図1ないし図3は、本発明に係る代表的な実� ��形態の工作機械用スピンドルヘッド1の構成 を示している。これらの図1ないし図3におい� ��、工作機械用スピンドルヘッド1は、スピン ドル3を回転駆動するスピンドルユニット4、� ��よびスピンドルユニット4を回転自在に支持 する支持ヘッド5を含んでいる。

スピンドルユニット4は、図示しないが、� �の内部にスピンドルモータを内蔵したビル� �インモータ型であり、そのスピンドルモー� �によってスピンドル3を回転駆動する。切削� ��工時に、スピンドル3の先端に切削加工に適 合する工具2が取付けられており、スピンド� �3は、工具2の切削回転によって加工対象のワ ークに切削加工を施す。

支持ヘッド5は、左右一対のフォークアー� �7を有するフォーク形のハウジング11によっ� �構成されており、ハウジング11は、その取付 け基部19でC軸駆動部20のC軸部21に位置決め状� ��で取付けられている。なお、C軸駆動部20は� ��図7の説明と共に後述するが、工作機械、例 えばマシニングセンタなどによって保持され 、図示しないが、内部にDDモータなどの駆動� ��ータを内蔵しており、C軸(マシニングセン� �のZ軸と平行な軸線)を回転中心としてC軸部21 を回転(旋回)させることによって、支持ヘッ� ��5の向きを変更する。ちなみに、C軸は、ス� �ンドル3の待機状態で、スピンドル3の中心軸 と一致している。

フォーク形の支持ヘッド5は、A軸を回転中� ��として、スピンドルユニット4を回転自在に 支持するために、一対のフォークアーム7のA� ��上の軸収納孔22の内部で、左右一対の支持� �6をそれぞれ回転自在に支持している。すな� ��ち、一対の支持軸6は、電気系統の配線や流 体系統の配管のために、中空の軸として構成 され、それぞれ両端開口型の軸収納孔22の内� ��において、A軸上にあって、スピンドルユニ ット4に向き合う側の端部でスピンドルユニ� �ト4の側面に固定されている。

一対の支持軸6は、スピンドルユニット4の� ��面に近い側、つまり一対のフォークアーム7 の内側部分で、各フォークアーム7に取付け� �れた軸受23により回転自在に支持されると共 に、各フォークアーム7の外側部分で、各フ� �ークアーム7に取付けられた環状の軸受スリ� ��ブ25および軸受スリーブ25の内部に固定され た軸受24により回転自在に支持されている。� ��お、A軸は、一対の支持軸6の中心線上にあ� �て、C軸と直交している。

また、支持ヘッド5は、A軸を中心としてス� ��ンドルユニット4を回転させるための駆動モ ータ9などを収納するために、その取付け基� �19の部分で、左右の両外側面で開口する組み 込み孔26を形成すると共に、各フォークアー� ��7の内部で、それぞれの駆動伝達機構10を収� ��するために、組み込み孔26から軸収納孔22に 通じる収容孔27を形成している。

スピンドルユニット4は、支持ヘッド5に組� ��込まれた駆動軸8、この駆動軸8を回転させ� �駆動モータ9および駆動軸8の回転を各支持軸 6に伝達する一対の駆動伝達機構10によってA� �を回転中心として回転駆動される。すなわ� �、駆動軸8は、支持ヘッド5の組み込み孔26の� ��部に、一対の支持軸6の軸線方向と平行に延 在し、A軸に平行な状態として配設されてお� �、駆動軸8の各端部において組み込み孔26の� �側の段部に取付けられた軸受スリーブ28、そ の内部に固定された軸受30、および組み込み� ��26の外側の開口部に取付けられた軸受スリ� �ブ29、その内部に固定された軸受31によって� ��転自在に支持されている。なお、各フォー� ��アーム7の外側は、それぞれの側のフォーク アーム7に取付けられた適当な形状のカバー49 によって覆われている。

一方、駆動モータ9としてDDモータが採用さ れており、駆動モータ9のモータステータ12お よびモータロータ13は、ハウジング11の組み� �み孔26の内部に配置され、駆動軸8の軸線と� �心的に配置されている。モータステータ12は 、組み込み孔26の内部で左右一対の軸受スリ� ��ブ28の間に固定されており、またータロー� �13は、駆動軸8の大径部に嵌め込まれ、モー� �ステータ12に励磁されて駆動軸8と共に回転� �する。なお、駆動軸8の回転角度位置は、軸� ��スリーブ29の外側に取付けられ、駆動軸8の� ��端に連結されているエンコーダ(回転検出器 )32によって電気信号として検出される。

