(57)【要約】【課題】コスト高を招来することなく、容易に主軸の回転を制御することができる変速装置を提供する。【解決手段】主軸を無段変速する変速装置において、回転が一定のモーターによりＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸周りで回転する入力ディスクと、Ｙ軸周りに回転するとともに外周が上記入力ディスクと当接して配置される伝達部材と、上記伝達部材をＸ軸周りで傾斜する傾斜手段とにより構成される伝達部と、Ｚ軸周りに回転するとともに上記主軸に接続され、上記伝達部材の外周と当接して配設される出力ディスクとを有し、上記入力ディスクの回転を上記伝達部材により上記出力ディスクに伝達し、上記傾斜手段により上記伝達部材を傾斜することにより、上記出力ディスクの回転速度を制御して上記出力ディスクに接続される上記主軸の回転を制御するようにした。【選択図】        図２
2011132967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸を無段変速する変速装置において、
回転が一定のモーターによりＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸周りで回転する入力ディスクと、
Ｙ軸周りに回転するとともに外周が前記入力ディスクと当接して配置される伝達部材と、前記伝達部材をＸ軸周りで傾斜する傾斜手段とにより構成される伝達部と、
Ｚ軸周りに回転するとともに前記主軸に接続され、前記伝達部材の外周と当接して配設される出力ディスクと
を有し、
前記入力ディスクの回転を前記伝達部材により前記出力ディスクに伝達し、
前記傾斜手段により前記伝達部材を傾斜することにより、前記出力ディスクの回転速度を制御して前記出力ディスクに接続される前記主軸の回転を制御する
ことを特徴とする変速装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変速装置において、
前記入力ディスクおよび前記出力ディスクは略ラッパ型形状である
ことを特徴とする変速装置。
【請求項３】
請求項１および２のいずれか１項に記載の変速装置において、さらに、
主軸の回転数をリアルタイムに監視する監視手段とを有し、
前記監視手段による監視結果に基づいて、前記出力ディスクの回転数を監視することで、前記主軸の回転数を制御する  
ことを特徴とする変速装置。
【請求項４】
請求項１、２および３のいずれか１項に記載の変速装置において、さらに、
前記伝達部材は、外周面に前記入力ディスクおよび前記出力ディスクと当接して摩擦力を生じるリングが設けられる
ことを特徴とする変速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速装置に関し、さらに詳細には、工作機器の主軸やポンプの回転軸の回転速度を無段階で変速させる変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、工作機器などの主軸の回転速度を変化させる変速装置においては、例えば、ベルトを架け替えることで主軸の回転速度を変える多段プーリー方式によりモーターと主軸との回転比率を決定し、主軸の回転速度を制御するようにしていた。
【０００３】
しかしながら、こうした技術においては、主軸の回転速度を段階的に制御することは可能であるが、主軸の回転速度を無段階に制御することができないものであった。
【０００４】
こうした点を解決する技術として、特許文献１および特許文献２に開示された技術が提案されている。
【０００５】
特許文献１および特許文献２に開示された変速装置は、モーターに接続された入力ディスクが、ホイールなどの伝達部材を介して主軸などに回転を伝える出力ディスクと直列に配設されているため、変速装置自体が大型化する問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示されているような従来のハーフトライダル型変速装置は、一般に高価格であり、工作機器の作製においてコスト高を招来してしまうという問題があった。
【０００７】
なお、上記したような入力ディスクと出力ディスクとを伝達部材を介して直列に配設する構成の装置については、特許文献３に示すように、ポンプの駆動装置としても利用されており、上記した工作機器の主軸の変速装置と同様の問題点が指摘されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−５２８７５７号公報
