(57)【要約】【課題】主軸の中心（回転中心）から工作物の重心がずれた偏重心状態で加工を行う際の遠心力による工作物の位置ずれを抑止することにより高精度で工作物を加工する。【解決手段】主軸本体１０の先端にバランス機構２４を設けた。バランス機構２４は、主軸本体１０の回転に伴う遠心力で径方向に移動して工作物４０に当接する環状プレート２６（外力付与部材）を有する。環状プレート２６の重さおよび重量バランスは、偏重心により工作物４０に生じる遠心力と環状プレート２６に生じる遠心力が釣り合うように設定されている。なお、工作物４０は、その重心が回転中心を挟んでバランス機構２４の反対側に位置するように主軸本体１０に対して固定されている。【選択図】      図１
2004174676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される主軸と、この主軸の先端に設けられて工作物を主軸に固定するクランプ装置とを備えた工作機械の前記主軸に対して工作物をその重心が主軸中心からずれた偏重心状態で固定して加工を行う方法であって、偏重心により工作物に生じる遠心力を低減する力を前記工作物に与えながら前記工作物を加工することを特徴とする工作物の加工方法。
【請求項２】
回転駆動される主軸本体と、この主軸本体の先端に設けられて工作物を該主軸本体に固定するクランプ装置とを備えた工作機械の主軸において、
前記クランプ装置により固定される工作物に対して径方向に移動可能な状態で前記主軸本体に設けられ、該主軸本体の回転駆動により生じる遠心力で前記径方向に移動し、かつこの移動により前記工作物に当接して前記遠心力を外力として工作物に付与する外力付与手段を備えていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項３】
請求項２に記載の工作機械の主軸において、
前記外力付与手段には、その重量を変更可能な錘部材が脱着可能に設けられていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の工作機械の主軸において、
前記外力付与手段は、径方向にスライド変位可能なスライド部材から構成されていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項５】
請求項４に記載の工作機械の主軸において、
前記スライド部材は、前記クランプ装置により前記主軸本体に固定される工作物の後端面に対向するように配置され、かつ工作物の前記後端面に形成される凹部に挿入可能な突出部分を有し、前記径方向のスライド変位に伴い前記突出部分を介して前記工作物の内側から該工作物に当接するように構成されていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の工作機械の主軸において、
前記外力付与手段は、主軸本体の方向と直交する支持軸回りに揺動可能に支持される揺動部材からなり、この揺動部材は、前記支持軸を挟んで一端側に前記工作物に当接可能な当接部を備える一方、他端側に前記当接部側よりも重量を有する錘部を備え、前記主軸本体の駆動によりこの錘部に生じる遠心力により前記支持軸回りに揺動して前記当接部を工作物に当接させるように構成されていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項７】
請求項６に記載の工作機械の主軸において、
前記揺動部材は、前記クランプ装置により前記主軸本体に固定される工作物の径方向外側に配置され、前記支持軸回りの揺動に伴い前記当接部を介して前記工作物の外側から該工作物に当接するように構成されていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項８】
請求項２乃至７の何れかに記載の工作機械の主軸において、工作物を軸方向に突き当てることにより該工作物を前記主軸本体に対して位置決めするための当接部材が前記主軸本体に固定され、この当接部材に前記外力付与手段が設けられていることを特徴とする工作機械の主軸。
【請求項９】
請求項２乃至８の何れかに記載の主軸を有する工作機械により工作物を加工する方法であって、
前記主軸本体の中心に対する工作物の重心の偏心距離および該工作物の重量と、前記主軸中心から工作物に当接する前記外力付与手段までの距離とに基づき、主軸本体駆動時の前記外力付与手段の遠心力を低減できるように予め前記外力付与手段の重量を設定した後、遠心力による前記外力付与手段の移動方向とは反対側に工作物の重心が位置するように前記クランプ装置により工作物を前記主軸本体に固定し、この状態で前記主軸本体を回転駆動させて工作物を加工することを特徴とする工作物の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転駆動される主軸の先端に工作物を固定して加工を行う旋盤や内面研削盤等の工作機械における工作物の加工方法および工作機械の主軸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工作物の内外周面や端面を加工する工作機械では、主軸先端部分に工作物を固定するクランプ装置が設けられ、このクランプ装置により工作物を把持した状態で前記主軸と一体に工作物を回転させながら加工を進める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
