JP7428626B2 - 工作機械の主軸装置のドレン構造 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械の主軸装置のドレン構造に関し、特に、旋回する主軸頭を有する工作機械の主軸装置に適したドレン構造に関する。

工作機械(1)として、図４に示すように、ベッド(2)と、ボールねじ、直動ガイド等によってベッド(2)上に移動可能に設けられたコラム(3)と、コラム(3)に移動可能に取り付けられたサドル(4)と、サドル(4)に旋回可能に支持された主軸頭(5)とを備えており、主軸頭(5)には、対象ワークを加工する主軸装置(11)が搭載されている。

最近の工作機械(1)では、対象ワークの高付加価値化、複雑化に対応するため、直線軸および回転軸を組み合わせて、個別または同時にそれを駆動することで複雑な動作を行うことができる多軸加工機、複合加工機が増えている。このような工作機械(1)においては、主軸頭(5)およびこれに固定されている主軸装置(11)は、図４に示すように、旋回軸の軸線(A)を中心として旋回し、主軸(12)の軸線が垂直状態(C1)を基準として、左旋回の傾斜状態(C2)、左旋回の水平状態(C3)、右旋回の傾斜状態(C4)、右旋回の水平状態(C5)などに姿勢変化するようになされている。

主軸装置(11)の一例を図５に示す。図５においては、主軸(12)の軸線が垂直状態(C1)にあるものとし、上下は、図５の上下をいうものとする。

この主軸装置(11)は、中空状主軸(12)と、上側軸受(13)および下側軸受(14)を介して主軸(12)を回転可能に支持するハウジング(15)と、主軸(12)の外周に固定されたロータ(16a)およびハウジング(15)の内周に固定されたステータ(16b)からなる駆動用ビルトインモータ(16)とを備えている。

主軸装置(11)は、旋回軸の軸線(A)を中心として旋回し、図５の左から見た場合に、図４に示したように、主軸(12)の軸線が(C1)から(C2)、(C3)、(C4)、(C5)などに姿勢変化する。

主軸(12)内周には、ドローバー(17)が通されている。主軸(12)とドローバー(17)との間には、皿バネ(18)が介在され、これにより、ドローバー(17)が上向きに付勢されている。ドローバー(17)は、駆動機構(19)によって駆動される。ドローバー(17)と駆動機構(19)との間には、固定側である駆動機構(19)から回転側であるドローバー(17)の中心穴にスルークーラントを供給するための回転継手(20)が設けられている。クーラントの供給により、加工中に発生する切粉の除去や加工点の冷却を行うことができる。上側軸受(13)の上方には、潤滑油供給のためのノズル(21)が設けられている。なお、図５において、駆動機構(19)、回転継手(20)、クーラント供給経路などの詳細構成の図示は省略している。

主軸頭(5)の上方には、メンテンナンス用のカバー(6)が設けられており、これにより、外部からの切粉、クーラントなどの侵入を防止できるようになっている。

主軸装置(11)の回転部と固定部との間には隙間が存在しており、回転継手(20)の故障等によりクーラントが主軸装置(11)の内部で漏れるおそれがある。漏れたクーラントが軸受(13)(14)の内部やビルトインモータ(16)の内部に残留し続けないように、主軸頭(5)には、漏れたクーラントを外部へ排出するためのドレン構造を構成するドレン排出通路(7)が設けられている。ドレン排出通路(7)は、カバー(6)に設けることもできる。

ドレン排出通路(7)の開口は、主軸装置(11)の外部に開放されており、主軸装置(11)の内部から漏れたクーラントは主軸装置(11)の外部の工作機械の加工空間に排出される。ここで、上記のように複数の駆動軸を持つ工作機械(1)に搭載される主軸装置(11)は、加工時に種々な姿勢を取り得るため、ドレン排出通路(7)から主軸装置(11)の内部へとクーラントなどが流入する姿勢となる場合がある。

従来、図４に示した工作機械(1)に設けられる主軸装置(11)のドレン構造としては、例えば、ドレン排出通路へのクーラントの逆流を防止するために、内筒および外筒間に構成された隙間が利用されるものが知られている（特許文献１）。

特開２００８－８７１１８号公報

特許文献１のものによると、狭い通過間隙（０．１～１．０ｍｍ）とされていることで、クーラントがドレン排出通路から流入しにくいという利点を有しているが、主軸頭(5)が旋回した場合に、ドレン排出通路の開口が上向き（真上または斜め上向き）になることがある。この際には、クーラントなどが主軸装置(11)の外部から内部へと流入するおそれが増大するという問題があった。

この発明の目的は、主軸頭の姿勢が変化した際の主軸装置の外部から内部へのクーラントなどの流入のおそれを増大させない工作機械の主軸装置のドレン構造を提供することにある。

