JP5044738B2 - 砥石軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、内面研削盤等に具備された砥石軸装置の砥石スピンドル（軸）を、砥石スピンドルの軸方向に沿って往復動させるレシプロ機構を備えた砥石軸装置に関するものである。

レシプロ機構を備えた砥石軸装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開平８−１２６９５７号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている発明では、全体として大きなマスを有するスライドベースおよび砥石ヘッドを往復動させる構成となっているため、往復動の速度（振幅速度）を速くすることができないといった問題点があった。
また、スライドベースおよび砥石ヘッドを往復動させるのに出力の大きなモータが必要となり、装置全体が大型化してしまうといった問題点もあった。
さらに、スライドベースおよび砥石ヘッドを往復動させるオシレートリンクの一端部がスライドベースの後端面に取り付けられており、砥石スピンドルとオシレートリンクの一端部との間が離間することとなる。そのため、スライドベースおよび砥石ヘッドをワークの側に移動させると砥石が上方に若干移動し、スライドベースおよび砥石ヘッドをワークと反対の側に移動させると砥石が下方に若干移動することとなり、加工（研削）精度が悪くなってしまうといった問題点もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、主として、往復動の速度を速めることができ、装置全体の小型化を図ることができる砥石軸装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明の参考例としての発明による砥石軸装置は、回転可能に支持されたスピンドルと、前記スピンドルの先端に取り付けられた砥石と、前記スピンドルを収容するスピンドル筐体と、前記スピンドル、前記砥石、および前記スピンドル筐体を備えた砥石用スピンドルモータを、前記スピンドルの回転軸線に沿って往復移動させるレシプロ機構と、前記砥石用スピンドルモータの往復移動をガイドするガイド手段とを備え、前記ガイド手段が、前記スピンドル筐体の外形面そのものを静圧ガイド面として用いる静圧ガイド面構造と、この静圧ガイド面と対向する位置に設けられ、かつ、この静圧ガイド面との間に流体の静圧を生じさせる静圧パッドとを備えている。

本発明による砥石軸装置によれば、流体の静圧を利用して支持された、比較的軽量の砥石用スピンドルモータが、レシプロ機構により往復移動させられる構成となっている。したがって、砥石用スピンドルモータの往復動の速度を速めることができるとともに、レシプロ機構の構成要素として低出力の駆動モータを使用することができ、装置全体の小型化を図ることができる。

上記砥石軸装置において、前記レシプロ機構の一端部が、前記スピンドル筐体の後端面中央部に取り付けられているとさらに好適である。

このような砥石軸装置によれば、レシプロ機構の一端部が、スピンドル筐体の後端面中央部、すなわち、スピンドルの回転軸線上に取り付けられているので、スピンドル筐体を往復動させる際の砥石のブレ（移動）をなくすことができて、ワークの研削（加工）精度を向上させることができる。

上記砥石軸装置において、前記レシプロ機構の一端部と、前記スピンドル筐体の後端面中央部とが、鉛直軸線回りに回転する偏心カムフォロアを介して連結されているとさらに好適である。

このような砥石軸装置によれば、偏心カムフォロアを回転させることにより、スピンドル筐体の前端面から砥石（またはスピンドル）の先端までの距離を容易に調整することができる。

