本発明が適用される工作機械1の一例とし て、図5に示すように、門型工作機械(マシニ� ��グセンタ)を五軸加工機や多面加工機などの 複合化加工機として用いるものを挙げる。図 示の工作機械1は、同時五軸制御可能な加工� �であって、ベッド2の両側から起立する左右� ��コラム3,3と、両コラム3,3の間に跨って両コ� ��ム3の前後面の片面上を上下方向(Z軸方向)に 移動するクロスレール4と、クロスレール4の� ��面上(コラム3に対してクロスレール4を設け� ��面と同一面上)を水平に左右方向(Y軸方向)に 移動するサドル5と、サドル5の前面上をZ軸方 向に移動するラム6と、ベッド2の上面を前後� ��向に移動するテーブル7とを工作機械本体と して備えるものである。さらに、工作機械本 体のラム6には加工用ヘッド8を着脱可能に取� ��付け、工具が取り付けられるスピンドル9を 備えたスピンドルユニット10を、加工用ヘッ� ��8の一部品として備えている。

 かかる工作機械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、テーブル7、クロスレール4、� ��ドル5及びラム6を移動させると共に、加工� �ヘッド8がスピンドルユニット10の角度位置(� ��転位置)の割出しを行なう。これにより、門 型工作機械では、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なうこと 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。

 加工用ヘッド8は、図4に示すように、工� �が取り付けられるスピンドル9を有するスピ� ��ドルユニット10と、スピンドルユニット10を 角度調節を可能な状態で回転可能に支持する 第一の支持ヘッド11と、スピンドルユニット1 0とは反対側で第一の支持ヘッド11を回転可能 に支持する第二の支持ヘッド20を含むもので� ��る。そして、第一の支持ヘッド11(第一の支� ��ヘッド11の基部12)が本願発明の回転駆動対� �部材に相当し、第二の支持ヘッド20が本願発 明の角度割出し装置に相当する。

 スピンドルユニット10は、モータ内蔵型� �スピンドルヘッドであって、そのケーシン� �13内に回転可能に支持されたスピンドル9を� �内蔵された図示しないモータで高速回転駆� �するものである。

 第一の支持ヘッド11は、スピンドルユニ� �ト10をA軸を中心にして回転可能に支持する� �共に、内蔵するモータでスピンドルユニッ� �10を、その鉛直方向の軸線方向(以下「C軸方� ��」という)と直交する軸線(以下、「A軸」と� ��う)を中心に回転させてその角度位置を割出 すものである。C軸は、工作機械1のZ軸と平行 である。

 第一の支持ヘッド11は、基部12(第二の支� �ヘッド20側の部分)に対し一対の脚部14,14が離 間して(間隔をあけて)取り付けられたフォー� ��形に構成されており、一対の脚部14,14の間� �スピンドルユニット10を支持する。詳しくは 、スピンドルユニット10の両側面には、各脚� ��14の内部で回転可能に支持されると共に回� �軸線をA軸に一致させて配置された一対の支� ��軸(図示せず)が取付けられ、この支持軸に� �って一対の脚部14,14間で回転可能に支持され る。そして、支持軸が脚部14に内蔵されたモ� ��タによって回転駆動されることにより、ス� ��ンドルユニット10がA軸を中心に回転されて� ��の角度位置が割り出される。

 第二の支持ヘッド20は、第一の支持ヘッ� �11をC軸を中心に回転可能に支持し、内蔵す� �駆動手段で第一の支持ヘッド11を回転させて その角度位置を割出すことにより、延てはス ピンドルユニット10の角度位置を割出すもの� ��ある。第二の支持ヘッド20は、工作機械1の� ��ム6に取り付けられ、その一端側に第一の支 持ヘッド11が取り付けてある。なお、以後の� ��明において、第二の支持ヘッド20を構成す� �各パーツは、基本的にC軸を軸線とする筒状� ��リング状に形成されているものとする。ま� ��、連結とは、ネジ、ボルト等によって締結� ��定することをいうものとする。

 第二の支持ヘッド20は、図1に示すように� ��ハウジング30と、ハウジング30の内部に回転 可能に支持する回転軸40と、ハウジング30と� �転軸40との間に介在する軸受B1、B2と、同じ� �ハウジング30と回転軸40との間に介在する駆� ��手段M1、M2と、同じくハウジング30と回転軸4 0との間に介在するクランプ機構50(回転軸40を 回転不能に保持するもの)とから構成される� �駆動手段M1、M2及び軸受B1、B2は何れも複数で あって、C軸方向に間隔をあけて直列的に配� �してある。また、図示の例では、回転駆動� �象部材とは反対側(上側)の軸受B1にクロスロ� ��ラベアリングを採用し、回転駆動対象部材� ��(下側)の軸受B2にアキシアル方向及びラジア ル方向の荷重を支持可能な複列形式のころ軸 受を採用してある。