駆動モータ9の運転によって、駆動軸8が回� ��すると、その回転は、駆動軸8の両端側で一 対の駆動伝達機構10によって対応の支持軸6に 伝達され、A軸を中心としてスピンドルユニ� �ト4を回転させる。この例で、一対の駆動伝� ��機構10は、軸受スリーブ28と軸受スリーブ29� ��の間で、駆動軸8の左右端に固定したタイミ ングプーリなどのプーリ33、軸受23と軸受24と の間で、左右の支持軸6に固定したタイミン� �プーリなどのプーリ34、プーリ33、34に巻き� �けたタイミングベルトなどの無端ベルト35に よって構成されている。ここで無端ベルト35� ��、収容孔27の内部を通過し、駆動軸8と左右� ��対の支持軸6とを連結している。なお、無端 ベルト35には、ベルト張力調整のためにテン� ��ョンプーリ48が付設されている。

スピンドルユニット4を回転させる際に、� �示しない制御装置は、駆動モータ9をスピン� ��ルユニット4の回転方向に回転させ、駆動モ ータ9のモータロータ13に直結されている駆動 軸8を回転させて、一対の駆動伝達機構10によ って、A軸を中心としてスピンドルユニット4� ��目標の方向に回転させ、一対の支持軸6を所 定の回転角度の位置に割り出す。このときの 一対の支持軸6の回転角度位置は、駆動軸8の� ��でエンコーダ(回転検出器)32によって電気信 号として確認できる。

[規則91に基づく訂正 27.10.2008]
回転角度位置の割り出し後において、一対の 支持軸6の回転角度位置は、一対の支持軸6に� ��動する駆動軸8の回転角度位置を保持するこ とによって維持される。駆動軸8の回転角度� �置の保持のために、工作機械用スピンドル� �ッド1は、支持ヘッド5の組み込み孔26の内部� ��、クランプ機構14を有している。クランプ� �構14は、駆動軸8の両側において、駆動モー� �9と連結位置のプーリ33との間にそれぞれ設� �られている。

図3は、両側のクランプ機構14のうち図1で� �右側のものを示しているが、左側のクラン� �機構14もC軸を対称軸として右側のクランプ� �構14を反転した対称な構造となっている。図 3において、クランプ機構14は、一例として常 時アンクランプ式のブレーキ類似の構造のも のであり、環状の軸受スリーブ28による摩擦� ��材42の側面に取付けた環状のピストンケー� �36、このピストンケース36の内部に駆動軸8の 軸線方向に変位可能な環状のピストン部材37� ��ピストン部材37をアンクランプの方向に後� �させるために軸受スリーブ28の穴に納められ 、軸受スリーブ28とピストン部材37との間に� �在する複数の圧縮ばね38、ピストン部材37と� ��受スリーブ28との間に位置し、ディスクホ� �ダ39によって駆動軸8に回り止め状態で取付� �られているクランプディスク40によって構成 されている。なお、クランプ機構14の摩擦部� ��42は、軸受スリーブ28によって構成されてい るため、軸受スリーブ28は、摩擦部材42を兼� �していることになる。

一対の支持軸6の回転角度位置の割り出し� �において、ピストンケース36の後部のポート 41からピストン部材37の背面に圧力空気や圧� �油などの圧力流体を供給すると、ピストン� �材37は、圧縮ばね38に抗して、図3で左方向に 前進し、クランプディスク40をこれに対向す� ��摩擦部材42の摩擦面に押し当てる。この押� �当て状態で、回転側(駆動軸8)のクランプデ� �スク40の摩擦面と固定側(ハウジング11側)の� �擦部材42の摩擦面との間に発生する摩擦的な 力によって、割り出し後の駆動軸8は、クラ� �プ状態となって回り止めされ、これに連動� �る左右一対の支持軸6の回転角度位置を回り� ��めしながら保持する。

