(57)【要約】【課題】高精度な側面加工の実施を可能にする加工装置を提供する。【解決手段】第１のテーブル（２６）と、回転軸（４６）を中心として上記第１のテープルに対して回転する第２のテーブルと、上記回転軸（４６）を中心として上記第１のテーブル（２６）に対して第２のテーブルを回転させる回転機構とを備える。上記回転機構は、上記第１のテーブルに固定された第１の支軸（５６）と、上記第２のテーブルに固定された第２の支軸（５８）と、上記第１の支軸（５６）と第２の支軸（５８）に回転自在に連結されたアーム（５０）と、一端が上記第１のテーブル（２６）に連結され、他端が上記アーム（５０）に接触するアクチュエータ（６０）とを備える。上記第１の支軸（５６）と第２の支軸（５８）との距離が、上記アクチュエータ（６０）の他端と上記アーム（５０）との連結位置（６２）と上記第１の支軸（５６）との距離よりも大きく決められている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の中心軸を中心として回転する工具の外周面をワークの被加工面に当てて該被加工面を加工する加工装置において、
第１のテーブルと、
上記工具を支持しており、上記中心軸に直交する回転軸を中心として上記第１のテーブルに対して回転する第２のテーブルと、
上記回転軸を中心として上記第１のテーブルに対して第２のテーブルを回転させる回転機構とを備えており、
上記回転機構は、
上記第１のテーブルに固定された第１の支軸と、
上記第２のテーブルに固定された第２の支軸と、
上記第１の支軸と第２の支軸に回転自在に連結されたアームと、
一端が上記第１のテーブルに連結され、他端が上記アームに接触するアクチュエータとを備えており、
上記第１の支軸と第２の支軸との距離が、上記アクチュエータの他端と上記アームとの接触位置と上記第１の支軸との距離よりも大きく決められていることを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の中心軸を中心として回転する工具の外周面をワークの被加工面に当てて該被加工面を加工する加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワーク（被加工物）に溝や穴を加工する場合、回転工具の外周面を溝や穴の内側側面に押し当てて研削が行われる。この場合、回転駆動軸に保持された工具の先端が被加工面から反力を受けて片持ち梁状態に撓む。そして、この撓みは被加工面にオフセットされ、被加工面の加工精度を低下する。
【０００３】
そこで、この問題を解消するために、工具の撓みをキャンセルするように、工具の撓みに応じて圧電素子を駆動してワークに対する工具の傾きを調整することで、溝や穴の内面を所定の精度（直角度、真直度、円筒度、平面度）に加工する方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８０１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電素子が発生する変位量は極めて微小である。そのため、圧電素子の変位量だけで工具に必要な傾き又は変位量を得ようとすれば、多数の圧電素子が必要になり、装置の大型化・高価格化を招来する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、工具に必要な変位量を最小限の数の圧電素子で得ることができる機構を備えた加工装置を提供することを目的としてなされたものであり、その加工装置は、
所定の中心軸を中心として回転する工具の外周面をワークの被加工面に当てて該被加工面を加工する加工装置であって、
第１のテーブルと、
上記工具を支持しており、上記中心軸に直交する回転軸を中心として上記第１のテープルに対して回転する第２のテーブルと、
上記回転軸を中心として上記第１のテーブルに対して第２のテーブルを回転させる回転機構とを備えており、
上記回転機構は、
上記第１のテーブルに固定された第１の支軸と、
上記第２のテーブルに固定された第２の支軸と、
上記第１の支軸と第２の支軸に回転自在に連結されたアームと、
一端が上記第１のテーブルに連結され、他端が上記アームに接触するアクチュエータとを備えており、
上記第１の支軸と第２の支軸との距離が、上記アクチュエータの他端と上記アームとの接触位置と上記第１の支軸との距離よりも大きく決められていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、複数の図面に表れる同一又は類似の部分又は部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００８】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る加工装置２の外観を示す。加工装置２は、それが設置されている場所に固定された基台４を有する。基台４は、ワーク（被加工物）を支持するワークステーション６と、切削工具を支持するツールステーション８を支持している。