本発明は、砥石をドレッシングするドレス装置の回転軸に平行な回転軸線回りに回転可能に支持されたスピンドルと、前記スピンドルの先端に取り付けられ、ワークを研削する前記砥石と、前記スピンドルを収容するスピンドル筐体と、前記スピンドル、前記砥石、および前記スピンドル筐体を備えた砥石用スピンドルモータを、前記スピンドルの回転軸線に沿って往復移動させるレシプロ機構と、前記砥石用スピンドルモータの往復移動をガイドするガイド手段と、前記スピンドル筐体の後端面中央部と前記レシプロ機構の一端部とを連結し、前記ワークに対して近接または離間する方向に前記砥石用スピンドルモータの往復移動位置を変更可能な偏心カムフォロアとを備え、前記ガイド手段が、前記スピンドル筐体の外形面そのものを静圧ガイド面として用いる静圧ガイド面構造と、この静圧ガイド面と対向する位置に設けられ、かつ、この静圧ガイド面との間に流体の静圧を生じさせる静圧パッドとを備え、前記レシプロ機構が、前記ドレス装置の回転軸および前記スピンドルの回転軸線に直交する方向に延びる駆動軸に対して偏心した中心軸を有し該駆動軸回りに回転可能な偏心円板と、該偏心円板が駆動軸回りに回転することによりその偏心量に応じて、前記ドレス装置と前記砥石とが近接する方向に直交する鉛直方向および／または前記回転軸線に沿う方向に往復運動するヨークとを備え、該ヨークの前記鉛直方向の動きを吸収して前記回転軸線に沿う方向の動きを前記砥石軸用スピンドルモータに伝達する砥石軸装置を提供する。
本発明においては、前記偏心カムフォロアが、前記スピンドルの回転軸に対して垂直な中心軸回りに回転可能に設けられていることとしてもよい。
本発明による研削盤は、砥石用スピンドルモータの往復動の速度を速めることができるとともに、装置全体の小型化を図ることができる砥石軸装置を具備している。

本発明による研削盤によれば、加工（研削）作業の効率化を図ることができ、加工（研削）に要する作業時間を短縮することができるとともに、装置全体の小型化を図ることができる。

本発明によれば、往復動の速度を速めることができ、装置全体の小型化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係る砥石軸装置の一実施形態を、図１ないし図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る砥石軸装置を具備した研削盤（例えば、内面研削盤）のレイアウトを説明するための概略全体平面図、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は図１中の矢印Ａに沿って見た変換部の概略正面図である。

図１に示すように、研削盤１は、ベース３上に設けられて砥石４を保持する砥石軸装置（以下、「ｚ軸テーブル」という。）１０と、このｚ軸テーブル（砥石側テーブル）１０に対向配置されたｘ軸テーブル（ワーク側テーブル）１１と、このｘ軸テーブル１１上に設けられ、ワーク５を保持する主軸テーブル（ワーク側テーブル）１２とを備えている。
なお、本実施形態にかかるｘ軸は、図１に示すように、ｚ軸（砥石用スピンドルモータ１８の砥石軸１９の回転軸線と平行な方向、すなわち、図１において左右方向）に対して斜めに交わるように配置されている。

ｚ軸テーブル１０は、ベース３上に固定されたｚ軸案内基部１４と、このｚ軸案内基部１４上に設けられ、ｚ軸方向に移動するｚ軸移動テーブル１６と、このｚ軸移動テーブル１６上に固定された砥石用スピンドルモータ１８とを備えている。
ｚ軸移動テーブル１６は、ｚ軸駆動モータ２０によって駆動される送りネジ（図示せず）によって、ｚ軸案内基部１４に対してｚ軸方向に移動するようになっている。ｚ軸案内基部１４とｚ軸移動テーブル１６との対向面間（図示せず）には、潤滑油が供給されるようになっており、この潤滑油の静圧によって対向面間のクリアランスが確保されることにより（いわゆる静圧案内により）、ｚ軸移動テーブル１６がｚ軸案内基部１４に対して円滑に移動できるようになっている。

砥石用スピンドルモータ１８は、スピンドル筐体４０と、砥石軸（スピンドル）１９とを備えている。
スピンドル筐体４０は中空円筒状の部材であり、このスピンドル筐体４０の内側には、ベアリング等を介して砥石軸１９が軸受け支持されている。そして、この砥石軸１９は、砥石用スピンドルモータ１８に電源が供給されることによって、その回転軸線回りに回転するようになっている。また、この砥石軸１９の先端には、ワーク５の形状に応じた砥石４が取り付けられており、砥石軸１９が回転すると砥石４も一緒に砥石軸１９の回転軸線回りに回転することとなる。

