特許 7588406 回転支持装置および工作機械

(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】2024-11-14

(45)【発行日】2024-11-22

(54)【発明の名称】回転支持装置および工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23Q 1/54 20060101AFI20241115BHJP

【ＦＩ】

B23Q1/54

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021026222

(22)【出願日】2021-02-22

(65)【公開番号】P2022127962

(43)【公開日】2022-09-01

【審査請求日】2023-12-25

(73)【特許権者】

【識別番号】596037194

【氏名又は名称】パスカルエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】二宮 隆司

【審査官】増山 慎也

(56)【参考文献】

【文献】韓国登録特許第１０－１６１８４５９（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】特開２０２０－１１０８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３５３６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４３８０９３９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １／００－１／７６

Ｂ２３Ｑ１６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交する２軸まわりに回転可能にワークを支持することが可能な回転支持装置であって、
第１ユニットおよび第２ユニットと、
前記第１ユニットおよび前記第２ユニットに第１軸まわりに回転可能に支持されるテーブルと、
前記テーブルに設けられ、前記第１軸に直交する第２軸まわりに前記ワークを回転させることが可能な回転機構と、
前記回転機構上に設けられ、前記ワークのロック動作およびロック解除動作を行うワーク固定部とを備え、
前記回転機構は、
前記テーブルに固定された本体と、
前記第２軸に沿って前記テーブルに設けられ、前記テーブルに固定された軸部分と、前記軸部分の外周側において前記軸部分と相互回転可能に支持されたハウジングとを含むロータリジョイントと、
前記第２軸に沿って前記ロータリジョイントと並ぶように前記テーブルに設けられた流体圧シリンダを含む駆動部と、
前記駆動部および前記ハウジングの外周側に設けられた筒状の回転部材とを含み、
前記ハウジングは、前記駆動部と結合され、
前記回転部材は、その外周側において支持され、
前記ワーク固定部は、前記駆動部の出力によって前記ロック動作および前記ロック解除動作を行い、
前記ロータリジョイントを介して前記流体圧シリンダに作動流体が供給され、前記ロータリジョイントを介して前記流体圧シリンダから前記作動流体が排出される、回転支持装置。

【請求項2】

前記ロータリジョイントと前記流体圧シリンダとが同軸に設けられる、請求項１に記載の回転支持装置。

【請求項3】

前記流体圧シリンダは、前記作動流体が供給される内部空間を形成する部材を含み、前記部材に前記ロータリジョイントの前記ハウジングが結合される、請求項１または請求項２に記載の回転支持装置。

【請求項4】

前記回転部材の外周は、ローラベアリングに支持される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転支持装置。

【請求項5】

前記回転部材は、前記ハウジングの外周側に位置する部分において、前記第２軸まわりの回転駆動力が入力される入力部を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転支持装置。

【請求項6】

前記テーブルは流路を有し、前記流路を介して前記ロータリジョイントおよび前記流体圧シリンダに前記作動流体が供給され、前記ロータリジョイントおよび前記流体圧シリンダから前記作動流体が排出される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転支持装置。

【請求項7】

前記ワーク固定部は、前記駆動部よりも前記第２軸の外周側に達するように形成される、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転支持装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転支持装置を備えた、工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術は、回転支持装置および工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークが固定された治具（テーブル）をゆりかご状に回転可能に支持する回転支持装置が従来から知られている。このような回転支持装置として、たとえば、特開２００４－１６０６４２号公報（特許文献１）、特開２００８－２６４９８３号公報（特許文献２）、および実開平０１－１７５１３５号公報（特許文献３）に記載のものが挙げられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－１６０６４２号公報

