JP2003170328A - 工具、工具ホルダおよび工作機械 - Google Patents
工具、工具ホルダおよび工作機械Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】通常の工具と同様に工作機械に着脱され、外部
の電源等と結線することなく駆動あるいは動作可能で、
加えて、自動工具交換が可能なように小型化された工具
を提供する。 【解決手段】工作機械に着脱されワークを加工する工具
６０であって、外部から供給される圧縮空気ＣＡのエネ
ルギーにより発電する発電機７０と、発電機７０が発電
した電力により駆動される電動機８０と、電動機８０に
より駆動され、ワークを切削加工する刃具１００とを有
する。
の電源等と結線することなく駆動あるいは動作可能で、
加えて、自動工具交換が可能なように小型化された工具
を提供する。 【解決手段】工作機械に着脱されワークを加工する工具
６０であって、外部から供給される圧縮空気ＣＡのエネ
ルギーにより発電する発電機７０と、発電機７０が発電
した電力により駆動される電動機８０と、電動機８０に
より駆動され、ワークを切削加工する刃具１００とを有
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械に装着さ
れワークを加工する工具、エンドミル等の加工具を保持
する工具ホルダ、この工具または工具ホルダが着脱され
る工作機械に関する。
れワークを加工する工具、エンドミル等の加工具を保持
する工具ホルダ、この工具または工具ホルダが着脱され
る工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば、マシニングセンタ等の主軸を
備えた工作機械では、主軸の最大回転数（単位時間当た
り）は主軸を回転自在に保持する主軸受の構造や潤滑方
式によって決定されるため、この最大回転数より増速し
た回転数で工具を回転させたい場合には、増速装置を用
いている。増速装置としては、工具を保持し主軸に着脱
可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車等の歯車機
構によって工具の回転数を増速させるものが知られてい
る。たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主
軸の最大回転数よりも工具の回転数を増速させたい場合
には、上記のような増速装置を主軸に対して通常の工具
と同様に装着し、工具を高い回転数で回転させている。
備えた工作機械では、主軸の最大回転数（単位時間当た
り）は主軸を回転自在に保持する主軸受の構造や潤滑方
式によって決定されるため、この最大回転数より増速し
た回転数で工具を回転させたい場合には、増速装置を用
いている。増速装置としては、工具を保持し主軸に着脱
可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車等の歯車機
構によって工具の回転数を増速させるものが知られてい
る。たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主
軸の最大回転数よりも工具の回転数を増速させたい場合
には、上記のような増速装置を主軸に対して通常の工具
と同様に装着し、工具を高い回転数で回転させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転数
よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速
で回転させると、増速装置の発熱が増大し、加工精度に
影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超
高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さら
に、増速装置を数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる
信頼性の高い構造にするため、比較的製造コストが高騰
するという不利益も存在した。また、歯車機構による増
速装置の場合、歯車や軸受の潤滑が必要であり、潤滑油
の供給経路および排出経路を増速装置内に設けるため、
装置が大型化し、自動工具交換装置による自動交換が難
しいという不利益も存在した。また、他の増速方法とし
て、主軸を駆動するモータに高周波モータを使用し、こ
の高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電
流を供給し、主軸を高速回転させる方法が採られる場合
がある。しかしながら、この方法では、電力を外部から
供給するケーブルが存在するため、工具の自動交換を通
常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コスト
が比較的高いという不利益が存在する。
な歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転数
よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速
で回転させると、増速装置の発熱が増大し、加工精度に
影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超
高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さら
に、増速装置を数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる
信頼性の高い構造にするため、比較的製造コストが高騰
するという不利益も存在した。また、歯車機構による増
速装置の場合、歯車や軸受の潤滑が必要であり、潤滑油
の供給経路および排出経路を増速装置内に設けるため、
装置が大型化し、自動工具交換装置による自動交換が難
しいという不利益も存在した。また、他の増速方法とし
て、主軸を駆動するモータに高周波モータを使用し、こ
の高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電
流を供給し、主軸を高速回転させる方法が採られる場合
がある。しかしながら、この方法では、電力を外部から
供給するケーブルが存在するため、工具の自動交換を通
常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コスト
が比較的高いという不利益が存在する。
【０００４】本発明は、上述の問題に鑑みて成されたも
のであって、その目的は、通常の工具と同様に工作機械
に着脱され、外部の電源等と結線することなく駆動ある
