(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-05
(45)【発行日】2023-04-14
(54)【発明の名称】ホーニング加工装置
(51)【国際特許分類】
B24B 33/02 20060101AFI20230406BHJP
B24B 33/08 20060101ALI20230406BHJP
【ＦＩ】
B24B33/02
B24B33/08
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023511919
(86)(22)【出願日】2022-11-24
(86)【国際出願番号】 JP2022043300
【審査請求日】2023-02-16
(31)【優先権主張番号】P 2022095448
(32)【優先日】2022-06-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】390003665
【氏名又は名称】株式会社日進製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100132883
【弁理士】
【氏名又は名称】森川 泰司
(74)【代理人】
【識別番号】100174388
【弁理士】
【氏名又は名称】龍竹 史朗
(72)【発明者】
【氏名】藤原 真吾
(72)【発明者】
【氏名】井上 智宏
【審査官】山村 和人
(56)【参考文献】
【文献】欧州特許第２３７４５７４（ＥＰ，Ｂ１）
【文献】特開平９－８５６０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公昭４９－４３３５５（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】特開平２－２１２０６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５０－１１５３９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２４Ｂ ３３／００ － ３３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端部に砥石が設けられたホーニングツールと、長尺であり長手方向における一端側から前記ホーニングツールの先端部が延出した状態で前記ホーニングツールが固定された主軸と、
前記主軸を前記主軸の長手方向に沿った第１回転軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記主軸を前記第１回転軸に沿った第１方向へ移動させる軸方向駆動部と、
ワークの加工孔の中心軸と前記第１回転軸とが一致した状態で前記ワークを保持するワークホルダと、
前記ワークホルダにおける前記第１回転軸の延長線上に相当する部分へ前記第１回転軸に沿った方向へ駆動力を作用することにより、前記ワークホルダを前記第１方向とは反対方向の第２方向へ移動させるホルダ駆動ユニットと、を備える、
ホーニング加工装置。
【請求項2】
前記主軸が前記第１回転軸に沿った方向で周期的に振動するように前記軸方向駆動部を制御するとともに、前記ワークホルダが前記第１回転軸に沿った方向で前記主軸と同一周期で周期的に振動し且つ前記主軸の振動波形との間に位相差がある振動波形となるように前記ホルダ駆動ユニットを制御する制御部を更に備える、請求項１に記載のホーニング加工装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記主軸の振動波形との間にπラジアンの位相差がある振動波形で前記ワークホルダを振動させるように前記ホルダ駆動ユニットを制御する、請求項２に記載のホーニング加工装置。
【請求項4】
利用者が前記主軸の振動波形の振幅と前記ワークホルダの振動波形の振幅との振幅比率を示す振幅比率情報を入力する入力部を更に備え、前記制御部は、前記振幅比率情報が示す振幅比率で前記主軸と前記ワークホルダとが振動するように前記軸方向駆動部と前記ホルダ駆動ユニットとを制御する、
請求項２または３に記載のホーニング加工装置。
【請求項5】
前記ホルダ駆動ユニットは、長尺であり長手方向が前記第１回転軸に沿うように配置されたラックギアと、
前記第１回転軸と直交する第２回転軸周りに回転し前記ラックギアと前記第１回転軸の延長線上において噛合するピニオンギアと、を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のホーニング加工装置。
【請求項6】
前記ワークホルダは、前記ワークが前記ワークホルダに対して前記加工孔の中心軸周りに相対的に回転するのを規制するワーク回転規制部と、
前記ワークが前記ワークホルダに対して前記加工孔の中心軸方向へ相対的に移動するのを規制するワーク軸方向移動規制部と、
前記加工孔の中心軸が前記第１回転軸と一致するように、前記第１回転軸に沿った方向と直交する方向へ移動可能に支持するワーク支持機構と、を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載のホーニング加工装置。
【請求項7】
