JP2016007691A - 加工工具 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構造で、部品点数が少なく、良好にバリ取りなどの加工を行うことができる加工工具を提供する。【解決手段】シリンダ２内に筒状ピストン３が摺動可能に挿入され、シリンダ２の端部に筒状のホルダー４が固定される。ホルダー４内には、傾動リング５がシリンダ２の中心軸に対し全方向に傾動可能に、複数のボール６を介して挿入される。刃具１０を回転駆動するスピンドルモータ８は、傾動リング５内の同心位置に固定される。傾動リング５の外周面には、円錐状の円錐凹部が、一定の角度間隔で複数個形成され、ボール６が各々収容され保持される。ホルダー４の内周面には、複数のボール６を中心軸と平行に転動可能に保持する溝部４１が、中心軸と平行に円錐凹部と同じ角度間隔で複数本形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットアームの先端などに取り付けられ、スピンドルモータにより超硬ロータリーバー、軸付砥石などの刃具を高速回転させて、ワークの面取り、バリ取り、ラッピングなどの加工を行う加工工具に関する。

従来、ロボットアームの先端などに取り付けられ、刃具をモータの出力軸の先端に取り付けて刃具を高速回転させ、製品のバリ取り加工などを行う加工工具として、下記の特許文献１に記載されるバリ取り装置が知られている。

このバリ取り装置は、モータの出力軸の先端に設けたチャックに刃具を取り付け、固定ケースの下部内に、モータを収納した傾動ケースが傾動可能に取り付けられ、モータの回転駆動により刃具を高速回転させてワークのバリ取りを行う際、刃具がワークに接触してそのラジアル方向に荷重を受けたとき、傾動荷重に応じて、傾動ケースを装置の中心軸に対して傾動させる構造である。

この従来のバリ取り装置は、傾動ケースを荷重印加時に安定して傾動させるために、傾動支持ピンケース内に、多数の傾動支持ピンが軸方向に摺動可能に且つ円周上に配置され、各傾動支持ピンにはコイルばねが外嵌され、傾動ケースの上端部に設けた受圧板の平面に、円周上の傾動支持ピンの先端を当接させ、傾動ケースの傾動に応じて、傾動支持ピンがコイルばねのばね力に抗して摺動するようにし、これにより、刃具がワークに接触してそのラジアル方向に荷重を受けたとき、その傾動荷重に応じて、傾動ケースを円滑に傾動させ、ワークから刃具が離れたときには、傾動ケースを中心軸位置にスムーズに戻すことができる。しかしながら、このバリ取り装置は、傾動ケースに多数の傾動支持ピン及びコイルばねを精度良く組み付ける必要があり、部品点数が増大し、構造が複雑化するため、製造コストが増大する課題があった。

特開２００８−２８４６７７号公報 特許第５１２２０２２号公報

一方、別のバリ取り装置として、従来、上記特許文献２において、フローティング機構付きのバリ取り装置が提案されている。このバリ取り装置は、ピストンシリンダ内に円柱状のモータユニットが傾動可能に配設され、モータユニットの外周部にはフランジ状の内輪が取り付けられ、内輪は固定側の外輪に対し中心軸の回りでラジアル方向に傾動可能とされ、内輪の円周状の上面に空気圧が印加される。これにより、バリ取り作動時、モータユニットの出力軸の先端に取り付けた刃具にラジアル方向の荷重が印加されたとき、ある程度の傾動を許容して、ピストンシリンダや内輪の変形、摩耗を抑制し、安定的に荷重を受けるようにしている。

しかしながら、この従来のバリ取り装置は、モータユニットの外周部に取り付けた内輪の外周面が、軸方向に円弧状に形成され、モータユニット及び内輪を含む部分を、固定側の外輪内で、傾動可能な構造となっているものの、基本的に、モータユニットの出力軸である工具軸を、バリ取り装置の中心軸上で回転させ、工具軸を殆ど傾動させずに、バリ取りなどの加工を行う構造である。

このため、このバリ取り装置では、例えば、刃具の側面にワークが当たり、或いはワークが刃具の側面に当接したような場合、内輪は傾動するものの、内輪と外輪間の傾動方向の摩擦抵抗が大きく発生し、刃具が低荷重で円滑に傾動することは難しい。このため、刃具の側部がワークに大きく接触すると、ワークや刃具のラジアル方向に過大な荷重がかかり、ワークや刃具に損傷を与える課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、傾動可能なスピンドルモータの回転軸先端に取り付けられた刃具を、高速回転させてワークを加工する加工工具において、比較的簡単な構造で、部品点数が少なく、良好にバリ取りなどの加工を行うことができる加工工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の加工工具は、
スピンドルモータの回転軸先端に取り付けられたチャック部に刃具を挟持し、該刃具を該スピンドルモータにより回転駆動してワークを加工する加工工具において、
シリンダ内に筒状ピストンが摺動可能に挿入され、該シリンダの端部に筒状のホルダーが固定され、該ホルダー内には、傾動リングが該シリンダの中心軸に対し全方向に傾動可能に、複数のボールを介して挿入され、該スピンドルモータが該傾動リング内の同心位置に固定され、
該傾動リングの外周面には、該ボールを各々収容する円錐状の円錐凹部が、一定の角度間隔で複数個形成され、該ホルダーの内周面には、該複数のボールを該中心軸と平行に転動可能に保持する溝部が、該円錐凹部と同じ角度間隔で中心軸と平行に複数本形成され、
該シリンダ内に圧力空気が、該筒状ピストンの端面を該傾動リングの円環状の端面に接触させる方向に付勢するように供給され、
該刃具に対しラジアル方向の荷重が印加されて該スピンドルモータ及び該傾動リングが傾動したとき、該傾動リングの該円錐凹部に保持された該ボールが該ホルダーの該溝部内を該中心軸と平行に転動し、
該シリンダ内及び該ホルダー内の空気圧により該傾動リング及び該スピンドルモータの傾動状態が軸線位置に戻されることを特徴とする。

