(57)【要約】【課題】ワークの自動芯出しが可能であり、加工条件の自由度が高く、しかも低コストで高速回転に適した主軸装置を実現する。【解決手段】真空引き方式にてワーク１を保持する主軸６上に、径方向に開閉自在な複数の爪２を配設し、スリーブ１０を主軸６の軸方向に移動させることで爪２によるワーク１の芯出し動作を行う。主軸６の回転時は、爪２を開放して、加工中のワーク保持に影響を及ぼさないようにする。ワーク１を回転させる回転主軸６に芯出し機構を一体化させることで、主軸装置のコンパクト化および低コスト化を促進する。【選択図】図１
2007152461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持して一体的に回転させるワーク保持手段を備えた回転主軸と、前記回転主軸上に開閉自在に保持された複数の芯出し部材と、前記複数の芯出し部材を前記回転主軸の径方向に閉じることによって前記ワークの芯出し動作を行い、前記ワークの加工中は前記芯出し部材の芯出し力を弱める芯出し駆動手段と、を有することを特徴とする主軸装置。
【請求項２】
ワークを保持して一体的に回転させるワーク保持手段を備えた回転主軸と、前記回転主軸上に開閉自在に保持された複数の芯出し部材と、前記複数の芯出し部材を前記回転主軸の径方向に閉じることによって前記ワークの芯出し動作を行い、前記ワークの加工中は前記芯出し部材の芯出し力を弱める芯出し駆動手段と、を有する主軸装置と、
前記主軸装置に保持されて回転する前記ワークを切削・研削する加工工具と、を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項３】
前記芯出し動作において前記ワーク保持手段の保持力を弱めた後、加工中は前記保持力を強めて前記芯出し力を弱めることを特徴とする請求項２記載の加工装置。
【請求項４】
前記保持力を弱める動作において、前記ワーク保持手段を開放することを特徴とする請求項３記載の加工装置。
【請求項５】
前記芯出し力を弱める動作において、前記芯出し部材を開放することを特徴とする請求項３または４記載の加工装置。
【請求項６】
前記ワーク保持手段はエアの吸引によって前記ワークを保持し、前記ワークの加工中は前記芯出し部材を開放することを特徴とする請求項２ないし５いずれか１項記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削、研削等を行う加工装置において、加工中のワークを安定保持して回転させる主軸装置および加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、切削や研削を行う加工装置において、ワークの保持は製品の仕上がり状態を決める重要な加工要素である。従ってワークの形状や材質、加工条件によってさまざまなチャック方法が用いられてきた。特に超精密加工の分野においては、要求性能はとどまることは無く、高精度、高再現性を求められている。
【０００３】
代表的なワークチャックとしては、真空チャック、ダイアフラムチャック、エアチャック等がある。
【０００４】
図８ないし図１０は、従来の真空チャックを示す。この装置は、図８に示すように、主軸１０６の端面にエア溝１１３を設けてエアの吸引によりワークを主軸面に密着させて保持させるものである。この装置の利点は把持力が全く無いのでワークを変形させることなく、薄物の加工も可能なことである。欠点は、主軸とワークの芯出し機能が無いため電気マイクロメータ等による手動により芯出しを行う必要があることである。
【０００５】
図９は、ワーク１０１がスキャナーに用いられるポリゴンミラーである場合のチャック形態を示す。主軸固定脚１０７、１０８に支持された主軸１０６のセンターの嵌合ピン１１５にワーク１０１を嵌合させているので、ガタが発生するため超精密加工に対応できない。
【０００６】
また、図１０のワーク１０１は、軸物の小型部品である。吸着チャックで保持するにはワーク１０１は断面積が小さすぎるので、治具１０９に固定して面積を確保して吸着させている。ワーク１０１の芯出しは、特許文献１に開示されたように、ワーク１０１にマイクロメータを当て、主軸を回しながら治具１０９を叩き、芯出し作業を行う。
【０００７】
また、図１１は、従来のダイアフラムチャックの外観図であり、図１２はダイアフラムチャックの原理図である。これは、主軸端面と平行に取付けられたダイアフラム１１６のチャック面１１９をエア圧によって凸状またはフラット状にわずかに変位させて、チャック爪１１７を開閉させるものである。従って、チャック爪１１７をワーク１０１の寸法に合わせて一点一様に加工して精度を出す必要がある。
【０００８】
この装置の利点はワークに最適な把持力を得るもので、ワークを変形させることなく、また把持力も安定させることが可能である。欠点はワークの種類の数だけ爪を要するのでコスト高となることと、ワークの変更とともに爪も変更するので、段取り変えに手間が掛かることである。
【０００９】
