(57)【要約】【課題】主軸を正確な位置に素早く旋回割り出しできる旋回主軸のブレーキ機構を安価に構成することができ、メンテナンスが容易である上、旋回主軸が位置ずれを起こしにくい実用的な工作機械の主軸台を提供する。【解決手段】主軸台１は、工具を装着可能な主軸頭２と支持基台３等によって構成されており、支持基台３に内蔵された回転駆動機構４によって、主軸頭２が、円柱状の旋回主軸２１の中心軸（旋回軸Ｂ）を中心として回転し、所定の姿勢に割り出されるようになっている。また、油圧によりピストン２０をブレーキ板２６に押し付けることによって旋回主軸２１の回転を制止する制動機構が設けられており、その制動機構の作動時に、ピストン２０のブレーキ板２６への押し付け方向と反対の方向への油圧力を旋回主軸２１の制動部材２３に作用させて、その制動部材２３を支持基台３に設けられた基準面１９に押し当てるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着した状態で回転可能な主軸と、その主軸を、直交する旋回軸の回りに割出し可能な旋回主軸と、その旋回主軸を回転可能に保持する支持基台と、旋回主軸の回転を制止する制動機構とを備えた工作機械の主軸台であって、
前記制動機構が、前記支持基台に固定されたピストンを油圧により前記旋回主軸に固着されたブレーキ板に押し付けることによって旋回主軸の回転を制止するものであり、
その制動機構の作動時に、ピストンのブレーキ板への押し付け方向と反対の方向への油圧力を前記旋回主軸の制動部材に作用させて、その制動部材を前記支持基台に設けられた基準面に押し当てることを特徴とする工作機械の主軸台。
【請求項２】
前記旋回主軸を回転可能に保持する支持基台に、前記ピストンの作動に供する作動油を充填するための流入室が設けられているとともに、その流入室内に、前記ピストンの基端面と対向するように油圧作用面が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の主軸台。
【請求項３】
前記制動機構以外に、前記支持基台に固定された第一クラッチ部材を、油圧によって、前記旋回主軸に固着された第二クラッチ部材と噛合させることによって旋回主軸の回転を制止する第二の制動機構が設けられており、割り出し角度に応じて、２つの制動機構を使い分けるものであるとともに、
前記第二の制動機構の作動時には、油圧によって前記第一クラッチ部材と噛合した前記第二クラッチ部材を、前記支持基台に設けられた基準面に押し当てることを特徴とする請求項１、または請求項２に記載の工作機械の主軸台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合加工旋盤等の工作機械に搭載されており、工具を装着した主軸頭を旋回軸回りに回転可能な旋回主軸と、その旋回主軸の回転を制動するための制動機構とを備えた主軸台に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複合加工機等の工作機械には、工具を装着した主軸と、その主軸を旋回軸（主軸と直交する軸）の回りに旋回割り出し可能な旋回主軸とを有する主軸台（所謂、Ｍ主軸台）が搭載されている。そのようなＭ主軸台としては、特許文献１の如く、外周に摩擦抵抗を高める表面処理（たとえば、ダイヤモンドメッキ処理）を施したテーパ面を有するスリーブ部材を、旋回主軸の軸線方向に沿って進退可能に設ける一方、旋回主軸を回転可能に保持する支持基台に、スリーブ部材のテーパ面と対向したテーパ面を設け、油圧によって、スリーブ部材のテーパ面を支持基台のテーパ面に押し付けることによって、旋回主軸を制動するように構成したものが提案されている。
【０００３】
