(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を装着するための主軸とこの主軸を駆動する電動モータを有し昇降駆動手段により昇降駆動される主軸ユニットとを有する工作機械において、
圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体の内部から下方へ延びるロッドとを有するガススプリングであって、前記主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、
前記シリンダ本体は、圧縮ガスを気密に塞ぐヘッド側端壁部材とロッド側端壁部材とを有し、
前記ヘッド側端壁部材に圧縮ガス充填用の充填バルブを設け、
前記ロッド側端壁部材におけるロッド挿通孔の周りの周壁部を構成するスリーブ部材を設け、
このスリーブ部材をロッド側端壁部材に気密に且つ取り外し可能に装着すると共にこのスリーブ部材にロッドとの間をシールする環状シール部材を装着し、
前記環状シール部材の交換の際には、前記充填バルブを取り外してシリンダ本体内の圧縮ガスを抜いた状態で、前記ヘッド側端壁部材の充填バルブ装着孔から挿入したボルトを前記ロッドの上端部に締結してロッドを保持してから、スリーブ部材を取り外し可能に構成したことを特徴とする工作機械用主軸バランサ。
【請求項２】
前記スリーブ部材は、ロッド側端壁部材に複数のボルトで固定されたことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用主軸バランサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は工作機械用主軸バランサに関し、特に、主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングの環状シール部材の交換を容易にしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシニングセンタ等の工作機械には、工具を装着するための主軸と、この主軸を回転駆動する電動モータを有する主軸ユニットが設けられ、この主軸ユニットが昇降駆動機構により支持されて昇降駆動される。この種の昇降駆動機構は、通常、鉛直のボールネジシャフトと、このボールネジシャフトに螺合され且つ主軸ユニットに連結されたボールネジナットと、電動モータとを有し、電動モータでボールネジシャフトを回転駆動することにより、ボールネジナットとともに主軸ユニットを昇降駆動するように構成されている。
【０００３】
しかし、この種の工作機械では、昇降駆動機構により重い主軸ユニットを支持して昇降駆動しなければならず、昇降駆動機構の負荷が大きくなり、主軸ユニットの上下方向の位置精度が低下する虞があり、主軸ユニットの昇降速度の一層の高速化を実現することも難しい。しかも、重い主軸ユニットを支持する昇降駆動機構が大型化し、製作コストが高価になるという問題もある。
【０００４】
そこで、本願出願人は主軸バランサとしてガススプリングを適用したものを提案し実用化した。この主軸バランサにおいては、ガススプリングにより主軸ユニットの重量と略同等の上向きの力を発生させて、昇降駆動機構の負荷を軽減することができる。
【０００５】
図６に示すように、この主軸バランサ１００のガススプリング１０１は、圧縮ガスＧが充填されたシリンダ本体１０２と、このシリンダ本体１０２のロッド側端壁部材１０５を挿通して下方へ延びるロッド１０３を有する。シリンダ本体１０２のヘッド側端壁部材１０４には、シリンダ本体１０２に圧縮ガスＧを充填するための充填バルブ１０６が設けられている。ロッド１０３の上端にはロッド側端壁部材１０５からの抜け止め用のナット部材１０７が外嵌状に螺合されている。シリンダ本体１０２の高さは、ロッド１０３のストロークに略等しい。
【０００６】
シリンダ本体１０２内の圧縮ガスＧがリークして徐々にガス圧が低下するのを防ぐために、ロッド側端壁部材１０５には、ロッド側端壁部材１０５とロッド１０３との間をシールする上下１対の環状シール部材１０８，１０９が装着されている。環状シール部材１０８，１０９は、ロッド１０３との摩擦摺動等により摩耗するため、適宜交換する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の主軸バランサ１００においては、環状シール部材１０８，１０９を適宜交換する必要があるが、交換の際には、ガススプリング１０１自体を主軸ユニットから取り外すことになり、取り外しのために主軸ユニットの下側にスペースが必要になる。そのため、ガススプリング１０１の設置面で制約を受け、また、主軸ユニットのストロークをメンテナンスを考慮して設定する必要があるなど主軸ユニットの設計面においても制約を受ける。さらに、交換に要する作業工数も多くなる。
