JP2000218511A - ホーニング加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主軸の回転機構および軸方向の振動機構を有
するホーニング加工機であって、回転駆動源となる駆動
モータからの回転力をよりスムーズに主軸に伝達でき、
かつ、小さな力で主軸を軸方向に振動させることのでき
るホーニング加工機を提供する。 【解決手段】 ホーンを保持する主軸３０と駆動軸４１
との間に中間軸５０を配置させ、可撓性のある軸連結部
材５５にて主軸３０と中間軸５０および駆動軸４１と中
間軸５０との間を連結させ、中間軸往復運動機構６０に
よって中間軸３０を平行に往復運動させることにより、
主軸３０を回転させつつその軸方向に振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物に設けら
れた孔の壁面を研磨するためのホーニング加工機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】丸孔の内面を研磨するホーニング加工機
においては、ホーンと呼ばれる、研磨剤を側面に付着さ
せた棒状の工具を用いて行うのが一般的である。そし
て、研磨加工は、ホーンを回転させつつこの孔に挿入さ
せ、軸方向にホーンを移動させて行う。ところが精密な
加工面を形成するためには、ホーンの回転運動および軸
方向への移動運動に加え、このホーンを軸方向に微振動
させることが必要となってくる。ホーンを回転させつつ
軸方向に微振動を与えることのできる装置としては、従
来から、例えば、特開昭６１−２８８９７１号公報、特
許２６０２１６５号公報等に示すようなものがあった。

【０００３】特開昭６１−２８８９７１号公報に示され
ているホーニング加工機を図１０に示す。このホーニン
グ加工機は、主軸８１を回転自在支持するハウジング８
２と、ハウジング８２を軸方向に移動可能に支持する主
軸頭８３と、主軸８１を回転させる駆動モータ８４と、
主軸８１と回転駆動モータ８４とを連結し、両者の相対
位置が変動しても回転を伝達できる回転伝達機構８５
と、主軸頭８３内に設けられハウジング８２を下方に付
勢するスプリング８６と、偏心軸８７を回転させること
によってハウジング８２を上下方向に往復運動させる振
動機構８８とを備えている。そして、このホーニング加
工機では、駆動モータ８４の回転で主軸８１が回転させ
られることにより、主軸８１の先端に取付けられたホー
ンが回転し、これと同時に、偏心軸８７が回転すること
により、スプリング８６に抗ってハウジング８２が上下
し、その結果ホーンが軸方向に振動させられる。

【０００４】また、特許２６０２１６５号公報に示され
ているホーニング加工機を図１１に示す。このホーニン
グ加工機は、主軸頭９１と、主軸頭９１に回転自在にか
つ軸方向に移動可能に支持された主軸９２と、主軸９２
を回転させる駆動モータ９３と、主軸９２と駆動モータ
９３とを連結し、両者の相対位置が変動しても回転を伝
達できる回転伝達機構９４と、回転伝達機構９４内にあ
り主軸９２を下方に付勢するスプリング９５と、一端で
主軸９２の回転のみが自在となるように保持し、他端に
ローラ９６ａを有し、外力によって主軸９２を持ち上げ
る搖動レバー９６と、ローラ９６ａに当接する傾斜面を
持つ偏心円盤９７を有し、この偏心円盤９７を回転させ
ることによって搖動アームを持ち上げるように振動させ
る振動機構９８とを備えている。そしてこのホーニング
加工機では、駆動モータ９３の回転で主軸９２が回転さ
せられることにより、主軸９２の先端に取付けられたホ
ーン９９が回転し、これと同時に、偏心円盤９７が回転
することにより、スプリング９５に抗って主軸が上下
し、その結果ホーン９９が軸方向に振動させられる。

【０００５】上記のような従来の加工機では、駆動モー
タからの回転力を主軸に伝達させる回転力伝達機構にお
いて、主軸が上下動した場合でも回転力をうまく伝達さ
せるために、特別な機構を採用している。この特別な機
構とは、特開昭６１−２８８９７１号公報に示されてい
るホーニング加工機の場合は、スプライン加工された主
軸の上端部８５ａとこれに噛み合うように中心を加工さ
れたプーリ８５ｂであり、また、特許２６０２１６５号
公報に示されているホーニング加工機の場合は、噛み合
わせるための突起をもつ２つの円盤状部材９４ａであ
る。ところが、このような機構では、回転力を伝達させ
る場合、主軸の上下動によって、回転力を伝達する面が
互いに擦れ合う構造となっている。したがって、その擦
れ合いによって、回転力伝達面が摩耗し、長期のホーニ
ング加工機の稼動により、ガタが発生したり、回転力伝
達機構が破損する原因となっていた。また、この擦れ合
いをベアリング等の手段によって緩和しようとする場
合、回転力伝達機構が複雑なものとならざるを得なかっ
た。

