(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを加工する加工具と、
前記加工具を駆動する電動機と、
前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
工作機械の主軸へ着脱自在に装着され、前記主軸の回転力を前記発電機に伝達し、発電のための回転力を前記発電機に入力する装着部と、
前記発電機で発電した電力によって動作し、前記発電機で発電した電力の前記電動機への供給を制御して前記加工具を駆動制御する制御手段と、
前記発電機、前記電動機および前記制御手段を保持し、前記装着部および前記加工具を回転自在に保持し、前記装着部が前記主軸に装着されたとき、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を有するケースと、
前記主軸の回転位置および／または回転速度を検出する入力回転検出手段と
を備え、
前記電動機は、出力軸の回転位置および／または回転速度を検出する出力回転検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記電動機を可変速制御するための速度指令パターンが設定されたプログラムを記憶保持するメモリと、
前記プログラムを実行する演算器と、
前記演算器からの制御信号に応じて前記発電機からの電力を前記電動機に供給する駆動回路と
を有するとともに、前記出力回転検出手段および前記入力回転検出手段の双方の検出した回転位置および／または回転速度に基づいて前記電動機を駆動制御する
工具。
【請求項２】
前記制御手段に対して前記電動機の駆動制御に必要な各種データを外部から入力するデータ入力手段をさらに有する
請求項１に記載の工具。
【請求項３】
工作機械の主軸に装着される変速装置であって、
加工具が装着される回転軸と、
前記回転軸を駆動する電動機と、
前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記主軸へ着脱自在に装着され、前記主軸の回転力を前記発電機に伝達し、発電のための回転力を前記発電機に入力する装着部と、
前記発電機で発電した電力によって動作し、前記発電機で発電した電力の前記電動機への供給を制御して前記加工具を駆動制御する制御手段と
前記発電機、前記電動機および前記制御手段を保持し、前記装着部および前記回転軸を回転自在に保持し、前記装着部が前記主軸に装着されたとき、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を有するケースと、
前記主軸の回転位置および／または回転速度を検出する入力回転検出手段と
を備え、
前記電動機は、出力軸の回転位置および／または回転速度を検出する出力回転検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記電動機を可変速制御するための速度指令パターンが設定されたプログラムを記憶保持するメモリと、
前記プログラムを実行する演算器と、
前記演算器からの制御信号に応じて前記発電機からの電力を前記電動機に供給する駆動回路と
を有するとともに、前記出力回転検出手段および前記入力回転検出手段の双方の検出した回転位置および／または回転速度に基づいて前記電動機を駆動制御する
変速装置。
【請求項４】
主軸と、
前記主軸に着脱可能な変速装置と
を備え、
前記変速装置は、
被回転物を回転駆動する電動機と、
前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、
前記主軸へ着脱自在に装着され、前記主軸の回転力を前記発電機に伝達し、発電のための回転力を前記発電機に入力する装着部と、
前記発電機で発電した電力によって動作し、前記発電機で発電した電力の前記電動機への供給を制御して前記被回転物を駆動制御する制御手段と
前記発電機、前記電動機および前記制御手段を保持し、前記装着部および前記被回転物を回転自在に保持し、前記装着部が前記主軸に装着されたとき、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を有するケースと、
前記主軸の回転位置および／または回転速度を検出する入力回転検出手段と
を備え、
前記電動機は、出力軸の回転位置および／または回転速度を検出する出力回転検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記電動機を可変速制御するための速度指令パターンが設定されたプログラムを記憶保持するメモリと、
前記プログラムを実行する演算器と、
前記演算器からの制御信号に応じて前記発電機からの電力を前記電動機に供給する駆動回路と
を有するとともに、前記出力回転検出手段および前記入力回転検出手段の双方の検出した回転位置および／または回転速度に基づいて前記電動機を駆動制御する