【文献】特開２００８－２６４９８３号公報

【文献】実開平０１－１７５１３５号公報

【文献】特開２００９－２０８２０１号公報

【文献】特開２０１８－７５６９５号公報

【文献】特開２００１－１２１３２５号公報

【文献】特開２００８－１１０４４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

工作機械の小型化が求められる。他方、より大きなワークを加工可能とすることも求められる。

【0005】

本技術の目的は、より大きなワークを加工可能とすることが可能な回転支持装置、および小型化された工作機械を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本技術に係る回転支持装置は、互いに直交する２軸まわりに回転可能にワークを支持することが可能な回転支持装置であって、第１ユニットおよび第２ユニットと、第１ユニットおよび第２ユニットに第１軸まわりに回転可能に支持されるテーブルと、テーブルに設けられ、第１軸に直交する第２軸まわりにワークを回転させることが可能な回転機構と、回転機構上に設けられ、ワークのロック動作およびロック解除動作を行うワーク固定部とを備える。回転機構は、第２軸に沿ってテーブルに設けられたロータリジョイントと、第２軸に沿ってロータリジョイントと並ぶようにテーブルに設けられた流体圧シリンダを含む駆動部とを含む。ワーク固定部は、駆動部の出力によってロック動作およびロック解除動作を行う。ロータリジョイントを介して流体圧シリンダに作動流体が供給され、ロータリジョイントを介して流体圧シリンダから作動流体が排出される。

【発明の効果】

【0007】

本技術によれば、小型化された工作機械においても、より大きなワークを加工可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本技術の１つの実施の形態に係る回転支持装置を含む工作機械を示す図である。

【図2】図１に示す工作機械の第１の状態を示す図である。

【図3】図１に示す工作機械の第２の状態を示す図である。

【図4】図１に示す回転支持装置に含まれる回転機構の構成をより詳細に示す図である。

【図5】参考例に係る回転支持装置を含む工作機械を示す図である。

【図6】図５に示す回転支持装置に含まれる回転機構の構成をより詳細に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

【0010】

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。

【0011】

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。

【0012】

また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。

【0013】

図１は、１つの実施の形態に係る工作機械１（マシニングセンタ）を示す図である。図１に示すように、工作機械１は、主軸２と、切削用ツール３とを含む。工作機械１は、ワークＷ（被加工物）を支持する回転支持装置１００をさらに含む。

【0014】

主軸２は、切削用ツール３を保持可能である。切削用ツール３は、回転支持装置１００に支持されたワークＷに切削加工を施すための工具である。

【0015】

回転支持装置１００は、第１ユニット１１０（インデックスユニット）と、第２ユニット１２０（サポートユニット）と、ベース１３０と、インデックステーブル１４０と、回転機構１５０と、チャック１６０（ワーク固定部）とを含む。

【0016】

第１ユニット１１０および第２ユニット１２０は、ベース１３０上に設けられる。回転機構１５０は、インデックステーブル１４０に支持される。チャック１６０はワークＷを固定する。インデックステーブル１４０は、第１ユニット１１０および第２ユニット１２０によって回転（後述の「Ａ軸回転」）可能に支持される。したがって、チャック１６０に固定されたワークＷを回転（後述の「Ａ軸回転」）させ、図２に示す第１の状態と、図３に示す第２の状態とを含む任意の回転角度を実現可能である。この結果、ワークＷに対して、任意の角度から切削用ツール３による切削加工を施すことができる。

【0017】

より具体的には、第１ユニット１１０は、ロータリジョイント１１１およびクロスローラベアリング１１２を含む。第１ユニット１１０は、ロータリジョイント１１１およびクロスローラベアリング１１２を介して、インデックステーブル１４０をＡ軸回転可能に支持する。第２ユニット１２０も、インデックステーブル１４０をＡ軸回転可能に支持する。第２ユニット１２０は、モータ１２１と、入力軸１２２とを含む。

【0018】

第１ユニット１１０の内部に設けられたサーボモータ（図示せず）の動力は、ローラギヤカム１１３およびカムフォロア１１４を介してインデックステーブル１４０に伝達され、インデックステーブル１４０がＡ軸回転させられる。ローラギヤカム１１３およびカムフォロア１１４を用いることにより、転がり接触によりトルクを伝達することができるので、高精度で安定した動作が可能な、耐久性の高い回転支持装置１００が得られる。

