JPH0135227B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作機械用の中空軸駆動機構すなわち
マシニング装置に関するものであり、更に詳しく
いえば、機械的に連結されて電力により動かされ
る２速中空軸駆動機構に関するものである。

米国特許第3885635号「工作機械用の２速機械
的中空軸送りおよびスピンドル駆動機構
（Twospeed Mechanical Quill、Feed、and、
Spindle Drive、Mechanism for ａ Machine
Tool）」には本発明に多くの点で類似する機械的
な中空軸駆動装置が記述されている。この米国特
許においては、２速駆動装置を有するボール・ナ
ツトと協働する外部ねじにより中空軸が送られ
る。その２速駆動装置はモータを含む。中空軸の
早送りの間はそのモータは歯車機構を介してナツ
トを直接駆動するが、中空軸を低速送りする場合
には、そのモータはクラツチと減速歯車を介して
第２のモータにより駆動される。その第２のモー
タは、中空軸の送り中に、減速駆動軸が固定され
ている駆動連結機構によりスピンドルも回転させ
る。

そのような中空軸装置のある用途においては、
スピンドルを前進または後退させることなしに、
スピンドル・モータを連続回転できるようにする
ことが望ましい。スピンドルをそのように回転さ
せることによりモータ制御を精密に行う必要が極
めて少くなるとともに、制御コストが低くなる
が、前記米国特許に開示されている装置において
は可能ではない。

別の用途においては、中空軸ユニツトに垂直方
向へ延びるスピンドルをとりつけることが望まし
い。その場合には、中空軸の質量とスピンドルの
質量のために、スピンドルが望ましくない下降運
動（ドリフト）を行う傾向がある。

更に別の用途では、チツプ粉砕のために送りス
トロークを中断させたり、めくら穴を良く仕上げ
るためにストロークの終りに静止させることも望
ましい。前記米国特許に開示されている技術で
は、モータ制御を大幅に変更することなしには前
記のような作業を都合よく行うことはできない。
静止させることができないと、機械加工において
望ましくないバリが生ずることがしばしばある。

工作機械に用いられる種類の中空軸用の別の送
り機構が長年にわたつて用いられている。この送
り機構としては全く満足できる油圧機構が用いら
れていたが、現在は、種々の理由で、機械的な送
り機構を用いる傾向が強くなつてきている。しか
し、今日までに開発されているそのような機械的
な送り装置には種々の欠点がある。

機械的な送り装置の一例は中空軸に平行に配置
されるねじアクチユエータを含む。このねじアク
チユエータは２種類の速さで回転させられて、中
空軸を２種類の速さで送る。この種の送り装置の
例が米国特許第3561544号に開示されている。単
速ボール盤にも一般的に用いられている。前記機
械的な送り装置に多少類似する別の技術が米国特
許第2545008号と第2902891号およびドイツ特許第
846807号に開示されている。この技術では中空軸
のラツク駆動機構またはカム駆動機構を用いてい
る。

しかし、この送り装置では、送り力が中空軸の
運動軸線に整列していないために、スピンドルが
ふれるという共通の欠点がある。この問題を解決
するために、中空軸と同軸の動力ねじ機構が提案
されている（米国特許第2796676号、第2975440
号、第3430524号、第3139637号参照）。この動力
ねじ機構がねじ軸の前方のスピンドルに軸受を必
要とするから非常に扱いにくく、しかも支持され
ていない長いねじ部が機構の中空軸の一端の上方
に張り出しているためにふれの問題も生ずること
があり、更に摩擦負荷も非常に大きい。

同軸ボールねじ送り機構が米国特許第3640147
号に開示されている。この機構では摩擦負荷はほ
とんどないが、単速送り運動しかできず、前記の
動力ねじ機構と同様に、中空軸の一端上方にねじ
部が張り出しているから、ふれを制御するために
軸受を精密に調整する必要がある。

従来提案されている２速送り駆動装置にも大き
な欠点がある。

前記特許のいくつかと米国特許第3283664号に
開示されている共通のやり方は、遊星機構または
差動歯車機構を介して駆動する一対のモータを用
いることである。しかし、そのような歯車機構は
高価であつて、制御は複雑なものになりがちであ
る。