工作物を高速回転させる工作機械では、回転中心と重心が一致しているのが理想であるが、工作物が変則的な形状をしている場合などには、どうしても偏重心（回転中心に対して重心が偏心している状態）が生じる。
【０００４】
このようなアンバランスな状態で工作物を回転させると、加工中に偏重心による遠心力が発生し、クランプ装置による工作物のクランプ剛性が低い場合などには工作物に回転半径方向（以下、径方向という）の位置ずれを生じる（加工穴の中心がずれる）ことが考えられる。
【０００５】
周知の通り、遠心力は回転数の二乗に比例して大きくなるため、特に、高速回転で工作物を加工する場合には、このような遠心力による工作物の位置ずれが加工精度上、無視できなくなる。また、同心状に段階的に形成された大小径の異なる穴の内周面に加工を施す場合には、穴径に応じて工作物の回転数を変えることが行われるが、この場合には、回転数の相違により各穴の加工工程で生じる遠心力の大きさに差が生じ、その結果、各穴の中心が相互にずれることも考えられる。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、遠心力による工作物の径方向の位置ずれを効果的に抑止することにより、より高精度で工作物を加工することができる工作物の加工方法および工作機械の主軸を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の工作物の加工方法は、回転駆動される主軸と、この主軸の先端に設けられて工作物を主軸に固定するクランプ装置とを備えた工作機械の前記主軸に対して工作物をその重心が主軸中心からずれた偏重心状態で固定して加工を行う方法であって、偏重心により工作物に生じる遠心力を低減する力を工作物に与えながら前記工作物を加工するようにしたものである。
【０００８】
このようにすれば、偏重心により工作物に生じる遠心力が見かけ上低減され、これにより工作物の径方向の位置ずれが効果的に抑止される。特に、偏重心により工作物に生じる遠心力と釣り合う力を与えるようにすれば、工作物に生じる遠心力を見かけ上解消することができる。そのため、偏重心状態で工作物を加工する場合でも精度の高い加工を行うことが可能となる。
【０００９】
一方、本発明に係る工作機械の主軸は、回転駆動される主軸本体と、この主軸本体の先端に設けられて工作物を該主軸本体に固定するクランプ装置とを備えた工作機械の主軸において、前記クランプ装置により固定される工作物に対して径方向に移動可能な状態で前記主軸本体に設けられ、該主軸本体の回転駆動により生じる遠心力で前記径方向に移動し、かつこの移動により前記工作物に当接して前記遠心力を外力として工作物に付与する外力付与手段を備えているものである。
【００１０】
この主軸の構成によれば、主軸本体の駆動により主軸と工作物とが一体に回転されると、その回転により生じる遠心力によって外力付与手段が工作物に対してその径方向に相対的に変位して工作物に当接する。そして、この当接により外力付与手段に生じる遠心力が外力として工作物に付与されることとなる。従って、主軸本体の中心に対する工作物の重心の偏心距離および該工作物の重量と、前記主軸本体の中心から工作物に当接する前記外力付与手段までの距離とに基づき、主軸駆動時の前記外力付与手段の遠心力を低減できるように予め前記外力付与手段の重量を設定した後、遠心力による前記外力付与手段の移動方向とは反対側に工作物の重心が位置するように前記クランプ装置により工作物を前記主軸本体に固定し、この状態で前記主軸本体を回転駆動させて工作物を加工するようにすれば、加工中、外力付与手段により工作物に外力が付与されることにより偏重心により工作物に生じる遠心力が見かけ上低減され、その結果、工作物の径方向の位置ずれが効果的に抑止されることとなる。特に、工作物に生じる遠心力と釣り合うように前記外力付与手段の重量を設定しておけば、偏重心により工作物に生じる遠心力を解消することが可能となる。なお、工作物に生じる遠心力は主軸の回転数（回転速度）の二乗に比例して大きくなるが、外力付与部材により工作物に付与される外力も該外力付与部材に生じる遠心力であって工作物に生じる遠心力に比例して変化する。従って、工作物が共通している場合には、外力付与手段の重量を一旦設定すれば工作物の回転数に拘わらず、工作物に生じる遠心力を低減し得る力を常に工作物に対して付与することができる。
【００１１】
