JP4874195B2 - スピンドル装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ワークを加工するツールが取り付けられる回転体の軸振れを低減することができるスピンドル装置に関する。
スピンドル装置は、軸受けに回転自在に支持された回転体にワークを加工するツールを取り付けて切削加工等に用いられる。このスピンドル装置においては、加工によりツールが磨耗等したときは、例えばツール交換装置によりツールを交換することがあるが、このようにツールを交換することとすると、取り付け誤差やツール自体の個体差等により交換ごとにツールの軸芯位置が異なって加工精度が大きく低下してしまい、昨今のミクロンオーダーの加工精度の要求を満足することができなかった。
そこで、従来は、回転体の回転角度を所要に制御するいわゆる角度割り出しを行いつつ加工機上でワイヤ放電加工によりツールの磨耗部分を補正し、該補正したツールを用いて引き続き切削加工等を行う方法が採用されている。このような場合の具体的な構成は、例えば、特許文献１に開示されている技術が参照される。
ところで、上述の如くワイヤ放電加工によりツールの補正を行う場合には、補正されるツールを電気的に接続する必要があり、例えば、図２１に示すように、回転体１００に導電リング１０１を装着するとともに、電源と電気的に接続された導電ブラシ１０２を備え、ツールを補正する際には、導電リング１０１に対して導電ブラシ１０２を回転体１００の径方向から圧接してツールを電気的に接続させていた。
しかしながら、導電ブラシ１０２を導電リング１０１に圧接すると、図２２に示すように、回転体１００の軸芯位置１００ａがスピンドル装置の回転中心軸線に対し径方向にずれる等、回転体１００の軸芯位置１００ａが所期の位置に対してずれるいわゆる軸振れが僅かに生じることがあり、ツールの補正を精度良く行うことができず、昨今のミクロンオーダーの加工精度の要求を満足するには至らなかった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ワークを加工するツールが取り付けられる回転体の軸振れを低減することができるスピンドル装置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、請求項１の発明は、ワークを加工するツールが取り付けられ第１の軸受けに回転自在に支持される第１の回転体と、第２の軸受けに回転自在に支持される第２の回転体と、第２の回転体と電源とを電気的に接続する接続手段と、第１の回転体および第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と第１の回転体および第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、第２の回転体に軸振れが生じたときに、第１の回転体と第２の回転体とを連結する連結位置として定義される連結孔の内面と連結軸とが当接する位置を変化させることにより第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体から第１の回転体に伝達するのを低減させるように第１の回転体と第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、第２の回転体と電源とを接続手段により電気的に接続することとしたので、例えば、接続手段により第２の回転体を径方向から圧接する等による電気的な接続の際には第２の回転体側に軸振れが生ずる。そして、第１の回転体および第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と第１の回転体および第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、第２の回転体に軸振れが生じたときに、第１の回転体と第２の回転体とを連結する連結位置として定義される連結孔の内面と連結軸とが当接する位置を変化させることにより第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体から第１の回転体に伝達するのを低減させるように第１の回転体と第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段を有することとしたので、ワークを加工するツールが取り付けられる第１の回転体の軸振れを低減することができる。
請求項２の発明は、ワークを加工するツールが取り付けられ第１の軸受けに回転自在に支持される第１の回転体と、第２の軸受けに回転自在に支持される第２の回転体と、第２の回転体と電源とを電気的に接続する接続手段と、第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と第１の回転体および第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、第２の回転体に軸振れが生じたときに、第１の回転体と第２の回転体とを連結する連結位置として定義される連結孔の内面と連結軸とが当接する位置を変化させつつ第１の回転体を所定に回転させることにより第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体から第１の回転体に伝達するのを低減させるように第１の回転体と第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、第２の回転体と電源とを接続手段により電気的に接続することとしたので、例えば、接続手段により第２の回転体を径方向から圧接する等による電気的な接続の際には第２の回転体側に軸振れが生ずる。