(57)【要約】      （修正有）【課題】精度の良い平面研削を行うことができる工作機械を提供する。【解決手段】主軸１と、３つの砥石２，６，７と、主軸と砥石を連結する軸受４で構成される。主軸が首振り自在なために、砥石はワーク３上に自立し、主軸の回転に連動して回転する。【選択図】図２５
0003168295.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
首振り自在な主軸と、３つの砥石と、当該主軸と当該砥石を連結する４軸受で構成され、当該４軸受により連結された当該砥石がワーク面上を自立して回転することを特徴とする３軸スピンドルを有することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
各砥石が自転することを特徴とする請求項１記載の工作機械。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、金属等を加工する技術に関し、特に金属等の表面を平坦に加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来としては、主軸や砥石の傾斜を自在としたものがある（例えば、特許文献１及び２参照）。【０００３】  また、太陽歯車と遊星歯車により砥石を自転させながら公転させたものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭５１−０１７５９２号公報（図３）
【０００５】
【特許文献２】特開昭６２−２３３３０９号公報（図３）
【０００６】
【特許文献３】特開昭４８−０７２７９２号公報（第１図）
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】  しかし、いずれの背景技術も砥石と主軸が軸又は歯車等を介して堅く結びついているため、工作機械の持つ癖、例えば主軸の傾きや砥石を制御する誤差や歯車の遊びがワークを研削する砥石に介入し、当該工作機械の有する精度以上に平坦な平面を仕上げることは不可能であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  首振り自在な主軸と、３つの砥石と、当該主軸と当該砥石を連結する４軸受で構成され、当該４軸受により連結された当該砥石がワーク面上を自立して回転する３軸スピンドルを用いて当該ワークの面を研削する（以下、第一の発明と称する）。【０００９】  各砥石が自転可能な上述の３軸スピンドルを用いて当該ワークの面を研削する（以下、第二の発明と称する）。
【考案の効果】
【００１０】  図１に平面研削における理想的な形態を示す。【００１１】  図１中、１は主軸であり、２は砥石であり、３はワークである。【００１２】  図１において主軸１は、ワーク３に対して垂直である。【００１３】  このため、砥石２を回転させながらワーク３に当接させると、図２に示すようにワーク３は砥石２により研削され、その研削面は図３に示すように平坦になる。【００１４】  しかしながら、図４に示すように実際には主軸１は多少なりとも傾斜している。（以下、従来技術１と称する。）【００１５】  このため、砥石２を回転させながらワーク３に当接させると図５に示すように砥石２の先端は砥石２の使用により円錐状となる。【００１６】  図６は、そのときの態様を示す正面図である。【００１７】  砥石２の先端が円錐状になった状態でワーク３に回転させながら当接させるとワーク３は図７に示すように研削され、その断面は図８に示すように底部がくぼんだ状態、いわゆるしゃくれた状態となる。【００１８】  このため主軸が傾斜している場合は、しゃくれた状態で研削されやすく、その分加工精度を上げるのが困難となる。【００１９】  図９に、柄を有する軸受を介してワークを平面研削する場合における理想的な形態を示す。【００２０】  図９中、１は主軸であり、２は砥石であり、３はワークであり、４は軸受であり、５は砥石軸ある。【００２１】  図１において主軸１は、ワーク３に対して垂直である。【００２２】  このため、砥石２を回転させながらワーク３に当接させると図１０に示すように砥石２の先端は砥石２の使用により平坦となる。【００２３】  このため、砥石２を回転させながらワーク３に当接させると、ワーク３は同心円形に研削され、その断面は図１１に示すように平坦となる。【００２４】  図１２に、更に砥石が自転する場合の態様を示す。【００２５】  図１２中の砥石２の先端は砥石２の使用により円錐状となるが、ワーク３との接触面は常に直線状であり、かつ研削方向は常に当該直線に対し垂直であるため、ワーク３は同心円形に研削され、その断面は図１３に示すとおり平坦となる。