また、Ｍ主軸台の中には、旋回主軸の外周に平板状のブレーキ板（回転側ブレーキ板）を設けるとともに、旋回主軸を挿通させた支持基台の挿通孔の内周に、旋回主軸のブレーキ板と対峙するようにブレーキ板（固定側ブレーキ板）を設け、油圧でピストン旋回主軸に沿って進退させて、回転側ブレーキ板を、ピストンのヘッドと固定側のブレーキ板との間に挟み込むことによって、旋回主軸を制動するように構成したものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のＭ主軸台は、旋回主軸の制動機構（ブレーキ機構）が主軸を正確な位置に素早く旋回割り出しできるものの、当該ブレーキ機構の構成部品であるスリーブ部材等の加工が困難であり、安価に構成することができない、という不具合がある。また、スリーブ部材のテーパ面が摩耗した場合には、スリーブ部材ごと交換する必要があるため、メンテナンスにコスト・手間がかかる、という不具合もある。
【０００６】
一方、油圧で回転側ブレーキ板をピストンのヘッドと固定側のブレーキ板との間に挟み込むことによって旋回主軸を制動するＭ主軸台は、旋回主軸の制動時に油圧力が一方向（たとえば、旋回主軸の先端方向）に作用してしまうため、旋回主軸が変位（位置ずれ）を起こし易い、という不具合がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来の工作機械の主軸台（Ｍ主軸台）が有する問題点を解消し、主軸を正確な位置に素早く旋回割り出しできる旋回主軸のブレーキ機構を、安価に構成することができ、メンテナンスが容易である上、旋回主軸が変位（位置ずれ）を起こしにくい実用的な工作機械の主軸台を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内、請求項１に記載された発明は、工具を装着した状態で回転可能な主軸と、その主軸を、直交する旋回軸の回りに割出し可能な旋回主軸と、その旋回主軸を回転可能に保持する支持基台と、旋回主軸の回転を制止する制動機構とを備えた工作機械の主軸台であって、前記制動機構が、前記支持基台に固定されたピストンを油圧により前記旋回主軸に固着されたブレーキ板に押し付けることによって旋回主軸の回転を制止するものであり、その制動機構の作動時に、ピストンのブレーキ板への押し付け方向と反対の方向への油圧力を前記旋回主軸の制動部材に作用させて、その制動部材を前記支持基台に設けられた基準面に押し当てることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記旋回主軸を回転可能に保持する支持基台に、前記ピストンの作動に供する作動油を充填するための流入室が設けられているとともに、その流入室内に、前記ピストンの基端面と対向するように油圧作用面が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項１、または２に記載された発明において、前記制動機構以外に、前記支持基台に固定された第一クラッチ部材を、油圧によって、前記旋回主軸に固着された第二クラッチ部材と噛合させることによって旋回主軸の回転を制止する第二の制動機構が設けられており、割り出し角度に応じて、２つの制動機構を使い分けるものであるとともに、前記第二の制動機構の作動時には、油圧によって前記第一クラッチ部材と噛合した前記第二クラッチ部材を、前記支持基台に設けられた基準面に押し当てることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る工作機械の主軸台は、主軸を正確な位置に素早く旋回割り出しすることができる上、旋回主軸の制動機構（ブレーキ機構）を安価に構成することができ、かつ、メンテナンスを容易なものとすることができる。また、旋回主軸を制動する際に、ピストンのブレーキ板への押し付け方向と反対の方向へも油圧力を作用させるため、旋回主軸が変位（位置ずれ）しにくい。
【００１２】
請求項２に係る工作機械の主軸台は、旋回主軸の制動時に、ピストンを加圧する作動油の圧力を油圧作用面に作用させるので、油圧力を効率的にピストンのブレーキ板への押し付け方向と反対の方向へ作用させることができるため、より精度良く旋回主軸の変位を防止することができる。
