JP2001012564A - 主軸変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】騒音や歯車の損傷を生じることなく、確実に変
速を行うことができる主軸変速装置を提供する。 【解決手段】駆動軸，中間軸及び主軸と、駆動軸に設け
られた駆動歯車列と、主軸に設けられた受動歯車と、中
間軸に摺動自在に設けられ、駆動歯車列に噛合する変速
歯車列と、中間軸に設けられ、受動歯車と噛合する伝達
歯車と、変速歯車列を中間軸に沿って移動せしめるシフ
ト機構と、シフト機構の作動を制御するシフト制御手段
２５とを備える。シフト機構をボールネジ，ナット及び
サーボモータなどの駆動機構から構成する。中間軸の角
度位置を認識する中間軸角度認識手段１１，２７を設
け、駆動軸の角度位置を認識する駆動軸角度認識手段１
０，２６を設ける。認識された中間軸の角度位置及び駆
動軸の角度位置を基に、シフト制御手段２５において、
噛合対象の変速歯車及び駆動歯車が噛合可能な状態にあ
るか否かを判断し、噛合可能な状態となったときにサー
ボモータ３を駆動して変速歯車と駆動歯車とを噛合させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯車比の異なる複
数組の歯車を備え、その掛け合わせ（組合せ）を変える
ことによって、工作機械の主軸回転数を多段的に変化さ
せる主軸変速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した主軸変速装置の一例を図４に示
す。同図に示すように、この主軸変速装置１００は、旋
盤などの主軸台１０１を構成するギヤボックス１０２内
に設けられるもので、相互に平行に配設された主軸１０
３，駆動軸１０６，第１中間軸１１２及び第２中間軸１
１７と、主軸１０３に設けられた受動歯車１０５と、駆
動軸１０６に設けられた駆動歯車列１１１と、第１中間
軸１１２に設けられた変速歯車列１１５及び伝達歯車１
１６と、第２中間軸１１７に設けられた伝達歯車１１
９，１２０と、変速歯車列１１５を第１中間軸に沿って
移動させるシフト機構１２１と、このシフト機構１２１
の作動を制御するシフト制御手段（図示せず）などから
なる。尚、図５は前記ギヤボックス１０２を矢示Ａ方向
から視た側面図であるが、前記主軸１０３，駆動軸１０
６，第１中間軸１１２及び第２中間軸１１７の設けられ
る位置関係は、同図に示した如くなっている。

【０００３】前記駆動軸１０６はベアリング１０７，１
０８により回転自在に支持されたスプライン軸からな
り、前記駆動歯車列１１１は中心部にそれぞれスプライ
ン穴を備えた３つの駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１
１ｃからなる。駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ
はそのスプライン穴に駆動軸１０６が嵌挿された状態で
この駆動軸１０６に係合し、これと共に回転するように
なっている。尚、駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１
ｃの歯数はそれぞれで異なっており、駆動歯車１１１ｂ
が最も少なく、ついで駆動歯車１１１ｃ，駆動歯車１１
１ａの順に多くなっている。また、駆動軸１０６の一方
端には駆動プーリ１０９が設けられており、これに巻き
掛けられた駆動ベルト１１０を介し、主軸モータ（図示
せず）からこの駆動軸１０６に動力が伝達される。

【０００４】前記第１中間軸１１２は、ベアリング１１
３，１１４により回転自在に支持され、且つこのベアリ
ング１１３，１１４間の外周部にスプラインが形成され
た軸からなる。また、前記変速歯車列１１５は、中心部
にスプライン穴が設けられた軸付の変速歯車１１５ａ、
及びこの変速歯車１１５ａの軸部に外嵌され、これと一
体的に設けられた変速歯車１１５ｂ，１１５ｃからな
る。変速歯車１１５ａはそのスプライン穴に前記第１中
間軸１１２が嵌挿された状態でこれに係合しており、変
速歯車１１５ｂ，１１５ｃとともにこれらと一体となっ
て第１中間軸１１２の軸方向に移動し、第１中間軸１１
２とともに回転するようになっている。

