JP7422794B2 - 工作機械のテーブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、高速で回転可能な回転テーブルを有した工作機械のテーブル装置に関する。

特許文献１には、テーブル板体およびテーブル主軸を、ベアリングを介して装置本体に回転自在に支持し、テーブル主軸と、テーブル主軸の中心孔に通されるシャフト部との間のシャフト隙間に冷却液を流通させて、ロータリテーブル装置内部を冷却できるようにしたモータ直接駆動型のロータリテーブル装置が記載されている。

特開２０１９－１７６５５１号公報

特許文献１のロータリテーブル装置では、回転するテーブル主軸と、静止したシャフト部との間に冷却液を流通させるので、テーブル主軸周りからの冷却液の漏洩を防止する構造が複雑になる。更に、特許文献１のロータリテーブル装置では、テーブル主軸を回転駆動するモータが、冷却液の流通する部位から離れているために、モータの冷却効果が不十分である。

特許文献１のロータリテーブル装置では、モータの冷却が不十分であることから、モータに隣接して設けられているテーブル主軸を回転自在に支持するベアリングを冷却することができない。

本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、回転テーブルを回転駆動する駆動モータのロータを効果的に冷却して、回転テーブルを高速で回転させることができるようにしたテーブル装置を提供することを目的としている。

上述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械のワークを固定するテーブル装置において、テーブルベースと、所定の回転軸線を中心としてテーブルベースに回転可能に取り付けられた回転テーブルと、回転テーブルに結合されたロータと、該ロータに対面するようにテーブルベースに結合されたステータとを有し、回転テーブルを回転駆動する駆動モータと、前記ロータにおいて前記ステータに対面する側面とは反対側の側面に結合された円筒部材と、該円筒部材の内周面に形成された複数のフィン部材とを有し、該複数のフィン部材は、前記回転軸線の方向に配列され、かつ、前記回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状に形成された外側フィンと、外側フィンのフィン部材の間に配置された板状の複数のフィン部材を有し、テーブルベースに固定された内側フィンと、前記内側フィンを冷却する冷媒を流通させるフィン冷媒通路とを具備するテーブル装置が提供される。

本発明によれば、駆動モータが回転テーブルを回転駆動する間、駆動モータの特にロータから発生する熱は、熱伝導によって外側フィンへ輸送され、外側フィンと内側フィンの各々のフィン部材間の空気を介して、対流熱伝達によって外側フィンから内側フィンへ更に輸送され、内側フィンから熱伝導によってテーブルベース全体に散逸させることができる。こうして、従来、冷却することが難しかった回転テーブルを回転駆動する駆動モータのロータを、本発明によれば、効果的に冷却することが可能となる。

駆動モータのロータは、通常、回転テーブルをテーブルベースに回転可能に支持する軸受に回転テーブルを通じて熱的に結合されているので、本発明によれば、ロータを冷却することによって、回転テーブルを高速で回転させたときの軸受の過熱も防止され、従って回転テーブルを高速で回転させることが可能となる。

本発明の好ましい実施形態によるテーブル装置の断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１において、工作機械のワークを固定するテーブル装置１０は、テーブルベース１２と回転テーブル１６とを備えている。工作機械は、例えば、回転テーブル１６に取り付けたワーク（図示せず）と、工作機械の主軸（図示せず）に装着した工具（図示せず）とを相対移動させて加工するマシニングセンタとすることができる。

テーブルベース１２は、例えば工作機械の基台となるベッド（図示せず）に取り付けることができる。テーブルベース１２は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の直交３軸の直動送り軸の１つ、例えばＸ軸方向に移動可能に設けられたＸ軸スライダ（図示せず）に取り付けるようしてもよい。

本実施形態では、テーブルベース１２は、内部空間１２ａを有し図１において上方に開口したカップ状の部材である。テーブルベース１２は、内部空間１２ａにはベース部材２８が固定されている。ベース部材２８は軸部２８ａを有している。軸部２８ａは、回転軸線Ｏに沿って延びる円柱状の部材から形成することができる。本実施形態では、ベース部材２８は、テーブルベース１２と別体の部材であるが、ベース部材２８とテーブルベース１２とを一体に形成してもよい

