特許 5676893 主軸ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5676893

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月25日

(54)【発明の名称】主軸ユニット

(51)【国際特許分類】

   B23B 19/02 20060101AFI20150205BHJP

【ＦＩ】

   B23B19/02 A

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-60790(P2010-60790)

(22)【出願日】2010年3月17日

(65)【公開番号】特開2010-247323(P2010-247323A)

(43)【公開日】2010年11月4日

【審査請求日】2013年1月10日

(31)【優先権主張番号】特願2009-77927(P2009-77927)

(32)【優先日】2009年3月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000152675

【氏名又は名称】コマツＮＴＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】塩崎 圭輔

(72)【発明者】

【氏名】高瀬 亮

(72)【発明者】

【氏名】廣島 康司

【審査官】 大川 登志男

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−１７０２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２７２４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１４２１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０７−０３１２５３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ １９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主軸と、これを回転させるビルトインモータとを備えた主軸ユニットにおいて、
前記主軸を主軸ベアリングを介して回転可能に支持する主軸ハウジングと、前記ビルトインモータを収容するモータハウジングを支持するベース部材とを別体で形成し、
前記主軸ハウジングと前記ベース部材とを断熱部材を介して連結するとともに、
前記断熱部材は、ワッシャ形状を呈し、前記主軸ハウジングを前記ベース部材に固定するためのボルトが挿通しているとともに、前記主軸ハウジングの外周方向に沿って所定のピッチで設けられており、
前記断熱部材が介在される前記主軸ハウジングと前記ベース部材間に、前記主軸ハウジングと前記ベース部材との間に形成された隙間である断熱空間を設け、前記主軸ハウジングと前記ベース部材が非接触となるように構成している
ことを特徴とする主軸ユニット。

【請求項2】

前記モータハウジングの外周面に、放熱フィンを設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の主軸ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主軸と、これを回転させるビルトインモータとを備えた主軸ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

主軸と、これを回転させるビルトインモータとを備えた従来の主軸ユニットは、例えば、特許文献１に示すようなものがあった。この主軸ユニットは、ビルトインモータのステータの外周部に放熱フィンを設けて、ビルトインモータから発生する熱を外部に放出するようになっていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特願２００８−２９６３０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、前記した従来の主軸ユニットでは、放熱フィンからビルトインモータの熱を放熱させることができるものの、モータ熱が主軸を回転可能に支持するベアリングケース（主軸ハウジング）に伝達されて、ベアリングケースが膨張し、加工精度に影響を与える可能性があった。

【0005】

そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、主軸ハウジングの膨張を防止して、加工精度の向上を図ることができる主軸ユニットを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、主軸と、これを回転させるビルトインモータとを備えた主軸ユニットにおいて、前記主軸を主軸ベアリングを介して回転可能に支持する主軸ハウジングと、前記ビルトインモータを収容するモータハウジングを支持するベース部材とを別体で形成し、前記主軸ハウジングと前記ベース部材とを断熱部材を介して連結するとともに、前記断熱部材は、ワッシャ形状を呈し、前記主軸ハウジングを前記ベース部材に固定するためのボルトが挿通しているとともに、前記主軸ハウジングの外周方向に沿って所定のピッチで設けられており、前記断熱部材が介在される前記主軸ハウジングと前記ベース部材間に、前記主軸ハウジングと前記ベース部材との間に形成された隙間である断熱空間を設け、前記主軸ハウジングと前記ベース部材が非接触となるように構成していることを特徴とする主軸ユニットである。

【0007】

このような構成によれば、ビルトインモータの熱はモータハウジングからベース部材まで伝わるものの、断熱部材で遮断されているので主軸ハウジングには殆んど伝わらない。したがって、主軸ハウジングの熱膨張を防止できるので、加工精度に影響を与える主軸の先端部の変動が抑制され、加工精度の向上を図ることができる。さらに、断熱部材が介在される主軸ハウジングとベース部材間に、断熱空間を設けたことで、主軸ハウジングとベース部材間の断熱効果をより一層向上させることができる。

【0010】

請求項２に係る発明は、前記モータハウジングの外周面に、放熱フィンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の主軸ユニットである。

【0011】

このような構成によれば、ビルトインモータの熱を、効率良く空気中に放熱することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、ビルトインモータの熱が主軸ハウジングに伝わらないので、主軸ハウジングの膨張を防止でき、加工精度の向上を図ることができるといった優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る主軸ユニットの実施形態を示した斜視図である。

【図2】本発明に係る主軸ユニットの実施形態を示した断面図である。

【図3】本発明に係る主軸ユニットの実施形態を示した要部拡大断面図である。

【図4】本発明に係る主軸ユニットの他の実施形態を示した要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明に係る主軸ユニットの実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【0019】

