JPH08252706A

JPH08252706A - ボール盤

Info

Publication number: JPH08252706A
Application number: JP8606995A
Authority: JP
Inventors: Takashi Naito; 内藤　　孝
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 1995-03-18
Filing date: 1995-03-18
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】直径４０ｍｍ程度の太いドリルであっても、フ
ライホィールに蓄積された大きな運動のエネルギによっ
てドリルに大きな付加的なトルクを与え、ワークからの
抜け際にワークに食い付きを起こして停止せず、滑らか
に穴あけ作業を終了させることができるようにする。【構成】ボール盤の一例たるラジアルボール盤１１にお
いて、ドリル１２の駆動源からチャック１３に至る動力
伝達経路の一部に、これらの回転体の慣性モーメントよ
りもはるかに大きい慣性モーメントを有するフライホィ
ール１５を装着する構成を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボール盤に係り、特に
ドリルの駆動源からチャックに至る動力伝達経路の一部
に、これらの回転体の慣性モーメントよりもはるかに大
きい慣性モーメントを有するフライホィールを装着する
ことにより、直径４０ｍｍ程度の太いドリルであって
も、ワークからの抜け際にワークに食い付きを起こして
停止せず、滑らかに穴あけ作業を終了させることができ
るようにしたボール盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６及び図７において、従来のボール盤
１においては、電動モータ等の駆動源（図示せず）から
ドリル２用のチャック３に至るまでの経路において、ス
ピンドル４の下端４ａにはチャック３が装着され、該チ
ャックによりドリル２がスピンドル４に固定されるよう
になっている。

【０００３】しかし、電動モータ等の駆動源からドリル
２用のチャック３に至るまでの経路には、特に大きな慣
性モーメントを有する回転体は装着されていなかった。
このため、駆動源からチャック３に至るまでの各回転体
の慣性モーメントは、電動モータのロータ及び回転軸の
慣性モーメントと、スピンドルの慣性モーメントと、チ
ャックの慣性モーメントと、ドリルの慣性モーメントと
の合計となり、これらはいずれも回転体としての半径が
小さいので、慣性モーメントは非常に小さいものであっ
た。

【０００４】従って、ドリルにかかる有効なトルクはそ
のほとんどを駆動源のトルクに依存することとなる。こ
の結果、図６に示すように、スピンドル４、チャック３
及びドリル２が矢印Ａの如く回転して治具５のブッシュ
６にドリル２が挿入されてワーク８に穴あけ加工が施さ
れる場合、図７に示すように、スピンドル４が矢印Ｂの
如く下降して、ドリル２がワーク８の下面８ａから抜け
出る際に、ワーク８の下面８ａには、バリ８ｂが形成さ
れるため、ドリル２の切刃２ａの角がバリ８ｂに食い付
き、ドリル２が停止してしまうことがあり、このような
際には、ドリル２をワーク８から抜き取るにも大きな力
と時間を要し、無駄な作業に多くの労力と時間を費やし
ていた。

【０００５】特に大型トラック等の大型車輛のシャシフ
レームへの穴あけ工程においては、大小非常に多くの穴
あけが行われるが、中には穴径が３０ｍｍφ、４０ｍｍ
φ又はそれ以上というものもあり、シャシフレームの肉
厚も７ｍｍから１０ｍｍに及ぶものがある。このような
厚さの大きい鋼鉄製のシャシフレームに直径４０ｍｍφ
もの穴あけを行うには、ドリルの抜け際において非常に
大きなトルクを必要とするが、従来のボール盤では駆動
源から供給されるトルクに限度がある上に、上記のよう
に駆動源からドリルに至る回転体の慣性モーメントが小
さかったので、相当頻繁にドリルの食い付きが発生する
のを避けることができなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の欠点を除くためになされたものであって、その
目的とするところは、ドリルを回転させるための駆動源
と、該駆動源により回転駆動されるスピンドルと、該ス
ピンドルに装着されドリルを固定するためのチャックと
を備えたボール盤において、駆動源からチャックに至る
動力伝達経路の一部に、これらの回転体の慣性モーメン
トよりもはるかに大きい慣性モーメントを有するフライ
ホィールを装着し、穴あけ作業中において前記ドリルに
極めて大きな回転方向の運動のエネルギを付与すること
によって、大型車輛のシャシフレームへの直径４０ｍｍ
程度の穴あけ加工のドリルの抜け際においてもドリルが
回転し続けるに足りる十分なトルクを与えることができ
るようにすることであり、またこれによってドリルの抜
け際においてドリルがワークの食い付いて停止するのを
完全に防止することである。