前記ホーニングツール、前記主軸、前記回転駆動部および前記軸方向駆動部を纏めて保持するヘッドと、長尺であり長手方向が鉛直方向に沿う姿勢で配置されるとともに、鉛直上側の一端部における前記ヘッドを支持する支柱と、を有する機体を更に備え、前記ホルダ駆動ユニットは、前記支柱における鉛直下側の他端部に固定されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のホーニング加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ホーニング加工装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ホーニングツールを保持した状態で回転駆動されるスピンドルと、ワークを保持しリニアモータにより鉛直上下方向へ振動するように駆動されるワークホルダと、を備え、スピンドルを鉛直方向へ振動するように駆動するとともに、ワークを保持したワークホルダを鉛直方向へ振動するように駆動することにより、ホーニングツールのワークに対する鉛直方向の相対的な速度を高めて加工時間を短縮することができる高速ホーニング盤が提案されている（例えば特許文献１参照）。この高速ホーニング盤では、リニアモータの長尺の固定子をその長手方向が鉛直方向に沿うように配置され、リニアモータの可動子に固定されたワークホルダが固定子の側方に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】欧州特許第２３７４５７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載された高速ホーニング盤では、ワークのホーニング加工時において、鉛直方向と直交する方向において、固定子から可動子に駆動力が作用する位置と、ワークホルダに保持されたワークとホーニングツールとの間の摩擦抵抗に起因した力が作用する位置と、がずれている。このため、特に、摩擦抵抗に起因した力が鉛直下方へ作用する場合、ワークホルダに加わる重力が合成されて可動子に固定されたワークホルダに対して可動子を支点として旋回する方向への力が生じ、ワークホルダが可動子に対して傾いてしまう場合がある。この場合、ワークの加工孔の中心軸が鉛直方向に対して傾斜してしまい、ワークの加工精度が低下してしまう虞がある。
【0005】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、ワークの加工時間を短縮しつつワークの加工精度を向上させることができるホーニング加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明に係るホーニング加工装置は、
先端部に砥石が設けられたホーニングツールと、
長尺であり長手方向における一端側から前記ホーニングツールの先端部が延出した状態で前記ホーニングツールが固定された主軸と、
前記主軸を前記主軸の長手方向に沿った第１回転軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記主軸を前記第１回転軸に沿った第１方向へ移動させる軸方向駆動部と、
ワークの加工孔の中心軸と前記第１回転軸とが一致した状態で前記ワークを保持するワークホルダと、
前記ワークホルダにおける前記第１回転軸の延長線上に相当する部分へ前記第１回転軸に沿った方向へ駆動力を作用することにより、前記ワークホルダを前記第１方向とは反対方向の第２方向へ移動させるホルダ駆動ユニットと、を備える。
先端部に砥石が設けられたホーニングツールと、
長尺であり長手方向における一端側から前記ホーニングツールの先端部が延出した状態で前記ホーニングツールが固定された主軸と、
前記主軸を前記主軸の長手方向に沿った第１回転軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記主軸を前記第１回転軸に沿った第１方向へ移動させる軸方向駆動部と、
ワークの加工孔の中心軸と前記第１回転軸とが一致した状態で前記ワークを保持するワークホルダと、
前記ワークホルダにおける前記第１回転軸の延長線上に相当する部分へ前記第１回転軸に沿った方向へ駆動力を作用することにより、前記ワークホルダを前記第１方向とは反対方向の第２方向へ移動させるホルダ駆動ユニットと、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、軸方向駆動部が、ホーニングツールが固定された主軸を主軸の第１回転軸に沿った第１方向へ移動させる。また、ホルダ駆動ユニットが、ワークホルダにおける主軸の第１回転軸の延長線上に相当する部分へ第１回転軸に沿った方向へ駆動力を作用することにより、ワークホルダを第１方向とは反対方向の第２方向へ移動させる。これにより、ワークのホーニング加工時において、ホーニングツールのワークに対する相対的な速度を上昇させることができるので、ワークの加工時間を短縮できる。また、ワークのホーニング加工時において、主軸の第１回転軸に沿った方向において、ホルダ駆動ユニットがワークホルダに駆動力を作用させる位置と、ワークホルダに保持されたワークとホーニングツールとの間の摩擦抵抗に起因した力が作用する位置と、を一致させることができる。従って、ワークホルダが傾く方向へ作用する力の発生が抑制されるので、ワークの加工孔の中心軸が第１回転軸方向に対して傾斜することが抑制され、ワークの加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施の形態に係るホーニング加工装置の斜視図である。
【図2】実施の形態に係るホーニング加工装置の側面図である。
【図3】実施の形態に係るホーニング加工装置の一部の側面図である。
【図5A】実施の形態に係るワークホルダの断面図である。
【図6A】実施の形態に係るホルダ駆動ユニットについて、ホルダ支持体が下限位置に配置された状態を示す断面図である。
【図6B】実施の形態に係るホルダ駆動ユニットについて、ホルダ支持体が上限位置に配置された状態を示す断面図である。
【図7A】実施の形態に係るホーニング加工装置において、ヘッドが加工時上限位置、ワークホルダが加工時下限位置に配置された状態を示す図である。
【図7B】実施の形態に係るホーニング加工装置において、ヘッドが加工時下限位置、ワークホルダが加工時上限位置に配置された状態を示す図である。
【図8A】実施の形態に係るホーニング加工装置のヘッドとワークホルダの振動波形を示す図である。