【０００６】また、主軸を上下振動させる場合、慣性力
によって主軸がバウンド（いわゆる「躍る」という状
態）する。このバウンドを防止するために、主軸に対し
て常に下向きの力を付勢している。上記の従来の加工機
では、主軸を上下動させる際、スプリングにより主軸に
対して軸方向における上方向の力を付勢していた。した
がって、スプリングから受ける力に抗って主軸を上方に
持ち上げる力はかなり大きいものとなり、上記した振動
機構が有する偏心軸８７あるいは搖動レバー９６、偏心
円盤９７等には大きな荷重がかかる。しかもこの荷重は
偏荷重であるため、振動機構についても、摩耗、破損と
いった現象が発生する要因ともなっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記ような
従来のホーニング加工機の抱える問題を解決するために
なされたものである。主軸の回転機構および軸方向の振
動機構を有するホーニング加工機であって、回転駆動源
となる駆動モータからの回転力をよりスムーズに主軸に
伝達でき、かつ、小さな力で主軸を軸方向に振動させる
ことのできるホーニング加工機を提供することを課題と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のホーニング加工
機は、ホーンを回転させつつ該ホーンをその軸方向に振
動させて被加工物をホーニング加工するホーニング加工
機であって、前記被加工物に対して相対的に移動する主
軸頭と、一端に前記ホーンを同軸的に保持し、軸方向が
前記主軸頭の相対移動方向と同方向であり、該主軸頭に
回転自在にかつ軸方向に移動可能に支持されている主軸
と、前記主軸頭に固定され、前記主軸を回転させるため
の駆動軸を有する駆動モータと、前記主軸と前記駆動軸
との間に位置し、該駆動軸の回転を該主軸に伝達する中
間軸と、前記主軸の前記ホーンが保持されていない一端
と前記中間軸の一端および前記駆動軸と該中間軸の他端
とを連結し、２以上の屈曲点をもち屈曲した状態でも回
転を伝達可能な２つの軸連結部材と、前記主軸をその軸
方向に往復運動させるために、前記中間軸をその軸方向
と垂直な方向に付勢し該中間軸を往復平行運動させる中
間軸往復運動機構とを備えることを特徴とする。

【０００９】つまり、本発明のホーニング加工機は、主
軸と主軸を回転させる駆動源となる駆動モータの駆動軸
との間に中間軸を介在させ、それぞれの間を可撓性のあ
る連結部材で連結するように構成されている。そして、
この中間軸に対して垂直な方向、つまり主軸の軸方向と
は異なる方向の力を加えることにより、中間軸を変位さ
せ、主軸と駆動軸との間の距離を変化させて主軸を軸方
向に振動させるものである。このように、主軸の軸方向
と異なる方向の力によって主軸を振動させることで、主
軸を振動させる機構にかかる負荷を小さなものにするこ
とができる。また、回転力の伝達についても、可撓部を
用いることで、単純な機構となり、また主軸および駆動
軸との接続部において大きな擦れ合いがなく円滑なもの
となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のホーニング加工
機の実施形態について、模式図を用いて、概念的に説明
する。図１に、本発明のホーニング加工機の最も単純な
実施形態について示す。本実施形態のホーニング加工機
は、主軸頭１０の上方に固定された駆動モータ４０と、
主軸頭１０の下方に回転自在にかつ軸方向に移動可能に
支持された主軸３０と、駆動モータ４０の駆動軸４１と
主軸３０との間に位置する中間軸５０と、駆動軸４１と
中間軸５０の上端および主軸３０の上端と中間軸５０の
下端とを連結する２つの軸連結部材５５から構成されて
いる。主軸３０の下端には図示していないがホーンが取
付けられる。２つの連結部材５５は、可撓性を有し、自
在に屈曲するものとなっている。なお、本実施形態で
は、主軸３０と駆動軸４１とは、両者の軸心線が同一に
なるように（同軸的に）配置されている。

【００１１】駆動モータ４０を作動させて駆動軸４１を
回転させれば、この回転力は中間軸５０と２つの軸連結
部材５５を介して主軸３０に伝達され、主軸３０は回転
させられる。中間軸５０に何も力を加えていない場合、
中間軸５０は主軸３０および駆動軸４１と同軸的に位置
している。したがって、主軸３０と駆動軸４１との間の
距離は最も大きい状態となっている。つまり、本実施形
態では、主軸３０は最下方に位置し、この位置で回転さ
せられている。

【００１２】この状態から、中間軸５０がその軸心が元
の状態と平行な状態を保つように、中間軸５０に対して
直角方向の力Ｍ（以下「中間軸平行移動力」Ｍという）
を加えることにより、中間軸５０は平行に移動させら
れ、中間軸５０の軸心線（図中のｌ）は、主軸３０の軸
心と駆動軸４１の軸心を結ぶ線（図中のｃｌ：以下「基
準軸線」という）から変位する。中間軸５０は連結部材
５５を介して駆動軸４１主軸３０と連結されており、駆
動軸４１はその位置が固定されているために、中間軸５
０が変位すると、主軸３０が駆動軸４１に近づく方向
（図のＵの方向）、つまり上方に、中間軸５０の変位量
ｗに応じた距離ｖだけ移動する。

【００１３】主軸３０が上方に移動した状態から、次
に、平行状態を保つように中間軸３０に対して逆向きの
中間軸平行移動力Ｍ’を加えれば、中間軸５０の変位量
ｗは小さくなり、主軸３０は駆動軸４１から離れる方向
（図のＵ’の方向）、つまり下方に移動する。このよう
に、中間軸３０が平行状態を保ちつつ往復運動させられ
ることにより、主軸３０はその軸方向に往復運動させら
れる。

【００１４】例えば、最大変位量が一定になるように中
間軸５０を往復平行運動させれば、主軸３０を一定の振
幅となるように軸方向に振動させることができ、最大変
位量と最小変位量となる位置が一定の周期で訪れるよう
に中間軸５０を往復平行運動させれば、主軸３０を一定
の振動数となるように振動させることができる。以上
が、本発明のホーニング加工機の特徴である主軸振動機
構の原理である。このように、従来のホーニング加工機
のもつ振動機構とは異なり、主軸をその軸方向に常に付
勢する力を必要としないことから、非常に小さな力でか
つスムーズに、主軸を軸方向に振動させることができ
る。