上記の構成において、前記外力付与手段には、その重量を変更可能な錘部材が脱着可能に設けられているのが好ましい。
【００１２】
つまり、工作物に生じる遠心力は工作物の重量や重偏心距離により工作物の種類毎に相違する。従って、外力付与手段の重量を変更可能とし、これにより工作物の種類に応じて工作物に付与する外力を変えることにより工作物に対する汎用性を高めることが可能となる。
【００１３】
なお、前記外力付与手段は、径方向にスライド可能なスライド部材から構成されているものであってもよく、また、主軸の方向と直交する支持軸回りに揺動可能に支持される揺動部材から構成されるものであってもよい。
【００１４】
前記外力付与手段がスライド部材から構成される場合、前記スライド部材は、前記クランプ部材により前記主軸本体に固定される工作物の後端面に対向するように配置され、かつ工作物の前記後端面に形成される凹部に挿入可能な突出部分を有し、前記径方向のスライド変位に伴い前記突出部分を介して前記工作物の内側から該工作物に当接するように構成されているのが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、工作物の凹部を利用してスライド部材を工作物の内側から当接させることが可能になるので、工作物の径方向の寸法が大きい場合でも、適切に外力を与えることが可能となる。
【００１６】
一方、前記外力付与手段を揺動部材により構成する場合には、前記支持軸を挟んで一端側に前記工作物に当接可能な当接部を備える一方、他端側に前記当接部側よりも重量を有する錘部を備え、前記主軸の駆動によりこの錘部に生じる遠心力により前記支持軸回りに揺動して前記当接部を工作物に当接させるように前記揺動部材を構成することができる。
【００１７】
この構成によれば、主軸が駆動されると錘部に生じる遠心力により該錘部が径方向外側に変位し、その反動で当接部が工作物に当接することとなる。つまり、遠心力は径方向外向きに発生するが、その力（遠心力）を反転させて工作物に作用させることができる。
【００１８】
この場合には、前記揺動部材は、前記クランプ装置により前記主軸本体に固定される工作物の径方向外側に配置され、前記支持軸回りの揺動に伴い前記当接部を介して前記工作物の外側から該工作物に当接するように構成されているのが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、工作物が上記のような凹部をもたない場合でも外力を付与することができるというメリットがある。
【００２０】
なお、上記のような主軸において、工作物を軸方向に突き当てることにより該工作物を前記主軸本体に対して位置決めするための当接部材が前記主軸本体に固定されるものでは、この当接部材に前記外力付与手段が設けられているのが好ましい。
【００２１】
この構造によれば、クランプ装置の作動に邪魔にならないように主軸に対して前記外力付与手段を好適に設けることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２３】
〈  第１の実施の形態  〉
図１乃至３は、工作機械の主軸の先端部分を概略的に示している。なお、以下の説明においては、特に説明のある場合を除き「軸方向」とは主軸の軸方向を、「径方向」とは主軸の回転半径方向をいうものとし、「前」とは主軸の前端側を、「後」とはその反対側をいうものとする。
【００２４】
これらの図に示す主軸において、その主軸本体１０の前端（先端）部分（図１では右側端）には、主軸本体１０の軸心（回転中心）と同心状の円形断面を有する凹部１４を備えたベース部材１２が固定されている。このベース部材１２の前記円形凹部１４の内部には、工作物４０を主軸前端に固定するためのコレットチャック１６（以下、チャック１６と略す；クランプ装置）が収納されている。
【００２５】
このチャック１６は、図２に示すように、周方向に並ぶ複数の把持爪１６ａを前端部分に備えている。各把持爪１６ａの外端面にはテーパが形成され、一方、前記円形凹部１４の開口縁部１４ａにはこれら把持爪１６ａに対向するテーパ面が形成されている。そして、前記主軸本体１０の中心には、この主軸本体１０に対して相対的に軸方向に変位可能な操作軸１８が配置され、この操作軸１８がベース部材１２を貫通して前記チャック１６の後端に接続されている。
【００２６】
この構造において、前記操作軸１８が前進した（図１では右側に移動した）状態では、図４（ａ）に示すように、各把持爪１６ａの外端面（テーパ部分）と円形凹部１４のテーパ面とが離間する位置（解放位置）に各把持爪１６ａが保持される。その結果、各把持爪１６ａの径方向外側への変位が許容され、チャック１６に対する工作物４０の脱着が許容される。これに対して前記操作軸１８が後退した状態では、図４（ｂ）に示すように、円形凹部１４内部にチャック１６が引き込まれて各把持爪１６ａの外端面と円形凹部１４のテーパ面とが密着する位置（把持位置）に各把持爪１４ａが保持される。この把持位置に各把持爪１６ａが保持された状態では、同図に示すように各把持爪１６ａが工作物４０に対してその外側から圧着した状態となり、これにより工作物４０が各把持爪１６ａにより把持された状態となる。
