主軸駆動装置
【課題】穴加工等の回転加工と割出加工、さらには、ギヤシェーパ加工等の往復動加工を精度よく効率的に行え、小型で簡単な主軸駆動装置３０を提供。
【解決手段】主軸台３１に転がり軸受３２で支持された中空高速軸３３内両端から突出しかつ中空高速軸内を滑り軸受で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端２ａに工具を取付け可能にされた主軸２と、主軸の後端２ｂ側に設けられ主軸とは軸方向に摺動可能にかつ一体に回転する従動歯車１８と、中空高速軸の軸端に設けられ主軸の軸方向移動に伴って中空高速軸と主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチ３７と、クラッチの断続ができるように主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構４４とを設ける。さらに往復動機構は主軸の軸方向の往復動もできるようにする。従動歯車はバックラッシ調整装置１に接続し、割出用駆動モータ８と切断又は接続可能にする。中空高速軸は高速回転用モータ６０に接続する。
【解決手段】主軸台３１に転がり軸受３２で支持された中空高速軸３３内両端から突出しかつ中空高速軸内を滑り軸受で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端２ａに工具を取付け可能にされた主軸２と、主軸の後端２ｂ側に設けられ主軸とは軸方向に摺動可能にかつ一体に回転する従動歯車１８と、中空高速軸の軸端に設けられ主軸の軸方向移動に伴って中空高速軸と主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチ３７と、クラッチの断続ができるように主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構４４とを設ける。さらに往復動機構は主軸の軸方向の往復動もできるようにする。従動歯車はバックラッシ調整装置１に接続し、割出用駆動モータ８と切断又は接続可能にする。中空高速軸は高速回転用モータ６０に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギヤシェーパ等の割出回転及び往復運動機構を有し、さらに穴や筒等の高速回転加工が可能な複合工作機械の主軸駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転と割出しを有する工作機械の一つに、ギヤシェーパがある。例えば特許文献１の図１のギヤシェーパでは、主軸先端にピニオンカッタを取付け、主軸に設けられた従動歯車を割出用駆動モータで回転させると同時に、球面軸受を介してクランク機構を主軸に接続し、主軸を上下に移動させ、歯車を製作している。なお、往復動作の往復動（中心）位置は、主軸全体を上下動する。さらには、ＮＣ工作機械の進歩により、特許文献２のようなマシニングセンタでは、ワークを載置又は固定するテーブル、あるいは工具が取付けられる工具主軸において割出機能の他に、ワークの穴加工等の高速回転ができるものが増加している。しかし、生産効率や精度の点で専用機より劣るという問題があった。
【０００３】
そこで、ＮＣ旋盤等の複合工作機械では、精度を確保するために、割出用モータ（サーボモータ等）と高速回転用モータ（スピンドルモータ等）とを設けて、クラッチ等により主軸と各モータとを選択的に接続し、割出又は高速回転を行っている。例えば特許文献２の自動旋盤においては、回転と割出を主軸後端に配置された切換機構を前後させることにより選択している。主軸の後端側にはクラッチコーンとスプラインが形成され、さらに、切換機構及び高速回転用モータによりプーリ駆動される回転伝動軸が配置されている。切換機構は先端側にクラッチコーンと外周に外歯車を有し、前進時には、クラッチコーンに接続され、かつ外歯車は割出用モータに接続された割出機構にかみ合うようにされている。これにより割出を行う。また、切換機構は後端に主軸とスプライン嵌合し後側に延出するスプライン穴を有し、後退時には、回転伝達軸のスプラインと嵌合し、主軸を高速回転するようにしている。
【０００４】
一方、このような割出機構を有する工作機械では割出精度が要求される。しかし、割出は駆動軸から、複数の歯車を介して回転テーブル軸や工具主軸に伝達されるので、歯車によるバックラッシのため、割出精度が低下する。
【０００５】
そこで、特許文献３の図１においては、テーブル回転用であるが、バックラッシを少なくするために、図７に示すようなバックラッシ調整装置８１を用いている。このバックラッシ調整装置は、ターニングテーブル２駆動用であり、駆動軸９０を軸方向移動させることにより、割出と高速回転とを切り替えることができるようにされている。図７は高速回転時を示す。
【０００６】
駆動用の駆動平歯車９１を駆動軸９０に設け、この駆動平歯車にかみ合う第１の平歯車９２と、この第１平歯車と同軸に第２のはすば歯車９４を設けて第１の中間軸８５とする。さらに、第１平歯車９２とは別に、駆動平歯車９１と、かみ合う第３の平歯車９５と、この第３の平歯車と同軸に第４のはすば歯車９７を設けて第２中間軸８６とする。そして、第２、第４のはすば歯車９４、９７をテーブル回転軸６ｃ（主軸）の従動はすば歯車１８に同時にかみ合うようにされている。さらに、第１又は第２中間軸８５、８６の少なくとも一方を軸方向に移動させることにより、従動はすば歯車１８（主軸２）と駆動はすば歯車９１間のバックラッシを調整できる。
【０００７】
割出は駆動軸を下方（矢印）に移動させ、駆動平歯車９１に、第１の平歯車９２と第３の平歯車９５をかみ合わせる。同時にクラッチ１０５を働かせウォームギヤ１０２と駆動軸９０を接続する。図示しない割出用モータでウォームギヤを駆動し、バックラッシを防止しながら割出を行う。さらに、高速回転では、図５に示すように、駆動軸９０を上昇させ、バックラッシ調整機能を解除した状態で高速用駆動モータ１０３により高速回転をおこなう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１０９２２３号公報
【特許文献２】特開２０００−１９０１２７号公報
【特許文献３】特許２６３１４１６号公報
【特許文献４】特開２００１−２４６５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１では、主軸用駆動モータは１つなので、割出精度と高速の両方を満足させるモータは一般に入手は困難で、コストが高く、制御も複雑になるという問題があった。また、特許文献１のギヤシェーパの軸の上下運動と、特許文献３又は４の割出及び高速回転軸とを一体にしたものはなかった。さらに、特許文献１を特許文献３に適用するためには、剛性向上のために主軸の軸方向長さを確保する必要があり、さらに軸方向に長くしなければならない。また、特許文献１を特許文献４に適用しても、特許文献４のものは、ターニングテーブル用であり、穴加工の主軸のような高速回転を得ることは困難である。また、高速回転時には従動はすば歯車１８（主軸２）は第４のはすば歯車９７とかみ合えばよいが、第２のはすば歯車９４ともかみ合っているので負荷が多くなり、また、歯車抵抗が増すという問題があった。さらに、両者とも往復動作機構と割出用及び高速回転用モータを前後移動する切換機構の両機能を配置するために構造が複雑、大きくなるという問題があった。
【００１０】
