(57)【要約】【課題】研削主軸の剛性を高めて研削主軸の固有振動を高めることにより内面研削可能な範囲を長くし、研削能率及び研削加工精度の向上を図る。【解決手段】内面研削装置１は、先端に砥石３を装着する研削主軸５の後端側が装置本体７に少なくとも２つの後端側軸受部９を介して回転自在に支持され、前記研削主軸５の後端側は回転駆動手段２７により回転駆動される。前記研削主軸５が筒状体の支持筒１３により前記装置本体７から突出する部分に沿って当該研削主軸５の周囲が囲まれるようにして前記支持筒１３が装置本体７に一体的に突設されている。前記研削主軸５の先端側が上記支持筒１３内で先端側軸受部１７を介して回転自在に支持されているので、研削主軸５の剛性が高く、研削主軸５の固有振動数が高められ、研削主軸５を長くでき、研削主軸５の回転数も上げられる。【選択図】　　　図１
2004106090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に砥石を装着する研削主軸と、この研削主軸の後端側を少なくとも２つの後端側軸受部を介して回転自在に支持する装置本体と、前記研削主軸の後端側を回転駆動する回転駆動手段と、前記装置本体から突出する前記研削主軸に沿って当該研削主軸の周囲を囲むべく前記装置本体に一体的に突設された支持筒と、この支持筒内に前記研削主軸の先端側を回転自在に支持すべく介設した先端側軸受部と、を備えたことを特徴とする内面研削装置。
【請求項２】
前記先端側軸受部が、定位置予圧のアンギュラベアリングであることを特徴とする請求項１記載の内面研削装置。
【請求項３】
前記後端側軸受部が、深溝玉ベアリングであることを特徴とする請求項１又は２記載の内面研削装置。
【請求項４】
前記回転駆動手段が、前記後端側軸受部の位置より前記研削主軸の後端側に取り付けた従動回転伝達手段を有し、この従動回転伝達手段の位置より前記研削主軸の後端側を前記装置本体に回転自在に支持すべく介設した補助軸受部を設けてなることを特徴とする請求項１，２又は３記載の内面研削装置。
【請求項５】
前記補助軸受部が、深溝玉ベアリングであることを特徴とする請求項４記載の内面研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内面研削装置に係り、特に先端に砥石を装着する研削主軸を回転自在に支持する構造の強度アップを図る内面研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内面研削装置は、先端に砥石を装着する研削主軸がその後端側に配置された２つのベアリングを介して装置本体に片持ち梁の構造で支持されている。また、上記２つのベアリングの位置より後方に突出した前記研削主軸の後端側には回転伝達手段としての例えばプーリが設けられており、研削主軸は前記プーリ、ベルトを介して回転駆動手段としての例えばモータの回転により回転駆動されるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３８６１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の内面研削装置においては、研削主軸が２つのベアリングを介して装置本体に片持ち梁の構造で支持されているので、研削主軸の先端側と後端側の剛性がいずれも低く、研削主軸の全体の固有振動数が低くなるので、仕様回転数を低くしなければならず、また研削主軸の長さに制限が出てきてしまう。そのため、内面研削加工を行うワークに対して研削可能な穴の深さが限られてしまうという問題点があった。
【０００５】
ちなみに、深穴部をあける方法としては、研削加工ではなく放電加工により行うことができる。しかし、前記放電加工では精度のよい穴部をあけることが可能である反面、時間とコストがかかり過ぎるという問題点がある。
【０００６】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、研削主軸の剛性を高めて研削主軸の固有振動を高めることにより内面研削可能な範囲を長くすると共に研削能率及び研削加工精度の向上を図るようにした内面研削装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１によるこの発明の内面研削装置は、先端に砥石を装着する研削主軸と、この研削主軸の後端側を少なくとも２つの後端側軸受部を介して回転自在に支持する装置本体と、前記研削主軸の後端側を回転駆動する回転駆動手段と、前記装置本体から突出する前記研削主軸に沿って当該研削主軸の周囲を囲むべく前記装置本体に一体的に突設された支持筒と、この支持筒内に前記研削主軸の先端側を回転自在に支持すべく介設した先端側軸受部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
