JP5981826B2 - 工具径可変型主軸装置 - Google Patents

Description

本発明は工具径可変型主軸装置に係り、特に、外側主軸を一方向に回転させることで、外側主軸に偏心させて内挿された内側主軸を公転させながら外側主軸に対して他方向に自転させて相対回転させる工具径可変機構を備えた工具径可変型主軸装置に関する。

従来、マシニング装置におけるボーリング加工において、主軸を回転させながら工具を主軸と直交する径方向に移動させて、工具の偏心量を調整して工具径（主軸の回転中心から工具刃先までの径）を変えて、テーパや曲面加工を行うためのＵ軸加工装置（工具径可変型主軸装置）が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の工具径可変型主軸装置は、シフタ１０の直線運動を内側主軸２の回転運動に変換して、内側主軸２を外側主軸３に対して相対回転させる機構を採用していた。具体的には、工具径可変用駆動源によりシフタ１０を主軸の軸線方向へ直線移動させると、外側主軸３のガイド溝３ａに案内されたねじれキー１４と、このねじれキー１４が係合された内側主軸２のねじれキー溝２ｂと、により外側主軸３と内側主軸２が相対回転して、内側主軸２に取り付けられた工具Ｔによる工具径を可変する。

特開平０９−３０９００２号公報（段落００２３〜００２５、図１〜図３）

しかしながら、従来の特許文献１に記載の工具径可変型主軸装置は、内側主軸２に形成されたねじれキー溝２ｂを介して、シフタ１０の直線移動を回転運動に変換するため、ねじれキー溝２ｂには大きなスラスト力が作用し摩擦抵抗が大きく、大きな駆動力が必要になるという問題があった。また、大きな駆動力を必要とするため、駆動力を主軸の両側から分散させて複数個所から付与する必要があり、このため装置も大型化するという問題があった。
また、従来の工具径可変型主軸装置では、直線運動を回転運動に変換するためのねじれキー溝２ｂの寸法精度がワークの仕上がり径に直接影響するため、ねじれキー溝２ｂの高い剛性の確保と精度管理が要求され加工難易度が高く加工工数が増大するという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、工具径変更時の駆動抵抗を小さくして円滑かつ高精度に工具径を変更し、しかも装置のコンパクト化を図ることができる工具径可変型主軸装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、基体となるケーシングと、このケーシングに回転自在に支持された外側主軸と、この外側主軸に固定された外側主軸駆動ギヤと、工具が偏心して装着される工具取付孔が形成され、前記外側主軸に対して偏心させて回転自在に内挿された内側主軸と、この内側主軸に固定された内側主軸駆動ギヤと、前記内側主軸を回転させる主軸用モータと、前記外側主軸を外側主軸回転機構を介して回転させる偏心用モータと、前記主軸用モータによる前記内側主軸駆動ギヤの回転を前記外側主軸駆動ギヤに伝達して、前記内側主軸と前記外側主軸を一体として回転させる同期回転機構と、前記外側主軸に対して前記内側主軸を相対回転させて工具径を変える工具径可変機構と、を有する工具径可変型主軸装置であって、前記工具径可変機構は、前記主軸用モータに連結され、前記内側主軸駆動ギヤに噛合された内歯車を有する駆動ギヤを備え、前記内歯車は、前記内側主軸を前記外側主軸の回転軸回りに公転させながら当該内側主軸の回転軸回りに自転させるように、前記内側主軸駆動ギヤに噛合され、前記外側主軸回転機構は、前記内歯車と同軸に前記駆動ギヤに設けられた外歯車と、前記偏心用モータの駆動軸に連結された第１ねじ軸と、この第１ねじ軸に螺合された第１ナットと、この第１ナットに対して回転自在かつ軸方向に一体として移動するように連結され、前記外歯車に噛合された第１ナット連結ギヤと、この第１ナット連結ギヤに一体として回転するように固定された第２ねじ軸と、この第２ねじ軸に螺合された第２ナットと、この第２ナットの軸方向の移動を規制するとともに前記ケーシングに対して回転自在に支持する第２ナット支持部材と、前記第２ナットに設けられ前記外側主軸駆動ギヤに噛合された第２ナットギヤと、を備え、前記同期回転機構は、前記主軸用モータを回転させることで、前記外歯車を介して前記第１ナット連結ギヤおよび前記第２ナットギヤから前記外側主軸駆動ギヤを回転させるとともに、前記内歯車を介して前記内側主軸を回転させ、工具径固定加工時にあっては、前記偏心用モータを停止させて前記主軸用モータを回転させ、前記同期回転機構により、前記内側主軸と前記外側主軸の回転を同期させて一体として回転させることで、工具径固定加工を実行し、工具径可変時にあっては、前記主軸用モータを停止させて前記偏心用モータを回転させ、前記外側主軸回転機構により前記外側主軸を一方向に回転させるとともに、前記内歯車により当該外側主軸に対して前記内側主軸を当該内側主軸の回転軸回りに他方向に回転させることで、工具径を変えること、を特徴とする工具径可変型主軸装置。