かかる問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータ切換機構及び往復動機構を複雑化せず小型で簡単な、穴加工等の高速回転と割出回転が可能な主軸駆動装置を提供することである。さらには、一般の穴加工等の回転加工とギヤシェーパ加工等の往復動加工を精度よく効率的に行える主軸駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、工作機械等の回転軸の駆動装置において、前記回転軸は、主軸台に転がり軸受で支持された中空高速軸と、前記中空高速軸内両端から突出しかつ前記中空高速軸内を滑り軸受で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端に工具を取付け可能にされた主軸と、を備え、前記主軸は前記主軸の後端側に設けられ前記主軸とは軸方向に摺動可能にかつ前記主軸と一体に回転する従動歯車を有し、前記中空高速軸の軸端に設けられ前記主軸の軸方向移動に伴って前記中空高速軸と前記主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチと、を有し、前記クラッチの断続ができるように前記主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構と、を備えた主軸駆動装置を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１２】
即ち、中空高速軸内に回転及び往復運動可能な主軸を設けた二重構造とし、中空高速軸内両端から突出するように主軸を設けるので、軸方向長さが長くとれる。高速回転時は、主軸と中空高速軸とを軸端のクラッチで結合し、転がり軸受で支持された中空高速軸と主軸を一体に回転させる。一方、割出し時は、主軸と中空高速軸とをクラッチで切離し、従動歯車により主軸を割出回転する。また、主軸は中空高速軸内で滑り軸受により支持されているので、主軸を軸方向に移動させることにより、クラッチの入り切りを行えるので、往復移動機構の構造が簡単である。
【００１３】
さらに、請求項２に記載の発明においては、前記往復移動機構を前記主軸の軸方向の往復動及び前記クラッチの断続ができるようにした。主軸は中空高速軸内で滑り軸受により支持されているので、クラッチの入り切りに加え、往復動機構により軸方向に移動でき、割出及び軸方向往復作動ができる。主軸の軸方向の往復動は従来の往復動機構の場合でも、往復動機構全体を移動できるようにしたり、連結棒の長さを変化できるようにすれば、ギヤシェーパ時の往復作動と、中空高速軸と主軸とを断続するクラッチの操作を容易に兼ねることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明においては、前記従動歯車は割出用駆動モータに接続可能にされ、前記中空高速軸は高速回転用モータに接続可能とした。これにより、割出回転時は割出用駆動モータを用い、穴加工等では高速回転用モータを用いることができる。また、請求項３に記載の発明においては、前記従動歯車はバックラッシを防止するバックラッシ調整装置に接続されており、前記割出用駆動モータとは切断又は接続可能にした。
【００１５】
さらに、請求項５に記載の発明においては、前記往復動機構は、前記主軸後端に回転自在に接続された懸架部材と、前記懸架部材を上下移動可能に保持するリニア軸受と、前記懸架部材をリニア軸受にクランプ又はアンクランプする懸架部材クランプ装置と、前記懸架部材に接続されるクランク機構と、前記クランク機構の偏心量を調整するクランクピン取付部材と、前記クランク機構を駆動する駆動モータを設けた。クランク軸で上下される懸架部材を懸架部材クランプ装置により固定することができる。これによりクラッチの断続（入切）を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の主軸駆動装置においては、軸方向長さが長くとれるので、剛性の高く、精度の高い主軸を提供するものとなった。高速回転時は転がり軸受で支持され、割出し時は、滑り軸受により支持される。クラッチの接続又は切断は軸方向へ移動するだけでよく機構が簡単、確実である。なお、静圧軸受にすればより精度の高い加工が可能である。
【００１７】
さらに、請求項２に記載の発明においては、滑り軸受により軸方向に移動できるので、クラッチの入り切りのみでなく、往復動作もでき、ＮＣ工作機械にように主軸台を往復動させることなく、従来のギヤシェーパと同様な加工機械で穴加工とギヤシェーパの加工を行え、精度の高い歯車を製作できるものとなった。また、往復移動機構により、ギヤシェーパ歯車加工と、穴加工等の旋削を選択するクラッチを操作できるので構造が複雑化することない。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明においては、割出回転時は割出用駆動モータを用い、穴加工等では高速回転用モータを用いて加工条件にあった速度・精度を得られるので、加工精度が向上し、生産効率も向上する。また、請求項４に記載の発明においては、従動歯車をバックラッシ調整装置に接続できるので、バックラッシのない精度の高い割出加工ができる。
【００１９】
さらに、請求項５に記載の発明においては、クランク軸で上下される懸架部材を懸架部材クランプ装置により固定することができるので、クランク機構での位置合わせした後、懸架部材を固定することにより主軸を任意の位置で固定できる。往復運転時には、懸架部材クランプ装置はアンクランプとする。なお、本発明の主軸駆動は、ギヤシェーパに限定されることなく、他の工作機械の工具主軸やワークテーブル等にも適用でき、さらに一般の工作機械をはじめとし、複合工作機械にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置及び往復移動機構の部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置の部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置のクラッチを切り主軸と中間回転軸を分離した状態を示す部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置の主軸（回転軸）の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置の従動歯車側と往復移動機構の模式図である。
【図６】本発明に用いたバックラッシ調整装置の模式図である。
【図７】従来のはすば歯車機構の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態の主軸駆動装置について説明する。図１に示すように、主軸駆動装置３０は、主軸台３１に転がり軸受３２で支持された中空高速軸３３、中空高速軸内両端から突出しかつ中空高速軸内を滑り軸受３４で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端２ａに図示しない工具（ピニオンカッタ等）を取付け可能にされた主軸２を有する。さらに、主軸の後端側に従動平歯車１８が設けられており、従動平歯車の回転により主軸２が回転する。従動平歯車は主軸とは軸方向に摺動可能にかつ主軸と一体に回転し、軸受ブッシュ１８ａと転がり軸受３８で回転自在に支持されている。従動平歯車１８は後述するバックラッシ調整装置１に設けられた割出用モータ８により割出が可能にされている。中空高速軸３３は高速回転用モータ６０に接続されている。また、中空高速軸の軸端に設けられ主軸の軸方向移動に伴って中空高速軸と主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチ３７が設けられている。さらに、主軸２の軸方向の往復動又はクラッチ３７の断続ができるように主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構４４を有する。