主軸ユニットは、工作機械のコラムに設けられ、コラムは、主軸をワークに対して適宜移動させるとともに、工具マガジン側にも移動させて、主軸が把持する工具を選択的に着脱するように構成される。

【0020】

図１および図２に示すように、主軸ユニット１は、主軸１０と、これを回転させるビルトインモータ３０とを備えている。さらに、主軸ユニット１は、主軸１０を、主軸ベアリング５１を介して回転可能に支持する主軸ハウジング５０と、ビルトインモータ３０を収容するモータハウジング３１を支持するベース部材７０とを備えている。

【0021】

図２に示すように、主軸ハウジング５０は、主軸ベアリング５１を介して主軸１０を支持している。主軸ハウジング５０とベース部材７０は、それぞれ別体で形成されており、断熱部材９０を介して連結されている。

【0022】

主軸１０は、その先端部に、工具２を着脱するための取付穴１１が形成されている。取付穴１１は、先端側が拡径するテーパ形状を呈している。なお、主軸１０の先端部の形状は、一例であって、これに限られるものではなく、取り付けられる工具に応じてＢＴ、ＫＭ、ＨＳＫ等、種々の工具把持部形状に対応できるように適宜形成される。主軸１０の先端側となる前部分は、主軸ハウジング５０内に収容されており、主軸ベアリング５１にて回転可能に支持されている。主軸１０の後部には、主軸１０を囲繞してビルトインモータ３０が設けられており、主軸１０の外周面にはビルトインモータ３０のロータ３２が固定されている。

【0023】

主軸１０は、中空構造になっており、主軸１０の内部にその軸方向に移動可能なドローバー１２が設けられている。ドローバー１２は、その先端が工具を着脱するための取付穴１１の底部（奥部）に突出するように配置されており、その先端部に工具２の端部を把持するための把持穴１３を有している。一方、工具２の端部には、プルスタッド２ａが形成されている。ドローバー１２の把持穴１３は、工具２のプルスタッド２ａの外径と同等の内径を有しており、内部にプルスタッド２ａが挿入可能に構成されている。

【0024】

ビルトインモータ３０は、主軸１０の外周面に形成されたロータ３２と、このロータ３２の外側に所定の間隔をあけて配置されたステータ３３とを備えて構成されている。ステータ３３は、コイル（図示せず）を備えており、モータハウジング３１に固定されている。ビルトインモータ３０は、ステータ３３のコイルに電流を流すことによって、ロータ３２を回転させるようになっている。ビルトインモータ３０は、主軸１０を直接回転させるものである。

【0025】

モータハウジング３１は、円筒形状を呈しており、ステータ３３の外周部を囲繞して配置されている。モータハウジング３１の内周面と、ステータ３３の外周面が面接合されている。モータハウジング３１の外周面には、径方向外側に向かって立設する放熱フィン３４が設けられている。放熱フィン３４は、モータハウジング３１の周方向に延在して円環状に形成されており、モータハウジング３１の軸方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。放熱フィン３４は、モータハウジング３１の表面積を増加させるために設けられており、ビルトインモータ３０から発生する熱を効率良く空気中に放熱するようになっている。

【0026】

モータハウジング３１の外周部には、モータハウジング３１および放熱フィン３４の全体を覆うカバー体３５が設けられている。カバー体３５は、円筒形状を呈しており、その内周面が放熱フィン３４の先端と当接するように構成されている。これによって、カバー体３５の内部に、モータハウジング３１の外周面と、隣り合う放熱フィン３４，３４と、カバー体３５の内周面とで囲まれた流路３６が区画されることとなる。流路３６は、モータハウジング３１の周方向に沿って、複数列形成されている。カバー体３５の斜め上部には、第一開口部（図示せず）が形成されており、この第一開口部には、送風ファン３７が設けられている。カバー体３５の斜め下部には、第二開口部（図示せず）が形成されている。第二開口部は、モータハウジング３１の中心部分を挟んで第一開口部と対向する部分に形成されている。

【0027】

このような構成においては、送風ファン３７によって第一開口部からカバー体３５の内部に空気が送り込まれ、送り込まれた空気は、カバー体３５の内部の流路３６内を流れて、第二開口部から外部へ排出される。なお、第二開口部の側方には、ベース部材７０の水平ベース部７１と立上り部７２を繋ぐ補強部材８５（図１参照）が位置しているが、補強部材８５には開口部８６（図１参照）が形成されている。これによって、第二開口部から外部へ排出された空気は、開口部８６を介して、主軸ユニット１の外方へ排出される。なお、ここで排出された空気を回収して熱源として利用するようにしてもよい。

