JP5735299B2

JP5735299B2 - 主軸装置

Info

Publication number: JP5735299B2
Application number: JP2011029171A
Authority: JP
Inventors: 明義小林; 鬼鞍　宏猷; 宏猷鬼鞍; 俊亘古賀
Original assignee: Kira Corp
Current assignee: Kira Corp
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2031-02-14
Also published as: JP2012166303A

Description

本発明は主軸装置に関する。

特許文献１は従来の主軸装置を開示している。この主軸装置は、ハウジング内に回転自在に支持したスピンドル本体と、スピンドル本体の先端部に装着し、スピンドル本体と共に回転する工具ホルダーとを備えている。この工具ホルダーは超音波振動子を組み込んでいる。また、この工具ホルダーはスピンドル本体に設けた電力端子に挿入するソケット端子を設けている。超音波振動子は、ソケット端子から電力線を介して給電されることによって、振動することができる。

この主軸装置は、工具ホルダーを工具自動交換装置を用いてスピンドル本体に装着することができる。このため、この主軸装置は既存の主軸装置の基本的な構造を変更しないで超音波振動援用加工を行うことができる。

特開平５−２０８３４９号公報

しかし、特許文献１の主軸装置は、工具ホルダーに超音波振動子を組み込んでいるため、交換する工具ホルダーの全てに超音波振動子を組み込まなければならない。また、超音波振動子を組み込んでいるため工具ホルダーが大型化・高コスト化してしまう。さらに、工具ホルダーをスピンドル本体の先端部に装着する際、工具ホルダーに設けたソケット端子をスピンドル本体に設けた電力端子に挿入しなければならない。この際、ソケット端子と電力端子との接続が良好に行われないと、超音波振動子への給電が不安定になり、超音波振動子が良好に振動せずに超音波振動援用加工を良好に行えないおそれがある。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、既存の工作機械に容易に適用することができ、超音波振動を援用して自動的に多種類の加工を良好に行うことができる主軸装置を提供することを解決すべき課題としている。

本発明の主軸装置は、ハウジング内に回転自在に支持したスピンドル本体と、
超音波振動子を組み込んだホーン部、前記スピンドル本体の先端面に固定される円盤形状に形成された固定部、この固定部の外周部から先端方向に延び円筒形状に形成された側壁部、この側壁部と前記ホーン部の軸方向の振動の節部とを連結する連結部、及び前記ホーン部の周囲に、前記固定部、前記側壁部、及び前記連結部で形成された空洞部を有しており、前記スピンドル本体の先端側に設けて前記スピンドル本体と共に回転するスピンドル先端部と、
このスピンドル先端部の先端側に装着し、前記スピンドル本体及び前記スピンドル先端部と共に回転する工具ホルダーと、
前記スピンドル本体の軸芯及び前記スピンドル先端部の軸芯に挿入し、工具ホルダーをクランプ・アンクランプするドローバーとを備えていることを特徴とする。

この主軸装置は、超音波振動子を組み込んだホーン部をスピンドル先端部に有し、スピンドル先端部の先端側に装着した工具ホルダーに超音波振動を伝えることができる。このため、工具ホルダー毎に超音波振動子を組み込む必要がなく、一般的な工具ホルダーを利用して超音波振動援用加工を行うことができる。つまり、工具ホルダーを特別なものにする必要がないため、多くの交換用の工具ホルダーを容易に準備することができる。また、工具ホルダーが大型化しないため、既存の工作機械に容易に適用することができる。特に、極細工具による超音波振動切削・研削加工は、一般的に加工穴数が多いため、頻繁に工具を取り換える必要がある。このため、この主軸装置は、特に工具自動交換装置付き工作機械に適用することによって、微細加工を効率的に行うことができる。

また、超音波振動子をホーン部に組み込んでいるため、工具ホルダーを交換する度に超音波振動子への給電経路を接続する必要がない。このため、超音波振動子への給電が安定し、超音波振動子が良好に振動して超音波振動援用加工を良好に行うことができる。さらに、ホーン部の周囲に空洞部が形成されているため、超音波振動子から発生する熱を放熱し易くし、超音波振動子が高温になることによる性能低下を防止することができる。

