JPH0788736A - 工作機械の主軸部制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、工作機械の主軸部制御装置に関し、
工具の高精度位置決めを行うことができるとともに、諸
電気機器に安定的に電流を供給することができる低コス
トな工作機械の主軸部制御装置を提供することを目的と
している。 【構成】工具18の位置を検出するセンサ20を面板17に直
接設け、該センサ20をモータ４によって面板17と共に該
面板17の放射方向に駆動している。また、中空回転軸３
内に、ステップモータ４、センサ20およびコントローラ
21等の電気機器に駆動電流を供給するバッテリー22と、
中空回転軸３の停止時あるいは低回転時にバッテリー22
の正極22ａ、22ｂと接触し、バッテリー22を充電する充
電手段38と、を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の主軸部制御
装置に関し、特に、フェーシング加工やリセッシング加
工、ボーリング加工等を行う工作機械に設けられた主軸
部制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フェーシング加工やリセッシン
グ加工(溝切り加工)を行う工作機械においては、加工中
に工具を径方向に移動させる必要がある。また、ボーリ
ング加工を行う工作機械においても、工具を径方向の任
意の位置に設定できれば、所望する穴径の加工を工具の
交換なしで実施できるため、有用である。 このため、
近時では工作機械に主軸部制御装置を設け、工具の位置
を自動調整するようにしたものがある。そして、この工
作機械にあっては、工具の位置を検出して該検出情報に
基づいて工具の位置を自動調整するようになっており、
従来から種々の方法で工具の位置の検出が行なわれてい
る。

【０００３】従来のこの種の工作機械の主軸部制御装置
としては、例えば、実開昭４−５３０２号公報に記載さ
れたようなものがある。この装置は、工作機械の主軸と
一体回転する中空回転軸の前方に放射方向に移動可能な
面板を取付け、この面板に工具を支持させるもので、主
軸の軸方向に移動可能な長尺のドローバが中空回転軸の
内部に収納されており、ドローバと面板はテーパ面を介
して接続されている。

【０００４】そして、このドローバは固定側に設けられ
たモータによって主軸の軸方向に押し引きされるように
なっており、ドローバが押し引きされる際に面板のテー
パ面に沿ってドローバのテーパ面を移動させることによ
り、面板を放射方向に移動するようにして、工具の位置
を任意の位置に自動調整するようにしている。また、こ
の主軸部制御装置においては、固定側にモータの回転量
を検出するエンコーダが設けられており、ドローバが押
し引きされる際の移動量をエンコーダによって間接的に
検出することにより、この検出情報に基づいて工具の位
置を制御するようにしている。

【０００５】一方、刃先位置を径方向の任意の位置に設
定するようにした主軸部制御装置としては、例えば、支
持体に回転自在に支持された回転体と、該回転体の前部
に放射方向の直線運動自在に設けられた面板と、該面板
に取付けられた工具と、を備えた工作機械であって、回
転体内に設けられたモータと、該モータと面板の間に設
けられ、モータの回転を面板の放射方向の直線運動に変
換する面板移動機構と、を備え、モータおよび面板移動
機構を介して刃先位置を任意の位置に自動調整したもの
がある。

【０００６】この装置には、工具が取付けられた面板を
モータによって移動させて刃先の位置制御を行うように
しているが、面板が取り付けられた回転体は支持体に回
転自在に支持されていることから、支持体と回転体の間
に電気的信号の送受が必要になり、固定された支持体か
ら回転する回転体に電気的な信号を送受するための種々
の工夫がなされている。

【０００７】従来のこの種の主軸部制御装置としては、
支持体と回転体の間にカーボンブラシとスリップリング
等の接触型の接続手段を介装し、スリップリングを介し
てモータに電流を供給するものがある。また、その他の
主軸部制御装置としては、例えば、特公平３−５８８６
０号公報に記載されたようなものがあり、このものは、
回転体と支持体の間に回転体と共に回転可能で、内部に
水銀等の導電液体を有するロータリーコネクタを介装
し、この導電液体を介して支持体から回転体側のモータ
に電流を供給するようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
センサを備えた主軸部制御装置にあっては、主軸の軸方
向に押し引きされるドローバの移動量をエンコーダによ
って検出していたため、ドローバの温度が変化した場合
に、エンコーダがドローバの熱変形量も移動量として検
出してしまい、実際の工具の位置を検出することができ
なかった。

【０００９】また、ドローバの熱変形量に加えて、面板
が径方向に熱変形した場合やモータの出力軸から面板ま
での面板駆動部、すなわち、モータの出力軸とドローバ
の連結部、あるいは面板やドローバの結合部分のガタ等
の非線形部の影響があるため、工具の正確な移動量を検
出することができず、工具の位置制御を正確に行なうこ
とができなかった。

【００１０】したがって、従来は、工具を正確に位置決
め制御することができないことから、工具を数ミクロン
単位の精度で位置決めする必要がある場合には、実質的
にミクロンオーダーでの位置決めを行なうことができな
かった。一方、後者の電流の供給構造を採用した主軸部
制御装置にあっては、スリップリングとブラシの接触抵
抗が大きいため、長期間使用した場合に摩耗によってス
リップリングが擦り減ってしまい、モータに電源を充分
に供給することができなくなってしまった。このため、
スリップリングを定期的に交換する必要が生じてしま
い、主軸部制御装置の維持費が増大してしまうという問
題があった。