いは動作可能で、加えて、自動工具交換が可能なように
小型化された工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工
作機械を提供することにある。
のであって、その目的は、通常の工具と同様に工作機械
に着脱され、外部の電源等と結線することなく駆動ある
いは動作可能で、加えて、自動工具交換が可能なように
小型化された工具、工具ホルダおよびこれらを備えた工
作機械を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の工具は、工作機
械に着脱され、ワークを加工する工具であって、外部か
ら供給される流体エネルギーにより発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を使用してワークを加工する
加工手段とを有する。
械に着脱され、ワークを加工する工具であって、外部か
ら供給される流体エネルギーにより発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を使用してワークを加工する
加工手段とを有する。
【０００６】前記加工手段は、前記発電機が発電した電
力を使用して駆動される電動機と、前記電動機により駆
動され、ワークを切削加工する刃具とを有する。
力を使用して駆動される電動機と、前記電動機により駆
動され、ワークを切削加工する刃具とを有する。
【０００７】また、前記加工手段は、前記発電機が発電
した電力を使用して放電加工を行う放電加工用電極を有
する構成とすることも可能である。
した電力を使用して放電加工を行う放電加工用電極を有
する構成とすることも可能である。
【０００８】本発明の工具ホルダは、ワークを加工する
刃具を保持し、工作機械に着脱される工具ホルダであっ
て、外部から供給される流体エネルギーにより発電する
発電機と、前記発電機が発電した電力を使用して駆動さ
れる電動機と、ワークを加工する刃具を前記電動機の回
転を伝達可能に保持する保持手段とを有する。
刃具を保持し、工作機械に着脱される工具ホルダであっ
て、外部から供給される流体エネルギーにより発電する
発電機と、前記発電機が発電した電力を使用して駆動さ
れる電動機と、ワークを加工する刃具を前記電動機の回
転を伝達可能に保持する保持手段とを有する。
【０００９】また、本発明の工具ホルダは、ワークを放
電加工する放電加工用電極を保持し、工作機械に着脱さ
れる工具ホルダであって、外部から供給される流体エネ
ルギーにより発電する発電機と、前記発電機の発電した
電力を使用して放電加工を行う放電加工用電極を交換可
能に保持する保持手段とを有する。
電加工する放電加工用電極を保持し、工作機械に着脱さ
れる工具ホルダであって、外部から供給される流体エネ
ルギーにより発電する発電機と、前記発電機の発電した
電力を使用して放電加工を行う放電加工用電極を交換可
能に保持する保持手段とを有する。
【００１０】本発明の工作機械は、外部から供給される
流体エネルギーにより発電する発電機と、前記発電機が
発電した電力を使用してワークを加工する加工手段とを
具備する工具と、前記工具が着脱され、かつ、装着され
た前記工具に流体エネルギーを供給する供給源を備え、
ワークに対して前記工具を移動位置決めする工作機械本
体とを有する。
流体エネルギーにより発電する発電機と、前記発電機が
発電した電力を使用してワークを加工する加工手段とを
具備する工具と、前記工具が着脱され、かつ、装着され
た前記工具に流体エネルギーを供給する供給源を備え、
ワークに対して前記工具を移動位置決めする工作機械本
体とを有する。
【００１１】本発明では、ワークを加工する工具に発電
機を内蔵し、この発電機は流体エネルギにより発電す
る。この工具が着脱される工作機械本体に流体エネルギ
ーを供給する供給源を備え、装着された工具に流体エネ
ルギーを供給することにより発電される。発電された電
力を用いて加工手段によりワークの加工が行われる。た
とえば、加工手段が電動機および刃具を備える場合に
は、電動機により駆動される刃具が工作機械本体によっ
てワークに対して移動位置決めされ、切削加工が行われ
る。たとえば、加工手段が放電加工用電極を備える場合
には、この放電加工用電極に電力が供給され、工作機械
本体によってワークに対して移動位置決めされることに
より放電加工が行われる。
機を内蔵し、この発電機は流体エネルギにより発電す
る。この工具が着脱される工作機械本体に流体エネルギ
ーを供給する供給源を備え、装着された工具に流体エネ
ルギーを供給することにより発電される。発電された電
力を用いて加工手段によりワークの加工が行われる。た
とえば、加工手段が電動機および刃具を備える場合に
は、電動機により駆動される刃具が工作機械本体によっ
てワークに対して移動位置決めされ、切削加工が行われ
る。たとえば、加工手段が放電加工用電極を備える場合
には、この放電加工用電極に電力が供給され、工作機械
本体によってワークに対して移動位置決めされることに
より放電加工が行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の工作機械
の一実施態様に係る立て旋盤の構成図である。立て旋盤
１は、工作機械本体２と、数値制御装置（ＮＣ装置）２
５０と、エア源５００とを備えている。図１において、
工作機械本体２は、一対のコラム３８，３９と、このコ
ラム３８，３９の各軸によって両端部を矢印Ａで示す鉛
直方向に移動可能に支持されたクロスレール３７と、こ
のクロスレール３７上を矢印Ｙで示す水平方向に移動可
能に支持されたサドル４４と、サドル４４に保持され、
矢印Ｚで示す鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けら
れた工具装着部材４６と、ベース３４上に回転可能に設
けられた回転テーブル３５とを有する。
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の工作機械
の一実施態様に係る立て旋盤の構成図である。立て旋盤
１は、工作機械本体２と、数値制御装置（ＮＣ装置）２
５０と、エア源５００とを備えている。図１において、
工作機械本体２は、一対のコラム３８，３９と、このコ
ラム３８，３９の各軸によって両端部を矢印Ａで示す鉛
直方向に移動可能に支持されたクロスレール３７と、こ
のクロスレール３７上を矢印Ｙで示す水平方向に移動可
能に支持されたサドル４４と、サドル４４に保持され、
矢印Ｚで示す鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けら
れた工具装着部材４６と、ベース３４上に回転可能に設
けられた回転テーブル３５とを有する。
【００１３】サドル４４には、水平方向にクロスレール
