特許 7444964 主軸装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】主軸装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 19/02 20060101AFI20240228BHJP

   B23B 31/117 20060101ALI20240228BHJP

   B23Q 17/00 20060101ALI20240228BHJP

   B23Q 1/00 20060101ALI20240228BHJP

【ＦＩ】

B23B19/02 A

B23B31/117 601A

B23Q17/00 A

B23Q1/00 C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022504453

(86)(22)【出願日】2021-03-04

(86)【国際出願番号】 JP2021008394

(87)【国際公開番号】W WO2021177399

(87)【国際公開日】2021-09-10

【審査請求日】2022-11-21

(31)【優先権主張番号】P 2020037339

(32)【優先日】2020-03-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】村松 稔文

【審査官】荻野 豪治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１０２９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２７９５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１２１０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１６１９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－４７６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３０５５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ １９／０２

Ｂ２３Ｂ ３１／００ － ３１／３９

Ｂ２３Ｑ １／００ － ９／０２

Ｂ２３Ｑ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シャフトと、
前記シャフトが挿通されるハウジングと、
前記ハウジングに対して前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記ハウジングに固定され、前記シャフトの他端側の前記ハウジングの端面から前記シャフトの軸方向に沿って外側に延びる管状部材と、
前記シャフトの軸方向に沿って、前記管状部材の管内をスライドするスライダと、
前記スライダのスライドに応じて、前記シャフトの軸方向に沿って前記シャフトを貫通する貫通穴に挿入される工具に対してクランプおよびアンクランプを択一的に実行するクランプ部と、
を有する主軸装置であって、
前記管状部材の外周面よりも外側の前記ハウジングの端面に設けられ、前記シャフトの軸方向に沿って延び、前記ハウジングの内部に通す線状部材を保持するための保持部と、
前記管状部材の一部を肉薄にすることにより形成される切り欠き部と、
を備え、
前記保持部の少なくとも一部は、前記切り欠き部により形成されるスペースに配置される、主軸装置。

【請求項2】

請求項１に記載の主軸装置であって、
前記保持部の全体が前記切り欠き部の内側に配置される、主軸装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の主軸装置であって、
前記切り欠き部は、前記管状部材の周方向に間隔をあけて複数形成される、主軸装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の主軸装置であって、
前記線状部材は、流体を流すものである、主軸装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の主軸装置であって、
前記線状部材は、駆動電流を供給するものである、主軸装置。

【請求項6】

請求項５に記載の主軸装置であって、
前記線状部材は、前記ハウジングの内部に設けられるモータ、前記モータの回転数を検出する回転センサ、および、前記モータの温度を検出する温度センサの少なくとも１つに接続される、主軸装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械の主軸装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械では、シャフトと、シャフトが挿通されるハウジングと、ハウジングに対してシャフトを回転可能に支持する軸受とを有する主軸装置が用いられる。主軸装置は、工作機械の種類等に応じて、工具を交換可能な機構を有する場合がある。

【0003】

特開２０１８－００１３２３号公報には、シャフト（主軸）と、シャフトが挿通されるハウジング（ハウジング本体）と、ハウジングに対してシャフトを回転可能に支持する軸受（前軸受・後軸受）とを有する主軸装置（自動工具交換装置）が開示されている。この主軸装置は、工具を交換可能な機構として、管状部材（シリンダ）、スライダ（アンクランプ用ピストン）およびクランプ部（コレット）を有する。

【0004】

管状部材は、ハウジングに固定され、シャフトの他端側のハウジングの端面からシャフトの軸方向に沿って外側に延びている。スライダは、管状部材の管内をシャフトの軸方向に沿ってスライドする。クランプ部は、スライダのスライドに応じて、シャフトの軸方向に沿ってシャフトを貫通する貫通穴に挿入される工具に対してクランプおよびアンクランプを択一的に実行する。

【0005】

特開２０１８－００１３２３号公報の主軸装置では、主軸を回転させるためのモータがハウジングの内部に設けられているため、当該モータに電力を供給するためのケーブルをハウジングの内部に通す必要がある。ハウジングの内部にケーブルを通す場合、工作機械の分野では、ケーブルグランドを採用する傾向がある（例えば特開２０１６－１１１７８３号公報参照）。