【００１１】また、スリップリングの摩耗粉が回転体内
部に飛散することがあるため、この摩耗粉が回転体およ
び支持体の摺動面に付着した場合に、回転体を充分に支
持することができなくなってしまうとともに、主軸部の
寿命が低下してしまうという問題があった。また、この
主軸部の寿命を延ばすために、エアカーテン等によって
前記摺動面に摩耗粉がかからないようにすることが考え
られるが、このようにした場合には装置のコストが増大
してしまうという不具合が発生してしまった。

【００１２】また、カーボンブラシとスリップリングの
接触が不安定になった場合に、瞬間的に電気が切れてし
まい、センサ等の信号処理系に電流を供給する場合にセ
ンサが誤動作してしまうという問題があった。さらに、
水銀等の導電液体を有するケースを回転体と支持体の間
に介装していたため、導電液体がケースから漏れてしま
うおそれがあり、電気的なショートが発生して電気系統
が破壊してしまい、モータが作動しなくなるおそれがあ
った。これに加えて、ショートによって発火等が誘発さ
れる可能性があり、安全性が低下してしまうという問題
もあった。

【００１３】また、導電液体がケースから漏れてしまっ
た場合や軸受等の構成部品の寿命等が少なくなった場合
等にロータコネクタを定期的に交換しなければならず、
上述したものと同様に主軸部制御装置の維持費が増大し
てしまうという問題があった。また、ロータリーコネク
タは支持体側の端子と回転体側の端子を導電液体を介し
て接続していたため、端子部の構造が複雑になってしま
い、コストが増大してしまうという問題があった。

【００１４】したがって、回転体に設けられたモータ等
の電気機器に支持体から安定して電流を供給することが
望まれている。そこで、請求項１記載の発明は、工具の
高精度位置決めを行うことができる工作機械の主軸部制
御装置を提供することを目的としている。請求項２記載
の発明は、回転体および支持体の間に、回転体の回転に
伴って発電を行う発電手段を介装し、該発電手段を諸電
気機器に接続することにより、諸電気機器に安定的に電
流を供給することができる低コストな工作機械の主軸部
制御装置を提供することを目的としている。

【００１５】請求項３記載の発明は、回転体に発電手段
によって発電された起電力を蓄電するバッテリーを設
け、該バッテリーを諸電気機器に接続することにより、
回転体の回転が停止した場合にバッテリーから諸電気機
器に電流を供給することができる工作機械の主軸部制御
装置を提供することを目的としている。請求項４記載の
発明は、諸電気機器に電流を供給するバッテリーを回転
体内に設け、回転体の停止時あるいは低回転時にこのバ
ッテリーを充電手段によって充電することにより、諸電
気機器に安定的に電流を供給することができる低コスト
な工作機械の主軸部制御装置を提供することを目的とし
ている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、請
求項１記載の発明は、支持体に回転自在に支持された中
空回転軸と、該中空回転軸の前部に放射方向の直線運動
自在に設けられた面板と、該面板に取付けられた工具
と、を備えた工作機械であって、前記中空回転軸内に設
けられた回転出力軸を有する駆動機構と、該駆動機構の
回転出力軸に連結され、駆動機構によって発生する回転
を中空回転軸の軸線と直交する方向の回転中心軸を中心
とした回転に変換可能なベベルギヤと、ベベルギヤに噛
合するとともに、中空回転軸の軸線方向と直交する方向
に延在する回転自在なボールネジと、 該ボールネジに
螺合されるとともに面板に固定され、ボールネジの回転
に伴ってボールネジの軸線に沿って移動可能なボールネ
ジナットと、中空回転軸の前部に設けられ、中空回転軸
の軸線と直交する方向に延在する軸部材と、該軸部材に
案内されて移動するとともに面板に固定され、工具の位
置を検知可能なセンサと、を備えたことを特徴としてい
る。

【００１７】上記目的達成のため、請求項２記載の発明
は、支持体に回転自在に設けられた回転体および回転体
に設けられた工具を有する工作機械であって、前記回転
体に設けられた諸電気機器に電流を供給する工作機械の
主軸部制御装置において、前記回転体の回転に伴って発
電を行なう発電手段が設けられ、該発電手段は、支持体
に設けられたステータと、該ステータに対向するように
回転体に設けられ、諸電気機器に接続されたロータと、
からなり、ロータの回転に伴って発生する起電力により
諸電気機器に電流を供給すること特徴としている。

【００１８】上記目的達成のため、請求項３記載の発明
は、請求項２記載の発明において、前記回転体に発電手
段によって発電された起電力を蓄電するバッテリーを設
け、該バッテリーを諸電気機器に接続したことを特徴と
している。上記目的達成のため、請求項４記載の発明
は、支持体に回転自在に支持された回転体および回転体
に設けられた工具を有する工作機械であって、前記回転
体に設けられた諸電気機器に電流を供給する工作機械の
主軸部制御装置において、前記諸電気機器に駆動電流を
供給するバッテリーと、回転体の停止時あるいは低回転
時にバッテリー端子と接触し、バッテリーを充電する充
電手段と、を備えたことを特徴としている。

【００１９】

【作用】請求項１記載の発明では、工具の位置を検出す
るセンサが面板に直接設けられ、該センサが駆動機構に
駆動されて面板と共に放射方向に移動される。したがっ
て、センサが直接工具の位置を検出することになるとと
もに、面板が熱変形した場合にもセンサがこの熱変形の
影響を受けることがないので、工具の位置が精度良く検
出され、この検出情報に基づいて面板が高精度に位置決
めされる。