本発明の目的は、ガススプリングを取り外すことなく容易に環状シール部材を交換可能に構成した工作機械用主軸バランサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の工作機械用主軸バランサは、工具を装着するための主軸とこの主軸を駆動する電動モータを有し昇降駆動手段により昇降駆動される主軸ユニットとを有する工作機械において、圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体の内部から下方へ延びるロッドとを有するガススプリングであって、
前記主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、前記シリンダ本体は、圧縮ガスを気密に塞ぐヘッド側端壁部材とロッド側端壁部材とを有し、前記ヘッド側端壁部材に圧縮ガス充填用の充填バルブを設け、前記ロッド側端壁部材におけるロッド挿通孔の周りの周壁部を構成するスリーブ部材を設け、このスリーブ部材をロッド側端壁部材に気密に且つ取り外し可能に装着すると共にこのスリーブ部材にロッドとの間をシールする環状シール部材を装着し、前記環状シール部材の交換の際には、前記充填バルブを取り外してシリンダ本体内の圧縮ガスを抜いた状態で、前記ヘッド側端壁部材の充填バルブ装着孔から挿入したボルトを前記ロッドの上端部に締結してロッドを保持してから、スリーブ部材を取り外し可能に構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
環状シール部材を交換する際には、主軸ユニットを昇降駆動手段により下限位置まで下降させてロッドの上端をヘッド側端壁部材に当接させ、充填バルブを取り外してシリンダ本体内の圧縮ガスを抜く。圧縮ガスを抜いた後、ロッドをヘッド側端壁部材に保持した状態で主軸ユニットを上昇させ、スリーブ部材をロッド側端壁部材から取り外し、スリーブ部材に装着されている環状シール部材を交換する。交換後、スリーブ部材をロッド側端壁部材に再装着し、ボルトを取り外して充填バルブを装着するとともに圧縮ガスをシリンダ本体に充填する。従って、ガススプリングを取り外すことなく環状シール部材を交換することができる。
【００１０】
【００１１】
また、圧縮ガスを抜いた状態で、充填バルブ装着孔にボルトを挿入し、ロッドの上端部とヘッド側端壁部材を締結する。その状態で主軸ユニットを上昇させ、スリーブ部材をロッド側端壁部材から取り外し、環状シール部材を交換する。
【００１２】
請求項２の工作機械用主軸バランサは、請求項１の発明において、前記スリーブ部材は、ロッド側端壁部材に複数のボルトで固定されたことを特徴とするものである。従って、環状シール部材の交換の際には、ボルトの締結を解除してスリーブ部材のみを取り外すことができ、スリーブ部材の装着時には、圧縮ガスのガス圧でスリーブ部材がロッド側端壁部材から外れないように強力に固定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態は、立型のマシニングセンタ等の工作機械に本発明を適用した場合の一例である。
【００１４】
図１に示すように、工作機械１には、コラム２と、コラム２に昇降可能にガイドされた主軸ユニット３と、主軸ユニット３を昇降駆動する昇降駆動機構４等が備えられ、この工作機械１に、主軸ユニット３を支持して昇降駆動機構４の負荷を軽減するガススプリング２０を含む工作機械用主軸バランサ５が設けられている。
【００１５】
コラム２の前端部には、主軸ユニット３の昇降をガイドする鉛直ガイドレール１０が設けられ、ガイドレール１０に主軸ユニット３のフレーム部材１３の後端部に固着された複数のスライダ１１が摺動自在に係合している。コラム２の下端部前側には、ガススプリング２０のロッド２２の下端が当接する受止部１２が設けられている。
【００１６】
主軸ユニット３は、フレーム部材１３と、このフレーム部材１３の前部に鉛直軸回りに回転自在に支持され工具１４ａを下端部に着脱可能に装着する主軸１４と、この主軸１４を回転駆動する電動モータ１５等で構成されている。電動モータ１５はフレーム部材１３の上端部に取り付けられ主軸１４に直結されている。