【図8B】実施の形態に係るホーニング加工装置のワークホルダの振幅を減少させた場合のヘッドとワークホルダの振動波形を示す図である。
【図9】比較例に係るホーニング加工装置の一部の側面図である。
【図10】変形例に係るホーニング加工装置の斜視図である。
【図11】変形例に係るホーニング加工装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態に係るホーニング加工装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るホーニング加工装置は、先端部に砥石が設けられたホーニングツールと、長尺であり長手方向における一端側からホーニングツールの先端部が延出した状態でホーニングツールが固定された主軸と、主軸を前記主軸の長手方向に沿った回転軸周りに回転させる回転駆動部と、主軸を回転軸に沿った第１方向へ移動させる軸方向駆動部と、を備える。また、このホーニング加工装置は、ワークの加工孔の中心軸と主軸の回転軸とが一致した状態でワークを保持するワークホルダと、ワークホルダにおける回転軸の延長線上に相当する部分へ回転軸に沿った方向へ駆動力を作用することにより、ワークホルダを第１方向とは反対方向の第２方向へ移動させるホルダ駆動ユニットと、を備える。
【0010】
図１に示すように、本実施の形態に係るホーニング加工装置は、ワークの加工孔の内壁を加工するものであり、ホーニングツール１と、回転主軸２と、ワークホルダ３と、ワークホルダ３を支持しワークホルダ３をＺ軸方向で振動するように駆動するホルダ駆動ユニット６と、機体９と、を備える。以下、本明細書において鉛直上下方向を±Ｚ方向またはＺ軸方向、鉛直方向と直交し且つ互いに直交する方向をそれぞれ±Ｘ方向、±Ｙ方向またはＸ軸方向、Ｙ軸方向と表現して説明する。また、ホーニング加工装置は、図２に示すように、回転駆動部５と、軸方向駆動部４と、拡張駆動部８と、ホルダ駆動ユニット６、回転駆動部５、軸方向駆動部４および拡張駆動部８の動作を制御する制御部１０と、を備える。なお、図２では、ワークＷが、その加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２と回転主軸２の中心軸Ｊ１とが一致する姿勢で配置されている。機体９は、ワークホルダ３、ホルダ駆動ユニット６を支持するベース９２と、ホーニングツール１、回転主軸２、回転駆動部５、軸方向駆動部４および拡張駆動部８を纏めて保持するヘッド９３と、ベース９２に立設されヘッド９３を支持する支柱９１と、を有する。支柱９１は、長尺でありその長手方向が鉛直方向、即ち、Ｚ軸方向に沿う姿勢で配置され、鉛直上側の端部においてヘッド９３を支持する。
【0011】
ホーニングツール１は、長尺円筒状であり回転主軸２の下端部２ａから－Ｚ方向へ延在するように回転主軸２に交換可能に装着されたツール本体１１と、ツール本体１１の－Ｚ方向側の端部においてツール本体１１の径方向へ拡縮可能に設けられた複数の砥石１２と、を有する。また、ホーニングツール１は、－Ｚ方向側の端部に設けられたウェッジ部分（図示せず）を有し、ツール本体１１の内側において砥石１２が固定された砥石台（図示せず）の砥石１２側とは反対側の傾斜面にウェッジ部分が当接した状態で配置され、ツール本体１１に対して鉛直方向へ相対的に移動することにより砥石１２を拡張移動させるためのウェッジロッド（図示せず）と、砥石１２を収縮移動する方向へ付勢する付勢部材（図示せず）と、を有する。ウェッジロッドは、回転主軸２の内部におけるウェッジロッドの＋Ｚ方向側に配置された後述の拡張ロッド８７に連結されている。また、砥石１２は、前述の付勢部材により常時収縮方向へ付勢されている。これにより、ウェッジロッドが－Ｚ方向へ移動するのに伴って、砥石台および砥石台に固定された砥石１２がウェッジ部分に押圧されて拡張方向へ移動する。一方、ウェッジロッドが＋Ｚ方向へ移動すると、付勢部材の付勢力により、砥石台および砥石１２が収縮方向へ移動する。なお、付勢部材としては、リングばね、リング状のゴム等を採用することができる。
【0012】
回転主軸２は、その＋Ｚ方向側に設けられたスプラインシャフト部２ｂがスプライン軸受５５を介して機体９のヘッド９３に支持され、スプライン軸受５５に対してＺ軸方向へ移動可能であり且つ回転主軸２の長手方向に沿った中心軸Ｊ１周りに回転可能となっている。ここで、回転主軸２の回転軸、即ち、第１回転軸は、中心軸Ｊ１に一致している。
【0013】
回転駆動部５は、モータ５１と、プーリ５２、５４と、ベルト５３と、を有し、回転主軸２をその中心軸Ｊ１、即ち、第１回転軸周りに回転させる。プーリ５４には、回転主軸２のスプラインシャフト部２ｂがスプライン嵌合されている。プーリ５４は、ベルト５３を介して、モータ５１のモータ軸５１ａに固定されたプーリ５２に連結されている。モータ５１は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサとトルクセンサとが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサによりモータ５１の回転量が検出される。モータ５１によりプーリ５２が回転されると、スプラインシャフト部２ｂがプーリ５４にスプライン嵌合した回転主軸２と回転主軸２に固定されたホーニングツール１とが回転する。
【0014】
