(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、軸端に工具の装着部を有する主軸と、前記主軸のラジアル方向とスラスト方向を非接触により支持する静圧流体軸受と、前記主軸に作動連結され、前記主軸を回転駆動する第１の駆動部と、前記主軸と同軸上に配設され、前記主軸に対してその軸方向に振動を加える第２の駆動部とを備えた工具駆動装置において、
前記主軸は、主軸本体と、前記主軸本体に前記第２の駆動部を介在して連接する中空の回転駆動伝達軸とを備え、
前記中空の回転駆動伝達軸は、前記主軸本体側の大径部と、前記第１の駆動部側の小径部と、これら大径部と小径部との間に突出されたフランジとを備え、前記小径部の周面に前記ハウジングに設けられた電源接続部に接触される電極が取り付けられて、前記第２の駆動部の配線が前記回転駆動伝達軸の内部を通して前記電極に接続されるとともに、前記小径部の軸端にかみ合いクラッチの一方をなす十字形の凹部又は凸部が形成されて、
前記ラジアル方向の静圧流体軸受に前記主軸本体の後部側、前記第２の駆動部、前記中空の回転駆動伝達軸の大径部が配置されるとともに、前記スラスト方向の静圧流体軸受に前記フランジが配置され、
前記第１の駆動部は前記かみ合いクラッチの他方をなす十字形の凸部又は凹部を具備して、前記中空の回転駆動伝達軸に連結されることを特徴とする工具駆動装置。
【請求項２】
第１の駆動部は、主軸に直結される回転軸と、この回転軸に作動連結し、これを回転駆動する外付けの回転駆動源とにより構成される請求項１に記載の工具駆動装置。
【請求項３】
第１の駆動部は、主軸に直結されるエアモータにより構成される請求項１に記載の工具駆動装置。
【請求項４】
第１の駆動部は、主軸に直結される電気モータにより構成される請求項１に記載の工具駆動装置。
【請求項５】
第２の駆動部に、圧電素子を利用した超音波振動子を備える請求項１乃至４のいずれかに記載の工具駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削加工などの工作機械に使用する工具駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作物の研削加工に、研削盤などの工作機械が用いられている。例えば、内円筒面研削加工の場合、内面研削盤が使用され、その高速回転する小径の砥石車で工作物の円筒内周面を削り取っている。また、外円筒面研削加工の場合、外面研削盤が使用され、その大径の砥石車で工作物の円筒外周を削り取っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の研削盤では、工作物を研削加工している間、砥石車に不断に負荷がかかっているため、研削抵抗が極端に大きくなり、砥石車の研削性能を損ねているという問題がある。
本発明は、このような従来の問題を解決し、砥石車などこの種の工具の負荷を小さくして、工具の性能を十分に引き出し、工作物に対する加工能力を高めることのできる優れた工具駆動装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の工具駆動装置は、ハウジングと、軸端に工具の装着部を有する主軸と、前記主軸のラジアル方向とスラスト方向を非接触により支持する静圧流体軸受と、前記主軸に作動連結され、前記主軸を回転駆動する第１の駆動部と、前記主軸と同軸上に配設され、前記主軸に対してその軸方向に振動を加える第２の駆動部とを備えた工具駆動装置において、前記主軸は、主軸本体と、前記主軸本体に前記第２の駆動部を介在して連接する中空の回転駆動伝達軸とを備え、前記中空の回転駆動伝達軸は、前記主軸本体側の大径部と、前記第１の駆動部側の小径部と、これら大径部と小径部との間に突出されたフランジとを備え、前記小径部の周面に前記ハウジングに設けられた電源接続部に接触される電極が取り付けられて、前記第２の駆動部の配線が前記回転駆動伝達軸の内部を通して前記電極に接続されるとともに、前記小径部の軸端にかみ合いクラッチの一方をなす十字形の凹部又は凸部が形成されて、前記ラジアル方向の静圧流体軸受に前記主軸本体の後部側、前記第２の駆動部、前記中空の回転駆動伝達軸の大径部が配置されるとともに、前記スラスト方向の静圧流体軸受に前記フランジが配置され、前記第１の駆動部は前記かみ合いクラッチの他方をなす十字形の凸部又は凹部を具備して、前記中空の回転駆動伝達軸に連結されるものである。