特許 7063790 ワーク加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-25

(45)【発行日】2022-05-09

(54)【発明の名称】ワーク加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/36 20060101AFI20220426BHJP

   B23Q 3/12 20060101ALI20220426BHJP

   B23Q 3/06 20060101ALI20220426BHJP

【ＦＩ】

B23B31/36 Z

B23Q3/12 J

B23Q3/06 304B

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2018205649

(22)【出願日】2018-10-31

(65)【公開番号】P2020069602

(43)【公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-02-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000237499

【氏名又は名称】富士精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】八木 正純

(72)【発明者】

【氏名】北村 敬広

(72)【発明者】

【氏名】小島 秋広

(72)【発明者】

【氏名】富岡 三彦

(72)【発明者】

【氏名】柴田 薫

(72)【発明者】

【氏名】島田 哲也

(72)【発明者】

【氏名】中村 義樹

【審査官】村上 哲

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０９８４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０３０１０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２２０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１００７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５５８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０３０９２８２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｂ ３１／３６

Ｂ２３Ｑ ３／１２

Ｂ２３Ｑ ３／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能な主軸と、
前記主軸に設けられ、円筒状のワークの一端を先端部で支持する複数の基準金と、
前記主軸に設けられ、前記ワークの他端を前記基準金側に先端部で押付けることで、該ワークを固定する複数のクランプと、を備え、
前記主軸を回転させて、前記各基準金の先端部及び各クランプの先端部により固定されたワークの内面に対し加工を行うワーク加工装置であって、
前記主軸の中心軸を中心にして該主軸に対して相対回動可能に該主軸に設けられ、前記中心軸を中心に円弧状に形成された第１溝と、該中心軸から外れた中心点を中心に円弧状に形成された第２溝と、が形成されたクランプ用プレートと、
前記クランプ用プレートを前記主軸に固定し、前記主軸に対する前記クランプ用プレートの相対回転位置を決めるクランプ固定部と、
前記クランプ用プレートの内側に前記中心軸を中心にして該主軸に対して相対回動可能に該主軸に設けられ、該主軸の径方向に第３溝が形成された基準金用プレートと、
前記基準金用プレートを前記主軸に固定し、前記主軸に対する前記基準金用プレートの相対回転位置を決める基準金固定部と、
一端が前記主軸に回転可能に設けられ、前記第１溝を挿通し他端が前記クランプを支持するクランプ軸と、
前記クランプ軸を前記主軸の軸方向に移動させる移動機構と、
一端が前記クランプ軸に連結されたクランプ用カムと、
前記クランプ用カムの他端に連結され、前記第２溝内に嵌っており、前記クランプ用プレートが相対回動することで、該第２溝に沿って摺動し、前記クランプ用カムを搖動させ、前記クランプ軸を回転させ、前記クランプの先端部を回転させるクランプ用カム軸と、
一端が前記主軸に回転可能に設けられ、他端が前記基準金を支持する基準金軸と、
前記基準金軸の一端に、該基準金軸の中心から外れた位置に設けられ、前記第３溝内に嵌っており、前記基準金用プレートが相対回動することで、該第３溝に沿って摺動し、前記基準金軸を回転させ、前記基準金の先端部を回転させる基準金用カム軸と、
を備える、
ことを特徴とするワーク加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークを加工するワーク加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

回転可能な主軸と、主軸に設けられ、円筒状のワークの一端を支持する複数の基準金と、主軸に設けられ、ワークの他端を基準金側に押付けることで、ワークを固定する複数のクランプと、を備え、主軸を回転させて各基準金及び各クランプにより固定されたワークの内面に対し加工を行うワーク加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－０３０１０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記ワーク加工装置において、各基準金及び各クランプの主軸径方向の位置は、固定されている。このため、径の異なる複数種類のワークの加工を行う場合、各ワークの径に合わせて、基準金及びクランプを交換する必要がある。

