JP2011051027A - 連結フランジ - Google Patents

Abstract

【課題】スピンドルの回転精度を高め、加工具によるワークの加工精度を向上させるために、モーターとモーターが取り付けられるフレームとの間で挟持され、モーターからフレームへの熱の伝達を阻止する連結フランジを提供する。
【解決手段】溝１１が形成された基体１０ａと、その溝１１を覆うように基体１０ａに合わせられた副体１０ｂとで連結フランジ１０を形成し、溝１１を冷却用流体が流れるようにした。そして、この連結フランジ１０を、モーター１のフランジ部１３とフレーム２の取付部１９との間に挟持させ、モーター１の熱がフレーム２へ伝達されないようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械におけるスピンドルを回動可能に支持するフレームと、そのスピンドルにカップリングを介して連結される駆動軸を有するモーターとの連結に用いられる連結フランジに関し、詳しくは、モーターの熱がフレームへ伝達されること等を防止する連結フランジに関する。

平面研削盤等の工作機械においては、Ｘ軸方向に往復動する加工テーブル上にワークを載置した状態で、Ｙ軸方向に往復動するコラムに装着されＺ軸方向に往復動するサドルにスピンドルを回転自在に支持すると共に、そのスピンドルの先端部に砥石を装着している。そして、スピンドル及び砥石を回転させて加工テーブル上のワークを研削加工する。又、サドルにはフレームが取り付けられて、そのフレームに円筒状のクイルが挿入固定されている。そのクイルの内部にはスピンドルがベアリングを介して支持されている。このスピンドルの砥石が支持される側とは反対の基端部には、モーターの駆動軸がカップリングを介して連結されている。

機械の作動時には、スピンドルの高速回転に伴いベアリングが発熱し、その熱がクイルに伝達され、さらにフレームに伝達されてフレームの温度を高める。ところが、一般に、上記のようなスピンドルの支持構造においては、フレームの上側部と下側部とのそれぞれの構造及び質量が異なる。すると、フレームの下側部と上側部とでは熱膨張量が異なり、フレームが全体として下側部と上側部とのいずれかの側に僅かに反る。このため、クイル及びスピンドルが基準線（例えば水平線）に対し、僅かではあるが傾斜することになる。このスピンドルの傾斜により砥石の回転軸線が偏心するので、ワークの研削面の精度が低下するという問題があった。

特許文献１に開示されている「工作機械におけるスピンドルの支持構造」では、フレームに円筒状のクイルを嵌入固定し、そのクイルの内部にベアリングを介してスピンドルを支持すると共に、スピンドルに砥石を取り付けている。クイルの外周面とフレームの内側面との間には、冷却オイルの流通を許容する空間が形成されている。この空間に外部から冷却オイルを供給して、クイル及びフレームの温度が、伝達されたベアリングの熱により上昇することを抑制している。このため、フレームの不均一な熱膨張は抑制され、スピンドルの回転精度を高め、加工具によるワークの加工精度を向上することができるようになっている。

特開２０００−１９０１５０号公報（［要約］を参照）

近年、精密機械加工においては、極めて高いレベルの加工精度が求められている。特許文献１の支持構造によれば、クイルとフレームとの間の空間に冷却オイルが供給されることにより、クイルとフレームとの昇温を抑制するようになっているが、フレームのあらゆる部位が一様に冷却されるようにはなっていない。また、フレームの温度を上昇させるものとしては、クイルを介して伝達される熱の他に、取付部を介してモーターから伝達される熱がある。このため、フレーム全体としての歪みは、高レベルの加工精度が求められる精密機械加工における支持構造としては、無視し得ない問題である。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、スピンドルの回転精度を高め、加工具によるワークの加工精度を向上させるために、モーターとモーターが取り付けられるフレームとの間で挟持され、モーターからフレームへの熱の伝達を阻止する連結フランジを提供することにある。

