(57)【要約】【課題】工具を取付けて回転するスピンドルを備えた工作機械のスピンドルユニットであって、その重量を軽くすることでその位置決め精度の向上、所定の位置への迅速移動を可能とする工作機械のスピンドルユニットの提供。【解決手段】スピンドル１の材質、及びスピンドル１を支持する軸受け３ａ，３ｂ・・、ベアリング押え５ａ，５ｂ・・、スピンドル１が取付けられるヘッドカバー２、さらにスピンドル１の工具取付け部７に取付けられる工具をチタン又はチタン合金とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を取付けて回転するスピンドルを備えた工作機械のスピンドルユニットにおいて、上記スピンドルの材質をチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金としたことを特徴とする工作機械のスピンドルユニット。
【請求項２】
工具を取付けて回転するスピンドルを備えた工作機械のスピンドルユニットにおいて、上記スピンドル、及びスピンドルを支持する軸受け、ベアリング押え、さらにスピンドルが取付けられるヘッドカバーをチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金としたことを特徴とする工作機械のスピンドルユニット。
【請求項３】
工具を取付けて回転するスピンドルを備えた工作機械のスピンドルユニットにおいて、上記スピンドル及び該スピンドルの工具取付け部に取付けられる工具をチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金としたことを特徴とする工作機械のスピンドルユニット。
【請求項４】
工具を取付けて回転するスピンドルを備えた工作機械のスピンドルユニットにおいて、上記スピンドル、及びスピンドルを支持する軸受け、ベアリング押え、スピンドルが取付けられるヘッドカバー、さらにスピンドルの工具取付け部に取付けられる工具をチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金としたことを特徴とする工作機械のスピンドルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研削機械、カッター機械などの工作機械のスピンドルユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４〜図６は従来の研削装置の概略図であり、同図の(イ)はベッド、(ロ)はスタッド、(ハ)はヘッド、(ニ)はスピンドル、(ホ)はクランパーをそれぞれ表している。上記スタッド(ロ)はベッド(イ)に載って垂直に起立し、ベッド(イ)に設けているガイドレール(ヘ)、(ヘ)に沿って移動することが出来る。又、スタッド(ロ)の正面には上記ヘッド(ハ)が水平に延びており、スピンドル(ニ)はヘッド(ハ)に取付けられている。
【０００３】
そして、ヘッド(ハ)はスタッド(ロ)の正面に設けているガイドレール(ト)、(ト)に沿って上下動することが出来る。上記スピンドル(ニ)に砥石(図示なし)が取付けられ、該スピンドル(ニ)はモーター(チ)にて回転駆動される。又、上記ヘッド(ハ)はその高さが変更出来るように、サーボモータ(リ)にて上下動することが出来る構造と成っている。一方、テーブル(ヌ)には上記クランパー(ホ)が備わり、ワーク(図示なし)を固定することが出来、該クランパー(ホ)はその位置を調整することが出来る。
【０００４】
同図の研削機械はあくまでも１具体例に過ぎず、その他にも色々な研削機械が存在しているが、基本的にはヘッドにスピンドルを取付けて回転する構造と成っている。そしてスピンドル(ニ)には各種砥石が取付けられてクランパー(ホ)に固定されるワークを研削することが出来るように構成している。ところで研削機械では上記スピンドルが主要部であり、この性能は研削加工に大きく影響する。
【０００５】
ところで、研削機械以外の工作機械にもスピンドルが備わっており、各種工具がスピンドルに取付けられて高速回転してワークが加工される。すなわち、スピンドルは各種工作機械の主要部であるが、この従来のスピンドルはスチール製の棒体で構成され、砥石などの各種工具が取付け部に取付けられる。ところが、スチール製のスピンドルはその重量が大きくて、又熱膨張率が高いことから発熱に基づいて変形する変形量も大きくなり、これは加工精度に影響する。一方、スチールは磁性体である為に磁気を帯び、これがまた精度に影響する。
【０００６】
取付ける工具によってスピンドルの外径は色々であるが、太いスピンドルともなれば非常に重くなってしまい、高速回転させる電力消費量が増え、又該スピンドルを支持するヘッド及び該ヘッドを支えるスタッドが大きくなる。ＮＣ工作機械などでは複数のスライドテーブルを３軸方向へ移動させることで、該スピンドルに取着している工具にてクランパーに固定しているワークが所定形状に加工される。
【０００７】
しかし、スピンドルが重くなるとヘッドの重量が増して所定の位置へ移動するに要する時間がかかり、その為に駆動手段が大型化すると共に、一方では位置決め精度は低下する。その位置決め精度を維持する為に特別な装置が別に必要となる。また、装置全体が軽量化することで剛性が低下し、加工時の振動を制御することが困難になり、これは加工精度の低下をもたらす結果となる。
【０００８】
特開平１０−１５１５３６号に係る「工作機械」は、スピンドルユニットを移動させる機構を軽量化し、工具の位置決めを容易、迅速、且つ高精度に行うことが出来る工作機械である。