図１３は、従来のエアチャックの外観図である。チャック内部に構成されているエアシリンダの直線往復運動を、スリーブのくさび形状により爪受け台１０３のラジアル方向の運動に変換するものである。この構成の利点は、各爪１０２が同じエア圧による把持力（芯出し力）でワーク１０１をクランプするので、主軸１０６に対するワーク同軸性が高いことであり、欠点は、把持力が強いときワーク１０１の変形が生じやすいことである。また、主軸１０６が高速回転になると、ワーク１０１を把持している爪１０２に矢印Ｒで示すように開き方向の遠心力が発生し、把持力が低下する。
【００１０】
そのため一般的に主軸の回転数が３０００ｒｐｍ以上の場合に用いることができなかった。
【特許文献１】特開２００４−３１４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記従来の真空チャック、ダイアフラムチャック、エアチャックにおいては、以下のようなデメリットが存在していた。
【００１２】
真空チャックでは、主軸とワークの芯出し機能が無いので、手動により芯出しを行う必要があり作業性の悪さ、段取り時間の長さがデメリットになっている。また、軸と穴の嵌合で位置決めしたのでは、芯出し精度が低下する。
【００１３】
ダイアフラムチャックでは、チャックの爪をワーク寸法に合わせて一点一様に加工するため、ワークの種類の数だけ爪を要する。従ってコスト高となり、また、ワークの変更とともに爪も変更するので、段取り変えに手間が掛かる点がデメリットとなっている。
【００１４】
エアチャックでは、主軸の回転による遠心力によって、爪受け台、爪の自重が爪開き方向に作用するため、把持力が低下してしまう。従って、主軸の回転数を一般的に３０００ｒｐｍ以下に設定しなければならないという制約があるため、加工条件の自由度が小さく、高速切削のネックになっている。
【００１５】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、ワークの芯出しを自動的に行い、しかも芯出し精度が高く、高速回転でも安定したワークの保持力を維持できる主軸装置および加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の主軸装置は、ワークを保持して一体的に回転させるワーク保持手段を備えた回転主軸と、前記回転主軸上に開閉自在に保持された複数の芯出し部材と、前記複数の芯出し部材を前記回転主軸の径方向に閉じることによって前記ワークの芯出し動作を行い、前記ワークの加工中は前記芯出し部材の芯出し力を弱める芯出し駆動手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
切削、研削による超精密加工において、回転主軸の高速回転に対応でき、ワークの汎用性もあり、しかも高精度な芯出し機能をもった作業性の良いワークチャックを実現できる。
【００１８】
また、回転主軸にワーク保持手段と芯出し機構を有するワークチャックを一体化させたことにより、加工装置の省スペース化および高精度化に大きく貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００２０】
図１に示すように、本実施例の加工装置は、ワーク１の芯出しを行う芯出し部材である３個の爪２、爪受け台３、第１、第２のチャック部材４、５、主軸（回転主軸）６、第１、第２の主軸固定脚７、８、ワーク固定治具９等を有する主軸装置を備えている。また、ワーク１の切削・研削加工を行う図示しない加工工具を備えている。
【００２１】
図１の（ｂ）はワーククランプ時の状態を示し、図２はアンクランプ時の状態を示すものである。爪２による芯出し機構は、図３に示すように、芯出し駆動手段であるスリーブ１０の三つ爪に相当する位置にＴ字形の溝穴１０ａを有し、各溝穴１０ａに爪受け台３が係合する。各溝穴１０ａの形状はＴ字形に限らず、くさび形であってもよい。
【００２２】
図４はスリーブ１０と３個の爪受け台３のＴ字形状が嵌合している状態を示すもので、（ａ）において、スリーブ１０が矢印Ｔ1 の方向に動くと各爪受け台３は上下方向に高さ規制されているため、矢印Ｐ1 の方向に閉じる動作をする。反対に図４の（ｂ）に示すように、スリーブ１０が矢印Ｔ2 の方向に動くと各爪受け台３は矢印Ｐ2 の方向へ開く動作をする。
【００２３】
図１および図５に示すように、主軸固定脚７、８によって支持された主軸６の第１のエアポート１１は、主軸６の中心を貫通する穴６ａより主軸後部から独立して配管される。第２のエアポート１２も同様に、主軸６の中心を貫通する穴６ａより主軸後部から独立して配管される。
【００２４】
図６に示すように、主軸６の端部には、ワーク１を真空引きによって吸着するためのワーク保持手段であるエア溝１３が形成されている。真空引きの経路は主軸６の中心を貫通する穴６ａより主軸後部から独立して配管されている。
【００２５】
本実施例のワークチャックの動作を説明する。ワーク１は軸状の小物部品であり、吸着保持するには断面積が小さいのでワーク固定治具９に固定して吸着面積を確保して、主軸６のエア溝１３に密着させて真空引きし吸着させる。ワーク芯出し時の保持力である吸着エア圧は通常チャック時の半分程度に低減しておき、主軸のほぼ中央にワーク１を吸着させる程度の粗位置決めでかまわない。
【００２６】
