特許 7502464 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】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】主軸装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/00 20060101AFI20240611BHJP

   B23B 31/117 20060101ALI20240611BHJP

   B23Q 3/12 20060101ALI20240611BHJP

   B23Q 11/10 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

B23B31/00 C

B23B31/117 601A

B23Q3/12 B

B23Q11/10 D

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022563712

(86)(22)【出願日】2021-11-11

(86)【国際出願番号】 JP2021041448

(87)【国際公開番号】W WO2022107672

(87)【国際公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】P 2020190873

(32)【優先日】2020-11-17

(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】110003683

【氏名又は名称】弁理士法人桐朋

(72)【発明者】

【氏名】村松 稔文

【審査官】増山 慎也

(56)【参考文献】

【文献】特許第３１１８５１２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開平１０－２９６５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１５４２２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２１１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１５０２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０１１００８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ １／００

Ｇ０５Ｂ１９／４０９３

Ｇ０５Ｂ１９／４１５５

Ｂ２３Ｑ１５／０１３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に沿って貫通する貫通孔が形成される主軸と、
前記主軸の一端に対して進退可能に前記貫通孔に設けられ、前記軸方向に沿って前記貫通孔と連通する流路が形成されるドローバーと、
前記ドローバーの進退に応じて前記主軸の径方向に可動し、前記主軸の一端から前記貫通孔に挿入されるプルスタッドをクランプまたはアンクランプする複数のボールと、
を有する主軸装置であって、
前記プルスタッドには、前記プルスタッドの外周面から突出する突出部と、前記突出部から前記プルスタッドの先端に向かって縮径する傾斜部とを有するフランジが形成され、
複数の前記ボールによってクランプされる前記プルスタッドの前記傾斜部の傾斜面と接触するように、前記ドローバーの前記流路を形成する壁面に固定されるシール部材を備え、
前記シール部材は、前記主軸の他端に向けて開口する凹みを有し、
前記主軸の他端から前記プルスタッドの先端に供給される流体の一部が前記傾斜部に沿って前記凹みの前記開口に流入し、
前記凹みは、前記開口から流入した前記流体により前記傾斜部を締め付けるように変形する、主軸装置。

【請求項2】

請求項１に記載の主軸装置であって、
前記壁面には、前記主軸の軸回りに沿って溝が形成され、
前記シール部材は、前記溝から一部が突出するように前記溝の内部に設けられる、主軸装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主軸装置に関する。

【背景技術】

【0002】

工具または工具ホルダを主軸の一端に装着する主軸装置がある。特許第３１１８５１２号公報の主軸装置は、プルスタッドと、ドローバーと、複数のボールとを有する。プルスタッドは、工具または工具ホルダに取り付けられる。ドローバーは、主軸に形成される貫通孔に設けられ、主軸の軸方向に沿って進退可能である。複数のボールは、ドローバーの進退に応じて主軸の径方向に可動し、プルスタッドをクランプまたはアンクランプする。

【0003】

特許第３１１８５１２号公報の主軸装置では、主軸の貫通孔を通じて工具の先に切削油等の流体を供給するスルークーラント構造が採用されている。このため、主軸の貫通孔を流れる流体が、当該主軸の一端の内周面に形成されるテーパ面に流れ出ないように、Ｏリングが主軸装置に設けられている（図５参照）。このＯリングは、プルスタッドの外周面から突出するフランジの外径が一定の面と、ドローバーの第２のスリーブの内周面との間に設けられている。

【発明の概要】

【0004】

しかし、特許第３１１８５１２号公報の主軸装置では、主軸の一端から貫通孔にプルスタッドを出し入れする場合、シール部材（Ｏリング）に対するプルスタッドの摺動による摩擦が大きくなる。したがって、シール部材の耐久性が低減することが懸念される。シール部材の耐久性が低減すると、スルークーラント用の流体が主軸のテーパ面に付着し、特許第３１１８５１２号公報で述べられているように、工具保持剛性が低減する。

