(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記スペーサが複数の前記貫通孔と、該複数の貫通孔を連通する外周面溝とを備え、前記貫通孔が前記内周面溝から前記外周面溝までを貫通することを特徴とする請求項1記載の工作機械の主軸装置。
【発明の概要】
【0005】
ここで、様々な事情で、ハウジングの通路とスピンドル内部の通路との間で流体を通過させる複数の通路を設ける場合があり、これらの複数の通路をできるだけ容易かつ低コストに構成することが望まれている。
【0006】
しかしながら、特許文献1の主軸装置は、一対のベアリングにオイルを供給させるための通路構造であって、軸方向に独立した複数の流体通路を並べて設けることを意図していないため、特許文献1のオイル通路を軸方向に複数設置しようとすると構造の複雑化や製造コストの増加が懸念される。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、容易かつ低コストにスピンドルとハウジングとの間の複数の通路を設けることができる工作機械の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】
本発明に係る工作機械の主軸装置は、流体を通過させる複数の連絡通路を有するハウジングと、前記流体を通過させる複数の流体通路を有し、該ハウジングに収容されるスピンドルと、前記ハウジングの内周面と前記スピンドルの外周面との間に位置する複数のスペーサと、前記ハウジングの内周面と前記スピンドルの外周面との間に位置して前記流体の軸方向移動を封止する複数の環状のシールとを備えた主軸装置であって、各々の前記スペーサが、筒状本体を備えてなり、該筒状本体が周方向に前記流体を通過させるための内周面溝と、該内周面溝から前記スペーサを該スペーサの径方向に貫通する貫通孔とを有し、前記貫通孔と前記内周面溝とを介して互いに対応する前記連絡通路と前記流体通路とが連通されており、前記ハウジングの内周面のうち一定の内径を維持する同一内径領域と、前記スピンドルの外周面のうち、前記同一内径領域と対向して位置し、一定の外径を維持する同一外径領域とに挟まれる円筒状間隙に、前記スペーサと、該スペーサを挟んで前記スピンドルの軸方向に対向して位置する一対の前記シールとからなるスペーサシール組立体を複数配置したことを特徴とする。
【0009】
上記「内周面溝から前記スペーサを該スペーサの径方向に貫通する貫通孔」とは、貫通孔が内周面溝とスペーサの外周面を連通させるようにスペーサを貫通することを意味する。もし、スペーサの外周面に外周面溝などの凹部が設けられている場合には、外周面溝などの凹部を介して、内周面溝とスペーサの外周面を連通させる場合も含む。
【0010】
本発明に係る工作機械の主軸装置において、前記スペーサが複数の前記貫通孔と、該複数の貫通孔を連通する外周面溝とを備え、前記貫通孔が前記内周面溝から前記外周面溝までを貫通することが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、流体を通過させる複数の連絡通路を有するハウジングと、流体を通過させる複数の流体通路を有し、ハウジングに収容されるスピンドルと、ハウジングの内周面とスピンドルの外周面との間に位置する複数のスペーサと、ハウジングの内周面とスピンドルの外周面との間に位置して流体の軸方向移動を封止する複数の環状のシールとを備えた主軸装置であって、各々のスペーサが、筒状本体を備えてなり、筒状本体が周方向に流体を通過させるための内周面溝と、内周面溝からスペーサをスペーサの径方向に貫通する貫通孔とを有し、貫通孔と内周面溝とを介して互いに対応する連絡通路と流体通路とが連通されており、ハウジングの内周面のうち一定の内径を維持する同一内径領域と、スピンドルの外周面のうち、同一内径領域と対向して位置し、一定の外径を維持する同一外径領域とに挟まれる円筒状間隙に、スペーサと、スペーサを挟んでスピンドルの軸方向に対向して位置する一対のシールとからなるスペーサシール組立体を複数配置している。
【0012】
