WO2008050508A1 - Dispositif de broche - Google Patents

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WO2008050508A1
WO2008050508A1 PCT/JP2007/062020 JP2007062020W WO2008050508A1 WO 2008050508 A1 WO2008050508 A1 WO 2008050508A1 JP 2007062020 W JP2007062020 W JP 2007062020W WO 2008050508 A1 WO2008050508 A1 WO 2008050508A1
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main shaft
collet
spindle
workpiece
compressed air
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PCT/JP2007/062020
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Hiroshi Terai
Takao Tatemi
Hidenori Sato
Hiroaki Kazama
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Tsugami Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a spindle device for gripping a collet.
  • Patent Document 1 discloses a spindle device of a disc spring type machine tool.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-319540 Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a spindle device capable of high-speed rotation while preventing workpiece deflection. It is another object of the present invention to provide a spindle device that can be miniaturized.
  • the spindle device includes a spindle having a hollow hole, a chuck portion that is connected to one end of the spindle and grips a workpiece, and is inserted into the hollow hole of the spindle, and the workpiece is inserted into the hole. Is inserted to prevent the workpiece from swinging along with the rotation of the main shaft, the pipe portion and the axis of the pipe portion coincide with the axis of the main shaft, and the pipe And a support portion that supports the pipe portion at one end of the main shaft so that one end of the portion protrudes from one end force of the main shaft and is positioned in the chuck portion.
  • the other end of the pipe portion protrudes from the other end of the main shaft, and the other end of the pipe portion may have a workpiece supply port through which the workpiece is supplied.
  • a spindle device includes a spindle that rotates about an axis as a center axis, and a chuck portion that is connected to one end of the spindle and grips a workpiece, and the chuck portion includes the workpiece And a cylinder for receiving a piston that operates in a direction of gripping the workpiece or in a direction of releasing the workpiece under the pressure of a pressurized fluid supplied through the inside of the main shaft. And a collet gripping means for applying a force for reducing the diameter of the collet in accordance with the operation of the piston.
  • the cylinder, the piston, and the collet gripping means facing each other in the axial direction of the main shaft have a substantially circular outline, and the center of the substantially circular outline is the main spindle. It is also possible to agree with the axial center.
  • the cylinder may be configured with a material force including aluminum.
  • a pressurized fluid pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the pressurized fluid fed toward the piston may be provided.
  • the spindle device As described above, according to the spindle device according to the present embodiment, the occurrence of swinging of the workpiece is suppressed as much as possible. Therefore, the workpiece can be rotated at high speed.
  • a chuck portion having various elements for gripping the collet is present on one end side of the main shaft. Therefore, the entire apparatus can be reduced in size.
  • FIG. 1 is a plan view showing a spindle device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a spindle device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a spindle device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an embodiment of a main spindle device that works on the present invention.
  • a chuck portion 10 for gripping the workpiece W is provided at the right end of the main housing 101 in the figure.
  • the workpiece W is rotated by a work rotation motor (not shown) as indicated by an arrow in the figure, and cutting or the like is performed on the work.
  • a secondary housing 105 is provided at the left end of the main housing 101 in the figure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the spindle device according to an embodiment of the present invention.
  • the spindle device according to the present embodiment includes various elements to be described later with the spindle 1 as the center.
  • the main shaft 1 has a substantially cylindrical shape.
  • compressed air flow paths 11 and 12 are formed inside the substantially cylindrical shape along the direction in which the axis of the main shaft 1 extends.
  • a work supply path 13 is formed inside the main shaft 1 along the direction in which the same axis extends.
  • the workpiece supply path 13 is arranged so that its axis coincides with the axis of the main shaft 1.
  • the compressed air flow paths 11 and 12 and the work supply paths 13 arranged so as to be sandwiched between these are formed in the axis 1 in parallel with each other.
  • the main shaft 1 is pivotally supported by a first bearing 102 and a second bearing 103.
  • the first bearing 102 and the second bearing 103 are respectively a first bearing housing 151 and a second bearing housing 152. Is held by.
  • the first bearing housing 151 and the second bearing housing 152 are held by the main housing 101.
  • the main shaft 1 is arranged so as to be fitted into a cylindrical space formed by the stator of the electric motor 104.
  • the main shaft 1 is provided with a rotor corresponding to the stator.
  • the main housing 101 is formed with a space for storing the electric motor 104. The electric power is applied to the main shaft 1 by the electric motor 104 to rotate about the axis.
  • a compressed air supply / discharge unit 501 having a substantially cylindrical hollow portion for housing the main shaft 1 is provided.
  • compressed air circulation pipes 502 and 503 are embedded.
  • the compressed air flow pipes 502 and 503 penetrate between the inner peripheral surface of the compressed air supply 'discharge unit 501 and the outer peripheral surface of the compressed air supply' discharge unit 501.
  • a compressed air flow passage 11 in the main shaft 1 is connected to the compressed air circulation pipe 502 via a rotary joint integral with the main shaft 1.
  • a compressed air flow path 12 in the main shaft 1 is connected to the compressed air circulation pipe 503 via the rotary joint.
  • a compressed air supply device 520 is connected to the respective openings 504 and 505 in the compressed air circulation pipes 502 and 503.
  • a pipeline is connected between the compressed air supply device 520 and the openings 504 and 505. This line is provided with air pressure reducing valves 521 and 522.
  • a sub housing 105 is provided on the left end side of the main shaft 1 in the drawing so as to cover the compressed air supply / discharge unit 501 from the left side in the drawing.
