(57)【要約】      （修正有）【課題】遊星歯車機構の機械的な振れ、ガタつき、さらに構成部品の寿命に焦点を当て、精度の高い遊星歯車機構を採用することで高精細な加工品質を目指し、且つ、プラネタリーギヤ・インターナルギヤ・サンギヤの寿命も格段に延長する。【解決手段】工作機械から出力される回転力はカップリングギヤ４を介してドライブシャフト３を回転させ、この回転はドライブシャフト３の先端部に取り付けた複数のプラネタリーギヤ８が自転しつつインターナルギヤ６の内側およびサンギヤ７の外側を複数のプラネタリーギヤ８の各々に歯をかみ合わせながら公転することによりインターナルギヤ６とサンギヤ７の歯数比に応じてスピンドルシャフト１０を増速してその回転を伝達する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルシャフトの中央先端部に取り付けたサンギヤと、該サンギヤとの同心円上にインターナルギヤを配し、該サンギヤと、該インターナルギヤの両方に噛合うように同一平面上に軸中心を有する複数の同一形状のプラネタリーギヤを配し、該プラネタリーギヤは中心軸を有し、該中心軸の両端には軸受けが配されたプラネタリーギヤユニットを形成し、ドライブシャフトの一端に設けたギヤ取り付けキャリアに前記軸受けの一方を介して、各プラネタリーギヤユニット収納部を分室化する構成のキャリア押さえ取り付けピンに、前記軸受けの他方を介してキャリア押さえを嵌合させて前記複数のプラネタリーギヤを挟持したことを特徴とする高速加工用スピンドル装置。
【請求項２】
前記、複数のプラネタリーギヤユニットを有することを特徴とした請求項１記載の高速加工用スピンドル装置。
【請求項３】
前記、プラネタリーギヤと、インターナルギヤと、サンギヤと、のギヤ比に応じて外部工作機械の回転出力を増速変換させることを特徴とした請求項１記載の高速加工用スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＮＣ自動旋盤等の微細高速加工用に使用するスピンドル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、一般的に自動旋盤等の微細高速加工用のスピンドル装置の増速機構としてクランクギヤ方式のものが良く知られている。このほか電気モーターを使って速度を制御する方式のものもすでに製品化されている。【０００３】  機械的な増速手段として、クランクギヤ方式のほか、遊星歯車機構を用いたものも知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献】
【特許文献】  特開２００１−１９８７６４号
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  クランクギヤを用いた増速機構を採用したスピンドルは、回転駆動源からの拔き差しが簡単にできるという利点をもっているが、振動や回転音が大きく、また回転工具ユニットの振れやガタつきが大きいため、精度の保持が難しいという欠点を有している。
【０００６】  一方電気モーター方式のものは機械的な振動は低減されるものの電源を必要とするため、制御ボックス、配線の設置が煩わしい等の問題がある。
【０００７】  遊星歯車機構を採用したものはクランクギヤに比較して振動や回転音が低く精度の保持が良化するという長所を有しているが、超高速微細加工等においてはいまだ十分な性能が発揮されていないのが現状である。
【０００８】  本発明は上述のような問題点に着目してなされたものであり、従来より知られている遊星歯車機構の機械的な振れ、ガタつき、さらに構成部品の寿命に焦点を当て、精度の高い遊星歯車機構を採用することで高精細な加工品質を目指し、且つ、プラネタリーギヤ・インターナルギヤ・サンギヤの寿命も格段に延長することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明による高速加工用スピンドル装置は、スピンドルシャフトの中央先端部に取り付けたサンギヤと該サンギヤと同心円上にインターナルギヤを配し、該サンギヤと該インターナルギヤの両方に噛合うように同一平面上に軸中心を有する複数の同一形状のプラネタリーギヤを配し、該プラネタリーギヤは中心軸を有し、該中心軸の両端には軸受けが配されたプラネタリーギヤユニットを形成し、ドライブシャフトの一端に設けたギヤ取り付けキャリアに前記軸受けの一方を介して、各プラネタリーギヤユニット収納部を分室化する構成のキャリア押さえ取り付けピンに、前記軸受けの他方を介してキャリア押さえを嵌合させて前記複数のプラネタリーギヤを挟持したものである。