【0019】

チャック１６０は、ワークＷを把持して固定することが可能である。チャック１６０としては、従来知られたチャック機構の構造を適宜使用可能である。チャック１６０は、回転機構１５０に接続されている。回転機構１５０は、チャック１６０を所定の角度に回転させることが可能である。これにより、チャック１６０に固定されたワークＷを回転（後述の「Ｃ軸回転」）させることができる。なお、「Ａ軸回転」の回転軸と「Ｃ軸回転」の回転軸とは直交するが、ここでいう「直交」は、三次元空間内で必ずしも両回転軸が交わる場合に限定されない。本明細書においては、インデックステーブル１４０上において、「Ｃ軸回転」の回転軸が「Ａ軸回転」の回転軸からオフセットされた位置にある場合も、両回転軸の延在方向に沿うベクトルが「直交」しているときには、「Ａ軸回転」の回転軸と「Ｃ軸回転」の回転軸とは「直交」するものと解釈する。

【0020】

より具体的には、回転機構１５０は、チャック１６０を回転可能に支持する。第２ユニット１２０の内部に設けられたモータ１２１の動力は、入力軸１２２を介して回転機構１５０に伝達され、回転機構１５０の回転部分がＣ軸回転させられる。これにより、回転機構１５０に支持されたチャック１６０、およびチャック１６０に固定されたワークＷがＣ軸回転させられる。

【0021】

第１ユニット１１０には、チャック１６０がワークＷを固定するための油圧が供給される。インデックステーブル１４０には、油路１４１が設けられている。第１ユニット１１０に供給された油圧は、第１ユニット１１０内のロータリジョイント１１１から、インデックステーブル１４０内に設けられた油路１４１Ｂを介して回転機構１５０に伝達される。

【0022】

なお、チャック１６０を駆動させるための作動流体として、作動油に変えてエアが用いられてもよい。作動流体として作動油を用いることにより、エアの場合と比較して大きな駆動力を得ることができるので、限られたスペースにおいて、チャック１６０による把持力を向上させることが可能である。

【0023】

図４は、回転機構１５０の構成をより詳細に示す図である。図４に示すように、回転機構１５０は、インデックステーブル１４０にほぼ内蔵される。インデックステーブル１４０は、第１部材１４０Ａと、第２部材１４０Ｂとを含む。回転機構１５０は、ロータリジョイント１５１と、駆動部１５２と、下部本体１５３と、上部本体１５４と、回転部材１５５と、ローラベアリング１５６と、油路１５７とを含む。

【0024】

ロータリジョイント１５１は、軸部分１５１Ａと、ハウジング１５１Ｂとを含む。軸部分１５１Ａは、下部本体１５３とともにインデックステーブル１４０に固定される。ハウジング１５１Ｂは駆動部１５２に固定され、駆動部１５２とともにＣ軸回転する。

【0025】

ロータリジョイント１５１には、油路１５７Ａ，１５７Ｂが形成されている。油路１５７Ａ，１５７Ｂは、インデックステーブル１４０に形成された油路１４１Ａ，１４１Ｂと各々連通する。

【0026】

駆動部１５２は、シリンダ本体１５２Ａと、キャップ部材１５２Ｂと、ピストン部材１５２Ｃと、油室１５２Ｄと、突出部材１５２Ｅとを含む流体圧シリンダである。この流体圧シリンダは、ロータリジョイント１５１と同軸に設けられる。駆動部１５２は、ロータリジョイント１５１を介して下部本体１５３および上部本体１５４と相互回転可能に結合されている。駆動部１５２は、チャック１６０の台座１６０Ａと結合されている。したがって、チャック１６０も下部本体１５３および上部本体１５４に対してＣ軸回転することが可能である。