【0028】

主軸ハウジング５０は、例えば、スチールにて形成されている。主軸ハウジング５０は、主軸１０の先端側に延出する円筒部５２と、円筒部５２の基端側に形成された鍔部５３とを備えている。円筒部５２内には、主軸１０が主軸ベアリング５１，５１を介して回転可能に収容されている。主軸ベアリング５１，５１は、円筒部５２の先端部と基端部にそれぞれ設けられており、主軸１０を支持している。鍔部５３は円帯状に形成されており、円筒部５２の軸方向に直交して形成されている。鍔部５３には、ボルト用の貫通孔５３ａが所定間隔で同心円上に配置形成されている。

【0029】

ベース部材７０は、主軸１０を工作機械（図示せず）に固定するサドルにて構成されている。ベース部材７０（サドル）は工作機械のコラム（図示せず）設けられた昇降部（図示せず）に、主軸１０の軸方向に沿って前後移動可能に取り付けられている。ベース部材７０は、水平方向に延在する水平ベース部７１と、水平ベース部７１の一端から上方に直交して立ち上がる立上り部７２とを備えて構成されており、側面視Ｌ字状を呈している。水平ベース部７１と立上り部７２との接続部分には、補強部材８５（図１参照）が設けられている。補強部材８５は、水平ベース部７１の幅方向両端に立ち上げられたプレートにて構成されており、下端が水平ベース部７１と接続され、前端が立上り部７２に接続されている。ベース部材７０は、水平ベース部７１が昇降部に固定されて、工作機械本体側に接続されている。一方、立上り部７２に主軸ハウジング５０とモータハウジング３１が固定されている。

【0030】

立上り部７２の中央部には、主軸１０が挿通する貫通孔７３が形成されている。貫通孔７３は、主軸１０よりも大きい径に形成されており、モータハウジング３１の先端部が、貫通孔７３の内側に収容されるようになっている。なお、モータハウジング３１の先端部には、前方に突出する円筒部３１ａが形成されており、この円筒部３１ａが貫通孔７３内に挿入されて、モータハウジング３１が、立上り部７２に固定されている。立上り部７２の貫通孔７３の周縁部の前方面（主軸ハウジング５０の鍔部５３に対向する面）には、主軸ハウジング５０を固定するためのボルト穴７４が形成されている。ボルト穴７４は、複数設けられており、主軸ハウジング５０の貫通孔５３ａに対応する位置にそれぞれ形成されている。

【0031】

水平ベース部７１の上面には、凹部７５が形成されている。凹部７５は、ビルトインモータ３０の下方位置に形成されており、モータハウジング３１およびカバー体３５の下端部を収容するように構成されている。モータハウジング３１の後端部には後端開口部を覆うカバー３８が設けられている。カバー３８は、主軸１０の後端部が挿通される貫通孔を備えている。また、カバー３８の後部には、主軸１０の回転量を検知する回転センサ７６が設けられている。カバー３８は、主軸１０と隙間をあけて設けられている。これによって、ビルトインモータ３０の作動によって発生する熱が主軸１０に伝わるのを防止できる。

【0032】

図２および図３に示すように、断熱部材９０は、主軸ハウジング５０の鍔部５３と、ベース部材７０の立上り部７２との間に介設されている。断熱部材９０は、所定の強度と断熱性を備えた材料にて構成されている。断熱部材９０は、所定の厚さを有するワッシャ形状を呈しており、主軸ハウジング５０をベース部材７０に固定するためのボルト９１が挿通されて配置されている。断熱部材９０は、所定のピッチで複数設けられており、ボルト９１ごとにそれぞれ配置されている。断熱部材９０は、一方の面が主軸ハウジング５０の鍔部５３に当接し、他方の面がベース部材７０の立上り部７２に当接しており、スペーサの役目を果たしている。これによって、主軸ハウジング５０の鍔部５３と、ベース部材７０の立上り部７２との間には、断熱部材９０が挟持されるとともに、断熱空間となる空気層９２が形成されることとなる。

【0033】

以上のような構成の主軸ユニット１によれば、主軸ハウジング５０とモータハウジング３１を支持するベース部材７０とを別体で形成し、主軸ハウジング５０とベース部材７０とを断熱部材９０を介して連結しているので、ビルトインモータ３０の作動によって発生する熱はモータハウジング３１からベース部材７０まで伝わるものの、断熱部材９０によって熱伝達が低減され、主軸ハウジング５０に殆んど伝わらない。また、断熱部材９０は、主軸ハウジング５０の鍔部５３と、ベース部材７０の立上り部７２との間でスペーサの役目を果たすので、断熱部材９０が介在する以外の部分には隙間ができ、空気層９２が形成される。これによって、主軸ハウジング５０とベース部材７０間の断熱効果がさらに向上する。

