CN112855858A - 旋转驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种旋转驱动装置，具备驱动传递机构，该驱动传递机构构成为，设置在驱动轴上的驱动传递部件与安装于主轴的圆盘状的被驱动部件直接或间接地卡合，关于该被驱动部件的结构，提供能够尽量地抑制由热膨胀引起的扩径的结构。上述被驱动部件由安装于上述主轴的内圈和通过热套而安装于该内圈的外圈构成，该外圈具有以在外周面开口的方式形成的卡合用槽。而且，上述内圈由热膨胀系数为5×10－6/K以下的合金亦即低热膨胀部件形成，并且上述外圈由能够淬火的铁基材料形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转驱动装置，该旋转驱动装置具备将驱动马达的旋转传递到安装驱动对象的主轴的驱动传递机构，该驱动传递机构构成为包含与上述驱动马达连结的驱动轴、设置在该驱动轴上的驱动传递部件、以及安装于上述主轴的圆盘状的被驱动部件，并且上述驱动传递部件与上述被驱动部件直接或间接地卡合。
背景技术
作为旋转驱动装置，例如有以下的旋转工作台装置等分度装置，旋转驱动在一端安装有载置工件的圆形工作台的主轴并分度到预先决定的角度位置。而且，该分度装置具备将驱动马达的旋转传递到主轴的驱动传递机构，并构成为经由该驱动传递机构由驱动马达旋转驱动主轴。并且，该驱动传递机构由与驱动马达连结的驱动轴、设置在该驱动轴上的驱动传递部件、以及安装于主轴的圆盘状的被驱动部件构成，并且构成为，驱动传递部件与被驱动部件直接地卡合、或者经由卡合部件间接地卡合。
此外，作为这样的驱动传递机构，例如公知有专利文献1所公开的机构(以下，称作“现有机构”。)。该现有机构是滚珠减速机(滚珠驱动机构)，并构成为，作为驱动传递部件的蜗杆与作为被驱动部件的蜗轮经由作为卡合部件的滚珠间接地卡合。
更详细而言，在现有机构中，蜗杆是安装于输入轴(驱动轴)的圆筒状的部件，并构成为在其外周面呈螺旋状地形成有嵌入滚珠的沟槽。并且，蜗轮是安装于支撑工作台的轴(主轴)的圆盘状的部件，并构成为，局部收纳滚珠的多个凹部(卡合用槽)在外周面开口地形成。而且，在现有机构中，在蜗轮的各凹部收纳有滚珠，该滚珠嵌入蜗杆的沟槽，从而蜗杆与蜗轮经由滚珠间接地卡合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-210004号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在旋转驱动装置中，如上所述，由于驱动传递机构中的驱动传递部件与被驱动部件卡合，因而伴随主轴的旋转驱动，在其卡合部产生发热，被驱动部件整体成为温度较高的状态。作为其结果，被驱动部件因热膨胀而扩径变形。
而且，根据转速、连续驱动时间等加工条件，其扩径状态使分度装置中最重要的精度亦即分度精度产生变化。具体而言，在具备上述现有机构的旋转驱动装置的情况下，伴随其扩径，成为滚珠相对于蜗杆的沟槽及蜗轮的凹部的抵接(压接)以比预先假定的情况更强的力来进行的状态。作为其结果，成为上述的分度精度产生了变化的状态。
然而，现今，尚未采取不发生因这样的被驱动部件(蜗轮)的热膨胀引起的扩径本身的对策，在预料到这样的扩径的情况下，只能通过重看加工条件来进行对应。因此，有加工条件受限的问题。
此外，作为旋转驱动装置中的驱动传递机构，除上述的现有机构之外，还有驱动传递部件与被驱动部件经由滚子间接地卡合的滚子轮凸轮机构、驱动传递部件与被驱动部件在齿轮齿直接地卡合的蜗轮蜗杆机构。