【００１０】  請求項２記載の発明による高速加工用スピンドル装置は、プラネタリーギヤユニットを複数配設したものである。
【００１１】  請求項３記載の発明による高速加工用スピンドル装置は、プラネタリーギヤと、インターナルギヤと、サンギヤと、のギヤ比に応じて外部工作機械の回転出力を増速変換させることを特徴としたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下にこの発明の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明による高速加工用スピンドル装置の一つの実施の形態を示している。
【００１３】  図１は本発明のスピンドル装置の断面図である。ボディ１およびエンドボディ２の中央部に軸受けを介してドライブシャフト３が配置されている。
ドライブシャフト３のエンドボディ２側には工作機械の回転工具ユニットからの回転駆動を伝えるカップリングギヤ４がナット５により締め付けられている。
一方ドライブシャフト３の他端側にはインターナルギヤ６、サンギヤ７およびプラネタリーギヤ８からなる遊星歯車増速機構部が設けられている。
【００１４】  スピンドル装置の先端部には切削工具を取り付ける切削工具装着部材９がスピンドルシャフト１０の一端部に取り付けられており、このスピンドルシャフト１０は軸受けを介してスピンドルハウジング１１の中央部に配置されている。スピンドルシャフト１０の他端側にはサンギヤ７が取り付けられている。
【００１５】  工作機械から出力される回転力はカップリングギヤ４を介してドライブシャフト３を回転させ、この回転はドライブシャフト３の先端部に取り付けた複数のプラネタリーギヤ８が自転しつつインターナルギヤ６の内側およびサンギヤ７の外側を複数のプラネタリーギヤ８の各々に歯をかみ合わせながら公転することによりインターナルギヤ６とサンギヤ７の歯数比に応じてスピンドルシャフト１０を増速してその回転を伝達する。
【００１６】  本発明の高速加工用スピンドル装置は、工作機械からの回転出力が５０００ｒｐｍで回転するときその４倍の２００００ｒｐｍの高速回転で切削工具を回転させることができる。このことにより工作時間の短縮は勿論であるが、切削工具が高速に回転することにより高精度の精密微細加工が可能となるものである。この性能を達成するためには、回転の振れを抑え軽い負荷で駆動力を増速し、伝達することができる。
【００１７】  高精度の精密微細加工の性能を満たす最大の要素である本発明の詳細を図２により説明する。図２はドライブシャフト３の断面図およびギヤ取り付けキャリア１２の拡大図である。ドライブシャフト３の先端部にギヤ取り付けキャリア１２を設ける。ギヤ取り付けキャリア１２には軸受け穴１３が中心軸対象に４か所ギヤ取り付けキャリア１２上に形成される。さらにそれぞれの軸受け穴１３を囲うようにキャリア押さえ取り付けピン１４が形成される。
このキャリア押さえ取り付けピン１４は、軸受け穴１３と同心円（点線および実線で図示）の曲線を有する壁で囲うように分室化するように構成する。
キャリア押さえ取り付けピン１４の先端部は、キャリア押さえを締結するねじ穴が設けられている。
【００１８】  次にプラネタリーギヤ８のユニットの構成について図３により説明する。プラネタリーギヤ８は中央部の貫通穴の一部にキー１７を有し、プラネタリーギャシャフト１５に設けたキー溝１６に嵌めこんで設置される。
プラネタリーギヤシャフト１５の両端にはそれぞれ軸受け１８、および１９がはめ込まれプラネタリーギヤユニットを構成する。キー１７およびキー溝１６は、高精度の加工を施す。
【００１９】  プラネタリーギヤ８、プラネタリーギヤシャフト１５、両端に配した軸受け１８、および１９からなるプラネタリーギヤユニットは、ドライブシャフト３の先端部に設けたギヤ取り付けキャリア１２の軸受け穴１３に嵌めこむ。軸受け穴は同一円周上に分割された位置に中心をもつ４か所からなる。したがって４個のプラネタリーギヤユニットが軸受け穴１３にセットされた状態が作られる。図４はキャリア押さえ２０の表面Ａ，裏面Ｂを示すもので、上部に突き出た４つの軸受け位置を図４中に示したキャリア押さえ２０上の軸受け穴２１に位置決めされたキャリア押さえ取り付けピン１４をピン固定穴２２に嵌めこんでキャリア押さえ２０を閉じ、ネジで締結する。