砥石用スピンドルモータ１８は、モータ収容ハウジング４１の内側に収容されている。また、スピンドル筐体４０とモータ収容ハウジング４１との間には、図２に示すようなガイド手段４２が設けられているとともに、モータ収容ハウジング４１に対して、砥石用スピンドルモータ１８全体が、砥石軸１９の回転軸線に沿って往復移動可能な構成とされている。

図２に示すように、ガイド手段４２は、静圧ガイド面４３と、静圧パッド４４とを備えている。本実施形態では、スピンドル筐体４０の外形面である円筒外形円弧面そのものを静圧ガイド面４３として用いる静圧ガイド面構造を採用している。そして、このようなスピンドル筐体４０の円筒外形円弧面からなる静圧ガイド面４３と対向する位置に静圧パッド４４が設けられている。

静圧パッド４４は、静圧ガイド面４３との間に流体（本実施形態では「潤滑油（油圧駆動用の潤滑油）」を用いている。）の静圧を生じさせる手段である。また、本実施形態では、図２に示したように、スピンドル筐体４０の円筒外形円弧面の周方向に均等の間隔、具体的にはスピンドル筐体４０の軸心周りに９０°間隔で放射状に、静圧パッド４４が合計４つ配置される構造を採っている。なお、この静圧パッド４４の数は必要に応じて適宜変更することができる。また、流体として「研削液」を使用することもできる。

各静圧パッド４４は、いずれも静圧ガイド面４３と同じような円弧形状で広くて浅い溝の形態からなり、かつ、その溝上面側が静圧ガイド面４３に向かって開口し連通する構造となっている。
このような溝形態からなる各静圧パッド４４は、いずれもモータ収容ハウジング４１の内側に形成されている。すなわち、本実施形態ではｚ軸移動テーブル１６上に固定されたモータ収容ハウジング４１を有し、このモータ収容ハウジング４１の内側には、スピンドル筐体４０の外径よりも若干大径のモータ収容スリーブ４５が設けられている。そして、スピンドル筐体４０の大部分が、このモータ収容スリーブ４５内に収容されているとともに、モータ収容スリーブ４５の内面４箇所を溝状に削り取ることで、４つの静圧パッド４４が形成されている。

モータ収容ハウジング４１には４つの静圧パッド４４に流体として潤滑油を圧送するための流体供給通路４６が設けられている。この流体供給通路４６は主通路（図示せず）と、分岐通路４７とを備えており、主通路は図示しない潤滑油供給機側に連通する構造となっている。一方、分岐通路４７は主通路から４方向に分岐して４つの静圧パッド４４にそれぞれ連通する構造となっている。

したがって、本実施形態の場合は、図示しない潤滑油供給機からモータ収容ハウジング４１の主通路側に潤滑油が圧送される。そして、この潤滑油がモータ収容ハウジング４１の分岐通路４７を介して４つの静圧パッド４４側にそれぞれ供給される。
また、全ての分岐通路４７の途中には絞り部（図示せず）が設けられている。したがって、この絞り部により絞られ減圧された潤滑油が静圧パッド４４側に供給され、これにより、静圧パッド４４と静圧ガイド面４３との間に潤滑油による静圧が発生する。

なお、静圧パッド４４に供給された潤滑油は、最終的には、静圧パッド４４と同じ面、すなわち、モータ収容スリーブ４５の内面に形成されているドレン溝（図示せず）を通って、砥石用スピンドルモータ１８の下方へ排出された後、回収・ろ過等の処理を経て再利用される。

図１に示すように、ｘ軸テーブル１１は、ベース３上に設置されたｘ軸案内基部２２と、このｘ軸案内基部２２上に設けられ、ｚ軸に斜めに交差するｘ軸方向に移動するｘ軸移動テーブル２４とを備えている。このｘ軸移動テーブル２４は、ｘ軸駆動モータ２６によって駆動される送りネジ（図示せず）によって、ｘ軸案内基部２２に対してｘ軸方向に移動するようになっている。ｘ軸案内基部２２とｘ軸移動テーブル２４との対向面間（図示せず）には、潤滑油が供給されるようになっており、この潤滑油の静圧によって対向面間のクリアランスが確保されることにより（いわゆる静圧案内により）、ｘ軸移動テーブル２４がｘ軸案内基部２２に対して円滑に移動できるようになっている。