この構成から、主軸の回転駆動伝達軸を第１の駆動部により回転駆動するとともに、この主軸の主軸本体に第２の駆動部により軸方向に振動を加えると、回転駆動伝達軸により、主軸が回転駆動する動作と主軸を振動させる動作とを併せて円滑に行い、主軸の軸端に装着された工具を軸方向に振動させながら回転することができ、工作物に接触する工具の負荷を小さくして、工具の性能を維持向上させることができる。例えば研削工具の場合、研削工具と工作物との間の研削抵抗を小さくして、研削工具の研削性能を最大限に発揮することができる。本発明の請求項２に記載の工具駆動装置は、請求項１の構成において、第１の駆動部は、主軸に直結される回転軸と、この回転軸に作動連結し、これを回転駆動する外付けの回転駆動源とにより構成されるものである。この構成により、主軸を外部の回転駆動源に作動連結された回転軸により回転駆動するとともに、この主軸に第２の駆動部により軸方向に振動を加えることにより、主軸の軸端に装着された工具を軸方向に振動させながら回転することができ、工作物に接触する工具の負荷を小さくして、工具の性能を維持向上させることができる。本発明の請求項３に記載の工具駆動装置は、請求項１の構成において、第１の駆動部は主軸に直結されるエアモータにより構成されるものである。この構成により、主軸をエアモータにより回転駆動するとともに、この主軸に第２の駆動部により軸方向に振動を加えることにより、主軸の軸端に装着された工具を軸方向に振動させながら回転することができ、工作物に接触する工具の負荷を小さくして、工具の性能を維持向上させることができる。本発明の請求項４に記載の工具駆動装置は、請求項１の構成において、第１の駆動部は主軸に直結される電気モータにより構成されるものである。この構成により、主軸を電気モータにより回転駆動するとともに、この主軸に第２の駆動部により軸方向に振動を加えることにより、主軸の軸端に装着された工具を軸方向に振動させながら回転することができ、工作物に接触する工具の負荷を小さくして、工具の性能を維持向上させることができる。本発明の請求項５に記載の工具駆動装置は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、第２の駆動部に、圧電素子を利用した超音波振動子を備えるものである。この構成により、主軸を第１の駆動部により回転駆動するとともに、この主軸に超音波振動子により軸方向に振動を加えることにより、主軸の軸端に装着された工具を軸方向に振動させながら回転することができ、工作物に接触する工具の負荷を小さくして、工具の性能を維持向上させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施の形態を示している。なお、この実施の形態では、研削盤などの工作機械に用いる工具駆動装置を例示している。図１において、この工具駆動装置１は、ハウジング２と、研削工具を取り付けられる主軸４と、主軸４を支持する静圧流体軸受５と、主軸４を回転駆動する第１の駆動部６と、主軸４に対してその軸方向に振動を加える第２の駆動部７とにより構成される。
【０００６】
ハウジング２はその内周面に、静圧流体軸受５のための前部軸受固定部２１と、第１の駆動部６のための後部軸受固定部２２とを備える。また、外周面に空気の供給口２３を取り付けられて、前部軸受固定部２１の周囲にその流路２４が軸方向と平行に向けて、また直角に向けて形成されるとともに、その空気出口２５が前部軸受固定部２１の内周面所定の位置に設けられている。前部軸受固定部２１と後部軸受固定部２２との間に電源接続部２６が内周面と外周面との間を貫通して形成されている。この電源接続部２６には、図示されない高周波交流電源に接続されたブラシ２７がハウジング２の内周面に面して配置される。
【０００７】
