(57)【要約】【課題】  主軸の中心軸からツールを移動偏心することが出来、該ツールの偏心とバランスするバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造の提供。【解決手段】  ツール６を取付けたツール移動台８をガイド２３に沿って移動する為のスクリューネジ２２をホルダ５の中心軸７に対して垂直を成して設け、該スクリューネジ２２の両側にはプーリ２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂに巻き掛けられて走行するタイミングベルト２６ａ，２６ｂを配置すると共に、タイミングベルト２６ａ，２６ｂには上記ツール移動台８を連結し、そして上記バランスウエイト２４もタイミングベルト２６ａ，２６ｂに連結することでツール移動台８の移動方向とバランスウエイト２４の移動方向を反対向きとし、上記スクリューネジ２２を回転する為にサブモータを用い、該サブモータの回転をギヤ機構を介してスクリューネジを回転駆動する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸の中心軸からツールを移動偏心することが出来、該ツールの偏心とバランスすることが出来る工作機械のホルダ構造において、ツールを取付けたツール移動台をガイドに沿って移動する為のスクリューネジを主軸の中心軸に対して垂直を成して設け、該スクリューネジの両側にはプーリに巻き掛けられて走行するタイミングベルトを配置すると共に、タイミングベルトの内側又は外側には上記ツール移動台を連結し、そしてバランスウエイトをタイミングベルトの外側又は内側に連結することでツール移動台の移動方向とバランスウエイトの移動方向を反対向きとし、バランスウエイトがホルダ本体内から突出することがないようにしたことを特徴とするバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造。
【請求項２】
上記スクリューネジを回転する為に主軸回転用モータとは別にサブモータを用い、該サブモータの回転をギヤ機構を介してスクリューネジを回転駆動するようにした請求項１記載のバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造。
【請求項３】
ホルダの外周にはプーリを回転可能に軸支し、該プーリをサブモータにて回転させ、該プーリにはリングギヤを取着すると共にリングギヤと同心をなすサンギヤ間には遊星ギヤを介在し、そしてサンギヤの回転をスクリューネジに伝達することが出来るギヤ機構とした請求項１、又は請求項２記載のバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造。
【請求項４】
上記バランスウエイトはタイミングベルトに連結すると共にガイドレールに沿って移動可能とした請求項１、請求項２、又は請求項３記載のバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造。
【請求項５】
上記バランスウエイトをタイミングベルト及びツール移動台の上側に配置した請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載のバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造。
【請求項６】
ツール移動台を移動する為のガイド、スクリューネジ、スクリューネジ穴、バランスウエイトが移動するガイドレール、及びギヤ機構のギアをコーティング処理した請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、又は請求項５記載のバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主軸中心に対して偏心した位置にツールを取付け、このツールが高速回転する場合に発生する遠心力を打ち消すことが出来るバランス機構を備えた工作機械のホルダ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被加工物にドリルでストレート穴をあける場合であれば、該ドリルは主軸の中心に取着される為に高速回転してもアンバランスに基づく遠心力が発生することはない。ただし、加工される穴がストレートでなく、その深さによって内径が変化する形状の穴を加工する場合には、主軸中心から偏心した位置にツールを取着し、このツールの位置が変化するように制御される。
【０００３】
また、ストレートの穴であってもその内径が大きくなれば、ドリル加工することは出来ない為に、ツールを主軸中心から偏心した位置に取着して回転する。すなわち、ツールによって穴内周が切削加工される。