したがって、内面研削装置の研削主軸の先端が先端側軸受部を介して支持筒で支持されるので、研削主軸の剛性が高く、研削主軸の固有振動数が高められる。その結果、研削主軸を長くすることができるので、内面研削可能な範囲が長くなる。また、研削主軸の回転数も上げることが可能となるので、研削能率の向上と加工面精度の向上が図られる。
【０００９】
請求項２によるこの発明の内面研削装置は、請求項１記載の内面研削装置において、前記先端側軸受部が、定位置予圧のアンギュラベアリングであることを特徴とするものである。
【００１０】
したがって、先端側軸受部が定位置予圧のアンギュラベアリングであることにより、研削主軸の剛性が高められ、研削主軸の固有振動数が高められる。
【００１１】
請求項３によるこの発明の内面研削装置は、請求項１又は２記載の内面研削装置において、前記後端側軸受部が、深溝玉ベアリングであることを特徴とするものである。
【００１２】
したがって、請求項２と同様の理由から、後端側軸受部が深溝玉ベアリングであることにより、研削主軸の剛性が高められ、研削主軸の固有振動数が高められる。
【００１３】
請求項４によるこの発明の内面研削装置は、請求項１，２又は３記載の内面研削装置において、前記回転駆動手段が、前記後端側軸受部の位置より前記研削主軸の後端側に取り付けた従動回転伝達手段を有し、この従動回転伝達手段の位置より前記研削主軸の後端側を前記装置本体に回転自在に支持すべく介設した補助軸受部を設けてなることを特徴とするものである。
【００１４】
したがって、従動回転伝達手段の両側に後端側軸受部と補助軸受部が配置され、両持ち構造となるので、研削主軸の剛性が高められ、研削主軸の固有振動数が高められる。
【００１５】
請求項５によるこの発明の内面研削装置は、請求項４記載の内面研削装置において、前記補助軸受部が、深溝玉ベアリングであることを特徴とするものである。
【００１６】
したがって、補助軸受部が深溝玉ベアリングであることにより、研削主軸の剛性が高められ、研削主軸の固有振動数が高められる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１を参照するに、この実施の形態に係る内面研削装置１としては、先端に研削部としての例えば砥石３を装着する研削主軸５は、当該研削主軸５の後端側が内面研削装置１の装置本体７に少なくとも２つの後端側軸受部９を介して回転自在に取り付けられている。
【００１９】
また、この実施の形態では、上記の研削主軸５の後端側が後端側軸受部９としての例えば２つの深溝玉ベアリング９Ａ，９Ｂによって支持されており、前記研削主軸５の先端側が、装置本体７の本体部１１から図１において左方の前方側へ突出するように伸びている。
【００２０】
また、装置本体７には、筒状体をなす支持筒１３が研削主軸５の先端側の突出部分に沿って当該研削主軸５の周囲を囲むように上記の本体部１１から一体的に突設されている。換言すれば、装置本体７には、研削主軸５の先端側を挿通可能な穴部１５を備えた筒状体をなす支持筒１３が本体部１１に一体的に図１において左側に向けて伸びるように突設されている。
【００２１】
上記の研削主軸５の先端側は、支持筒１３の先端部に設けた先端側軸受部１７としての例えばこの実施の形態では対をなす２つ一組のアンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂにより回転自在に支持されている。
【００２２】
なお、上記のアンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂは、内輪間座１９と外輪間座２１の長さを調整設定し、アンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂの内輪間座１９と外輪間座２１を内ナット２３と外ナット２５でそれぞれ締め付けることにより、いわゆる定位置予圧が与えられるように構成されている。
【００２３】
上記の２つの深溝玉ベアリング９Ａ，９Ｂの位置より図１において右方の研削主軸５の後端側には、研削主軸５に回転を与えるための回転駆動手段２７の一部を構成する回転伝達手段としての例えば従動プーリ２９が取り付けられている。
【００２４】
また、従動プーリ２９の位置より研削主軸５の後端側は、補助軸受部としての例えば深溝玉ベアリング３１を介して装置本体７に回転自在に支持されている。すなわち、研削主軸５は、従動プーリ２９との関係において、後端側軸受部９としての深溝玉ベアリング９Ｂと補助軸受部としての深溝玉ベアリング３１とにより両持ち支持構造で支持されている。なお、上記の従動プーリ２９には図示せざるモータの駆動軸に備えた駆動プーリに巻き掛けられたベルト３３を介して回転を伝達するように構成されている。