そして、第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と第１の回転体および第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、第２の回転体に軸振れが生じたときに、第１の回転体と第２の回転体とを連結する連結位置として定義される連結孔の内面と連結軸とが当接する位置を変化させつつ第１の回転体を所定に回転させることにより第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体から第１の回転体に伝達するのを低減させるように第１の回転体と第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段を有することとしたので、ワークを加工するツールが取り付けられる第１の回転体の軸振れを低減することができる。
請求項３の発明は、ワークを加工するツールが取り付けられ第１の軸受けに回転自在に支持される第１の回転体と、第２の軸受けに回転自在に支持される第２の回転体と、第２の回転体と電源とを電気的に接続する接続手段と、第１の回転体および第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と第１の回転体および第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、第２の回転体に軸振れが生じたときに、第１の回転体と第２の回転体とを連結する連結位置として定義される連結孔の内面と連結軸とが当接する位置を変化させつつ連結位置に作用する軸振れによる押圧力によって第１の回転体を所定に回転させることにより第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体から第１の回転体に伝達するのを低減させるように第１の回転体と第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、第２の回転体と電源とを接続手段により電気的に接続することとしたので、例えば、接続手段により第２の回転体を径方向から圧接する等による電気的な接続の際には第２の回転体側に軸振れが生ずる。そして、第１の回転体および第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と第１の回転体および第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、第２の回転体に軸振れが生じたときに、第１の回転体と第２の回転体とを連結する連結位置として定義される連結孔の内面と連結軸とが当接する位置を変化させつつ連結位置に作用する軸振れによる押圧力によって第１の回転体を所定に回転させることにより第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体から第１の回転体に伝達するのを低減させるように第１の回転体と第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段とを有することとしたので、ワークを加工するツールが取り付けられる第１の回転体の軸振れを低減することができる。
ここで、連結手段による第１の回転体と第２の回転体との連結動作を行うとともに、連結の解除動作を行う動作手段を有することとすれば、第１の回転体と第２の回転体との連結および該連結の解除を適宜に行うことができるので好ましい（請求項４）。なお、第１の軸受けを静圧気体軸受けとし（請求項５）、更に第１の回転体を加圧空気により回転駆動するエアタービンにより構成することができる（請求項６）。
本発明によれば、ワークを加工するツールが取り付けられる回転体の軸振れを低減することができるスピンドル装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態を示すスピンドル装置の全体構成を示す側面図で、その一部を断面で示したものである。なお、以下においては、スピンドル装置は切削加工用の工作機械に備えられているものとして説明する。
同図を参照してスピンドル装置の概要を説明すると、スピンドル装置１は、ワークを加工するツール２が取り付けられる第１の回転体１０と、ツール２をワイヤ放電加工により補正する際に角度割り出しに用いられる第２の回転体２０と、角度割り出しの際に第２の回転体２０の回転力を第１の回転体１０に伝達すべく第１の回転体１０と第２の回転体２０とを連結する連結手段３０と、連結手段３０による第１の回転体１０と第２の回転体２０との連結動作を行うとともに該連結の解除動作を行う動作手段４０と、を有している。また、スピンドル装置１は、第１の回転体１０等に回転力を付与等するための加圧空気を供給する空気供給装置６０，６１，６２、第２の回転体２０に回転力を付与するためのサーボモータ６４、該サーボモータ６４を制御するモータ制御装置６５、第１の回転体１０にツール２を取り付けるツール取り付け装置６６、および電源６７を併設している。
