(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部材であるフレームと該フレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、
前記フレームまたはラムのいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方に前記リニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、
前記フレームと前記ラムとの間にアシストシリンダを介在させ、
該アシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時の前記ラムの移動方向に対して力を付勢するようにされていることを特徴とするブローチ盤。
【請求項２】
固定部材であるフレームと該フレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、
前記フレームは少なくとも前記ラムと相対移動する箇所については前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が略長方形を呈し、
前記ラムは前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が略ロの字の枠型を呈し、
前記ラムはその枠型の内部に少なくとも前記フレームの相対移動する箇所を所定の間隙を介して前記フレームに対して挿通して配置され、
前記フレームの前記ラムに対向した面または前記ラムの前記フレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方に前記リニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、
前記フレームと前記ラムとの間にアシストシリンダを介在させ、
該アシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時の前記ラムの移動方向に対して力を付勢するようにされていることを特徴とするブローチ盤。
【請求項３】
固定部材であるフレームと該フレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、
前記フレームは少なくとも前記ラムと相対移動する箇所については前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が凹型を呈し、
前記ラムは前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が凸型を呈し、
前記ラムはその凸型部分が前記フレームの凹型部分に対して所定の間隙を介して対向して配置され、
前記フレームの前記ラムに対向した面または前記ラムの前記フレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方に前記リニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、
前記フレームと前記ラムとの間にアシストシリンダを介在させ、
該アシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時の前記ラムの移動方向に対して力を付勢するようにされていることを特徴とするブローチ盤。
【請求項４】
前記ラムは前記フレームに対してリニアガイドを介して摺動可能にされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブローチ盤。
【請求項５】
工作物を載置可能にされるとともに前記ラムに連動して移動可能にされたボルスタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のブローチ盤。
【請求項６】
前記フレームと前記ラムとの相対移動方向が上下方向である所謂立形ブローチ盤において、
前記フレームと前記ラムとはバランスシリンダを介して連結され、
該バランスシリンダは常時上方向の力をラムに対して付勢するようにされていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のブローチ盤。
【請求項７】
前記バランスシリンダは少なくとも前記ラムの重量以上の推力を発生するようにされていることを特徴とする請求項６に記載のブローチ盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