【０００５】尚、変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５
ｃの歯数はそれぞれで異なっており、変速歯車１１５ａ
が最も少なく、ついで変速歯車１１５ｃ，変速歯車１１
５ｂの順に多くなっている。そして、これらが前記第１
中間軸１１２の軸方向に沿って移動し、右側の移動端に
位置した際に、変速歯車１１５ｃが駆動歯車１１１ｃに
噛合し、左側の移動端に位置した際に、変速歯車１１５
ａが駆動歯車１１１ａに噛合し、その中間に位置した際
に、変速歯車１１５ｂが駆動歯車１１１ｂに噛合するよ
うになっている。また、前記ベアリング１１４より右側
の第１中間軸１１２には伝達歯車１１６が係止されてお
り、これとともに回転するようになっている。

【０００６】前記第２中間軸１１７は、ベアリング１１
８などによって回転自在に支持されており、この第２中
間軸１１７に軸付の伝達歯車１２０が係止され、更にこ
の伝達歯車１２０の軸部に伝達歯車１１９が外嵌され、
これら伝達歯車１１９，１２０が一体となり第２中間軸
１１７とともに回転するようになっている。また、伝達
歯車１２０は主軸１０３に係止された受動歯車１０５と
噛合している。そして、相互に噛合した前記駆動歯車列
１１１及び変速歯車列１１５、伝達歯車１１６，１１
９，１２０並びに受動歯車１０５を介して、主軸モータ
（図示せず）の動力が主軸１０３に伝達され、これが回
転する。

【０００７】シフト機構１２１は、前記駆動軸１０６及
び第１中間軸１１２などに対して平行に配設されたスプ
ライン軸１２２と、スプライン穴を備え、このスプライ
ン穴に前記スプライン軸１２２が嵌挿されて、このスプ
ライン軸１２２に沿って移動可能となったホルダ１２５
と、このホルダ１２５をスプライン軸１２２に沿って移
動せしめるピストン１２３などからなる。このピストン
１２３には、その後端部に支持部材１２７を介して３つ
のリミットスイッチ１２８，１２９，１３０が取り付け
られる一方、そのピストンロッド１２４の一方端（前
側）に駆動ロッド１２６が連結され、他方端（後側）に
検出ドグ１３１が固設されている。また、前記ホルダ１
２５は略コの字形状をした部材からなり、前記駆動ロッ
ド１２６に固設され、２点鎖線で図示するように、その
凹部内に前記変速歯車１１５ｂを保持している。

【０００８】斯くして、ピストン１２３を駆動してホル
ダ１２５をスプライン軸１２２に沿って移動させると、
このホルダ１２５に保持された前記変速歯車列１１５が
第１中間軸１１２に沿って移動せしめられ、前記駆動歯
車列１１１と変速歯車列１１５との掛け合わせが変更さ
れて、主軸１０３の回転数が多段的に変更される。因み
に、本例では、変速歯車１１５ａと駆動歯車１１１ａが
噛合した状態の回転数が最も低く（第１速）、次に、変
速歯車１１５ｃと駆動歯車１１１ｃが噛合した状態の回
転数が高く（第２速）、変速歯車１１５ｂと駆動歯車１
１１ｂが噛合した状態の回転数が最も高い（第３速）。
ピストン１２３はこのような変速を行うために、変速歯
車１１５ｃが駆動歯車１１１ｃと噛合する右側移動端
（第２速位置）、変速歯車１１５ａが駆動歯車１１１ａ
と噛合する左側移動端（第１速位置）、変速歯車１１５
ｂが駆動歯車１１１ｂと噛合する中間位置（第３速位
置）、及び変速歯車列１１５と駆動歯車列１１１が噛合
しない位置であって前記第２速位置と第３速位置との中
間位置（ニュートラル位置）の４カ所に、前記変速歯車
列１１５を位置決めできるようになっている。

【０００９】そして、変速歯車列１１５が第２速位置に
位置決めされると検出ドグ１３１がリミットスイッチ１
３０に接触してこれが検出され、同様に、第３速位値に
位置決めされると検出ドグ１３１がリミットスイッチ１
２８に接触してこれが検出され、第１速位値に位置決め
されると検出ドグ１３１がリミットスイッチ１２９に接
触してこれが検出される。また、変速歯車列１１５がニ
ュートラル位置にあるときには、いずれのリミットスイ
ッチ１２８，１２９，１３０からも検出信号が出力され
ず、逆にこのことによって変速歯車列１１５がニュート
ラル位置にあることが検出される。