上記問題を解決するために請求項１に記載の連結フランジの発明は、先端に工具を装着したスピンドルを回動可能に支持するフレームと、前記スピンドルにカップリングを介して連結される駆動軸を有するモーターとの連結において、前記フレームの取付部と前記モーターのフランジ部との間に挟持され、冷却用流体の流通を許容する流路が形成されていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、流路を流れる冷却用流体により、モーターのフランジ部から伝達される熱を奪うようにした。このため、モーターのフランジ部からフレームへの熱伝達が阻止されるので、フレームの温度を上昇させる熱を、クイル等を介して伝達されるベアリングの熱に限定することができる。従って、熱膨張による歪の発生を阻止するために、フレームの温度調節を行うことが容易となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の連結フランジにおいて、前記流路は、前記駆動軸に直交する方向に配置される平面部に形成された溝であることを特徴とするものである。

上記構成によれば、モーターの駆動軸に直交する方向に配置される平面部に溝を形成し、その溝を流路とした。このため、連結フランジの端部の複数ヶ所からドリルにより孔を穿孔し、それぞれの孔の一部が交錯するようにして、流路を形成する場合と異なり、任意の形状の流路を容易に形成することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の連結フランジにおいて、前記流路は、前記平面部において、複数の屈曲点又は変曲点によって連結した複数の直線状又は曲線状の溝であることを特徴とするものである。

上記構成によれば、複数の直線状又は曲線状の溝を、複数の屈曲点又は変曲点によって連結して、流路をより長くするようにした。このため、連結フランジに供給されて排出されるまでの間に冷却用流体が連結フランジに接する面積が増えたので、冷却用流体は、モーターから伝達された熱をより多く奪うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の連結フランジにおいて、前記流路は、前記平面部における基準円の内側と外側とに交互に位置を変える蛇行状に配置された溝であることを特徴とするものである。

上記構成によれば、流路としての溝を、基準円の内側と外側とに交互に位置を変える蛇行状に配置した。このため、流路が広範囲に亘ると共に、冷却用流体が流路をスムーズに流れることができるので、連結フランジの冷却を効率的に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のうちいずれか一項に記載の連結フランジにおいて、前記溝は、エンドミルにより一筆書き状に連続して形成されたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、エンドミルを用いて溝を一筆書き状に連続して形成した。このため、流路の途中に冷却用流体が行き止まりとなる部分の形成を未然に防止することができる。従って、温度調節された冷却用流体を連結フランジの冷却に効率よく用いることができる。また、その行き止まり部分に冷却用流体が流れ込まないように、堰き止めとして、例えばボスを打ち込む等の煩雑な作業を省くことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のうちいずれか一項に記載の連結フランジにおいて、板状の一面に前記溝が形成された基体と、その基体の前記一面を覆う副体とより構成されることを特徴とするものである。

上記構成によれば、基体と、その基体の溝が形成された面を覆う副体とにより、内部に流路を有する連結フランジを形成した。このため、このため、基体の溝が形成された面と、モーターのフランジ部又はフレームの取付部とを合わせて流路を形成する場合のように、フランジ部又は取付部において、液状シール剤を用いるために面粗度を上げるための仕上げ加工や、ガスケット等のシール材を配置するための溝加工等を省くことができる。

本発明によれば、連結フランジの流路を流れる冷却用流体により、モーターのフランジ部から伝達される熱を奪うようにした。このため、モーターのフランジ部からフレームへの熱伝達が阻止されるので、フレームの温度を上昇させる熱を、クイルを介して伝達されるベアリングの熱に限定することができ、フレームの温度調節を行うことが容易となる。従って、スピンドルの回転精度を高め、加工具によるワークの加工精度を向上させることができる。

第１実施形態の連結フランジがモーターとフレームとの間に挟持された態様を示す断面図。 図１におけるＡ−Ａ矢視断面図。 図２におけるＢ矢視図。 別例１に係る図１におけるＡ−Ａ矢視断面図。 別例２に係る図１におけるＡ−Ａ矢視断面図。 第２実施形態の連結フランジがモーターとフレームとの間に挟持された態様を示す断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図３を用いて説明し、その別例を図４及び図５を用いて説明する。

先ず、本実施形態の連結フランジ１０を挟持するフレーム２とモーター１との配置及び構造の一部を説明する。図１に示すように、Ｚ軸方向に往復動可能に支持されているサドル（図示せず）に取り付けられたフレーム２には、円筒状のクイル４が嵌入固定されている。そのクイル４の内部には、スピンドル３がラジアルベアリング５とスラストベアリング６とにより回転自在に支持されている。スラストベアリング６は、図示しないボルトによりクイル４に固定されるホルダー７により支持されている。そして、スピンドル３とモーター１の駆動軸９とはカップリング８により連結されている。