【発明の概要】

【0006】

ところで、上記の特開２０１８－００１３２３号公報のハウジングのうち、管状部材が固定されている側からケーブルを通す場合、当該管状部材の外周面よりも外側にケーブルグランドを設ける必要がある。このため、シャフトの径方向におけるハウジングの外形が広がる傾向にある。

【0007】

そこで、本発明は、シャフトの径方向におけるハウジングの外形の広がりを抑制し得る主軸装置を提供することを目的とする。

【0008】

本発明の態様は、
シャフトと、
前記シャフトが挿通されるハウジングと、
前記ハウジングに対して前記シャフトを回転可能に支持する軸受と、
前記ハウジングに固定され、前記シャフトの他端側の前記ハウジングの端面から前記シャフトの軸方向に沿って外側に延びる管状部材と、
前記シャフトの軸方向に沿って、前記管状部材の管内をスライドするスライダと、
前記スライダのスライドに応じて、前記シャフトの軸方向に沿って前記シャフトを貫通する貫通穴に挿入される工具に対してクランプおよびアンクランプを択一的に実行するクランプ部と、
を有する主軸装置であって、
前記管状部材の外周面よりも外側の前記ハウジングの端面に設けられ、前記シャフトの軸方向に沿って延び、前記ハウジングの内部に通す線状部材を保持するための保持部と、
前記管状部材の外周面に形成される切り欠き部と、
を備え、
前記保持部の少なくとも一部は、前記切り欠き部の内側に配置される。

【0009】

本発明によれば、切り欠き部の内側に保持部の少なくとも一部が配置されるため、シャフトの径方向におけるハウジングの外形の広がりを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態の主軸装置を示す断面図である。

【図2】図１の駆動部側を示す断面図である。

【図3】図１の駆動部側を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

【0012】

〔実施形態〕
図１を用いて、本実施形態の主軸装置１０を説明する。主軸装置１０は、シャフト１２、ハウジング１４および軸受１６を有する。

【0013】

シャフト１２は、回転の中心となるものである。シャフト１２は、ハウジング１４の内部に設けられるモータ１８の動力により回転する。モータ１８は、ハウジング１４の内周側に取り付けられるステータ２２と、ステータ２２に挿通され、シャフト１２の外周面に固定されるロータ２４とを有する。シャフト１２には、シャフト１２の延伸方向（軸方向）に沿って、シャフト１２の一端面（前面）から他端面（後面）にわたって貫通する貫通穴１２Ｈが形成される。

【0014】

ハウジング１４は、シャフト１２が挿通される穴を有する箱体である。ハウジング１４は、複数のハウジング分体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅに分割され、ハウジング分体１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅの各々を組み立てることで形成される。ハウジング１４（ハウジング分体１４Ｄ）の内周面には、シャフト１２の回転数を検出する回転センサ２６が設けられる。回転センサ２６は、シャフト１２の外周面に設けられた回転検出用ギア２８に基づいて、シャフト１２の回転数を検出する。

【0015】

軸受１６は、シャフト１２をハウジング１４に対して回転可能に支持するものである。軸受１６の内輪はシャフト１２の外周面に固定され、当該軸受１６の外輪はハウジング１４の内周面に固定される。軸受１６は、シャフト１２の一端側（前側）を支持する第１軸受１６Ａと、当該シャフト１２の他端側（後側）を支持する第２軸受１６Ｂとを有してもよい。軸受１６が第１軸受１６Ａと第２軸受１６Ｂとを有する場合、第１軸受１６Ａおよび第２軸受１６Ｂの数は、単数であってもよく、複数であってもよい。なお、図１では、２つの第１軸受１６Ａと、１つの第２軸受１６Ｂとを有する軸受１６が例示されている。

【0016】

主軸装置１０は、本実施形態では、工具３０を交換可能な機構として、駆動部４０およびクランプ部６０を有する。

【0017】

クランプ部６０は、駆動部４０の駆動に応じて、シャフト１２の軸方向に沿ってシャフト１２の貫通穴１２Ｈに挿入される工具３０に対してクランプおよびアンクランプを択一的に実行するものである。クランプ部６０は、受圧ロッド６２、チャック６４、付勢部６６を有する。

【0018】

受圧ロッド６２は、駆動部４０から押圧されるロッドであり、シャフト１２の貫通穴１２Ｈをスライド可能にシャフト１２の他端（後端）側に設けられる。シャフト１２の貫通穴１２Ｈから露出する受圧ロッド６２の端部には係止部６２Ｘが形成される。係止部６２Ｘは、シャフト１２の他端面（後端面）に対して接触することで、受圧ロッド６２の全体がシャフト１２の貫通穴１２Ｈに挿入されることを抑制する。