主軸４は、主軸本体４１と、主軸本体４１の後部に第２の駆動部７を介在して連接する回転駆動伝達軸４２とを備える。主軸本体４１は先端側を先細に形成され、その先端部に研削工具の砥石車を取り付けるための装着部４３が設けられている。回転駆動伝達軸４２は中空軸からなり、主軸４側の大径部４２１と、第１の駆動部６に連結される小径部４２２とを備え、これら大径部４２１と小径部４２２との間の周面にフランジ４２３を備える。また、小径部４２２の軸端にかみ合いクラッチの一方をなすボス４４が固定され、このボス４４に十字形の凹部４４０が設けられている。この小径部４２２にはまた、その中間部に全周に亘って電極４５が取り付けられていて、この電極４５と第２の駆動部７が回転駆動伝達軸４２内を通して配線されたリード線４６で接続されている。
【０００８】
静圧流体軸受５に空気軸受が用いられている。この空気軸受５は、主軸４のラジアル方向を非接触により支持するラジアル方向軸受５１と、主軸４のスラスト方向を非接触により支持するスラスト方向軸受５２とを備える。ラジアル方向軸受５１にはその周面の両開口側に円周方向に複数の空気吹出口５０が穿設されている。スラスト方向軸受５２はラジアル方向軸受５１の一方の開口端に外径を大きくして形成された一対の部材からなり、これらの部材の各面上下に相互に対向して空気吹出口５０が形成されている。このようにして空気軸受５はハウジング２の前部軸受固定部２１に固定されるとともに、各空気吹出口５０に前部軸受固定部２１内周面の各空気出口２５が連結される。この空気軸受５に、主軸４は先細の先端側を外部（前方）に突出して挿通され、そのラジアル方向軸受５１に主軸４の後部側、第２の駆動部７、回転駆動伝達軸４２の大径部４２１が配置されるとともに、そのスラスト方向軸受５２に回転駆動伝達軸４２のフランジ４２３が配置される。また、スラスト方向軸受５２から回転駆動伝達軸４２の小径部４２２が第１の駆動部６に向けて突出され、その周面に設けられた電極４５がハウジング２の電源接続部２６に配置されたブラシ２７に接触される。
【０００９】
第１の駆動部６は外付けの回転駆動源を利用した回転軸６１により構成される。回転軸６１はその一方端にかみ合いクラッチの他方をなす十字形の軸（凸部）６４を備え、他端にプーリ６２を備える。ハウジング２の後部軸受固定部２２にころがり軸受６３が固定され、このころがり軸受６３にこの回転軸６１が支持される。その一方端の十字形の軸６４は、空気軸受５に支持された主軸４の回転駆動伝達軸４２の軸端に設けられたボス４４の凹部４４０に差し込まれて、これらの係合により回転軸６１が主軸４に直結され、他方端のプーリ６２と、外部に配置された図示されないモータ駆動ユニットの出力軸に取り付けられたプーリとの間にベルトを巻き掛けられて、外部の回転駆動源に作動連結される。
【００１０】
第２の駆動部７は、圧電素子を利用した超音波振動子７１により構成される。超音波振動子７１は、主軸本体４１と回転駆動伝達軸４２との間に介装されて、主軸４１と同軸上に配設されている。この超音波振動子７１に前述したように、回転駆動伝達軸４２内を通して配線されたリード線４６が接続される。
【００１１】
このようにして工具駆動装置１は、主軸４が空気軸受５に非接触により支持されて、第１の駆動部６により回転駆動され、第２の駆動部７により主軸４に微小振動を加えられる。すなわち、ハウジング２外周面の空気の供給口２３を通じて送り込まれた圧縮空気が前部軸受固定部２１周囲の空気の流路２４を流通して、各空気出口２５に連結された空気軸受５の各空気の吹出口５０から吹き出され、この空気軸受５上で主軸４はラジアル方向とスラスト方向とを非接触に支持される。第１の駆動部６が作動され、図示されない外部のモータ駆動ユニットの動力がベルト、プーリにより伝達されて回転軸６１が回転駆動され、この回転軸６１に直結された主軸４が回転される。同時に、第２の駆動部７に高周波交流電圧が印加され、超音波振動子７１が軸方向に伸縮して、微小振動を発生し、この振動が主軸４に加えられる。このとき、主軸４と回転軸６１が十字形の凹部４４０を有するボス４４と十字形の軸６４を用いたかみ合いクラッチにより連結されているので、主軸４が回転軸６１に確実に係合されて円滑に回転されるとともに、主軸４の軸方向の移動を許容されて主軸４が円滑に振動される。このようにして主軸４は軸方向に振動しながら、回転される。これにより主軸４の先端に取り付けられた図示されない砥石車は軸方向に振動しながら回転駆動されて、工作物に接触される。この砥石車の振動により、砥石車に受ける負荷が断続され、砥石車と工作面との間の研削抵抗が小さくなる。
【００１２】