【特許文献２】特開２００９−２０８１６６号公報
【特許文献３】特開２００１−３３６４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コスト高を招来することなく、容易に主軸の回転を制御することができる変速装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、主軸を無段変速する変速装置において、回転が一定のモーターによりＸＹＺ直交座標系におけるＹ軸周りで回転する入力ディスクと、Ｙ軸周りに回転するとともに外周が上記入力ディスクと当接して配置される伝達部材と、上記伝達部材をＸ軸周りで傾斜する傾斜手段とにより構成される伝達部と、Ｚ軸周りに回転するとともに上記主軸に接続され、上記伝達部材の外周と当接して配設される出力ディスクとを有し、上記入力ディスクの回転を上記伝達部材により上記出力ディスクに伝達し、上記傾斜手段により上記伝達部材を傾斜することにより、上記出力ディスクの回転速度を制御して上記出力ディスクに接続される上記主軸の回転を制御するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明は、上記した発明において、上記入力ディスクおよび上記出力ディスクは略ラッパ型形状であるようにしたものである。
【００１２】
また、本発明は、上記した発明において、さらに、主軸の回転数をリアルタイムに監視する監視手段とを有し、上記監視手段による監視結果に基づいて、上記出力ディスクの回転数を監視することで、上記主軸の回転数を制御するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は、上記した発明において、さらに、上記伝達部材は、外周面に上記入力ディスクおよび上記出力ディスクと当接して摩擦力を生じるリングが設けられるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、コスト高を招来することなく、容易に主軸の回転を制御することができるという優れた作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明による変速装置を備えた工作機器を示す概略構成斜視説明図である。
【図２】図２は、本発明による変速装置を示す概略構成斜視説明図である。
【図３】図３（ａ）は、入力ディスクの正面図であり、図３（ｂ）は、出力ディスクの正面図である。
【図４】図４は、伝達部を示す概略構成斜視説明図である。
【図５】図５は、本発明による変速装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による変速装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００１７】
まず、図１には、本発明による変速装置の実施の形態の一例を備えた工作機器の概略構成斜視説明図が示されており、図２には、本発明による変速装置の概略構成斜視説明図が示されている。
【００１８】
この工作機器１００は、固定系のベース部材１０２と、被加工物が載置されるとともにＸＹ平面上を移動する移動機構１０４を介してベース部材１０２上に配設されるテーブル１０６と、ベース部材１０２の後方側においてベース部材１０２上に立設された後方部材１０８と、被加工物を加工する加工器具を保持するとともにＺ軸方向で移動する移動機構１１０を介して後方部材１０８の前方面１０８ａに配設されるヘッド部１１２とを有して構成されている。
【００１９】
なお、上記した工作機器１００は、後述するモーター１２０、１２２、１２８、１４の駆動制御を含む全体の動作をマイクロコンピューター（図示せず。）により制御されているものである。
【００２０】
移動機構１０４は、ベース部材１０２上にＸ軸方向に延設された一対のレール１１４と、レール１１４と摺動自在に配設される台座１１６と、台座１１６上にＹ軸方向に延設されたレール１１８と、マイクロコンピューター（図示せず。）の制御により台座１１６をＸ軸方向に移動するモーター１２０と、マイクロコンピューター（図示せず。）の制御によりレール１１８上に配設されるテーブル１０６をＹ軸方向に移動するモーター１２２とを有して構成されている。