３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、こ
れに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合してい
る。送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続
されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回
転駆動される。送り軸４１の回転駆動によって、サドル
４４は水平方向に移動可能となり、これによって工具装
着部材４６のＹ軸方向の移動および位置決めが行われ
る。
３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、こ
れに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合してい
る。送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続
されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回
転駆動される。送り軸４１の回転駆動によって、サドル
４４は水平方向に移動可能となり、これによって工具装
着部材４６のＹ軸方向の移動および位置決めが行われ
る。
【００１４】さらに、サドル４４には、鉛直方向に図示
しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が
形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２
の端部には、サーボモータ２０が接続されている。サー
ボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これ
によりサドル４４に対して鉛直方向に移動可能に設けら
れた工具装着部材４６の鉛直方向の移動および位置決め
が行われる。工具装着部材４６の先端部には、旋削に用
いられる各種の工具Ｔが着脱される。
しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が
形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２
の端部には、サーボモータ２０が接続されている。サー
ボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これ
によりサドル４４に対して鉛直方向に移動可能に設けら
れた工具装着部材４６の鉛直方向の移動および位置決め
が行われる。工具装着部材４６の先端部には、旋削に用
いられる各種の工具Ｔが着脱される。
【００１５】回転テーブル３５には、加工すべきワーク
が設置される。回転テーブル３５は、中心軸ＣT を中心
に回転可能となっており、この回転テーブル３５はサー
ボモータ１８によって回転される。この回転テーブル３
５は、サーボモータ１８の回転駆動によって回転方向の
位置決めが行われる。
が設置される。回転テーブル３５は、中心軸ＣT を中心
に回転可能となっており、この回転テーブル３５はサー
ボモータ１８によって回転される。この回転テーブル３
５は、サーボモータ１８の回転駆動によって回転方向の
位置決めが行われる。
【００１６】また、門型コラム３８，３９には、図示し
ないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する
送り軸３２ａ，３３ａをクロスレール昇降用モータ３
２，３３によって回転駆動することによりクロスレール
３７は鉛直方向に昇降する。
ないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する
送り軸３２ａ，３３ａをクロスレール昇降用モータ３
２，３３によって回転駆動することによりクロスレール
３７は鉛直方向に昇降する。
【００１７】自動工具交換装置（ＡＴＣ）４０は、工具
装着部材４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。この
自動工具交換装置４０は、たとえば、図示しないマガジ
ンに各種刃具を工具ホルダによって保持した工具Ｔを収
納しており、工具装着部材４６に装着された工具Ｔを図
示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必
要な工具Ｔを工具装着部材４６に工具交換アームによっ
て装着する。
装着部材４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。この
自動工具交換装置４０は、たとえば、図示しないマガジ
ンに各種刃具を工具ホルダによって保持した工具Ｔを収
納しており、工具装着部材４６に装着された工具Ｔを図
示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必
要な工具Ｔを工具装着部材４６に工具交換アームによっ
て装着する。
【００１８】ＮＣ装置２５０は、上記のサーボモータ１
８，１９，２０、および、クロスレール昇降用モータ３
２，３３の駆動制御を行う。ＮＣ装置２５０は、具体的
には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手
順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による
工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。ま
たＮＣ装置２５０は、ＮＣプログラムにおいて、たとえ
ば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換の動作を解読す
ることにより、各種工具Ｔの自動工具交換装置４０によ
る自動交換を実行させる。
８，１９，２０、および、クロスレール昇降用モータ３
２，３３の駆動制御を行う。ＮＣ装置２５０は、具体的
には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手
順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による
工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。ま
たＮＣ装置２５０は、ＮＣプログラムにおいて、たとえ
ば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換の動作を解読す
ることにより、各種工具Ｔの自動工具交換装置４０によ