本発明の請求項１に係る工具径可変型主軸装置は、前記内側主軸を前記外側主軸に対して偏心させて回転自在に内挿されている。また、前記内側主軸に対して工具が偏心して装着される工具取付孔が形成されている。
このため、前記外側主軸と前記内側主軸を一体として外側主軸の回転中心（工具径可変型主軸装置の主軸中心、以下、単に「主軸中心」という。）の回りに回転させると、工具径を一定に固定したまま主軸中心の回りに工具を回転させて加工することができる（工具径固定加工）。

一方、内側主軸を外側主軸に対して相対回転させると、工具偏心量（主軸中心に対する内側主軸に形成された工具取付孔の中心（工具中心）までの距離）を調整して工具径（主軸中心に対する工具刃先の軌跡が形成する半径または直径）を変えることができる（工具径可変動作）。

＜工具径固定加工＞
本発明の請求項１に係る工具径可変型主軸装置は、工具径固定加工時にあっては、前記偏心用モータを停止させて前記主軸用モータを回転させることで、前記同期回転機構により、前記内側主軸と前記外側主軸の回転を同期させて一体として回転させる。これにより、工具径を一定に固定したまま主軸中心の回りに工具を回転させて加工することができる。

＜工具径可変動作＞
一方、前記主軸用モータを停止させて前記偏心用モータを回転させて、前記外側主軸回転機構により前記外側主軸を一方向に回転させることで、前記内側主軸を前記外側主軸に対して一方向に公転させながら当該内側主軸の回転軸回りに他方向に相対回転させて工具偏心量を調整することができる。

つまり、内側主軸は、前記外側主軸に対して偏心させて回転自在に内挿されているため、外側主軸を主軸中心の回りに回転させると、内側主軸は主軸中心の回りに公転する。このとき、前記内歯車は、内側主軸の公転軌道に沿って内側主軸を案内するように、内側主軸駆動ギヤに噛合されている。このため、内側主軸は、内歯車に噛合しながら公転軌道に沿って公転するため、公転しながら当該内側主軸の回転軸回りに他方向に自転する。

このようにして、本発明の請求項１に係る工具径可変型主軸装置は、外側主軸を一方向に回転し、内側主軸を外側主軸の回転方向と同じ方向に公転させながら他方向に自転させて相対回転させることで、工具偏心量を調整し工具径を変える工具径可変動作を実行する。

＜工具径可変加工＞
また、前記主軸用モータを回転させるとともに、前記偏心用モータを回転させることで、工具径を連続的にまたは段階的に変えながら加工する工具径可変加工を実行することができるため、ボーリング加工等においてテーパ加工や段付き加工等の多様な加工が可能となる。

本発明の請求項１に係る工具径可変型主軸装置は、従来例（特開平０９−３０９００２号公報）のように、外側主軸を回転させずに、シフタの直線移動による駆動力を利用して、内側主軸に螺旋状に形成されたねじれキー溝を介して、内側主軸の回転移動に変換するのではなく、偏心用モータにより外側主軸を回転させる回転駆動力を利用して外側主軸に内挿された内側主軸を一緒に公転させることで、内歯車に噛合された内側主軸を公転させながら回転（自転）させる回転駆動力に変換する。つまり、外側主軸の回転運動を内側主軸の相対回転運動に変換している。

