JP7254352B2 - 工作機械用の電動式動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤用の電動式チャック装置又はフェーシング加工装置として適用できる工作機械用の電動式動力伝達装置に関するものである。

従来、旋盤の主軸の回転駆動用のモータとは別に、チャックの開閉、調節用の補助モータを設けて、主軸の回転中でもチャックの把握力を調節可能とした電動式チャック開閉装置として特許文献１がある。この電動式チャック開閉装置は、ワークを把握するチャック、外周に調節歯車を設けた変換装置、変換装置とチャックとを連結するドローバー、主軸に設けられた伝達歯車、主軸と並行に回転可能に軸支された第二回転軸、第二回転軸上に回転可能に設けられ前記調節歯車と噛合する第一歯車及び前記伝達歯車と噛合する第二歯車、第一歯車を駆動する補助モータ、補助モータと第二回転軸とを連結・解除可能な第一クラッチ、第二回転軸と第二歯車とを連結・解除可能な第二クラッチを有したものである。

かかる電動式チャック開閉装置によれば、主軸の回転中に、補助モータを第二回転軸と同期回転させて、第一クラッチを連結するとともに、第二クラッチを解除し、主軸と回転差を発生させてチャックの把握力を変化させ、チャックが所定の把握力を得た後に、第二クラッチを連結させるとともに、第一クラッチを解除し補助モータを停止させることにより、チャックの把握力を変更させることができる。
チャック開閉用の補助モータを常に同期回転させる必要がなく、チャックの把握力の変更時にのみ補助モータに電力を供給すればよいため、エネルギーの消費量も小さい。
しかし、第一クラッチ及び第二クラッチが必須であり、かつその制御も必要なため、構造が複雑でかつ制御も複雑となる。

これを解決し、クラッチ不要にして簡単な構造とした工作機械用の電動式動力伝達装置として特許文献２がある。このものは、主軸の後端側に主軸と同一回転する主軸回転体を設け、該主軸回転体の回転を動力伝達出力軸に伝達する主軸側の歯車機構と電動モータ側に連結される入力軸の回転を前記動力伝達出力軸に伝達する動力伝達側の歯車機構とを遊星歯車機構を介して組合せ、前記入力軸の回転停止状態で前記動力伝達出力軸の回転と前記主軸回転体の回転とが同一回転となるように前記各歯車機構のギヤ比を設定し、前記主軸と動力伝達出力軸との相対回転を可能としたものである。かかる電動式動力伝達装置によれば、クラッチ不要にして簡単な構造の工作機械用の電動式動力伝達装置が得られる。

しかし、主軸側と遊星歯車機構側とが分離した構造となっているため、主軸側に遊星歯車機構側を設置する際に、遊星歯車機構部分は重量もあることから芯を出すのが難しく、設置作業に困難を伴うこともあった。

特開２００８－８０４４６号公報 特開２０１３－１６６２３１号公報

そこで、本発明の目的は、主軸側への遊星歯車機構の設置が容易に行えるようにした工作機械用の電動式動力伝達装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る工作機械用の電動式動力伝達装置は、中空の主軸の前端側にチャック又はフェーシングユニットを設け、前記主軸の後端側に主軸と一体回転する中空の主軸回転体を設け、該主軸回転体の回転を動力伝達出力回転体に伝達する主軸側の歯車機構と電動モータ側に連結される入力軸の回転を前記動力伝達出力回転体に伝達する動力伝達側の歯車機構とを遊星歯車機構を介して組合せ、前記入力軸の回転停止状態で前記動力伝達出力回転体の回転と前記主軸回転体の回転とが同一回転となるように前記歯車機構のギヤ比を設定し、前記主軸と動力伝達出力回転体との相対回転を可能とし、前記入力軸と動力伝達出力回転体と主軸回転体の回転軸心を同一線上となし、前記動力伝達出力回転体を前記主軸の中空孔に挿通した伝動軸に連結し、該伝動軸を介して前記チャック又はフェーシングユニットに動力を伝達する工作機械用の電動式動力伝達装置であって、前記主軸側の歯車機構を前記主軸回転体の後部側に、前記動力伝達側の歯車機構を前記主軸側の歯車機構よりも前方側に配置するとともに、これら主軸側の歯車機構と動力伝達側の歯車機構とを組合せた遊星歯車機構を前記中空の主軸回転体内に収容したこと、を特徴としている。
ここで、電動モータ側に連結される入力軸をサンギヤとなすことができる。
また、動力伝達出力回転体と伝動軸との間に動力伝達出力回転体の回転を減速する減速装置を介在させ、該減速装置も主軸回転体内に収容したものとすることができる。
さらに、電動モータを２個設け、その内の一方を入力軸に連結し、他方を主軸側歯車機構における基準サンギヤに連結するようにすることもできる。