【００２６】  このように軸受を介して平面研削を行う場合、砥石軸５が傾斜していても主軸１がワーク３に対して垂直であれば、ワーク３は平坦に研削される。【００２７】  しかしながら、図１４に示すように実際には主軸１は多少なりとも傾斜している。（以下、砥石２が自転しない場合を従来技術２と、砥石２が自転する場合を従来技術３と称する。）【００２８】  また、図１５に図１４の状態から主軸１を１８０度回転させた場合の態様を示すが、主軸１と同時に砥石軸５が傾斜している場合は、主軸１の回転角により砥石２がワーク３に当接する角度が異なることになる。【００２９】  このため、このように砥石軸５が動揺した状態でワーク３の研削を続けると従来技術２の場合、砥石２の先端は図１６に示すように曲面状にすり減る。【００３０】  この状態でワーク３を研削すると、ワーク３は同心円形に研削されるが、その底面は図１７に示すようにしゃくれた状態となる。【００３１】  また従来技術３の場合でも、砥石軸５の自転と動揺により、砥石５の先端は図１８に示すように略半球体となり、それによりワーク３は同心円形に研���されるが、その底面は図１９に示すようにしゃくれた状態となる。【００３２】  図２０に砥石が３つある場合の従来技術２（以下、従来技術４と称する）の側面図を示す。【００３３】  図２０中、１は主軸であり、２と６と７は砥石であり、３はワークであり、４は軸受であり、５と８と９は砥石軸ある。【００３４】  各砥石が主軸１の回転角度の三分の一ずつを分担するとすると、各砥石はワーク３上を三分の一の円弧を描きながら研削することになる。【００３５】  この課程で砥石軸５と８と９は、ワーク３と当接する角度を変えながらワーク３を研削するため、砥石２と６と７の先端は砥石軸５と８と９の動揺により図２１に示すとおり曲面状にすり減る。【００３６】  この状態でワーク３を研削すると、ワーク３は三分の一の略同心円形に研削されるが、その底面は図２２に示すようにしゃくれた状態となる。【００３７】  図２３に砥石が３つある場合の従来技術３（以下、従来技術５と称する）の態様を示す。【００３８】  従来技術５の場合も、砥石軸５の自転と動揺により、砥石５の先端は図２３に示すように略半球体となり、各砥石が主軸１の回転角度の三分の一ずつを分担するとすると、ワーク３は三分の一の略同心円形に研削されるが、その底面は図２４に示すようにしゃくれた状態となる。【００３９】  このように主軸１と砥石５等が堅く結びついた構造においては、主軸１の傾斜によりワーク３が容易にしゃくれた状態に研削さてしまい、その分加工精度を上げることが困難になる。【００４０】  図２５に本第一の発明を説明する側面図を示す。【００４１】  図２５中、１は主軸であり、２と６と７は砥石であり、３はワークであり、４は軸受であり、５と８と９は砥石軸あるが、図２０の従来技術４と異なり主軸１は首振り自在なものである。【００４２】  このため砥石２と６と７は自重により降下し、常に各砥石がワーク３と当接した状態でワーク３上に自立する。【００４３】  図２６に、図２５の状態から主軸１を１８０度回転させた状態を示す。【００４４】  この状態においても、又この状態に移行する過程においても砥石２と６と７は常にワーク３と接触した状態を保つ。【００４５】  このため、砥石２と６と７は、砥石２と６と７の使用によりワーク３との接触面がすり減へり、その底面は図２７に示すように平坦となる。【００４６】  このため、砥石２と６と７を回転させながらワーク３に当接させると、ワーク３は同心円形に研削され、その断面は図２８に示すように平坦となる。【００４７】  図２９は、本第二の発明の態様を示す側面図である。【００４８】  本第二の発明において、砥石２と６と７が常にワーク３と当接するのは本第一の発明と同様であるが、本第二の発明においては砥石２と６と７はそれぞれ自転するためその先端は円錐状となる。【００４９】  更に、砥石２と６と７とワーク３との接触面は常に直線状であり、かつ研削方向は常に当該直線に対し垂直であるため、ワーク３は同心円形に研削され、その断面は図３０に示すとおり平坦となる。【００５０】  このように主軸１を首振り自在とし、かつ砥石２と６と７をワーク３上で自立させて回転させれば、常にしゃくれることなくワーク３を平面研削することが可能となる。【００５１】  このため本発明は、工作機械の持つ癖、例えば主軸の傾き等の影響を受けることなく、当該工作機械の有する精度を超えてより精度の良い平面研削が可能となる。