このため、本発明の請求項１に係る工具径可変型主軸装置は、従来例（特開平０９−３０９００２号公報）のようなねじれキー溝に大きなスラスト力が作用して摩擦力が増大することを回避し、工具径変更時の駆動抵抗を小さくして円滑に工具径を変更し、しかも装置のコンパクト化を図ることができる。また、外側主軸の回転運動を内側主軸の相対回転運動に変換しているため、従来のねじれキー溝方式よりも精度管理がしやすいため、高精度に工具径を変更し、しかも製作工数を低減することが可能となる。

かかる外側主軸回転機構を備えたことで、偏心用モータを回転させると第１ねじ軸が回転し、第１ねじ軸に螺合された第１ナットが軸方向に移動し、第１ナットに連結された第１ナット連結ギヤが一体として軸方向に移動して、第１ナット連結ギヤに一体として回転するように固定された第２ねじ軸が軸方向に移動する。
第２ねじ軸が軸方向に移動すると、この第２ねじ軸に螺合された第２ナットが回転して第２ナットギヤが回転し、第２ナットギヤに噛合された外側主軸駆動ギヤが回転して、外側主軸が回転する。
このようにして、本発明の請求項１に係る発明は、外側主軸回転機構を備えたことで、偏心用モータの駆動力を外側主軸駆動ギヤに伝達して、外側主軸を回転させる。

また、同期回転機構を備えたことで、前記主軸用モータを回転させると、前記外歯車を介して前記外側主軸駆動ギヤを回転させるとともに、前記内歯車を介して前記内側主軸を回転させることができるため、外側主軸と内側主軸を一体として回転させることができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の工具径可変型主軸装置であって、前記第１ねじ軸は、前記第１ナットとの間にボールを介在させたボールねじ軸であり、前記第２ねじ軸は、前記第２ナットとの間にボールを介在させたボールねじ軸であること、を特徴とする。

かかる構成によれば、ボールねじ軸を採用することで、外側主軸回転機構および同期回転機構を円滑に駆動して、外側主軸駆動ギヤをより少ない駆動力で円滑に回転させることができる。このため、従来例のように内側主軸を回転させるシフタを複数設けなくても円滑な動作が可能になるため装置のコンパクト化を図ることができる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の工具径可変型主軸装置であって、前記第２ねじ軸のリードは、前記第１ねじ軸のリードよりも大きいことを特徴とする。

かかる構成によれば、偏心用モータにより第１ねじ軸を回転させた場合には、第１ねじ軸の回転による第１ナットの軸方向の推進力（第２ねじ軸の軸方向の推進力）を効率よく第２ナットの回転力に変換することができる。このため、偏心用モータの負荷を軽減しながら、第２ナットの回転力を利用して外側主軸を円滑に回転させることができる。

本発明に係る工具径可変型主軸装置は、簡素な構成により工具径変更時の駆動抵抗を小さくして円滑に工具径を変更し、装置のコンパクト化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置の構成を模式的に示す正面断面図である。 本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置の動作を説明するための図２の左側面図であり、（ａ）は工具中心が主軸中心に合致した工具偏心量がゼロの状態、（ｂ）は工具偏心量が最大の状態を示す。 本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置における工具径を変更する状態を説明するための模式的な側面断面図である。 本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置における工具径固定加工時の動作を説明するための模式的な正面断面図である。 本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置における工具径調整時の動作を説明するための模式的な正面断面図である。

