JPH02186149A - 増速スピンドル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、フライス盤、ボーリングマシン、ＡＣＴ付
きマシニングセンターなどで機械の主軸回転数をあげず
に工具軸の出力回転を高速化すると云った場合に用いる
増速スピンドルに関する。

〔従来の技術〕

極小径の工具を用いた切削、研削、研摩加工等において
は、加工条件によって機械の性能を遥かに上回る回転数
が要求されることがある。その−方で、工作機械は性能
維持の観点から長時間にわたる能力限界の高速回転を極
力回避することが望まれる。増速スピンドルは、この２
つの要求を同時に満たすために用いられている。

ところで、周知の増速スピンドルのうち電動方式、エア
方式に比してトルク安定性に優れる歯車式の増速スピン
ドルは、単一遊星歯車列を用いた増速機構によって出力
回転数を入力回転数に対し適正な工具回転数が得られる
比率で増幅するものが一般的であった。

（発明が解決しようとする課題） 単一遊星歯車列を用いた増速機構は、構造は簡素である
が、遊星歯車装置には特有の組立条件の制約があり、そ
のために、要求増速比によっては歯車の歯数決定が不能
となるか又は組立不能となる場合がある。

また、小径工具による高速加工では切削力は小さいため
、増速スピンドルに対する要求特性は高速回転性能が主
体となるが、遊星歯車装置は閉じられた歯車列であるた
め、遊星軸の分割誤差、歯車の歯厚・偏心誤差などの不
可避的な工作誤差が集積し、なおかつ、入・出力軸の軸
心周りの荷重配分が不均一になることから、高速回転性
能に大きな悪影響を及ぼす。

さらに、組立条件や歯数などの制約を受けながら広範な
増速比の要求の中で各仕様に対応するには、個別設計、
個別製作を行わざるを得す、また、要求増速比によって
は外径寸法が著しく大きくなることも避けられず、製作
面や使用面でも不利になる。

ここで、復列の遊星歯車列は、単一の遊星歯車列に比し
て容積が小さく、増速比も高め易いなどの利点をもつた
め、これを採用すれば増速スピンドルの大型化の問題は
解決できる。しかし、この複列形式の組立条件は、単一
形式の場合はど筒車でなく、計算式も繁雑になる〔この
点については、文献（仙波正荘：歯車１０Ｓ、Ｐ３９４
１〜３９４７）に詳しい〕。また、この複列形式を採用
しても、回転性能に及ぼす悪影響の問題は残される。

そこで、この発明は、増速比に応じた歯数を組立条件の
制約を受けずに、また、繁雑な計算を伴わずに任意に決
定して各歯車列の歯数が奇数、偶数のいずれであっても
容易な組立を可能ならしめた高速回転性能にも優れる増
速スピンドルを提供することを第１の目的としている。

また、スピンドルの外径寸法を変えずに少数部品を入れ
替えるだけで要求増速比の変化に容易に対処できる経済
的にして使い勝手等にも優れる増速スピンドルを提供す
ることを第２の目的としている。

（課題を解決す、るための手段） 上記第１の目的を達成するための第１の発明では、入力
軸と出力軸間に設ける遊星歯車装置を出力軸に同心的に
設ける太陽歯車と、固定ハウジングで回り止め状態に支
持して入力軸の外周に同心配置する内歯歯車と、上記太
陽歯車に噛合する第１Ｔｉ星歯車、この第１遊星歯車に
連結して上記内歯歯車に噛合させる第２遊Ｍ＠車、及び
入力軸に取付けて上記第１及び第２遊星歯車を回転可能
に支持する遊星軸から成る遊星複合体とで構成すると共
に、上記遊星複合体を周方向に等角度回転した位置に複
数組設け、さらに、全組の又は１組を除く他の組の遊星
複合体には、第１、第２遊星歯車を摩擦力で結合する遊
星軸と同心のテーパ嵌合部及びその嵌合部のテーパ軸に
圧入力を加える締付ナツトから成る歯位相調整機構を具
備させた構成を採用する。