  • a steady pipe 71 is inserted in the work supply path 13 formed in the main shaft 1. This steadying pipe 71 will be described in detail later.
  • the position of the leftmost end in the drawing of the compressed air supply and discharge unit 501 described above substantially coincides with the position of the leftmost end in the drawing of the main shaft 1.
  • a chuck portion 10 is connected to the right end of the main shaft 1 in the figure via a flange portion 2.
  • This chuck part 10 has cylinder 3, pin Stones 311, 321, a cylindrical member 4, a collet gripping member 5, a collet 6, and the like are provided.
  • the flange portion 2 has a substantially disc shape.
  • the flange portion 2 is connected to the right end portion of the main shaft 1 with a screw 81 so that the axis of the flange portion 2 and the axis of the main shaft 1 are aligned.
  • compressed air connection paths 21 and 22 are formed inside the flange portion 2. These compressed air connections 21 and 22 are not in communication with each other. Among these, the compressed air connection path 21 is connected to the compressed air flow path 11 formed inside the main shaft 1.
  • the compressed air connection path 22 is connected to the compressed air flow path 12 (the connection portion is not shown).
  • the cylinder 3 is connected to the flange portion 2 as shown in FIG.
  • Cylinder 3 has a substantially cylindrical shape on the outside.
  • Cylinder 3 has pistons 311 and 321 inside. Further, inside the cylinder wall constituting the cylinder 3, the cylinder air flow paths 31 and 32 (see the upper side in the figure) connected to the compressed air connection path 22 and the compressed air connection path 21 are connected. An in-cylinder air flow path 33 (see the lower side in the figure) is formed.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the cross section of the right side portion of the main spindle device that is applied to one embodiment of the present invention.
  • the in-cylinder air flow path 31 is connected to a space 311R in contact with the right side surface of the piston 311 in the figure.
  • the cylinder air flow path 32 is connected to a space 321R in contact with the right side surface of the piston 321 in the figure.
  • the in-cylinder air flow path 33 is connected to a space 321L in contact with the left surface of the piston 321 in the figure.
  • a compressed air connection path 23 communicating with the compressed air connection path 21 is connected to a space 311L in contact with the left surface of the piston 311 in the drawing.
  • the compressed air connection path 23 is formed inside the flange portion 2 as with the other connection paths 21 and 22.
  • the compressed air can be fed into the space on the left or right side of the pistons 311 and 321 in the drawing. Depending on whether compressed air is sent to the gap, the pistons 311 and 321 move along either the left or right direction in the figure.
  • FIG. 3 the compressed air is sent to the space on the left side of the pistons 311 and 321 in the drawing. It is included. Therefore, the pistons 311 and 321 are shown moving to the right side in the figure.
  • the piston 311 and the piston 321 have a portion in contact with each other (see the right end surface of the piston 311 and the stepped portion on the left side of the piston 321 in the drawing).
  • one exercise helps the other. For example, when air is sent into the space 321R on the right side of the piston 321 in the figure, the piston 321 moves to the left side in the figure. Along with the movement of the piston 321, a force that moves to the left in the figure is applied to the piston 311.
  • a cylindrical member 4 having a substantially cylindrical shape is connected to the right end of the cylinder 3 in the drawing.
  • the hollow hole of the cylindrical member 4 communicates with the workpiece supply path 13 in the main shaft 1 described above.
  • a collet gripping member 5 having a substantially cylindrical shape is fitted into the hollow hole. Then, as shown in FIG. 2, the collet 6 is attached to the collet gripping member 5. The collet 6 further grips the workpiece W.
  • the operation of the collet gripping member 5 is interlocked with the operations of the pistons 311 and 321. That is, when the piston 311 or the piston 321 moves to the right in the figure, the collet gripping member 5 moves to the right and moves in the closing direction. As a result, a force acts on the collet 6 in the direction in which the collet 6 is reduced in diameter.
  • the workpiece W is gripped by the collet 6 or the chuck portion 10 if grasped more widely.
  • the configuration of the main shaft 1 on the left end side and the right end side in the drawing has been described, but in this embodiment, the one end force of the main shaft 1 is also applied to the other end, and the steadying pipe 71 is provided.
  • the steadying pipe 71 is accommodated in the work supply path 13 in the main shaft 1.
  • the leftmost end portion 71L of the steady rest pipe 71 in FIG. 2 (hereinafter simply referred to as “the leftmost end portion 71L”) is located on the portion of the main shaft 1 that extends further from the leftmost end in FIG. To position. That is, the steady rest pipe 71 protrudes from the leftmost end portion of the main shaft 1, and is attached to the sub housing 105. It penetrates the formed hole. The opening at the left end in the figure where the hole of the sub-housing 105 comes into contact with the outside is covered with a lid cover 110. Accordingly, the leftmost end portion 71L of the steady rest pipe 71 is also covered and supported by the lid cover portion 110.
  • a workpiece supply port 13A formed in the lid cover 110 is connected to the hollow space of the steadying nose 71.
  • a bar feeder (not shown) is provided on the left end side of the work supply port 13A in the drawing. The bar feeder supplies the bar-shaped workpiece W toward the workpiece supply port 13A.
  • the steady rest Neuve 71 also serves as a guide hole for supplying the workpiece W. Since the workpiece W is supplied through the hollow hole of the steady rest pipe 71, the workpiece W can be smoothly supplied to the collet 6. In addition, since the workpiece W is supplied through the hollow hole of the steady rest knob 71, it is not necessary to provide a supply member for supplying the workpiece W in particular.