【００２０】また、従来のように工具とセンサの距離が
離れることがないので、工具とセンサ間の面板駆動部、
すなわち、ベベルギヤ等のがたの影響を受けることがな
く、工具の位置が高精度に検出される。さらに、センサ
が、中空回転軸の前部に設けられ、中空回転軸の軸線と
直交する方向に延在する軸部材に案内されて面板と共に
移動するため、工具の位置検出精度が大幅に向上され
る。

【００２１】請求項２記載の発明では、回転体および支
持体の間に、回転体の回転に伴って発電を行う発電手段
が介装され、該発電手段が諸電気機器に接続される。し
たがって、回転体の回転中に発電手段から諸電気機器に
電流が安定して確実に供給され、スリップリングや導電
液体のように定期的な交換を行う必要がない。この結
果、主軸部制御装置の維持費が低減される。

【００２２】また、発電手段によって電流の供給が行わ
れるので、支持体と回転体の間にスリップリング等を介
装する必要がなく、摩耗粉が回転体内に飛散することが
ない。この結果、回転体が支持体に対して円滑に回転さ
れ、主軸部の寿命が長くなるとともに、回転体と支持体
の摺動面に摩耗粉除去用のエアカーテン等を設ける必要
がなく、主軸部のコストが低減される。

【００２３】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがなく、電気系統の発火やセンサの作動
不良が発生することがない。また、スリップリングのよ
うに接触が不安定な状態になることもないので、諸電気
機器の誤作動が発生することがない。また、請求項３記
載の発明では、回転体に発電手段によって発電された起
電力を蓄電するバッテリーが設けられ、該バッテリーが
諸電気機器に接続される。したがって、回転体の停止時
であっても諸電気機器に確実に安定して電力が供給され
る。

【００２４】請求項４記載の発明では、回転体内に、諸
電気機器に駆動電流を供給するバッテリーと、回転体の
停止時あるいは低回転時にバッテリー端子と接触し、バ
ッテリーを充電する充電手段と、が設けられる。したが
って、諸電気機器にバッテリーから電流が安定して供給
され、スリップリングや導電液体のように定期的な交換
を行う必要がない。この結果、主軸部制御装置の維持費
が低減される。

【００２５】また、バッテリーによって電流の供給が行
われるので、支持体と回転体の間にスリップリング等を
介装する必要がなく、摩耗粉が回転体内に飛散すること
がない。この結果、回転体が支持体に対して円滑に回転
され、主軸部の寿命が長くなるとともに、回転体と支持
体の摺動面に摩耗粉除去用のエアカーテン等を設ける必
要がなく、主軸部のコストが低減される。

【００２６】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがなく、電気系統の発火やモータの作動
不良が発生することがない。また、回転体にバッテリー
を設けるだけで諸電気機器に電流が供給されるので、電
気系統の構造が非常にコンパクトになる。さらに、回転
体の停止時あるいは低回転時にバッテリーが充電される
ので、被加工物の加工を行う必要がないときに、確実に
バッテリーが充電される。この結果、諸電気機器にバッ
テリーから電流が確実に安定して供給される。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜５は請求項１、４何れかに記載の発明に係る工作機
械の主軸部制御装置の一実施例を示す図である。まず、
構成を説明する。

【００２８】図１〜３において、１はマシニングセンタ
等の工作機械の本体ケース(支持体)であり、この本体ケ
ース１は工作機械によって３次元方向に移動するように
なっている。本体ケース１には複数の軸受２を介して回
転体としての中空回転軸３が回転自在に支持されてお
り、軸受２には本体ケース１に形成された油路１ａから
潤滑油が供給されるようになっている。また、中空回転
軸３の後方側外周部には駆動ベルト３ａが摺接してお
り、回転体３はこのベルト３ａによって回転される。こ
のベルト３ａは図示しないプーリに巻回されており、こ
のプーリによって駆動されるようになっている。

【００２９】中空回転軸３の内部には駆動機構を構成す
る電気機器としてのステップモータ(モータ)４が収納さ
れており、このステップモータ４は中空回転軸３に支持
されているとともに、出力軸(回転出力軸)４ａ側がフロ
ントプレート５に固定されている。フロントプレート５
はボルト６を介して第１部材７に取付けられており、こ
の第１部材７はボルト８を介して第２部材９に取付けら
れている。この第２部材９はボルト10を介して中空回転
軸３に固定されており、これら中空回転軸３、フロント
プレート５、第１部材７および第２部材９は本体ケース
１に対して一体的に回転するようになっている。

【００３０】一方、ステップモータ４の出力軸４ａには
ベベルギヤ11の一方の歯車11ａが取付けられており、こ
のベベルギヤ11の他方の歯車11ｂはボールネジ12に噛合
されている。このため、ステップモータ４の回転力はベ
ベルギヤ11によって中空回転軸３の軸線と直交する方向
の回転中心軸を中心とした回転に変換され、この回転力
によってボールネジ12が回転するようになっている。

【００３１】このボールネジ12は中空回転軸３の軸線方
向と直交する方向に延在しており、両端部が軸受13を介
してガイド部材14に回転自在に支持されている。また、
ボールネジ12の両端部にはサイドプレート15が設けられ
ており、ボールネジ12はこのサイドプレート15によって
軸方向の移動が禁止されている。また、サイドプレート
15には油路15ａが形成されており、この油路15ａは軸受
13に潤滑油を供給するようになっている。なお、これら
ガイド部材14およびサイドプレート15は第１部材14に図
示しないボルト等によって取付けられている。