本発明に係る工作機械用の電動式動力伝達装置によれば、主軸側の歯車機構を主軸回転体の後部側に、動力伝達側の歯車機構を主軸側の歯車機構よりも前方側に配置するとともに、これら主軸側の歯車機構と動力伝達側の歯車機構とを組合せた遊星歯車機構を中空の主軸回転体内に収容したので、中空の主軸回転体と遊星歯車機構との芯出しが容易となり、遊星歯車機構の設置作業が容易となる。
また、電動モータ側に連結される入力軸をサンギヤとなすことにより、動力伝達側の歯車機構を主軸側の歯車機構よりも前方側に配置することが容易となる。
また、動力伝達出力回転体と伝動軸との間に動力伝達出力回転体の回転を減速する減速装置を介在させ、該減速装置も主軸回転体内に収容したことにより、遊星歯車機構も減速機構も芯出しが容易となり、設置作業が容易となる。
さらに、電動モータを２個設け、その内の一方を入力軸に連結し、他方を主軸側歯車機構における基準サンギヤに連結したものとすれば、主軸を高速回転させて使用する際に、両電動モータを主軸の回転数に近い回転数で回転させれば、ギヤ音を小さくすることができ、騒音の低下に資する。

本発明の第１実施例による旋盤用電動式チャックの説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は右側面図である。 （ａ）は図１の要部拡大断面図、（ｂ）はＡ－Ａ断面図である。 本発明の第２実施例による旋盤用電動式チャックの説明図で、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）はＢ－Ｂ断面図である。 本発明の第３実施例による旋盤用電動式チャックの説明図で、（ａ）は要部拡大断面図、（ｂ）はＣ－Ｃ断面図である。 本発明の第４実施例による旋盤用電動式チャックの要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。図１において、符号１は中空の軸からなる主軸で、その前端側（図において右方）にはワーク２を把握するチャック３を設け、主軸１の後端側（図において左方）には主軸１の回転を動力伝達側に伝達する主軸側の歯車機構４を設けてある。また、主軸側の歯車機構４の前方（図において右方）には、サーボモータ（電動モータ）９側に連結される動力伝達側の歯車機構１３を設けてある。これら主軸側の歯車機構４と動力伝達側の歯車機構１３とを遊星歯車機構を介して組合せてある。

主軸側の歯車機構４は、主軸１と一体回転する中空の主軸回転体５に固定された主軸側インターナルギヤ６と、該主軸側インターナルギヤ６に噛み合う主軸側プラネットギヤ７と、該主軸側プラネットギヤ７に噛み合う基準サンギヤ８からなる。ここで、基準サンギヤ８は電動モータ側（サーボモータ９の回り止め１０側）に固定されており回転しない。主軸側プラネットギヤ７の公転はキャリア１１を介して動力伝達側の入力側プラネットギヤ１２に伝達される。

一方、動力伝達側の歯車機構１３は、サーボモータ９からの入力を伝達する入力側サンギヤ１４と、該入力側サンギヤ１４に噛み合う入力側プラネットギヤ１２と、該入力側プラネットギヤ１２に噛み合う出力側インターナルギヤ１５からなる。入力側サンギヤ１４の回転軸はサーボモータ９の出力軸に連結されており、入力軸１６となる。サーボモータ９の出力軸に固定したギヤ１７と入力軸側ギヤ１８とをアイドルギヤ１９を介して連結し、入力軸側ギヤ１８と一体回転する入力側サンギヤ１４の回転軸（入力軸１６）をサーボモータ９側に連結する。出力側インターナルギヤ１５が動力伝達出力回転体２０となる。

そして、入力側サンギヤ１４の回転停止状態で、主軸側インターナルギヤ６と出力側インターナルギヤ１５とが同一回転となるように、各歯車のギヤ比を設定する。これにより、主軸１と動力伝達出力回転体２０との相対回転が可能となる。

