JP4411140B2 - 着脱式モータ - Google Patents

Description

本発明は、支持部材に回転可能に支持された被駆動回転軸に、回転子を同軸かつ切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータに関する。

被駆動回転軸に連結して回転力を与える駆動装置として、電動機４６１（以下、モータと言う）が使用されている。このモータ４６１は、電力を動力に変換する装置である。
図１３に、このモータ４６１の構成の一例を説明するための中心断面図を示す。

図示のように、モータ４６１は、筒形の固定子４６４と、この固定子４６４の内側空間に収容されつつ、その固定子４６４に設けられた一対の軸受４６８によって両端部を回転可能に２点支持された回転子４６３とを備えている。この回転子４６３の外周面には永久磁石４６７が設けられている一方、前記固定子４６４の内周面には、円周方向の所定角度おきに複数のコイル４６６が設けられている。そして、これらコイル４６６に、前記所定角度に応じた位相差を持たせながら交流電流を流すことによって、前記永久磁石４６７が、円周方向のコイル４６６に順番に磁気的に吸引されて、回転子４６３が回転するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、このようなモータ４６１を用いて、所定の支持部材４２７に軸支された被駆動回転軸４４１を回転させる場合には、軸継ぎ手等の中間要素４５１によってモータ４６１の回転子４６３を前記被駆動回転軸４４１に連結する。そして、一旦連結したら、修理や点検目的以外では、切り離さない前提で使用されている。
特開平８−１６３８４４号公報（第２頁−第４頁、図１）

しかしながら、場合によっては、モータ４６１を被駆動回転軸４４１に着脱（前述の「連結」及び「切り離し」のことを言う）可能な構成にした方が好ましいケースもあり得る。例えば、複数の被駆動回転軸４４１に亘って一つのモータ４６１を共用させる場合等である。そして、この着脱を前提とした場合には、そのモータ４６１の構成を、前述した構成よりも更にシンプルかつコンパクトにすることが可能であると考えられるが、現在市場に提供されているモータ４６１は、そのようになっていない。

本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、被駆動回転軸に、回転子を切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータであって、コンパクト化を図れ、また、その構成要素の少ないシンプルで廉価な着脱式モータを提供することを目的とする。