 駆動手段M1、M2は、工作機械1に固定され� �ハウジング30に対して回転軸40を回転駆動す� ��ものであって、駆動モータM1、M2を採用し、 各駆動モータM1、M2は、ギヤ等の減速器を使� �ずに直接負荷に繋いで運転するタイプのも� �(俗に、直接駆動型モータ/DDモータと言われ� ��。)である。そして、各駆動モータM1、M2は� �固定鉄心にコイルを捲回して構成されたモ� �タステータM1b、M2bと、モータステータM1b、M2 bの内周面に近設して対向する複数のマグネ� �トを周方向に亘って配置したモータロータM1 a、M2aと、モータステータM1b、M2bを保持する� �テータスリーブM1c、M2cとを同心円状に配置� �た構成となっている。

 ハウジング30は、複数のハウジング部材31 、32と、ロータリジョイントRのディストリビ ュータR1を主として構成される。ハウジング3 0は、C軸方向に分割可能であって、図ではハ� ��ジング部材31,32の2つから構成されている。� ��のハウジング部材31,32について、図面上側� �ハウジング部材31を第一のハウジング部材、 下側のハウジング部材32を第二のハウジング� ��材とする。また、ディストリビュータR1は� �その外径を、第一ハウジング部材31の内径よ りも小径としてある。そして、第一ハウジン グ部材31と第二ハウジング部材32を縦長の筒� �に連結し、第一ハウジング部材31の内周側に 間隔をあけてディストリビュータR1を同心円� ��に配置すると共に、第一ハウジング部材31� �上端部に、ディストリビュータR1の上端部か ら半径方向外向きに突出するフランジ部R1aの 外周部を連結するものである。これにより、 第一ハウジング部材31とディストリビュータR 1との間、ディストリビュータR1の内周側、及 び第二ハウジング部材32の内周側に、それぞ� ��空間を連通して形成し、これら空間に回転� ��40、軸受B1、B2及び駆動モータM1、M2を配置し てある。

 第一ハウジング部材31は、その本体31aを� �の下端部が内向きに屈曲する片側断面L字状� ��形成し、その本体31aの上端部に、ディスト� ��ビュータR1に向かって半径方向内側に突出� �る第一ハウジングスリーブ31bを連結し、全� �としての片側断面を内向きに開口するコ字� �に形成してある。

 ロータリジョイントRは、径の異なる筒状 のディストリビュータR1とシャフトR2とから� �成され、ディストリビュータR1とシャフトR2� ��二重管状に回転可能に嵌め合わせてある。� ��こでは、ディストリビュータR1の外側にシ� �フトR2を嵌め合わせてある。ディストリビュ ータR1とシャフトR2のそれぞれには、円周方� �に位置をずらして複数の流体流路R11、R21が� �成されており、更に、ディストリビュータR1 とシャフトR2の間の嵌合周面には、各流体流� ��R11、R21が通じる環状溝R0が形成されている� �この構成により、ディストリビュータR1とシ ャフトR2とが相対回転してもディストリビュ� ��タR1の流体流路R11とシャフトR2の流体流路R21 との連通状態が維持される。ディストリビュ ータR1の流体流路R11はフランジ部R1aにおいて� ��部に通じる構造とし、シャフトR2の流体流� �R21は第一の支持ヘッド11側へ通じる構造とし てある。

 第二ハウジング部材32は、その本体32aの� �端部に半径方向内向きに突出する第二ハウ� �ングスリーブ32bを連結し、更に、本体32aの� �端部に半径方向内向きに突出する係止スリ� �ブ32cを連結して構成してある。そして、第� �ハウジング部材32は、第二ハウジングスリー ブ32bを第一ハウジング部材31の下部に連結す� ��ことにより第一ハウジング部材31に対し固� �される。

