JPH0630325Y2 - モ−タ内蔵型工作機械の変速装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、主軸駆動用モータを主軸の外周に装着したモ
ータ内蔵型工作機械において、該モータのロータを主軸
と直結又は変速機構を介して接続するための変速装置に
関し、特にその構造の簡素化に関する。

〔従来の技術〕

主軸を高速化した場合、主軸駆動用モータの回転を歯車
を介して主軸に伝達するような従来機構では、発熱，騒
音及び振動等の問題が生じる。この問題を避けるため最
近では、主軸の外周に主軸駆動用可変速モータを装着し
てなる、いわゆるビルトインモータを採用したモータ内
蔵型工作機械が提供されている。しかしながらこの場
合、モータによる直接駆動であるので、低速時に充分な
トルクが得られない問題がある。

そこで低速時のトルクを確保できるようにするため、従
来、例えば第２図に示す変速装置を設けたモータ内蔵型
工作機械がある。図において、主軸１は主軸軸受１ａ，
１ｂを介してフレーム２で回転自在に支持され、かつ主
軸駆動用モータ３のロータ４が固定されたモータ軸５内
を挿通しており、該モータ軸５はモータ軸受５ａ，５ｂ
を介してフレーム２で回転自在に軸支されている。また
該モータ軸５の先端にはクラッチギヤ６が固定されてお
り、主軸１のクラッチギヤ６部分の側方にはクラッチ部
材８が摺動自在に、かつ回転力を伝達可能に装着されて
いる。このクラッチ部材８には図示しない第１シフタ機
構が係合されており、このシフタ機構とクラッチ部材８
とでモータ軸５を主軸１に直結する第１クラッチ機構が
構成されている。

また上記クラッチギヤ６には減速歯車群７の大径の駆動
歯車７ａが噛合しており、該駆動歯車７ａはクラッチ部
材７ｂ，複数の中間歯車７ｃ，７ｄを介して、主軸１に
固定された従動歯車９に連結されている。そしてこのク
ラッチ部材７ｂには図示しない第２シフタ機構が係合さ
れており、このシフタ機構とクラッチ部材７ｂとでモー
タ軸５を主軸１に減速歯車群７を介して連結する第２ク
ラッチ機構が構成されている。

この従来装置では、高速時には、第２クラッチ機構によ
ってクラッチ部材７ｂと中間歯車７ｃとを切り離すとと
もに、第１クラッチ機構によってクラッチ部材８をクラ
ッチギヤ６と噛合させることにより、モータ軸５即ちロ
ータ４を主軸１に直結し、また低速時にはクラッチ部材
８とクラッチギヤ６とを切り離すとともに、クラッチ部
材７ｂと中間歯車７ｃとを噛合させることによって、ロ
ータ４を減速歯車群７を介して主軸１に接続するように
している。このようにして主軸の高速化を達成するとと
もに、低速時のトルクを確保している。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記従来装置では、クラッチ部材８，７ｂ
及びこれらの移動用のシフト機構からなる直結用及び減
速用の２組の第１，第２クラッチ機構が必要であり、そ
れだけ構造が複雑になる問題がある。

またこの従来装置では、減速歯車群７の大径の駆動歯車
７ａはクラッチギヤ６と常時噛合し、また中間ギヤ７
ｃ，７ｄは従動ギヤ９と常時噛合する構造となってお
り、そのため減速歯車群７が回転の必要のない直結時に
おいても常時回転することから、それだけ無駄な電力を
消費することとなる。

そこで本考案の目的は、簡単な構造によってロータを主
軸に直結又は減速ギヤを介して接続でき、かつ無駄な電
力消費のないモータ内蔵型工作機械の変速装置を提供す
る点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、主軸に主軸駆動用モータのロータを回転自在
に装着したモータ内蔵型工作機械において、上記ロータ
に駆動ギヤを、主軸に従動ギヤをそれぞれ固定するとと
もに、主軸にクラッチ部材を上記ロータと係脱可能に装
着し、減速ギヤを上記主軸方向に直結時位置と減速時位
置との間で移動可能に、かつ該移動によって上記駆動ギ
ヤ及び従動ギヤと係脱可能に装着し、該減速ギヤと上記
クラッチ部材とを該減速ギヤの移動動作がクラッチ部材
に伝達されるようシフタ部材で連結したことを特徴とす
る変速装置である。