このように第１の実施の形態によれば、空気軸受５を用い、主軸４のラジアル方向とスラスト方向を非接触により支持し、この主軸４を外部のモータ駆動ユニットを利用した回転軸６１により回転駆動するとともに、この主軸４に超音波振動子７１により軸方向に振動を加えることにより、主軸４の軸端に装着された研削工具を軸方向に振動させながら回転するので、研削工具の負荷を小さくして研削工具と工作物との間の研削抵抗を小さくすることができ、研削工具の研削性能を最大限に発揮させることができる。すなわち砥石車に著しく良好な切れ具合を得ることができる。
【００１３】
（実施の形態２）
図２に本発明の第２の実施の形態を示している。なお、この実施の形態においても、研削盤などの工作機械に用いる工具駆動装置を例示している。図２において、この工具駆動装置１１は、ハウジング２と、研削工具を取り付けられる主軸４と、主軸４を支持する静圧流体軸受５と、主軸４を回転駆動する第１の駆動部１６と、主軸４に対してその軸方向に振動を加える第２の駆動部７とを備える。この実施の形態においては、第１の駆動部１６の構成が第１の実施の形態と異なる。ここでは、第１の駆動部１６について新たな符号を付して説明を加え、他の各部については第１の実施の形態と同じ符号を付してその重複した説明を省略する。
【００１４】
図２において、ここで第１の駆動部１６はベーン形のエアモータ１６０により構成され、ハウジング２に内蔵される。エアモータ１６０は、シリンダ１６１と、シリンダ１６１の軸芯に対して偏心した位置に挿通されたロータ１６２と、ロータ１６２の周面にばね手段を介して取り付けられた複数のベーン１６３と、シリンダ１６１の給気ポート１６４に接続された圧縮空気供給部１６５と、シリンダ１６１の排気ポート１６６に接続された圧縮空気排出部１６７とを備える。ハウジング２の後部軸受固定部２２にころがり軸受１６８を固定され、このころがり軸受１６８にロータ１６２が支持される。ロータ１６２の先端にはかみ合いクラッチの一方をなす十字形の軸６４が設けられていて、その軸６４が空気軸受５に支持された主軸４の軸端に設けられたボス４４の十字形の凹部４４０に係合されて主軸４に直結される。
【００１５】
このようにして工具駆動装置１１は、第１の実施の形態と同様に、空気軸受５上に主軸４がラジアル方向とスラスト方向とを非接触により支持されて、第１、第２の駆動部１６、７が作動される。圧縮空気供給部１６５から圧縮空気が供給され、給気ポート１６４を通してシリンダ１６１へ送り込まれ、これにベーン１６３が押圧されて、ロータ１６２が回転される。なお、ロータ１６２の回転とともに圧縮空気は排気ポート１６６を通して圧縮空気排出部１６７から排気される。このロータ１６２の回転により、主軸４が回転される。同時に、第２の駆動部７に高周波交流電圧が印加され、超音波振動子７１が軸方向に伸縮して、微小振動を発生し、この振動が主軸４に加えられる。このとき、主軸４とロータ１６２が十字形の凹部４４０を有するボス４４、十字形の軸６４を用いたかみ合いクラッチにより連結されているので、主軸４がロータ１６２に確実に係合されて円滑に回転されるとともに、主軸４の軸方向の移動を許容されて、主軸４が円滑に振動される。このようにして主軸４は軸方向に振動しながら、回転される。これにより主軸４の先端に取り付けられる図示されない砥石車は軸方向に振動しながら回転駆動されて、工作物に接触される。この砥石車の振動により、砥石車に受ける負荷が断続され、砥石車と工作面との間の研削抵抗が小さくなる。
【００１６】
このように第２の実施の形態によれば、空気軸受５を用い、主軸４のラジアル方向とスラスト方向を非接触により支持し、この主軸４をエアモータ１６０を用いて回転駆動するとともに、この主軸４に超音波振動子７１により軸方向に振動を加えることにより、主軸４の軸端に装着された研削工具を軸方向に振動させながら回転するので、第１の実施の形態と同様に、研削工具の負荷を小さくして研削工具と工作物との間の研削抵抗を小さくすることができ、研削工具の研削性能を最大限に発揮させることができる。すなわち砥石車に著しく良好な切れ具合を得ることができる。
【００１７】
（実施の形態３）