【００１０】尚、前記シフト制御手段（図示せず）は、
工作機械の作動を制御する制御装置から変速指令を受
け、当該変速指令に従ってピストン１２３を動作させ、
ホルダ１２５を第１速位置、第２速位置、第３速位置及
びニュートラル位置のいずれかに移動させる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の主軸変速装置１００には、以下に説明するような問
題があった。

【００１２】即ち、例えば、前記第１速から第３速に変
速する場合、従来の主軸変速装置１００によると、ま
ず、変速歯車１１５ａが駆動歯車１１１ａに噛合し、駆
動軸１０６及び第１中間軸１１２が設定された減速比で
もってゆっくりと回転している状態で前記ピストン１２
３が駆動され、このピストン１２３の作動により変速歯
車列１１５が駆動歯車１１１ｂ側に移動せしめられて駆
動歯車１１１ａと変速歯車１１５ａとの噛合関係が解除
される。そしてこの後、変速歯車１１５ｂが駆動歯車１
１１ｂに当接せしめられ、これら変速歯車１１５ｂ及び
駆動歯車１１１ｂが相互に摺動して噛合可能な状態とな
ったとき、両者が噛合されるようになっている。このた
め、変速歯車１１５ｂと駆動歯車１１１ｂとが当接した
際、これらの歯同士が衝突して騒音を生じたり、その際
の衝撃によって歯面が損傷するといった問題を生じてい
た。

【００１３】一方、このような問題を解決すべく、ピス
トン１２３の駆動力を下げて、変速歯車１１５ｂ，駆動
歯車１１１ｂ相互間の当接力を下げると、変速歯車１１
５ｂ及び駆動歯車１１１ｂの歯の面取り部同士が係合し
て両者が連れ回り状態となり、これらが完全に噛合する
ことができない、即ち、変速を完了することができない
という問題を生じ、却って問題となる。

【００１４】本発明は、以上の実情に鑑みなされたもの
であって、騒音や歯車の損傷を生じることなく、確実に
変速を行うことができる主軸変速装置の提供を目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するための本発明の請求項１に係る発明は、相互に
平行に配設された駆動軸，中間軸及び主軸と、前記駆動
軸に設けられた複数の駆動歯車からなる駆動歯車列と、
前記主軸に設けられた受動歯車と、前記中間軸にその軸
方向に移動自在に設けられた複数の変速歯車からなり、
一体的に移動して、一つの変速歯車がこれに対応した一
つの前記駆動歯車と噛合する変速歯車列と、前記中間軸
に設けられ、前記受動歯車と噛合する伝達歯車と、前記
変速歯車列を前記中間軸に沿って移動せしめるシフト機
構と、該シフト機構の作動を制御するシフト制御手段と
を備えた主軸変速装置において、前記シフト機構を、前
記変速歯車列を保持する保持部と、該保持部を前記中間
軸に沿って移動せしめるボールネジ及びナットと、該ボ
ールネジを駆動するサーボモータとから構成し、前記中
間軸の角度位置を認識する中間軸角度認識手段を設け、
前記駆動軸の角度位置を認識する駆動軸角度認識手段を
設けるとともに、前記シフト制御手段を、前記中間軸角
度認識手段により認識された前記中間軸の角度位置、及
び前記駆動軸角度認識手段により認識された前記駆動軸
の角度位置を基に、噛合対象の前記変速歯車及び駆動歯
車が相互に噛合可能な状態にあるか否かを判断し、噛合
可能な状態となったときに前記サーボモータを駆動して
前記変速歯車を移動させ、前記変速歯車と駆動歯車とを
噛合させるように構成したことを特徴とする。

【００１６】工作機械の作動を制御する制御装置から変
速指令を受信すると、シフト制御手段は、まず、シフト
機構のサーボモータを駆動して、変速歯車列を保持した
保持部をこれと共に中間軸に沿って移動させ、変速前に
噛合している変速歯車と駆動歯車との間の当該噛合関係
を解除する。尚、このとき駆動軸及び中間軸は設定され
た回転比でもってゆっくりと回転している。次に、シフ
ト制御手段は、中間軸角度認識手段により認識された前
記中間軸の角度位置、及び駆動軸角度認識手段により認
識された前記駆動軸の角度位置を基に、噛合対象の前記
変速歯車及び駆動歯車が相互に噛合可能な状態にあるか
否かを判断し、噛合可能な状態となったとき、即ち、一
方の歯車の歯先と他方の歯車の歯底が一致したときに、
再度前記サーボモータを駆動して前記変速歯車列を中間
軸に沿って移動させ、前記噛合対象の変速歯車と駆動歯
車とを噛合させる。以上により、指令された変速を完了
する。