また、ｘ軸案内基部２２は、ベース３に対して、第１回動ピン（図示せず）回りに回動可能となっている。第１回動ピンは、ｚ軸テーブル１０側に位置しており、その軸線の上方延長線上にはワーク５が位置している。この第１回動ピン回りに、ｘ軸テーブル１１は、上方に設置された主軸テーブル１２とともに、引張りネジ３０によって回動される。

引張りネジ３０は、ベース３に固定されたベース側ブラケット３０ａと、ｘ軸案内基部２２に固定されたｘ軸テーブル側ブラケット３０ｂとの間に、六角頭付きボルト３０ｃが渡された構成とされている。ボルト３０ｃは、六角頭部を有する一端がベース側ブラケット３０ａに対してその軸線方向の移動を拘束された状態で回転可能に支持されている。ｘ軸テーブル側ブラケット３０ｂには傾転可能なナット３０ｄが収容されており、このナット３０ｄに対してボルト３０ｃの軸部である他端側が螺合されている。ボルト３０ｃを回転させることにより、ベース側ブラケット３０ａとｘ軸テーブル側ブラケット３０ｂとの間の距離を変化させて、ｘ軸テーブル１１および主軸テーブル１２を第１回動ピン回りに回動させることができる。

ｘ軸案内基部２２は、引張りネジ３０によって回動位置が決定された後に、固定ボルト２２ａをベース３に形成された雌ねじ穴３ａに対して螺結することにより、固定される。なお、ベース３に形成された雌ねじ穴３ａは、図１に示すように、所望の回動位置ごとに複数形成されている。

主軸テーブル１２は、スイベルテーブル３２と、主軸駆動モータ３４と、ワーク５を保持する主軸本体３６と、ドレス装置３７とを備えている。

スイベルテーブル３２は、ｘ軸移動テーブル２４上に設置されており、このｘ軸移動テーブル２４に対して第２回動ピン（図示せず）回りに回動するようになっている。第２回動ピンは、第１回動ピンと同様に、ｚ軸テーブル１０側に位置しており、その軸線の上方延長線上にはワーク５が位置している。このように、第１回動ピンおよび第２回動ピンの軸線が一致しており、かつ、この軸線の延長線上にワーク５が位置していることになる。換言すると、ｘ軸テーブル１１の回動中心と主軸テーブル１２の回動中心とが一致するとともに、これら回動中心を通る直線（軸線：延長線）がワーク５を通過するようになっている。なお、好ましくは、この回動中心を通る直線は、ワーク５の中心（より具体的にはワーク５を平面視した場合の中心）を通るように設定される。

主軸駆動モータ３４は、スイベルテーブル３２上に固定されており、主軸本体３６に対して駆動力を与えるものであり、例えば、電動モータが用いられる。主軸駆動モータ３４の駆動力は、主軸駆動モータ３４側のプーリ３４ａ、ベルト３５、および主軸本体３６側のプーリ３６ａを介して、主軸本体３６へと伝達される。

主軸本体３６は、スイベルテーブル３２上に固定されており、プーリ３６ａから伝達される駆動力によって回転される回転軸（主軸）７を備えている。また、回転軸７の先端には、チャック（図示せず）を介してワーク５が取付け可能となっている。

ドレス装置３７は、スイベルテーブル３２上に固定されており、スイベルテーブル３２のｚ軸テーブル１０側すなわち砥石４側の一端に配置されている。すなわち、ｘ軸移動テーブル２４を、図１において左下方向に移動することにより、ドレス装置３７が砥石４に接近してドレス作業ができる位置に、ドレス装置３７が配置されている。