第１の回転体１０は、導電性の材料で構成されており、図２に示すように、エアタービン１１と、ツール２が取り付けられるツールホルダ１２と、を有している。
エアタービン１１は、略円柱状をなし内部に上下に貫通する中空部１３ｂを有する軸筒１３と、軸筒１３の外周面略中間部に設けられるタービンブレード１４と、から構成されており、第１のハウジング５０に収納されている。タービンブレード１４には、空気供給装置６０からの加圧空気が起動側系統６０ａを介して供給されており、この加圧空気の供給によりエアタービン１１すなわち第１の回転体１０が回転可能となっている。本実施形態にあっては、タービンブレード１４に０．５５ＭＰａの加圧空気を供給している。
エアタービン１１は、略円柱状をなし内部に上下に貫通する中空部１３ｂを有する軸筒１３と、軸筒１３の外周面略中間部に設けられるタービンブレード１４と、から構成されており、第１のハウジング５０に収納されている。タービンブレード１４には、空気供給装置６０からの加圧空気が起動側系統６０ａを介して供給されており、この加圧空気の供給によりエアタービン１１すなわち第１の回転体１０が回転可能となっている。本実施形態にあっては、タービンブレード１４に０．５５ＭＰａの加圧空気を供給している。
なお、タービンブレード１４における加圧空気の供給系統は停止側系統６０ｂを含んでおり、停止側系統６０ｂを介して加圧空気をタービンブレード１４に供給することにより第１の回転体１０に回転方向とは反対方向に加圧空気の圧力を作用させることができる。これにより、第１の回転体１０の速やかな停止動作を行うことができる。
軸筒１３の外周面と第１のハウジング５０との間には第１の軸受け部１５をなす僅かな隙間が形成されている。すなわち、第１の軸受け部１５は空気供給装置６１から供給される加圧空気により静圧空気軸受けをなし、図３に示すように、第１の回転体１０は、第１の軸受け部１５により径方向の動作が所要に規制されつつ第１のハウジング５０に対し回転自在にかつ非接触状態で支持され、更に、第１の回転体１０の軸芯位置１０aがスピンドル装置１の回転中心軸線１ａ上に設定されるように支持される。本実施形態にあっては、第１の軸受け部１５に供給される加圧空気の圧力は０．５ＭＰａに設定されている。なお、図４に示すように、軸筒１３の上端には軸芯位置１０ａを介して凹部１３ａが対称位置の２箇所に設けられている。
図２に戻り、ツールホルダ１２は筒状に形成され、内部に上下に貫通する中空部１２ａを有しており、この中空部１２ａと軸筒１３の中空部１３ｂとが連通するように軸筒１３の下端に設けられている。このツールホルダ１２の中空部１２ａの中間部から下部側がツール取り付け部１２ｂとなっており、例えば焼き嵌め等の方法でツール取り付け装置６６によりツール２が取り付けられる。なお、ツールホルダ１２は第１のハウジング５０から露出して設けられている。
第２の回転体２０は、導電性の材料で構成されており、略円柱状に形成されている。この第２の回転体２０は第１の回転体１０の上方に配置されて第２のハウジング５１に収納されている。
第２の回転体２０は、より詳しくは、図５に示すように、ベルト２１を介してサーボモータ６４の駆動軸６４ａと接続されており、このサーボモータ６４の駆動力をもって回転可能となっている。第２の回転体２０の回転量はエンコーダ６５ａにより検出可能となっており、エンコーダ６５ａによる回転量の検出値が所定の目標値となるように、モータ制御装置６５がサーボモータ６４の駆動量を制御する。なお、サーボモータ６４およびエンコーダ６５ａは第２のハウジング５１の外周面に絶縁材を介して取り付けられている。
第２の回転体２０は、より詳しくは、図５に示すように、ベルト２１を介してサーボモータ６４の駆動軸６４ａと接続されており、このサーボモータ６４の駆動力をもって回転可能となっている。第２の回転体２０の回転量はエンコーダ６５ａにより検出可能となっており、エンコーダ６５ａによる回転量の検出値が所定の目標値となるように、モータ制御装置６５がサーボモータ６４の駆動量を制御する。なお、サーボモータ６４およびエンコーダ６５ａは第２のハウジング５１の外周面に絶縁材を介して取り付けられている。
この第２の回転体２０は、第２の軸受け部２２をなす転がり軸受けにより径方向の動作が所要に規制されつつ回転自在にかつ接触状態で支持され、更に、第２の回転体２０の軸芯位置２０aがスピンドル装置１の回転中心軸線１ａ上に設定されるように支持されている。
第２の回転体２０の外周面の下部側には導電リング２３が装着されており、この導電リング２３と対向するように、かつ、軸芯位置２０ａを介して対称位置の２箇所に導電ブラシ２４が設けられ、導電リング２３および導電ブラシ２４は第２の回転体２０と電源６７とを電気的に接続する接続手段をなす。すなわち、導電ブラシ２４はケーブル２５を介して電源６７と接続されており、導電ブラシ２４を第２の回転体２０の径方向から導電リング２３に圧接することにより、電源６７と第２の回転体２０とが電気的に接続される。導電ブラシ２４は、第２のハウジング５１の一部を切り欠いて形成された開口２６に絶縁材２７を介して保持されるとともに、スプリング２８により径方向に付勢されており、より大きな力で導電リング２３を圧接している。これにより、電源６７と第２の回転体２０との間の電気的な接続を確実に行うことができる。
連結手段３０は、導電性の材料で構成されており、図６に示すように、スライドガイド３１と、スライドピストン３２と、を有し、第１の回転体１０と第２の回転体２０との間に配置されている。