【0019】

チャック６４は、シャフト１２の貫通穴１２Ｈに配置される。シャフト１２の他端（後端）側のチャック６４の端部は、シャフト１２の貫通穴１２Ｈから露出する受圧ロッド６２の端部とは逆側の受圧ロッド６２の端部に取り付けられる。シャフト１２の一端（前端）側のチャック６４の端部は、駆動部４０から受圧ロッド６２が押圧されていないときには、シャフト１２の一端面（前面）から貫通穴１２Ｈに挿通された工具３０のプルスタッド３０Ａをクランプする。一方、シャフト１２の一端（前端）側のチャック６４の端部は、駆動部４０から受圧ロッド６２が押圧されているときには、工具３０のプルスタッド３０Ａをアンクランプする。

【0020】

付勢部６６は、シャフト１２の貫通穴１２Ｈに配置され、シャフト１２の一端（前端）から他端（後端）側に向かって、受圧ロッド６２を付勢する。付勢部６６は、コイルばねや皿ばね等のばね材であり、シャフト１２の内周面と、シャフト１２の貫通穴１２Ｈから露出する受圧ロッド６２の端面とは逆側の受圧ロッド６２の端面との間に圧縮状態で設けられる。

【0021】

駆動部４０は、シャフト１２の一端面（前面）から貫通穴１２Ｈに挿通された工具３０のプルスタッド３０Ａをクランプし、クランプしたプルスタッド３０Ａをアンクランプするようにクランプ部６０を駆動させるものである。ここで、図２を用いて駆動部４０を説明する。

【0022】

駆動部４０は、ハウジング１４に固定され、シャフト１２の他端側（後側）のハウジング１４の端面１４Ｆからシャフト１２の軸方向に沿って外側に延びる管状部材４２を有する。管状部材４２の内部には、スライダ４４と、シャフト１２の軸方向に沿って管状部材４２の管内をスライダ４４がスライド可能にスライダ４４を支持する支持部材４６とが設けられる。

【0023】

スライダ４４は、シャフト１２の軸方向に沿って延びる棒状に形成されている。スライダ４４におけるシャフト１２側の端部は、当該シャフト１２の貫通穴１２Ｈから露出する受圧ロッド６２の端部と離れて相対している。スライダ４４には、スライダ４４が延びる方向の両端の間に突起４４Ｘが設けられる。突起４４Ｘは、スライダ４４における突起４４Ｘ以外の部分の外径よりも大きい外径を有し、当該部分から外側に突出している。

【0024】

支持部材４６は、スライダ４４が挿通される穴を有する筒状に形成されている。支持部材４６は、複数の分体に分割され、当該分体の各々を組み立てることで筒状に形成されてもよい。支持部材４６の内周面には、スライダ４４の突起４４Ｘを係止する第１係止部４６Ｘおよび第２係止部４６Ｙが形成される。第１係止部４６Ｘはハウジング１４の端面１４Ｆよりも遠い側に位置し、第２係止部４６Ｙはハウジング１４の端面１４Ｆに近い側に位置する。第１係止部４６Ｘと第２係止部４６Ｙとの間には、スライダ４４の突起４４Ｘが配置される。スライダ４４は、第１係止部４６Ｘに対して突起４４Ｘが接触したときの第１位置と、第２係止部４６Ｙに対して突起４４Ｘが接触したときの第２位置との間を、シャフト１２の軸方向に沿ってスライドする。

【0025】

支持部材４６は、ハウジング１４に固定されていてもよく、シャフト１２の軸方向に沿って移動可能に設けられてもよい。本実施形態では、支持部材４６が移動可能に設けられているものとする。支持部材４６が移動可能に設けられる場合、支持部材４６には、ハウジング１４の端面１４Ｆ側の端部から内側に向かって延びる突起４６Ｚが設けられ、ハウジング１４から露出するシャフト１２の他端部には、突起４６Ｚを係止する係止部１２Ｘが形成される。係止部１２Ｘは、シャフト１２の径方向に延びるシャフト１２のフランジであってもよい。支持部材４６は、シャフト１２の係止部１２Ｘに対して突起４６Ｚが接触したときの位置と、ハウジング１４の端面１４Ｆに対して突起４６Ｚが接触したときの位置との間を、シャフト１２の軸方向に沿って移動する。