 回転軸40は、複数の筒状の軸部材41、42、4 0aを主として構成され、ハウジング30の分割� �所に対応する箇所でC軸方向に分割可能に設� ��てある。図では、回転軸40はC軸方向に関し2 つに分割可能であり、第一ハウジング部材31� ��ディストリビュータR1との間の空間に配置� �る軸部材41を第一軸部材、第二ハウジング部 材32の内周側の空間に配置する軸部材41を第� �軸部材とする。また、ディストリビュータR1 の内周側の空間に配置する軸部材40aを回転検 出用軸部材とする。そして、ディストリビュ ータR1の内外に配置した回転検出用軸部材40a� ��第一軸部材41を、第二軸部材42の上端に、C� �を中心として突き合わせて連結し、第一軸� �材41と第二軸部材42をハウジング30の分割箇� �に対応する箇所で分割可能としてある。

 第一軸部材41は、その本体をロータリジ� �イントRのシャフトR2とするもので、第一ハ� �ジング部材31の下部に対向してシャフトR2の� ��部を半径方向外向きに突出すると共に、シ� ��フトR2の上部に、半径方向外向きに突出す� �第一シャフトスリーブR2aを連結して構成し� �ある。そして、第一軸部材41と第一ハウジン グ部材31との間の筒形の空間に、駆動モータM 1と軸受B1を一つずつ配置し、且つ駆動モータ M1の下側に軸受B1を配置してある。即ち、上� �の軸受B1は上下の駆動モータM1,M2の間に配置� ��てある。

 上側の軸受B1(クロスローラベアリング)は 、その外周部(外輪)を第一ハウジング部材31� �下部に、その内周部(内輪)を第一軸部材41の� ��部に、それぞれ連結してある。

 上側の駆動モータM1は、第一ハウジング� �材31の内周側にステータスリーブM1cを介して モータステータM1bを固定し、第一軸部材41の� ��周側にモータロータM1aを固定したものであ� ��。より詳しく言えば、モータステータM1bを� ��テータスリーブM1cの内周面に同心円状に嵌� ��込んで固定し、ステータスリーブM1cを第一� ��ウジングスリーブ31bの下側に連結して第一� ��ウジング部材31に対しモータステータM1bを� �定している。また、第一軸部材41(ロータリ� �ョイントRのシャフトR2)の外周面にモータロ� ��タM1aを嵌め込み、第一シャフトスリーブR2a� ��下面にモータロータM1aを連結して第一軸部� ��41に対しモータロータM1aを固定している。

 また、上側の駆動モータM1には、コネク� �c1を介してケーブルc11を接続してある。ケー ブルc11は、例えば、モータステータに内蔵さ れるコイルに電流を供給するためのU、V、W相 用の電流供給ケーブル、アース線、駆動モー タM1の異常を検出するための検出線等である� ��コネクタc1を配置するために、第一ハウジ� �グスリーブ31bの下面の一部に局部的に窪ん� �空間を形成し、その窪んだ空間にコネクタc1 を配置している。また、ケーブルc11を通すた めに第一ハウジングスリーブ31bには上下に貫 通するケーブル用配線孔H1を設けてある。

 第二軸部材42は、その本体42aの上端面の� �央部に凹部42bを形成し、ディストリビュー� �R1の下部、及び回転検出用軸部材40aの下部を 凹部42bに配置する。凹部42bは、下部に比べて 上部の内径を広くした段差形状であって、上 部の内周側にディストリビュータR1の下部の� ��周面が当接し、下部の内周側に回転検出用� ��部材40aの下部の外周面が当接する。また、� ��二軸部材42は、その本体42aの上部に連結さ� �た半径方向外向きに突出する第二シャフト� �リーブ42cを有し、その第二シャフトスリー� �42cをその上の第一軸部材41に連結してある。

 また、第二軸部材42は、その本体42aの下� �に配置されたフランジ部材42e、及びフラン� �部材42eを挟むようにして配置された連結部� �42dを有し、フランジ部材42eと共に連結部材42 dを第二軸部材42の下面に連結して構成してあ る。なお、連結部材42dの下端面と第一の支持 ヘッド11の基部12の上端面とは、凹凸の嵌め� �いによる位置決めをしてある。

 第二軸部材42と第二ハウジング部材32は、 その適宜箇所を内向き又は外向きに突出する ことによって、両部材42,32の間に環状の三つ� ��空間を上下に間隔をあけて形成し、その三� ��の空間に、下側の駆動モータM2、クランプ� �構50、下側の軸受B2を分けて配置してある。

 下側の駆動モータM2は、三つの空間のう� �の上側の空間に配置され、上側の駆動モー� �M1と同様にモータロータM2a、モータステータ M2b、ステータスリーブM2cとから構成され、各 々を同様に、第二ハウジングスリーブ32bを介 して第二ハウジング部材32に固定し、第二シ� ��フトスリーブ42cを介して第二軸部材42に固� �してある。