スライドガイド３１は、図７に示すように、略円形の平板状をなしている。そして、スライドガイド３１は、中央位置に孔部３１ａが形成されており、この孔部３１ａが装着部となって第２の回転体２０の外周面の下端に装着されている。このスライドガイド３１には外周側から径方向に沿って延びる長孔（連結孔）３１ｂが孔部３１ａを介して対称位置の２箇所に形成されている。つまり長孔（連結孔）３１ｂは第２の回転体２０の側に形成されている。
スライドガイド３１は、図７に示すように、略円形の平板状をなしている。そして、スライドガイド３１は、中央位置に孔部３１ａが形成されており、この孔部３１ａが装着部となって第２の回転体２０の外周面の下端に装着されている。このスライドガイド３１には外周側から径方向に沿って延びる長孔（連結孔）３１ｂが孔部３１ａを介して対称位置の２箇所に形成されている。つまり長孔（連結孔）３１ｂは第２の回転体２０の側に形成されている。
スライドピストン３２は、図８に示すように、略円柱状のシャフト３２ａを有しており、このシャフト３２ａは第１の回転体１０を構成する軸筒１３の外径と略同一の外径をもって形成されている。シャフト３２ａの下端にはシャフト３２ａの軸心位置３２ｇを介して凸部３２ｂが対称位置の２箇所に設けられており、この凸部３２ｂは上述した第１の回転体１０の上端に形成された凹部１３ａに勘合可能な位置に、かつ、勘合可能な寸法に形成されている（図３）。
シャフト３２ａの上端面には略円形の平板３２ｃが装着されている。すなわち、平板３２ｃはその中心位置３２ｃ´がシャフト３２aの軸芯位置３２ｇに径方向において一致するようにシャフト３２aの上端面に装着されており、スライドガイド３１の直径と略同一の寸法で形成されている。
この平板３２ｃの表面側には略円柱状の連結軸３２ｄが平板３２ｃの中心位置３２ｃ´を介して対称位置の２箇所に設けられている。つまり連結軸３２ｄは第１の回転体１０の側に設けられている。
この連結軸３２ｄは、スライドガイド３１に形成された長孔３１ｂに挿入可能となっている。すなわち、各連結軸３２ｄの外径は長孔３１ｂに対し十分に小さい寸法に設定されており、スライドガイド３１の中心位置３１´と平板３２ｃの中心位置３２ｃ´とを径方向において一致させて連結軸３２ｄを長孔３１ｂに挿入したとき、連結軸３２ｄは長孔３１ｂに遊嵌した状態となる。
この平板３２ｃの表面側には略円柱状の連結軸３２ｄが平板３２ｃの中心位置３２ｃ´を介して対称位置の２箇所に設けられている。つまり連結軸３２ｄは第１の回転体１０の側に設けられている。
この連結軸３２ｄは、スライドガイド３１に形成された長孔３１ｂに挿入可能となっている。すなわち、各連結軸３２ｄの外径は長孔３１ｂに対し十分に小さい寸法に設定されており、スライドガイド３１の中心位置３１´と平板３２ｃの中心位置３２ｃ´とを径方向において一致させて連結軸３２ｄを長孔３１ｂに挿入したとき、連結軸３２ｄは長孔３１ｂに遊嵌した状態となる。
より詳しくは、連結軸３２ｄを長孔３１ｂに挿入し、かつ、スライドピストン３２の下端に形成された凸部３２ｂと第１の回転体１０の上端に形成された凹部１３ａとを勘合させることにより第１の回転体１０と第２の回転体２０とが所定の自由度をもって連結可能となる。
そして、更に第２の回転体２０を回転させることにより、図９に示すように、連結軸３２ｄが長孔３１ｂの回転方向上流側の径方向に沿って延びる内面３１ｃ（以下、単に内面３１ｃまたは上流側内面３１ｃとする場合がある）に当接かつ押圧され、第２の回転体２０の回転力が第１の回転体１０に伝達されるとともに、第１の回転体１０は導電ブラシ２５、導電リング２４、第２の回転体２０、および連結手段３０を介して電源６７と電気的に接続可能となる。
すなわち、第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結した状態とは、正確に言えば、第１の回転体１０とスライドピストン３２とが勘合しているときに連結軸３２ｄと長孔３１ｂの内面３１ｃとが当接している状態をいい、連結軸３２ｄと内面３１ｃとが当接する位置は第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結する連結位置として定義される。
ここで、図６に戻り、シャフト３２ａは中間部から下部側にかけて第３のハウジング５２に収納されており、シャフト３２ａの外周面と第３のハウジング５２との間には第３の軸受け部３２ｆをなす僅かな隙間が形成されている。すなわち、第３の軸受け部３２ｆは空気供給装置６２から供給される加圧空気により静圧空気軸受けをなし、図１０に示すように、シャフト３２aは、第３の軸受け部３２ｆにより径方向の動作が所要に規制されつつ第３のハウジング５２に対し回転自在にかつ非接触状態で支持され、更に、シャフト３２aの軸芯位置３２ｇがスピンドル装置１の回転中心軸線１ａ上に設定されるように支持される。本実施形態にあっては、第３の軸受け部３２ｆに供給される加圧空気の圧力は０．４ＭＰａに設定されている。なお、シャフト３２ａの上部は第３のハウジング５２の上面から露出しており、該シャフト３２ａの上部、平板３２ｃ、スライドガイド３１は第２のハウジング５１に収納された状態となっている。
