特許 5966100 工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5966100

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23B 19/02 20060101AFI20160728BHJP

   B23Q 5/20 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   B23B19/02 D

   B23Q5/20 D

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-561783(P2015-561783)

(86)(22)【出願日】2015年9月4日

(86)【国際出願番号】JP2015075228

【審査請求日】2015年12月18日

(31)【優先権主張番号】62/046804

(32)【優先日】2014年9月5日

(33)【優先権主張国】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000114787

【氏名又は名称】ヤマザキマザック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100142871

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 哲昌

(74)【代理人】

【識別番号】100094743

【弁理士】

【氏名又は名称】森 昌康

(74)【代理人】

【識別番号】100135770

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 康弘

(72)【発明者】

【氏名】ハルコン・クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】ウィンクルマン・サミー・ハサン

(72)【発明者】

【氏名】伊井 拓也

【審査官】 齊藤 彬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１７０３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０１０７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１９１５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１７４８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０５２４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭４８−０４９４７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５０−１１９８７０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｑ １／７０

５／００ − ５／２０

１６／０２ − １６／１０

Ｂ２３Ｂ １９／０２

Ｆ１６Ｈ ３／０８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転を利用した加工を行う工作機械（１）であって、
回転軸（ＡＸ）を中心に回転する第一の回転体（１０）と、
前記第一の回転体を囲繞する囲繞部（４８）と、
前記第一の回転体に配設される、第一のレール（５８）と、
所定の回転位置において、前記第一のレールと同一直線上に配置されるように、前記囲繞部に配設される、第二のレール（５６）と、
前記第一のレールおよび前記第二のレールに沿って移動し、第一の状態で、前記第一のレールおよび前記第二のレールと嵌合し、第二の状態で、前記第一のレールと嵌合せず、前記第二のレールと嵌合する、嵌合部材（６６）とを、備える、
ことを特徴とする工作機械。

【請求項2】

前記嵌合部材は、
前記第一のレールおよび前記第二のレール上を摺動する、
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。

【請求項3】

前記囲繞部は、
前記回転軸を中心に回転し、前記第一の回転体と別途独立に回転可能に配設された第二の回転体（４８）である、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械。

【請求項4】

前記第一のレールは、
前記第一の回転体において、前記第一の回転体の回転半径に沿って、配設されており、
前記第二のレールは、
前記第二の回転体において、前記回転半径に沿って、配設される、
ことを特徴とする請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記所定の回転位置において、前記第二のレールと同一直線状に配置されるように、前記工作機械に取付けられる、第三のレール（５４）を備える、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の工作機械。

【請求項6】

前記嵌合部材を動かす駆動部（６８）を、さらに備えており、
前記嵌合部材は、
凸部（７２）を有しており、
前記駆動部は、
前記回転半径方向において、前記凸部と当接可能であり、前記第一の回転体の回転方向において、前記凸部と当接しない、当接部（７０）を有する、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の工作機械。

【請求項7】

前記駆動部は、
前記工作機械に固定して配設されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の工作機械。

【請求項8】

前記当接部は、
前記凸部と噛合する凹部形状（７０Ａ）を有する、
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の工作機械。

【請求項9】

前記駆動部は、
前記凸部と当接する部分において配設される、カムフォロア（７４）を有する、
ことを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の工作機械。

【請求項10】

ローラギアカム（４４）を、さらに備えており、
前記第二の回転体は、
前記ローラギアカムと噛合する複数のカムフォロア（４６）を有する、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項９の何れか一項に記載の工作機械。

【請求項11】

前記第一の回転体を回転する、第一の回転駆動部（１２）と、
前記第二の回転体を介して、前記第一の回転体を回転する、第二の回転駆動部（１４）とを、さらに備えている、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項１０の何れか一項に記載の工作機械。

【請求項12】

前記第一の回転駆動部が前記第一の回転体を回転させる速度は、
前記第二の回転駆動部が前記第一の回転体を回転させる速度よりも、速い、
ことを特徴とする請求項１１に記載の工作機械。

【請求項13】

前記第二の回転駆動部は、
前記第一の状態において、前記第二の回転体を回転することにより、前記第一のレール、前記第二のレールおよび前記嵌合部材を介して、前記第一の回転体も回転する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。

【請求項14】

前記第一の回転駆動部は、
前記第二の状態において、前記第一の回転体を回転する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の工作機械。

【請求項15】

前記第一の回転体は、
ワーク（８）を保持する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

ＣＮＣ旋盤のような機械加工装置（工作機械）は、ワークを把持する主軸を回転するため、一般的に、主軸ハウジング内に主軸と一体となったモータが組み込まれている。当該モータは、主軸を直接駆動するため、歯車伝達機構を必要としない。当該モータによる駆動機構は、主軸を高速で回転することで、ワークの外径部分等を除去する旋削加工を行う。また、同一のモータで、Ｃ軸コンタリング等のために精密に回転角度を制御して低速で主軸を回転する。しかしながら一定程度の大きさ以上の主軸貫通穴を必要とするようなワークを加工する場合には、当該モータは実用性・経済性の観点から製造に適さない。そのようなワークを加工する事を目的とした旋盤においては、歯車伝達機構を有する別個のモータが主軸を回転するために使用される。しかしながら、このような駆動構成であっても、歯車伝達機構内のバックラッシュまたは遊びに起因して、主軸回転角度の位置決め精度が低下する。このため、Ｃ軸コンタリングのような高い精度が要求される機械の操作では、歯車伝達機構を有する駆動機構は、あまり適さない。