 また、下側の駆動モータM2にもコネクタc2 を介して複数のケーブルc21を接続してある。 コネクタc2を配置するために、第ニハウジン� ��スリーブ32bの下面に局部的に窪んだ空間を� ��成してある。また、ケーブルc21を通すため� ��ケーブル用配線孔H2を、第ニハウジングス� �ーブ32b、第一ハウジング部材31、第一ハウジ ングスリーブ31bの各内部に軸線方向に沿って 連通して形成してある。さらに、第一ハウジ ング部材31は、その下端部の外周に、ケーブ� ��c21に通じる外向窓31cを設けている。外向窓3 1cは、第一ハウジング部材31と第二ハウジン� �スリーブ32bとを連結後にケーブルc21ケーブ� �用配線孔H2に通す際に使用される。

 クランプ機構50は、三つの空間のうちの� �間の空間に配置され、回転軸40を相対的に締 め付けて回転軸40を相対回転不能とするクラ� ��プスリーブ51と、クランプスリーブ51を変形 させる流体を導く受圧部材52とから構成され� ��第二ハウジング部材32の内周側に受圧部材52 、クランプスリーブ51を順次同心円状に配置� ��て連結してある。クランプスリーブ51は、� �の外周に溝を有し、その溝により上下の厚� �部51a,51aの間に変形可能な薄肉部51bが形成さ� ��る。また、その溝と受圧部材52とにより、� �肉部51bの外側と受圧部材52との間に圧力室53� ��形成してある。そして、クランプスリーブ5 1は、薄肉部51bを第二軸部材42に近接させて配 置される。更に、受圧部材52には、その内部� ��圧力室53に通じる流体通路54が形成してあり 、その流体通路54の出口部54aが圧力室53に開� �している。流体通路54は、ハウジング部材31, 32に形成した流体流路であってハウジングス� ��ーブ31bにおいて外部に通じる流体流路(図示 せず)に通じている。そして、流体通路54に流 体を供給することにより、薄肉部51bを小径方 向に変形させて第二軸部材42を締め付けて回� ��軸40を回転不能な状態に保持する。

 下側の軸受B2は、具体的には三列ローラ� �アリング(三列円筒ころ軸受/アキシアル・ラ ジアルローラベアリングとも言う)を採用し� �ある。詳しく言えば、図3に示すように、軸� ��B2(三列ローラベアリング)は、内輪B2aと、外 輪B2bと、内輪B2aと外輪B2bの間に介在する複数 の円筒ころB2cによって構成される。内輪B2aを 複数のパーツの組み付けによって片側断面コ 字状に外向きに開口して形成し、その開口す る溝部の高さ中間部に外輪B2bの内周部を配置 し、内輪B2aを回転軸40に、外輪B2bをハウジン� ��30にそれぞれ連結し、外輪B2bの上、下、内� �に円筒ころB2cをそれぞれ配置し、上下の円� �ころB2c、B2cでアキシアル方向の荷重を支持� �、内側の円筒ころB2cでラジアル方向の荷重� �支持してある。内側の円筒ころB2cは、図示� �ない保持部材によって保持される。

 なお、回転軸40の回転量、即ち第一の支� �ヘッド11の角度位置を検出するための回転検 出器60が、ハウジング30(ディストリビュータR 1)と、回転軸40(回転検出用軸部材40a)の上端に ベアリング等を介して固定してある。回転検 出器60は、検出器ステータ61をディストリビ� �ータR1に、検出器ロータ62を回転検出用軸部� ��40aの上端部にそれぞれ固定してある。そし� ��、回転検出器60の検出信号は、工作機械1の� ��御装置に送られ、第一の支持ヘッド11の回� �制御に用いられる。

 図2は第二の支持ヘッド20の他の実施形態� ��示す。これは、ハウジング30と回転軸40の間 に、三つの駆動モータM1、M2、M3をC軸方向に� �隔をあけて直列的に配置した例である。ま� �、この例においても、各駆動モータM1、M2、M 3の配置箇所に対応させてハウジング30及び回 転軸40をC軸方向に三分割可能に形成してある 。すなわち、図2に示す第二の支持ヘッド20で は、三つのハウジング部材31,32,33、即ち第一� ��第二、第三ハウジング部材31,32,33をC軸方向� ��沿って直線的に連結したものを採用し、各� ��ウジング部材31,32,33の内側に駆動モータM1,M2 ,M3、及び第一、第二、第三軸部材41,42,43を対� ��させてそれぞれ配置し、第一、第二、第三� ��部材41,42,43をC軸方向に沿って直線的に連結� ��てある。