主たる発明は、軸受を介して支持部材に軸心回りに回転可能に支持された被駆動回転軸に、回転子を同軸かつ切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータであって、貫通孔が設けられたケーシングと、前記貫通孔の一端側に設けられた軸受と、前記軸受を介して前記ケーシングに回転可能に支持され、前記貫通孔内に設けられた回転子と、前記貫通孔の内周面に、前記一端側とは反対の他端側の縁までに亘って設けられたコイルと、前記回転子の外周部分に、前記貫通孔の前記他端側の縁までに亘って当該貫通孔の内周面に対向して設けられた永久磁石と、を備え、前記回転子の軸心方向の前記他端側の端部には、前記被駆動回転軸の端部に形成された凸部と係合して、該被駆動回転軸に前記回転力を伝達するための凹部が、直接形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、被駆動回転軸に、回転子を切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータであって、コンパクト化を図れ、また、その構成要素の少ないシンプルで廉価な着脱式モータを提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
なお、本明細書及び図面には、少なくとも次の発明が記載されている。
第１に示す発明は、軸受を介して支持部材に軸心回りに回転可能に支持された被駆動回転軸に、回転子を同軸かつ切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータであって、前記回転子の軸心方向の端部には、前記被駆動回転軸の端部に形成された凸部と係合して、該被駆動回転軸に前記回転力を伝達するための凹部が、直接形成されていることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、回転子の端部には、凸部ではなくて凹部が形成されている。従って、前記軸心方向に関する着脱式モータの全長の短縮化を図れる結果、その着脱式モータを全体としてコンパクトにすることができる。
また、前記凹部は、前記回転子の端部に直接形成されているので、被駆動回転軸の凸部に連結するための軸継ぎ手等の中間要素を備えずに済む。従って、そのモータの構成をシンプルにできるとともに、その製造コストも廉価になる。また、前記中間要素による捩れ等の影響を排除することができて、当該着脱式モータは、被駆動回転軸への回転力の伝達精度に優れたものとなる。
第２に示す発明は、第１に記載の着脱式モータにおいて、前記凸部と前記凹部との係合は、前記凸部と前記凹部との前記軸心方向の相対移動を許容しつつ、前記軸心回りの相対回転を規制するスプライン嵌合であることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、前記凸部と前記凹部とを、前記軸心方向に相対移動させるだけで、これらを係合させたり当該係合を解除させたりすることができる。よって、回転子と被駆動回転軸との連結及び切り離しを簡単かつ確実に行うことができる。
また、係合時には、前記スプライン嵌合によって、前記軸心回りの相対回転は確実に規制されるため、回転子の回転力を被駆動回転軸へ確実に伝達可能となる。
第３に示す発明は、第１又は２に記載の着脱式モータにおいて、前記凹部が形成された前記端部の外周部分には、第１磁性体が設けられているとともに、該第１磁性体と対向する固定子の部分には、前記第１磁性体と協同して前記回転力を発生するための第２磁性体が設けられていることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、前記凹部は、第１磁性体で囲まれた前記端部の内側部分に形成されていることになる。よって、第１磁性体で囲まれた前記内側部分を、連結部材として有効利用できる結果、着脱式モータの軸心方向の寸法のコンパクト化が図れる。
第４に示す発明は、第３に記載の着脱式モータにおいて、前記固定子は、前記回転子を収容するための前記軸心方向に沿った孔を有し、該孔の内周面に前記第２磁性体が配置されており、前記回転子の両端部は、前記孔の端部近傍における前記孔から突出しない位置に位置していることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、回転子の端部は、前記孔の端部近傍における前記孔から突出しない位置に位置している。従って、第１磁性体と第２磁性体とが対向する範囲を、前記軸心方向に関して十分広く確保できて、もって、その外形寸法がコンパクトな割には大きな回転力を出力するモータを構成可能となる。
第５に示す発明は、軸受を介して支持部材に軸心回りに回転可能に支持された被駆動回転軸に、回転子を同軸かつ切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータであって、切り離し状態の前記回転子は、前記モータの固定子に設けられた唯一の軸受によって片持ち支持され、連結状態の前記回転子は、前記唯一の軸受に加えて、前記被駆動回転軸を介して前記支持部材の軸受に支持されて２点支持状態になることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、連結状態の回転子は、前記被駆動回転軸を介して前記支持部材の軸受にも支持される。従って、モータ自身が備える軸受の数を一つに減らしても、連結状態においては、その回転子は２点支持されることとなって、当該回転子は安定して駆動回転することができる。
すなわち、回転子の回転状態の安定性を何等損ねずに、着脱式モータ自体が備える軸受の数を一つに減らすことができて、そのモータの構成をシンプルにできるとともに、その製造コストも廉価になる。
第６に示す発明は、第５に記載の着脱式モータにおいて、前記唯一の軸受は、前記回転子の両端部のうちの、連結される方の端部とは逆側の端部を支持していることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、２点支持状態を作り出す二つの軸受の間に回転子が位置することになって、当該回転子は完全に両持ち支持されるため、その回転状態を更に安定化させることができる。
第７に示す発明は、第５又は６に記載の着脱式モータにおいて、前記唯一の軸受は、玉軸受であることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、前記唯一の軸受は、廉価な玉軸受であるので、着脱式モータの製造コストを更に低く抑えることができる。
また、玉軸受であるために、切り離し状態たる片持ち支持状態における回転子の端部は、前記玉軸受を支点として揺動することができる。従って、前記凸部と前記凹部とが係合する際に、互いに位置ずれしている場合でも、前記凸部に前記凹部が倣うように前記端部は揺動できて、もって、係合し損なう可能性を低く抑えることができる。
第８に示す発明は、第５乃至７のいずれかに記載の着脱式モータにおいて、前記固定子は、前記回転子を収容するための前記軸心方向に沿った孔を有し、該孔の内周面には、前記回転子の外周面に設けられた第１磁性体と協同して前記回転力を発生するための第２磁性体が配置され、前記回転子の端部は、前記孔の端部近傍における前記孔から突出しない位置に位置していることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、回転子の端部は、前記孔の端部近傍における前記孔から突出しない位置に位置している。従って、第１磁性体と第２磁性体とが対向する範囲を、前記軸心方向に関して十分広く確保できて、もって、外形寸法がコンパクトな割には大きなトルクを発生するモータを構成可能となる。
第９に示す発明は、第８に記載の着脱式モータにおいて、前記回転子の回転を検出するためのセンサが、前記軸心方向における前記唯一の軸受と前記第２磁性体との間に設けられていることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、前記センサは、前記回転子の軸受と前記第２磁性体との間に設けられており、軸受の近傍に位置している。従って、前記回転子の回転を安定して検出することができる。
第１０に示す発明は、第３、４、８、及び９のいずれかに記載の着脱式モータにおいて、前記第１磁性体及び第２磁性体のうちの一方は、電流が流れるコイル又は永久磁石であり、他方は、電流が流れるコイルであることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、前記他方の磁性体たるコイルに電流を流すと、前記一方の磁性体には電磁力による回転力が発生し、これによって回転子は回転する。従って、電流を投入することによって被回転駆動軸を回転させることができる。
第１１に示す発明は、第３、４、５乃至１０のいずれかに記載の着脱式モータにおいて、前記固定子と前記支持部材には、前記回転子と前記被駆動回転軸との連結状態において係合して、互いの相対回転を規制するための係合凸部と係合凹部とが形成されていることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、前記連結状態においては、前記係合凸部と係合凹部との係合によって、前記モータの固定子は、前記支持部材に回転不能に連結される。従って、回転子の回転に伴って、その回転反力が前記固定子に作用しても、当該固定子は動くこと無く前記回転反力に有効に対抗可能である。従って、前記回転子は、所期の回転力を被駆動回転軸へと確実かつ安定的に伝達可能となる。
第１２に示す発明は、第１乃至１１のいずれかに記載の着脱式モータにおいて、前記回転子と前記支持部材との連結及び切り離しは、前記軸心方向に設定された待機位置と連結位置との間を往復移動可能な挟持アームが前記モータを挟むことによってなされ、前記固定子の一対の外側面には、前記挟持アームが挟むための溝部が、前記軸心方向と交差する方向に沿って刻設されていることを特徴とする。
このような着脱式モータによれば、溝部は、前記軸心方向と交差する方向に沿って刻設されている。従って、挟持アームは、前記モータを挟持して軸心方向に往復移動する際にも、前記溝部に有効に係合し、これによって、着脱式モータへ前記連結及び切り離しのための外力を確実に与えることができる。その結果、前記連結及び切り離し動作の確実性を高めることが可能となる。

＝＝＝第１実施形態＝＝＝
図１及び図２は、本発明に係る第１実施形態の着脱式モータ６１を説明するための縦断面図であり、図１は、着脱式モータ６１の回転子６３を被駆動回転軸４１から切り離した状態を示し、また図２は連結した状態を示している。なお、回転子６３の一部及び被駆動回転軸４１は側面視で示している。

この着脱式モータ６１は、軸心Ｃ４１回りに回転可能に支持された適宜な被駆動回転軸４１に対して、前記着脱式モータ６１の回転子６３を同軸かつ切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸４１に回転力を与えるものである。

すなわち、回転子６３の軸心Ｃ６３方向の端部には、前記被駆動回転軸４１の端部に形成された凸部４１ａと係合して、該被駆動回転軸４１に回転力を伝達するための凹部６３ａが形成されている。そして、被駆動回転軸４１を回転させる場合には、回転子６３の凹部６３ａを被駆動回転軸４１の凸部４１ａに係合させて回転子６３を被駆動回転軸４１に連結する一方、回転させない場合には、前記凸部４１ａと前記凹部６３ａとの係合を解いて被駆動回転軸４１から回転子６３を切り離す。