【００１３】
請求項３に係る工作機械の主軸台は、割り出し角度に応じて２つの制動機構とを使い分けて、旋回主軸を制動するものであるため、旋回主軸を短時間の内に制止させることができる上、主軸頭をきわめて正確な位置に割り出すことができる。また、ブレーキ式の制動機構を利用して割り出しを行う場合、クラッチ式の制動機構を利用して割り出しを行う場合とも、油圧によって同一の基準面を押圧するものであるので、利用する制動機構の違いによる旋回主軸の旋回軸に沿った方向の変位（位置ずれ）が小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複合加工旋盤に搭載された主軸台（Ｍ主軸台）の部分断面図である。
【図２】主軸台の制動機構の作動状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１）主軸台の構造
以下、本発明に係る工作機械の主軸台の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、工作機械である複合加工旋盤（図示せず）に搭載された主軸台（Ｍ主軸台）の部分断面図であり、当該主軸台の制動機構を作用させるための油圧回路も一緒に示されている。主軸台１は、工具を装着可能な主軸頭２（主軸Ａ）と支持基台３等によって構成されており、支持基台３に内蔵された回転駆動機構４によって、主軸頭２が、円柱状の旋回主軸２１の中心軸（旋回軸Ｂ）を中心として回転し、所定の姿勢に割り出されるようになっている。
【００１６】
支持基台３は、略円筒状に形成されており、中心に、主軸頭２の旋回主軸２１を挿通させるための軸挿通孔５が設けられている。また、支持基台３の先端際であって当該軸挿通孔５の外側には、略円柱状の空洞部６が設けられている（なお、支持基台３の先端際における軸挿通孔５と隣接した外側の部分を内側支持部７といい、空洞部６と隣接した外側の部分を外側支持部８という）。また、空洞部の基端側（図１における下側）には、基準面１９が旋回軸Ｂと直交するように設けられている。
【００１７】
そして、内側支持部７の先端には、扁平な円柱状のブレーキヘッド９が固定されており、そのブレーキヘッド９の内側（基端側）には、扁平なリング状のブレーキ板１０が、ゴム製で扁平なリング状の固定部材１１，１１によって挟持された状態で固着されている。さらに、当該ブレーキ板１０の内側（基端側）には、ピストンガイド部材１２、支持部材１３、クラッチガイド部材１４が固着されている。
【００１８】
ピストンガイド部材１２の先端際には、フランジ部が設けられており、他の部分より大径になっている（外径が大きくなっている）。また、クラッチガイド部材１４の基端側は、先端側に比べて大径になっている。さらに、支持部材１３は、それらの ピストンガイド部材１２、クラッチガイド部材１４に比べて、大径になっている。
【００１９】
当該支持部材１３の先端側には、扁平なリング状のピストン２０が設けられている。かかるピストン２０は、先端面に押止突起７１が設けられており、基端に係合フランジが内側に突出するように設けられている。そして、当該ピストン２０は、内周面が、軸受１５，１５を介して、ピストンガイド部材１２の外周面と当接した状態になっており、後述するように、油圧によって、旋回軸Ｂに沿って突出・退入するようになっている（すなわち、支持部材１３の先端面に対して離反・接合可能になっている）。また、支持部材１３の先端面には、円周状に凹部７２が設けられており、作動油を流入させるための流入孔（図示せず）が穿設されている。
【００２０】
一方、支持部材１３の基端側には、外形が略円錐台状の第一クラッチ部材１６が設けられている。かかる第一クラッチ部材１６は、先端際に係合フランジが内側に突出するように設けられており、基端面に、クラッチ板１７が設けられている。そして、当該第一クラッチ部材１６は、内周面が、軸受１８，１８を介して、クラッチガイド部材１４の外周面と当接した状態になっており、後述するように油圧によって、旋回軸Ｂに沿って突出・退入するようになっている（すなわち、支持部材１３の基端面に対して接合・離反可能になっている）。また、クラッチ板１７は、リング状のカップリング部材であり、後述する第二クラッチ部材６１のクラッチ板６２と噛合するようになっている。