【００２２】
詳述すると、図１、２、４に示すように、中空高速軸３３は主軸台３１に転がり軸受３２・・３２で支持され、主軸２（回転軸）は、中空高速軸内３３ｂに滑り軸受３４を介して回転かつ軸方向に摺動自在に挿通されている。主軸２の両端は中空高速軸内から突出し、先端２ａには工具取付穴３５、ドローバ穴３６が開けられ、工具着脱機構（クランプユニット３６ａ及びドローバ３６ｂ）により図示しない工具が取付け、取り外し可能にされている。
【００２３】
また、中空高速軸３３の先端には切り欠き３３ａが設けられ、主軸２の先端側外周には、キー２ｄが設けられている。主軸を軸方向に移動させ、このキーを切り欠き３３ａに嵌合又は離脱することによりクラッチ３７を構成し、主軸と中空高速軸３３を一体に回転、又は分離できる。図２は中空高速軸と主軸とがかみ合った状態を示し、図３は分離した状態を示している。主軸を図で見て下方に移動させると切り欠き３３ａからキー２ｄが離れ、クラッチが切断される。中空高速軸の切り欠き３３ａに続いてプーリ４１が設けられている。高速回転用モータ６０が中間高速軸３３と平行の出力軸６０ｃを下側に向けて主軸台３１に取付けられている。プーリベルト４２、プーリ４１を介して中空高速軸が高速回転用モータにより回転可能に接続されている。
【００２４】
中空高速軸３３の後端側には、逃げ穴３３ｃ、軸受ブッシュ穴３３ｄ、止めブッシュ穴３３ｅが順次設けられている。中空高速軸３３の軸受ブッシュ穴３３ｄに軸受ブッシュ１８ａが嵌挿され、軸受ブッシュ鍔部１８ｂの先端側端面が軸受ブッシュ穴と止めブッシュ挿入穴３３ｅの段差に当接するようにされている。軸受ブッシュ鍔部１８ｂの後端側端面に隙間をもって当接するように止めブッシュ３３ｆが止めブッシュ穴３３ｅに挿入され、中空高速軸端面３３ｇにねじ固定されている。これにより、軸受ブッシュ１８ａは中空高速軸に対して回転自在にされている。
【００２５】
さらに、軸受ブッシュ１８ａは十字スプライン穴１８ｃを有する鍔付き補強部材１８ｅに嵌着されている。鍔付き補強部材１８ｅの鍔１８ｆ端に従動平歯車１８がねじ固定されている。また、従動平歯車は反軸受ブッシュ１８ａ側で上部転がり軸受３８を介して主軸台３１に支持されている。これにより、従動平歯車１８は、軸受ブッシュ１８ａを介して中空高速軸３３内を回転自在に支持される。
【００２６】
主軸２の後端側には、前述した軸受ブッシュ１８ａの十字スプライン穴１８ｃにキー嵌合する十字形状のキー２ｂを有する（キー）スプラインブッシュ２ｃが嵌合固定されている。このスプラインブッシュ２ｃが軸受ブッシュ１８ａに嵌合されており、主軸と従動平歯車１８とを軸方向移動自在に一体に回転させる。これにより、割出モータ８の回転が従動平歯車１８を介して主軸２に伝達される。さらに、図１、５に示すように、主軸２はラジアル軸受及びスラスト軸受を組み合わせた回転自在に軸方向接続できる回転継手４３を介して、往復移動装置４４に接続されている。これにより、従動平歯車１８及び主軸２が中空高速軸内３３ｂを回転自在にされる。なお、回転継ぎ手４３は球面軸受等でもよいことはいうまでもない。
【００２７】
図１、５に示すように、往復移動装置４４は略して示す回転継手４３に接続された懸架部材４５をリニアガイド４６に沿って上下方向に移動させる。即ち、主軸２をリニアガイド４６に沿って上下方向に移動させる。懸架部材４５は移動クランプ４７の進退により、懸架部材の位置を固定（クランプ）又は上下移動可能（アンクランプ）にされる。即ち、移動クランプ４７により、主軸２の位置固定と軸方向移動との選択が可能となる。懸架部材４５には工具着脱用シリンダ４８が内蔵され、前述したドローバ３６ｂを上下させて工具を着脱する。懸架部材４５の上端には懸架部材の移動方向と直角方向にスライダ溝４９が設けられている。
【００２８】
スライダ溝４９にクランクピン５０先端が嵌合されている。さらに、クランクピン５０はクランプピン取付部材５１を介して回転板５２に偏心可能に取付けられている。回転板の回転によりクランクピンを介してスライダ溝を上下させクランク機構を構成し、懸架部材４５を上下移動させる。さらに、懸架部材、回転継手４３を介して主軸２が上下運動する。回転板５２は歯車減速機構５４を介して上下用モータ５５により回転される。
【００２９】
回転板５２の軸直角方向に送りねじ５６が設けられ、クランプピン取付部材５１が送りねじに螺合されている。送りねじ５６の回転によりクランプピン取付部材５１を軸直角方向に移動させ、クランクピン５０の偏心量を調整する。送りねじ５６の端面には、六角穴５６ａが設けられており、この六角穴に嵌合可能なナットランナ５７が進退可能かつ回転可能に設けられている。ナットランナ５７はランナシリンダ５８により進退され、位置決めモータ５９により回転可能にされている。クランプピン取付部材５１はクランプシリンダ５３の進退により位置保持（クランプ）又は移動可能（アンクランプ）にされる。
【００３０】
クランクピン５０の位置決めは次のように行う。クランプシリンダ５３を後退させクランプピン取付部材５１のクランプを解除する。位置決めモータ５９を回転させながら空気圧式のランナシリンダ５８を進めてナットランナを六角穴に差し込みながら、さらに位置決めモータ５９を回転させ、クランプピン取付部材（クランクピン）が所望の位置になるように調整する。調整が完了したら、クランプシリンダ５３を前進させクランプピン取付部材５１を固定する。次にランナシリンダ５８を後退させ、ナットランナを六角穴から外し、原位置に戻す。なお、ナットランナと六角穴の位相をあわせてから回転させて位置決めしてもよい。
【００３１】
図１、２及び図４乃至図６に示すように、主軸台３１にはさらに、主軸２の従動平歯車のバックラッシを調整するとともに、駆動するバックラッシ調整装置１が取付けられている。図に示すように、バックラッシ調整装置１は従動平歯車１８の側面に設けられ、バックラッシ調整装置の端部に割出用駆動モータ８が設けられている。割出用駆動モータ８は回転割出精度が高いサーボモータが用いられ、遊星減速機９を介して減速され、出力軸１０を介して左ねじれの駆動はすば歯車１１に接続されている。図６に示すように、左ねじれの駆動はすば歯車１１の両側にはそれぞれ、右ねじれの第１及び第２のはすば歯車１２、１５がかみ合うようにされている。この第１及び第２のはすば歯車１２、１５は、それぞれ第１及び第２の中間軸２１、２２の下方側に設けられている。第１及び第２の中間軸の上方側にそれぞれ第１及び第２の平歯車１３、１６が設けられ、第１及び第２の平歯車とかみ合う第１及び第２の中間平歯車１４、１７が順次設けられている。この第１及び第２の中間平歯車１４、１７は、主軸２の従動平歯車１８を二カ所から同時にかみ合うようにされている。
【００３２】
第１及び第２の中間軸２１，２２は、それぞれ油圧作動のバックラッシ調整シリンダ２４、２５により軸方向に移動し、はすば歯車のかみ合い状態を押し合い状態にしてバックラッシを調整するようにされている。例えば、第１（又は第２）の中間軸を図６で見て下方向へ移動すると第１（又は第２）のはすば歯車１４は右回転方向に力を受ける。同時に駆動はすば歯車１１は左回転方向に力を受け、従動平歯車１８の歯面を互いに反対側に押すようにしてバックラッシを無くすあるいは少なくすることができる。中間軸２１、２２を互いに逆方向に移動させると少ない移動量でかみ合い量を増して歯車列の隙間は少なくなりさらには歯車面同士が圧接される。これにより、サーボモータ８による主軸２のバックラッシなしの高精度の割出を行うことができる。