＜＜＜被駆動回転軸４１＞＞＞
図１に示す被駆動回転軸４１は、その軸心Ｃ４１方向を鉛直方向の上下に向けた状態で、支持部材としてのハウジング２７に玉軸受４３を介して軸心回りに回転可能に支持されている。なお、玉軸受４３は、被駆動回転軸４１の両端部を支持すべく、ハウジング２７の上部と下部とに一対設けられている（例えば、図９を参照）。また、図１に示す被駆動回転軸４１の上端部には、前記凸部４１ａが形成されているが、これについては後述する。

＜＜＜着脱式モータ６１＞＞＞
本第１実施形態の着脱式モータ６１は、鉛直方向に沿った貫通孔６４ａを有する固定子としてのケーシング６４と、前記貫通孔６４ａに軸心Ｃ６３方向を揃えて収容されて軸心Ｃ６３回りに回転可能に支持された回転子６３と、この回転子６３の回転角度等を非接触で検出するためのセンサとしてのロータリエンコーダ６５と、を備えた所謂交流（ＡＣ）サーボモータである。

すなわち、ケーシング６４の貫通孔６４ａの内周面には、円周方向に沿って、所定角度おきに、複数のコイル６６（導線を所定回数だけ巻回したもの）が設けられており、また、回転子６３の外周部分には、Ｎ極及びＳ極の永久磁石６７が、前記軸心Ｃ６３に関して線対称の位置に配置されている。そして、付属の電源テーブル６２を介して、これらコイル６６に、前記所定角度に応じた位相差を持たせながら交流電流を流すことによって、前記永久磁石６７が、各コイル６６に順番に磁気的に吸引及び反発されて、回転子６３が一定方向に回転するようになっている。

（１）ケーシング６４
ケーシング６４は、略直方体形状である。そして、前記貫通孔６４ａの上端部に玉軸受６８が設けられており、これによって前記回転子６３を軸心Ｃ６３回りの回転可能に支持している。また、この玉軸受６８の直下には、前記ロータリーエンコーダ６５が設けられており、更に、このロータリーエンコーダ６５の下から前記貫通孔６４ａの略下端縁までに亘っては、前述のコイル６６が配置されている。

なお、ロータリーエンコーダ６５は周知構成のものである。すなわち、回転子６３側に固定される円板部材（不図示）と、この円板部材を上下に挟むようにケーシング６４側に固定される発光素子（不図示）及び受光素子（不図示）とから構成され、円板部材の円周方向に沿って形成された多数のスリットを通過する光を前記受光素子が検出することによって回転子６３の回転角度や回転速度を検出する。そして、ここでは、当該ロータリーエンコーダ６５は、前記回転角度等を安定して検出すべく、前記玉軸受６８の直下に配置されている。

また、ケーシング６４の互いに対向する一対の外側面には、水平方向に沿って溝部６４ｃが刻設されている。この溝部６４ｃは、後記モータ着脱装置７１によって着脱式モータ６１を被駆動回転軸４１に着脱する際に供するものであり、これについては後述する。

（２）回転子６３
回転子６３は略円柱形状であり、その上下端部は、それぞれに、前記貫通孔６４ａの上下端縁の近傍において当該端縁から突出しない位置に位置している。従って、この回転子６３の外周部分に配される永久磁石６７を、前記コイル６６が配置される貫通孔６４ａの下端縁までに亘って対向配置させることが可能である。その結果、前記コイル６６と前記永久磁石６７とが対向する範囲を、前記軸心Ｃ６３方向に関して十分広く確保することができて、もって、当該着脱式モータ６１は、その外形寸法がコンパクトな割には大きな回転力を出力可能となっている。

この回転子６３の下端部が、前記被駆動回転軸４１の上端部に、互いの回転中心を揃えながら連結される。この連結構造は、所謂スプライン嵌合であり、回転子６３には、その軸心Ｃ６３と回転中心を揃えて前記凹部６３ａが直接形成され、また、被駆動回転軸４１には、その軸心Ｃ４１と回転中心を揃えて前記凸部４１ａが形成されている。そして、前記着脱式モータ６１が、その下方に位置する被駆動回転軸４１に対して下降していき、そのハウジング２７上面に載置される過程において、前記回転子６３の凹部６３ａが、前記被駆動回転軸４１の凸部４１ａを嵌入することによって連結される。

なお、この連結する際に、前記凹部６３ａが前記凸部４１ａに対して多少位置ずれしている場合でも、本第１実施形態の構成によれば速やか嵌入可能である。なぜなら、回転子６３は玉軸受６８によって上端部を支持されているために、その下端部は、玉軸受６８を支点としてある程度揺動可能であるからである。すなわち、連結する際には、前記凹部６３ａが前記凸部４１ａに倣うように回転子６３の下端部は揺動する。

また、図２に示す連結状態においては、前記スプライン嵌合によって、回転子６３と被駆動回転軸４１との軸心回りの互いの相対回転は確実に規制され、もって、回転子６３の回転力を被駆動回転軸４１へ確実に伝達可能となる。ちなみに、この第１実施形態に適用したスプライン嵌合の種類は、いわゆる角スプライン嵌合であり、前記凹部６３ａ及び前記凸部４１ａの水平断面形状は、共に矩形形状になっている。

この連結状態において着脱式モータ６１の回転子６３が駆動回転する際には、着脱式モータ６１のケーシング６４は、前記回転方向と逆向きの回転反力を受ける。そして、この回転反力に対抗できずにケーシング６４が動いてしまうと、前記回転子６３の回転動作精度は悪くなる。このため、この第１実施形態では、当該連結状態において、ケーシング６４とハウジング２７とを回転不能に連結するようにしている。この連結構造は、図１に示すように、ケーシング６４の下端面から突設された複数の回り止めピン（係合凸部）６４ｂと、これら回り止めピン６４ｂに対応させて前記ハウジング２７の上端面に形成されたピン孔（係合凹部）２７ｂとから構成される。そして、これらが係合することによってハウジング２７に連結されたケーシング６４は、前記回転反力に有効に対抗可能となる。