別の技術は、可変速度で駆動される可変速度整
流子モータを用いることであるが、そのようなモ
ータは定速誘導モータと比較して保守をひんぱん
に行う必要があり（ブラシを用いているため）、
しかも高価で複雑な電気的または電子的制御装置
を必要とする。

別の技術が米国特許第4201271号に開示されて
いるが、この技術はコストのかかる制御装置を必
要とする。

したがつて、本発明の目的は、中空軸を垂直に
とりつけることができ、スピンドル・モータを連
続運転できるとともに、高価な制御装置を用いる
とこなしに間欠送り（ドエル）できる、選択的ブ
レーキつきの２速中空軸機械的駆動装置を得るこ
とである。

本発明の別の目的は、用いる歯車機構の数が非
常に少く、軸を低速送りする点を正確に制御でき
る制御装置を有する信頼度の高い２速駆動装置を
得ることである。

それらの目的は、長手方向に摺動するようにハ
ウジングの中に受けられる中空軸と、この中空軸
の中に回転できるようにして入れられるスピンド
ル軸と、ハウジングの中で前記中空軸が長手方向
に動いている間に、前記スピンドル軸を前記中空
軸の中で回転させるための第１のモータと、前記
中空軸を囲むようにして、かつ軸線方向には動か
ないようにして前記ハウジングの中に回転自在に
装置され、回転した時に前記中空軸へ長手方向の
運動を伝えるためにカル要素を介して前記中空軸
を駆動するようにその中空軸に連結される駆動部
材と、この駆動部材を回転させる要素とを備え、
この要素は第２のモータを含み、この第２のモー
タが回転した時に第２のモータの電機子は駆動部
材を高速回転させ、前記回転要素は、前記第２の
モータへの電力供給が断たれた時に、第１のモー
タが駆動部材を低速で回転されるようにするため
に、前記第２のモータの電機子軸を前記第１のモ
ータに連結する要素を更に含む中空軸駆動装置に
おいて、制御信号に応じて第２のモータの電機子
軸と第１のモータの間の前記連結要素を選択的に
切り離すためにハウジングにより保持される要素
を更に備える中空軸駆動装置によつて達成され
る。

本発明の好適な実施例においては、第２のモー
タはその出力軸が第１と第２の位置の間で軸方向
に可動であり、選択的に切り離す前記要素は、第
２のモータの電機子が前記第１の位置にある時だ
け第１のモータと第２のモータを連結するクラツ
チと、制御信号に応じて第２のモータの電機子を
第２の位置まで動かして、その電機子を第１のモ
ータから切り離す要素とを備える。更に詳しくい
えば、第２のモータの電機子を動かす前記要素は
第２のモータの電機子の回転軸線に整列させられ
て空気で作動させられるピストンを備え、このピ
ストンが作動させられた時にそのピストンの端部
は前記電機子に摩擦接触させられて前記電機子の
回転にブレーキをかけるようになつている。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

まず第１図を参照する。この図には取りつけ構
造体１２に導かれるようになつている機械的な中
空軸装置１０が、その長手軸に沿う部分断面図で
示されている。

この中空軸装置１０は中空スピンドル軸１４を
含む。スピンドル軸１４は中空軸１６の中に回転
可能にとりつけられ、中空軸１６の直線運動中に
中空軸１６とともに保持されるようになつてい
る。この目的のためにラジアル軸受１８とスラス
ト軸受２０が設けられる。

中空軸１６はハウジング２２の中に、その離れ
ている２つの内面２４，２６に沿つて長手方向に
滑動できるように挿入される。

スピンドル軸１４は機械加工作業中に、中空軸
１６の中で回転させられるようになつている。ス
ピンドル軸１４のその回転は、スピンドル軸１４
の中を通る、外部ではスプライン止めされた部分
３０を有するパワー軸２８により生じさせられ
る。前記部分３０はスピンドル軸１４の内部に形
成されている内部スプライン３２により、スピン
ドル軸１４に回転できるようにして連結される。
この回転連結状態は、パワー軸２８とスピンドル
軸１４の間に送りが行われている間に、比較的直
線的な動きにより維持される。