この加工工具によれば、ホルダー内に、傾動リングがシリンダの中心軸に対し全方向に傾動可能に、複数のボールを介して挿入され、スピンドルモータが傾動リング内の同心位置に固定され、傾動リングの外周面に、ボールを各々収容する円錐状の円錐凹部が、一定の角度間隔で複数個形成され、ホルダーの内周面に、複数のボールを中心軸と平行に転動可能に保持する溝部が、円錐凹部と同じ角度間隔で中心軸と平行に複数本形成されるので、刃具にラジアル方向の荷重が印加されたとき、非常に軽い負荷でスピンドルモータを含む傾動リングが円滑に傾動する。しかも、シリンダ内に圧力空気が、筒状ピストンの端面を傾動リングの円環状の端面に接触させる方向に付勢するように供給され、傾動リングの傾動時、その傾動を適度な力で軸線位置に復元させる方向に作用させることができる。

このため、加工時に刃具がワークと接触しラジアル方向に荷重を受けながらワークの加工を行うとき、適度な接触力を付与してバリ取り加工などを行うことができ、過大な接触力をワークに与えて損傷させることなく、良好にワークのバリ取り加工などを行うことができる。また、従来の傾動機構のように、高い寸法精度を必要とする多数の傾動支持ピンやコイルばねを使用せず、構造を簡単化することができるので、部品点数の大幅の削減とともに、各部品の加工工数を少なくし、製造コストを抑制することができる。

ここで、上記ホルダーの内周面の溝部は、横断面を略半円形状または略三角形として該中心軸と平行に形成することが好ましい。これによれば、傾動リングの傾動時の摩擦抵抗を小さくすることができる。

またここで、上記傾動リングの円環状の端面には、断面を略円弧状とする曲面膨出部を、上記筒状ピストンの端面と接触可能に形成することが好ましい。これによれば、傾動リングが傾動し筒状ピストンの端面と接触したとき、接触摩擦抵抗をさらに小さくして、傾動リングの傾動と軸線位置への復元をさらに円滑に行なうことができる。

またここで、上記筒状ピストンの外周面は、ゴムパッキン等のゴム性シール材を介さずに、上記シリンダの内周面に僅かな隙間を介して摺接させ、僅かな隙間を通して圧力空気が流れるように構成することが好ましい。これによれば、傾動リング及びスピンドルモータの傾動時、筒状ピストンが摺動する際、筒状ピストンの摺動摩擦抵抗を最少として、傾動リング及びスピンドルモータの傾動をさらに円滑に行なうことができる。

またここで、上記シリンダ内に供給され上記ホルダー内に流入した圧力空気を調整排気して該ホルダー内の空気の残圧を調整可能な排気路を、該ホルダーに設けることが好ましい。これによれば、空気供給圧力の調整に加えてシリンダ室及びホルダー内の残圧調整を、高い精度で行うことができ、これにより、加工工具の加工姿勢に関らず、安定して良好にワークの加工を行うことができる。

加工工具は、ワークの加工時、刃具を下向き、上向き、或いは横向きなどとして、任意の方向に刃具を向けて使用される。このため、そのような加工工具の各種姿勢状態に応じて、ピストン、傾動リング、及びスピンドルモータの自重が傾動リングと筒状ピストンとの接触摩擦抵抗に与える影響は、大きく変わる。そこで、このような加工工具の姿勢に応じて、空気供給圧力とともに、排気路からの排気量を調整することにより、ホルダー及びシリンダ内の残圧を調整し、加工工具の姿勢に関らず、傾動リングの傾動時における、スピンドルモータ及び刃具の傾動と軸線位置への復元動作を、極めてスムーズに行ない、安定して良好にワークの加工を行うことができる。

本発明の加工工具によれば、傾動可能なスピンドルモータの回転軸先端に取り付けられた刃具を、高速回転させてワークを加工する加工工具を、比較的簡単な構造で、且つ少ない部品点数で製造することができ、刃具とワークの接触時、安定してスピンドルモータを傾動させ、良好に加工を行うことができる。