ところで、本第１実施形態において、回転子６３の下端部に凸部ではなく凹部６３ａを直接形成したのは、次の理由からである。この下端部の外周部分には、前述したように永久磁石６７が設けられているが、その内側部分には、なにも設けられていない。そこで、この内側部分に凹部６３ａを直接形成すれば連結部材として有効に機能させることができて、着脱式モータ６１の軸心Ｃ６３方向寸法の短縮化を図れるためである。なお、前記凹部６３ａを下端部に直接形成しているので、被駆動回転軸４１の凸部４１ａに連結するための軸継ぎ手等の中間要素を備えずに済み、その構成をシンプルにできて製造コストが廉価になるという効果も奏する。更には、前記中間要素による捩れ等の影響を排除することができて、被駆動回転軸４１への回転力の伝達精度が良好になるという効果もある。

また、回転子６３を支持する前記玉軸受６８は、通常であれば、前記貫通孔６４ａの上下端部にそれぞれ設けられるべきところ、本第１実施形態では、貫通孔６４ａの上端部にのみに設けられ、下端部には設けられていない。

このため、図１に示す切り離し状態の着脱式モータ６１においては、その回転子６３は片持ち支持となり、安定して回転することはできない。但し、図２に示すように被駆動回転軸４１に連結されれば、前記被駆動回転軸４１の上端部を支持する玉軸受４３にも支持されることになる結果、回転子６３は２点支持状態となって、安定して回転することができる。すなわち、本第１実施形態では、連結状態において被駆動回転軸４１の玉軸受４３を回転子６３の支持に利用することによって、自身が備える玉軸受６８を一つに削減しているのである。その結果、連結状態における回転子６３の回転の安定性を何等損ねずに、着脱式モータ６１が備える玉軸受６８の数を一つに減らしており、もってそのモータの構成をシンプルにし、その製造コストも廉価になっている。

また、玉軸受６８を、貫通孔６４ａの下端部ではなく上端部に設けた理由は、連結状態においては、回転子６３の下方には前記被駆動回転軸４１の玉軸受４３が存在しており、もって、回転子６３は、この玉軸受４３と前記玉軸受６８との間で完全な両持ち状態に支持されるからである。そして、このように両持ち支持されれば、回転子６３の回転状態を更に安定化させることができる。

＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第１実施形態に係る着脱式モータ６１は、回転子６３に永久磁石６７が設けられた所謂同期形（ＳＭ形）のＡＣサーボモータであったが、本第２実施形態に係る着脱式モータ１６１は、回転子６３にコイルが設けられた所謂インダクション形（ＩＭ形）のＡＣサーボモータである点で相違する。

図３に、本第２実施形態に係る着脱式モータ１６１の縦断面図を示す。なお、図中では、回転子６３の一部及び被駆動回転軸４１は側面視で示している。また、第１実施形態に係る着脱式モータ６１と同じ部分については同じ符号を付して示し、その説明は省略する。

この第２実施形態に係る回転子６３の外周部分には、円周方向に沿って複数のコイル１６７が配置されている。なお、各コイル１６７は、それぞれに、所定回数だけ巻回した導線の両端を無端状に繋いでなる閉じたコイルである。そして、前述の第１実施形態と同様に固定子たるケーシング６４の各コイル６６に所定の位相差を持たせながら交流電流を流すと、この交流電流による電磁誘導によって前記回転子６３のコイル１６７には誘導電流が流れる。すると、この誘導電流によって生じる磁界によって前記回転子６３のコイル１６７は、前記ハウジング６４の各コイル６６に、順番に磁気的に吸引及び反発され、これによって回転子６３が一定方向に回転するようになっている。

＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第１実施形態に係る着脱式モータ６１は、交流電流によって駆動する交流モータであったが、本第３実施形態に係る着脱式モータ２６１は、直流電流によって駆動する直流（ＤＣ）モータである点で相違する。

図４に、本第３実施形態に係る着脱式モータ２６１の縦断面図を示す。なお、図中では、回転子６３の一部及び被駆動回転軸４１は側面視で示している。また、第１実施形態に係る着脱式モータ６１と同じ部分については同じ符号を付して示し、その説明は省略する。

この第３実施形態に係る固定子たるケーシング６４の内周面６４ａには、前記コイル６６の代わりに、Ｎ極及びＳ極の永久磁石２６６が、前記軸心Ｃ６３に関して線対称の位置に配置されている。

一方、回転子６３の前記凹部６３ａを除く外周部分には、導線を所定回数だけ巻回してなるコイル２６７が設けられており、この導線の両端は整流子２６９ａに接続されている。この整流子２６９ａは、これと接触するブラシ２６９ｂとによって、電源ケーブル６２からブラシ２６９ｂに投入される直流電流を交番電流に変換して前記コイル２６７に流すものであり、コイル２６７とロータリーエンコーダ２６５との間に配置されている。そして、前記コイル２６７に交番電流が流れると、この交番電流によって生じる交番磁界によって前記回転子６３のコイル１６７は、前記Ｎ極及びＳ極の永久磁石２６６に、順番に磁気的に吸引及び反発され、これによって回転子６３が一定方向に回転するようになっている。

＝＝＝本発明に係る着脱式モータの工作機械１への適用例＝＝＝
＜＜＜工作機械１の概要＞＞＞
図５は、第１実施形態の着脱式モータ６１を適用した工作機械１の斜視図である。また、図６は、工作機械１における加工エリアＡ１から分岐ポイントＰ１にかけてを示す上面図である。図７は、参考例の工作機械３０１の斜視図である。なお、説明の便宜上、図１の右上に示すように、互いに直行する３方向のうちの水平方向の左右をＸ方向とし、鉛直方向の上下をＹ方向とし、水平方向の前後をＺ方向と定義する。