各種の機械部品や電気部品などの工作物と刃具としてのブローチを相対移動させることにより、工作物の内面あるいは外面を所定形状に加工するようにされたブローチ盤に関し、特に、工作物あるいはブローチを高速に移動可能にされたブローチ盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立形の内面ブローチ盤（例えばドーナツ状の工作物の内面を加工するブローチ盤）には、工作物と刃具としてのブローチの相対移動において、工作物を移動させるようにしたワーク移動式と、ブローチを移動させるようにした刃具移動式とがある。このうちワーク移動式のブローチ盤では、ブローチの前つかみ部をフレームに固定されたプルヘッドで把持し、工作物はラムと呼ばれる移動体に取り付けられたボルスタと呼ばれる工作物を受ける台上に置かれ、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体である工作物が静止状態にあるブローチにより加工される。一方、刃具移動式のブローチ盤では、工作物はフレームに固定されたボルスタ上に置かれ、ラムに取り付けられたプルヘッドにブローチの前つかみ部を把持し、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体であるブローチが静止状態にある工作物を加工する。
【０００３】
また、上述の内面ブローチ盤とは異なり工作物の外面（表面）を加工する所謂外面ブローチ盤では、工作物はフレームと対峙して設けられたテーブル上に固定され、一方、ブローチはフレームに設けられたガイドに案内されて移動するラムに対してこのラムの移動方向とブローチの長手方向を合わせて固定され、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体であるブローチが静止状態にある工作物を加工する。よって、これらのいずれの方式によるブローチ盤でも、ラムを移動させることにより加工が行われることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このラムを移動させるための駆動手段としては、油圧シリンダ装置を用いるか、あるいはサーボモータとボールねじを組み合わせた装置を用いるかしている。近年、ブローチ加工においても切削速度の高速化の要求が高まってきたが、上述の駆動手段では、比較的高速駆動が可能なサーボモータとボールねじを組み合わせた装置を使用した場合でも、サーボモータの回転数向上やボールねじの大リード化といった対策では、実用切削速度としては６０ｍ／ｍｉｎ程度が限界であり、１００ｍ／ｍｉｎを超えるような高速でラムを移動させることはできなかった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、１００ｍ／ｍｉｎを超えるような高速でラムを移動させることが可能なブローチ盤を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、ブローチ盤におけるラムの駆動手段としてリニアモータを使用することとした。ただし、立形のブローチ盤における工作物またはブローチを動かす手段としてリニアモータを使用してラムを駆動する装置を構成する場合、所望の最高速度に到達後、速度一定の範囲内で少なくとも１０ｋＮ以上の加工をするためには、最高速度に到達後の一定速度中に加工に必要な引き抜き力を確保しなければならないが、リニアモータの移動側となる電機子あるいは磁石板を含む移動体としてのラムは相当の重量を有しており、加えてリニアモータ自身を構成する磁石板と電機子の間に常時存在する、最大推力の約３倍の磁気吸引力が、使用するリニアガイドの摩擦損失を大きくする現象が発生する。さらに、リニアモータは最高速度に近づくにつれて発生可能な最大推力が低下するという特性を持っているため、特に、ラムが上方へ移動するワーク移動式の場合、ラムを動かすための推力に加えて上述の加工に必要な引き抜き力となる推力を確保しなければならないこと、及びラムが移動可能な全スロークのうち最高速度で一定となる範囲をできるだけ長くするために、加工前の加速時に必要な加速度を確保しなければならないという点において、リニアモータのみでは推力不足となる場合が生ずる。これに対処するためには推力の大きなリニアモータを採用すればよいが、これでは装置が大型化してラム等の移動体の重量が増大し、さらには価格も高額化することになる。
【０００７】
そこで、請求項１に係る発明では、固定部材であるフレームとこのフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームまたはラムのいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにしたことを特徴とするブローチ盤とした。なお、請求項１おけるリニアモータは、一つの軸線方向に多数の磁石片を延設してなる磁石板と、この磁石板と作用空隙を介して対設されるとともに磁石板と電磁相互作用する巻線を有し磁石板に対して前記軸線方向に可動な電機子６と、を備えたものである。
