JP2008161954A - 工作機械用の加工用ヘッド及びその加工用ヘッドに使用されるスピンドルユニット - Google Patents

Abstract

【課題】一対の支持部間で支持軸を介してスピンドルユニットを支持する支持ヘッドであって支持軸の軸線を中心にスピンドルユニットを回転駆動する割出し機構を有する支持ヘッドを含む工作機械用の加工用ヘッドにおいて、加工用ヘッドの大型化を招くことのない支持ヘッドの内部構造を提供する。
【解決手段】加工用ヘッドにおいて、スピンドルユニット２０に対する加工用流体の給排を行うためのロータリジョイントであって支持軸と一体的に回転する回転部材及び支持部のハウジング31A,31Bに対し回転不能に設けられて回転部材が相対回転可能に嵌装される軸部材からなるロータリジョイントを各支持部内に支持軸と同軸的に備え、第２の支持部３０Ｂ内に備えられる一方のロータリジョイント３８の回転部材と軸部材との間の摺動面の径が、第１の支持部３０A内に備えられる他方のロータリジョイント３７の摺動面の径よりも大径である。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械用の加工用ヘッド、より詳しくは、５軸加工機（同時５軸制御可能な加工機）や多面加工機等の複合加工機（工作機械）で使用される加工用ヘッド、及びその加工用ヘッドで使用されるスピンドルユニットに関する。

図４は、前記の複合加工機の一例として、門型工作機械（マシニングセンタ）１を示している。この種の門型工作機械１は、ベッド４上に付設された左右のコラム２、２と、コラム２、２上を上下方向（Ｚ軸方向）に移動するクロスレール６と、クロスレール６上を水平に左右方向（Ｙ軸方向）に移動するサドル７と、サドル７上をＺ軸方向に移動するラム８と、ベッド４上を前後方向（Ｘ軸方向）に移動するテーブル５とを含む。さらに、ラム８には、工具が取り付けられるスピンドルを備えたスピンドルユニット２０及びスピンドルユニット２０を支持する支持ヘッドを含む加工用ヘッド１０が取り付けられている。

前記門型工作機械１は、ワークの加工時において、予め設定されたプログラムに基づく数値制御により、前記テーブル５、クロスレール６、サドル７及びラム８を移動させると共に、加工用ヘッド１０がスピンドルユニット２０の角度位置（回転位置）の割り出しを行う。これにより、前記工作機械では、ワークの各加工面に対して工具を最適な角度で当てて加工を行うことができ、複雑な形状のワークの切削加工等を可能としている。

そのため、前記加工用ヘッドは、スピンドルユニット２０の角度位置を割り出すための割出し機構を備えている。また、この加工用ヘッドにおける割出し機構として、そのモータステータ及びモータロータが支持ヘッド３０のハウジング内に配置され、ロータが、スピンドルユニットを支持する支持軸に連結された直接駆動型の駆動モータ（以下、「ＤＤモータ」という）を駆動手段として含むものが公知である（例えば、特許文献１）。

この特許文献１に記載の支持ヘッド（操作ヘッド）は、ツールホルダを含む第２の支持部（本発明でいう「スピンドルユニット」）を支持する一対のアーム（本発明でいう「支持部」）を有するフォーク形に構成されている。また、各アーム内には、上記第２の支持部を支持するシャフト（本発明でいう「支持軸」）が回転自在に支持されると共に、このシャフトを回転駆動するためのＤＤモータが設けられている。なお、この特許文献１の構成のように、ＤＤモータを駆動源とする支持ヘッドにおいては、スピンドルユニット（第２の支持部）を支持する支持軸（シャフト）及びこの支持軸を回転駆動するＤＤモータが、本発明でいう割出し機構を構成する。

そして、特許文献１に記載の支持ヘッドでは、予めプログラムされた数値制御に従って前記ＤＤモータの駆動を制御することにより、前記支持軸がＤＤモータによって回転駆動され、これに伴い、スピンドルユニットが、支持軸の軸線と一致する軸線であってスピンドルの回転軸線と直交する軸線（以下、「Ａ軸」という）を中心に、所定の角度位置へ向けて回転割り出しされる。

因みに、一般的な前記の支持ヘッドにおいては、特許文献１には記載されていないが、スピンドルユニットの角度位置を制御するために前記支持軸の角度位置（回転位置）を検出する必要があり、そのための回転検出器等の検出器類を、支持ヘッド内において支持軸に付設している。なお、特許文献１に記載されているような一対の支持部を有するフォーク形の支持ヘッドでは、前記の回転検出器は、いずれか一方の支持部内に設けられる。

また、前記の割出し機構や回転検出器に加え、支持ヘッド内には、支持軸を回転自在に支持するための軸受や、スピンドルユニット（支持軸）の角度位置を保持するためのクランプ機構が配設される。更には、支持部を通してスピンドルユニットに対し加工用の流体を供給するためのロータリジョイントであって、支持軸と同軸的に配置されて支持軸と共に回転する回転部材を含むロータリジョイントが支持ヘッドの各支持部内に設けられる場合もある。そして、前記の割出し機構も含め、これらの各構成要素は、いずれも支持軸に対し接続もしくは接続可能な状態に配設されるものである。

