KR20100016259A - 공작기계용 각도 분할 장치 - Google Patents

Abstract

모터를 내장하는 부품의 외경 치수를 대형화하는 일 없이 큰 토크를 회전축에서 얻는 것, 베어링의 지지 강성을 높이는 것. 회전 구동 대상 부재(11)가 고정되는 회전축(40), 회전축(40)의 외주를 둘러싸고 공작기계 본체에 착탈하는 하우징(30), 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 배치하는 베어링(B1, B2), 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 배치되어 회전축(40)을 회전시켜 각도 위치를 분할하는 구동 수단을 포함하며, 구동 수단은 하우징(30)내에서 회전축(40)의 주위에 동심원상으로 배치된 모터 로터와 모터 스테이터의 구동 모터(M1, M2, M3)를 이용한 공작기계용 각도 분할 장치로, 복수의 구동 모터(M1, M2, M3)를 회전축(40)의 축방향으로 이간시켜 직렬로 배치한다. 복수의 베어링(B1, B2)을 축선방향으로 이간시켜 배치하고, 그 중 가장 회전 구동 대상 부재(11)측의 베어링(B2)에 액시얼, 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬형식의 롤러베어링을 채용하고, 다른 베어링의 1개를 복수의 구동 모터(M1, M2, M3) 사이에 배치한다.

공작기계, 분할 장치, 하우징, 베어링, 구동 수단, 구동 모터, 롤러베어링

Description

공작기계용 각도 분할 장치{ANGULAR INDEXING DEVICE FOR MACHINE TOOL}

본 발명은 공작기계용 각도 분할 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 5축 가공기(동시에 5축을 제어할 수 있는 가공기), 회전 테이블 장치 등에 사용하는 각도 분할 장치에 관한 것이다.

공작기계용의 각도 분할 장치의 일례로는 각도를 분할하는 제5 서보모터를 헤드 하부에 내장하고, 제5 서보모터로 돌리는 연직인 회전축의 바로 밑에 하부 헤드를 아래쪽으로 U자형으로 분기하여 설치하고, 하부 헤드의 두갈래부 내에 공구 장착용의 진동 헤드를 회전 가능하게 지지한다고 하는 직렬인 지지 형태의 것이 알려져 있다(특허 문헌 1).

또한 공작기계용의 각도 분할 장치의 다른 예로는 각도를 분할하는 선회 구동 모터를 헤드 지지 부재에 내장하며, 선회 구동 모터로 돌리는 비스듬한 구동축의 하부에 연직인 헤드의 하부를 접속하여 헤드내에 연직인 공구 주축을 회전 가능하게 지지한다고 하는 병렬적인 지지 형태이며, 또한 선회 구동 모터에 로터와 스테이터로 이루어지는 것, 즉 속칭 DD모터를 단독으로(1개) 이용하는 것이 알려져 있다(특허 문헌 2).

그런데 공작기계에서는 가공 방법이나 가공물에 의해 DD모터에 요구되는 특 성은 상이하다. 그리고 현재보다 큰 토크가 요구되는 경우에 1개의 DD모터로 토크를 크게 하려면, DD모터 자신의 외경을 대형화시켜야 한다. 그렇게 하면 DD모터를 둘러싸는 헤드의 외경도 대형화하게 되어 바람직하지 않다. 통상, 각도 분할 장치는 기존의 공작기계의 소정의 장착 위치에 장착되는데, 헤드의 외경을 현재보다 대형화시키면 기존의 공작기계에 그대로 장착할 수 없어 공작기계 자체를 개조해야 된다.

또한 회전축을 지지하는 베어링에는 롤러 기어캠(클로보다일캠)이나(특허 문헌 1), 크로스 롤러베어링이 이용되고 있다(특허 문헌 2).

종래보다 큰 토크를 회전축에 전달하는 경우, 베어링의 지지 강성을 높여 분할 정밀도의 저하를 방지할 필요도 있다.

특허 문헌 1：일본 공개특허공보 2006-26835호(단락 번호 0010, 0011, 도 1, 도 3)

특허 문헌 2：일본 공개특허공보 평2-116437호(3페이지 좌하란, 9페이지 하란, 제16도)

본 발명은 상기 실정을 고려하여 창작된 것으로, 그 해결 과제는 모터를 내장하는 부품의 외경 치수를 대형화하는 일 없이, 현재보다 큰 토크를 회전축에서 얻는 것이다. 또한 회전축의 출력 가능한 토크를 크게 했을 경우의 해결 과제는 베어링의 지지 강성을 높이는 것이다.