軸方向駆動部４は、スライド本体４２と、スライド本体４２を案内する案内レール４３と、スライド本体４２を駆動する送り螺子機構４１と、カップリング４５と、モータ４４と、を有し、回転主軸２をその中心軸Ｊ１、即ち、第１回転軸に沿った方向へ移動させる。スライド本体４２は、回転主軸２を、軸受（図示せず）を介して回転可能に支持する。案内レール４３は、Ｚ軸方向に沿って直線状に延在しており、スライド本体４２が、案内レール４３上を上下方向へ摺動自在となっている。送り螺子機構４１は、スライド本体４２が固定された送り螺子ナット４１ａと、鉛直方向に沿って配置され機体９に回転可能に軸支されるとともに送り螺子ナット４１ａが螺合された送り螺子４１ｂと、を有する。送り螺子４１ｂは、＋Ｚ方向側の端部がカップリング４５を介してモータ４４のモータ軸４４ａに連結されている。モータ４４は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサによりモータ４４の回転量および位相が検出される。モータ４４により送り螺子４１ｂが回転されると、送り螺子ナット４１ａと送り螺子ナット４１ａが固定されたスライド本体４２とがＺ軸方向に沿って移動し、回転主軸２およびホーニングツール１が昇降する。
【0015】
拡張駆動部８は、拡張ロッド８７および拡張ロッド８７に固定されたウェッジロッドを介して砥石１２を拡張移動させる。拡張駆動部８は、ウェッジロッドが固定された拡張ロッド８７と、ロッド駆動機構８５と、スプラインシャフト８６ａと、歯車機構８２と、モータ８１とを有する。拡張ロッドは、Ｚ軸方向に沿って移動可能であり、その－Ｚ方向側の端部にウェッジロッドが連結されている。ロッド駆動機構８５は、拡張ロッド８７を鉛直方向に移動させるものであり、拡張ロッド８７に連結された従動体８５ａと従動体８５ａをＺ軸方向に沿って移動させるための送り螺子８５ｂとを有する。送り螺子８５ｂは、回転主軸２と平行な姿勢でスライド本体４２に回転可能に軸支されている。従動体８５ａには、拡張ロッド８７が固定され、拡張ロッド８７とともに回転主軸２に対して相対的にＺ軸方向へ移動可能となっている。従動体８５ａは、送り螺子８５ｂに螺合した送り螺子ナット（図示せず）を有し、送り螺子８５ｂがその中心軸周りに回転されると、それに伴い、Ｚ軸方向へ移動する。
【0016】
スプラインシャフト８６ａは、－Ｚ方向側の端部がカップリング８６ｃを介して送り螺子８５ｂの＋Ｚ方向側の端部に連結されている。また、スプラインシャフト８６ａの上端部分は、接続部材８６ｂを介して歯車軸８２ａにスプライン嵌合されており、歯車軸８２ａに対してＺ軸方向へ移動可能となっている。また、歯車軸８２ａは、モータ８１のモータ軸８１ａに固定された歯車８２ｂに噛合している。モータ８１は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサとトルクセンサとが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサによりモータ８１の回転量が検出される。モータ８１によりスプラインシャフト８６ａが回転すると、これに連結された送り螺子８５ｂが回転して送り螺子８５ｂに螺合した送り螺子ナットを有する従動体８５ａが、回転主軸２に対して相対的にＺ軸方向へ移動する。ここで、従動体８５ａが－Ｚ方向へ移動すると、拡張ロッド８７と拡張ロッド８７に連結されたウェッジロッドとが－Ｚ方向へ移動し、砥石１２が拡張移動する。一方、従動体８５ａが＋Ｚ方向へ移動すると、拡張ロッド８７と拡張ロッド８７に連結されたウェッジロッドとが＋Ｚ方向へ移動し、これに伴い前述の付勢部材により砥石１２が収縮移動する。
【0017】
ワークホルダ３は、図３および図４に示すように、ホルダ本体３４と、ホルダ本体３４に挟持されたワークＷがホルダ本体３４とともに載置される基台部３１と、板状であり厚さ方向に貫通する窓部３２ａが形成され基台部３１に載置されたホルダ本体３４の＋Ｚ方向側に当接した状態で配置される押え部材３２と、を有する。また、ワークホルダ３は、柱状であり基台部３１の周部に立設されるとともに先端部に押え部材３２の周部が固定される複数の支柱３３を有する。ワークホルダ３は、ワークＷをその加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２が回転主軸２の中心軸Ｊ１と一致する姿勢で保持する。
【0018】
ホルダ本体３４は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、筒状であり内側にワークＷが嵌入された状態でワークＷを保持する保持筒３４１と、環状であり保持筒３４１の＋Ｚ方向側の端部近傍に外嵌される保持リング３４２と、保持筒３４１および保持リング３４２を纏めてＹ軸方向へ摺動自在に支持するベース部材３４３と、を有する。ベース部材３４３は、基台部３１に固定されている。また、ホルダ本体３４は、２つのピン３４４１と、２つのピン３４４２と、を有する。２つのピン３４４１は、それぞれ、保持筒３４１の＋Ｚ方向側の端部近傍におけるＸ軸方向において保持筒３４１の中心軸を挟んで対向する２箇所に穿設された２つの貫通孔３４１ａそれぞれに挿通されている。ここで、保持筒３４１には、その＋Ｚ方向側の端部から貫通孔３４１ａに連通し、先端部がピン３４４１に当接した状態でピン３４４１の貫通孔３４１ａからの脱落を防止するためのイモ螺子３４６が螺合する螺子孔３４１ｂが穿設されている。そして、ピン３４４１は、イモ螺子３４６により貫通孔３４１ａの内側に固定されている。また、ピン３４４１の先端部は、保持リング３４２の側壁を貫通する貫通孔３４２ａに挿通されており、保持筒３４１は、保持リング３４２に対して貫通孔３４２ａに挿通されたピン３４１１に案内されてＸ軸方向へ摺動自在となっている。
【0019】
また、２つのピン３４４２は、それぞれ、保持リング３４２の周壁におけるＹ軸方向において保持リング３４２の中心を挟んで対向する２箇所に穿設された２つの貫通孔３４２ｂそれぞれに挿通されている。ここで、保持リング３４２にも、その＋Ｚ方向側の端部から貫通孔３４２ｂに連通し、先端部がピン３４４２に当接した状態でピン３４４２の貫通孔３４２ｂからの脱落を防止するためのイモ螺子（図示せず）が螺合する螺子孔（図示せず）が穿設されている。そして、ピン３４４２は、イモ螺子により貫通孔３４２ｂの内側に固定されている。