【0027】

図４に示すように、駆動部１５２のキャップ部材１５２Ｂは、ロータリジョイント１５１のハウジング１５１Ｂとボルト結合されている。シリンダ本体１５２Ａとキャップ部材１５２Ｂとにより形成される内部空間が、ピストン部材１５２Ｃにより区画され、２つの油室１５２Ｄとなる。

【0028】

２つの油室１５２Ｄには、インデックステーブル１４０に設けられた油路１４１Ｂ、および回転機構１５０に設けられた油路１５７Ｂを介して、第１ユニット１１０から作動油が供給される。これにより、ピストン部材１５２Ｃが進出駆動または退入駆動される。なお、油室１５２Ｄの一方に弾性部材を設け、油圧によるピストン部材１５２Ｃの駆動を一方方向のみとし、上記弾性部材の付勢力によってピストン部材１５２Ｃの他方向の駆動力を得るようにしてもよい。インデックステーブル１４０に設けられた油路１４１Ａ、および回転機構１５０に設けられた油路１５７Ａは、ピストン部材１５２Ｃの進出駆動時にピストン部材１５２Ｃの下側（ロータリジョイント１５１の上側）に若干漏れ出る作動油を回収するためのドレン流路として機能する。

【0029】

油室１５２Ｄに供給される作動油、および油室１５２Ｄから排出される作動油は、ロータリジョイント１５１を経由する。

【0030】

突出部材１５２Ｅは、ピストン部材１５２Ｃの中心軸に沿って螺合されている。突出部材１５２Ｅの先端は、チャック１６０内に挿入される。ピストン部材１５２Ｃが上方および下方の一方方向に駆動されることで、チャック１６０がワークＷを固定するロック動作が行われる。ピストン部材１５２Ｃが上記の一方方向とは反対の方向に駆動されることで、チャック１６０がワークＷの固定を解除するロック解除動作が行われる。

【0031】

下部本体１５３および上部本体１５４は、インデックステーブル１４０に固定されている。下部本体１５３は、第１部材１５３Ａと、第２部材１５３Ｂと、第３部材１５３Ｃとを含む。第１部材１５３Ａおよび第２部材１５３Ｂは、インデックステーブル１４０の第１部材１４０Ａおよびロータリジョイント１５１の下方に組み付けられ、第３部材１５３Ｃは、インデックステーブル１４０の第１部材１４０Ａおよびロータリジョイント１５１の上方に組み付けられる。上部本体１５４は、インデックステーブル１４０の第２部材１４０Ｂに結合される。

【0032】

筒状の回転部材１５５は、駆動部１５２のシリンダ本体１５２Ａに外嵌される。回転部材１５５は、その外周において、ローラベアリング１５６に支持される。回転部材１５５は、Ｃ軸回転の駆動力が入力される入力部１５５Ａを有する。入力部１５５Ａには、入力軸１２２（図１参照）から回転駆動力が入力される。これにより、回転機構１５０によるＣ軸回転の駆動力が得られる。回転部材１５５へのトルク伝達にも、ローラギヤカム機構が用いられる。

【0033】

ローラベアリング１５６は、２つのスラストローラベアリング１５６Ａと、ラジアルローラベアリング１５６Ｂとを含む３ローラベアリングである。これにより、回転部材１５５が径方向にも軸方向にも支持される。

【0034】

チャック１６０は、駆動部１５２よりも大径に形成される。すなわち、チャック１６０は、駆動部１５２よりも外周側に達するように形成されている。したがって、チャック１６０により大径のワークＷを把持することが可能となる。

【0035】

図５は、参考例に係る回転支持装置１００を含む工作機械１を示す図であり、図６は、図５に示す回転支持装置１００に含まれる回転機構１５０の構成をより詳細に示す図である。