【０００７】また他の目的は、同様にボール盤の駆動源
からチャックに至る動力伝達経路の回転体の慣性モーメ
ントよりもはるかに大きい慣性モーメントを有する複数
のフライホィールをスピンドルに積層して装着し、穴あ
け作業中においてドリルに極めて大きな回転方向の運動
のエネルギを付与するように構成することによって、非
常に大きな直径の穴あけ加工においても、ドリルの抜け
際に該ドリルがワークに食い付いて停止するのを防止す
ると共に、フライホィールの慣性モーメントを、各フラ
イホィールの個数を増減させることで容易に変更できる
ようにすることであり、またこれによってドリルの直径
に応じて最適の慣性モーメントを有するフライホィール
を容易にボール盤に装着できるようにすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】要するに本発明（請求項
１）は、ドリルを回転させるための駆動源と、該駆動源
により回転駆動されるスピンドルと、該スピンドルに装
着され前記ドリルを固定するためのチャックとを備えた
ボール盤において、前記駆動源から前記チャックに至る
動力伝達経路の一部に、これらの回転体の慣性モーメン
トよりもはるかに大きい慣性モーメントを有するフライ
ホィールを装着し、穴あけ作業中において前記ドリルに
極めて大きな回転方向の運動のエネルギを付与するよう
に構成したことを特徴とするものである。

【０００９】また本発明（請求項２）は、ドリルを回
転させるための駆動源と、該駆動源により回転駆動され
るスピンドルと、該スピンドルに装着され前記ドリルを
固定するためのチャックとを備えたボール盤において、
前記駆動源から前記チャックに至る動力伝達経路の回転
体の慣性モーメントよりもはるかに大きい慣性モーメン
トを有する複数のフライホィールを前記スピンドルに積
層して装着し、穴あけ作業中において前記ドリルに極め
て大きな回転方向の運動のエネルギを付与するように構
成したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明に係るボール盤では、そのスピンドルに
慣性モーメントの非常に大きなフライホィールが装着さ
れているので、駆動源である電動モータによりドリルの
回転数が定速状態になり、穴あけ加工が行われると、ド
リルにかかる切削抵抗が途中で大小変化してもほとんど
これに影響されず、一定の回転速度でドリルが回転する
ため、ドリルの周速度である切削速度が安定し、良好な
穴あけ加工を行うことができる。

【００１１】またドリルがワークから抜け出る際には、
ドリルがワークに食い付こうとするが、ドリルにはフラ
イホィールから回転方向の非常に大きな運動のエネルギ
が付与されているので、ドリルが急速に止まろうとする
程大きな慣性トルクがフライホィールから作用し、この
結果ドリルがその抜け際に停止することが完全に防止さ
れる。

【００１２】またフライホィールは、複数のフライホィ
ールを積層してスピンドルに装着される構成となってい
るため、ドリルの直径に合わせて最適の慣性モーメント
に調整することが容易であり、必要以上に大きい慣性モ
ーメントのフライホィールを使用することによる弊害を
防止することができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明
する。本発明に係るボール盤の一例たるラジアルボール
盤１１は、ドリル１２を回転させるための駆動源の一例
たる電動モータ１０と、該電動モータにより回転駆動さ
れるスピンドル１４と、該スピンドルに装着されドリル
１２を固定するためのチャック１３とを備えたラジアル
ボール盤であって、電動モータ１０からチャック１３に
至る動力伝達経路の一部に、これらの回転体の慣性モー
メントよりもはるかに大きい慣性モーメントを有するフ
ライホィール１５を装着し、穴あけ作業中においてドリ
ル１２に極めて大きな回転方向の運動のエネルギを付与
するように構成したものである。