動力伝達側の歯車機構１３における出力側インターナルギヤ１５が動力伝達出力回転体２０となる。該動力伝達出力回転体２０の前端側は減速機ユニット２１を介してチャック開閉用ドローバー（伝動軸）２２の後端側に連結してあり、出力側インターナルギヤ１５（動力伝達出力回転体２０）の回転が減速機ユニット２１を介して、伝動軸２２に伝達される。
より具体的には、動力伝達出力回転体２０の前端側にボールネジ２３が連結され、このボールネジ２３の後部にはボールネジナット２４がネジ嵌合され、前部にはドローバー進退用スライダー（ボールネジ回り止め）２５が取り付けられている。動力伝達出力回転体２０の回転が遊星歯車機構により減速されてボールネジナット２４に伝達される。ボールネジナット２４の回転によりネジ嵌合するボールネジ２３が軸方向に進退することにより、ドローバー進退用スライダー２５の前端側に連結されたチャック開閉用ドローバー（伝動軸）２２が軸方向に進退する。これに伴い、チャック開閉レバー２６を介してチャック３のクランプ用スライダー２７が径方向に移動しクランプ爪２８を開閉する。

主軸側の歯車機構４と動力伝達側の歯車機構１３の配置を、主軸側の歯車機構４を主軸回転体５の後部側に、動力伝達側の歯車機構１３を主軸側の歯車機構４より前方側に配置して中空の主軸回転体５内に収容してある。このように配置することにより、主軸回転体５と歯車機構４，１３との芯出し作業が容易になり、設置作業が容易となる。
また、動力伝達側の入力としてサンギヤ（入力側サンギヤ１４）を用いることにより、動力伝達側１３を主軸側４より前方に配置することが容易になり、主軸側の歯車機構４と動力伝達側の歯車機構１３との両者を中空の主軸回転体５内に収容することが容易となる。
主軸回転体５を中空の回転体とすることにより、該中空の主軸回転体５内に減速機ユニット２１を収容することも可能となり、主軸回転体５と各歯車機構４，１３と減速機ユニット２１との芯出し作業が容易になり、設置作業も容易となる。

ワークの把握と開放について
ワーク２をチャック３で把握又は開放する際には、主軸１の回転は停止している。入力側サンギヤ１４の回転数は入力軸側ギヤ１８の回転数と同じである。そして、所定の回転数となるようにサーボモータ９を制御し、入力側サンギヤ１４を回転させ動力伝達出力回転体２０を回転させることにより、減速機ユニット２１を介してチャック開閉用ドローバー２２を進退させ、チャック開閉用レバー２６を介してクランプ用スライダー２７（クランプ爪２８）を径方向に移動させてワーク２を把握又は開放する。

ワークの加工作業について
チャック３にワーク２を把握して回転中で、サーボモータ９が停止している状態では、入力側サンギヤ１４は回転しておらず、主軸側インターナルギヤ６と動力伝達側の出力側インターナルギヤ１５とは同期回転する。この状態でワーク２の加工作業を行う。

主軸回転中のワークの把握力の調節について
主軸側インターナルギヤ６と出力側インターナルギヤ１５とが同期回転している状態から、サーボモータ９を回転させ入力軸側ギヤ１８を回転させると、入力側サンギヤ１４は入力軸側ギヤ１８と同一回転する。入力側サンギヤ１４が所定の回転数となるようにサーボモータ９を制御し、出力側インターナルギヤ１５を回転させて、動力伝達出力回転体２０を回転させることにより、減速機ユニット２１を介してチャック開閉用ドローバー２２を進退させ、これに伴いクランプ用スライダー２７（クランプ爪２８）を径方向に移動させてワーク２の把握力を調節することができる。

上記はドローバー進退タイプのチャックについて説明したが、スクロール板タイプ（図示せず）のチャックに替えてもよい。
また、上記は旋盤用のチャックについて説明したが、これをフェーシングユニット（図示せず）として利用することもできる。

次に、第２実施例による旋盤用電動式チャックについて説明する。図３に示す第２実施例による旋盤用電動式チャックにおいては、主軸側の歯車機構３１は、主軸と一体回転する中空の主軸回転体３２に固定された主軸側キャリア３３と、該主軸側キャリア３３に取り付けられた主軸側プラネットギヤ３４と、該主軸側プラネットギヤ３４に噛み合う主軸側インターナルギヤ３５と、前記主軸側プラネットギヤ３４に噛み合う基準サンギヤ８からなる。基準サンギヤ８はサーボモータ（電動モータ）９側に固定されており回転しない。主軸側プラネットギヤ３４が基準サンギヤ８のまわりを公転する。

一方、主軸側の歯車機構３１の前方（図において右方）には、サーボモータ（電動モータ）９側に連結される動力伝達側の歯車機構３６を設けてある。この動力伝達側の歯車機構３６は、前記主軸側インターナルギヤ３５と一体回転する入力側インターナルギヤ３７と、該入力側インターナルギヤ３７に噛み合う入力側プラネットギヤ３８と、該入力側プラネットギヤ３８に噛み合う入力側サンギヤ１４からなる。前記入力側プラネットギヤ３８は出力側キャリア３９に取り付けられており、該出力側キャリア３９が動力伝達出力回転体４０となる。前記入力側サンギヤ１４の回転軸はサーボモータ９の出力軸に連結されており、入力軸１６となる。
なお、第１実施例と同じ部材には実施例１と同じ符号を付して説明を省略する。