【0005】

そこで、本発明の態様は、工具保持剛性が低減することを抑制し得る主軸装置を提供することを目的とする。

【0006】

本発明の態様は、
軸方向に沿って貫通する貫通孔が形成される主軸と、
前記主軸の一端に対して進退可能に前記貫通孔に設けられ、前記軸方向に沿って前記貫通孔と連通する流路が形成されるドローバーと、
前記ドローバーの進退に応じて前記主軸の径方向に可動し、前記主軸の一端から前記貫通孔に挿入されるプルスタッドをクランプまたはアンクランプする複数のボールと、
を有する主軸装置であって、
前記プルスタッドには、前記プルスタッドの外周面から突出する突出部と、前記突出部から前記プルスタッドの先端に向かって縮径する傾斜部とを有するフランジが形成され、
複数の前記ボールによってクランプされる前記プルスタッドの前記傾斜部の傾斜面と接触するように、前記ドローバーの前記流路を形成する壁面に固定されるシール部材を備える。

【0007】

本発明の態様によれば、主軸の一端から貫通孔にプルスタッドを出し入れする場合のシール部材との摩擦が大幅に低減され、シール部材の耐久性が向上する。したがって、スルークーラント用の流体が主軸の内周面に付着することが抑制され、この結果、工具保持剛性が低減することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】装着対象物が装着された本実施形態の主軸装置を示す断面図である。

【図2】装着対象物が装着されていない本実施形態の主軸装置を示す断面図である。

【図3】シール部材の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

〔実施形態〕
図１は、装着対象物ＡＴが装着された本実施形態の主軸装置１０を示す断面図である。図２は、装着対象物ＡＴが装着されていない本実施形態の主軸装置１０を示す断面図である。なお、装着対象物ＡＴは、工具または工具ホルダであり、工具または工具ホルダには、プルスタッド１２が取り付けられる。

【0011】

プルスタッド１２は、主軸装置１０に工具または工具ホルダを接合するための接合片である。プルスタッド１２には、プルスタッド１２の軸心に沿って貫通孔１２Ｈが形成される。プルスタッド１２の貫通孔１２Ｈは、工具または工具ホルダに形成される流路ＣＬと連通する。

【0012】

プルスタッド１２は、嵌込部１４と、延伸部１６とを有する。嵌込部１４は、工具または工具ホルダの流路ＣＬに嵌め込まれる部分である。延伸部１６は、流路ＣＬの開口面に対して略直交する方向に延びている部分である。つまり、延伸部１６は、プルスタッド１２の軸心に沿って延びている。延伸部１６において嵌込部１４に近い端部とは逆の端部に、フランジ１８が形成される。

【0013】

フランジ１８は、プルスタッド１２の軸回りに形成される。フランジ１８は、突出部１８Ａと、傾斜部１８Ｂとを有する。突出部１８Ａは、プルスタッド１２の外周面から突出する。傾斜部１８Ｂは、突出部１８Ａからプルスタッド１２の先端に向かって縮径する。傾斜部１８Ｂの傾斜面ＳＦは、プルスタッド１２の先端に向かって先細りとなっている。

【0014】

主軸装置１０は、装着対象物（工具または工具ホルダ）ＡＴに取り付けられるプルスタッド１２を着脱可能に保持する。主軸装置１０は、主軸２０、ドローバー２２およびクランプ機構２４を有する。

【0015】

主軸２０は、工具または工具ホルダが着脱される軸である。主軸２０には、主軸２０の軸方向に沿って貫通する貫通孔２０Ｈが形成される。貫通孔２０Ｈは、装着対象物ＡＴの一部を挿入可能に形成される。貫通孔２０Ｈの内周面にはテーパ面２０Ｆが設けられる。テーパ面２０Ｆは、貫通孔２０Ｈに挿入される装着対象物ＡＴの一部の外周面と密着する。テーパ面２０Ｆは、主軸２０の一端である第１端部から他端である第２端部に向かって先細りとなっている。第１端部は、プルスタッド１２が出し入れされる側の主軸２０の端部である。第２端部は、第１端部とは反対側の主軸２０の端部である。

【0016】

ドローバー２２は、主軸２０の貫通孔２０Ｈに設けられる。ドローバー２２は、主軸２０の貫通孔２０Ｈを進退可能である。ドローバー２２は、テーパ面２０Ｆよりも主軸２０の第２端部に近い。図示しない押圧機構によって押圧されていない場合、ドローバー２２は、貫通孔２０Ｈ内におけるクランプ位置に留まる。一方、ドローバー２２は、前記押圧機構によって押圧された場合には、クランプ位置から、クランプ位置よりも主軸２０の第１端部に近いアンクランプ位置に向かって貫通孔２０Ｈを移動する。ドローバー２２が押圧機構によって押圧された状態では、アンクランプ位置に留まる。他方、ドローバー２２は、押圧機構による押圧が解除されると、アンクランプ位置からクランプ位置に向かって貫通孔２０Ｈを移動し、クランプ位置で留まる。なお、前記押圧機構は、ドローバー２２よりも主軸２０の第２端部の近くに設けられる。

