(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、モータによって回転駆動される主軸と、主軸の回転運動を直進運動に変換してワークを直進させる変換機構と、前記モータを定速回転させた状態で、主軸に作用する、ワークからの軸方向反力に応じて主軸の回転速度を切り替える速度制御機構とを具備し、
前記速度制御機構が、
複数の出力軸を有し、前記モータに駆動されて各出力軸を異なる速度で回転させる減速機と、
原動部材および従動部材を有し、各原動部材をそれぞれ減速機の出力軸に連結すると共に、各従動部材をそれぞれ主軸に取り付けた複数のクラッチ要素と、
前記軸方向反力に応じて一のクラッチ要素を選択し、当該クラッチ要素で動力伝達を行うと共に、他のクラッチ要素の動力伝達を遮断する切替手段と
で構成された工作機械。
【請求項２】
各クラッチ要素の原動部材を同軸上に配置すると共に、対応する従動部材をその対向位置に同軸配置し、かつ、主軸を軸方向へ変位可能に弾性的に支持してなり、前記軸方向反力に基く主軸の軸方向変位により、各従動部材を軸方向へ相対移動させて、各クラッチ要素の伝動および断絶を切り替えるようにした請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
クラッチ要素として、高速側のクラッチ要素と低速側のクラッチ要素との２種類を有し、かつ、切替手段が、高速側クラッチ要素の従動部材をこれに対向する原動部材に弾圧する弾性部材と、両従動部材に回転可能に枢支され、両従動部材間の固定位置に支軸を有する連結部材とを具備してなり、
主軸の軸方向変位により、弾性部材の弾圧力に抗して高速側の従動部材をこれに対向する原動部材から離反させると共に、低速側の従動部材をこれに対向する原動部材に圧接させるようにした請求項２記載の工作機械。
【請求項４】
変換機構の出力側に、ワークを加圧して相手部材に圧入するための加圧部材を設けた請求項１〜３何れか記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物や工具を直線的に移送するための直進機構を備える工作機械、例えば圧入機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の一種として、圧入機がある。圧入機は、圧入しようとする部材（ワーク）を加圧部材で押圧して相手部材に圧入するものであり、従来では、そのほとんどが油圧で加圧部材を加圧する構造になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、油圧式では、油タンクや配管等を必要とするため、構造が大型化・複雑化する。
【０００４】
一方、この問題を解決するものとして、駆動源にサーボーモータを用い、その回転運動をボールねじ等で直線運動に変換して加圧部材を直進させる構造が考えられる。
【０００５】
しかし、圧入には大きな加圧力を必要とするため、モータの大型化が避けられない。モータを小型化するには、モータに連結した減速機の減速比を大きくすればよいが、これでは加圧部材の待機位置から圧入開始位置までの移動時間（空走時間）が長くなり、作業能率が低下する。
【０００６】
なお、この種の問題は、上述の圧入機に限らず、ワーク（工具も含む）を直線的に移送するための直進機構を備えるその他の工作機械においても同様に生じ得る。
【０００７】
そこで、本発明では、直進機構の動力源として小型のモータを使用でき、しかも空走時間の短縮化も図ることのできる工作機械の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる工作機械は、モータと、モータによって回転駆動される主軸と、主軸の回転運動を直進運動に変換してワークを直進させる変換機構と、前記モータを定速回転させた状態で、主軸に作用する、ワークからの軸方向反力に応じて主軸の回転速度を切り替える速度制御機構とを具備するものである。
【０００９】
