(57)【要約】【課題】  主軸カートリッジまたは主軸サブカートリッジを短時間で分解・組付可能で、且つ剛性の高い工作機械を提供すること。【解決手段】  工作機械１０は、回転自在な回転軸１１と、内輪に回転軸１１の前端が内嵌された前側軸受１２と、前側軸受１２の外輪１４が内嵌された前側ハウジング１５と、ビルトインモータ１６のロータ１７と、ビルトインモータ１６のステータ１８と、内輪２０に回転軸１１の後端が内嵌された後側軸受１９と、主軸頭２１に内嵌される外筒２２とから構成された主軸カートリッジ２３を備える。主軸頭２１の軸方向に設けられた主軸カートリッジ把持部２４に主軸カートリッジ２３が挿入されているとともに、主軸カートリッジ２３が主軸頭２１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、主軸カートリッジ２３が主軸頭２１に対して一体的に短時間で分解可能且つ組付可能である。【選択図】        図１
2006007329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在な回転軸と、
内輪に前記回転軸の前端が内嵌された前側軸受と、
前記前側軸受の外輪が内嵌された前側ハウジングと、
ビルトインモータのロータと、
前記ビルトインモータのステータと、
内輪に前記回転軸の後端が内嵌された後側軸受と、
主軸頭に内嵌される外筒と、
から構成された主軸カートリッジを備え、
前記主軸頭の軸方向に設けられた主軸カートリッジ把持部に前記主軸カートリッジが挿入されているとともに、
前記主軸カートリッジが前記主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、前記回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、
前記主軸カートリッジが、前記主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であることを特徴とする工作機械。
【請求項２】
回転自在な回転軸と、
内輪に前記回転軸の前端が内嵌された前側軸受と、
前記前側軸受の外輪が内嵌された前側ハウジングと、
ビルトインモータのロータと、
内輪に前記回転軸の後端が内嵌された後側軸受と、
前記後側軸受の外輪が内嵌された後側ハウジングと、
から構成された主軸サブカートリッジとを備え、
前記主軸サブカートリッジが前記主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、前記回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、
前記主軸サブカートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であることを特徴とする工作機械。
【請求項３】
前記主軸頭の前記主軸カートリッジ把持部が、少なくとも半分に分割する位置で分割・展開可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばフライス盤やマシンニングセンタ等の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の工作機械の一例としては、主軸頭のハウジングを前部ハウジングと後部ハウジングとに分割し、両者をボルトで締結しているものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような工作機械では、カートリッジ全体ではなく、ビルトインモータのステータと、外筒とを主軸頭に残し、軸、前軸受、前軸受ハウジング、ビルトインモータのロータ、後軸受、後軸受ハウジングを主軸サブカートリッジとして取り外すようにしている。
【特許文献１】２００３−１５９６２２号公報（第４−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、故障や寿命の到達により、主軸装置を交換する場合、軸受やステータを個別に主軸頭に組み込む構成のものでは、交換作業に時間がかかり、機械のダウンタイムが増大する。そこで、工作機械をカートリッジとして主軸頭に対して一体的に分割、組付可能な構造とすることにより、交換時間を短縮できることが知られている。
【０００５】
主軸及び軸受の交換に際し、主軸カートリッジ全体が抜ける構造を有するものもあるが、この構造では、ビルトインモータ方式の場合に、油空圧管や電線を引き離す必要があり、作業に時間がかかる。
【０００６】
これに対し、上記特許文献１では、カートリッジ全体ではなく、ビルトインモータのステータと、外筒とを主軸装置に残し、軸、前部軸受、前部軸受ハウジング、ビルトインモータのロータ、後部軸受、後部軸受ハウジング、を主軸サブカートリッジとして、一体的に取り出せるようになっている。しかし、主軸カートリッジの分解のときに、主軸頭内部に入り込んでいる主軸カートリッジの部分を主軸頭からすべて抜き取る必要があるが、主軸カートリッジは重量物のために、人力で抜くことはできない。
【０００７】
そこで、主軸カートリッジを工作機械のワークテーブルに固定して、主軸の軸方向と平行な送り軸であるＺ軸送りを利用して抜くと安全かつ短時間に抜くことができる。ところが、主軸カートリッジを主軸頭から完全に抜くために必要な長さよりも、Ｚ軸移動量の方が短いと、Ｚ軸送りを利用した抜き取りが不可能になる。
【０００８】
また、主軸カートリッジを分解するときに、多くの油空圧管や電線を切り離す作業が必要であり、交換時間が長い。これに対して、主軸サブカートリッジの場合は多くの油空圧管や電線を切り離す作業は必要ないが、主軸サブカートリッジを主軸頭から完全に抜くために必要な長さよりも、Ｚ軸移動量の方が短いと、Ｚ軸送りを利用した抜き取りが不可能になる点は同じである。