【0020】
更に、ホルダ本体３４は、環状であり＋Ｚ方向側に突設された突条部３４５ａを有し、ワークＷの－Ｚ方向側の端部に設けられた凹部Ｗｔｒに突条部３４５ａが嵌入した状態でワークＷが回転主軸２の中心軸Ｊ１周りに回転するのを規制するワーク回転規制部３４５を有する。このワーク回転規制部３４５は、基台部３１の＋Ｚ方向側に載置され、基台部３１に対してＸＹ方向へ摺動自在となっている。また、ホルダ本体３４は、環状であり、押え部材３２の窓部３２ａの内側に一部が嵌入されるリブ３４７ａが突設されるとともに、－Ｚ方向側がワークＷの＋Ｚ方向側の端部に当接し、ベース部材３４３とともにワークＷを挟持してワークＷがワークホルダ３に対して加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２方向へ相対的に移動するのを規制するワーク軸方向移動規制部３４７を有する。
【0021】
ベース部材３４３は、扁平な形状でありワークＷの－Ｚ方向側に配置されワークＷの＋Ｚ方向側の端部に当接する本体部３４３ａと、本体部３４３ａから＋Ｚ方向へ延在し先端部に保持リング３４２に固定されたピン３４４２の先端部が挿通される貫通孔３４３ｃが設けられた支柱部３４３ｂと、を有する。そして、保持リング３４２は、ベース部材３４３に対して貫通孔３４３ｃに挿通されたピン３４４２に案内されてＹ軸方向へ摺動自在となっている。ここで、保持筒３４１と保持リング３４２とピン３４４１、３４４２とベース部材３４３とから、ワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２が回転主軸２の回転軸、即ち、中心軸Ｊ１と一致するように、ワークＷをＸ軸方向とＹ軸方向との少なくとも一方へ移動可能に支持するワーク支持機構が構成されている。なお、摺動機構は、ワークＷを中心軸Ｊ１と直交する面内方向へ摺動自在に支持するためのものに限定されるものではない。例えば、摺動機構が、ワークＷを、中心軸Ｊ１と直交する面内方向とともに、中心軸Ｊ１に対して加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２が傾く方向へワークＷの姿勢が可変な状態でワークＷを支持するワーク支持機構であってもよい。
【0022】
図３および図４に戻って、ホルダ駆動ユニット６は、ワークホルダ３における中心軸Ｊ１の延長線上に相当する部分へ中心軸Ｊ１に沿った方向へ駆動力を作用することにより、ワークホルダ３を回転主軸２の移動方向とは反対方向へ移動させる。ホルダ駆動ユニット６は、長尺であり長手方向が中心軸Ｊ１方向、即ち、Ｚ軸に沿うように配置されたラックギア６２と、Ｚ軸と直交する後述のシャフト６４２の中心軸Ｊ３、即ち、第２回転軸周りに回転しラックギア６２と＋Ｘ方向から見たときに中心軸Ｊ１の延長線上において噛合するピニオンギア６３と、を備える。また、ホルダ駆動ユニット６は、駆動部本体６９と、ワークホルダ３を支持するホルダ支持体６１と、ピニオンギア６３を回転駆動するギア駆動部６４と、ホルダ支持体６１をＺ軸方向に沿って移動自在に支持するレール６５と、を備える。
【0023】
ホルダ支持体６１は、板状であり厚さ方向がＺ軸方向と直交する姿勢で配置された主片６１１と、板状であり厚さ方向がＺ軸方向に沿うように配置されるとともに＋Ｚ方向側にワークホルダ３を支持する支持片６１２と、を有する。主片６１１には、Ｚ軸方向に延在し、主片６１１を厚さ方向に貫通する長孔６１１ａが形成されている。また、ホルダ支持体６１は、主片６１１における－Ｙ方向側に固定され、レール６５に懸架された状態でＺ軸方向へ移動自在な摺動体（図示）を有する。
【0024】
ラックギア６２は、長手方向に沿って並列する複数の歯６２ａを有し、＋Ｙ方向側から見たときに複数の歯６２ａが長孔６１１ａの内側に突出するように主片６１１に固定されている。ピニオンギア６３は、平面視円形のホイール６３１と、ホイール６３１の周部にその周方向に沿って等間隔に配設された複数のローラ６３２と、を有する。複数のローラ６３２は、それぞれ、中心軸がシャフト６４２の中心軸Ｊ３、即ち、ピニオンギア６３の第２回転軸方向と平行であり、各中心軸周りに回転自在にホイール６３１に支持されている。そして、ピニオンギア６３は、その複数のローラ６３２がラックギア６２の歯６２ａに噛合した状態で、ホルダ支持体６１の長孔６１１ａに挿通されている。
【0025】
ギア駆動部６４は、モータ６４１と、モータ６４１の出力軸（図示せず）に連結された入力軸（図示せず）を有する減速機６４３と、減速機６４３の出力軸（図示せず）に連結されピニオンギア６３のホイール６３１が固定されたシャフト６４２と、を有する。モータ６４１は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサによりモータ６４１の回転量および位相が検出される。減速機６４３は、例えばボール減速機である。
【0026】
このホルダ駆動ユニット６では、図６Ａに示すように、ギア駆動部６４がシャフト６４２に固定されたピニオンギア６３を矢印ＡＲ１１に示すように＋Ｙ方向から見て左回りに回転させると、ピニオンギア６３に噛合するラックギア６２が固定されたホルダ支持体６１が矢印ＡＲ１２に示すように＋Ｚ方向側へ移動する。そして、図６Ｂに示すように、ホルダ支持体６１が＋Ｚ方向側に配置される。一方、ホルダ支持体６１が図６Ｂに示す位置に配置された状態で、ギア駆動部６４がシャフト６４２に固定されたピニオンギア６３を矢印ＡＲ２１に示すように＋Ｙ方向から見て右回りに回転させると、ピニオンギア６３に噛合するラックギア６２が固定されたホルダ支持体６１が矢印ＡＲ２２に示すように－Ｚ方向側へ移動する。そして、図６Ａに示すように、ホルダ支持体６１が再び－Ｚ方向側に配置される。このようにして、ギア駆動部６４がピニオンギア６３を＋Ｙ方向から見て左回りの回転、右回りの回転を交互に繰り返すことにより、ホルダ支持体６１およびホルダ支持体６１に支持されたワークホルダ３をＺ軸方向に沿って振動させる。