前記速度制御機構は、複数の出力軸を有し、前記モータに駆動されて各出力軸を異なる速度で回転させる減速機と、原動部材および従動部材を有し、各原動部材をそれぞれ減速機の出力軸に連結すると共に、各従動部材をそれぞれ主軸に取り付けた複数のクラッチ要素と、前記軸方向反力に応じて一のクラッチ要素を選択し、当該クラッチ要素で動力伝達を行うと共に、他のクラッチ要素の動力伝達を遮断する切替手段とで構成することができる。
【００１０】
この場合、各クラッチ要素の原動部材を同軸上に配置すると共に、対応する従動部材をその対向位置に同軸配置し、かつ、主軸を軸方向へ変位可能に弾性的に支持し、前記軸方向反力に基く主軸の軸方向変位により、各従動部材を軸方向へ相対移動させて、各クラッチ要素の伝動および断絶を切り替えるようにするとよい。
【００１１】
具体的には、クラッチ要素として、高速側のクラッチ要素と低速側のクラッチ要素との２種類を有し、かつ、切替手段に、高速側クラッチ要素の従動部材をこれに対向する原動部材に弾圧する弾性部材と、両従動部材に回転可能に枢支され、両従動部材間の固定位置に支軸を有する連結部材とを設け、主軸の軸方向変位により、弾性部材の弾圧力に抗して高速側の従動部材をこれに対向する原動部材から離反させると共に、低速側の従動部材をこれに対向する原動部材に圧接させるようにする構造が考えられる。
【００１２】
以上の構成において、変換機構の出力側に、ワークを加圧して相手部材に圧入するための加圧部材を設ければ、圧入機として用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を工作機械の一つである圧入機に適用し、その場合の好ましい実施形態を図１乃至図３に基いて説明する。
【００１４】
図１に示すように、本発明にかかる圧入機は、モータ（１）と、モータ（１）によって回転駆動される主軸（２）と、主軸（２）の回転運動を直進運動に変換してワーク（図示せず）を直進させる変換機構（３）と、モータ（１）を定速回転させた状態で、主軸（２）に作用する、ワークからの軸方向反力に応じて主軸（２）の回転速度を切り替える速度制御機構（４）とを具備する。
【００１５】
速度制御機構（４）は、モータ（１）に連結された減速機（６）と、複数のクラッチ要素（7a）（7b）と、各クラッチ要素（7a）（7b）の伝動・断絶を主軸（２）に作用する軸方向反力に応じて切り替える切替手段（８）とで構成される（図３参照）。
【００１６】
減速機（６）は、モータ（１）の一定の駆動力から、回転数の異なる（トルクの異なる）複数の駆動力を同軸に出力するためのもので、図２では一例として、高速回転軸（低トルク）と低速回転軸（高トルク）の２つの出力軸（12）（17）を有する減速機（６）を示している。
【００１７】
この減速機（６）は、モータ（１）にカップリング（11）を介して接続した回転軸（12）、回転軸（12）に装着した第１ギヤ（13）、第１ギヤ（13）に噛合する第２ギヤ（14）、第２ギヤ（14）と一体回転する第３ギヤ（15）、第３ギヤ（15）に噛合する第４ギヤ（16）で構成される。第２ギヤ（14）は第１ギヤ（13）よりも大径であり、第４ギヤ（16）は第３ギヤ（15）よりも大径である。第４ギヤ（16）は、回転軸（12）の外周面との間に図示しないベアリングを介在させて回転軸（12）に外挿され、その内周部には、軸方向に延びる円筒部（17）が一体形成されている。
【００１８】
回転軸（12）は、モータ（１）に駆動されて一定の回転数Ｎで回転する。この時、回転軸（12）の外径側にある第４ギヤ（16）の円筒部（17）は、第１ギヤ（13）および第２ギヤ（14）間の減速比I1と、第３ギヤ（15）および第４ギヤ（16）間の減速比I2とを乗じた回転数（I1×I2×Ｎ）で回転する。従って、回転軸（12）が高速（Ｎ rpm）で回転する高速出力軸となり、第４ギヤ（16）の円筒部（17）が低速（I1×I2×Ｎ rpm）で回転する低速出力軸となる。
【００１９】