【0017】

ドローバー２２には、主軸２０の軸方向に沿って貫通孔２０Ｈと連通する流路２２ＣＬが形成される。主軸２０の第１端部に近いドローバー２２の流路２２ＣＬは、プルスタッド１２の先端部位を挿入可能に形成される。主軸２０の第２端部から貫通孔２０Ｈを介してドローバー２２に供給されたスルークーラント用の流体は、ドローバー２２の流路２２ＣＬを介して、主軸２０の第１端部に向かって流れる。

【0018】

クランプ機構２４は、プルスタッド１２をクランプまたはアンクランプする機構である。クランプ機構２４は、複数のボール２６を用いてクランプまたはアンクランプを行う。複数のボール２６は、主軸２０の軸回り方向に間隔をあけて主軸２０の貫通孔２０Ｈ内に配置される。複数のボール２６の各々は、ドローバー２２の外周面と内周面との双方から一部が突出する状態でドローバー２２に設けられる。ドローバー２２の進退に応じて、複数のボール２６に囲まれる開口部ＯＰが開閉するように、複数のボール２６の各々が保持される。

【0019】

ドローバー２２が、アンクランプ位置に留まっている場合、主軸２０の内周面に形成される凹部２０ＣＶによってボール可動域が形成される。この場合、複数のボール２６の各々は、主軸２０の径方向に移動し得る。したがって、主軸２０の第１端部から貫通孔２０Ｈを介して、複数のボール２６に囲まれる開口部ＯＰに、プルスタッド１２の先端部位が抜き差し可能な状態である。なお、図２では、ドローバー２２の位置が、クランプ位置にある場合を図示している。したがって、ドローバー２２が第１端部に向かって移動することで、ドローバー２２の位置がアンクランプ位置となる。

【0020】

この状態では、プルスタッド１２の先端部位の差し込みに応じて、複数のボール２６の各々が主軸２０の径方向の外側に向かって移動して、複数のボール２６に囲まれる開口部ＯＰが広がる。

【0021】

プルスタッド１２の先端部位が複数のボール２６に囲まれる開口部ＯＰに差し込まれた状態で、ドローバー２２がアンクランプ位置からクランプ位置に移動した場合、ドローバー２２に保持される複数のボール２６は、ドローバー２２とともに主軸２０の第２端部に向かって移動する。この場合、凹部２０ＣＶによるボール可動域がなくなる（図１参照）。このため、複数のボール２６は、プルスタッド１２におけるフランジ１８の突出部１８Ａと当接して、プルスタッド１２のフランジ１８を係止する（図１参照）。その結果、プルスタッド１２がクランプされる。

【0022】

一方、プルスタッド１２の先端部位が複数のボール２６に囲まれる開口部ＯＰに差し込まれた状態で、ドローバー２２がクランプ位置からアンクランプ位置に移動した場合、ドローバー２２に保持される複数のボール２６は、凹部２０ＣＶに移動する。この場合、凹部２０ＣＶによってボール可動域が形成される。このため、複数のボール２６は、主軸２０の径方向に移動し得る状態になる。その結果、プルスタッド１２がアンクランプされる。

【0023】

本実施形態の主軸装置１０では、シール部材２８が備えられる。シール部材２８は、環状に形成される。ドローバー２２の流路２２ＣＬを形成する壁面に固定される。複数のボール２６によってプルスタッド１２がクランプされている場合、シール部材２８は、プルスタッド１２の傾斜部１８Ｂの傾斜面ＳＦと接触する。

【0024】

これにより、フランジ１８の外径が一定の外周面にＯリングを設ける特許第３１１８５１２号公報の場合に比べ、プルスタッド１２を出し入れする場合のシール部材２８との摩擦が大幅に低減される。したがって、シール部材２８の耐久性が向上する。このため、スルークーラント用の流体が、ドローバー２２とプルスタッド１２との間を経由して主軸２０のテーパ面２０Ｆを含む貫通孔２０Ｈの内周面に付着することが抑制される。その結果、特許第３１１８５１２号公報で述べられる工具保持剛性が低減することを抑制することができる。これに加えて、フランジ１８の外径が一定の外周面にＯリングを設ける特許第３１１８５１２号公報の場合に比べ、プルスタッド１２の形状等を変更することなく、主軸２０の径方向の大きさを小さくすることができる。