본 발명은 일단에 회전 구동 대상 부재가 고정되는 회전축과, 그 회전축을 지지하기 위해서 그 외주를 적어도 둘러쌈과 함께 공작기계에 착탈할 수 있는 하우징과, 그 하우징과 상기 회전축 사이에 설치되는 베어링과, 상기 하우징과 상기 회전축 사이에 설치됨과 함께 상기 회전축을 회전 구동시켜 그 각도 위치를 분할하는 구동 수단을 포함하며, 상기 구동 수단으로서 상기 하우징내에서 상기 회전축의 주위에 동심원상으로 배치된 모터 로터와 모터 스테이터로 이루어지는 구동 모터를 채용한 공작기계용 각도 분할 장치를 전제로 한다.

그리고 해결 수단은, 상기 구동 수단이 복수의 상기 구동 모터를 상기 회전축의 축선방향으로 이간시켜 직렬로 배치하고 있는 것이다.

복수의 구동 모터를 축선방향으로 직렬로 배치하는 관계상, 회전축이 축선방향으로 길어진다. 회전축을 지지하는 베어링은 하나이어도 되지만, 지지 강성을 높여 회전 정밀도를 높이려면, 그 해결 수단으로서 상기 회전축을 지지하기 위한 상기 베어링을 상기 축선방향으로 이간시켜 복수 배치하고, 그 중 가장 회전 구동 대상 부재측의 베어링에 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬형식의 롤러베어링을 채용하고, 다른 베어링 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 모터 사이에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 회전축의 축선방향으로 이간시켜 직렬로 복수 개의 구동 모터를 배치하고 있으므로 1개의 구동 모터보다 큰 토크를 얻을 수 있으며, 그 때문에 1개의 구동 모터로 동등한 토크를 얻는 경우보다 구동 모터의 외경을 작게 할 수 있고, 그 결과 하우징의 소형화, 나아가서는 분할 장치 전체의 외경 치수를 작게 할 수 있다. 또한 기존의 분할 장치의 구동 모터와 동등한 외경의 것을 복수 개 채용했을 경우, 하우징의 외경도 기존의 것과 동등하게 되어 장착하는 것도 용이해진다.

또한 구동 모터의 배치 관계에 따라 길어지는 회전축을 복수의 베어링으로 지지함으로써 지지 강성을 높여 회전 정밀도를 높일 수 있다. 또한 가장 회전 구동 대상 부재측의 베어링에 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬형식의 롤러베어링을 채용하므로, 회전축의 지지를 더욱 높은 강성으로 할 수 있다. 또한 복수의 베어링을 회전축의 양 단부에 배치한 것이 아니라, 가장 회전 구동 대상 부재측 이외의 베어링 중 적어도 하나를 복수의 구동 모터 사이에 배치했으므로, 베어링간 거리가 짧아진다. 베어링간 거리가 길 때는 회전축에 휘어짐이 생겨 회전 정밀도가 저하된다고 하는 문제가 발생하지만, 상기 구성으로 함으로써 이러한 문제의 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 공작기계용 각도 분할 장치의 한 실시 형태를 나타내는 단면도이다.

도 2는 공작기계용의 각도 분할 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 단면도이다.

도 3은 복렬형식의 롤러 베어링을 나타내는 확대 단면도이다.

도 4는 가공용 헤드의 개략을 나타내는 정면도이다.

도 5는 공작기계의 전체를 나타내는 사시도이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 공작기계, 2 베드, 3 칼럼, 4 크로스 레일, 5 새들, 6 램, 7 테이블, 8 가 공용 헤드, 9 스핀들, 10 스핀들 유닛, 11 제1 지지 헤드, 12 기부, 13 케이싱, 14 다리부, 20 제2 지지 헤드, 30 하우징, 31 제1 하우징 부재, 31a 본체, 31b 제1 하우징 슬리브, 31c 외향창, 32 제2 하우징 부재, 32a 본체, 32b 제2 하우징 슬리브, 32c 걸음 슬리브, 32d 스페이서 슬리브, 32e 외향창, c1 커넥터, c11 케이블, H1 케이블용 배선구멍, c2 커넥터, c21 케이블, H2 케이블용 배선구멍, c3 커넥터, c31 케이블, H3 케이블용 배선구멍, 40 회전축, 40a 회전 검출용 축부재, 41 제1 축부재, 42 제2 축부재, 42a 본체, 42b 오목부, 42c 제2 샤프트 슬리브, 42d 연결 부재, 42e 플랜지 부재, 43 제3 축부재, 50 클램프 기구, 51 클램프 슬리브, 51a 후육부, 51b 박육부, 52 수압부재, 53 압력실, 54 유체 통로, 54a 출구부, R 로터리 조인트, R1 디스트리뷰터, R1a 플랜지부, R2 샤프트, R2a 제1 샤프트 슬리브, R0 환형 홈, R11 유체 유로, R21 유체 유로, B1 베어링, B2 베어링, B2a 내륜, B2b 외륜, B2c 원통 롤러, M1 구동 모터, M1a 모터 로터, M1b 모터 스테이터, M1c 스테이터 슬리브, M2 구동 모터, M2a 모터 로터, M2b 모터 스테이터, M2c 스테이터 슬리브, 60 회전 검출기, 61 검출기 스테이터, 62 검출기 로터