【0005】

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ワークの径に合わせて、基準金及びクランプを交換することなく、複数種類のワークの加工に対応できるワーク加工装置を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
回転可能な主軸と、
前記主軸に設けられ、円筒状のワークの一端を先端部で支持する複数の基準金と、
前記主軸に設けられ、前記ワークの他端を前記基準金側に先端部で押付けることで、該ワークを固定する複数のクランプと、を備え、
前記主軸を回転させて、前記各基準金の先端部及び各クランプの先端部により固定されたワークの内面に対し加工を行うワーク加工装置であって、
前記主軸の中心軸を中心にして該主軸に対して相対回動可能に該主軸に設けられ、前記中心軸を中心に円弧状に形成された第１溝と、該中心軸から外れた中心点を中心に円弧状に形成された第２溝と、が形成されたクランプ用プレートと、
前記クランプ用プレートを前記主軸に固定し、前記主軸に対する前記クランプ用プレートの相対回転位置を決めるクランプ固定部と、
前記クランプ用プレートの内側に前記中心軸を中心にして該主軸に対して相対回動可能に該主軸に設けられ、該主軸の径方向に第３溝が形成された基準金用プレートと、
前記基準金用プレートを前記主軸に固定し、前記主軸に対する前記基準金用プレートの相対回転位置を決める基準金固定部と、
一端が前記主軸に回転可能に設けられ、前記第１溝を挿通し他端が前記クランプを支持するクランプ軸と、
前記クランプ軸を前記主軸の軸方向に移動させる移動機構と、
一端が前記クランプ軸に連結されたクランプ用カムと、
前記クランプ用カムの他端に連結され、前記第２溝内に嵌っており、前記クランプ用プレートが相対回動することで、該第２溝に沿って摺動し、前記クランプ用カムを搖動させ、前記クランプ軸を回転させ、前記クランプの先端部を回転させるクランプ用カム軸と、
一端が前記主軸に回転可能に設けられ、他端が前記基準金を支持する基準金軸と、
前記基準金軸の一端に、該基準金軸の中心から外れた位置に設けられ、前記第３溝内に嵌っており、前記基準金用プレートが相対回動することで、該第３溝に沿って摺動し、前記基準金軸を回転させ、前記基準金の先端部を回転させる基準金用カム軸と、
を備える、
ことを特徴とするワーク加工装置
である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ワークの径に合わせて基準金及びクランプを交換することなく、複数種類のワークの加工に対応できるワーク加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るワーク加工装置の概略的構成を示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るワーク加工装置を正面から見た正面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るワーク加工装置を斜め方向から見た斜視図である。

【図4】図２に示すクランプ用プレートを主軸に対して時計方向へ相対回動させた状態を示す図である。

【図5】図３に示すクランプ用プレートを主軸に対して時計方向へ相対回動させた状態を示す図である。

【図6】クランプの回転機構を説明するための概略図である。

【図7】クランプの回転機構を説明するための概略図である。

【図8】基準金の回転機構を示す断面図である。

【図9】基準金の回転機構を説明するための概略図である。

【図10】基準金の回転機構を説明するための概略図である。

【図11】クランプピンを示す断面図である。

【図12】本発明の一実施形態に係るワーク加工装置による加工方法のフローを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るワーク加工装置の概略的構成を示す断面図である。なお、図１において、主要部材である、主軸２、基準金３、及びクランプ４、の関係を明確にするため、各部材の形状を省略及び簡略化している。各部材の詳細な形状、構成等は、図２乃至図１１を用いて後述する。

【0010】

本実施形態に係るワーク加工装置１は、回転可能な主軸２と、主軸２に設けられた複数の基準金３と、主軸２に設けられた複数のクランプ４と、を備えている。各基準金３の先端部３１は、円筒状のワークＷの一端を支持する。各クランプ４は、各基準金３に対応して設けられている。各クランプ４の先端部４１は、ワークＷの他端を基準金３側に押付けることで、ワークＷを固定する。例えば、３つの基準金３及びクランプ４が主軸周方向に等間隔で設けられているが、これに限定されず、設けられる数及び位置は任意でよい。

【0011】

ワーク加工装置１は、例えば、主軸２を回転させて、各基準金３の先端部３１及び各クランプ４の先端部４１により固定されたワークＷを回転させつつ、ワークＷの内面に対し、研削具、切削具など治具を当接させて、その内面の加工を行う。