本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置１について、適宜図を参照しながら詳細に説明する。工具径可変型主軸装置１は、図示しないマシニングセンタ等の工作機械の主軸ヘッドを構成する装置であり、装着された工具Ｔ（図１参照）を回転させて孔明けやボーリング加工等を行うことができる。
工具径可変型主軸装置１は、図１と図２に示すように、基体となるケーシング１１と、ケーシング１１に回転自在に支持された外側主軸２と、外側主軸２に対して偏心させて回転自在に内挿された内側主軸３と、内側主軸３を回転させる主軸用モータ１２と、外側主軸２を外側主軸回転機構４を介して回転させる偏心用モータ１３と、内側主軸３と外側主軸２を一体として回転させる同期回転機構５と、主軸用モータ１２で駆動される駆動ギヤ６と、外側主軸２に対して内側主軸３を相対回転させて工具径δ（図４参照）を変える工具径可変機構８と、を備えている。

ケーシング１１は、図２に示すように、工具径可変型主軸装置１の基体となる筐体を構成し、外側主軸２や主軸用モータ１２、偏心用モータ１３等の構成要素を収容する部材である。なお、ケーシング１１は、特に構成が限定されるものではないので、内部の構成を理解しやすくするため、先端側の一部を二点鎖線で表示するが詳細な形状の図示は省略する。

外側主軸２は、円筒状の部材であり、ベアリングＢ１，Ｂ２を介してケーシング１１に回転自在に支持されている。外側主軸２の外周部には、外側主軸駆動ギヤ２１が一体として回転するように固定されている。このため、外側主軸回転機構４を介して外側主軸駆動ギヤ２１を回転させることにより外側主軸２を回転させるようになっている。外側主軸２の回転中心が工具径可変型主軸装置１の回転中心（説明の便宜上、「主軸中心Ｏ１」という。）である。

内側主軸３は、円筒状の部材であり、ベアリングＢ３，Ｂ４を介して外側主軸２の内周部に回転自在に挿入されている。内側主軸３の主軸用モータ１２側の端部には内側主軸駆動ギヤ３１が一体として回転するように固定され、内側主軸駆動ギヤ３１を回転させることにより内側主軸３を回転させるようになっている。
内側主軸３は、外側主軸２に対して偏心量Ｅだけ偏心して外側主軸２に内挿されている。つまり、内側主軸３の回転中心Ｏ２は、外側主軸２の回転中心（主軸中心Ｏ１）に対して偏心量Ｅだけ偏心している（図３（ａ）参照）。

また、内側主軸３の先端部には、工具Ｔ（図５参照）を取り付けるための取付座３３が固定され、取付座３３には、内側主軸３の回転中心Ｏ２から偏心量Ｅだけ偏心して工具取付孔３２が形成されている。工具取付孔３２は、内側主軸３の先端部に形成されている。工具取付孔３２には、工具ホルダ等の工具保持手段（不図示）を介してボーリング工具等の工具Ｔ（図１参照）が装着される。説明の便宜上、工具取付孔３２の中心を「工具中心Ｏ３」といい、主軸中心Ｏ１から工具中心Ｏ３までの距離を「工具偏心量ε（図３参照）」という。

工具偏心量εについて、図３を参照しながら説明する。参照する図３は、図２の左側面図であり、（ａ）は工具中心Ｏ３が主軸中心Ｏ１に合致した工具偏心量εが最小（ε＝０）の状態、（ｂ）は工具偏心量εが最大（ε＝２Ｅ）の状態を示す。
工具径可変型主軸装置１は、外側主軸２に対して、内側主軸３を相対回転させると、工具偏心量εを０〜２Ｅまで変化させることができる。

図３（ａ）に示すように、外側主軸２の回転中心が工具径可変型主軸装置１の回転中心（主軸中心Ｏ１）である。内側主軸３は、外側主軸２に対して偏心量Ｅだけ偏心して内挿されているため、内側主軸３の回転中心Ｏ２は、主軸中心Ｏ１に対して偏心量Ｅだけ偏心している。このため、外側主軸２に対して内側主軸３を相対回転させると、工具偏心量εを変化させることができ、工具中心Ｏ３が主軸中心Ｏ１に合致した状態では、工具偏心量εが最小（ε＝０）となる。この場合の工具径δ（主軸中心Ｏ１に対する工具刃先の軌跡が形成する半径または直径）は、図４（ａ）に示すように、半径で図示するとδ１である。