この増速スピンドルは、内歯歯車の固定ハウジングによ
る支持を遊嵌支持となすと高速回転性能がより高まる。

また、入力軸の前部側を後部側から着脱自在の中空軸で
形成してこの中空軸に太陽歯車を含む上記出力軸と各遊
星複合体を着脱自在に取付けると第２の目的も同時に達
成できる。このほか、固定ハウジングで歯車装置を含め
て出力軸先端側を液封状態に包囲し、さらに、この固定
ハウジングに着脱自在の窓蓋を備える上記締付ナツトの
操作窓を設けること、或いは入力軸に工作機械の回転主
軸に取付けるテーパシャンクを、出力軸先端に工具取付
は部を各々形成し、さらに、固定ハウジングは上記回転
主軸に対するテーパシャンク装着時に工作機械の付帯保
持装置に係合する回り止め用係止装置を具備させて入力
軸の先端側外周に回転可能に取付けることも付加価値を
高めるのに効果がある。

（作用〕 第１図を参照してこの発明の主目的を達成するための作
用を説明する。同図は、この発明に採用する歯車装置の
概要図であって、１は入力軸、２は出力軸、３は２と一
体の太陽歯車、４は固定ハウジング１０に支持される内
歯歯車、５．５′は太陽歯車３に噛み合ってその周りを
公転する第１遊足歯車、６．６′は５．５′に連結して
内歯歯車４に噛み合わせた第２遊星歯車、７．７′は歯
車５．６及び５’、６’を回転可能に支持する遊星軸で
ある。また、８は、５′と６′を互いに固定するに充分
な摩擦角を有したテーパ嵌合部、９′はその嵌合部に締
付は圧を加えるナツトであり、この８と９′の２者が歯
位相調整機構を形成している。

このように構成された歯車装置は、先ず、歯車５を３に
、５に対してキー結合或いは正大結合しである６を４に
各々噛み合わせて５．６．７の３者から成る（イ）側の
遊星複合体を組付ける。この際、５と６の歯位相がずれ
ていても、（ロ）側は開放されており、３．４の相対回
転で上記位相のずれを吸収できるため、組立てには何ら
支障がない。

この後、（ロ）側の遊星複合体を組付けるが、この場合
、歯車３及び４の噛み合い位相が必ずしもＣ４）側と同
一でない、そこで、５′と６′を相対回転可能にして先
ず歯車６′を４に噛み合わせ、次いで歯車５′を３に噛
み合うように回動しつ一歯位相を調整し、全体の噛み合
い作動が円滑化したところでナツト９′により歯車５’
、６’を一体的に連結する。これにより、加工誤差等に
起因した歯位相のずれの補正と、人・出力軸を基準にし
た１８０”対称位置への荷重均等配分が行われ（この効
果は、後述の実施例のように内歯歯車４を最後に組込ん
で同様の調整を行ったときにも得られる。）、第１の目
的が達成される。

次に、この複列形式の遊星歯車装置によると、周知の増
速作用により入力回転数が高められて出力回転数がＮに
なる。このＮの値は歯車４の歯数をＡ、６の歯数をＢ、
５の歯数をＢ′、３の歯数をＣとすると次式で表わされ
る。

（１＋　””’ Ｃ−Ｂ　　”＝ゞ この（１）式はまた、次式即ち、 ノー、ニー」仁−１ Ｂ　　　　Ｃｎ ・・・・・・（１） すなわち、Ｘ・ｙ＝ 一１＝Ｒ・・・・・・（２） で表わすことができる。

この（２）式の工は遊星運転時の増速比、Ｒは普通の噛
み合い運転時の増速比であり、実用面では、ｙ値として
大体４乃至８の間での各数値が望まれている。

これに対し、（２）式の１「で示される歯数比をＸとし
てこの値を変えたとすると内歯歯車４の径変化が伴ない
、装置外径が一定しない。しかし、Ｂ′ Ｘを定数、賀７で示される歯数比ｙを変数としてｙ値を
変化させれば、装置外径を変えずに各段階の増速比の組
合せが可能になる。例えば、４〜８の範囲の増速比の凡
てに対応させるには、Ｘを最小増速比４時のＲ１直３に
設定する。これにより−！Ｌ−４のときの歯車６．４は
ｔｅａの歯数の組合せ、歯車３．５は１）の同歯数の組
合せとなる。