回転テーブル１６は、ベース部材２８の軸部２８ａを中心として、つまり回転軸線Ｏを中心としてテーブルベース１２に取り付けられている。回転テーブル１６の外周と、テーブルベース１２の開口端部の外周との間には、円環状の外周カバー５０を配置することができる。外周カバー５０は、テーブルベース１２の開口端部に固定するようにできる。

加工すべきワーク（図示せず）が回転テーブル１６の上面に固定される。本実施形態では、パレット２０を用いて回転テーブル１６の上面にワークが着脱自在に固定されるようになっている。つまり、ワーク（図示せず）を固定したパレット２０が、回転テーブル１６の上面に着脱自在に固定される。パレット２０を回転テーブル１６に対して位置決め、固定するために、回転テーブル１６の上面には複数の位置決めコーン１８を配設することができる。

位置決めコーン１８の各々は、パレット２０の下面に設けられている係合部（図示せず）に係合し、該係合部を把持するようになっている。位置決めコーン１８によって、パレット２０の係合部を把持し、また把持した係合部を解放するために、回転テーブル１６内およびテーブルベース１２内には、位置決めコーン１８へ流体圧を供給する流体圧回路を配設することができる。本実施形態では、該流体圧回路は、テーブルベース１２のベース部材２８の軸部２８ａに配設された回転継手３０を備えている。油圧ポンプ（図示せず）のような流体圧源から、回転継手３０を介して、圧油その他の作動流体を位置決めコーン１８に供給することができる。

回転テーブル１６は、軸受１４によって、回転軸線Ｏを中心として回転可能にテーブルベース１２に支持されている。軸受１４は、ボールベアリングやローラベアリング等によって構成することができる。軸受１４は、環状の２つの軌道盤または軌道輪（以下、単に軌道盤と記載する）と、該２つの軌道盤の間に配置された複数のローラまたはボールから成る転動体とを備え、回転テーブル１６とテーブルベース１２との間に配設されている。より詳細には、軸受１４は、回転側ベアリングリテーナ４２と、固定側ベアリングリテーナ４４とを介して回転テーブル１６とテーブルベース１２との間に挟持されている。

回転側ベアリングリテーナ４２は、回転テーブル１６と軸受１４の一方の軌道盤（回転側軌道盤）とに固定され、固定側ベアリングリテーナ４４は、テーブルベース１２と軸受１４の他方の軌道盤（固定側軌道盤）に固定されている。こうして、固定側ベアリングリテーナ４４はテーブルベース１２に固定され、回転側ベアリングリテーナ４２は回転テーブル１６と共に固定側ベアリングリテーナ４４に対して回転する。

テーブル装置１０は、回転テーブル１６を回転駆動する駆動モータ２５を備えている。該駆動モータ２５はテーブルベース１２内に配置されている。駆動モータ２５は、回転テーブル１６に取り付けられたロータ２２と、該ロータ２２に対面するようにテーブルベース１２に取り付けられたステータ２４とを有するサーボモータとすることができる。本実施形態では、ロータ２２は、回転側ベアリングリテーナ４２と共に回転軸線Ｏの周りに回転するように、適当な結合方法、例えば軸方向に延在する複数のボルト４０によって回転側ベアリングリテーナ４２に結合されている。こうして、ロータ２２は、回転側ベアリングリテーナ４２を介して、回転テーブル１６および軸受１４の回転側軌道盤に結合される。

テーブル装置１０は、更にロータ２２を冷却する熱交換器としてフィン集成体２６を備えている。フィン集成体２６は、環状の外側フィン２６ａと内側フィン２６ｂとを有している。外側フィン２６ａは、円筒部材と、該円筒部材の内周面に形成された複数のフィン部材とを有している。外側フィン２６ａは、ロータ２２においてステータ２４とは反対側の側面（ステータ２４に対面する側面とは反対側の側面）に、円筒部材の外周面を密着させて、ロウ付けのような適当な結合方法によって取り付けられる。外側フィン２６ａは、更に、回転側ベアリングリテーナ４２と共に回転軸線Ｏの周りに回転するように、適当な結合方法、例えば軸方向に延在する複数のボルト３８によって回転側ベアリングリテーナ４２に結合されている。