本発明の一実施形態を示す加工工具の正面図である。 同加工工具の縦断面図である。 図２のIII-III断面図である。 図２のIV-IV断面図である。 傾動リング近傍部分を示す拡大縦断面図である。 （ａ）はホルダーの平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は傾動リングの平面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はそのＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はそのＤ−Ｄ断面図である。 加工工具の使用状態を示す正面図である。 スピンドルモータ及び傾動リングの傾動時の縦断面図である。 スピンドルモータ、傾動リング及び筒状ピストンの上方摺動時の縦断面図である。 他の実施形態の加工工具の縦断面図である。 その加工工具の使用状態を示す正面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。この加工工具１は、図１に示すように、スピンドルモータ８の回転軸８ａにチャック部２０を取り付け、チャック部２０にバリ取りなどの刃具１０を挟持させ、スピンドルモータ８の回転駆動により刃具１０を高速回転させて、ワークのバリ取り、面取り、ラッピング加工などを行う工具である。

加工工具１は、図２に示すように、ケース本体となるシリンダ２を有し、シリンダ２内に筒状ピストン３を摺動可能に挿入し、シリンダ２の端部に、傾動リング５を傾動可能に保持するホルダー４を固定し、傾動リング５内には、縦長で長尺のスピンドルモータ８が同心位置に貫通して固定されて構成される。スピンドルモータ８は、図９に示す如く、傾動リング５とともに、所定の角度範囲（α）内で傾動可能となるように、シリンダ２のシリンダ室２１及び筒状ピストン３内で周囲に空間を配して配設されている。

シリンダ２の上部には取付ブラケット９が固定ねじ９ａにより締め付け固定され、図８に示すように、加工工具１は、ロボットアームＲＡの先端などに、取付ブラケット９を介して取り付けられる。なお、図１１、図１２に示すように、加工工具１Ａは、そのチャック部２０に挟持した刃具１０を上に向けて固定的に設置することもでき、この場合、ワークＷをロボットアームＲＡの先端に取り付け、ワークＷを動かしながら、ワークＷの必要箇所を加工工具１Ａの刃具１０に接触させて、加工を行う。

スピンドルモータ８は、長尺縦長の円筒ケース内の上部（末端側）にモータ部を備え、モータ部の出力軸に直結される回転軸８ａを、円筒ケースの下部（先端側）内に設けたアンギュラベアリングを介して軸支し、回転軸８ａをダイレクトドライブするように構成される。回転軸８ａの先端にはチャック部２０が取り付けられ、チャック部２０にバリ取り用などの刃具１０が挟持される。これにより、加工工具１の先端に取り付けた刃具１０を、スピンドルモータ８により高速回転させる。モータ部には、例えば約60000rpm前後で高速回転可能なブラシレスＤＣモータが使用され、スピンドルモータ８の回転軸８ａの先端にチャック部２０が取り付けられる。チャック部２０は、例えばコレットチャックの外側にチャックナットを螺合させており、チャックナットを回して刃具１０を締付固定する。

図２に示すように、シリンダ２内には、シリンダ室２１が形成され、シリンダ室２１内に、大径のフランジ部３１を有する筒状ピストン３が下側からフランジ部３１を挿入するように摺動可能に嵌挿される。大径のフランジ部３１の直下には傾動リング５が当接して配設され、スピンドルモータ８及び傾動リング５の傾動または上下動に応じて、筒状ピストン３は所定の範囲でシリンダ２内を上下軸方向に摺動する。

また、シリンダ２には空気供給管７が接続され、空気供給管７を通してシリンダ室２１に圧力空気が供給される。空気供給管７からシリンダ室２１に供給される空気圧は、筒状ピストン３のフランジ部３１の上部周囲に印加され、筒状ピストン３はこの空気圧により常時下側につまり傾動リング５を上から下に押圧するように付勢する。スピンドルモータ８は、筒状ピストン３の内側に挿入され、周囲の空間を介して傾動可能に筒状ピストン３内を貫通し、クランプ部材１１により傾動リング５内に取り付けられる。

上記のように、シリンダ２の下端部には、傾動リング５を傾動可能に保持するホルダー４が、固定ねじ４９により下側から締め付け固定される。ホルダー４は図６に示すように、円筒状に形成され、内部にはホルダー室４２が形成される。また、ホルダー４の内側面には、図６に示す如く、ボール６を転動可能に保持するための溝部４１が、８本、例えば４５°の角度間隔をおいて軸方向（縦方向）に平行に形成される。これらの溝部４１は、図６のように、横断面が略半円形状に形成され、傾動リング５の傾動時、ボール６が溝部４１内を円滑に転動するようになっている。なお、溝部４１は、横断面を略三角形状に形成することもでき、傾動リング５が傾動する際、ボール６の転動時の摩擦抵抗を小さくする断面形状とされる。