ところで、前記のような工作機械で用いられる加工用ヘッドでは、その操作性や重量が及ぼす影響等を考慮した場合、加工用ヘッド（支持ヘッド）自体が大型化することはことは好ましくない。しかし、特許文献１に記載の支持ヘッドのように両支持部内に割出し機構を備えたものにおいて、更に前記のロータリジョイント等の各構成要素を各支持部内に配設した場合、一方の支持部内には、前記の割出し機構及び各構成要素に加えて前記の検出器類が支持軸に対し設置されることになる。そのため、この一方の支持部については、そのＡ軸方向における寸法がこの回転検出器分だけ大きくなる。しかも、支持剛性のバランスを考えた場合、両支持部のＡ軸方向の寸法が同じである方が好ましく、そのために他方の支持部についても、そのＡ軸方向の寸法を上記一方の支持部に合せて大きくしなければならなくなる。その結果として、支持ヘッド全体のＡ軸方向に関する寸法が大きくなり、加工用ヘッドが大型化してしまう。
特開２００４−４８１３５号公報

従って、本発明の課題は、割出し機構と共に前記のような種々の構成要素を支持ヘッド内に備える工作機械用の加工用ヘッドにおいて、加工用ヘッドの大型化を招くことの無い支持ヘッドの内部構造を提供すること、及びその様な支持ヘッドに適用可能なスピンドルユニットを提供することにある。

本発明は、工具が取り付けられるスピンドルを含むスピンドルユニットと、該スピンドルユニットを挟んで対向配置された第１及び第２の支持部間で各支持部内に回転自在に支持された支持軸を介して前記スピンドルユニットを支持する支持ヘッドであって前記支持軸の軸線を中心に前記スピンドルユニットを回転させてその角度位置を割り出す割出し機構を有する支持ヘッドとを含み、前記割出し機構が、前記第１及び第２の支持部の少なくとも一方に設けられ、その駆動手段として前記支持部のハウジング内で前記支持軸周りに同軸的に配置されたモータロータ及びモータステータからなる駆動モータを含む工作機械用の加工用ヘッドを前提とする。

そして、上記の課題のもとに、本発明による加工用ヘッドは、前記支持軸と同軸的に配置されてスピンドルユニットに対し供給される加工用流体の供給及び排出を行うためのロータリジョイントであって前記支持軸と一体的に回転する回転部材及び前記支持部のハウジングに対し回転不能に設けられて前記回転部材が相対回転可能に嵌装される軸部材からなる前記ロータリジョイントを前記各支持部内に備えると共に、前記各支持軸と前記スピンドルユニットとを固定するための複数のネジ部材であって前記支持軸の軸線を中心とする円周上に配設された複数の前記ネジ部材を有する。そして、前記第２の支持部内に備えられる一方のロータリジョイントの上記回転部材と軸部材との間の摺動面の径が、前記第１の支持部内に備えられる他方のロータリジョイントの前記摺動面の径よりも大径であることを特徴とする。

また、前記の各ロータリジョイントについては、前記一方のロータリジョイントの前記摺動面の径を前記ネジ部材の配置円の径よりも大径とし、且つ、前記他方のロータリジョイントの前記摺動面の径を前記ネジ部材の配置円の径よりも小径とすることが好適である。因みに、本発明でいうネジ部材の「配置円」とは、ネジ部材が配置される仮想円のことを表すものである。すなわち、本発明による支持ヘッドでは、支持軸及びスピンドルユニットに対しＡ軸を中心とした仮想円を設定してこの仮想円の円周上にネジ孔を形成し、このネジ孔にネジ部材を螺挿して支持軸とスピンドルユニットとの固定を行うものであり、この円周上にネジ部材が配設される仮想円が前記の「配置円」に相当する。また、後述の加工用流体のための給排ポートの「配置円」についても同様の考え方のものである。

また、本発明では、前記の各支持部について、その前記スピンドルユニットと対向する面に対し、スピンドルユニットに形成された前記加工用流体のための複数の給排ポートに接続される複数の給排ポートであって各ロータリジョイントの回転部材に形成された複数の流体流路が連通する複数の前記給排ポートが形成されたものとし、前記第１の支持部における複数の前記給排ポートの各々が前記ネジ部材の配置円よりも小径の円周上に形成され、且つ、前記第２の支持部における複数の前記給排ポートの各々が前記ネジ部材の配置円よりも大径の円周上に形成されるものとしてもよい。更には、前記割出し機構が、前記第１及び第２の支持部のいずれか一方にのみ設けられるものとしてもよい。

なお、上記した本発明における「給排ポート」とは、供給用ポート及び排出用ポートの総称である。従って、複数の給排ポートとは、供給用ポート及び排出用ポートがそれぞれ１以上存在する場合や、少なくとも供給用ポートが２以上存在する場合を含む。

また、本発明による上記加工用ヘッドで使用されるスピンドルユニットは、前記第１及び第２の支持部と対向する両側面における前記支持軸の軸線を中心とした円周上において、前記ロータリジョイントからの加工用流体を給排するための複数の給排ポートが形成されており、且つ、前記第２の支持部側の前記給排ポートの配置円が、前記第１の支持部側の前記給排ポートの配置円よりも大径であることを特徴とする。

上記した本発明による工作機械用の加工用ヘッドによれば、各支持部内に配設されるロータリジョイントのうちの第２の支持部内に配設されるものとして、より大径のロータリジョイントを採用している。これにより、第２の支持部側では、ロータリジョイントの半径方向内側により大きい空間を確保することができるため、この空間内に検出器類等の構成要素を適宜に配設することにより、第２の支持部のＡ軸方向に関する寸法をより小さく抑えることができ、支持ヘッドの大型化を防止することが出来る。