본 발명이 적용되는 공작기계(1)의 일례로서 도 5에 나타내는 바와 같이, 문형 공작기계(머시닝 센터)를 5축 가공기나 다면 가공기 등의 복합화 가공기로 이용하는 것을 든다. 도시한 공작기계(1)는 동시에 5축을 제어할 수 있는 가공기로서, 베드(2)의 양측으로부터 기립하는 좌우의 칼럼(3, 3)과, 양 칼럼(3, 3) 사이에 걸쳐 양 칼럼(3)의 전후면의 편면 상을 상하방향(Z축방향)으로 이동하는 크로스 레 일(4)과, 크로스 레일(4)의 전면 상(칼럼(3)에 대해 크로스 레일(4)을 형성한 면과 동일면 상)을 수평으로 좌우방향(Y축방향)으로 이동하는 새들(5)과, 새들(5)의 전면 상을 Z축방향으로 이동하는 램(6)과, 베드(2)의 상면을 전후방향으로 이동하는 테이블(7)을 공작기계 본체로 구비하는 것이다. 또한 공작기계 본체의 램(6)에는 가공용 헤드(8)를 착탈할 수 있게 장착하고, 공구가 장착되는 스핀들(9)을 구비한 스핀들 유닛(10)을 가공용 헤드(8)의 하나의 부품으로 구비하고 있다.

이러한 공작기계(1)는 워크의 가공시에서 미리 설정된 프로그램에 기초하는 수치제어에 의해 테이블(7), 크로스 레일(4), 새들(5) 및 램(6)을 이동시킴과 함께, 가공용 헤드(8)가 스핀들 유닛(10)의 각도 위치(회전 위치)를 분할한다. 이것에 의해, 문형 공작기계에서는 워크의 각 가공면에 대해 공구를 최적의 각도로 대어 가공할 수 있어, 복잡한 형상의 워크의 절삭 가공 등을 가능하게 하고 있다.

가공용 헤드(8)는 도 4에 나타내는 바와 같이 공구가 장착되는 스핀들(9)을 가지는 스핀들 유닛(10)과, 스핀들 유닛(10)을 각도 조절할 수 있는 상태로 회전 가능하게 지지하는 제1 지지 헤드(11)와, 스핀들 유닛(10)과는 반대측에서 제1 지지 헤드(11)를 회전 가능하게 지지하는 제2 지지 헤드(20)를 포함하는 것이다. 그리고 제1 지지 헤드(11)(제1 지지 헤드(11)의 기부(12))가 본원 발명의 회전 구동 대상 부재에 상당하고, 제2 지지 헤드(20)가 본원 발명의 각도 분할 장치에 상당한다.

스핀들 유닛(10)은 모터 내장형 스핀들 헤드로서, 그 케이싱(13) 내에 회전 가능하게 지지된 스핀들(9)을 내장된 도시하지 않은 모터로 고속 회전 구동하는 것 이다.

제1 지지 헤드(11)는 스핀들 유닛(10)을 A축을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지함과 함께, 내장되는 모터로 스핀들 유닛(10)을 그 연직 방향의 축선방향(이하, "C축방향"이라고 한다)과 직교하는 축선(이하, "A축방향"이라고 한다)을 중심으로 회전시켜 그 각도 위치를 분할하는 것이다. C축은 공작기계(1)의 Z축과 평행이다.

제1 지지 헤드(11)는 기부(12)(제2 지지 헤드(20)측의 부분)에 대해 한 쌍의 다리부(14, 14)가 이간되어(간격을 두고) 장착된 포크형으로 구성되어 있고, 한 쌍의 다리부(14, 14) 사이에서 스핀들 유닛(10)을 지지한다. 자세하게는 스핀들 유닛(10)의 양 측면에는 각 다리부(14)의 내부에서 회전 가능하게 지지됨과 함께 회전축선을 A축에 일치시켜 배치된 한 쌍의 지지축(도시하지 않음)이 장착되며, 이 지지축에 의해 한 쌍의 다리부(14, 14) 사이에서 회전 가능하게 지지된다. 그리고 지지축이 다리부(14)에 내장된 모터에 의해 회전 구동됨으로써 스핀들 유닛(10)이 A축을 중심으로 회전되어 그 각도 위치가 분할된다.

제2 지지 헤드(20)는 제1 지지 헤드(11)를 C축을 중심으로 회전 가능하게 지지하며, 내장되는 구동 수단으로 제1 지지 헤드(11)를 회전시켜 그 각도 위치를 분할함으로써, 나아가서는 스핀들 유닛(10)의 각도 위치를 분할하는 것이다. 제2 지지 헤드(20)는 공작기계(1)의 램(6)에 장착되며, 그 일단측에 제1 지지 헤드(11)가 장착되어 있다. 또한 이후의 설명에서 제2 지지 헤드(20)를 구성하는 각 부분은 기본적으로 C축을 축선으로 하는 통 형상이나 링 형상으로 형성되어 있는 것으로 한 다. 또한 연결이란 나사, 볼트 등에 의해 체결 고정되는 것을 말하는 것으로 한다.