パワー軸２８にはスプライン止めされている部
分３０と一体に延長部３４が形成される。この延
長部３４の一端は、中空軸１６の中を摺動できる
スリーブ３８により保持されているスラスト軸受
とラジアル軸受の組合わせ３６により、中空軸１
６にとりつけられる。この軸受の組合わせは肩部
４０と保持器４２への接触により、延長部３４に
軸線方向に固定される。延長部３４の他端はハウ
ジング２２の中に軸受４４により支持される。

細くされている端部４８に固定されているプー
リ・ホイール４６によりパワー軸２８が回転させ
られる。プーリ・ホイール４６は、モータ５６の
電機子軸５４に固定されている小さなプーリ・ホ
イール５２とプーリ・ホイール４６の間にかけら
れているベルト５０を介して、モータ５６により
駆動される。

中空軸１６はカムにより軸線方向に動かされる
ようになつている。このカムの外周面には半円形
のらせん溝５８が形成される。このらせん溝５８
は循環ボール・ナツト機構６０に組合わされる。
この循環ボール・ナツト機構６０は複数のボール
６２と、ラジアル軸受６６およびスラスト軸受６
８によりハウジング２２の中に回転できるように
して支持されて、中空軸１６を囲んでいるナツト
６４で構成されている駆動部材と、ボール戻り路
７０とを含んでいる。軸受６６と６８により軸線
方向には動かないように固定されているナツト６
４が回転すると、周知の循環ボールねじ機械にお
けるのと同様にして、中空軸１６は軸線方向に動
かされる。

中空軸１６は、その外面に設けられている一対
キー６１により、ハウジング２２の中で回転しな
いようにされる。ただし、それらのキー６１、ハ
ウジング２２の内面に長手方向に設けられている
溝６５の中を摺動できるから、中空軸１６はハウ
ジング２２の中を長手方向に動くことはできる。
それらのキーと溝を設ける理由は、ナツト６４を
回転させるとそれに対する回転反作用が生じ、そ
の反作用を打ち消さないと中空軸１６が軸線方向
に動かなくなるからである。

アイドラ歯車７４にかみ合うナツト６４の外側
の歯７２によりナツト６４は回される。このアイ
ドラ歯車はハウジング２２の中に支持され、第２
のモータ８０により駆動される出力軸７８に固定
されている駆動ピニオン７６によつて駆動され
る。

第２のモータ８０は電機子延長部８４を有す
る。ピニオン７６を駆動するためにモータ８０が
付勢されない時には、駆動用の円すい歯車８２を
含むクラツチがつながれるように、電機子延長部
８４は摺動電機子型である。クラツチがつながれ
ると、電機子延長部８４（およびそれが連結され
ている電機子も）と、連結されている出力軸７８
が減速歯車８８，９０を介して軸９６により駆動
される。軸９６には駆動プーリ９８がとりつけら
れる。軸延長部３４の別の細くされている部分１
０３にとりつけられている駆動プーリ１００にか
けられているベルト１０２によりプーリ９８は駆
動される。電機子延長部８４と駆動円すい歯車８
２については第２，３図に参照して後で詳しく説
明する。

モータ５６，８０として用いられる摺動電機子
型ブレーキ・モータはDEMAGという商品名で
現在市販されているような種類のモータであるか
ら、それについての説明は省略する。ただし、モ
ータへの電力供給が断たれると電機子軸にブレー
キがかけられる通常のものとは異なり、モータ８
０では電力が断たれるとクラツチが結合されるよ
うになつている。また、モータ８０は２つのブレ
ーキ素子を有するように選択すると有利である。
その１つは、電機子の周囲にとりつけられる円す
い環であり、他の１つは第２，３図を参照して詳
しく説明するように端部に設けられるものであ
る。