【０００８】
請求項１に係る構成としたことにより、ラムはリニアモータが発生する推力により固定部材であるフレームに対して相対移動されることになり、その結果、加工時における最大切削速度として１００ｍ／ｍｉｎを超える速度を得ることが可能になる。さらに、この請求項１に係る発明では、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにしているため、切削中はリニアモータの推力に付加するようにアシストシリンダが作用するので、上述したリニアモータ固有の特性を補完することができることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明のより具体的な形態の一つとして、固定部材であるフレームとフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームは少なくともラムと相対移動する箇所については相対移動の方向に対して直交する断面形状が略長方形を呈し、ラムは相対移動の方向に対して直交する断面形状が略ロの字の枠型を呈し、ラムはその枠型の内部に少なくともフレームの相対移動する箇所を所定の間隙を介してフレームに対して挿通して配置され、フレームのラムに対向した面またはラムのフレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにした。係る構成としたことにより、固定部材であるフレームに対して挿通して配置されたラムはリニアモータが発生する推力によりフレームに対して相対移動されることになる。
【００１０】
請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明のより具体的な形態の他の一つとして、固定部材であるフレームとフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームは少なくともラムと相対移動する箇所については相対移動の方向に対して直交する断面形状が凹型を呈し、ラムは相対移動の方向に対して直交する断面形状が凸型を呈し、ラムはその凸型部分がフレームの凹型部分に対して所定の間隙を介して対向して配置され、フレームのラムに対向した面またはラムのフレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにした。係る構成としたことにより、固定部材であるフレームに対して対向して配置されたラムはリニアモータが発生する推力によりフレームに対して相対移動されることになる。
【００１１】
請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、ラムはフレームに対してリニアガイドを介して摺動可能にされるようにした。前述したように、リニアモータでは磁石板と電機子とを空隙を介して対設させる必要がある。そこで、請求項４においては、ラムとフレームの間にリニアガイドを介在させることにより、磁石板と電機子との間に必要な空隙を確保し、さらにはラムがフレームに対して安定して移動されるようにした。
【００１２】
請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに係る発明において、工作物を載置可能にされるとともにラムに連動して移動可能にされたボルスタを有するようにした。係る構成は、移動体である工作物が静止しているブローチにより加工される所謂ワーク移動式のブローチ盤に関する構成である。係る構成により、ラムに連動して移動可能にされたボルスタに載置された工作物は、固定部材であるフレームに対してリニアモータが発生する推力により移動されることになり、これにより工作物は静止状態にあるブローチにより所定の加工が施されることになる。
【００１４】
ところで、ラムが下方に移動する刃具移動式の場合、ワーク移動式とは逆に、ラムを下向きの最高速度から停止させるための減速時に必要な負の加速度に対抗する上向きの力を確保しなければならない。
【００１５】
そこで、請求項６に係る発明では、請求項１乃至５のいずれかに係る発明において、フレームとラムとの相対移動方向が上下方向である所謂立形ブローチ盤において、フレームとラムとはバランスシリンダを介して連結され、このバランスシリンダは常時上方向の力をラムに対して付勢するようにされるようにした。係る構成としたことにより、ラムには下向きの重力に反する向きすなわち上向きにバランスシリンダからの付勢力が常時加わることになるので、リニアモータがラムを動かすための推力が軽減されることになる。
【００１６】