제2 지지 헤드(20)는 도 1에 나타내는 바와 같이 하우징(30)과, 하우징(30)의 내부에 회전 가능하게 지지되는 회전축(40)과, 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 개재되는 베어링(B1, B2)과, 마찬가지로 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 개재되는 구동 수단(M1, M2)과, 마찬가지로 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 개재되는 클램프 기구(50)(회전축(40)을 회전할 수 없게 지지하는 것)로 구성된다. 구동 수단(M1, M2) 및 베어링(B1, B2)은 모두 복수로, C축방향으로 간격을 두고 직렬로 배치되어 있다. 또한 도시한 예에서는 회전 구동 대상 부재와는 반대측(상측)의 베어링(B1)에 크로스 롤러 베어링을 채용하고, 회전 구동 대상 부재측(하측)의 베어링(B2)에 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬형식의 롤러 베어링을 채용하고 있다.

구동 수단(M1, M2)은 공작기계(1)에 고정되는 하우징(30)에 대해서 회전축(40)을 회전 구동하는 것으로, 구동 모터(M1, M2)를 채용하며 각 구동 모터(M1, M2)는 기어 등의 감속기를 사용하지 않고 직접 부하로 연결하여 운전하는 타입의 것(일반적으로 직접 구동형 모터/DD모터라 불린다.)이다. 그리고 각 구동 모터(M1, M2)는 고정 철심에 코일을 감아 구성된 모터 스테이터(M1b, M2b)와, 모터 스테이터(M1b, M2b)의 내주면에 근접 설치되어 대향하는 복수의 마그넷을 둘레방향에 걸쳐 배치한 모터 로터(M1a, M2a)와, 모터 스테이터(M1b, M2b)를 지지하는 스테이터 슬리브(M1c, M2c)를 동심원상으로 배치한 구성으로 되어 있다.

하우징(30)은 복수의 하우징 부재(31, 32)와, 로터리 조인트(R)의 디스트리 뷰터(R1)를 주로 하여 구성된다. 하우징(30)은 C축방향으로 분할할 수 있고, 도면에서는 2개의 하우징 부재(31, 32)로 구성되어 있다. 이 하우징 부재(31, 32)에 대해, 도면 상측의 하우징 부재(31)를 제1 하우징 부재, 하측의 하우징 부재(32)를 제2 하우징 부재로 한다. 또한 디스트리뷰터(R1)는 그 외경을 제1 하우징 부재(31)의 내경보다 소경으로 하고 있다. 그리고 제1 하우징 부재(31)와 제2 하우징 부재(32)를 세로로 긴 통형으로 연결하고, 제1 하우징 부재(31)의 내주측에 간격을 두고 디스트리뷰터(R1)를 동심원상으로 배치함과 함께, 제1 하우징 부재(31)의 상단부에, 디스트리뷰터(R1)의 상단부로부터 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 플랜지부(R1a)의 외주부를 연결하는 것이다. 이것에 의해, 제1 하우징 부재(31)와 디스트리뷰터(R1) 사이, 디스트리뷰터(R1)의 내주측 및 제2 하우징 부재(32)의 내주측에 각각 공간을 연통시켜 형성하고, 이들 공간에 회전축(40), 베어링(B1, B2) 및 구동 모터(M1, M2)를 배치하고 있다.

제1 하우징 부재(31)는 그 본체(31a)를 그 하단부가 안쪽으로 굴곡되는 편측 단면이 L자인 형상으로 형성하고, 그 본체(31a)의 상단부에 디스트리뷰터(R1)를 향해 반경 방향 내측으로 돌출되는 제1 하우징 슬리브(31b)를 연결하여, 전체로서의 편측 단면을 안쪽으로 개구되는 U자형으로 형성하고 있다.

로터리 조인트(R)는 지름이 상이한 통 형상의 디스트리뷰터(R1)와 샤프트(R2)로 구성되며, 디스트리뷰터(R1)와 샤프트(R2)를 이중관 형상으로 회전 가능하게 끼워 맞추고 있다. 여기에서는 디스트리뷰터(R1)의 외측에 샤프트(R2)를 끼워 맞추고 있다. 디스트리뷰터(R1)와 샤프트(R2)의 각각에는 원주 방향으로 위치를 어 긋나게 하여 복수의 유체 유로(R11, R21)가 형성되어 있고, 또한 디스트리뷰터(R1)와 샤프트(R2) 사이의 끼워맞춤 둘레면에는 각 유체 유로(R11, R21)가 통하는 환형 홈(R0)이 형성되어 있다. 이 구성에 의해, 디스트리뷰터(R1)와 샤프트(R2)가 상대 회전해도 디스트리뷰터(R1)의 유체 유로(R11)와 샤프트(R2)의 유체 유로(R21)의 연통 상태가 유지된다. 디스트리뷰터(R1)의 유체 유로(R11)는 플랜지부(R1a)에서 외부로 통하는 구조로 하고, 샤프트(R2)의 유체 유로(R21)는 제1 지지 헤드(11)측으로 통하는 구조로 하고 있다.