より詳しくは、ロータリジョイントは、その回転部材と軸部材との間の摺動面の摺動抵抗を考えた場合、摺動面がより小径のもの（すなわち、ロータリジョイントを構成する各部材が支持軸の軸線（Ａ軸）により近い位置に存在するもの）とした方が好ましい。しかし、両支持部内におけるロータリジョイントを半径方向における最も支持軸側に配設されたものとした場合、前記の検出器類等をＡ軸方向におけるロータリジョイントの存在範囲の外側に配設せざるを得なくなり、それに伴い、支持部のＡ軸方向に関する寸法が大きくなってしまう。そこで、本発明は、前記第１の支持部側では、上記の摺動抵抗を考慮して摺動面の径が小さいロータリジョイントを採用し、第２の支持部側では、摺動面の径が大きいロータリジョイントを採用してその半径方向内側に空間的な余裕ができるようにしている。これにより、第２の支持部内には、検出器類等の構成要素を配設するための空間的な余裕ができるため、この空間に適宜に構成要素を配設することにより、第２の支持部のＡ軸方向に関する寸法が大きくなることはなく、延ては支持ヘッドの大型化を防ぐことができる。

また、各ロータリジョイントについて、第１の支持部側のロータリジョイントを、その摺動面の径が前記ネジ部材の配置円よりも小径のものとし、且つ、第２の支持部側のロータリジョイントを、その摺動面の径が前記ネジ部材の配置円よりも大径のものとした場合において、各ロータリジョイントの回転部材に形成された流体流路が連通する給排ポートを、第１の支持部側では、各給排ポートが前記ネジ部材の配置円よりも小径の円周上に形成されるものとし、第２の支持部側では、各給排ポートが前記ネジ部材の配置円よりも大径の円周上に形成されものとすることにより、両支持部において、ロータリジョイントと前記給排ポートとを連通させる流体流路（以下、「連通流路」という）の経路が前記ネジ部材の配置円と交差することがなく、これによってネジ部材による支持軸とスピンドルユニットとの固定力の低下を防ぐことができる。

すなわち、各ロータリジョイントの各流体流路とそれに対応する各給排ポートとを繋ぐ連通流路が前記ネジ部材の配置円と公差して延びている場合、この連通流路によってネジ部材の配置が制限されて固定のため使用可能なネジ部材の数が少なくなってしまい、十分な固定力が得られない場合がある。これに対し前述の構成によれば、上記連通流路が前記ネジ部材の配置円と公差しないため、固定のためのネジ部材の数に制限を受けることが無く、十分な固定力を得ることができる。

また、割出し機構を第１及び第２の支持部のいずれか一方のみに配設したものとすることにより、割り出し機構を備えない支持部内に回転検出器を配設する空間が確保し易いものとなり、これによっても支持ヘッドの大型化を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。

図１及び２に示すのは本発明の一実施形態であって、図示の加工用ヘッド１０は、工具が取り付けられるスピンドル２１を有するスピンドルユニット２０と、スピンドルユニット２０を支持する支持ヘッド３０とで構成されている。

図１に示すように、スピンドルユニット２０は、駆動モータ内蔵型のスピンドルヘッドであり、内蔵された駆動モータによってスピンドル２１を高速回転駆動するものである。詳しくは、スピンドルユニット２０のハウジング２３内には、スピンドル２１が挿通配置されており、このスピンドル２１を囲繞するようにして駆動モータ２５が内蔵されている。駆動モータ２５は、スピンドル２１に外嵌固定されたロータ２５ａと、ロータ２５ａの外周面に対向するように設けられたステータ２５ｂとから成っている。スピンドル２１は、駆動モータ２５の前後（図の上下）に複数列配置された軸受（例えば、アンギュラコンタクトベアリング）２７によって回転自在に支持されている。そして、ステータ２５ｂに励磁電流を供給すると、ロータ２５ａとの間に励磁力が発生し、その励磁力によってロータ２５ａが回転してスピンドル２１が回転駆動される。

また、支持ヘッド３０の各支持部と対向するスピンドルユニット２０の側面には、支持ヘッド３０から供給される加工用流体の給排を行うための給排ポート２４が、スピンドルユニット２０の回転軸（Ａ軸）を中心とした配置円上に複数形成されている。因みに、このスピンドルユニット２０へ供給される加工用流体としては、例えば、高速で回転するＤＤモータ２５やスピンドル２１を冷却するための冷却用の油、スピンドルユニット２０（スピンドル２１の回転部分）への切り粉の侵入を防ぐためのシール用のエア、加工時に回転工具等を冷却するための冷却用の水、等がある。

支持ヘッド３０は、支持軸を介して上記スピンドルユニット２０を支持すると共に、スピンドルユニット２０を、支持軸の軸線と一致する前記Ａ軸を中心に回転させてその角度位置を割り出すためのものである。

この支持ヘッド３０は、基部３０ｃに対し、第１及び第２の支持部３０ａ、３０ｂを組み付けたフォーク形に構成されている。そして、上記スピンドルユニット２０は、この両支持部３０ａ、３０ｂ間において、支持部３０ａ、３０ｂのそれぞれの内部で回転自在に支持された支持軸に固定されて支持されている。

なお、本実施例における支持ヘッド３０では、スピンドルユニット２０を回転駆動するための駆動モータとしてのＤＤモータ３３が、上記第１及び第２の支持部３０ａ、３０ｂのうちの第１の支持部３０ａ内にのみ設けられた構成となっている。そこで、以下では、第１の支持部における支持軸を駆動支持軸といい、第２の支持部３０ｂにおける支持軸を従動支持軸という。さらに、本実施例における支持ヘッド３０では、後述の回転検出器等の検出器類及びクランプ機構が、ＤＤモータ３３とは逆に、第２の支持部３０ｂ側のみに配設されている。