【００１７】
昇降駆動機構４は、コラム２の上端部に取り付けられた電動モータ１６と、この電動モータ１６に直結されて下方へ延びるボールネジシャフト１７と、ボールネジシャフト１７に螺合されたボールネジナット１８を有する。ボールネジナット１８は主軸ユニット３に連結部１９を介して連結され、電動モータ１６によりボールネジシャフト１７が回転駆動されると、ボールネジナット１８とともに主軸ユニット３が昇降駆動される。
【００１８】
次に工作機械用主軸バランサ５について詳細に説明する。
図１に示すように、主軸バランサ５は立て向き姿勢に設けられたガススプリング２０を有し、このガススプリング２０により主軸ユニット３を支持して、主軸ユニット３を昇降駆動する昇降駆動機構４の負荷を軽減する。
図３に示すように、ガススプリング２０は、圧縮ガスＧ（７〜１０ＭＰａの圧縮窒素ガス）が充填されたシリンダ本体２１と、このシリンダ本体２１の内部から下方へ延びるロッド２２とを有する。
【００１９】
シリンダ本体２１は、主軸ユニット３のフレーム部材１３に内嵌される筒壁部材２３と、筒壁部材２３の上部と下部において夫々圧縮ガスＧを気密に塞ぐ円板状のヘッド側端壁部材２４と略角柱状のロッド側端壁部材２５とを有する。ヘッド側端壁部材２４はシール部材２６を介して筒壁部材２３の上端部に内嵌状に螺着されている。ロッド側端壁部材２５はシール部材２７を介して筒壁部材２３の下端部に内嵌状に螺着されている。
【００２０】
ヘッド側端壁部材２４の軸心部分には、上下に貫通する充填バルブ装着孔２８が形成され、通常の使用状態においては、充填バルブ装着孔２８には圧縮ガス充填用の充填バルブ２９が設けられ、圧縮ガスＧがシリンダ本体２１内部に充填されている。後述の環状シール部材３７，３８の交換の際には、図５のように、充填バルブ２９を取り外してシリンダ本体２１内の圧縮ガスＧを抜いた状態で、充填バルブ装着孔２８からボルト３０を挿入し、このボルト３０によりロッド２２の上端部をヘッド側端壁部材２４と締結してロッド２２を保持する。
【００２１】
ロッド側端壁部材２５の軸心部分にはロッド側端壁部材２５を上下に貫通する貫通孔３１が形成され、この貫通孔３１には、ロッド側端壁部材２５におけるロッド挿通孔３２の周りの周壁部を構成する筒状のスリーブ部材３３が設けられている。このスリーブ部材３３はシール部材３４，３５を介してロッド側端壁部材２５の貫通孔３１に気密に且つ取り外し可能に装着されている。
【００２２】
ロッド挿通孔３２を形成するスリーブ部材３３の内周面には、切削片や塵などの侵入を防止する為のダストシール３６と、ロッド２２との間をシールする上下１対の環状シール部材３７，３８が装着され、これら環状シール部材３７，３８の間には筒状の油充填隙間３９が形成され、油充填隙間３９には、油路４０を介して潤滑油Ｌが供給されて封入されている。この潤滑油Ｌは、ロッド２２がスリーブ部材３３に対して摺動するときに潤滑するとともにロッド２２とスリーブ部材３３との間のシールの役割も果たす。スリーブ部材３３の下端部にはフランジ部４１が形成され、図４に示すように、このスリーブ部材３３のフランジ部４１はロッド側端壁部材２５の下端部に８本のボルト４２で締結固定されている。従って、これらのボルト４２による固定を解除して、スリーブ部材３３をロッド側端壁部材２５から取り外し、環状シール部材３７，３８を交換することが可能である。
【００２３】
シリンダ本体２１内の下部において、ロッド側端壁部材２５の上端部はすり鉢状の油充填凹部４３が形成され、この油充填凹部４３に圧縮ガスＧをシールするための潤滑油Ｌａが充填されている。
【００２４】
ロッド２２はシリンダ本体２１の内部からロッド挿通孔３２に摺動可能に挿通され下方へ延びている。ロッド２２の上端部には、ロッド２２のシリンダ本体２１からの抜け止め用のナット部材４４が外嵌状に螺合されてピン止めされている。このナット部材４４はロッド挿通孔３２よりも大径で且つ貫通孔３１よりも小径である。ナット部材４４が油充填凹部４３の底面に当接したときに、ロッド２２がシリンダ本体２１に対して最も進出した状態（このとき主軸ユニット３は上限位置）になる。ロッド２２の上端がヘッド側端壁部材２４に当接したときに、ロッド２２はシリンダ本体２１に最も退入した状態（このとき主軸ユニット３は下限位置）となる。ロッド２２の下端部には、高さ調整用のボルト４５が装着され、その調整位置でボルト４５はナット４６によりロッド２２に固定されている。シリンダ本体２１に圧縮ガスＧが充填されているときには、このボルト４５はコラム２の受止部１２に当接している。