【0003】

立形マシニングセンタのように、加工ワークを支持する回転テーブルの駆動に、２つの別個のモータを用いることは、当該技術分野において周知である。たとえば、回転テーブルは、高速および中速回転動作のための１つのモータ、および、低速回転または角度割出動作のためのサーボモータを用いて駆動される。そのようなシステムでは、両方のモータは、歯車伝達機構を介して回転体に接続される。このような駆動構成も、歯車伝達機構によってもたらされる不正確性に起因して、コンタリング用途にはあまり適さない。なお、本発明に関連する従来技術として、たとえば特許文献１および特許文献２が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６３−１９１５４９号公報

【特許文献2】特開２００３−１７０３３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

工作機械において、ワークの正確かつ高精度な加工が望まれている。

【0006】

そこで、本発明は、正確にかつ高精度にワークを加工することができる工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明に係る工作機械は、回転を利用した加工を行う工作機械であって、回転軸を中心に回転する第一の回転体と、前記第一の回転体を囲繞する囲繞部と、前記第一の回転体に配設される、第一のレールと、所定の回転位置において、前記第一のレールと同一直線上に配置されるように、前記囲繞部に配設される、第二のレールと、前記第一のレールおよび前記第二のレールに沿って摺動し、第一の状態で、前記第一のレールおよび前記第二のレールと嵌合し、第二の状態で、前記第一のレールと嵌合せず、前記第二のレールと嵌合する、嵌合部材とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る工作機械は、回転を利用した加工を行う工作機械であって、回転軸を中心に回転する第一の回転体と、前記第一の回転体を囲繞する囲繞部と、前記第一の回転体に配設される、第一のレールと、所定の回転位置において、前記第一のレールと同一直線上に配置されるように、前記囲繞部に配設される、第二のレールと、前記第一のレールおよび前記第二のレールに沿って移動し、第一の状態で、前記第一のレールおよび前記第二のレールと嵌合し、第二の状態で、前記第一のレールと嵌合せず、前記第二のレールと嵌合する、嵌合部材とを備える。

【0009】

したがって、嵌合部材が、第一のレールおよび第二のレールに沿って移動し、第二の状態から第一の状態へと移行させることができる。つまり、嵌合部材は、第一のレールおよび第二のレールと嵌合し、第一の回転体を囲繞部に対して固定させる構成を実現する。このように、嵌合部材は第一のレールおよび第二のレールと嵌合するので、嵌合部材と各レールとの間に隙間が発生させることを防止できる（換言すれば、遊び等の発生を防止できる）。したがって、第一の回転体の回転を高精度に制御することができるため、正確にかつ高精度に、当該ワークを機械加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】刃物台ユニットが省かれた例示的な工作機械の斜視図である。

【図2】工作機械の主軸部を示す斜視図である。

【図3】主軸駆動システムの構成を示す概略図である。

【図4】主軸駆動システムの構成を示す斜視図である。

【図5】第２伝達機構の要部構成を示す図である。

【図6】非ロック構成時における、ロック機構を含む構成を示す拡大斜視図である。

【図7】ロック構成時における、嵌合部材および各レールの構成を示す拡大側面図である。

【図8】ロック構成時における、嵌合部材および各レールの構成を示す拡大斜視図である。

【図9】主軸と接続されている第２伝達機構の構成を示す斜視図である。

【図10】第２モータにより、時計回りに回転されている主軸を示す斜視図である。

【図11】非ロック構成時における、嵌合部材および各レールの構成を示す拡大側面図である。

【図12】非ロック構成時における、嵌合部材および各レールの構成を示す拡大斜視図である。

【図13】第２伝達機構が主軸から切り離されている接続構成を示す斜視図である。

【図14】第１モータにより、時計回りに回転されている主軸を示す斜視図である。

【図15】主軸駆動システムの構成を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

一態様によれば、主軸駆動システムを有する工作機械は、主軸、第１モータ、および第１伝達機構を有する。主軸は、ワークを把持し、その軸芯周りに回転させるための部材である。第１モータは、主軸を駆動することができる。第１伝達機構は、第１モータが主軸を駆動できるように、主軸および第１モータ間で動作可能に接続される。当該工作機械は、第２モータおよび第２伝達機構をさらに有する。第２モータは、主軸を駆動することが可能である。第２伝達機構は、第２モータが主軸を駆動できるように、主軸および第２モータ間で動作可能に接続される。第２伝達機構は、選択的に固定することができる伝達要素を含む。当該伝達要素は、自由構成を有する主軸の周りに、取り付けられる。当該伝達要素は、第２モータが主軸と接続されないことにより、主軸周りに自由に回転することができる。また、第２伝達機構は固定構成を含み、伝達要素は、第２モータが主軸と動作可能に係合されるように、主軸に対して固定される。当該工作機械は、第２モータを使用して主軸を駆動するときに、ワークの高精度なミル加工を可能にする。サイズが大きい主軸とともに使用されるとき、そのような工作機械は、既知の大型主軸駆動システムを有する工作機械よりも高い精度のＣ軸ミル加工を可能にする。