以下に、ＤＤモータ３３が配設される第１の支持部３０ａの構成について、詳細に説明する。

第１の支持部３０ａは、ハウジング３１ａを主体とし、そのハウジング３１ａの内部に、ＤＤモータ３３を構成するロータ（モータロータ）３３ａ及びステータ（モータステータ）３３ｂ、スピンドルユニット２０を支持する駆動支持軸、この駆動支持軸を回転自在に支持するための軸受（例えば、クロスローラベアリング）３５、及びスピンドルユニット２０へ加工用の流体を供給するためのロータリジョイント３７、等が組み込まれている。

ハウジング３１ａは、ＤＤモータ３３や後述の回転軸等を挿入するためにスピンドルユニット２０側が大きく開口している。また、ハウジング３１ａ内には、反スピンドルユニット２０側の側面からＡ軸方向に伸びる円筒部３１ａ1が形成されており、この円筒部３１ａ1には、Ａ軸方向にロータリジョイント３７が挿入される貫通孔３１ａ2が形成されている。また、ハウジング３１ａの反スピンドルユニット２０側の側端面には、後述の流体供給用のパイプやＤＤモータ３３へ電流を供給するためのケーブル等を配置するための凹部３１ａ3が形成されている。さらに、ハウジング３１ａの反スピンドルユニット２０側には、その側面に対し側面カバー１８ａが取り付けられており、上記の凹部３１ａ3がこの側面カバー１８ａによって覆われている（図２は、この側面カバー１８ａを外した状態を示している）。

ロータリジョイント３７は、ハウジング３１ａに固定された軸部材としてのディストリビュータ３７ａと、ディストリビュータ３７ａの円筒部３７ａ1の外周面に回転可能に嵌装された回転部材としてのシャフト３７ｂとで構成されている。

ディストリビュータ３７ａは、ハウジング３１ａの貫通孔３１ａ2に挿入された状態で、そのフランジ部３７ａ2において、円周方向に配設された複数のネジ部材によってハウジング３１ａに対し固定されている。また、ディストリビュータ３７ａの中心には、スピンドルユニット２０に向けてのケーブル等の通過を許容するための貫通孔３７ａ4が形成されている。更に、ディストリビュータ３７ａには、スピンドルユニット２０に対し供給される流体を供給又は排出するための複数の流体流路３７ａ3が円周方向に位置をずらして形成されており（図１では、複数の流体流路３７ａ3は、その１つのみが代表的に示されている）、この各流体流路３７ａ3は、ディストリビュータ３７ａの反スピンドルユニット２０側の端面に形成された給排ポート３７ｄに連通されている。そして、給排ポート３７ｄには、流体供給用又は排出用のパイプ１２が接続されており、このパイプ１２を介してディストリビュータ３７ａに対する加工用流体の供給又はディストリビュータ３７ａからの加工用流体の排出が行われる。

一方、シャフト３７ｂには、上記のディストリビュータ３７ａに形成された各流体流路３７ａ3に対応する複数の流体流路３７ｂ1が形成されている（図１では、流体流路３７ｂ1は、その１つのみが代表的に示されている）。また、各流体流路３７ｂ1は、駆動支持軸（回転軸３２）に形成された連通流路３２ｃを介し、スピンドルユニット２０の第１の支持部３０ａ側の側面に形成された給排ポート２４に接続される給排ポート３２ｃ1に連通されている。

そして、各流体流路３７ａ3とそれに対応する各流体流路３７ｂ1とは、ディストリビュータ３７ａとシャフト３７ｂとの嵌合周面に形成された環状溝を介して連通しており、シャフト３７ｂが回転した場合でもその連通状態が維持されるように構成されている。従って、供給用のパイプ１２から供給された加工用流体は、給排ポート３７ｄ、ロータリジョイント３７におけるディストリビュータ３７ａ、シャフト３７ｂ及び給排ポート３２ｃを介し、スピンドルユニット２０の給排ポート２４へ供給される。また、流体を循環させる場合には、スピンドルユニット２０内を循環した流体が、給排ポート２４、３２ｃを介してロータリジョイント３７へ排出され、これが排出用のパイプ１２へ排出される。なお、ディストリビュータ３７ａとシャフト３７ｂとの間には、各環状溝の間に密封用のシール部材が介装され、各環状溝の液密性を保つようになっている。

ＤＤモータ３３は、ハウジング３１ａに対し固定配置されたステータ３３ｂと、ステータ３３の内周面に対向するように配設されたロータ３３ａとからなる。すなわち、図示のＤＤモータ３３は、インナーロータ型のモータとして構成されている。但し、本発明の支持ヘッドにおける割出し機構に用いられる駆動モータは、このようなインナーロータ形のＤＤモータに限らず、アウターロータ形のＤＤモータであってもよい。

ステータ３３ｂは、ハウジング３１ａに固定されたステータスリーブ３３ｃの内周面に内嵌固定されている。また、ロータ３３ａは、回転軸３２に形成された円筒部３２ａの外周面に外嵌固定されて回転軸３２に対し相対回転不能に設けられている。

回転軸３２は、前述のロータリジョイント３７のシャフト３７ｂに対し、その回転軸線について同心的に配置され、円周方向に配設された複数のネジ部材によって組み付けられている。また、このシャフト３７ｂとハウジング３１ａの円筒部３１ａ1との間には、軸受（例えば、クロスローラベアリング）３５が介装されている。従って、シャフト３７ｂ及びシャフト３７ｂに組み付けられた回転軸３２は、ハウジング３１ａに対し回転自在に支持された状態となっている。