【００２１】
また、移動機構１１０は、後方部材１０８の前方面１０８ａ上にＺ軸方向に延設された一対のレール１２４と、レール１２４と摺動自在に配設される台座１２６と、マイクロコンピューター（図示せず。）の制御により台座１２６をＺ軸方向に移動するモーター１２８とを有して構成されている。
【００２２】
ここで、移動機構１１０を介して後方部材１０８の前方面１０８ａに配設されているヘッド部１１２は、移動機構１１０に接続される接続板１１４と、後述する主軸ユニット５０における主軸の回転速度を変更するとともに接続部１１４の上方側に配設される変速装置１０と、軸線がＺ軸方向と平行になるようにして接続部１１４の下方側に配設される主軸ユニット５０とにより構成されている。
【００２３】
より詳細には、変速装置１０は、軸線がＹ軸方向と平行になるようにして配設されるとともに回転速度が一定のモーター１４と、モーター１４に接続されてモーター１４の駆動により回転する略ラッパ型形状の入力ディスク１６と、主軸ユニット５０の上端部において主軸と接続された略ラッパ型形状の出力ディスク２０と、入力ディスク１６の回転を出力ディスク２０に伝達する伝達部２２とを有して構成されている（図２を参照する。）。
【００２４】
入力ディスク１６は、一方の端面１６ａから他方の端面１６ｂに向かって所定の位置までは一方の端面１６ａと同じ径となって円柱部１６−１を形成するとともに、当該所定の位置から他方の端面１６ｂにかけて所定の曲率を有して広がって拡張部１６−２を形成しており、入力ディスク１６の全体の形状としては略ラッパ型形状となっている（図３（ａ）を参照する。）。
【００２５】
そして、入力ディスク１６は、一方の端面１６ａにおいて、軸線上にモーター１４の軸が位置するようにモーター１４に接続されている。
【００２６】
出力ディスク２０は、一方の端面２０ａから他方の端面２０ｂに向かって所定の位置までは一方の端部２０ａと同じ径となって円筒部２０−１を形成するとともに、当該所定の位置から他方の端部２０ｂにかけて所定の曲率を有して広がって拡張部１６−２を形成しており、出力ディスク２０の全体の形状としては略ラッパ型形状となっている（図３（ｂ）を参照する。）。
【００２７】
そして、出力ディスク１０は、他方の端部２０ｂにおいて、軸線上に主軸ユニット５０の主軸が位置するよう主軸ユニット５０と接続されている。
【００２８】
また、伝達部２２は、Ｘ軸周りに回転可能に接続板１１４に接続されるとともに側面２４ａの一部が部分ギア２４ａａとなっている基台部２４と、基台部２４の前方面２４ｂに配設されるとともに伝達部材２６を支軸２８により回転自在に支持するガイド部３０と、基台部２４の側面２４ａの部分ギア２４ａａの凹凸と噛み合うよう凹凸が設けられ、当該凹凸と側面２４ａの部分ギア２４ａａの凹凸とを噛み合わせて配設されるウォームギア３２と、ウォームギア３２の上端部に設けられたノブ３４とを有して構成されている（図４を参照する。）。
【００２９】
伝達部材２６は、略円板形状に形成されており、外周面にゴムや樹脂などの摩擦力を生じる材料により形成されたリング３６が配設されている。
【００３０】
また、ガイド部３０は、支軸２８がＹ軸方向に平行となるように基台部２４に固定的に配設されている（図５に示す状態）。
【００３１】
なお、以下の説明においては、伝達部２２において支軸２８がＹ軸方向と平行に位置し、伝達部材２６がＹ軸周りに回転する位置（図５に示す状態）を「初期位置」と適宜に称することとする。
【００３２】
そして、ノブ３４が矢印Ａ方向に回転することでウォームギア３２を介して、基台部２４が矢印Ｂ方向に回転するものであるが、この基台部２４が矢印Ｂ方向に９０度だけ傾斜するように基台部２４の側面２４ａに部分ギア２４ａａが設けられている。
【００３３】
従って、基台部２４の前方面２４ｂにガイド部３０を介して設けられた伝達部材２６も初期位置から矢印Ｂ方向に９０度だけ傾斜することとなる。
【００３４】
つまり、伝達部材２６が初期位置に位置するときには、伝達部材２６はＹ軸周りに回転するが、伝達部材２６が矢印Ｂ方向に９０度傾斜したときには、伝達部材２６はＺ軸周りに回転することとなる。
【００３５】
また、この伝達部材２６は、入力ディスク１６の回転を出力ディスク２０に伝達するものであり、入力ディスク１６が矢印Ｄ方向に回転する場合には、伝達部材２６が矢印Ｅ方向に回転し、出力ディスク２０を矢印Ｆ方向に回転するものであり、入力ディスクが矢印Ｇ方向に回転する場合には、伝達部材２６が矢印Ｈ方向に回転し、出力ディスク２０と矢印Ｉ方向に回転するものである（図２を参照する。）。