【００１７】このように、この発明によれば、変速に際
し、噛合位置における噛合対象の変速歯車及び駆動歯車
の歯先／歯底が相互間で逆になっていることを確認した
上で、これらを噛合させるようにしているので、変速歯
車と駆動歯車とを相互に当接させることなく噛合させる
ことができる。これにより、変速歯車と駆動歯車の歯同
士が衝突して騒音を生じたり、その際の衝撃によって歯
面が損傷したり、或いは歯の面取り部同士が係合して両
者が連れ回り状態となり、これらが完全に噛合すること
ができないといった従来のような問題を生じるのを防止
することができ、かかる変速歯車と駆動歯車とを確実に
噛合させることができる。

【００１８】尚、請求項１に係る発明においては、噛合
対象の変速歯車及び駆動歯車が相互に噛合可能な状態に
あるか否かを、中間軸の角度位置及び駆動軸の角度位置
を基に判断するように構成したが、本発明の請求項２に
係る発明におけるように、これを、変速歯車位相認識手
段により認識された噛合対象の変速歯車の位相、即ち、
変速歯車の歯先が噛合位置にあるのか或いは歯底が噛合
位置にあるのかという位置状態、及び駆動歯車位相認識
手段により認識された噛合対象の駆動歯車の位相、即
ち、駆動歯車の歯先が噛合位置にあるのか或いは歯底が
噛合位置にあるかという位置状態を基に判断するように
構成しても良い。このようにしても、請求項１の発明に
おける効果と同様の効果が得られる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。

【００２０】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に
係る主軸変速装置を示す断面図であり、図２は、本実施
形態に係る主軸制御装置全体を示すブロック図である。
尚、図１及び図２に示すように、本例の主軸変速装置１
は、図４に示した従来の主軸変速装置１００の一部構成
を変更するとともに、従来のシフト制御手段と機能の異
なるシフト制御部２５などを設けて、これを構成したも
のである。したがって、図１において、図４に示した従
来の主軸変速装置１００と同じ構成部分については同一
の符号を付し、以下の説明においては当該構成部分の詳
しい説明を省略する。

【００２１】図１に示すように、本例の主軸変速装置１
は、前記駆動軸１０６の端部に固設され、この駆動軸１
０６の回転角度位置を検出する駆動軸エンコーダ１０
と、前記第１中間軸１１２の端部に固設され、この第１
中間軸１１２の回転角度位置を検出する中間軸エンコー
ダ１１と、図４に示したシフト機構１２１に代えて設け
られたこれと構成の異なるシフト機構２とを備えてい
る。

【００２２】前記シフト機構２は、所定間隔を隔てて並
設されるとともに、前記駆動軸１０６及び第１中間軸１
１２などに対して平行に配設されたスプライン軸９及び
ボールネジ４と、スプライン穴を備え、このスプライン
穴に前記スプライン軸９が嵌挿されて、このスプライン
軸９に沿って移動可能となったホルダ６と、このホルダ
６に固設されるとともに、前記ボールネジ４に螺合せし
められたナット５と、前記ボールネジ４の端部に連結さ
れ、このボールネジ４を軸中心に回転せしめるサーボモ
ータ３などからなる。前記ホルダ６は略コの字形状をし
た部材からなり、２点鎖線で図示するように、その凹部
内に前記変速歯車１１５ｂを保持している。また、前記
ボールネジ４はその両端部がそれぞれベアリング７，８
によって支持され、回転自在となっている。また、サー
ボモータ３にはエンコーダ３ａが付設されており、この
エンコーダ３ａによってボールネジ４の回転角度位置が
検出されるようになっている。