【特許文献１】特開平１０−１５１５３６号に係る「工作機械」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の工作機械には上記のごとき問題がある。特開平１０−１５１５３６号に係る「工作機械」はスピンドルユニットの位置決めの迅速化を図ったものであるが、スピンドルユニットを移動させる機構を工夫している。その為に、あらゆる工作機械のスピンドルに適用することは出来ない。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であり、スピンドルユニット自体の重量を軽くすることでその位置決め精度の向上、所定の位置への迅速移動を可能とする工作機械のスピンドルユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る工作機械のスピンドルは、チタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金を材質として構成している。チタン及びチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金はその強度はスチール並みであるが、比重はスチールの約１／２となり、同じサイズのスピンドルであれば重量は約半分となる。その為に、該スピンドルを支えるヘッドは小型化し、さらにはスタッドも小型化することが出来る。
【００１１】
そして、チタン及びチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金は熱膨張率が小さい為に、発生する熱による変形を抑制できる。チタン合金はチタンの特徴を更に向上させると共に欠点を補ったものであり、目的別に大別すると、強力チタン合金と耐熱チタン合金、及び耐食チタン合金とに分けられる。上記強力チタン合金は、主として引張り強さ、極低温じん性、疲れ強さ、切欠きじん性に優れ、耐熱チタン合金は高温強さ、クリープ強さ、熱安定性、高温腐食に優れている。また、耐食チタン合金は、各種環境下での強さ、耐応力腐食割れに優れている。
【００１２】
そして、本発明のスピンドルユニットは、スピンドルをチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金とするだけでなく、該スピンドルを支持する軸受け及びヘッドの材質をチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金をすることが出来る。さらには、切断カッターや砥石のホイール材質、切削工具のチップ以外のホイール材質をチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金とする場合もある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る工作機械のスピンドルユニットは、その材質をチタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金とすることで軽くなる。そして、軽くなることでスピンドルに取付けている工具を迅速に、しかも正確に所定の位置へ移動することが可能と成る。又、チタンやチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金は熱膨張率が小さい為に、発熱による変形は小さくなり、その為に発熱による加工精度への影響を極力抑えることが出来る。
【００１４】
一方、スピンドルを含めたヘッドから成るスピンドルユニットが軽量化される為に、駆動装置は小型化できると共に駆動に必要な消費電力も少なくなる。さらに、チタン又はチタン合金、若しくはマグネシウム又はマグネシウム合金は非磁性体である為にスピンドルユニットが磁気を帯びることはなく、また電気抵抗が鉄の約５倍であり、これらの点は加工精度の向上に大きな効果がある。
【実施例】
【００１５】
図１は切断装置のスピンドルユニットを表している実施例である。スピンドル１は複数の軸受け３ａ，３ｂ，３ｃ・・を介してヘッドカバー２に取付けられている。スピンドル１の正面側(左側)は３個の軸受け３ａ，３ｂ，３ｃにて支持され、後方側(右側)は２個の軸受け３ｄ，３ｅにて支持されている。スピンドル１の正面側ツバ４ａとベアリング押え５ａとで上記３個の軸受け３ａ，３ｂ，３ｃの内輪が固定され、軸受け３ａ，３ｂ，３ｃの外輪はベアリング押え６ａにてヘッドカバー２に固定されている。
【００１６】
従って、スピンドル１はベアリング３ａ，３ｂ，３ｃにて上方からの荷重が支えられると共に軸方向のスラスト荷重が支えられる。同じく、スピンドル１の後方側は２個の軸受け３ｄ，３ｅにて上方からの荷重と軸方向のスラスト荷重が支えられて、自由に回転することが出来る。
【００１７】
スピンドル１はヘッドカバー２の正面に設けたベアリング押え６ａから手前には工具取付け部７が延び、該工具取付け部７の先端にはネジ部８を設けている。そして、この工具取付け部７にはダイヤモンドカッター(図示なし)が取付けられてネジ部８を利用してナットが締付けられる。勿論、ダイヤモンドカッターに限らず、ダイヤモンド砥石を取付けることも可能である。
【００１８】
スピンドル１の後方端にはプーリー取付け部９が設けられている。該プーリー取付け部９にプーリー(図示なし)が取着され、モーターにてベルトを介して回転駆動される。従って、工具取付け部７に取付けたダイヤモンドカッター、又はダイヤモンド砥石はスピンドル１と共に高速回転してクランパーに固定されたワークを加工することが出来る。