工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークを加工する工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、マシニングセンタ等の主軸を備えた工作機械では、主軸の最大回転速度は主軸を回転自在に保持するメインベアリングの構造や潤滑方式によって決定されるため、この最大回転速度より増速した回転速度で工具を回転させたい場合には、たとえば、増速装置を用いている。
増速装置としては、たとえば、工具を保持し主軸に着脱可能となっており、主軸の回転力を遊星歯車機構等の歯車機構によって増速して工具の回転速度を増速させるものが知られている。
たとえば、マシニングセンタにおいて、一時的に主軸の最大回転速度よりも工具の回転速度を増速させたい場合には、上記のような増速装置を主軸に対して自動工具交換装置によって通常の工具と同様に装着し、工具を高い回転速度で回転させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような歯車機構による増速装置によって工具を主軸の回転速度よりも増速する場合に、数万回転〜数十万回転の超高速回転させると、増速装置の発熱が増大し、加工精度に影響することがある。また、数万回転〜数十万回転の超高速回転では、増速装置からの騒音も増大する。さらに、増速装置は、たとえば、数万回転〜数十万回転の回転に耐えうる信頼性の高い構造にするため、比較的製造コストが高騰するという不利益も存在した。
また、他の増速方法として、主軸を駆動するモータに高周波モータを使用し、この高周波モータに特別に用意された制御装置から駆動電流を供給し、主軸を高速回転させる方法が採られる場合がある、しかしながら、この方法では、工具交換を通常の工具と同様に行うことが難しく、また、設備コストが比較的高いという不利益が存在する。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、工作機械の主軸等の加工器械の回転軸に装着される工具において、前記回転軸の回転速度を変速した回転速度で加工具を回転させることができる工具を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、工作機械の主軸等の加工器械の回転軸に装着される工具において、前記回転軸の回転速度とは独立に加工具を制御できる工具を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具は、ワークを加工する加工具と、前記加工具を駆動する電動機と、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、工作機械の主軸へ着脱自在に装着され、前記主軸の回転力を前記発電機に伝達し、発電のための回転力を前記発電機に入力する装着部と、前記発電機で発電した電力によって動作し、前記発電機で発電した電力の前記電動機への供給を制御して前記加工具を駆動制御する制御手段と、前記発電機、前記電動機および前記制御手段を保持し、前記装着部および前記加工具を回転自在に保持し、前記装着部が前記主軸に装着されたとき、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を有するケースと、前記主軸の回転位置および／または回転速度を検出する入力回転検出手段とを備え、前記電動機は、出力軸の回転位置および／または回転速度を検出する出力回転検出手段を備え、前記制御手段は、前記電動機を可変速制御するための速度指令パターンが設定されたプログラムを記憶保持するメモリと、前記プログラムを実行する演算器と、前記演算器からの制御信号に応じて前記発電機からの電力を前記電動機に供給する駆動回路とを有するとともに、前記出力回転検出手段および前記入力回転検出手段の双方の検出した回転位置および／または回転速度に基づいて前記電動機を駆動制御する。
【０００６】
好適には、本発明の工具は、前記制御手段に対して前記電動機の駆動制御に必要な各種データを外部から入力するデータ入力手段をさらに有する。
【０００７】
本発明の変速装置は、工作機械の主軸に装着される変速装置であって、加工具が装着される回転軸と、前記回転軸を駆動する電動機と、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸へ着脱自在に装着され、前記主軸の回転力を前記発電機に伝達し、発電のための回転力を前記発電機に入力する装着部と、前記発電機で発電した電力によって動作し、前記発電機で発電した電力の前記電動機への供給を制御して前記加工具を駆動制御する制御手段と、前記発電機、前記電動機および前記制御手段を保持し、前記装着部および前記回転軸を回転自在に保持し、前記装着部が前記主軸に装着されたとき、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を有するケースと、前記主軸の回転位置および／または回転速度を検出する入力回転検出手段とを備え、前記電動機は、出力軸の回転位置および／または回転速度を検出する出力回転検出手段を備え、前記制御手段は、前記電動機を可変速制御するための速度指令パターンが設定されたプログラムを記憶保持するメモリと、前記プログラムを実行する演算器と、前記演算器からの制御信号に応じて前記発電機からの電力を前記電動機に供給する駆動回路とを有するとともに、前記出力回転検出手段および前記入力回転検出手段の双方の検出した回転位置および／または回転速度に基づいて前記電動機を駆動制御する。