【００２０】  ４個のプラネタリーギヤユニットは、キャリア押さえ取り付けピン１４の作る４つの分室にそれぞれに収納された状態でドライブシャフト３に組み付けられてドライブシャフトユニットが完成する。この後、サンギヤ７を取り付けたスピンドルシャフト１０が、図１のごとく組み込まれて本発明の高速加工用スピンドル装置が完成する。
【００２１】  工作機械に本発明の高速加工用４倍速スピンドル装置を装着し、微細穴開け加工や微小径エンドミルに使用した。
高速回転しているにもかかわらず、極めて静かになめらかに運転できた。また、加工面は高精度を保ち、本発明の高速加工用スピンドル装置を構成する歯車等の部品の摩耗も従来の遊星ギヤ方式に比べて少ない。
【００２２】  本発明の請求項２では、４個のプラネタリーギヤユニットで構成しているが、プラネタリーギヤは２個でも、３個でも、５個でも同様な増速は可能であるが、プラネタリーギヤユニットを支えるキャリア押さえ取り付けピン１４が高精度の分割角度でプラネタリーギヤを囲むように等分に配置されていることにより、回転によるブレが少なく且つギヤ同志の噛合い時の摩擦が低減されるとともに静音化が達成され、高精度の加工を実現することとなる。これらにより、構成部品の摩耗が低減され、高速加工用スピンドル装置の長寿命化が達成された。
【００２３】  本発明の請求項３では、プラネタリーギヤと、インターナルギヤと、サンギヤと、を同一平面上で構成であるため、ギヤ比の変更が容易であることから外部工作機械の回転出力を自由に増速変換させることができる。
【発明の効果】
【００２４】  以上の説明から理解されるごとく、この発明による高速加工用スピンドル装置は、スピンドルシャフトの中央先端部に取り付けたサンギヤと該サンギヤと同心円上にインターナルギヤを配し、該サンギヤと該インターナルギヤの両方に噛合うように同一平面上に軸中心を有する複数の同一形状のプラネタリーギヤを配し、該プラネタリーギヤは中心軸を有し、該中心軸の両端には軸受けが配され、ドライブシャフトの一端に設けたギヤ取り付けキャリアに前記軸受けを介して、各プラネタリーギヤを等分に分室化する構成のキャリア押さえ取り付けピンにキャリア押さえを嵌合させて前記複数のプラネタリーギヤを挟持したものであって、回転工具ユニットの回転がインターナルギヤとサンギヤの歯数の比に応じて増速される。
【００２５】  本発明では、最も動きの激しいプラネタリーギヤに着目し、プラネタリーギヤとプラネタリーギヤシャフト及びシャフトの両端に取り付ける軸受けによりユニット化して、キャリア押さえ取り付けピンにより、それぞれのユニットを分室化して、プラネタリーギヤと、サンギヤと、インターナルギヤとの噛合いから生じる振動を吸収分散することにより静音化して、高精度加工と高速加工用スピンドル装置の長寿命化を実現したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、高速加工用スピンドル装置の断面図である。
【図２】本発明の、ドライブシャフトの断面図およびギヤ取り付けキャリアのＡ矢視拡大平面図である。
【図３】本発明の、プラネタリーギヤユニットの構成図である。
【図４】本発明の、キャリア押さえの平面図及びキャリア押さえの表面Ａ、裏面Ｂの斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】１．ボディ
２．エンドボディ
３．ドライブシャフト
４．カップリングギヤ
５．ナット
６．インターナルギヤ
７．サンギヤ
８．プラネタリーギヤ
９．工具装着部材
１０．スピンドルシャフト
１１．スピンドルハウジング
１２．ギヤ取り付けキャリア
１３．軸受け穴
１４．キャリア押さえ取り付けピン
１５．プラネタリーギヤシャフト
１６．キー溝
１７．キー
１８．軸受け
１９．軸受け
２０．キャリア押さえ  Ａ：表面  Ｂ：裏面
２１．軸受け穴
２２．ピン固定穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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