クラッチ要素（7a）（7b）は、減速機（６）の出力軸（12）（17）と同数分だけ設けられる（本実施形態では２つ）。両クラッチ要素（7a）（7b）は、それぞれ原動部材（20ａ）（20ｂ）と従動部材（21ａ）（21ｂ）とで構成される。原動部材（20ａ）（20ｂ）のうち、一方（20ｂ）は円筒状に形成され、主軸（２）の軸心と同軸に配置される。他方の原動部材（20ａ）は、軸状に形成され、前記一方の原動部材（20ｂ）の内径側にこれと同軸に配置される。内径側の原動部材（20ａ）は、前記減速機（６）の高速出力軸（12：回転軸）に連結され、外径側の原動部材（20ｂ）は低速出力軸（17：円筒部）に連結される。２つの従動部材（21ａ）（21ｂ）は何れも略円筒状に形成され、一方（21ａ）を他方（21ｂ）の内径側に収容して主軸（２）の外周面にキー（22ａ）（22ｂ）等で固定される。但し、内径側の従動部材（21ａ）については、そのキー（22ａ）とキー溝のハメアイを緩めにしてその軸方向変位を許容する構造とする。両従動部材（21ａ）（21ｂ）は、主軸（２）の軸心と同軸上にあり、その端面は何れも原動部材（20ａ）（20ｂ）の端面と軸方向に対向している。原動部材（20ａ）（20ｂ）の端面と従動部材（21ａ）（21ｂ）の端面との間には、通常のクラッチ装置で使用されるような摩擦材（図示せず）が介装されている。
【００２０】
以上の構成から、内径側の原動部材（20ａ）および従動部材（21ａ）は、高速出力軸（12）の伝動、断絶を切り替える高速側のクラッチ要素（7a）として機能し、外径側の原動部材（20ｂ）および従動部材（21ｂ）は、低速出力軸（17）の伝動、断絶を切り替える低速側のクラッチ要素（7b）として機能する。
【００２１】
切替手段（８）は、内径側の従動部材（21ａ）をこれに対向する原動部材（20ａ）に向けて弾圧するコイルバネ等の弾性部材（24ａ）（24ｂ）と、両従動部材（21ａ）（21ｂ）を連結する連結部材（25）とで構成される。
【００２２】
連結部材（25）の外径側の端部は、外径側の従動部材（21ｂ）に回転可能に枢着される。連結部材（25）の内径側の端部は球面状に形成され、この球面部分は、内径側の従動部材（21ａ）の外周面に陥没形成した凹部（26）内に収容されている。なお、連結部材（25）の両端部は、従動部材（21ａ）（21ｂ）に回転可能に枢支されていれば足り、上述の取付け方法には限定されない。
【００２３】
主軸（２）の先端部には、軸方向の孔（30）が形成される。この孔（30）には、内径側の原動部材（20ａ）の端面に埋め込んだベアリング（31）によって先端部を回転自在に支持されたコアピン（32）が軸方向に摺動可能となる程度の緩いハメアイで挿入される。コアピン（32）の基端部には、これと直交する方向の固定ピン（33）が貫通固定され、この固定ピン（33）の両端部は、主軸（２）を貫通して、主軸（２）の外周面に嵌合した円筒状の固定部材（34）の一端に固定されている。固定部材（34）の他端側は外径側に広がりつつ軸方向に延び、その先端部には連結部材（25）を回転可能に軸支する支軸（35）が設けられている。固定ピン（33）と主軸（２）との間には、主軸（２）の軸方向移動を許容すべく、軸方向の隙間（36）が形成されている。以上の構成から、主軸（２）が軸方向に変位した場合でも、コアピン（32）、固定ピン（33）、および固定部材（34）は静止位置にあり、従って、連結部材（25）を支持する支軸（35）も固定位置にある。
【００２４】
変換機構（３）は、例えばボールねじ（41）とボールナット（42）とで構成される。ボールねじ（41）は、主軸（２）の先端部に装着され、その外周にボールナット（42）が噛合される。ボールナット（42）の外周部には、ケース（43）内に軸方向に向けて架設した一対の軸状ガイド（44）が貫通しており、このガイド（44）によってボールナット（42）は、回転不能にかつ軸方向へ移動可能に支持される。ボールナット（42）には、内部にボールねじ（41）を収容した円筒状の加圧部材（45）が固定される。加圧部材（45）の一端側は、ケース（43）の先端面を貫通しており、かつその先端部は閉塞部材（46）によって閉じられている
主軸（２）は、切替手段（８：図３参照）とボールナット（42）との間に配した支持部材（47）によって回転自在に支持される。支持部材（47）の一端面とケース（43）の基端部との間には、前記ガイド（44）に外挿した圧縮バネ（49）が介装されており、かかる構造によって、主軸（２）が軸方向に弾性変位可能に支持されている。
【００２５】
以下、上述した圧入機の動作を説明する。
【００２６】