【００１４】またフライホィール１５は、単一のものと
してもよいが、図示の実施例では、複数、即ち４個のフ
ライホィール１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄをスピン
ドル１４に積層してキー１６を介して該スピンドルと一
体的に回転するように装着してある。これは慣性モーメ
ントの調整を容易にして、ドリル１２の直径に応じて最
適の大きさの慣性モーメントのフライホィール１５を装
着できるようにするためである。

【００１５】各フライホィール１５には、図２に示すよ
うに、中央部にスピンドル１４の直径よりもわずかに大
きい直径の穴１５ａと、キー溝１５ｂとが形成され、板
厚の大きいドーナツ状に形成されている。

【００１６】一例として、フライホィール１５の寸法、
材質及び質量を示すと、外径Ｄ＝３００ｍｍφ（外半径
Ｒ＝１５ｃｍ）、内径ｄ＝１００ｍｍφ（内半径ｒ＝５
ｃｍ）、厚さｔ＝５．５ｃｍに設定され、材質は比重γ
＝７．８の鋼鉄製であり、体積Ｖ＝３４５６ｃｍ³か
ら、質量Ｍ＝γＶ＝７．８×３４５６＝２６９５７ｇ＝
約２７ｋｇ（本明細書では質量は「ｋｇ」と表示し、重
量及び力は「ｋｇｆ」と表示することとする。）であ
る。

【００１７】またフライホィール１５の最も重要なファ
クターであるスピンドル１４まわりの慣性モーメントＩ
は、Ｉ＝Ｍ（Ｒ²＋ｒ²）／２の式から、Ｉ＝２７（１
５²＋５²）／２＝３３７５ｋｇｃｍ²となる。

【００１８】そしてスピンドル１４が角速度ω（ｒａｄ
／ｓｅｃ）で回転するときのフライホィール１個分の運
動のエネルギＥは、Ｅ＝Ｉω²／２ｋｇｃｍ／ｓｅｃ²
＝１０³ｄｙｎｃｍ（ダインセンチメートル））である
から、４個のフライホィール１５ではその４倍の運動エ
ネルギＥが得られるように構成されている。

【００１９】次に、ラジアルボール盤１１のその他の構
成について説明すると、このラジアルボール盤１１は、
作業者が単にスイッチ類を操作してドリル１２を治具５
のブッシュ６に案内して電動モータ１０を起動させる
と、あとは自動的に穴あけ加工が行われて、ドリル１２
がワーク８及び治具５から抜け出て上方の定位置に復帰
するようにして、その間に作業者は他のラジアルボール
盤１１についての同一の作業を行うことができるように
構成され、１人の作業者が複数のラジアルボール盤１１
を操作できるようになっている。

【００２０】天井レール１８は、工場の天井部（図示せ
ず）に固定されている固定部材（図示せず）に取り付け
られており、該天井レール１８にはニューマチックロッ
ク装置１９を介してラジアルボール盤１１が取付部材２
０を介して取り付けられ、ラジアルボール盤１１は、ニ
ューマチックロック装置１９をアンロック状態（解除状
態）にすることにより矢印Ｃ，Ｄの如く水平方向に移動
可能に構成され、またニューマチックロック装置１９を
ロック状態にしたときには、ラジアルボール盤１１は特
定の位置に固定され、かつ回転方向及び軸方向のいずれ
にもねじられないように構成され、また取付板２１，２
２には制御盤１７が装着されている。