【００３３】
さらに、第１及び第２の中間平歯車１４、１７はそれぞれ油圧作動のシフトシリンダ２６、２７により軸方向に移動し、従動平歯車１８とかみ合い又はかみ合いを解除できるようにされている。シフトシリンダをシフトさせかみ合いを外せば、主軸２とバックラッシ調整装置１とが切り離される。サーボモータ８、バックラッシ調整シリンダ１４、１７、シフトシリンダ２６、２７はそれぞれ異なる歯車軸に設けられているので、構造が簡単であり、軸方向の大きさも小さくできる。
【００３４】
かかる構成の主軸駆動装置３０において、作動について一例を説明する。高速回転時には、まず、クラッチ３７の位置を合わせる。次に図１、図５に示すように、上下用モータ５５を回転させ、回転板５２の送りねじ５６が主軸２と同方向となるような位置にする。そして、クランプピン取付部材５１の位置を調整できるようにし、位置決めモータ５９を回転させ、クランプピン取付部材５１を上方に移動、即ち主軸２を上方に移動させ、図１、２に示すように、主軸２のキー２ｄと中空高速軸３３の切り欠き３３ａを嵌合し一体にする。さらに、移動クランプ４７を進め懸架部材４５の位置を固定（クランプ）する。これにより、主軸２と中空高速軸３３とは一体となる。
【００３５】
一方、図２のバックラッシ調整装置１のバックラッシ調整シリンダ２４、２５を軸方向に移動し、バックラッシを与える。次に図４に示すように、シフトシリンダ２６、２７を進め、第１及び第２の中間平歯車１４、１７を従動平歯車１８からかみ合いを解除する。高速回転用モータ６０を回転させ、プーリベルト４２、プーリを介して中空高速軸３３、主軸２、従動平歯車１８を回転させる。なお、クランプピン取付部材５１の位置は、クランク動作させる場合の範囲にクラッチ３７の断続に必要な距離をプラスした値より外側である。なお、クランクピンを移動させてクラッチ３７の断続（入切）を行った例を示したが、単純に往復移動機構４４全体を上下に移動させるようにして、クラッチの断続を行うようにしてもよい。
【００３６】
割出回転時には、まず、移動クランプ４７を後退させ懸架部材４５を移動できる（アンクランプ）ようにする。次に、クランプピン取付部材５１の位置を調整できるようにし、位置決めモータ５９を回転させ、クランプピン取付部材５１を移動し、主軸の移動が所定の往復動作範囲となるように設定し、クランプシリンダ５３を前進させクランプピン取付部材５１位置を固定する。このとき、図３に示すように、クラッチ３７は解除され、主軸２と中空高速軸３３は互いに回転自在となる。
【００３７】
一方、図１、２、５に示すように、バックラッシ調整装置１のシフトシリンダ２６、２７を後退させ、第１及び第２の中間平歯車１４、１７と従動平歯車１８をかみ合わせる。バックラッシ調整シリンダ２４、２５を軸方向に移動させバックラッシを無くす。次に、割出用駆動モータ８を回転させ、バックラッシ調整装置を介して従動平歯車を回転させ、バックラッシのない回転を主軸２に与える。同時に上下用モータ５５を回転させて主軸を上下方向に往復動させる。これにより、例えば、ギヤシェーパ加工が可能となる。
【００３８】
以上のように、本発明の実施の形態においては、バックラッシ調整装置の割出用駆動モータ８と従動平歯車１８とを切断、接続可能とした。また、高速回転用モータ６０に接続された中空高速軸３３内を軸方向に移動かつ回転可能にされた主軸２の先端に工具を取付けるようにした。これにより、ギヤシェーパのような往復、割出加工を行えると共に、高速回転による穴や筒等の旋削加工ができる複合工作機械を提供するものとなった。
【００３９】
割出加工時には、バックラッシがなく、割出精度よく行われる。この場合、高速用モータ(スピンドルモータ)６０は回転しないのでトルク損失や振動も少ない。また、高速回転動作においては、割出用モータ８を有するバックラッシ調整装置１と従動平歯車１８との噛み合いは解除されるので、振動やトルク損失の影響も少なく、スムースな回転が可能である。
【００４０】
なお、上部転がり軸受３８を挟んで従動平歯車１８の上部に環状のカバー３９がねじ固定されている。カバー３９の下側には環状のオイルパン４０が設けられ、外部からの塵埃の侵入を防ぐ。従動平歯車１８、カバー３９には、鍔付き補強部材１８ｅと同形状、同位相に十字スプライン穴１８ｃが設けられている。また、十字スプライン穴１８ｃは、十字に限らず、対向する一組のキー穴、多数の歯を有するスプライン穴等、回転を伝達し、軸方向に移動可能な軸嵌合機構であればよい。さらに、図４に示す符号６１は、主軸２のみを作動させる時に、中空高速軸３３を固定するクランプである。符号６２はクランプ３７のクランプ位置を割り出すための位置決め用クランプ、符号６３は中空高速軸内の軸受３４に潤滑剤を供給するために中空高速軸外周面に着脱可能にされた給油口及び排油口である。また、各制御はＮＣ制御等種々の制御により制御される。また、例として図３の符号６４で示す検出器等は各図に示すように適宜設定されることはいうまでもない。
【００４１】
以上本発明の実施の形態について、述べたが、本実施の形態に限らず適宜適用が可能であることはいうまでもない。また、バックラッシ調整装置は本発明の実施の形態に限らず他の形態のものであってもよい。バックラッシが問題とならなければ、バックラッシ調整装置を介さず単に割出用駆動モータと接続してもよい。また、往復移動装置は特許文献１のような従来のものに、クラッチ３７の断続（入切）のできる上下機構を付加する等、適宜適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４２】
１ バックラッシ調整装置。
２ 回転軸（主軸）
２ａ 主軸先端
２ｂ 主軸の後端
８ 割出用駆動モータ
１８ 従動平歯車
３０ 主軸駆動装置
３１ 主軸台
３２ 転がり軸受
３３ 中空高速軸
３３ｂ 中空高速軸内
３４ 滑り軸受
３７ クラッチ
４４ 往復移動機構
４５ 懸架部材
４６ リニア軸受
４７ 懸架部材クランプ装置
５１ クランクピン取付部材
５４ クランク機構
５５ 駆動モータ
６０ 高速回転用モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギヤシェーパ等の割出回転及び往復運動機構を有し、さらに穴や筒等の高速回転加工が可能な複合工作機械の主軸駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転と割出しを有する工作機械の一つに、ギヤシェーパがある。例えば特許文献１の図１のギヤシェーパでは、主軸先端にピニオンカッタを取付け、主軸に設けられた従動歯車を割出用駆動モータで回転させると同時に、球面軸受を介してクランク機構を主軸に接続し、主軸を上下に移動させ、歯車を製作している。なお、往復動作の往復動（中心）位置は、主軸全体を上下動する。さらには、ＮＣ工作機械の進歩により、特許文献２のようなマシニングセンタでは、ワークを載置又は固定するテーブル、あるいは工具が取付けられる工具主軸において割出機能の他に、ワークの穴加工等の高速回転ができるものが増加している。しかし、生産効率や精度の点で専用機より劣るという問題があった。
【０００３】