駆動軸９を有するモーター１のフランジ部１３には、駆動軸９の軸心と同心の環状の凸部１４が形成され、その凸部１４は、連結フランジ１０を構成する基体１０ａと副体１０ｂとのうちの一方の基体１０ａの凹部１５に嵌合している。また、基体１０ａの凹部１５が形成されている面とは反対側の面には、凹部１５と同心の環状の凸部１６が形成され、フレーム２の凹部１７に嵌合している。また、フレーム２の取付部１９に対向するように副体１０ｂが配置されている。副体１０ｂは、中心部の孔が凸部１６に外嵌している。

そして、取付部１９に形成された図示しないねじ孔に螺合される同じく図示しないボルトにより、連結フランジ１０は、取付部１９とフランジ部１３との間に挟持されている。この時、基体１０ａに形成された断面角状の溝１１は、副体１０ｂにより覆われて、後述する形状の流路を形成する。基体１０ａ及び副体１０ｂの材質については特に限定しないが、これらの両方又はいずれか一方は、熱の伝導性に優れた金属、例えば、アルミ合金、青銅、黄銅等を用いることが好ましい。

なお、基体１０ａと副体１０ｂとの間には、液状シール剤或いはガスケット等のシール材を設け、溝１１を流れる冷却用流体が漏出しないようにしている。本実施形態では、図２において二点差線で示すシール位置２４に対応するように、基体１０ａに対向する副体１０ｂの面にガスケット用の溝（図示せず）を設け、ガスケットを装着している。また、基体１０ａの凸部１６にも、図示しないガスケットを装着している。

図２に示すように、基体１０ａは四角板状体であり、４ヶ所の隅角にはボルト用孔２７が形成されている。なお、図示しないが、副体１０ｂの外形状も基体１０ａと同一にされ、同一配置のボルト用孔２７が形成されている。

そして、冷却用流体の流路としての溝１１は、駆動軸９と同心となる基準円２３の内側と外側とに交互に位置を変える蛇行状に、内側に向かって凸の曲線状溝１１ａと外側に向かって凸の曲線状溝１１ｂとが変曲点１１ｃで連結して形成されている。このように溝１１を一筆書き状に形成するためには、エンドミルによる加工が好ましく、更にはＮＣによるエンドミル加工が好ましい。

なお、基準円２３の大きさは特に限定されるものではなく任意とすることができる。また、本実施形態では、変曲点１１ｃが略基準円２３上となっているが、基準円２３の内側でも外側でも配置することは可能である。更に、本実施形態では、曲線状溝１１ｂの数を７個としているが、６個以下であっても、８個以上であってもよい。冷却用流体による冷却効率の点から、基準円２３の大きさ、変曲点１１ｃの位置、曲線状溝１１ｂの数等を選択することが好ましい。

図２及び図３に示すように、基体１０ａの側面には、図示しない冷却用流体の温度調節部に配管により連結される供給連結部２１と排出連結部２２とが設けられている。供給連結部２１に形成された連通穴２６と、その連通穴２６に対して直交する方向に形成された連通穴２５とを介して、冷却用流体が溝１１へ供給される。そして、排出連結部２２に形成された連通穴２６と、その連通穴２６に対して直交する方向に形成された連通穴２５とを介して、溝１１を流通した冷却用流体は、冷却用流体の温度調節部に戻される。なお、本実施形態においては、冷却用流体としてオイルが用いられているが、水或いはクーラント等のその他の冷却用液体であってもよい。

このように、連結フランジ１０の溝１１を冷却用流体が流通することにより、モーター１のフランジ部１３から伝達された熱は、フレーム２の取付部１９へ伝達されることなく、冷却用流体に奪われる。また、フレーム２の温度が上昇した時、フレーム２の熱は取付部１９を介して冷却用流体に奪われる。従って、フレーム２の温度調節を容易に行うことができる。