図５に示すように、この工作機械１は、工具Ｔを用いてワークＷを加工するための加工エリアＡ１と、ワークＷを保持した複数の回転テーブル装置２１を、所定の搬送軌道Ｔｒに沿って搬送する回転テーブル搬送機構８１とを備えている。そして、前記搬送軌道Ｔｒ上に設定された加工エリアＡ１への分岐ポイントＰ１を介して、未加工のワークＷを保持した回転テーブル装置２１が加工エリアＡ１へ搬入される一方、同加工エリアＡ１での加工後には、前記分岐ポイントＰ１を介して、前記回転テーブル装置２１は、加工済のワークＷを保持した状態で搬送軌道Ｔｒへ搬出されるようになっている。

詳細には後述するが、前記回転テーブル装置２１は、ワークＷを回転可能に保持するテーブル２３を有しており、加工エリアＡ１での加工中若しくは加工の合間に、前記テーブル２３を回転させることで、適宜ワークＷを回転させる。そして、このテーブル２３を回転させるための駆動源として、前述の着脱式モータ６１が適用されている。

すなわち、前記加工エリアＡ１には、着脱式モータ６１が回転テーブル装置２１に着脱可能に配置されており、加工エリアＡ１からの搬出時には、当該着脱式モータ６１は回転テーブル装置２１から切り離され、搬入時には連結されるようになっている。

なお、ここで、着脱式モータ６１を適用している理由は、次のとおりである。図７に示す参考例の工作機械３０１のように、回転テーブル装置３２１毎にモータ３６１を備えていると、回転テーブル装置３２１の搬送中に着脱式モータ３６１の電源ケーブル３６２が絡まってしまう。これに対して、図５に示す着脱式モータ６１を適用すれば、加工エリアＡ１に回転テーブル装置２１が搬入されたら当該着脱式モータ６１を連結し、搬出時には切り離すことができる。そして、モータ６１が外された状態で回転テーブル装置２１を搬送可能となる結果、電源ケーブル６２の絡まりを未然に防ぐことができるためである。

以下、工作機械１の構成要素について詳細に説明する。

＜＜＜加工エリアＡ１＞＞＞
図５に示すように、加工エリアＡ１のＺ方向の後ろ隣りには、横形マシニングセンタ１１が配置されている。この横形マシニングセンタ１１は、Ｚ方向の前後に移動可能なコラム１２と、このコラム１２に設けられてＹ方向の上下に移動可能な主軸頭１３とを有しており、この主軸頭１３の水平な主軸１４には、前記工具Ｔが保持されている。そして、加工エリアＡ１内に搬入されてＸ方向の左右に移動可能な回転テーブル装置２１に対して、工具ＴをＺ方向及びＹ方向に移動させることによって、前記回転テーブル装置２１が保持するワークＷに対して各種の加工を施すようになっている。なお、加工エリアＡ１内における回転テーブル装置２１のＸ方向の移動は、加工エリアＡ１の基台１７上面に、Ｘ方向に沿って配置されたスライドガイド１８によって達成されている。

この横形マシニングセンタ１１のＸ方向の左隣りには、前記工具Ｔを多種類に亘って収納する工具マガジン１５が配置されており、更には、この工具マガジン１５と横形マシニングセンタ１１との間には、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１６が配置されている。そして、このＡＴＣ１６によって、主軸１４の使用済み工具が、前記工具マガジン１５から取り出された次に使用予定の工具（不図示）に交換される。

また、前記加工エリアＡ１内におけるＸ方向の左端には、前述の着脱式モータ６１及びモータ着脱装置７１が配置されている。

＜＜＜回転テーブル搬送機構８１＞＞＞
回転テーブル搬送機構８１は、前記加工エリアＡ１のＸ方向の右隣りに配置されており、その搬送軌道Ｔｒとして、Ｘ方向に長い環状の循環軌道Ｔｒを有している。この循環軌道Ｔｒは、床面Ｆ上の基台８２に環状に敷設されたレール８３と、このレール８３に案内支持されて移動する複数の移動台８４とによって達成されている。そして、各移動台８４には、回転テーブル装置２１を備えたパレット８５が載置されており、前記移動台８４がレール８３に沿って移動することによって、回転テーブル装置２１がパレット８５ごと搬送されるようになっている。

なお、各移動台８４の上面には、分岐ポイントＰ１でＸ方向に沿うスライドガイド８６が固定され、また、パレット８５には、前記スライドガイド８６にスライド移動可能に係合するスライドブロック（不図示）が固定されており、これによって、前記パレット８５は、移動台８４上を、分岐ポイントＰ１でＸ方向に移動可能に案内支持されている。また、前記循環軌道Ｔｒの左端には、前記分岐ポイントＰ１が設定されており、前記分岐ポイントＰ１に移動台８４が停止した際には、その移動台８４のスライドガイド８６は、前記加工エリアＡ１の基台１７上面のスライドガイド１８に対して、高さ方向（Ｙ方向）及びＺ方向の位置に関して揃うようになっている。従って、この分岐ポイントＰ１に位置するパレット８５は、加工エリアＡ１のスライドガイド１８へと乗り移り可能であり、これによって、循環軌道Ｔｒの回転テーブル装置２１は前記加工エリアＡ１へ搬入される。また、当然ながら、加工エリアＡ１にあるパレット８５も、分岐ポイントＰ１に停止している移動台８４のスライドガイド８６へは乗り移り可能であり、これによって、加工エリアＡ１の回転テーブル装置２１は、循環軌道Ｔｒへ搬出される。

ところで、図５に示すように、前記循環軌道Ｔｒにおける前記回転テーブル装置２１は、ワークＷを前記循環軌道Ｔｒの内側に向けた状態で搬送されるようになっている。従って、前記循環軌道Ｔｒに囲まれた内側の空きスペースを、例えば、回転テーブル装置２１にワークＷを保持させるための作業エリアＡ２として活用することができる。

また、図６に示すように、前記分岐ポイントＰ１では、循環軌道Ｔｒの左側に位置する前記加工エリアＡ１に、前記ワークＷが前記内側を向いた状態、すなわち右側を向いた状態で搬入され、更に、この加工エリアＡ１における左端に、前記着脱式モータ６１及びモータ着脱装置７１が配置されている。従って、これら回転テーブル装置２１、モータ６１、及びモータ着脱装置７１が、ワークＷよりも加工エリアＡ１の左端側に位置することとなり、もって、これら装置２１，６１，７１が、ワークＷの右側のマシニングセンタ１１による加工作業の邪魔になることは一切ない。