特に、請求項７に記載のように、バランスシリンダが少なくともラムの重量以上の推力を発生するようにすれば、実質的に、ラムの重量を無視することができるので、リニアモータの推力は横型のブローチ盤の場合と同様にして算定することができることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態におけるリニアモータは、一つの軸線方向に多数の磁石片を延設してなる磁石板５と、この磁石板５と作用空隙を介して対設されるとともに磁石板５と電磁相互作用する巻線を有し磁石板５に対して前記軸線方向に可動な電機子６と、を備えたものである。
【００１９】
図１は、本体フレーム２、ラム４、リニアモータを構成する部材としての磁石板５と電機子６、及びバランスシリンダ１６とアシストシリンダ１７の配置を示す断面図である。また、図２は、図１に示した断面図の構成が適用される本体フレーム２、ラム４の外形及び配置の一例を示した斜視図である。なお、図２に示した矢印は、固定部材としての本体フレーム２に対するラム４の相対移動方向である。この図１及び図２に示したものは、断面形状が略ロの字の枠型を呈する可動部材としてのラム４が、断面形状が略長方形を呈する固定部材としての本体フレーム２に挿通して相対移動する形態のものである。すなわち、前述の相対移動方向に対して直交する断面形状が略長方形を呈する固定部材としての本体フレーム２には、リニアモータを構成する部材の一つである磁石板５が本体フレーム２の左右に取り付けられている。また、相対移動方向に対して直交する断面形状が略ロの字の枠型を呈する可動部材としてのラム４には、リニアモータを構成する部材の一つで磁石板５と対をなす電機子６が前述の磁石板５の各々に対して対向して取り付けられている。
【００２０】
さらに、磁石板５と電機子６との間には、リニアモータの機構上必要となる空隙を確保するとともに、ラム４が本体フレーム２に対して直線的に動作するための補助部材として、リニアガイド７がラム４と本体フレーム２の互いに対向する面の数カ所に設けられている。リニアガイド７の構成としては、例えば、リニアガイド７を、直線状に延在するガイドレールと、このガイドレールに画成された溝部に摺接して転動するボールを介してガイドレールに沿って変位するガイドブロックとから構成するようにし、ガイドレールを本体フレーム２に設けるとともに、ガイドブロックをラム４に設けるようにする。なお、磁石板５、電機子６、及びリニアガイド７の配置や個数については、図１に示した形態に限定されるものではない。
【００２１】
係る構成により、リニアモータ５、６が駆動されると、ラム４が本体フレーム２に対して図２に示した矢印の方向に直線的に相対移動し、例えばワーク移動式の内面ブローチ盤であればラム４に連結されたボルスタ（工作物置き台）８上に載置された工作物が刃具に対して相対移動し、また刃具移動式の内面ブローチ盤であればラム４に連結された刃具が工作物に対して相対移動することにより、それぞれ所定の加工が行われることになる。
【００２２】
ところで、上述の構成は断面形状が略長方形を呈する本体フレーム２に断面形状が枠型のラム４を組み合わせたものであったが、本発明はこの形状のものに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、断面形状が凹型の本体フレーム２に断面形状が凸型のラム４を組み合わせたものであってもよい。なお、図３（ａ）に示した矢印は、固定部材としての本体フレーム２に対するラム４の相対移動方向である。以下、この図３の形態について詳述する。前述の相対移動方向に対して直交する断面形状が凹型を呈する固定部材としての本体フレーム２には、リニアモータを構成する部材の一つである磁石板５が、本体フレーム２の凹部の対向する面の２か所に取り付けられている。また、相対移動方向に対して直交する断面形状が凸型を呈する可動部材としてのラム４には、リニアモータを構成する部材の一つで磁石板５と対をなす電機子６が前述の磁石板５の各々に対して対向して取り付けられている。さらに、磁石板５と電機子６との間には、リニアモータの機構上必要となる空隙を確保するとともに、ラム４が本体フレーム２に対して直線的に動作するための補助部材として、リニアガイド７がラム４と本体フレーム２の互いに対向する面の数カ所に設けられている。
【００２３】
なお、上述した２つの構成では、いずれも、本体フレーム２に磁石板５を設けラム４に電機子６を設けるようにしていたが、磁石板５と電機子６とはリニアモータの対をなす部材なので、上述の構成とは逆に、本体フレーム２に電機子６を設けラム４に磁石板５を設けるようにしてもよい。
【００２４】
図１に示したように、本実施形態においては、リニアモータ５、６の推力を補うために、バランスシリンダ１６やアシストシリンダ１７を備えているが、これらのシリンダの構成と機能については、以下にあげる本発明に係る構成が適用されるブローチ盤の実例において説明する。
【００２５】
