JP2000263305A - 簡易加工ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物に設計変更が生じても対応が容易で
あり、回転工具の回転数の変更できる範囲が大きく、か
つ、加工工具の交換に時間と手間がかからない簡易加工
ユニットを提供することを課題とする。 【解決手段】 回転工具を先端に装着する主軸２の後端
に回転駆動源との連動機構を備えた主軸部Ｓと、前記主
軸部Ｓの連動機構に噛合するメインギア８が取り付けら
れた回転軸を備え、電動モータを内蔵した電動モータ部
Ｍと、前記主軸部Ｓと前記電動モータ部Ｍとの間に配設
され、前記主軸部Ｓと前記電動モータ部Ｍとを連結・分
離自在に結合するフランジ付ジョイント部Ｆとから構成
されることを特徴とする簡易加工ユニットを解決手段と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属および木材、
合成樹脂等の非金属の被加工物に孔開けや螺子立て等の
加工作業をする場合に使用する簡易加工ユニットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属および木材、合成樹脂等の大
型の被加工物に孔開けや螺子立て等の加工作業をする場
合に使用されている機械設備としては、図４に示すよう
な、ユニバーサルジョイント式（ギャングヘッド）多軸
ボール盤が製作され一般に使用されている。この設備
は、モータ１０１の駆動力を一箇所の入力軸１０２から
クラッチ１０３、ギヤ１０４、やユニバーサルジョイン
ト１０５などにより各軸に回転力を伝える構造となって
いる。しかしながら、前記ユニバーサルジョイント式
（ギャングヘッド）多軸ボール盤１００で加工作業をす
る場合は、以下のような問題点があった。 １）ユニバーサルジョイントに回転力を伝達するために
多数のギアが必要となり、結果的に部品点数が多くなり
装置が大型化する。 ２）多軸ヘッド１０６は、一箇所の入力軸１０２からギ
ヤ１０４やユニバーサルジョイント１０５により各軸に
回転力を伝える構造であるため、一本の加工軸に不都合
を生じても、その補修には時間と手間がかかる。 ３）加工工具が多軸ヘッド１０６と一体に固定されてい
るため、多軸ヘッド１０６ごと交換しなければならな
い。等の問題があった。

【０００３】そこで、これらの問題を解決し、多軸ボー
ル盤のコンパクト化を可能とするとともに、煩雑なメン
テナンスから加工ユニット単位の簡単な補修メンテナン
スを可能とするために、図５（ａ）および図５（ｂ）に
示すような加工工具が提案されている。この加工工具
は、本体ケース１０８と、本体ケース１０８の中にベア
リング軸受１０９ａ，１０９ｂで回転自在に軸支され、
一端を前記本体ケース１０８より突出させてその先端に
回転工具を装着する主軸１０９と、前記主軸１０９の他
端に設けられたドリブンギア１１０に、電動モータ１１
５からの駆動力を噛合して伝達するクラスタギア１１１
と、前記クラスタギア１１１の軸の反対側に設けられ、
電動モータ部Ｍ′のメインギア１１３と噛合するドライ
ブギア１１２とから形成される連動機構を有する主軸部
Ｓ′と、主軸部Ｓ′の駆動力を発生する電動モータ部
Ｍ′と、前記電動モータ部Ｍ′の電動モータ１１５に電
力を供給するリード線１１６とから主要部が構成され
る。以上の構成からなる従来の加工工具は、リード線１
１６から電力を供給されると電動モータ１１５が回転
し、モータシャフト１１４の端部に設けられたメインギ
ア１１３からドライブギア１１２に駆動力が伝わり、駆
動力はさらにドライブギア１１２の軸の反対側に設けら
れたクラスタギア１１１からドリブンギア１１０に伝わ
り、主軸１０９の先端に取り付けられた図示しない回転
工具を回転させて被加工物を加工することができる。