【００２７】
前記ベース部材１２の前端部には、図２に示すように、中央に工作物の取付穴２０ａを備えた小判型のバッキングプレート２０（当接部材）が固定されている。
【００２８】
このバッキングプレート２０には、主軸駆動時に工作物４０に生じる遠心力とバランスする力を工作物４０に付与するバランス機構２４が設けられている。
【００２９】
このバランス機構２４は、バッキングプレート２０に外嵌装着される環状プレート２６（スライド部材；外力付与手段）を有している。
【００３０】
この環状プレート２６は、バッキングプレート２０よりもやや大きめの小判型の輪郭をもつ環状の部材で、バッキングプレート２０に対して相対的に径方向（図２では上下方向）にスライド可能な状態で装着されている。詳しく説明すると、環状プレート２６には、上下方向に真っ直ぐに延びる互いに平行な一対の被案内部２６ａが形成されており、一方、バッキングプレート２０には、その外縁部に、前記被案内部２６ａに対応する互いに平行な一対の段状案内部２０ｂが形成されている。そして、前記被案内部２６ａが前記案内部２０ｂに重なるように前記環状プレート２６がバッキングプレート２０に対してその前側から嵌め合わされ、この状態で、各被案内部２６ａの後側にそれぞれ前記案内部２０ｂを挟んだ状態で裏止め部材２７がボルト止めされている。環状プレート２６の内周側における前記被案内部２６ａ以外の部分とバッキングプレート２０の外周側における前記案内部２０ｂ以外の部分は共に円弧状に形成され、さらにこの円弧状の部分において両プレート２０，２６の間に隙間２１が設けられている。
【００３１】
このような構成とされることにより、両プレート２０，２６の前記隙間２１分だけ、前記案内部２０ｂに沿って環状プレート２６がバッキングプレート２０に対して相対的に上下方向にスライドし得るようになっている。
【００３２】
前記環状プレート２６には、その上側部分（図１及び図２で上側部分）であってその前面側に、錘を兼ねる同一形状の一対の係合部材２８が固定されている。これらの係合部材２８は、例えば表面を硬質樹脂等で被覆した金属製のブロック状部材で、工作物４０に形成される後記凹部４２ａに対応する円弧状に形成されており、前記環状プレート２６に対して左右対称な位置に配置されている。
【００３３】
また、前記環状プレート２６はその重心位置が両係合部材２８の中間近傍に設定されており、両係合部材２８を含む環状プレート２６全体の重量は、主軸中心に対する工作物４０の重量バランス（アンバランス量）に基づいて予め設定されている。この点については後に詳述する。
【００３４】
なお、環状プレート２６における前記係合部材２８の固定面と反対側の面には、錘部材３０が固定されている。この錘部材３０はボルト３１により環状プレート２６に対して脱着可能に固定されており、錘部材３０の数を増減させることにより環状プレート２６の重量調整が行えるように構成されている。
【００３５】
次に、上記の主軸による作用効果を図１及び図２に示すような工作物４０を加工する場合を例にその作業手順と共に説明することにする。
【００３６】
まず、工作物４０について説明する。工作物４０は、同図に示すように、貫通穴４５を有する軸状部４４の周囲に厚みを有するフランジ部４２を備えた形状を有している。フランジ部４２の後側であって、その外縁部分（図１では上縁部分）には、詳しく図示していないがやや大きめの円弧状の凹部４２ａが形成されている。そして、このような形状とされる結果、工作物４０は、その重心が貫通穴４５を挟んで上記凹部４２ａの反対側に位置するものとなっている。
【００３７】
このような工作物４０の形状において、前記貫通穴４５の内周面に加工を施すものとする。
【００３８】
まず、工作物４０を主軸（主軸本体１０）に固定する。固定は、図４（ａ）に示すように、前記操作軸１８を前進させてチャック１６の各把持爪１６ａを解放位置に保持し、この状態で、図１に示すように、バッキングプレート２０の前記取付穴２０ａを通じて工作物４０の軸状部４４をチャック１６内に挿入しながら、工作物４０の裏面（凹部４２ａの形成面）をバッキングプレート２０に突き当てる。この際、同図に示すように環状プレート２６の前記係合部材２８を凹部４２ａに挿入するとともに、工作物４０の重心がちょうど主軸中心を挟んで環状プレート２６の重心の反対側（図１及び図２では真下）に位置するように、主軸本体１０に対して工作物４０を固定する。なお、環状プレート２６は、バッキングプレート２０に対して径方向にスライド可能なため、環状プレート２６を適宜動かすことにより工作物４０の前記凹部４２ａに対して係合部材２８を容易に挿入することができる。
【００３９】