更にシャフト３２ａは下端面の中央部分に凹部３２ｅが形成されており、この凹部３２ｅにツール位置決め部材３３が取り付けられている。すなわち、図１１に示すように、ツール位置決め部材３３は、軸状の長尺な基部３３ａの下端に細径のピン部材３３ｂを備えて構成されており、基部３３ａの上端がシャフト３２ａの凹部３２ｅに差し込まれネジ等の締結具を介して取り付けられるとともに、スライドピストン３２と第１の回転体１０の軸筒１３とを勘合させたときにはピン部材３３ｂの下端がツールホルダ１２のツール取り付け部１２ｂに侵入可能に形成されている。
したがって、スライドピストン３２と第１の回転体１０とを勘合させた状態でツール２の取り付けを行うことで、ツール取り付け部１２ｂにツール２が一定量挿入されたときにツール２の上端がツール位置決め部材３３の下端に接触するので、ツール取り付け部１２ｂに対するツール２の挿入長さを一定に設定することができる。なお、スピンドル装置１には所定の検出手段が備えられており、ツール２の上端とツール位置決め部材３３の下端との接触を確実に検出することができる。
動作手段４０は、図１２に示すように、基部４１と、略Ｃ字状のアーム４２と、動作駆動源としてのエアシリンダ４３と、を有している。
すなわち、アーム４２はスライドピストン３２のシャフト３２ａの外周面に沿って配設されるとともに、アーム４２の内面両端部には凸部４２ａが平板３２ｃの裏面側と当接可能なように設けられている。そして、アームは基部４１の一端部４１ａに設けられるとともに、基部４１の中間部４１ｂが、第２のハウジング５１の一部を切り欠いて形成された開口５１ａの内面に支持軸５１ｂを介して回動自在に支持され、かつ、基部４１の他端部４１ｃが、開口５１ａを介して第２のハウジング５１の外側まで延びて、該他端部４１ｃにエアシリンダ４３の駆動力が上下方向に伝達されるように構成されている。
すなわち、アーム４２はスライドピストン３２のシャフト３２ａの外周面に沿って配設されるとともに、アーム４２の内面両端部には凸部４２ａが平板３２ｃの裏面側と当接可能なように設けられている。そして、アームは基部４１の一端部４１ａに設けられるとともに、基部４１の中間部４１ｂが、第２のハウジング５１の一部を切り欠いて形成された開口５１ａの内面に支持軸５１ｂを介して回動自在に支持され、かつ、基部４１の他端部４１ｃが、開口５１ａを介して第２のハウジング５１の外側まで延びて、該他端部４１ｃにエアシリンダ４３の駆動力が上下方向に伝達されるように構成されている。
よって、エアシリンダ４３を駆動することにより、基部４１の中間部４１ｂを回動中心としてアーム４２が基部４１とともに上下方向に回動する。アーム４２が下方に回動したときは、スライドピストン３２が凸部４２ａに支持されながら下方に移動してスライドピストン３２と第１の回転体１０とが勘合して第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結手段３０を介して連結可能となる。これにより、第１の回転体１０を第２の回転体２０に従属して回転させてサーボモータ６４による角度割り出しを行いながらツール２の補正を行うことができる。
第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結した後においてもアーム４２は第３のハウジング５２の上面５２´に当接する位置まで回動する。これにより、第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結した状態においてはアーム４２の凸部４２ａと平板３２ｃの裏面側とを非接触状態とすることができる（図６参照）。
なお、スライドピストン３２の連結軸３２ｄの長さは、スライドピストン３２が下方に移動して第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結したときにおいてもスライドガイド３１の長孔３１ｂに挿入された状態となるように設定されている（同図６参照）。
なお、スライドピストン３２の連結軸３２ｄの長さは、スライドピストン３２が下方に移動して第１の回転体１０と第２の回転体２０とが連結したときにおいてもスライドガイド３１の長孔３１ｂに挿入された状態となるように設定されている（同図６参照）。
一方、アーム４２が上方に回動したときは、スライドピストン３２が上方に移動してスライドピストン３２と第１の回転体１０との勘合が解除（図４に示す状態）、すなわち第１の回転体１０と第２の回転体２０との連結手段３０による連結状態が解除される。これにより第１の回転体１０を第２の回転体２０に対し独立して回転させてワークの切削加工を行うことができる。なお、スライドピストン３２の上方への移動は平板３２ｃの表面側がスライドガイド３２の裏面側に当接する位置まで行われ、スライドピストン３２はアーム４２の凸部４２ａにより支持された状態となる。
次にツール２を補正する際のスピンドル装置１の動作方法について説明する。
まず、スライドピストン３２が上方位置にあり第１の回転体１０と第２の回転体２０との連結が解除された状態にある場合において、空気供給装置６１，６２を起動して加圧空気を第１の軸受け部１５および第３の軸受け部３２ｆに供給しつつ、動作手段４０のエアシリンダ４３を駆動して、該エアシリンダ４３の駆動力をもってアーム４２を下方に回動させスライドピストン３２を下方に移動させる。