【００３６】
ここで、モーター１４、主軸ユニット５０ならびに伝達部２２の配置位置は、伝達部材２６が初期位置から矢印Ｂ方向に回転する際に、リング３６を介して入力ディスク１６の拡張部１６−２の側面１６−２ａと出力ディスク２０の拡張部２０−２の側面２０−２ａと常に当接した状態となるように設定されている。
【００３７】
この際、伝達部材２６がリング３６を介して拡張部１６−２の側面１６−２ａと拡張部２０の側面２０−２ａとに当接するときの接合面の接触圧は等しくなるようにする。
【００３８】
さらに、リング３６が拡張部２０−２の側面２０−２ａに当接する際の接合面の接触圧は、主軸ユニット５０に接続された加工器具により被加工物が加工される際に、主軸の回転を維持できるだけの圧力となっている。
【００３９】
これにより、加工器具により被加工物を加工する際に主軸にかかる負荷に負けずに、主軸を回転することができるようになる。
【００４０】
以上の構成において、本発明による変速装置１０を備えた工作機器１００を用いて被加工物を加工するには、まず、主軸ユニット５０の主軸ヘッド５２に被加工物を加工することが可能な加工器具を支持させ、被加工物をテーブル１０６に載置する。
【００４１】
その後、作業者が図示しないマイクロコンピューターにデータを入力し、工作機器１００による被加工物への加工処理の開始を指示することにより、当該データに基づいて加工器具による加工を開始する。
【００４２】
このとき、図示しないマイクロコンピューターに入力されたデータに基づいて、モーター１２０、１２２、１２８を制御して、移動機構１０４、１１０により、テーブル１０６とヘッド部１１２とが移動させる。
【００４３】
これにより、テーブル１０６上に載置された被加工物と、ヘッド部１１２に設けられた主軸ユニット５０の主軸ヘッド５２に支持された加工器具との相対的な位置関係が３次元の方向で変化することになり、加工器具による被加工物に３次元加工が行われる。
【００４４】
ここで、被加工物に所望の加工を施す際には、加工器具の種類や被加工物に施す加工によって、加工器具の回転速度を制御しなければならないものである。
【００４５】
工作機器１００において加工器具の回転速度を制御するには、まず、作業者がヘッド部１１２に設けられノブ３４を矢印Ａ方向に回す。
【００４６】
ノブ３４が矢印Ａ方向に回転すると、ノブ３４に接続されたウォームギア３２が矢印Ｃ
方向に回転し、ウォームギア３２が矢印Ｃ方向に回転することで、側面２４ａに形成された部分ギアにより基台部２４が矢印Ｂ方向に回転する。
【００４７】
そして、基台部２４が矢印Ｂ方向に回転すると、基台部２４の前方面２４ｂにガイド部３６を介して設けられた伝達部材２６が矢印Ｂ方向に回転することとなる。
【００４８】
このとき、ノブ３４を矢印Ａ方向に回転させて伝達部材２６を初期位置から矢印Ｂ方向に回転させると、伝達部材２６が初期位置から矢印Ｂ方向に回転するほど、出力ディスク２０の回転速度を速くすることになる。
【００４９】
つまり、伝達部材２６は、入力ディスク１６と接している部分が入力ディスク１６の回転中心に近い位置ほど、回転数が小さくなり、入力ディスク１６の回転中心から遠いほど、回転数が大きくなって、その回転を出力ディスク２０に伝達することになる。
【００５０】
即ち、伝達部材２６が初期位置に位置するときに出力ディスク２０の回転速度が最も遅くなり、伝達部材２６が初期位置から矢印Ｂ方向に回転するほど、出力ディスク２０の回転速度が速くなるものである。
【００５１】
このようにして、作業者がノブ３４を回転させて出力ディスク２０の回転速度を制御することにより、加工器具の回転速度を所望の回転速度に調整し、調整が終わると、図示しないマイクロコンピューターから加工処理の開始を指示し、被加工物の加工を行うようにする。
【００５２】
以上において説明したように、本発明による変速装置１０を備えた工作機器１００においては、モーター１４に接続された入力ディスク１６と、主軸ユニット５０に接続された出力ディスク２０とを、各ディスクの軸線が直交するように接続板１２に配設されているため、従来の技術による変速装置のように入力ディスクと出力ディスクとを直列、つまり、互いに軸線が同一となるように配設する場合と比べて、変速装置の全長を小型化することができる。