【０００９】
ワークステーション６は、基台４に固定された固定テーブル１０と、固定テーブル１０に支持された第１のテーブル（水平移動テーブル）１２と、第１のテーブル１２に支持された第２のテーブル１４を備えている。固定テーブル１０と第１のテーブル１２は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）からの指令に基づいて、第１のテーブル１２が所定の水平方向（矢印Ｙ方向）に移動可能としてある。第２のテーブル１４は、第１のテーブル１２の移動方向（Ｙ方向）と直交する別の水平方向（矢印Ｘ方向）に伸びる中心線１６を中心として回転するワークスピンドル１８を備えており、このワークスピンドル１８にワーク２０が保持されるようにしてある。また、ワークスピンドル１８は、第２のテーブル１４に支持されているワーク回転モータ２２に駆動連結されており、このワーク回転モータ２２の回転に基づいて、ワークスピンドル１８とこれに保持されたワーク２０が回転するようにしてある。
【００１０】
ツールステーション８は、基台４に固定された固定テーブル２４と、固定テーブル２４に支持された第１のテーブル（水平移動テーブル）２６と、第１のテーブル２６に支持された第２のテーブル（旋回テーブル）２８を備えている。固定テーブル２４と第１のテーブル２６は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、第１のテーブル２６が所定の水平方向（矢印Ｘ方向）に移動可能としてある。また、第１のテーブル２６と第２のテーブル２８は両者の間に配置された旋回機構（後に説明する。）を介して連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて旋回機構が駆動し、第２のテーブル２６が所定の垂直軸（後に説明する。）を中心に旋回するようにしてある。第２のテーブル２６は、ツール回転モータ３０を支持しており、このツール回転モータ３０に駆動連結されたツールスピンドル３２が水平方向の中心線３４を中心として回転するようにしてある。そして、ツールスピンドル３２に対し、ツール３６が着脱自在に取り付けできるようにしてある。
【００１１】
旋回機構は図２、図３に示してある。図示するように、旋回機構４０は、第１のテーブル２６と第２のテーブル２８との間に該旋回機構４０の収容空間４２を形成するために、これら第１のテーブル２６と第２のテーブル２８の間に配置されたスペーサブロック４４を備えている。本実施の形態において、スペーサブロック４４は、第１のテーブル２６のワークステーション側に固定されている。第１のテーブル２６に対して第２のテーブル２８を旋回可能に連結する垂直軸（旋回軸）４６は、スペーサブロック４４とこれに対応する第２のテーブル２６の突出部分４８を貫通するように設けてある。スペーサブロック４４の後方（ワークステーションから離れた領域）には、一対のアーム５０が、垂直軸（旋回軸）４６と直交する矢印Ｘ方向の水平線５２に関して対称に且つ両アーム５０の間に隙間５４を形成した状態で配置されている。
【００１２】
アーム５０は、ワークステーション６から離れた一端側で、垂直軸（第１の支軸）５６を介して、第１のテーブル２６に回転自在に支持されている。また、２つのアーム５０は、ワークステーション６に近い他端側で、第２のテーブル２８の下面に固定された垂直軸（第２の支軸）５８を挟持している。この垂直軸（第２の支軸）５８は、第２のテーブル２８に回転自在に固定するのが好ましい。また、垂直軸（第２の支軸）５８は円柱体又は円筒体が好ましいが、四角形などの矩形の柱であってもよい。さらに、アーム５０の平面形状は特に限定的ではないが、図示するように２つのアーム５０で垂直軸（第２の支軸）５８を挟持したとき、アーム５０の位置に拘わらず、垂直軸（第２の支軸）５８を挟持するアーム対向面が平行になるようにするのが好ましい。
【００１３】
２つのアーム５０の間に垂直軸（第２の支軸）５８を挟持した状態でこれら２つのアーム５０を垂直軸（第２の支軸）５６を中心に回転するために、それぞれのアーム５０の外側には圧電アクチュエータ６０が配置されている。圧電アクチュエータ６０は、矢印Ｘ方向の水平線５２と直交又はほぼ直交する方向に向けて配置された圧電素子を備えており、一端が第１のテーブル２６に連結され、他端がアーム５０に接触している。圧電アクチュエータ６０の僅かな変位が垂直軸（第２の支軸）５８を挟持したアーム先端側で数倍に増幅されるように、アーム５０に対する圧電アクチュエータ６０の連結位置６２と垂直軸（第１の支軸）５６との距離よりも、垂直軸（第１の支軸）５６と垂直軸（第２の支軸）５８との距離が相当大きく決められている。