【0012】

一形態において、第２伝達機構は、上記伝達要素に取り付けられている、ローラのような、複数のカムフォロアを有する。第２伝達機構の伝達要素は、主軸の周りに回転可能に取り付けられている外輪部材を含んでいてもよい。ロック機構は、第２伝達機構の伝達要素を、固定構成と自由構成との間で切替え動作可能にする。ロック構成（固定構成）において、ロック機構は、伝達要素を主軸に固定し、非ロック構成（自由構成）において、ロック機構は、伝達要素を主軸との固定係合から解放することにより、第２モータを主軸から切り離す。

【0013】

いくつかの形態において、内輪部またはフランジ部が、主軸の周りに固定的に配置または形成され、上記伝達要素は、内輪部の周りに回転可能に配置されている部分を含む。この形態において、ロック機構は、上記ロック構成にあるロック機構を用いて、外輪部を内輪部に固定し、上記非ロック構成にあるロック機構を用いて、外輪部を内輪部から解放するように構成されている。ロック機構は、外輪部上に配置されているレール（第二のレール）と、内輪部上に配置されているレール（第一のレール）と、アクチュエータに動作可能に接続されているロック部材とを含んでもよい。アクチュエータは、外輪部を内輪部に対して固定または解放するために、第一のレールおよび第二のレールが一直線上に整列されているときに、ロック機構は、上記ロック構成において、第一のレールおよび第二のレールと嵌合し、上記非ロック構成において、当該両レールにおける当該嵌合を解除する。

【0014】

一形態において、第２モータは、主軸に隣接し、主軸の軸芯に対して交差する方向に延伸する駆動軸を駆動する、サーボモータである。第２伝達機構は、駆動軸に取り付けられており、駆動軸の軸芯周りに回転する、ローラギアカムのようなカムを有する。第２伝達機構の上記伝達要素は、外輪部材を含んでもよい。当該外輪部材は、外輪部材周りに取り付けられている複数のローラによって、主軸の周りに回転可能に配設される。

【0015】

本発明による別の形態において、工作機械は、主軸、モータ、伝達機構およびロック機構を有する。伝達機構は、モータを用いて主軸を駆動するため、伝達要素を有する。当該伝達要素は、モータと動作可能に係合し、主軸の周りに回転可能に取り付けられる。ロック機構は、ロック方向および非ロック方向との間で切替え可能である。ロック方向において、ロック機構は、伝達要素を介して、モータを用いて主軸を駆動するために、回転可能に取り付けられている伝達要素を主軸に固定する。非ロック方向において、ロック機構は、モータを主軸から切り離すために、伝達要素が主軸に対して独立して回転することを可能にするために、伝達要素を主軸から切り離す。

【0016】

一形態において、回転可能に取り付けられている伝達要素は、主軸に回転可能に取り付けられている輪部材を含む、タレットユニットである。輪部材は、外面部分と、その外面部分上に配置されている複数のローラ部材とを含んでもよい。一形態において、ローラ部材は各々、回転軸を含み、複数のローラ部材の各々の各回転軸は、輪部材の外面部分から半径方向外向きに延伸する。いくつかの形態における伝達機構はローラギアカムを含み、ローラギアカムは、ローラギアカムがモータによって回転されるときに、ローラ部材を駆動し、輪部材を回転させるために複数のローラ部材のうちの少なくとも１つと動作可能に噛合されている。

【0017】

本発明による別の形態において、機械装置である工作機械は、主軸、第１モータ、第２モータ、駆動軸、カムおよびカムフォロアを有する。主軸は、ワークを回転させるための部材である。第１モータは、主軸を、より高速で回転させる。第２モータは、主軸を、より低速で回転させる。駆動軸は、第２モータの駆動軸であり、軸芯を有する。カムは、ローラギアカムのようなカムであり、駆動軸に接続される。カムフォロアは、主軸の周りに、半径方向に取り付けられている。カムは、主軸を回転させるために、カムフォロアと噛合している。工作機械は、主軸の周りに、回転可能に取り付けられている輪部材を有しても良い。ここで、複数のカムフォロアは、ローラ部材の形態で、輪部材の周りに半径方向に取り付けられている。一形態において、輪部材を主軸に対して、選択的に結合および結合解除するために、ロック機構が設けられる。ロック機構は、結合構成と非結合構成との間で移動することができる、摺動可能嵌合部を有していても良い。結合構成では、摺動可能嵌合部は、輪部材を主軸に接続する。非結合構成では、摺動可能嵌合部は、輪部材を主軸から切り離すために、主軸から離れる方向に移動する。ロック機構は、輪部材に接続されるレール（第二のレール）と、主軸に接続されるレール（第一のレール）とを、さらに有しても良い。摺動可能嵌合部は、第一のレールおよび第二のレールが一直線上に配列しているときに、結合構成を作り出すために、各レールに沿って摺動する。一形態における第２モータの駆動軸は、カムが駆動軸の軸芯周りに駆動軸とともに回転するように、カムに直接接続される。本発明は、図示されている実施形態に限定されないが、図示されている実施形態に基づいて、本発明を説明する。