【００２１】取付部材２０には、取付板２１，２２を介
して流体圧シリンダの一例たる油圧シリンダ２３が取り
付けられており、該油圧シリンダ２３のピストンロッド
２４には、上下動自在な部材である取付板２５、電動モ
ータ１０取付用のブラケット２６、電動モータ１０、該
電動モータの回転軸（図示せず）に直結により又は減速
機（図示せず）等を介して連結されたスピンドル１４、
フライホィール１５、制御盤１７と共に電動モータ１０
の回転数を制御するためのインバータ２８、起動停止ス
イッチ２９、予備ドリル保持具３０及びフライホィール
カバー３１等が設けられ、該予備ドリル保持具３０に
は、使用されるドリル１２の直径を判別し、制御盤１７
に信号を送出してそのドリル１２に適したスピンドル１
４の回転数を自動的に設定できるようにするためのドリ
ルセンサ３２が装着されている。

【００２２】また起動停止スイッチ２９には、下降一時
停止スイッチ２９ａ、起動スイッチ２９ｂ及び停止スイ
ッチ２９ｃが夫々設けられている。

【００２３】本発明は、上記のように構成されており、
以下その作用について説明する。ワーク８が所定の位置
に配置されると、作業者はニューマチックロック装置１
９をアンロックの状態にしてラジアルボール盤１１全体
を水平方向に動かし、所定の直径のドリル１２を予備ド
リル保持具３０から選択して、チャック１３によりスピ
ンドル１４に取り付ける。

【００２４】この場合、選択されたドリル１２について
は、該ドリルが保持されていた予備ドリル保持具３０の
ドリルセンサ３２により取出しが検知されるため、この
信号が制御盤１７に送出されて、該制御盤１７はインバ
ータ２８と共に、この選択されたドリル１２のための最
適の回転数を定め、電動モータ１０の回転を制御する。

【００２５】そして作業者は、ニューマチックロック装
置１９をロック状態にしてから、下降一時停止スイッチ
２９ａ及び油圧レギュレータ（図示せず）を操作して油
圧シリンダ２３を作動させて、そのピストンロッド２４
を下方に突出させ、スピンドル１４を下降させて、ドリ
ル１２の切刃１２ａを治具５のブッシュ６に案内し、起
動スイッチ２９ｂを操作して電動モータ１０を起動さ
せ、他のラジアルボール盤１１の操作のために他の位置
に移動する。

【００２６】起動スイッチ２９ａが押されたことで、ラ
ジアルボール盤１１は完全自動運転を開始し、制御盤１
７及びインバータ２８により夫々油圧シリンダ２３の油
圧及び電動モータ１０の回転数が制御され、取付板２５
から下の可動部分は一体となって下降し、ドリル１２は
最適の回転数で回転し、最適な切削速度でワーク８に対
する穴あけ加工を行う。

【００２７】この加工中、ニューマチックロック１９が
ラジアルボール盤１１の倒れやねじれを防止し、ドリル
１２の折損事故が防止される。そしてドリル１２の切刃
１２ａがワーク８の下面８ａに抜け出ると、穴あけ加工
は終了となるが、このときワーク８の下面８ａにはバリ
８ｂが形成されるため、ドリル１２には非常に大きな回
転方向の切削抵抗が作用する。このためスピンドル１４
から電動モータ１０にその回転を停止させようとする大
きなトルクが作用する。

【００２８】このときに本発明に係るラジアルボール盤
１１のフライホィール１５がその効果を発揮するのであ
る。即ち、フライホィール１５はスピンドル１４に対し
て回転方向に拘束され、一体的に回転するため、スピン
ドル１４の回転が速い程大きな運動のエネルギを蓄積
し、該スピンドルに減速方向のトルクが作用したときに
この蓄積された運動のエネルギが一気に放出され、強大
なトルクをドリル１３に与える。

【００２９】このため、図５に示すように、スピンドル
１４が矢印Ｂの如く下降して、穴あけ加工が進行し、ド
リル１２のワーク８からの抜け出しの際に、たとえドリ
ル１２の切刃１２ａがワーク８の下面に形成されたバリ
８ｂに食い付いて停止させられようとしても、該ドリル
１２は停止することはなく、順調にバリ８ｂをも切り取
って矢印Ａの如く回転し続け、下面８ａから外部に抜け
出ることができる。