第２図は第２のモータ８０と駆動用の円すい歯
車８２の拡大図である。入力軸９６が歯車８８，
９０を介して円すい歯車８２を駆動する状態が示
されているが、入力軸９６と円すい歯車８２の間
の伝動機構は他のものを用いてもさしつかえな
い。円すい歯車８２は玉軸受１０２によりハウジ
ング部材１００にとりつけられる。ハウジング部
材１００はなるべく鉄の鋳物で作る。電機子延長
部８４には第１と第２のブレーキ部材１０４，１
０６がとりつけられる。第１のブレーキ部材１０
４はクラツチとして機能するもので、電機子延長
部８４の円縁部に沿つて延びる円すい台環であ
る。この図に示されているように、第２のモータ
８０が付勢されていない時はブレーキ部材１０４
は駆動円すい歯車８２にクラツチ関係で接触し
て、軸９６の回転を円すい歯車８２を介して電機
子軸７８へ伝えることができる。

可動ブレーキ部材１２０を動作させる空気シリ
ンダ１１０もハウジング部材１００にとりつけら
れる。この空気シリンダ１１０はハウジング部材
１００を貫通している穴１０８の中を延長する。
空気シリンダ１１０はピストン軸１１２を含む。
このピストン軸にはシール１１４，１１６がとり
つけられる。信号（たとえば弁（図示せず）を介
して）に応じて圧縮空気が管１１８を通じて送ら
れ、ピストン１１２とブレーキ部材１２０を電機
子延長部８４へ向つて前方へ動かす。圧縮空気が
除去されると、戻りばね１１９がピストン１１２
を後方へ動かす。

ブレーキ部材１２０は平らな環状面１２２を含
む。この環状面１２２は、ピストン１１２が前方
へ動かされた時に、電機子延長部８４上の第２の
ブレーキ部材１０６に接触するように位置させら
れる。ブレーキ部材１２０はシリンダ１１０を介
してハウジング部材１００に回転できないように
してとりつけられる。

第３図は第２のモータ８０と、ブレーキ部材１
２０を支持しているシリンダ１１０の拡大図で、
管１１８を通じて送られてきた圧縮空気によりピ
ストン１１２が前方へ動かされている状態を示す
ものである。ピストン１１２が前方へ動かされる
とばね１１９が圧縮されて、ブレーキ部材１２０
はブレーキ部材１０６に接触させられるから、電
機子延長部全体は前方へ動かされる。そうすると
円すい歯車８２とブレーキ（クラツチ）部材１０
４間のクラツチ路が離れる。

電機子延長部８４とブレーキ部材１２０が係合
することにより円すい歯車８２を介してのクラツ
チの駆動が停止され、電機子延長部８４の回転が
停止される。その理由は、ブレーキ部材１２０と
シリンダ１１０は回転しないからである。ブレー
キ部材１０４，１０６は回転を停止させて、回転
のエネルギーを熱の形で吸収できる通常の摩擦材
料で構成される。石綿形または非石綿型のブレー
キ・ライニング材料をブレーキ部材として選ぶこ
とができる。

ピストン１１２の作動は制御信号を発生する多
くの良く知られた方法で制御できる。たとえば、
中空軸の移動で作動させられるリミツト・スイツ
チを使用できる。また、適当な弁に制御信号を与
えるために他の任意の論理素子を用いることもで
きる。これらは全て良く知られていることであ
る。