【0012】

ところで、従来のワーク加工装置において、各基準金及び各クランプの主軸径方向の位置は、固定されている。このため、径の異なる複数種類のワークの加工を行う場合、各ワークの径に合わせて、基準金及びクランプを交換する必要がある。

【0013】

これに対し、本実施形態に係るワーク加工装置１において、各ワークＷの径に応じて、基準金３の先端部３１及びクランプ４の先端部４１を夫々回転させる。これにより、基準金３の先端部３１及びクランプ４の先端部４１の主軸径方向の位置を調整することができ、ワークＷの径に合わせて基準金３及びクランプ４を交換することなく、複数種類のワークＷの加工に対応できる。

【0014】

図２は、本実施形態に係るワーク加工装置を正面から見た正面図である。図３は、本実施形態に係るワーク加工装置を斜め方向から見た斜視図である。本実施形態に係るワーク加工装置１は、上記構成に加えて、さらに、主軸２に設けられたクランプ用プレート５と、クランプ４を支持するクランプ軸６と、クランプ軸６に連結されたクランプ用カム７と、クランプ用カム７に連結されたクランプ用カム軸８と、を備えている。

【0015】

クランプ用プレート５は、主軸２の中心軸２１を中心にして、該主軸２に対して相対回動可能に、主軸２に設けられている。クランプ用プレート５には、第１溝５１及び第２溝５２が形成されている。第１溝５１は、中心軸２１を中心に円弧状に形成されている。第２溝５２は、第１溝５１よりも中心軸２１寄りに形成され該中心軸２１から外れた中心点を中心に円弧状に形成されている。

【0016】

クランプ軸６は、一端が主軸２に回転可能に設けられ、第１溝５１を挿通している。クランプ軸６の他端は、クランプ４を支持する。クランプ用カム７の一端は、クランプ軸６に連結されている。クランプ用カム軸８は、クランプ用カム７の他端に連結されている。クランプ用カム軸８は、第２溝５２内に嵌っている。

【0017】

クランプ軸６には、クランプ軸６を主軸２の軸方向に移動させる移動機構が設けられている。移動機構は、例えば、シリンダ内を油圧や空気圧によって加減圧することでクランプ軸６を主軸２の軸方向へ移動させるシリンダ機構として構成されているがこれに限定されない。移動機構は、例えば、伸縮機構などの任意の移動機構であってもよい。移動機構は、上述の如く、基準金３及びクランプ４の先端部３１、４１が主軸径方向に調整された位置で、クランプ軸６を主軸２の軸方向へ移動させ、クランプ４の先端部４１をワークＷの端面に押付け、ワークＷをクランプする。一方、移動機構は、クランプ軸６を主軸２の軸方向へ移動させ、クランプ４の先端部４１をワークＷの端面から離間させ、ワークＷをアンクランプする。

【0018】

ここで、クランプ用プレート５を主軸２に対して相対回動させたときのクランプ４の回動について説明する。図４及び図５は、それぞれ、図２及び図３に示すクランプ用プレート５を主軸２に対して時計方向へ相対回動させた状態を示す図である。なお、図２乃至５において、クランプ４の動作を明確にするために、基準金３の形状を簡略化している。

【0019】

図６及び図７は、クランプの回転機構を説明するための概略図である。図６及び図７において、主要部材（クランプ用プレート５、クランプ軸６、クランプ用カム７、クランプ用カム軸８）の動作を見易くするために、その主要部材の形状を簡略化及び変更を行っている。

【0020】

図６に示す状態から、クランプ用プレート５を主軸２に対して時計方向へ相対回動させると、図７に示す如く、クランプ用カム軸８は、クランプ用プレート５の第２溝５２に沿って摺動し、クランプ用カム７がクランプ軸６を中心に反時計方向へ搖動する。このとき、クランプ軸６は、第１溝５１内を第１溝５１の形状に沿って相対移動する。クランプ用カム７の搖動により、クランプ軸６は、反時計方向へ回転し、クランプ４の先端部４１が反時計方向へ回転する。

【0021】

クランプ４がクランプ軸６を中心にして回転するため、クランプ４の先端部４１を主軸径方向へ移動させことができる。したがって、クランプ４の先端部４１の主軸径方向の位置を調整することができる。