  • a needle bearing 72 (needle roller bearing) is provided on the rightmost end side of the work supply path 13 in the drawing (that is, the rightmost end side of the main shaft 1).
  • the needle bearing 72 is configured to include an outer ring, a cage that supports the steady rest noise 71, and needle rollers between the outer ring and the cage.
  • the steady rest pipe 71 is pivotally supported by the one-dollar bearing 72.
  • the rightmost end portion 71R of the steady rest pipe 71 in the drawing (hereinafter, simply referred to as “the rightmost end portion 71R”) is located in a portion where the partial force at which the one-dollar bearing 72 is located further exceeds the right side in the drawing. This position is near the workpiece gripping part that grips the collet 6 workpiece.
  • the compressed air is fed into the compressed air circulation pipe 502 in the compressed air supply / discharge unit 501. Then, the compressed air passes through the compressed air circulation pipe 502 or less, the compressed air flow path 11, the compressed air connection paths 21 and 23, and the in-cylinder air flow path 33, and finally, in the drawings of the pistons 311 and 321.
  • the space on the left reaches 311L and 321L.
  • the pistons 311 and 321 receive pressure from the space on the left side in the figure and move to the right side in the figure. And in the figure of these pistons 311 and 321 Along with the movement to the right side, the collet gripping member 5 moves in the right direction in the figure. As a result, the collet 6 is gripped by the collet gripping member 5, and at the same time, the workpiece W is gripped by the collet 6.
  • air pressure reducing valves 521 and 522 are provided in the pipe line extending from the compressed air supply device 520. By adjusting the pressure of the compressed air to be fed by these air pressure reducing valves 521 and 522, it is possible to appropriately adjust the force for clamping the collet 6 or the workpiece W.
  • the operation in which the collet 6 releases the workpiece W is the reverse of that described above. That is, in the case of exerting force, the compressed air is fed into the compressed air flow pipe 503 in the compressed air supply / discharge unit 501. Then, this compressed air passes through the compressed air flow pipe 503, the compressed air flow path 12, the compressed air connection path 22, the in-cylinder air flow paths 31 and 32, and finally the piston 311 and 321 on the right side in the drawing. Spaces 311R and 321R are reached. As a result, the pistons 311 and 321 receive pressure from the space on the right side in the figure and move to the left side in the figure. As the pistons 311 and 321 move to the left side in the figure, the collet gripping member 5 moves in the left direction in the figure. As a result, collet 6 is released, and at the same time, work W is also released.
  • the spindle 1 can be rotated at high speed.
  • the mechanism related to the rotation of the main shaft 1 is basically composed of an element force having a cylindrical or disk shape.
  • the bearing is not loaded during both clamping and unclamping, high-speed rotation is possible in either state.
  • the toggle type even if the toggles are arranged at equal intervals in the circumferential direction, an unbalance of the mass arrangement is generated around the main shaft, so that it is difficult to rotate the main shaft at high speed. Even in the unclamped state, the toggle rattles, making it difficult to maintain a balance and also difficult to rotate at high speed.
  • the spindle device according to the present embodiment is extremely advantageous.
  • the cylinder 3 and the pistons 311 and 321 constituting the mechanism for gripping the collet 6 are present in the vicinity of the collet 6 (Fig. 2).
  • the cylinder 3, pistons 311 and 321, the collet gripping member 5, the collet 6, etc. are all arranged together on the right end side in the figure of the main shaft 1.) o Therefore, the entire apparatus is reduced in size. It is possible.
  • toggle type is difficult to downsize because it requires externally attached members such as an air cylinder and a lever connected to the air cylinder.
  • the length of the disc spring itself is relatively large, and it is difficult to reduce the size. Compared with these, this embodiment is very advantageous.
  • the spindle device of the present embodiment supports the steady-rest pipe 71-the provision of the one-dollar bearing 72 makes it possible to make the steady-state pipe 71 relatively long.
  • the tip end portion (the rightmost end portion 71R in the drawing in FIG. 2) of the steadying pipe 71 can be brought closer to the portion where the collet 6 grips the workpiece W. Therefore, the occurrence of swinging of the workpiece W can be extremely effectively prevented.
  • the steady rest nove 71 exists so as to cover almost the entire length of the collet gripping member 5 as shown in FIG. Therefore, the vibration of the collet gripping member 5 or the workpiece W can be reduced.
  • the cylinder 3 can be made of a material having a small specific gravity, such as an aluminum alloy. In such a case, the response speed when accelerating or decelerating the spindle 1 can be further increased, and it greatly contributes to high-speed rotation.
  • the cylinder 3 can also be composed of a titanium alloy. According to this, the cylinder 3 can be configured to be light and durable. Therefore, it helps to reduce the overall size of the device.
  • the compressed air flow paths 11 and 12 are formed in the spindle 1, and the compressed air supply, A discharge unit 501 is provided, and the rotary joint and the main shaft 1 are integrated. Therefore, a so-called air tube which has been conventionally used is no longer necessary, and accordingly, the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the compressed air is a power source for the pistons 311 and 321, but generally a pressurized fluid may be used.
  • pistons 311 and 321 are hydraulically driven.
  • the pressure of the pressurized fluid can be set to an appropriate value, one piston may be used! /.
  • the steadying pipe 71 is supported at one end of the main shaft 1.
  • a one-dollar bearing 72 was used as the supporting part.