この発明による工作機械の主軸装置のドレン構造は、旋回する主軸頭を有する工作機械の主軸装置に設けられたドレン排出通路に設けられるドレン構造であって、一端側がドレン排出通路の開口縁部に取り付けられる管状の継手と、継手の他端側に設けられた回転体とを備えており、回転体は、一端部が継手の他端側外周に相対回転可能に取り付けられた円筒部と、円筒部の他端を閉鎖する蓋部とを有し、回転体の円筒部に、回転体の内部と外部とを連通する連通路が形成され、連通路近傍に、主軸頭の旋回に伴って連通路の開口が下方に向くように回転体を継手に対して回転させる錘が配されていることを特徴とするものである。

回転体の円筒部（継手に取り付けられている部分を除いた部分）と蓋部とによって、回転体内部には、主軸装置のドレン排出通路から継手内通路内に流入したドレンを溜めることができる空間（ドレン溜め部）が形成される。連通路は、この空間に臨まされるように形成され、これにより、主軸装置のドレン排出通路に通じている継手内通路、ドレン溜め部および連通路からなるドレン構造内ドレン排出通路が形成される。

機械の軸移動に伴う主軸装置の姿勢変化があった場合、ドレン構造の連通路の開口が下方（真下または斜め下）を向くように回転体が回転する。すなわち、ドレン開放部となる回転体の連通路の開口が重力の作用下で常に下方（真下または斜め下）を向くようになされている。これにより、加工空間内に飛散したクーラントが主軸装置にかかり、主軸頭の壁面を伝って滴下するような状況であっても、クーラントの主軸装置内部への侵入の勢いは削がれ、クーラントなどの主軸装置内部への侵入が防止される。

継手および回転体の軸線は、同心で、主軸頭の旋回軸の軸線に対して平行であることが好ましい。このようにすると、回転体の回転が最も円滑になる。

継手の外周に転がり軸受の内輪が固定されるとともに、回転体の円筒部の内周に転がり軸受の外輪が固定されることによって、回転体と継手とが相対回転可能とされていることがある。軸受を利用することで、回転体の回転を円滑なものとできる。軸受は、すべり軸受であってもよい。

この発明の工作機械の主軸装置のドレン構造によると、主軸装置の姿勢変化があった場合、ドレン開放部となる回転体の連通路の開口が重力の作用下で常に下方を向くように回転体が回転し、これにより、クーラントの主軸装置内部への侵入の勢いは削がれ、クーラントなどの主軸装置内部への侵入が防止される。

図１は、この発明による工作機械の主軸装置のドレン構造の１実施形態を示す図で、断面で示した主軸装置に取り付けられたドレン構造を示している。 図２は、図１のドレン構造を下から見た図である。 図３は、重力作用下での継手と回転体との位置関係を模式的に示す図で、ドレン構造を軸方向から見たものとして示している。 図４は、この発明によるドレン構造が使用される一例としての工作機械を模式的に示す図である。 図５は、この発明によるドレン構造が使用される一例としての工作機械の主軸装置を概略的に示す断面図である。

以下、図１から図３までを参照して、この発明の工作機械の主軸装置のドレン構造の実施形態について説明する。以下の説明において、上下は、図４の上下に対応しているものとする。

この発明による工作機械の主軸装置のドレン構造(30)は、図５に示した主軸装置(11)のドレン排出通路(7)に取り付けられるもので、一端側がドレン排出通路(7)の開口縁部に取り付けられる管状の継手(31)と、継手(31)の他端側に転がり軸受(33)を介して回転可能に取り付けられた回転体(32)とを備えている。

継手(31)および回転体(32)の軸線は、同心で、これらの軸線（ドレン構造(30)の軸線）は、図５に(A)で示す主軸頭(5)の旋回軸の軸線に対して平行とされている。

継手(31)は、継手本体(41)と、継手本体(41)の中間部に設けられたフランジ部(42)とを備えている。

継手本体(41)のフランジ部(42)よりも左の部分(41a)は、円筒状とされている。継手本体(41)のフランジ部(42)よりも右の部分(41b)は、右端に行くに連れて径が小さくなるテーパ状とされており、この部分(41b)をドレン排出通路(7)に強制的に嵌め入れることで、継手(31)がドレン排出通路(7)の開口縁部に固定されている。

回転体(32)は、円筒部(51)と、円筒部(51)の左端を閉鎖する蓋部(52)とを備えている。円筒部(51)の左端は、継手本体(41)の左端よりも左方に位置するようになされており、回転体(32)の内部（円筒部(51)の継手本体(41)の左端よりも左方にある部分と蓋部(52)とに囲まれた部分）には、ドレン排出通路(7)から継手本体(41)内の通路に流入して、継手本体(41)の開口から流出したドレンを溜めることができる空間であるドレン溜め部(53)が形成されている。

転がり軸受(33)は、内輪(61)、外輪(62)および両輪(61)(62)間に配された転動体(63)を有しており、内輪(61)が継手本体(41)の左端部近傍の外周に固定され、外輪(62)が回転体(32)の円筒部(51)の右端部近傍の内周に固定されている。これにより、回転体(32)は、ドレン排出通路(7)の開口縁部に固定された継手(31)に対して回転することができる。なお、転がり軸受(33)に代えてすべり軸受を使用してもよい。