【0036】

図５，図６に示すように、参考例に係る工作機械１においては、回転支持装置１００の回転機構１５０において、図４に示す駆動部１５２が設けられていない。ここでは、インデックステーブル１４０の上方に固定治具テーブル１７０、着座ブロック１８０、およびクランプ装置１９０が設置される。クランプ装置１９０によりワークＷが固定される。

【0037】

図６に詳しく示すとおり、回転機構１５０の上部に固定治具テーブル１７０の台座１７０Ａが取り付けられる。固定治具テーブル１７０上に着座ブロック１８０およびクランプ装置１９０が設置される。着座ブロック１８０の上にワークＷが載置され、クランプ装置１９０によりワークＷが固定される。ロータリジョイント１５１の油路１５７Ｂは、固定治具テーブル１７０の油路１７１を介してクランプ装置１９０の油室に達する。これにより、クランプ装置１９０によるクランプ駆動力が得られる。

【0038】

図５，図６に示す参考例においては、図１，図４に示す例と比較して、固定治具テーブル１７０および着座ブロック１８０の厚み分だけ、ワークＷが相対的に上方に位置する。したがって、ワークＷに所望の切削加工を施すために主軸２が移動するための空間が狭くなり、高さの高いワークＷの加工が行い難くなる場合が生じ得る。他方、この空間の大きさを図１，図４の例と同じだけ確保しようとすると、工作機械１の高さが全体として高くなり、工作機械１の小型化が阻害され得る。

【0039】

これに対し、図１，図４に示す構造においては、チャック１６０によるロック動作、ロック解除動作を行う駆動部１５２をインデックステーブル１４０に内蔵しているため、インデックステーブル１４０上方に相対的に大きな空間を確保することができる。この結果、工作機械１の小型化を阻害することなく、高さの高いワークＷの加工を行うことができる。

【0040】

また、駆動部１５２上に設けられるチャック１６０の径を適宜拡大することができるので、大径のワークＷの加工も可能である。

【0041】

さらに、駆動部１５２がインデックステーブル１４０に内蔵されることにより、インデックステーブル１４０外部への露出部分が縮小され、部材間干渉を避けながら回転支持装置１００の小型化を図ることができる。また、Ａ軸回転の回転重心が軸心に近くなるため、アンバランストルクが低減され、Ａ軸回転の駆動モータの負荷が減少し得る。

【0042】

図４に示すロータリジョイント１５１および駆動部１５２は、図６に示す回転部材１５５の内径側にそのまま設置することができる。すなわち、本実施の形態に係る回転機構１５０は、図５，図６の参考例におけるロータリジョイント１５１を取り外すことによって既存の装置に適用することができるものであって、汎用性が高い。

【0043】

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0044】

１ 工作機械、２ 主軸、３ 切削用ツール、１００ 回転支持装置、１１０ 第１ユニット、１１１ ロータリジョイント、１１２ クロスローラベアリング、１１３ ローラギヤカム、１１４ カムフォロア、１２０ 第２ユニット、１２１ モータ、１２２ 入力軸、１３０ ベース、１４０ インデックステーブル、１４０Ａ 第１部材、１４０Ｂ 第２部材、１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ 油路、１５０ 回転機構、１５１ ロータリジョイント、１５１Ａ 軸部分、１５１Ｂ ハウジング、１５２ 駆動部、１５２Ａ シリンダ本体、１５２Ｂ キャップ部材、１５２Ｃ ピストン部材、１５２Ｄ 油室、１５２Ｅ 突出部材、１５３ 下部本体、１５３Ａ 第１部材、１５３Ｂ 第２部材、１５３Ｃ 第３部材、１５４ 上部本体、１５５ 回転部材、１５５Ａ 入力部、１５６ ローラベアリング、１５６Ａ スラストローラベアリング、１５６Ｂ ラジアルローラベアリング、１５７，１５７Ａ，１５７Ｂ 油路、１６０ チャック、１６０Ａ 台座、１７０ 固定治具テーブル、１７０Ａ 台座、１７１ 油路、１８０ 着座ブロック、１９０ クランプ装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】