〔作用〕

本考案に係る変速装置では、高速時には、減速ギヤを直
結時位置に移動させると、該減速ギヤの移動により、シ
フタ部材がクラッチ部材をロータと係合する直結時位置
に移動させるとともに、減速ギヤとロータの駆動ギヤ及
び主軸の従動ギヤとの噛合が外れ、その結果ロータの回
転はクラッチ部材を介して主軸に直接、即ち高速のまま
伝達される。

また、低速時には減速ギヤを減速時位置に移動させる
と、この移動により、シフタ部材がクラッチ部材をロー
タと係合しない減速時位置に移動させるとともに、減速
ギヤが上記駆動ギヤ及び従動ギヤと係合する減速時位置
に移動され、その結果ロータの回転は減速ギヤによって
減速された後主軸に伝達される。

このように、本考案ではシフタ部材により減速ギヤとク
ラッチ部材とを一体化し、減速ギヤの移動によってこれ
とクラッチ部材とを同時に移動させるようにしたので、
１組のクラッチ機構だけで直結及び減速動作が可能とな
り、上述の２組のクラッチ機構を要するものと比べて構
造が簡単である。

また、高速時には減速ギヤは駆動ギヤ及び従動ギヤとは
分離されており、従って従来装置におけるような、減速
を要しない直結時にも減速ギヤがロータとともに回転す
るということはなく、それだけ消費電力を低減できる。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図について説明する。

第１図は本考案の一実施例を示し、本実施例は立てフラ
イスの主軸頭に適用した例である。

図において、１１は立てフライス盤の主軸頭であり、該
主軸頭１１のボディ１２内には円筒状のスピンドル（主
軸）１３が挿入されており、該スピンドル１３は複数の
主軸軸受１３ｂ，１３ｃを介して該ボディ１２で回転自
在に支持されている。このスピンドル１３の下端には工
具保持穴１３ａが形成されており、これに挿入された工
具ホルダ１４の上端にはドローバー１５の下端に装着さ
れたコレット１６が係脱自在となっている。

そして上記スピンドル１３の上部には駆動モータ１７が
装着されている。この駆動モータ１７のステータ１８を
保持するケーシング１９は上記主軸頭１１のボディ１２
に固定されており、該ステータ１８内にはロータ２０が
回転自在に配置されている。該ロータ２０内に挿通固定
されたモータ軸２０ｃ内に上記スピンドル１３が挿通さ
れており、該モータ軸２０ｃの上下端部はロータ軸受２
０ａ，２０ｂを介してスピンドル１３で回転自在に支持
されている。またこのモータ軸２０ｃの下端面には小径
の駆動ギヤ２１が固定ボルト２１ｂで締め付け固定され
ており、該駆動ギヤ２１の内周面には係合用内歯２１ａ
が形成されている。

また上記スピンドル１３の上記駆動ギヤ２１と対向する
位置には、環状のクラッチ部材２２が軸方向に摺動自在
に装着されており、該クラッチ部材２２とスピンドル１
３とはスライドキー２３で結合されている。また、この
クラッチ部材２２の上端には係合用外歯２２ａが上記係
合用内歯２１ａと係脱可能に形成されている。さらに上
記スピンドル１３のクラッチ部材２２下方には大径の従
動ギヤ２４が固着されており、該従動ギヤ２４と上記ク
ラッチ部材２２との間には付勢ばね２５が介設されてお
り、これによりクラッチ部材２２は常時駆動ギヤ２１と
係合するよう付勢されている。