る自動交換を実行させる。
【００１９】エア源５００は、制御弁５０１を介して工
具装着部材４６に接続されている。このエア源５００
は、圧縮空気ＣＡを工具装着部材４６に供給する。制御
弁５０１は、ＮＣ装置２５０からの制御指令２５０ｓに
応じてエア源５００から供給される圧縮空気ＣＡの圧力
を制御する。
具装着部材４６に接続されている。このエア源５００
は、圧縮空気ＣＡを工具装着部材４６に供給する。制御
弁５０１は、ＮＣ装置２５０からの制御指令２５０ｓに
応じてエア源５００から供給される圧縮空気ＣＡの圧力
を制御する。
【００２０】上記構成の立て旋盤１は、基本的には、回
転テーブル３５上にワークを固定し、回転テーブル３５
を回転させ、工具装着部材４６に装着された工具Ｔを回
転するワークに対して三次元的に移動および位置決め
し、ワークの旋削を行う。
転テーブル３５上にワークを固定し、回転テーブル３５
を回転させ、工具装着部材４６に装着された工具Ｔを回
転するワークに対して三次元的に移動および位置決め
し、ワークの旋削を行う。
【００２１】図２は、本発明の工具の一実施形態の構成
を示す断面図である。図２において、工具６０は、刃具
１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ部６１
とから構成される。なお、本実施形態に係る工具６０
は、上記した通常の工具Ｔと同様に自動工具交換装置４
０によって工具装着部材４６に着脱される。
を示す断面図である。図２において、工具６０は、刃具
１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ部６１
とから構成される。なお、本実施形態に係る工具６０
は、上記した通常の工具Ｔと同様に自動工具交換装置４
０によって工具装着部材４６に着脱される。
【００２２】工具ホルダ部６１は、装着部材６２と、ケ
ース６５と、回転軸７２と、発電機７０と、羽根車８７
と、電動機８０と、回り止め部材８５とを備えている。
装着部材６２は、把持部６２ａと、上記の工具装着部材
４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着
されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク
部６２ｂの先端部に設けられたプルスタッド６２ｃとを
有する。
ース６５と、回転軸７２と、発電機７０と、羽根車８７
と、電動機８０と、回り止め部材８５とを備えている。
装着部材６２は、把持部６２ａと、上記の工具装着部材
４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着
されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク
部６２ｂの先端部に設けられたプルスタッド６２ｃとを
有する。
【００２３】装着部材６２は、円筒状のケース６５の上
端部に固定されている。この装着部材６２の把持部６２
ａは、上記した自動工具交換装置４０の工具交換アーム
によって、自動工具交換装置４０のマガジンから工具装
着部材４６に装着される際および工具装着部材４６から
自動工具交換装置４０のマガジンへ搬送される際に把持
される。
端部に固定されている。この装着部材６２の把持部６２
ａは、上記した自動工具交換装置４０の工具交換アーム
によって、自動工具交換装置４０のマガジンから工具装
着部材４６に装着される際および工具装着部材４６から
自動工具交換装置４０のマガジンへ搬送される際に把持
される。
【００２４】装着部材６２のプルスタッド６２ｃは、装
着部材６２のテーパシャンク部６２ｂが工具装着部材４
６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、工具装着部
材４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレット
によってクランプされる。なお、工具装着部材４６に内
蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細につい
ては省略する。
着部材６２のテーパシャンク部６２ｂが工具装着部材４
６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、工具装着部
材４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレット
によってクランプされる。なお、工具装着部材４６に内
蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細につい
ては省略する。
【００２５】ケース６５の内周には、複数の軸受ＢＲを
介して回転軸７２が回転自在に保持されている。この回
転軸７２の中途部には、羽根車８７が固定されている。
この羽根車８７は、後述するように、圧縮空気によって
回転軸７２を回転させる。
介して回転軸７２が回転自在に保持されている。この回
転軸７２の中途部には、羽根車８７が固定されている。
この羽根車８７は、後述するように、圧縮空気によって
回転軸７２を回転させる。
【００２６】回転軸７２の下端側には、発電機７０のロ
ータ７０ａが固定されている。ケース６５の内周には、
このロータ７０ａに対向する位置に発電機７０のステー
タ７０ｂが固定されている。発電機７０は、回転軸７２
の回転によってステータ７０ｂの巻線側に電力を発生す
る。この発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が
用いられる。
ータ７０ａが固定されている。ケース６５の内周には、
このロータ７０ａに対向する位置に発電機７０のステー
タ７０ｂが固定されている。発電機７０は、回転軸７２
の回転によってステータ７０ｂの巻線側に電力を発生す
る。この発電機７０には、たとえば、三相同期発電機が
用いられる。
【００２７】ケース６５の羽根車８７に対向する位置に
は、圧縮空気ＣＡが供給される供給管６５Ｐinおよびケ
ース６５内に供給された圧縮空気ＣＡをケース６５の外
部へ排出する排出管６５Ｐout が形成されている。
は、圧縮空気ＣＡが供給される供給管６５Ｐinおよびケ
ース６５内に供給された圧縮空気ＣＡをケース６５の外
部へ排出する排出管６５Ｐout が形成されている。
【００２８】ケース６５の下端部には、回転軸７２の下
端部を回転自在に保持する軸受ＢＲを保持する軸受保持
部材６７を介して電動機用ケース６６が固定されてい
る。電動機用ケース６６の内周には、駆動軸８１が複数
の軸受ＢＲを介して回転自在に保持されている。この駆
動軸８１には、電動機８０のロータ８０ａが固定されて
いる。電動機用ケース６６の内周には、ロータ８０ａに