【0027】
図２に戻って、制御部１０は、例えばＰＬＣ（Programable Logic Controller）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニットと、入出力制御ユニットと、を有する。そして、制御部１０は、入出力制御ユニットを介してホルダ駆動ユニット６のギア駆動部６４、回転駆動部５、軸方向駆動部４および拡張駆動部８へ制御信号を出力することによりこれらの動作を制御する。制御部１０は、回転主軸２がＺ軸方向に沿って周期的に振動するように軸方向駆動部４を制御するとともに、ワークホルダ３がＺ軸方向に沿って回転主軸２と同一周期で周期的に振動し且つ回転主軸２の振動波形との間に位相差がある振動波形となるようにホルダ駆動ユニット６のギア駆動部６４を制御する。制御部１０は、例えば軸方向駆動部４を制御して、回転主軸２をＺ軸方向に沿った第１方向へ移動させるとともに、ギア駆動部６４を制御して、ワークホルダ３を前述の第１方向とは反対方向の第２方向へ移動させる。
【0028】
制御部１０は、例えば図７Ａに示すように回転主軸２の－Ｚ方向側の端部が位置Ｐｏｓ１１に配置されワークＷの＋Ｚ方向側の端部が位置Ｐｏｓ１２に配置された状態において、軸方向駆動部４を制御して、矢印ＡＲ１３に示すように、回転主軸２を－Ｚ方向へ移動させるとともに、ギア駆動部６４を制御して、矢印ＡＲ１２に示すように、ワークホルダ３を＋Ｚ方向側へ移動させる。これにより、図７Ｂに示すように、回転主軸２の－Ｚ方向側の端部が位置Ｐｏｓ２１に配置されワークホルダ３に保持されたワークＷの＋Ｚ方向側の端部が位置Ｐｏｓ２２に配置され、回転主軸２とワークホルダ３とが互いに近接した状態となる。そして、制御部１０は、図７Ｂに示す状態において、矢印ＡＲ２３に示すように、回転主軸２を＋Ｚ方向へ移動させるとともに、ギア駆動部６４を制御して、矢印ＡＲ２２に示すように、ワークホルダ３を－Ｚ方向側へ移動させる。これにより、図７Ａに示すように、再び回転主軸２の－Ｚ方向側の端部が位置Ｐｏｓ１１に配置されワークホルダ３に保持されたワークＷの＋Ｚ方向側の端部が位置Ｐｏｓ１２に配置され、回転主軸２とワークホルダ３とが互いに離間した状態となる。そして、制御部１０は、軸方向駆動部４およびギア駆動部６４を制御して、回転主軸２の－Ｚ方向への移動およびワークホルダ３の＋Ｚ方向側への移動と、回転主軸２の＋Ｚ方向への移動およびワークホルダ３の－Ｚ方向側への移動と、を交互に繰り返すことにより、回転主軸２およびワークホルダ３をＺ軸方向に沿って振動させる。
【0029】
また、制御部１０は、例えば図８Ａに示すように、回転主軸２の－Ｚ方向側の端部の振動波形とワークＷの＋Ｚ方向側の端部の振動波形とが、それぞれ、振幅Ｌ１、Ｌ２１の正弦波波形となるように、軸方向駆動部４およびギア駆動部６４を制御する。ここで、制御部１０は、回転主軸２の振動波形との間にπラジアンの位相差がある振動波形でワークホルダ３を振動させるようにホルダ駆動ユニット６のギア駆動部６４を制御する。また、制御部１０は、例えば回転主軸２のＺ軸方向の移動速度が２５ｍ／ｍｉｎであり、ワークＷの移動速度が２５ｍ／ｍｉｎとなるようにして、ワークＷの回転主軸２に対する相対速度が５０ｍ／ｍｉｎとなるように軸方向駆動部４およびギア駆動部６４を制御する。
【0030】
更に、制御部１０は、ワークＷの重量が大きくなるほど振動振幅が小さくなるようにワークホルダ３を振動させるようにホルダ駆動ユニット６のギア駆動部６４を制御する。制御部１０は、例えば図８Ｂに示すように、ワークＷの重量が大きくなると、それに伴い、ワークＷの＋Ｚ方向側の端部の振動波形の振幅を振幅Ｌ２１から振幅Ｌ２１よりも小さい振幅Ｌ２２に変化させるようギア駆動部６４を制御する。この場合、制御部１０は、回転主軸２の振動周期とワークＷの振動周期とが等しくなるように、例えば回転主軸２のＺ軸方向の移動速度が２５ｍ／ｍｉｎであり、ワークＷの移動速度が１２．５ｍ／ｍｉｎとなるようにして、ワークＷの回転主軸２に対する相対速度が３７．５ｍ／ｍｉｎとなるように軸方向駆動部４およびギア駆動部６４を制御する。
【0031】
ここで、本実施の形態に係るホーニング加工装置の特徴について、比較例に係るホーニング加工装置と比較しながら説明する。比較例に係るホーニング加工装置は、図９に示すようなリニアモータ９０６４によりワークホルダ３をＺ軸方向へ駆動するホルダ駆動ユニット９００６を備える。なお、図９において、実施の形態と同様の構成については、図２および図４と同一の符号を付している。ホルダ駆動ユニット９００６は、ワークホルダ３を支持するホルダ支持体９０６１と、長尺であり長手方向がＺ軸方向に沿うよう姿勢で配置されたレール９６６１と、ホルダ支持体９０６１が固定されレール９６６１に懸架された状態でＺ軸方向へ移動自在なスライド体９６６２と、を有する。ここで、ホルダ支持体９０６１は、主部９６１１と、主部９６１１の＋Ｚ方向側に固定された支持片６１２と、を有する。また、リニアモータ９０６４は、長尺でありレール９６６１に沿って配置された固定子９６４１と、固定子９６４１の長手方向に沿った中心軸Ｊ９４方向への駆動力によりＺ軸方向へ移動する可動子９６４２と、を有する。
【0032】