【００２１】
一方、円柱状の旋回主軸２１の基端側（主軸頭２との間）には、フランジ部２２が設けられており、そのフランジ部２２の下面には、略円筒状の制動部材２３が固着されている。そして、当該制動部材２３が、支持基台３の内側支持部７と外側支持部８との間に形成された空洞部６に嵌め込まれた状態になっている。
【００２２】
制動部材２３の先端際の外面と、支持基台３の外側支持部８の内面との間には、軸受２４が介在しており、旋回主軸２１は、支持基台３に支持された状態で、旋回軸Ｂを中心としてスムーズに回転することができるようになっている。また、制動部材２３の上端際には、一定幅のリング状の当接面２５が旋回軸Ｂと直交するように設けられており、その当接面２５には、扁平なリング状のブレーキ板２６が、複数のボルトによって等間隔で（旋回軸Ｂを中心とした等角度で）螺着されている。当該ブレーキ板２６の内周際の部分は、支持基台３の内側支持部７の先端に設けられたブレーキヘッド９およびブレーキ板１０の外周際同士の間に、所定の間隔を隔てて挟まれた状態になっており、その重複部分の基端側に、ピストン２０の押止突起７１が位置した状態になっている。
【００２３】
また、制動部材２３の中央の部分は、フランジ状に軸心側に突出した状態になっており、そのフランジ状の部分の先端には、一定幅のリング状の油圧作用面３０が、旋回軸Ｂと直交するように設けられている。そして、その油圧作用面３０が、ピストン２０の下面と所定の距離を隔てて対向した状態になっている。
【００２４】
また、制動部材２３の基端には、第２クラッチ部材６１が制動部材２３よりも軸心側へ突出するように設けられており、その第２クラッチ部材３１の軸心側の外面には、第一クラッチ部材１６のクラッチ板１７と噛合するクラッチ板６２が固着されている。さらに、制動部材２３の内周面は、軸受２７を介してピストン２０の外周面と向かい合った状態になっており、軸受２８を介して支持部材１３の外周面と向かい合った状態になっており、軸受２９を介して第一クラッチ部材１６の外周面と向かい合った状態になっている。
【００２５】
一方、ピストン２０の内周面とピストンガイド部材１２の外周面との間には、作動油を流入可能な第一流入室３１が設けられている。また、ピストン２０の下側には、ピストン２０の下面、制動部材２３の内周面、油圧作用面３０、支持部材１３の外周面、および支持部材１３の外側の先端面で閉塞された作動油を流入可能な第二流入室３２が設けられている。さらに、支持部材１３の下面と第一クラッチ部材１６の上面との間、第一クラッチ部材１６の内周面とクラッチガイド部材１４の外周面との間には、それぞれ、作動油を流入させるための第三流入室３３、第四流入室３４が設けられている。
【００２６】
また、図１の如く、第一流入室３１は、第二油送路５２によって電磁弁４１を介して外部に設置されたポンプＰと接続されており、第二流入室３２は、第一油送路５１によって電磁弁４１を介して外部に設置されたタンクＴと接続されている。一方、第三流入室３３は、第三油送路５３によって方向切換弁４２、パイロットチェック弁４３を介してポンプＰと接続されており、第四流入室３４は、第四油送路５４によって方向切換弁４２を介してタンクＴと接続されている。なお、ポンプＰは、図示しない制御装置によって駆動制御されるようになっている。
【００２７】