したがって、本発明の主軸装置は、既存の工作機械に容易に適用することができ、超音波振動を援用して自動的に多種類の加工を良好に行うことができる。

前記スピンドル先端部は前記空洞部と外部とを連通する連通孔を有し得る。この場合、超音波振動子からの発熱を貫通孔を介して外部に排出することができる。このため、超音波振動子から発生する熱をさらに放熱し易くすることができるため、超音波振動子が高温になることによる性能低下をさらに防止することができる。

前記ドローバーは、
前記工具ホルダーを係合する係合部、及びクランプ方向に弾性力を付与する弾性部材を具備し、前記スピンドル先端部から後方に延びた第１バーと、
この第１バーの後端部と隙間を設けて同軸上に配置し、前記弾性部材の弾性力に抗してこの第１バーをアンクランプ方向に押すことができる第２バーとを有し得る。

この場合、第２バーに超音波振動子の振動が伝わらない。このため、第２バーを駆動する駆動部に超音波振動子からの振動が伝わらず、駆動部の損傷を防止することができる。

実施例の主軸装置のクランプ状態を示す要部概略断面図である。実施例の主軸装置のアンクランプ状態を示す要部概略断面図である。

本発明の主軸装置を具体化した実施例を図面を参照しつつ説明する。

＜実施例＞
実施例の主軸装置は、図１に示すように、スピンドル本体１０、スピンドル先端部２０、工具ホルダー３０、及びドローバー４０を備えている。スピンドル本体１０は、円筒形状に形成され、軸芯を貫通した貫通孔１２を有している。このスピンドル本体１０は、図示しないエアー軸受を介してハウジング１１内に回転自在に支持されている。また、このスピンドル本体１０は、図示しない駆動装置に連結されており、駆動装置を駆動することによって回転する。さらに、スピンドル本体１０は、後端に配置した図示しない非接触給電装置を有している。非接触給電装置に連結した電力線Ｃを介して後述する超音波振動子２５に給電することができる。

スピンドル先端部２０は、ホーン部２１と、ホーン部２１の周囲に空洞部２３を形成する外殻部２２とを有している。ホーン部２１は、円柱形状に形成した後部と、先端方向（図１における下方）に向けて細くなる円錐台形状に形成した前部とから構成され、軸芯を貫通した貫通孔２４を有している。

ホーン部２１は後部の外周部に円環状に形成した超音波振動子２５を配置している。超音波振動子２５は固定リング２６によってホーン部２１の後部の外周部に固定されている。ホーン部２１は、工具ホルダー３０の嵌合部３１を嵌合する嵌合穴２９を先端部に形成している。嵌合穴２９は貫通孔２４に連通している。

外殻部２２は、固定部２２Ａ、側壁部２２Ｂ、及び連結部２２Ｃを有している。固定部２２Ａは、円盤形状に形成され、中央部を貫通した貫通孔２７を有している。固定部２２Ａは、スピンドル本体１０と同心となるようにスピンドル本体１０の先端面にボルト固定されている。側壁部２２Ｂは固定部２２Ａの先端面の外周部から先端方向（図１において下方）に延びた円筒形状に形成されている。側壁部２２Ｂは、固定部２２Ａ側の複数個所に空洞部２３と外部とを連通する連通孔２８を有している。連結部２２Ｃは側壁部２２Ｂとホーン部２１の前部の側面とを連結している。この連結部２２Ｃは超音波振動子２５によって生じる軸方向の振動の節部に形成されている。このため、連結部２２Ｃを側壁部２２Ｂの先端面にボルトによって良好に固定することができる。外殻部２２を構成する固定部２２Ａ、側壁部２２Ｂ、及び連結部２２Ｃは、ホーン部２１の周囲に空洞部２３を形成している。