而且，在这样的滚子轮凸轮机构、蜗轮蜗杆机构中，也与上述的现有机构相同，在主轴的旋转驱动时产生被驱动部件的热膨胀，从而有因此产生问题的情况。
鉴于以上的实际情况，本发明的目的在于在如上所述地具备包含驱动传递部件和被驱动部件的驱动传递机构的旋转驱动装置中，提供能够尽量地抑制该被驱动部件的结构的由热膨胀引起的扩径。
用于解决课题的方案
本发明将具备驱动传递机构的旋转驱动装置作为前提，如上所述，驱动传递机构构成为，设置在驱动轴上的驱动传递部件与安装于主轴的圆盘状的被驱动部件直接或间接地卡合。
而且，本发明作为该前提的旋转驱动装置的特征在于，上述被驱动部件由安装于上述主轴的内圈和通过热套而安装于该内圈的外圈构成，上述外圈具有以在外周面开口的方式形成的卡合用槽。而且，上述内圈由热膨胀系数为5×10－6/K以下的合金亦即低热膨胀部件形成，并且上述外圈由能够淬火的铁基材料形成。
发明的效果如下。
根据本发明的旋转驱动装置，该被驱动部件不是如现有技术那样由单一的材料形成，而是形成为由内圈和外圈构成的双层构造。而且，在该被驱动部件中，外圈通过热套而安装于内圈。此外，该热套是以下固定方法：将内径比内圈的外径小的外圈加热直到内径因热膨胀而比内圈的外径大为止之后，在外圈的贯通孔内配置内圈，冷却该外圈使之缩径，从而使外圈成为与内圈嵌合的状态。因此，在该热套后的状态下，外圈的内径与比最初(热套前)的内径大的内圈的外径一致，作为其结果，外圈的外径相比最初的外径变大与内圈的过盈量相应的大小。
并且，进行热套之后的该过盈量当然根据在加工时被驱动部件有可能达到的最高的温度(最高温度)来设定。更详细而言，若在被驱动部件达到其最高温度后的热膨胀时的外圈的内径比内圈的外径大，则外圈相对于内圈的嵌合状态解除，因而过盈量(外圈的内径相对于内圈的外径)当然以在上述最高温度时也不会产生这样的嵌合状态的解除的方式设定。因此，热套状态下的外圈的直径(内径、外径)已经比上述最高温度下的直径大，作为其结果，在加工中，不会产生外圈因自身的热膨胀而扩径到该热套后的状态以上的情况。
而且，在本发明的被驱动部件中，内圈由上述的低热膨胀部件形成，在加工中，在被驱动部件所达到的温度时，几乎不会产生由热膨胀引起的扩径。由此，在加工中，也不会产生由于内圈因热膨胀扩径而外圈扩径的情况。因此，根据本发明的被驱动部件，在加工中，即使被驱动部件的温度上升，由于也不会产生基于此的被驱动部件的扩径，因而不会产生因该扩径而产生的上述问题。
此外，关于被驱动部件，即使被驱动部件仅由上述的低热膨胀部件形成，被驱动部件同样地不会产生扩径。但是，在低热膨胀部件的情况下，在被驱动部件的制造面有问题。
详细而言，如上所述，在被驱动部件的外周部形成用于与驱动传递部件卡合的卡合用槽。而且，在进行用于形成该卡合用槽的加工时，为了提高加工精度，对形成被驱动部件的材料实施淬火。尤其，在将上述滚珠作为卡合部件的现有机构的情况下，对卡合用槽需求极高的加工精度。但是，低热膨胀部件因其材质，几乎无法实施淬火。因此，在低热膨胀部件中，形成较高的加工精度的卡合用槽或者维持该状态是困难的。
相对于此，在本发明的被驱动部件中，作为包含形成该卡合用槽的外周部在内的部分的外圈由能够淬火的铁基材料形成。因此，根据该被驱动部件，如上所述，能够抑制由热膨胀引起扩径，同时也能够以较高的加工精度来形成卡合用槽。
附图说明
图1是示出作为应用本发明的旋转驱动装置的一例的旋转工作台装置的简要剖视图。