  • the present invention is not limited to this.
  • a ball bearing can be used as a support portion that supports the steady-rest pipe 71 at one end of the main shaft 1.
  • a sliding bearing can be used as a support portion that supports the steady rest pipe 71 at one end of the main shaft 1.
  • the present invention can be used for a spindle device for rotating a workpiece at high speed. Further, the present invention can be used for a spindle device for reducing the size of the entire apparatus.

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Description

明 細 書
主軸装置
技術分野
[0001] 本発明は、コレットを把持するための主軸装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、主軸装置にぉ 、て、コレットをクランプする方式としては、トグルあるいはクラ ンパと呼ばれる部材を用いる方式がある。この方式は、トグルあるいはクランパにより 、コレットを引き込んだり、コレットを押し出して、コレットを縮径させて、ワークをクラン プするものである。以下、これらの方式を「トグル式」と呼ぶ。
[0003] また、その他にも、皿ばねの付勢力を用いる方式も提案されている。この方式は、 以下、「皿ばね式」と呼ぶ。例えば特許文献 1では、皿ばね式の工作機械の主軸装 置が開示されている。
[0004] し力しながら、上述のいずれの方式についても、(1)高速回転が困難、(2)小型化 が困難及び (3)チャッククランプ力の微調整が困難という難点がある。
[0005] トグル式において、(1)高速回転が困難であるのは、装置においてバランスが悪い 部分が存在するからである。また(2)小型化が困難であるのは、エアシリンダ等の装 置を、主軸の外付けの形で配置する必要があるから、装置を全体的に大型化してし まうためである。さらに、(3)トグル式では、一般に、薄肉のパイプ等を把持すると、薄 肉のパイプ等を潰してしまうおそれがある。そのためチャッククランプ力の微調整が困 難とされている。
[0006] 一方、皿ばね式において、(1)高速回転が困難であるのは、コレット近傍に皿ばね が設けられておらずバランスが悪い部分が存在するからである。また(2)小型化が困 難であるのは、十分なバばねの力を得るためには皿ばね自身を比較的長くする必要 があるためである。また、ピストン用軸受の存在も小型化を困難にする。さらに、(3) 皿ばねの枚数を減らすなどして、チャッククランプ力を弱めることができる。しかし一般 にチャッククランプ力の微調整は困難である。
特許文献 1:特開 2005— 319540号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ワークの振れを防止しながら高 速回転が可能である主軸装置を提供する。また、小型化が可能な主軸装置を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明にかかる主軸装置は、中空孔を有する主軸と、前記主軸の一端に接続され 、ワークを把持するチャック部と、前記主軸の中空孔内に差し込まれるとともに、孔内 に前記ワークが挿入されることで、前記主軸の回転に伴って発生する前記ワークの 振れ回りを防止する、パイプ部と、前記パイプ部の軸線が、前記主軸の軸線に一致 するように、かつ、前記パイプ部の一端が前記主軸の一端力 突出して前記チャック 部内に位置するように、前記パイプ部を前記主軸の一端において支持する支持部と 、を有することを特徴とする。
[0009] また、前記パイプ部の他端は前記主軸の他端力 突出しており、前記パイプ部の 他端に、前記ワークが供給されるワーク供給口を有するとすることも可能である。
[0010] また、本発明に力かる主軸装置は、軸線を中心軸として回転する主軸と、前記主軸 の一端に接続され、ワークを把持するチャック部と、を備え、前記チャック部は、前記 ワークを把持するコレットと、前記主軸の内部を経て供給される加圧流体の圧力を受 けて、前記ワークを把持する方向若しくは前記ワークを開放する方向に動作するビス トンを、その内部に収めるシリンダと、前記ピストンの動作に応じて当該コレットが縮径 するための力を与えるコレット把持手段と、を備えることを特徴とする。
[0011] また、前記ピストンは、前記シリンダの内部に少なくとも 2つ以上備えられているとす ることち可會である。
[0012] また、前記主軸の軸線方向に対向するよう臨んだ、前記シリンダ前記ピストン及び 前記コレット把持手段の外形は略円形状の輪郭であり、かつ、該略円形状の輪郭の 中心は前記主軸の軸心に一致するとすることも可能である。
[0013] また、前記シリンダはアルミニウムを含む材料力も構成されているとすることも可能で ある。 [0014] また、前記ピストンへ向けて送り込む前記加圧流体の圧力を調整する加圧流体圧 力調整部を備えているとすることも可能である。
発明の効果
[0015] 以上のように、本実施形態に係る主軸装置によれば、ワークの振れ回りの発生が極 力抑制される。だから、ワークの高速回転が可能である。