工具ホルダー３０はホーン部２１の嵌合穴２９に嵌合する略円筒状の嵌合部３１を有している。嵌合部３１は、内周面に凸状に形成し、後述するコレットの係止部に係合する被係止部を有している。工具ホルダー３０は先端部に極細加工用のエンドミル、ドリル、電着といし工具等を焼き嵌めして取り付けている。

ドローバー４０は第１バー４０Ａと第２バー４０Ｂとを有している。第１バー４０Ａは、工具ホルダー３０を係合する係合部４１と、クランプ方向（図１において上方向）の弾性力を付与する弾性部材であるコイルばね４２とを具備している。第１バー４０Ａは、スピンドル先端部２０のホーン部２１の軸芯を貫通した貫通孔２４及び嵌合穴２９と、スピンドル先端部２０の外殻部２２の固定部２２Ａの中央部を貫通した貫通孔２７とに挿入し、スピンドル先端部２０から後方のスピンドル本体１０の軸芯を貫通した貫通孔１２内に延びている。

係合部４１は、第１バー４０Ａの先端に連結したスリーブ４３と、スリーブ４３の外周側に配置したコレット４４とを有している。コレット４４は、先端側の外周面に、工具ホルダー３０の嵌合部３１の内周面に凸状に形成した被係止部に係合する係止部を有している。

コイルバネ４２は、第１バー４０Ａを内部に挿通し、ホーン部２１の後端面と第１バー４０の後部において拡径した拡径部４５との間に挟持されている。このため、第１バー４０Ａは後方（図１において上方）に移動するようにコイルバネ４２の弾性力が付与されている。このように、第１バー４０Ａが後方に移動した状態では、コレット４４の係止部と工具ホルダー３０の被係止部とが係合し、工具ホルダー３０がスピンドル先端部２０に対して固定されたクランプ状態になる。つまり、コイルバネ４２は第１バー４０Ａをクランプ方向に移動するように弾性力を付与するものである。

第２バー４０Ｂは先端部４０Ｄを第１バー４０Ａの後端部４０Ｃとの間に隙間を設けて配置されている。また、第２バー４０Ｂは、第１バー４０Ａと同軸上であって、スピンドル本体１０の軸芯を貫通した貫通孔１２内に配置されている。第２バー４０Ｂの先端部４０Ｄは円錐形状に凹んで形成されている。一方、第１バー４０Ａの後端部４０Ｃは円錐形状に突出して形成されている。

第２バー４０Ｂは、後端に図示しない駆動部を連結しており、駆動部を駆動することによって、先端方向（図１において下方）に移動することができる。この駆動部を駆動して、第２バー４０Ｂが先端方向に移動すると、図２に示すように、第２バー４０Ｂがコイルバネ４２の弾性力に抗して第１バー４０Ａを先端方向に押すことになる。第１バー４０Ａが先端方向に移動した状態では、コレット４４の係止部と工具ホルダー３０の被係止部との係合が解かれ、工具ホルダー３０がスピンドル先端部２０に対して着脱自在なアンクランプ状態になる。つまり、駆動部を駆動すると、第２バー４０Ｂは第１バー４０Ａをアンクランプ方向に押すことになる。この際、円錐形状に凹んだ第２バー４０Ｂの先端部４０Ｄと円錐形状に突出した第１バー４０Ａの後端部４０Ｃとが嵌合するため、第２バー４０Ｂが第１バー４０Ａをアンクランプ方向に良好に押すことができる。

このように構成された主軸装置は、超音波振動子２５を組み込んだホーン部２１をスピンドル先端部２０に有し、スピンドル先端部２０の先端側に装着した工具ホルダー３０に超音波振動を伝えることができる。このため、工具ホルダー３０毎に超音波振動子を組み込む必要がなく、一般的な工具ホルダーを利用して超音波振動援用加工を行うことができる。つまり、工具ホルダー３０を特別なものにする必要がないため、多くの交換用の工具ホルダー３０を容易に準備することができる。また、工具ホルダー３０が大型化しないため、既存の工具自動交換装置付き工作機械に容易に適用することができる。特に、極細工具超音波振動切削・研削加工は、一般的に加工穴数が多いため、頻繁に工具を取り換える必要がある。このため、この主軸装置は、特に工具自動交換装置付き工作機械に適用することによって、微細加工を効率的に行うことができる。