一方、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）の状態（ε＝０）から、内側主軸３を外側主軸２に対して１８０度相対回転させると、工具中心Ｏ３が最大（ε＝２Ｅ）となる。この場合の工具径δは、図４（ｂ）に示すように、半径で図示するとδ２である。
このようにして、工具径可変型主軸装置１は、内側主軸３を外側主軸２に対して相対回転させ工具偏心量εを変化させることで、工具径δ（δ１，δ２）を変えることができる。

主軸用モータ１２は、図２に示すように、駆動ギヤ６を介して内側主軸３を回転させ、駆動ギヤ６および同期回転機構５を介して外側主軸２を回転させるモータである。主軸用モータ１２の回転軸は、駆動ギヤ６にカップリング１２ａを介して連結され、ベアリングＢ５で軸支されている。

駆動ギヤ６は、同軸に形成された外歯車６１、および内歯車６２を備え、主軸用モータ１２に連結されている。外歯車６１は、同期回転機構５を介して外側主軸２を回転させるための歯車である。内歯車６２は、内側主軸駆動ギヤ３１に噛合され、内側主軸３を回転させるための歯車である。

内歯車６２は、内側主軸３を外側主軸２の回転軸回りに公転させながら内側主軸３の回転軸回りに自転させるように、内側主軸駆動ギヤ３１に噛合されている。
具体的には、内歯車６２の回転中心は、外側主軸２の回転中心（主軸中心Ｏ１）に一致し、内側主軸駆動ギヤ３１が内歯車６２に噛合した状態で、内側主軸駆動ギヤ３１は、内歯車６２に沿って主軸中心Ｏ１の回りに公転しながら内側主軸３の回転中心Ｏ２の回りに自転する。このため、内側主軸３は、主軸中心Ｏ１の回りに公転しながら内側主軸３の回転中心Ｏ２の回りに自転する。

偏心用モータ１３は、外側主軸回転機構４を介して外側主軸２を回転させるためのモータである。
外側主軸回転機構４は、偏心用モータ１３の駆動力を外側主軸駆動ギヤ２１に伝達する機構であり、偏心用モータ１３の駆動軸に連結された第１ねじ軸４１と、この第１ねじ軸４１に螺合された第１ナット４２と、この第１ナット４２に対して回転自在かつ軸方向に一体として移動するように連結された第１ナット連結ギヤ４３と、この第１ナット連結ギヤ４３に一体として固定された第２ねじ軸４４と、この第２ねじ軸４４に螺合された第２ナット４５と、を備えている。

第１ねじ軸４１は、第１ナット４２との間にボール（不図示）を介在させたいわゆるボールねじであり、偏心用モータ１３にカップリング１３ａを介して連結されている。第１ナット４２は、第１ねじ軸４１にボール（不図示）を介して螺合されたナット部４２ａと、ナット部４２ａに固定された円筒形状の第１ケース４２ｂと、を備えている。第１ナット４２は、第１ねじ軸４１に対して回転自在に螺合され、かつ軸方向に移動自在にケーシング１１に配設（図示省略）されている。

第１ナット連結ギヤ４３は、外歯車６１と噛合するギヤ部４３ａと、ギヤ部４３ａに連結されて一体として回転するスリーブ４３ｂと、を備え、スリーブ４３ｂが第１ナット４２の第１ケース４２ｂにベアリングＢ６を介して回転自在に連結されている。このため、第１ナット連結ギヤ４３は、第１ナット４２に対して、回転方向では独立して回転可能であるが、軸方向では第１ナット４２と一体として移動するようになっている。

第２ねじ軸４４は、一体として回転するように第１ナット連結ギヤ４３に固定され、ケーシング１１に回転自在に軸支されている。
第２ナット４５は、第２ねじ軸４４との間にボール（不図示）を介在させて螺合されたナット部４５ａと、第２ナット４５に一体として回転するように固定された第２ナットギヤ４５ｂと、第２ナット４５の軸方向の移動を規制するとともにケーシング１１に対して回転自在に支持する第２ナット支持部材４６と、を備えている。
第２ナットギヤ４５ｂは、外側主軸駆動ギヤ２１に噛合されている。
第２ナット支持部材４６は、第２ナット４５を回転自在に軸支するベアリング４６ａと、第２ナット４５の軸方向の移動を規制するスラスト軸受等の第２ケース４６ｂと、を備えている。