图2是示出图1所示的旋转工作台装置所具备的滚珠驱动机构的俯视图。
图3是图2所示的转台的A-A剖视图。
符号的说明
1—旋转工作台装置(旋转驱动装置)，2—框架，2a—收纳孔，3、16—轴承，4—主轴，4a—扩径部，5—工作台(驱动对象)，6—驱动马达，6a—输出轴，7—滚珠驱动机构(驱动传递机构)，8—驱动轴，9—蜗杆(驱动传递部件)，9a—沟槽，10—转台(被驱动部件)，10a—贯通孔，10b—外周面，11—内圈，11a—贯通孔，11b—小径部，12—外圈，12a—贯通孔，13—收纳槽(卡合用槽)，14—滚珠(卡合部件)，15—联轴器。
具体实施方式
以下，基于图1～图3来说明本发明的旋转驱动装置的一个实施例。此外，本实施例是在作为旋转驱动装置的旋转工作台装置中应用本发明的例子。
图1所示的是作为所谓分度装置的旋转工作台装置1。该旋转工作台装置1具备：具有收纳孔2a的框架2；和在该收纳孔2a内经由轴承3支撑为相对于框架2能够相对旋转的主轴4。此外，在主轴4的一端安装有作为驱动对象且载置工件(图示省略)的工作台5。
并且，旋转工作台装置1具备：用于旋转驱动主轴4的作为驱动源的驱动马达6；和将驱动马达6的旋转传递到主轴4的驱动传递机构7。而且，旋转工作台装置1构成为经由驱动传递机构7由驱动马达6旋转驱动主轴4，以便将主轴4分度到预先决定的角度位置。此外，旋转工作台装置1具备在该分度出的角度位置保持主轴4的夹紧装置，但对此省略图示。
关于该驱动传递机构7，在本实施例中，该驱动传递机构7是如图2所示地构成的滚珠驱动机构。该滚珠驱动机构7具备与驱动马达6连结的驱动轴8、设置在驱动轴8上的作为驱动传递部件的蜗杆9；安装于主轴4的作为被驱动部件的转台10。并且，滚珠驱动机构7具备用于使蜗杆9与转台10卡合的作为卡合部件的滚珠14。此外，如下详细地记载该滚珠驱动机构7的结构。
转台10是形成为圆盘状的部件，并且是具有以沿板厚方向贯通的方式呈同心状地形成的贯通孔10a的部件。并且，如图1所示，主轴4在比其轴线方向上的大致中间部更靠上述一端(工作台5)侧，具有形成为在径向上鼓出的扩径部4a。故而，主轴4在其扩径部4a经由轴承3支撑为相对于框架2能够旋转。
而且，转台10中的贯通孔10a形成为其内径与主轴4中的比扩径部4a更靠另一端侧的部分的外径大致相同。而且，就转台10而言，在主轴4的上述另一端侧的部分插通在贯通孔10a中且该转台10抵接于扩径部4a的上述轴线方向上的另一端侧的端面的状态下固定于扩径部4a，并且安装为相对于主轴4不能相对旋转。此外，转台10相对于该扩径部4a的固定以在扩径部4a螺纹插入相对于转台10在圆周方向上错位地沿板厚方向插通的多个螺纹部件(图示省略)的方式来进行。
并且，转台10在其外周部具有在外周面10b呈圆形地开口并且在周向上等间隔地形成的多个孔(凹部)13。该孔13是收纳作为卡合部件的滚珠14的收纳槽，相当于本发明中所述的卡合用槽。而且，该各收纳槽13形成为在其内周面承受滚珠14的一部分的形状。此外，滚珠14是由磁性材料形成的球体，收纳在各收纳槽13内。并且，在转台10中，以在各收纳槽13的底面露出的方式在每个收纳槽13内埋入有磁铁(图示省略)，各滚珠14利用该磁铁所产生的磁力以收纳在收纳槽13内的状态保持。
驱动轴8以使其轴线与主轴4的轴线方向正交的方向，经由两个轴承16、16支撑为相对于框架2能够相对旋转。此外，驱动轴8在关于主轴4的轴线方向上，配置于其轴心与收纳在安装于主轴4的转台10的各收纳部13内的滚珠14的中心一致的位置。而且，驱动轴8经由联轴器15而与驱动马达6的输出轴6a连结。而且，在该驱动轴8上设有蜗杆9。此外，在本实施例中，驱动轴8与蜗杆9一体形成。
