JPH0641781Y2 - 工作機械の主軸 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本考案は歯車仕上機等工作機械の主軸で特に、モーター
体型の主軸に関する。

＜従来の技術＞ 近年、熱処理した後の歯車を効率良く仕上げる焼入歯車
仕上機（ハードギヤフィニッシャー）の開発が進められ
ている。焼入歯車仕上機は、歯車形状のCBN（立方晶窒
化硼素）砥石（以下単に砥石と記す）を用い、この砥石
を被加工歯車と軸交差角を持たせて噛み合わせ、砥石と
被加工歯車とを同期駆動させて歯筋方向にすべりを生じ
させると共に砥石を被加工歯車側に押し付けて被加工歯
車の研削仕上げを行うものである。

砥石と被加工歯車とを同期させる機構を第３図に基づい
て説明する。

駆動モータ１の出力軸２には歯車形状の砥石３が設けら
れると共に、出力軸２には砥石３と同じ歯数のマスター
駆動歯車４が設けられている。砥石３とマスター駆動歯
車４との間に位置する出力軸２にはバックラッシ除去用
のカップリング５が設けられている。一方、従動軸６に
は砥石３に噛み合う被加工歯車７と、マスター駆動歯車
４に噛み合う被加工歯車７と同じ歯数のマスター従動歯
車８とが設けられている。出力軸２と従動軸６とには所
定の軸交差角が設けられている。

駆動モータ１の駆動により出力軸２が回転すると、砥石
３が回転すると共にカップリング５を介してマスター駆
動歯車４が回転する。マスター駆動歯車４の回転により
マスター従動歯車８及び従動軸６を介して被加工歯車７
が回転し、該被加工歯車７はマスター駆動歯車４及びマ
スター従動歯車８を介して砥石３の回転に同期して駆動
されることになる。

ところが、第３図で示した同期機構によると、マスター
駆動歯車４及びマスター従動歯車８を介して砥石３と被
加工歯車７の同期をとるようにしているので、砥石３や
被加工歯車７の種類に応じてマスター駆動歯車４及びマ
スター従動歯車８を用意する必要があった。また、被加
工歯車７が変更になる都度にマスター駆動歯車４とマス
ター従動歯車８を交換しなければならず、段取替えが大
がかりになっていた。また、出力軸２と従動軸６は軸交
差角を持っているため、砥石３と被加工歯車７との噛み
合い状態と、マスター駆動歯車４とマスター従動歯車８
との噛み合い状態が異なり、正確な同期をとることが困
難であった。

そこで、第４図に示すように、砥石３と被加工歯車７を
それぞれ独立した砥石駆動モータ９とワーク駆動モータ
10とで駆動回転し、砥石駆動モータ９とワーク駆動モー
タ10の駆動を数値制御によって行って、砥石３と被加工
歯車７の回転を同期させるようにした焼入歯車仕上機が
考えられている。

この焼入歯車仕上機によれば、段付ギヤでも加工可能で
あるなど、対象ワークの制限が少なく且つフレキシビリ
ティに富んでいるので有用であり、しかもこの場合、カ
ッタ軸とワーク軸は各々1000〜4000rpm以上で同期回転
させることも可能である。

しかし、このような高速回転での同期を実現するために
は、各軸の回転センサにおける分解能を従来と比べて数
十倍にまで高める必要があり、そのためには駆動系のガ
タを追放し、且つ剛性を向上させると共に、軸の回転方
向の振動を極力抑えることが肝要となる。

ところで本出願人は先に上記焼入歯車仕上機に好適な主
軸を出願した。

これを第５図を用いて説明すると、先ず主軸11は左右の
ベアリング12a,12bを介してケース13に支持されてお
り、モータと一体化されている。即ち、主軸11に駆動用
モータのロータ14が、またケース13の内周に同モータの
ステータ15がそれぞれ固定されて所謂ビルトインモータ
が形成され、主軸11はロータ14とステータ15によりガタ
なく回転駆動されるとともにその剛性が高くなってい
る。

一方、主軸11の一部には円板16がキー等を用いて固定さ
れ、また円板16を囲んで筒体17が左右のベアリング18a,
18bにより主軸11に回転可能に取り付けられている。

筒体17は円板16を隙間19をあけて挾む構造であり、隙間
19にシリコンオイル等の粘性流体20を封入してある。円
板16を挾むため、筒体17は左右、内外に分割構造として
ある。

動作としては、モータに通電すると主軸11が回転し、円
板16も同時に回転する、このとき、筒体17は円板16との
間の隙間19に封入した粘性流体20のために、円板16につ
れて、ひいては主軸11につれて回転する。

今、負荷変動等により主軸11に回転変動が生じると、粘
性流体20により筒体17は遅れて変動しようとし、このイ
ナーシャダンパ効果によって主軸11の回転方向の剛性が
高められて振動が抑えられる。

そして、上記主軸11を例えば焼入歯車仕上機のカッタ軸
とワーク軸にそれぞれ用いる場合は、図示の如く一方の
軸端寄りにはナット21及びツール押え22により、歯車状
のカッタ或いはワーク23が装着される。また、他方の軸
端寄りには、両軸を同期回転させるために用いられる高
分解能の第１エンコーダ（例えば電磁式の変位センサ
等）24と、同じく両軸におけるツールの歯合せを行うた
めに用いられる、光源にレーザを用いた第２エンコーダ
25とが装着される。この第２エンコーダ25は、その筒状
本体25aがケース13の内周に、また回転体25bが主軸11に
固定部材25cを介して、それぞれ固定される。