次に、図２で示した溝１１の配置とは異なる配置の流路を有する基体１０ａの別例１、２を、図４及び図５を用いて説明する。
図４に示すように、別例１の基体１０ａにおいては、流路としての溝３０が、それぞれ４ヶ所の大径部３１及び小径部３２と、大径部３１と小径部３２とを連結する７ヶ所の放射状部３３とで構成されている。大径部３１及び小径部３２は、駆動軸９の軸心と同心の円弧であり、放射状部３３はその円弧の半径方向を向いている。大径部３１又は小径部３２と放射状部３３とが連結している部分が、溝３０の方向を変える屈曲点３４となっている。このように複数の屈曲点３４を有する溝３０は、変曲点１１ｃを有する溝１１に比べて流路を長くすることができる。即ち、冷却用流体が基体１０ａに接触する面積を大きくすることができる。

なお、大径部３１及び小径部３２のそれぞれを４ヶ所に設けたが、４ヶ所に限らず任意の複数ヶ所に設けることができる。数が多ければ、それだけ屈曲点３４の数も多くなり、溝３０の長さがより長くなるので、冷却効果は高まる。

図５に示すように、別例２の基体１０ａにおいては、流路としての溝４０が、駆動軸９の軸心と同心の円弧である外円部４１、中円部４２及び内円部４３と、それぞれを屈曲点３４で連結する放射状部４５及び放射状部４６とにより構成されている。そして、内円部４３の端部と連通穴２５とが放射状部４７で連結されている。このように配置された溝４０は比較的長い流路として得られるにも関わらず、ＮＣによるエンドミル加工のための数値入力等を省力化することができる。

なお、溝４０の円弧部分を、半径の異なる３個の外円部４１、中円部４２及び内円部４３で構成したが、円弧の数はこれに限らず、溝４０の幅を調整する等して、２個以下としたり４個以上としたりすることもできる。

従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、流路としての溝１１を流れる冷却用流体により、モーター１のフランジ部１３から連結フランジ１０伝達された熱を奪うようにした。このため、モーター１のフランジ部１３からフレーム２への熱伝達が阻止されるので、フレーム２の温度を上昇させる熱を、クイル４等を介して伝達されるラジアルベアリング５及びスラストベアリング６の熱に限定することができる。従って、フレーム２の温度調節が容易となって、熱膨張による歪の発生を阻止できるので、スピンドルの回転精度を高め、加工具によるワークの加工精度を向上させることができる。

（２）上記実施形態では、モーター１の駆動軸９に直交する方向に配置される平面部であり、基体１０ａのフランジ部１３に対向する面とは反対側の面に、溝１１、３０、４０を形成し、その溝１１、３０、４０を流路とした。このため、連結フランジの外周部の複数ヶ所からドリルにより孔を穿孔し、それぞれの孔の一部が交錯するようにして、流路を形成する場合と異なり、任意の形状の流路をエンドミル等を用いて容易に形成することができる。

（３）上記実施形態では、流路としての溝１１を、基準円２３の内側と外側とに交互に位置を変える蛇行状に配置した。このため、流路が広範囲に亘ると共に、冷却用流体が流路をスムーズに流れることができるので、連結フランジ１０の冷却を効率的に行うことができる。

（４）上記実施形態では、複数の大径部３１と小径部３２とを、屈曲点３４において放射状部３３で連結して、より長い流路としての溝３０を形成した。このため、連結フランジ１０に供給されて排出されるまでの間に冷却用流体が連結フランジ１０に接する面積が増えたので、冷却用流体は、モーター１から伝達された熱をより多く奪うことができる。

（５）上記実施形態では、外円部４１、中円部４２及び内円部４３を、複数の屈曲点３４において放射状部４５、４６で連結して、より長い流路としての溝４０を形成した。このため、冷却用流体がモーターから伝達された熱を効率的に奪うことができると共に、溝４０を、ＮＣによりエンドミル加工するための数値入力等を省力化することができる。

（６）上記実施形態では、エンドミルを用いて溝１１、３０、４０を一筆書き状に連続して形成した。このため、流路の途中に冷却用流体が行き止まりとなる部分の形成を未然に防止することができる。従って、温度調節された冷却用流体を連結フランジ１０の冷却に効率よく用いることができる。また、その行き止まり部分に冷却用流体が流れ込まないように、堰き止めとして、例えばボスを打ち込む等の煩雑な作業を省くことができる。