そこで、ＮＣ旋盤等の複合工作機械では、精度を確保するために、割出用モータ（サーボモータ等）と高速回転用モータ（スピンドルモータ等）とを設けて、クラッチ等により主軸と各モータとを選択的に接続し、割出又は高速回転を行っている。例えば特許文献２の自動旋盤においては、回転と割出を主軸後端に配置された切換機構を前後させることにより選択している。主軸の後端側にはクラッチコーンとスプラインが形成され、さらに、切換機構及び高速回転用モータによりプーリ駆動される回転伝動軸が配置されている。切換機構は先端側にクラッチコーンと外周に外歯車を有し、前進時には、クラッチコーンに接続され、かつ外歯車は割出用モータに接続された割出機構にかみ合うようにされている。これにより割出を行う。また、切換機構は後端に主軸とスプライン嵌合し後側に延出するスプライン穴を有し、後退時には、回転伝達軸のスプラインと嵌合し、主軸を高速回転するようにしている。
【０００４】
一方、このような割出機構を有する工作機械では割出精度が要求される。しかし、割出は駆動軸から、複数の歯車を介して回転テーブル軸や工具主軸に伝達されるので、歯車によるバックラッシのため、割出精度が低下する。
【０００５】
そこで、特許文献３の図１においては、テーブル回転用であるが、バックラッシを少なくするために、図７に示すようなバックラッシ調整装置８１を用いている。このバックラッシ調整装置は、ターニングテーブル２駆動用であり、駆動軸９０を軸方向移動させることにより、割出と高速回転とを切り替えることができるようにされている。図７は高速回転時を示す。
【０００６】
駆動用の駆動平歯車９１を駆動軸９０に設け、この駆動平歯車にかみ合う第１の平歯車９２と、この第１平歯車と同軸に第２のはすば歯車９４を設けて第１の中間軸８５とする。さらに、第１平歯車９２とは別に、駆動平歯車９１と、かみ合う第３の平歯車９５と、この第３の平歯車と同軸に第４のはすば歯車９７を設けて第２中間軸８６とする。そして、第２、第４のはすば歯車９４、９７をテーブル回転軸６ｃ（主軸）の従動はすば歯車１８に同時にかみ合うようにされている。さらに、第１又は第２中間軸８５、８６の少なくとも一方を軸方向に移動させることにより、従動はすば歯車１８（主軸２）と駆動はすば歯車９１間のバックラッシを調整できる。
【０００７】
割出は駆動軸を下方（矢印）に移動させ、駆動平歯車９１に、第１の平歯車９２と第３の平歯車９５をかみ合わせる。同時にクラッチ１０５を働かせウォームギヤ１０２と駆動軸９０を接続する。図示しない割出用モータでウォームギヤを駆動し、バックラッシを防止しながら割出を行う。さらに、高速回転では、図５に示すように、駆動軸９０を上昇させ、バックラッシ調整機能を解除した状態で高速用駆動モータ１０３により高速回転をおこなう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１０９２２３号公報
【特許文献２】特開２０００−１９０１２７号公報
【特許文献３】特許２６３１４１６号公報
【特許文献４】特開２００１−２４６５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１では、主軸用駆動モータは１つなので、割出精度と高速の両方を満足させるモータは一般に入手は困難で、コストが高く、制御も複雑になるという問題があった。また、特許文献１のギヤシェーパの軸の上下運動と、特許文献３又は４の割出及び高速回転軸とを一体にしたものはなかった。さらに、特許文献１を特許文献３に適用するためには、剛性向上のために主軸の軸方向長さを確保する必要があり、さらに軸方向に長くしなければならない。また、特許文献１を特許文献４に適用しても、特許文献４のものは、ターニングテーブル用であり、穴加工の主軸のような高速回転を得ることは困難である。また、高速回転時には従動はすば歯車１８（主軸２）は第４のはすば歯車９７とかみ合えばよいが、第２のはすば歯車９４ともかみ合っているので負荷が多くなり、また、歯車抵抗が増すという問題があった。さらに、両者とも往復動作機構と割出用及び高速回転用モータを前後移動する切換機構の両機能を配置するために構造が複雑、大きくなるという問題があった。
【００１０】
かかる問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータ切換機構及び往復動機構を複雑化せず小型で簡単な、穴加工等の高速回転と割出回転が可能な主軸駆動装置を提供することである。さらには、一般の穴加工等の回転加工とギヤシェーパ加工等の往復動加工を精度よく効率的に行える主軸駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、工作機械等の回転軸の駆動装置において、前記回転軸は、主軸台に転がり軸受で支持された中空高速軸と、前記中空高速軸内両端から突出しかつ前記中空高速軸内を滑り軸受で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端に工具を取付け可能にされた主軸と、を備え、前記主軸は前記主軸の後端側に設けられ前記主軸とは軸方向に摺動可能にかつ前記主軸と一体に回転する従動歯車を有し、前記中空高速軸の軸端に設けられ前記主軸の軸方向移動に伴って前記中空高速軸と前記主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチと、を有し、前記クラッチの断続ができるように前記主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構と、を備えた主軸駆動装置を提供することにより前述した課題を解決した。
【００１２】
即ち、中空高速軸内に回転及び往復運動可能な主軸を設けた二重構造とし、中空高速軸内両端から突出するように主軸を設けるので、軸方向長さが長くとれる。高速回転時は、主軸と中空高速軸とを軸端のクラッチで結合し、転がり軸受で支持された中空高速軸と主軸を一体に回転させる。一方、割出し時は、主軸と中空高速軸とをクラッチで切離し、従動歯車により主軸を割出回転する。また、主軸は中空高速軸内で滑り軸受により支持されているので、主軸を軸方向に移動させることにより、クラッチの入り切りを行えるので、往復移動機構の構造が簡単である。
【００１３】
さらに、請求項２に記載の発明においては、前記往復移動機構を前記主軸の軸方向の往復動及び前記クラッチの断続ができるようにした。主軸は中空高速軸内で滑り軸受により支持されているので、クラッチの入り切りに加え、往復動機構により軸方向に移動でき、割出及び軸方向往復作動ができる。主軸の軸方向の往復動は従来の往復動機構の場合でも、往復動機構全体を移動できるようにしたり、連結棒の長さを変化できるようにすれば、ギヤシェーパ時の往復作動と、中空高速軸と主軸とを断続するクラッチの操作を容易に兼ねることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明においては、前記従動歯車は割出用駆動モータに接続可能にされ、前記中空高速軸は高速回転用モータに接続可能とした。これにより、割出回転時は割出用駆動モータを用い、穴加工等では高速回転用モータを用いることができる。また、請求項３に記載の発明においては、前記従動歯車はバックラッシを防止するバックラッシ調整装置に接続されており、前記割出用駆動モータとは切断又は接続可能にした。
【００１５】