＜＜＜回転テーブル装置２１＞＞＞
図８乃至図１１に、回転テーブル装置２１の説明図を示す。図８は、着脱式モータ６１を連結した状態の回転テーブル装置２１の斜視図であり、図９は、その中心縦断面図、図１０は図９中のX-X線矢視の断面図である。また、図１１は、着脱式モータ６１を切り離した状態の回転テーブル装置２１の中心縦断面図である。なお、図９及び図１１では、回転子６３の一部及び入力軸４１等を側面視で示している。

この回転テーブル装置２１は、ワークＷを保持しつつ回転可能な略円柱形状のテーブル２３と、このテーブル２３を回転させるための回転力が入力される入力軸４１と、これらテーブル２３及び入力軸４１を回転可能に支持するハウジング２７とを備えている。そして、前記入力軸４１に、前記加工エリアＡ１の着脱式モータ６１が連結されて回転力が入力されると、前記テーブル２３がその軸心Ｃ２３回りに回転するようになっている。なお、ここで、入力軸４１が前記被駆動回転軸に相当し、ハウジング２７が前記支持部材に該当する。

詳細には、図１０に示すように、前記テーブル２３は、その軸心Ｃ２３を水平方向に向けた状態で、クロスローラ軸受２９を介してハウジング２７に支持されている。このテーブル２３の外周面には、その周方向に沿って等間隔に、複数のカムフォロア３１が設けられている。また、テーブル２３の盤面２３ａには、ワークＷを保持するためのチャック３３が設けられている。

一方、図９に示すように、入力軸４１は、その軸心Ｃ４１を鉛直方向の上下に向けながら、上下一対の玉軸受４３によってハウジング２７に回転自在に支持されている。この入力軸４１の上端部には、前記着脱式モータ６１の回転子６３が連結される。

また、この入力軸４１の外周面には、前記カムフォロア３１と係合するグロボイダルカム４５が形成されている。すなわち、前記外周面には螺旋状にリブ４５ａが形成されており、前記カムフォロア３１は、このリブ４５ａに噛み合っている。そして、このリブ４５ａの形成位置は、入力軸４１の周方向に沿って軸心方向の上下に変位するようになっているため、前記モータ６１によって入力軸４１が駆動回転されると、グロボイダルカム４５の回転に伴って、このリブ４５ａと噛み合うカムフォロア３１が、順次、テーブル２３の周方向に移っていき、これによって、テーブル２３が前記水平な軸心Ｃ２３回りに回転するようになっている。

＜＜＜着脱式モータ６１及びモータ着脱装置７１＞＞＞
着脱式モータ６１は、図５に示す加工エリアＡ１に配置されている。そして、この着脱式モータ６１は、図５及び図９のように加工エリアＡ１に搬入された回転テーブル装置２１に対して連結されて駆動源として機能する一方、ワークＷの加工が終了して回転テーブル装置２１が前記加工エリアＡ１から搬出される際には、図１１のように回転テーブル装置２１から切り離される。従って、図５に示すように、回転テーブル装置２１が、加工エリアＡ１以外の任意の場所に在る時には、当該回転テーブル装置２１は前記モータ６１を備えておらず、これによって、この回転テーブル装置２１の搬送時に、モータ６１付属の電源ケーブル６２が絡まってしまうことを未然に防止することができる。

図１１に示すように、この着脱式モータ６１は、前述した第１実施形態と同じ構成であり、固定子としてのケーシング６４と、このケーシング６４に回転可能に軸支される回転子６３とを備えている。そして、付属の電源ケーブル６２から交流電流が投入されると、前記回転子６３が軸心Ｃ６３回りに回転する。

この回転子６３の軸心Ｃ６３は、鉛直方向を向いており、もって、この回転子６３の下端部が、前記回転テーブル装置２１の入力軸４１の上端部に、互いの回転中心を揃えながら連結される。

この連結構造は、前述したスプライン嵌合であり、着脱式モータ６１の回転子６３に、その軸心Ｃ６３と回転中心を揃えて凹部６３ａが形成され、回転テーブル装置２１の入力軸４１には、その軸心Ｃ４１と回転中心を揃えて凸部４１ａが形成されている。そして、前記着脱式モータ６１が、その下方に位置する回転テーブル装置２１に対して下降していき、そのハウジング２７上面に載置される過程において、前記回転子６３の凹部６３ａが、前記入力軸４１の凸部４１ａを嵌入することによって連結される。ちなみに、前記凸部４１ａの周縁部４１ｂには、面取りが施されているため、前記嵌入時に、互いの軸心の位置及び回転角度が多少ずれていても、これらのずれを許容して、速やかに凸部４１ａは凹部６３ａ内に案内される。

また、この連結される際には、ケーシング６４の下端面の回り止めピン６４ａと、ハウジング２７の上端面のピン孔２７ａとが係合する。よって、ケーシング６４はハウジング２７に回転不能に連結されて、もって、着脱式モータ６１の回転子６３が駆動回転する際に、前記ケーシング６４に作用する回転反力に、有効に対抗可能となる。

この着脱式モータ６１の回転テーブル装置２１への着脱は、前記加工エリアＡ１に配置されたモータ着脱装置７１によって行われる。図１２に、このモータ着脱装置７１によって回転テーブル装置２１と着脱式モータ６１とが連結される様子を示す。

このモータ着脱装置７１は、加工エリアＡ１に固定された本体７２と、この本体７２にリニアガイド７３を介して、前記嵌入方向に揃えて上下昇降可能に案内支持された挟持部７４とを備えている。そして、挟持部７４のＸ方向の先端には、開閉駆動するＵ字状のアーム７４ａが設けられており、このアーム７４ａの内側に着脱式モータ６１を位置させて開閉することによって、前記着脱式モータ６１を挟んだり放したりする。