제2 하우징 부재(32)는 그 본체(32a)의 상단부에 반경 방향 안쪽으로 돌출되는 제2 하우징 슬리브(32b)를 연결하고, 본체(32a)의 하단부에 반경 방향 안쪽으로 돌출되는 걸음 슬리브(32c)를 연결하여 구성하고 있다. 그리고 제2 하우징 부재(32)는 제2 하우징 슬리브(32b)를 제1 하우징 부재(31)의 하부에 연결함으로써 제1 하우징 부재(31)에 대해 고정된다.

회전축(40)은 복수의 통 형상의 축부재(41, 42, 40a)를 주로 하여 구성되고, 하우징(30)의 분할 개소에 대응하는 개소에서 C축방향으로 분할 가능하게 형성되어 있다. 도면에서는 회전축(40)은 C축방향에 관해 2개로 분할할 수 있고, 제1 하우징 부재(31)와 디스트리뷰터(R1) 사이의 공간에 배치되는 축부재(41)를 제1 축부재, 제2 하우징 부재(32)의 내주측의 공간에 배치되는 축부재(41)를 제2 축부재로 한다. 또한 디스트리뷰터(R1)의 내주측의 공간에 배치되는 축부재(40a)를 회전 검출용 축부재로 한다. 그리고 디스트리뷰터(R1)의 내외에 배치된 회전 검출용 축부재(40a)와 제1 축부재(41)를 제2 축부재(42)의 상단에 C축을 중심으로 하여 맞대어 연결하고, 제1 축부재(41)와 제2 축부재(42)를 하우징(30)의 분할 개소에 대응하는 개소에서 분할 가능하게 하고 있다.

제1 축부재(41)는 그 본체를 로터리 조인트(R)의 샤프트(R2)로 하는 것으로, 제1 하우징 부재(31)의 하부에 대향하여 샤프트(R2)의 하부를 반경 방향 바깥쪽으로 돌출시킴과 함께, 샤프트(R2)의 상부에 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 제1 샤프트 슬리브(R2a)를 연결하여 구성하고 있다. 그리고 제1 축부재(41)와 제1 하우징 부재(31) 사이의 통형의 공간에 구동 모터(M1)와 베어링(B1)을 1개씩 배치하며, 또한 구동 모터(M1)의 하측에 베어링(B1)을 배치하고 있다. 즉 상측의 베어링(B1)은 상하의 구동 모터(M1, M2) 사이에 배치되어 있다.

상측의 베어링(B1: 크로스 롤러 베어링)은 그 외주부(외륜)를 제1 하우징 부재(31)의 하부에, 그 내주부(내륜)를 제1 축부재(41)의 하부에 각각 연결하고 있다.

상측의 구동 모터(M1)는 제1 하우징 부재(31)의 내주측에 스테이터 슬리브(M1c)를 개재시켜 모터 스테이터(M1b)를 고정하고, 제1 축부재(41)의 외주측에 모터 로터(M1a)를 고정한 것이다. 보다 자세하게 말하면, 모터 스테이터(M1b)를 스테이터 슬리브(M1c)의 내주면에 동심원상으로 끼워넣어 고정하고, 스테이터 슬리브(M1c)를 제1 하우징 슬리브(31b)의 하측에 연결하여 제1 하우징 부재(31)에 대해 모터 스테이터(M1b)를 고정하고 있다. 또한 제1 축부재(41)(로터리 조인트(R)의 샤프트(R2))의 외주면에 모터 로터(M1a)를 끼워넣고, 제1 샤프트 슬리브(R2a)의 하면에 모터 로터(M1a)를 연결하여 제1 축부재(41)에 대해 모터 로터(M1a)를 고정하고 있다.

또한 상측의 구동 모터(M1)에는 커넥터(c1)를 통하여 케이블(c11)을 접속하고 있다. 케이블(c11)은 예를 들면 모터 스테이터에 내장되는 코일에 전류를 공급하기 위한 U, V, W상용의 전류 공급 케이블, 어스선, 구동 모터(M1)의 이상을 검출하기 위한 검출선 등이다. 커넥터(c1)를 배치하기 위해서 제1 하우징 슬리브(31b)의 하면 일부에 국부적으로 오목한 공간을 형성하고, 그 오목한 공간에 커넥터(c1)를 배치하고 있다. 또한 케이블(c11)을 통과시키기 위해 제1 하우징 슬리브(31b)에는 상하로 관통되는 케이블용 배선구멍(H1)을 형성하고 있다.