【０００９】
一方、主軸カートリッジの側面に平らな取付け面を設け、主軸頭に対し側面から固定する構造であれば、Ｚ軸移動量と関係なく、主軸カートリッジを主軸頭から分解することができる。しかし、この方法は主軸カートリッジの側面のみで荷重を受けるため、締結剛性が低くなり、剛性面で不適当である。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、主軸カートリッジまたは主軸サブカートリッジを短時間で分解・組付可能で、且つ最小限の機械高さに抑え、且つ剛性の高い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】
【００１１】
１）前述した目的を達成するために、本発明は、回転自在な回転軸と、内輪に前記回転軸の前端が内嵌された前側軸受と、前記前側軸受の外輪が内嵌された前側ハウジングと、ビルトインモータのロータと、前記ビルトインモータのステータと、内輪に前記回転軸の後端が内嵌された後側軸受と、主軸頭に内嵌される外筒と、から構成された主軸カートリッジを備え、前記主軸頭の軸方向に設けられた主軸カートリッジ把持部に前記主軸カートリッジが挿入されているとともに、前記主軸カートリッジが前記主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、前記回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、前記主軸カートリッジが、前記主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であることを特徴としている。
【００１２】
このようにすると、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸カートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用した抜き取りを容易に行うことができる。
【００１３】
２）また、上記目的を達成するために、本発明は、回転自在な回転軸と、内輪に前記回転軸の前端が内嵌された前側軸受と、前記前側軸受の外輪が内嵌された前側ハウジングと、ビルトインモータのロータと、内輪に前記回転軸の後端が内嵌された後側軸受と、前記後側軸受の外輪が内嵌された後側ハウジングと、から構成された主軸サブカートリッジとを備え、前記主軸サブカートリッジが前記主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも、前記回転軸の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されていることにより、前記主軸サブカートリッジが、主軸頭に対して一体的に分解可能且つ組付可能であることを特徴としている。
【００１４】
このようにすると、回転軸の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸サブカートリッジが主軸頭に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用した抜き取りを容易に行うことができる。
【００１５】
３）また、本発明は、１）または２）に記載した工作機械において、前記主軸頭の前記主軸カートリッジ把持部が、少なくとも半分に分割する位置で分割・展開可能であることを特徴としている。
【００１６】
このようにすると、例えば、Ｚ軸移動量が短く設定されていても、主軸頭の主軸カートリッジ把持部を分割・展開することにより取り外し・組み付けを行うことができ、更に、主軸カートリッジと主軸頭との締結剛性を高めて工作機械全体の剛性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のような、点検・修理・交換の作業に時間がかかる、剛性が低い、という問題を解消でき、これらにより、主軸カートリッジまたは主軸サブカートリッジが短時間で分解・組付可能で、且つ最小限の機械高さに抑え、且つ剛性の高い工作機械を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る複数の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る工作機械の第１実施形態を示す側面図、図２は図１に示す工作機械に用いる主軸カートリッジの断面図である。
【００１９】
また、図３は本発明に係る工作機械の第２実施形態を示す側面図、図４は図３に示す工作機械に用いる主軸サブカートリッジの断面図、図５〜図７は図３に示す工作機械における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図、図８は本発明に係る工作機械の第３実施形態を示す側面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明の第１実施形態である工作機械１０は、回転自在な回転軸１１と、内輪（図２に示す）１３，１３に回転軸１１の前端が内嵌された前側軸受（図２に示す）１２，１２と、前側軸受１２，１２の外輪（図２に示す）１４，１４が内嵌された前側ハウジング（図２に示す）１５と、ビルトインモータ１６のロータ１７と、ビルトインモータ１６のステータ１８と、内輪（図２に示す）２０に回転軸１１の後端が内嵌された後側軸受（図２に示す）１９と、主軸頭２１に内嵌される外筒２２と、から構成された主軸カートリッジ２３を備え、主軸カートリッジ２３が、主軸頭２１に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。
【００２１】