【００１５】また、上記実施形態に代えて、主軸に対し
て軸方向の力を常に付勢しつつ、主軸を軸方向に振動さ
せる機構を採用することもできる。この実施形態につい
て説明する。図１において、主軸３０に対して、軸方向
であってホーンが保持されている一端に向かう方向、つ
まり下方に付勢されているものとする（この力を以下
「主軸スラスト力」という：図中のＳ）。主軸スラスト
力Ｓが負荷された状態では、中間軸５０を変位させて主
軸３０をＵ方向に移動させる場合、この主軸スラスト力
Ｓに抗って主軸３０を移動させるため、中間軸平行移動
力Ｍは、前記実施形態の場合と比較して大きいものとな
る。ところが、Ｕ’の方向に主軸３０を移動させる場合
は、主軸スラスト力Ｓを利用できるため、中間軸平行移
動力Ｍ’を必要としない。つまり、この主軸スラスト力
を負荷した実施形態を採用した場合、中間軸平行移動力
を一方向にしか必要としないという利点がある。

【００１６】従来の振動機構は、主軸スラスト力Ｓに直
接抗うように、主軸の軸方向（図のＵ’の方向）に力を
加えて振動を発生させていた。これと異なり、本実施形
態では、主軸３０と直行する向きの力を中間軸５０に加
えて振動させるものであることから、振動を発生させる
その力は非常に小さいものしか必要としない。したがっ
て、主軸スラスト力を付勢しつつ、主軸を軸方向に振動
させる場合であっても、主軸を振動させる機構にかかる
負荷を小さなものにすることができる。

【００１７】なお、上記実施形態では、駆動軸４１と主
軸３０とが同軸的に配置されている。本発明のホーニン
グ加工機では、これに代えて、図２に示すように、駆動
軸４１と主軸３０とが両者の軸心線が平行ではあるがず
れているような位置に配置された実施形態（図２
（ａ））、駆動軸４１と主軸３０とが両者の軸心線が平
行でないような位置に配置された実施形態（図２
（ｂ））等を採用することもできる。図２に示すような
様々な位置関係に駆動軸４１および主軸３０を配置でき
ることで、両者が配置される主軸頭の形状を目的に応じ
た種々の形状とすることができ、ホーニング加工機自体
の自由度、適用範囲が広がる。ただし、中間軸５０を往
復平行運動させて主軸３０を軸方向に振動させる際の中
間軸平行移動力は、駆動軸４１と主軸３０とが同軸的に
配置されている場合にもっとも小さく、この点を考慮す
れば、両軸を同軸的に配置することが望ましい。

【００１８】主軸は、保持するホーン、加工する孔径・
孔深さ等によって決まる加工負荷等に応じて、その径、
長さ等を決定すればよい。主軸に保持されるホーンにつ
いても被加工物に応じて種々のものを採用できる。ホー
ンの保持の方法は、主軸３０と同軸的であればよく、特
に限定されるものではない。例えば、主軸の先端にチャ
ックを設けこのチャックよって保持する方法、主軸の先
端をスリーブ状に加工しこのスリーブに嵌合させて保持
する方法等が採用できる。主軸頭への主軸の支持方法に
ついても、主軸が回転自在にかつ軸方向に移動可能なよ
うに支持するものであればよく、特に限定されるもので
はない。例えば、ボールベアリング、無給油の摺動ブッ
シュ（いわゆるドライベアリング）等の公知の支持手段
が採用できる。

【００１９】主軸を回転させる動力源となる駆動モータ
は主軸頭に固定される。駆動モータは、ホーニング加工
の加工条件、加工負荷に応じて、その回転数、原動力等
を決定すればよい。例えば、電動モータ、油圧あるいは
空気圧を利用したモータ等種々のものを使用できる。駆
動モータの駆動軸と主軸の間に位置させる中間軸は、駆
動軸の回転を主軸に伝達するものであり、かつ、中間軸
往復運動機構によって平行移動力が負荷され往復平行運
動させられるものである。したがって、その径は伝達す
る回転力等に応じて決定すればよく、またその長さは中
間軸往復運動機構との関係等に応じて決定すればよい。

【００２０】主軸と中間軸および駆動軸と中間軸を連結
する軸連結部材は、屈曲した状態であってかつその屈曲
度合が変動する状態にあっても、回転駆動力を伝達でき
るものでなければならず、したがって、可撓性を必要と
する。しかも、中間軸を平行に移動可能なように駆動軸
および主軸に連結させなければならず、そのためには、
２以上の屈曲点を有する必要がある。図３に示すもの
は、２つの屈曲点Ｂを有するものである。この２つの屈
曲点Ｂにおいて屈曲できることで、中間軸は連結された
状態で平行に移動できることになる。軸連結部材は、２
以上の屈曲点を有するものと定義したが、連続的にある
範囲で屈曲するものをも含む意味であり、例えば、コイ
ルスプリング、硬質ゴム等のある程度の弾性を有する弾
性体であってもよい。

【００２１】使用できるものの中では、軸連結部材には
自在継手を用いるのが望ましい。自在継手とは、後の実
施例の説明において図示するが、いわゆるフレキシブル
ジョイントを２つ連結したようなもので、一般にユニバ
ーサルジョイントと呼ばれているものである。この自在
継手は、回転力を確実に伝達でき、また、弾性変形しな
いため、中間軸の平行移動による主軸の軸方向への移動
の即応性が高いという利点がある。

【００２２】本発明のホーニング加工機では、上述した
ような機構的に単純な連結部材を用いて、軸方向に移動
する主軸に対して回転を伝達させている。このような可
撓性のある軸連結部材を用いた本発明のホーニング加工
機が有する回転力伝達機構では、従来方法のように、回
転を伝達する面がほとんど摺動しないことで、連結部材
自体の摩耗が少なく、また、回転力の伝達をより円滑に
行うことができる。