【００５２】  なお、砥石がワーク面上を自立しながら回転するためには、３点の支点が必要であり、このため砥石の数が１又は２では自立しながら安定して回転をすることはできない。【００５３】  また、砥石の数が４以上の場合は、砥石を支点とする三角形が複数箇所形成さ、砥石の摩耗によって支点とする三角形の移動が起これば、そのたびごとに砥石がワークに当接する角度が変化し、これにより砥石の先端は曲面状にすり減り、その分平面研削の精度は低下する。【００５４】  これより、精度の良い平面研削を行うためには、スピンドルは３つの砥石により構成されなければならないといえる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】理想的な平面研削技術を説明する正面図である。
【図２】理想的な平面研削技術を用いてワークを研削したときの断面図である。
【図３】理想的な平面研削技術により研削されたワークの断面図である。
【図４】主軸が傾斜している場合における平面研削技術（従来技術１）を説明する側面図である。
【図５】砥石がすり減ったときの従来技術１の態様を示す側面図である。
【図６】砥石がすり減ったときの従来技術１の態様を示す正面図である。
【図７】砥石がすり減ったときの従来技術１を用いてワークを研削したときの断面図である。
【図８】砥石がすり減ったときの従来技術１により研削されたワークの断面図である。
【図９】軸受を有する理想的な平面研削技術を説明する側面図である。
【図１０】軸受を有する理想的な平面研削技術において砥石がすり減ったときの態様を示す側面図である。
【図１１】砥石がすり減った軸受を有する理想的な平面研削技術により研削されたワークの断面図である。
【図１２】自転する砥石と軸受を有する理想的な平面研削技術を説明する側面図である。
【図１３】自転する砥石と軸受を有する理想的な平面研削技術により研削されたワークの断面図である。
【図１４】主軸が傾斜している場合における軸受を有する平面研削技術（従来技術２）を説明する側面図である。
【図１５】従来技術２を説明する側面図である。
【図１６】砥石がすり減ったときの従来技術２の態様を示す側面図である。
【図１７】砥石がすり減ったときの従来技術２により研削されたワークの断面図である。
【図１８】自転する砥石を有する従来技術２（従来技術３）の砥石がすり減ったときの態様を示す側面図である。
【図１９】砥石がすり減ったときの従来技術３により研削されたワークの断面図である。
【図２０】３つの砥石を有する従来技術２（従来技術４）を説明する側面図である。
【図２１】砥石がすり減ったときの従来技術４の態様を示す側面図である。
【図２２】砥石がすり減ったときの従来技術４により研削されたワークの断面図である。
【図２３】３つの砥石を有する従来技術３（従来技術５）の砥石がすり減ったときの態様を示す断面図である。
【図２４】砥石がすり減ったときの従来技術５により研削されたワークの断面図である。
【図２５】第一の発明を説明する側面図である。
【図２６】第一の発明を説明する側面図である。
【図２７】砥石がすり減ったときの第一の発明の態様を示す側面図である。
【図２８】砥石がすり減ったときの第一の発明により研削されたワークの断面図である。
【図２９】砥石がすり減ったときの第二の発明の態様を示す側面図である。
【図３０】砥石がすり減ったときの第二の発明により研削されたワークの断面図である。
【図３１】第一の発明の実施の形態における側面図である。
【図３２】第一の発明の実施の形態における断面図である。
【図３３】図３１中のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３４】第二の発明の実施の形態における側面図である。
【図３５】図３４中のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図３６】第二の発明の実施の形態における断面図である。
【図３７】図３６中のＣ−Ｃ線の断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００５６】  図３１に本第一の発明の実施形態における側面図を示す。
【００５７】  図３１中、１０はベッドであり、１１はスタンドであり、１２と１３はテーブルであり、１４はワークであり、１５は主軸であり、１６は４軸受であり、１７と１８と１９は砥石であり、２０はモーターであり、２１はハンドルである。
【００５８】  また、図３２に第一の発明の実施の形態における断面図を示す。
【００５９】  図３２中、１０はベッドであり、１１はスタンドであり、１２と１３はテーブルであり、１４はワークであり、１５は主軸であり、１６は４軸受であり、１７と１９は砥石であり、２０はモーターであり、２２はカーボン繊維でできたワイヤーである。
