JPH10181292A - 加工ヘッド用シフトバランス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短いストロークでの加工ヘッドの高速シフト
を可能にし、加工ヘッドの押し付け荷重を一定に保持す
る加工ヘッド用シフトバランス装置を提供する。 【解決手段】加工ヘッド用シフトバランス装置は、加工
ヘッド１とシフト機構２０とバランス機構３０を備えて
いる。加工ヘッド１は、先端に工具１ａを取り付け、ガ
イド２にすべり結合している。シフト機構２０は、加工
ヘッド１を、回転可能に結合されたハウジング３にクラ
ンクアーム４により連結し、回転運動を直線運動に変換
することにより、加工前・後の加工ヘッド１を前進・後
退させる。バランス機構３０は、回転しているリング８
を、油膜１１を介在させて加工中の加工ヘッド１に圧接
させ、滑り速度Ｕに比例した力Ｆをリング８から加工ヘ
ッド１へ伝達することにより、加工ヘッド１の押し付け
荷重を一定に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は加工ヘッド用シフ
トバランス装置、特に２軸数値制御ロボット等に接続さ
れ、被加工物に加工を施す加工ヘッドを加工前・後に前
進・後退させると共に、加工中は加工ヘッドの押し付け
荷重を一定に保持する機能を備えた加工ヘッド用シフト
バランス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の加工ヘッド用シフトバランス装置
は、例えば、特公昭６３−１６２２９６号公報に開示さ
れており、図５に示す構成を備えている。

【０００３】図５に示す装置は、ペン１ａが取り付けら
れた工具１がホルダ２に保持され、ホルダ２には、第１
シリンダ５の第１ロッド３と、第２シリンダ１３の第２
ロッド１１がそれぞれ結合され、更に、第２シリンダ１
３には圧力調整器１４が連結されている。

【０００４】この構成により、加工前は、第１シリンダ
５に空気圧６を加えて第１ピストン４を押し下げること
により、第１ロッド３に結合されホルダ２を下方にシフ
トさせて、ペン先１ａをワーク８に接触させる。

【０００５】この状態で、空気圧１ｂを工具１に加えて
ペン先１ａを振動させることにより、ワーク８に加工を
施す。

【０００６】加工中は、圧力調整器１４により調整した
空気圧１５を第２シリンダ１３内に加え、第２ピストン
１２を上方に持ち上げることにより、ホルダ２の自重と
工具１の自重との均衡をとり、ホルダ２には第１ロッド
３の加圧力だけが加わるようにし、ペン１ａの高さ位置
にかかわらず、ペン１ａからワーク８に加わる力を常に
一定にしている。

【０００７】加工後は、空気圧１５により第２シリンダ
１３を駆動させ、第２ピストン１２を上昇させることに
より、第２ロッド１１に結合されたホルダ２を上方にシ
フトさせる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は（図５）、シリンダとピストンにより、工具１を取り
付けたホルダ２、即ち、加工ヘッドを上下にシフトさせ
ると共に、ペン１ａから被加工物であるワーク８へ一定
の押し付け荷重が加わるようにしていた。

【０００９】しかし、この場合、シリンダとピストン間
の摩擦係数を低くせざるを得ず、このため空気漏れ等が
生じ、シフト時における速度に限界がある。

【００１０】特に、図５に示すようなシリンダとピスト
ンにより構成された従来のシフト機構は、短いストロー
クでの高速シフトには適していず、加工効率の低下を招
来していた。

【００１１】この発明の目的は、短いストロークでの加
工ヘッドの高速シフトを可能にし、加工ヘッドの押し付
け荷重を一定に保持する加工ヘッド用シフトバランス装
置を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明は、図１に示すように、先端に工具１ａを
取り付け、ガイド２にすべり結合している加工ヘッド１
と、加工ヘッド１を、回転可能に結合されたハウジング
３に、クランクアーム４により連結し、回転運動を直線
運動に変換することにより、加工前・後の加工ヘッド１
を前進・後退させるシフト機構２０と、回転しているリ
ング８を、油膜１１を介在させて加工中の加工ヘッド１
に圧接させ、滑り速度Ｕに比例した力Ｆをリング８から
加工ヘッド１へ伝達することにより、加工ヘッド１の押
し付け荷重を一定に保持するバランス機構３０を備えて
いる。