제2 축부재(42)는 그 본체(42a)의 상단면의 중앙부에 오목부(42b)를 형성하고, 디스트리뷰터(R1)의 하부 및 회전 검출용 축부재(40a)의 하부를 오목부(42b)에 배치한다. 오목부(42b)는 하부에 비해 상부의 내경을 넓게 한 단차 형상으로, 상부의 내주측에 디스트리뷰터(R1)의 하부의 외주면이 맞닿으며, 하부의 내주측에 회전 검출용 축부재(40a)의 하부의 외주면이 맞닿는다. 또한 제2 축부재(42)는 그 본체(42a)의 상부에 연결된 반경 방향 바깥쪽으로 돌출되는 제2 샤프트 슬리브(42c)를 가지며, 그 제2 샤프트 슬리브(42c)를 그 위의 제1 축부재(41)에 연결하고 있다.

또한 제2 축부재(42)는 그 본체(42a)의 하측에 배치된 플랜지 부재(42e) 및 플랜지 부재(42e)를 끼우듯이 하여 배치된 연결 부재(42d)를 가지며, 플랜지 부재(42e)와 함께 연결 부재(42d)를 제2 축부재(42)의 하면에 연결하여 구성하고 있다. 또한 연결 부재(42d)의 하단면과 제1 지지 헤드(11)의 기부(12)의 상단면은 요 철의 끼워맞춤에 의해 위치 결정되어 있다.

제2 축부재(42)와 제2 하우징 부재(32)는 그 적당한 개소를 안쪽으로 또는 바깥쪽으로 돌출시키는 것에 의해, 양 부재(42, 32) 사이에 환형의 3개의 공간을 상하로 간격을 두고 형성하고, 그 3개의 공간에 하측의 구동 모터(M2), 클램프 기구(50), 하측의 베어링(B2)을 나누어 배치하고 있다.

하측의 구동 모터(M2)는 3개의 공간 중 상측의 공간에 배치되며, 상측의 구동 모터(M1)와 마찬가지로 모터 로터(M2a), 모터 스테이터(M2b), 스테이터 슬리브(M2c)로 구성되며, 각각을 마찬가지로 제2 하우징 슬리브(32b)를 개재시켜 제2 하우징 부재(32)에 고정하고, 제2 샤프트 슬리브(42c)를 개재시켜 제2 축부재(42)에 고정하고 있다.

또한 하측의 구동 모터(M2)에도 커넥터(c2)를 통하여 복수의 케이블(c21)을 접속하고 있다. 커넥터(c2)를 배치하기 위해서 제2 하우징 슬리브(32b)의 하면에 국부적으로 오목한 공간을 형성하고 있다. 또한 케이블(c21)을 통과시키기 위해서 케이블용 배선구멍(H2)을 제2 하우징 슬리브(32b), 제1 하우징 부재(31), 제1 하우징 슬리브(31b)의 각 내부에 축선방향을 따라 연통하여 형성하고 있다. 또한 제1 하우징 부재(31)는 그 하단부의 외주에 케이블(c21)에 통하는 외향창(31c)을 형성하고 있다. 외향창(31c)은 제1 하우징 부재(31)와 제2 하우징 슬리브(32b)를 연결한 후에 케이블(c21)을 케이블용 배선구멍(H2)에 통과시킬 때에 사용된다.

클램프 기구(50)는 3개의 공간 중 중간 공간에 배치되며, 회전축(40)을 상대적으로 조여 회전축(40)을 상대 회전할 수 없게 하는 클램프 슬리브(51)와, 클램프 슬리브(51)를 변형시키는 유체를 유도하는 수압부재(52)로 구성되며, 제2 하우징 부재(32)의 내주측에 수압부재(52), 클램프 슬리브(51)를 순차적으로 동심원상으로 배치하여 연결하고 있다. 클램프 슬리브(51)는 그 외주에 홈을 가지며, 그 홈에 의해 상하의 후육부(51a, 51a) 사이에 변형 가능한 박육부(51b)가 형성된다. 또한 그 홈과 수압부재(52)에 의해 박육부(51b)의 외측과 수압부재(52) 사이에 압력실(53)을 형성하고 있다. 그리고 클램프 슬리브(51)는 박육부(51b)를 제2 축부재(42)에 근접시켜 배치된다. 그리고, 수압부재(52)에는 그 내부에 압력실(53)로 통하는 유체 통로(54)가 형성되어 있고, 그 유체 통로(54)의 출구부(54a)가 압력실(53)로 개구되어 있다. 유체 통로(54)는 하우징 부재(31, 32)에 형성된 유체 유로이며 하우징 슬리브(31b)에서 외부로 통하는 유체 유로(도시하지 않음)로 통하고 있다. 그리고 유체 통로(54)에 유체를 공급함으로써 박육부(51b)를 소경 방향으로 변형시켜 제2 축부재(42)를 조여 회전축(40)을 회전 불가능한 상태로 유지한다.