【0025】

本実施形態の場合、ドローバー２２の流路２２ＣＬを形成する壁面には、主軸２０の軸回りに沿って溝３０が形成される。シール部材２８は、溝３０から一部が突出するように溝３０の内部に設けられ、シール部材２８の外周面が溝底に固定される。これにより、プルスタッド１２に押圧されて、シール部材２８の固定位置がずれる、あるいは、ドローバー２２から外れることを低減できる。

【0026】

〔変形例〕
図３は、シール部材２８Ｘの変形例を示す断面図である。図３では、図１のプルスタッド１２のクランプ部分が拡大して示され、実施形態において説明した構成と同等の構成には同一の符号が付されている。なお、本変形例では、実施形態と重複する説明は割愛する。

【0027】

本変形例では、実施形態のシール部材２８に代えて、シール部材２８Ｘが採用される。シール部材２８Ｘは、実施形態と同様に、ドローバー２２の流路２２ＣＬを形成する壁面に固定される。また、複数のボール２６によってプルスタッド１２がクランプされている場合、シール部材２８Ｘは、実施形態と同様に、プルスタッド１２の傾斜部１８Ｂの傾斜面ＳＦと接触する。

【0028】

シール部材２８Ｘは、実施形態のシール部材２８とは異なり、凹みＤＴを有する。凹みＤＴは、主軸２０の第２端部に向かって開口する。主軸２０の第２端部から貫通孔２０Ｈを介してスルークーラント用の流体が供給された場合、流体の一部は、ドローバー２２の流路２２ＣＬを介して、シール部材２８Ｘの凹みＤＴに流入する。シール部材２８Ｘは、可撓性を有し、凹みＤＴに流入する流体によりプルスタッド１２の傾斜部１８Ｂを締め付けるように変形する。これにより、プルスタッド１２を出し入れする場合のシール部材２８Ｘとの摩擦を低減しつつも、シール性を高めることができる。

【0029】

〔発明〕
上記の実施形態および変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。

【0030】

本発明は、軸方向に沿って貫通する貫通孔（２０Ｈ）が形成される主軸（２０）と、主軸の一端に対して進退可能に貫通孔に設けられ、軸方向に沿って貫通孔と連通する流路（２２ＣＬ）が形成されるドローバー（２２）と、ドローバーの進退に応じて主軸の径方向に可動し、主軸の一端から貫通孔に挿入されるプルスタッド（１２）をクランプまたはアンクランプする複数のボール（２６）と、を有する主軸装置（１０）であって、プルスタッドには、プルスタッドの外周面から突出する突出部（１８Ａ）と、突出部からプルスタッドの先端に向かって縮径する傾斜部（１８Ｂ）とを有するフランジ（１８）が形成され、複数のボールによってクランプされるプルスタッドの傾斜部の傾斜面と接触するように、ドローバーの流路を形成する壁面に固定されるシール部材（２８、２８Ｘ）を備える。

【0031】

これにより、主軸の一端から貫通孔に対してプルスタッドを出し入れする場合のシール部材との摩擦を大幅に低減することができ、シール部材の耐久性を向上することができる。したがって、スルークーラント用の流体が主軸の内周面に付着することが抑制され、この結果、工具保持剛性が低減することを抑制することができる。

【0032】

ドローバーの流路を形成する壁面には、主軸の軸回りに沿って溝（３０）が形成され、シール部材は、溝から一部が突出するように溝の内部に設けられてもよい。これにより、プルスタッドに押圧されて、シール部材の固定位置がずれる、あるいは、ドローバーから外れることを大幅に低減でき、シール部材の耐久性が向上する。

【0033】

シール部材（２８Ｘ）は、主軸の他端側に開口する凹み（ＤＴ）を有し、凹みに流入する流体により傾斜部を締め付けるように変形してもよい。これにより、シール部材に対するプルスタッドの摺動による摩擦を低減しつつもシール性を高めることができる。

【図1】

【図2】

【図3】