そして、主軸頭２１が、主軸カートリッジ把持部２４を軸方向に有し、主軸カートリッジ２３が、当該主軸カートリッジ把持部２４に挿入されている。また、主軸カートリッジ２３が主軸頭２１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されている。
【００２２】
工作機械１０は、立形マシンニングセンタであって、ベッド８０にコラム８１が立設固定されており、ベッド８０上に配されたＹ軸案内レール８２に支持されながら、ワークテーブル８３がコラム８１に対して進退する、回転軸１１の軸方向と直交する送り軸方向であるＹ軸方向に移動する。コラム８１の上端部には、Ｘ軸案内レール８４が配されており、このＸ軸案内レール８４に支持されながら、サドル８５がコラム８１に対する横方向（図１中の前後方向）に、回転軸１１の軸方向と直交する送り軸方向であるＸ軸方向に移動する。サドル８５の先端部には、Ｚ軸案内レール８６が配されており、このＺ軸案内レール８６に支持されながら、主軸頭２１が回転軸１１の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸方向に、ワークテーブル８３に対して進退移動する。
【００２３】
主軸カートリッジ２３は、回転軸１１と、前側軸受１２と、前側ハウジング１５と、ビルトインモータ１６を構成するロータ１７と、同じくビルトインモータ１６を構成するステータ１８と、後側軸受１９と、後側ハウジング２７と、外筒２２と、から構成されている。
【００２４】
回転軸１１は、ステータ１８の内周部に非接触にしてロータ１７を有する。ロータ１７は、ステータ１８が発生した回転磁界により、回転軸１１を回転させる。回転軸１１は、内装されたドローバ（不図示）を介して工具ホルダ（不図示）に連結される。
【００２５】
外筒２２は、円筒形状に形成されており、内周面にステータ１８が固定されている。ステータ１８は、モータ電力ケーブル（不図示）を通じて与えられた電流により、内周側に回転磁界を発生する。
【００２６】
前側ハウジング１５は、円筒形状に形成されており、外筒１１の前端部に固定されている。
【００２７】
後側ハウジング２７は、円筒形状に形成されており、外筒１１の後端部に固定されている。後側ハウジング２７には、ドローバを押圧するために進退移動するロータリージョイント（不図示）を内装したツールアンクランプシリンダ２８が結合されている。
【００２８】
図２に示すように、前側軸受１２，１２は、複列のアンギュラ玉軸受であって、内輪１３，１３に回転軸１１の前端部がそれぞれ内嵌されており、外輪１４，１４が前側ハウジング１５にそれぞれ内嵌されている。
【００２９】
後側軸受１９は、単列のアンギュラ玉軸受であって、内輪２０に回転軸１１の後端部が内嵌されており、外輪２９が後側ハウジング２７に内嵌されている。
【００３０】
第１実施形態の工作機械１０によれば、主軸カートリッジ２３が主軸頭２１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されている。これにより、回転軸１１の軸方向と平行な送り軸方向であるＺ軸移動量の方が、主軸カートリッジ２３が主軸頭２１に挿入されるために必要な長さよりも長いために、Ｚ軸送りを利用して抜き取りを容易に行うことができる。
【００３１】
次に、図３〜図７を参照して、本発明に係る工作機械の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態以下の各実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号または相当符号を付することにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００３２】
図３に示すように、第２実施形態の工作機械３０は、回転自在な回転軸１１と、内輪１３に回転軸１１の前端が内嵌された前側軸受１２と、前側軸受１２の外輪１４が内嵌された前側ハウジング１５と、ビルトインモータ１６のロータ１７と、内輪２０に回転軸１１の後端が内嵌された後側軸受１９と、後側軸受１９の外輪２９が内嵌された後側ハウジング２７と、から構成された主軸サブカートリッジ３１を備え、主軸サブカートリッジ３１が、主軸頭２１に対して一体的に分解可能且つ組付可能である。また、主軸サブカートリッジ３１が主軸頭２１に挿入されるために必要な長さよりも、回転軸１１の軸方向と平行な送り軸方向への移動量の方が長く設定されている。
【００３３】
立形マシンニングセンタの工作機械の場合、Ｚ軸案内レール８６に支持されながらＺ軸方向に移動する主軸頭２１のＺ軸移動量Ｌ３が長くなると、必然的に機械高さＨ１が高くなる。機械高さＨ１は、道路運搬時の高さ、機械搬入・搬出時の工場入口・出口部の高さ、設置場所の天井高さの制限を受ける。このため、機械高さＨ１はできるだけ低い方が望ましい。そこで、工作機械３０では、主軸サブカートリッジ３１を主軸頭２１から完全に引き抜くために必要な長さＬ４は主軸カートリッジ１０を引き抜くために必要な長さＬ１より小さいため、Ｚ軸移動量Ｌ３を短くでき、結果的に、機械高さＨ１を低くできる。
【００３４】
図４に示すように、主軸サブカートリッジ３１は、ステータ１８の内径φＤ１よりも、後側ハウジング２７の外径φＤ２の方が小さい。そして、主軸サブカートリッジ３１は、後側ハウジング２７が、この後側ハウジング２７を内嵌している後側アウターハウジング３２に対して、図４中下方へ軸方向に自由に移動できる。これにより、主軸サブカートリッジ３１は外筒２２と締結しているボルト（不図示）を取外すだけで、前側ハウジング１５を先にして外筒２２から一体的にして引き抜くことができるとともに、後側アウターハウジング３２に配されている、冷却油供給ホース３３，油圧供給ホース３４，モータ動力ケーブル３５の切り離し作業をすることなく、主軸頭２１に対し一体的に分解、組み付けが可能であり、それによって、交換時間を短縮することができる。
【００３５】