このようにして、一対のクランプ機構14は� ��スピンドルユニット4に作用する外力や切削 時の負荷によっても、一対の支持軸6の割り� �し後の回転角度位置を安定に保持する。な� �、圧力流体の供給を停止すると、ピストン� �材37は、圧縮ばね38に押されて、図3で右方向 に後退し、摩擦部材42に対するクランプディ� ��ク40の押し当てを解除するから、アンクラ� �プ状態となる。このアンクランプ状態によ� �て、スピンドルユニット4は、A軸を中心とし て目標の方向に回転可能な状態となる。

つぎに図4は、他の実施形態による工作機� �用スピンドルヘッド1の構成を示している。� ��4において、駆動モータ9は、ハウジング11の 組み込み孔26の内部でなく、ハウジング11の� �側面にモータブラケット44により取付けられ ている。そして、駆動モータ9のモータ出力� �43の回転は、モータ出力軸43に取付けたモー� ��プーリ45、駆動軸8の中間部に取付けた駆動� ��ーリ46、モータプーリ45および駆動プーリ46� ��巻きかけた一対の無端ベルト47によって駆� �軸8に伝達される。この場合に、組み込み孔2 6は、無端ベルト47のかけ渡しのために、駆動 モータ9の取付け側にも開口している。

そして図4に示す工作機械用スピンドルヘ� �ド1においても、先の実施例と同様に、駆動� ��8の両端部に取付けたプーリ(図示せず)と各� ��持軸6に取付けたプーリ34とが無端ベルト35� �よって連結され、駆動軸8の回転が各支持軸6 に伝達されてスピンドルユニット4が回転駆� �される。

このように、本発明による工作機械用スピ ンドルヘッド1では、駆動モータ9の配置は、� ��持ヘッド5のハウジング11の内部に限らず、� ��ウジング11の外部としてもよい。また、ハ� �ジング11の内部に設ける場合にあっても、先 の実施例の配置に限らず、ハウジング11の適� ��な内部とすることもできる。

図5および図6は、さらに他の実施形態によ� ��工作機械用スピンドルヘッド1の構成を示し ている。これらの図5および図6において、ス� ��ンドルユニット4は、一対の支持軸6に直接� �持されず、一対の支持軸6によって支持され� ��いる支持部材17によって回転自在に支持さ� �る。したがって、スピンドルユニット4の両� ��面は、一対の支持軸6に対して取付けられて おらず、隙間となっている。

すなわち、図5および図6に示す工作機械用� ��ピンドルヘッド1は、スピンドルユニット4� �支持するために、断面コの字型の支持部材17 を含む。この支持部材17は、各支持軸6の反ス ピンドルユニット4側、つまり各フォークア� �ム7の外側で各支持軸6に連結され、一対のフ ォークアーム7と対面してスピンドルユニッ� �4の軸線方向に延在する一対の支持アーム15� �、一対の支持アーム15の間を連結する基部16� ��からなる。各支持アーム15は、対応の支持� �6の外側端に取付けられた連結具50の直径方� �の凹凸51などの嵌まり合いによって、共回り するように対応の支持軸6に連結されている� �

[規則91に基づく訂正 27.10.2008]
このように、支持部材17は、スピンドルユニ� ��ト4をA軸上で回転自在に保持するために、� �ピンドルユニット4の軸線方向における後端� ��側とスピンドルユニット4の回動方向両側と で開放された断面略U字形に形成されており� �支持部材17の基部16は、スピンドル3の中心線 上でスピンドルユニット4に対応する大きさ� �支持孔18を形成しており、この支持孔18にス� ��ンドルユニット4の外周部を嵌挿した状態で 、スピンドルユニット4を支持している。そ� �他の部分は、図1ないし図3のものと多少異な る形状の部品であっても、図1ないし図3の実� ��形態のものと機能的にほぼ同じ構成である� ��なお、カバー49は、省略されており、エン� �ーダ(回転検出器)32は図1および図2のものに� �して異なる側の駆動軸8に取付けられている� ��

図5および図6の実施形態において、一対の� ��持軸6が駆動モータ9に駆動されて回転する� �、一対の支持軸6と共に支持部材17がA軸を中� ��として回転するため、支持部材17に支持さ� �ているスピンドルユニット4は、同様にA軸を 中心として回転する。