【０００８】
本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸に着脱可能な変速装置と、を備え、前記変速装置は、被回転物を回転駆動する電動機と、前記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、前記主軸へ着脱自在に装着され、前記主軸の回転力を前記発電機に伝達し、発電のための回転力を前記発電機に入力する装着部と、前記発電機で発電した電力によって動作し、前記発電機で発電した電力の前記電動機への供給を制御して前記被回転物を駆動制御する制御手段と、前記発電機、前記電動機および前記制御手段を保持し、前記装着部および前記被回転物を回転自在に保持し、前記装着部が前記主軸に装着されたとき、当該ケースの回転を規制する回転規制部材を有するケースと、前記主軸の回転位置および／または回転速度を検出する入力回転検出手段とを備え、前記電動機は、出力軸の回転位置および／または回転速度を検出する出力回転検出手段を備え、前記制御手段は、前記電動機を可変速制御するための速度指令パターンが設定されたプログラムを記憶保持するメモリと、前記プログラムを実行する演算器と、前記演算器からの制御信号に応じて前記発電機からの電力を前記電動機に供給する駆動回路とを有するとともに、前記出力回転検出手段および前記入力回転検出手段の双方の検出した回転位置および／または回転速度に基づいて前記電動機を駆動制御する。
【０００９】
本発明では、発電機を駆動して発電すると、発電した電力は、制御手段によって制御されて電動機に供給される。これにより、ワークを加工する加工具が駆動制御される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（マシニングセンタ）
図１は、本発明の工具が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
図１においてマシニングセンタ１は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００１１】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００１２】
さらに、サドル４４には、鉛直方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００１３】
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
【００１４】
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
【００１５】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００１６】
ＮＣ装置５１は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２および主軸モータ３１の駆動制御を行う。
ＮＣ装置５１は、具体的には、予めＮＣプログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置５１は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸３１の回転速度を解読することにより主軸４６の回転速度の制御を行う。
さらに、ＮＣ装置５１は、ＮＣプログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００１７】
（第１の参考例の工具）
図２は、本発明の工具の一実施形態の構成と一部が共通する第１の参考例の工具の構成を示す断面図である。
図２において、工具６１は、装着部６２と、ケース部材６６，６７および６８からなるケース６５と、発電機７０と、電動機８０と、刃具１００とを備えている。
ここで、後述する本発明の実施形態においては、装着部６２は本発明の装着部の実施態様であり、ケース６５は本発明のケースの実施態様であり、発電機７０は本発明の発電機の実施態様であり、電動機８０は本発明の電動機の実施態様であり、刃具１００は本発明の加工具の実施態様である。また、工具６１が装着される上記の主軸４６が本発明の主軸の実施態様である。
【００１８】
装着部６２は、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク部６２ｂと、このテーパシャンク部６２ｂの先端部に形成されたクランプ部６２ｃと、ケース部材６６に回転自在に保持される軸部６２ｄとを備えている。
【００１９】
この装着部６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
【００２０】
装着部６２のテーパシャンク部６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
【００２１】