更に、回転軸３２には、そのスピンドルユニット２０側の端面３２ｂに対し、複数のネジ部材１４によってスピンドルユニット２０が固定される。すなわち、回転軸３２は、その端面３２ｂにおいてスピンドルユニット２０を支持している。従って、第１の支持部３０ａ側では、回転軸３２及びこれと一体的に回転するロータリジョイント３７のシャフト３７ｂが、第１の支持部３０ａ側の駆動支持軸を構成している。なお、スピンドルユニット２０を駆動支持軸に対し固定するためのネジ部材１４は、駆動支持軸の回転軸線（Ａ軸）を中心として設定される配置円の円周上に複数配設されており、駆動支持軸（シャフト３７ｂ、回転軸３２）及びスピンドルユニット２０に螺挿されている。

次に、第１の支持部３０ａと対向する位置でスピンドルユニット２０を支持する第２の支持部３０ｂの構成について、以下に説明する。

第２の支持部３０ｂは、ハウジング３１ｂを主体とし、その内部に、スピンドルユニット２０の角度位置を保持するクランプ機構３４、スピンドルユニット２０を支持する従動支持軸、この従動支持軸を回転自在に支持するための軸受３６、及びロータリジョイント３８、等が組み込まれている。

ハウジング３１ｂには、Ａ軸方向に貫通する貫通孔３１ｂ1が形成されており、その貫通孔３１ｂ1内に上記のクランプ機構３４、従動支持軸、軸受３６、及びロータリジョイント３８が組み込まれている。また、ハウジング３１ｂの反スピンドルユニット２０側の側面には、第１の支持部３０ａと同様に凹部が形成されており（図示略）、これが側面カバー１８ｂによって覆われている。

ロータリジョイント３８は、第１の支持部３０ａ側のロータリジョイント３７と同様のものであって、ハウジング３１ｂに固定された軸部材としてのディストリビュータ３８ａと、ディストリビュータ３８ａの円筒部３８ａ1の外周面に回転可能に嵌装された回転部材としてのシャフト３８ｂとで構成されている。

ディストリビュータ３８ａは、そのフランジ部３８ａ2において、円周方向に配設された複数のネジ部材によってハウジング３１ｂに組み付けられている。また、ディストリビュータ３８ａの中心には、Ａ軸方向に貫通する貫通孔３８ａ4が形成されている。更に、ディストリビュータ３８ａには、その円周方向に位置をずらして複数の流体流路３８ａ3が形成されている。また、シャフト３８ｂには、ディストリビュータ３８ａの各流体流路３８ａ3に対応する複数の流体流路３８ｂ1が形成されている（図１では、複数の流体流路３８ａ3及び３８ｂ1は、その１つのみが代表的に示されている）。そして、各流体流路３８ａ3とそれに対応する各流体流路３８ｂ1とは、ディストリビュータ３８ａとシャフト３８ｂとの嵌合周面に形成された環状溝を介して連通しており、シャフト３８ｂが回転した場合でもその連通状態が維持されるように構成されている。また、シャフト３８ｂに形成された各流体流路３８ｂ1は、従動支持軸（回転軸３９）に形成された連通流路３９ｃを介し、スピンドルユニット２０の第２の支持部３０ｂ側の側面に形成された給排ポート２４に接続される給排ポート３９ｃ1に連通されている。

第２の支持部３０ｂにおいて、第１の支持部３０ａにおける回転軸３２に対応する回転軸３９は、軸受３６を受け入れるため、軸部材３９ａとフランジ部材３９ｂとの２つの部材によって構成されている。この回転軸３９（軸部材３９ａ及びフランジ部材３９ｂ）は、その回転軸線が、第１の支持部３０ａの回転軸３２の回転軸線（Ａ軸）と一致するように配設される。

回転軸３９の軸部材３９ａは、ディストリビュータ３８ａの貫通孔３８ａ4内で、ディストリビュータ３８ａに対し軸受３６を介して回転自在に支持されており、Ａ軸に関しディストリビュータ３８ａと同心的に配設されている。また、フランジ部材３９ｂは、そのスピンドルユニット２０側において、第１の支持部３０ａにおける回転軸３２の端面３２ｂと平行な端面３９ｂ1を有している。そして、この端面３９ｂ1には、複数のネジ部材１５によってスピンドルユニット２０が固定される。従って、この回転軸３９が、第２の支持部３０ｂ側の従動支持軸となっている。また、回転軸３９には、そのフランジ部材３９ｂに対しロータリジョイント３８のシャフト３８ｂに固定されており、シャフト３８ｂも回転軸３９と一体的に回転する。従って、このシャフト３８ｂも、従動支持軸の一部に相当する。

なお、スピンドルユニット２０を従動支持軸に対し固定するためのネジ部材１５は、従動支持軸の回転軸線（Ａ軸）を中心として設定される配置円の円周上に複数配設されており、従動支持軸（回転軸３９のフランジ部材３９ｂ）及びスピンドルユニット２０に螺挿されている。また、このネジ部材１５の配置円は、第１の支持部３０ａ側との固定状態のバランスを考えて、ネジ部材１４の配置円と同径に設定されている。

