JPH0775811B2 - 精密加工装置における回転動力伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、真空チャックにより工作物をクランプして比
較的軽荷重の加工を行う超精密旋盤等の精密加工装置に
おいて主軸を駆動するのに使用する回転動力伝達装置に
関する。

〔従来技術〕

この種の超精密旋盤においては、主軸駆動モータの振動
や軸方向・半径方向のスラストが工作物を支持する主軸
に伝わって工作物の加工精度を低下させないように、主
軸駆動モータにより回転駆動される駆動軸を主軸から分
離して同軸に設け、回転のみを伝えるダイヤフラムカッ
プリング等の弾性軸継手あるいは磁気カップリング等の
非接触型軸継手により主軸と駆動軸とを連結したものが
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

かかる従来技術において使用されるダイヤフラムカップ
リングや磁気カップリング等の軸継手は気密性がないの
で、主軸に真空チャックを設けた場合には軸継手を介し
て駆動軸側より真空チャックを付勢することができな
い。このために真空チャックの付勢は、軸継手と並列に
可撓性の管継手を設けて駆動軸側から行うか、あるいは
主軸受を介して直接主軸に行わなければならない。そし
て、前者の場合には軸継手と管継手の両方を必要とする
ので構造が複雑となり、後者の場合には主軸の構造が複
雑になると共に不釣合が生じ易いので主軸に振動が生じ
易くなるという問題がある。また磁気カップリングのよ
うに伝達トルクが小さいものの場合は、起動・停止に際
して主軸を急速に加速または減速することができないの
で、加工のサイクルタイムが増大して生産性が低下する
という問題がある。本発明は主軸と駆動軸を、伝達トル
クは比較的小さいが気密性のあるベローズカップリング
で連結すると共に外部からの操作により係合・離脱可能
な摩擦カップリングをベローズカップリングと並列に設
けて上記各問題点を解決したものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このために本発明による精密加工装置における回転動力
伝達装置は、添付図面に例示する如く、軸受装置10によ
り軸承され前端に真空チャック60を設けた主軸20と、こ
の主軸の後側に同主軸と同軸に前記軸受装置10により軸
承されて主軸駆動モータ35により回転駆動される駆動軸
30と、前記主軸20と駆動軸30を連結する軸継手Ａを備え
てなる精密加工装置における回転動力伝達装置におい
て、前記軸継手Ａは、前記主軸20及び駆動軸30の互いに
対向する端部25,32にそれぞれ気密に固定される一対の
端部材41,42及び両端がそれぞれ前記両端部材41,42に一
体的に気密に固着されたベローズ43を備えたベローズカ
ップリング40と、前記互いに対向する端部25,32の間に
設けられ外部からの操作により係合・離脱される摩擦カ
ップリング50よりなり、前記真空チャック60には前記主
軸20に形成された主軸管路61及び前記ベローズカップリ
ング40を通して前記駆動軸30側より真空圧を印加または
解除するよう構成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

主軸20に形成された主軸管路61及びベローズカップリン
グ40を通して駆動軸30側より真空圧が印加または解除さ
れる真空チャック60により、工作物は主軸20の前端部に
クランプ・アンクランプされる。工作物がクランプされ
た主軸20を主軸駆動モータ35により停止状態から所定の
加工回転速度まで加速する場合は、摩擦カップリング50
を係合させ主軸20と駆動軸30の間の伝達トルクを増大さ
せて行う。主軸20が所定の加工回転速度に達すれば摩擦
カップリング50を解除し、ベローズカップリング40のみ
を介して主軸20と駆動軸30を連結し、主軸駆動モータ35
により主軸20を回転駆動して真空チャック60にクランプ
された工作物に対し軽荷重の加工をする。加工終了後は
再び摩擦カップリング50を係合させ、駆動軸30側にブレ
ーキを掛けて主軸20を停止させる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、加工状態における回転動
力は、軸方向，半径方向及び曲げ方向に可撓性がありか
つ気密性のあるベローズカップリングのみにより駆動軸
から主軸に伝達されるので主軸駆動モータの振動が主軸
に伝わることがなく加工精度を向上させることができる
と共に、主軸と駆動軸の間に特別な可撓性管継手を用い
なくても駆動軸側から真空チャックを付勢することが可
能となり、構造を簡略化することができる。また、主軸
と駆動軸の間にベローズカップリングと並列に外部から
の操作により係合・離脱可能な摩擦カップリングを設け
たので、主軸の起動及び停止の際にはこの摩擦カップリ
ングを係合させ駆動軸との間の伝達トルクを増大させ
て、急速な加速・減速が可能となり、これにより加工サ
イクルタイムを減少させて生産性を向上させることがで
きる。