図４は、本発明が適用される立形のワーク移動式の内面ブローチ盤における加工開始前の各部材の配置を示した機構図であり、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は右側面図をそれぞれ示しており、一方、図５は、加工終了後の各部材の配置を示した機構図であり、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は右側面図をそれぞれ示している。また、図４（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図は前述した図１である。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、フレームは下フレーム１、本体フレーム２、及び上フレーム３に分割して記述している。
【００２６】
設置面に載置された下フレーム１上には、これに対して直立して水平断面形状が長方形を呈する固定部材としての本体フレーム２が設けられている。本体フレーム２の両側面にはリニアモータを構成する部材の一つである磁石板５が取り付けられている。本体フレーム２の上部には上フレーム３が設けられており、この上フレーム３にはリフタガイド１５を介してリフタ本体１４が取り付けられており、リフタ本体１４がリフタガイド１５上を上下に移動することにより、リフタ本体１４に連結されたリトリュービングヘッド１０が上下に移動するようにされている。一方、下フレーム１にはプルヘッド台１３が固定載置され、このプルヘッド台１３に載置されたプルヘッド９が加工中に刃具１１の前つかみ部（刃具１１の下部）を把持するようにされている。
【００２７】
ラム４は水平断面形状が枠型を呈しており、この枠型の内部に前述の本体フレーム２が挿通される配置となっている。図１に示すように、ラム４の枠型の内面すなわち本体フレーム２に対向した面には、リニアモータを構成する部材の一つであり前述の磁石板５と対をなす電機子６が、２枚の磁石板５の各々に対向して設けられている。また、ラム４の枠型の内面と本体フレーム２の間には摺動部材としてのリニアガイド７が６箇所に設けられており、このリニアガイド７の作用により、磁石板５と電機子６との間にリニアモータの機構上必要となる空隙が確保されるとともに、固定部材としての本体フレーム２に対して可動部材としてのラム４が上下に安定して移動されることになる。さらに、ラム４には工作物１２の置き台としてのボルスタ８が連結されており、加工中に工作物１２を載置したボルスタ８がラム４とともに上昇することにより、静止状態にある刃具１１により工作物１２が切削加工されることになる。
【００２８】
次に、バランスシリンダ１６の構成について説明する。図１に示すように、バランスシリンダ１６は、ラム４の両側面の前方側にそれぞれ１本ずつ設けられており、ラム４を含む移動体の重量を常時保持するようにされている。各バランスシリンダ１６は、その本体下部が下フレーム１に載置され、ラム４の移動方向と同じ方向にシリンダロッドが伸縮するように配設されている。このシリンダロッドとラム４との結合に関しては、図６を参照して説明する。バランスシリンダ１６によるバランス力を受けるためのブラケット２５が、ラム４の両側面に突き出すようにして固定されている。このブラケット２５には、カプラ本体２３、及びこのカプラ本体を内包するようにカプラフランジ２４が取り付けられている。カプラ本体２３はバランスシリンダ１６のロッド端部とは螺結合されているが、カプラ本体２３はカプラフランジ２４に対して横方向には心ずれ可能な構造となっているので、カプラ本体２３はこれに作用するシリンダロッドから受ける力を上方向のみに伝えることになる。この２本のバランスシリンダ１６は、少なくともラム４の重量以上の推力を発生するようにされており、しかもラム４の移動や停止に関わらず常時ラム４の重量バランスをとるように作用する。したがって、２本のバランスシリンダ１６はラム４を含む移動体の重量を常時安定して保持することができるものとなっている。
【００２９】
次に、アシストシリンダ１７の構成について説明する。図１に示すように、アシストシリンダ１７は、ラム４の両側面の後方側にそれぞれ１本ずつ設けられており、加工中にはラム４を付勢することにより、リニアモータ５、６の推力を補助するようにされている。各アシストシリンダ１７は、その本体下部が下フレーム１に固定された取付けベース１８に固定され、ラム４の移動方向と同じ方向にシリンダロッドが伸縮するように配設されているが、前述のバランスシリンダ１６とは異なり、そのロッド端部をラム４とは結合させずに、図７に示すような構造としている。すなわち、ブラケット２６がラム４の両側面に突き出すようにして固定されている。アシストシリンダ１７のロッド端部は刃具１１が工作物１２を切削しているときのみ、詳細にはラム４の上方（切削方向）への移動開始後から刃具１１の切れ刃が工作物１２を切削加工し終るまでの間だけブラケット２６に圧接し、これによりアシストシリンダ１７がラム４を上方（切削方向）に付勢することになるが、それ以外ではロッド端部はブラケット２６とは離れた状態にあり、アシストシリンダ１７はラム４を付勢しないように、シリンダのストロークを限定した構造とされている。