さてここで、本実施形態に係る砥石軸装置１０に具備されたレシプロ機構５０について図１および図３を用いて説明する。
レシプロ機構５０は、駆動軸５１と、この駆動軸５１を回転駆動する駆動モータ５２と、駆動軸５１の回転運動を往復直線運動に変換する変換部５３と、スピンドル筐体４０の後端面（図１において右側の端面）と変換部５３とを連結する連結部５４とを主たる要素として構成されている。

駆動軸５１は、駆動モータ５２に電源が供給されることによって、その回転軸線Ｃ１回りに回転するようになっている（本実施形態では毎分１千回転で回転する駆動モータ５２が採用されている。）。また、この駆動軸５１の先端部には、変換部５３を構成する偏心円板５５が、図３に示すように、その中心軸線Ｃ２が駆動軸５１の回転軸線Ｃ１上からずれた位置（離間した位置）にくるように取り付けられている。そして、駆動軸５１が回転すると偏心円板５５も一緒に回転することとなる。

変換部５３は、駆動軸に取り付けられた偏心円板５５と、第１のヨーク５６と、第２のヨーク５７とを備えている。
第１のヨーク５６の中央部には、偏心円板５５の外周面と嵌合（係合）する内周面を有する貫通孔５６ａが設けられており、第１のヨーク５６の周縁部には、複数個（本実施形態では３個）のカムフォロア５８が取り付けられている。また、偏心円板５５の外周面と第１のヨーク５６の内周面との間にはベアリング５９（図１参照）が設けられている。

第２のヨーク５７の中央部には、第１のヨーク５６を鉛直方向（図３において上下方向）に移動可能に収容するとともに、平面視矩形形状を呈する開口部５７ａが設けられている。また、カムフォロア５８の転動面５８ａは、鉛直方向に沿って延びる開口部５７ａの内周面５７ｂと当接（接触）するように、すなわち、カムフォロア５８が開口部５７ａの内周面５７ｂ上を転がるようになっている。

一方、第２のヨーク５７の上部および下部には、水平方向（図３において左右方向）に沿ってガイド６０がそれぞれ設けられている。また、第２のヨーク５７は、複数個（本実施形態では４個）の固定部材６１を介して水平方向に摺動可能に取り付けられている。

図１に示すように、連結部５４は平面視Ｌ字形状を呈する部材であり、その一端部は第２のヨーク５７の一側面（図１において左側の側面：図３において右側の側面）に取付部材６２を介して取り付けられているとともに、その他端部はカムフォロア６３を介してスピンドル筐体４０の後端面中央部に取り付けられたアーム６４に取り付けられている。

つぎに、上記構成を有するレシプロ機構５０の動作について説明する。
駆動モータ５２に電源が供給されて、その回転軸線Ｃ１回りに駆動軸５１が回転すると、駆動軸５１の先端部に取り付けられた偏心円板５５も回転軸線Ｃ１回りに回転する。このとき、偏心円板５５の中心軸線Ｃ２と、駆動軸５１の回転軸線Ｃ１とは、図３に示すように若干（例えば、０．数mm〜５mm）離間しているため、第１のヨーク５５は鉛直方向に若干（例えば、０．数mm〜１０mm）、および／または水平方向に若干（例えば、０．数mm〜１０mm）往復運動することとなる。第１のヨーク５５の鉛直方向の動きは第２のヨーク５７の開口部５７ａ内を第１のヨーク５６が鉛直方向に往復移動することにより吸収され、第１のヨーク５５の水平方向の動きは第２のヨーク５７の水平方向の動きとなって取り出される。そして、この第２のヨーク５７の水平方向の動きは、連結部５４を介してスピンドル筐体４０に伝達され、砥石用スピンドルモータ１８全体が砥石軸１９の回転軸線に沿って往復運動させられることとなる。