【００１３】従って、クランク機構を利用して加工ヘッ
ド１を前進・後退させるので、空気漏れ等の影響はな
く、短いストロークでの加工ヘッドの高速シフトが可能
になり、また、トラクションドライブの原理を利用して
（図４）滑り速度Ｕに比例した伝達力Ｆを加工ヘッド１
に与えるので、押し付け荷重が一定となるように作用す
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明を実施の形態によ
り添付図面を参照して説明する。図１は、この発明の実
施形態を示す全体図である。

【００１５】図１において、加工ヘッド１は、例えば、
直方体形状であり、その底面１ｄには工具１ａが取り付
けられ、工具１ａを空気圧（図示省略）により振動させ
ることにより、被加工物１０に加工を施す。

【００１６】被加工物１０としては、例えば、アルミニ
ウム、鉄等の金属があり、前記加工ヘッド１は、振動す
る工具１ａにより被加工物１０の表面に製造番号や品名
等を刻印するようになっている。

【００１７】加工ヘッド１の背面１ｃには、スライダ１
ｂが固定され（図２（Ｂ））、スライダ１ｂは、上下方
向に伸びるレールにより構成されたガイド２にすべり結
合している。

【００１８】この構成により、加工ヘッド１は、後述す
るシフト機構２０により、前進・後退が可能となってい
る。

【００１９】加工ヘッド１の左側面１ｆには、クランク
アーム４の一端部がピン４ｂを介して結合され、クラン
クアーム４の他端部はピン４ａを介してハウジング３に
結合している。

【００２０】ハウジング３は、例えば、円筒形状であ
り、回転駆動源であるモータ６の軸６ｂが収容され、軸
６ｂにはベアリング７を介してハウジング３が回転可能
に結合されている。

【００２１】ハウジング３には（図２（Ａ））、空間部
３ａが半径方向に形成され、空間部３ａには、スプリン
グプランジャ５が取り付けられている。

【００２２】スプリングプランジャ５は、圧縮コイルば
ね５ａを内蔵し、モータ軸６ｂの中心（図１、図３
（Ａ））に向かって付勢されている。

【００２３】従って、モータ軸６ｂが回転してそれに形
成されたＶ溝６ａに、スプリングプランジャ５の先端部
５ｂが（図２（Ａ））はまると、ハウジング３は錠止さ
れる（図３（Ａ））。

【００２４】また、モータ軸６ｂのＶ溝６ａから、プリ
ングプランジャ５の先端部５ｂが外れると（図２
（Ａ）、図３（Ｃ）））、先端部５ｂはモータ軸６ｂの
外側面６ｃ（図２（Ａ））に当接し、ハウジング３は解
放される。

【００２５】一方、加工ヘッド１の前面１ｅには（図
１）、油膜１１を介在してリング８が圧接しており、リ
ング８は軸９ｂを介してモータ９に結合している。

【００２６】この構成により、リング８を回転させ（図
１の矢印Ａ）、トラクションドライブの原理により（図
４、機械設計システム便覧（財団法人 日本規格協会発
行）より抜粋）滑り速度Ｕに比例した力Ｆ＝μＰ（μは
トラクション係数、Ｐは法線力）を加工ヘッド１に伝達
し、被加工物１０の素材に合わせてモータ９によりリン
グ８の周速度Ｕ１を制御することにより、加工ヘッド１
の押し付け荷重を一定に保持しようとするものである。

【００２７】トラクションドライブは、よく知られてい
るように、一般には、図４（Ａ）に示すように、油膜を
介在させて周速Ｕ１、Ｕ２（Ｕ１＞Ｕ２）で回転する２
つの円筒Ｔ１（駆動側転動体）Ｔ２（被動側転動体）を
互いに押し付けて（法線力Ｐ）一方を回転させることに
より、他方の円筒が回転して動力（伝達力Ｆ）が伝えら
れる動力伝達装置である。

【００２８】この発明では、リング８を図４（Ａ）の円
筒Ｔ１、加工ヘッド１を図４（Ａ）の円筒Ｔ２（半径無
限大）とし、ばね（図示省略）等でリング８を加工ヘッ
ド１に押し付けて法線力Ｐを与え、図４（Ｂ）に示すよ
うに、滑り速度Ｕ＝Ｕ１−Ｕ２に比例した伝達力Ｆを得
るようになっている。