円筒状のホルダー４のホルダー室４２内に、スピンドルモータ８の外周部に固定された傾動リング５が、複数のボール６（ここでは４５°の角度間隔で配置された８個のボール）を介して、傾動可能に配設される。傾動リング５は、図７に示すように、円環状に形成され、内側の円形空間にスピンドルモータ８が挿入されて固定される。傾動リング５の外周面には、図７のように、円錐形状の円錐凹部５１がボール６を収納保持するように複数個形成される。これらの円錐凹部５１は、ホルダー４の内側に設けた溝部４１と同様に、４５°の角度間隔で８個形成され、各ボール６は、円錐凹部５１と溝部４１とにより内外から挟むように保持される構造となっている。

また、ホルダー４内の傾動リング５は、図９に示す如く、シリンダ２及び筒状ピストン３の中心軸（軸線）Ｃを基準軸として全方向に所定の角度範囲（例えばα＝５°）で傾動可能とされる。図４に示す如く、ホルダー４のホルダー室４２内には、溝部４１とボール６と円錐凹部５１との間に僅かな隙間が形成され、傾動リング５がボール６を介してガタツキなく円滑に傾動できる構造となっている。さらに、図５に示す如く、傾動リング５の円環状の上端面には、断面を略円弧状とする曲面膨出部５２が筒状ピストン３の下端面と接触可能に形成される。

傾動リング５内には、図２，図５に示すように、縦長で長尺のスピンドルモータ８が同心位置に貫通して配置され、固定リング１２によって固定される。固定リング１２はスピンドルモータ８の外周部に、環状楔１３によって固定され、その固定リング１２は下側から固定ねじ１４で傾動リング５の下面に締め付け固定される。さらに、図２，図５に示す如く、ホルダー４の下側には、傾動リング５を下側から支持する円環状のクランプ部材１１が固定ねじ４９により締め付け固定される。この円環状のクランプ部材１１には、図５に示すように、内周部に凸状円環部１５が上方に突き出すように形成され、傾動リング５は、最下位位置においてその下面を凸状円環部１５に当接させて支持され、傾動時には、図９のように、傾動リング５の一部が凸状円環部１５の一部に支持される状態となる。

さらに、図３に示すように、ホルダー４には、内部の空気圧（残圧）を抜くために、排気管１７が接続される。上記のように、シリンダ２のシリンダ室２１及びホルダー４内には、空気供給管７から圧力空気が供給され、傾動リング５及びスピンドルモータ８の傾動時、その空気圧によりスピンドルモータ８は軸線Ｃ位置に戻される復元力が生じるが、空気供給管７から圧力空気を供給するとともに、ホルダー４の排気管１７から調整された流量の空気を排気して、シリンダ室２１及びホルダー４内の空気圧を、加工工具１の使用姿勢などに応じて、良好に調整できるようになっている。

すなわち、図２に示す如く、加工工具１がそのチャック部２０で挟持した刃具１０を下方に向けて配置される場合、スピンドルモータ８の外周部に固定された傾動リング５は、ホルダー４内において、水平状態でクランプ部材１１の凸状円環部１５（図５）上に保持され、筒状ピストン３、傾動リング５、及びスピンドルモータ８の自重がクランプ部材１１の凸状円環部１５上にかかって支持され、刃具１０にラジアル方向の荷重が印加されたとき、図９のように、傾動リング５及びスピンドルモータ８は、非常に軽く傾動し、且つ円滑に軸線Ｃ位置に戻る構造となっている。

シリンダ２内に供給される圧力空気は、傾動リング５及びスピンドルモータ８の傾動を、加工工具１の軸線（中心軸）Ｃの位置に戻すように作用するが、この圧力空気は、バリ取りなどの加工時に、刃具１０がワークに接触してラジアル方向の力を受けたとき、その反力として、作用する。このため、その供給圧（供給量）及び排気量を調整することにより、ホルダー４内の空気圧つまり残圧を調整し、傾動リング５の上面にかかる空気圧を調整して、傾動リング５つまり刃具１０の傾動反力を小さくし、且つ復元つまり戻り傾動を円滑に行なうことができる、最少の圧力としている。このように、傾動リング５内の残圧を調整して、傾動リング５及びスピンドルモータ８の、中立の軸線Ｃ位置への復元力及び傾動時のワークにかかる刃具１０の反力（押圧力）が調整され、バリ取りなどの加工が損傷なく良好に行われるようにしている。

加工工具１は、図８に示すように、ロボットアームＲＡの先端に取り付けられ、ワークＷに刃具１０を接触させてバリ取りなどの加工を行うが、常に鉛直状態で使用されるのではなく、上向き、下向き、横向き等各種の姿勢で使用される。このため、シリンダ２に供給される圧力空気の供給圧（供給量）は、加工工具１の作動姿勢（上向き、下向き、横向き等）に応じて、及びワークの材質（硬質のスチール、軟質のアルミニウムなど）に応じて調整され、同時に、排気管１７からの排気量もそれらの条件に応じて調整され、シリンダ室２１内及びホルダー４のホルダー室４２内の残圧が調整される。例えば、図８に示す加工工具１の使用姿勢では、主要姿勢として刃具１０が下向き姿勢となるので、筒状ピストン３、傾動リング５、及びスピンドルモータ８の自重がそのまま傾動リング５の上面に復元力としてかかり、シリンダ室２１内及びホルダー４のホルダー室４２内の残圧は、最少となるように供給圧及び排気量が調整される。