【００５３】
また、入力ディスク１６の回転をリング３６が配設された伝達部材２６を介して出力ディスク２０に伝達するようにしているので、モーターの出力を有効に利用することができるため、出力の小さいモーターを使用することができる。
【００５４】
さらに、回転速度が一定の比較的安価なモーターを用いることができるため、変速装置を安価に作製することがでる。
【００５５】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に示すように変形することができるものである。
【００５６】
（１）上記した実施の形態においては、作業者がノブ３４を回転させることにより、主軸に支持された加工器具の回転速度を制御するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、ウォームギア３２を自動的に回転させる回転手段を設け、当該回転手段を図示しないマイクロコンピューターにより制御するようにしてもよい。
【００５７】
これにより、より簡単に加工器具の回転速度を制御することができる。
【００５８】
（２）上記した実施の形態においては、作業者により加工器具の回転速度を調整する、つまり、主軸の回転速度を調整するようにしたが、例えば、主軸の回転速度を監視することができるセンサーを設けることにより、リアルタイムで主軸の回転速度を監視することができるようにしてもよい。
【００５９】
こうした主軸の回転速度を監視することで、作業者はより正確に回転速度を制御することができるようになる。
【００６０】
また、主軸の回転数を監視するセンサーを設け、リアルタイムで主軸の回転数を監視するようにしてもよく、これにより、本発明による変速装置１０は、主軸の回転数を所定の範囲で調整することができるものとなり、所謂、主軸回転数オーバーライドとして使用することができる。
【００６１】
（３）上記した実施の形態においては、本発明による変速装置１０を備えた工作機器１００について説明したが、本発明による変速装置１０を特許文献３に示すようなポンプの駆動装置として使用することができる。
【００６２】
この場合、主軸ヘッド５２によって対象となるポンプの回転軸を支持することにより、主軸の回転速度を調整しながらポンプの駆動を調整することとなる。
【００６３】
（４）上記した実施の形態においては、リング３６をゴムや樹脂といった摩擦力を生じる材料により形成することにより、伝達部材２６は入力ディスク１６の回転を受けるとともに出力ディスク２０に回転を伝達するようにしたが、入力ディスク１６および出力ディスク２０の伝達部材２６が当接する部分、つまり、入力ディスク１６の拡張部１６−２の側面１６−２ａや出力ディスク２０の拡張部２０−２の側面２０−２ａに細かい凹凸を設けるようにして、リング３６による摩擦力をより大きくするようにしてもよいことは勿論である。
【００６４】
（５）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、回転する加工器具により加工物を加工する工作機器や回転軸の回転により駆動するポンプに対して利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０        変速装置
１４、１２０、１２２、１２４        モーター
１６        入力ディスク
２０        出力ディスク
２２        伝達部
２４        基台部
２６        伝達部材
２８        支軸
３０        ガイド部
３２        ウォームギア
３４        ノブ
５０        主軸ユニット
５２        主軸ヘッド
１００        工作機器
１０２        ベース部材
１０４、１１０        移動機構
１０６        テーブル
１０８        後方部材
１１２        ヘッド部
１１４、１１８、１２４        レール
１１６、１２６        台座
【図１】
2011132967.tif 000003
【図２】
2011132967.tif 000004
【図３】
2011132967.tif 000005
【図４】
2011132967.tif 000006
【図５】
2011132967.tif 000007