【００３２】また、ボールネジ12にはボールネジナット
16が取付けられており、このボールネジナット16はボー
ルネジ12の回転に伴ってボールネジ12の軸線方向に移動
するようになっている。中空回転軸３の前部には面板17
が取付けられており、この面板17はボールナットネジ16
に取付けられている。このため、面板17はボールネジナ
ット16と共にボールネジ12の軸線方向に移動する。ま
た、面板17の前面中央には工具18が脱着可能に設けられ
ており、工具18の刃先を構成するチップ18ａは面板17の
移動方向一方側に向いている。

【００３３】この工具18は中空回転軸３および面板17と
共に回転し、チップ18ａにより例えば、ワークＷの内周
凹部を切削加工するもので、面板17の直線運動によって
刃先位置を横送り(放射内方または放射外方に移動させ
る)ようになっている。そして、この刃先位置は、ステ
ップモータ４の回転をベベルギヤ11、ボールネジ12、ボ
ールネジナット16を介して面板17の放射方向の運動に変
換することにより、微調整されるようになっている。

【００３４】また、面板17には工具18の位置を検出する
ための電気機器であるセンサ20が設けられており、この
センサ20は図３に示すように、ガイド部材14に固定さ
れ、中空回転軸３の軸線方向と直交する方向に延在する
スピンドル(軸部材)31に案内されるとともに、面板17に
固定された本体32と、スピンドル31の先端部に設けら
れ、交互に多数個並んだＮ、Ｓの磁極を有する磁気スケ
ール33と、磁気スケール33の近傍に配設され、磁気スケ
ール33から発生する磁束を検出して抵抗が発生する検出
ヘッド34と、検出ヘッド34によって検出された抵抗値を
増幅するアンプ35と、から構成されている。

【００３５】このセンサ20は、本体32が面板17と共に移
動するとき、検出ヘッド34が磁気スケール33に対して移
動することにより、検出ヘッド34の抵抗値が周期的に変
化するため、この抵抗値の変化を面板17の移動量として
検出するようになっている。そして、この抵抗値はアン
プ35によって増幅された後、配線36を介して工作機械側
に伝達され、工作機械のコントローラによってこの抵抗
値の変化をカウントされることにより、面板17の移動距
離、すなわち、工具の移動距離(工具の送り量)が検出さ
れる。このため、この移動距離に基づいて工具17の位置
が検出される。

【００３６】一方、図２に示すように、中空回転軸３の
内部には電気機器を構成するバッテリー22が収納されて
おり、このバッテリー22はモータ４、センサ20および電
気機器を構成するコントローラ21に接続され、これらモ
ータ４等に電流を供給するようになっている。このバッ
テリー22の正極22ａおよび負極22ｂ(バッテリー端子)は
中空回転軸３の外周部に設けられたスリップリング23、
24に取付けられており、このスリップリング23、24には
図４、５に示すように正極用ブラシ25および負極用ブラ
シ26の一端部が接触している。このブラシ25、26の他端
部はブラシ取付け板27に取付けられているとともに、図
示しない電源に接続されている。

【００３７】ブラシ取付け板27はボールねじ28に螺合し
ており、このボールねじ28はモータ29によって回転駆動
されるようになっている。このため、モータ29が駆動さ
れると、ボールねじ28によってブラシ取付け板27が上下
方向(図５の矢印方向)に移動されて、ブラシ25、26がス
リップリング23、24に当接、離隔される。そして、ブラ
シ25、26の一端側がスリップリング23、24に当接される
と、このブラシ25、26、スリップリング23、24およびバ
ッテリー22の正極22ａ、負極22ｂを介してバッテリー22
の充電が行われる。

【００３８】また、ブラシ取付け板27の一端部はリニア
ガイド30ａに摺動自在に取付けられており、このブラシ
取付け板27はリニアガイド30ａに案内されて図５中、上
下方向に案内されるようになっている。このリニアガイ
ド30ａおよびモータ29は固定部30に取付けられており、
この固定部30は工作機械本体に取付けられている。ま
た、モータ29には図示しない制御手段が接続されてお
り、この制御手段は中空回転軸３の回転状態、例えば、
回転数を検出するセンサの出力情報に基づいてモータ29
を作動させ、中空回転軸３の停止時あるいは低回転時に
ブラシ25、26を図５中、下方に移動させるようにモータ
29を一方向に回転させ、ブラシ25、26をスリップリング
23、24に当接させてバッテリー22を充電する。

【００３９】すなわち、上述したスリップリング23、2
4、ブラシ25、26、ブラシ取付け板27、ボールねじ28、
モータ29、リニアガイド30ａおよび固定部30は中空回転
軸３の停止時あるいは低回転時にバッテリー22を充電す
る充電手段38を構成している。なお、符合37はステップ
モータ４とコントローラ21を接続するリード線である。
次に、作用を説明する。

【００４０】まず、ワークＷを加工する前の状態におい
ては、中空回転軸３が停止しているため、ブラシ25、26
がスリップリング23、24に接触した状態にあり、バッテ
リー22はブラシ25、26およびスリップリング23、24を介
して充電される。このため、ステップモータ４、センサ
20およびコントローラ21にバッテリー22から電流が供給
される。