【００２３】中間軸往復運動機構は、中間軸の回転を阻
害しない状態で、中間軸をその軸方向と直角な方向に付
勢し、往復平行運動させるものである。このような機能
を奏するものであればいかなる機構であってもよい。採
用できるいくつかの中間軸往復運動機構の態様を、図４
に示す。図示したいずれの中間軸往復運動機構も、中間
軸５０を回転可能にかつその軸方向に移動可能に保持
し、かつ、主軸頭１０に中間軸５０と垂直な方向に移動
可能に支持されている中間軸保持具６１と、この中間軸
保持具６１を往復運動させる往復運動発生部６５とから
構成されている。図示した態様のものの場合、中間軸保
持具６１は、中間軸５０を保持する保持部６１ａと、主
軸頭１０に支持される棒状の支持部６１ｂとからなる
が、上記中間軸保持具の機能を果たすものであればいか
なる態様のものでもよい。

【００２４】往復運動発生部６５は、図4（ａ）の態様
のものは、油圧、空気圧等のピストンシリンダを用いる
態様のものであり、（ｂ）の態様のものはクランク機構
を利用するものであり、（ｃ）の態様のものはカム機構
を利用するものである。このように公知の様々な往復運
動を発生させる機構を利用するものであってよい。これ
らの態様の中でも、図４（ｃ）に示すように、カム板材
６３を回転させて振動を発生させる態様のものは、コン
パクトに構成することができ、また、高速振動（単位時
間あたりの振動数の大きい振動）に対応し得るというメ
リットを有する。なお、図４（ｂ）（ｃ）の態様の場
合、往復運動発生部６５の駆動は、主軸駆動のモータと
は別の駆動モータを用いて行ってもよく、主軸駆動のモ
ータから回転力を得るものであってもよい。また、カム
板材６３は、偏心させた円盤形状のもの、楕円盤、異形
状の有するもの等、種々の形状のものを採用できる。

【００２５】中間軸の往復平行運動は、主軸と駆動軸と
の軸心線を同一とした場合、図５に示すようなそれぞれ
の態様とすることができる。図５（ａ）は、中間軸の軸
心線が基準軸線（主軸の軸心と駆動軸の軸心とを結ぶ
線）を挟んで両側に変位するように往復運動させる態様
であり、（ｂ）は、中間軸の軸心線が基準軸線から片側
に変位するように往復運動させる態様であり、（ｃ）
は、中間軸の軸心線が基準軸線から常に片側に変位した
状態で往復運動させる態様である。図５（ａ）の態様の
場合、上記中間軸往復運行機構は、中間軸に対して両側
から付勢するように作用させる。これに対して、図５
（ｂ）、（ｃ）の態様を採用した場合、上述した主軸ス
ラスト力を付勢した状態で主軸を往復運動させようとす
れば、片側からの力つまり中間軸の軸心線の基準軸線か
らの変位量が大きくなる方向の力しか要しない。このこ
とは、上記中間軸往復運動機構において、例えば図４に
示す態様のものでは、中間軸保持具６１と往復運動発生
機構との接点６２は連結される必要はなく、当接させら
れているだけでよい。この中間軸保持具６１と往復運動
発生部とを連結しないメリットについては、後に述べる
安全機構との関係で後述する。

【００２６】以上の構成要素は、主軸頭の中に組み込ま
れ、ホーンは回転させられつつ軸方向に振動させられ
る。本発明のホーニング加工機では、主軸頭は、ホーン
の軸方向つまり主軸の軸方向であって被加工物に対して
近づく方向に、相対移動する。相対移動とは、主軸頭ま
たは被加工物が移動するもしくは両者が移動することを
意味する。本発明のホーニング加工機は、竪型、横型の
いずれの形態をも採ることができる。竪型のホーニング
加工機とする場合であって主軸頭を移動させる場合は、
被加工物に対して鉛直に設けられたコラムにホーンおよ
び主軸の軸方向と同じ方向にレールを取り付け、このレ
ールに沿って主軸頭を移動させればよい。移動手段に
は、ボールネジによる送り、油圧のシリンダ等、通常の
ホーニング加工機が採用する手段を用いればよい。

【００２７】以上の構成要素からなるホーニング加工機
とすることにより、ホーンは、回転させられつつ振動さ
せられ、かつ軸方向に移動させられて、被加工物に設け
られた孔の内壁面を精密に研磨加工するものとなる。本
発明のホーニング加工機では、安全機構を設けることが
望ましい。ここでいう安全機構とは、加工時にホーンに
対して過負荷の状態となった場合についての安全機構で
ある。研磨代が大きすぎた場合等、ホーンが過負荷とな
った状態で、回転、振動しつつ被加工物に対する相対移
動を続ければ、ホーンが破損しまたは被加工物が損傷を
受けるといった事態が発生する。したがって、ホーンが
過負荷となった場合、ホーンの被加工物に対する相対移
動を停止させることが望ましい。

【００２８】安全機構としての機能を発揮させるには、
上記実施形態の中で、以下の実施態様を採用すればよ
い。主軸と駆動軸とを同軸的に配置し、主軸にスラスト
力を付勢した状態で、中間軸往復運動機構は、中間軸を
その軸心線が基準軸心線上に位置しないように基準軸線
から常に片側に変位した状態で往復運動させ（図５
（ｃ））、かつ、中間軸の軸心線の基準軸線からの変位
量が大きくなる方向にのみ付勢するのである。