하측의 베어링(B2)은 구체적으로는 3열 롤러 베어링(3열 원통 롤러 베어링/액시얼·래디얼 롤러 베어링이라고도 한다)을 채용하고 있다. 자세하게 말하면, 도 3에 나타내는 바와 같이 베어링(B2)(3열 롤러 베어링)은 내륜(B2a)과, 외륜(B2b)과, 내륜(B2a)과 외륜(B2b) 사이에 개재되는 복수의 원통 롤러(B2c)에 의해 구성된다. 내륜(B2a)을 복수의 부분들의 장착에 의해 편측 단면 U자형으로 바깥쪽으로 개구시켜 형성하고, 그 개구되는 홈부의 높이 중간부에 외륜(B2b)의 내주부를 배치하며, 내륜(B2a)을 회전축(40)에, 외륜(B2b)을 하우징(30)에 각각 연결하고, 외륜(B2b)의 상, 하, 내측에 원통 롤러(B2c)를 각각 배치하고, 상하의 원통 롤 러(B2c, B2c)로 액시얼 방향의 하중을 지지하며, 내측의 원통 롤러(B2c)로 래디얼 방향의 하중을 지지하고 있다. 내측의 원통 롤러(B2c)는 도시하지 않은 지지 부재에 의해 지지된다.

또한 회전축(40)의 회전량, 즉 제2 지지 헤드(11)의 각도 위치를 검출하기 위한 회전 검출기(60)가 하우징(30)(디스트리뷰터(R1))과 회전축(40)(회전 검출용 축부재(40a))의 상단에 베어링 등을 개재시켜 고정되어 있다. 회전 검출기(60)는 검출기 스테이터(61)를 디스트리뷰터(R1)에, 검출기 로터(62)를 회전 검출용 축부재(40a)의 상단부에 각각 고정하고 있다. 그리고 회전 검출기(60)의 검출 신호는 공작기계(1)의 제어장치에 보내져 제1 지지 헤드(11)의 회전 제어에 이용된다.

도 2은 제2 지지 헤드(20)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 이것은 하우징(30)과 회전축(40) 사이에 3개의 구동 모터(M1, M2, M3)를 C축방향으로 간격을 두고 직렬로 배치한 예이다. 또한 이 예에서도 각 구동 모터(M1, M2, M3)의 배치 개소에 대응시켜 하우징(30) 및 회전축(40)을 C축방향으로 3분할 가능하게 형성되어 있다. 즉 도 2에 나타내는 제2 지지 헤드(20)에서는 3개의 하우징 부재(31, 32, 33), 즉 제1, 제2, 제3 하우징 부재(31, 32, 33)를 C축방향을 따라 직선적으로 연결한 것을 채용하고, 각 하우징 부재(31, 32, 33)의 내측에 구동 모터(M1, M2, M3), 및 제1, 제2, 제3 축부재(41, 42, 43)를 대응시켜 각각 배치하며, 제1, 제2, 제3 축부재(41, 42, 43)를 C축방향을 따라 직선적으로 연결하고 있다.

이 경우의 제2, 제3 축부재(42, 43)는 상기 실시 형태의 제2 축부재(42)를 축선방향 중간부에서 분할하여 그 사이에 스페이서 축부재(42f)를 개재시켜 연결한 것에 상당하고, 제2, 제3 하우징 부재(32, 33)는 상기 실시 형태의 제2 하우징 부재(32)를 축선방향 중간부에서 분할하여 그 사이에 스페이서 슬리브(32d)를 개재시켜 연결한 것에 상당한다.

가장 하측의 구동 모터(M3)의 모터 로터(M3a), 모터 스테이터(M3b), 스테이터 슬리브(M3c)의 배치는 다른 구동 모터(M1, M2)와 동일하다. 또한 가장 하측의 구동 모터(M3)에 대한 커넥터(c3), 케이블(c31), 케이블용 배선구멍(H3)을 상기 실시 형태와 마찬가지로 형성하고, 중간의 케이블용 배선구멍(H2)과 가장 아래의 케이블용 배선구멍(H3)을 원주 방향으로 위치를 어긋나게 하여 형성하고 있다. 또한 제2 하우징 부재(32)의 하단부에 외향창(32e)을 제1 하우징 부재(31)의 외향창(31c)과 마찬가지로 형성하고 있다.

또한 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 특허 청구의 범위를 일탈하지 않는 한 여러 가지로 변경하는 것이 가능하다.

가장 하측(회전 구동 대상 부재측)의 베어링(B2)의 복렬형식의 롤러베어링은 상기 서술한 3열 원통 롤러베어링에 한정되지 않고, 복렬 원추 베어링 등의 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 다른 복렬 형식의 롤러베어링이어도 된다.