本実施形態に係る砥石軸装置１０によれば、流体の静圧を利用してモータ収容ハウジング４１に支持された、比較的軽量の砥石用スピンドルモータ１８を往復移動させる構成となっているので、砥石用スピンドルモータ１８の往復動の速度を速めることができるとともに、低出力の駆動モータ５２を使用することができ、装置全体の小型化を図ることができる。
また、連結部５４の他端部が、スピンドル筐体４０の後端面中央部、すなわち、砥石軸１９の回転軸線上に取り付けられているので、スピンドル筐体４０を往復動させる際の砥石４のブレ（移動）をなくすことができて、ワーク５の加工（研削）精度を向上させることができる。

さらに、スピンドル筐体４０とモータ収容ハウジング４１との間に流体（潤滑油）が供給される構成となっているので、この流体を用いてスピンドル筐体４０、すなわち、砥石用スピンドルモータ１８を冷却することができる。

なお、上述した実施形態において、連結部５４の他端部と、スピンドル筐体４０の後端面に取り付けられたアーム６４との間に、カムフォロア６３の代わりに偏心カムフォロアが設けられているとさらに好適である。
連結部５４の他端部と、スピンドル筐体４０の後端面に取り付けられたアーム６４との間に偏心カムフォロアが設けられている場合、この偏心カムフォロアを挟み込んでいる連結部５４の他端部を解放して偏心カムフォロアを回転可能な状態とした後、この偏心カムフォロアを回転させることにより、モータ収容ハウジング４１の前端面から砥石４（または砥石軸１９）の先端までの距離を容易に調整することができる。

本発明の一実施形態に係る砥石軸装置を具備した研削盤のレイアウトを説明するための概略全体平面図である。 図１のII−II矢視断面図である。 図１中の矢印Ａに沿って見た変換部の概略正面図である。

符号の説明

１ 研削盤
４ 砥石
１０ 砥石軸装置
１８ 砥石用スピンドルモータ
１９ 砥石軸（スピンドル）
４０ スピンドル筐体
４２ ガイド手段
４３ 静圧ガイド面
４４ 静圧パッド
５０ レシプロ機構

Claims (3)

1. 砥石をドレッシングするドレス装置の回転軸に平行な回転軸線回りに回転可能に支持されたスピンドルと、
   前記スピンドルの先端に取り付けられ、ワークを研削する前記砥石と、
   前記スピンドルを収容するスピンドル筐体と、
   前記スピンドル、前記砥石、および前記スピンドル筐体を備えた砥石用スピンドルモータを、前記スピンドルの回転軸線に沿って往復移動させるレシプロ機構と、
   前記砥石用スピンドルモータの往復移動をガイドするガイド手段と、
   前記スピンドル筐体の後端面中央部と前記レシプロ機構の一端部とを連結し、前記ワークに対して近接または離間する方向に前記砥石用スピンドルモータの往復移動位置を変更可能な偏心カムフォロアとを備え、
   前記ガイド手段が、前記スピンドル筐体の外形面そのものを静圧ガイド面として用いる静圧ガイド面構造と、この静圧ガイド面と対向する位置に設けられ、かつ、この静圧ガイド面との間に流体の静圧を生じさせる静圧パッドとを備え、
   前記レシプロ機構が、前記ドレス装置の回転軸および前記スピンドルの回転軸線に直交する方向に延びる駆動軸に対して偏心した中心軸を有し該駆動軸回りに回転可能な偏心円板と、該偏心円板が駆動軸回りに回転することによりその偏心量に応じて、前記ドレス装置と前記砥石とが近接する方向に直交する直交方向および／または前記回転軸線に沿う方向に往復運動するヨークとを備え、該ヨークの前記直交方向の動きを吸収して前記回転軸線に沿う方向の動きを前記砥石軸用スピンドルモータに伝達する砥石軸装置。
2. 前記偏心カムフォロアが、前記スピンドルの回転軸に対して垂直な中心軸回りに回転可能に設けられている請求項１に記載の砥石軸装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の砥石軸装置を具備してなる研削盤。

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