このことにより、各スペーサシール組立体により、スピンドルに設けられた各流体通路と、それぞれに対応してハウジングに設けられた各連絡通路とを連通させる複数の接続通路を形成することができ、円筒状間隙に独立した複数の接続通路を簡易かつ容易に設けることができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る主軸装置1が搭載された形彫放電加工装置(放電加工装置10)の外観を示す。
図2は本発明の一実施形態に係る主軸装置1の概略を示す縦断面図であり、
図3は
図2のIII−III断面図であり、
図4は
図2のIV−IV断面図であり、
図5は
図3に示すスペーサ30の斜視図であり、
図6は
図3に示すスペーサ30の断面図である。
【0015】
放電加工装置10は、主軸装置1と、主軸装置1を保持し、Z軸方向に移動可能な加工ヘッド2と、機械構造物であるコラム3と、加工液を貯めるサービスタンク4と、放電加工のための電力を供給する加工電源装置5と、加工液を保持する加工槽6と、を備える。なお、公知の構成であるため図中不図示であるが、放電加工装置10はコラム3の前方にXYテーブル収容部3Aを有し、XYテーブル収容部3A内には、不図示の床に設置されたベッドと、ベッド上にY軸方向に移動可能な不図示のサドルと、サドル上にX軸方向に移動可能な不図示のテーブルとを備える。
図1に示される実施の形態の放電加工装置10は、往復移動するサドルの上に往復移動するテーブルを搭載した構造であるが、機械全体の構造は、実施の形態のようなX軸移動体とY軸移動体を積層した構造に限定されず、例えば、テーブルを固定し、主軸装置1を保持する加工ヘッド2をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向に移動可能にする構成のように、主軸装置1の構成に変わりがない限り、本発明の要旨を逸脱しない範囲でX軸移動体とY軸移動体とZ軸移動体を任意の位置に配置したあらゆる構造を採用することができる。
【0016】
加工槽6はテーブル上に支持され、加工槽6の内に不図示の被加工物が載置され、加工液の中に被加工物及び工具電極を位置させた状態で、主軸装置1に取り付けられた工具電極によって被加工物が放電加工される。また、放電加工装置10は、不図示のオイルクーラーによってサービスタンク4に貯められた加工液を所定温度に冷却してから加工槽6に供給するとともに、冷却した加工液を冷媒として主軸装置1に供給する。供給された冷媒は後述の流体通路24を通過することにより主軸装置1を冷却する。
【0017】
また、放電加工装置10には、放電加工装置10の制御を行う不図示の制御部への操作を行う操作装置9が接続されている。操作装置9は、液晶ディスプレイなどの表示部、キーボード及びマウスなどの入力部、磁気ディスクドライブなどの記憶装置、CPU、メモリ等を含んで構成されるコンピュータである。
【0018】
図3乃至4に示すように、主軸装置1は、ハウジング1Aと、ハウジング1Aの内周に軸方向に離間して設けられた上ベアリング13及び不図示の下ベアリングと、これらのベアリング13に高速回転可能に軸支されるスピンドル20と、スピンドル20を駆動する不図示のサーボモータと、サーボモータの駆動制御に用いるロータリエンコーダ11とを有する。スピンドル20は、ハウジング1Aに収容され、図中下端部に不図示の工具電極を把持する。スピンドル20は、同軸に固定された複数の部品から構成され、軸Z1を中心に回転する回転体である。ハウジング1Aは、スピンドル20の少なくとも一部を収容しており、ここでは複数の部品から構成されている。
【0019】
スピンドル20は、内部に冷媒を通過させる冷媒用の流体通路24を有する。流体通路24は、スピンドル20の軸Z1に沿って延びる往路24Aと、往路24Aの工具電極側端部で往路24Aと連通し、スピンドル20の軸Z1に沿って延びる2つの復路24Bを有する。なお、ここでは、往路24Aに連通する2つの流体通路入口21、2つの復路24B及び復路24Bにそれぞれ連通する2つの流体通路出口22は、それぞれ軸Z1を挟んで対向して位置する。また、スピンドル20内部には、不図示の工具電極のチャック機構を開閉させるための不図示の第1エア用の流体通路とチャックの着座確認用の不図示の第2エア用の流体通路が設けられている。
【0020】