回転体(32)の円筒部(51)の１か所には、円筒部(51)を径方向に貫通してドレン溜め部(53)に連通する円形の連通路(54)が設けられている。これにより、継手(31)内の通路、ドレン溜め部(53)および連通路(54)からなるドレン構造内ドレン排出通路が形成されて、これが主軸装置(11)のドレン排出通路(7)に通じているものとされる。ドレン排出通路(7)のドレンは、継手本体(41)内を経て、回転体(32)の円筒部(51)内に流入し、ドレン溜め部(53)を経て、連通路(54)から外部に流出する。連通路(54)の形状は、円形に限らず、種々の形状とできる。

図２は、図１のドレン構造(30)を下から見た図で、この図２に示すように、連通路(54)を周方向の両側から挟むように２つの錘(55)が円筒部(51)の内周に固定されている。

図３は、継手(31)と回転体(32)との位置関係が錘(55)の作用下でどうなるかを模式的に示す図である。図３（ａ）では、継手(31)の基準位置が回転体(32)に対してＰ１で示す位置にあり、このとき、継手(31)に対して回転可能とされた回転体(32)は、重力の作用下で、錘(55)が下方に位置するように、その位置を変え、連通路(54)の開口が下方を向く。すなわち、図３（ａ）に示された状態で、回転体(32)が停止する。この図３（ａ）の状態から図３（ｂ）で示すように継手(31)の基準位置が回転体(32)に対してＰ２で示す位置に変化した場合、継手(31)に対して回転可能とされた回転体(32)は、重力の作用下で、錘(55)が下方に位置するように、その位置を変え、連通路(54)の開口が下方を向く。すなわち、図３（ｂ）に示された状態で、回転体(32)が停止する。

こうして、従来のものでは、主軸頭(5)の姿勢の変化に伴って、クーラントの流入の可能性が変化し、主軸頭(5)の姿勢によっては、主軸装置(11)内部へのクーラントの流入のおそれが増大するのに対し、上記実施形態のドレン構造(30)では、機械の軸移動に伴う主軸装置(11)の姿勢変化があった場合、ドレン構造(30)の連通路(54)の開口が下方（真下または斜め下）を向くように回転体(32)が回転することで、ドレン開放部となる回転体(32)の連通路(54)の開口が重力の作用下で常に下方（真下または斜め下）を向くようになされている。これにより、加工空間内に飛散したクーラントが主軸装置(11)にかかり、主軸頭(5)の壁面を伝って滴下するような状況であっても、クーラントの主軸装置(11)内部への侵入の勢いは削がれ、クーラントなどの主軸装置(11)内部への侵入が防止される。

上記において、ドレン排出通路(7)は、通常、複数（例えば、周方向に所要間隔で２つ、３つ、４つなど）設けられており、これに対応してドレン構造(30)も複数設けられることが好ましい。

なお、特許文献１のドレン構造によると、ドレン排出通路が内筒と外筒との間の間隙通路の下端部に設けられていることから、漏れたクーラントを内部から排出する排出量（排出能力）が低下するおそれがあるが、本発明のドレン構造(30)では、ドレン排出通路(7)の位置を任意（最適位置）に設定できることから、クーラントの内部からの排出能力を確保するとともに、クーラントの外部からの流入を防止することができる。

上記において、継手本体(41)の右部(41b)はテーパ状とされて、強制的に嵌め入れる形状とされているが、継手本体(41)の右部をおねじとすることでドレン排出通路(7)に形成されためねじにねじ合わせるようにしてもよく、また、継手本体(41)の右部を接着によってドレン排出通路(7)の開口縁部に固定するものとしてもよい。

(5)：主軸頭
(7)：ドレン排出通路
(11)：主軸装置
(30)：ドレン構造
(31)：継手
(32)：回転体
(33)：転がり軸受
(51)：円筒部
(52)：蓋部
(54)：連通路
(55)：錘
(A)：旋回軸の軸線
(B)：ドレン構造の軸線

Claims (3)

1. 旋回する主軸頭を有する工作機械の主軸装置に設けられたドレン排出通路に設けられるドレン構造であって、
   一端側がドレン排出通路の開口縁部に取り付けられる管状の継手と、継手の他端側に設けられた回転体とを備えており、
   回転体は、一端部が継手の他端側外周に相対回転可能に取り付けられた円筒部と、円筒部の他端を閉鎖する蓋部とを有し、
   回転体の円筒部に、回転体の内部と外部とを連通する連通路が形成され、
   連通路近傍に、主軸頭の旋回に伴って連通路の開口が下方に向くように回転体を継手に対して回転させる錘が配されていることを特徴とする、工作機械の主軸装置のドレン構造。
2. 継手および回転体の軸線は、同心で、主軸頭の旋回軸の軸線に対して平行である、請求項１の工作機械の主軸装置のドレン構造。
3. 継手の外周に転がり軸受の内輪が固定されるとともに、回転体の円筒部の内周に転がり軸受の外輪が固定されることによって、回転体と継手とが相対回転可能とされている、請求項１または２の工作機械の主軸装置のドレン構造。

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