本発明の対象となるスピンドルヘッドは、 工作機械例えば縦型のマシニングセンタ(複� �加工機)等に用いられる。以下、本発明を縦� ��のマシニングセンタに適用した例を説明す� ��。

図1および図2は、本発明の工作機械用スピ� ��ドルヘッド1を示している。工作機械用スピ ンドルヘッド1とは、縦型のマシニングセン� �等に用いられ、工具2が装着されるスピンド� ��ユニット4を支持して旋回駆動する装置のこ とをいう。ここに示す工作機械用スピンドル ヘッド1は、縦型のマシニングセンタ等に搭� �された場合において、工作機械用スピンド� �ヘッド1全体が工作機械のXYZ方向に移動する� ��に加え、工作機械用スピンドルヘッド1に支 持されたスピンドルユニット4がXY平面と平行 な軸(A軸)回りおよびZ軸と平行な軸(C軸)回り� �回転運動する。

工作機械用スピンドルヘッド1は、先端に� �具2が取り付けられるスピンドル3と、スピン ドルを回転駆動するスピンドルユニット4と� �スピンドルユニット4をA軸回りに回動可能に 支持する第1の支持ヘッド(A軸駆動部)6と、ス� ��ンドルユニット4および第1の支持ヘッド6と� ��C軸回りに回転可能に支持する第2の支持ヘ� �ド(C軸駆動部)29とで構成されており、工具2� �工作物に対して最適な方向へ向けることに� �り、複雑な形状の部品を高能率かつ高精度� �加工する。スピンドルユニット4は、その内� ��にスピンドルモータ5を内蔵したビルトイン モータ型であり、そのスピンドルモータ5に� �ってスピンドル3を回転駆動する。切削加工� ��、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、スピンドル3、すなわち� ��具2の回転によって加工対象の工作物に切削 加工を施す。

第1の支持ヘッド6は、フォーク形のハウジ� ��グ8をそのフレームとし、スピンドルユニッ ト4の回動軸線(A軸)方向に離間して配置され� �一対のフォークアーム7内に駆動モータ14を� �設した両側モータ型である。

一対のフォークアーム7は、スピンドル3の� ��転軸線(C軸)を対称軸として線対称の内部構� ��を有しており、各フォークアーム7は、それ ぞれ、スピンドルユニット4に連結された支� �軸9と、支持軸9を回動自在に支持する軸受13� ��、スピンドルユニット4をA軸回りに割出し� �動する駆動モータ14としてのDDモータと、ス� ��ンドルユニット4へ流体を供給するためのロ ータリジョイント18と、支持軸9をクランプし てスピンドルユニット4を所望の割出し角度� �固定するクランプ手段28としてのクランプス リーブとを有している。ただし、図1におい� �左側のフォークアーム7内にのみ、支持軸9の 回転角度を検出するための回転検出器(エン� �ーダ)25が設けられている。回転検出器25以外 の構成は、全てC軸を対称軸として線対称で� �る。

駆動モータ14は、支持軸9をギヤ等の駆動伝 達機構を介さずに直接的に駆動するものであ りダイレクト(直接駆動型)駆動モータとも呼� ��れるものである。駆動モータ14は、モータ� �ータ15と、モータステータ16とを有しており� ��モータロータ15は支持軸9の一部を構成する� ��動ホイール10に固定され、モータステータ16 はフォークアーム7に固定されたステータス� �ーブ17に回転不能に嵌め込まれている。

ロータリジョイント18は、回動するスピン� ��ルユニット4に対し、第1の支持ヘッド6側か� ��加工用流体を供給するためのものであり、� ��ォークアーム7に固定されたディストリビュ ータ19、20と、支持軸9の一部を構成し支持軸9 とともに回動するシャフト21とからなる。こ� ��にいう、加工用流体としては、例えば、冷� ��用のクーラント液や水、加工時に発生する� ��り粉等を除去するためのエア等が挙げられ� ��。

支持軸9は、前述した回動ホイール10、シャ フト21および回動スリーブ11とから構成され� �いる。支持軸9の両端のうち、一端はスピン� ��ルユニット4に連結されており、他端はフォ ークアーム7の外側側面に露出した状態とな� �ている。また、回動ホイール10、シャフト21� ��よび回動スリーブ11の部材のそれぞれには� �中心部に同径の孔が形成されており、これ� �の孔は各部材が組み合わされた状態で支持� �9を軸線方向に貫く貫通孔12を形成している� �すなわち、貫通孔12は、第1の支持ヘッド6の� ��ウジング8(フォークアーム7)の外側から、第 1の支持ヘッド6の内部を貫通してスピンドル� ��ニット4に到達している。

貫通孔12には、スピンドルユニット4から延 出された複数本の線体22が配索されている。� ��線体」とは、先に定義した通り、動力線や� ��号線等の電気的なケーブル類だけでなく、� ��体供給用のパイプ等も含む概念であり、図1 では、スピンドルユニット4の動力線22a及び� �号線22bが配線されている例を示している。� �だし、図面ではその一部を省略している。