かかる構成により、第２ねじ軸４４が軸方向に移動すると、この第２ねじ軸４４に螺合された第２ナット４５が回転して第２ナットギヤ４５ｂが回転し、第２ナットギヤ４５ｂに噛合された外側主軸駆動ギヤ２１が回転して、外側主軸２が回転するようになっている。

＜第１ねじ軸と第２ねじ軸の関係＞
第２ねじ軸４４のリードは、第１ねじ軸４１のリードよりも大きく設定されている。
かかる構成によれば、偏心用モータ１３により第１ねじ軸４１を回転させた場合には、第１ねじ軸４１の回転による第１ナット４２の軸方向の推進力（第２ねじ軸４４の軸方向の推進力）を効率よく第２ナット４５の回転力に変換することができる。このため、偏心用モータ１３の負荷を軽減しながら、第２ナット４５の回転力を利用して外側主軸２を円滑に回転させることができる。

同期回転機構５は、主軸用モータ１２による駆動ギヤ６の回転を内歯車６２を介して内側主軸駆動ギヤ３１から内側主軸３を回転させるとともに、外歯車６１を介して第１ナット連結ギヤ４３、第２ねじ軸４４、および第２ナット４５から外側主軸駆動ギヤ２１まで伝達して外側主軸２を回転させる機構であり、回転数を同じにして内側主軸３と外側主軸２を一体として回転させるようにギヤ比が設定されている。

工具径可変機構８は、主として外側主軸回転機構４、駆動ギヤ６等からなり、外側主軸２に対して内側主軸３を相対回転させて後記する工具径可変動作を実行する機構である。

続いて、本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置１の動作について主として図５〜図６を参照しながら説明する。
＜工具径固定加工＞
工具径固定加工は、図５に示すように、工具径δ（図４参照）を変更せずに一定に固定したまま主軸中心Ｏ１（図２参照）の回りに工具Ｔを回転させて加工する加工形態であり、偏心用モータ１３を停止させて主軸用モータ１２を回転させることで、同期回転機構５により、内側主軸３（Ｒ１３参照）と外側主軸２（Ｒ１６参照）を一体として主軸中心Ｏ１（図２参照）の回りに回転させることで実行する。

具体的には、工具径可変型主軸装置１は、主軸用モータ１２を図５の右から見て時計回りに回転Ｒ１１（右回転、下から上への矢印で図示）させると、駆動ギヤ６が右回転Ｒ１２して、外歯車６１と内歯車６２を一体として右回転Ｒ１２させる。内歯車６２を右回転Ｒ１２させると、内歯車６２に噛合された内側主軸駆動ギヤ３１を介して内側主軸３を右回転Ｒ１３させる。

一方、外歯車６１を右回転Ｒ１２させると、第１ナット連結ギヤ４３が図５の右から見て反時計回り（左回転、上から下への矢印で図示）に回転Ｒ１４し、第２ナット４５が左回転Ｒ１５するので、外側主軸駆動ギヤ２１を介して外側主軸２を右回転Ｒ１６させる。

＜工具径可変動作＞
工具径可変動作は、図６（ａ）から（ｃ）に示すように、内側主軸３を外側主軸２に対して相対回転させて工具偏心量を変更する動作であり、主軸用モータ１２を停止させて偏心用モータ１３を回転させ、外側主軸回転機構４により、外側主軸２を一方向に回転させることで、内側主軸３を外側主軸２に対して他方向に相対回転させて実行する。