【０００４】しかしながら、前記加工工具を使用する場
合は以下のような問題があった。 １）被加工物に設計変更が生じた場合に、主軸の回転数
を回転工具に適した回転数（最適切削速度）にしたり、
回転工具に適した回転数が得られる電動モータを選定す
ることができない。 ２）穴開け、螺子立て等の複数の加工工程を連続して行
う時に加工作業の数だけ前記加工工具が必要となり加工
コスト高となる。また、複数の加工工具を、図６に示す
ように、それぞれ固定台１１７に固定して加工する場合
は、 ３）加工工具を固定するのに必要な固定台１１７同士の
取り付けスペースが必要となるため、比較的加工軸の軸
ピッチが小さいものを加工するのが難しかった。 ４）加工工具の主軸部Ｓ′または電動モータ部Ｍ′を交
換するときは、固定台１１７から加工工具を取り外すの
に時間と手間がかかる。等の問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記課題を
解決するためになされたものであって、被加工物に設計
変更が生じても対応が容易であり、回転工具の回転数の
変更できる範囲が大きく、かつ、加工工具の交換に時間
と手間がかからない簡易加工ユニットを提供することを
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項１に記載された発明の要旨とするところは、回
転工具を先端に装着する主軸の後端に回転駆動源との連
動機構を備えた主軸部と、前記主軸部の連動機構に噛合
するメインギアが取り付けられた回転軸を備え、電動モ
ータを内蔵した電動モータ部と、前記主軸部と前記電動
モータ部との間に配設し、前記主軸部と前記電動モータ
部とを連結・分離自在に結合するフランジ付ジョイント
部とから構成されることを特徴とするものである。フラ
ンジ付ジョイント部を設けることにより主軸部と電動モ
ータ部の連結・分離ができる。従って、不具合を生じた
時に、主軸部を交換するか電動モータ部を交換するかど
ちらかを交換するだけで対応ができる。また、設計変更
があっても対応が容易となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係る簡易加工ユニットに
ついて図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明
に係る簡易加工ユニットの正面縦断面図、図１（ｂ）
は、本発明に係る簡易加工ユニットの左側面図、図１
（ｃ）は、本発明に係る簡易加工ユニットの正面外形
図、また、図２（ａ）は、フランジを取り付けた簡易加
工ユニットを主軸部側から取り付け板に固定した場合の
固定方法を示す図、図２（ｂ）は、フランジを取り付け
た簡易加工ユニットを電動モータ部側から取り付け板に
固定した場合の固定方法を示す図、図２（ｃ）は、図２
（ｂ）の電動モータ部側にスペーサ（間座）を設けて簡
易加工ユニットを固定した場合の固定方法を示す図であ
る。また、図３は、本発明に係る簡易加工ユニットを送
り機構を有する取り付け板に複数個固定して被加工物を
加工する場合の実施例を示す図である。

【０００８】本発明に係る簡易加工ユニットは、図１
（ａ）に示すように、回転工具を先端に装着する主軸２
と、前記主軸２の後端に駆動源との連動機構とを備えた
主軸部Ｓと、この主軸部Ｓの連動機構に噛合するメイン
ギア８が取り付けられた回転軸を備え、電動モータを内
蔵した電動モータ部Ｍと、前記主軸部Ｓと前記電動モー
タ部Ｍとの間に配設され、両部を連結・分離自在に結合
するフランジ付ジョイント部Ｆとから主要部が構成され
る。

【０００９】主軸部Ｓは、主軸２と連動機構とから構成
される。主軸２は、略円柱形の軸である。主軸ケース１
内で主軸ケース１の軸方向にべアリング軸受２ａ，２ｂ
により回転自在に軸支されている。主軸２の一端は、回
転工具を装着するために主軸ケース１より突出してい
る。主軸２の他端には、クラスタギア４から駆動力を受
けるためのドリブンギア３が設けられている。前記連動
機構は、主軸ケース１の半径方向の約半分のスペースに
設置され、前記主軸２の他端の軸に設けられたドリブン
ギア３に電動モータ部Ｍからの駆動力を噛合して伝達す
るクラスタギア４と、前記クラスタギア４を設けたベア
リング軸受６で支持される軸の反対側に設けられるドラ
イブギア５とから形成される。

【００１０】また、主軸ケース１のドライブギア５側の
内側にはフランジ付ジョイント部Ｆの雄螺子部Ｏと螺着
させるための雌螺子部Ｎが設けられている。

【００１１】電動モータ部Ｍは、モータケース７の中で
ベアリング軸受９ａ，９ｂに回転自在に軸支されたモー
タシャフト９と、前記モータシャフト９を回転させるた
めの磁界を発生させる固定子１０と、前記モータシャフ
ト９に固定され磁界中で回転する回転子１１とから形成
される電動モータと、前記電動モータに電力を供給する
リード線１４の端子台１５を格納するターミナルホルダ
１３とから形成される。

【００１２】モータシャフト９は、略円柱形の軸であ
り、モータケース７内でモータケース７の軸方向にべア
リング軸受９ａ，９ｂにより回転自在に軸支されてい
る。モータシャフト９の一端は、主軸部Ｓのドライブギ
ア５と噛合して電動モータの駆動力を伝達するためのメ
インギア８が設けられており、メインギア８はモータケ
ース７より突出している。モータシャフト９の他端は、
ベアリングホルダ１２内に設けられたベアリング軸受９
ｂに支持されている。モータシャフト９の略中間部に
は、回転子１１が固設されており、その外側には、前記
モータシャフト９を回転させるための磁界を発生させる
固定子１０がモータケース７の内周に沿って設けられて
いる。