装着部６２のクランプ部６２ｃは、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構によってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【００２２】
装着部６２の軸部６２ｄは、ケース部材６６の内周に複数の転がり軸受７２を介して回転自在に保持されている。
【００２３】
ケース部材６７の内周には、保持部材７３を介して発電機７０および電動機８０が保持されている。
発電機７０は、入力軸７１が装着部６２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機７０には主軸４６の回転力が装着部６２を介して入力される。
発電機７０には、たとえば、三相同期発電機を用いることができる。
【００２４】
電動機８０は、図示しない導電ケーブルによって、発電機７０で発電された電力が供給される。この電動機８０は、発電機７０から供給される電力によって駆動する。
電動機８０の出力軸８１は、カップリング８７によって回転軸９０に連結されている。
電動機８０には、たとえば、三相誘導電動機を用いることができる。
【００２５】
回転軸９０は、ケース部材６８の内周に複数の転がり軸受９２を介して回転自在に保持されている。
回転軸９０の先端側は、ケース部材６８に抜け止め部材９４によって抜け止めされている。
また、回転軸９０の先端部には、上記した工具が装着される工具装着部９５が設けられている。
【００２６】
刃具１００は、工具装着部９５に保持されており、この刃具１００はワークを加工する。
刃具１００は、具体的には、ドリル、エンドミル等の各種の刃具である。
【００２７】
ケース部材６６、６７および６８は、たとえば、ボルト等の締結手段によって連結されており、これらケース部材６６、６７および６８がケース６５を構成している。
ケース部材６６の外周には、回り止め部材８５が設けられている。この回り止め部材８５は、後述する本発明の実施形態においては、本発明の回転規制部材の実施態様である。
回り止め部材８５は、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに先端８５ａが挿入される。
これにより、ケース部材６６、すなわち、ケース６５は、主軸４６が回転しても回転が規制される。
【００２８】
ここで、上記構成の工具６１の動作の一例について説明する。
自動工具交換装置３９によって、工具装着部９５に刃具１００を保持した工具６１をマシニングセンタ１の主軸４６に装着すると、工具６１は、回り止め部材８５の先端部８５ａが非回転部４７の嵌合穴４７ａに嵌合挿入され、ケース６５の回転が規制される。
【００２９】
この状態から、主軸４６を回転速度Ｎ0 で回転させると、工具６１の装着部６２が回転し、主軸４６の回転力が発電機７０に伝達される。
これにより、発電機７０は、たとえば、三相同期発電機を用いた場合には、三相交流電力を発電する。
【００３０】
三相同期発電機の発生する三相交流電力の周波数ｆは、三相同期発電機の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転速度をＮ0 〔ｒｐｍ〕とすると、次式（１）によって表される。
【００３１】
【数１】
ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕      …（１）
【００３２】
したがって、主軸４６を回転速度Ｎ0 で回転させると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電力が電動機８０に供給される。
【００３３】
ここで、電動機８０に三相誘導電動機を用いたとすると、この三相誘導電動機の極数がＰ2 とすると、三相誘導電動機は３相交流の１サイクルで２／Ｐ2 回転することから、すべりがないときの三相誘導電動機の同期速度Ｎ1 は、次式（２）で表される。
【００３４】
【数２】
Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕    …（２）
【００３５】
したがって、主軸４６の回転速度Ｎ0 に対する工具の回転速度Ｎ1 は次式（３）によって表される。
【００３６】
【数３】
Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕    …（３）
【００３７】
（３）式からわかるように、主軸４６の回転速度Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転速度Ｎ1 に変速される。
（３）式で示すように、三相同期発電機の極数Ｐ1 と三相誘導電動機の極数Ｐ2 との比を適宜設定することにより、主軸４６の回転速度Ｎ0 に対する工具の回転速度Ｎ1 の変速比を任意に設定することが分かる。
すなわち、主軸４６の回転速度Ｎ0 を増速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2
を１より大きくし、減速したい場合には、極数比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、三相同期発電機の極数Ｐ1 および三相誘導電動機の極数Ｐ2 を予め選択すればよい。