ハウジング1Aの内部には、流体通路入口21と対向する位置に開口部を有する連絡通路18Aと、流体通路出口22と対向する位置に開口部を有する連絡通路19Aと、不図示の第1エア用の流体通路の出入口と対向する位置に開口部を有する連絡通路16Aと、不図示の第2エア用の流体通路の出入口と対向する位置に開口部を有する連絡通路17Aが設けられている。また、各連絡通路16A、17A、18A、19Aには、上記の各開口部とは逆の端部にコネクタ16、17、18、19がそれぞれ取り付けられている。
【0021】
ハウジング1Aの内周面とスピンドル20の外周面との間には、筒状本体を備えた複数のスペーサ30が位置する。各々のスペーサ30は、筒状本体が周方向に流体を通過させるための内周面溝32と、内周面溝32からスペーサ30をスペーサ30の径方向に貫通する貫通孔31とを有する。
【0022】
スペーサ30に周方向に内周面溝32を設けることにより、内周面溝32とスピンドル20との間に、周方向に流体が移動可能な周方向通路を形成することができる。ここでは、軸方向において、流体通路入口21の高さ、流体通路出口22の高さ、不図示の第1エア用及び第2エア用の流体通路の出入口の高さに、スペーサ30がそれぞれ位置している。このため、スピンドル20がどの位置に回転しても、スピンドル20に設けられた各流体通路の出入口と、各出入口に対応する高さに位置する内周面溝32とスピンドル20との間に形成される周方向通路との間の流体の往き来が可能となる。
【0023】
また、スペーサ30に、スペーサ30を径方向に貫通する貫通孔31を設けることにより、内周面溝32からスペーサ30の外周側への径方向通路を構成することができる。従って、スペーサ30は、内周面溝32とスピンドル20との間に形成される周方向通路と貫通孔31によって形成される径方向通路とを備えた接続通路を介して、各連絡通路の各開口部とスピンドル20に設けられた各流体通路の出入口とを連通させることができる。
【0024】
また、
図5に示すように、本実施形態におけるスペーサ30は、周方向に複数の貫通孔31を連通する外周面溝33を備え、貫通孔31が内周面溝32から外周面溝33までを貫通している。このため、ハウジング1Aの内周面と外周面溝33との間に、周方向に冷媒が移動可能な周方向通路を形成することができ、より好適に周方向に流体を移動させることができる。また、複数の貫通孔31を設けることで、径方向内側の周方向通路と径方向外側の周方向通路との間で好適に流体を行き来させることができる。
【0025】
なお、ハウジング1Aの内周面とスピンドル20の外周面との間に複数のスペーサ30を配置した状態で、スペーサ30の内周面とスピンドル20の外周面との間には間隙が形成されており、スペーサ30はスピンドル20と摺動しないように構成されている。また、スペーサ30の外径は、ハウジング1Aの内径よりも、例えば0.01〜1mm程度小さく構成されており、スペーサ30がハウジング1Aに挿入可能な程度にスペーサ30の外周面とハウジング1Aの内周面の間に間隙が形成されている。スペーサ30の外径と内径は、ハウジング1Aの内周面とスピンドル20の外周面との間にスペーサ30を配置した状態で、スペーサ30の内周面がスピンドル20に摺動しない範囲に構成されている。また、スペーサ30は、スペーサ30がシール26を当接支持する場合には、シール26の流体封止性能を維持可能に、シール26を支持できる形状に構成される。
【0026】
また、それぞれのスペーサ30に対して、一対のシール26が、スピンドル20の軸方向にスペーサ30を挟んで対向して位置している。シール26は、ハウジング1Aの内周面とスピンドル20の外周面との間に位置して流体の軸方向移動を封止する環状のシールである。なお、各シール26は、ハウジング1Aの内周面とスピンドル20の外周面との間に複数のシール26を配置した状態で、シール26の内径とスピンドル20の外径とが実質的に等しく、シール26の外径とハウジング1Aの内径とが実質的に等しくなるように構成されている。
【0027】
また、