また、コレットを把持するための各種要素を備えるチャック部が主軸の一端の側に 存在している。そのため、装置全体の小型化が可能である。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の一実施形態に係る主軸装置を示す平面図である。
[図 2]本発明の一実施形態に係る主軸装置を示す断面図である。
[図 3]本発明の一実施形態に係る主軸装置を示す断面図である。
符号の説明
[0017] 1 主軸
2 フランジ咅
3 シリンダ
4 円筒部材
5 コレット把持部材
6 コレット
10 チャック咅
11 圧搾空気流路
12 圧搾空気流路
13 ワーク供給路
71 振れ止めパイプ
72 ニードルベアリング
101 主ハウジング
102
103 第 2軸受 105 副ハウジング
151 第 1軸受ハウジング
152 第 2軸受ハウジング
311 ピストン
321 ピストン
501 圧搾空気供給 ·排出ユニット
502 圧搾空気流通管
503 圧搾空気流通管
521 エア減圧弁
522 エア減圧弁
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図 1は、本発明に力かる主軸装置の一実施形態に力かる平面図である。主ハウジン グ 101の図右側端部には、ワーク Wを把持するチャック部 10が設けられている。ヮー ク Wは図中にて矢印でしめされるように、ワーク回転モータ(図示されず)で回転され 、ワークに対して切削等が行われる。主ノヽウジング 101の図左側端部には副ハウジン グ 105が設けられている。
[0019] 図 2は、本発明に係る主軸装置の一実施形態に力かる断面図である。本実施形態 に係る主軸装置は、主軸 1を中心として、後述する各種要素を備えている。主軸 1は 、図 2に示すように、略円柱状の形態をもつ。主軸 1には、その略円柱形状の内部に 、該主軸 1の軸線の延びる方向に沿って圧搾空気流路 11及び 12が形成されている 。また、主軸 1の内部には、同じぐ軸線の延びる方向に沿ってワーク供給路 13が形 成されている。このワーク供給路 13は特に、その軸線が主軸 1の軸線に一致するよう に配置されている。以上のように、軸線 1の内部には、圧搾空気流路 11及び 12、並 びにこれらに挟まれるようにして配置されるワーク供給路 13が、それぞれ相互に平行 に形成されている。
[0020] 主軸 1は、第 1軸受 102及び第 2軸受 103によって軸支されている。第 1軸受 102及 び第 2軸受 103は、それぞれ、第 1軸受ハウジング 151及び第 2軸受ハウジング 152 によって保持されている。そして、これら第 1軸受ハウジング 151及び第 2軸受ハウジ ング 152は、主ハウジング 101に保持されて!、る。
[0021] また、主軸 1は、電動機 104のステータが形作る円柱空間に嵌め込められるようにし て配置されて 、る。主軸 1には前記ステータに対応するようにロータが備えられて 、る 。主ノヽウジング 101には、この電動機 104を収納するための空間が形成されている。 主軸 1には、この電動機 104によって、その軸線を中心として回転する動力が与えら れる。
[0022] 以下、まず主軸 1の図中左端側に位置する構成について説明する。次に、主軸 1の 図中右端側に位置する構成について説明する。
[0023] 主軸 1の図中左端側には、該主軸 1を収めるための略円柱状の中空部をもつ圧搾 空気供給 ·排出ユニット 501が備えられている。圧搾空気供給 ·排出ユニット 501には 、圧搾空気流通管 502及び 503が埋め込まれている。圧搾空気流通管 502及び 50 3は、圧搾空気供給'排出ユニット 501の内周面と圧搾空気供給'排出ユニット 501の 外周面との間を貫通する。
[0024] 圧搾空気流通管 502には、主軸 1内の圧搾空気流路 11が、主軸 1と一体的な回転 継手を介して接続される。圧搾空気流通管 503には、前記回転継手を介して主軸 1 内の圧搾空気流路 12が接続される。圧搾空気流通管 502及び 503におけるそれぞ れの開口部 504及び 505には、圧搾空気供給装置 520が接続されている。そして、 この圧搾空気供給装置 520と、開口部 504及び 505との間には管路が接続されてい る。この管路にはエア減圧弁 521及び 522が備えられて 、る。
[0025] また、主軸 1の図中左端側には、圧搾空気供給 ·排出ユニット 501を図中左側から 覆うようにして副ハウジング 105が備えられている。この副ハウジング 105の内部には 、主軸 1内に形成された前記ワーク供給路 13に収められて 、る振れ止めパイプ 71が 貫通している。この振れ止めパイプ 71については、後に詳しく説明することにする。 なお、本実施形態においては、前述の圧搾空気供給'排出ユニット 501の図中最左 端部の位置は、主軸 1の図中最左端部の位置とほぼ一致する。
[0026] 主軸 1の図中右端側の構成について説明する。主軸 1の図中右端側には、フラン ジ部 2を介して、チャック部 10が接続されている。このチャック部 10は、シリンダ 3、ピ ストン 311, 321、円筒部材 4、コレット把持部材 5及びコレット 6等を備えている。
[0027] フランジ部 2は、図 2に示すように、略円板形状をもつ。このフランジ部 2は、該フラン ジ部 2の軸線と主軸 1の軸線とがー致するように、該主軸 1の図中右端部にねじ 81に よって接続されている。フランジ部 2の内部には、圧搾空気接続路 21及び 22が形成 されている。これら圧搾空気接続路 21及び 22は相互に連通していない。このうち圧 搾空気接続路 21は、主軸 1の内部に形成された前記圧搾空気流路 11に接続されて いる。また、圧搾空気接続路 22は、圧搾空気流路 12に接続されている(その接続部 分は図示されていない。 ) o
