JPWO2004112999A1 - 工作機械の主軸装置 - Google Patents

Abstract

ドローバー９及び皿ばね集成体１１が挿通された主軸５の中空部内７を密閉室構造にして、潤滑油を充填する油溜室とした。その油溜室のドローバー９を支持する両側の軸受け部２１、３９の内径寸法を同一寸法にして、ドローバー９を前後に移動させたとき油溜り室の容積が変化しないようにして、潤滑油が油溜り室から押し出されないようにした。こうして主軸の先端部に工具又はワークパレットをクランプするドローバー９及び皿ばね集成体１１で成るクランプ手段の潤滑を確実に行い、クランプ手段の摩擦や破損が少なく、装置の寿命が長い主軸装置を提供できる。

Description

本発明は、工作機械の回転主軸の先端部に工具を装着する主軸装置、又はロータリテーブルなどの回転主軸の先端部にワークパレットを装着する主軸装置に関する。特に、工具やワークパレットに取り付けられたプルスタッドなどの繋止部材をドローバーの先端に設けたコレットで把持し、皿ばねなどの弾性部材の付勢力でドローバーを引き込んで、回転主軸の先端部に工具やワークパレットを装着する主軸装置に関する。

一般に工作機械に用いられる主軸装置は、ハウジングに回転自在に取り付けられた主軸の中空部内に、工具又はワークパレットをクランプするためのクランプ手段が設けられている。従来の主軸装置は、例えば特公平２−４９８４３号公報の図１や米国特許第５２２２２８５号の図７に記載されている。工具又はワークパレットをクランプするクランプ手段は、主軸の中空内部に挿通されたドローバーと、ドローバーに付勢力を与える皿ばねとで構成されている。ドローバーの先端部にコレットが設けられ、工具又はワークパレットに取り付けられたプルスタッドを把持する。ドローバーに同心的に装着された複数枚の皿ばねは、協働してドローバーに付勢力を与え、工具又はワークパレットを主軸の先端部にクランプする。工具又はワークパレットを解放するときは、主軸の後方に設けたアンクランプ手段であるシリンダ・ピストン機構がドローバーを前方に押して、主軸の先端部に設けた装着手段から工具又はワークパレットを解放するものである。
主軸装置の回転主軸の中空部内に設けられたクランプ手段、すなわち、ドローバーと皿ばねからなる機構には、潤滑剤が供給されている。それは、皿ばねの摩耗や破損を少なくして、装置の寿命を延ばすためである。従来の技術は、クランプ手段の潤滑方法として、グリースを充填するグリース充填方式、潤滑油を循環させる潤滑油循環方式、又は油溜り室に潤滑油を充満させる潤滑油充満方式がある。しかし、グリース充填方式は、主軸の高速回転でグリースが飛ばされたり、主軸の発熱でグリースが溶けたりして、潤滑が十分に行なわれなかった。そのため、皿ばねの摩耗や破損が発生し、装置の寿命が短くなっていた。潤滑油循環方式は、回転する主軸の中に外部から潤滑油を供給して循環させることは非常に困難で、装置が複雑で高価になるという欠点があった。また、潤滑油充満方式は、図４の従来の主軸装置で詳しく説明しているが、ドローバーを前後に移動させたとき、油溜り室の容積が変化するようになっている。そのため、長時間運転していると潤滑油が油溜り室から押し出され、潤滑油が徐々に減少してクランプ手段の潤滑が確実に行なわれないという問題点があった。

