WO2004112999A1 - 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

工作機械の主軸装置

技術分野

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ツ 明

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 ドなどの田繋止部材を ドローパーの先端に設 けたコレツ トで把持し、 皿ばねなどの弾性部材の付勢力でドローパ 一を引き込んで、 回転主軸の先端部に工具やワークパレツ トを装着 する主軸装置に関する。

背景技術

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ツ 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— 4 9 8 4 3号公報の図 1や米国特許第 5 2 2 2 2 8 5号の図 7に記載されている。 工具又はワークパレツ 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 ドローパ 一と、 ドロ一パーに付勢力を与える皿ばねとで構成されている。 ド ローパーの先端部にコ レッ トが設けられ、 工具又はワークパレツ ト に取り付けられたプルスタツ ドを把持する。 ドローパーに同心的に 装着された複数枚の皿ばねは、 協働して ドローパーに付勢力を与え 、 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 はワークパレツ 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 ドローパーを前方に押し 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ツ 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、 ドローパ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、 ダリースを充填するダリース充填方式、 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 の寿命が短くなつていた。 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、 ドローパーを前後 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。 発明の開示

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 はワークパレツ 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 ヮ—タパレ ツ トを繋止する ドローパー及び該ドローパーを後方に引 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、 前記ドローパーを前方に押し出して工具又はワークパレ ツ 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、 かつ前記ドローパ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、 前記ドローパ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 、 かつドローパ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、 ドローパ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、 前記ドローパー 9の支持軸部 1 9が嵌合 する前方側軸受シリ ンダ部 2 1の内径寸法と、 前記ドローパー 9に 固定された軸カラー 3 3が嵌合する後方側軸受シリ ンダ部 3 9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、 前記ドローパー 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 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 1 8 0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。 図面の簡単な説明

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ツ トのテーパシャンク 6を装着するテーパ穴 5 a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ツ 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に揷通さ れたドローパー 9 と、 該ドローパー 9に装着された複数の皿ばねよ り成る皿ばね集成体 1 1 とを具備している。 より詳細には、 皿ばね 集成体 1 1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 ドローパー 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 1 1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 1 1の前方の端部 （図 1 において 左端） はカラー 1 3を介して主軸 5の当接部 1 7に当接されている 。 カラー 1 3には潤滑油が通過するた.めの孔 1 5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 6 1又は 6 3を用い て行ない、 通常は通路 6 1、 6 3はねじ栓 6 7でふさがれている。

ド口一パー ₉の前方側に設けられた支持軸部 1 9は、 主軸 5の中' 空部內 7に設けられた前方側軸受シリ ンダ部 2 1 に軸方向にスライ ド可能に軸承されている。 支持軸部 1 9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 1 9 aが 形成されており、 その周溝 1 9 aに Oリ ングが装着されている。 ド 口一パー 9の先端部 2 3にはコレッ ト 2 5が設けられ、 工具又はヮ 一タパレツ トに取り付けられたプルスタツ ド 2 7を把持する。 ドロ 一パー 9及び皿ばね集成体 1 1はクランプ手段を構成し、 工具又は ワークパレツ トを主軸 5の先端部にクランプする。

皿ばね集成体 1 1の後方の端部 （図 1において右端） はカラー 3 1 を介して軸カラー 3 3に当接されており、 軸カラー 3 3はナツ ト 3 5よって ドローパー 9に固定されている。 ドローパー 9に固定さ れた軸カラー 3 3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 3 7 の内面 3 9 にスライ ド可能に 軸承されている。 軸受 3 7は、 また、 カラー 3 1が当接して ドロー パー 9の後端方向への移動を制限するス ト ツパを形成している。 軸 カラー 3 3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 3 3 aが形成されており、 その 周溝 3 3 aに Oリ ングが装着されている。