또한 도 2의 실시 형태에서는 상측과 중간의 구동 모터(M1, M2) 사이에 베어링을 배치하고 있지 않지만, 이 구동 모터(M1, M2) 사이에도 베어링을 배치하는 것이어도 된다. 또한 상측의 구동 모터(M1)의 상방에도 베어링을 배치해도 된다. 즉, 베어링의 수는 회전축(40)의 길이나 회전축(40)에 걸리는 부하에 따라 적당하게 설 정되는데, 본 발명에서는 복수의 베어링 중 가장 회전 구동 대상 부재측의 베어링 이외의 베어링은 그 중 적어도 하나가, 이간되어 직렬로 배치된 구동 모터 사이에 배치되어 있으면 된다. 예를 들면 3개의 베어링이 이용되는 경우에는, 가장 회전 구동 대상 부재측의 베어링 이외의 2개의 베어링은 그 중 적어도 1개가 구동 모터 사이에 배치되어 있으면 되고, 나머지 1개는, 3개 이상의 구동 모터가 채용되는 경우에서 구동 모터 사이에 배치되어도 되며, 회전 구동 대상 부재와는 반대측의 회전축(40)의 단부에 배치되는 것이어도 된다. 또한 3개 이상의 구동 모터가 채용되는 경우에서 각 구동 모터 사이에 모두 베어링을 배치하면 지지 강성이 더욱 높아지는 것은 말할 필요도 없는 것이다.

또한 가장 하측 이외의 베어링(B1)은 상기 서술한 크로스 롤러베어링에 한정되지 않고, 다른 베어링이어도 된다. 크로스 롤러베어링은 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 것이지만, 그와 같이 양 방향의 하중을 지지할 수 있는 것이 아니어도 되고, 가공용 헤드(8)가 장착되는 공작기계(1)의 형태에 따른 것으로 하면 된다. 예를 들면 공작기계(1)가 가로형의 머시닝 센터인 경우에는 회전축(40)의 C축방향은 수평 방향이 되므로, 래디얼 방향의 하중만을 지지할 수 있는 베어링(래디얼 베어링, 보다 구체적으로는 래디얼 니들베어링, 래디얼 볼베어링, 래디얼 롤러베어링 등)이어도 된다.

또한 공작기계(1)가 세로형의 머시닝 센터인 경우, 회전축(40)의 C축방향은 연직 방향이 되므로, 액시얼 방향의 하중만을 지지할 수 있는 베어링(액시얼 베어링, 스러스트 베어링, 보다 구체적으로는 스러스트 니들 베어링, 스러스트 볼베어 링, 스러스트 롤러베어링 등)이어도 된다.

또한 본 발명의 각도 분할 장치는 상기 서술한 5축 가공기 등에 한정되지 않으며, 예를 들어 워크가 재치되는 원테이블을 회전 구동하여 그 각도 위치를 분할하는 회전 테이블 장치에 적용해도 된다. 각도 분할 장치를 회전 테이블 장치로서 사용하는 경우, 원테이블이 본 발명에서 말하는 회전 구동 대상 부재가 된다.

또한 본 발명의 각도 분할 장치에 의하면, 사용되는 구동 모터의 수는 상기 서술에서 설명한 것에 한정되지 않고, 4개 이상의 구동 모터를 축선방향으로 이간시켜 직렬로 배치하는 것도 가능하다.

Claims (2)

1. 일단에 회전 구동 대상 부재(11)가 고정되는 회전축(40)과, 상기 회전축(40)을 지지하기 위해서 상기 외주를 적어도 둘러쌈과 함께 공작기계에 착탈할 수 있는 하우징(30)과, 상기 하우징(30)과 상기 회전축(40) 사이에 설치되는 베어링(B1, B2)과, 상기 하우징(30)과 상기 회전축(40) 사이에 설치됨과 함께 상기 회전축(40)을 회전 구동시켜 상기 각도 위치를 분할하는 구동 수단을 포함하며,

   상기 구동 수단으로서 상기 하우징(30) 내에서 상기 회전축(40)의 주위에 동심원상으로 배치된 모터 로터와 모터 스테이터로 이루어지는 구동 모터(M1, M2, M3)를 채용한 공작기계용 각도 분할 장치에 있어서,

   상기 구동 수단이 복수의 상기 구동 모터(M1, M2, M3)를 상기 회전축(40)의 축선방향으로 이간시켜 직렬로 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 공작기계용의 각도 분할 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베어링(B1, B2)을 상기 축선방향으로 이간시켜 복수 배치하고, 그 중 가장 회전 구동 대상 부재(11)측의 베어링(B2)에 액시얼 방향 및 래디얼 방향의 하중을 지지할 수 있는 복렬형식의 롤러베어링을 채용하고, 다른 베어링 중 적어도 하나가 상기 복수의 구동 모터(M1, M2, M3) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작기계용의 각도 분할 장치.

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