【００１３】ベアリングホルダ１２の右隣には、連設し
てターミナルホルダ１３が設けられており、電動モータ
に電力を供給するリード線１４の端子台１５を格納して
いる。

【００１４】モータケース７のメインギア８側の内側に
はフランジ付ジョイント部Ｆの雄螺子部Ｏ'と螺着させ
るための雌螺子部Ｎ'が設けられている。

【００１５】フランジ付ジョイント部Ｆは、簡易加工ユ
ニットの略中間に配置され、フランジ１６を挟んで両端
に、主軸部Ｓと電動モータ部Ｍとを連結させる雄螺子部
Ｏ，Ｏ'を設けている。前記雄螺子部Ｏ，Ｏ'は、それぞ
れ、前記主軸部Ｓの主軸ケース１の内側に設けられる雌
螺子部Ｎおよび前記電動モータ部Ｍのモータケース７の
内側に設けられる雌螺子部Ｎ'と螺着される。フランジ
１６の周囲には、複数の簡易加工ユニットを取り付け板
に固定するときに使用する複数の取り付け孔１８が設け
られている。

【００１６】以上の構成からなる本発明に係る簡易加工
ユニットの主軸部Ｓと電動モータ部Ｍをフランジ付ジョ
イント部Ｆで連結したときの動作について説明する。リ
ード線１４から電力を供給されると電動モータの固定子
１０が励磁され、モータシャフト９に固定された回転子
１１が回転する。回転する前記モータシャフト９の端部
に設けられたメインギア８は、メインギア８に噛合する
主軸部Ｓのドライブギア５に駆動力を伝達する。さら
に、ドライブギア５は、ドライブギア５の軸の反対側に
設けられたクラスタギア４に駆動力を伝達し、さらにク
ラスタギア４は、噛合するドリブンギア３に駆動力を伝
達する。（クラスタギア４は、ドリブンギア３の歯数に
対して回転工具に適した所定の回転数になるような歯数
を有するギアである。）。ドリブンギア３に伝えられた
駆動力は、以上に述べたような駆動力の伝達経路を経由
して、図示しない前記主軸２に装着された回転工具を回
転させることにより、被加工物を加工することができ
る。

【００１７】次に、本発明に係る簡易加工ユニットのフ
ランジの形状について図１（ｂ）を参照して説明する。
本発明に係る簡易加工ユニットのフランジには、簡易加
工ユニットを取り付け板に取り付けるための貫通孔が複
数個設けられる。これらの貫通孔は、通常は、取り付け
るボルトの径より大きい円形の孔とされるが、取り付け
る板に取り付けボルト用螺子孔を設けた場合は、取りつ
けボルトと螺合する螺子孔としても良い。通常、簡易加
工ユニットを１台で使用する場合は、フランジ形状は、
円板形のフランジであれば既製品を使用できるので安価
に製作できる。尚、図１（ｃ）に、本発明に係る簡易加
工ユニットの正面外形図を示す。

【００１８】次に、本発明に係る簡易加工ユニットのフ
ランジを取り付け板に固定する場合の固定方法を図２に
基づいて説明する。フランジを取り付けた簡易加工ユニ
ットを主軸部Ｓ側から取り付け板Ｐに固定した場合の固
定方法を図２（ａ）に示す。このように取り付けること
により、電動モータ部Ｍ側を取り付け板Ｐに取り付けた
まま主軸部Ｓ側で主軸部Ｓの種類を簡単に交換できる。
主軸部Ｓ側の主軸部Ｓを取り外した時の状態を２点鎖線
で示す。また、フランジを設けた簡易加工ユニットを電
動モータ部側から固定した場合の固定方法を示す図を図
２（ｂ）に示す。このように取り付けることにより、主
軸部Ｓ側を取り付け板Ｐに固定したまま、電動モータ部
Ｍ側の電動モータをモータケースごと簡単に交換でき
る。従って、電気容量の異なる電動モータや使用する回
転工具に適した回転数を有する電動モータへの交換が簡
単にできる。さらに、被加工物の加工面が同一平面にな
く凹凸がある場合は、図２（ｃ）に示すように、フラン
ジと取り付け板Ｐの間にスペーサ（間座）Ｒを設けるこ
とにより加工面と回転工具Ｄとの距離を調整することも
できる。図２（ｃ）では、電動モータＭ側にスペーサ
（間座）Ｒを設けているが主軸部Ｓ側にスペーサ（間
座）Ｒを設けてもよい。