【００２９】上記態様の作用を図６に模式的に表す。主
軸３０はスラスト力Ｓを付勢されながら、中間軸５０が
ｗ₁の振幅で往復運動することにより軸方向に振動させ
られている。いま、ホーンに対して過負荷の状態で、主
軸頭を図面の下方に向かって移動させ場合、主軸３０に
は上方に向かう力Ｇが加わる。この力Ｇがスラスト力Ｓ
を上回った場合、主軸３０はさらに持ち上げられ、中間
軸５０はその変位量を増そうとする（ｗ₂）。ここで、
中間軸の変位量が増加させられる場合、上記態様の中間
軸往復運動機構では、中間軸５０の変位量が増加する方
向にしか付勢されていないため、中間軸往復運動機構か
ら中間軸が拘束を解かれることにより、その変位量を増
加させることができる。このような態様の構成を採用す
れば、中間軸の変位量が増加した場合に、主軸３０は上
方に持ち上げられ、主軸頭が下方に向けて移動を続ける
場合でも、ホーンの移動は停止されることになる。

【００３０】中間軸が中間軸往復運動機構からその拘束
を解かれるためには、常に一方方向に、その変位量を増
すようにする必要がある。そのためには、上述した図５
（ｂ）、（ｃ）に示す態様のように、基準軸線から常に
片側に変位した状態で往復運動させる必要があり、ま
た、中間軸が基準軸線と一致する場合のことを考えれ
ば、図５（ｃ）に示す態様のものを採用するのが望まし
い。さらに、中間軸が中間軸往復運動機構からその拘束
を解かれるためには、中間軸往復運動機構が中間軸を基
準軸線からの変位量が大きくなる方向にのみ付勢するこ
とのできるものである必要がある。つまり、図４に示す
中間軸往復運動機構において言い換えれば、中間軸保持
具６１と往復運動発生部６５とが、接点６２において連
結されておらず、分離し得るものであることが望まし
い。

【００３１】上述のような態様とすることで、本発明の
ホーニング加工機は、安全機構をも有する加工機とな
る。なお、過負荷の状態が短く、迅速に過負荷の状態か
ら脱した場合は、スラスト力Ｓにより復帰し、通常の状
態で主軸が振動させられることになる。上記安全機構を
有する場合においても、過負荷な状態が長い間継続する
ことが想定される。この場合には、主軸頭自体の相対移
動を停止させてホーンの破損、被加工物の損傷を防止す
ることが望ましい。本発明のホーニング加工機では、継
続する過負荷を想定し、上記安全機構において、中間軸
の軸心線の基準軸線からの変位量を検知する中間軸変位
量検知機構、その検知した変位量が予め任意に設定して
おいた設定変位量より大きくなった場合に、主軸頭の被
加工物に対する相対移動を停止する主軸頭停止機構とを
設ける実施形態とすることができる。

【００３２】中間軸変位量検知機構は、中間軸の基準線
軸線からの変位量を測定するものであるが、主軸頭のあ
る位置からの中間軸の位置を検出することで基準軸線か
らの変位量を間接的に検知するものを含む。また、変位
量を絶対的な値で検知するものだけでなく、ある設定し
た変位量に達したときに特定の信号を出力するものをも
含む。例えば、主軸頭の壁面に、近接スイッチあるいは
接触を検知するスイッチを配設し、中間軸または中間軸
保持具がこれらのスイッチにある距離にまで近づいたと
きあるいは触れたときに、停止信号を出力するようなも
のであってもよい。なお、主軸頭停止機構は、例えば、
リレー、プログラマブルコントローラ、マイコン等を利
用し、上記停止信号が入力されたとき、主軸頭の駆動装
置に対しての動作電力等の供給を停止させるような態様
のものとすればよい。さらなる安全性を考慮すれば、主
軸頭の相対移動と同時に、主軸の回転、主軸の軸方向の
振動を停止させるものであってもよい。

【００３３】ホーン対してに過負荷が継続する場合、こ
の状態を主軸の軸方向における位置にて検出することも
できる。主軸頭に対する主軸の位置は、やはり近接スイ
ッチ等を用いて検出することができる。ところが、一般
に、主軸は主軸頭の内部の奥まったところに位置するた
め、近接スイッチ等の検知手段を設ける場合、付設しに
くく、また検出位置を変更する場合等に困難性が付きま
とう。主軸の軸方向の位置にて検出する方法と比べ、中
間軸の基準軸線からの変位量を検出する場合、中間軸保
持具に補助的な非測定具（例えば、主軸頭の壁面を貫通
させる棒状のもの等）を付設すれば、その変位量を主軸
頭の外部から検出でき、主軸頭の構造自体を簡便なもの
とすることができることに加え、設定変位量の変更等を
容易に行うことができる。

【００３４】

【実施例】以下に、上記実施形態に基づく竪型のホーニ
ング加工機についての一実施例を掲げ、本発明のホーニ
ング加工機をさらに具体的に説明する。ただし、本発明
のホーニング加工機は、結して、以下の実施例に示すも
のに限定されるものではない。

【００３５】図７に、本実施例のホーニング加工機の、
被加工物が保持されるベッド部を除く上部の全体を側面
から示す。また、図８に、本実施例のホーニング加工機
の主軸頭の内部を示す。本実施例のホーニング加工機
は、図７に示すように、ホーンを回転、振動させるため
の機構を含んで構成される主軸頭１０と、被加工物が保
持されるベッドに鉛直に立てられ、主軸頭１０を鉛直方
向にスライドさせるためのレール２を付設したコラム１
と、コラム１に付設され、主軸頭１０を鉛直方向に移動
させるための主軸頭移動機構３とからなる。