【0018】

＜実施の形態＞
図１および図２に示すように、旋盤（工作機械と把握できる）１は、ワーク８（図３参照）を切削するための１つまたは複数の刃物台６（図３参照）を支持するためのフレーム２を有する。本実施の形態に係る工作機械１の要部が図示されている図３を参照して、たとえばパイプなどの金属ワーク８が、主軸１０（第一の回転体と把握できる）によって把持および回転される。これにより、たとえばワーク８の外径部分を除去するために、切削工具が、回転しているワーク８を切削することができる（回転を利用して加工が行われる）。工作機械１は、主軸駆動システム４を有する。主軸駆動システム４は、７インチ以上の貫通穴径を有するような大型の水平に向けられた主軸１０を選択的に駆動するため、大型の第１モータ１２（第一の回転駆動部と把握できる）および小型の第２モータ１４（第二の回転駆動部と把握できる）を有する。主軸１０は、当該主軸１０から一端が突出するように、大型ワーク８を把持する。しかしながら、１つまたは複数のワーク支持台が、ワーク８をその長さに沿って支持するために使用されてもよい。図示されている主軸駆動システム４において、大型の第１モータ１２は、高速回転、高トルクでの機械加工の際に、主軸１０を駆動するために使用され、小型の第２モータ１４は、より低速回転で、より高精度の機械加工またはコンタリングの際に使用される。

【0019】

図１，２に示すように、工作機械１の一端には、主軸ハウジング１６があり、当該主軸ハウジング１６は、図３に示されている、主軸１０および主軸駆動システム４を少なくとも部分的に収容する。第１モータ１２は、フレーム２に取り付けられており、たとえば図３，４，１３に示されているように、第１モータ１２は、対応する第１伝達機構１８を介して、主軸１０に動作可能に接続されている。第１伝達機構１８は、ギアボックス２０と、歯車２２，２４，２６などのような複数の伝達要素とを有する。ギアボックス２０は複数の歯車を有しており、高速回転および中速回転動作および、第１モータ１２を主軸１０から切り離す動作を行う。一例において、第１モータ１２は、高速回転動作モードにおいて、０〜１５００ＲＰＭで主軸１０を回転させ、中速回転動作モードにおいて、０〜５００ＲＰＭで主軸１０を回転させる。しかしながら、異なるギア比を利用することによって、異なる最大速度が得られることは当然である。

【0020】

被駆動歯車２６は、主軸１０の周りに取り付けられており、中間歯車２４および駆動歯車２２との動作可能な噛合を介して、主軸１０を駆動する。中間歯車２４は、シャフト２８に配設されており、当該シャフト２８を中心として回転する。主軸位置フィードバックセンサ３０およびロータリースケール３２は、主軸１０の位置情報を用いた駆動制御を可能にしており、主軸１０の動作を正確に制御することが可能となる。主軸１０が主軸ハウジング１６内で回転可能に支持されるために、主軸１０は、ベアリング３４、３６内に取り付けられている。

【0021】

第１伝達機構１８は、伝達機構の歯車におけるバックラッシュまたは遊びに起因して、システム内にわずかな位置的不正確性をもたらす可能性がある。そこで、本実施の形態に係る工作機械１は、第１モータ１２および第１伝達機構１８に加えて、第２モータ１４および第２伝達機構３８を有する。第２モータ１４および第２伝達機構３８は、Ｃ軸コンタリング（すなわち、ワーク８を精密に回転させながら、当該ワーク８の外面をミル加工すること）または他のミル加工動作のような、より高い精度が要求される切削動作のために使用される。つまり、主軸駆動システム４は、ワーク８を、より高速回転で機械加工するために、大型で高出力の第１モータ（主軸モータ）１２を使用する。また、主軸１０の回転を低速に制御し、さらに主軸１０の位置を精細に制御するために、別個のより小型で低出力の第２モータ（サーボモータ）１４を使用する。一例であるが、第１モータ１２は、第２モータ１４の少なくとも１．５倍の出力定格を有してもよく、他の例では、第１モータ１２の出力定格は、第２モータ１４の１０倍以上であっても良い。より詳細には、一例において、第１モータ１２は、約６０ｋＷの出力定格を有し、第２モータ１４は、約４．５ｋＷの出力定格を有する。しかしながら、異なる出力定格を有するモータ１２，１４が使用されてもよい。たとえば、第１モータ１２は、１０〜１００ＨＰの範囲内の出力定格を有してもよく、第２モータ１４は４．５〜９．５ｋＷに及んでもよい。加えて、第１伝達機構１８に使用されるギア比、および、第２伝達機構３８の伝達要素は、サイズの異なる主軸１０の主軸駆動システム４または異なる用途に適応するように、変更されることができる。たとえば、異なるギア比を選択することによって、６０ｋＷモータが、１８５ｍｍ〜３７５ｍｍに及ぶ貫通穴径を有する主軸１０のための第１モータ１２として使用されてもよく、５８００Ｎ・ｍ〜７０００Ｎ・ｍのトルク出力を有してもよい。

【0022】

本実施の形態に係る主軸駆動システム４は、伝達機構のない主軸駆動装置、すなわち、主軸と一体となったモータを使用する主軸駆動装置と、同レベルの精度をもたらすように構成されている。しかしながら、当該モータと比較した本実施の形態に係る主軸駆動システム４の利点の一つは、当該主軸駆動システム４が、７インチ超の貫通穴径を有する主軸１０のような、大型の主軸１０を実装することができることである。一例において、本実施の形態に係る主軸１０は、３７５ｍｍ、または約１５インチの貫通穴径を有する。したがって、図示されている主軸駆動システム４は、はるかに小さい貫通穴径を有する主軸の駆動に適した一体型主軸モータが有する高精度と同等の高精度を維持しながら、非常に大きいワーク８の加工に対応することが可能である。