【００１９】以上説明したように、フランジ付ジョイン
ト部Ｆを設けた簡易加工ユニットを取り付け板Ｐに固定
することにより、 １）簡易加工ユニットの主軸部Ｓと電動モータ部Ｍとが
フランジ付ジョイント部Ｆで連結・分離することができ
るようにしたので、被加工物に設計変更が生じても、主
軸部Ｓ側では回転工具の種類を変えたり、回転工具に適
した主軸の回転数にしたりすることができる。また、電
動モータ部Ｍ側では電動モータを回転工具に適した回転
数が得られる電動モータに交換することができる。 ２）穴開け、螺子立て等の複数の加工工程を連続して行
う時に加工工程の数だけ加工工具が必要であったが、簡
易加工ユニットの主軸部Ｓと電動モータ部Ｍをフランジ
付ジョイント部Ｆで連結・分離することができるように
したので、短時間で簡単に加工工具の交換ができ、加工
工程数よりも加工工具の数を少なくすることができるの
で省コストとなる。

【００２０】

【実施例】次に、本発明に係る簡易加工ユニットを、多
軸工作機械の多軸ヘッドのように取り付け板に複数個取
り付けて、大型の被加工物を加工するときの機械設備の
実施例について図３を参照して説明する。尚、電動モー
タ部の電動モータの能力及び主軸部の主軸に取り付ける
工具の回転数は、加工仕様にあわせて必要に応じ組み合
わせて使用した。実施例の設備は、基台１９に固定具２
０で固定された被加工物２１と、前記被加工物２１に対
向して受け台２４に垂直に設けられた多数の簡易加工ユ
ニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃを配置した取り付け板２
２と、前記取り付け板２２の長手方向の両端部の下に、
前記取り付け板２２の長手方向に対して垂直方向に平行
に設けられ、前記受け台２４をその上で前進・後退自在
に摺動させるレール２５，２５と、一端を前記受け台２
４の下部に螺合し、他端を位置決めするためのサーボモ
ータ２７に連結したスパイラルロッド２６と、前記スパ
イラルロッド２６を回転させるための駆動力を供給する
サーボモータ２７と、から構成される。

【００２１】以上の構成からなる本設備で被加工物を加
工するときの加工方法について説明する。 １）基台１９に固定具２０で被加工物２１を固定する。 ２）加工作業に適した回転工具を装着した複数個の簡易
加工ユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃを取り付け板２２
に取り付けて固定する。尚、被加工物の加工面が凸凹で
同一平面にない場合は、図２（ｃ）のように取り付け板
２２とフランジの間にスペーサ（間座）Ｒを設けること
により加工位置を調整できる。 ３）サーボモータ２７の電源ＯＮ。スパイラルロッド２
６を、サーボモータ２７側から被加工物２１を見て右に
回転させることにより、受け台２４がレール２５，２５
上を摺動し、被加工物２１に取り付け板２２が接近す
る。 ４）簡易加工ユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃの電源Ｏ
Ｎ。 ５）簡易加工ユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃに装着さ
れた回転工具が回転し、被加工物に対して同時に加工作
業を開始する。 ６）取り付け板２２が所定の位置まで前進し被加工物の
加工作業が終了したら、スパイラルロッド２６を、サー
ボモータ２７側から被加工物２１を見て左に回転させる
ことにより、受け台２４がレール２５，２５上を摺動
し、取り付け板２２が被加工物２１から後退する。 ７）簡易加工ユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃに装着し
た回転工具の先端が全て被加工物２１から離れたら簡易
加工ユニット２３ａ，２３ｂ，２３ｃの電源ＯＦＦ。 ８）サーボモータの電源ＯＦＦ。 ９）固定具２０を外して、被加工物２１を、基台１９か
ら取り外す。 以上に説明したように本設備を運転すればどんな形状の
被加工物でも簡単に加工することができる。

【００２２】このように本発明に係る簡易加工ユニット
を複数個取り付け板２２に取り付けて使用することによ
り、以下の効果が得られる。 １）被加工物に加工サイズの変更が生じても取り付け板
２２の再製作が不要となる。 ２）不具合を生じた時に、加工工具１台の交換だけで済
むので生産ラインへの影響を最小限に押さえることがで
きる。 ３）比較的小さな軸ピッチの穴（孔）加工にも対応でき
る多軸ヘッド式工作機械が提供できる。