そして、上記したブレーキヘッド９、ブレーキ板１０、制動部材２３のブレーキ板２６、ピストン２０、第一流入室３１、第二流入室３２、第一油送路５１、第二油送路５２、電磁弁４１、ポンプＰ、タンクＴ、およびポンプＰの制御装置（図示せず）等によって、旋回主軸２１の第一の制動機構（ブレーキによる制動機構）が構成されている。また、上記した第一クラッチ部材１６、クラッチ板１７、第二クラッチ部材６１、クラッチ板６２、第三流入室３３、第四流入室３４、第三油送路５３、第四油送路５４、方向切換弁４２、パイロットチェック弁４３、ポンプＰ、タンクＴ、およびポンプＰの制御装置（図示せず）等によって、旋回主軸２１の第二の制動機構（クラッチによる制動機構）が構成されている。
【００２８】
（２）主軸台の作動内容
上記の如く構成された主軸台１においては、大きな単位（角度、概ね１５°以上）での割り出しの際には、第二の制動機構（クラッチによる制動機構）が用いられ、当該第二の制動機構で対応できない細かな角度（概ね３０°未満）での割り出しの際には、第一の制動機構（ブレーキによる制動機構）が用いられる。すなわち、大きな単位での割り出しの際には、第三流入室３３内に作動油を充填させることによって、第一クラッチ部材１６を基端側に退入（図１において下降）させ、クラッチ板１７を制動部材２３に固着されている第二クラッチ部材６１のクラッチ板６２と噛合させて、第二クラッチ部材６１の基端側（図１における下側）の面を、基準面１９に押し当てることによって、内側支持部７に対する制動部材２３の回転を制止する。
【００２９】
また、図２は、主軸台１において主軸頭２を細かな角度で割り出す際の作動内容を示したものである。主軸頭２を割り出す際には、図２（ａ）の如く、ポンプＰを作動させて第一流入室３１に作動油を充填し、ピストン１９を退入させ（図２において下降させ）、ブレーキヘッド９、制動部材２３のブレーキ板２６、内側支持部７のブレーキ板１０を互いに離反させた状態で、回転駆動機構４を作動させて、旋回主軸２１を旋回軸Ｂを中心として回転させる。なお、回転駆動機構４は、図示しない制御装置によって駆動制御される。
【００３０】
そして、所定の角度だけ、旋回主軸２１が回転すると、図２（ｂ）の如く、制動機構が作用して、主軸頭２の回転が制止される。すなわち、第一流入室３１内の作動油を強制排出するとともに、第二流入室３２内に作動油を充填させ、油圧（圧力＝Ｐとする）によってピストン２０を突出させ（上昇させ）、制動部材２３のブレーキ板２６を、ブレーキヘッド９と内側支持部７のブレーキ板１０とで挟持させることによって、内側支持部７に対する制動部材２３の回転を制止する。
【００３１】
また、上記の如く、第一流入室３１内の作動油を強制排出するとともに、第二流入室３２内に作動油を充填させて、ピストン２０を突出させることによって、ブレーキヘッド９と内側支持部７のブレーキ板１０とで制動部材２３のブレーキ板２６を狭持させると、狭持されたブレーキ板２６の撓みによる反力（ブレーキヘッド９に押し当てられた部分を基準として、平板状に復元しようとする力）が制動部材２３に伝わるため、主軸頭２の旋回主軸２１に、先端向きの力αが作用する。
【００３２】
また、それと同時に、第二流入室３２内の作動油の油圧（圧力＝Ｐ）が、制動部材２３の内周に形成された油圧作用面３０に作用するため、制動部材２３に固着された第二クラッチ部材６１の基端側（図１における下側）の面が、基準面１９を基端向きに（図１における下向きに）押圧する。それゆえ、旋回主軸２１には、基端向きの力βが作用することになる。この基端向きの力βは油圧Ｐと油圧作用面３０の面積から決まり、先端向きの力αより大きくなるようにする。これにより、旋回主軸２１には、先端向きの力αよりも大きな力βが基端向きに加わることになるため、結果的に、「力β−力α」が基端向きに作用することになる。それゆえ、主軸台１においては、単純にピストン２０を突出させて（図２において上昇させて）制動部材２３のブレーキ板２６をブレーキヘッド９と内側支持部７のブレーキ板１０とで挟持させるだけの制動機構のように、制動時に旋回主軸２１が先端側へ変位（位置ずれ）したりしない。
【００３３】
（３）主軸台の効果