【００２９】図４（Ｂ）に示すトラクション曲線から明
らかなように、伝達力Ｆがリニアに増加する線形領域Ｓ
１と、伝達力Ｆがカーブしながら増加し最大値Ｆｏまで
到達する非線形領域Ｓ２と、伝達力Ｆが最大値Ｆｏから
徐々に減少する熱領域Ｓ３が存在する。

【００３０】この発明においては、図４（Ｂ）の領域の
うちの線形領域Ｓ１を利用することにより、モータ９を
制御し伝達力Ｆを滑り速度Ｕに比例させてリニアに変化
させ、押し付け荷重の適正化を図っている。

【００３１】以下、前記構成を備えたこの発明の動作を
説明する。

【００３２】１．前進時の動作

【００３３】加工前は、図３（Ａ）に示すように、ハウ
ジング３のスプリングプランジャ５がモータ軸６ｂのＶ
溝６ａに嵌まり、ハウジング３が錠止された初期状態に
ある。

【００３４】この初期状態では、スプリングプランジャ
５は０°の位置に、クランクアーム４のピン４ａは９０
°の位置に、また、クランクアーム４は垂直中心線Ｖと
一致し、加工ヘッド１はクランクアーム４を介してハウ
ジング３に支持されて被加工物１０より上方で停止して
いる。

【００３５】図３（Ａ）において、参照符号Ｗは加工ヘ
ッド１が加工状態にある場合（図３（Ｃ））のクランク
ピン４ａのシフト範囲、Ｂは加工ヘッド１が被加工物１
０に対して前進する場合（図３（Ｂ））のクランクピン
４ａのシフト方向を示す。

【００３６】この初期状態からモータ６を回転させる
と、ハウジング３は、軸６ｂに錠止しながら図３（Ｂ）
に示す矢印Ｃ方向に回転するので、ハウジング３の回転
運動がクランクアーム４により直線運動に変換され、ク
ランクアーム４に結合された加工ヘッド１がガイド２に
案内されて前進する（矢印Ｇ）。

【００３７】２．接触時の動作

【００３８】加工ヘッド１が更に前進して、スプリング
プランジャ５が９０°の位置を超えると、図３（Ｃ）に
示すように、先端の工具１ａが被加工物１０に接触して
停止する。

【００３９】このとき、工具１ａが被加工物１０から受
ける慣性力Ｎ（動抗力）が加工ヘッド１とクランクアー
ム４を介してハウジング３に伝達され、スプリングプラ
ンジャ５が軸６ｂのＶ溝６ａから外れハウジング３は解
放される。

【００４０】また、ハウジング３が解放されたとき、Ｖ
溝６ａは１８０°の位置で停止している（図３
（Ｃ））。

【００４１】３．加工中の動作

【００４２】工具１ａが被加工物１０に接触して停止す
ると（図３（Ｃ））、図１に示すモータ９が駆動しその
軸９ｂを介してリング８が矢印Ａ方向に回転する。

【００４３】リング８（図４（Ａ）の円筒Ｔ１に相当）
の周速度をＵ１、加工ヘッド１（図４（Ａ）の円筒Ｔ２
（半径無限大）に相当）の周速度をＵ２とすると、油膜
１１が介在しているので（図１）、既述したように、滑
り速度Ｕ＝Ｕ１−Ｕ２（Ｕ１＞Ｕ２）に比例した力Ｆが
リング８から加工ヘッド１に伝達される（図４
（Ｂ））。

【００４４】従って、モータ９によりリング８の周速度
Ｕ１を変化させることにより、リング８と加工ヘッド１
間の滑り速度Ｕを一定値Ｕｃに保持することにより（図
４（Ｂ））、伝達力Ｆも一定値Ｆｃに保持され（図４
（Ｂ））、加工ヘッド１の高さ位置にかかわらず押し付
け荷重も一定に保持される。

【００４５】このように押し付け荷重が一定に保持され
た加工ヘッド１の先端の工具１ａを振動させ、被加工物
１０に製造番号等を刻印する。

【００４６】４．後退時の動作

【００４７】加工が終了すると、モータ軸６ｂを、図３
（Ｃ）に示す１８０°を基準として、矢印Ｊ方向に回転
させると、Ｖ溝６ａにスプリングプランジャ５が嵌まり
ハウジング３が錠止され、図３（Ｄ）に示すように、軸
６ｂの回転と共にハウジング３が矢印Ｅ方向に回転す
る。