前述のとおり、一対のフォークアーム7は� �C軸を対称軸として線対称の内部構造を有し� ��おり、貫通孔12もスピンドルユニット4の両� ��に形成されている。これにより、前記複数� ��の線体22を、線体22の用途、サイズ等に応じ て2群に分けて2つの線体群とし、各線体群を� ��対の支持軸9の貫通孔12に各々分けて配索す� ��ことができる。例えば、本例では、動力線2 2aから発生するノイズが信号線22bへ及ぼす影� ��を考慮して、動力線22aと信号線22bとを分け� ��それぞれを別の支持軸9の貫通孔12内に配線� ��ている(ただし、信号線22bとしてノイズの影 響を受け難いものを採用した場合は、同じ支 持軸9内に配線しても問題は生じないため、� �線体群を動力線22aと信号線22bとが混在した� �のとしてもよい)。

なお、本例では、両支持軸9における貫通� �12内に配索される線体22を、スピンドルユニ� ��ト4内のスピンドルモータ5の動力線、セン� �からの信号線といった電気的なケーブル類� �したが、線体22はこれら電気的なものに限ら ず、前述の加工用流体を供給するための流体 供給用のパイプ(供給パイプ)を含めてもよい� ��すなわち、本例では、前述の加工用流体を� ��第1の支持ヘッド6のハウジング8等に形成さ� ��た流体流路からロータリジョイント18を介� �てスピンドルユニット4へ供給しているが、� ��ピンドルヘッド4の仕様によっては加工用流 体の一部をロータリジョイントを介さずに専 用の供給パイプ等でスピンドルユニット4へ� �給する場合があり、その様な供給パイプを� �述のケーブル類等と共に貫通孔12内に配索す るものであってもよい。

このように、スピンドルユニット4の両側� �線体22の配索経路となる貫通孔12を形成した� ��とにより、種々の一又は二以上の線体22を� �その用途やサイズに応じて2群に分けて2つの 線体群とし、各線体群を一対の貫通孔12のそ� ��ぞれに振り分けて配索することができる。

例えば、先に述べたとおり、動力線22aと信 号線22bとを異なる線体群に分け、それぞれを 異なる支持軸9の貫通孔12に振り分けて配索す る他、線体22に電気的なケーブル類と流体供� ��パイプとが含まれる場合には、電気的なケ� ��ブル類と流体供給パイプとを分けて配索し� ��もよい。すなわち、一方の支持軸9の貫通孔 12内には電気的なケーブル類のみを配線し、� ��方の支持軸9の貫通孔12内には流体供給パイ� ��のみを配管すれば、漏水による漏電やショ� ��トを未然に防止できる。さらに、配索する� ��体22の種類に応じて貫通孔12に防磁、非導電 処理、耐熱・断熱等のシールド、シーリング 処理を施せば、上記効果をさらに高めること ができる。

ところで、図示のスピンドルヘッド6では� �各フォークアーム7内にロータリジョイント1 8が設けられている。このように、ロータリ� �ョイントを備えたスピンドルヘッドにおい� �、支持軸内にケーブル類等を挿通させるに� �たり、支持軸の貫通孔内における空間的な� �裕をできるだけ大きくするために、一般的� �解決手段として設計可能な範囲で支持軸の� �を大きくすることも考えられる。しかし、� �持軸の径を大きくすると、支持軸を囲繞す� �かたちで設けられているロータリジョイン� �の径も大きくならざるを得ない。ロータリ� �ョイントのディストリビュータとシャフト� �は、その嵌合面が摺動しつつ相対回転し、� �た両者間にはシール部材が介装されている� �め、単に摺接する場合と比べて摺動抵抗は� �較的大きい。そして、両者間の摺動抵抗は� �動面の面積に比例し、その面積は摺動面の� �に比例するため、ロータリジョイントの径� �大きくなる程に摺動抵抗は大きくなる。従� �て、駆動モータの動力損失を抑えることを� �えた場合、ロータリジョイントの径は小さ� �方が好ましく、そのためには支持軸の径も� �さい方が好ましい。このように、一般的な� �決手段では、支持軸内における空間的な余� �を大きくすること、及びロータリジョイン� �の(摺動面の)径を大きくしないこと、という 互いに相反する要求を満たすことができなか った。

これに対し、本発明によれば、スピンドル ユニット4を支持する一対の支持軸9のいずれ� ��も貫通孔12を形成し、複数のケーブル類等� �各支持軸9に振り分けて配索するため、支持� ��9の径を大きくすることなく支持軸9内の空� �的な余裕を従来技術よりも大きくすること� �でき、支持軸9内における空間的な余裕を確� ��しつつもロータリジョイント18における摺� �面の摺動抵抗の増大を回避することができ� �。