【００１４】
第１のテーブル２６の上面は、アーム５０と圧電アクチュエータ６０を挟んでそれらの前後（両側）に、垂直軸（第１の支軸）５８を中心とする扇状のレール６４，６６を備えている。これに対応して、第２のテーブル２８の下面は、レール６４，６６上を移動する複数のスライダ６８，７０を備えており、第１のテーブル２６に対して第２のテーブル２８が回転するとき、これらスライダ６８，７０がレール６４，６６の上を案内されて移動するようにしてある。また、第１のテーブル２６に対する第２のテーブル２８の回転角度（すなわち、ツール３６の方向）を検出するために、第１のテーブル２６は第２のテーブル２８の変位を検出するセンサ７２を備えている。
【００１５】
第２のテーブル２８に支持されたツール回転モータ３０は、このツール回転モータ３０に駆動連結されたツールスピンドル３２の中心線３４が垂直軸（第２のテーブルの旋回軸）４６の中心線と直交するように、第２のテーブル２８に固定される。
【００１６】
このように構成された加工装置２によれば、ワークステーション６のワークスピンドル１８にワーク２０が保持される。図１の実施形態では、円筒ワーク２０がその中心軸をワークスピンドル１８の中心線１６に一致させた状態で保持されている。
【００１７】
これに対し、円筒ワーク２０の内側側面（内周面）を研削するツール３６が、ツールステーション８のツールスピンドル３２に保持されている。このとき、ツール３６の中心線とツールスピンドル３２の中心線が一致している。
【００１８】
次に、ワーク回転モータ２２を駆動し、ワークスピンドル１８及びこれに保持されたワーク２０を中心線１６の回りで回転する。そして、ツールステーション８の第１のテーブル２６の矢印Ｘ方向の移動に基づいてツール３６を円筒ワーク２０に挿入するとともに、ツール回転モータ３０を駆動してツール３６を回転し、円筒ワーク２０の内周面を研削する。このとき、ワーク内周面の研削はワークステーション６の第１のテーブル１２の水平移動に基づいて円筒ワーク２０を矢印Ｙ方向に移動して行われ、その際、ツール３６の外周面が円筒ワーク２０の内周面に押圧される。その結果、片持ち梁状態のツール３６の先端側に荷重が作用してこれが撓む。
【００１９】
ツール３６の撓みがワーク２０にオフセットするのを防止するため、ツール３６の撓みに応じて旋回機構４０の圧電アクチュエータ６０を駆動し、アーム５０の角度を変えてツール３６の角度を調整する。その際、ツール３６の撓みは、ツール３６に作用しているトルク又はツール３６の捩れを検出し、予め作成されている撓みとトルク又は捩れとの関係を利用して計算される。
【００２０】
２つの圧電アクチュエータ６０は、一方が伸び、他方が縮むように、電圧が印加される。また、圧電アクチュエータ６０に印加される電圧は、２つのアーム５０が垂直軸（第２の支軸）５８に常に押圧力を加えた状態でこれを挟持するように調整される。このとき、電圧は、変位検出センサ７２の出力をもとに調整される。その結果、垂直軸（第２の支軸）５８及びツール３６の角度が確実に制御される。
【００２１】
また、上述のように、垂直軸（第１の支軸）５６と垂直軸（第２の支軸）５８との距離はアクチュエータ接触位置６２と垂直軸（第１の支軸）５６との距離の数倍に設定されているので、圧電アクチュエータ６０の僅かな変形を数倍に増幅した変位量が垂直軸（第２の支軸）５８とツール３６に与えられ、ツール３６のワーク２０に対する接触面がスピンドル中心線と平行な方向に保たれる。その結果、ワーク２０の内周面は、その中心軸に平行な面となる。
【００２２】
実施の形態２．
図４は本発明に係る加工装置１０２の外観を示す。加工装置１０２は、それが設置されている場所に固定された基台１０４を有する。基台１０４は、ワーク（被加工物）を支持するワークステーション１０６と、切削工具を支持するツールステーション１０８を支持している。
【００２３】
ワークステーション１０６は、基台１０４に固定された固定テーブル１１０と、固定テーブル１１０に支持された第１のテーブル（垂直移動テーブル）１１２を備えている。固定テーブル１１０と第１のテーブル１１２は両者の間に配置された垂直移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、第１のテーブル１１２が垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能としてある。また、第１のテーブル１１２は、水平方向（矢印Ｘ方向）に伸びる中心線１１６を中心として回転するワークスピンドル１１８を備えており、このワークスピンドル１１８にワーク１２０が保持されるようにしてある。また、ワークスピンドル１１８は、第１のテーブル１１２に支持されているワーク回転モータ１２２に駆動連結されており、このワーク回転モータ１２２の回転に基づいて、ワークスピンドル１１８とこれに保持されたワーク１２０が回転するようにしてある。