【００２３】また、前記駆動軸エンコーダ１０及び中間
軸エンコーダ１１は、共にアブソリュート型のロータリ
エンコーダからなり、駆動軸エンコーダ１０は駆動軸１
０６に予め設定された基準位置（軸芯を中心とした回転
方向において任意に設定された角度位置である。以下、
これを原点位置という。）の角座標系における角度位置
を検出し、中間軸エンコーダ１１は第１中間軸１１２に
予め設定された原点位置の角座標系における角度位置を
検出する。そして、本例では、駆動歯車１１１ａ，１１
１ｂ，１１１ｃの各歯先位置が前記駆動軸１０６の原点
位置と一致するように、これを駆動軸１０６に取り付け
る一方、変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの各歯
底位置が前記第１中間軸１１２の原点位置と一致するよ
うに、これを第１中間軸１１２に取り付けている。尚、
かかる取付け関係は、これに限定されるものではなく、
要は、駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃと変速歯
車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの歯先／歯底の位置関
係が原点位置において相互に逆になるように、これらが
取り付けられていれば良い。

【００２４】以上の構成を備えた主軸変速装置１は、図
２に示したシフト制御部２５により、その作動が制御さ
れる。上述したように、図２には、工作機械の主軸系を
制御する主軸制御装置２０の全体構成を示しているが、
図示する如く、この主軸制御装置２０は、前記シフト制
御部２５の他、主軸モータ２３の作動を制御する主軸モ
ータ制御部２２、これら主軸モータ制御部２２及びシフ
ト制御部２５のそれぞれに指令を与える主軸制御部２
１、前記変速歯車列１１５と駆動歯車列１１１との噛合
位置を基準とした前記駆動軸１０６の前記原点位置の角
度を算出する駆動軸角度認識部２６、並びに前記噛合位
置を基準とした前記第１中間軸１１２の前記原点位置の
角度を算出する中間軸角度認識部２７からなる。以下、
各部の機能について説明する。

【００２５】前記主軸制御部２１は、工作機械の作動を
制御する制御装置（例えば、ＣＮＣ装置）から主軸回転
に関する指令を受信し、受信した指令が変速を伴う回転
指令である場合には、主軸モータ制御部２２及びシフト
制御部２５にそれぞれ当該回転指令に応じた指令を出力
し、受信した指令が変速を伴なわない回転指令である場
合には、これに応じた指令を主軸モータ制御部２２に出
力する。そして、主軸モータ制御部２２は主軸制御部２
１から受信した指令に基づいて、主軸モータ２３を駆動
し、主軸エンコーダ２４からのフィードバック信号を得
て、当該主軸モータ２３の回転数が指令回転数となるよ
うにこれをフィードバック制御する。

【００２６】前記シフト制御部２５は、前記主軸制御部
２１からの変速指令に応じサーボモータ３を駆動して前
記ホルダ６をスプライン軸９に沿って移動させ、これに
より前記変速歯車列１１５を第１中間軸１１２に沿って
移動させて、変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと
駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃとの掛け合わせ
を変更する。尚、前記ホルダ６のスプライン軸９上にお
ける位置は、前記エンコーダ３ａによって検出される前
記サーボモータ３の回転位置を基に、このシフト制御部
２５において算出されるようになっており、シフト制御
部２５は前記主軸制御部２１からの変速指令に応じた組
合せとなるように、前記変速歯車列１１５を前記第１速
位置，第２速位置，第３速位置又はニュートラル位置に
移動させる。

【００２７】前記駆動軸角度認識部２６には、前記駆動
軸エンコーダ１０に係る角座標系における前記噛合位置
の角度データが予め記憶されており、前記駆動軸角度認
識部２６は、この噛合位置の角度データを基に、前記駆
動軸エンコーダ１０から入力される前記原点位置の角度
データを補正して、前記噛合位置を基準とした前記駆動
軸１０６の原点位置の角度、即ち、前記駆動軸１０６の
原点位置が前記噛合位置から何度の位置にあるかを算出
する。そして、算出された角度データがこの駆動軸角度
認識部２６から前記シフト制御部２５に送信される。ま
た、同様に、前記中間軸角度認識部２７には、前記中間
軸エンコーダ１１に係る角座標系における前記噛合位置
の角度データが予め記憶されており、前記中間軸角度認
識部２７は、この噛合位置の角度データを基に、前記中
間軸エンコーダ１１から入力される前記原点位置の角度
データを補正して、前記噛合位置を基準とした前記第１
中間軸１１２の原点位置の角度、即ち、前記第１中間軸
１１２の原点位置が前記噛合位置から何度の位置にある
かを算出する。そして、算出された角度データがこの中
間軸角度認識部２７から前記シフト制御部２５に送信さ
れる。