【００３０】
このアシストシリンダ１７を設ける点について、さらに詳細に述べる。図８に示すように、使用するリニアモータの到達できる最高速度になる前の特性上決まる特定の途中速度から最高速度にかけての領域で発生可能な最大推力が、リニアモータの移動開始から前記特性上決まる特定の途中速度に至るまでの領域で発生可能な一定の最大推力に対して漸次低減する特性を持ち、前記特性上決まる特定の途中速度から最高速度にかけての領域の速度で加工しようとする場合は、バランスシリンダ１６とは別に、推力補助専用のシリンダすなわちアシストシリンダ１７を、このアシストシリンダ１７のシリンダロッドが、バランスシリンダ１６のシリンダロッドと同じ方向に出入りするように併設する。
【００３１】
アシストシリンダ１７のシリンダロッドと移動体となるラム４とは機械的に締結させず、ラム４が加工のために移動開始する前は離れていて、加工サイクルの開始に合わせてラム４と同時にアシストシリンダ１７を作動させ、刃具１１が工作物１２を切削し始める前には、リニアモータ５、６が加工中での速度で発生可能な推力すなわち制御可能な推力の範囲内に調整された推力でラム４を付勢し始める。次いで、ラム４が刃具１１の最終切れ刃が加工完了する位置まで移動した直後に、アシストシリンダ１７のシリンダロッドがラム４と再度離れて付勢をやめるようにアシストシリンダ１７のストロークを規制するか、予めストロークの短いシリンダを使用することによりラム４の減速時には付勢しないようにさせる。最後に、加工サイクル終了後、ラム４が加工開始位置へ戻る前にアシストシリンダ１７のシリンダロッドを縮めておくよう制御することにより、ラム４の戻り動作中及び無負荷運転中はアシストシリンダ１７を作動させないで、バランスシリンダ１６のみ有効となるようにする。
【００３２】
なお、本発明の要旨とは直接関係はないが、本実施形態におけるブローチ盤には、本体フレーム２とラム４との間への切屑侵入防止のために、ラム４と上フレーム３との間に取付けられた上ジャバラ１９と、ラム４と下フレーム１との間に取付けられた下ジャバラ２０と、さらに装置全体を囲むように設けられた全体カバー２１とが設けられている。以上、本実施形態におけるワーク移動式の内面ブローチ盤の構成について説明した。
【００３３】
次に、上述のワーク移動式の内面ブローチ盤におけるブローチ加工工程について、加工開始前の各部材の配置を示した図４、及び加工終了後の各部材の配置を示した図５を参照して説明する。
【００３４】
まず、加工前の機械の所謂原位置状態では、ラム４は下降端に位置しており、刃具１１の後ろつかみ部（以下「刃具１１の上端部」と記す）を把持したリトリュービングヘッド１０が上昇端に位置して、刃具１１の，前つかみ部（以下「刃具１１の下端部」と記す）の端面がラム４に取付けられたボルスタ８の上面に工作物１２を置いた場合のこの工作物１２の上面よりも高くなるように設定されている。すなわち、ボルスタ８の上面に工作物１２を設置する際に、刃具１１が工作物１２と干渉しないように、刃具１１が上方に逃げている状態にある。この状態から加工作業を行う場合、予め、手動または図示しない自動ローディング装置により、工作物１２をボルスタ８上の所定の位置に置くことになる。
【００３５】
次に、加工起動によって、刃具１１の上端部を把持したリトリュービングヘッド１０とともにリフタ本体１４をリフタガイド１５にガイドさせて、刃具１１の下端部がボルスタ８上に置かれた工作物１２の加工前の穴を貫挿して、プルヘッド９の把持用の穴に挿入されるまで下降させて、刃具１１の下端部をプルヘッド９で把持させ、しかる後、本体フレーム２の両側面に貼り付けられたリニアモータの磁石板５と、ラム４に磁石板５に対向するように取付けられたリニアモータの電機子６との作用により、ラム４に上向きの推力を付与し、工作物１２の下面が刃具１１の上端部の端面よりも上になるまでラム４を上昇させ、これにより工作物１２の内面を切削加工する。この際、加工途中で、リトリュービングヘッド１０による刃具１１の上端部の把持をやめ、リトリュービングヘッド１０をリフタ本体１４とともに、図示しないリフタシリンダによって上昇させる。
【００３６】
一方、カプラフランジ２４に内包されたカプラ本体２３にシリンダロッドの端部を螺結させた２本のバランスシリンダ１６により、ラム４の両側面に突き出すように設けられたバランス力を受けるためのブラケット２５の下面に対してカプラ本体２３を常時押し付けながら、バランスシリンダ１６によるバランス力をラム４に対して上向きに付勢させ続けている。