【００２５】
次に、前記工作機械用主軸バランサ５の作用及び効果について説明する。
図１に示すように、昇降駆動機構４により主軸ユニット３が下降駆動されると、ガススプリング２０のシリンダ本体２１も一体に下降し、シリンダ本体２１に対してロッド２２が退入する。また、昇降駆動機構４により主軸ユニット３が上昇駆動されると、ガススプリング２０のシリンダ本体２１も一体に上昇し、シリンダ本体２１に対してロッド２２が進出する。この主軸ユニット３の昇降駆動時には、圧縮ガスＧが充填された立て向き姿勢のガススプリング２０により、主軸ユニット３の重量と略同等の上向きの力を発生させることができるので、主軸バランサ５は主軸ユニット３を支持して昇降駆動機構４の負荷を軽減できる。
【００２６】
ガススプリング２０において、スリーブ部材３３に装着された１対の環状シール部材３７，３８は、ロッド２２の摩擦摺動等により摩耗する。環状シール部材３７，３８の摩耗が進行すると、ロッド２２とスリーブ部材３３との間で圧縮ガスＧのリークが生じるため、これら環状シール部材３７，３８を交換する必要がある。
【００２７】
環状シール部材３７，３８を交換する際には、まず、図１，図３のように、昇降駆動機構４により主軸ユニット３を下限位置まで下降させて、ロッド２２の上端をヘッド側端壁部材２４に当接させ、充填バルブ２９を取り外してシリンダ本体２１内の圧縮ガスＧを抜く。次に、図５に示すように、圧縮ガスＧを抜いた状態で、充填バルブ装着孔２８からボルト３０を挿入し、このボルト３０をロッド２２の上端部に締結して、ロッド２２をヘッド側端壁部材２４に固定して保持する。
【００２８】
次に、図２のように、昇降駆動機構４により主軸ユニット３を上昇させると、ロッド２２はシリンダ本体２１と一体に上昇して、ロッド２２の下端は受止部１２から離隔する。この状態で、スリーブ部材３３をロッド側端壁部材２５に固定している８本のボルト４２を外してその固定を解除し、スリーブ部材３３をロッド側端壁部材２５から下方へ取り外し、スリーブ部材３３に装着された環状シール部材３７，３８を交換する。このときに、主軸ユニット３を上限位置まで上昇させる必要はなく、スリーブ部材３３を取り外すのに必要なスペースを主軸ユニット３の下側に確保できればよい。その後、スリーブ部材３３をロッド側端壁部材２５に再装着し、ボルト３０を取り外して充填バルブ２９を装着するとともに圧縮ガスＧをシリンダ本体２１に充填する。
【００２９】
以上のように、この工作機械用主軸バランサ５においては、スリーブ部材３３のみを取り外して環状シール部材３７，３８を交換することができ、ガススプリング２０自体は主軸ユニット３から取り外さなくてもよいため、ガススプリング２０を取り外すためのスペースを確保する必要がなく、ガススプリング２０の設置面での自由度を高めることができる。また、環状シール部材３７，３８の交換を容易に行うことができるため、交換に要する作業工数を大幅に削減することができる。
【００３０】
図４のように、スリーブ部材３３は、ロッド側端壁部材２５に８本のボルト４２で固定されているので、環状シール部材３７，３８の交換の際には、これらのボルト４２の締結を解除してスリーブ部材３３のみを取り外すことができ、スリーブ部材３３の装着時には、圧縮ガスＧのガス圧でスリーブ部材３３がロッド側端壁部材２５から外れないように強力に固定することができる。
【００３１】
ロッド２２に装着されたナット部材４４はロッド挿通孔３２よりも大径で且つ貫通孔３１よりも小径であるので、ロッド２２の抜け止めの役割を果たす他に、ロッド２２を取り外す必要があるときには、スリーブ部材３３のみを取り外した状態でロッド２２を取り外すことができ、取り外しの作業に要する工数を削減することができる。
【００３２】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
１）１対の環状シール部材３７，３８の間と、ロッド側端壁部材２５の上端部には、必ずしも潤滑油Ｌ，Ｌａを充填する必要はない。潤滑油Ｌ，Ｌａを充填しない場合には、油路４０に接続する外部の油充填装置が不要になる。また、環状シール部材３７，３８のみでシールすることになり、その交換の頻度が増える可能性があるが、交換の際には潤滑油Ｌ，Ｌａを抜き取る作業が不要となるため、その交換はさらに容易になる。