このように、主軸中心から偏心した位置にツールを取着して高速回転するならば、その遠心力によって主軸は振れて加工精度は低下する。また、遠心力によってホルダ内部機構の潤滑油（グリース）が飛散して摺動面が摩耗したり、潤滑油自体が偏ってアンバランスを生じる。従って、一般には高速回転を行なわないで加工している。
【０００４】
主軸を高速回転する場合には、ツールのアンバランスを解消する為に該ツールと対称位置にバランスウエイトを設け、該ツールの動きに対称的に追従させる機構としている。例えば、特開平９−３００１０３号に係る「バランス調整機構付せり出し主軸構造」は、刃物のせり出しを行なうせり出し機構部のアンバランスをなくし、高速加工，高精度加工を可能とし、寿命および耐久性の向上を図るバランス調整機構付せり出し主軸構造である。すなわち、クイルに枢支される主軸内の回転軸にはせり出し機構部とバランス調整機構部が係合する。両機構部は対称位置に配置され、刃物を支持するスライダとカウンタウエイトは逆方向に夫々同期して移動する。これにより回転軸まわりのアンバランス力が解消される。
【０００５】
このように、刃物を支持するスライダとカウンタウエイトは逆方向に夫々同期して移動することで、回転軸まわりのアンバランスは解消されるが、外径が大きく成って加工作業がし難くなる。
【特許文献１】特開平９−３００１０３号に係る「バランス調整機構付せり出し主軸構造」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、バランス機構を備えた工作機械には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこの問題点であって、ホルダ本体の外径を抑えることが出来、加工作業に支障を来たすことがなく、またケース内にウエイトを配置して安全に高速回転加工を行うことが出来るバランス機構を備えた工作機械を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る工作機械のホルダは主軸モータによって回転駆動され、ホルダは主軸に連結すると共に該ホルダにはツールが取付けられ、このツールは主軸中心に対して半径方向へ移動することが出来るように構成している。すなわち、ホルダには主軸中心軸に対して偏心した位置へ移動するツール移動台を有し、このツール移動台の先端にツールが取付けられる。そして、ツール移動台を移動する為にサブモータを有し、主軸回転とサブモータの回転量（回転角）を変化させることでギヤ機構を介してツールの位置が変位するように構成している。
【０００８】
ホルダには中心軸と垂直を成してスクリューネジが設けられ、該スクリューネジに螺合して回転と共にガイドに沿って移動するツール移動台が設けられている。そして、ツール移動台はプーリに巻き掛けられているタイミングベルトと連結し、またツール移動台と対向してバランスウエイトがタイミングベルト及びツール移動台の上側に取付けられ、このバランスウエイトもプーリに巻き掛けられた上記タイミングベルトと連結している。
【０００９】
上記サブモータにてギヤ機構を介してスクリューネジが回転し、該スクリューネジの回転に伴ってツール移動台及びツールが移動・偏心し、ツール移動台の移動と共にタイミングベルトが走行する。そして、タイミングベルトの走行と共にバランスウエイトが移動する。しかも、ツール移動台とバランスウエイトの移動方向は反対方向となり、その結果、ツール移動台及びツールとバランスする位置にバランスウエイトが常に配置される。
一方、サブモータの回転をスクリューネジへ伝達する為に、間にギヤ機構を介在しているが、スクリューネジ、ツール移動台のガイド、バランスウエイトのガイドレール、及び歯形の接触面並びに摺動面はコーティングされている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るバランスウエイトを備えた工作機械は、主軸中心に対してツールが移動して偏心した場合、ホルダに取付けたバランスウエイトが反対方向へ移動するバランス機構を備えている。従って、偏心したツールが高速回転してもアンバランス状態にはならず、高速で加工することが出来る。従って、高速回転するホルダ及び主軸の振れはなく、加工されるワークの精度は高くなる。また、バランスウエイトはホルダ本体内に収容されている為に、加工作業時に半径外方向へ移動するバランスウエイトがホルダ本体内から突出することはなく、高速回転に伴って故障しても安全性は確保される。しかも、バランスウエイトはタイミングベルト及びツール移動台の上側に配置されることでホルダの外径を抑えることが出来る。
【００１１】