図3及び4に示すように、ハウジング1Aの内周面のうち一定の内径を維持する同一内径領域と、スピンドル20の外周面のうち、係る同一内径領域と対向して位置し、一定の外径を維持する同一外径領域とに挟まれる円筒状間隙Sに、スペーサ30と、スペーサ30を挟んでスピンドル20の軸方向に対向して位置する一対のシール26とからなるスペーサシール組立体G1〜G4が複数配置されている。このため、各スペーサシール組立体G1〜G4により、スピンドル20に設けられた各流体通路と、それぞれに対応してハウジング1Aに設けられた各連絡通路とを連通させる複数の接続通路を形成することができ、独立した複数の接続通路を簡易かつ容易に複数設けることができる。
【0028】
さらに、
図3及び
図4の例では、スピンドル20の軸方向に隣り合うスペーサ30の間に、スピンドル20の軸Z1に沿って双方向に流体の通過を封止する双方向封止用の1つのシール26を配置している。この場合には、スピンドル20の軸方向に隣り合うスペーサ30の間に位置する1つのシール26が、スピンドル20の軸方向に隣り合う2つのスペーサ30のシール26の役割を兼用することで、部品点数を低減し省コスト化と小型化を図ることができる。なお、1つのシール26が、スピンドル20の軸方向に隣り合う2つのスペーサ30のシール26の役割を兼用することは必須ではなく、各スペーサシール組立体G1〜G4が、それぞれ別個に各スペーサ30を挟んで対向する一対のシール26を備えてもよい。また、円筒状間隙Sにおいて、スピンドル20の軸方向に隣り合うスペーサシール組立体の間に、スペーサシール組立体以外の別の部品を挿入してもよい。
【0029】
なお、各スペーサシール組立体G1〜G4において、一対のシール26がスペーサ30を挟んでスピンドル20の軸方向に対向して位置するとは、シール26とスペーサ30とは直接隣接する場合のみならず、シール26とスペーサ30との順番を維持できる範囲で、シール支持体などの別の部品を挟んで位置する場合も含む。また、シール26とスペーサ30が直接隣接するように、スペーサ30と軸方向にスペーサを挟んで対向する一対のシール26とを位置させた場合には、複数の接続通路を設ける領域を小型化できる。
【0030】
上記主軸装置1の作用について説明する。
【0031】
サービスタンク4の冷媒は、不図示のポンプにより、コネクタ18から供給され、入口側連絡通路18Aとスペーサ30によって形成される接続通路を経由して、スピンドル20上部の流体通路入口21からスピンドル20内に流入する。冷媒は、往路24A、復路24Bの順に流体通路24を通過し、スピンドル20上部の流体通路出口22からスピンドル20外に流出する。そして、スペーサ30によって形成される接続経路と出口側連絡通路19Aとを経由してコネクタ19から主軸装置1の外に排出される。
【0032】
また、不図示のポンプにより、不図示のチャックの着座確認用のエアは、コネクタ16と、第1エア用連絡通路16Aと、スペーサ30によって形成される接続通路と、スピンドル20内の不図示の第1エア通路とを移動する。また、不図示のポンプにより、不図示のチャック開閉用のエアは、コネクタ17と、第2エア用連絡通路17Aと、スペーサ30によって形成される接続通路と、スピンドル20内の不図示の第2エア通路とを移動する。
【0033】
本実施形態によれば、円筒状間隙Sに配置された各スペーサシール組立体G1〜G4により、スピンドル20に設けられた各流体通路と、それぞれに対応してハウジング1Aに設けられた各連絡通路とを連通させる複数の接続通路を形成することができ、独立した複数の接続通路を簡易かつ容易に複数設けることができる。また、円筒状間隙Sに、複数のスペーサシール組立体を並べて挿入することで、省スペースに複数の独立した接続通路を設けることができる。また、スペーサ30と一対のシール26の個数を調整することで、流体通路の数を増減させることができ、設計自由度を高めることができる。
【0034】
また、スペーサ30の貫通孔31と、内周面溝32とスピンドル20の外周面との間に形成される周方向通路によって連絡通路と流体通路とを連通する接続通路を形成することができる。このことにより、スピンドル20の外周面又はハウジング1Aの内周面などに流体通路のための溝等を設ける必要が無いため、スピンドル20又はハウジング1Aの構造を簡易化し、溝の形成及び磨き処理(ラップ処理)など表面処理工程などの加工工程の増加を抑制でき、スピンドルの製造コストの省コスト化を図ることができる。このため、簡易かつ低コストにスピンドル20の流体通路とハウジング1Aの連絡通路との間の接続通路を設けることができる。