スピンドルユニット２０の回転位置（角度位置）を保持するためのクランプ機構３４は、クランプスリーブ３４ａ及び受圧部材３４ｂで構成されている。受圧部材３４ｂは、環状の部材であって、ハウジング３１ｂの貫通孔３１ｂ1に対し内嵌固定されており、その内周面にクランプスリーブ３４ａの円筒部３４ａ2が嵌装されている。クランプスリーブ３４ａは、そのフランジ部３４ａ3に螺挿されたネジ部材により、ハウジング３１ｂ及び受圧部材３４ｂに対し固定されている。従って、クランプスリーブ３４ａ及び受圧部材３４ｂは、ハウジング３１ｂに対し回転不能となっている。また、クランプスリーブ３４ａは、その円筒部３４ａ2において、回転軸３９と一体的に回転するロータリジョイント３８のシャフト３８ｂを、その回転を許容する状態で囲繞している。

また、クランプスリーブ３４ａの円筒部３４ａ2には、受圧部材３４ｂ側に開口する環状溝３４ａ1が形成されており、この環状溝３４ａ1と受圧部材３４ｂの内周面とにより、圧力室が形成される。更に、この圧力室には、フランジ部３４ａ3及び受圧部材３４ｂに形成された流体流路を介し、ハウジング３１ｂに形成された流体流路３１ｂ2から圧力流体（例えば、圧油）が供給されるようになっている。そして、このクランプ機構３４では、上記圧力室に対し圧力流体が供給されることにより、円筒部３４ａ2の環状溝３４ａ1に対応する薄肉部が縮径方向に変形し、その結果として、シャフト３８ｂに対し縮径方向の締付け力が作用する。これにより、シャフト３８ｂ及びこれに組み付けられた回転軸３９の回転が阻止された状態（クランプ状態）となってその回転位置が保持される。また、圧力室に対する圧力流体の供給を停止することにより、円筒部３４ａ2の薄肉部の変形状態が解消され、シャフト３８ａに対する締付け力が消失してクランプ状態が解除される。

さらに、図示の支持ヘッド３０では、第２の支持部３０ｂ内に、回転軸３９の回転角度（＝スピンドルユニット２０の角度位置）を検出するための回転検出器４１、及びスピンドルユニット２０の回転範囲を制限するための角度検出器４２といった検出器類が設けられている。

回転検出器４１は、ロータリジョイント３８におけるディストリビュータ３８ａの貫通孔３８ａ4内で、貫通孔３８ａ4の内周面から半径方向に突出する円盤状の支持部の所定位置に取り付けられた一対の検出ヘッド４１ａ、４１ａと、検出器ヘッド４１ａ、４１ａの内側に対向するよう配置で、回転軸３９に取り付けられた検出リング４１ｂとで構成されている。そして、この回転検出器４１による検出信号は、本発明の加工用ヘッド１０が搭載される工作機械の制御装置（図示せず）に送られ、スピンドルユニット２０の回転制御（数値制御）に用いられる。なお、本発明における回転検出器は、この構成のものに限らず、他の公知のものであってもよい。

また、角度検出器４２は、例えばリミットスイッチであって、ディストリビュータ３８ａの貫通孔３８ａ4内に設けられた支持板上に取り付けられ、回転軸３９の端部に取り付けられた円盤状の部材４３の周面に対向するように設けられている。この部材４３の周面には、許容角度範囲に対応するドグが形成され、このドグに対向した状態では、リミットスイッチ４２は不作動状態におかれる。従って、制御の異常等により、スピンドルユニット２０が許容角度以上に回転した場合、それがリミットスイッチ４２によって検出され、その検出信号が、例えば非常停止信号として工作機械の制御装置へ送られる。

以上の構成からなる支持ヘッド３０では、スピンドルユニット２０を、第１及び第２の支持部３０ａ、３０ｂの各支持軸に挟み込むかたちで両支持軸に対し相対回転不能に固定して支持している。そして、スピンドルユニット２０は、第１の支持部３０ａ側の駆動支持軸がＤＤモータ３３によって回転駆動されることにより、支持軸の回転軸線（Ａ軸）を中心として、所望の角度位置へ向けて回転駆動される。

ＤＤモータ３３の駆動は、予め設定されたプログラムに基づく数値制御に従って行われ、ロータ３３ａの回転制御により、駆動支持軸を介してスピンドルユニット２０の角度位置が制御される。従って、図示の例では、第１の支持部３０ａ内に設けられたＤＤモータ３３及びＤＤモータ３３に連結された駆動支持軸（回転軸３２＋シャフト３７ｂ）が、スピンドルユニット２０のための割出し機構として機能する。なお、ＤＤモータ３３を駆動するための励磁電流は、コネクタ１６ａによってＤＤモータ３３に接続されたケーブル１６によって供給される。

そして、本発明に基づく上記支持ヘッド３０では、各支持部３０ａ、３０ｂ内に配設されているロータリジョイント３７、３８は、図示のように、各ディストリビュータ３７ａ、３８ａと各シャフト３７ｂ、３８ｂとの間の摺動面の径に関し、第２の支持部３０ｂ側の方が第１の支持部３０ａ側よりも大径のものを採用している。詳しくは、スピンドルユニット２０を支持軸に固定するためのネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａ（図２）の径との比較でいうと、第１の支持部３０ａ側のロータリジョイント３７は、そのディストリビュータ３７ａとシャフト３７ｂとの間の摺動面の径が上記配置円１４ａよりも小径のものであり、第２の支持部３０ｂ側のロータリジョイント３８は、そのディストリビュータ３８ａとシャフト３８ｂとの間の摺動面の径が上記配置円１５ａよりも大径ものものとなっている。