【００２８】シフト制御部２５は、主軸制御部２１から
変速指令を受け、サーボモータ３を駆動して駆動歯車列
１１１と変速歯車列１１５との間の従前の噛合状態を解
除した後、一旦当該サーボモータ３の駆動を停止し、次
に、前記駆動軸角度認識部２６から入力される前記駆動
軸１０６の原点位置の角度データ、及び前記中間軸角度
認識部２７から入力される前記第１中間軸１１２の原点
位置の角度データを基に、噛合対象の変速歯車１１５
ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動歯車１１１ａ，１１１
ｂ，１１１ｃとが噛合可能な状態にあるか否かを判断
し、噛合可能な状態となったときに再度サーボモータ３
を急加速で駆動して変速歯車列１１５を移動させ、噛合
対象の変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動歯
車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃと噛合させる。上述し
たように、本例では、駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１
１１ｃは、その各歯先位置が駆動軸１０６の原点位置と
一致するように駆動軸１０６に取り付けられ、変速歯車
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃは、その各歯底位置が前
記第１中間軸１１２の原点位置と一致するように第１中
間軸１１２に取り付けられている。したがって、駆動軸
１０６の原点位置及び第１中間軸１１２の原点位置の双
方が共に前記噛合位置に位置したとき、駆動歯車１１１
ａ，１１１ｂ，１１１ｃの歯先と変速歯車１１５ａ，１
１５ｂ，１１５ｃの歯底とが噛合位置において一致し、
両者を噛合させることができるようになる。そこで、本
例のシフト制御部２５においては、駆動軸１０６の原点
位置及び第１中間軸１１２の原点位置の双方が共に前記
噛合位置に位置したとき、噛合対象の変速歯車１１５
ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動歯車１１１ａ，１１１
ｂ，１１１ｃとが噛合可能な状態にあると判断するよう
にしている。

【００２９】斯くして、本例の主軸変速装置１による
と、変速に際し、噛合位置における噛合対象の変速歯車
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ及び駆動歯車１１１ａ，
１１１ｂ，１１１ｃの歯先／歯底が相互間で逆になって
いることを確認した上で、これらを噛合させるようにし
ているので、変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと
駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃとを相互に当接
させることなく噛合させることができる。これにより、
変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動歯車１１
１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの歯同士が衝突して騒音を生
じたり、その際の衝撃によって歯面が損傷したり、或い
は歯の面取り部同士が係合して両者が連れ回り状態とな
り、これらが完全に噛合することができないといった問
題が生じるるのを防止することができ、かかる変速歯車
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動歯車１１１ａ，１
１１ｂ，１１１ｃとを確実に噛合させることができる。

【００３０】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について図３に基づいて説明する。尚、本例の
主軸変速装置は、上述した第１の実施形態に係る主軸変
速装置１のシフト制御部２５，駆動軸角度認識部２６及
び中間軸角度認識部２７に代えて、これと機能の異なる
シフト制御部３１，駆動歯車位相認識部３２及び変速歯
車位相認識部３３を設けた点が、第１の実施形態に係る
主軸変速装置１の構成と異なるのみである。したがっ
て、第１の実施形態に係る主軸変速装置１と同じ構成に
ついては同一の符号を付してその詳しい説明を省略す
る。

【００３１】図３に示すように、本例の主軸制御装置３
０は、前記駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの位
相を認識する駆動歯車位相認識部３２と、前記変速歯車
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの位相を認識する変速歯
車位相認識部３３と、前記駆動歯車位相認識部３２によ
り認識された噛合対象の駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，
１１１ｃの位相、及び前記変速歯車位相認識部３３によ
り認識された噛合対象の変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，
１１５ｃの位相を基に、この噛合対象の駆動歯車１１１
ａ，１１１ｂ，１１１ｃ及び変速歯車１１５ａ，１１５
ｂ，１１５ｃが相互に噛合可能な状態にあるか否かを判
断し、噛合可能な状態となったときに前記サーボモータ
３を駆動して変速歯車列１１５を移動させ、噛合対象の
駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃと変速歯車１１
５ａ，１１５ｂ，１１５ｃとを噛合させるシフト制御部
３１とを備えている。尚、本例においても、上記第１の
実施形態におけると同様に、駆動歯車１１１ａ，１１１
ｂ，１１１ｃの各歯先位置が前記駆動軸１０６の原点位
置と一致するように、これを駆動軸１０６に取り付ける
一方、変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの各歯底
位置が前記第１中間軸１１２の原点位置と一致するよう
に、これを第１中間軸１１２に取り付けている。