【００４８】これにより、クランクピン４ａも矢印Ｄ方
向にシフトし、ハウジング３の回転運動がクランクアー
ム４により直線運動に変換され、クランクアーム４に結
合された加工ヘッド１がガイド２に案内されて被加工物
１０から後退する（矢印Ｈ）。

【００４９】ハウジング３のスプリングプランジャ５が
０°の位置に来たときに、軸６ｂは停止して元の初期状
態に戻る。

【００５０】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、加
工ヘッド用シフトバランス装置を、ガイド２にすべり結
合している加工ヘッド１と、クランクアーム４で回転運
動を直線運動に変換して加工前・後の加工ヘッド１を前
進・後退させるシフト機構２０と、滑り速度Ｕに比例し
た力Ｆをリング８から加工中の加工ヘッド１へ伝達して
押し付け荷重を一定に保持するバランス機構３０により
構成したので、短いストロークでの加工ヘッドの高速シ
フトが可能になり、加工ヘッドの押し付け荷重が一定と
なる効果がある。

【００５１】また、リング８から加工ヘッド１への伝達
力Ｆは、リニア制御が可能であり（図４（Ｂ）の線形領
域Ｓ１）、更には、２軸数値制御ロボット等の自動機械
に接続した場合には、押し付け荷重が一定に保持される
場合の伝達力Ｆｃを（図４（Ｂ））被加工物１０に合わ
せて予め設定しておけば、段取りも短時間で行われ、か
つ設定ミスも少なくなるという効果もある。

【００５２】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を示す全体図である。

【図２】この発明の実施形態を示す詳細図である。

【図３】この発明を構成するシフト機構の動作説明図で
ある。

【図４】この発明を構成するバランス機構の動作説明図
である。

【図５】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ 加工ヘッド ２ ガイド ３ ハウジング ４ クランクアーム ５ スプリングプランジャ ６ モータ ７ ベアリング ８ リング ９ モータ １０ 被加工物 １１ 油膜 １ａ 工具 １ｂ スライダ ４ａ、４ｂ ピン ５ａ 圧縮コイルばね ５ｂ スプリングプランジャ５の先端部 ６ａ Ｖ溝 ６ｂ モータ６の軸 ６ｃ モータ軸６ｂの外側面 ９ｂ モータ９の軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に工具（１ａ）を取り付け、ガイド
   （２）にすべり結合している加工ヘッド（１）と、 加工ヘッド（１）を、回転可能に結合されたハウジング
   （３）に、クランクアーム（４）により連結し、回転運
   動を直線運動に変換することにより、加工前・後の加工
   ヘッド（１）を前進・後退させるシフト機構（２０）
   と、 回転しているリング（８）を、油膜（１１）を介在させ
   て加工中の加工ヘッド（１）に圧接させ、滑り速度
   （Ｕ）に比例した力（Ｆ）をリング（８）から加工ヘッ
   ド（１）へ伝達することにより、加工ヘッド（１）の押
   し付け荷重を一定に保持するバランス機構（３０）を備
   えたことを特徴とする加工ヘッド用シフトバランス装
   置。
2. 【請求項２】 前記加工ヘッド（１）の背面（１ｃ）に
   スライダ（１ｂ）が固定され、スライダ（１ｂ）がレー
   ルにより構成されたガイド（２）にすべり結合している
   請求項１記載の加工ヘッド用シフトバランス装置。
3. 【請求項３】 前記シフト機構（２０）のハウジング
   （３）がべアリング（７）を介してモータ軸（６ｂ）に
   結合され、ハウジング（３）にはスプリングプランジャ
   （５）が設けられ、モータ軸（６ｂ）には対応Ｖ溝（６
   ａ）が形成されている請求項１記載の加工ヘッド用シフ
   トバランス装置。
4. 【請求項４】 前記バランス機構（３０）のリング
   （８）がモータ軸（９ｂ）に結合され、伝達力（Ｆ）を
   リニア制御する請求項１記載の加工ヘッド用シフトバラ
   ンス装置。