皿ばね集成体 1 1は、 予圧をかけて ドロ一パー 9に装着されてお り 、 皿ばね集成体 1 1 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 口一パー 9の後端部 4 1の後方には、 シリ ンダ 4 3及びピス ト ン 4 5からなるアンクランプ手段がハウジング 1 に敢り付けられている 。 ピス ト ン 4 5が ドローパー 9の後端部 4 1 を前方へ押して、 コレ ッ ト 2 5がプルスタッ ド 2 7を解放することにより、 工具又はヮー クパレツ 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 ドローパー 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 2 1 と後方側軸 受シリ ンダ部 3 9の内径寸法が同一寸法に作られている。 ドローパ 一 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、 ドローパー 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。 ド口一パー 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ツ 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 ド口一パー 9に交互に背 中合わせに組み入れられた皿ばね集成体 1 1によって、 所定のクラ ンプカを以て 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 6 1及び 6 3を有して いる。 通路 6 1及び 6 3は、 主軸 5の先端面 5 b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 1 8 0度離 れた角度位置に配置されている。 特に、 通路 6 1及び 6 3の主軸 5 の油溜り室内に開口する内側開口部 6 1 a、 及び 6 3 aが、 主軸 5 の周方向に略 1 8 0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 6 1 を潤滑油通路、 通路 6 3を空気通路 と して説明する。 潤滑油通路 6 1及び空気通路 6 3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 6 5又はねじ 栓 6 7を螺合可能となっている。 管継手 6 5には、 チューブ 6 9を 介して潤滑油充填手段と しての注射器式の容器 7 1 を接続すること ができる。 注射器式の容器 7 1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 6 1及び空気通路 6 3の先端部 分にはねじ栓 6 7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 6 1が下側に、 空気通路 6 3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 6 1からねじ栓 6 7を取り外した後に空気通路 6 3からねじ栓 6 7 を取り外す。 空気通路 6 3のねじ栓 6 7 を取り外すと、 空気通路 6 3から空気を吸い込みながら、 潤滑油通路 6 1から古い潤滑油が排 出され、 パッ 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 6 1の先端に管継手 6 5を螺合し、 該管継手 6 5に注射器式の容器 7 1 に繋がれているチューブ 6 9を接続する 。 そして注射器式の容器 7 1のビス トン 7 3を押し込むことによ り 、 注射器式の容器 7 1 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 6 3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 6 3にねじ栓 6 7を螺合 して、 空気通路 6 3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 6 1から流出しないようにする。 次いで、 管継手 6 5を取り外し代わりにねじ栓 6 7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、 容易にェ 作機械の使用現場で行える。 注射器式の容器 7 1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 6 1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 6 3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。 ドローパー 9の後方部に軸カラー 5 1がナツ ト 5 5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 5 4が設けられている。 軸力 ラー 5 1 のリ ング状突起 5 3は、 主軸 5の中空部内 7の後方側軸受 シリ ンダ部 5 4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 5 7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、 ドローパー 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 2 1の内径寸法と後方側軸受シリ ン ダ部 5 4の内径寸法とが異なっている。 一般的には、 皿ばね集成体 1 1などの部品を挿入するため、 後方側軸受シリ ンダ部 5 4の内径 寸法が、 前方側軸受シリ ンダ部 2 1 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、 ドローパー 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、 ドローパー 9を前方に移動すると油溜 り室の容積は小さくなり、 ドローパー 9を後方に移動すると油溜り 室の容積は大きくなる。 ドローパー 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、 油溜り室をダリ一ス又は潤滑油 によ り完全に充満させておく ことができない。 また、 ドローパー 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、 かつドローパー 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 一パー 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、 ドローパー 9や皿ばね集成体 1 1 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

1 . 主軸の先端部に工具又はワークパレツ 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 ドローパー及び該ド青ローパ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、 前の記ドローパーを前方に押し出して 工具又はワークパレツ 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囲り室に形成して、 かつ前 記ド口一パ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、 前記ドローパ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、 前記ドローパー 9の支持軸部 1 9が嵌合す る前方側軸受シリ ンダ部 2 1 の内径寸法と、 前記ドローパー 9に固 定された軸カラー 3 3が嵌合する後方側軸受シリ ンダ部 3 9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 1 8 0度離れて設けられる請求項 1又は 2に記載のェ 作機械の主軸装置。