[0028] シリンダ 3は、図 2に示すように前記フランジ部 2に接続されている。シリンダ 3は外 形的には略円柱形状を有する。シリンダ 3は、その内部にピストン 311及び 321を収 めている。また、このシリンダ 3を構成するシリンダ壁の内部には、前述の圧搾空気接 続路 22に接続されるシリンダ内空気流路 31及び 32 (図中上側参照)、並びに圧搾 空気接続路 21に接続されるシリンダ内空気流路 33 (図中下側参照)が形成されてい る。
[0029] 図 3は、本発明の一実施形態に力かる主軸装置の右側部分の断面を拡大したもの である。シリンダ内空気流路 31は、ピストン 311の図中右側の面に接する空間 311R に接続されている。また、シリンダ内空気流路 32は、ピストン 321の図中右側の面に 接する空間 321Rに接続されている。
[0030] また、シリンダ内空気流路 33は、ピストン 321の図中左側の面に接する空間 321L に接続されている。さらに、ピストン 311の図中左側の面に接する空間 311Lには、前 述の圧搾空気接続路 21に連通する圧搾空気接続路 23が接続されている。この圧搾 空気接続路 23は、他の接続路 21及び 22と同様、フランジ部 2の内部に形成されて いる。
[0031] このような構成により、ピストン 311及び 321の図中左側又は右側の空間に圧搾空 気を送り込むことが可能となって 、る。 、ずれの空間に圧搾空気を送り込むかによつ て、ピストン 311及び 321は、図中左右いずれかの方向に沿った運動を行うことにな る。
[0032] なお、図 3においては、ピストン 311及び 321の図中左側の空間に圧搾空気が送り 込まれている。そのため、ピストン 311及び 321が、図中右側に移動している状態が 示されている。
この際、ピストン 311及びピストン 321は、図 3に示すように相互に接触する部分 (ピ ストン 311の図中右端面及びピストン 321の図中左側の段差部分参照)をもっている 。そのため、一方の運動が他方の運動を助ける。例えば、ピストン 321の図中右側の 空間 321Rに空気が送り込まれれば、該ピストン 321は図中左側へと移動する。この ピストン 321の運動に伴って、ピストン 311には図中左側へと移動する力が加わる。
[0033] 図 2において、シリンダ 3の図中右端には、略円筒形状をもつ円筒部材 4が接続さ れている。この円筒部材 4の中空孔は、前述の主軸 1内のワーク供給路 13と連通す る。また、この中空孔には略円筒形状をもつコレット把持部材 5が嵌装されている。そ して、図 2に示すように、コレット把持部材 5にコレット 6が装着される。コレット 6は更に 、ワーク Wを把持する。
[0034] コレット把持部材 5の動作は、ピストン 311及び 321の動作に連動している。すなわ ち、ピストン 311あるいはピストン 321が図中右側へと移動する際には、該コレット把 持部材 5は右側へ動き、閉じる方向に動作する。これにより、コレット 6には該コレット 6 が縮径する方向へと力が作用する。そしてワーク Wは、コレット 6、ないしは、より広く 捉えればチャック部 10によって把持される。
[0035] また、前記とは逆に、ピストン 311あるいはピストン 321が図中左側へと移動する際 には、コレット把持部材 5は左側へ動き、開く方向に動作する。そして、コレット把持部 材 5がこのような動作を行うとき、コレット 6は該コレット 6自身の弾性力によって自然に 拡径する。これにより、ワーク Wは、該コレット 6、ないしは、より広く捉えればチャック 部 10から解放される。
[0036] 以上、主軸 1の図中左端側及び右端側の構成について説明したが、本実施形態で は、主軸 1の一端力も他端にかけて、振れ止めパイプ 71が備えられている。この振れ 止めパイプ 71は、主軸 1内の前記ワーク供給路 13の内部に収められている。
[0037] 振れ止めパイプ 71の図 2中最左端の部分 71L (以下、単に「最左端部分 71L」とい う。)は、主軸 1の図 2中最左端から更に図中左側に超えた部分に位置する。つまり、 振れ止めパイプ 71は主軸 1の最左端部から突出しており、前記副ハウジング 105に 形成された孔部を貫通している。この副ハウジング 105の孔部が外部と接触する図 中左端の開口部は、蓋覆部 110によって覆われている。これにより、振れ止めパイプ 71の最左端部分 71Lも蓋覆部 110によって覆われ支持されている。そして蓋覆部 1 10に形成されたワーク供給口 13Aが、振れ止めノィプ 71の中空空間に接続されて いる。ワーク供給口 13Aの図中左端側には、図示しないバーフィーダが備えられて いる。バーフィーダは、ワーク供給口 13Aに向かって、棒状のワーク Wを供給する。こ のようなことから、振れ止めノイブ 71は、ワーク Wを供給するための案内孔の役割を ももつ。振れ止めパイプ 71の中空孔を通してワーク Wが供給されるから、コレット 6へ のワーク Wのスムーズな供給を可能とする。また、振れ止めノィプ 71の中空孔を通し てワーク Wが供給されるから、特にワーク Wを供給するための供給部材を設ける必要 がない。
[0038] 他方、ワーク供給路 13の図中最右端側 (すなわち、主軸 1の最右端側)にはニード ルベアリング 72 (針状ころ軸受)が備えられている。ニードルベアリング 72は、外輪と 、振れ止めノイブ 71を支える保持器と、外輪と保持器との間にある針状ころと、を有 して構成される。振れ止めパイプ 71は、この-一ドルベアリング 72によって軸支され ている。振れ止めパイプ 71の図中最右端の部分 71R (以下、単に「最右端部分 71R 」という。)は、この-一ドルベアリング 72の位置する部分力も更に図中右側に越えた 部分に位置する。この位置は、前記コレット 6のワークを把持するワーク把持部近くで ある。