【００３７】
さらに、２本のアシストシリンダ１７を加工起動とほぼ同時に作動させ、アシストシリンダ１７のシリンダロッドの端部を上昇中のラム４の両側面に設けられたアシスト力を受けるブラケット２６の下面に追い付くようにして押し付けさせて、切削中はこの状態を続けさせ、刃具１１の最終切刃が工作物１２の切削を終えた直後からラム４が加工のための上昇動作を完了するまでの間には、アシストシリンダ１７のシリンダロッドの端部がアシスト力を受けるブラケット２６の下面から離れるように、アシストシリンダ１７のシリンダロッドのストロークを限定することにより、リニアモータの推力にアシストシリンダ１７の推力を加工中のみ付加させる。
【００３８】
加工終了後は、手動または図示しない自動ローディング装置のアンローディング動作により加工済みの工作物１２をボルスタ８上から取り除き、戻し動作を手動もしくは自動で起動させる。ここで、戻し動作は、戻し起動により、アシストシリンダ１７のシリンダロッドを縮めて下降させ、次いでラム４を下降させ、次にリトリュービングヘッド１０をリフタ本体１４と伴に図示しないリフタシリンダによって下降させて、刃具１１の上端部を把持させ、続いてプルヘッド９による刃具１１の下端部の把持をやめ、再びリトリュービングヘッド１０を刃具１１の上端部を把持させたまま上昇端まで上昇させ、前述の原位置状態とさせてブローチ加工作業が終了することになる。なお、加工作業に先立ってブローチ盤本体に刃具１１をセットする必要があり、これは手動または自動によりプルヘッド９に対して行われるが、本発明の要旨ではないので詳細な説明は省略する。
【００３９】
以上、本実施形態に係るリニアモータ駆動のブローチ盤の構成によれば、仮にバランスシリンダ１６のみを設置した場合でも、リニアモータ５、６の発生する推力をラム４を含む移動体の重量を移動させること自体に浪費することなく、リニアモータ５、６の発生する推力をすべて加工に使えることになる。さらに、バランスシリンダ１６に加えてアシストシリンダ１７を併設することにより、図８に示すように、例えばリニアモータ５、６の推力が小さくなる最高速度で加工する場合でも、リニアモータ５、６が発生する推力（Ｂ）とアシストシリンダ１７で発生する推力（Ａ）との合力が加工に必要な推力（Ｃ）となるようアシストシリンダ１７で発生する推力を調整することにより、リニアモータ５、６の高速性を維持しつつ大きな引き抜き力での加工も可能になる。
【００４０】
なお、リニアモータ５、６の高速性に対応するために、本実施形態のバランスシリンダ１６及びアシストシリンダ１７はすべてエアシリンダを採用しているが、リニアモータ５、６の高速性に対応可能であれば油圧シリンダを採用してもよい。また、バランスシリンダ１６及びアシストシリンダ１７のラム４に対する設置位置について、これは本実施形態の図１に示した設置位置に限定されず、ラム４に対して安定して力を付勢できる設置位置であればよい。さらに、加工中の推力を補助する方法として、バランスシリンダ１６のエア圧力をアシストシリンダ１７がラム４を付勢するのと同様なタイミングで必要な推力を発生するよう制御させてもよい。なお、本実施形態においては、リニアモータ５、６の制御に必要となる図示及び説明していない高速対応のリニアスケールを、固定側の本体フレーム２と移動側のラム４との間に設置していることは言うまでもない。
【００４１】
ところで、上記実施形態は工作物１２を移動させるようにしたワーク移動式の内面ブローチ盤に本発明を適用したものであったが、刃具１１を移動させるようにした刃具移動式の内面ブローチ盤や外面ブローチ盤に本発明を適用することも可能である。すなわち、これらのブローチ盤においては、リニアモータ５、６により移動されるラム４に連動させて刃具１１を動作させ、固定部材としてのフレーム２に載置された工作物１２に対して所定の加工を行わせるようにすればよい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１乃至３に係る発明によれば、固定部材であるフレームとこのフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームまたはラムのいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設けるようにしたことを特徴とするブローチ盤としたので、ラムはリニアモータが発生する推力により固定部材であるフレームに対して相対移動されることになり、その結果、加工時における最大切削速度として１００ｍ／ｍｉｎを超える速度を得ることが可能になった。そのため、実加工時間が大幅に減少し、切削抵抗の減少効果も得られることから、刃具寿命の延長が可能となり、合わせて省エネルギー効果も奏することとなった。