【0023】

第２モータ１４は、第１伝達機構１８とは別個の第２伝達機構３８を使用して、主軸１０を駆動するように構成されている。換言すれば、後述から分かるように、第２モータ１４は、ローラギアカムユニット４４を介して、タレットユニット（囲繞部であり、第二の回転体と把握できる）４８を回転させる。そして、当該タレットユニット４８の回転を介して、第２モータ１４は主軸１０を回転させる。第１伝達機構１８および第２伝達機構３８は、明確に区別できるように構成されていることがより好ましく、主軸１０の周りに取り付けられている被駆動歯車（たとえば、被駆動歯車２６）のような、一つの伝達要素を共有しない。一例として、第２モータ１４はサーボモータであり、主軸ハウジング１６に対して配設される。図３〜５を参照して、第２モータ１４は、駆動軸４２と共に、主軸１０の一側面側に配設されている。駆動軸４２は、第２伝達機構３８に接続されている。第２伝達機構３８（より具体的には、第２伝達機構３８の伝達要素）は、選択的に「固定構成」とすることができる。第２伝達機構３８が固定構成にあるときに（つまり、第２伝達機構３８が、主軸１０と動作可能に接続されているときに）、第２モータ１４は、主軸１０を駆動することができる。一例において、選択的に固定可能な伝達要素の主軸１０に対する固定は、後述するロック機構５２によって達成される。固定構成とは、第２伝達機構３８を介して、タレットユニット４８と主軸１０とが接続される状態である。他方、非固定構成とは、第２伝達機構３８により、タレットユニット４８と主軸１０とが接続されない状態である。ロック機構５２によって、第２伝達機構３８の固定構成および非固定構成を、切替えることができる。第２伝達機構３８が固定構成であるとき、第２モータ１４は、タレットユニット４８と共に主軸１０も回転させる（つまり、タレットユニット４８の回転を介して、主軸１０をも回転させる）。他方、第２伝達機構３８が非固定構成であるとき、第２モータ１４は、主軸１０とは別個独立に、タレットユニット４８を回転させる（つまり、主軸１０は回転させず、タレットユニット４８を回転させる）。

【0024】

図６に示すように、第２伝達機構３８の構成要素と把握できるタレットユニット４８は、外輪部４９を備え、外輪部４９は、複数のカムローラ（またはカムフォロア）４６を有する。各カムローラ４６は、外輪部４９の円周周りである外面部分４９ａに、半径方向（タレットユニット４８の回転半径方向）に取り付けられている。各カムローラ４６は、各カムローラ４６の回転軸が、タレットユニット４８の当該半径方向に延伸している。第２伝達機構３８は、ローラギアカムユニット４４（図５参照）のようなカムを有する。ローラギアカムユニット４４は、駆動軸４２と同軸上に取り付けられ、駆動軸４２と一直線上に配置されている。ローラギアカムユニット４４は、下記にて詳細に説明するように、複数のカムローラ４６を同時に噛合するように構成されている。タレットユニット４８は、（図３に示すように）ベアリングハウジング５０を介して、主軸１０の周りに回転可能にかつ主軸１０と同軸上に、取り付けられている。つまり、図３，４に示すように、タレットユニット４８は、主軸１０の一部を囲繞しており、主軸１０は回転軸ＡＸを中心に回転し、同じ回転軸ＡＸを中心にタレットユニット４８も回転する。したがって、ロック機構５２を介して、タレットユニット４８が主軸１０に接続または固定されていないとき（非固定構成）、主軸１０がタレットユニット４８に対して（およびその逆に）回転することができる。

【0025】

図５，９，１４等に示されているローラギアカムユニット４４は、中央駆動部を有する。当該中央駆動部は、連続的な楔形状のリブによって形成されるねじ状またはらせん状のカム面を有する。らせん経路内で、当該リブは、柄から突出し、柄の周りにおいて延設されている。ねじ状またはらせん状のカム面は、カムローラ４６と、円滑でバックラッシュのない駆動接触を提供する。好ましい一例において、ローラギアカムユニット４４の柄は、第２伝達機構３８の効率を増大させるために、鼓形ウォームギアと同様の凹状の輪郭（外観）を有する。図５に示すように、ローラギアカムユニット４４は、中央駆動部から軸方向に延伸している軸部分４４ａ、４４ｂを有している。そして、軸部分４４ａ、４４ｂの各端部付近において、各軸部分４４ａ、４４ｂは、ベアリング４０ａ、４１ａによって支持されている。ベアリング４０ａ、４１ａは、図４に示されているように、ベアリングハウジング４０、４１内に含まれており、ローラギアカムユニット４４の中央駆動部は、ハウジング４５内に位置する。なお、ローラギアカムユニット４４がカムローラ４６と噛合することが可能なように、ハウジング４５には開口部が設けられている。カムローラ４６の回転動作によって、ローラギアカムユニット４４からトルクが伝達される。カムローラ４６は、らせん状リブのカム面の隣接する部分の間に形成されている、らせん状経路に沿って従動し、それによって、ローラギアカムユニット４４が（第２モータ１４の上から見たときに）時計回りに回転され、これにより、タレットユニット４８は、図１０に示すように時計回りに回転する。図示されている形態において、６０個のカムローラ４６は、タレットユニット４８の外輪部４９の円周周りに、均等に配設されている。各カムローラ４６は、タレットユニット４８の中心から各カムローラ４６の中心を通じて延伸する上記半径方向に整列した軸を中心として、回転可能である（図６参照）。必要とされるカムローラ４６の数は、主軸１０のサイズおよび当該技術分野において既知であるような他の性能要件に応じて、決まる。