〔実施例〕

以下に、本発明の一実施例を添付図面により説明する。

第１図に示す如く、主軸受12,駆動軸受16及びこの両軸
受を支持する基台11により軸受装置10が構成されてい
る。主軸受12は主軸台13と、主軸20を多少の軸受間隔を
おいて支持する軸受金14よりなり、流体入口15aより導
入された加圧流体（例えば、圧縮空気）が通路15を経て
軸受金14のラジアル面14a及びスラスト面14bに供給され
て、主軸20を回転のみ自在に軸承している。同様に、駆
動軸受16は駆動軸台17と軸受金18よりなり、流体入口19
aから導入された加圧流体が通路19より軸受金18のラジ
アル面18a及びスラスト面18bに供給されて、駆動軸30を
回転のみ自在に軸承している。駆動軸30は主軸20の後側
に同軸に軸承され、両軸20,30の対向する端部25,32は、
ベローズカップリング40と摩擦カップリング50よりなる
軸継手Ａにより連結されている。駆動軸30の後部にはビ
ルトインタイプの主軸駆動モータ35が設けられている。

第１図に示す如く、主軸20は、セラミックス等の低熱膨
張係数素材よりなる主軸本体21と、それぞれ前端及び後
端より主軸本体21に同軸に嵌合挿入された結合軸22及び
結合部材23と、この両部材22,23を主軸本体21に一体結
合する締付ボルト24と、結合部材23の後端に主軸本体21
と同軸にボルト止めされた後端部25よりなり、結合軸2
2、締付ボルト24及び後端部25には主軸20を同軸に貫通
する主軸管路61が形成されている。主軸20の前端には結
合軸22を介して真空チャック60が同軸にボルト止めさ
れ、この真空チャック60は主軸管路61を通して供給され
る真空圧により図略の工作物をチャックするようになっ
ている。

第１図に示す如く、駆動軸30は、駆動軸本体31と、この
駆動軸本体31と同軸にその前端と後端にそれぞれボルト
止めされた前端部32及び突出部33よりなり、各部材31,3
2,33には駆動軸60を同軸に貫通する駆動軸管路62が形成
されている。ビルトインタイプの主軸駆動モータ35のロ
ータ37は駆動軸本体31後部のテーパ面に嵌合されてナッ
トにより締付固定され、主軸駆動モータ35のステータ38
はハウジング36を介して駆動軸台17の後側に固定されて
いる。ハウジング36の後端には端板65が固定され、その
中央に固定された継手部材63内には、シール64を介して
突出部33が気密に挿入されている。継手部材63は図略の
真空源に接続され、駆動軸管路62,ベローズカップリン
グ40及び主軸管路61を介して真空チャック60に真空圧を
印加または解除してこれを作動させるようになってい
る。

軸継手Ａの一部を構成するベローズカップリング40は、
主として第２図に示す如く、フランジ状をなす互いに同
一形状の一対の端部材41,42と、薄い金属により成形さ
れたベローズ43よりなり、ベローズ43の両端はろう付け
等によりそれぞれ各端部材41,42に同心的にかつ一体的
に気密に固着されている。主軸20及び駆動軸30の互いに
対向する端部25,32の先端は、Ｏリングを介して各端部
材41,42のボス部内に気密に嵌合され、押ねじ等により
固定される。これにより主軸20と駆動軸30は半径方向，
軸方向及び曲げ方向に弾性撓み可能に、かつ回転動力伝
達可能に連結され、また、各端部25,32に形成されて主
軸管路61及び駆動軸管路62の一部を形成する貫通孔61a,
62aは気密に連通される。

軸継手Ａの他の一部をなす摩擦カップリング50はベロー
ズカップリング40と並列に、かつ係合・離脱可能に主軸
20と駆動軸30を連結するものであり、主として第２図〜
第４図に示す如く、駆動軸30の前端部32にキー及び押ね
じを介して固定された駆動円板51,この駆動円板51とフ
ランジ部32aの間にて前端部32の回転自在に嵌合支持さ
れた摩擦板52及びベローズカップリング40を囲むように
主軸20の後端部25と一体に形成された筒状の被動部材53
を主要な構成部材としている。摩擦板52の外周に半径方
向に突出して設けられた２個の円柱状の突起52aは被動
部材53の後端に形成された２個の切欠き53a内に位置
し、これにより摩擦板52と被動部材53は軸方向に多少相
対移動可能で共に回転するよう互いに係合している。ま
た、先端部32のフランジ部32aを介して駆動軸30に固定
された環状部材54の筒部は摩擦板52のボス部の外周に気
密にかつ摺動可能に嵌合している。第１図に示す如く、
駆動軸30の中間部には駆動軸受16との間に非接触回転接
手70が設けられ、駆動軸台17に形成された通路71から加
圧流体（例えば圧縮空気）を導入すれば、その圧力は非
接触回転接手70及び駆動軸30内に形成された通路72を経
て、先端部32のフランジ部32a,摩擦板52のボス部及び環
状部材54により囲まれた空間内に印加され、この圧力に
より摩擦板52は駆動円板51に押圧されて摩擦係合され、
駆動軸30の回転動力は主軸20に伝達されるようになる。