まず、スライドピストン３２が上方位置にあり第１の回転体１０と第２の回転体２０との連結が解除された状態にある場合において、空気供給装置６１，６２を起動して加圧空気を第１の軸受け部１５および第３の軸受け部３２ｆに供給しつつ、動作手段４０のエアシリンダ４３を駆動して、該エアシリンダ４３の駆動力をもってアーム４２を下方に回動させスライドピストン３２を下方に移動させる。
この状態においては、図１３に示すように、スライドピストン３２の凸部３２ｂと第１の回転体１０の凹部１３ａとが勘合しているとは限らないので、サーボモータ６４を駆動して第２の回転体２０を所定量回転させて、長孔３１ｂの内面３１ｃにより連結軸３２ｄを押圧し、スライドピストン３２を所定量回転させる。これにより、図１４に示すように、スライドピストン３２の凸部３２ｂと第１の回転体２０の凹部１３ａとが勘合し、第１の回転体１０を第２の回転体２０に対し従属して回転させることができる。なお、第１の回転体２０の外周面上端部は半周に亘りマーキング１３ｃがなされており、所定の検出手段にてマーキング１３ｃを検出することにより第１の回転体１０の回転すなわちスライドピストン３２の凸部３２ｂと第１の回転体１０の凹部１３ａとの勘合状態を確実に検出する。
続いて、電源６７を起動し導電ブラシ２４、導電リング２３、第２の回転体２０、および連結手段３０を介して第１の回転体１０を電気的に接続し、更にサーボモータ６４を駆動して角度割り出しを行いながらワイヤ放電加工によるツール２の補正を行う。
ここで、第２の回転体２０は第２の軸受け部２３により径方向の動作が所要に規制されているものの導電リング２３に対する導電ブラシ２４の圧接力やベルト２１の張力等により第２の回転体２０に僅かに軸振れが生じることがあるが、第２の回転体２０に軸振れが生じたときに連結軸３２ｄと長孔３１ｂの内面３１ｃとが当接する位置すなわち第１の回転体１０と第２の回転体２０とを連結する連結位置を変化させることにより第１の回転体１０に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体２０から第１の回転体１０に伝達するのを低減させるように連結手段３０により第１の回転体１０と第２の回転体２０とを自由度をもって連結することとしたので、ワークを加工するツール２が取り付けられる第１の回転体１０の軸振れを低減することができる。
より詳しくは例えば図１５および図１６に示すように説明される。すなわち、これらの図に示すように、長孔３１ｂの内面３１ｃに連結軸３２ｄが当接した状態で第２の回転体２０に軸振れが生じたとき、該軸振れにより連結軸３２ｄが内面３１ｃに押圧された状態となる。
このとき、第１の回転体１０およびスライドピストン３２はそれぞれ第１の軸受け部１５および第３の軸受け部３２ｆにより径方向には動作が所要に規制されるとともに、回転方向には動作は規制されていないので、第１の回転体１０およびスライドピストン３２はスピンドル装置１の回転中心軸線１ａ上に設定されているそれぞれの軸芯位置１０ａ，３２ｇを変化させることなく、軸振れによる内面３１ｃの連結軸３２ｄに対する押圧力によって該軸心位置１０ａ，３２ｇを回転中心として回転方向に所定量α回転する。
このように第１の回転体１０が所定に回転するとき、内面３１ｃにおける連結軸３２ｄが当接している位置も第２の回転体２０の軸振れの前後でＡからＢに変化する。この当接位置の変化は連結軸３２ｄが長孔３１ｂに遊嵌していることにより許容される。
すなわち、第２の回転体２０に軸振れが生じたときに連結軸３２ｄと長孔３１ｂの内面３１ｃとが当接する位置すなわち第１の回転体１０と第２の回転体２０とを連結する連結位置を変化させつつ該連結位置に作用する軸振れによる押圧力によって第１の回転体１０を所定に回転させることにより第１の回転体１０に軸振れを生じさせる方向の力が第２の回転体２０から第１の回転体１０に伝達するのを低減させるように第１の回転体１０と第の回転体２０とを連結手段により遊嵌させて連結することとしたので、ツールが取り付けられる第１の回転体１０の軸振れを低減させることができる。
ここで、図１７に示すように、他方の長孔３１ｂにおいては、第２の回転体２０の軸振れにより連結軸３２ｄは上流側内面３１ｃから離間して該内面３１ｃとの当接状態が解除されるとともに、長孔３１ｂの回転方向下流側の径方向に沿って延びる内面３１ｄ（以下、単に下流側内面３１ｄとする場合がある）には接近することとなるが、連結軸３２ｄおよび長孔３１ｂの寸法等は、第２の回転体２０に想定される最大の軸振れが生じたときにも、一方の連結軸３２ｄが長孔３１ｂの上流側内面３１ｃに当接可能に、かつ、該軸振れに対応して第１の回転体１０が所定量回転するように設定されるとともに、他方の連結軸３２ｄは下流側内面３１ｄに当接することのないように設定される。
なお、図１８に示すように、第２の回転体２０の軸振れが長孔３１ｂの内面３１ｃに沿って生じたときは、内面３１ｃの連結軸３２ｄに対する押圧力は殆ど作用せず、該軸振れによる第１の回転体１０の回転量は殆どゼロとなり、内面３１ｃにおける連結軸３２ｄが当接している位置のみが変化することになる。
続いて、ツール２の補正に際し第２の回転体２０を停止させるときは、タービンブレード１４の停止側系統６０ｂを開放して僅かに加圧空気を供給しておく。
つまり、図１９に示すように、第２の回転体２０を停止させると、慣性力により第１の回転体１０およびスライドピスト３２がなおも回転して連結軸３２ｄが長孔３１ｂの下流側内面３１ｄに衝突し第１の回転体１０に軸振れを生じることがあるので、第２の回転体２０を停止させるときには、停止側系統６０ｂから僅かに加圧空気を供給して第１の回転体１０およびスライドピストン３２に回転方向とは反対方向に僅かな力を作用させる。