内側フィン２６ｂは、円筒部材と、該円筒部材の外周面に形成された複数のフィン部材とを有している。内側フィン２６ｂは、その円筒部材の内周面において、ロウ付けのような適当な結合方法によって、テーブルベース１２に固定されている。本実施形態では、内側フィン２６ｂは、テーブルベース１２のベース部材２８に固定されている。

外側フィン２６ａのフィン部材は、回転軸線Ｏに対して垂直な方向に延びる板状、特に円環状に形成されている。複数のフィン部材は、外側フィン２６ａの円筒部材の内周面に沿って回転軸線Ｏ方向に等間隔で配列されている。外側フィン２６ａのフィン部材は、円筒部材と一体的に形成することができる。製作を容易にするため、或いは、ベース部材２８への取り付けを容易にするために、外側フィン２６ａは縦方向に半割にしてもよい。

内側フィン２６ｂのフィン部材も同様に、回転軸線Ｏに対して垂直な方向に延びる板状、特に円環状の複数のフィン部材から形成されている。内側フィン２６ｂの複数のフィン部材は、円筒部材の外周面に沿って回転軸線Ｏの方向に等間隔で配列されている。内側フィン２６ｂのフィン部材は、円筒部材と一体的に形成することができる。製作を容易にするため、或いは、ベース部材２８への取り付けを容易にするために、内側フィン２６ｂは縦方向に半割にしてもよい。

外側フィン２６ａと内側フィン２６ｂは、それぞれの複数のフィン部材が互いに接触しないように、かつ、外側フィン２６ａのフィン部材と、内側フィン２６ｂのフィン部材とが、軸方向に交互に配置されるように、位置決めされている。回転テーブル１６が回転すると、テーブルベース１２に固定されている内側フィン２６ｂのフィン部材の各間で、ロータ２２に固定されている外側フィン２６ａの各フィン部材が、ロータ２２と共に回転軸線Ｏを中心として回転する。

駆動モータ２５が回転テーブル１６を回転駆動する間、駆動モータ２５が発熱する。駆動モータ２５のロータ２２から発生する熱は、熱伝導によって外側フィン２６ａへ輸送される。外側フィン２６ａに輸送された熱は、外側フィン２６ａと内側フィン２６ｂの各々のフィン部材間の空気を介して、対流熱伝達によって内側フィン２６ｂへ更に輸送される。このとき、外側フィン２６ａは、静止している内側フィン２６ｂに対して、ロータ２２と共に回転するので、外側フィン２６ａと内側フィン２６ｂの各々のフィン部材間の空気が、回転する外側フィン２６ａのフィン部材によって、内側フィン２６ｂのフィン部材に対して、回転軸線Ｏ周りに旋回し、対流熱伝達率が高くなり、効率的に外側フィン２６ａから内側フィン２６ｂへ熱を伝達することができる。

内側フィン２６ｂへ輸送された熱は、熱伝導によって、テーブルベース１２全体に散逸させることができる。或いは、冷却効果を高めるために、内側フィン２６ｂを冷却液体や冷却気体のような冷媒によって冷却するようにしてもよい。一例として、テーブル装置１０は、図１に示すように、フィン冷却液通路３２を備えることができる。フィン冷却液通路３２は、例えば、内側フィン２６ｂの内周面に対面するように、テーブルベース１２、特にテーブルベース１２のベース部材２８に配置することができる。フィン冷却液通路３２は、ベース部材２８の外周面に形成された凹部と、内側フィン２６ｂの円筒部の内周面とにより画成することができる。フィン冷却液通路３２は、好ましくは、ベース部材２８の外周面の周方向全周に亘って形成することができる。

フィン冷却液通路３２を設ける場合、ベース部材２８には、フィン冷却液通路３２に連通する冷却液供給通路３４ａと、冷却液排出通路３４ｂとを形成することができる。好ましくは、冷却液供給通路３４ａと冷却液排出通路３４ｂは、回転軸線Ｏに関して、１８０°の位置に配置することができる。また、好ましくは、冷却液供給通路３４ａは、軸方向にベース部材２８の図１下方側でフィン冷却液通路３２に開口し、冷却液排出通路３４ｂは、軸方向にベース部材２８の図１上方側でフィン冷却液通路３２に開口するように形成することができる。