対向する位置にステータ８０ｂが固定されている。電動
機８０には、たとえば、三相誘導電動機が用いられる。
端部を回転自在に保持する軸受ＢＲを保持する軸受保持
部材６７を介して電動機用ケース６６が固定されてい
る。電動機用ケース６６の内周には、駆動軸８１が複数
の軸受ＢＲを介して回転自在に保持されている。この駆
動軸８１には、電動機８０のロータ８０ａが固定されて
いる。電動機用ケース６６の内周には、ロータ８０ａに
対向する位置にステータ８０ｂが固定されている。電動
機８０には、たとえば、三相誘導電動機が用いられる。
【００２９】電動機８０および発電機７０は、図３に示
すように、複数のケーブルＫｕ，Ｋｖ，Ｋｗによって電
気的に接続されている。発電機７０で発電された三相交
流は、ケーブルＫｕ，Ｋｖ，Ｋｗを通じて電動機８０に
供給される。
すように、複数のケーブルＫｕ，Ｋｖ，Ｋｗによって電
気的に接続されている。発電機７０で発電された三相交
流は、ケーブルＫｕ，Ｋｖ，Ｋｗを通じて電動機８０に
供給される。
【００３０】駆動軸８１の先端部は、カップリング９３
によって回転軸９１と連結されている。この回転軸９１
は、複数の軸受ＢＲを介して電動機用ケース６６の内周
に回転自在に保持されている。回転軸９１の先端側は、
電動機用ケース６６に抜け止め部材９４によって抜け止
めされている。回転軸９１の先端部には、刃具装着部材
９５が固定されている。この刃具装着部材９５は、刃具
１００を交換可能に保持する。
によって回転軸９１と連結されている。この回転軸９１
は、複数の軸受ＢＲを介して電動機用ケース６６の内周
に回転自在に保持されている。回転軸９１の先端側は、
電動機用ケース６６に抜け止め部材９４によって抜け止
めされている。回転軸９１の先端部には、刃具装着部材
９５が固定されている。この刃具装着部材９５は、刃具
１００を交換可能に保持する。
【００３１】刃具１００は、ワークを切削加工する。刃
具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種
の刃具である。
具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種
の刃具である。
【００３２】ケース６５の外周には、回り止め部材８５
が設けられている。この回り止め部材８５は、装着部材
６２が工具装着部材４６のテーパスリーブ４６ａに装着
されることにより、工具装着部材４６の一部に形成され
た嵌合穴４６ｈに先端部８５ａが嵌合する。これによ
り、工具６０の軸心回りの回転位置の位置決めが行われ
る。
が設けられている。この回り止め部材８５は、装着部材
６２が工具装着部材４６のテーパスリーブ４６ａに装着
されることにより、工具装着部材４６の一部に形成され
た嵌合穴４６ｈに先端部８５ａが嵌合する。これによ
り、工具６０の軸心回りの回転位置の位置決めが行われ
る。
【００３３】回り止め部材８５には、圧縮空気ＣＡを供
給するための管路８５ｐが形成されており、この管路８
５ｐの一端は上記した供給管６５Ｐinに連通している。
また、管路８５ｐの他端は、工具装着部材４６側に形成
された圧縮空気ＣＡを供給するための管路４６ｐに連通
している。すなわち、回り止め部材８５の先端部８５ａ
が工具装着部材４６の一部に形成された嵌合穴４６ｈに
嵌合することにより、管路４６ｐと管路８５ｐとが連通
し、ケース６５内にエア源５００から圧縮空気ＣＡが供
給される。
給するための管路８５ｐが形成されており、この管路８
５ｐの一端は上記した供給管６５Ｐinに連通している。
また、管路８５ｐの他端は、工具装着部材４６側に形成
された圧縮空気ＣＡを供給するための管路４６ｐに連通
している。すなわち、回り止め部材８５の先端部８５ａ
が工具装着部材４６の一部に形成された嵌合穴４６ｈに
嵌合することにより、管路４６ｐと管路８５ｐとが連通
し、ケース６５内にエア源５００から圧縮空気ＣＡが供
給される。
【００３４】次に、本実施形態に係る工具６０の動作の
一例について説明する。まず、自動工具交換装置４０に
よって、刃具１００を保持した工具６０を工作機械本体
２の工具装着部材４６のテーパスリーブ４６ａに装着す
る。工具６０は、回り止め部材８５の先端部８５ａが工
具装着部材４６の嵌合穴４６ｈに嵌合挿入される。
一例について説明する。まず、自動工具交換装置４０に
よって、刃具１００を保持した工具６０を工作機械本体
２の工具装着部材４６のテーパスリーブ４６ａに装着す
る。工具６０は、回り止め部材８５の先端部８５ａが工
具装着部材４６の嵌合穴４６ｈに嵌合挿入される。
【００３５】この状態から、制御弁５０１を制御するこ
とにより、エア源５００から所定圧力に調整された圧縮
空気ＣＡを供給する。供給された圧縮空気ＣＡは、工具
装着部材４６の管路４６ｐ、回り止め部材８５の管路８
５ｐおよびケース６５の供給管６５Ｐinを通じてケース
６５内に供給される。
とにより、エア源５００から所定圧力に調整された圧縮
空気ＣＡを供給する。供給された圧縮空気ＣＡは、工具
装着部材４６の管路４６ｐ、回り止め部材８５の管路８
５ｐおよびケース６５の供給管６５Ｐinを通じてケース
６５内に供給される。
【００３６】ケース６５内に供給された圧縮空気ＣＡ
は、羽根車８７に向けて吹き出し、圧縮空気ＣＡのもつ
エネルギによって羽根車８７は回転軸７２を中心に回転
する。羽根車８７に作用したのちの圧縮空気ＣＡは、ケ
ース６５に形成された排出管６５Ｐout を通じて外部に
排出される。この回転軸７２の回転により、発電機７０
は発電する。発電機７０は、たとえば、三相同期発電機
を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
は、羽根車８７に向けて吹き出し、圧縮空気ＣＡのもつ
エネルギによって羽根車８７は回転軸７２を中心に回転
する。羽根車８７に作用したのちの圧縮空気ＣＡは、ケ
ース６５に形成された排出管６５Ｐout を通じて外部に
排出される。この回転軸７２の回転により、発電機７０
は発電する。発電機７０は、たとえば、三相同期発電機
を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００３７】このとき、制御弁５０１を制御することに
より、回転軸７２を回転数Ｎ0 で回転させると、三相同
期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同
期発電機の極数をＰ1 とし、回転軸７２の回転数をＮ0
〔ｍｉｎ-1〕とすると、次式（１）によって表される。
より、回転軸７２を回転数Ｎ0 で回転させると、三相同
期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同