上記スピンドル１３の側方には変速軸２７が該スピンド
ル１３と平行に、かつ軸方向に移動可能に配置されてお
り、該変速軸の上端は図示しない変速用駆動シリンダに
連結されている。また、この変速軸２７には減速ギヤ２
８が軸受２９ａ，２９ｂで回転自在に装着されている。
この減速ギヤ２８は、上端に大歯車２８ａを、下端に小
歯車２８ｂをそれぞれ固定してなり、この大，小歯車２
８ａ，２８ｂは上記変速軸２７を図示実線で示す変速時
位置に移動させると、それぞれ上記駆動ギヤ２１，従動
ギヤ２４と噛合し、図示二点鎖線で示す直結時位置に移
動させると、上記噛合が外れるようになっている。

また、上記減速ギヤ２８と上記クラッチ部材２２とはシ
フタ３１で連結されている。このシフタ３１は平面視楕
円状のもので、その外側部分３１ａはシフタ軸受３０を
介して減速ギヤ２８の大，小歯車２８ａ，２８ｂ間部分
に装着されており、その内側部分３１ｂは上記クラッチ
部材２２に、これに嵌合固着されたクラッチ軸受２２ｂ
の外周との間に所定の隙間をあけて装着されている。こ
れにより、上記変速軸２７を移動させると、このシスタ
３１が減速ギヤ２８によって移動され、これに伴って、
クラッチ部材２２を移動させるように構成されている。

次に本実施例の作用効果について説明する。

本実施例装置において、高速時には変速軸２７を変速用
駆動シリンダにより上昇（図示右方向）させる。すると
減速ギヤ２８が図示二点鎖線で示す直結時位置に移動
し、該減速ギヤ２８の大，小歯車２８ａ，２８ｂと、駆
動ギヤ２１，従動ギヤ２４との噛合が外れるとともに、
シフタ３１によってクラッチ部材２２が上昇されてその
外歯２２ａが駆動ギヤ２１の内歯２１ａと噛合する。そ
してこの場合クラッチ部材２２は付勢ばね２５で駆動ギ
ヤ２１の背面のストッパ２１ｃに当接するよう付勢さ
れ、そのためシフタ３１の内側部分３１ｂと上側のクラ
ッチ軸受２２ｂのアウタレースとの間には軸方向に僅か
な隙間ができている。

このようにして、高速時にはロータ２０はモータ軸２０
ｃ，駆動ギヤ２１，クラッチ部材２２を介してスピンド
ル１３と直結され、その結果、ロータ２０の回転には、
駆動ギヤ２１からクラッチ部材２２を経てそのままスピ
ンドル１３に伝達される。また、減速ギヤ２８は駆動ギ
ヤ２１，従動ギヤ２４のいずれとも噛合していないこと
から全く回転しない。

そしてこの高速時においては、ロータ２０を支持するロ
ータ軸受２０ａ，２０ｂは、スピンドル１３がロータ２
０と同一回転速度で回転することから全く回転しないこ
ととなる。また、クラッチ軸受２２ｂについては、その
インナレースはクラッチ部材２２と共にスピンドル１３
と同一回転速度で回転するものの、アウタレースはシフ
タ３１との間に隙間があることからインナレースと略共
回りし、結局このクラッチ軸受２２ｂについてもほとん
ど回転しないこととなる。

また、低速時には変速軸２７を変速用駆動シリンダによ
って下降させる。すると減速ギヤ２８が図示実線で示す
変速位置に移動し、該減速ギヤ２８の大，小歯車２８
ａ，２８ｂがそれぞれモータ軸２０ｃの駆動ギヤ２１，
スピンドル１３の従動ギヤ２４と噛合するとともに、シ
フタ３１が付勢ばね２５に抗してクラッチ部材２２を下
降させ、その外歯２２ａと駆動ギヤ２１の内歯２１ａと
の噛合が外れる。これにより、ロータ２０とスピンドル
１３とが減速ギヤ２８を介して連結されたこととなり、
該ロータ２０の回転は、駆動ギヤ２１から減速ギヤ２
８，従動ギヤ２４を通って伝達される。