【００３２】前記駆動歯車位相認識部３２には、前記駆
動軸エンコーダ１０に係る角座標系における前記噛合位
置の角度データ、駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１
ｃの歯先が前記原位置に位置していること、及び各駆動
歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの歯数が予め記憶さ
れており、前記駆動歯車位相認識部３２は、これらのデ
ータ及び前記駆動軸エンコーダ１０から入力される前記
原点位置の角度データを基に、前記噛合位置における各
駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの位相、即ち、
各駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの歯先が噛合
位置にあるのか或いは歯底が噛合位置にあるのかという
位置状態を検出する。そして、検出された位相データが
この駆動歯車位相認識部３２から前記シフト制御部３１
に送信される。

【００３３】また、同様に、前記変速歯車位相認識部３
３には、前記中間軸エンコーダ１１に係る角座標系にお
ける前記噛合位置の角度データ、変速歯車１１５ａ，１
１５ｂ，１１５ｃの歯底が前記原位置に位置しているこ
と、及び各変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃの歯
数が予め記憶されており、前記変速歯車位相認識部３３
は、これらのデータ及び前記中間軸エンコーダ１１から
入力される前記原点位置の角度データを基に、前記噛合
位置における各変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ
の位相、即ち、各駆動歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５
ｃの歯先が噛合位置にあるのか或いは歯底が噛合位置に
あるのかという位置状態を検出する。そして、検出され
た位相データがこの変速歯車位相認識部３３から前記シ
フト制御部３１に送信される。

【００３４】前記シフト制御部３１は、前記主軸制御部
２１から変速指令を受け、サーボモータ３を駆動して駆
動歯車列１１１と変速歯車列１１５との間の従前の噛合
状態を解除した後、一旦当該サーボモータ３の駆動を停
止し、次に、前記駆動歯車位相認識部３２から入力され
る位相データの中から噛合対象の駆動歯車１１１ａ，１
１１ｂ，１１１ｃついての位相データを抽出するととも
に、前記変速歯車位相認識部３３から入力される位相デ
ータの中から噛合対象の変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，
１１５ｃついての位相データを抽出してこれらを比較
し、当該位相が相互間で逆になっている場合、即ち、噛
合位置におけるそれぞれの歯先／歯底の位置関係が相互
間で逆になっている場合に、駆動歯車１１１ａ，１１１
ｂ，１１１ｃと変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ
とが噛合可能な状態にあると判断し、再度サーボモータ
３を急加速で駆動して変速歯車列１１５を移動させ、噛
合対象の変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動
歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃと噛合させる。

【００３５】このように、第２の実施形態にかかる変速
装置においても同様に、変速に際し、噛合位置における
噛合対象の変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ及び
駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの歯先／歯底が
相互間で逆になっていることを確認した上で、これらを
噛合させるようにしているので、変速歯車１１５ａ，１
１５ｂ，１１５ｃと駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１
１ｃとを相互に当接させることなく噛合させることがで
き、上述した第１の実施形態の主軸変速装置１における
と同様の効果を得ることができる。

【００３６】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明の具体的な態様がこれに限られるものでない
ことは言うまでもない。例えば、変速歯車１１５ａ，１
１５ｂ，１１５ｃ及び駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１
１１ｃの歯数並びにその回転数によっては、変速歯車１
１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと駆動歯車１１１ａ，１１
１ｂ，１１１ｃの噛合位置における位相がほぼ同位相と
なり、これが逆位相になる、即ち、噛合可能な状態にな
るまで時間を要することが考えられる。この場合には、
主軸モータ２３の回転速度を増速、若しくは減速させる
信号をシフト制御部２５から主軸制御部２１に出力し
て、主軸モータ２３の回転速度、即ち、駆動歯車１１１
ａ，１１１ｂ，１１１ｃの回転速度を変更するようにす
ると良い。

【００３７】また、変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１
５ｃ及び駆動歯車１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの噛合
位置における位相は、近接スイッチなどによってこれら
変速歯車１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ及び駆動歯車１
１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの歯先を検出することによ
り、これを検出するようにすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る主軸変速装置を示す
断面図である。