 この場合の第二、第三軸部材42,43は、前� �実施形態の第二軸部材42を軸線方向中間部で 分割してその間にスペーサ軸部材42fを介して 連結したものに相当し、第二、第三ハウジン グ部材32,33は前記実施形態の第二ハウジング� ��材32を軸線方向中間部で分割してその間に� �ペーサスリーブ32dを介して連結したものに� �当する。

 一番下側の駆動モータM3の、モータロー� �M3a、モータステータM3b、ステータスリーブM3 cの配置は他の駆動モータM1、M2と同様である� ��また、一番下側の駆動モータM3に対するコ� �クタc3、ケーブルc31、ケーブル用配線孔H3を� ��前記実施形態と同様に設け、中間のケーブ� ��用配線孔H2と一番下のケーブル用配線孔H3を 円周方向に位置をずらして設けてある。なお 、第二ハウジング部材32の下端部に外向窓32e� ��、第一ハウジング部材31の外向窓31cと同様� �設けてある。

 さらに本発明は上記した実施形態に限定� ��れるものでなく、特許請求の範囲を逸脱し� ��い限りにおいて種々に変更することが可能� ��ある。

 最も下側(回転駆動対象部材側)の軸受B2の 複列形式のころ軸受は、前述の三列円筒ころ 軸受に限らず、複列円錐ころ軸受等の、アキ シアル方向及びラジアル方向の荷重を支持可 能な他の複列形式のころ軸受であっても良い 。

 また、図2の実施形態では、上側と中間の 駆動モータM1,M2の間に軸受を配置していない� ��、この駆動モータM1,M2の間にも軸受を配置� �るものであっても良い。また、上側の駆動� �ータM1の上方にも軸受を配置してもよい。す なわち、軸受の数は、回転軸40の長さや回転� ��40に掛かる負荷に応じて適宜に設定される� �、本発明では、複数の軸受のうちの最も回� �駆動対象部材側の軸受以外の軸受は、その� �ちの少なくとも一つが、離間して直列的に� �置された駆動モータ間に配置されていれば� �い。例えば、三つの軸受が用いられる場合� �は、最も回転駆動対象部材側の軸受以外の� �つの軸受は、その少なくとも一つが駆動モ� �タ間に配置されていればよく、残りの一つ� �、三つ以上の駆動モータが採用される場合� �おいて駆動モータ間に配置されて良いし、� �転駆動対象部材とは反対側の回転軸40の端部 に配置されるものであっても良い。なお、三 つ以上の駆動モータが採用される場合におい て、各駆動モータ間の全てに軸受を配置すれ ば支持剛性がさらに高まることは言うまでも ないことである。

 また、最も下側以外の軸受B1は、前述の� �ロスローラベアリングに限らず、他の軸受� �あっても良い。クロスローラベアリングは� �キシアル方向及びラジアル方向の荷重を支� �可能なものであるが、その様な両方向の荷� �を支持可能なものでなくても良く、加工用� �ッド8が装着される工作機械1の形態に応じた ものとすれば良い。例えば、工作機械1が横� �のマシニングセンタの場合は、回転軸40のC� �方向は水平方向となるので、ラジアル方向� �荷重のみを支持可能な軸受(ラジアル軸受、� ��り具体低にはラジアルニードルベアリング� ��ラジアルボールベアリング、ラジアルロー� ��ベアリング等)であっても良い。

 また、工作機械1が縦型のマシニングセン タの場合、回転軸40のC軸方向は鉛直方向とな るので、アキシアル方向の荷重のみを支持可 能な軸受(アキシアル軸受、スラスト軸受、� �り具体的にはスラストニードルベアリング� �スラストボールベアリング、スラストロー� �ベアリング等)であっても良い。

 また、本発明の角度割出し装置は、上記� ��た五軸加工機等に限らず、たとえばワーク� ��載置される円テーブルを回転駆動してその� ��度位置を割出す回転テーブル装置に適用し� ��も良い。角度割出し装置を回転テーブル装� ��として使用する場合、円テーブルが本発明� ��いう回転駆動対象部材となる。

 さらに、本発明の角度割出し装置によれ� ��、使用される駆動モータの数は前述で説明� ��たものに限らず、四つ以上の駆動モータを� ��線方向に離間して直列的に配置することも� ��能である。