つまり、図１９に示すように、第２の回転体２０を停止させると、慣性力により第１の回転体１０およびスライドピスト３２がなおも回転して連結軸３２ｄが長孔３１ｂの下流側内面３１ｄに衝突し第１の回転体１０に軸振れを生じることがあるので、第２の回転体２０を停止させるときには、停止側系統６０ｂから僅かに加圧空気を供給して第１の回転体１０およびスライドピストン３２に回転方向とは反対方向に僅かな力を作用させる。
これにより、第２の回転体２０の停止時に連結軸３２ｄが下流側内面３１ｄに衝突することが防止され第１の回転体１０の軸振れを低減することができる。なお、停止側系統６０ｂから供給される加圧空気の圧力は０．０３ＭＰａ程度に設定される。
次いで、ツール２の補正が終了し、ワークの切削加工を行うときは、動作手段４０のエアシリンダ４３を駆動し、該エアシリンダ４３の駆動力をもってアーム４２を上方に回動させ、スライドピストン３２の凸部３２ｂと第１の回転体１０の凹部１３ａとの勘合状態を解除する。そして、空気供給装置６０を起動して加圧空気をタービンブレード１４に供給する。
これにより、第１の回転体１０を第２の回転体２０に対して独立に回転させつつワークの切削加工を行うことができる。本実施形態にあっては、第１の回転体１０はエアタービン１１により構成されるとともに、静圧空気軸受けをなす第１の軸受け部１５により非接触状態で支持されているのでより高速で回転させることができ、特に小径のツールにおける切削加工において該ツールの周速が所要に確保されるのでより有効となる。第１の回転体１０の回転数は最大で１２００００ｒｐｍに設定することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の応用実施または変形実施が可能であることは勿論である。
例えば、上述した実施形態にあっては、第２の回転体２０とサーボモータ６４の駆動軸６４ａとをベルト２１を介して接続しているが、図２０に示すように、第２の回転体２０の上方にサーボモータ６４を配置するとともに、サーボモータ６４の駆動軸６４ａを第２の回転体２０に直接接続することとしてもよい。
例えば、上述した実施形態にあっては、第２の回転体２０とサーボモータ６４の駆動軸６４ａとをベルト２１を介して接続しているが、図２０に示すように、第２の回転体２０の上方にサーボモータ６４を配置するとともに、サーボモータ６４の駆動軸６４ａを第２の回転体２０に直接接続することとしてもよい。
すなわち、このような構成とすることで、ベルト２１が省略されて該ベルト２１の張力による第２の回転体２０の軸振れを低減させることができ、第１の回転体１０と第２の回転体２０とを連結したときの第１の回転体１０の軸振れが低減される。なお、この場合においては、サーボモータ６４をハウジング５１内に収納するとともに、エンコーダ６５ａについてもサーボモータ６４の上面に設置する等してハウジング５１内に収納することとしてもよい。
本発明は、スピンドル装置に利用できる。具体的にはワークを加工するツールが取り付けられる回転体の軸振れを低減させる場合に役立つ。
１：スピンドル装置
１ａ：スピンドル装置の回転中心軸線
２：ツール
１０：第１の回転体
１０ａ：第１の回転体の軸心位置
１１：エアタービン
１２：ツールホルダ
１２ａ：中空部
１２ｂ：ツール取り付け部
１３：軸筒
１３ａ：凹部
１３ｂ：中空部
１４：タービンブレード
１５：第１の軸受け部
２０：第２の回転体
２０ａ：第２の回転体の軸芯位置
２１：ベルト
２２：第２の軸受け部
２３：導電リング
２４：導電ブラシ
２５：ケーブル
２６：開口
２７：絶縁材
２８：スプリング
３０：連結手段
３１：スライドガイド
３１´：スライドガイドの中心位置
３１ａ：孔部
３１ｂ：長孔
３１ｃ：内面（上流側）
３１ｄ：内面（下流側）
３２：スライドピストン
３２ａ：シャフト
３２ｂ：凸部
３２ｃ：平板
３２ｃ´：平板の中心位置
３２ｄ：連結軸
３２ｅ：凹部
３２ｆ：第３の軸受け部
３２ｇ：シャフトの軸芯位置
３３：ツール位置決め部材
３３ａ：基部
３３ｂ：ピン部材
４０：動作手段
４１：基部
４１ａ：一端部
４１ｂ：中間部
４１ｃ：他端部
４２：アーム
４２ａ：凸部
４３：エアシリンダ
５０：第１のハウジング
５１：第２のハウジング
５１ａ：開口
５１ｂ：支持軸
５２：第３のハウジング
５２´：上面
６０：空気供給装置
６０ａ：起動側系統
６０ｂ：停止側系統
６１：空気供給装置
６２：空気供給装置
６４：サーボモータ
６４ａ：駆動軸
６５：モータ制御装置
６５ａ：エンコーダ
６６：ツール取り付け装置
６７：電源
１００：回転体
１００ａ：回転体の軸芯位置
１０１：導電リング
１０２：導電ブラシ
１ａ：スピンドル装置の回転中心軸線
２：ツール
１０：第１の回転体
１０ａ：第１の回転体の軸心位置
１１：エアタービン
１２：ツールホルダ
１２ａ：中空部
１２ｂ：ツール取り付け部
１３：軸筒
１３ａ：凹部
１３ｂ：中空部
１４：タービンブレード
１５：第１の軸受け部
２０：第２の回転体
２０ａ：第２の回転体の軸芯位置
２１：ベルト
２２：第２の軸受け部
２３：導電リング
２４：導電ブラシ
２５：ケーブル
２６：開口
２７：絶縁材
２８：スプリング
３０：連結手段
３１：スライドガイド