一方、図１１に示す加工工具１Ａのように、刃具１０を上向きにする使用姿勢では、傾動時、筒状ピストン３、傾動リング５、及びスピンドルモータ８の自重がシリンダ室２１内及びホルダー４のホルダー室４２内の残圧を上昇させる方向にかかる場合、圧力空気の供給圧（供給量）及び残圧は高く調整され、横向き姿勢で加工工具１を使用する場合、圧力空気の供給圧（供給量）及び残圧は中間的な値に調整されることとなる。

図２に示す加工工具１のスピンドルモータ８は、その外周部に傾動リング５を取り付けた状態で、シリンダ２内の筒状ピストン３内に下側から、その回転軸８ａを下向き挿入され、傾動リング５の外周部に８個のボール６を介してホルダー４を嵌め、円環状のクランプ部材１１を嵌め込み、固定ねじ４９を用いてホルダー４をシリンダ２の下面に締め付け固定する。

スピンドルモータ８の下部の回転軸８ａの先端にチャック部２０が取り付けられる。チャック部２０には、加工種類に応じて、超硬ロータリーバー、軸付砥石などの刃具１０が挟持される。クランプ部材１１とスピンドルモータ８の下部との間に、軟質の防塵カバー１９が取り付けられ、同様に、取付ブラケット９とスピンドルモータ８の上部間に、軟質の防塵カバー１８がスピンドルモータ８の周囲を覆うように取り付けられる。

次に、上記構成の加工工具１の動作を説明すると、上述のように加工工具１は、図８に示す如く、ロボットアームＲＡの先端に、取付ブラケット９を介して取り付けられる。

加工工具１先端のチャック部２０には、実施される加工（例えば、バリ取り、鋭角角部の切削加工または研磨加工など）に応じて、例えば、超硬ロータリーバー、軸付砥石などの刃具１０が取り付けられる。図８に示すように、被加工物のワークＷは例えば加工テーブル上に固定される。

また、シリンダ２内に供給する圧力空気の供給圧（供給量）及び排気量が、ワークＷの材質（硬質のスチール、軟質のアルミニウムなど）に応じて、調整され、シリンダ室２１内及びホルダー４のホルダー室４２内の空気圧の残圧が調整される。例えば、スチールのようにワークが硬質の場合、排気管１７からの排気量を最少とし、圧力空気の供給量（供給圧）を大きくし、ホルダー室４２内の残圧を高く調整する。ワークがアルミニウムのような軟質の場合、排気管１７からの排気量を多くし、圧力空気の供給量（供給圧）を少なくして、ホルダー室４２内の残圧を低くするように調整する。

図８のように、ロボットを使用してバリ取り加工を行なう場合、通常のロボット動作と同様に、予めティーチングモードにてロボットをティーチング動作させ、動作に必要な座標データを取得する。このようなティーチングモードでは、ロボットアームＲＡの姿勢と動きを制御しながら、刃具１０の切削面をワークＷのバリに適正に接触するように、ワークＷの加工線に沿って移動させ、その移動軌跡に従って座標データを取り込み、記憶させる。

プレイバック時、ティーチング時に記憶した座標データを読み出し、ロボットアームＲＡを運転制御して、加工を行なう。バリ取りなどの加工運転に入り、スピンドルモータ８が起動されると、その回転軸８ａ、チャック部２０、及び刃具１０が例えば約60000ｒｐｍの高速回転で回転駆動される。

図８のように、ワークＷが加工テーブル上に固定され、加工工具１がロボットアームＲＡに取着される場合、ロボットアームＲＡの動作により、高速回転する刃具１０を動かしてワークＷのエッジ部に接触させ、刃具１０を座標データに基づき移動させながら、高速回転する刃具１０によりワークＷのエッジ部のバリを削り取るように、バリ取りが行われる。

加工時、高速回転する刃具１０の先端側面がワークＷのエッジ部に接触し、刃具１０が側方（ラジアル方向）からの荷重を受けると、図９に示すように、スピンドルモータ８及び傾動リング５がシリンダ２に対しその荷重に応じた角度だけ、工具の軸線Ｃ上から、最大傾斜角度αの角度範囲内で、傾動する。このとき、傾動リング５は、ホルダー４内で、８個のボール６を介して、軸線Ｃに対し傾動リング５内の中心点Ｓの周りで、荷重方向に傾動する。

この傾動リング５の傾動は、シリンダ室２１内の空気圧による筒状ピストン３の下方への付勢力に抗して行われ、この際、傾動リング５内のスピンドルモータ８の高速回転動作の影響もあって、傾動リング５には振動や揺動が発生しやすい。しかしながら、シリンダ２のシリンダ室２１内及びホルダー４のホルダー室４２内に適正な空気圧が印加されているため、傾動リング５の振動や揺動は良好に吸収され、スピンドルモータ８の異常な振動や揺動は防止される。