比較例に係るホルダ駆動ユニット９００６では、例えばワークＷのホーニング加工時において、ワークホルダ３を＋Ｚ方向へ移動させる際、可動子９６４２における固定子９６４１に対応する部分に矢印ＡＲ９１で示す方向へ駆動力が作用する。また、加工孔Ｗｈにホーニングツール１が挿通された状態でホーニングツール１を－Ｚ方向へ移動させる際、ホーニングツール１の砥石１２がワークホルダ３に保持されたワークＷの加工孔Ｗｈの内壁を－Ｚ方向へ摺動することに伴って、ワークＷに矢印ＡＲ９２で示す方向へ砥石１２と加工孔Ｗｈの内壁との間の摩擦に起因した抵抗力が加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２に沿って作用する。このように、比較例に係るホーニング加工装置では、加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２に直交する方向において、可動子９６４２における駆動力が作用する位置とワークＷに加わる抵抗力が作用する位置とがずれている。このため、ホルダ支持体９０６１には、矢印ＡＲ９３に示すような、ワークホルダ３の自重に伴う慣性力とワークＷに加わる抵抗力によりホルダ支持体９０６１を弾性変形させる方向への力が作用する。そして、ホルダ支持体９０６１が弾性変形することによりホルダ支持体９０６１に支持されたワークホルダ３が保持するワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２がＺ軸方向に対して傾斜してしまい、加工孔Ｗｈの加工精度が低下してしまう虞がある。
【0033】
これに対して、本実施の形態に係るホーニング加工装置では、図３および図４に示すように、ホルダ駆動ユニット６におけるラックギア６２とピニオンギア６３とが互いに噛合する部分が、ワークホルダ３に保持されたワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２近傍に位置している。このため、ホルダ駆動ユニット６は、ワークホルダ３における中心軸Ｊ２、即ち、回転主軸２の中心軸Ｊ１の延長線上に相当する部分へ中心軸Ｊ１、Ｊ２に沿った方向へ駆動力を作用させることができる。つまり、ホーニング加工時において、ワークホルダ３に作用する駆動力と、ワークホルダ３の自重に伴う慣性力とワークＷに加わる抵抗力と、が略中心軸Ｊ１，Ｊ２上で働くようにすることができる。これにより、ホルダ駆動ユニット６のホルダ支持体６１を弾性変形させる方向への力が低減されるので、ワークホルダ３が保持するワークＷの中心軸Ｊ２がＺ軸に対して傾斜してしまうことを抑制でき、その分、加工孔Ｗｈの加工精度を高めることができる。
【0034】
以上説明したように、軸方向駆動部４が、ホーニングツール１が固定された回転主軸２をＺ軸方向へ移動させる。また、ホルダ駆動ユニット６が、ワークホルダ３における回転主軸２の中心軸Ｊ１の延長線上に相当する部分にＺ軸方向へ駆動力を作用することにより、ワークホルダ３をＺ軸方向へ移動させる。これにより、ワークＷのホーニング加工時において、ホーニングツール１のワークＷに対する相対的な速度を上昇させつつ、回転主軸２のＺ軸方向において、ホルダ駆動ユニット６がワークホルダＷに駆動力を作用させる位置と、ワークホルダ３に保持されたワークＷの加工孔Ｗｈとホーニングツール１の砥石１２との間の摩擦抵抗に起因した抵抗力が作用する位置と、を略一致させることができる。従って、ワークホルダ３が傾く方向へ作用する力の発生が抑制されるので、ワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２がＺ軸方向に対して傾斜することが抑制され、ワークＷの加工精度を向上させることができる。
【0035】
また、本実施の形態に係る制御部１０は、回転主軸２の振動波形との間にπラジアンの位相差がある振動波形でワークホルダ３を振動させるようにホルダ駆動ユニット６を制御する。これにより、ワークＷのホーニング加工時におけるホーニングツール１のワークＷに対する相対的な速度を最も大きくすることができるので、その分、加工効率を高めることができる。
【0036】
ところで、ホルダ駆動ユニットをリニアモータ或いは送り螺子ナットを利用して実現しようとした場合、リニアモータの固定子或いは送り螺子が長尺であるため、ワークホルダ３の－Ｚ方向側にホルダ駆動ユニット全体を配置できだけのスペースを設ける必要がある。特に、リニアモータを利用する場合、可動子を高速駆動させようとするとその分固定子が大型化してしまう。これに対して、本実施の形態に係るホルダ駆動ユニット６は、前述のラックギア６２と、ラックギア６２と回転主軸２の中心軸Ｊ１の延長線上において噛合するピニオンギア６３と、を備える。これにより、ラックギア６２、ピニオンギア６３のようなリニアモータの固定子或いは送り螺子と比較して小型の部品でホルダ駆動ユニット６が実現されているので、その分、ホルダ駆動ユニット６全体の小型化を図ることができる。
【0037】
更に、本実施の形態に係るワークホルダ３では、ワーク支持機構が、ワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２と回転主軸２の中心軸Ｊ１とを一致するように、ワークＷをＸ軸方向とＹ軸方向との少なくとも一方へ移動可能に支持する。これにより、ワークホルダ３を振動させる際に、ワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２と回転主軸２の中心軸Ｊ１とがずれていることに起因した歪みがワークＷに加わることを抑制することができるので、ワークホルダ３全体が傾く方向への力の発生を抑制できる。
【0038】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば制御部１０が、回転主軸２の振動波形との間にπラジアン未満の位相差がある振動波形でワークホルダ３を振動させるようにホルダ駆動ユニット６のギア駆動部６４を制御するものであってもよい。
【0039】