本発明は、前述の潤滑油充満方式の主軸装置に注目し、その問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、工具又はワークパレットをクランプするクランプ手段を潤滑するための装置が簡単で、しかもクランプ手段の潤滑が確実に行なえ、クランプ手段の摩耗や破損が少なく、装置の寿命が長い工作機械の主軸装置を提供することである。
前述の目的を達成するため、主軸の先端部に工具又はワークパレットを装着する工作機械の主軸装置において、ハウジングに回転可能に支持された主軸と、前記主軸の中空部内に設けられ、工具又はワークパレットを繋止するドローバー及び該ドローバーを後方に引き込む弾性部材を有したクランプ手段と、前記主軸の後方に設けられ、前記ドローバーを前方に押し出して工具又はワークパレットを解放するアンクランプ手段と、前記主軸の中空部内を密閉室構造の油溜り室に形成して、かつ前記ドローバーを前後に移動可能に支持する両側の軸受け部の寸法を略同一寸法に形成した油溜り室と、を具備し、前記ドローバーを前後に移動させたとき油溜り室の容積が変化しないように構成した工作機械の主軸装置が提供される。
前述のように、潤滑油を入れる油溜り室を密閉室構造に形成して、かつドローバーを支持する両側の軸受け部の寸法を略同一寸法に形成した。そして、ドローバーを前後に移動させたとき、油溜り室の容積が変化しないように構成されている。このような構成であるから、油溜り室に潤滑油を充満させることができ、しかも潤滑油を充満させた状態でドローバーを前後に移動させても、潤滑油が押し出されたり減少したりすることがない。そして常にクランプ手段全体を確実に潤滑しているので、クランプ手段の摩耗や破損が少なく、装置の寿命が長い工作機械の主軸装置が得られる。
また、前記油溜り室は、前記ドローバー９の支持軸部１９が嵌合する前方側軸受シリンダ部２１の内径寸法と、前記ドローバー９に固定された軸カラー３３が嵌合する後方側軸受シリンダ部３９の内径寸法とが同一寸法に形成されてなる工作機械の主軸装置が提供される。このような構成であるから、クランプ手段、アンクランプ手段を作動させて、前記ドローバー９を前後に移動させたとき、油溜り室の容積が全く変化しないので、常に潤滑油の充満状態が維持され、潤滑油が押し出されたり減少したりすることはない。
また、前記主軸は、主軸外部から前記油溜り室に連通する少くとも２つの通路を具備し、前記２つの通路の前記油溜り室への開口部は、周方向に略１８０度離れて設けられる工作機械の主軸装置が提供される。このような構成であるから、潤滑油を交換する場合は、２つの通路が上下の関係になる位置で主軸を停止させ、２つの通路を開放し、下側の通路から油溜り室内の古い潤滑油を排出する。新しい潤滑油を入れた潤滑油充填手段を下側の通路に接続して新しい潤滑油を油溜り室に注入する。そして上側の通路から潤滑油があふれたら油溜り室に潤滑油が充満されたので、潤滑油充填手段をはずして２つの通路をねじ栓等でふさぐ。こうして油溜り室内の潤滑油の交換が容易に行なえる。