このように、スピンドルモータ８、刃具１０を含む傾動リング５が傾動する際の振動や揺動は、シリンダ室２１内及びホルダー室４２内の適正な空気圧により吸収され、刃具１０がワークＷに接触し刃具１０が傾動リング５及びスピンドルモータ８と共に傾動する際、スムーズに傾動すると共に、刃具１０がワークＷから離れ、傾動荷重の消失時には、シリンダ室２１内及びホルダー室４２内の残圧により、スピンドルモータ８を、スムーズに軸線Ｃ位置に復帰させることができる。

さらに、シリンダ室２１内及びホルダー室４２内に印加される適正な空気圧は、筒状ピストン３のフランジ部３１の上面及び傾動リング５の上面に均一に印加されるため、刃具１０の傾動方向に関らず、スピンドルモータ８を含む傾動リング５に均一な復元力を発生させ、その復元力によって刃具１０をワークＷに接触させ、バリ取りなどを良好に行うことができる。

一方、刃具１０の先端部がワークＷの上面に当り、刃具１０がワークＷから上方向の押上力を受けた場合、図１０に示すように、傾動リング５は、周囲に配した８個のボール６を介して、ホルダー４のホルダー室４２内を、水平状態のまま上昇し、上方の筒状ピストン３を押し上げるように動作する。このとき、傾動リング５と筒状ピストン３は、シリンダ室２１内及びホルダー室４２内に均一にかかる適度な残圧に抗してスムーズに上昇する。このため、刃具１０がワークＷから受ける軸方向の押上力は良好に吸収され、刃具１０の破損などを回避することができる。

このように、ホルダー４内の傾動リング５がその外周部に配した８個のボール６を介してスムーズに傾動し、傾動時の復元力が、シリンダ室２１内及びホルダー室４２内に供給される空気圧により均一に付与されるため、刃具１０がワークＷを押圧する力を、その復元力により安定して生じさせ、刃具１０がワークＷから離れた際、刃具１０及びスピンドルモータ８を含む傾動リング５の傾動状態を、工具の軸線上までスムーズに戻すことができる。

なお、上記実施形態では、刃具１０として、バリ取り用の工具を使用したが、ラッピング用の砥石または研削用の工具を使用して、ラッピング加工或は面取りなどの研削加工を行うこともできる。

図１１、図１２は他の実施形態の加工工具１Ａを示している。この加工工具１Ａは、図１１に示すように、スタンド６０の上に、刃具１０を上向きに取り付けられ、使用される。なお、この実施形態の加工工具１Ａの説明では、上記実施形態の加工工具１と同様な構成部分については、上記と同じ符号を図１１，１２に付して、その説明は省略する。

加工工具１Ａは、図１２に示すように、下部にスタンド６０を取り付けて形成され、上部に設けたチャック部２０に刃具１０を上向きに挟持させて、スタンド６０を基台などの上に固定し、ワークＷはロボットアームＲＡの先端に取り付けられ、ワークＷを動かしながら、ワークＷの必要箇所を加工工具１Ａの刃具１０に接触させて、バリ取り加工などを行う。

図１１に示すように、スタンド６０上にシリンダ２が固定ねじ９ａにより固定される。シリンダ２内に筒状ピストン３が摺動可能に挿入され、シリンダ２の上部に、傾動リング５を傾動可能に保持するホルダー４が固定される。傾動リング５内には、縦長で長尺のスピンドルモータ８が同心位置に貫通して固定される。スピンドルモータ８は、傾動リング５とともに、所定の角度範囲内で傾動可能となるように、シリンダ２のシリンダ室２１及び筒状ピストン３内で周囲に空間を配して配置される。

図１１に示す如く、シリンダ２内には、シリンダ室２１が形成され、シリンダ室２１内に、大径のフランジ部３１を有する筒状ピストン３が上側からフランジ部３１を挿入するように摺動可能に嵌挿される。大径のフランジ部３１の真上には傾動リング５が当接して配設され、スピンドルモータ８及び傾動リング５の傾動または上下動に応じて、筒状ピストン３は所定の範囲でシリンダ２内を上下軸方向に摺動する。

シリンダ２のシリンダ室２１に圧力空気を供給するように、空気供給管７がシリンダ２に接続される。シリンダ室２１に空気供給管７を通して供給される空気圧は、筒状ピストン３の外周部のフランジ部３１の周囲に印加され、筒状ピストン３はこの空気圧により上側に付勢される。スピンドルモータ８は、筒状ピストン３の内側に挿入され、周囲の空間を介して傾動可能に筒状ピストン３内を貫通する。

シリンダ２の上部には、傾動リング５を傾動可能に保持するホルダー４が、固定ねじ４９により上側から締め付け固定される。ホルダー４は、円筒状に形成され、内部にはホルダー室４２が形成される。また、ホルダー４の内周面には、ボール６を転動可能に保持するための溝部４１が、８本、例えば４５°の角度間隔をおいて軸方向（縦方向）に平行に形成される。これらの溝部４１は、横断面が略半円形状或いは略三角形状に形成され、傾動リング５の傾動時、ボール６が溝部４１内を非常に少ない摩擦抵抗で円滑に転動するようになっている。