【0026】

タレットユニット４８が主軸１０と動作可能に係合し、第２モータ１４が主軸１０を駆動することを可能にするために、ロック機構５２が設けられている。ここで、ロック機構５２についてさらに詳細に説明する。一例としてのロック機構５２は、主軸１０およびタレットユニット４８と動作可能に接続される、複数の結合要素（第一のレール５８および第二のレール５６を含む構成要素と把握できる）を有する。タレットユニット４８を主軸１０に固定するために、結合要素（より具体的に、図６，７，１１を参照して、第一のレール５８と第二のレール５６）が互いに一直線上に整列されるときに、主軸１０およびタレットユニット４８は、選択的にともに接続されることができる。結合要素が一直線上に整列されているとき、整列された結合要素の軸芯は、主軸１０の円周に対して半径方向（主軸１０の回転半径と把握できる）に延伸する。その後、たとえば図７を参照して、嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６にわたって、第一のレール５８および第二のレール５６の上記半径方向に延伸する軸芯に沿って、主軸１０の中心に向かって、移動（摺動）する。これにより、第一のレール５８および第二のレール５６が一直線上の配列状態で固定され（つまり、嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６と嵌合する、第一の状態と把握できる）、これにより、主軸１０およびタレットユニット４８がともに固定される（上記固定構成）。これにより、第２モータ１４は、タレットユニット４８およびロック機構５２を介して、主軸１０を駆動することができる。

【0027】

図６に例示するロック機構５２は、第一のレール５８、第二のレール５６および第三のレール５４を有する。第一のレール５８は、主軸１０に配設される。主軸１０は、当該主軸１０の外周面に固定的に取り付けられている、環状フランジ（以下、内輪部材６４と称する）を有する。第一のレール５８は、当該内輪部材６４に取り付けられている。第二のレール５６は、主軸１０を囲繞している、タレットユニット４８に配設される。タレットユニット４８は、当該タレットユニット４８の端面部に固定的に配設されている、環状フランジ（以下、外輪部材６２と称する）を有する。第二のレール５６は、外輪部材６２に取り付けられている。内輪部材６４は、外輪部材６２の内径よりも、わずかに小さい外径を有する。よって、外輪部材６２は、内輪部材６４の周りにおいて、同軸上に配置される。たとえば図６等に示すように、主軸１０が所定の回転位置にあるとき、第一のレール５８と第二のレール５６と第三のレール５４とは、同一直線上に配置される。また、図３に示したように、主軸１０（より具体的には、内輪部材６４）とタレットユニット４８との間には、ベアリングハウジング５０が介在している。したがって、後述するように、嵌合部材６６の摺動によって、第一のレール５８と第二のレール５６とが接続されていないとき（より具体的には、嵌合部材６６が、第一のレール５８と嵌合せず、第二のレール５６と嵌合しているときであり、第二の状態と把握できる）、主軸１０とタレットユニット４８（より具体的には、内輪部材６４と外輪部材６２）とは、接続されず、主軸１０とタレットユニット４８は、ベアリングハウジング５０により、互いに対して自由に回転することができる。第三のレール５４は、主軸ハウジング１６に取り付けられている（図３参照）。つまり、第一のレール５８は、主軸１０の回転と共に回転し、第二のレール５６は、タレットユニット４８の回転と共に回転するが、第三のレール５４は、工作機械１に固定的に取り付けられており、静止状態を維持する。なお、第二の状態では、嵌合部材６６は、第一のレール５８と嵌合せず、第二のレール５６および第三のレール５４と嵌合する。

【0028】

ロック機構５２は、嵌合部材６６をさらに有する。図６に示すように、嵌合部材６６は、略Ｃ字形状の断面を有し、各レール５４，５６，５８と嵌合し、各レール５４，５６，５８上を摺動するように、構成されている。嵌合部材６６は、第一のレール５８、第二のレール５６および第三のレール５４に沿って摺動する、直動ガイドである。上記で説明したように、ロック機構５２の非ロック方向において（第二の状態において）、嵌合部材６６は、第三のレール５４および第二のレール５６上に存在する。これにより、図６，１１，１２に示すように、嵌合部材６６による第一のレール５８と第二のレール５６との接続は解除され、第２伝達機構３８は、主軸１０から独立して動作可能に切り離される。したがって、第二の状態において、第１モータ１２は、主軸１０を回転させる。第２モータ１４が主軸１０を駆動することができるように、第１モータ１２は、主軸１０を定位置まで、すなわち第一のレール５８が、主軸１０の上の１２時方向（所定の回転位置と把握できる）で、第二のレール５６と一直線上に整列するまで、回転させる（たとえば、図１４の状態から図１３の状態となるように、第１モータ１２は主軸１０を回転する）。その後、嵌合部材６６は、油圧アクチュエータ（駆動部と把握できる）６８のようなアクチュエータによって、下向きに摺動し、嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６上に配置される（つまり、嵌合部材６６と、第一のレール５８および第二のレール５６とを、嵌合させる（第一の状態）、図７，８参照）。これにより、嵌合部材６６は、図７，８に示すように、もはや第三のレール部分５４のいずれの部分上にも存在しない。第一のレール５８が第二のレール部分５６と整列した定位置へと移動された後で、第２モータ１４による駆動の前に、ギアボックス２０は、第１モータ１２を主軸１０から独立して動作可能に切り離す（第１伝達機構１８は、ニュートラルにする）。ロック機構５２に対して釣り合いを持たせるために、１つまたは複数の追加の第一のレール６０を、第一のレール５８から離隔させて、内輪部材６４に配設させても良い。たとえば、図４，１５に示されているように、追加の第一のレール部分６０が、環状の内輪部材６４上において、第一のレール部分５８の反対側に配置される。