図１は本発明の工作機械の主軸装置の断面図である。
図２はクランプ手段の一部分を拡大した詳細図である。
図３は潤滑油を交換可能にした実施形態の部分拡大断面図である。
図４は従来の工作機械の主軸装置の断面図である。
発明を実施する最良の態様
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の工作機械の主軸装置の断面図、図２は図１の主軸装置のクランプ手段の一部分を拡大した詳細図、図３は油溜り室内の潤滑油を交換する方法を示した説明図、図４は従来の工作機械の主軸装置の断面図である。
図１において、主軸装置は、ハウジング１に軸受３によって主軸５が回転可能に支持されている。主軸５は図示していない公知のビルトインモータなどで回転及び位置決めが可能になっている。主軸５の前方先端部（図１において左端）には、工具又はワークパレットのテーパシヤンク６を装着するテーパ穴５ａが設けられている。主軸５の中空部内７には、工具又はワークパレットを主軸５に固定するためのクランプ手段が設けらている。本実施形態において、前記クランプ手段は、主軸５の中心軸線に沿って中空部内７に挿通されたドローバー９と、該ドローバー９に装着された複数の皿ばねより成る皿ばね集成体１１とを具備している。より詳細には、皿ばね集成体１１は、複数枚、例えば４枚の皿ばねを同じ方向に向けて重ね合わせた皿ばね組を交互に背中合わせに配置してドローバー９に装着して形成されている。なお、本実施の形態では、弾性部材として皿ばねを用いているが、コイルばね等の他の弾性部材を用いても良い。
主軸５の中空部内７は、密閉室構造にして油溜り室を構成している。この油溜り室には皿ばね集成体１１などを潤滑するため潤滑油が充満されている。皿ばね集成体１１の前方の端部（図１において左端）はカラー１３を介して主軸５の当接部１７に当接されている。カラー１３には潤滑油が通過するための孔１５が設けられている。油溜り室への潤滑油の供給は、後述する通路６１又は６３を用いて行ない、通常は通路６１、６３はねじ栓６７でふさがれている。
ドローバー９の前方側に設けられた支持軸部１９は、主軸５の中空部内７に設けられた前方側軸受シリンダ部２１に軸方向にスライド可能に軸承されている。支持軸部１９には、油溜り室の潤滑油が漏れないようにシールするＯリングを取付けるための周溝１９ａが形成されており、その周溝１９ａにＯリングが装着されている。ドローバー９の先端部２３にはコレット２５が設けられ、工具又はワークパレットに取り付けられたプルスタッド２７を把持する。ドローバー９及び皿ばね集成体１１はクランプ手段を構成し、工具又はワークパレットを主軸５の先端部にクランプする。
皿ばね集成体１１の後方の端部（図１において右端）はカラー３１を介して軸カラー３３に当接されており、軸カラー３３はナット３５よってドローバー９に固定されている。ドローバー９に固定された軸カラー３３は、後方側軸受シリンダ部を形成する、主軸５の中空部内７に取り付けられた軸受３７の内面３９にスライド可能に軸承されている。軸受３７は、また、カラー３１が当接してドローバー９の後端方向への移動を制限するストッパを形成している。軸カラー３３には、油溜り室の潤滑油が漏れないようにシールするためのＯリングを取付けるための周溝３３ａが形成されており、その周溝３３ａにＯリングが装着されている。
皿ばね集成体１１は、予圧をかけてドローバー９に装着されており、皿ばね集成体１１の付勢力でドローバー９を後方へ引き込むことにより、工具又はワークパレットが主軸５にクランプされる。ドローバー９の後端部４１の後方には、シリンダ４３及びピストン４５からなるアンクランプ手段がハウジング１に取り付けられている。ピストン４５がドローバー９の後端部４１を前方へ押して、コレット２５がプルスタッド２７を解放することにより、工具又はワークパレットがアンクランプされる。アンクランプ手段は公知の装置であるので、詳細な説明は省略する。
本実施形態では、前述のドローバー９をスライド可能に支持する両側の軸受け部、すなわち、前方側軸受シリンダ部２１と後方側軸受シリンダ部３９の内径寸法が同一寸法に作られている。ドローバー９を支持する両側の軸受け部の寸法が同一寸法であるから、クランプ手段、アンクランプ手段を作動させて、ドローバー９を前後に移動させたとき、密閉室構造に構成されている油溜り室の容積は変化しない。ドローバー９を移動させても油溜り室の容積が変化しないので、潤滑油が油溜り室から押し出されることなく、潤滑油を常に充満させておくことができる。
図２は、図１に示した主軸装置のクランプ手段の一部分を拡大した詳細図である。工具又はワークパレットをクランプするクランプ手段は、４枚の皿ばねから成る皿ばね組をドローバー９に交互に背中合わせに組み入れられた皿ばね集成体１１によって、所定のクランプ力を以てドローバー９を後方に付勢するように構成されている。図２に記載した符号は、図１と同じであるので説明を省略する。
図３を参照して、油溜り室内の潤滑油の排出及び充満の方法を説明する。油溜り室内に潤滑油を充満してクランプ手段、アンクランプ手段の作動を繰返すと、長期間には潤滑油の潤滑性能が劣化する。そこで、油溜り室内の潤滑油を交換する必要が生じる。この油溜り室内の潤滑油の交換に係わる構造と交換方法は、次のとおりである。