【0034】

このように、本実施形態によれば、主軸ハウジング５０への熱伝達を大幅に低減できるので、主軸ハウジング５０の熱膨張を防止でき、主軸ハウジング５０内の主軸ベアリング５１の位置が変化しない。ここで、主軸１０は、主軸ハウジング５０の内部に設けられた主軸ベアリング５１によって軸支されているので、主軸１０の回転にズレが発生せず、加工精度に影響を与える可能性のある主軸１０の先端部の変動が抑制される。したがって、加工精度の向上を図ることができる。

【0035】

また、本実施形態では、ベース部材７０が、主軸１０を工作機械に固定するサドルにて構成され、サドルの役目を果たす水平ベース部７１と、主軸ハウジング５０とモータハウジング３１が取り付けられる立上り部７２とが、一体的に形成されているので、全体として重量を軽減しつつ、各部材（主軸ハウジング５０やモータハウジング３１等）を支持するのに必要な強度を確保することができる。つまり、従来は、ベース部材をサドルと別部材として構成していたので、サドルとベース部材の水平ベース部が重複して形成され、重量が増加してしまう。一方、サドルに立上り部のみを接続した場合には、サドルと立上り部との接続部分の強度が弱く、必要な強度を確保することができなかったが、本実施形態では、これらの問題点をまとめて解決している。

【0036】

さらに、本実施形態では、水平ベース部７１の上面に凹部７５が形成され、この凹部７５内にモータハウジング３１およびカバー体３５の下端部が収容されるように構成されているので、主軸ユニット１全体の高さ寸法を縮めることができる。これによって、主軸ユニット１のコンパクト化および、さらなる軽量化を図ることができる。

【0037】

さらに、本実施形態では、モータハウジング３１の外周面に放熱フィン３４を設けて、カバー体３５で覆い、その内部に送風ファン３７で空気を流したことによって、ビルトインモータ３０から発生する熱を効率よく空気中に放熱することができる。

【0038】

以上、本発明の最良の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能であるのは勿論である。例えば、本実施形態では、主軸ハウジング５０をベース部材７０に固定するためのボルト９１を通常のスチール製のものとしているが、断熱材料で形成された断熱ボルトを用いてもよい。このようにすれば、主軸ハウジング５０に伝わる熱量をさらに低減することができる。

【0040】

次に、主軸ユニットの参考の実施形態について、図４を参照しながら詳細に説明する。前記実施形態では、主軸ハウジング５０とベース部材７０の間に断熱部材９０が設けられていたのに対して、本実施形態では、ベース部材７０とモータハウジング３１の間に、断熱部材９５が介設されていることを特徴とする。なお、その他の構成については、前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

【0041】

断熱部材９５は、ベース部材７０の立上り部７２とモータハウジング３１の間に設けられている。断熱部材９５は、立上り部７２の貫通孔７３の周縁部の後方面（モータハウジング３１に対向する面）と、モータハウジング３１の円筒部３１ａの基端部に位置する前方面（立上り部７２に対向する面）との間に挟まれて設けられている。断熱部材９５は、所定の強度と断熱性を備えた材料にて構成されている。断熱部材９５は、円環形状を呈し、円筒部３１ａを囲むように設けられている。主軸ハウジング５０とベース部材７０は直接連結されている。なお、断熱部材９５は、円環形状に限定されるものではなく、円周方向に所定の間隔をあけて、複数設けるようにしてもよい。この場合、隣り合う断熱部材間に断熱空間となる空気層が形成される。

【0042】

以上のような構成によれば、ベース部材７０の立上り部７２とモータハウジング３１との間に断熱部材９５を設けたことで、ベース部材７０とモータハウジング３１間に断熱効果を得ることができる。したがって、ビルトインモータ３０の作動によって発生する熱は、断熱部材９５によってベース部材７０への熱伝達が低減され、主軸ハウジング５０に殆んど伝わらない。これによって、前記の実施形態と同様の作用効果が得られ、加工精度の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0043】

１ 主軸ユニット
１０ 主軸
３０ ビルトインモータ
３１ モータハウジング
３４ 放熱フィン
５０ 主軸ハウジング
５１ 主軸ベアリング
７０ ベース部材
９０ 断熱部材
９２ 空気層（断熱空間）
９５ 断熱部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】