【0026】

支持部材４６が移動可能に設けられる場合、支持部材４６は、付勢部４８によってハウジング１４の端面１４Ｆ側に付勢される。付勢部４８は、コイルばねや皿ばね等のばね材であり、ハウジング１４の端面１４Ｆ側とは逆側の管状部材４２の開口を塞ぐ蓋部５０と支持部材４６との間に圧縮状態で設けられる。

【0027】

スライダ４４と支持部材４６との間には、シャフト１２の軸方向に間隔をあけて３つのシール部材５２が設けられ、当該シール部材５２の間には第１油圧室５４と第２油圧室５６が形成される。第１油圧室５４にはクランプ部６０をアンクランプさせるときに高圧油が供給され、第２油圧室５６にはクランプ部６０をクランプさせるときに高圧油が供給される。

【0028】

第１油圧室５４に高圧油が供給された場合、支持部材４６は、ハウジング１４の端面１４Ｆに近づく第１方向とは逆の第２方向に向かって移動し、シャフト１２の係止部１２Ｘに対して支持部材４６の突起４６Ｚが接触する位置で停止する。この場合、スライダ４４は、第１方向に向かってスライドすることで受圧ロッド６２を押圧し、第２係止部４６Ｙに対して突起４４Ｘが接触する第２位置で停止する。これにより、クランプ部６０のアンクランプ状態が維持される。

【0029】

一方、第２油圧室５６に高圧油が供給された場合、支持部材４６は、第１方向に向かって移動し、ハウジング１４の端面１４Ｆに対して支持部材４６の突起４６Ｚが接触する位置で停止する。この場合、スライダ４４は、第２方向に向かってスライドし、第１係止部４６Ｘに対して突起４４Ｘが接触する第１位置で停止する。これにより、クランプ部６０のクランプ状態が維持される。なお、スライダ４４は、クランプ部６０の受圧ロッド６２を介して付勢部６６によって第２方向に付勢されるため、第２油圧室５６に対する高圧油の供給が停止しても、第１位置で停止し続ける。

【0030】

ところで、本実施形態の主軸装置１０では、ハウジング１４を線状部材７０が貫通している。線状部材７０としてはケーブル等が挙げられる。線状部材７０は、流体を流すものであってもよく、駆動電流を供給するものであってもよい。線状部材７０の数は、１つであってもよく、複数であってもよい。

【0031】

線状部材７０が流体を流すものである場合、線状部材７０は、流体を流すための流路を有する。流体として、例えば軸受１６に対する潤滑油、あるいは、シャフト１２とハウジング１４との隙間をシールする圧縮空気等が挙げられる。線状部材７０が駆動電流を供給するものである場合、線状部材７０は、駆動電流を供給するための電線を有する。電線は、例えば、モータ１８、あるいは、回転センサ２６に接続される。モータ１８の温度を検出する温度センサが設けられる場合、電線は、温度センサに接続されてもよい。

【0032】

本実施形態では、モータ１８に駆動電流を供給する線状部材７０と、回転センサ２６に駆動電流を供給する線状部材７０とがハウジング１４を貫通しているものとする。図３は、図１の駆動部４０側を示す斜視図である。なお、図３では、線状部材７０が省略されている。

【0033】

管状部材４２の外周面よりも外側のハウジング１４の端面１４Ｆには、線状部材７０を保持するための保持部７２が設けられる。保持部７２の数は１つであってもよく、複数であってもよい。なお、保持部７２の数は、ハウジング１４を貫通する線状部材７０の数と同じであってもよく同じでなくてもよい。つまり、保持部７２は、線状部材７０を保持していない状態で、ハウジング１４の端面１４Ｆに設けられていてもよい。

【0034】

保持部７２は、シャフト１２の軸方向に沿って延びており、線状部材７０が挿通される挿通穴を有する。保持部７２の挿通穴は、ハウジング１４の端面１４Ｆに開口するハウジング１４の連通穴と繋がっている。ハウジング１４の連通穴は、ハウジング１４を貫通する穴であり、ハウジング１４の内外を連通している。保持部７２は、挿通穴に挿通された線状部材７０をシャフト１２の軸方向に沿って保持し、当該線状部材７０とハウジング１４との間の隙間をシールする。