【００３０】次に、フライホィール１５の具体的な効果
について更に詳述する。仮にスピンドル１４が回転数Ｎ
＝３００ｒｐｍ（角速度ω＝３１．４ｒａｄ／ｓｅｃ）
で回転しており、ドリル１２の切刃１２ａがワーク８の
バリ８ｂにより１ｓｅｃ間で停止すると仮定した場合
（この間の平均回転数Ｎ＝１５０ｒｐｍ）に、フライホ
ィール１５からドリル１２に作用する運動のエネルギに
基づく慣性トルクを算出すると、フライホィール１個分
の運動のエネルギＥは、Ｅ＝Ｉω²／２の式に、Ｉ＝３
３７５ｋｇｃｍ²、ω＝３１．４ｒａｄ／ｓｅｃを代入
すると、Ｅ＝３３７５×３１．４²／２＝１６６３８０
７．５ｋｇｃｍ／ｓｅｃ²＝１６６．４×１０⁷ｄｙｎ
ｃｍ（ダインセンチメートル）＝１６６．４Ｎｍ（ニュ
ートンメートル）＝１６６．４Ｊ（ジュール）となる。
従って、４個のフライホィール１５では、運動のエネル
ギＥ＝６６５．６Ｊとなる。

【００３１】そこで、スピンドル１４が１ｓｅｃ間で停
止すると仮定しているので、この運動のエネルギＥ＝６
６５．６Ｊは１ｓｅｃ間で全部消費されなければならな
い。スピンドル１４が停止するまでの平均回転数Ｎ＝１
５０ｒｐｍであるから、１ｓｅｃ間で停止するまでの回
転数ｎ＝２．５回となる。

【００３２】一方、ｎ回転で消費される運動のエネルギ
Ｅは、この間に平均して作用するトルクをＴとすると、
Ｅ＝２πＴｎであるから、このトルクＴはＴ＝Ｅ／２π
ｎとなる。この式にＥ＝６６５．６Ｊ、ｎ＝２．５を代
入すると、Ｔ＝６６５．６／２×３．１４×２．５＝４
２．３７Ｎｍとなる。

【００３３】ここで今まで上記で用いて来た絶対単位か
ら重力単位に換算すると、力１Ｎ＝０．１０２ｋｇｆで
あるから、トルクＴ＝４２．３７Ｎｍ＝４．３２ｋｇｆ
ｍとなる。

【００３４】これによって、もしドリル１２が１ｓｅｃ
間で停止すると仮定すると、ドリル１２にはフライホィ
ール１５から４．３２ｋｇｆｍもの強大なトルクが作用
することになり、この結果ドリル１２はワーク８のバリ
８ｂによっても停止することなく、回転し続けてワーク
８から完全に抜け出すことができることがわかる。

【００３５】なお、このフライホィール１５からの付加
トルクＴは、電動モータ１０による本来のトルクに加算
されるものであるから、ドリル１２に作用する合計トル
クは更に大きなものとなることは言うまでもない。

【００３６】またドリル１２が停止するまでの時間を、
０．５ｓｅｃとすればトルクＴは上記の２倍の８．６４
ｋｇｆｍとなり、０．１ｓｅｃとすれば１０倍の４３．
２ｋｇｆｍとなり、ドリル１２が瞬間的に停止しようと
する程大きなトルクがフライホィール１５から作用する
ため、４０ｍｍφ程度の直径の大きなドリル１２であっ
ても決して停止することなく、大型車輛のシャシフレー
ムに４０ｍｍφもの大径穴を何らのトラブルもなくあけ
ることができることが実証されたのである。