主軸５は、その油溜り室内に連通する通路６１及び６３を有している。通路６１及び６３は、主軸５の先端面５ｂから長手方向に油溜り室内まで延設されており、かつ主軸５の周方向に略１８０度離れた角度位置に配置されている。特に、通路６１及び６３の主軸５の油溜り室内に開口する内側開口部６１ａ、及び６３ａが、主軸５の周方向に略１８０度離れた角度位置に配置され、各々が、油溜り室内の下方部位と上方部位に配置できるようになっていることが重要である。主軸５を回転位置決めし、下方部位に配置された通路を潤滑油通路、上方部位に配置された通路を空気通路として使う。図３では説明の便宜上、通路６１を潤滑油通路、通路６３を空気通路として説明する。
潤滑油通路６１及び空気通路６３の先端部分には内ねじが形成されており、該内ねじに係合する外ねじを有した管継手６５又はねじ栓６７を螺合可能となっている。管継手６５には、チューブ６９を介して潤滑油充填手段としての注射器式の容器７１を接続することができる。注射器式の容器７１には、主軸５の油溜り室内に充填する新しい潤滑油が予め入れられている。
通常の使用状態では、潤滑油通路６１及び空気通路６３の先端部分にはねじ栓６７が螺合されており、油溜り室内の潤滑油は漏れない。油溜り室内の潤滑油を交換する場合は、先ず主軸５を図３に示すように潤滑油通路６１が下側に、空気通路６３が上側に配置されるように位置決めする。次いで、下側に配置されている潤滑油通路６１からねじ栓６７を取り外した後に空気通路６３からねじ栓６７を取り外す。空気通路６３のねじ栓６７を取り外すと、空気通路６３から空気を吸い込みながら、潤滑油通路６１から古い潤滑油が排出され、バット（図示せず）などの容器でその潤滑油を受ける。
次いで、潤滑油通路６１の先端に管継手６５を螺合し、該管継手６５に注射器式の容器７１に繋がれているチューブ６９を接続する。そして注射器式の容器７１のピストン７３を押し込むことにより、注射器式の容器７１内の新しい潤滑油を主軸５の油溜り室内に注入する。このとき、上側に配置されている空気通路６３から潤滑油があふれ出るまで潤滑油を充填して、主軸５の油溜り室内に空気が残留しないようにすることが好ましい。
次いで、上側に配置されている空気通路６３にねじ栓６７を螺合して、空気通路６３を閉じ、既に充填されている新しい潤滑油が、下側の潤滑油通路６１から流出しないようにする。次いで、管継手６５を取り外し代わりにねじ栓６７を螺合し、潤滑油の交換作業を終了する。例えば６ヶ月に１度潤滑油を交換する作業が、容易に工作機械の使用現場で行える。注射器式の容器７１に代えて手動式又は電動式のポンプ等の他の潤滑油充填手段を用いても良い。
図３の実施形態では横形の主軸５について説明したが、立形の主軸にも適用できる。この場合、潤滑油通路６１は、主軸の下端面または下方の側面から油溜り室内の下方部位へ連通するよう形成され、空気通路６３は、主軸の上端面または上方の側面から油溜り室内の上方部位へ連通するように形成される。
図４は従来の工作機械の主軸装置を示したものである。主要な部分は図１で説明した構成と同一である。図１との相違点のみを説明する。ドローバー９の後方部に軸カラー５１がナット５５によって取り付けられている。主軸５の中空部内７には、主軸５の後端部に円筒状に延びた後方側軸受シリンダ部５４が設けられている。軸カラー５１のリング状突起５３は、主軸５の中空部内７の後方側軸受シリンダ部５４に嵌合し、中空部内７を密閉室構造の油溜り室になるように仕切っている。主軸５の後端部にはストッパ５７が取り付けられている。従来の主軸装置の潤滑は、この油溜り室にグリースを充填したり、潤滑油を供給したりしていた。更に、図示していないが、循環装置により外部から潤滑油を供給して循環させるものもあった。
従来の主軸装置は、ドローバー９を支持する両側の軸受け部、すなわち、前方側軸受シリンダ部２１の内径寸法と後方側軸受シリンダ部５４の内径寸法とが異なっている。一般的には、皿ばね集成体１１などの部品を挿入するため、後方側軸受シリンダ部５４の内径寸法が、前方側軸受シリンダ部２１の内径寸法より大きく作られている。そのような構造であるから、クランプ手段、アンクランプ手段を作動させ、ドローバー９を前後に移動させたとき、油溜り室の容積が変化する。すなわち、ドローバー９を前方に移動すると油溜り室の容積は小さくなり、ドローバー９を後方に移動すると油溜り室の容積は大きくなる。ドローバー９を移動させたときに、このような油溜り室の容積変化があると、油溜り室をグリース又は潤滑油により完全に充満させておくことができない。また、ドローバー９の移動によって油溜り室の容積変化があると、長時間運転する間に潤滑油が徐々に押し出され、潤滑油が減少しクランプ手段の潤滑が不十分になるという欠点があった。上述の本発明の実施形態では、この欠点を完全になくしている。
以上説明したように本発明によれば、主軸装置のクランプ手段の潤滑油を入れる油溜り室を密閉室構造に形成して、かつドローバー９を支持する両側の軸受け部の寸法を略同一寸法になるように形成した。そして、クランプ手段、アンクランプ手段を作動させてドローバー９を移動させても、油溜り室の容積が変化しないように構成したので、油溜り室に潤滑油を常に充満させておくことができる。
また、油溜り室の容積変化がないので、長時間運転しても油溜り室から潤滑油が押し出されることがなく、常にクランプ手段全体を確実に潤滑している。そのため、ドローバー９や皿ばね集成体１１などの摩耗や破損が少なく、装置の寿命が長い工作機械の主軸装置が得られた。
また、主軸に油溜り室へ連通する少なくとも２つの通路を設けたので、油溜り室の潤滑油を交換する必要が生じた場合は、その２つの通路を潤滑油通路及び空気通路として用い、容易に潤滑油を交換することができる。