なお、ここで、ケーシング６４の互いに対向する一対の外側面には、前記アーム７４ａが挟むための溝部６４ｃが、前記上下方向と交差する水平方向に沿って刻設されている。そして、着脱式モータ６１を挟持したアーム７４ａは、前記溝部６４ｃに係合するようになっている。従って、その挟持状態でアーム７４ａを上下昇降した際に、着脱式モータ６１がアーム７４ａから脱落してしまうことなく、着脱式モータ６１へ前記連結及び切り離しのための外力を確実に伝えることができて、もって、当該連結及び切り離し動作を確実に実行可能となる。

ちなみに、前記挟持部７４を昇降する駆動機構としては、例えば、モータ７６を備えた送りねじ機構等が適用可能である。すなわち、前記モータ着脱装置７１の本体７２には、上下方向に軸心を揃えた雄ねじ７７が回転自在に軸支され、また、前記挟持部７４には雌ねじ（不図示）が固定され、当該雌ねじは、前記雄ねじ７７に螺合している。よって、前記モータ７６の回転によって雄ねじ７７が回転すると、この雄ねじ７７に螺合する雌ねじが、前記軸心方向たる上下方向に移動し、これによって、挟持部７４に昇降動作を行わせることができる。

そして、このようなモータ着脱装置７１によれば、次のようにして、モータ６１の着脱が行われる。

先ず、図６に示すように、加工エリアＡ１に搬入された回転テーブル装置２１は、パレット８５の自走によって、Ｘ方向の左端に設定されたモータ着脱位置Ｓ１まで移動する。すると、このモータ着脱位置Ｓ１に配置されている前記モータ着脱装置７１は、モータ６１を挟持した挟持部７４を上方の待機位置から下降させて、図１２に示すように回転テーブル装置２１のハウジング２７上面に前記モータ６１を載置させ、この載置状態で停止する。なお、この下降過程には、図９に示すように、回転テーブル装置２１の入力軸４１の嵌合凸部４１ａは、モータ６１の回転子６３の嵌合凹部６３ａに嵌入されるとともに、回転テーブル装置２１のハウジング２７のピン孔２７ａには、モータ６１のケーシング６４の回り止めピン６４ａが挿入される。ちなみに、このように嵌入等がなされる位置関係には、モータ着脱装置７１の水平面内における配置位置を適宜調整することによって達成される。

そうしたら、図１２に示す状態のまま、挟持部７４のアーム７４ａを開かせてモータ６１を放させた後、挟持部７４を上方の待避位置へと戻し、これをもって、回転テーブル装置２１へのモータ６１の連結動作は終了する。

一方、モータ６１を装着された回転テーブル装置２１は、図６に示すように、マシニングセンタ１１の工具Ｔがある右側の加工位置Ｓ２までＸ方向に沿って移動し、その後、マシニングセンタ１１によるワークＷの加工作業が開始される。なお、この加工作業の際には、図８に示すように、回転テーブル装置２１は、モータ６１から回転力を与えられてテーブル２３を適宜回転する。

そして、この加工作業が終わったら、図６に示すように、回転テーブル装置２１は、再び、Ｘ方向の左端にある前記モータ着脱位置Ｓ１へ移動する。そうしたら、モータ着脱装置７１は、図１２に示すように、待機位置の挟持部７４を先程の停止位置（請求項に係る連結位置に相当）まで下降させた後、挟持部７４のアーム７４ａを閉じさせて挟持部７４にモータ６１を掴ませる。そして、そのまま挟持部７４を待機位置まで上昇させる。なお、この上昇過程においては、図１１に示すように、前記嵌合凹部６３ａから嵌合凸部４１ａが抜けるとともに、ピン孔２７ａから回り止めピン６４ａが抜けて、回転テーブル装置２１からモータ６１は切り離され、これをもって、回転テーブル装置２１からのモータ６１の切り離し動作が終了する。そして、モータ６１を切り離された回転テーブル装置２１は、Ｘ方向の右側へ移動して、図６に示す前記分岐ポイントＰ１で待機していた移動台８４に乗り移り、もって加工エリアＡ１から循環軌道Ｔｒへと搬出される。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。

（ａ）前記実施形態に係る被駆動回転軸４１の軸心Ｃ４１は、鉛直方向を向いていたが、この軸心Ｃ４１の方向は、何等これに限るものではなく、水平方向を向いていても良いし、水平及び鉛直方向から傾いていても良い。

（ｂ）前記実施形態の着脱式モータ６１，１６１，２６１は、そのケーシング６４の下端面に回り止めピン６４ｂを備えていたが、これに代えてピン孔を設けるようにしても良い。なお、この場合には、前記被駆動回転軸４１のハウジング２７の上端面に回り止めピンが突設されるのは言うまでもない。そして、この構成によれば、着脱式モータ６１，１６１，２６１を、その軸心Ｃ６３方向に関して更にコンパクトにすることができる。

（ｃ）前記実施形態に係る被駆動回転軸４１及び着脱式モータ６１の回転子６３は、玉軸受によって支持されていたが、この軸受の種類はこれに限るものではなく、例えばころ軸受を用いても良い。

（ｄ）前記適用例に係る回転テーブル装置２１にあっては、テーブル２３の軸心Ｃ２３方向が水平方向を向いていたが、この軸心Ｃ２３方向は何等これに限るものではなく、鉛直方向を向いていても良いし、水平及び鉛直方向から傾いていても良い。

（ｅ）前記適用例に係るマシニングセンタ１１は、回転する主軸１４が水平な横形マシニングセンタであったが、何等これに限るものではなく、例えば、鉛直な主軸１４を主軸頭１３に回転自在に備えた、所謂立形マシニングセンタであっても良い。

（ｆ）前記適用例に係るモータ着脱装置７１は、Ｕ字状のアーム７４ａを開閉駆動する構成であったが、開閉駆動させない構成にしても良い。そして、この場合には、回転テーブル装置２１に対するモータ６１の着脱は、次のようにしてなされる。