さらに、請求項５に記載の発明においては、前記往復動機構は、前記主軸後端に回転自在に接続された懸架部材と、前記懸架部材を上下移動可能に保持するリニア軸受と、前記懸架部材をリニア軸受にクランプ又はアンクランプする懸架部材クランプ装置と、前記懸架部材に接続されるクランク機構と、前記クランク機構の偏心量を調整するクランクピン取付部材と、前記クランク機構を駆動する駆動モータを設けた。クランク軸で上下される懸架部材を懸架部材クランプ装置により固定することができる。これによりクラッチの断続（入切）を行う。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の主軸駆動装置においては、軸方向長さが長くとれるので、剛性の高く、精度の高い主軸を提供するものとなった。高速回転時は転がり軸受で支持され、割出し時は、滑り軸受により支持される。クラッチの接続又は切断は軸方向へ移動するだけでよく機構が簡単、確実である。なお、静圧軸受にすればより精度の高い加工が可能である。
【００１７】
さらに、請求項２に記載の発明においては、滑り軸受により軸方向に移動できるので、クラッチの入り切りのみでなく、往復動作もでき、ＮＣ工作機械にように主軸台を往復動させることなく、従来のギヤシェーパと同様な加工機械で穴加工とギヤシェーパの加工を行え、精度の高い歯車を製作できるものとなった。また、往復移動機構により、ギヤシェーパ歯車加工と、穴加工等の旋削を選択するクラッチを操作できるので構造が複雑化することない。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明においては、割出回転時は割出用駆動モータを用い、穴加工等では高速回転用モータを用いて加工条件にあった速度・精度を得られるので、加工精度が向上し、生産効率も向上する。また、請求項４に記載の発明においては、従動歯車をバックラッシ調整装置に接続できるので、バックラッシのない精度の高い割出加工ができる。
【００１９】
さらに、請求項５に記載の発明においては、クランク軸で上下される懸架部材を懸架部材クランプ装置により固定することができるので、クランク機構での位置合わせした後、懸架部材を固定することにより主軸を任意の位置で固定できる。往復運転時には、懸架部材クランプ装置はアンクランプとする。なお、本発明の主軸駆動は、ギヤシェーパに限定されることなく、他の工作機械の工具主軸やワークテーブル等にも適用でき、さらに一般の工作機械をはじめとし、複合工作機械にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置及び往復移動機構の部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置の部分断面図である。
【図３】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置のクラッチを切り主軸と中間回転軸を分離した状態を示す部分断面図である。
【図４】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置の主軸（回転軸）の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態を示す主軸駆動装置の従動歯車側と往復移動機構の模式図である。
【図６】本発明に用いたバックラッシ調整装置の模式図である。
【図７】従来のはすば歯車機構の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態の主軸駆動装置について説明する。図１に示すように、主軸駆動装置３０は、主軸台３１に転がり軸受３２で支持された中空高速軸３３、中空高速軸内両端から突出しかつ中空高速軸内を滑り軸受３４で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端２ａに図示しない工具（ピニオンカッタ等）を取付け可能にされた主軸２を有する。さらに、主軸の後端側に従動平歯車１８が設けられており、従動平歯車の回転により主軸２が回転する。従動平歯車は主軸とは軸方向に摺動可能にかつ主軸と一体に回転し、軸受ブッシュ１８ａと転がり軸受３８で回転自在に支持されている。従動平歯車１８は後述するバックラッシ調整装置１に設けられた割出用モータ８により割出が可能にされている。中空高速軸３３は高速回転用モータ６０に接続されている。また、中空高速軸の軸端に設けられ主軸の軸方向移動に伴って中空高速軸と主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチ３７が設けられている。さらに、主軸２の軸方向の往復動又はクラッチ３７の断続ができるように主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構４４を有する。
【００２２】
詳述すると、図１、２、４に示すように、中空高速軸３３は主軸台３１に転がり軸受３２・・３２で支持され、主軸２（回転軸）は、中空高速軸内３３ｂに滑り軸受３４を介して回転かつ軸方向に摺動自在に挿通されている。主軸２の両端は中空高速軸内から突出し、先端２ａには工具取付穴３５、ドローバ穴３６が開けられ、工具着脱機構（クランプユニット３６ａ及びドローバ３６ｂ）により図示しない工具が取付け、取り外し可能にされている。
【００２３】
また、中空高速軸３３の先端には切り欠き３３ａが設けられ、主軸２の先端側外周には、キー２ｄが設けられている。主軸を軸方向に移動させ、このキーを切り欠き３３ａに嵌合又は離脱することによりクラッチ３７を構成し、主軸と中空高速軸３３を一体に回転、又は分離できる。図２は中空高速軸と主軸とがかみ合った状態を示し、図３は分離した状態を示している。主軸を図で見て下方に移動させると切り欠き３３ａからキー２ｄが離れ、クラッチが切断される。中空高速軸の切り欠き３３ａに続いてプーリ４１が設けられている。高速回転用モータ６０が中間高速軸３３と平行の出力軸６０ｃを下側に向けて主軸台３１に取付けられている。プーリベルト４２、プーリ４１を介して中空高速軸が高速回転用モータにより回転可能に接続されている。
【００２４】
中空高速軸３３の後端側には、逃げ穴３３ｃ、軸受ブッシュ穴３３ｄ、止めブッシュ穴３３ｅが順次設けられている。中空高速軸３３の軸受ブッシュ穴３３ｄに軸受ブッシュ１８ａが嵌挿され、軸受ブッシュ鍔部１８ｂの先端側端面が軸受ブッシュ穴と止めブッシュ挿入穴３３ｅの段差に当接するようにされている。軸受ブッシュ鍔部１８ｂの後端側端面に隙間をもって当接するように止めブッシュ３３ｆが止めブッシュ穴３３ｅに挿入され、中空高速軸端面３３ｇにねじ固定されている。これにより、軸受ブッシュ１８ａは中空高速軸に対して回転自在にされている。
【００２５】
さらに、軸受ブッシュ１８ａは十字スプライン穴１８ｃを有する鍔付き補強部材１８ｅに嵌着されている。鍔付き補強部材１８ｅの鍔１８ｆ端に従動平歯車１８がねじ固定されている。また、従動平歯車は反軸受ブッシュ１８ａ側で上部転がり軸受３８を介して主軸台３１に支持されている。これにより、従動平歯車１８は、軸受ブッシュ１８ａを介して中空高速軸３３内を回転自在に支持される。
【００２６】
主軸２の後端側には、前述した軸受ブッシュ１８ａの十字スプライン穴１８ｃにキー嵌合する十字形状のキー２ｂを有する（キー）スプラインブッシュ２ｃが嵌合固定されている。このスプラインブッシュ２ｃが軸受ブッシュ１８ａに嵌合されており、主軸と従動平歯車１８とを軸方向移動自在に一体に回転させる。これにより、割出モータ８の回転が従動平歯車１８を介して主軸２に伝達される。さらに、図１、５に示すように、主軸２はラジアル軸受及びスラスト軸受を組み合わせた回転自在に軸方向接続できる回転継手４３を介して、往復移動装置４４に接続されている。これにより、従動平歯車１８及び主軸２が中空高速軸内３３ｂを回転自在にされる。なお、回転継ぎ手４３は球面軸受等でもよいことはいうまでもない。