【００４１】一方、ワークＷを加工する場合、まず、準
備作業として、ワークＷを図示しないワーク保持手段に
保持させ、工具18とワークＷを相対移動させて工具18の
チップ18ａとワークＷの内周凹部とを近接させる。次い
で、ステップモータ４を作動させると、このモータ４の
回転力がベベルギヤ11よって中空回転軸３の軸線方向と
直交する方向の回転中心軸に変化されてボールネジ12に
伝達される。この伝達力はボールネジナット16に伝達さ
れ、ボールネジナット16はボールネジ12の軸線方向に移
動して面板17を該方向に移動させる。このため、工具18
のチップ18ａは中空回転軸３の放射方向(ワークＷの径
方向)に直線運動し、ワークＷへの径方向の切込み深さ
を増加させる。また、工具18とワークＷをワーク軸線方
向に相対移動させることで、ワークＷの内周凹部の奥側
まで加工される。

【００４２】このとき、面板17と共にセンサ20がスピン
ドル31に沿って移動するため、このときの移動量をセン
サ20によって検出することにより、工具18の移動量を検
出することができるため、この検出情報に基づいてモー
タ４を駆動することにより、工具18をワークＷに対して
高精度に位置決めすることができる。また、このときに
中空回転軸３の回転数が高回転数になると、中空回転軸
３の回転数を検出するセンサの出力情報に基づいて制御
手段がモータ29を他方向に駆動する。このとき、ボール
ねじ28がブラシ取付け板27を図５中、上方に移動させて
ブラシ25、26をスリップリング23、24から離隔させ、バ
ッテリー22の充電を停止させる。このため、スリップリ
ング23、24にブラシ25、26が接触することなく、中空回
転軸３が高速回転する。

【００４３】次いで、ワークＷの加工が終了して中空回
転軸３の回転数が低回転数になると、上記センサの出力
情報に基づいて制御手段がモータ29を一方向に駆動す
る。このとき、ボールねじ28がブラシ取付け板27を図５
中、下方に移動させてブラシ25、26をスリップリング2
3、24に再び当接させてバッテリー22の充電を行う。こ
のように本実施例では、工具18の位置を検出するセンサ
20を面板17に直接設け、該センサ20をモータ４によって
面板17と共に該面板17の放射方向に駆動しているので、
センサ20によって直接工具の位置を検出することかでき
るとともに、面板17が熱変形した場合にも、この熱変形
の影響を受けるのを防止することができ、工具18の位置
を精度良く検出してこの検出情報に基づいて面板17を高
精度に位置決めすることができる。

【００４４】これに加えて、工具18とセンサ20の距離が
離れることがないので、工具18とセンサ20間の面板駆動
部、すなわち、ベベルギヤ11等のがたの影響を受けるの
を防止することができ、工具18の位置を高精度に検出す
ることができる。さらに、センサ20を、中空回転軸３の
前部に固定して中空回転軸３の軸線と直交する方向に延
在するスピンドル31に案内して面板17と共に移動させて
いるため、工具18の位置検出精度を大幅に向上させるこ
とができる。

【００４５】また、中空回転軸３内に、ステップモータ
４、センサ20およびコントローラ21等の電気機器に駆動
電流を供給するバッテリー22と、中空回転軸３の停止時
あるいは低回転時にバッテリー22の正極22ａ、22ｂと接
触し、バッテリー22を充電する充電手段38と、を設けて
いるため、ステップモータ４、センサ20およびコントロ
ーラ21にバッテリー22から電流を安定して供給すること
ができ、スリップリングや導電液体のように定期的な交
換を行うのを不要にすることができる。この結果、主軸
部制御装置の維持費を低減することができる。

【００４６】また、バッテリー22によって電流の供給を
行なっているため、本体ケース１と中空回転軸３の間に
スリップリング等を介装するのを不要にでき、摩耗粉が
中空回転軸内３に飛散するのを防止することができる。
この結果、中空回転軸３を本体ケース１に対して円滑に
回転させ、主軸部の寿命を長くすることができるととも
に、中空回転軸３と本体ケース１の摺動面に摩耗粉除去
用のエアカーテン等を設けるのを不要にでき、主軸部の
コストを低減することができる。

【００４７】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがないため、電気系統の発火やステップ
モータ４、センサ20およびコントローラ21の作動不良が
発生するのを防止することができる。また、中空回転軸
３にバッテリー22を設けるだけでステップモータ３、セ
ンサ20およびコントローラ21に電流を供給することがで
きるので、電気系統の構造を非常にコンパクトにするこ
とができる。

【００４８】また、中空回転軸３の停止時あるいは低回
転時にバッテリー22を充電しているため、ワークＷの加
工を行う必要がないときに、確実にバッテリー22を充電
することができ、ステップモータ４およびセンサ20にバ
ッテリー22から電流を確実に安定して供給することがで
きる。なお、本実施例では、充電手段としてスリップリ
ング23、24にブラシ25、26を当接、離隔させるようにし
たものを使用しているが、これに限るものではなく、中
空回転軸３の停止時あるいは低回転時に正極22ａおよび
負極22ｂに接触するような構成であれば、その他何でも
良い。

【００４９】図６、７は請求項１、４何れかに記載の発
明に係る工作機械の主軸部制御装置の第２実施例を示す
図である。なお、本実施例では、駆動機構の構成が上記
実施例と異なり、すなわち、モータによる駆動を行なわ
ない点が上記実施例と異なり、バッテリーへの電流の駆
動方法や面板を駆動させるベベルギヤやボールネジの構
成は上記実施例と同様であるため、上記構成と同様の構
成には同一番号を付して説明を省略する。

【００５０】図６、７において、１は支持体としての本
体ケースであり、該支持体１には複数の軸受２を介して
中空回転軸３が回転自在に支持されている。本体ケース
１には主軸駆動用モータ41が取り付けられており、この
モータ41はベルト42を介して中空回転軸３に接続され、
ベルト42を介して中空回転軸３を回転させるようになっ
ている。