一方、ツール移動台のガイド、ツール移動台のネジ穴及びネジ穴に螺合するスクリューネジ、及びサブモータの回転をスクリューネジに伝達する為のギヤ機構の歯形接触面並びに摺動面はコーティングされている。従って、高速回転に伴って潤滑油が飛散する場合であっても、潤滑油切れが原因となる接触面並びに摺動面の摩耗を抑制することが出来、ホルダの寿命は向上する。また、潤滑油自体の偏りによるアンバランスも発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ワーク中心軸部に逆台形円錐の穴を形成した場合。
【図２】本発明に係るホルダ構造を示す実施例。
【図３】ツール移動台とバランスウエイトを反対方向へ移動する為の具体例を示すホルダ断面の平面図。
【図４】ツール移動台とバランスウエイトを反対方向へ移動する為の具体例を示すホルダ断面の正面図。
【図５】ツール移動台とバランスウエイトを反対方向へ移動する為の具体例を示すホルダ断面の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は円柱状のワーク１の中心に穴２を加工した断面を示している。穴２の形状は概略逆台形円錐を成し、中心軸３に対して上方の内径を大きくした内周面４はテーパと成っている。このような形状の穴２を加工する場合、ツールは工作機械の主軸中心から偏心して回転し、その偏心量は穴２の深さと共に小さくなるように制御される。
【００１４】
ところで、主軸の回転速度が低い場合であればツールの偏心による遠心力が小さく、ツールはスムーズに回転して上記ワーク１の穴２を加工するが、高速回転する場合にはツール及び該ツールが取付けられる台とバランスすることが出来るバランスウエイトが必要になる。勿論、穴２を加工する場合に限らず、ワーク１の外周を切削加工する場合も同じである。本発明のホルダ構造はバランス機構を備え、ツールを移動偏心すると同時にバランスウエイトが正確に移動するように構成している。
【００１５】
図２はバランス機構を備えたホルダ構造を示す本発明の実施例である。同図の５はホルダ、６はツールをそれぞれ表している。ホルダ５は主軸回転用モータ（図示なし）によって回転駆動され、ホルダ５の回転によって下端に取着されているツール６が回転する。ツール６はホルダ５の中心軸７から距離Ｍだけ偏心し、その為に遠心力が発生する。本発明ではこの遠心力を打ち消すことが出来るバランスウエイトを備えている。
【００１６】
しかも、該バランスウエイトはツール６及びツール６を取着しているツール移動台８の移動方向と反対方向へ移動するように連動した構造と成っている。ツール移動台８の移動はサブモータ（図示なし）が駆動することで行なわれるが、主軸モータの回転角とサブモータによって回転するリングギヤの回転角度の差に応じてツール移動台が移動する構造と成っている。
サブモータはサブ軸９と共にサブ軸プーリ１０が回転し、サブ軸プーリ１０に巻き掛けられているタイミングベルト１１を介して主軸側のプーリ１２が回転する。該プーリ１２にはリングギヤ１３が取着され、リングギヤ１３はプーリ１２と共にサブ側モータにて回転駆動することが出来る。
【００１７】
そして、リングギヤ１３の中心にはサンギヤ１４が同心をなして取付けられ、リングギヤ１３とサンギヤ１４の間にはホルダ５と繋がっている遊星ギヤ１５が介在して互いに噛み合っている。サンギヤ１４を取着した軸１６は主軸中心にベアリングを介して軸支され、そして、軸１６の下端にはギヤ１７が取着され、ギヤ１７はギヤ１８と噛み合い、ギヤ１８の軸１９の下端にはかさ歯車２０が取付けられている。そして、該かさ歯車２０にはかさ歯車２１が噛み合い、該かさ歯車２１はスクリューネジ２２に取着されている。
【００１８】
ホルダ５には遊星ギヤ１５が、プーリ１２にはリングギヤ１３が、そして軸１６にはサンギヤ１４が取着されている為に、ホルダ５の回転角度とリングギヤ１３の回転角度の差に基づいてサンギヤ１４が回転し、そしてスクリューネジ２２が回転することでツール移動台８が移動する。ホルダ５は主軸側モータの回転にて一定速度で回転駆動され、この主軸回転とは独立してサブモータはプーリ１２を回転し、そして、リングギヤ１３、遊星ギヤ１５、サンギヤ１４、ギヤ１７，１８、かさ歯車２０，２１を介してスクリューネジ２２が回転することが出来る。ここで、ギヤ機構の具体的な構造は限定せず、図２に示すギヤ機構はあくまでも１具体例である。
【００１９】
従って、ツール６はサブモータによってその偏心量を自由に制御することが可能であり、このツール６及び該ツール６が取着されているツール移動台８に対して均衡するバランスウエイト２４がホルダ５の内部に装着されている。すなわち、該バランスウエイト２４はツール６及びツール移動台８に対して反対方向へ移動することが出来る機構を備えている。
【００２０】