期発電機の極数をＰ1 とし、回転軸７２の回転数をＮ0
〔ｍｉｎ-1〕とすると、次式（１）によって表される。
【００３８】
【数１】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔ｍｉｎ-1〕 …（１）
【００３９】したがって、回転軸７２を回転数Ｎ0 で回
転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交
流電力が電動機８０に供給される。
転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交
流電力が電動機８０に供給される。
【００４０】ここで、電動機８０に三相誘導電動機を用
いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とする
と、三相誘導電動機は三相交流の１サイクルで２／Ｐ2
回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機
の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とする
と、三相誘導電動機は三相交流の１サイクルで２／Ｐ2
回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機
の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００４１】
【数２】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕 …（２）
【００４２】したがって、回転軸７２の回転数Ｎ0 に対
する電動機８０の回転数Ｎ1 は次式（３）によって表さ
れる。
する電動機８０の回転数Ｎ1 は次式（３）によって表さ
れる。
【００４３】
【数３】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｍｉｎ-1〕 …（３）
【００４４】（３）式からわかるように、回転軸７２の
回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変
速される。（３）式で示すように、三相同期発電機の極
数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ 2 との比を適宜設定す
ることにより、回転軸７２の回転数Ｎ0 に対する工具の
回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、回転軸７２の回転数Ｎ0 を増速したい場合に
は、極数比Ｐ1 ／Ｐ2を１より大きくし、減速したい場
合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、
三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数
Ｐ2 を予め選択すればよい。すなわち、極数比Ｐ1 ／Ｐ
2 を適宜設定することにより、圧縮空気ＣＡの圧力が一
定の条件の下で、電動機８０の回転数を任意に変更する
ことが可能となる。
回転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変
速される。（３）式で示すように、三相同期発電機の極
数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ 2 との比を適宜設定す
ることにより、回転軸７２の回転数Ｎ0 に対する工具の
回転数Ｎ1 の変速比を任意に設定できることが分かる。
すなわち、回転軸７２の回転数Ｎ0 を増速したい場合に
は、極数比Ｐ1 ／Ｐ2を１より大きくし、減速したい場
合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、
三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数
Ｐ2 を予め選択すればよい。すなわち、極数比Ｐ1 ／Ｐ
2 を適宜設定することにより、圧縮空気ＣＡの圧力が一
定の条件の下で、電動機８０の回転数を任意に変更する
ことが可能となる。
【００４５】上記のように刃具１００が回転する状態
で、ＮＣ装置２５０にダウンロードされた加工プログラ
ムにしたがって、テーブル３５に固定されたワークに対
して工具６０を３次元的に移動し位置決めすることによ
り、ワークの切削加工が行われる。
で、ＮＣ装置２５０にダウンロードされた加工プログラ
ムにしたがって、テーブル３５に固定されたワークに対
して工具６０を３次元的に移動し位置決めすることによ
り、ワークの切削加工が行われる。
【００４６】以上のように、本実施形態によれば、通常
の工具と同様にユニット化された工具６０に発電機７０
および電動機８０を内蔵し、発電機７０で発生した電力
で電動機８０を駆動することで、刃具１００を所望の回
転数で回転させることが可能となるとともに、歯車装置
のように発熱が増大せず、加工精度の低下が抑制され
る。
の工具と同様にユニット化された工具６０に発電機７０
および電動機８０を内蔵し、発電機７０で発生した電力
で電動機８０を駆動することで、刃具１００を所望の回
転数で回転させることが可能となるとともに、歯車装置
のように発熱が増大せず、加工精度の低下が抑制され
る。
【００４７】さらに、本実施形態によれば、電動機８０
は刃具１００に直接連結されており、イナーシャが比較
的小さいので、歯車機構等を用いて刃具１００を高速回
転させる場合に比べて、刃具１００を容易に高速回転で
きるとともに刃具１００の応答性を向上できる。
は刃具１００に直接連結されており、イナーシャが比較
的小さいので、歯車機構等を用いて刃具１００を高速回
転させる場合に比べて、刃具１００を容易に高速回転で
きるとともに刃具１００の応答性を向上できる。
【００４８】また、本実施形態によれば、工具６０を工
具装着部材４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具
交換装置４０によって通常の工具と同様に交換可能とな
っているため、立て旋盤１において通常の旋削加工を行
いながら、必要に応じて工具６０による切削加工への要
求に対して即座に対応することができる。また、本実施
形態によれば、工具装着部材４６に圧縮空気ＣＡを供給
し、この圧縮空気ＣＡのエネルギを利用して発電機７０
で発電させ、発電した電力によって刃具１００を駆動す
るため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この
結果、電源供給のための配線が必要ない。
具装着部材４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具
交換装置４０によって通常の工具と同様に交換可能とな
っているため、立て旋盤１において通常の旋削加工を行
いながら、必要に応じて工具６０による切削加工への要
求に対して即座に対応することができる。また、本実施
形態によれば、工具装着部材４６に圧縮空気ＣＡを供給
し、この圧縮空気ＣＡのエネルギを利用して発電機７０
で発電させ、発電した電力によって刃具１００を駆動す
るため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この
結果、電源供給のための配線が必要ない。
【００４９】第２実施形態
図４は、本発明の工具の他の実施形態の構成を示す断面
図である。なお、図４に示す工具において、第１の実施
形態に係る工具６０と同一構成部分については同一の符
号を使用している。
図である。なお、図４に示す工具において、第１の実施
形態に係る工具６０と同一構成部分については同一の符
号を使用している。
【００５０】本実施形態に係る工具４００と第１の実施
形態に係る工具６０との異なる構成は、本実施形態に係
る工具４００は、電動機８０の代わりに、ケース６５の
下端部に軸受保持部材６７を介して固定された電極保持
部材４０１と、この電極保持部材４０１に保持された放
電加工用電極４０２とを有し、さらに、回り止め部材８
５の下端部に設けられた整流器５００を備えている。
形態に係る工具６０との異なる構成は、本実施形態に係
る工具４００は、電動機８０の代わりに、ケース６５の
下端部に軸受保持部材６７を介して固定された電極保持
部材４０１と、この電極保持部材４０１に保持された放
電加工用電極４０２とを有し、さらに、回り止め部材８
５の下端部に設けられた整流器５００を備えている。
【００５１】電極保持部材４０１は、たとえば、セラミ
ックス等の電気的に絶縁性の材料で形成されており、先
端部に放電加工用電極４０２を交換可能に保持する保持
部４０１ａを備えている。
ックス等の電気的に絶縁性の材料で形成されており、先
端部に放電加工用電極４０２を交換可能に保持する保持
部４０１ａを備えている。
【００５２】放電加工用電極４０２は、ワークを放電加
工するのに用いられる。放電加工は、電極とワークとの
間にアーク放電を発生させ、アーク放電による熱的作用
によりワークを溶融、蒸発させることにより除去を行う
熱的加工法である。この放電加工の特徴としては、導電
性のある材料であれば硬さにかかわらず非常に複雑な形
状でも高精度に加工を行うことができる点が挙げられ
る。このため、プラスチック射出成形機やダイカストマ
シン等の金型の加工に広く適用されている。
工するのに用いられる。放電加工は、電極とワークとの
間にアーク放電を発生させ、アーク放電による熱的作用
によりワークを溶融、蒸発させることにより除去を行う
熱的加工法である。この放電加工の特徴としては、導電
性のある材料であれば硬さにかかわらず非常に複雑な形
状でも高精度に加工を行うことができる点が挙げられ
る。このため、プラスチック射出成形機やダイカストマ
シン等の金型の加工に広く適用されている。
【００５３】放電加工用電極４０２の形成材料には、た
とえば、銅−タングステン合金、銀−タングステン合
金、銅−グラファイト、アルミニウム、鉄、黄銅等の材
料が用いられる。また、放電加工用電極４０２は、所定
形状になるようにあらかじめ切削加工されている。さら
に、放電加工用電極４０２には、放電加工の際に、たと
えば、電圧が数十ボルトで電流が数アンペア程度印加さ
れる。
とえば、銅−タングステン合金、銀−タングステン合
金、銅−グラファイト、アルミニウム、鉄、黄銅等の材
料が用いられる。また、放電加工用電極４０２は、所定
形状になるようにあらかじめ切削加工されている。さら
に、放電加工用電極４０２には、放電加工の際に、たと
えば、電圧が数十ボルトで電流が数アンペア程度印加さ
れる。
【００５４】整流器５００は、図５に示すように、発電
機７０が発電した三相交流が導電ケーブルＫｕ，Ｋｖ，
Ｋｗを通じて供給される。この整流器５００は、三相交
流を所定電圧の直流に変換しこれを放電加工用電極４０
２に供給する。
機７０が発電した三相交流が導電ケーブルＫｕ，Ｋｖ，
Ｋｗを通じて供給される。この整流器５００は、三相交
流を所定電圧の直流に変換しこれを放電加工用電極４０
２に供給する。
【００５５】次に、上記構成の工具４００を用いた立て
旋盤による放電加工の一例について説明する。図６に示
すように、工具４００を自動工具交換装置４０によって
工具装着部材４６に装着する。一方、回転テーブル３５
上には、加工液６０１およびワークＷを収容した加工液
槽６００を設置する。
旋盤による放電加工の一例について説明する。図６に示
すように、工具４００を自動工具交換装置４０によって
工具装着部材４６に装着する。一方、回転テーブル３５
上には、加工液６０１およびワークＷを収容した加工液
槽６００を設置する。
【００５６】加工液６０１は、電気的に絶縁性を有して
おり、たとえば、絶縁油が用いられる。ワークＷは、金
属材料で形成されており、加工液槽６００に収容される
とともに加工液６０１中に全体が浸漬されている。この
ワークＷは、接地されている。
おり、たとえば、絶縁油が用いられる。ワークＷは、金
属材料で形成されており、加工液槽６００に収容される
とともに加工液６０１中に全体が浸漬されている。この
ワークＷは、接地されている。
【００５７】上記の状態において、エア源５００から圧
縮空気ＣＡを工具４００に供給し、発電機７０で発電さ
せる。発電機７０が発電した電力は、整流器５００にお
いて整流され所定電圧の直流電力が放電加工用電極４０
２に印加される。
縮空気ＣＡを工具４００に供給し、発電機７０で発電さ
せる。発電機７０が発電した電力は、整流器５００にお
いて整流され所定電圧の直流電力が放電加工用電極４０
２に印加される。
【００５８】放電加工用電極４０２に所定電圧の直流電
力が印加された状態で、ＮＣ装置２５０にダウンロード
されたＮＣプログラムにしたがって、放電加工用電極４
０２をワークＷに向けて下降させる。
力が印加された状態で、ＮＣ装置２５０にダウンロード
されたＮＣプログラムにしたがって、放電加工用電極４
０２をワークＷに向けて下降させる。
【００５９】放電加工用電極４０２を下降させ、当該放
電加工用電極４０２がワークＷに接近すると、放電加工
用電極４０２とワークＷとの間で最も絶縁耐力の小さい
部分で加工液６０１が絶縁破壊を起こし放電が発生す
る。発生した放電は、すぐにアーク放電となり、放電は
安定する。放電加工用電極４０２とワークＷとには、ア
ーク柱から局所的に非常に大きなエネルギーが流入する
ため、アーク柱近傍の放電加工用電極４０２とワークＷ