３１´：スライドガイドの中心位置
３１ａ：孔部
３１ｂ：長孔
３１ｃ：内面（上流側）
３１ｄ：内面（下流側）
３２：スライドピストン
３２ａ：シャフト
３２ｂ：凸部
３２ｃ：平板
３２ｃ´：平板の中心位置
３２ｄ：連結軸
３２ｅ：凹部
３２ｆ：第３の軸受け部
３２ｇ：シャフトの軸芯位置
３３：ツール位置決め部材
３３ａ：基部
３３ｂ：ピン部材
４０：動作手段
４１：基部
４１ａ：一端部
４１ｂ：中間部
４１ｃ：他端部
４２：アーム
４２ａ：凸部
４３：エアシリンダ
５０：第１のハウジング
５１：第２のハウジング
５１ａ：開口
５１ｂ：支持軸
５２：第３のハウジング
５２´：上面
６０：空気供給装置
６０ａ：起動側系統
６０ｂ：停止側系統
６１：空気供給装置
６２：空気供給装置
６４：サーボモータ
６４ａ：駆動軸
６５：モータ制御装置
６５ａ：エンコーダ
６６：ツール取り付け装置
６７：電源
１００：回転体
１００ａ：回転体の軸芯位置
１０１：導電リング
１０２：導電ブラシ
Claims (6)
- ワークを加工するツールが取り付けられ第１の軸受けに回転自在に支持される第１の回転体と、
第２の軸受けに回転自在に支持される第２の回転体と、
前記第２の回転体と電源とを電気的に接続する接続手段と、
前記第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と前記第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ前記連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、前記第２の回転体に軸振れが生じたときに、前記第１の回転体と前記第２の回転体とを連結する連結位置として定義される前記連結孔の内面と前記連結軸とが当接する位置を変化させることにより前記第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が前記第２の回転体から前記第１の回転体に伝達するのを低減させるように前記第１の回転体と前記第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段と、
を有することを特徴とするスピンドル装置。 - ワークを加工するツールが取り付けられ第１の軸受けに回転自在に支持される第１の回転体と、
第２の軸受けに回転自在に支持される第２の回転体と、
前記第２の回転体と電源とを電気的に接続する接続手段と、
前記第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と前記第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ前記連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、前記第２の回転体に軸振れが生じたときに、前記第１の回転体と前記第２の回転体とを連結する連結位置として定義される前記連結孔の内面と前記連結軸とが当接する位置を変化させつつ前記第１の回転体を所定に回転させることにより前記第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が前記第２の回転体から前記第１の回転体に伝達するのを低減させるように前記第１の回転体と前記第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段と、
を有することを特徴とするスピンドル装置。 - ワークを加工するツールが取り付けられ第１の軸受けに回転自在に支持される第１の回転体と、
第２の軸受けに回転自在に支持される第２の回転体と、
前記第２の回転体と電源とを電気的に接続する接続手段と、
前記第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか一方の側に形成される連結孔と前記第１の回転体および前記第２の回転体のいずれか他方の側に設けられ前記連結孔に遊嵌する連結軸とを有し、前記第２の回転体に軸振れが生じたときに、前記第１の回転体と前記第２の回転体とを連結する連結位置として定義される前記連結孔の内面と前記連結軸とが当接する位置を変化させつつ前記連結位置に作用する前記軸振れによる押圧力によって前記第１の回転体を所定に回転させることにより前記第１の回転体に軸振れを生じさせる方向の力が前記第２の回転体から前記第１の回転体に伝達するのを低減させるように前記第１の回転体と前記第２の回転体とを遊嵌させて連結する連結手段と、
を有することを特徴とするスピンドル装置。 - 前記連結手段による前記第１の回転体と前記第２の回転体との連結動作を行うとともに、前記連結の解除動作を行う動作手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のスピンドル装置。
- 前記第１の軸受けは静圧気体軸受けとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のスピンドル装置。
- 前記第１の回転体は加圧空気により回転駆動するエアタービンにより構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のスピンドル装置。
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