【００５１】また、本体ケース１には面板位置決め用モ
ータ43が取り付けられており、このモータの43の出力軸
43ａには減速機構40を介してボールネジ44が取り付けら
れている。このボールネジ44はボールネジナット45に螺
合されており、このナット45はブラケット46に支持され
ている。このブラケット46の図６中、下端部は本体ケー
ス１に固定されたガイド47に摺接自在に設けられてお
り、このガイド47は中空回転軸３の軸線方向に沿って延
在している。このため、モータ43が作動すると、減速機
構40により減速出力されたボールネジ44が回転するた
め、ボールネジナット45を介してブラケット46がガイド
47に案内されて中空回転軸３の軸線方向に移動する。

【００５２】また、ブラケット46の図６中、上端部には
一対のカムフォロワ48ａ、48ｂが設けられており、この
カムフォロワ48ａ、48ｂはスライドリング49のフランジ
部49ａを挟持している。このスライドリング49は中空回
転軸３の外周部に該回転軸３の軸線方向に摺動自在に設
けられており、ガイド47が中空回転軸３の軸線方向に移
動するときに、カムフォロア48ａ、48ｂがフランジ部49
ａを挟持することにより、中空回転軸３の軸線方向に移
動するようになっている。

【００５３】また、中空回転軸３の軸線方向略中央部に
はスリット３ａが形成されており、このスリット３ａ内
には連結棒が50が設けられ、この連結棒50は両端部には
スライドリング49が取り付けられている。また、連結棒
49の中央部には円筒状のブッシュ51が取り付けられてお
り、このブッシュ51は中空回転軸３の内部に摺動自在に
設けられている。このため、スライドリング49は連結棒
50を介してブッシュ51に連結されており、スライドリン
グ49が中空回転軸３の軸線方向に摺動するのに伴って中
空回転軸３の内周部で摺動するようになっている。

【００５４】また、ブッシュ51の内部にはボールネジナ
ット52が固定されており、このナット52にはボールネジ
53が螺合されている。このボールネジ53は先端部がベベ
ルギヤ11の一方の歯車11ａに連結されている。したがっ
て、ブッシュ51が中空回転軸３の内周部を摺動すると、
ボールネジ53が回転してベベルギヤ11の一方の歯車11ａ
が回転する。

【００５５】なお、上述した減速機構40、面板位置決め
用モータ43、ボールネジ44、53、ボールネジナット45、
52、ブラケット46、ガイド47、カムフォロワ48ａ、48
ｂ、スライドリング49、連結棒50、ブッシュ51は駆動機
構54を構成し、ボールネジ53は回転出力軸を構成してい
る。本実施例では、面板17を中空回転軸３の放射方向に
移動させるには、モータ43を作動してボールネジ44を回
転させる。このとき、ボールネジナット45を介してブラ
ケット46がガイド47に案内されて中空回転軸３の軸線方
向に移動するため、カムフォロア48ａ、48ｂがフランジ
部49ａを挟持することにより、スライドリング49が中空
回転軸３の軸線方向に移動する。

【００５６】スライドリング49が移動すると、連結棒50
を介してブッシュ51が中空回転軸３の内周部で摺動する
ため、ボールネジナット52を介してボールネジ53が回転
するため、ベベルギヤ11よって中空回転軸３の軸線方向
と直交する方向の回転中心軸に変化されてボールネジ12
に伝達される。以後の動作は上記実施例と同様であるた
め、説明を省略する。

【００５７】したがって、本実施例にあっても、面板17
と共にセンサ20をスピンドル31に沿って移動させて、こ
のときの移動量をセンサ20によって検出することがで
き、上記実施例と同様の効果を得ることができる。ま
た、バッテリーへの充電方法およびバッテリーからセン
サ20等に対して電流を駆動する方法も上記実施例と同様
であるため、上記実施例と同様の効果を得ることができ
る。

【００５８】図８は請求項２、３記載の発明に係る工作
機械の主軸部制御装置の一実施例を示す図である。な
お、本実施例では、充電手段に代えて中空回転軸の回転
に伴って発電を行なう発電手段を設け、発電手段からモ
ータ等の電気機器に電流を供給することを特徴としてお
り、その他の構成は上記各実施例と同様であるため、同
様の構成には同一番号を付して説明を省略する。

【００５９】中空回転軸３の後方側にはロータコイル71
が設けられており、このコイル71は配線を介して中空回
転軸３内に設けられた電圧調整器72に接続されている。
この電圧調整器72はパルスモータ４、センサ20およびコ
ントローラ21に接続されており(図が繁雑になるのを避
けるため、接続線の一部を省略している)電圧を調整し
てセンサ20等に供給するものである。また、中空回転軸
３内にはバッテリー22が設けられており、このバッテリ
ー22は電圧調整器72を介してロータコイル71に接続され
ているとともに、パルスモータ４、センサ20およびコン
トローラ21に接続されている。

【００６０】また、中空回転軸３の後方側に対向する本
体ケース１にはステータコイル73が設けられており、こ
のコイル73は所定の磁界を発生している。このため、中
空回転軸３の回転に伴ってロータコイル71に起電力が発
生し、この起電力が電圧調整器72で調節された後、バッ
テリー22と、パルスモータ４、センサ20およびコントロ
ーラ21に供給される。すなわち、コイルロータ71および
ステータコイル73は中空回転軸３および本体ケース１の
間に介装され、中空回転軸３の回転に伴って発電を行う
発電手段を構成している。