そして、入力側サンギヤ１４の回転停止状態で、主軸側キャリア３３と出力側キャリア３９とが同一回転となるように、各歯車のギヤ比を設定する。これにより、主軸１と動力伝達出力回転体４０との相対回転が可能となる。

次に、第３実施例による旋盤用電動式チャックについて説明する。図４に示す第３実施例による旋盤用電動式チャックにおいては、主軸側の歯車機構５１は、基準サンギヤ８、該基準サンギヤ８に噛み合う主軸側プラネットギヤＡ５２、該主軸側プラネットギヤＡ５２と一体回転する主軸側プラネットギヤＢ５３、該主軸側プラネットギヤＢ５３に噛み合う主軸側サンギヤＣ５４からなる。ここで、基準サンギヤ８は電動モータ９側に固定されており回転しない。主軸側プラネットギヤＡ５２、Ｂ５３は主軸回転体５５に固定された主軸側キャリア５６に取り付けられている。主軸側プラネットギヤＡ５２は基準サンギヤ８のまわりを公転する。

一方、主軸側の歯車機構５１の前方には、サーボモータ（電動モータ）９側に連結される動力伝達側の歯車機構５７を設けてある。この動力伝達側の歯車機構５７は、上記主軸側サンギヤＣ５４と一体回転する入力側サンギヤＣ５８、該入力側サンギヤＣ５８に噛み合う入力側プラネットギヤＢ５９、該入力側プラネットギヤＢ５９と一体回転する入力側プラネットギヤＡ６０、該入力側プラネットギヤＡ６０と噛み合う入力側サンギヤ１４からなる。そして、入力側サンギヤ１４の回転軸が入力軸１６、入力側プラネットギヤＡ６０、Ｂ５９を公転させる出力側キャリア６１が動力伝達出力回転体６２となる。

そして、入力側サンギヤ１４の回転停止状態で、主軸側キャリア５６と出力側キャリア６１とが同一回転となるように、各歯車のギヤ比を設定する。これにより、主軸１と動力伝達出力回転体６２との相対回転が可能となる。

次に、第４実施例による旋盤用電動式チャックについて説明する。図５に示す第４実施例による旋盤用電動式チャックは、基本的な構造は第１実施例と同じであるが、第１実施例において固定されていた基準サンギヤ８を回転させるためのサーボモータを更に設けたものである。第１実施例と同じ部材については同じ符号を付してその説明を省略する。
サーボモータＡ７０を基準サンギヤ８に連結し、サーボモータＢ９を入力軸１６となる入力側サンギヤ１４に連結したものである。サーボモータＡ７０の回転軸にタイミングプーリ７１を固定し、タイミングベルト７２を介して基準サンギヤ８の回転軸に固定したタイミングプーリ７３に連結する。また、サーボモータＢ９の回転軸にタイミングプーリ７４を固定し、タイミングベルト７５を介して入力側サンギヤ１４の回転軸１６に固定したタイミングプーリ７６に連結する。

基準サンギヤ８と入力側サンギヤ１４を主軸１（主軸回転体５）と同期回転させれば、相対回転は０となり、ギヤ音は０となる。同期回転させなくとも主軸１の回転数に近い回転数で回転させれば、回転数の差は小さいので、ギヤ音は小さくなる。このため、主軸１を高速回転させて使用する場合に、サーボモータＡ７０とサーボモータＢ９を回転させて、基準サンギヤ８と入力側サンギヤ１４を主軸１と同期回転又は略同期回転させれば、高速回転により生ずるギヤ音を低減させることができ、有効である。

上記各実施例による主軸側の歯車機構４，３１，５１と動力伝達側の歯車機構１３，３６，５７との組み合わせにおいて、主軸側の歯車機構４，３１，５１のギヤと動力伝達側の歯車機構１３，３６，５７のギヤの噛合い比を所定の噛合い比となるように設定することにより、主軸１（主軸回転体５，３２，５５）と動力伝達出力回転体２０，４０，６２とを相対回転させることができる。この相対回転により、伝動軸２２を介してチャック３又はフェーシングユニットに動力を伝達することができ、チャック３の把握力の調整又はフェーシング加工を行うことができる。かかる機構においては、クラッチ機構を設ける必要がなく極めて簡単な構造である。また、サーボモータ９は、相対回転させるときだけ作動させるだけなので、電力消費を押さえることができる（実施例４を除く）。
上記各実施例において、入力軸１６、動力伝達出力回転体２０，４０，６２、主軸回転体５，３２，５５の回転軸心は同一線上としてある。これにより、各歯車機構の構造を簡単にして、コンパクトに中空の主軸回転体５，３２，５５内に収容することができる。