[0039] 次に、図 2を用いて上述した構成の主軸装置の動作を説明する。
まず、コレット 6がワーク Wを把持する動作を説明する。この場合、コレット把持部材 5を閉じる方向に動作させる必要があるから、ピストン 311及びピストン 321を、図中 右側へと移動する必要がある。したがって、力かる場合においては、圧搾空気供給 · 排出ユニット 501内の圧搾空気流通管 502に圧搾空気を送り込む。すると、この圧搾 空気は、当該圧搾空気流通管 502以下、圧搾空気流路 11、圧搾空気接続路 21及 び 23、シリンダ内空気流路 33を経て、最終的に、ピストン 311及び 321の図中左側 の空間 311L、 321Lに至る。これにより、ピストン 311及び 321は図中左側の空間か ら圧力を受けて、図中右側へと移動する。そして、このピストン 311及び 321の図中 右側への移動に伴って、コレット把持部材 5が図中右側の方向へと移動する。これに より、コレット 6はコレット把持部材 5により把持され、これと同時にワーク Wもコレット 6 により把持される。
[0040] 圧搾空気供給装置 520から延びる管路においては、エア減圧弁 521及び 522が 備えられている。これらエア減圧弁 521及び 522によって、送り込まれる圧搾空気の 圧力を調整することで、コレット 6、あるいはワーク Wをクランプする力を適度に調整す ることが可能である。
[0041] 他方、コレット 6がワーク Wを解放する動作は上に述べたのと逆になる。すなわち、 力かる場合においては、圧搾空気供給'排出ユニット 501内の圧搾空気流通管 503 に圧搾空気を送り込む。すると、この圧搾空気は、当該圧搾空気流通管 503、圧搾 空気流路 12、圧搾空気接続路 22、シリンダ内空気流路 31及び 32を経て、最終的に 、ピストン 311及び 321の図中右側の空間 311R、 321Rに至る。これにより、ピストン 311及び 321は図中右側の空間から圧力を受けて、図中左側へと移動する。そして 、このピストン 311及び 321の図中左側への移動に伴って、コレット把持部材 5が図 中左側の方向へと移動することになる。これにより、コレット 6は解放され、これと同時 にワーク Wもまた解放されることになる。
[0042] 以上のような構成をもつ、本実施形態の主軸装置によれば、次のような効果が奏さ れる。
まず、第 1に、主軸 1の高速回転が可能である。これは、主軸 1の回転に関わる機構 が基本的に円柱、円板形状の形態をもつ要素力も構成されているからである。また、 クランプ時、アンクランプ時の双方で軸受に負荷がかからないため、いずれの状態で も高速回転が可能である。一方、トグル式では、トグルが仮に円周方向に等間隔で配 置されたとしても、質量配置のアンバランスを主軸周囲に生じさせるから、主軸の高 速回転が困難である。また、たとえ、アンクランプ状態においても、トグルががたつくた め、バランスを保つことが困難となり、やはり高速回転が困難である。また、皿ばね式 においても、コレット近傍に皿ばねが設けられておらずバランスが悪いから、高速回 転は困難である。トグル式や皿ばね式と比較すると、本実施形態にかかる主軸装置 は極めて有利である。 [0043] 第 2に、本実施形態に係る主軸装置によれば、コレット 6を把持するための機構を構 成するシリンダ 3並びにピストン 311及び 321が、当該コレット 6の近傍に存在する(図 2に示すように、シリンダ 3、ピストン 311及び 321、コレット把持部材 5、コレット 6等は 、すべて主軸 1の図中右端側にまとめて配置されている。 ) oそのため、装置全体を小 型化することが可能となっている。この効果は特に、トグル式及び皿ばね式の主軸装 置と比較すると、より明瞭となる。すなわち、トグル式では、いわば外付けとなる、エア シリンダ、該エアシリンダに接続されるレバー等の部材が必要であることから小型化 が困難である。また、皿ばね式では、皿ばね自身の長さが比較的大きくなつてしまつ て小型化が困難である。これらと比較すると、本実施形態は極めて有利である。
[0044] なお、コレット 6の近傍にシリンダ 3並びにピストン 311及び 321が存在するということ は、力の伝達が効率的に行われることを意味する。この点でも、本実施形態は特有の 効果を奏すると 、うことができる。
[0045] 第 3に、本実施形態に係る主軸装置によれば、コレット 6ないしワーク Wのクランプ 力の微調整が容易にできる。これは、圧搾空気供給装置 520から供給される加圧流 体により、ワーク Wを挟むコレット 6に力かる力を無限段階で微調整できるからである。 この点についても、トグル式では、薄肉ワークの把持が困難であること、また皿ばね式 でも、皿ばねの枚数の段階でのクランプ力の調整ができず、皿ばねの付勢力調整が 困難であることと比較すると、本実施形態は極めて有利である。
[0046] さらに第 4に、本実施形態の主軸装置は、振れ止めパイプ 71を支える-一ドルベア リング 72を備えることによって、該振れ止めパイプ 71を比較的長くすることができる。 その結果、該振れ止めパイプ 71の先端部分(図 2でいえば、図中最右端部分 71R) を、ワーク Wをコレット 6が把持する部分に近づけることができる。したがって、ワーク Wの振れ回りの発生を極めて効果的に防止することができる。
[0047] また、本実施形態においては特に、振れ止めノイブ 71は、図 2に示すようにコレット 把持部材 5の長さ全体を殆どカバーするように存在する。そのため、当該コレット把持 部材 5、あるいはワーク Wの振動を減少することができる。
[0048] 以上により、本実施形態の主軸装置によれば、より精密、正確な加工を実施するこ とができる。また、上述のように、ワーク Wの振れ回りの発生を極力防止し、コレット把 持部材 5の振動を効果的に抑制する、振れ止めパイプ 71の存在は、主軸 1の高速回 転を実現する上で大きな貢献をなす。