【0035】

管状部材４２の外周面には切り欠き部７４が形成される。切り欠き部７４は、ハウジング１４の端面１４Ｆ側における管状部材４２の端部の外周面を切り欠くことで形成される。切り欠き部７４は、管状部材４２の周方向に間隔をあけて複数形成されてもよく、当該管状部材４２の周方向の全体に形成されてもよい。なお、図３では、管状部材４２の周方向に間隔をあけて複数の切り欠き部７４が形成される場合が示されている。

【0036】

この切り欠き部７４の内側に保持部７２の少なくとも一部が配置される。これにより、本実施形態では、シャフト１２の径方向におけるハウジング１４の外形の広がりを抑制することができる。なお、図１～図３では、保持部７２の全体が切り欠き部７４の内側に配置されている場合が示されている。保持部７２の全体が切り欠き部７４の内側に配置されている場合、保持部７２の一部が切り欠き部７４の内側に配置されている場合に比べて、シャフト１２の径方向におけるハウジング１４の外形の広がりをより一段と抑制することができる。

【0037】

なお、複数の保持部７２がハウジング１４の端面１４Ｆに設けられる場合、複数の保持部７２の各々の少なくとも一部が切り欠き部７４の内側に配置される。切り欠き部７４は、管状部材４２の周方向に間隔をあけて複数形成され、あるいは、管状部材４２の周方向の全体に形成される場合、管状部材４２の周方向の一部に１つ形成される場合に比べ、切り欠き部７４の内側に配置する保持部７２の数を増やすことができる。

【0038】

〔発明〕
上記の実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。

【0039】

本発明は、シャフト（１２）と、シャフト（１２）が挿通されるハウジング（１４）と、ハウジング（１４）に対してシャフト（１２）を回転可能に支持する軸受（１６）と、ハウジング（１４）に固定され、シャフト（１２）の他端側のハウジング（１４）の端面（１４Ｆ）からシャフト（１２）の軸方向に沿って外側に延びる管状部材（４２）と、シャフト（１２）の軸方向に沿って、管状部材（４２）の管内をスライドするスライダ（４４）と、スライダ（４４）のスライドに応じて、シャフト（１２）の軸方向に沿ってシャフト（１２）を貫通する貫通穴（１２Ｈ）に挿入される工具（３０）に対してクランプおよびアンクランプを択一的に実行するクランプ部（６０）と、を有する主軸装置（１０）である。主軸装置（１０）は、管状部材（４２）の外周面よりも外側のハウジング（１４）の端面（１４Ｆ）に設けられ、シャフト（１２）の軸方向に沿って延び、ハウジング（１４）の内部に通す線状部材（７０）を保持するための保持部（７２）と、管状部材（４２）の外周面に形成される切り欠き部（７４）と、を備える。保持部（７２）の少なくとも一部は、切り欠き部（７４）の内側に配置される。

【0040】

本発明の主軸装置（１０）によれば、切り欠き部（７４）の内側に保持部（７２）の少なくとも一部が配置されるため、シャフト（１２）の径方向におけるハウジング（１４）の外形の広がりを抑制することができる。

【0041】

保持部（７２）の全体が切り欠き部（７４）の内側に配置されてもよい。これにより、保持部（７２）の一部が切り欠き部（７４）の内側に配置される場合に比べて、シャフト（１２）の径方向におけるハウジング（１４）の外形の広がりをより一段と抑制することができる。

【0042】

切り欠き部（７４）は、管状部材（４２）の周方向に間隔をあけて複数形成されてもよい。これにより、管状部材（４２）の周方向の一部に１つ形成される場合に比べて、切り欠き部（７４）の内側に配置する保持部（７２）の数を増やすことができる。

【0043】

線状部材（７０）は、流体を流すものであってもよい。これにより、ハウジング（１４）の内部に流体を流入させ、あるいは、流入させた流体をハウジング（１４）の外部に流出させることができる。

【0044】

線状部材（７０）は、駆動電流を供給するものであってもよい。これにより、ハウジング（１４）の内部に設けられるモータ（１８）等の電子部品を駆動させることができる。

【0045】

線状部材（７０）は、ハウジング（１４）の内部に設けられるモータ（１８）、モータ（１８）の回転数を検出する回転センサ（２６）、および、モータ（１８）の温度を検出する温度センサの少なくとも１つに接続される。これにより、線状部材（７０）が接続されたモータ（１８）、回転センサ（２６）、または、温度センサを駆動させることができる。

【図1】

【図2】

【図3】