真空チャック60の吸着面には、鏡面切削加工されるアル
ミニウムディスク等の軽荷重の加工がなされる工作物が
当接され、駆動軸管路62,ベローズカップリング40及び
主軸管路61を介して駆動軸30側より印加される真空圧力
により吸着される。この状態において通路71に加圧流体
を導入し、非接触回転接手70及び通路72を介して圧力を
印加して摩擦カップリング50を結合した後、主軸駆動モ
ータ35を起動させて主軸20を所定の加工回転速度まで急
速に加速する。軸継手Ａは摩擦カップリング50の結合に
より伝達トルクが増大しているので、加工回転速度まで
の加速を急速に行って主軸20と駆動軸30の間の伝達トル
クが増大してもこれに耐えることができる。次いで、通
路71への圧力流体の導入を解除して摩擦カップリング50
の結合を解除した後、工作物の鏡面切削加工を行う。こ
の状態においては主軸20はベローズカップリング40のみ
を介して駆動軸30に連結されているので、主軸駆動モー
タ35等による駆動軸30の振動が主軸20に伝わることはな
く、従って工作物の加工精度を向上させることができ
る。なお、この状態においては主軸20と駆動軸30の間の
伝達トルクは工作物の加工反力によるもののみであるの
で比較的小さく、ベローズカップリング40のみで充分に
耐えることができる。工作物の加工終了後は通路71に再
び圧力流体を導入して摩擦カップリング50を結合し、軸
継手Ａの伝達トルクを増大させて駆動軸30側にブレーキ
を掛けて主軸20を急速に減速して停止させる。

上述の如く、本実施例によれば主軸20の振動を防止して
工作物の加工精度を向上させることができ、また工作物
の加工の前後における主軸20の起動・停止の際の加速・
減速を急速に行うことができるので、加工サイクルタイ
ムを減少させて生産性を向上させることができる。ま
た、主軸20は真空チャック60とこれに真空圧を供給する
簡単な主軸管路61を備えるのみで複雑な加工を必要とし
ないので、温度変化による加工精度低下を防ぐために被
加工性を考慮することなく適切な材質を選択することが
でき、また不釣合が生ずるおそれもなくなり、一層加工
精度を向上させることが可能である。

なお、上記実施例においては、摩擦カップリング50とし
て流体圧により作動する例につき説明したが、これに限
らず例えば電磁石等により作動して係合・離脱する摩擦
カップリングを使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明による精密加工装置における回転動力
伝達装置の一実施例を示し、第１図は全体の長手方向断
面図、第２図は要部の長手方向断面図、第３図は第２図
のIII−III断面図、第４図は第２図のIV視図である。 符号の説明 10……軸受装置、20……主軸、25……端部（後端部）、
30……駆動軸、32……端部（前端部）、35……主軸駆動
モータ、40……ベローズカップリング、41,42……端部
材、43……ベローズ、50……摩擦カップリング、60……
真空チャック、61……主軸管路、Ａ……軸継手。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受装置により軸承され前端に真空チャッ
   クを設けた主軸と、この主軸の後側に同主軸と同軸に前
   記軸受装置により軸承されて主軸駆動モータにより回転
   駆動される駆動軸と、前記主軸と駆動軸を連結する軸継
   手を備えてなる精密加工装置における回転動力伝達装置
   において、前記軸継手は、前記主軸及び駆動軸の互いに
   対向する端部にそれぞれ気密に固定される一対の端部材
   及び両端がそれぞれ前記両端部材に一体的に気密に固着
   されたベローズを備えたベローズカップリングと、前記
   互いに対向する端部材の間に設けられ外部からの操作に
   より係合・離脱される摩擦カップリングよりなり、前記
   真空チャックには前記主軸に形成された主軸管路及び前
   記ベローズカップリングを通して前記駆動軸側より真空
   圧を印加または解除するよう構成したことを特徴とする
   精密加工装置における回転動力伝達装置。