この主軸11によれば、基本構造がビルトインモータタイ
プであるため駆動系のガタがなく、またイナーシャダン
パを備えるので回転方向の剛性が高まって振動が抑制さ
れ、依って同期回転が必要なカッタ軸とワーク軸とにそ
れぞれ用いる場合は、上述した各回転センサの分解能を
高めて超高速同期運転が可能となる。

＜考案が解決しようとする課題＞ ところが、上述した主軸11にあっては、第１及び第２エ
ンコーダ24,25等がカッタ或いはワーク23と反対側の軸
端寄りに装着され、これによってイナーシャダンパが軸
の中間部に位置されることから、負荷変動により主軸11
にねじり振動が生じた場合、ある特定の振動周波数域
（約1.0KHzから約1.8KHzまで）では上記イナーシャダン
パによる減衰作用が小さくて主軸のねじり振動が大きく
なるという不具合があった。

そこで本考案は、ねじり振動特性をより広い周波数域で
改善できる工作機械の主軸を提供することを目的とす
る。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、本考案に係る工作機械の主
軸は、二つのベアリングで支持されてモータと一体化さ
れた主軸の前記ベアリング間でかつモータ部と近接した
軸上に粘性流体を利用した第１イナーシャダンパを設け
るとともに、ツール等が装着される側と反対でかつ前記
ベアリングより外側に突出した軸端寄りに粘性流体を利
用した第２イナーシャダンパを設けたことを特徴とす
る。

＜作用＞ ビルトインモータ自体の振動抑制効果や第１イナーシャ
ダンパの減衰作用に加えて軸端へ有効に設けた第２イナ
ーシャダンパの減衰作用により、例えば第２図に示すよ
うに、第１イナーシャダンパのみの場合には下げられな
かった、約1.0KHzから1.8KHzまでの振動周波数域での砥
石軸のねじり振動が大幅に低減され、広い周波数域でね
じり振動特性が改善される。

＜実施例＞ 以下、本考案による工作機械の主軸の一実施例を第１図
及び第２図に基づいて説明するが、第１図において第５
図と同一部材には同一符号を付して詳しい説明は省略す
る。

第１図に示すように、主軸11の左右のベアリング12a,12
b間に設けた第１イナーシャダンパD₁（円板16と筒体17
等からなる）に加え、第２エンコーダ25の外側方に位置
した軸端寄りに第２イナーシャダンパD₂が設けられる。

この第２イナーシャダンパD₂は、主軸11に焼ばめ等によ
り固着されるとともに一側面の外周寄りにやや深い環状
溝部26aを穿設したやや広幅の円板26と、上記環状溝部2
6a内に隙間27を有して収容された鉄製のダンパリング28
と、上記隙間に封入されたシリコンオイル等の粘性流体
29と、上記環状溝部26aの開口面を閉塞する蓋板30とを
有し、上述した第１イナーシャダンパD₁と同様の作用効
果を得るものである。

このように構成されるため、本実施例の主軸11を例え
ば、ハードギヤフィニッシャーの砥石軸として使用した
場合、先ず、ピッチ精度に影響を与える低い周波数領域
の振動は、ビルトインモータ自体の振動抑制効果即ち、
サーボ特性の向上と取付具の芯出し精度によって改善さ
れる。次に、電気的なサーボでは追従がむずかしい100
〜200Hz付近の歯すじ等に影響を与える中周波数領域の
振動は、第１イナーシャダンパD₁により抑制される。次
に、主軸11における軸系の固有振動数と重なる700Hz以
上の高周波数領域の振動は、第１イナーシャダンパD₁の
みではカバーしきれないことから、軸端に設けた第２イ
ナーシャダンパD₂により抑制される。

このようにして、第２イナーシャダンパD₂を追加した実
験結果を第２図に示す。

第２図は主軸11を砥石軸として使用した場合のコンプラ
イアンスの周波数特性を示すグラフであり、図中実線が
第２イナーシャダンパD₂を設けた場合のねじり振動特性
で、破線が第１イナーシャダンパD₁のみを設けた場合の
ねじり振動特性である。なお、一点鎖線は第２イナーシ
ャダンパD₂を設けた場合の曲げの振動特性である。

上記グラフからも解るように、従来では下げられなかっ
た、約1.0KHzから約1.8KHzまでの周波数域でのねじり振
動が大幅に低減されている。

なお、第２イナーシャダンパD₂の取付位置は上述した位
置に限らず、第１エンコーダ24が取り付けられるやや大
径の軸部を取り付けても良い。

＜考案の効果＞ 以上説明したように本考案によれば、主軸の中間部に設
ける第１イナーシャダンパに加えてツールと反対側の軸
端にも第２イナーシャダンパを設けるようにしたので、
ビルトインモータにおいて特にねじり振動をより広い周
波数域で抑制でき、依って回転センサの分解能を高めて
超高速同期運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による工作機械の主軸の一実施例を示す
断面図、第２図は砥石軸のコンプライアンスの周波数特
性を示すグラフ、第３図は従来の同期機構を示す斜視
図、第４図は焼入歯車仕上機の原理図、第５図は従来の
主軸の断面図である。 図面中、符号11は主軸、D₁は第１イナーシャダンパ、23
はカッタ或いはワーク、D₂は第２イナーシャダンパであ
る。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】二つのベアリングで支持されてモータと一
   体化された主軸の前記ベアリング間でかつモータ部と近
   接した軸上に粘性流体を利用した第１イナーシャダンパ
   を設けるとともに、ツール等が装着される側と反対でか
   つ前記ベアリングより外側に突出した軸端寄りに粘性流
   体を利用した第２イナーシャダンパを設けたことを特徴
   とする工作機械の主軸。