（７）上記実施形態では、基体１０ａと、その基体１０ａの溝１１、３０、４０が形成された面を覆う副体１０ｂとにより、内部に流路を有する連結フランジ１０を形成した。このため、基体１０ａの溝１１、３０、４０が形成された面と、モーター１のフランジ部１３又はフレーム２の取付部１９とを合わせて流路を形成する場合のように、フランジ部１３又は取付部１９において、液状シール剤を用いるために面粗度を上げるための仕上げ加工や、ガスケット等のシール材を配置するための溝加工等を省くことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を、第１実施形態と異なる部分を中心に図６を用いて説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態とは副体１０ｂを用いない点が異なるのみで他は同様な構成であるので、その異なる部分の説明をして、他の部分の説明は省略する。

図６に示すように、連結フランジ５０の溝１１が形成された面は、直接フレーム２の取付部１９に合わせられている。また、連結フランジ５０には、駆動軸９の軸心と同心円の凸部５１が形成され、その凸部５１はフレーム２の凹部１７に嵌合している。

このように、連結フランジ５０と取付部１９とを当接させ、溝１１を冷却用流体のための流路とするために、図２において二点差線で示すシール位置２４に対応する位置において、取付部１９には、図示しないガスケット用の溝を設けてガスケットを装着している。

なお、本実施形態では、連結フランジ５０の取付部１９に対向する面に溝１１を形成したが、連結フランジ５０のフランジ部１３に対向する面に溝１１を形成することもできる。このとき、ガスケット等のシール材を用いるためには、シール材用の溝を、連結フランジ５０又はフランジ部１３のいずれかの面に形成する必要がある。液状シール剤を用いる場合は、溝の形成を省くことができる。また、流路は、図２で示した溝１１に替えて、図４で示した溝３０又は図５で示した溝４０を用いることもできる。

そして、この第２実施形態においては、第１の実施形態における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（８）上記実施形態では、連結フランジ５０と取付部１９とを当接させ、溝１１、３０、４０を冷却用流体のための流路とした。このため、部品点数を削減することができた。

（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 基体１０ａに溝１１、３０、４０をエンドミルで形成したが、基体１０ａをダイキャストで製造するようにして、溝１１、３０、４０を成形型により形成すること。
・ 図２、４、５において供給連結部２１と排出連結部２２とを上下に配置したが、溝１１、３０、４０の配置はそのままにして排出連結部２２を上方に供給連結部２１を下方に配置すること。
・ 溝３０、４０の屈曲点３４において、内側の形状を角状としたが、円弧状とすること。

１…モーター、２…フレーム、３…スピンドル、８…カップリング、９…駆動軸、１０ａ…基体、１０ｂ…副体、１１，３０，４０…溝、１１ｃ…変曲点、１３…フランジ部、１９…取付部、２３…基準円、３４…屈曲点。

Claims (6)

1. 先端に工具を装着したスピンドルを回動可能に支持するフレームと、前記スピンドルにカップリングを介して連結される駆動軸を有するモーターとの連結において、前記フレームの取付部と前記モーターのフランジ部との間に挟持され、冷却用流体の流通を許容する流路が形成されていることを特徴とする連結フランジ。
2. 前記流路は、前記駆動軸に直交する方向に配置される平面部に形成された溝であることを特徴とする請求項１に記載の連結フランジ。
3. 前記流路は、前記平面部において、複数の屈曲点又は変曲点によって連結した複数の直線状又は曲線状の溝であることを特徴とする請求項２に記載の連結フランジ。
4. 前記流路は、前記平面部における基準円の内側と外側とに交互に位置を変える蛇行状に配置された溝であることを特徴とする請求項２又は３に記載の連結フランジ。
5. 前記溝は、エンドミルにより一筆書き状に連続して形成されたことを特徴とする請求項２ないし４のうちいずれか一項に記載の連結フランジ。
6. 板状の一面に前記溝が形成された基体と、その基体の前記一面を覆う副体とより構成されることを特徴とする請求項２ないし５のうちいずれか一項に記載の連結フランジ。

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