【００３８】
たとえば、上記のマシニングセンタ１の主軸４６の最大回転速度Ｎmax が３０００ｒｐｍであるとすると、通常の工具を用いたワークの加工では、主軸４６の回転速度は上記の最大回転速度Ｎmax の範囲で十分である場合が多い。
一方、主軸４６の最大回転速度Ｎmax が３０００ｒｐｍのマシニングセンタ１を使用し、たとえば、ワークにアルミニウム合金材を用いてこれを高速加工したい場合には、工具の回転速度を、たとえば、３００００ｒｐｍに増速させたいような場合がある。
このような場合のために、マシニングセンタ１の自動工具交換装置３９のマガジンに工具６１を予め収容しておく。なお、工具６１は、増速比が１０となるように、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵させる。
【００３９】
自動工具交換装置３９によって、主軸４６に通常の工具と同様に工具６１を自動装着する。
主軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、工具６１に保持された工具の回転速度は、主軸４６の回転速度によって制御する。すなわち、ＮＣ装置５１にダウンロードするＮＣプログラムにおいて、主軸４６の回転速度をＳコードで指定することにより、工具６１の刃具１００の回転速度を規定しておく。
たとえば、工具６１の刃具１００を３００００ｒｐｍで回転させたい場合には、ＮＣプログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転速度を３０００ｒｐｍに指定しておく。
【００４０】
主軸４６を３０００ｒｐｍで回転させると、発電機７０は主軸４６の回転速度および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生する。
電動機８０は、発電機７０から供給される三相交流によって駆動され、工具６１の刃具１００は、略３００００ｒｐｍの回転速度で回転する。
これにより、主軸の最大回転速度Ｎmax が制限されるマシニングセンタ１を使用し、ワークにアルミニウム合金材を用いても、高速加工が可能となる。
【００４１】
以上のように、第１の参考例によれば、通常の工具と同様にユニット化された工具６１に発電機７０および電動機８０を内蔵し、発電機７０で発生した電力で電動機８０を駆動することで、主軸４６に対する工具の回転速度を増速させるため、主軸４６を高速回転させても歯車装置のように発熱が増大せず、加工精度の低下が抑制される。
【００４２】
さらに、第１の参考例によれば、電動機８０のイナーシャを主軸４６のイナーシャよりも小さくできるため、主軸４６を直接に高速回転させる場合に比べて、刃具１００の応答性を向上できる。
【００４３】
また、第１の参考例によれば、主軸４６の回転速度を増速させる工具６１を主軸４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具交換装置３９によって通常の工具と同様に交換可能となっているため、通常の回転速度の範囲での加工を行いながら、高速加工の要求に対して即座に対応することができる。
また、第１の参考例によれば、主軸４６の回転によって発電した電力によって刃具１００を駆動するため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結果、電源供給のための配線が必要ない。
【００４４】
なお、上述した第１の参考例では、アルミニウム合金材の高速加工への適用の場合について説明したが、本発明は主軸４６の回転速度を増速させる必要がある加工であればいずれにも適用可能である。
また、上述した第１の参考例では、主軸４６の回転速度を増速させる場合について説明したが、主軸４６の回転速度を減速させる場合にも適用可能である。この場合には、主軸４６よりも大きなトルクを工具に作用させることができる。
また、上述した第１の参考例では、交流発電機と交流電動機を組み合わせた場合について説明したが、直流発電機と直流電動機との組合せで構成することも可能である。
また、上述した第１の参考例では、加工具として刃具１００を挙げたが、他の加工具を適用することも可能である。
【００４５】
（第２の参考例の工具）
図３は、本発明の実施形態に係る工具と一部が共通する第２の参考例の工具の電気系の構成を示す図である。
なお、第２の参考例に係る工具の機械的構造については、上述した第１の参考例と同様とする。
図３に示すように、第２の参考例に係る工具は、発電機７０として交流発電機を備え、電動機８０として直流電動機を備え、さらに整流回路２０２を備えている。
【００４６】
整流回路２０２は、発電機７０で発電した交流電流を直流電流に整流して電動機８０に供給する。この整流回路２０２は、たとえば、上記のケース６５に内蔵されている。
整流回路２０２から供給される直流電流は、主軸４６の回転速度に応じた大きさとなる。一方、直流電動機は、供給される電流に応じて回転速度の制御が可能である。したがって、主軸４６の回転速度を制御することにより、電動機８０の速度制御が可能となる。