【0029】

たとえば、図８−１０，１２−１４等に示すように、油圧アクチュエータ６８は、主軸ハウジング１６（工作機械１）に固定されている。また、たとえば図６に示すように、油圧アクチュエータ６８が当接部７０を有しており、嵌合部材６６は、凸部７２を有している。当接部７０は、凸部７２と選択的に噛合する。当接部７０は、図６に示すように、凸部７２と噛合する凹部形状を有する。ロック機構５２をロック状態に変移させるために、油圧アクチュエータ６８は、当接部７０を下向きに駆動変移させ、当接部７０が、凸部７２を押し下げることによって、嵌合部材６６を第一のレール５８に向けて押し下げる。図６に示すように、当接部７０は、凸部７２と当接する部分において、カムフォロア７４を有していても良い。カムフォロア７４は、凸部７２の上面と当接するために、当接部７０の凹部形状内に主軸１０の軸芯と並行な軸芯周りで回転可能に取り付けられる。嵌合部材６６が完全に、第一のレール部５８および第二のレール部分５６上に存在すると、外輪部材６２が内輪部材６４に固定され、それによって、第２伝達機構３８のタレットユニット４８が主軸１０に固定される。これにより、タレットユニット４８は、主軸１０とともに回転することができる。したがって、図１０に示すように、第一の状態（固定構成）において、第２モータ１４が主軸１０と動作可能に係合され、当該第２モータがタレットユニット４８を回転することにより、各レール５６，５８および嵌合部材６６を介して、主軸１０を駆動することができる。

【0030】

嵌合部材６６が第二のレール５６および第一のレール５８上に存在しており、第２モータ１４による主軸１０の回転により、嵌合部材６６が内輪部材６４および外輪部材６２と共に回転している間、油圧アクチュエータ６８は、延伸位置にあるままである（図１０参照）。この状態において、嵌合部材６６が上記定位置に戻ったときに、当接部７０が、嵌合部材６６を第三のレール部分５４および第二のレール部分５６上の初期位置まで上向きに後退させ戻すことができるように、油圧アクチュエータ６８により、当接部７０は位置決めされる。当接部７０は、主軸１０などの回転半径方向において、凸部７２と当接可能であり、主軸１０等の回転方向において、凸部７２と当接しない。つまり、当接部７０は凹部形状を有するため、たとえばミル加工中などのように、第２モータ１４によって主軸１０が回転しても、凸部７２は、当接部７０の凹部の脚部間を通過することができる。凸部７２が当接部７０を通過するときに、当接部７０が有するカムフォロア７４は凸部７２と接触するが、カムフォロア７４は、当該接触時の両部材７２，７４間の接触抵抗を最小限に抑える。

【0031】

第２モータ１４および第２伝達機構３８を、主軸１０から切り離すために、主軸１０は、第二のレール５６、第一のレール５８および嵌合部材６６が定位置に戻るまで、第２モータ１４によって回転される必要がある。定位置において、各レール５４，５６，５８は一直線上に整列し、油圧アクチュエータ６８は、引き上げ動作が可能となる。つまり、図１１，１２に示すように、嵌合部材６６が、第三のレール５４および第二のレール５６上の初期位置に戻るまで（ロック機構５２の非ロック方向に対応）、嵌合部材６６は当接部７０によって引き上げられる（第二の状態、非固定構成）。嵌合部材６６がこの位置に戻ったことを確認するために、位置センサを用いることもできる。その後、第１モータ１２は、ギアボックス２０における中立状態から高速動作モードまたは中速動作モードへと移行し、その後、図１３および図１４に示すように、第１モータ１２は、第１伝達機構１８を通じて主軸１０を駆動する。

【0032】

本実施の形態に係る工作機械１は、回転軸ＡＸを中心に回転する主軸１０と、主軸１０を囲繞するタレットユニット４８とを備える。さらに、当該工作機械１は、第一のレール５８、第二のレール５６および嵌合部材６６を備える。嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６に沿って移動する。そして、嵌合部材６６は、第一の状態で、第一のレール５８および第二のレール５６と嵌合する。そして、嵌合部材６６は、第二の状態で、第一のレール５８と嵌合せず、第二のレール５６と嵌合する。

【0033】

したがって、嵌合部材６６が、第一のレール５８および第二のレール５６に沿って移動し、第二の状態から第一の状態へと移行させることができる。つまり、嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６と嵌合し、主軸１０をタレットユニット４８に対して固定させる構成を実現する。このように、嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６と嵌合するので、嵌合部材６６と各レール５８，５６との間に隙間が発生させることを防止できる（換言すれば、遊び等の発生を防止できる）。したがって、主軸１０の回転を高精度に制御することができるため、正確にかつ高精度に、当該ワーク８を機械加工することができる。

【0034】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、嵌合部材６６は、第一のレール５８および第二のレール５６上を摺動する。

【0035】

したがって、嵌合部材６６と各レール５６，５８との間に遊び等が生じない状態で、スムーズに各レール５６，５８上を、嵌合部材６６を移動させることができる。よって、嵌合部材６６および各レール５６，５８の機械的摩耗を抑制することができる。