【００６０】  図３２に見るように主軸１５は、その下端部が略球形となっている中空の軸であり、４軸受１６の上部に設けられた略球形の中空の軸を当該下端部で包含する構造となっている。
【００６１】  また、４軸受１６とモーター２０は主軸１５中に配設されたワイヤー２０により結びついている。
【００６２】  このためモーター２０の主軸を回転させれば、４軸受１６は首振り自在に回転する。
【００６３】  この状態で、ワーク１４をテーブル１３ごとベッド１０上を前後左右自在に動かすことにより、ワーク１４の表面は砥石１７と１８と１９により精度良く平面研削される。
【００６４】  図３３に図３１におけるＡ−Ａ線の断面図を示す。
【００６５】  図３３中、２３は砥石１７とワーク１４の接触面であり、２４は砥石１８とワーク１４の接触面であり、２５は砥石１９とワーク１４の接触面であり、２６は砥石１８が研削する限界範囲を示す想像線であり、２７は砥石１７が研削する限界範囲を示す想像線であり、２８は砥石１９が研削する限界範囲を示す想像線である。
【００６６】  これらは４軸受１６の柄の長さが不均等なものであることを意味するが、これにより砥石１８が想像線２６の内側を担当し、砥石１７が想像線２６と２７の間を担当し、砥石１９が想像線２７と２８の間を担当し、砥石１７と１８と１９とで想像線２８の内側をむら無く平面研削することが可能となる。
【００６７】  また、図３４に第二の発明の実施形態における側面図を示す。
【００６８】  図３４中、１０はベッドであり、１１はスタンドであり、１２と１３はテーブルであり、１４はワークであり、１５は主軸であり、１６は４軸受であり、２９と３０と３１は砥石であり、２０はモーターでり、２１はハンドルである。
【００６９】  図３５に図３４におけるＢ−Ｂ線の断面図を示す。
【００７０】  図３５中、３２は砥石２９とワーク１４の接触面であり、３３は砥石３０とワーク１４の接触面であり、３４は砥石３１とワーク１４の接触面であり、３５は砥石３０が研削する限界範囲を示す想像線であり、３６は砥石２９が研削する限界範囲を示す想像線であり、３７は砥石３１が研削する限界範囲を示す想像線である。
【００７１】  これらは４軸受１６の柄の長さが不均等なものであることを意味するが、これにより砥石３０が想像線３５の内側を担当し、砥石２９が想像線３５と３６の間を担当し、砥石３１が想像線３６と３７の間を担当し、砥石２９と３０と３１とで想像線３７の内側をむら無く平面研削することが可能となる。
【００７２】  また、接触面３２と３３と３４の形状が直線状であるのは、砥石２９と３０と３１の先端が円錐状であるためである。
【００７３】  また、図３６に第二の発明の実施の形態における断面図を示す。
【００７４】  図３６中、１０はベッドであり、１１はスタンドであり、１２と１３はテーブルであり、１４はワークであり、１５は主軸であり、１６は４軸受であり、２９と３１は砥石であり、２０はモーターであり、３８と３９はカーボン繊維でできたワイヤーであり、４０は遊星ギアであり、４１はベアリングである。
【００７５】  また、図３７に図３６におけるＣ−Ｃ線の断面図を示す。
【００７６】  図３７中、４０は遊星ギアであり、４２は太陽歯車であり、４３と４４と４５は遊星歯車であり、３８と３９と４６はカーボン繊維でできたワイヤーであり、１２はテーブルであり、１１はスタンドの断面である。
【００７７】  図３６に示すように、モーター２０の主軸は太陽歯車４２に直結しており、遊星歯車４３の回転軸にはワイヤー３８が、遊星歯車４５の回転軸にはワイヤー３９が、遊星歯車４４の回転軸にはワイヤー４６が直結している。
【００７８】  また、ワイヤー３８は砥石２９の砥石軸に、ワイヤー３９は砥石３１の砥石軸に、ワイヤー４６は砥石３０の砥石軸に直結している。
【００７９】  このため、モーター２０が回転すれば、太陽歯車４２が回転し、それに伴い遊星歯車４３と４４と４５が自転しながら太陽歯車４２の周りを回転し、これに伴いワイヤー３８と３９と４６が太陽歯車４２の周りを自転しながら公転し、これにより砥石２９と３０と３１がワーク１４上を自転しながら公転する。
【００８０】  また、主軸１５が逆円錐型をした中空構造をしているのに対し、４軸受１６の上部は主軸１５の内部で逆円錐型を形成しながら主軸１５に当接しているので、４軸受１６は首振り自在に回転することができる。
【００８１】  よって、本実施形態では、図３５で示した砥石２９と３０と３１の配置とあいまって広い範囲を精度良く平坦に研削することができる。