【００１９】
ところで、本発明のスピンドル１はチタン又はチタン合金を材質としており、その重量は従来のスチール製スピンドルに比較して約１／２となっている。そして、ヘッドカバー２、及び軸受け３ａ，３ｂ，３ｃ・・、ベアリング押え５ａ，５ｂ、６ａ，６ｂもチタン又はチタン合金を材質として構成することもあり、スピンドルユニット自体が約１／２の重量となる。
【００２０】
図２はスピンドル１の工具取付け部７に取付けることが出来るダイヤモンドカッターを表している。該ダイヤモンドカッター９は円形の円盤１１の外周にはダイヤモンド層１２が形成されている。ダイヤモンド層１２は細かいダイヤモンドの微粒子が電着にて形成され、そして円盤１１の中心には穴１３が貫通して設けられている。この貫通穴にはスピンドル１の工具取付け部７に取付けられたフランジ１４が嵌って、図３に示すように取付けられる。
【００２１】
同図に示す工具取付け部７は片持ち支持構造であり、該工具取付け部７にはフランジ１４が嵌って先端に形成したネジ部１５に螺合したナット１６にて固定されている。フランジ１４はツバ１７を形成し、該ツバ１７にダイヤモンドカッター１０ａが当接してフランジ１４が穴１３に嵌り、そしてリング状のスペーサ１８が嵌り、次いでダイヤモンドカッター１０ｂが取付けられる。
【００２２】
このように、各ダイヤモンドカッター１０ａ、１０ｂ・・は間にスペーサ１８，１８・・を介してフランジ１４に取付けられ、最後に締付けナット１９によってダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・はフランジ１４に固定される。実際にはフランジ１４に複数枚のダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・が取付けられて締付けナット１９にて固定された状態で、該フランジ１４がスピンドル１の工具取付け部７に取着され、最後にナット１６にて固定される。
【００２３】
ところで、上記ダイヤモンドカッター１０はその円盤１１の材質をチタン又はチタン合金としたものであり、外観上は従来のＳＫ鋼、ハイス鋼を円盤材質として使用したダイヤモンドカッター１０、及び超硬合金製のダイヤモンドカッター１０と同じである。しかし、その重量は材質の比重が小さいことで約１／２〜１／３となっている。
【００２４】
又、ダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・が取付けられるフランジ１４、及び各ダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・の間に介在しているスペーサ１８，１８・・もチタン又はチタン合金にて構成されている。従って、図３に示すように片持ち支持構造の工具取付け部７に作用する荷重は軽減されて、該工具取付け部７の撓み変形量は小さくなる。
【００２５】
工具取付け部７の先端が撓み変形して降下するならば、該工具取付け部７に取付けられているダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・は傾斜し、この傾斜状態で被切断物に切込む。しかし、実際の切断加工では切断抵抗が発生してダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・は押し上げられて浮上し、それに伴って工具取付け部先端も上昇する。従って、傾斜して切込んだダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・は切断加工中では押上げられてその傾斜角度が変化する。その結果、被切断物との間に大きな摩擦が発生し、摩擦熱を生じる。本発明では、この工具取付け部７の撓み変形量を小さくする為に、ダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・、フランジ１４、スペーサ１８，１８・・をチタン又はチタン合金としている。
【００２６】
図３はスピンドル１の工具取付け部７に複数枚のダイヤモンドカッター１０ａ，１０ｂ・・を取付けている場合の実施例であるが、チタン又はチタン合金で構成したホールを有すダイヤモンド砥石を取付けることも出来る。さらに、研削機械以外の工作機械の場合には、そのスピンドルの工具取付け部に先端チップ以外をチタン又はチタン合金で構成した切削工具を取付けることが出来、スピンドルユニットの軽量化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係るスピンドルユニットを示す実施例。
【図２】ダイヤモンドカッター。
【図３】スピンドルの工具取付け部にダイヤモンドカッターを取付けた場合。
【図４】研削機械の正面図。
【図５】研削機械の平面図。
【図６】研削機械の側面図。
【符号の説明】
【００２８】
１  スピンドル
２  ヘッドカバー
３  軸受け
４  ツバ
５  ベアリング押え
６  ベアリング押え
７  工具取付け部
８  ネジ部
９  プーリー取付け部
10  ダイヤモンドカッター
11  円盤
12  ダイヤモンド層
13  穴
14  フランジ
15  ネジ部
16  ナット
17  ツバ
18  スペーサ
19  締付けナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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