【００２４】
ツールステーション１０８は、基台１０４に固定された固定テーブル１２４と、固定テーブル１２４に支持された水平移動テーブル１２６と、水平移動テーブル２６に支持された第１のテーブル（水平移動テーブル）１２８を備えている。固定テーブル１２４と水平移動テーブル１２６は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、水平移動テーブル１２６が所定の水平方向（矢印Ｘ方向）に移動可能としてある。また、水平移動テーブル１２６と第１のテーブル１２８は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、水平移動テーブル１２６に対して第１のテーブル１２８が別の水平方向（矢印Ｙ方向）に移動可能としてある。
【００２５】
第１のテーブル１２８は、矢印Ｙ方向に等間隔に３つのモータ支持台（第２のテーブル）１３０を支持しており、各モータ支持台１３０にツール回転モータ１３２がそれぞれ固定されている。また、ツール回転モータ１３２に駆動連結されたツールスピンドル１３４が水平方向の中心線１３６を中心として回転するようにしてある。そして、各ツールスピンドル１３２に対し、ツール１３８が着脱自在に取り付けできるようにしてある。
【００２６】
各モータ支持台（第２のテーブル）１３０は、図５の旋回機構１４０を介して、第１のテーブル１２８に支持されている。旋回機構１４０は、実施の形態１で説明した旋回機構と類似の構成を有するが、２つの圧電アクチュエータ１６０がツール回転モータ１３２の回転軸と平行な方向（前後方向）に向けて配置されている点で相違する。旋回機構１４０の他の点は、実施の形態１の旋回機構と基本的に同一である。したがって、類似する構成の説明は省略する。
【００２７】
このように構成された加工装置１０２によれば、ワークステーション１０６のワークスピンドル１１８にワーク１２０が保持される。図４の実施形態では、円柱ワーク１２０がその中心軸をワークスピンドル１１８の中心線１１６に一致させた状態で保持されている。
【００２８】
これに対し、円柱ワーク１２０に溝を形成する複数の切削ツール（これに加えて、形成された溝の側面を研削する複数の研削ツール）１３８が、ツールステーション１０８のツールスピンドル１３４にそれぞれ保持されている。このとき、ツール１３８の中心線１３６とツールスピンドル１３４の中心線が一致している。
【００２９】
次に、ワーク回転モータ１２２を駆動し、ワークスピンドル１１８及びこれに保持されたワーク１２０を中心線１１６の回りでに回転する。そして、ツールステーション１０８の水平移動テーブル１２６の矢印Ｘ方向の移動に基づいてツール１３８を円柱ワーク１２０に近づけるとともに、ツール回転モータ１３２を駆動してツール１３８を回転し、円柱ワーク１２０に溝（凹部）を形成する（または溝が形成されている場合にはその側面を研削する）。このとき、ワークの溝加工切削または溝側面研削は、ワークステーション１０６の第１のテーブル１１２の垂直移動に基づいて円柱ワーク１２０を矢印Ｚ方向に移動して、それとともにツールステーション１０８の第１のテーブル１２８の水平方向に基づいてツール１３８を矢印Ｙ方向に移動して行われる。その際、特に側面の研削（または側面仕上げ切削）において、ツール１３８の外周面が円柱ワーク１２０に形成された溝の側面に押圧される。その結果、片持ち梁状態のツール１３８の先端側に荷重が作用してこれが撓む。
【００３０】
ツール１３８の撓みがワーク１２０にオフセットするのを防止するため、ツール１３８の撓みに応じて旋回機構１４０の圧電アクチュエータ１６０を駆動し、アーム１５０の角度を変えてツール１３８の角度を調整する。その際、ツール１３８の撓みは、ツール１３８に作用しているトルク又はツール１３８の捩れを検出し、予め作成されている撓みとトルク又は捩れとの関係を利用して計算される。
【００３１】
２つの圧電アクチュエータ１６０は、一方が伸び、他方が縮むように、電圧が印加される。また、圧電アクチュエータ１６０に印加される電圧は、２つのアーム１５０が垂直軸（第２の支軸）１５８に常に押圧力を加えた状態でこれを挟持するように調整される。このとき、電圧は、上記の実施例と同様に変位検出センサ（図示せず）の出力をもとに調整される。その結果、垂直軸（第２の支軸）１５８及びツール１３８の角度が確実に制御される。
