孔７４と配線部材６３Ｂ（雄コネクタ６５を含む）との間の摩擦係数であり、例えば、両者が鉄製である場合には、μ＝０．１５程度となる。

そして、図７に示すように、配線部材６３Ｂを前部配索孔７４からハウジング５０の前方に引き出した後、図８に示すように、第２配索孔７２から引き出された配線部材６３Ａの雌コネクタ６４と、配線部材６３Ｂの雄コネクタ６５とを、主軸装置１０の外部で接続する。

そして、配線部材６３Ａを円弧溝状の第３配索孔７３に沿わせて円周方向に配索し、図９に示すように、接続した雌雄コネクタ６４，６５を共に、先とは逆方向に前部配索孔７４に押し込みながら、配線部材６３Ｂを後方に引っ張って、互いに接続された雌雄コネクタ６４，６５を前部配索孔７４内に位置させる。そして、前側軸受外輪押え５３をハウジング５０にボルト締結して配線部材６３の配索を完了する。また、作業孔７７は、配線部材６３の配索後は不要となるため、プラグ等で栓をしておくことが望ましい。

このように、配線部材６３は、第１配索孔７１、第２配索孔７２、及び第３配索孔７３によってハウジング５０の内部を通過して配索されるので、別途配線用のカバーを設ける必要がなく、加工時の切り屑や切削油等から配線部材６３を防護することができ、省スペース化が図られる。特に、旋回型の主軸装置においては、ハウジング５０の内部から主軸装置１０を支持する旋回アームの内部へ配線部材６３を導出するようにすれば、配線部材６３を外部へ曝すことなく配索することができる。

以上説明したように、本実施形態の主軸装置１０によれば、センサ６０に接続される配線部材６３を収容するためにハウジング５０に形成された配索孔７０は、前部配索孔７４、後部配索孔７５、及び前部配索孔７４と後部配索孔７５とを連通させる傾斜配索孔７６を有する第１配索孔７１と、第２配索孔７２と、を有し、傾斜配索孔７６が前部配索孔７４と交差する屈曲部Ｐ１の屈曲角度θは、θ≦９０°−ｔａｎ^−１μであるため、配線部材６３を第１配索孔７１に滑らかに挿通すること可能となる。これにより、主軸装置１０を大型化することなく、前部に配置されたセンサ６０に配線部材６３を配索することができる。

また、後部配索孔７５と傾斜配索孔７６とが交差する屈曲部Ｐ２の近傍と外部とを連通させる作業孔７７の直径Ｄは、配線部材６３の太さの２倍以上であるため、作業孔７７から外部に引き出した配線部材６３を、再び作業孔７７から第１配索孔７１に戻すことができ、配索作業が容易となる。

第１配索孔７１と第２配索孔７２とを周方向に連通させる第３配索孔７３を備えるため、第１配索孔７１と第２配索孔７２とを異なる断面に配置することができ、主軸装置１０の大型化が防止できる。

配線部材６３は、センサ６０から導出して雌コネクタ６４を備える一方の配線部材６３Ａと、雄コネクタ６５を備える他方の配線部材６３Ｂと、を有し、雌雄コネクタ６４，６５が第１配索孔７１において接続されるため、主軸装置１０の前部に配置されたセンサ６０へ配線部材６３を容易に配索することができる。

センサ６０は、前側軸受２０，３０の近傍に配設されるため、前側軸受２０，３０の運転状況を常時監視して不意に発生する不具合を抑制することができる。

また、本実施形態の主軸装置１０によれば、複数の段部を有する複雑な断面形状となるビルトインモータ式主軸装置のハウジング５０内に、主軸装置を大型化することなく、配索孔７０を形成することができる。

（第２実施形態）
次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態に係る主軸装置について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の主軸装置１０の配索孔７０は、第１実施形態の主軸装置１０と同様であり、コネクタ６４，６５の接続位置のみが異なる。本実施形態の主軸装置１０は、雌コネクタ６４がセンサ６０に取り付けられており、雄コネクタ６５が配線部材６３の先端に取り付けられている。

そして、第１実施形態に関して図２から図７に示した手順と同様にように、後方から第１配索孔７１に挿入した配線部材６３を、前部配索孔７４からハウジング５０の前方に引き出し（図７参照）、円弧溝状の第３配索孔７３に沿わせて円周方向に配索した後、さらに前方から第２配索孔７２に挿入してセンサ６０の雌コネクタ６４に接続し、前側軸受外輪押え５３をハウジング５０にボルト締結して配線部材６３の配索を完了する。