また、元来、断続切削であるブローチ加工中のラムの速度変動についても、従来のボールねじ駆動に比べてモータが直接負荷変動を制御するため、高速加工に伴なう速い負荷変動に対しても反応が速く、ラムの速度変動を比較的少なくできることとなり、その結果、安定して高速高出力な加工が可能となるブローチ盤を提供できることとなった。さらに、この請求項１乃至３に係る発明では、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにされるようにした。そのため、切削中はリニアモータの推力を補うようにしてアシストシリンダが作用するので、リニアモータ固有の特性をカバーすることができるものとなった。すなわち、リニアモータの特性上、最高速度で加工する場合に推力が低下しても、加工のために必要な引き抜き力を確保することが可能となった。
【００４３】
請求項４に係る発明によれば、ラムはフレームに対してリニアガイドを介して摺動可能にされるようにした。そのため、ラムとフレームの間に介在されたリニアガイドにより、磁石板と電機子との間にリニアモータの機構上必要となる空隙が確保されるとともに、ラムはフレームに対して安定して移動されるようになった。
【００４４】
請求項５に係る発明によれば、工作物を載置可能にされるとともにラムに連動して移動可能にされたボルスタを有するようにした。そのため、ラムに連動して移動可能にされたボルスタに載置された工作物は、固定部材であるフレームに対してリニアモータが発生する推力により移動されることになり、これにより工作物が静止状態にあるブローチにより所定の加工が施される所謂ワーク移動式のブローチ盤を構成できるものとなった。
【００４５】
請求項６に係る発明によれば、フレームとラムとの相対移動方向が上下方向である所謂立形ブローチ盤において、フレームとラムとはバランスシリンダを介して連結され、このバランスシリンダは常時上方向の力をラムに対して付勢するようにされるようにした。そのため、ラムには下向きの重力に反する向きすなわち上向きにバランスシリンダからの付勢力が常時加わることになるので、リニアモータがラムを動かすための推力が軽減されることになる。特に、請求項７に係る発明のように、バランスシリンダが少なくともラムの重量以上の推力を発生するようにすれば、実質的に、ラムの重量を無視することができるので、リニアモータの推力は横型のブローチ盤の場合と同様にして算定することができるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における本体フレーム２、ラム４、及びリニアモータを構成する部材としての磁石板５と電機子６の配置を示す断面図である。
【図２】本発明における本体フレーム２、ラム４の外形及び配置の一例を示した斜視図である。
【図３】本発明における本体フレーム２、ラム４、及びリニアモータを構成する部材（磁石板５と電機子６）等の外形及び配置を示す他の例であり、（ａ）図は斜視図、（ｂ）図は断面図をそれぞれ示している。
【図４】本発明が適用されるワーク移動式の内面ブローチ盤における加工開始前の各部材の配置を示した機構図であり、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は右側面図をそれぞれ示している。
【図５】本発明が適用されるワーク移動式の内面ブローチ盤における加工終了後の各部材の配置を示した機構図であり、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は右側面図をそれぞれ示している。
【図６】本発明におけるラム４とバランスシリンダ１６の結合構造を示した機構図である。
【図７】本発明におけるラム４とアシストシリンダ１７の結合構造を示した機構図である。
【図８】リニアモータの推力と、バランスシリンダ１６及びアシストシリンダ１７の推力との関係を示した図である。
【符号の説明】
１  下フレーム（フレーム）
２  本体フレーム（フレーム）
３  上フレーム（フレーム）
４  ラム
５  磁石板（リニアモータ）
６  電機子（リニアモータ）
７  リニアガイド
８  ボルスタ（工作物置き台）
９  プルヘッド
１０  リトリュービングヘッド
１１  刃具（ブローチ）
１２  工作物
１３  プルヘッド台
１４  リフタ本体
１５  リフタガイド
１６  バランスシリンダ
１７  アシストシリンダ
１８  取付けベース
１９  上ジャバラ
２０  下ジャバラ
２１  全体カバー
２３  カプラ本体
２４  カプラフランジ
２５  ブラケット
２６  ブラケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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