このように、各支持部３０ａ、３０ｂに対し同じ形態のロータリジョイントを配設するのではなく、各ロータリジョイント３７、３８をその摺動面の径が異なるものとし、しかも、第２の支持部３０ｂ側のロータリジョイント３８を、その摺動面の径がより大径のもの、より好ましくは、支持軸とスピンドルユニット２０とを固定する複数のネジ部材の配置円よりもその摺動面の径が大きいものとすることにより、支持軸が配設されるロータリジョイントの半径方向内側に十分な空間を確保することができる。従って、支持軸に付設される構成要素、特に、前述の回転検出器４１等の検出器類をいずれか一方の支持部内に配設するにあたり、これを第２の支持部３０ｂ側に配設することにより、支持部を構成するハウジングのＡ軸方向の寸法を大きくすること無く、上記構成要素をハウジング内に収容することができる。

また、各ロータリジョイント３７、３８を前記の構成のものとした場合、各ロータリジョイント３７、３８におけるシャフト３７ｂ、３８ｂのそれぞれに形成されてスピンドルユニット２０の給排ポート２４に連通する複数の流体流路３７ｂ1及び３８ｂ1は、第１の支持部３０ａ側では、ネジ部材１４の配置円１４ａよりも小径の円周上に各流体流路３７ｂ1が配設されるものとなり、第２の支持部３０ｂ側では、ネジ部材１５の配置円１５ａよりも大径の円周上に各流体流路３８ｂ1が配設されるものとなる。

この場合において、上記スピンドルユニット２０の給排ポート２４及びこれに接続される各支持部３０ａ、３０ｂ側の給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1は前記ネジ部材１４、１５と同様にＡ軸を中心とした円周上に配設されるものであるが、この給排ポート２４及び３２ｃ1、３９ｃ1の配置円３２ｄ、３９ｄの径が、ネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａの径との関係において、前記の各流体流路３７ｂ1及び３８ｂ1の配置円とは逆の関係、すなわち、第１の支持部３０ａ側では給排ポート３２ｃ1の配置円３２ｄがネジ部材１４の配置円１４ａよりも大径であり、第２の支持部３０ｂ側では給排ポート３９ｃ1の配置円３９ｄがネジ部材１５の配置円１５ａよりも小径である場合、各流体流路３７ｂ1、３８ｂ1と対応する給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1とを連通させる連通流路３２ｃ、３９ｃが、ネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａと交差して形成されることとなる。この場合、連通流路３２ｃ、３９ｃが通る位置にはネジ部材１４、１５を螺挿することができないため、連通流路３２ｃ、３９ｃによってネジ部材１４、１５の数が制限されてしまう。

これに対し、本実施例における支持ヘッド３０では、各支持部３０ａ、３０ｂにおいて、給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1が、ネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａに対し、流体供給路３７ｂ1、３８ｂ1と同じ側に形成されている。すなわち、各支持部３０ａ、３０ｂにおいて、給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1の配置円３２ｄ、３９ｄとネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａとの径の大小関係が、流体供給路３７ｂ1、３８ｂ1の配置円とネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａとの径の大小関係と同じとなるように給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1が形成されている。この構成によれば、各流体流路３７ｂ1、３８ｂ1と対応する給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1とを連通させる連通流路３２ｃ、３９ｃがネジ部材１４、１５の配置円１４ａ、１５ａと交差することがないため、上記のようにネジ部材１４、１５の数が制限されることはなく、複数のネジ部材１４、１５による支持軸とスピンドルユニット２０との固定において十分な固定力を得ることができる。

なお、上記の構成の場合において、スピンドルユニット２０に形成される給排ポート２４は、各支持部３０ａ、３０ｂに形成される給排ポート３２ｃ1、３９ｃ1と直接接続されるものであるから、スピンドルユニット２０に形成される給排ポート２４も、第１の支持部３０ａ側と第２の支持部３０ｂ側とで異なる径の配置円上に形成されたものとなる。すなわち、本発明による加工用ヘッド１０において、前記支持ヘッド３０に支持されるスピンドルユニット２０では、各支持部と対向する各側面における給排ポート２４は、第２の支持部３０ｂ側のものが第１の支持部３０ａ側のものよりも大径の配置円上に形成されるものとなり、更には、第１の支持部３０ａ側の給排ポート２４が、ネジ部材１４の配置円１４ａよりも小径の配置円上に形成され、第２の支持部３０ｂ側の給排ポート２４が、ネジ部材１５の配置円１５ａよりも大径の配置円上に形成されたものとなる。

また、以上で説明した本発明による加工用ヘッドにおける支持ヘッド３０では、ＤＤモータ３３は、第１の支持部３０ａ側にのみ設けられた構成となっている。すなわち、支持ヘッド３０では、スピンドルユニット２０を回転駆動するための割出し機構が、２つの支持部のうちの一方（第１の支持部３０ａ）にのみ設けられた構成となっている。この構成によれば、第２の支持部３０ｂのハウジング３１ｂ内には、ＤＤモータが配設されないため、その分だけ空間的に余裕ができ、ハウジング３１を大型化することなく、各構成要素のハウジング内への配置をより容易に行えるものとなる。

但し、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、図３に示すように、第１及び第２の支持部３０ａ、３０ｂの両方に割出し機構を備えたものであってもよい。なお、図４では、図１に示す構成と対応する部分には図１と同じ符号が付してある。また、図４に示す例では、割出し機構が第２の支持部３０ａ側にも設けられいる点に加え、クランプ機構３４が第１の支持部３０ａ側に設けられている点でも図１に示す例と異なっている。