一方、増速比８のときにはｘ＝３であるので変数ｙは（
８−１）／３＝２．３　　となり、歯車３．５は２．３
近似の歯数比のものが要求されるが、請求項（３）の構
成を付加して歯車の交換を可能ならしめておけば、歯車
３．５の交換のみで８に近値した増速比或いはこれより
も小さな要求増速比を得ることができ、第２の目的が達
成される。

（実施例） 以下、第２図乃至第５図に基いてこの発明の実施例を述
べる。

これ等の図における１〜１０の各要素は先に述べたので
再説明を省く。なお、入力軸１の後部側ニハテーパシャ
ンク１ａが形成され、また、この軸の先端側は、１ａに
対して着脱自在の中空軸１ｂで形成されている。また、
１ｂから突出させる出力軸２の先端部には工具取付部２
ａが形成されている。

この例示の増速スピンドルの組立ては、先ず第３図に示
すように中空軸１ｂ上端に内外径面が同心のセンターア
ダプタ１）を心出ししてボルト止めする。次に、太陽歯
車３を具備した出力軸２を中空軸１ｂ内に挿入し、この
軸２の１丁端部に玉軸受１２．１２′を嵌合させてナツ
ト１３．１４で締付ける。その後、中空軸１ｂとシャン
ク１ａを心出ししてボルトで締結し、次いで中空Ｉｊｌ
１）１ｂの外周に位置決めビン１５を有する位置決めリ
ング１６を、周方向の任意位置で締付は可能なセットボ
ルト１７を用いて取付ける。そして、この後部に玉軸受
１８を装着する。この玉軸受１８の使用は、要求増速比
次第では図のように、遊星歯車５．５′が１ｂの外径面
よりも外側にはみ出ることがあるので、固定ハウジング
１０との間に増速比変化に対処可能な歯車組込みスペー
スを確保するための処置である。

以上の作業を終えたら遊星均合体の組立てに移る。この
作業は、遊星歯車５．６を予め連結しておき（図の場合
、キー嵌合さ一ヒた５、６をナツト９で締付けて連結し
である）、６を４に、５を３に各々噛み合わせた後に、
遊星軸７を中空軸１ｂに加工されているビン孔に通して
（イ）側を先に組立てる。１９はこのときに同時に組付
けるスラストワッシャ、２０は高速回転に対処するため
に歯車と遊星軸との間に介在させた特殊軸受ブツシュで
ある。

この後、（ロ）側の遊星複合体を（イ）側と同様にして
組付けるが、このときには、テーパ嵌合部８に若干の厚
擦力が生じる程度にナンドＳ′は緩く締めつけておく。

次に、中空軸１ｂ先端の座溝部に押え１２１をボルト止
めする。この押え蓋２１と遊星軸７．７′の下端との間
には第５図に示すような非円形嵌合部２２を形成してあ
り、従って、？、７′は押え蓋２１により抜は止めと同
時に回り止めされる。

この後、固定ハウジング１０を組付＆Ｊるが、その前に
ハウジング１０には、内歯歯車４と玉軸受１８′を取付
けてお（。このとき、内歯歯車４は、ハウジングとの間
に僅かな相対回転が許容されるようにａ嵌支持となす。

第４図に示すように、内歯歯車４の外径面とハウジング
１０の内径段部に対応した半円溝を設け、これ等の講で
形成される７Ｌ２３にその孔径よりも小径のホルダビン
２４を挿入した後、ねじスリーブ２５に固定される玉軸
受１８′を歯車４に加圧力が作用しないように取付けれ
ば、歯車４は遊嵌状態に支持される。この処置は、不可
避の加工誤差や歪による高速回転性能の低下を回避する
ために行うが、歯車４の特殊鋼による単体製作が可能な
ため、その歯車の強度やネｎ度の向上にもつながる。

このような事前処理を施しであるハウジング１０の本体
部（円筒部）に、第３図の組立体を歯車４に対して６．
６′の２者が共に噛み合うようにして上側から嵌め込む
。そして、この後、玉軸受１８の内輪と中空軸１ｂの外
径面との間にスペーサとなる鍔付きスリーブ２６を挿入
してこのスリーブを大径ナツト２７で固定する。