【００３６】主軸頭１０は、レール２に取付けられる主
軸頭ベース１１と、主軸の回転、振動機構を内部に組み
込んだ主軸頭ハウジング１３と、主軸頭ハウジング１３
を主軸頭ベース１１に支持させるハウジング支持部１２
とからなる。主軸頭１０の主軸ハウジング１３の上部に
は、主軸を回転させるための駆動モータ４０が固定され
ており、後に詳しく説明するが、ハウジング支持部１２
には、中間軸往復運動機構６０の往復運動発生部６５が
組み込まれている。主軸頭ハウジング１３の下端部に
は、主軸の下端部が突出しており、この主軸下端部には
チャック４が保持され、チャック４にホーンが保持され
ることで、主軸に対してホーンが同軸的に保持される構
造となっている。また、主軸頭移動機構３は、ボールネ
ジと、それに嵌合し主軸頭１０に接続されたナットと、
ボールネジを回転させるためのボールネジ駆動モータと
からなる。

【００３７】後に詳しく説明する主軸頭内に構成される
機構により、チャック４に取付けられたホーンは、回転
させられつつ軸方向に振動させられる。そして、主軸頭
１０が、主軸頭移動機構３によって、下方につまり被加
工物に対して接近する方向に移動させられることによ
り、ホーンが下方に移動して、ホーニング加工が進行す
る。

【００３８】次に、主軸頭１０に設けられた主軸回転機
構および主軸の軸方向の振動機構について説明する。図
８に示すように、主軸頭１０の内部には、主軸頭ハウジ
ング１３のハウジング本体１３ａに回転自在にかつ軸方
向に移動可能に支持される主軸３０と、主軸頭ハウジン
グ１３の駆動モータ取付け部１３ｂに固定された駆動モ
ータ４０の駆動軸４１と、主軸３０と駆動軸４１との間
に位置する中間軸５０と、駆動軸４１と中間軸５０の上
端、および、主軸３０の上端および中間軸５０の下端と
を連結する２つの軸連結部材５５と、中間軸５０を回転
自在にかつ軸方向に移動可能に保持する中間軸保持具６
１とが収納されている。ちなみに、主軸３０は、その軸
方向が主軸頭１０の移動方向と一致するように配置さ
れ、駆動軸４１は、主軸３０と同軸的に配置されてい
る。図８は、中間軸５５の基準軸線（主軸３０の軸心と
駆動軸４１の軸心とを結ぶ線）からの変位量が最も小さ
い状態を示している。図では明確にできないが、この状
態においても、中間軸５０の変位量は０ではなく、中間
軸５０は図における右方向に微小量変位している。

【００３９】主軸３０は、ボールベアリング１４および
ドライベアリング１５により回転自在にかつ軸方向に移
動可能に支持される。さらに、主軸３０は、主軸頭ハウ
ジング１３に固定されたスプリング１７により、スラス
トベアリング１６を介し付勢されており、回転を阻害さ
れることなく下方にスラスト力が付与されている。軸連
結部材５５は、図示するように、それぞれ２つの屈曲点
Ｂをもつ自在継手（ユニバーサルジョイント）を使用し
ている。軸連結部材５５と駆動軸４１との連結は、スラ
ストベアリングを有する楔を利用した締結材１８によっ
て、回転を阻害されることなくしっかりと締結されてい
る。また、中間軸５０および主軸３０との連結は、スト
レートピンを挿入して固着することにより行われてい
る。

【００４０】中間軸保持具６１は、中間軸５０を保持す
る保持部６１ａと、保持部６１ａに回り止めナットを併
用してネジ結合され、主軸頭ハウジング１３を構成する
板状部材１３ｃにドライベアリング６４により中間軸５
０の軸方向に直角な方向に移動可能に支持され、かつ往
復運動発生部６５からの往復運動を保持部６１ａに伝達
する支持部６１ｂと、支持部６１ｂに対向する位置で保
持部６１ａにネジ結合され、主軸頭ハウジング本体１３
ａにドライベアリング６４を介して移動可能に支持され
た補助支持部６１ｃとからなっている。このような中間
軸保持具６１によって保持されることにより、中間軸５
０は、常にその軸心線が平行となる状態を維持しつつ往
復運動できることとなる。

【００４１】往復運動発生部６５は、ハウジング支持部
１２に固定したカム駆動モータ７０と、カム駆動モータ
７０によって回転させられる偏心円盤形状のカム板材６
３とからなり、カム板材６３の端面は、カム面となり、
中間軸保持具６１の支持部６１ｂの先端に当接してい
る。偏心板材６３を下部から見た正面図である図９が示
すように、カム板材６３は、偏心位置に穿孔させられた
孔に、内周と外周とが偏心したスリーブ６７を介して、
締結具６８によりカム駆動モータ７０の駆動軸６９に締
結されている。スリーブ６７を回転させて、任意の位置
でキーにて固定することにより、カム板材６３の駆動軸
６９に対する偏心量が決定され、中間軸５０の往復平行
運動の振幅が決定される。なお、カム面と支持部６１ｂ
の先端との接点６２における摩擦抵抗をなくするため、
支持部６１ｂの先端には、ローラ軸７２にベアリングを
介して軸支持されたローラ７１を配しており、このロー
ラ７１がカム板材６３の端面に当接するようになってい
る。

【００４２】なお、本実施例の場合は、補助支持部６１
ｃの先端の位置を検出するため、主軸頭ハウジング本体
１３ａに近接スイッチハウジング１３ｄを設け、近接ス
イッチハウジング１３ｄに近接スイッチ７０を取付けて
いる。また、この近接スイッチハウジング１３ｄ内に補
助スプリング６６を設け、補助支持部６１ｂを中間軸５
０の変位量が小さくなる方向に付勢している。補助スプ
リング６６を設けたことで、カム板材６３が高速回転す
る場合であっても、カム板材６３と中間軸保持具６１の
支持部６１ｂとの接点６２が慣性力で離反することをよ
り確実に防止している。