[0049] 力!]えて、第 5に、コレット 6を把持するための機構を構成するシリンダ 3の内部には、 2つのピストン 311及び 321が備えられている。そのため、仮にピストンが 1つしか存 在しない場合に比べると、圧搾空気による力を受け止めるピストンの断面積の大きさ は明らかに増大する。したがって、本実施形態では、コレット 6を把持する力が増大す る。
[0050] また、 2つのピストン 311及び 321を備えることで、十分なクランプ力を発生させるこ とができる。そのため、シリンダ 3の外径は小さくすることができ、チャック部 10全体の イナ一シャを小さくすることができる。したがって、主軸 1を加速あるいは減速する際の 応答速度を速くすることができ、高速回転できる。これはもちろん、装置全体の小型 化にも貢献する。
[0051] なお、シリンダ 3を、例えばアルミニウム合金等の比重の小さ!/、材料から構成できる 。かかる場合、主軸 1を加速あるいは減速する際の応答速度を更に高めることができ 、また高速回転にも大きく資する。またシリンダ 3を、チタン合金で構成することも可能 である。これによればさらにシリンダ 3を軽量かつ耐久性を有して構成できる。そのた め、装置全体の小型化にも役立つ。
[0052] さらに加えて、第 6に、本実施形態の主軸装置では、図 2を参照して説明したように 、主軸 1に圧搾空気流路 11及び 12が形成されるとともに、圧搾空気供給,排出ュニ ット 501が備えられており、回転継手と主軸 1とが一体ィ匕されている。したがって、従 来用いられている、いわゆるエアーチューブは必要でなくなり、その分装置構成の簡 略化、安価化を図ることができる。
[0053] なお、本発明は上記実施形態にかかわらず、種々の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態では、圧搾空気がピストン 311及び 321の動力源となって いるが、一般に加圧流体であればよい。例えば、ピストン 311及び 321を油圧駆動と するが如くである。
[0054] また、加圧流体の圧力を適切な値にできれば、ピストンは 1つでもよ!/、。
[0055] また、上述の実施の形態では、振れ止めパイプ 71を主軸 1の一端において支持す る支持部として-一ドルベアリング 72を用いた。しかし、これに限定されず、例えば、 振れ止めパイプ 71を主軸 1の一端にぉ 、て支持する支持部としてボールべァリング を用いることも可能である。また、振れ止めパイプ 71を主軸 1の一端において支持す る支持部として、滑り軸受を用いることも可能である。
[0056] 本出願 ίま、 2006年 10月 26曰【こされた、 曰本国特許出願特願 2006— 291207【こ 基づく。本明細書中に、その明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照して取り組 むものとする。
産業上の利用可能性
[0057] 本発明は、ワークを高速回転するための主軸装置に利用できる。また、本発明は、 装置全体を小型化するための主軸装置に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 中空孔を有する主軸(1)と、
前記主軸(1)の一端に接続され、ワーク (W)を把持するチャック部(10)と、 前記主軸( 1)の中空孔内に差し込まれるとともに、孔内に前記ワーク (W)が挿入さ れることで、前記主軸の回転に伴って発生する前記ワーク (W)の振れ回りを防止す る、パイプ部(71)と、
前記パイプ部(71)の軸線が、前記主軸(1)の軸線に一致するように、かつ、前記 パイプ部(71)の一端が前記主軸(1)の一端から突出して前記チャック部(10)内に 位置するように、前記パイプ部(71)を前記主軸(1)の一端にお 1、て支持する支持部
(72)と、
を有することを特徴とする主軸装置。
[2] 前記パイプ部(71)の他端は前記主軸(1)の他端力 突出しており、
前記パイプ部(71)の他端に、前記ワーク (W)が供給されるワーク供給口を有する ことを特徴とする請求項 1記載の主軸装置。
[3] 軸線を中心軸として回転する主軸(1)と、
前記主軸(1)の一端に接続され、ワーク (W)を把持するチャック部(10)と、を備え 前記チャック部(10)は、
前記ワーク (W)を把持するコレット(6)と、
前記主軸(1)の内部を経て供給される加圧流体の圧力を受けて、前記ワークを把 持する方向若しくは前記ワークを開放する方向に動作するピストン(311、 321)を、 その内部に収めるシリンダ(3)と、
前記ピストン(311、 321)の動作に応じて当該コレット(6)が縮径するための力を与 えるコレット把持手段(5)と、
を備えることを特徴とする主軸装置。
[4] 前記ピストン(311、 321)は、前記シリンダ(3)の内部に少なくとも 2つ以上備えられ て ヽることを特徴とする請求項 3記載の主軸装置。
[5] 前記主軸(1)の軸線方向に対向するよう臨んだ、前記シリンダ(3)、前記ピストン(3 11、 321)及び前記コレット把持手段の外形は略円形状の輪郭であり、かつ、 該略円形状の輪郭の中心は前記主軸(1)の軸心に一致することを特徴とする請求 項 3記載の主軸装置。
[6] 前記シリンダ (3)はアルミニウムを含む材料力 構成されて ヽることを特徴とする請 求項 3記載の主軸装置。
[7] 前記ピストン(311、 321)へ向けて送り込む前記加圧流体の圧力を調整する加圧 流体圧力調整部(521)を備えていることを特徴とする請求項 3記載の主軸装置。
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