円筒状のホルダー４のホルダー室４２内に、スピンドルモータ８の外周部に固定された傾動リング５が、８個のボール６を介して、傾動可能に配設される。傾動リング５は、円環状に形成され、内側の円形空間にスピンドルモータ８が挿入されて固定される。傾動リング５の外周面には、円錐形状の円錐凹部５１がボール６を収納保持するように形成される。これらの円錐凹部５１は、ホルダー４の内側に設けた溝部４１と同様に、４５°の角度間隔で８個形成され、各ボール６は、円錐凹部５１と溝部４１とにより内外から挟むように保持される。

ホルダー４内の傾動リング５は、シリンダ２及び筒状ピストン３の中心軸Ｃ（軸線）を基準軸として全方向に所定の角度範囲で傾動可能とされる。ホルダー４のホルダー室４２内には、溝部４１とボール６と円錐凹部５１との間に僅かな隙間が形成され、傾動リング５がボール６を介してガタツキなく円滑に傾動する構造である。また、シリンダ２内の筒状ピストン３は、その上方に位置する傾動リング５の下部の凸状円環部５２に対し、その上面を接触させ、傾動リング５を低摩擦で支持するようになっている。

傾動リング５内には、図１１に示すように、縦長で長尺のスピンドルモータ８が同心位置に貫通して配置され、固定リング１２によって固定される。固定リング１２はスピンドルモータ８の外周部に、環状楔１３によって固定され、その固定リング１２は上側から固定ねじ１４で傾動リング５の上面に締め付け固定される。さらに、ホルダー４の上側には、傾動リング５を上側から支持する円環状のクランプ部材１１が固定ねじ４９により締め付け固定される。この円環状のクランプ部材１１には、内周部に凸状円環部が下方に突き出すように形成され、傾動リング５は、最上位位置においてその上面を凸状円環部に当接させて支持され、傾動時には、傾動リング５の一部が凸状円環部の一部に支持される状態となる。

さらに、ホルダー４には、内部の空気圧（残圧）を抜くために、排気管１７が接続される。シリンダ２及びホルダー４内には、空気供給管７から圧力空気が供給され、傾動リング５及びスピンドルモータ８の傾動時、その空気圧によりスピンドルモータ８は軸線Ｃ位置に戻される復元力が生じるが、空気供給管７から圧力空気を供給するとともに、ホルダー４の排気管１７から調整された流量の空気を排気して、シリンダ２及びホルダー４内の空気圧が、加工工具１Ａの使用姿勢などに応じて、調整される。

次に、上記構成の加工工具１Ａの動作を説明すると、加工工具１Ａは、図１２に示すように、スタンド６０を介して加工テーブルなどの上に、刃具１０を上向きにして固定され、ワークＷがロボットアームＲＡの先端に固定に把持され取り付けられる。なお、刃具１０を横向きにして加工工具１Ａを加工テーブル上に固定することもできる。

加工時、図１２に示すように、ロボットアームＲＡの動作によりワークＷが移動して、高速回転する刃具１０の先端側面がワークＷのエッジ部に接触し、刃具１０が側方（ラジアル方向）からの荷重を受けると、図９に示す場合と同様、スピンドルモータ８及び傾動リング５は、シリンダ２に対しその荷重に応じた角度だけ、軸線（中心軸）Ｃに対し傾動する。このとき、傾動リング５は、ホルダー４内で、８個のボール６を介して、軸線Ｃに対し傾動リング５内の中心点Ｓの周りで、荷重方向に傾動する。またこのとき、傾動リング５を下方から支持する筒状ピストン３はシリンダ室２１内に供給される空気圧により上方に押圧されているので、傾動リング５の傾動は、シリンダ室２１内の空気圧による筒状ピストン３の上方への付勢力に抗して行われ、傾動リング５の傾動により筒状ピストン３は僅かに押し下げられる。

このとき、シリンダ２のシリンダ室２１内及びホルダー４のホルダー室４２内には適正に調整された空気圧が印加され、筒状ピストン３はこの空気圧を受けて傾動リング５を支持している。このため、傾動リング５は刃具１０が受けるラジアル方向の荷重に応じて、スムーズに傾動し、刃具１０の接触時や刃具１０がワークＷから離れる際の振動や揺動も、良好に吸収され、高速回転する刃具１０のワークＷとの接触により、ワークＷのバリ取り加工などが良好に行われる。

このように、加工時における、刃具１０の振動や揺動は、シリンダ室２１，２２内及びホルダー室４２内の適正な空気圧が筒状ピストン３を介して傾動リング５に印加されて吸収され、刃具１０はワークＷと接触したとき、そのラジアル方向の荷重に応じて、傾動リング５及びスピンドルモータ８と共に円滑に傾動し、刃具１０がワークＷから離れ、傾動荷重が消失する時には、シリンダ室２１内の空気圧により、スピンドルモータ８、傾動リング５及び刃具１０を、スムーズに軸線Ｃ位置に復帰させることができる。