【００６１】本実施例では、駆動ベルト３ａによって中
空回転軸３を回転させながら、工具18とワークＷを相対
移動させて工具18のチップ18ａとワークＷの内周凹部と
を近接させる。このとき、中空回転軸３の回転に伴って
コイル71がコイル73で発生する磁界を切るためコイル73
に起電力が発生し、この起電力が電圧調整器72に供給さ
れる。この電圧調整器72に供給された起電力は所定の電
圧に調整された後、バッテリー22と、パルスモータ４、
センサ20およびコントローラ21に供給され、センサ20等
の駆動が行われる。

【００６２】一方、中空回転軸３の回転が停止される
と、コイル71に電圧が生じないため、コイル71からセン
サ20等に電流が供給されなくなる。ところが、中空回転
軸３の回転時に発生した起電力がバッテリー22に蓄電さ
れているため、このバッテリー22からセンサ20、モータ
４等に電流が供給され、中空回転軸３を回転させないで
作業を行うとき、例えば、主軸部の組立調整時、あるい
は作業現場での性能検査時等にモータ４を作動させて面
板移動機構19を介して面板18の位置調整を行うことがで
きる。

【００６３】このように本実施例では、中空回転軸３お
よび本体ケース１に、中空回転軸３の回転に伴って発電
を行うロータコイル71およびステータコイル73を設け、
ロータコイル71をセンサ20、モータ４およびコントロー
ラ21に接続しているため、センサ20、モータ４およびコ
ントローラ21に電流を確実に安定的して供給することが
できる。このため、スリップリングや導電液体のように
定期的な交換を行うのを不要にすることができる。この
結果、主軸部制御装置の維持費を低減させることができ
る。また、中空回転軸３の回転に伴うコイル71、73の発
電作用によって電力の供給を行っているので、本体ケー
ス１と中空回転軸３の間にスリップリング等を介装する
のを不要にでき、摩耗粉が中空回転軸３内に飛散するの
を防止することができる。この結果、中空回転軸３を本
体ケース１に対して円滑に回転させることができ、主軸
部の寿命を長くすることができるとともに、中空回転軸
３と本体ケース１の摺動面に摩耗粉除去用のエアカーテ
ン等を設けるのを不要にして、主軸部のコストを低減さ
せることができる。

【００６４】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがないため、電気系統の発火やセンサの
作動不良が発生するのを防止することができる。これに
加えて、スリップリングのように接触が不安定な状態に
なることもないので、センサ20、モータ４およびコント
ローラ21の誤動作が発生するのを防止することができ
る。

【００６５】また、中空回転軸３内にバッテリー22を設
け、このバッテリー22をロータコイル71とセンサ20、モ
ータ４およびコントローラ21に接続しているため、中空
回転軸３の回転中にバッテリー22に充電を行うことがで
き、中空回転軸３の回転が停止した場合にバッテリー22
からセンサ20、モータ４およびコントローラ21に電流を
供給することができる。この結果、中空回転軸３の停止
であってもセンサ20等に確実に電流を供給することがで
きる。

【００６６】なお、本実施例では、中空回転軸３の内部
にパルスモータ４を設け、該パルスモータ４から面板移
動機構19を介して面板17を駆動するようにしているが、
このような態様に限定されるものではない。例えば、中
空回転軸内にモータやコントローラを設けずに、中空回
転軸を支持する本体ケースを移動させるだけの工作機械
の主軸部に適用しても良い。この場合には、中空回転軸
に電気機器としてセンサのみを設け、このセンサに発電
手段から電力を供給するだけでよい。また、本実施例で
駆動ベルト３ａによって中空回転軸３を駆動している
が、これに限らず、中空回転軸３の後方側にモータ等を
取付け、このモータによって中空回転軸３を駆動するよ
うにしても良い。

【００６７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、工具の位
置を検出するセンサを面板に直接設け、該センサを駆動
機構によって面板と共に該面板の放射方向に駆動してい
るので、センサによって工具の位置を検出することがで
きるとともに、面板が熱変形した場合にも、この熱変形
の影響を受けるのを防止することができ、工具の位置を
精度良く検出してこの検出情報に基づいて面板を高精度
に位置決めすることができる。

【００６８】これに加えて、従来のように工具とセンサ
の距離が離れることがないので、工具とセンサ間の面板
駆動部、すなわち、ベベルギヤ等のがたの影響を受ける
のを防止することができ、工具の位置を高精度に検出す
ることができる。さらに、センサを、中空回転軸の前部
に固定されて中空回転軸の軸線と直交する方向に延在す
る軸部材に案内して面板と共に移動させているため、工
具の位置検出精度を大幅に向上させることができる。

【００６９】請求項２記載の発明によれば、発電手段か
ら諸電気機器に電流を安定して供給することができ、ス
リップリングや導電液体のように定期的な交換を行うの
を不要にすることができる。この結果、主軸部制御装置
の維持費を低減させることができる。また、回転体の回
転に伴って発電を行う発電手段によって、電流の供給を
行っているので、支持体と回転体の間にスリップリング
等を介装するのを不要にでき、摩耗粉が回転体内に飛散
するのを防止することができる。この結果、回転体を支
持体に対して円滑に回転させることができ、主軸部の寿
命を長くすることができるとともに、回転体と支持体の
摺動面に摩耗粉除去用のエアカーテン等を設けるのを不
要にして、主軸部のコストを低減させることができる。