以上の作業を終えたら噛み合いの最終調整を行う。この
作業は、ハウジング１０を、このハウジングの本体部に
設けた操作窓２８が第３図の（ロ）側にある位置で固定
し、出力軸２の回転操作部２ｂにトルクレンチを係合さ
せて軸２を第４図のＣ方向（切削回転方向とは逆向き）
に回転させる。すると、歯車５はｂ方向に、５′はＣ方
向に回転し、さらに、歯車６は５と一緒に回転するので
、この歯車６からの回転力伝達で内歯歯車４はＣ方向に
回転する。

また、（ロ）側の歯車６′も５′と同じＣ方向に回転す
るが、６′は５′又は４のいずれか一方から回転力を受
けると回転するので３と５′及び６′と４の噛み合いが
共にうまくいっているとは限らない、そこで、出力軸５
をａ方向に回転させながらナツト９′をレンチで第４図
のＣ方向に徐々に締付けていく、このＣ方向の回転力は
摩擦により歯車５’、６’に伝わるため出力軸５のａ方
向回転に抵抗が加わり、この結果、噛み合いが正確でな
ければ、嵌合部８に５′と６′を３．４による回転規制
を受けるところまで相対回転させるスリップが生じる。

このスリップにより、歯車５′と６′は自己の通正噛み
合い位相を自己選択したことになり、ナツト８′を最後
まで締付けて５′と６′を完吟に固定した後の円滑な回
転と、（イ）側、（ロ）側への伝達動力の均等配分が保
証される。

」二記の位相調整後、出ツノ軸２との間が液封されるハ
ウジング１０の底蓋をスリーブ２５にねし止めする。ま
た、ハウジング１０内には操作窓２８から適量の潤滑油
を入れ、２８を窓蓋２９でとじて組立作業を終える。

なお、ハウジング１０には、増速スピンドル使用時にハ
ウジングを静止させる手段として、係止装置３０を設け
である。この係止装置は、工作機械の付帯保持装置に係
合させるストッパ軸３１と、この軸を付帯保持装置に挿
入したとき押し下げられてビン１５の回り止めを解除す
るドグ３２と、このドグを押し上げるバネ３３とドグを
回り止めする長溝３４とから成る周知の装置である。

ここで、以上の実施例は、遊星複合体を１８０゜対称位
置に２組設けたものについて説明したが、荷重の均等配
分の面からは、遊星複合体はその数が多いほど望ましい
ので、製造コストや組付はスペース面での制限がなけれ
ばその要求を満足させるのがよい、２以上、例えばｎＭ
ｉの遊星複合体を設ける場合、少なくとも（ｎ−１）組
の遊星複合体に実施例で述べたのと同様の面位相調整機
構を設けることになる。なお、これ等の機構をもつ遊星
複合体の組立後の歯位相調整は、対象となるもの＼全部
を一度に行なうと作業がし辛くなるので、個々に実施す
るのが好ましい。

このほか、面位相調整機構を必要としない遊星複合体も
伝達荷重次第ではテーパ嵌合部を介しての安定な回転力
伝達が可能な場合があるので、このようなときには、部
品の品種削減のために全組の′ｔ１星複合体を同一構造
にしてもよい。

（効果］ 以上述べたように、この発明の増速スピン１′ルは、人
・出力１４．ｔ％の周方向等分位置に小型化の面で有利
な複列′ｆ１星歯車を構成する遊星複合体を複数組設け
、その複合体の全部又は１組を除く他のものに複列歯車
の面位相調整機構を設けて遊星歯車装置につきもの＼設
計並びに組立条件の制約、不可避の加工誤差や不均一荷
重配分等による回転性能へ悪影響を排除したものである
から、従来の同種の増速スピンドルに比べて製造、組立
、使用面で極めて有利となり、かつ、高速回転性能も大
中に向１；すると云う効果がある。特に、内歯歯車を遊
嵌支持にしたものは、その歯車にも加工誤差の吸収性能
が生じるので、高速回転性能がより高まる。

また、請求項の（３）の構成を付加したものは、２種類
の歯車を交換するだけで装置外径を変えずに要求増速比
の広範な変化に対処できるので、製造コスト、使用面で
一層有利になる。