【0022】

なお、クランプ用プレート５に形成される第１及び第２溝５２の形状は、ワークＷの径、主軸２の形状、クランプ軸６の位置などを考慮して決定されている。

【0023】

図８は、基準金の回転機構を示す断面図である。図９及び図１０は、基準金の回転機構を説明するための概略図であり、基準金を軸方向に見た図である。図９及び図１０において、主要部材（基準金用プレート９、基準金軸１０、基準金用カム軸１１）の動作を見易くするために、その主要部材の形状を簡略化及び変更を行っている。

【0024】

本実施形態に係るワーク加工装置１は、上記構成に加えて、さらに、主軸２のクランプ用プレート５の内側に設けられた基準金用プレート９と、基準金３を支持する基準金軸１０と、基準金軸１０の一端に設けられた基準金用カム軸１１と、を備えている。

【0025】

基準金用プレート９は、主軸２の中心軸２１を中心にして、該主軸２に対して相対回動可能に、主軸２のクランプ用プレート５の内側に設けられている。例えば、図８に示す中心軸部分９２を治具で固定した状態で、主軸２を回転させることで、基準金用プレート９は、主軸２に対して相対回動する。中心軸部分９２は、基準金用プレート９の中心に形成されている。基準金用プレート９には、第３溝９１が形成されている。第３溝９１は、主軸２の径方向に形成されている。

【0026】

基準金軸１０は、一端が主軸２に回転可能に設けられている。基準金軸１０の他端は、基準金３を支持する。基準金用カム軸１１は、基準金軸１０の一端に、該基準金軸１０の中心から外れた位置に設けられている。基準金用カム軸１１は、第３溝９１内に嵌っており、基準金用プレート９が相対回動することで、第３溝９１に沿って摺動し、基準金軸１０を回転させ、基準金３の先端部３１を回転させる。

【0027】

例えば、図９に示す状態から、基準金用プレート９を主軸２に対して反時計方向へ相対回動させると、図１０に示す如く、基準金用カム軸１１は、基準金用プレート９の第３溝９１に沿って、中心軸２１の方向へ摺動する。この基準金用カム軸１１の摺動により、基準金軸１０は、時計方向へ回転し、基準金３の先端部３１が時計方向へ回転する。

【0028】

これにより、基準金３が基準金軸１０を中心にして回転するため、基準金３の先端部３１を主軸径方向へ移動させことができる。したがって、基準金３の先端部３１の主軸径方向の位置を調整することができる。
なお、基準金用プレート９に形成される第３溝９１の形状は、ワークＷの径、主軸２の形状、基準金軸１０の位置などを考慮して決定されている。

【0029】

以上により、ワークＷの径に合わせて、クランプ用プレート５を主軸２に対し相対回動させることで、各クランプ軸６を回転させて各クランプ４の先端部４１の主軸径方向の位置を調整できる。さらに、ワークＷの径に合わせて、基準金用プレート９を主軸２に対し相対回動させることで、基準金軸１０を回転させて基準金３の先端部３１の主軸径方向の位置を調整できる。すなわち、ワークＷの径に合わせて基準金３及びクランプ４を交換することなく、複数種類のワークＷの加工に対応できる。

【0030】

クランプ用プレート５を主軸２に対し相対回動させることで、クランプ４の先端部４１の主軸径方向の位置を調整し、その位置で、クランプ用プレート５を主軸２に固定するためのクランプピン１２が主軸２に設けられている（図１１）。クランプピン（クランプ固定部）１２は、主軸２に対するクランプ用プレート５の相対回転位置を決めるものである。

【0031】

例えば、クランプピン１２は、図１１に示す如く、テーパ状に形成されたピンである。クランプ用プレート５と一体化したクランプピン１２は、主軸２に形成された穴２２に嵌る。これにより、クランプ用プレート５を主軸２に固定することができる。

【0032】

また、基準金用プレート９を主軸２に対し相対回動させることで、基準金３の先端部３１の主軸径方向の位置を調整し、その位置で、基準金用プレート９を主軸２に固定するための基準金ピンが主軸２に設けられている。基準金ピン（基準金固定部）は、主軸２に対する基準金用プレート９の相対回転位置を決めるものである。