【0035】
特に、本実施形態のように、スピンドル20の熱変位を防止するためにスピンドル20の内部に冷媒を通過させる流体通路を設ける場合及び/又はスピンドル20の内部にエア用の流体通路を設ける場合に、本発明を適用することが大いに有益であり、非常に容易かつ省コストに複数の流体通路と連結通路を接続する接続通路を設けることができる。
【0036】
貫通孔31は、スペーサ30の内周側から外周側までを貫通して流体を通過させることができるものであれば、大きさ、形状、個数、配置を任意に構成してよい。また、貫通孔31は、周方向に複数設けられることが好ましく、軸方向に複数設けられてもよく、スピンドル20の軸を中心として回転対称に設けられることが好ましい。
【0037】
スペーサ30の、内周面溝32は、周方向に流体を通過させることができるものであれば、幅、深さ及び断面形状を任意に構成してよい。また、外周面溝33は、周方向に流体を通過させることができるものであれば、幅、深さ及び断面形状を任意に構成してよく、省略してもよい。
【0038】
図7乃至
図9に、第2乃至第4の実施形態の主軸装置1におけるスペーサ30の断面図を示す。なお第2乃至第4の実施形態の主軸装置1はスペーサ30の形状のみを第1の実施形態と異ならせており、スペーサ30の形状以外については第1の実施形態と同様であるため説明を省略する。
図7に示すように、スペーサ30は、内周面溝32の隅部をR面32Rとすることができ、外周面溝33を省略してもよい。なお、
図6及び
図7に示す第1及び第2の実施形態は、スペーサ30の内周面溝32の隅部がR面とされている点は共通している。また、
図8及び
図9に示すように、内周面溝32の隅部は断面直角形状32Sとしてもよく、C面32Cとしてよい。また、各第2乃至第4実施形態においても、破線で示すように外周面溝33を備えてもよく省略してもよい。
【0039】
図10に、第5の実施形態の主軸装置1の断面図を示す。第5の実施形態は、第1の実施形態のシール26に代えて、スピンドル20の軸方向の一方向の流体の通過を封止し、他方向へは流体を通過させる一方封止用のシール26を用いた点で第1の実施形態と異なり、それ以外については第1の実施形態と同様である。
【0040】
第5の実施形態のように、一方封止のシール26を用いた場合には、
図10に示すように、スペーサシール組立体G2,G3ごとに、1つのスペーサ30と、スピンドル20軸方向にそのスペーサ30を挟んで対向して一対のシール26を位置させ、かつ、各シール26の向きが、1つのスペーサ30側からの流体を封止するように配置すればよい。そして、
図10に示すように、円筒状間隙Sに複数のスペーサシール組立体G2、G3を、対応する連絡通路と流体通路を互いに連通可能な接続通路が形成されるようにスピンドル20の軸方向に複数位置させればよい。
【0041】
なお、シール26が変形する材質である場合に、シール26に隣接させてシール26の変形による流体漏れを抑制するためにシール支持部25などを挿入するなど適宜所望の部材を挿入してよい。
図10では、シール支持部25は、軸方向両側のシール26の支持部材の役割を兼用している。また、
図10に示すような、断面U字型のシール26において、スペーサ30の内周面溝32とスピンドル20との間に形成される周方向通路から、流体が到達可能な位置に位置するシール先端部26Aを支持可能な形状に、スペーサ30が構成されることが好ましい。例えば、
図10の例では、シール先端部26Aを支持できる範囲Wにスペーサ30の内周面34が位置するようにスペーサ30の内径を設定することで好適にシール26のシール先端部26Aを支持してシール26の流体封止性能を維持することができる。
【0042】
ここでは、冷却油とエアを対象としたが、冷却水や他のガスなど様々な流体の通路を備えた主軸装置にも、本発明を適用することができる。
【0043】
以上、本発明の主軸装置について詳細に説明したが、本発明において、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよい。