JP2012236248A

JP2012236248A - 加工装置

Info

Publication number: JP2012236248A
Application number: JP2011106221A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Mai; 茂樹真井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: JP5743080B2

Abstract

【課題】構造が簡易で、且つ安価な加工装置を提供する。
【解決手段】スピンドルユニット２（加工手段）とフローティング機構５とを一体に構成したので、構造を簡易化することができる。その結果、設備コストを削減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エアモータを備える加工装置に関する。

エアモータを備える加工装置として、例えば、特許文献１に記載された面取り装置が知られている。一般に、面取り装置は、加工の対象となる穴に対して略円錐形の面取り工具を倣わせる（心出しする）ためのフローティング機構を備えている。このようなフローティング機構には、複数個のベアリングが組み合わされて構成されたものが知られているが、構造が複雑化するため、設備コストが増大する。また、加工ユニットとフローティングユニット（フローティング機構）とを別個に製作して両ユニットを組み合わせる場合、加工の前段階で両ユニットを同期させるための厳密な調整が必要であり、工数が発生する。このため、フローティングユニット（フローティング機構）の構造の簡易化が要望されていた。

特開平８−２９４８１１号公報

そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、構造が簡易で、且つ安価な加工装置を提供することを課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明の加工装置は、刃具と前記刃具を駆動するエアモータとを有する加工手段と、前記加工手段を操作可能に支持する支持手段と、前記加工手段と一体に構成され、前記エアモータから排出される排気エアを利用して前記加工手段を前記支持手段に対して浮動させるフローティング機構と、を含むことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）〜（４）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１〜４の各々に相当する。

（１）刃具と刃具を駆動するエアモータとを有する加工手段と、加工手段を操作可能に支持する支持手段と、加工手段と一体に構成され、エアモータから排出される排気エアを利用して加工手段を支持手段に対して浮動させるフローティング機構と、を含む加工装置。
本項に記載の加工装置によれば、フローティング機構を加工手段と一体に構成したので、加工時に被加工物から刃具へ入力される反力による加工手段の移動にフローティング機構を追従させることができる。これにより、加工の前段階で実施される加工手段とフローティング機構とを同期させるための調整を簡易化することができ、工数を削減することができる。
また、エアモータの排気エアを利用して加工手段を浮動させるようにフローティング機構を構成したので、例えば、複数個のベアリングを組み合わせて構成されたフローティング機構と比較した場合、構造を簡易化することが可能であり、設備コストを削減することができる。
さらに、フローティング機構は、大気中に放出されていたエアモータの排気エアが持つエネルギーを有効利用するので、加工装置のエネルギー効率を向上させることができる。

（２）フローティング機構は、加工手段の一端部に固定されるブラケットと、ブラケットと支持手段とによって囲まれる空間と、空間にエアモータから排出された排気エアを導入する排気導入手段と、を含む（１）の加工装置。
本項に記載の加工装置によれば、ブラケットと支持手段とによって囲まれた空間（以下、エア室という）に、排気導入手段によってエアモータからの排気エアが導入される。これにより、エア室の内部圧力は大気圧よりも高くなり、エア室の内部圧力がある程度まで高まると、エア室の内部圧力によって加工手段及びフローティング機構が支持手段に対して僅かに浮き上がる。これにより、エア室に導入された排気エアは、ブラケットと支持手段との間に形成された僅かな隙間から大気中へ排出される。この状態では、ブラケットと支持手段との接触面圧が低下しているので、加工時に被加工物から刃具へ入力される反力に応じて加工装置及びブラケット（以下、加工ユニットという）を支持手段上で容易に移動させることが可能であり、例えば、刃具が面取り工具である場合、面取り工具を加工の対象となる穴に対して心出しすることができる。

（３）ブラケットは、加工手段の一端部周縁に設けられた取付用フランジの取付面に固定される基部と、基部の支持手段との対向面に立設され、加工手段の軸線回りに環状に形成された外周側壁部及び内周側壁部と、を有し、空間は、ブラケットの基部と、ブラケットの外周側壁部及び内周側壁部と、支持手段とによって囲まれた環形の空間である（２）の加工装置。
本項に記載の加工装置によれば、ブラケットの基部の支持手段との対向面、すなわち、ブラケットの基部における、加工手段の取付用フランジに密着させる側の面（ブラケットの基部の上面）とは反対側の面（ブラケットの基部の下面）の、外周側壁部と内周側壁部との間に、環形の溝部が形成される。空間は、このブラケットの溝部の環形の開口を支持手段によって閉塞させることで構成される。
そして、ブラケットの基部の下面に設けられて外周側壁部と内周側壁部との間に形成された溝部の底面（ブラケットの下面）には、ブラケットと加工手段の取付用フランジとを軸線方向（上下方向）へ貫通してエアモータの排気エアがエア室に導入される排気導入穴を開口させるように構成することができる。なお、排気導入穴は、必要に応じて配置することができ、例えば、４個の排気導入穴を周方向へ等間隔（９０°間隔）に配置することができる。

（４）ブラケットは、加工時の反力によって支持手段に当接される当接部材を有する（２）、（３）の加工装置。
本項に記載の加工装置によれば、加工時の反力によって当接部材を支持手段に当接させることにより、刃具から被加工物へ加工力を付与することができる。この場合、例えば、ブラケットの基部の下面から支持手段を貫通して延びる円筒形のボス部をブラケットの基部と一体に設けておいて、このボス部の下端部に取り付けた当接部材を支持手段に当接させるように構成することで、刃具から被加工物へ加工力を付与することができる。

（５）ブラケットと支持手段との相対移動を規制する規制手段を含む（２）〜（４）の加工装置。
本項に記載の加工装置によれば、規制手段は、例えば、ブラケットの基部の下面に少なくとも１本のピン部材（平行ピン等）を立設しておいて、各ピン部材の突出部分を支持手段に設けられた相対する各規制穴に係合させることで構成することができる。この場合、規制手段のピン部材の外径と規制穴の内径とを適宜設定することにより、ブラケット、延いては、加工手段と支持手段との許容される相対移動量を設定（規制）することができる。

（６）支持手段は、加工手段を支持する支持部材と、支持部材を少なくとも上下方向へ操作することが可能な汎用機と、を含む（１）〜（５）の加工装置。
本項に記載の加工装置によれば、汎用機によって、支持部材、延いては、加工手段を操作する（移動させる）ことができるので、既存の設備を有効利用することができ、設備コストを低く抑えることが可能になる。また、例えば、手動でドリルユニットが昇降するボール盤に支持部材を取り付けることにより、本項に記載の加工装置を手作業による工程にも適用することが可能になる。

本発明によれば、構造が簡易で、且つ安価な加工装置を提供することができる。

本実施形態に係る加工装置の一部を断面で示す正面図であって、特に、停止状態を示す図である。本実施形態に係る加工装置の一部を断面で示す正面図であって、特に、図１の停止状態からエアモータへ作動エアが供給された状態を示す図である。本実施形態に係る加工装置の一部を断面で示す正面図であって、特に、加工状態を示す図である。本実施形態のブラケットの下面図である。本実施形態のブラケットの上面図である。本実施形態の規制手段を説明するための図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
以下、スピンドルユニット２（加工手段）を備える加工装置１を説明する。なお、本実施形態では、エアモータ３によってスピンドルが回転駆動される市販の典型的なスピンドルユニット２が用いられる。ここでは、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、スピンドルユニット２の詳細な構造についての説明を省略する。

図１に示されるように、加工装置１は、スピンドルユニット２と、該スピンドルユニット２を支持する支持アーム４（支持手段）と、スピンドルユニット２を支持アーム４に対して浮動させるフローティング機構５と、を含む。スピンドルユニット２は、有底円筒形のケーシング６と、該ケーシング６の開口側（図１における下側）端部に設けられた取付用フランジ７と、を有する。ケーシング６の底部には、エアモータ３の給気ポート８と排気ポート９とが配設されている。また、ケーシング６には、先端部に刃具（本実施形態では、面取り工具１０）を装着可能なスピンドルが収容されている。

フローティング機構５は、スピンドルユニット２の取付用フランジ７に取り付けられるブラケット１１を有する。ブラケット１１は、取付用フランジ７と同一の外径を有する略円板形の基部１２と、基部１２の下面１２ａ、すなわち、スピンドルユニット２の取付用フランジ７に密着させる側の面（基部１２の上面１２ｂ）とは反対側の面に設けられてブラケット１１の軸線、延いては、スピンドルユニット２の軸線に対して同軸上に配置される円筒形のボス部１３と、を含む。なお、ボス部１３の先端部（図１における下端部）の外周面には、後述する当接部材２９を装着するためのねじ部１８が形成されている。

図４にも示されるように、ブラケット１１は、基部１２の下面１２ａの外周縁部に設けられて所定高さH1（図６参照）を有する環形の外周側壁部１４と、該外周側壁部１４とボス部１３との間に設けられて外周側壁部１４に対して同心に配置された外周側壁部１４と同じ高さH1を有する環形の内周側壁部１５と、を含む。これにより、ブラケット１１の基部１２の下面１２ａの外周側には、環形の溝部１６が形成される。また、ブラケット１１の基部１２の中央には、面取り工具１０の軸を挿通させるための刃具挿通用穴１７が設けられる。なお、刃具挿通用穴１７は、ボス部１３の内周面に連続して形成されており、ボス１３の内周面と同時に加工することができる。

なお、本実施形態で用いられるスピンドルユニット２の取付用フランジ７には、ケーシング６（スピンドルユニット２）を固定するためのボルトを挿通させるための複数個（本実施形態では４個）のボルト挿通用穴が設けられており、図５に示されるように、ブラケット１１の基部１２の上面１２ｂには、各ボルト挿通用穴に相対する複数個のねじ穴１９が設けられている。そして、スピンドルユニット２の取付用フランジ７とブラケット１１とを重ね合わせて、各ボルト挿通用穴に挿入した各ボルトを相対する各ねじ穴１９に螺合させて締め付けることにより、ブラケット１１をスピンドルユニット２の取付用フランジ７に固定することができる。

図１に示されるように、支持アーム４（支持手段）は、水平に延びてブラケット１１の基部１２の外径よりも大きい幅（図１における奥行き方向の寸法）を有するプレートによって構成される。支持アーム４の基端部（図１における右側の端部）は、支持アーム４を少なくとも上下方向へ操作する（移動させる）ことが可能な少なくとも１軸の汎用の自動送り装置（支持手段）に取り付けられる。支持アーム４の先端部（図１における左側の端部）には、ブラケット１１のボス部１３を挿通させるためのボス部挿通用穴２０が設けられている。なお、ボス部挿通用穴２０の内径は、面取り工具１０と加工の対象となるワーク２１の穴２２とを心出し可能な許容心ずれ量を考慮してボス部１３との隙間S1を設定することで決定することができる。

フローティング機構５は、ブラケット１１のボス部１３を支持アーム４のボス部挿通用穴２０に挿通させて、ブラケット１１の外周側壁部１４の端面１４ａ（図４参照）と内周側壁部１５の端面１５ａ（図４参照）とを支持アーム４の上面４ｂに密着させることにより、ブラケット１１と支持アーム４との間に形成されたエア室２３（空間）を有する。このエア室２３は、溝部１６と支持アーム４の上面４ｂとによって囲まれた高さがH1の環形の空間である。

フローティング機構５は、排気ポート９から排出されたエアモータ３の排気エアをエア室２３へ導入するための複数個（本実施形態では、４個）の排気導入穴２４（排気導入手段）を含む。各排気導入穴２４は、一端がスピンドルユニット２の取付用フランジ７の環形面７ａに開口するとともに他端がブラケット１１の溝部１６の底面（図４参照）に開口し、スピンドルユニット２の取付用フランジ７とブラケット１１の基部１２とを軸線方向（図１における上下方向）へ貫通する。なお、エアモータ３の排気ポート９に接続された排気側エアチューブ２５は４つに分岐され、分岐された各エアチューブ２５は各排気導入穴２４の一端に設けられた各ポート２６に接続される。

フローティング機構５は、ブラケット１１、延いては、スピンドルユニット２と、支持アーム４との水平方向（軸直角方向）への相対移動を規制する規制手段を有する。図６に示されるように、規制手段は、ブラケット１１の基部１２の下面１２ａに形成された溝部１６の底面１６ａに立設されたピン部材２７と、支持アーム４の上面４ｂに設けられてピン部材２７の突出部分が係合される規制穴２８と、によって構成される。なお、ピン部材２７は、溝部１６の底面１６ａから高さH2だけ突出しており、この高さH2は、溝部１６の深さ、すなわち、外周側壁部１４及び内周側壁部１５の高さH1よりも高く設定される（H2＞H1）。また、規制穴２８の内径は、上述したボス部１３とボス部挿通用穴２０との隙間S1に基づき、ピン部材２７の外径に対して決定することができる。さらに、規制手段は、複数本のピン部材２７と各ピン部材２７に相対する各規制穴２８とによって構成することもできる。

フローティング機構５は、ブラケット１１のボス部１３に装着される環形の当接部材２９を含む。当接部材２９の内周部にはねじ穴３０が設けられており、該ねじ穴３０をボス部１３のねじ部１８に螺合させることにより、支持アーム４のボス部挿通用穴２０に挿通したボス部１３の先端部に当接部材２９を装着することができる。そして、図３に示されるように、加工時（面取り加工時）には、当接部材２９の上面２９ａを支持アーム４の下面４ａに当接させることにより、面取り工具１０をワーク２１に押し付ける、すなわち、軸方向への加工力を発生させることができる。

次に、本実施形態の作用を説明する。なお、添付した図面は、説明の理解を容易にすることを目的に、各部材間の隙間等を誇張して記載してある。
図１は、前工程で穴２２が加工されたワーク２１が加工装置１にセットされた状態を示す。この状態では、多くの場合、加工装置１の位置決め精度、前工程の穴あけ加工装置の精度等に起因して、スピンドルユニット２（加工手段）、延いては、面取り工具１０（刃具）は、ワーク２１の穴２２に対して心ずれしている。

この状態で、加工装置１の加工スタートボタンが操作されると、エア供給源から給気側エアチューブ３１を介してスピンドルユニット２のエアモータ３へ作動エアが供給され、作動エアは、スピンドルユニット２のスピンドルを回転させるのに使用された後、エアモータ３の排気ポート９から排気される。この排気エアは、分岐された排気側エアチューブ２５及び各排気導入穴２４を介して、ブラケット１１と支持アーム４（支持手段）との間に形成されたエア室２３（空間）へ導入される。

この状態では、図２に示されるように、エア室２３のエア（排気エア）が、外周側壁部１４の端面１４ａと支持アーム４の上面４ｂとの間から大気中へ放出されるとともに、内周側壁部１５の端面１５ａと支持アーム４の上面４ｂとの間、ボス部１３とボス部挿通用穴２０との間を経由して支持アーム４の下面４ａと当接部材２９の上面２９ａとの間から大気中へ放出されることにより、エア室２３は略一定の圧力に保たれ、これにより、ブラケット１１と一体のスピンドルユニット２は、支持アーム４上で浮動可能、すなわち、水平方向成分の外力が入力されることにより、規制手段によって規制された範囲内で支持アーム４に対して水平方向へ移動可能である。

この状態で、支持アーム４を下降させると、面取り工具１０が穴２２に対して心ずれしていることから、面取り工具１０は、穴２２の周縁の一部に接触（点接触）する。これにより、面取り工具１０には、心出し方向、すなわち、軸線が穴２２の中心線に近づく方向への力F1が作用し、この力F1によって、スピンドルユニット２、延いては、面取り工具１０は、心出し方向へ移動して穴２２に対して心出しされる。そして、この状態で、支持アーム４をさらに下降させると、図３に示されるように、支持アーム４がブラケット１１に当接し、これにより面取り工具１０がワーク２１（穴２２）に押し付けられて軸線方向（図３における下方向）の加工力F2が発生する。

なお、図３に示される加工時においては、図２に示される心出し時と比較して、外周側壁部１４の端面１４ａと支持アーム４の上面４ｂとの隙間が大きくなるので、エアモータ３の排気ポート９に作用する背圧が小さくなり、エアモータ３の排気の抜けが良好になる。これにより、エアモータ３、延いては、スピンドルユニット２の加工能力を確保することができる。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、スピンドルユニット２（加工手段）とフローティング機構５とを一体に構成したので、従来、加工の前段階で実施されていた、スピンドルユニット２とフローティング機構５とを同期させるための調整を廃止、若しくは簡易化することができ、工数を削減することができる。
また、エアモータ３の排気エアを利用してスピンドルユニット２を浮動させるようにフローティング機構５を構成したので、例えば、複数個のベアリングを組み合わせて構成された従来技術の複雑な機構と比較して、構造を簡易化することができ、その結果、設備コストを削減することができる。
そして、フローティング機構５は、大気中に放出されていたエアモータ３の排気エアが持つエネルギーを有効利用するので、加工装置１のエネルギー効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、支持アーム４（支持手段）を上下に移動させる構造を有する装置に適用することができるので、既存の設備に適用が可能であり、極めて汎用性が高い。さらに、ボール盤等の手動の装置にも適用が容易であり、手作業による工程にも幅広く適用が可能である。
なお、本実施形態では、スピンドルユニット２のスピンドルに刃具として面取り工具１０を装着した態様を説明したが、刃具をこれに限定することを意図していない。

１加工装置、２スピンドルユニット（加工手段）、３エアモータ、４支持アーム（支持手段）、５フローティング機構、７取付用フランジ、１０面取り工具（刃具）、１１ブラケット、１２基部、１３ボス部、１４外周側壁部、１５内周側壁部、２３エア室（空間）、２９当接部材

Claims

刃具と前記刃具を駆動するエアモータとを有する加工手段と、
前記加工手段を操作可能に支持する支持手段と、
前記加工手段と一体に構成され、前記エアモータから排出される排気エアを利用して前記加工手段を前記支持手段に対して浮動させるフローティング機構と、
を含むことを特徴とする加工装置。
前記フローティング機構は、
前記加工手段の一端部に固定されるブラケットと、
前記ブラケットと前記支持手段とによって囲まれる空間と、
前記空間に前記エアモータから排出された排気エアを導入する排気導入手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
前記ブラケットは、
前記加工手段の一端部周縁に設けられた取付用フランジの取付面に固定される基部と、前記基部の前記支持手段との対向面に立設され、前記加工手段の軸線回りに環状に形成された外周側壁部及び内周側壁部と、を有し、
前記空間は、
前記ブラケットの前記基部と、前記ブラケットの前記外周側壁部及び前記内周側壁部と、前記支持手段とによって囲まれた環形の空間であることを特徴とする請求項２に記載の加工装置。
前記ブラケットは、
加工時の反力によって前記支持手段に当接される当接部材を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の加工装置。