その後、図４（ｂ）に示すように、操作軸１８を後退させてチャック１６を把持位置に切り換える。これにより各把持爪１６ａによって工作物４０が径方向外側から把持され、工作物４０が主軸前端に固定される。このとき工作物４０の芯出しも自動的に行われることとなる。
【００４０】
工作物４０の固定が完了した後、主軸（主軸本体１０）を所定の回転数で回転駆動する。これにより主軸本体１０と一体に工作物４０も貫通穴４５の中心軸回りに回転駆動されることとなる。従って、この状態で主軸本体１０の前側から加工用ツール（図示省略）を前記貫通穴４５内に挿入し、貫通穴４５の内周面の加工を行う。
【００４１】
なお、主軸本体１０を回転駆動すると、これと一体に環状プレート２６も回転し、この回転による遠心力によって環状プレート２６がバッキングプレート２０に対して相対的に径方向外側に移動する。そして、この移動により、図１の二点鎖線に示すように前記係合部材２８が凹部４２ａの内側面（凹部４２ａの径方向外側の面）に当接し、環状プレート２６に生じる遠心力が外力として工作物４０に伝達され、その結果、工作物４０の径方向の位置ずれが防止されることとなる。
【００４２】
この点について、図５の模式図を用いて詳しく説明すると、上述のように工作物４０は、その重心が貫通穴４５の中心より外側にあるため、主軸本体１０に対しては回転中心Ｏから重心がずれた偏重心状態にある。従って、工作物４０を主軸回り（貫通穴４５の中心軸回り）に回転駆動すると重心Ｇの偏心距離ｒに応じた遠心力Ｆ（Ｆ＝ｍｒω２〈  ｍ；工作物の質量  ／ω；角速度  〉）が工作物４０に発生する。一方、上記環状プレート２６は、係合部材２８を介して工作物４０に当接した状態で、工作物４０に生じる前記遠心力Ｆと等しい大きさの遠心力Ｆ′（Ｆ′＝ｍ′ｒ′ω２〈  ｍ′；環状プレート２６の質量  ／  ｒ′；偏心距離  ／ω；角速度  〉）が発生し得るようにその重量及び重心Ｇ′の位置が予め設定されている。そのため、上記のように工作物４０の重心位置と環状プレート２６の重心位置とが回転中心を挟んで反対側に位置するように工作物４０を主軸本体１０に対して固定した状態で回転駆動すると、重偏心による遠心力Ｆが工作物４０に生じる一方で、これと釣り合う遠心力Ｆ′が環状プレート２６に生じることとなる。従って、バランス機構２４（環状プレート２６）を設けていない場合、例えば工作物４０のクランプ剛性が不十分であると、チャック１６による把持力に抗して工作物４０が遠心力Ｆによって径方向にずれることが考えられるが、上記のような主軸本体１０の構造によると、このような工作物４０の位置ずれが有効に防止されることとなる。
【００４３】
こうして貫通穴４５内面の加工が終了した後、上記と逆の手順で工作物４０を主軸本体１０から取り外すことにより、一連の作業が終了する。
【００４４】
以上のように、上記の主軸を有する工作機械によれば、回転中心に対して重心が偏心した工作物４０を加工する場合でも、加工中の工作物４０の位置ずれを有効に抑止することができる。従って、このような工作物の偏重心に関して何ら対策が成されていない従来のこの主の工作機械と比べると、加工穴中心（回転中心）に対して重心が偏心している工作物４０をより高い精度で加工することができるという効果がある。
【００４５】
特に、工作物４０に生じる遠心力Ｆは主軸の回転速度（角速度ω）の二乗に比例して大きくなるが、上記構成によれば、工作物４０の遠心力Ｆと釣り合う力も、上記のように環状プレート２６に生じる遠心力Ｆ′であって工作物４０の遠心力Ｆに連動して変化する。そのため、工作物４０の回転速度に拘わらず、上記のような工作物４０のずれ抑止効果が良好に発揮されることとなる。従って、例えば同心円状に径の異なる穴が段階的に形成されている場合であって、かつ穴毎に回転速度を変えて加工を行うような場合でも、各穴の加工毎に工作物４０のずれ抑止効果が良好に発揮されることとなり、その結果、各穴の同心度を良好に保つことができるという効果がある。
【００４６】
なお、異なる形状（種類）の工作物を加工する場合には、環状プレート２６に固定する錘部材３０の数を調整することにより対応することができる。この場合、錘部材３０の重さは、工作物のアンバランス量に基づいて求めることができる。すなわち、図５に基づくと、上記のように工作物４０に生じる遠心力ＦはＦ＝ｍｒω２で表され、また環状プレート２６に生じる遠心力Ｆ′はＦ′＝ｍ′ｒ′ω２で表されるが、工作物４０と環状プレート２６とは一体に回転するため回転速度（角速度ω）は共通である。そのため、工作物４０の遠心力Ｆと釣り合う錘部材３０の重さは、工作物４０の質量ｍと偏重心距離ｒとの積（アンバランス量）と、工作物に当接した状態の環状プレート２６の偏重心距離ｒ′および錘部材３０を除く環状プレート２６の質量に基づいて容易に算出することができる。この場合、厳密には、錘部材３０の変更に伴い環状プレート２６の偏重心距離ｒ′も多少変化するが、この場合には、その変化分を考慮して錘部材３０の重さを微調整すればよい。
【００４７】
〈  第２の実施形態  〉