図5および図6の実施形態では、図1ないし図 3の実施形態と比べると、スピンドルユニッ� �4の先端側のA軸方向に関する幅寸法が大きく なるが、その増加分は支持部材17における支� ��アーム15の幅分のみであるため、DDモータを 両フォークアーム7内に配置する従来技術と� �べれば、工作機械用スピンドルヘッド1は小� ��化される。

また、ワークの加工時に工具2の先端側か� �飛散する切り粉がスピンドルユニット4と支� ��ヘッド5との間に入り込むことを可及的に防 止することができる。すなわち、ワークの加 工時にには、ワークと工具2との接触部から� �ピンドルユニット4側へ向けて多くの細かい� ��り粉が飛散し、これらがスピンドルユニッ� ��4と支持ヘッド5(フォークアーム7)との間の� �かな隙間に入り込む場合がある。そして、� �の切り粉の量が多くなると、これがスピン� �ル3の駆動抵抗となってしまう。これに対し� ��図5および図6の実施形態よれば、スピンド� �ユニット4の先端側から飛散する切り粉は、� ��持部材17の基部16によって殆ど支持ヘッド5� �への飛散しないようになるから、上記のよ� �な問題が発生し難いものとなる。

本発明に係る工作機械用スピンドルヘッド 1は、図7に例示するように、縦型のマシニン� ��センタ(複合加工機)などの工作機械52に組み 込まれる。図7において、工作機械52は、ベッ ド53上に付設された左右一対のコラム54と、� �対のコラム54上を上下方向(Z軸方向)に移動す る水平なクロスレール55と、クロスレール55� �を水平に左右方向(Y軸方向)に移動するサド� �56と、サドル56上をZ軸方向に移動するラム57� ��、ベッド53上を前後方向(X軸方向)に水平に� �動するテーブル58とを含む。そして、本発明 に係る工作機械用スピンドルヘッド1は、C軸� ��動部20によってラム57の下端部に垂直軸(C軸) を中心として旋回自在に取付けられる。

工作機械52は、テーブル58の上に固定され� �ワーク59の加工時において、予め設定された 加工プログラムに基づく数値制御により、上 記テーブル58、クロスレール55、サドル56およ びラム57を移動させる。一方、工作機械用ス� ��ンドルヘッド1は、工作機械52の図示しない� ��御装置によって所望の角度姿勢に割り出さ� ��、ワーク59に対して、装着された工具2を所� ��の加工位置に設定する。これにより、工作� ��械52は、ワーク59の各加工面に対して工具2� �最適な角度で当て、ワーク59に必要な切削加 工を行う。

本発明において、駆動モータ9、駆動伝達� �構10、クランプ機構14は、組み込み対象の工� ��機械52に応じて変形して実施される。

駆動モータ9は、前述のDDモータに代えて、 中空サーボモータ、両軸サーボモータを採用 することもできる。フォーク形の支持ヘッド 5の取付け基部19に内蔵されるDDモータは、前� ��のように1個に限らず、2以上のDDモータを駆 動軸6の軸線方向に直列的に並べて配置した� �のであってもよい。

また、駆動モータ9と駆動軸8との連結位置� ��一対の駆動伝達機構10の間とするものに限� �ず、駆動軸8の一端に駆動モータ9のモータ出 力軸43を連結するように構成してもよい。

駆動伝達機構10は、前述の実施態様のよう� ��プーリ(33、34、45、46)とベルト35、47)とで構� ��するものに限らず、ギヤ列によって駆動軸8 の回転を一対の支持軸6伝達するものであっ� �もよい。

さらに、クランプ機構14は、一種のブレー� ��手段であるが、前述の実施態様のように駆� ��モータ9の両側の各位置毎に設け、合計2つ� �置するものに限らず、クランプ能力に応じ� �いずれか一方を省略してもよい。クランプ� �構14の構成は、例示のもの(クランプディス� �40をピストン部材37で押圧して、ピストン部� ��37とハウジング11の摩擦部材42の摩擦面との� ��働でクランプディスク40をを挟持する形式� �もの)に限らず、流体圧によって変形可能な� ��ランプスリーブによって駆動軸8を締め付け て駆動軸8の回転位置を保持するものであっ� �もよい。

さらに、C軸駆動部20は、本発明において必 須ではなく省略可能である。C軸駆動部20がラ ム57に組み込まれているとき、工作機械用ス� ��ンドルヘッド1は、そのラム57取り付けられ� ��ことになる。