【００４３】駆動モータ４０を作動させて駆動軸４１を
回転させれば、この回転は、軸連結部材５５、中間軸５
０、もう一つの軸連結部材５５により伝達され、主軸３
０が回転させられる。カム駆動モータ７０を作動させれ
ば、カム板材６３が回転し、カム面となるカム板材６３
の端面に当接する中間軸保持具６１が、中間軸５０の基
準軸線からの変位量が増加する方向つまり、図の右方向
に付勢され移動させられる。同時に、主軸３０にスラス
ト力を与えるスプリング１７により主軸が下方に付勢さ
れているため、中間軸５０は常に変位量が減少する方向
に移動しようとしている。この２つ作用によって、中間
軸５０は往復平行運動させられ、主軸３０は軸方向に振
動させられる。このような主軸３０の回転機構と振動機
構とを同時に作動させることにより、主軸３０先端に保
持されるホーンは、回転しつつ、軸方向に振動させられ
る。

【００４４】ホーンによる研磨加工が過負荷となった場
合は、主軸頭１０が被加工物の方向に移動し続ければ、
主軸３０は上方に押し上げられるような力が加わること
になる。この主軸３０への押し上げ力が、主軸３０への
スプリング１７によるスラスト力より大きくなった時点
で、主軸３０は持ち上げられ、中間軸保持具６１はカム
板材６３から離れ、中間軸５０は変位量を増大する方向
に移動させられる。この作用によって、ホーンの軸方向
の移動は、被加工物に対して相対的に停止させられるこ
とになる。いわゆるホーンにかかる負荷を吸収するよう
に作用する安全機構の役割を奏する。

【００４５】さらに主軸頭１０の移動が継続し、主軸３
０が持ち上げられ続ければ、中間軸５０の変位量の増大
に伴って、中間軸保持具６１の補助支持部６１ｃの先端
と近接スイッチ７１との距離が小さくなる。限界となる
距離を予め設定してあるため、この設定距離より小さく
なった場合に近接スイッチ７１から信号が出力され、こ
の信号を受けたコントローラにより、主軸頭移動機構３
が停止することで、主軸頭１０はその移動を停止する。
なお、さらなる安全を考え、主軸頭１０の移動のみなら
ず、主軸の回転、主軸の軸方向の振動をも停止させるよ
うに制御してもよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明のホーニング加工機は、ホーンを
保持する主軸と駆動軸との間に中間軸を配置させ、可撓
性のある軸連結部材にて主軸と中間軸および駆動軸と中
間軸との間を連結させ、中間軸往復運動機構によって中
間軸を平行に往復運動させることにより、主軸を回転さ
せつつその軸方向に振動させる構成となっている。この
ように構成することにより、本発明のホーニング加工機
は、駆動軸からの回転を円滑に主軸に伝達できるととも
に、小さな力で主軸を軸方向に振動させることができ
る。また、軸連結部材に自在継手を用いることで、さら
に円滑な主軸の回転および振動が確保でき、主軸と駆動
軸とを同軸的に配置させることで、より小さな力で主軸
を軸方向に振動させることができる。

【００４７】また、本発明のホーニング加工機は、主軸
に対してスラスト力を付勢しつつ、中間軸が基準軸線か
ら常に変位した状態で、中間軸に対してその変位量が大
きくなる方向にのみ付勢する中間軸往復運動機構を用い
ることで、ホーニング加工が過負荷な状態となった場合
でも、ホーンの被加工物に対する移動を停止させること
ができ、安全性に優れたホーニング加工機となる。さら
に、中間軸の変位量を検知するという簡便な手段で、過
負荷時における主軸頭の移動を停止させることができ、
より安全性に優れたホーニング加工機となる。なお、本
発明のホーニング加工機では、中間軸往復運動機構に回
転するカム板材を用いることにより、主軸頭をコンパク
トなものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のホーニング加工機の最も単純な実施
形態を模式的に示す。

【図２】 本発明のホーニング加工機の実施形態におい
て、採用できる主軸と駆動軸との位置関係を模式的に示
す。

【図３】 本発明のホーニング加工機で用いる軸連結材
を概念的に示す。

【図４】 本発明のホーニング加工機で採用することの
できる中間軸往復運動機構の態様を模式的に示す。

【図５】 本発明のホーニング加工機において採用する
ことのできる中間軸の往復運動の態様を模式的に示す。

【図６】 本発明のホーニング加工機において負荷する
ことのできる安全機構の概念を示す。

【図７】 本発明の実施例のホーニング加工機の主軸頭
を中心とした部分の側面図を示す。

【図８】 本発明の実施例のホーニング加工機の主軸頭
内部の構造を示す。

【図９】 本発明の実施例のホーニング加工機に用いる
カム板材を下部側から表した図を示す。

【図１０】 従来のホーニング加工機の一例を示す。

【図１１】 図１０とは異なる従来のホーニング加工機
の一例を示す。

【符号の説明】

１０：主軸頭 ３０：主軸 ４０：駆動モータ ４１：駆動軸 ５０：中間軸 ５５：軸連結部材 ６０：中間軸往復運動機構 ６１：中間軸保持具 ６３：カム板材 ６５：往復運動発生部