【００３７】なお、上記実施例におけるフライホィール
１５の各種数値は一例を示したもので、これに限定され
るものではなく、またフライホィール１５の個数も上記
実施例では４個として説明したが、これはドリル１２の
直径により適宜変更するものであって、その慣性モーメ
ントＩも任意に変更することができることは言うまでも
ない。要するに通常のボール盤に自ら備えられている回
転体に比べて格段に大きな慣性モーメントを有するフラ
イホィール１５をスピンドル１４等の回転体に装着する
ことが本発明の最大の特徴である。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、上記のようにドリルを回転さ
せるための駆動源と、該駆動源により回転駆動されるス
ピンドルと、該スピンドルに装着されドリルを固定する
ためのチャックとを備えたボール盤において、駆動源か
らチャックに至る動力伝達経路の一部に、これらの回転
体の慣性モーメントよりもはるかに大きい慣性モーメン
トを有するフライホィールを装着し、穴あけ作業中にお
いて前記ドリルに極めて大きな回転方向の運動のエネル
ギを付与することによって、大型車輛のシャシフレーム
への直径４０ｍｍ程度の穴あけ加工のドリルの抜け際に
おいてもドリルが回転し続けるに足りる十分なトルクを
与えることができる効果がありまたこの結果ドリルの抜
け際においてドリルがワークの食い付いて停止するのを
完全に防止することができる効果がある。

【００３９】また同様にボール盤の駆動源からチャック
に至る動力伝達経路の回転体の慣性モーメントよりもは
るかに大きい慣性モーメントを有する複数のフライホィ
ールをスピンドルに積層して装着し、穴あけ作業中にお
いてドリルに極めて大きな回転方向の運動のエネルギを
付与するように構成したので、非常に大きな直径の穴あ
け加工においても、ドリルの抜け際に該ドリルがワーク
に食い付いて停止するのを防止できると共に、フライホ
ィールの慣性モーメントを、各フライホィールの個数を
増減させることで容易に変更できる効果があり、またこ
の結果ドリルの直径に応じて最適の慣性モーメントを有
するフライホィールを容易にボール盤に装着できるとい
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１から図５は本発明の実施例に係り、図１は
ラジアルボール盤の斜視図である。

【図２】フライホィールの平面図である。

【図３】フライホィールの縦断面図である。

【図４】穴あけ加工開始前の状態を示す要部縦断面図で
ある。

【図５】ドリルの抜け際においてもドリルが停止しない
で回転し続ける状態を示す要部縦断面図である。

【図６】図６及び図７は従来例に係り、図６は図４と同
様の縦断面図である。

【図７】ドリルの抜け際においてドリルの切刃がワーク
のバリに食い付いて停止してましった状態を示す縦断面
図である。

【符号の説明】

１０電動モータ１１ボール盤の一例たるラジアルボール盤１２ドリル１３チャック１４スピンドル１５フライホィール１５Ａフライホィール１５Ｂフライホィール１５Ｃフライホィール１５Ｄフライホィール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドリルを回転させるための駆動源と、該
駆動源により回転駆動されるスピンドルと、該スピンド
ルに装着され前記ドリルを固定するためのチャックとを
備えたボール盤において、前記駆動源から前記チャック
に至る動力伝達経路の一部に、これらの回転体の慣性モ
ーメントよりもはるかに大きい慣性モーメントを有する
フライホィールを装着し、穴あけ作業中において前記ド
リルに極めて大きな回転方向の運動のエネルギを付与す
るように構成したことを特徴とするボール盤。
【請求項２】ドリルを回転させるための駆動源と、該
駆動源により回転駆動されるスピンドルと、該スピンド
ルに装着され前記ドリルを固定するためのチャックとを
備えたボール盤において、前記駆動源から前記チャック
に至る動力伝達経路の回転体の慣性モーメントよりもは
るかに大きい慣性モーメントを有する複数のフライホィ
ールを前記スピンドルに積層して装着し、穴あけ作業中
において前記ドリルに極めて大きな回転方向の運動のエ
ネルギを付与するように構成したことを特徴とするボー
ル盤。