図６及び図７は、第２の実施形態に係る主軸の先端部分を概略的に示している。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の構成部分については同一符合を付して説明するものとする。
【００４８】
第２の実施形態における主軸（主軸本体１０）の前端部分には、略円盤状のベース部材５０が固定されている。ベース部材５０のさらに前端側には肉薄のダイアフラム５２が設けられ、その中央部にはダイアフラム５２の変形を助けるための貫通孔５２ａが設けられている。このダイアフラム５２の外周部には複数（図示の例では３つ）のクランプ部材５４（クランプ装置）が周方向に等間隔で並ぶ状態で固定され、各クランプ部材５４の先端には、内向きに突出する把持爪５４ａが形成されている。
【００４９】
一方、前記主軸本体１０の中心には、この主軸本体１０と一体に回転する操作軸５６が配置され、この操作軸５６が主軸本体１０に対して相対的に軸方向に移動可能とされている。この操作軸５６の前端には操作部材５８が設けられ、この操作部材５８の前端には、前記ダイアフラム５２の貫通孔５２ａの周縁部を押圧操作するためのプッシャ５８ａが突設されている。
【００５０】
つまり、前記操作部材５８のプッシャ５８ａが図６に示す位置まで後退してダイアフラム５２から離間した状態では、同ダイアフラム５２は微小変形状態にあり、このダイアフラム５２に固定されている把持爪５４ａは図６及び図８（ａ）に示すように工作物８０を側方から支える把持位置に保持される。これに対し、操作部材５８が図６に示す位置から前進してダイアフラム５２の中央近傍部分をプッシャ５８ａが先端側に押圧する状態とされると、同ダイアフラム５２が変形し、このダイアフラム５２に固定されている把持爪５４ａは図８（ｂ）に示すように工作物８０を解放する解放位置に切換えられるようになっている。
【００５１】
前記ダイアフラム５２のすぐ前方の位置には、円筒状のバッキングプレート６０が配設されている。このバッキングプレート６０は、ダイアフラム５２を貫通する取付軸６２を介して前記ベース部材５０に支持されている。
【００５２】
そして、このバッキングプレート６０の側方部分であって一つのクランプ部材５４に対向する位置にバランス機構２４が設けられている。
【００５３】
第２の実施形態のバランス機構２４は、バッキングプレート６０の内側に配設される係合部材６６と、この係合部材６６に固定されて径方向外側に延びる支持ロッド６８と、この支持ロッド６８を前記バッキングプレート６０に対して軸方向にスライド自在に支持する支持部材６４と、前記支持ロッド６８の前記係合部材６６とは反対側に固定される錘部材７０とを備えた構成とされている。なお、この実施形態では、主に係合部材６６、支持ロッド６８及び錘部材７０により本発明の外力付与手段（スライド部材）が構成されている。
【００５４】
前記係合部材６６は、錘を兼ねる部材で、表面を硬質樹脂等で被覆した金属製のブロック状の部材から構成されている。また、錘部材７０は、ボルト７２により前記支持ロッド６８に脱着可能に構成されており、その数を増減させることにより重量調整が行えるように構成されている。そして、第１の実施形態と同様に主軸本体１０の駆動時に工作物８０に生じる遠心力と等しい大きさの遠心力が生じ得るように主軸中心に対する工作物８０の重量バランス（アンバランス量）に基づいて係合部材６６等の重量が予め設定されている。
【００５５】
次に、工作物８０の加工手順と共に第２の実施形態の主軸の作用効果について説明する。なお、工作物８０は、その裏側に円形の凹部８２を有し、かつ第１の実施形態と同様に、加工中心（回転中心）に対してその重心が偏心しているものとする。
【００５６】
まず、工作物８０を主軸本体１０に固定する。固定は、図６に示す位置から操作軸５６を前進させて操作部材５８にダイアフラム５２の中央近傍部分を押圧させ、同ダイアフラム５２を変形させることにより、このダイアフラム５２に固定されているクランプ部材５４の把持爪５４ａを図８（ｂ）に示す解放位置に保持し、この状態で、主軸本体１０の前方から工作物８０の後面（凹部８２の形成面）をバッキングプレート６０に突き当てる。この際、同図に示すようにバランス機構２４の係合部材６６を凹部８２に挿入するとともに、工作物８０の重心がちょうど主軸中心を挟んでバランス機構２４の反対側に位置するように、主軸本体１０に対して工作物８０を周方向に位置決めする。
【００５７】
次いで、操作軸５６を後退させて操作部材５８をダイアフラム５２から離間させる。これによりダイアフラム５２は微小変形状態となり、このダイアフラム５２に固定されている各クランプ部材５４の把持爪５４ａによって工作物８０が径方向外側から把持された状態で、主軸本体１０の先端に工作物８０が固定される。
【００５８】
そして，工作物８０の固定が完了した後、主軸（主軸本体１０）を所定の回転数で回転駆動することにより工作物８０を回転させる。
【００５９】