そしてこのとき、ロータ軸受２０ａ，２０ｂは、そのア
ウタレース，インナレースがそれぞれモータ軸２０ｃ，
スピンドル１３と共に回転することから、両者の回転速
度の差で回転することとなる。またクラッチ軸受２２ｂ
については、そのアウタレースがシフタ３１と当接し固
定されていることから、スピンドル１３の回転速度で回
転することとなる。

このように本実施例では、変速軸２７とともに移動する
減速ギヤ２８と、クラッチ部材２２とをシフタ３１で連
結したので、減速ギヤ２８とクラッチ部材２２とを変速
軸２７の移動によって、クラッチ部材２２とロータ２０
とが直結されるとともに減速ギヤ２８と駆動ギヤ２１，
従動ギヤ２４との噛合が外れる直結時位置、あるいは上
記クラッチ部材２２とロータ２０が分離されるとともに
ギヤ同志が噛合する減速時位置に同時に移動させること
ができる。即ち１組のクラッチ機構によってロータ２０
とスピンドル１３とを直結又は減速ギヤ２８を介して接
続でき、上記従来の２組のクラッチ機構を要するものと
比較して変速装置の構造を非常に簡素化できる。

また、高速時には、減速ギヤ２８は駆動ギヤ２１，従動
ギヤ２４のいずれとも噛合していないことから全く回転
せず、上記従来の変速ギヤがクラッチギヤと常時噛合し
て常時回転するものと比較してそれだけ消費電力を低減
できる。

また、ロータ２０をロータ軸受２０ａ，２０ｂを介して
スピンドル１３で回転自在に支持したので、該軸受の回
転速度は高速時には零、低速時にはロータ２０とスピン
ドル１３との回転速度の差という非常な低速となり、特
別の潤滑機構を考慮することなく該ロータ軸受２０ａ，
２０ｂの寿命を延長できる。

また、クラッチ軸受２２ｂについては、高速時はそのア
ウタレースとシフタ３１との間に隙間ができるようにし
たので、略零回転となり、低速時は低速回転するスピン
ドル１３と同一回転であり、その結果該クラッチ軸受２
２ｂについても寿命を延長できる。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案に係るモータ内蔵型工作機械の変
速装置によれば、変速時位置と直結時位置との間で移動
して駆動ギヤ，従動ギヤと係脱する減速ギヤと、ロータ
と係脱するクラッチ部材とをシフタで連結したので、簡
単な構造でロータと主軸とを直結，又は減速ギアを介し
て接続できる効果があり、また、高速時には減速ギヤは
回転しないので、それだけ消費電力を低減できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による変速装置が適用された
主軸頭の断面側面図、第２図は従来の変速装置を示す断
面側面図である。 図において、１３はスピンドル（主軸）、１７は主軸駆
動用モータ、２０はロータ、２１は駆動ギヤ、２２はク
ラッチ部材、２４は従動ギヤ、２８は減速ギヤ、３１は
シフタである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】主軸駆動用モータのロータを主軸を囲むよ
   うに、かつ回転自在に装着したモータ内蔵型工作機械に
   おいて、上記ロータと主軸とを直結又は減速ギヤを介し
   て連結するための変速装置であって、上記ロータ，主軸
   にそれぞれ駆動ギヤ，従動ギヤを固定し、該主軸にクラ
   ッチ部材を軸方向に移動可能で、かつ回転力を伝達可能
   に装着し、該クラッチ部材をこれの軸方向移動によって
   上記ロータと係脱可能に構成し、減速ギヤを上記主軸方
   向に直結時位置と減速時位置との間で移動可能に、かつ
   該移動によって上記駆動ギヤ及び従動ギヤと係脱可能に
   配置し、該減速ギヤと上記クラッチ部材とを該減速ギヤ
   の移動動作がクラッチ部材に伝達されるようシフタ部材
   で連結したことを特徴とするモータ内蔵型工作機械の変
   速装置。