先ず、図６に示すように、加工エリアＡ１に搬入された回転テーブル装置２１は、パレット８５の自走によって、Ｘ方向の左端に設定されたモータ着脱位置Ｓ１まで移動する。一方、モータ着脱位置Ｓ１のモータ着脱装置７１は、Ｕ字状のアーム７４ａの内側部分をモータ６１の溝部６４ｃに係合させて、モータ６１を支持している。そして、上方の待機位置から前記アーム７４ａを下降させて、図１２に示すように回転テーブル装置２１のハウジング２７上面に前記モータ６１を載置させた状態となる載置位置で停止する。なお、この載置位置では、モータ６１は回転テーブル装置２１に連結されている。

そうしたら、図１２に示すようにアーム７４ａが前記載置位置に停止した状態のまま、回転テーブル装置２１は、右側の加工位置Ｓ２までＸ方向に沿って移動するが、その際には、前記溝部６４ｃと前記アーム７４ａとの係合が解かれて、モータ６１は、モータ着脱装置７１から回転テーブル装置２１へと受け渡される。

その後、前記加工位置Ｓ２においてマシニングセンタ１１によるワークＷの加工作業が行われ、当該加工作業が終わったら、図６に示すように、回転テーブル装置２１は、再び、Ｘ方向の左端にある前記モータ着脱位置Ｓ１へ移動する。但し、その前に、モータ着脱装置７１は、そのアーム７４ａを前記載置位置に待機させており、その結果、回転テーブル装置２１が前記モータ着脱位置Ｓ１へ移動するだけで、Ｕ字状のアーム７４ａの内側部分にモータ６１の溝部６４ｃが係合し、これによって、アーム７４ａはモータ６１を支持可能な状態となる。
そして、そのままアーム７４ａを待機位置まで上昇させれば、回転テーブル装置２１から切り離されて、モータ６１はモータ着脱装置７１へ受け渡される。

本発明に係る第１実施形態の着脱式モータ６１を説明するための縦断面図であって、着脱式モータ６１の回転子６３を被駆動回転軸４１から切り離した状態を示している。 同じく縦断面図であって、前記回転子６３を被駆動回転軸４１に連結した状態を示している。 第２実施形態の着脱式モータを説明するための縦断面図である。 第３実施形態の着脱式モータを説明するための縦断面図である。 第１実施形態の着脱式モータ６１を適用した工作機械１の斜視図である。 工作機械１における加工エリアＡ１から分岐ポイントＰ１にかけてを示す上面図である。 参考例の工作機械３０１を示す斜視図である。 着脱式モータ６１を連結した状態の回転テーブル装置２１の斜視図である。 同じく中心縦断面図である。 図９中のX-X線矢視の断面図である。 モータ６１を切り離した状態の回転テーブル装置２１の中心縦断面図である。 モータ着脱装置７１によって回転テーブル装置２１とモータ６１とが連結される様子を示す斜視図である。 従来のモータの構成を説明するための図である。

符号の説明

２７ 支持部材、ハウジング
４１ 被駆動回転軸、入力軸
４１ａ 凸部
４３ 玉軸受、軸受
６１ 着脱式モータ
６１ａ 凹部
６８ 玉軸受、軸受

Claims (8)

1. 軸受を介して支持部材に軸心回りに回転可能に支持された被駆動回転軸に、回転子を同軸かつ切り離し可能に連結することによって前記被駆動回転軸に回転力を与える着脱式モータであって、
   貫通孔が設けられたケーシングと、
   前記貫通孔の一端側に設けられた軸受と、
   前記軸受を介して前記ケーシングに回転可能に支持され、前記貫通孔内に設けられた回転子と、
   前記貫通孔の内周面に、前記一端側とは反対の他端側の縁までに亘って設けられたコイルと、
   前記回転子の外周部分に、前記貫通孔の前記他端側の縁までに亘って当該貫通孔の内周面に対向して設けられた永久磁石と、を備え、
   前記回転子の軸心方向の前記他端側の端部には、前記被駆動回転軸の端部に形成された凸部と係合して、該被駆動回転軸に前記回転力を伝達するための凹部が、直接形成されていることを特徴とする着脱式モータ。
2. 請求項１に記載の着脱式モータにおいて、
   前記凸部と前記凹部との係合は、前記凸部と前記凹部との前記軸心方向の相対移動を許容しつつ、前記軸心回りの相対回転を規制するスプライン嵌合であることを特徴とする着脱式モータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の着脱式モータにおいて、
   切り離し状態の前記回転子は、前記貫通孔の一端側に設けられた唯一の前記軸受によって片持ち支持され、
   連結状態の前記回転子は、前記唯一の軸受に加えて、前記被駆動回転軸を介して前記支持部材の軸受に支持されて２点支持状態になることを特徴とする着脱式モータ。
4. 請求項３に記載の着脱式モータにおいて、
   前記唯一の軸受は、前記回転子の両端部のうちの、連結される方の端部とは逆側の端部を支持していることを特徴とする着脱式モータ。
5. 請求項３又は請求項４に記載の着脱式モータにおいて、
   前記唯一の軸受は、玉軸受であることを特徴とする着脱式モータ。
6. 請求項５に記載の着脱式モータにおいて、
   前記回転子の回転を検出するためのセンサが、前記軸心方向における前記唯一の軸受と前記コイルとの間に設けられていることを特徴とする着脱式モータ。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の着脱式モータにおいて、
   前記ケーシングと前記支持部材には、前記回転子と前記被駆動回転軸との連結状態において係合して、互いの相対回転を規制するための係合凸部と係合凹部とが形成されていることを特徴とする着脱式モータ。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の着脱式モータにおいて、
   前記回転子と前記支持部材との連結及び切り離しは、前記軸心方向に設定された待機位置と連結位置との間を往復移動可能な挟持アームが前記モータを挟むことによってなされ、
   前記ケーシングの一対の外側面には、前記挟持アームが挟むための溝部が、前記軸心方向と交差する方向に沿って刻設されていることを特徴とする着脱式モータ。

Images