実施の形態において、ホルダ駆動ユニットが、ホルダ支持体６１の支持片６１２の＋Ｚ方向側において、ワークホルダ３全体をＺ軸方向に直交する方向、即ち、ＸＹ平面に沿った方向へ揺動自在に支持する揺動機構（図示せず）と、ワークホルダ３の揺動を減殺する揺動減殺機構（図示せず）と、を有するものであってもよい。ここで、揺動減殺機構としては、例えばワークホルダ３の側方に当接しＺ軸に直交する方向へ移動自在であるスライダ（図示せず）と、スライダを移動自在に保持するスライダ保持部（図示せず）と、スライダ保持部が保持するスライダをワークホルダ３に近づく方向へ付勢する付勢部（図示せず）と、を有するものであってもよい。
【0040】
本構成によれば、ワークＷをＺ軸方向に直交するＸＹ平面内においてワークＷの加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２が回転主軸２の中心軸Ｊ１と一致するように調整することができる。
【0041】
実施の形態において、利用者が前記主軸の振動波形の振幅と前記ワークホルダの振動波形の振幅との振幅比率を示す振幅比率情報を入力する入力部（図示せず）を備えるものであってもよい。ここで、入力部としては、例えばタッチパッド、キー入力装置等が挙げられる。この場合、制御部１０は、入力部を介して入力された振幅比率情報が示す振幅比率で回転主軸２とワークホルダ３とが振動するように軸方向駆動部４とホルダ駆動ユニット６とを制御すればよい。
【0042】
本構成によれば、利用者が、入力部を介して例えばワークＷの重量が大きくなるほど回転主軸２の振動振幅を一定としてワークホルダ３の振動振幅が小さくなるように振幅比率情報を入力すれば、ワークＷの重量が大きい場合、それに応じてワークホルダ３を振動させる際のワークホルダ３の加速度を低減させることができる。従って、重量が大きいワークＷをホーニング加工する際にホルダ駆動ユニット６に加わる負荷を低減することができる。
【0043】
実施の形態では、ホルダ駆動ユニット６がベース９２に固定されている例について説明した。但し、これに限らず、図１０および図１１に示すように、長尺であり長手方向が鉛直方向に沿う姿勢で配置されるとともに、鉛直上側の端部でヘッド９３を支持する支柱２０９１にホルダ駆動ユニット６が固定された機体２００９を備えるものであってもよい。なお、図１０および図１１において、実施の形態と同様の構成については図１および図２と同一の符号を付している。ここで、ホルダ駆動ユニット６は、支柱２０９１における鉛直下側の他端部に固定されている。ここで、ホルダ駆動ユニット６は、そのピニオンギア６３が固定されたシャフト６４２の中心軸Ｊ３がＸ軸方向に沿う姿勢で配置されている。
【0044】
本構成によれば、ヘッド９３およびホルダ駆動ユニット６を支柱２０９１近傍に纏めて配置することができるので、その分、機体２００９の小型化を図ることができる。
【0045】
以上、本発明の実施の形態および変形例について説明したが、本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
【0046】
本出願は、２０２２年６月１４日に出願された日本国特許出願特願２０２２－０９５４４８号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０２２－０９５４４８号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。
【産業上の利用可能性】
【0047】
本発明は、トランスミッションに用いられるギア、インジェクタ部品等を加工するホーニング加工装置に好適である。
【符号の説明】
【0048】
１：ホーニングツール、２：回転主軸、２ａ：下端部、２ｂ：スプラインシャフト部、３：ワークホルダ、４：軸方向駆動部、５：回転駆動部、６：ホルダ駆動ユニット、８：拡張駆動部、９，２００９：機体、１０：制御部、１１：ツール本体、１２：砥石、３１：基台部、３２：押え部材、３２ａ：窓部、３３，２０９１：支柱、３４：ホルダ本体、４１：送り螺子機構、４１ａ：送り螺子ナット、４１ｂ，８５ｂ：送り螺子、４２：スライド本体、４３：案内レール、４５，８６ｃ：カップリング、４４，５１，８１，６４１：モータ、４４ａ，５１ａ：モータ軸、５２、５４：プーリ、５３：ベルト、５５：スプライン軸受、６１：ホルダ支持体、６２：ラックギア、６２ａ：歯、６３：ピニオンギア、６４：ギア駆動部、６５：レール、６９：駆動部本体、８２：歯車機構、８２ａ：歯車軸、８２ｂ：歯車、８５：ロッド駆動機構、８５ａ：従動体、８６ａ：スプラインシャフト、８６ｂ：接続部材、８７：拡張ロッド、９１：支柱、９２：ベース、９３：ヘッド、３４１：保持筒、３４１ａ，３４２ａ，３４２ｂ，３４３ｃ：貫通孔、３４１ｂ：螺子孔、３４２：保持リング、３４３：ベース部材、３４３ａ：本体部、３４３ｂ：支柱部、３４５：ワーク回転規制部、３４５ａ：突条部、３４６：イモ螺子、３４７：ワーク軸方向移動規制部、３４７ａ：リブ、６１１：主片、６１１ａ：長孔、６１２：支持片、６３１：ホイール、６３２：ローラ、６４２：シャフト、６４３：減速機、３４４１，３４４２：ピン、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３：中心軸、Ｗ：ワーク、Ｗｈ：加工孔
【要約】
ホーニング加工装置は、ホーニングツール（１）と、ホーニングツール（１）が固定された回転主軸（２）と、回転主軸（２）をＺ軸方向へ移動させる軸方向駆動部（４）と、ワーク（Ｗ）の加工孔（Ｗｈ）の中心軸（Ｊ２）と回転主軸（２）の中心軸（Ｊ１）とが一致した状態でワーク（Ｗ）を保持するワークホルダ（３）と、ワークホルダ（３）における回転主軸（２）の中心軸（Ｊ１）の延長線上に相当する部分に中心軸（Ｊ１）に沿った方向へ駆動力を作用することにより、ワークホルダ（３）を中心軸（Ｊ１）に沿った方向へ移動させるホルダ駆動ユニット（６）と、を備える。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】