本実施形態の主軸装置１０は、前端部の長さが短く、主軸装置１０の前方からセンサ６０の雌コネクタ６４に雄コネクタ６５を接続可能な主軸装置１０に有効に適用される。

本実施形態の主軸装置１０によれば、センサ６０は雌コネクタ６４を有し、配線部材６３は雄コネクタ６５を有し、雄コネクタ６５がセンサ部において雌コネクタ６４に接続されるため、主軸装置１０の前部に配置されたセンサ６０へ配線部材６３を容易に配索することができる。その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記実施形態では、第１配索孔７１と第２配索孔７２とを円周方向に離間して配置したが、周方向同一位相上に配置して、径方向に離間させるようにしてもよい。しかし、円周方向に離間配置すれば、ハウジング５０の径方向寸法を小さくすることができ、主軸装置１０が小型化される。

また、屈曲角度θが相当程度小さい場合には、配線部材６３Ｂの先端を作業孔７７を介して主軸装置１０の外部へと引き出すことなく、第１配索孔７１に配線部材６３Ｂを配線可能である場合がある。例えば、作業孔７７から差し込んだ不図示の棒等により配線部材６３Ｂを突くこと等によって、配線部材６３Ｂを後部配索孔７５から傾斜配索孔７６へと配線可能である。このとき、後部配索孔７５と傾斜配索孔７６とが交差する屈曲部Ｐ２においても、屈曲角度θ’が９０°−ｔａｎ^−１μ以下に設定される。この屈曲部Ｐ２における屈曲角度θ´は、屈曲部Ｐ１における屈曲角度θと略等しいことが好ましい。また、このような場合には、作業孔７７の直径が配線部材６３Ｂの太さの２倍よりも小さくてもよい。

１０ 主軸装置
１１ 回転軸
２０，３０ 前側軸受
４０ 後側軸受
５０ ハウジング
６０ センサ（電気装置）
６１ センサ取付穴（電装室）
６３，６３Ａ，６３Ｂ 配線部材
６４ 雌コネクタ（一方のコネクタ）
６５ 雄コネクタ（他方のコネクタ）
７０ 配索孔
７１ 第１配索孔
７２ 第２配索孔
７３ 第３配索孔
７４ 前部配索孔
７５ 後部配索孔
７６ 傾斜配索孔
７７ 作業孔
Ｄ 作業孔の直径
Ｐ１，Ｐ２ 屈曲部
θ 屈曲角度

Claims (10)

1. ハウジングと、
   前側軸受及び後側軸受により前記ハウジングに対して回転自在に支持された回転軸と、
   前記ハウジングに設けられた電装室に内蔵される電気装置と、を備える主軸装置であって、
   前記ハウジングに形成されて、前記電気装置に接続される配線部材を収容する配索孔をさらに備え、
   前記配索孔は、
   前部配索孔、後部配索孔、及び前記前部配索孔と前記後部配索孔とを連通させて斜めに形成される傾斜配索孔を有する第１配索孔と、
   前記傾斜配索孔が通る断面とは異なる断面に設けられ、前記第１配索孔と前記電装室とを連通させるように形成される第２配索孔と、
   を有し、
   前記前部配索孔と前記傾斜配索孔が交差する屈曲部の屈曲角度θは、
   θ≦９０°−ｔａｎ^−１μであることを特徴とする主軸装置。
   但し、μは、前記配線部材と前記前部配索孔及び前記傾斜配索孔との摩擦係数である。
2. 前記後部配索孔と前記傾斜配索孔が交差する屈曲部の屈曲角度θ´は、
   θ´≦９０°−ｔａｎ^−１μ´であることを特徴とする請求項１に記載の主軸装置。
   但し、μ´は、前記配線部材と前記後部配索孔及び前記傾斜配索孔との摩擦係数である。
3. 前記後部配索孔と前記傾斜配索孔とが交差する前記屈曲部の近傍と前記ハウジングの外部とを連通させる作業孔をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の主軸装置。
4. 前記作業孔の直径は、前記配線部材の太さの２倍以上であることを特徴とする請求項３に記載の主軸装置。
5. 前記第１配索孔と前記第２配索孔とを周方向に連通させる第３配索孔をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の主軸装置。
6. 前記配線部材は、前記電気装置から導出して一方のコネクタを備える一方の配線部材と、前記一方のコネクタに接続可能な他方のコネクタを備える他方の配線部材と、を有し、
   前記一方のコネクタと前記他方のコネクタとが前記第１配索孔において接続されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の主軸装置。
7. 前記電気装置は、一方のコネクタを有し、
   前記配線部材は、前記電気装置の前記一方のコネクタに接続可能な他方のコネクタを有し、
   前記一方のコネクタと前記他方のコネクタとが接続されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の主軸装置。
8. 前記電気装置は、前記前側軸受近傍に配設されたセンサであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の主軸装置。
9. ビルトインモータ式の主軸装置であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の主軸装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の主軸装置を備えることを特徴とする工作機械。

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