【図２】本実施形態に係る主軸制御装置の全体を示すブ
ロック図である。

【図３】変形例に係る主軸制御装置の全体を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来の主軸変速装置を示す断面図である。

【図５】図４に示したギヤボックスの矢示Ａ方向の側面
図である。

【符号の説明】

１ 主軸変速装置 ２ シフト機構 ３ サーボモータ ４ ボールネジ ５ ナット ６ ホルダ ９ スプライン軸 １０ 駆動軸エンコーダ １１ 中間軸エンコーダ ２５，３１ シフト制御部 ２６ 駆動軸角度認識部 ２７ 中間軸角度認識部 ３２ 変速歯車位相認識部 ３３ 駆動歯車位相認識部 １０６ 駆動軸 １１１ 駆動歯車列 １１２ 第１中間軸 １１５ 変速歯車列

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に平行に配設された駆動軸，中間軸
   及び主軸と、前記駆動軸に設けられた複数の駆動歯車か
   らなる駆動歯車列と、前記主軸に設けられた受動歯車
   と、前記中間軸にその軸方向に移動自在に設けられた複
   数の変速歯車からなり、一体的に移動して、一つの変速
   歯車がこれに対応した一つの前記駆動歯車と噛合する変
   速歯車列と、前記中間軸に設けられ、前記受動歯車と噛
   合する伝達歯車と、前記変速歯車列を前記中間軸に沿っ
   て移動せしめるシフト機構と、該シフト機構の作動を制
   御するシフト制御手段とを備えた主軸変速装置におい
   て、 前記シフト機構を、前記変速歯車列を保持する保持部
   と、該保持部を前記中間軸に沿って移動せしめるボール
   ネジ及びナットと、該ボールネジを駆動するサーボモー
   タとから構成し、 前記中間軸の角度位置を認識する中間軸角度認識手段を
   設け、 前記駆動軸の角度位置を認識する駆動軸角度認識手段を
   設けるとともに、 前記シフト制御手段を、前記中間軸角度認識手段により
   認識された前記中間軸の角度位置、及び前記駆動軸角度
   認識手段により認識された前記駆動軸の角度位置を基
   に、噛合対象の前記変速歯車及び駆動歯車が相互に噛合
   可能な状態にあるか否かを判断し、噛合可能な状態とな
   ったときに前記サーボモータを駆動して前記変速歯車を
   移動させ、前記変速歯車と駆動歯車とを噛合させるよう
   に構成したことを特徴とする主軸変速装置。
2. 【請求項２】 相互に平行に配設された駆動軸，中間軸
   及び主軸と、前記駆動軸に設けられた複数の駆動歯車か
   らなる駆動歯車列と、前記主軸に設けられた受動歯車
   と、前記中間軸にその軸方向に移動自在に設けられた複
   数の変速歯車からなり、一体的に移動して、一つの変速
   歯車がこれに対応した一つの前記駆動歯車と噛合する変
   速歯車列と、前記中間軸に設けられ、前記受動歯車と噛
   合する伝達歯車と、前記変速歯車列を前記中間軸に沿っ
   て移動せしめるシフト機構と、該シフト機構の作動を制
   御するシフト制御手段とを備えた主軸変速装置におい
   て、 前記シフト機構を、前記変速歯車列を保持する保持部
   と、該保持部を前記中間軸に沿って移動せしめるボール
   ネジ及びナットと、該ボールネジを駆動するサーボモー
   タとから構成し、 前記変速歯車の位相を認識する変速歯車位相認識手段を
   設け、 前記駆動歯車の位相を認識する駆動歯車位相認識手段を
   設けるとともに、 前記シフト制御手段を、前記変速歯車位相認識手段によ
   り認識された前記噛合対象の変速歯車の位相、及び前記
   駆動歯車位相認識手段により認識された前記噛合対象の
   駆動歯車の位相を基に、該噛合対象の変速歯車及び駆動
   歯車が相互に噛合可能な状態にあるか否かを判断し、噛
   合可能な状態となったときに前記サーボモータを駆動し
   て前記変速歯車を移動させ、前記変速歯車と駆動歯車と
   を噛合させるように構成したことを特徴とする主軸変速
   装置。