【００４７】
以上のように、第２の参考例によれば、発電機７０として交流発電機を用い、電動機８０として直流電動機を用いた場合であっても、整流回路２０２を工具に内蔵することにより、主軸４６の回転速度に対して刃具１００の回転速度を変速することができる。
なお、上述した第２の参考例では、整流回路２０２をケース６５に内蔵する構成としたが、ケース６５の外部の非回転部分に箱等に収容して取り付けてもよい。
また、ケース６５に凹凸を形成して、これに整流回路２０２を収容する構成としてもよい。
【００４８】
（第３の参考例の工具）
図４は、本発明の実施形態に係る工具と一部が共通する第３の参考例の工具の電気系の構成を示す図である。
なお、第３の参考例に係る工具の機械的構造については、上述した第１の参考例と同様とする。
上述した第１および第２の参考例では、工具６１の刃具１００の回転速度を主軸４６の回転速度、すなわち、発電機７０の入力回転速度で制御される構成としたが、第３の参考例では、発電機７０の入力回転速度に関わらず刃具１００を駆動制御可能な構成について説明する。
【００４９】
図４に示すように、第３の参考例に係る工具は、交流発電機からなる発電機７０および電動機８０を備えるとともに、整流回路３０２と、電力逆変換回路３０３と、制御回路部３０４とを備える。
なお、整流回路３０２、電力逆変換回路３０３および制御回路部３０４は、後述する本発明の実施形態においては、本発明の制御手段を構成しており、整流回路３０２および電力逆変換回路３０３は本発明の駆動回路を構成している。
また、整流回路３０２と、電力逆変換回路３０３と、制御回路部３０４は、上記ケース６５に内蔵されている。なお、これら整流回路３０２、電力逆変換回路３０３および制御回路部３０４のうちいずれかまたはすべてをケース６５の外部の非回転部分に箱等に収容して取り付けてもよい。また、ケース６５に凹凸を形成して、これら整流回路３０２、電力逆変換回路３０３および制御回路部３０４を収容する構成としてもよい。
【００５０】
整流回路３０２は、発電機７０で発電された交流電流を直流電流に整流して電力逆変換回路３０３に供給する。
また、整流回路３０２は、整流した直流電流の一部を制御回路部３０４の電源として供給する。
電力逆変換回路３０３は、整流回路３０２から供給された直流電流を電動機８０を駆動するのに必要な交流電流に変換するインバータであり、たとえば、ＰＷＭインバータで構成される。
【００５１】
制御回路部３０４は、マイクロプロセッサ３０５と、ＲＯＭ(Read Only Memory)３０６と、ＲＡＭ(Random Access Memory)３０７と、カウンタ回路３０８と、Ａ／Ｄ変換回路３１０と、Ｄ／Ａ変換回路３０９とを備えている。なお、後述する本発明の実施形態においては、マイクロプロセッサ３０５は本発明の演算器の実施態様であり、ＲＯＭ３０６、ＲＡＭ３０７は本発明のメモリの実施態様である。
【００５２】
ＲＯＭ３０６は、電動機８０の駆動制御、たとえば、ベクトル制御による電動機８０の可変速制御をするための制御用プログラムを記憶保持している。
ＲＡＭ３０７は、マイクロプロセッサ３０５の演算に必要なデータ等を記憶保持する。
【００５３】
マイクロプロセッサ３０５は、ＲＯＭ３０６に記憶された制御用プログラムを実行し、各種演算を行ってＤ／Ａ変換回路３０９を介して電力逆変換回路３０３に制御信号３０４ｓを出力する。この制御信号３０４ｓは、たとえば、ＰＷＭ制御信号である。
【００５４】
Ａ／Ｄ変換回路３１０は、電流検出器３１２で検出された電力逆変換回路３０３から電動機８０に供給される電流値をディジタル信号に変化してマイクロプロセッサ３０５に出力する。
【００５５】
電動機８０には、回転位置検出器３１１が設けられており。この回転位置検出器３１１には、たとえば、光学式ロータリエンコーダやレゾルバが使用される。なお、後述する本発明の実施形態においては、回転位置検出器３１１は、本発明の出力回転検出手段の一具体例に対応している。
カウンタ回路３０８は、回転位置検出器３１１の検出した電動機８０の回転量に応じたパルス信号をカウントしてマイクロプロセッサ３０５に出力する。
【００５６】
上記構成の制御回路部３０４は、発電機７０が主軸４６の回転によって発電することにより電源が供給され動作可能となる。
制御回路部３０４には、電動機８０の回転量および駆動電流が入力されるため、制御回路部３０４のＲＯＭ３０６に予め所要の制御プログラムを用意しておくことにより、電動機８０の各種の駆動制御が可能となる。
たとえば、電動機８０に同期電動機を用いた場合に、この同期電動機を可変速制御したい場合には、予め、速度指令パターンをＲＯＭ３０６に設定しておき、この速度指令パターンにしたがって速度制御することが可能である。
したがって、第３の参考例によれば、主軸４６の回転速度によらず、刃具１００の位置制御、速度制御およびトルク制御が可能となる。すなわち、本参考例では、工具側で独立に刃具１００の駆動制御が可能となる。
【００５７】
（実施形態の工具）
図５は、本発明の実施形態に係る工具の電気系の構成を示す図である。
なお、本実施形態に係る工具の機械的構造については、上述した第１の参考例と同様とする。