また、超音波振動子２５をホーン部２１に組み込んでいるため、工具ホルダー３０を交換する度に超音波振動子への給電経路を接続する必要がない。このため、超音波振動子２５への給電が安定し、超音波振動子２５が良好に振動して超音波振動援用加工を良好に行うことができる。さらに、ホーン部２１の周囲に空洞部２３が形成され、かつ空洞部２３と外部とを連通する複数個の連通孔２８を有しているため、超音波振動子２５から発生する熱を放熱し易く、超音波振動子が高温になることによる性能低下を防止することができる。

したがって、実施例の主軸装置は、既存の工作機械に容易に適用することができ、超音波振動を援用して自動的に多種類の加工を良好に行うことができる。

また、第２バー４０Ｂは、先端部４０Ｄを第１バー４０Ａの後端部４０Ｃとの間に隙間を設けているため、第２バー４０Ｂを駆動する駆動部に超音波振動子からの振動が伝わらず、駆動部の損傷を防止することができる。

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例では、スピンドル先端部が空洞部と外部とを連通する連通孔を有していたが、連通孔を有さなくてもよい。
（２）実施例では、ドローバーを第１バーと第２バーとに分割したが、分割しなくてもよい。
（３）実施例では、工具ホルダーにエンドミルを取り付けたが、各種加工工具を取り付けることができる。
（４）実施例では、工具ホルダーに焼き嵌めによって加工工具を取り付けたが、焼き嵌め以外の方法で取り付けてもよい。
（５）実施例では、スピンドル本体はエアー軸受を介してハウジングに支持されたが、ボールベアリング等で構成される各種軸受を利用してもよい。

本発明は工具自動交換装置付き超音波振動援用加工用工作機械に利用可能である。

１０…スピンドル本体
１１…ハウジング
２０…スピンドル先端部
２１…ホーン部
２２Ａ…固定部
２２Ｂ…側壁部
２２Ｃ…連結部
２３…空洞部
２５…超音波振動子
２８…連通孔
３０…工具ホルダー
４０…ドローバー
４０Ａ…第１バー
４０Ｂ…第２バー
４１…係合部
４２…コイルバネ（弾性部材）

Claims

ハウジング内に回転自在に支持したスピンドル本体と、
超音波振動子を組み込んだホーン部、前記スピンドル本体の先端面に固定される円盤形状に形成された固定部、この固定部の外周部から先端方向に延び円筒形状に形成された側壁部、この側壁部と前記ホーン部の軸方向の振動の節部とを連結する連結部、及び前記ホーン部の周囲に、前記固定部、前記側壁部、及び前記連結部で形成された空洞部を有しており、前記スピンドル本体の先端側に設けて前記スピンドル本体と共に回転するスピンドル先端部と、
このスピンドル先端部の先端側に装着し、前記スピンドル本体及び前記スピンドル先端部と共に回転する工具ホルダーと、
前記スピンドル本体の軸芯及び前記スピンドル先端部の軸芯に挿入し、工具ホルダーをクランプ・アンクランプするドローバーとを備えていることを特徴とする主軸装置。
前記スピンドル先端部は前記空洞部と外部とを連通する連通孔を有していることを特徴とする請求項１記載の主軸装置。
前記ドローバーは、
前記工具ホルダーを係合する係合部、及びクランプ方向に弾性力を付与する弾性部材を具備し、前記スピンドル先端部から後方に延びた第１バーと、
この第１バーの後端部と隙間を設けて同軸上に配置し、前記弾性部材の弾性力に抗してこの第１バーをアンクランプ方向に押すことができる第２バーとを有していることを特徴とする請求項１又は２記載の主軸装置。