先ず、空走中、すなわち加圧部材（45）が待機位置から圧入開始位置に達するまでの間は、加圧部材（45）に負荷が作用しないため、図３の下側に示すように、主軸（２）は図面右側の初期位置にある。この時には、弾性部材（24ａ）（24ｂ）が内径側の高速側クラッチ要素（7a）の従動部材（21ａ）を軸方向に弾圧して原動部材（20ａ）に押付けているため、当該クラッチ要素（7a）は伝動状態にある。一方、外径側のクラッチ要素（7b）は、従動部材（21ｂ）が原動部材（20ｂ）から離反した断絶状態にある。従って、主軸（２）は減速機（６）の高速出力軸（12）に接続されて高速（Ｎ rpm）で回転駆動される。これにより、加圧部材（45）の直進速度が速くなるので、空走時間の短縮化が図られる。
【００２７】
加圧部材（45）がワークと接触し、ワークを相手部材に圧入し始めると、ワークに相手部材から軸方向の反力が作用する。この軸方向反力は、加圧部材（45）を介して主軸（２）に伝達され、その結果、図３の上側に示すように、主軸（２）が弾性部材（24ａ）（24ｂ）の弾性力に抗して軸方向（図面左側）に僅かに変位する。これにより、外径側の従動部材（21ｂ）が図面左側に変位して対向する原動部材（20ｂ）に圧接し、低速側のクラッチ要素（7b）が伝動状態になる。この時、内径側の従動部材（21ａ）は、連結部材（25）のてこ作用によって後退するため、高速側のクラッチ要素（7 ａ）が断絶状態になる。これによって、主軸（２）が減速機（６）の低速出力軸（17）に接続され、高トルクで駆動されるので、加圧部材（45）の加圧力が大きくなる。従って、小型のモータを用いた場合でも十分な加圧力を確保することができる。
【００２８】
以上の説明では、主軸（２）の軸方向変位を利用し、機械的手段によって高速側と低速側のクラッチ要素（7a）（7b）を切り替える場合を例示しているが、同様の動作を電気的手段に行なうことも可能である。例えば、クラッチ要素（7a）（7b）を電磁クラッチとし、主軸（２）の軸方向変位をセンサで検知してこのセンサからの情報に基づいて電磁クラッチを切り替える構造が考えられる。また、上述のように主軸（２）の軸方向変位を利用する他、主軸（２）を固定位置に配置し、軸方向反力で生じた主軸（２）の歪量をセンサで検知して、その情報に基いて電磁クラッチを切り替えることもできる。
【００２９】
また、減速機（６）の出力軸（12）（17）やクラッチ要素（7 ａ）（7 ｂ）の設置数を３つ以上とすることもでき、その場合には、加圧部材（45）の直進速度を多段階的に切り替えることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、上述の圧入機に限らず、直進機構を有する工作機械、すなわち、ワーク（工具も含む）を直進させる工作機械であって、工作時（材料が除去されるか否かは問わない）に主軸（２）に負荷が生じる機械に広く適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、直進機構の動力源として小型のモータを使用することができるので、直進機構を有する工作機械の小型化および低コスト化を図ることができる。同時に空走時間の短縮化も図ることができ、作業能率の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる圧入機の断面図である。
【図２】減速機の概略構造を示す側面図である。
【図３】速度制御機構の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１    モータ
２    主軸
３    変換機構
４    速度制御機構
６    減速機
7a    クラッチ要素（高速側）
7b    クラッチ要素（低速側）
８    切替手段
12    回転軸（低速出力軸）
17    円筒部（高速出力軸）
20ａ  原動部材（高速側）
20ｂ  原動部材（低速側）
21ａ  従動部材（高速側）
21ｂ  従動部材（低速側）
24ａ  弾性部材
24ｂ  弾性部材
25    連結部材
35    支軸
45    加圧部材
【図１】
0003805087.tif 000002
【図２】
0003805087.tif 000003
【図３】
0003805087.tif 000004