冷却液供給通路３４ａおよび冷却液排出通路３４ｂは、それぞれ冷却液供給管路（図示せず）および冷却液回収管路（図示せず）を介して冷却液供給源（図示せず）に接続するようにできる。冷却液供給源は、例えば冷却液を貯留するタンク（図示せず）、タンク内の冷却液を所定温度に冷却液する冷却装置（図示せず）、および、タンク内の冷却液を圧送するポンプ（図示せず）を含むことができる。冷却液供給源からの冷却液は、冷却液供給管路および冷却液供給通路３４ａを介してフィン冷却通路３２内に供給され、内側フィン２６ｂを冷却した後に、冷却液排出通路３４ｂおよび冷却液回収管路を介して冷却液供給源のタンクへ回収される。

回転テーブル１６を回転駆動する間に駆動モータ２５のステータ２４から発生する熱は、熱伝導によりテーブルベース１２全体に散逸させるようにできる。或いは、冷却効果を高めるために、ステータ２４の外周面を冷却液体や冷却気体等の冷媒によって冷却するようにしてもよい。一例として、テーブル装置１０は、図１に示すように、ステータ冷却液通路３６を備えることができる。

ステータ冷却液通路３６は、例えば、ステータ２４の外周面に密着するように配置された円筒部材より成るステータジャケット４６の外周面に形成することができる。より詳細には、ステータ冷却液通路３６は、ステータジャケット４６の外周面に形成された螺旋溝と、ステータジャケット４６の外周面に密着するように嵌合する円筒部材より成るカバー４８とから画成することができる。

ステータ冷却液通路３６には、フィン冷却液通路３２の場合と同様に、冷却液供給源から、冷却液供給管路（図示せず）およびテーブルベース１２に形成された冷却液供給通路（図示せず）を介して冷却液を供給し、テーブルベース１２に形成された冷却液排出通路（図示せず）および冷却液回収管路（図示せず）を介して、ステータ冷却液通路３６から冷却液を回収するようにできる。

回転テーブル１６を回転駆動する駆動モータ２５のロータ２２は、回転軸線Ｏ周りに回転するので、従来、冷却することが難しかったが、本実施形態によれば、フィン集成体２６によって効果的に冷却することが可能となる。ロータ２２は、回転側ベアリングリテーナ４２を介して軸受１４に熱的に結合されているので、ロータ２２を冷却することによって、軸受１４の過熱を防止することが可能となる。これによって、回転テーブル１６を高速で回転することが可能となり、回転テーブル１６に取り付けられたワーク（図示せず）を回転軸線Ｏ周りに回転しながら旋削加工することが可能となる。

１０ テーブル装置
１２ テーブルベース
１４ 軸受
１６ 回転テーブル
２２ ロータ
２４ ステータ
２５ 駆動モータ
２６ フィン集成体
２６ａ 外側フィン
２６ｂ 内側フィン
２８ ベース部材
３２ フィン冷却液通路
３４ａ 冷却液供給通路
３４ｂ 冷却液排出通路
３６ ステータ冷却液通路

Claims (3)

1. 工作機械のワークを固定するテーブル装置において、
   テーブルベースと、
   所定の回転軸線を中心として前記テーブルベースに回転可能に取り付けられた回転テーブルと、
   前記回転テーブルに結合されたロータと、該ロータに対面するように前記テーブルベースに結合されたステータとを有し、前記回転テーブルを回転駆動する駆動モータと、
   前記ロータにおいて前記ステータに対面する側面とは反対側の側面に結合された円筒部材と、該円筒部材の内周面に形成された複数のフィン部材とを有し、該複数のフィン部材は、前記回転軸線の方向に配列され、かつ、前記回転軸線に対して垂直な方向に延びる板状に形成された外側フィンと、
   前記外側フィンのフィン部材の間に配置された板状の複数のフィン部材を有し、前記テーブルベースに固定された内側フィンと、
   前記内側フィンを冷却する冷媒を流通させるフィン冷媒通路と、
   を具備することを特徴としたテーブル装置。
2. 前記ステータを冷却する冷媒を流通させるステータ冷媒通路を更に備えた請求項１に記載のテーブル装置。
3. 前記回転テーブルを前記テーブルベースに回転可能に支持する軸受と、前記軸受と前記回転テーブルとの間に配置され、前記ロータに結合されたベアリングリテーナとを更に具備する請求項１に記載のテーブル装置。

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