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月５日（２０００．４．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】中間軸の往復平行運動は、主軸と駆動軸と
の軸心線を同一とした場合、図５に示すようなそれぞれ
の態様とすることができる。図５（ａ）は、中間軸の軸
心線が基準軸線（主軸の軸心と駆動軸の軸心とを結ぶ
線）を挟んで両側に変位するように往復運動させる態様
であり、（ｂ）は、中間軸の軸心線が基準軸線から片側
に変位するように往復運動させる態様であり、（ｃ）
は、中間軸の軸心線が基準軸線から常に片側に変位した
状態で往復運動させる態様である。図５（ａ）の態様の
場合、上記中間軸往復運行機構は、中間軸に対して両側
から付勢するように作用させる。これに対して、図５
（ｂ）、（ｃ）の態様を採用した場合、上述した主軸ス
ラスト力を付勢した状態で主軸を往復運動させようとす
れば、片側からの力つまり中間軸の軸心線の基準軸線か
らの変位量が大きくなる方向の力しか要しない。このこ
とは、上記中間軸往復運動機構において、例えば図４に
示す態様のものでは、中間軸の軸心線が基準軸線から片
側に変位するように往復運動させるように調整した場
合、中間軸保持具６１と往復運動発生機構との接点６２
は連結される必要はなく、当接させられているだけでよ
い。この中間軸保持具６１と往復運動発生部とを連結し
ないメリットについては、後に述べる安全機構との関係
で後述する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】なお、本実施例の場合は、補助支持部６１
ｃの先端の位置を検出するため、主軸頭ハウジング本体
１３ａに近接スイッチハウジング１３ｄを設け、近接ス
イッチハウジング１３ｄに近接スイッチ７３を取付けて
いる。また、この近接スイッチハウジング１３ｄ内に補
助スプリング６６を設け、補助支持部６１ｂを中間軸５
０の変位量が小さくなる方向に付勢している。補助スプ
リング６６を設けたことで、カム板材６３が高速回転す
る場合であっても、カム板材６３と中間軸保持具６１の
支持部６１ｂとの接点６２が慣性力で離反することをよ
り確実に防止している。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】さらに主軸頭１０の移動が継続し、主軸３
０が持ち上げられ続ければ、中間軸５０の変位量の増大
に伴って、中間軸保持具６１の補助支持部６１ｃの先端
と近接スイッチ７３との距離が小さくなる。限界となる
距離を予め設定してあるため、この設定距離より小さく
なった場合に近接スイッチ７３から信号が出力され、こ
の信号を受けたコントローラにより、主軸頭移動機構３
が停止することで、主軸頭１０はその移動を停止する。
なお、さらなる安全を考え、主軸頭１０の移動のみなら
ず、主軸の回転、主軸の軸方向の振動をも停止させるよ
うに制御してもよい。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホーンを回転させつつ該ホーンをその軸
   方向に振動させて被加工物をホーニング加工するホーニ
   ング加工機であって、 前記被加工物に対して相対的に移動する主軸頭と、 一端に前記ホーンを同軸的に保持し、軸方向が前記主軸
   頭の相対移動方向と同方向であり、該主軸頭に回転自在
   にかつ軸方向に移動可能に支持されている主軸と、 前記主軸頭に固定され、前記主軸を回転させるための駆
   動軸を有する駆動モータと、 前記主軸と前記駆動軸との間に位置し、該駆動軸の回転
   を該主軸に伝達する中間軸と、 前記主軸の前記ホーンが保持されていない一端と前記中
   間軸の一端および前記駆動軸と該中間軸の他端とを連結
   し、２以上の屈曲点をもち屈曲した状態でも回転を伝達
   可能な２つの軸連結部材と、 前記主軸をその軸方向に往復運動させるために、前記中
   間軸をその軸方向と垂直な方向に付勢し該中間軸を往復
   平行運動させる中間軸往復運動機構と、 を備えるホーニング加工機。
2. 【請求項２】 前記軸連結部材は自在継手からなる請求
   項１に記載のホーニング加工機。
3. 【請求項３】 前記主軸と前記駆動軸とは、両者の軸心
   線が同一になるように配置され、前記中間軸は、往復並
   行運動中、その軸心線が該主軸および該駆動軸の軸心線
   に対し常に平行になるように配置されている請求項１ま
   たは請求項２のいずれかに記載のホーニング加工機。
4. 【請求項４】 前記主軸は、その軸方向であって前記ホ
   ーンが保持される一端に向かう方向に付勢されており、 前記中間軸の軸心線は、該中間軸の往復平行運動中のい
   ずれの位置においても、前記主軸と前記駆動軸との軸心
   とを結ぶ線上に位置せず、 前記中間軸往復運動機構は、前記主軸と前記駆動軸との
   軸心を結ぶ線からの前記中間軸の軸心線の変位量が大き
   くなる方向にのみ付勢することができるように構成され
   ている請求項３に記載のホーニング加工機。
5. 【請求項５】 前記中間軸往復運動機構は、 前記中間軸を回転自在にかつその軸方向に移動可能に保
   持し、かつ前記主軸頭に該中間軸と垂直な方向に移動可
   能に支持されている中間軸保持具と、 回転させられることによりカム面となる端面を有し、該
   端面が前記中間軸保持具に当接する板状カムとを含んで
   なり、 前記板状カムを回転させることにより前記中間軸を付勢
   するように構成されている請求項４に記載のホーニング
   加工機。
6. 【請求項６】 前記主軸と前記駆動軸との軸心を結ぶ線
   からの前記中間軸の軸心線の変位量を検知する中間軸変
   位量検知機構と、 前記中間軸変位量検知機構によって検知された前記中間
   軸の軸心線変位量が任意に設定された変位量より大きく
   なった場合に、前記主軸頭の被加工物に対する相対移動
   を停止させる主軸頭停止機構とを備えた請求項４または
   請求項５のいずれかに記載のホーニング加工機。