以上、本発明を一実施例について詳しく説明し
たが、本発明の要旨を逸脱することなしにその実
施例を種々変更できる。たとえば、空気シリンダ
の代りに油圧部材または電動部材を用いることは
容易にできる。２台のモータを連結するように説
明した伝動も、駆動経路に選択的にブレーキをか
けるため、とくにベルトの代りに歯車を用いる場
合に、伝動機構の中間にブレーキ機構を設けるこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、第２の
モータが付勢されていない時、この第２のモータ
の出力軸を第１のモータに連結して中空軸をその
軸方向に低速駆動すると同時に、前記第１のモー
タでスピンドル軸を回転している際に前記第２の
モータの付勢とは独立して、前記第１のモータと
前記第２のモータの連結を解除し、前記中空軸の
軸方向の低速駆動を中断できる。したがつて、チ
ツプの粉砕やめくら穴のより良い加工が可能にな
る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空軸駆動装置の部分断面
図、第２図はモータにブレーキがかけられる前の
状態を示す、本発明のモータ・ブレーキ機構の拡
大横断面図、第３図はモータにブレーキがかけら
れた後の状態を示す本発明のモータ・ブレーキ機
構を示す部分断面図である。 １４……スピンドル軸、１６……中空軸、２２
……ハウジング、５６……第１のモータ、５８…
…らせん溝、６２……ボール、６４……ナツト、
７２……ナツトの外周の歯、７４……アイドラ歯
車、７６……駆動ピニオン、７８……電機子軸、
８０……第２のモータ、８４……電機子延長部、
１０４……第１のブレーキ部材、１１０……空気
シリンダ、１１２……ピストン、１２０……可動
ブレーキ部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジング２２と、 中空軸１６と、 この中空軸１６を囲む前記ハウジング２２内
   に、回転自在であるが軸方向には移動しないよう
   に取付けられた駆動部材６４と、 前記中空軸１６を、その軸方向運動を可能とす
   るように前記ハウジング内で案内する手段と、 前記中空軸１６内に回転自在に取付けられ、軸
   方向運動をする前記中空軸１６により保持される
   スピンドル軸１４と、 前記駆動部材６４を、その回転により前記中空
   軸１６に前記軸方向運動が与えられるという駆動
   状態に、前記中空軸１６に結合するカム手段５
   ８，６２と、 第１のモータ５６および電機子に連結された出
   力軸７８を持つ第２のモータ８０を含み前記駆動
   部材を回転させる回転手段と、 前記第２のモータ８０の出力軸７８を前記駆動
   部材６４に駆動状態に結合する手段７２，７４，
   ７６と、 前記第１のモータ５６を、前記スピンドル軸１
   ４が回転させられるように前記スピンドル軸１４
   に駆動状態に結合する手段と、 前記第２のモータが付勢されていない時は前記
   第２のモータの出力軸７８を前記第１のモータ５
   ６に結合させ、かつ前記第２のモータ８０が付勢
   されている時は前記第２のモータの出力軸７８を
   前記第１のモータ５６から切離すクラツチ手段８
   ４，１０４とを備え、もつて前記第１のモータ５
   ６で前記スピンドル軸１４を回転させるようにな
   つているとともに、前記第２のモータの出力軸７
   ８を介しての前記駆動部材６４により前記中空軸
   １６に軸方向運動を与えられるようになつている
   中空軸駆動装置であつて、 前記第２のモータの出力軸７８を前記第１のモ
   ータ５６に結合させている状態の前記クラツチ手
   段を、前記第２のモータ８０の付勢とは独立に切
   離し状態にする切離手段１１０，１２０を備えて
   いることを特徴とする中空軸駆動装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記第２のモータの出力軸７８は、第１および第
   ２の位置の間を軸方向に動き得るようになつてい
   て、前記第２のモータの滅勢時には前記出力軸７
   ８が前記第１の位置へと動かされ、前記第２のモ
   ータの付勢時には前記第２の位置へと動かされる
   ものであり、前記第１のモータ５６と前記第２の
   モータ８０とのクラツチ結合は前記出力軸７８が
   前記第１の位置にある時に生じ、 前記クラツチ手段は、 前記第１のモータ５６および前記第２のモータ
   の出力軸７８それぞれに作動的に結合された第１
   のクラツチ部材８２および第２のクラツチ部材８
   ４にして、前記第２のモータの出力軸７８が前記
   第１の位置にある時に係合する面１０４をそれぞ
   れ有している第１のクラツチ部材８２および第２
   のクラツチ部材８４と、 前記第２のクラツチ部材８４がその軸方向への
   移動で前記第１のクラツチ部材８２との係合を解
   かれるように前記第２のクラツチ部材８４を動か
   すため、前記第２のクラツチ部材８４に対向して
   配置され、可動に取付けられた制御部材１１２
   と、 前記第１のクラツチ部材８２および前記第２の
   クラツチ部材８４それぞれの前記面１０４の間の
   係合を解くように前記第２のクラツチ部材８４を
   動かすため、前記制御部材１１２を前記第２のク
   ラツチ部材８４との係合へ選択的に軸方向移動さ
   せる手段と を備えることを特徴とする装置。