【００７０】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがないため、電気系統の発火や諸電気機
器の作動不良が発生するのを防止することができる。こ
れに加えて、スリップリングのように接触が不安定な状
態になることもないので、諸電気機器の誤作動が発生す
るのを防止することができる。請求項３記載の発明で
は、回転体の回転中にバッテリーに蓄電を行うことがで
き、回転体の回転が停止した場合にバッテリーから諸電
気機器に電力を供給することができる。この結果、回転
体の停止であっても諸電気機器に確実に安定して電力を
供給することができる。

【００７１】請求項４記載の発明によれば、諸電気機器
にバッテリーから電流を安定して供給することができ、
スリップリングや導電液体のように定期的な交換を行う
のを不要にすることができる。この結果、主軸部制御装
置の維持費を低減することができる。また、バッテリー
によって電流の供給を行なっているため、支持体と回転
体の間にスリップリング等を介装するのを不要にでき、
摩耗粉が回転体内に飛散するのを防止することができ
る。この結果、回転体を支持体に対して円滑に回転さ
せ、主軸部の寿命を長くさせることができるとともに、
回転体と支持体の摺動面に摩耗粉除去用のエアカーテン
等を設けるのを不要にでき、主軸部のコストを低減する
ことができる。

【００７２】また、導電液体のように電気的なショート
が発生することがないため、電気系統の発火やセンサの
作動不良が発生するのを防止することができる。また、
回転体にバッテリーを設けるだけでモータに電流を供給
することができるので、電気系統の構造を非常にコンパ
クトにすることができる。さらに、回転体の停止時ある
いは低回転時にバッテリーを充電しているため、被加工
物の加工を行う必要がないときに、確実にバッテリーを
充電することができ、諸電気機器にバッテリーから電流
を確実に安定して供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１または４何れかに記載の発明に係る工
作機械の主軸部制御装置の第１実施例を示すその概略構
成図である。

【図２】その中空回転軸の内部の電気系統の概略構成図
である。

【図３】そのセンサの概略構成図である。

【図４】その充電手段の斜視図である。

【図５】その充電手段の正面図である。

【図６】請求項１または４何れかに記載の発明に係る工
作機械の主軸部制御装置の第２実施例を示すその全体構
成図である。

【図７】その中空回転軸の前方部分の断面図である。

【図８】請求項２または３記載の発明に係る工作機械の
主軸部制御装置の一実施例を示すその概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 本体ケース(支持体) ３ 中空回転軸(回転体) ４ パルスモータ(電気機器) ４ａ 出力軸(回転出力軸) 11 ベベルギヤ 12 ボールネジ 16 ボールネジナット 17 面板 18 工具 20 センサ(電気機器) 21 コントローラ(電気機器) 22 バッテリー 22ａ 正極(バッテリー端子) 22ｂ 負極(バッテリー端子) 31 スピンドル(軸部材) 38 充電手段 53 ボールネジ(回転出力軸) 54 駆動機構 71 ロータコイル(発電手段) 73 ステータコイル(発電手段)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｑ 1/00 8107−3Ｃ 17/22 Ｚ 9423−3Ｃ (72)発明者 小保内 茂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅野 和利 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持体に回転自在に支持された中空回転軸
   と、 該中空回転軸の前部に放射方向の直線運動自在に設けら
   れた面板と、 該面板に取付けられた工具と、を備えた工作機械であっ
   て、 前記中空回転軸内に設けられた回転出力軸を有する駆動
   機構と、 該駆動機構の回転出力軸に連結され、駆動機構によって
   発生する回転を中空回転軸の軸線と直交する方向の回転
   中心軸を中心とした回転に変換可能なベベルギヤと、 ベベルギヤに噛合するとともに、中空回転軸の軸線方向
   と直交する方向に延在する回転自在なボールネジと、 該ボールネジに螺合されるとともに面板に固定され、ボ
   ールネジの回転に伴ってボールネジの軸線に沿って移動
   可能なボールネジナットと、 中空回転軸の前部に設けられ、中空回転軸の軸線と直交
   する方向に延在する軸部材と、 該軸部材に案内されて移動するとともに面板に固定さ
   れ、工具の位置を検知可能なセンサと、を備えたことを
   特徴とする工作機械の主軸部制御装置。
2. 【請求項２】支持体に回転自在に設けられた回転体およ
   び回転体に設けられた工具を有する工作機械であって、 前記回転体に設けられた諸電気機器に電流を供給する工
   作機械の主軸部制御装置において、 前記回転体の回転に伴って発電を行なう発電手段が設け
   られ、 該発電手段は、支持体に設けられたステータと、該ステ
   ータに対向するように回転体に設けられ、諸電気機器に
   接続されたロータと、からなり、 ロータの回転に伴って発生する起電力により諸電気機器
   に電流を供給することを特徴とする工作機械の主軸部制
   御装置。
3. 【請求項３】前記回転体に発電手段によって発電された
   起電力を蓄電するバッテリーを設け、該バッテリーを諸
   電気機器に接続したことを特徴とする請求項２記載の工
   作機械の主軸部制御装置。
4. 【請求項４】支持体に回転自在に支持された回転体およ
   び回転体に設けられた工具を有する工作機械であって、 前記回転体に設けられた諸電気機器に電流を供給する工
   作機械の主軸部制御装置において、 前記諸電気機器に駆動電流を供給するバッテリーと、 回転体の停止時あるいは低回転時にバッテリー端子と接
   触し、バッテリーを充電する充電手段と、を備えたこと
   を特徴とする工作機械の主軸部制御装置。