【００３２】
また、上述のように、垂直軸（第１の支軸）１５６と垂直軸（第２の支軸）１５８との距離はアクチュエータ接触位置１６２と垂直軸（第１の支軸）１５６との距離の数倍に設定されているので、圧電アクチュエータ１６０の僅かな変形を数倍に増幅した変位量が垂直軸（第２の支軸）１５８とツール１３８に与えられ、ツール１３８のワーク１２０に対する接触面がスピンドル中心線と平行な方向に保たれる。その結果、ワーク１２０の内周面は、その中心軸に平行な面となる。
【００３３】
実施の形態３．
図６は実施形態３の旋回機構２４０を示している。旋回機構２４０は、上記の実施の形態で説明した旋回機構と類似の構成を有するが、２つの圧電アクチュエータ２６０が、その変位方向が水平線２５２（上記水平線５２と同一の意味を持つ）と所定の角度で配置されている点で相違する。旋回機構２４０の他の点は、上記の実施の形態の旋回機構と基本的に同一である。したがって、類似する構成及び実施の説明は省略する。
【００３４】
実施の形態４．
図７は実施形態４の旋回機構３４０を示している。旋回機構３４０は、上記の実施の形態で説明した旋回機構と類似の構成を有するが、二つのアーム３５０と２つの圧電アクチュエータ３６０が、水平線３５２（上記水平線５２と同一の意味を持つ）に対して非対称に配置されている点で相違する。旋回機構３４０の他の点は、上記の実施の形態の旋回機構と基本的に同一である。したがって、類似する構成及び実施の説明は省略する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る装置により、アクチュエータの変位量を増幅することが可能になる。アクチュエータを備える加工装置は、この装置を構成することにより、小さい変位量で駆動する小型のアクチュエータが使用可能になる。そのため、加工装置全体は小型化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態１の加工装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る実施形態１のツールステーションの斜視図である。
【図３】本発明に係る実施形態１の旋回機構の斜視図である。
【図４】本発明に係る実施形態２の加工装置の斜視図である。
【図５】本発明に係る実施形態２の旋回機構の概略的上面図である。
【図６】本発明に係る実施形態３の旋回機構の概略的上面図である。
【図７】本発明に係る実施形態４の旋回機構の概略的上面図である。
【符号の説明】
２  加工装置、  ４  基台、  ６  ワークステーション、  ８  ツールステーション、  １０  固定テーブル、  １２  第１のテーブル、  １４  第２のテーブル、  １６  中心線、  １８  ワークスピンドル、  ２０  ワーク、  ２２  ワーク回転モータ、  ２４  固定テーブル、  ２６  第１のテーブル、  ２８  第２のテーブル、  ３０  ツール回転モータ、  ３２  ツールスピンドル、  ３４  中心線、  ３６  ツール、  ４０  旋回機構、  ４２  空間、  ４４  スペーサブロック、  ４６  垂直軸（旋回軸）、  ４８  突出部分、  ５０  アーム、  ５２  水平線、  ５４  隙間、  ５６  垂直軸（第１の支軸）、  ５８  垂直軸（第２の支軸）、  ６０  圧電アクチュエータ、  ６２  接触位置、  ６４レール、  ６６  レール、  ６８  スライダ、  ７０  スライダ、  ７２  変位検出センサ、  １０２  加工装置、  １０４  基台、  １０６  ワークステーション、  １０８  ツールステーション、  １１０  固定テーブル、  １１２  第１のテーブル、  １１６  中心線、  １１８  ワークスピンドル、  １２０  ワーク、  １２２  ワーク回転モータ、  １２４  固定テーブル、  １２６  水平移動テーブル、  １２８  第１のテーブル、  １３０  第２のテーブル、  １３２  ツール回転モータ、  １３４  ツールスピンドル、  １３６  中心線、  １３８  ツール、  １４０  旋回機構、  １５０  アーム、  １５６  第１の支軸、  １５８  第２の支軸、  １６０  圧電アクチュエータ、  １６２  接触位置、  ２４０  旋回機構、  ２５２  中心線、  ２６０  圧電アクチュエータ、３４０  旋回機構、  ３５０  アーム、  ３５２  水平線、  ３６０  圧電アクチュエータ
【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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