具体的には、図６（ａ）に示すように、工具径可変型主軸装置１は、偏心用モータ１３を図６（ａ）の右から見て時計回りに回転Ｒ２１（右回転、下から上への矢印で図示）させると、第１ナット４２とともに、第１ナット連結ギヤ４３、および第２ねじ軸４４が一体として軸方向に図６（ａ）の右方向Ｓ２２に移動する。
第２ねじ軸４４が図の右方向Ｓ２２に移動すると、この第２ねじ軸４４に螺合された第２ナット４５が右回転Ｒ２３して、第２ナットギヤ４５ｂに噛合された外側主軸駆動ギヤ２１を介して外側主軸２を左回転Ｒ２４させる。

外側主軸２を主軸中心Ｏ１（図２参照）の回りに、図６（ａ）の右から見て反時計回りに回転Ｒ２４(左回転、上から下への矢印で図示)させると、図６（ｂ）に示すように、外側主軸２に対して偏心させた内側主軸３（内側主軸駆動ギヤ３１と一体）は主軸中心Ｏ１の回りに左回りに公転Ｒ２５する。このとき、内側主軸３は、内側主軸駆動ギヤ３１が内歯車６２に噛合しながら公転するため、公転しながら公転方向と逆方向に自転し右回転Ｒ２６して、図６（ｃ）の位置まで移動する。

このようにして、工具径可変型主軸装置１は、外側主軸２を一方向に回転し、内側主軸３を外側主軸２の回転方向と同じ方向に公転させながら自転させることで、自転させた分だけ内側主軸３を外側主軸２に対して相対回転させて、工具偏心量ε（図３参照）を調整し工具径δ（図４参照）を変える工具径可変動作を実行する。

＜工具径可変加工＞
工具径可変型主軸装置１は、主軸用モータ１２を回転させるとともに（図５参照）、偏心用モータ１３を回転させることで（図６参照）、工具径δ（図４参照）を連続的にまたは段階的に変えながら加工する工具径可変加工を実行することができる。このため、ボーリング加工等においてテーパ加工や段付き加工等の多様な加工が可能となる。

以上のように構成したことで、本発明の実施形態に係る工具径可変型主軸装置１は、以下のような作用効果を奏する。
工具径可変型主軸装置１は、従来例（特開平０９−３０９００２号公報）のように、外側主軸を回転させずに、シフタの直線移動による駆動力を利用して、内側主軸に螺旋状に形成されたねじれキー溝を介して、内側主軸の回転移動に変換するのではなく、偏心用モータ１３により外側主軸２を回転させる回転駆動力を利用して、内歯車６２に噛合された内側主軸３を回転（自転）させる回転駆動力に変換、つまり、外側主軸２の一方向の回転運動を内側主軸３の他方向の相対回転運動に変換したものである。

このため、工具径可変型主軸装置１は、従来例（特開平０９−３０９００２号公報）のようなねじれキー溝に大きなスラスト力が作用して摩擦力が増大することを回避して、工具径変更時の駆動抵抗を小さくして円滑に工具径δ（図４参照）を変更し、装置のコンパクト化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した各実施形態に限定されず、適宜変更して実施することが可能である。
例えば、本実施形態においては、偏心用モータ１３の負荷を考慮して第２ねじ軸４４のリードを第１ねじ軸４１のリードよりも大きく設定したが、これに限定されるものではなく、第１ねじ軸４１と第２ねじ軸４４のリードを同程度に設定することもできる。

本実施形態においては、同期回転機構５を主軸用モータ１２から駆動ギヤ６を介して内側主軸３と外側主軸２を一体として回転させたが、これに限定されるものではなく、外歯車６１により第１ナット連結ギヤ４３を介して外側主軸２を回転させるのではなく、主軸用モータ１２により内側主軸３を回転させ、偏心用モータ１３により図示しない独立した減速装置を介して外側主軸２を回転させ、主軸用モータ１２と偏心用モータ１３の回転を電気的に制御して一体として回転させるように同期させてもよい。