また、本発明は上記のいずれの実施形態にも限定されるものではなく、本発明の請求範囲を逸脱しない限りにおいて種々に変更することが可能である。

本発明の加工用ヘッドにおける支持ヘッドの一実施形態を示す正面部分断面図。 本発明の加工用ヘッドにおける支持ヘッドの一実施形態を示す側面図。 本発明の加工用ヘッドにおける支持ヘッドの他の実施形態を示す正面部分断面図。 本発明の加工用ヘッドが適用される工作機械の一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 工作機械
１０ 加工用ヘッド
１４、１５ ネジ部材
１４ａ、１５ａ 配置円
２０ スピンドルユニット
２１ スピンドル
２４ 給排ポート
２５ ＤＤモータ
２５ａ ロータ
２５ｂ ステータ
３０ 支持ヘッド
３０ａ 第１の支持部
３０ｂ 第２の支持部
３０ｃ 基部
３１ａ、３１ｂ ハウジング
３２ 回転軸
３２ｃ 連通流路
３２ｃ1 給排ポート
３２ｄ 配置円
３３ ＤＤモータ
３３ａ ロータ
３３ｂ ステータ
３４ クランプ機構
３４ａ クランプスリーブ
３５、３６ 軸受
３７ ロータリジョイント
３７ａ ディストリビュータ
３７ａ3 流体流路
３７ｂ シャフト
３７ｂ1 流体流路
３８ ロータリジョイント
３８ａ ディストリビュータ
３８ａ3 流体流路
３８ｂ シャフト
３８ｂ1 流体流路
３９ 回転軸
３９ｃ 連通流路
３９ｃ1 給排ポート
３９ｄ 配置円
４１ 回転検出器
４１ａ 検出ヘッド
４１ｂ 検出リング
４２ 角度検出器

Claims (5)

1. 工具が取り付けられるスピンドルを含むスピンドルユニットと、該スピンドルユニットを挟んで対向配置された第１及び第２の支持部間で各支持部内に回転自在に支持された支持軸を介して前記スピンドルユニットを支持する支持ヘッドであって前記支持軸の軸線を中心に前記スピンドルユニットを回転させてその角度位置を割り出す割出し機構を有する支持ヘッドとを含み、前記割出し機構が、前記第１及び第２の支持部の少なくとも一方に設けられ、その駆動手段として前記支持部のハウジング内で前記支持軸周りに同軸的に配置されたモータロータ及びモータステータからなる駆動モータを含む、工作機械用の加工用ヘッドにおいて、
   前記各支持部内に、前記支持軸と同軸的に配置されて前記スピンドルユニットに対し供給される加工用流体の供給及び排出を行うためのロータリジョイントであって前記支持軸と一体的に回転する回転部材及び前記支持部のハウジングに対し回転不能に設けられて前記回転部材が相対回転可能に嵌装される軸部材からなる前記ロータリジョイントを備え、
   更に、前記各支持軸と前記スピンドルユニットとを固定するための複数のネジ部材であって前記支持軸の軸線を中心とする円周上に配設された複数の前記ネジ部材を有し、
   前記第２の支持部内に備えられる一方のロータリジョイントの前記回転部材と前記軸部材との間の摺動面の径が、前記第１の支持部内に備えられる他方のロータリジョイントの前記摺動面の径よりも大径である、
   ことを特徴とする工作機械用の加工用ヘッド。
2. 前記一方のロータリジョイントは、その前記摺動面の径が前記ネジ部材の配置円の径よりも大径であり、前記他方のロータリジョイントは、その前記摺動面の径が前記ネジ部材の配置円の径よりも小径である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械用の加工用ヘッド。
3. 前記各支持部の前記スピンドルユニットと対向する面には、前記スピンドルユニットに形成された前記加工用流体のための複数の給排ポートに接続される複数の給排ポートであって前記各ロータリジョイントの回転部材に形成された複数の流体流路が連通する複数の前記給排ポートが形成されており、
   前記第１の支持部における複数の前記給排ポートの各々は、前記ネジ部材の配置円よりも小径の円周上に形成され、前記第２の支持部における複数の前記給排ポートの各々は、前記ネジ部材の配置円よりも大径の円周上に形成される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械用の加工用ヘッド。
4. 前記割出し機構は、前記第１及び第２の支持部のいずれか一方にのみ設けられる、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の工作機械用の加工用ヘッド。
5. 工具が取り付けられるスピンドルを含むスピンドルユニットと、該スピンドルユニットを挟んで対向配置された一対の支持部間で各支持部内に回転自在に支持された支持軸を介して前記スピンドルユニットを支持する支持ヘッドであって前記支持軸の軸線を中心に前記スピンドルユニットを回転させてその角度位置を割り出す割出し機構を含む支持ヘッドとを備えた工作機械用の加工用ヘッドであって、
   前記各支持部には、前記支持軸と同軸的に配置されて前記スピンドルユニットに対し供給される加工用流体の供給又は排出を行うためのロータリジョイントが設けられており、
   前記スピンドルユニットには、前記各支持部と対向する両側面における前記スピンドルユニットの回転軸線を中心とした円周上に、前記ロータリジョイントからの加工用流体を給排するための複数の給排ポートが形成されており、且つ、一方の支持部側の前記給排ポートの配置円が、他方の支持部側の前記給排ポートの配置円よりも大径である、
   ことを特徴とする工作機械用の加工用ヘッドに使用されるスピンドルユニット。

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