このように主軸を回転駆動すると、これと一体にバランス機構２４も回転し、この回転による遠心力によって係合部材６６、支持ロッド６８及び錘部材７０（以下、係合部材６６等いう）がバッキングプレート６０に対して一体に径方向外側に移動する。この移動により、図６に示すように係合部材６６が工作物８０に形成された凹部８２の内面（凹部８２内の径方向外側の面）に当接し、係合部材６６等の遠心力が外力として工作物８０に作用する。その結果、第１の実施形態と同様に、係合部材６６等の遠心力と工作物８０に生じる遠心力とが釣り合った状態で工作物８０が回転し、工作物８０の径方向の位置ずれが防止されることとなる。
【００６０】
このように、上記のような第２の実施形態の主軸においても、クランプ部材５４の把持力に抗して工作物８０が遠心力によって径方向にずれるのを有効に抑止することができるので、第１の実施形態の主軸と同様に、回転中心に対して重心が偏心した工作物８０を高い精度で加工することができる。
【００６１】
また、この構成においても、異なる形状（種類）の工作物を加工する場合には、支持ロッド６８に固定する錘部材７０の数を工作物のアンバランス量等に基づいて調整することにより対応することが可能となる。
【００６２】
〈  第３の実施形態  〉
図９及び図１０は、第３の実施形態に係る主軸の先端部分を概略的に示している。第３の実施形態は、第２の実施形態の主軸において以下のようバランス機構２４が設けられた構成となっている。従って、以下の説明ではバランス機構２４に関する構成のみ詳細に説明する。
【００６３】
第３の実施形態の主軸に適用されるバランス機構２４は、バッキングプレート６０の外側面に固定される支持部材９０と、主軸本体１０と直交する方向の支持軸９１を介して前記支持部材９０に揺動可能に支持される揺動部材９２（外力付与手段）とから構成されている。揺動部材９２は、その前端に径方向内側に向かって突出し、クランプ部材５４により固定される工作物１００に対してその径方向外側から当接可能な押圧部９２ａを備えている。一方、揺動部材９２の後端には錘部材９４が設けられている。これにより前記支持軸９１を支点として後端側が重い重量バランスとなっている。なお、錘部材９４は、ボルト９６により揺動部材９２の外端面（径方向外側の面）に脱着可能に構成されている。
【００６４】
そして、主軸本体１０の駆動時に工作物１００に生じる遠心力と等しい大きさの遠心力が生じ得るように、主軸中心に対する工作物１００の重量バランス（アンバランス量）に基づいて錘部材９４の重量等が設定されている。
【００６５】
以上のような第３の実施形態の構造においては、工作物１００を加工する際には、主軸（主軸本体１０）の中心に対して工作物１００の重心がバランス機構２４と同じ側に位置するように主軸本体１０に対して工作物８０を固定する。
【００６６】
この状態で主軸本体１０を回転駆動すると、これと一体にバランス機構２４が回転し、この回転による遠心力によって揺動部材９２が揺動する。具体的には、上述の通り揺動部材９２は支持軸９１を支点として後端側が重い重量バランスとなっているため、主軸本体１０の回転により生じる錘部材９４の遠心力で揺動部材９２の後端側が径方向外側に移動し、その反動で前端側が工作物１００側に移動する。この移動により、図９に示すように押圧部９２ａが径方向外側から工作物１００の外側面に当接し、錘部材９４に生じる遠心力が揺動部材９２で反転されて工作物１００に作用することとなる。その結果、工作物１００に生じる遠心力とバランス機構２４により付与される外力（錘部材９４に生じる遠心力）とが釣り合った状態で工作物１００が回転し、これにより工作物１００の径方向の移動が防止されることとなる。
【００６７】
このような第３の実施形態の主軸においても、第１，第２の実施形態と同様に、クランプ部材５４の把持力に抗して工作物１００が遠心力により径方向に移動するのを有効に抑止することができるので、より高精度で工作物１００を加工することができるようになる。
【００６８】
また、この第３の実施形態でも、主軸本体１０の回転に伴う錘部材９４の遠心力を外力として工作物１００に作用させるので、工作部１００に対して錘部材９４の重量を一旦決定すれば、工作物１００が共通する限りその回転速度に拘わらず、上記のような工作物１００のずれ抑止効果を得ることができる。
【００６９】
このように、上記のような第３の実施形態の主軸構造においても、遠心力により工作物１００が径方向に移動するのを有効に抑止することができるので、第１，第２の実施形態の主軸と同様に、回転中心に対して重心が偏心した工作物１００を高い精度で加工することができる。
【００７０】
また、この第３の実施形態の主軸構造によれば、工作物１００の径方向外側から揺動部材９２を当接させるようにバランス機構２４が構成されているので、後端面に凹部を持たない工作物を加工する場合に特に有効となる。一方、第３の実施形態では、バランス機構２４を設けるスペースとの関係で主軸中心からあまり離れた場所にバランス機構２４を設けることができない場合もあり、この場合には、径の大きな工作物１００に対応できない場合も考えられる。従って、このような場合には第１，第２の実施形態の構成を採用するのが好ましい。