【0033】

基準金ピンは、上記クランプピン１２と同様の構成となっている。例えば、基準金ピンは、テーパ状に形成されたピンである。基準金用プレート９と一体化した基準金ピンは、主軸２に形成された穴に嵌る。これにより、基準金用プレート９を主軸２に固定することができる。

【0034】

クランプ用プレート５のみをクランプピン１２で固定した状態で、主軸２を回転させることで、クランプ用プレート５を主軸２に対し相対回動させ、各クランプ４の先端部４１の主軸径方向の位置を調整できる。また、基準金用プレート９のみを基準金ピンで固定した状態で、主軸２を回転させることで、基準金用プレート９を主軸２に対し相対回動させ、基準金３の先端部３１の主軸径方向の位置を調整できる。このようにして、ワークＷの形状に応じて、クランプ４の径と基準金３の径とを夫々独立して調整できる。

【0035】

また、上述の如く、単にクランプ用プレート５又は基準金用プレート９を固定し、予めワーク加工装置１に設けられていたアクチュエータを用いて、主軸２を回転させてもよい。このアクチュエータは、例えば、ワーク加工装置１の主軸２を回転させるための主軸用モータである。これにより、クランプ用プレート５又は基準金用プレート９を主軸２に対し相対回動させるための特別な動力機構が不要となるため、ワーク加工装置１の構成を簡素化でき、軽量化及び小型化を図ることができる。

【0036】

クランプ用プレート５の主軸２に対する相対回動量を調整することで、各クランプ４の先端部４１の径方向の大きさを連続的に調整できる。同様に、基準金用プレート９の主軸２に対する相対回動量を調整することで、各基準金３の先端部の径方向の大きさを連続的に調整できる。このように、クランプ用プレート５及び基準金用プレート９の相対回動量を調整することで、例えば、径φＡ及びφＢの２種類のワークＷを加工できるだけなく、φＡ～φＢの間のいずれの径のワークＷに対しても加工が可能となる。これにより、製品競争力を担保するために必要な新形状のワークも生産可能となり、フレキシブルな生産技術の向上が図れる。

【0037】

次に、本実施形態に係るワーク加工装置による加工方法について説明する。図１２は、本実施形態に係るワーク加工装置による加工方法のフローを示すフローチャートである。

【0038】

クランプ用プレート５のみをクランプピン１２で固定する（ステップＳ１０１）。例えば、クランプ用プレート５に形成された外周方向に突出する突出部を固定する。この状態で、主軸２を主軸用モータにより回転させることで、クランプ用プレート５を主軸２に対し相対回動させる（ステップＳ１０２）。

【0039】

クランプ用カム軸８は、クランプ用プレート５の第２溝５２に沿って摺動し、クランプ用カム７がクランプ軸６を中心に搖動する。このクランプ用カム７の搖動により、クランプ軸６は回転し、クランプ４の先端部４１も回転する（ステップＳ１０３）。これにより、ワークＷの径に応じて、クランプ４の先端部４１の主軸径方向の位置を調整することができる。この調整した位置で、クランプピン１２により、クランプ用プレート５を主軸２に固定する。

【0040】

続いて、基準金用プレート９のみを基準金ピンなどで固定する（ステップＳ１０４）。この状態で、主軸２を主軸用モータにより回転させることで、基準金用プレート９を主軸２に対し相対回動させる（ステップＳ１０５）。

【0041】

基準金用カム軸１１は、基準金用プレート９の第３溝９１に沿って摺動する。この基準金用カム軸１１の摺動により、基準金軸１０は回転し、基準金３の先端部３１も回転する（ステップＳ１０６）。これにより、ワークＷの径に応じて、基準金３の先端部３１の主軸径方向の位置を調整することができる。この調整した位置で、基準金ピンにより、基準金用プレート９を主軸２に固定する。

【0042】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

１ ワーク加工装置、２ 主軸、３ 基準金、４ クランプ、５ クランプ用プレート、６ クランプ軸、７ クランプ用カム、８ クランプ用カム軸、９ 基準金用プレート、１０ 基準金軸、１１ 基準金用カム軸、１２ クランプピン、２１ 中心軸、３１ 先端部、４１ 先端部、５１ 第１溝、５２ 第２溝、９１ 第３溝、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】