Claims (3)

1. 主軸の先端部に工具又はワークパレットを装着する工作機械の主軸装置において、
   ハウジングに回転可能に支持された主軸と、
   前記主軸の中空部内に設けられ、工具又はワークパレットを繋止するドローバー及び該ドローバーを後方に引き込む弾性部材を有したクランプ手段と、
   前記主軸の後方に設けられ、前記ドローバーを前方に押し出して工具又はワークパレットを解放するアンクランプ手段と、
   前記主軸の中空部内を密閉室構造の油溜り室に形成して、かつ前記ドローバーを前後に移動可能に支持する両側の軸受け部の寸法を略同一寸法に形成した油溜り室と、
   を具備し、前記ドローバーを前後に移動させたとき前記油溜り室の容積が変化しないように構成したことを特徴とする工作機械の主軸装置。
2. 前記油溜り室は、前記ドローバー９の支持軸部１９が嵌合する前方側軸受シリンダ部２１の内径寸法と、前記ドローバー９に固定された軸カラー３３が嵌合する後方側軸受シリンダ部３９の内径寸法とが同一寸法に形成されてなる請求項１に記載の工作機械の主軸装置。
3. 前記主軸は、主軸外部から前記油溜り室に連通する少くとも２つの通路を具備し、前記２つの通路の前記油溜り室への開口部は、周方向に略１８０度離れて設けられる請求項１又は２に記載の工作機械の主軸装置。

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