このほか、請求項の（４）或いは（５）の構成を付加し
たものは、取扱い性や漫作性が更に向上し、装置の付加
価値が高まる。

なお、この発明の増速スピンドルは、例えば、モータと
一体化してモータの出力回転を高めるなど他の用途にも
利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に用いる歯車装置の概要を示す線図
、第２図はこの発明の一実施例の断面図、第３図は第２
図のスピンドルの組立途中の断面図、第４図は第２図の
スピンドルの横断平面図、第５図は押え蓋と遊星軸の保
合状態を示す平面図である。 １・・・・・・入力軸、　　　　２・・・・・・出力軸
、３・・・・・・太陽歯車、　　　４・・・・・・内歯
歯車、５．５′・・・・・・第１遊星歯車、 ６．６′・・・・・・第２遊星歯車、 ７．７′・・・・・・遊星軸、　８・・・・・・テーパ
嵌合部、９．９′・・・・・・ナツト、　　１０・・・
・・・固定ハウジング、１）・・・・・・センターアダ
プタ、 １２．１２’、１８．１８′・・・・・・玉軸受、１３
．１４・・・・・・ナツト、１６・・・・・・位置決め
リング、１９・・・・・・スラストツブジャ、 ２０・・・・・・軸受はブツシュ、 ２１・・・・・・押え蓋、　　　　２２・・・・・・非
円形嵌合部、２３・・・・・・Ｌ　　　　　　　２４・
・・・・・ホルダビン、２５・・・・・・ねじスリーブ
、２６・・・・・・鍔付きスリーブ、２７・・・・・・
大径ナツト、　２８・・・・・・操作窓、２９・・・・
・・窓蓋、　　　　３０・・・・・・係止装置。 特許出願人　　を和精密工機株式会社 同

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力軸とこの軸の前部空洞内に軸心を一致させて
   回転可能に取付ける出力軸との間に、入力軸回転数を増
   幅して出力軸に伝える歯車装置を介在させた増速スピン
   ドルにおいて、上記歯車装置を、出力軸に同心的に設け
   る太陽歯車と、固定ハウジングで回り止め状態に支持し
   て入力軸の外周に同心配置する内歯歯車と、上記太陽歯
   車に噛合する第１遊星歯車、この第１遊星歯車に連結し
   て上記内歯歯車に噛合させる第２遊星歯車、及び入力軸
   に取付けて上記第１及び第２遊星歯車を回転可能に支持
   する遊星軸から成る遊星複合体とで構成すると共に、上
   記遊星複合体を周方向に等角度回転した位置に複数組設
   け、さらに、全組の又は１組を除く他の組の遊星複合体
   には、第１、第２遊星歯車を摩擦力で結合する遊星軸と
   同心のテーパ嵌合部及びその嵌合部のテーパ軸に圧入力
   を加える締付ナットから成る歯位相調整機構を具備させ
   たことを特徴とする増速スピンドル。
2. （２）上記内歯歯車の固定ハウジングによる支持を遊嵌
   支持となした請求項（１）記載の増速スピンドル。
3. （３）入力軸の前部側を後部側から着脱自在の中空軸で
   形成してこの中空軸に太陽歯車を含む上記出力軸と各遊
   星複合体を着脱自在に取付けた請求項（１）又は（２）
   記載の増速スピンドル。
4. （４）上記固定ハウジングで歯車装置を含めて出力軸先
   端側を液封状態に包囲し、さらに、この固定ハウジング
   に着脱自在の窓蓋を備える上記締付ナットの操作窓を設
   けた請求項の（１）乃至（３）のいずれかに記載の増速
   スピンドル。
5. （５）上記入力軸に工作機械の回転主軸に取付けるテー
   パシャンクを、出力軸先端に工具取付け部を各々形成し
   、さらに、固定ハウジングは上記回転主軸に対するテー
   パシャンク装着時に工作機械の付帯保持装置に係合する
   回り止め用係止装置を具備させて入力軸の先端側外周に
   回転可能に取付けた請求項の（１）乃至（４）のいずれ
   かに記載の増速スピンドル。