【００２５】
また、研削主軸５の先端には、研削部としての砥石３がナット３５により取り付けられる。
【００２６】
ちなみに、この発明の実施の形態の内面研削装置１と図３に示されている比較例の内面研削装置３７について試験をしたところ、以下のような結果が得られた。
【００２７】
この実施の形態の内面研削装置１としては、支持筒１３は内径が３３ｍｍで、外径が５０ｍｍで、本体部１１からの突出長さが６４０ｍｍに構成され、研削主軸５は図２（Ａ）に示されているように深溝玉ベアリング９Ａより先端側の軸径が３０ｍｍφで、後端側軸受部９としての２つの深溝玉ベアリング９Ａと９Ｂの間の軸径が４０ｍｍφに構成される。また、後端側軸受部９の深溝玉ベアリング９Ｂと補助軸受部の深溝玉ベアリング３１との間の軸径は６０ｍｍφである。
【００２８】
さらに、加工条件としては、加工穴は内径が６０ｍｍで、深さが５００ｍｍであり、使用砥石は＃６０のＣＸＹが使用され、ワーク回転数が５０／ｍｉｎで、砥石３の回転数が８０００／ｍｉｎである。また、送りは粗加工が１０μｍで、同一位置で３回加工後、送りを入れるものであり、仕上げ加工が５μｍで、同一位置で３回加工後、送りを入れるものである。さらに、仕上げ時のみにワーク外周（ワーク主軸の後端薄肉部）に研削液が供給されることにより、ワーク熱膨張が抑制されるようにした。
【００２９】
以上の条件でワークに対して研削加工が行われた場合、加工深さ８０ｍｍの位置における振れが１．５μｍで、加工深さ２００ｍｍの位置における振れが２．５μｍとなり、良好な内面研削ができた。
【００３０】
ちなみに、研削主軸５の１次モードの固有振動数は、後述するように、１５７．７６Ｈｚで、減衰比は２．０８９５×１０−３％であり、図２（Ｂ）は、その振動の状態を示す。
【００３１】
これに対し、従来例に該当する比較例の内面研削装置３７としては、この実施の形態の内面研削装置１の如き支持筒が設けられていない。しかし、図３（Ａ）に示されているようにこの実施の形態の内面研削装置１と同様に研削主軸３９の後端側は従動プーリ（図示省略）の両側が後端側軸受部４１の深溝玉ベアリング４１Ｂ（図１の９Ｂ相当）と補助軸受部４３（図１の２９に相当）で支持された両持ち支持構造である。また、前記前方側の深溝玉ベアリング４１Ａ（図１の９Ａに相当）より先端側の研削主軸３９の直径は、支持筒の外径より太い５３ｍｍφとし、２つの深溝玉ベアリング４１Ａ，４１Ｂ（図１の９Ａと９Ｂに相当）と間の直径も６３ｍｍφと太くした構造である。
【００３２】
なお、加工条件としては、砥石の回転数以外の条件を、上記の実施の形態と同じにして研削加工を行ったところ、砥石の回転数が３０００／ｍｉｎ付近で振動を発生した。ちなみに、前述したように、この実施の形態では砥石の回転数が８０００／ｍｉｎであっても良好な研削加工が行われている。
【００３３】
ちなみに、研削主軸３９の１次モードの固有振動数は、後述するように、６７．６１７Ｈｚで、減衰比は１．４５９０×１０−４％であり、図３（Ｂ）は、その振動の状態を示す。
【００３４】
なお、この実施の形態の研削主軸５の固有振動数は、片持ち梁の支持筒１３の先端部で先端側軸受部としてのアンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂで支持されている状態のばね定数の理論値を計算することにより得られる。
【００３５】
すなわち、研削主軸５の先端は、アンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂの単体の剛性（ばね定数ｋＢＲＧ）と片持ち梁の支持筒１３の剛性（ばね定数ｋ１）とを合成した剛性（合成ばね定数ｋ）で支持されていると仮定し、アンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂの単体の剛性ｋＢＲＧを９８Ｎ／μｍ（１０ｋｇｆ／μｍ）（経験的、およびアーヘン工科大資料等より）とすると、
支持筒１３の先端の変位ｙは、
ｙ＝（Ｗｌ３）／（３ＥＩ）・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
となる。ただし、上述したように支持筒１３は内径ｄは３３ｍｍφで、外形Ｄは５０ｍｍφであり、支持筒１３の全長ｌは６４０ｍｍで、Ｗは付加力である。
【００３６】
Ｉ＝π（Ｄ４−ｄ４）／６４（＝２．４９×１０５ｍｍ４）であるので、
支持筒１３の先端部の剛性（ばね定数）ｋ１は、上記の（１）式より、
ｋ１＝Ｗ／ｙ＝（３ＥＩ）／ｌ３・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