１ 工具径可変型主軸装置
２ 外側主軸
３ 内側主軸
４ 外側主軸回転機構
５ 同期回転機構
６ 駆動ギヤ
８ 工具径可変機構
１１ ケーシング
１２ 主軸用モータ
１３ 偏心用モータ
２１ 外側主軸駆動ギヤ
３１ 内側主軸駆動ギヤ
３２ 工具取付孔
３３ 取付座
４１ 第１ねじ軸
４２ 第１ナット
４２ａ ナット部
４２ｂ 第１ケース
４３ 第１ナット連結ギヤ
４４ 第２ねじ軸
４５ 第２ナット
４６ 第２ナット支持部材
４６ａ ベアリング
４６ｂ 第２ケース
６１ 外歯車
６２ 内歯車
Ｏ１ 主軸中心（外側主軸の回転中心）
Ｏ２ 内側主軸の回転中心
Ｏ３ 工具中心
Ｔ 工具
δ 工具径

Claims (3)

1. 基体となるケーシングと、
   このケーシングに回転自在に支持された外側主軸と、
   この外側主軸に固定された外側主軸駆動ギヤと、
   工具が偏心して装着される工具取付孔が形成され、前記外側主軸に対して偏心させて回転自在に内挿された内側主軸と、
   この内側主軸に固定された内側主軸駆動ギヤと、
   前記内側主軸を回転させる主軸用モータと、
   前記外側主軸を外側主軸回転機構を介して回転させる偏心用モータと、
   前記主軸用モータによる前記内側主軸駆動ギヤの回転を前記外側主軸駆動ギヤに伝達して、前記内側主軸と前記外側主軸を一体として回転させる同期回転機構と、
   前記外側主軸に対して前記内側主軸を相対回転させて工具径を変える工具径可変機構と、を有する工具径可変型主軸装置であって、
   前記工具径可変機構は、
   前記主軸用モータに連結され、前記内側主軸駆動ギヤに噛合された内歯車を有する駆動ギヤを備え、
   前記内歯車は、前記内側主軸を前記外側主軸の回転軸回りに公転させながら当該内側主軸の回転軸回りに自転させるように、前記内側主軸駆動ギヤに噛合され、
   前記外側主軸回転機構は、
   前記内歯車と同軸に前記駆動ギヤに設けられた外歯車と、
   前記偏心用モータの駆動軸に連結された第１ねじ軸と、
   この第１ねじ軸に螺合された第１ナットと、
   この第１ナットに対して回転自在かつ軸方向に一体として移動するように連結され、前記外歯車に噛合された第１ナット連結ギヤと、
   この第１ナット連結ギヤに一体として回転するように固定された第２ねじ軸と、
   この第２ねじ軸に螺合された第２ナットと、
   この第２ナットの軸方向の移動を規制するとともに前記ケーシングに対して回転自在に支持する第２ナット支持部材と、
   前記第２ナットに設けられ前記外側主軸駆動ギヤに噛合された第２ナットギヤと、を備え、
   前記同期回転機構は、前記主軸用モータを回転させることで、前記外歯車を介して前記第１ナット連結ギヤおよび前記第２ナットギヤから前記外側主軸駆動ギヤを回転させるとともに、前記内歯車を介して前記内側主軸を回転させ、
   工具径固定加工時にあっては、前記偏心用モータを停止させて前記主軸用モータを回転させ、前記同期回転機構により、前記内側主軸と前記外側主軸の回転を同期させて一体として回転させることで、工具径固定加工を実行し、
   工具径可変時にあっては、前記主軸用モータを停止させて前記偏心用モータを回転させ、前記外側主軸回転機構により前記外側主軸を一方向に回転させるとともに、前記内歯車により当該外側主軸に対して前記内側主軸を当該内側主軸の回転軸回りに他方向に回転させることで、工具径を変えること、を特徴とする工具径可変型主軸装置。
2. 前記第１ねじ軸は、前記第１ナットとの間にボールを介在させたボールねじ軸であり、
   前記第２ねじ軸は、前記第２ナットとの間にボールを介在させたボールねじ軸であること、を特徴とする請求項１に記載の工具径可変型主軸装置。
3. 前記第２ねじ軸のリードは、前記第１ねじ軸のリードよりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工具径可変型主軸装置。

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