【００２７】
図１、５に示すように、往復移動装置４４は略して示す回転継手４３に接続された懸架部材４５をリニアガイド４６に沿って上下方向に移動させる。即ち、主軸２をリニアガイド４６に沿って上下方向に移動させる。懸架部材４５は移動クランプ４７の進退により、懸架部材の位置を固定（クランプ）又は上下移動可能（アンクランプ）にされる。即ち、移動クランプ４７により、主軸２の位置固定と軸方向移動との選択が可能となる。懸架部材４５には工具着脱用シリンダ４８が内蔵され、前述したドローバ３６ｂを上下させて工具を着脱する。懸架部材４５の上端には懸架部材の移動方向と直角方向にスライダ溝４９が設けられている。
【００２８】
スライダ溝４９にクランクピン５０先端が嵌合されている。さらに、クランクピン５０はクランプピン取付部材５１を介して回転板５２に偏心可能に取付けられている。回転板の回転によりクランクピンを介してスライダ溝を上下させクランク機構を構成し、懸架部材４５を上下移動させる。さらに、懸架部材、回転継手４３を介して主軸２が上下運動する。回転板５２は歯車減速機構５４を介して上下用モータ５５により回転される。
【００２９】
回転板５２の軸直角方向に送りねじ５６が設けられ、クランプピン取付部材５１が送りねじに螺合されている。送りねじ５６の回転によりクランプピン取付部材５１を軸直角方向に移動させ、クランクピン５０の偏心量を調整する。送りねじ５６の端面には、六角穴５６ａが設けられており、この六角穴に嵌合可能なナットランナ５７が進退可能かつ回転可能に設けられている。ナットランナ５７はランナシリンダ５８により進退され、位置決めモータ５９により回転可能にされている。クランプピン取付部材５１はクランプシリンダ５３の進退により位置保持（クランプ）又は移動可能（アンクランプ）にされる。
【００３０】
クランクピン５０の位置決めは次のように行う。クランプシリンダ５３を後退させクランプピン取付部材５１のクランプを解除する。位置決めモータ５９を回転させながら空気圧式のランナシリンダ５８を進めてナットランナを六角穴に差し込みながら、さらに位置決めモータ５９を回転させ、クランプピン取付部材（クランクピン）が所望の位置になるように調整する。調整が完了したら、クランプシリンダ５３を前進させクランプピン取付部材５１を固定する。次にランナシリンダ５８を後退させ、ナットランナを六角穴から外し、原位置に戻す。なお、ナットランナと六角穴の位相をあわせてから回転させて位置決めしてもよい。
【００３１】
図１、２及び図４乃至図６に示すように、主軸台３１にはさらに、主軸２の従動平歯車のバックラッシを調整するとともに、駆動するバックラッシ調整装置１が取付けられている。図に示すように、バックラッシ調整装置１は従動平歯車１８の側面に設けられ、バックラッシ調整装置の端部に割出用駆動モータ８が設けられている。割出用駆動モータ８は回転割出精度が高いサーボモータが用いられ、遊星減速機９を介して減速され、出力軸１０を介して左ねじれの駆動はすば歯車１１に接続されている。図６に示すように、左ねじれの駆動はすば歯車１１の両側にはそれぞれ、右ねじれの第１及び第２のはすば歯車１２、１５がかみ合うようにされている。この第１及び第２のはすば歯車１２、１５は、それぞれ第１及び第２の中間軸２１、２２の下方側に設けられている。第１及び第２の中間軸の上方側にそれぞれ第１及び第２の平歯車１３、１６が設けられ、第１及び第２の平歯車とかみ合う第１及び第２の中間平歯車１４、１７が順次設けられている。この第１及び第２の中間平歯車１４、１７は、主軸２の従動平歯車１８を二カ所から同時にかみ合うようにされている。
【００３２】
第１及び第２の中間軸２１，２２は、それぞれ油圧作動のバックラッシ調整シリンダ２４、２５により軸方向に移動し、はすば歯車のかみ合い状態を押し合い状態にしてバックラッシを調整するようにされている。例えば、第１（又は第２）の中間軸を図６で見て下方向へ移動すると第１（又は第２）のはすば歯車１４は右回転方向に力を受ける。同時に駆動はすば歯車１１は左回転方向に力を受け、従動平歯車１８の歯面を互いに反対側に押すようにしてバックラッシを無くすあるいは少なくすることができる。中間軸２１、２２を互いに逆方向に移動させると少ない移動量でかみ合い量を増して歯車列の隙間は少なくなりさらには歯車面同士が圧接される。これにより、サーボモータ８による主軸２のバックラッシなしの高精度の割出を行うことができる。
【００３３】
さらに、第１及び第２の中間平歯車１４、１７はそれぞれ油圧作動のシフトシリンダ２６、２７により軸方向に移動し、従動平歯車１８とかみ合い又はかみ合いを解除できるようにされている。シフトシリンダをシフトさせかみ合いを外せば、主軸２とバックラッシ調整装置１とが切り離される。サーボモータ８、バックラッシ調整シリンダ１４、１７、シフトシリンダ２６、２７はそれぞれ異なる歯車軸に設けられているので、構造が簡単であり、軸方向の大きさも小さくできる。
【００３４】
かかる構成の主軸駆動装置３０において、作動について一例を説明する。高速回転時には、まず、クラッチ３７の位置を合わせる。次に図１、図５に示すように、上下用モータ５５を回転させ、回転板５２の送りねじ５６が主軸２と同方向となるような位置にする。そして、クランプピン取付部材５１の位置を調整できるようにし、位置決めモータ５９を回転させ、クランプピン取付部材５１を上方に移動、即ち主軸２を上方に移動させ、図１、２に示すように、主軸２のキー２ｄと中空高速軸３３の切り欠き３３ａを嵌合し一体にする。さらに、移動クランプ４７を進め懸架部材４５の位置を固定（クランプ）する。これにより、主軸２と中空高速軸３３とは一体となる。
【００３５】
一方、図２のバックラッシ調整装置１のバックラッシ調整シリンダ２４、２５を軸方向に移動し、バックラッシを与える。次に図４に示すように、シフトシリンダ２６、２７を進め、第１及び第２の中間平歯車１４、１７を従動平歯車１８からかみ合いを解除する。高速回転用モータ６０を回転させ、プーリベルト４２、プーリを介して中空高速軸３３、主軸２、従動平歯車１８を回転させる。なお、クランプピン取付部材５１の位置は、クランク動作させる場合の範囲にクラッチ３７の断続に必要な距離をプラスした値より外側である。なお、クランクピンを移動させてクラッチ３７の断続（入切）を行った例を示したが、単純に往復移動機構４４全体を上下に移動させるようにして、クラッチの断続を行うようにしてもよい。
【００３６】
割出回転時には、まず、移動クランプ４７を後退させ懸架部材４５を移動できる（アンクランプ）ようにする。次に、クランプピン取付部材５１の位置を調整できるようにし、位置決めモータ５９を回転させ、クランプピン取付部材５１を移動し、主軸の移動が所定の往復動作範囲となるように設定し、クランプシリンダ５３を前進させクランプピン取付部材５１位置を固定する。このとき、図３に示すように、クラッチ３７は解除され、主軸２と中空高速軸３３は互いに回転自在となる。
【００３７】
一方、図１、２、５に示すように、バックラッシ調整装置１のシフトシリンダ２６、２７を後退させ、第１及び第２の中間平歯車１４、１７と従動平歯車１８をかみ合わせる。バックラッシ調整シリンダ２４、２５を軸方向に移動させバックラッシを無くす。次に、割出用駆動モータ８を回転させ、バックラッシ調整装置を介して従動平歯車を回転させ、バックラッシのない回転を主軸２に与える。同時に上下用モータ５５を回転させて主軸を上下方向に往復動させる。これにより、例えば、ギヤシェーパ加工が可能となる。
【００３８】