芯出し動作においては、図１の（ｂ）に示すように、第１のエアポート１１より入ったエアが第２のチャック部材５のエア経路５ａおよび第１のチャック部材４のエア経路４ａを通りスリーブ１０を図示右方向へ押し出す。これによって、図４の（ａ）で示すように爪受け台３は矢印Ｐ1 の方向へ動き、爪受け台３に固定された爪２は主軸６の径方向に閉じてワーク１を把持する。このときワーク１は、エア溝１３による真空チャックによって粗位置決めをされた状態にあるので、爪２を閉じるとワーク１は爪チャックに倣い主軸６のセンター近傍に移動する。このワークセンター位置の微調整をスムーズに行わせるためにエア溝１３による吸着エア圧を半減しておくのである。
【００２７】
さらにワーク１を把持する動作から僅かに遅れてワーク吸着用のエア吸引を切る。このように一旦エア吸引を切る動作によりワーク１のストレスを解放し、爪チャックに倣わせて精度良く主軸６のセンターに移動させる。
【００２８】
吸着用のエア吸引を切るタイミングは爪を閉じる動作と同時か、僅かに早く設定することもでき、実際の芯出し状態を確認しながらタイミングを微調整してもよい。
【００２９】
続いて再びエア吸引によるワーク保持を行う。それと前後して図２に示すように、第２のエアポート１２より入ったエアが第２のチャック部材５のエア経路５ｂおよび第１のチャック部材４のエア経路４ｂを通りスリーブ１０を図示左方向へ押し出す。これによって、図４の（ｂ）で説明したように爪受け台３は矢印Ｐ2 の方向へ動き、爪受け台３に固定された爪２は主軸６の径方向に開く。爪チャックが開いても真空チャックによりワーク１は主軸６に保持されている。爪２を開くタイミングはエア吸引によるワーク保持動作の開始と同時か、僅かに早いか、または僅かに遅く設定することができ、実際の芯出し状態を確認しながらタイミングを微調整してもよい。
【００３０】
この一連の動作を２〜３回繰返すことで芯出しが確実に行われる。図７にタイミングチャートを記す。図７のタイミングは一例であり、吸着用のエア吸引を切る動作は爪を閉じる動作より僅かに遅く、また爪を開く動作はエア吸引によるワーク保持動作の再開より僅かに遅い。
【００３１】
芯出し位置決め終了時は爪２を開放した状態とし、絞っておいた真空引きのエア圧を通常に戻し芯出し完了となる。
【００３２】
真空チャックとエアチャック（爪チャック）を組み合わせた上記の作業手順により、両チャックの長所を持ちかつ欠点の無いワークチャックを可能とした。これにより、高速回転に対応でき、しかもワークに変形を及ぼさない、高精度で安価な主軸装置を実現できる。
【００３３】
本実施例は、図５および図６に示すように、チャック構造が主軸の中に組み込まれた構成である。図１３に示した従来例では、主軸端面にチャックを組み付けるため、主軸固定脚からワーク取付け面までの距離Ｌが長く、そのためにチャック振れが大きかった。本実施例においては、従来例と比較してチャック振れを半減することを可能とした。
【００３４】
なお、本実施例では、芯出しのための把持動作と相前後して吸着用のエアの吸引を切るように構成しているが、エアの吸引を芯出し動作を妨げない程度に弱めるようにしても差し支えない。また本実施例ではエア吸引によるワーク保持を再開するのと相前後して、芯出し機構の爪を開くように構成しているが、ワークに変形を及ぼさない程度に爪の把持力（芯出し力）を弱めるようにしても差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】一実施例を示すもので、（ａ）はその外観図、（ｂ）は（ａ）の主要部をクランプ状態で示す部分断面図である。
【図２】図１の装置をアンクランプ状態で示す部分断面図である。
【図３】図１の装置のスリーブのみを示す斜視図である。
【図４】図１の装置の芯出し機構の動作を説明する図である。
【図５】図１の装置の主軸のみを示す外観図である。
【図６】主軸のワーク装着面を示す立面図である。
【図７】図１の装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】一従来例による真空チャックのワーク装着面を示す立面図である。
【図９】図８の真空チャックのワークとしてポリゴンミラーを装着した例を示す図である。
【図１０】図８の真空チャックのワークとして軸物を装着した例を示す図である。
【図１１】従来例によるダイアフラムチャックを示す外観図である。
【図１２】図１１のダイアフラムチャックの原理を説明する原理図である。
【図１３】従来例によるエアチャックを示す外観図である。
【符号の説明】
【００３６】
２    爪
３    爪受け台
４、５    チャック部材
６    主軸
７、８    主軸固定脚
９    ワーク固定治具
１０    スリーブ
１１、１２    エアポート
１３    エア溝
【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】
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【図９】
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【図１０】
2007152461.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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