【００８２】  なお、図３６における構成において、遊星ギア４０を４軸受１６内の下部まで降ろし、太陽歯車４２とモーター２０の主軸をワイヤーで連結ても本実施形態に準じた作用効果を得ることができる。
【００８３】  また、砥石２９と３０と３１がワーク１４に当接する圧力を増すためには４軸受１６に重りを付けても良く、またバネや油圧ジャッキにより４軸受１６を下方に付勢しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００８４】  本発明によれば、金属に限らずセラミックスや木材においても精度の良い平面研削が可能となる。
【符号の説明】
【００８５】１，１５  主軸
２，６，７，１７，１８，１９，２９，３０，３１  砥石
３、１４  ワーク
４    軸受
５，８，９    砥石軸
１０  ベッド
１１  スタンド
１２，１３  テーブル
１６  ４軸受
２０  モーター
２１  ハンドル
２２，３８，３９，４６  ワイヤー
２３  砥石１７とワーク１４の接触面
２４  砥石１８とワーク１４の接触面
２５  砥石１９とワーク１４の接触面
２６  砥石１８が研削する限界範囲を示す想像線
２７  砥石１７が研削する限界範囲を示す想像線
２８  砥石１９が研削する限界範囲を示す想像線
３２  砥石２９とワーク１４の接触面
３３  砥石３０とワーク１４の接触面
３４  砥石３１とワーク１４の接触面
３５  砥石３０が研削する限界範囲を示す想像線
３６  砥石２９が研削する限界範囲を示す想像線
３７  砥石３１が研削する限界範囲を示す想像線
４０  遊星ギア
４１  ベアリング
４２  太陽歯車
４３，４４，４５  遊星歯車
【図１】
0003168295.tif 000003
【図２】
0003168295.tif 000004
【図３】
0003168295.tif 000005
【図４】
0003168295.tif 000006
【図５】
0003168295.tif 000007
【図６】
0003168295.tif 000008
【図７】
0003168295.tif 000009
【図８】
0003168295.tif 000010
【図９】
0003168295.tif 000011
【図１０】
0003168295.tif 000012
【図１１】
0003168295.tif 000013
【図１２】
0003168295.tif 000014
【図１３】
0003168295.tif 000015
【図１４】
0003168295.tif 000016
【図１５】
0003168295.tif 000017
【図１６】
0003168295.tif 000018
【図１７】
0003168295.tif 000019
【図１８】
0003168295.tif 000020
【図１９】
0003168295.tif 000021
【図２０】
0003168295.tif 000022
【図２１】
0003168295.tif 000023
【図２２】
0003168295.tif 000024
【図２３】
0003168295.tif 000025
【図２４】
0003168295.tif 000026
【図２５】
0003168295.tif 000027
【図２６】
0003168295.tif 000028
【図２７】
0003168295.tif 000029
【図２８】
0003168295.tif 000030
【図２９】
0003168295.tif 000031
【図３０】
0003168295.tif 000032
【図３１】
0003168295.tif 000033
【図３２】
0003168295.tif 000034
【図３３】
0003168295.tif 000035
【図３４】
0003168295.tif 000036
【図３５】
0003168295.tif 000037
【図３６】
0003168295.tif 000038
【図３７】
0003168295.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
首振り自在な主軸と、３つの砥石と、当該主軸と当該３つの砥石を連結する４軸受で構成され、かつ当該軸受（４）により連結された当該砥石群が当該主軸が首振り自在なために当該主軸の傾斜に依拠することなくワーク面上に自立して立ち、かつその状態を維持しながら当該砥石群が当該主軸の回転に連動して当該ワーク面上を回転する３軸スピンドルを有することを特徴とする工作機械。
【請求項２】
各砥石が自転することを特徴とする請求項１記載の工作機械。