図３、図４、図５はホルダ５の内部構造を示し、バランスウエイト２４とツール６及びツール移動台８が移動する機構を表している。図３には横断面（スクリューネジの中心線の左側はバランスウエイトを取除いてタイミングベルト全体を透視している図）を示すように、スクリューネジ２２が中心軸７と垂直を成して中心に配置され、このスクリューネジ２２にはツール移動台８が取付けられてスクリューネジ２２の回転に伴って移動することが出来る。移動は図４に示すようにホルダ側に形成したガイド２３に沿って行なわれる。そして、ツール移動台８の下側にはツール取着部２５が下方へ延び、ツール６は該ツール取着部２５に嵌って固定される。
【００２１】
ところで、図３に示すようにスクリューネジ２２の左右側にはタイミングベルト２６ａ，２６ｂがプーリ２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂに巻き掛けられて配置されている。そして、上記ツール移動台８は左右側のタイミングベルト２６ａ，２６ｂのスクリューネジ側（内側）にネジ止めにて連結し、その為にスクリューネジ２２の回転によってツール移動台８が移動するならば、タイミングベルト２６ａ，２６ｂはツール移動台８と共に走行し、そして、プーリ２７ａ，２７ａ、２７ｂ、２７ｂは回転する。
【００２２】
ここで、タイミングベルト２６ａ，２６ｂとツール移動台８との連結手段は限定しないが、図３，４に示す実施例では両挟持板２８ａ，２８ｂに挟まれてツール移動台８はタイミングベルト２６ａ，２６ｂにネジ止めされている。従って、ツール移動台８の移動はタイミングベルト２６ａ，２６ｂを走行させ、プーリ２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂを回転させる。
【００２３】
一方、両タイミングベルト２６ａ，２６ｂに跨って配置されるバランスウエイト２４はタイミングベルト２６ａ，２６ｂの外側で両挟持板３０ａ．３０ｂに挟まれ、挟持板３０ａとバランスウエイト２４がネジ止めにて連結している。タイミングベルト２６ａ，２６ｂのスクリューネジ側（内側）と連結したツール移動台８に対して、プーリ２７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｂに巻き掛けられて走行するタイミングベルト２６ａ，２６ｂの外側に連結したバランスウエイト２４は、その移動方向がツール移動台８とは逆向きとなる。
【００２４】
ツール移動台８及びツール６の重量とバランスウエイト２４の重量は等しく、その為に両者の移動方向が反対方向となることで、ツール移動台８及びツール６の重心とバランスウエイト２４の重心は主軸中心軸に対して常に等距離にあり、ホルダ５の回転に伴う遠心力は互いに打ち消され、ホルダ５が高速回転しても振れることはない。
【００２５】
そして、タイミングベルト２６ａ，２６ｂの外側にはガイドレール２９ａ，２９ｂがスクリューネジ２２と平行に沿設され、バランスウエイト２４をネジ止めしている両挟持板３０ａ、３０ａはこのガイドレール２９ａ，２９ｂにガイドされて移動する。すなわち、ツール移動台８に対してタイミングベルト２６ａ，２６ｂを介してバランスウエイト２４を追従させると共に、該バランスウエイト２４はタイミングベルト２６ａ，２６ｂとツール移動台８の上側に配置することで、ホルダ５の外径を抑えることが出来る。そして、バランスウエイト２４はホルダ本体内に配置されることで、高速回転に伴って故障が発生しても安全である。
【００２６】
一方、ホルダ５にはバランスウエイト２４が取付けられることで、ツール６及びツール移動台８とバランスして遠心力は打ち消されるが、ツール移動台８を移動する為に設けたギヤ機構を構成するギヤの歯形、並びにスクリューネジ、ツール移動台のガイド摺動面、及びバランスウエイトのガイドレールなどにはＤＬＣ系のコーティングが施されている。従って、高速回転に伴って潤滑油飛散による潤滑不足は無く、ギヤやスクリューネジの接触面及びガイド並びにガイドレールの摺動面の摩耗を抑制することが出来る。
【符号の説明】
【００２７】
１   ワーク
２   穴
３   中心軸
４   内周面
５   ホルダ
６   ツール
７   中心軸
８   ツール移動台
９   サブ軸
10   サブ軸プーリ
11   タイミングベルト
12   プーリ
13   リングギヤ
14   サンギヤ
15   遊星ギヤ
16   軸
17   ギヤ
18   ギヤ
19   軸
20   かさ歯車
21   かさ歯車
22   スクリューネジ
23  ガイド
24  バランスウエイト
25  ツール取着部
26  タイミングベルト
27  プーリ
28   挟持板
29  ガイドレール
30  挟持板
【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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