【００７１】
なお、この構成においても、異なる形状（種類）の工作物を加工する場合には、揺動部材９２に固定する錘部材９４の数を工作物のアンバランス量等に基づいて調整することにより良好に対応することが可能となる。
【００７２】
ところで、上述した工作機械の主軸は、本発明に係る主軸の代表的な実施の形態であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であり、以下のような構成を採用することもできる。
【００７３】
例えば、第１の実施形態において、回転中心を挟んで係合部材２８側とは反対側に重心が在るように環状プレート２６の重量バランスを設定し、主軸本体１０の回転駆動により環状プレート２６が遠心力で係合部材２８側とは反対側（図１では下側）にスライドするように構成してもよい。この場合には、工作物の重心位置が環状プレート２６の係合部材２８側に位置するように主軸本体１０に対して工作物を固定するようにすればよい。なお、この場合には、さらに工作物に対してその外側から係合部材２８を係合させる（すなわち係合部材２８を外側面に係合させる）ようにしてもよい。
【００７４】
また、第１〜第３の実施形態では、主軸本体１０に対して工作物４０（８０，１００）を軸方向に突き当てて位置決めするバッキングプレート２０（６０）に対してバランス機構２４を設けているが、必ずしもこの部材にバランス機構２４を設ける必要はなくその他の部分に設けても構わない。但し、実施形態のようにバッキングプレート２０（６０）にバランス機構２４を設けるようにすれば、チャック１６等の作動に邪魔にならず、また工作物４０（８０，１００）に対するバランス機構２４の相対位置に誤差が生じにくくなり、合理的にバランス機構２４を設けることが可能となる。
【００７５】
なお、本願発明の加工方法や主軸の構成は、回転駆動される主軸に工作物を固定した状態で加工を行う旋盤、内面研削盤等の工作機械であれば、いずれの工作機械についても適用可能であることは言うまでもない。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、回転中心から工作物の重心がずれた偏重心状態で主軸に対して工作物を固定して加工を行うときに、偏重心により工作物に生じる遠心力を低減する力、好ましくは遠心力と釣り合う力を工作物に対して与えながら工作物を加工するようにしたので、主軸に固定されている工作物が遠心力によって径方向に位置ずれを起こすのを効果的に抑止することができる。従って、偏重心により生じる遠心力に対する配慮がなされていない従来の加工方法に比べると、より高精度で工作物を加工することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る主軸の第１の実施の形態を示す主軸先端部分の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。
【図２】図１に係る主軸（バランス機構）の正面図である。
【図３】バランス機構の構成を示す図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（ａ）は、図１におけるコレットチャックの把持爪が解放位置に保持された状態を模式的に示す断面側面図、（ｂ）は、コレットチャックの把持爪が把持位置に保持された状態を模式的に示す断面側面図である。
【図５】バランス機構の原理を説明するための模式図である。
【図６】本発明に係る主軸の第２の実施の形態を示す主軸先端部分の断面図（図７のＣ−Ｃ断面図）である。
【図７】図６に係る主軸の正面図である。
【図８】（ａ）は、図６におけるクランプ部材の把持爪が把持位置に保持された状態を模式的に示す断面側面図、（ｂ）は、クランプ部材の把持爪が解放位置に保持された状態を模式的に示す断面側面図である。
【図９】本発明に係る主軸の第３の実施の形態を示す主軸先端部分の断面図（図１０のＤ−Ｄ断面図）である。
【図１０】図９に係る主軸の正面図である。
【符号の説明】
１０  主軸本体
１２  ベース部材
１６  コレットチャック（クランプ装置）
２０  バッキングプレート（当接部材）
２４  バランス機構
２６  環状プレート（外力付与手段、スライド部材）
２８  係合部材
３０  錘部材
４０  工作物
４４  軸状部
４５  貫通穴
【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】
2004174676.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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