主軸台１は、上記の如く、制動機構が、油圧によりピストン２０を旋回主軸２１に固着されたブレーキ板２６に押し付けることによって旋回主軸２１の回転を制止するものであり、その制動機構の作動時に、ピストン２０のブレーキ板２６への押し付け方向と反対の方向への油圧力を旋回主軸２１の制動部材２３に作用させて、その制動部材２３を支持基台３に設けられた基準面１９に押し当てるように構成されているため、主軸（主軸頭２）を正確な位置に素早く旋回割り出しすることができる上、旋回主軸２１の制動機構（ブレーキ機構）を安価に構成することができ、かつ、メンテナンスを容易なものとすることができる。その上、旋回主軸２１を制動する際に、旋回主軸２１が変位（位置ずれ）しにくい。
【００３４】
また、主軸台１は、上記の如く、旋回主軸２１を回転可能に保持する支持基台３に、ピストン２０の作動に供する作動油を充填するための第二流入室３２が設けられているとともに、その第二流入室３２内に、ピストン２０の基端面と対向するように油圧作用面３０が設けられており、旋回主軸２１の制動時に、ピストン２０を加圧する作動油の圧力を油圧作用面３０に作用させるので、油圧力を効率的にピストン２０のブレーキ板２６への押し付け方向と反対の方向へ作用させることができるため、より精度良く旋回主軸２１の変位を防止することができる。
【００３５】
さらに、主軸台１は、上記の如く、割り出し角度に応じて、第一の制動機構（ブレーキによる制動機構）と第二の制動機構（クラッチによる制動機構）とを使い分けて、旋回主軸２１を制動するものであるため、旋回主軸２１を短時間の内に制止させることができる上、主軸頭２をきわめて正確な位置に割り出すことができる。加えて、第一の制動機構を利用して割り出しを行う場合、第二の制動機構を利用して割り出しを行う場合とも、第二クラッチ部材６１の基端側（図１における下側）の面を基準面１９に押し付ける（図１における下向きに押圧する）ものであるので、利用する制動機構の違いによる旋回主軸２１の旋回軸Ｂに沿った方向の変位（位置ずれ）が小さい。
【００３６】
（４）主軸台の変更例
本発明に係る工作機械の主軸台の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、主軸頭（主軸）、支持基台、回転駆動機構、旋回主軸、ピストン、ブレーキ板、流入室等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。加えて、本発明に係る主軸台を搭載する工作機械も、上記実施形態の如き複合加工旋盤に限定されず、各種の工作機械に変更することが可能である。
【００３７】
たとえば、主軸台の制動機構は、上記実施形態の如く、ピストンで固定側のブレーキ板を押圧し、ブレーキヘッドの基端面と固定側のブレーキ板との間に、回転側のブレーキ板を挟み込むことによって旋回主軸を制動するものに限定されず、ブレーキヘッドの基端面に固定側のブレーキ板が当着されており、ピストンで回転側のブレーキ板を押圧し、ピストンの先端面と固定側のブレーキ板との間に、回転側のブレーキ板を挟み込むことによって旋回主軸を制動するもの等に変更することも可能である。
【００３８】
また、主軸台は、上記実施形態の如く、ピストン、回転側ブレーキ板、固定側ブレーキ板等からなる制動機構（第一の制動機構）と、第一クラッチ部材および第二クラッチ部材からなる制動機構（第二の制動機構）とを併設したものに限定されず、ピストン、回転側ブレーキ板、固定側ブレーキ板等からなる制動機構のみからなるものや、当該制動機構の他に、クラッチを利用した制動機構以外の制動機構を併設したものでも良い。
【符号の説明】
【００３９】
１・・主軸台
２・・主軸頭（主軸）
３・・支持基台
４・・回転駆動機構
１６・・第一クラッチ部材
１９・・基準面
２０・・ピストン
２１・・旋回主軸
２６・・ブレーキ板
３０・・油圧作用面
３２・・第二流入室（流入室）
６１・・第二クラッチ部材
【図１】
2015054374.tif 000003
【図２】
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