以上のように、本発明の実施の形態においては、バックラッシ調整装置の割出用駆動モータ８と従動平歯車１８とを切断、接続可能とした。また、高速回転用モータ６０に接続された中空高速軸３３内を軸方向に移動かつ回転可能にされた主軸２の先端に工具を取付けるようにした。これにより、ギヤシェーパのような往復、割出加工を行えると共に、高速回転による穴や筒等の旋削加工ができる複合工作機械を提供するものとなった。
【００３９】
割出加工時には、バックラッシがなく、割出精度よく行われる。この場合、高速用モータ(スピンドルモータ)６０は回転しないのでトルク損失や振動も少ない。また、高速回転動作においては、割出用モータ８を有するバックラッシ調整装置１と従動平歯車１８との噛み合いは解除されるので、振動やトルク損失の影響も少なく、スムースな回転が可能である。
【００４０】
なお、上部転がり軸受３８を挟んで従動平歯車１８の上部に環状のカバー３９がねじ固定されている。カバー３９の下側には環状のオイルパン４０が設けられ、外部からの塵埃の侵入を防ぐ。従動平歯車１８、カバー３９には、鍔付き補強部材１８ｅと同形状、同位相に十字スプライン穴１８ｃが設けられている。また、十字スプライン穴１８ｃは、十字に限らず、対向する一組のキー穴、多数の歯を有するスプライン穴等、回転を伝達し、軸方向に移動可能な軸嵌合機構であればよい。さらに、図４に示す符号６１は、主軸２のみを作動させる時に、中空高速軸３３を固定するクランプである。符号６２はクランプ３７のクランプ位置を割り出すための位置決め用クランプ、符号６３は中空高速軸内の軸受３４に潤滑剤を供給するために中空高速軸外周面に着脱可能にされた給油口及び排油口である。また、各制御はＮＣ制御等種々の制御により制御される。また、例として図３の符号６４で示す検出器等は各図に示すように適宜設定されることはいうまでもない。
【００４１】
以上本発明の実施の形態について、述べたが、本実施の形態に限らず適宜適用が可能であることはいうまでもない。また、バックラッシ調整装置は本発明の実施の形態に限らず他の形態のものであってもよい。バックラッシが問題とならなければ、バックラッシ調整装置を介さず単に割出用駆動モータと接続してもよい。また、往復移動装置は特許文献１のような従来のものに、クラッチ３７の断続（入切）のできる上下機構を付加する等、適宜適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４２】
１ バックラッシ調整装置。
２ 回転軸（主軸）
２ａ 主軸先端
２ｂ 主軸の後端
８ 割出用駆動モータ
１８ 従動平歯車
３０ 主軸駆動装置
３１ 主軸台
３２ 転がり軸受
３３ 中空高速軸
３３ｂ 中空高速軸内
３４ 滑り軸受
３７ クラッチ
４４ 往復移動機構
４５ 懸架部材
４６ リニア軸受
４７ 懸架部材クランプ装置
５１ クランクピン取付部材
５４ クランク機構
５５ 駆動モータ
６０ 高速回転用モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械等の回転軸の駆動装置において、前記回転軸は、主軸台に転がり軸受で支持された中空高速軸と、前記中空高速軸内両端から突出しかつ前記中空高速軸内を滑り軸受で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端に工具を取付け可能にされた主軸と、を備え、前記主軸は前記主軸の後端側に設けられ前記主軸とは軸方向に摺動可能にかつ前記主軸と一体に回転する従動歯車を有し、前記中空高速軸の軸端に設けられ前記主軸の軸方向移動に伴って前記中空高速軸と前記主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチと、を有し、前記クラッチの断続ができるように前記主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構と、を備えていることを特徴とする主軸駆動装置。
【請求項２】
前記往復移動機構は、前記主軸の軸方向の往復動及び前記クラッチの断続ができるようにされていることを特徴とする請求項１記載の主軸駆動装置。
【請求項３】
前記従動歯車は割出用駆動モータに接続可能にされ、前記中空高速軸は高速回転用モータに接続可能されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の主軸駆動装置。
【請求項４】
前記従動歯車はバックラッシを防止するバックラッシ調整装置に接続されており、前記割出用駆動モータとは切断又は接続可能にされていることを特徴とする請求項３記載の主軸駆動装置。
【請求項５】
前記往復動機構は、前記主軸の後端に回転自在に接続された懸架部材と、前記懸架部材を上下移動可能に保持するリニア軸受と、前記懸架部材をリニア軸受にクランプ又はアンクランプする懸架部材クランプ装置と、前記懸架部材に接続されるクランク機構と、前記クランク機構の偏心量を調整するクランクピン取付部材と、前記クランク機構を駆動する駆動モータと、を有することを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の主軸駆動装置。
【請求項１】
工作機械等の回転軸の駆動装置において、前記回転軸は、主軸台に転がり軸受で支持された中空高速軸と、前記中空高速軸内両端から突出しかつ前記中空高速軸内を滑り軸受で回転かつ軸方向に摺動可能に挿通され先端に工具を取付け可能にされた主軸と、を備え、前記主軸は前記主軸の後端側に設けられ前記主軸とは軸方向に摺動可能にかつ前記主軸と一体に回転する従動歯車を有し、前記中空高速軸の軸端に設けられ前記主軸の軸方向移動に伴って前記中空高速軸と前記主軸とを回転方向に切断又は接続可能とするクラッチと、を有し、前記クラッチの断続ができるように前記主軸を軸方向に往復動させる往復移動機構と、を備えていることを特徴とする主軸駆動装置。
【請求項２】
前記往復移動機構は、前記主軸の軸方向の往復動及び前記クラッチの断続ができるようにされていることを特徴とする請求項１記載の主軸駆動装置。
【請求項３】
前記従動歯車は割出用駆動モータに接続可能にされ、前記中空高速軸は高速回転用モータに接続可能されていることを特徴とする請求項１、又は２に記載の主軸駆動装置。
【請求項４】
前記従動歯車はバックラッシを防止するバックラッシ調整装置に接続されており、前記割出用駆動モータとは切断又は接続可能にされていることを特徴とする請求項３記載の主軸駆動装置。
【請求項５】
前記往復動機構は、前記主軸の後端に回転自在に接続された懸架部材と、前記懸架部材を上下移動可能に保持するリニア軸受と、前記懸架部材をリニア軸受にクランプ又はアンクランプする懸架部材クランプ装置と、前記懸架部材に接続されるクランク機構と、前記クランク機構の偏心量を調整するクランクピン取付部材と、前記クランク機構を駆動する駆動モータと、を有することを特徴とする請求項１又は２又は３又は４記載の主軸駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１９２４８１（Ｐ２０１２−１９２４８１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７８７５（Ｐ２０１１−５７８７５）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００５１９７）株式会社不二越 (625)
【Ｆターム（参考）】
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