次に、図５〜図７を参照して、工作機械３０における主軸サブカートリッジ３１の取り外し手順を説明する。
図５に示すように、まず、Ｚ軸送りを利用して主軸頭２１を最下位置Ａ１まで下降させる。そこで、前側ハウジング１５の外筒２２への固定を解除する。
【００３６】
図６に示すように、Ｚ軸送りを利用して主軸頭２１を最上位置Ａ２まで上昇させる。主軸頭２１は、ステータ１８を有する外筒２２，後側アウターハウジング３２といっしょに上昇するため、主軸サブカートリッジ３１のみが残され、この主軸サブカートリッジ３１を一体的に取外すことができる。
【００３７】
図７に示すように、主軸頭２１の外筒２２に対する締結を解除することにより、残りの、ステータ１８を有する外筒２２，後側アウターハウジング３２等の部品を取外すことができる。このとき、残りの、ステータ１８を有する外筒２２，後側アウターハウジング３２等の部品を一体的に取り出すためには、残りの部品の全長Ｌ５よりも、主軸頭２１の下面からワークテーブル８３の上面までの距離Ｌ６の方が長くなければならないが、主軸サブカートリッジ３１が予め分解済みのために、Ｌ５＜Ｌ６の関係を構成するのが容易である。それにより、Ｚ軸移動量Ｌ３を短くでき、機械高さＨ１を低くすることができる。
【００３８】
第２実施形態の工作機械３０によれば、回転軸１１と、前側軸受１２と、前側ハウジング１５と、ロータ１７と、後側軸受１９と、後側ハウジング２７と、から主軸サブカートリッジ３１が構成され、この主軸サブカートリッジ３１が、主軸頭２１に対して一体的に分解可能且つ組付可能に配される。従って、工作機械３０全体を分解することなく、点検・修理・交換が必要な、主軸サブカートリッジ３１を主軸頭２１から単体で取り外して分解・組み付けを行うことができる。
【００３９】
次に、図８を参照して、本発明に係る工作機械の第３実施形態について説明する。
図８に示すように、第３実施形態の工作機械４０は、主軸カートリッジ２３が、単体で一体的に分解且つ一体的に組付可能である。また、主軸頭４１が、主軸カートリッジ２３を収容する主軸カートリッジ把持部２４を有する。また、主軸頭４１の主軸カートリッジ把持部２４が、少なくとも半分に分割する位置で分割・展開可能である。
【００４０】
工作機械４０は、主軸頭４１が、回転軸中心線４２の部分で分割された第１主軸頭部４３，第２主軸頭部４４を有し、両主軸頭部４３，４４がボルト４５によって締結されている。そして、主軸カートリッジ２３が、フランジ部２５を介して、一体化した第１主軸頭部４３，第２主軸頭部４４の両方にボルト２６によって締結されている。
【００４１】
工作機械４０では、主軸カートリッジ２３を交換するときに、ボルト４５を取り外して第１主軸頭部４３を第２主軸頭部４４から取り外すことにより、Ｚ軸ストロークの長さに関係なく、主軸カートリッジ２３を単体で一体的に取り外すことができ、その作業を容易に行うことができる。ここで、第２主軸頭部４４は人が持つことのできる質量に設定されている。
【００４２】
尚、本発明に係る工作機械は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、マシンニングセンタに適用される他に、ＮＣ工作機械や、手動で送り動作を行う汎用工作機械等に適用しても良い。
【００４３】
また、前側・後側軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受や各種ころ軸受、等の転がり軸受であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る工作機械の第１実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示した工作機械に用いる主軸カートリッジの断面図である。
【図３】本発明に係る工作機械の第２実施形態を示す側面図である。
【図４】図３に示した工作機械に用いる主軸サブカートリッジの断面図である。
【図５】図３に示した工作機械における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図である。
【図６】図３に示した工作機械における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図である。
【図７】図３に示した工作機械における主軸サブカートリッジの取り外し手順を示す説明図である。
【図８】本発明に係る工作機械の第３実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，３０，４０  工作機械
１１              回転軸
１２              前側軸受
１３              内輪
１４              外輪
１５              前側ハウジング
１６              ビルトインモータ
１７              ロータ
１８              ステータ
１９              後側軸受
２０              内輪
２１，４１        主軸頭
２２              外筒
２３              主軸カートリッジ
２４              主軸カートリッジ把持部
２７              後側ハウジング
３１              主軸サブカートリッジ
【図１】
2006007329.tif 000003
【図２】
2006007329.tif 000004
【図３】
2006007329.tif 000005
【図４】
2006007329.tif 000006
【図５】
2006007329.tif 000007
【図６】
2006007329.tif 000008
【図７】
2006007329.tif 000009
【図８】
2006007329.tif 000010