第1の支持ヘッド6と、第2の支持ヘッド29と� ��、第1の支持ヘッド6の取付基部23で接続され ている。なお、第2の支持ヘッド29は、図3の� �明と共に後述するが、工作機械、例えばマ� �ニングセンタなどによって保持され、図示� �ないが、内部にDDモータなどの駆動モータを 内蔵しており、C軸(マシニングセンタのZ軸と 平行な軸線)を回転中心として第1の支持ヘッ� ��6を回転させる。なお、C軸は、スピンドル3� ��待機状態で、スピンドル3の中心軸と一致し ている。

図示の例における線体22としてのケーブル� ��(動力線22a及び信号線22b)は、支持軸9内の貫� ��孔12を通過した後、第1の支持ヘッド6におけ るハウジング8とカバー部材24との間の空間を 通り、ハウジング8の上部側面からハウジン� �8に形成されたケーブル挿通用孔26へ挿入さ� �、C軸を中心として形成されて第1の支持ヘッ ド6の上部に開口するケーブル挿通用孔27から 延出され、第2の支持ヘッド29内に導入される 。第2の支持ヘッド29内では、図示しないが、 線体22は、C軸を中心に回転駆動される回転軸 に形成された貫通孔内を通過し、工作機械40� ��へ導出される。

図3において、本発明に係る工作機械用ス� �ンドルヘッド1が組み込まれる工作機械の一� ��を簡単に説明する。工作機械40は、縦型の� �シニングセンタであり、ベッド41上に付設さ れた左右一対のコラム42と、一対のコラム42� �を上下方向(Z軸方向)に移動する水平なクロ� �レール43と、クロスレール43上を水平に左右� ��向(Y軸方向)に移動するサドル44と、サドル44 上をZ軸方向に移動するラム45と、ベッド41上� ��前後方向(X軸方向)に水平に移動するテーブ� ��46とを含む。そして、本発明に係る工作機� �用スピンドルヘッド1は、第2の支持ヘッド29� ��ラム45に挿入された状態でラム45に固定され ることにより支持される。

図4は、本発明の他の実施例を示している� �本例と前述の実施例とで大きく異なる点は� �本例では、各フォークアーム7内の構造が対� ��ではないことである。工作機械用スピンド� ��ヘッド1は、実施例1と同様に縦型のマシニ� �グセンタ(複合加工機)等に用いられる。

本例の工作機械用スピンドルヘッド1は、� �述の実施例と同様に、主要な構成部品とし� �、スピンドルユニット4と、第1の支持ヘッド 6と、第2の支持ヘッド29とで構成されている� �

第1の支持ヘッド6は、支持軸30、31と、駆動 モータ14と、ロータリジョイント33、36と、ク ランプ手段28とを有している。ただし、前述� ��実施例と異なり、各フォークアーム7内の構 造がC軸に対して線対称ではない。すなわち� �本例では、駆動用の駆動モータ14は一方のフ ォークアーム7内のみに設けられ、クランプ� �リーブ28は他方のフォークアーム7内のみに� �けられる。なお、ロータリジョイント33、36� ��、両フォークアーム7内に設けられており、 それぞれ、ディストリビュータ34、37、シャ� �ト35、38とから構成されている。

本例でも、前述の実施例と同様に、スピン ドルユニット4から延出される線体22を配索す るための貫通孔12が一対の支持軸30、31に形成 されている。なお、前述の実施例では支持軸 に形成された貫通孔12に直接に線体22が配索� �れているのに対し、本例では、支持軸30、31� ��形成された貫通孔12にディストリビュータ34 、37が挿入されており、そのディストリビュ� ��タ34、37に形成された貫通孔34a、37aに線体22� ��配索されている。

このように、線体22は、第1の支持ヘッド6� �における駆動モータ、支持軸、ロータリジ� �イント等の構造・配置の違いにより、図1の� ��のように支持軸9に形成された貫通孔12に直� ��に配索される場合もあれば、図4の例のよう に支持軸30、31の貫通孔12内に他の部材を介在 させて間接的に配索される場合もある。後者 の場合、前記他の部材を回動しないようにす れば(例えば、図4の例のディストリビュータ3 4、37はフォークアーム7のハウジング8に固定� ��れており回動しない。)、その内部を通る線 体22と、前記他の部材とは相対的に不動であ� ��から、線体22が前記他の部材とこすれて断� �するといったトラブルを防止できる。

図示の例における線体22は、支持軸30、31内 の貫通孔12(34a、37a)を通過した後、第1の支持� ��ッド6におけるハウジング8とカバー部材24と の間の空間を通り、ハウジング8の上部側面� �らハウジング8に形成されたケーブル挿通用� ��26へ挿入され、C軸を中心として形成されて� ��1の支持ヘッドの上部に開口するケーブル挿 通用孔27から延出され、第2の支持ヘッド29内� ��導入される。第2の支持ヘッド29内では、図� ��しないが、C軸を中心に回転駆動される回転 軸に形成された貫通孔内を通過し、工作機械 40側へ導出される。