２）スリーブ部材３３はロッド側端壁部材２５の貫通孔３１に内嵌状に螺合されてもよい。この場合、スリーブ部材３３はロッド側端壁部材２５に強力に固定され、固定用のボルト４２の本数を削減することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、工作機械用主軸バランサに、圧縮ガスが充填されたシリンダ本体とこのシリンダ本体の内部から下方へ延びるロッドとを有するガススプリングであって、
主軸ユニットを支持して昇降駆動手段の負荷を軽減するガススプリングを立て向き姿勢に設け、シリンダ本体は、圧縮ガスを気密に塞ぐヘッド側端壁部材とロッド側端壁部材とを有し、ヘッド側端壁部材に圧縮ガス充填用の充填バルブを設け、ロッド側端壁部材におけるロッド挿通孔の周りの周壁部を構成するスリーブ部材を設け、このスリーブ部材をロッド側端壁部材に気密に且つ取り外し可能に装着すると共にこのスリーブ部材にロッドとの間をシールする環状シール部材を装着し、環状シール部材の交換の際には、充填バルブを取り外してシリンダ本体内の圧縮ガスを抜いた状態で、ヘッド側端壁部材の充填バルブ装着孔から挿入したボルトをロッドの上端部に締結してロッドを保持してから、スリーブ部材を取り外し可能に構成したので以下の効果が得られる。
【００３４】
環状シール部材を交換する際には、主軸ユニットを昇降駆動手段により下限位置まで下降させてロッドの上端をヘッド側端壁部材に当接させ、充填バルブを取り外してシリンダ本体内の圧縮ガスを抜く。圧縮ガスを抜いた後、ロッドをヘッド側端壁部材に保持した状態で主軸ユニットを上昇させ、スリーブ部材をロッド側端壁部材から取り外し、環状シール部材を交換する。従って、ガススプリングを取り外すことなく環状シール部材を交換できるため、ガススプリングを取り外すためのスペースを下側に確保する必要がない。従って、ガススプリングの設置面での自由度を高めることができ、ガススプリングのストロークを自由に設定できるなど主軸ユニットの設計面においても制約を受けずに済む。また、環状シール部材の交換を容易に行うことができるため、交換に要する作業工数を大幅に削減することができる。
【００３５】
また、環状シール部材の交換の際には、充填バルブを取り外してシリンダ本体内の圧縮ガスを抜いた状態で、ヘッド側端壁部材の充填バルブ装着孔から挿入したボルトをロッドの上端部に締結してロッドを保持してから、スリーブ部材を取り外し可能に構成したので、シリンダ本体内の圧縮ガスを抜いた状態で、充填バルブ装着孔の充填バルブを取り外し、充填バルブ装着孔にボルトを挿入し、ロッドの上端部とヘッド側端壁部材を締結することができる。従って、ロッドを保持した状態で主軸ユニットを上昇させ、スリーブ部材のみを取り外すことが可能となり、環状シール部材を容易に交換することができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、スリーブ部材は、ロッド側端壁部材に複数のボルトで固定されたので、環状シール部材の交換の際には、複数のボルトの締結を解除してスリーブ部材のみを取り外すことができ、スリーブ部材装着時には、圧縮ガスのガス圧でスリーブ部材がロッド側端壁部材から外れないように強力に固定できる。その他請求項１と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作機械用主軸バランサを含む工作機械（通常使用状態）の側面図である。
【図２】工作機械用主軸バランサを含む工作機械（ロッド保持状態）の側面図である。
【図３】工作機械用主軸バランサ（通常使用状態）の縦断面図である。
【図４】工作機械用主軸バランサの底面図である。
【図５】工作機械用主軸バランサ（ロッド保持状態）の縦断面図である。
【図６】従来の工作機械用主軸バランサの縦断面図である。
【符号の説明】
Ｇ      圧縮ガス
１      工作機械
３      主軸ユニット
４      昇降駆動機構
５      工作機械用主軸バランサ
１４    主軸
１４ａ  工具
１５    電動モータ
２０    ガススプリング
２１    シリンダ本体
２２    ロッド
２４    ヘッド側端壁部材
２５    ロッド側端壁部材
２８    充填バルブ装着孔
２９    充填バルブ
３０    ボルト
３２    ロッド挿通孔
３３    スリーブ部材
３７，３８  環状シール部材
４２    ボルト
【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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