【００２３】尚、本発明に係る簡易加工ユニットを複数
個備えた多軸工作機械は、実施例では、図３に示すよう
な横型多軸ボール盤を示しているが、被加工物を床に水
平に配置し、複数の簡易加工ユニットを垂直に立てて多
軸ヘッドに固定し、前記多軸ヘッドを上下に移動できる
ようにした縦型多軸ボール盤としても使用できるのはい
うまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上の構成と作用からなる本発明によれ
ば、 １）簡易加工ユニットの主軸部Ｓと電動モータ部Ｍとが
フランジ付ジョイント部Ｆで連結・分離することができ
るので、被加工物に設計変更が生じても、主軸部の種類
を変えたり、回転工具に適した主軸の回転数にしたりす
ることができる。また、電動モータ部Ｍ側では電動モー
タを回転工具に適した回転数が得られる電動モータに交
換することができる。 ２）穴開け、螺子立て等の複数の加工を連続して行う時
に加工作業の数だけ加工工具が必要であったが、簡易加
工ユニットの主軸部Ｓと電動モータ部Ｍがフランジ付ジ
ョイント部Ｆで連結・分離することができるので、短時
間で簡単に簡易加工ユニットの交換ができ、加工作業の
工程数よりも簡易加工ユニットの数が少なくできるので
省コストとなる。 ３）不具合を生じた時に、簡易加工ユニット１台の交換
だけで済むので生産ラインへの影響を最小限に押さえる
ことができる。 ４）複数の簡易加工ユニットを取り付け板に取り付けて
大型の被加工物を加工する場合に、 Ａ．各簡易加工ユニットの駆動源が独立している。 Ｂ．簡易加工ユニットのフランジの前面側または後面側
のいずれも取り付け板に固定できる構造である。 Ｃ．取り付け板とフランジとの間にスペーサ（間座）を
設けて軸の出代を調節することができる。 ことからあらゆる形状の被加工物に対応することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明に係る簡易加工ユニットの正面縦
断面図である。 （ｂ）本発明に係る簡易加工ユニットの左側面図であ
る。 （ｃ）本発明に係る簡易加工ユニットの正面外形図であ
る。

【図２】（ａ）フランジを取り付けた簡易加工ユニット
を主軸部側から取り付け板に固定した場合の固定方法を
示す図である。 （ｂ）フランジを取り付けた簡易加工ユニットを電動モ
ータ部側から取り付け板に固定した場合の固定方法を示
す図である。 （ｃ）図２（ｂ）の電動モータ部側にスペーサ（間座）
を設けて簡易加工ユニットを固定した場合の固定方法を
示す図である。

【図３】本発明に係る簡易加工ユニットを送り機構を有
する取り付け板に複数個固定して被加工物を加工する場
合の実施例を示す図である。

【図４】従来の簡易加工ユニットを複数個多軸ヘッドに
固定しているユニバーサルジョイント式（ギャングヘッ
ド）多軸ボール盤を示す図である。

【図５】（ａ）従来の加工工具の正面縦断面図である。 （ｂ）従来の加工工具の正面外形図である。

【図６】従来の加工工具を複数個固定台に固定して被加
工物を加工しているところを示す図である。

【符号の説明】

１ 主軸ケース ２ 主軸 ３ ドリブンギア ４ クラスタギア ５ ドライブギア ６ ベアリング軸受 ７ モータケース ８ メインギア ９ モータシャフト １０ 固定子 １１ 回転子 １２ ベアリングホルダ １３ ターミナルホルダ １４ リード線 １５ 端子台 １６ フランジ １８ 取り付け孔 １９ 基台 ２０ 固定具 ２１ 被加工物 ２２ 取り付け板 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ 簡易加工ユニット ２４ 受け台 ２５ レール ２６ スパイラルロッド ２７ サーボモータ Ｓ，Ｓ′ 主軸部 Ｆ フランジ付ジョイント部 Ｍ，Ｍ′ 電動モータ部 Ｒ スペーサ（間座） Ｐ 取り付け板 Ｄ 回転工具 Ｏ，Ｏ′ 雄螺子部 Ｎ，Ｎ′ 雌螺子部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 篤史 富山県魚津市本江2410番地 株式会社スギ ノマシン内 Ｆターム(参考） 3C036 JJ14 LL07

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転工具を先端に装着する主軸の後端に
   回転駆動源との連動機構を備えた主軸部と、 前記主軸部の連動機構に噛合するメインギアが取り付け
   られた回転軸を備え、電動モータを内蔵した電動モータ
   部と、 前記主軸部と前記電動モータ部との間に配設され、前記
   主軸部と前記電動モータ部とを連結・分離自在に結合す
   るフランジ付ジョイント部と、から構成されることを特
   徴とする簡易加工ユニット。