となり、ｋ１は０．５８５Ｎ／μｍ（０．０５９７ｋｇｆ／μｍ）となる。
【００３７】
したがって、合成ばね定数ｋは、
2004106090.tif 000003
となり、ｋは＝０．５８１Ｎ／μｍ（０．０５９３ｋｇｆ／μｍ）となる。
【００３８】
回転軸系固有振動数計算ソフトにおける解析結果から、
研削主軸５の固有振動数は、１次モードで１５７．７６Ｈｚとなり、このときの研削主軸５の回転数は９４６６／ｍｉｎである。
【００３９】
ちなみに、図３（Ａ）の研削主軸３９の固有振動数は、研削主軸３９自体が片持ち梁と仮定して計算すると、１次モードで６７．６１７Ｈｚとなり、このときの研削主軸３９の回転数は４０５６／ｍｉｎである。図３（Ａ）では実際には研削主軸３９の回転数が３０００／ｍｉｎで振動が発生したことから、研削主軸３９の固有振動数の７０％程度から振動が発生するものと考えられる。
【００４０】
以上のことから、この実施の形態では、研削主軸５の先端側が先端側軸受部１７としてアンギュラベアリング１７Ａ，１７Ｂのような定位置与圧のベアリングを介して装置本体７から一体的に伸びた支持筒１３に回転自在に支持されているので、研削主軸５の固有振動数が大幅に向上する。また、研削主軸５の後端側を支持する後端側軸受部９として上記の深溝玉ベアリング９Ａ，９Ｂが使用されることによっても、研削主軸５の固有振動数を高めることができる。さらに、従動プーリ２９を両持ち支持構造とすれば、さらに、研削主軸５の固有振動数を高めることができる。
【００４１】
したがって、研削主軸５の突出量を大きくすることができ、ワークに対してより深い穴部の内面研削加工が可能になるとともに、研削精度を向上させることができる。また、研削主軸５の回転数を高めて研削能率の向上及び研削面精度の向上を図ることができる。
【００４２】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００４３】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項１の発明によれば、内面研削装置の研削主軸の先端を先端側軸受部を介して支持筒で支持するので、研削主軸の剛性を高くでき、研削主軸の固有振動数を高めることができる。その結果、研削主軸を長くすることができるので、内面研削可能な範囲を長くできる。また、研削主軸の回転数も上げることが可能となるので、研削能率の向上と加工面精度の向上を図ることができる。
【００４４】
請求項２の発明によれば、先端側軸受部を定位置予圧のアンギュラベアリングとすることにより、研削主軸の剛性を高めることができ、研削主軸の固有振動数を高めることができる。
【００４５】
請求項３の発明によれば、請求項２と同様の理由から、後端側軸受部を深溝玉ベアリングとすることにより、研削主軸の剛性を高めることができ、研削主軸の固有振動数を高めることができる。
【００４６】
請求項４の発明によれば、従動回転伝達手段の両側に後端側軸受部と補助軸受部を配置した両持ち構造とすることにより、研削主軸の剛性を高めることができ、研削主軸の固有振動数を高めることができる。
【００４７】
請求項５の発明によれば、補助軸受部を深溝玉ベアリングとすることにより、研削主軸の剛性を高めることができ、研削主軸の固有振動数を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の内面研削装置の部分的な断面図である。
【図２】この発明の実施の形態の内面研削装置の研削主軸を示すもので、（Ａ）は模式図で、（Ｂ）は（Ａ）に対応する研削主軸の固有振動数一次モード図である。
【図３】比較例の内面研削装置の研削主軸を示すもので、（Ａ）は模式図で、（Ｂ）は（Ａ）に対応する研削主軸の固有振動数一次モード図である。
【符号の説明】
１　内面研削装置（この実施の形態の）
３　砥石（研削部）
５　研削主軸
７　装置本体
９　後端側軸受部
９Ａ，９Ｂ　深溝玉ベアリング
１１　本体部
１３　支持筒
１５　穴部
１７　先端側軸受部
１７Ａ，１７Ｂ　アンギュラベアリング
１９　内輪間座
２１　外輪間座
２３　内ナット
２５　外ナット
２７　回転駆動手段
２９　従動プーリ（回転駆動手段；回転伝達手段）
３１　深溝玉ベアリング（補助軸受部）
３３　ベルト（回転駆動手段；回転伝達手段）
３５　ナット
３７　内面研削装置（比較例の）
３９　研削主軸
４１　後端側軸受部
４１Ａ，４１Ｂ　深溝玉ベアリング（図１の９Ａ，９Ｂ相当）
４３　補助軸受部（図１の２９に相当）
【図１】
2004106090.tif 000004
【図２】
2004106090.tif 000005
【図３】
2004106090.tif 000006