なお、減速機ユニット２１は遊星歯車機構を用いたものを図示してあるが、ハーモニックドライブ（登録商標）などの他の減速機構を用いてもよい。図において、符号８０はスピンドルユニット、符号８１は主軸回転用プーリーである。

１ 主軸
２ ワーク
３ チャック
４ 主軸側の歯車機構
５ 主軸回転体
６ 主軸側インターナルギヤ
７ 主軸側プラネットギヤ
８ 基準サンギヤ
９ サーボモータ（電動モータ、サーボモータＢ）
１０ サーボモータの回り止め
１１ キャリア
１２ 入力側プラネットギヤ
１３ 動力伝達側の歯車機構
１４ 入力側サンギヤ
１５ 出力側インターナルギヤ
１６ 入力軸
１７ ギヤ
１８ 入力軸側ギヤ
１９ アイドルギヤ
２０ 動力伝達出力回転体
２１ 減速機ユニット
２２ チャック開閉用ドロ－バー（伝動軸）
２３ ボールねじ
２４ ボールネジナット
２５ ドローバー進退用スライダー
２６ チャック開閉レバー
２７ クランプ用スライダー
２８ クランプ爪
３１ 主軸側の歯車機構
３２ 主軸回転体
３３ 主軸側キャリア
３４ 主軸側プラネットギヤ
３５ 主軸側インターナルギヤ
３６ 動力伝達側の歯車機構
３７ 入力側インターナル
３８ 入力側プラネットギヤ
３９ 出力側キャリア
４０ 動力伝達出力回転体
５１ 主軸側の歯車機構
５２ 主軸側プラネットギヤＡ
５３ 主軸側プラネットギヤＢ
５４ 主軸側サンギヤＣ
５５ 主軸回転体
５６ 主軸側キャリア
５７ 動力伝達側の歯車機構
５８ 入力側サンギヤＣ
５９ 入力側プラネットギヤＢ
６０ 入力側プラネットギヤＡ
６１ 出力側キャリア
６２ 動力伝達出力回転体
７０ サーボモータＡ
７１，７３，７４，７６ タイミングプーリ
７２，７５ タイミングベルト
８０ スピンドルユニット
８１ 主軸回転用プーリー

Claims (4)

1. 中空の主軸の前端側にチャック又はフェーシングユニットを設け、前記主軸の後端側に主軸と一体回転する中空の主軸回転体を設け、該主軸回転体の回転を動力伝達出力回転体に伝達する主軸側の歯車機構と電動モータ側に連結される入力軸の回転を前記動力伝達出力回転体に伝達する動力伝達側の歯車機構とを遊星歯車機構を介して組合せ、前記入力軸の回転停止状態で前記動力伝達出力回転体の回転と前記主軸回転体の回転とが同一回転となるように前記歯車機構のギヤ比を設定し、前記主軸と動力伝達出力回転体との相対回転を可能とし、前記入力軸と動力伝達出力回転体と主軸回転体の回転軸心を同一線上となし、前記動力伝達出力回転体を前記主軸の中空孔に挿通した伝動軸に連結し、該伝動軸を介して前記チャック又はフェーシングユニットに動力を伝達する工作機械用の電動式動力伝達装置であって、前記主軸側の歯車機構を前記主軸回転体の後部側に、前記動力伝達側の歯車機構を前記主軸側の歯車機構よりも前方側に配置するとともに、これら主軸側の歯車機構と動力伝達側の歯車機構とを組合せた遊星歯車機構を前記中空の主軸回転体内に収容したことを特徴とする工作機械用の電動式動力伝達装置。
2. 電動モータ側に連結される入力軸をサンギヤとなした請求項１に記載の工作機械用の電動式動力伝達装置。
3. 動力伝達出力回転体と伝動軸との間に動力伝達出力回転体の回転を減速する減速装置を介在させ、該減速装置も主軸回転体内に収容した請求項１又は２に記載の工作機械用の電動式動力伝達装置。
4. 電動モータを２個設け、その内の一方を入力軸に連結し、他方を主軸側歯車機構における基準サンギヤに連結した請求項１～３のいずれか１項に記載の工作機械用の電動式動力伝達装置。
   
   
   

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