とは急激に加熱され蒸発または溶融する。これにより、
ワークＷの除去が行われる。
電加工用電極４０２がワークＷに接近すると、放電加工
用電極４０２とワークＷとの間で最も絶縁耐力の小さい
部分で加工液６０１が絶縁破壊を起こし放電が発生す
る。発生した放電は、すぐにアーク放電となり、放電は
安定する。放電加工用電極４０２とワークＷとには、ア
ーク柱から局所的に非常に大きなエネルギーが流入する
ため、アーク柱近傍の放電加工用電極４０２とワークＷ
とは急激に加熱され蒸発または溶融する。これにより、
ワークＷの除去が行われる。
【００６０】放電加工用電極４０２をさらに下降させて
いくと、ワークＷには放電加工用電極４０２の形状が転
写される。また、ＮＣ装置２５０にダウンロードされた
ＮＣプログラムにしたがって、ワークＷと放電加工用電
極４０２とを三次元的に動かすことにより、ワークＷは
所望の形状に加工される。
いくと、ワークＷには放電加工用電極４０２の形状が転
写される。また、ＮＣ装置２５０にダウンロードされた
ＮＣプログラムにしたがって、ワークＷと放電加工用電
極４０２とを三次元的に動かすことにより、ワークＷは
所望の形状に加工される。
【００６１】以上のように、本実施形態によれば、工具
４００に発電機７０を内蔵し、流体エネルギを利用して
発電機７０で発電し、発電した電力を放電加工用電極４
０２に供給しながら放電加工を行うことにより、放電加
工用電極４０２に外部電源から電力を供給することが不
要となる。また、本実施形態によれば、立て旋盤１の工
具装着部材４６に各種工具を装着してワークＷの切削加
工を行いながら、立て旋盤１の工具装着部材４６に工具
４００を装着することにより、簡易にワークＷの放電加
工を行うことが可能になる。すなわち、本実施形態によ
れば、通常、旋削加工を行う立て旋盤１に工具４００を
装着するだけで、立て旋盤１を放電加工機として使用す
ることが可能となる。
４００に発電機７０を内蔵し、流体エネルギを利用して
発電機７０で発電し、発電した電力を放電加工用電極４
０２に供給しながら放電加工を行うことにより、放電加
工用電極４０２に外部電源から電力を供給することが不
要となる。また、本実施形態によれば、立て旋盤１の工
具装着部材４６に各種工具を装着してワークＷの切削加
工を行いながら、立て旋盤１の工具装着部材４６に工具
４００を装着することにより、簡易にワークＷの放電加
工を行うことが可能になる。すなわち、本実施形態によ
れば、通常、旋削加工を行う立て旋盤１に工具４００を
装着するだけで、立て旋盤１を放電加工機として使用す
ることが可能となる。
【００６２】本発明は上述した実施形態に限定されな
い。上述した実施形態では、流体として圧縮空気を用
い、圧縮空気のエネルギにより発電する場合について説
明したが、たとえば、作動油の油圧を用いて発電する構
成とすることも可能である。
い。上述した実施形態では、流体として圧縮空気を用
い、圧縮空気のエネルギにより発電する場合について説
明したが、たとえば、作動油の油圧を用いて発電する構
成とすることも可能である。
【００６３】
【発明の効果】本発明によれば、通常の工具と同様に工
作機械に着脱自在に装着され、外部から電力を供給する
ことなく高い回転数を得ることができ、外部の電源等と
結線することなく駆動可能で、加えて、自動工具交換が
可能なように小型化された工具、工具ホルダおよびこれ
らを備えた工作機械が得られる。
作機械に着脱自在に装着され、外部から電力を供給する
ことなく高い回転数を得ることができ、外部の電源等と
結線することなく駆動可能で、加えて、自動工具交換が
可能なように小型化された工具、工具ホルダおよびこれ
らを備えた工作機械が得られる。
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としての立
て旋盤の構成図である。
て旋盤の構成図である。
【図２】本発明の工具の一実施形態の構成を示す断面図
である。
である。
【図３】工具の電気系の機能ブロック図である。
【図４】本発明の工具の他の実施形態の構成を示す断面
図である。
図である。
【図５】図４に示す工具の電気系の機能ブロック図であ
る。
る。
【図６】図４に示す工具を用いた放電加工を説明するた
めの図である。
めの図である。
１…立て旋盤
２…工作機械本体
４０…自動工具交換装置
４６…工具装着部材
６０，４００…工具
６１…工具ホルダ部
６２…装着部材
６５…ケース
７０…発電機
８０…電動機
１００…刃具
２５０…ＮＣ装置
４０２…放電加工用電極
５００…整流器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H607 AA12 AA14 BB01 BB02 BB06
BB07 BB14 BB25 CC01 CC03
CC05 DD01 DD03 DD08 DD16
DD19 EE24 EE50 FF10 FF26
FF33 FF36 GG01 GG08
Claims (6)
- 【請求項１】工作機械に着脱され、ワークを加工する工
具であって、 外部から供給される流体エネルギーにより発電する発電
機と、 前記発電機が発電した電力を使用してワークを加工する
加工手段とを有する工具。 - 【請求項２】前記加工手段は、前記発電機が発電した電
力を使用して駆動される電動機と、 前記電動機により駆動され、ワークを切削加工する刃具
とを有する請求項１に記載の工具。 - 【請求項３】前記加工手段は、前記発電機が発電した電
力を使用して放電加工を行う放電加工用電極を有する請
求項１に記載の工具。 - 【請求項４】ワークを加工する刃具を保持し、工作機械
に着脱される工具ホルダであって、 外部から供給される流体エネルギーにより発電する発電
機と、 前記発電機が発電した電力を使用して駆動される電動機
と、 ワークを加工する刃具を前記電動機の回転を伝達可能に
保持する保持手段とを有する工具ホルダ。 - 【請求項５】ワークを放電加工する放電加工用電極を保
持し、工作機械に着脱される工具ホルダであって、 外部から供給される流体エネルギーにより発電する発電
機と、 前記発電機の発電した電力を使用して放電加工を行う放
電加工用電極を交換可能に保持する保持手段とを有する
工具ホルダ。 - 【請求項６】外部から供給される流体エネルギーにより
発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を使用し
てワークを加工する加工手段とを具備する工具と、 前記工具が着脱され、かつ、装着された前記工具に流体
エネルギーを供給する供給源を備え、ワークに対して前
記工具を移動位置決めする工作機械本体とを有する工作
機械。
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