【0036】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、タレットユニット４８は、回転軸ＡＸを中心に回転し、主軸１０と別途独立に回転可能である。

【0037】

したがって、第一の状態において、主軸１０とタレットユニット４８と一緒に回転させることができ、第二の状態において、主軸１０とタレットユニット４８とを別個独立に回転させることができる。

【0038】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、第一のレール５８は、主軸１０において、主軸１０の回転半径に沿って、配設されている。そして、第二のレール５６は、タレットユニット４８において、回転半径に沿って、配設されている。

【0039】

したがって、嵌合部材６６を当該回転半径方向に移動させる構成を採用することができ、当該回転半径方向の移動により、第一の状態と第二の状態との間の変移を実現することができる。

【0040】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、工作機械１に固定的に取付けられる第三のレール５４を備える。

【0041】

このように、第三のレール５４の設置位置は固定なので、第一のレール５８および第二のレール５６が同一直線状に配置される所定の回転位置のマークとして、第三のレール５４を利用することができる。つまり、工作機械１において、当該回転位置を設定等する必要が生じたときに、当該第三のレール５４を用いることで、当該設定等が容易に実施できる。

【0042】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、嵌合部材６６を動かす油圧アクチュエータ６８を、さらに備えている。また、嵌合部材６６は、凸部７２を有している。油圧アクチュエータ６８は、当接部７０を有する。当接部７０は、回転半径方向において、凸部７２と当接可能である。当接部７０は、主軸１０の回転方向において、凸部７２と当接しない。たとえば、当接部７０は、凸部７２と噛合する凹部形状７０Ａを有する。

【0043】

したがって、油圧アクチュエータ６８が凸部７２と回転半径方向に当接することにより、油圧アクチュエータ６８は、凸部７２との当接を介して、嵌合部材６６を各レール５６，５８上に移動させることができる。さらに、第一の状態において、油圧アクチュエータ６８は、主軸１０の回転に伴う各レール５６，５８および嵌合部材６６の回転を妨げることもない。したがって、油圧アクチュエータ６８を、主軸１０を含む回転系に配設する必要はなく、固定系に配設することができる。つまり、油圧アクチュエータ６８を、主軸１０と共に回転させることを防止できる。よって、油圧アクチュエータ６８を含む構成の単純化を図ることができ、油圧アクチュエータ６８の回転による不具合発生も防止できる。

【0044】

また、本実施の形態１に係る工作機械１では、油圧アクチュエータ６８は、凸部７２と当接する部分において配設される、カムフォロア７４を有する。

【0045】

したがって、主軸１０の回転に伴う、油圧アクチュエータ６８と凸部７２との接触部における、衝撃および摩耗を防止することができる。

【0046】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、ローラギアカムユニット４４を、さらに備えており、タレットユニット４８は、ローラギアカムユニット４４と噛合する複数のカムフォロア４６を有する。

【0047】

したがって、タレットユニット４８を、遊び等がない状態で、回転させることができる。よって、タレットユニット４８を正確にかつ高精度に回転させることができる。

【0048】

また、本実施の形態に係る工作機械１では、第１モータ１２および第２モータ１４を、さらに備えている。第１モータ１２は、主軸１０を回転する。第２モータ１４は、タレットユニット４８を介して、主軸１０を回転する。たとえば、第１モータ１２が主軸１０を回転させる速度は、第２モータ１４が主軸１０を回転させる速度よりも、速い。

【0049】

したがって、第一の状態において、第２モータ１４を用いて主軸１０を回転させることにより、速度の遅い回転を利用した高精度の機械加工を実施することができる。また、第二の状態において、第１モータ１２を用いて主軸１０を回転させることにより、速度の速い回転を利用した機械加工を実施することができる。

【0050】

好ましい実施形態に関連して本発明を説明してきたが、本発明の原理および範囲内で、本発明の性質を説明するために記載および図示されている部品および構成要素の詳細、材料、および配列の様々な変更を、当業者が行うことは当然にできる。

【符号の説明】

【0051】

１ 工作機械
４ 主軸駆動システム
８ ワーク
１０ 主軸
１２ 第１モータ
１４ 第２モータ
１６ 主軸ハウジング
１８ 第１伝達機構
２０ ギアボックス
３８ 第２伝達機構
４４ ローラギアカムユニット
４６ カムローラ
４８ タレットユニット
５２ ロック機構
５４ 第三のレール
５６ 第二のレール
５８ 第一のレール
６２ 外輪部材
６４ 内輪部材
６６ 嵌合部材
６８ 油圧アクチュエータ
７０ 当接部
７２ 凸部
７４ カムフォロア
ＡＸ 回転軸

【要約】

本発明は、たとえ大きなワークであっても、正確にかつ高精度に機械加工することができる工作機械を提供する。本発明に係る工作機械（１）は、第一の回転体（１０）、囲繞部（４８）、第一のレール（５８）、第二のレール（５６）および嵌合部材（６６）を備える。囲繞部（４８）は、第一の回転体（１０）を囲繞する。第一のレール（５８）は、第一の回転体（１０）に配設される。第二のレール（５６）は、所定の回転位置において、第一のレール（５８）と同一直線上に配置されるように、囲繞部（４８）に配設される。嵌合部材（６６）は、第一のレール（５８）および第二のレール（５６）に沿って移動し、第一の状態で、第一のレール（５８）および第二のレール（５６）と嵌合し、第二の状態で、第一のレール（５８）と嵌合せず、第二のレール（５６）と嵌合する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】