また、ワークＷの下面が刃具１０の先端部に当り、刃具１０がワークＷから下方向の押下力を受けた場合、傾動リング５は、周囲に配した８個のボール６を介して、ホルダー４のホルダー室４２内を、水平状態のまま下降し、下方の筒状ピストン３を押し下げるように動作する。

このとき、傾動リング５及び筒状ピストン３は、シリンダ室２１内及びホルダー室４２内に均一にかかる適度な残圧に抗してスムーズに下降する。このため、刃具１０がワークＷから受ける軸方向の押下力は良好に吸収され、刃具１０の破損などを回避することができる。

このように、ホルダー４内に、傾動リング５がシリンダ２の中心軸に対し全方向に傾動可能に、複数のボール６を介して挿入され、スピンドルモータ８が傾動リング５内の同心位置に固定され、傾動リング５の外周面に、ボール６を各々収容する円錐状の円錐凹部５１が、一定の角度間隔で形成され、ホルダー４の内周面に、複数のボール６を中心軸と平行に転動可能に保持する溝部４１が、円錐凹部５１と同じ角度間隔で中心軸と平行に複数本形成されるので、刃具１０にラジアル方向の荷重が印加されたとき、スピンドルモータ８を含む傾動リングがボールを介して非常に軽い負荷で円滑に傾動することができる。しかも、シリンダ２内に圧力空気が、筒状ピストン３の端面を傾動リング５の円環状の端面に接触させる方向に付勢するように供給されるので、傾動リング５の傾動時、その傾動を適度な力で軸線位置に復元させる方向に、復元力を作用させることができる。

このため、加工時に刃具１０がワークＷと接触しラジアル方向に荷重を受けながらワークＷの加工を行うとき、適度な接触力を付与してバリ取り加工などを行うことができ、過大な接触力をワークに与えて損傷させることなく、良好にワークＷのバリ取り加工などを行うことができる。また、従来の傾動機構のように、高い寸法精度を必要とする多数の傾動支持ピンやコイルばねを使用せず、構造を簡単化することができるので、部品点数の大幅の削減とともに、各部品の加工工数を少なくし、製造コストを抑制することができる。

１ 加工工具
２ シリンダ
３ 筒状ピストン
４ ホルダー
５ 傾動リング
６ ボール
７ 空気供給管
８ スピンドルモータ
８ａ 回転軸
９ 取付ブラケット
１０ 刃具
１１ クランプ部材
１２ 固定リング
１３ 環状楔
１５ 凸状円環部
１７ 排気管
１８ 防塵カバー
１９ 防塵カバー
２０ チャック部
２１ シリンダ室
３１ フランジ部
４１ 溝部
４２ ホルダー室
５１ 円錐凹部
６０ スタンド

Claims (5)

1. スピンドルモータの回転軸先端に取り付けられたチャック部に刃具を挟持し、該刃具を該スピンドルモータにより回転駆動してワークを加工する加工工具において、
   シリンダ内に筒状ピストンが摺動可能に挿入され、該シリンダの端部に筒状のホルダーが固定され、該ホルダー内には、傾動リングが該シリンダの中心軸に対し全方向に傾動可能に、複数のボールを介して挿入され、該スピンドルモータが該傾動リング内で同じ軸芯位置に固定され、
   該傾動リングの外周面には、該ボールを各々収容する円錐状の円錐凹部が、一定の角度間隔で複数個形成され、該ホルダーの内周面には、該複数のボールを該中心軸と平行に転動可能に保持する溝部が、該円錐凹部と同じ角度間隔で中心軸と平行に複数本形成され、
   該シリンダ内に圧力空気が、該筒状ピストンの端面を該傾動リングの円環状の端面に接触させる方向に付勢するように供給され、
   該刃具に対しラジアル方向の荷重が印加されて該スピンドルモータ及び該傾動リングが傾動したとき、該傾動リングの該円錐凹部に保持された該ボールが該ホルダーの該溝部内を該中心軸と平行に転動し、
   該シリンダ内及び該ホルダー内の空気圧により該傾動リング及び該スピンドルモータの傾動状態が軸線位置に戻されることを特徴とする加工工具。
2. 前記ホルダーの内周面の溝部は、横断面を略半円形状または略三角形として中心軸と平行に形成されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
3. 前記傾動リングの円環状の端面には、断面を略円弧状とする曲面膨出部が前記筒状ピストンの端面と接触可能に形成されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
4. 前記筒状ピストンの外周面は、ゴム性シール材を介さずに、前記シリンダの内周面に僅かな隙間を介して摺接され、僅かな隙間を通して圧力空気が流れるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の加工工具。
5. 前記ホルダーに圧力空気を排気する排気管が接続され、前記シリンダ内に供給され前記ホルダー内に流入した圧力空気を、該排気管から調整排気して、該ホルダー内の空気の残圧を調整することを特徴とする請求項４記載の加工工具。

Images