図５に示す本実施形態の構成と第３の参考例において説明した構成との間で異なる点は、発電機７０に回転位置検出器４０２を設け、この回転位置検出器４０２の検出信号をカウンタ回路４０３を通じてマイクロプロセッサ３０５に入力する点であり、他の構成については全く同様である。
なお、回転位置検出器４０２は、本発明の入力回転検出手段の一具体例に対応している。
【００５８】
回転位置検出器４０２は、発電機７０の入力軸７１に対して設けられており、入力軸７１の回転量を検出する。この回転位置検出器４０２には、たとえば、光学式ロータリエンコーダやレゾルバが使用される。
回転位置検出器４０２によって、入力軸７１の回転量を検出することで、主軸４６の回転量および回転速度の情報が制御回路部３０４に入力される。
【００５９】
制御回路部３０４では、カウンタ回路４０３から入力された主軸４６の回転量の単位時間当たりの差分値を算出することにより、主軸４６の回転速度を特定することができる。
したがって、ＲＯＭ３０６に、主軸４６の回転速度に対して一定の変速比となる速度指令を生成するプログラムを用意しておくことで、電動機８０の回転速度を主軸４６の回転速度に対して正確に制御することが可能となる。
すなわち、本実施形態の構成とすることで、歯車装置と同様に、主軸４６の回転速度を正確に変速することが可能となる。
【００６０】
さらに、制御回路部３０４では、主軸４６の回転位置の情報および電動機８０の回転位置の情報の双方が得られるので、主軸４６の回転位置と電動機８０の回転位置とを完全に一致させることも可能となる。
【００６１】
（第４の参考例の工具）
図６は、本発明の実施形態に係る工具と一部が共通する第４の参考例の工具の電気系の構成を示す図である。
なお、第４の参考例に係る工具の機械的構造については、上述した第１の参考例と同様とする。
図６に示す第４の参考例の構成と第３の参考例において説明した構成との間で異なる点は、制御回路部３０４に対してデータ入力部５０１を追加した点であり、他の構成については全く同様である。
このデータ入力部５０１は、上述の実施形態の工具に組み合わされた場合には、本発明のデータ入力手段の一具体例に対応する。
【００６２】
データ入力部５０１は、制御回路部３０４に対して電動機８０の駆動制御に必要な各種データを外部から入力する。
データ入力部５０１は、具体的には、ケース６５の外部から操作可能なスイッチをケース６５に設けることによって構成することができる。
あるいは、データ入力部５０１を無線信号を受信する受信装置とし、これをケース６５の外側に設ける構成としてもよい。このような構成とすれば、工具により加工中にリアルタイムにデータを入力することができる。
データ入力部５０１から入力するデータは、たとえば、電動機８０に対する速度指令や、制御パラメータ等である。
【００６３】
第４の参考例では、上記のような構成とすることにより、電動機８０の駆動制御の内容を任意に変更することが可能であり、加工条件等が変更された場合等に容易に対応することができる。
【００６４】
種々の参考例及び実施形態を挙げて本発明の工具について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されない。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱を抑制しつつ主軸によって駆動される工具の回転速度を主軸の回転速度に対して変速することができる。この結果、工具を超高速回転しても、加工精度の低下を防ぐことができる。
また、本発明によれば、主軸の回転力によって発電する発電機と、この発電機で発電された電力によって工具を駆動する電動機とによって工具の変速を行うので、歯車機構等の増速装置と比較して低コスト化でき、また、構成を簡略化することができる。
また、本発明によれば、主軸の回転速度によらず、工具の駆動制御を独立に行うことができるため、ワークに対する種々の加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】  本発明の実施形態の工具と一部が共通する第１の参考例の工具を示す断面図である。
【図３】  本発明の実施形態の工具と一部が共通する第２の参考例の工具の電気系の構成を示す図である。
【図４】  本発明の実施形態の工具と一部が共通する第３の参考例の工具の電気系の構成を示す図である。
【図５】  本発明の実施形態に係る工具の電気系の構成を示す図である。
【図６】  本発明の実施形態の工具と一部が共通する第４の参考例の工具の電気系の構成を示す図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
５１…ＮＣ装置
６１…工具
６２…装着部
６５…ケース
６６，６７，６８…ケース部材
７０…発電機
７１…入力軸
８０…電動機
８１…出力軸
９５…工具装着部
１００…刃具
【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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