第２の実施の形態で、第１の駆動部１６をエアモータ１６０に代えているが、さらにこれを内蔵型の電気モータに変更することができる。図３にその一例を示している。図３において、この電気モータ１２は、モータ本体１２１と、電源接続部１２５とを備える。モータ本体１２１はブラシレスのモータで、１２２はマグネット、１２３はコイルである。このモータ本体１２１の出力軸の先端に十字形の軸１２４が設けられている。一方、電源接続部１２５は、雄側のコネクタ１２６、雌側のコネクタ１２７、ホール素子１２８、マグネット１２９などを有し、雄側、雌側の各コネクタ１２６、１２７が接続され、ホール素子１２８とマグネット１２９とにより位置検出されて、コイル１２３が通電される。この電気モータ１２は、十字形の軸１２４が、図２において、空気軸受５に支持された主軸４の軸端に設けられたボス４４の十字形の凹部４４０に係合されて主軸４に直結される。このようにしても第１、第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静圧流体軸受を用い、主軸を非接触により支持し、この主軸を第１の駆動部により回転駆動するとともに、この主軸に第２の駆動部により軸方向に振動を加えることにより、主軸の軸端に装着した工具を軸方向に振動させながら回転する工具駆動装置において、主軸は、主軸本体と、主軸本体に第２の駆動部を介在して連接する中空の回転駆動伝達軸とを備え、中空の回転駆動伝達軸は、主軸本体側の大径部と、第１の駆動部側の小径部と、これら大径部と小径部との間に突出されたフランジとを備え、小径部の周面にハウジングに設けられた電源接続部に接触される電極が取り付けられて、第２の駆動部の配線が回転駆動伝達軸の内部を通して電極に接続されるとともに、小径部の軸端にかみ合いクラッチの一方をなす十字形の凹部又は凸部が形成されて、ラジアル方向の静圧流体軸受に主軸本体の後部側、第２の駆動部、中空の回転駆動伝達軸の大径部が配置されるとともに、スラスト方向の静圧流体軸受にフランジが配置され、第１の駆動部はかみ合いクラッチの他方をなす十字形の凸部又は凹部を具備して、中空の回転駆動伝達軸に連結されるので、主軸の回転駆動伝達軸を第１の駆動部により回転駆動するとともに、この主軸の主軸本体に第２の駆動部により軸方向に振動を加えると、回転駆動伝達軸により、主軸が回転駆動する動作と主軸を振動させる動作とを併せて円滑に行い、主軸の軸端に装着された工具を軸方向に振動させながら回転することができ、砥石車などこの種の工具の負荷を小さくして、工具の性能を十分に引き出し、工作物に対する加工能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態として示す研削盤などの工作機械に用いる工具駆動装置の断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態として示す研削盤などの工作機械に用いる工具駆動装置の断面図
【図３】本発明の第３の実施の形態として示す工具駆動装置に用いる第１の駆動部の断面図
【符号の説明】
１  工具駆動装置
２  ハウジング
２１  前部軸受固定部
２２  後部軸受固定部
２３  空気の供給口
２４  空気の流路
２５  空気出口
２６  電源接続部
２７  ブラシ
４  主軸
４１  主軸本体
４２  回転駆動伝達軸
４２１  大径部
４２２  小径部
４２３  フランジ
４３  工具の装着部
４４  ボス
４４０  十字形の凹部
４５  電極
４６  リード線
５  静圧流体軸受（空気軸受）
５０  空気吹出口
５１  ラジアル方向軸受
５２  スラスト方向軸受
６  第１の駆動部
６１  回転軸
６２  プーリ
６３  ころがり軸受
６４  十字形の軸（十字形の凸部）
７  第２の駆動部
７１  超音波振動子
１１  工具駆動装置
１６  第１の駆動部
１６０  エアモータ
１６１  シリンダ
１６２  ロータ
１６３  ベーン
１６４  給気ポート
１６５  圧縮空気供給部
１６６  排気ポート
１６７  圧縮空気排出部
１６８  ころがり軸受
１２  電気モータ
１２１  モータ本体
１２２  マグネット
１２３  コイル
１２４  十字形の軸
１２５  電源接続部
１２６  雄側のコネクタ
１２７  雌側のコネクタ
１２８  ホール素子
１２９  マグネット
【図１】
0003665728.tif 000002
【図２】
0003665728.tif 000003
【図３】
0003665728.tif 000004