蜗杆9是呈圆筒并且中央部变细的鼓形状的部件，并在其外周面具有嵌入滚珠14的沟槽9a。此外，该沟槽9a呈嵌入滚珠14的一部分的槽形状，并沿蜗杆9的轴线方向呈螺旋状地形成。并且，蜗杆9在驱动轴8的轴线方向上的位置在如上所述地配置有驱动轴8的状态下，成为保持于转台10的滚珠14嵌入蜗杆9的滚珠槽9a的位置。
这样，滚珠驱动机构7构成为蜗杆9与转台10经由滚珠14间接地卡合，在该滚珠驱动机构7中，驱动轴8由驱动马达6旋转驱动，从而利用伴随其驱动轴8的旋转的蜗杆9的旋转，从而嵌入在蜗杆9的滚珠槽9a内的状态的滚珠14一边滚动一边沿蜗杆9的轴线方向移动。作为其结果，保持该滚珠14的转台10旋转，固定有转台10的主轴4旋转。即、在使用了该滚珠驱动机构7的旋转工作台装置1中，驱动马达6的旋转经由滚珠驱动机构7(蜗杆9、转台10)传递到主轴4，主轴4经由滚珠驱动机构7由驱动马达6驱动。
在如上构成的旋转工作台装置1中，滚珠驱动机构7中的转台10由安装于主轴4的内圈11和安装于该内圈11的外圈12构成。此外，作为上述卡合用槽的收纳槽13形成于该外圈12。如下详细地记载该转台10的结构。
内圈11是圆盘状的部件，并且是如上所述地安装于主轴4的部件。因此，在该内圈11呈同心状地形成有贯通孔11a，该贯通孔11a沿板厚方向贯通地形成且其内径与主轴4中的上述另一端侧的部分的外径大致相同。而且，该贯通孔11a相当于用于将上述转台10安装于主轴4的贯通孔10a。
而且，在本实施例中，该内圈11由作为低热膨胀部件的因瓦合金形成。其中，在本发明中，该内圈由热膨胀系数为5×10－6/K以下的合金亦即低热膨胀部件形成即可，内圈11例如也可以由Nobinite(注册商标)等合金形成。
并且，在本实施例中，该内圈11形成为，板厚方向上的一方的端面侧的部分比除此以外的部分直径大，并在其外周面具有台阶部。而且，内圈11形成为，其大径的部分以外的部分亦即小径部11b的直径为转台10的直径的90％左右。
与内圈11相同，外圈12是圆盘状的部件，并且是具有沿板厚方向贯通的贯通孔12a的部件。此外，该贯通孔12a形成为其内径比内圈11的小径部11b的外径稍小。
而且，在该外圈12并以在外周面开口的方式形成有上述多个收纳槽13。因此，形成该外圈12的材料为能够淬火的铁基材料。而且，本实施例的外圈12由这样的作为能够淬火的铁基材料的铬钼钢形成。其中，本发明中，外圈能够淬火即可，也可以由其它铁基材料形成。
另外，该外圈12的板厚方向上的尺寸与内圈11的小径部11b的板厚方向上的尺寸大致一致。而且，外圈12通过热套安装于该内圈11中的小径部11b。如下详细地记载基于该热套进行的安装。
首先，以利用热膨胀扩径的方式加热外圈12。而且，该加热以外圈12中的贯通孔12a的内径比内圈11中的小径部11b的外径大且比上述大径的部分的外径小的状态的程度来进行。接下来，在外圈12像这样扩径后的状态下，向该贯通孔12a插入内圈11的小径部11b，成为上述台阶部的端面抵接于外圈12的端面的状态。而且，在这样的利用两端面的抵接进行了定位的状态下，冷却外圈12。作为其结果，因加热(热膨胀)而扩径后的外圈12缩径，成为与内圈11的小径部11b嵌合的状态(热套的状态)。
而且，在像这样进行了热套的状态下，外圈12的内径与内圈11中的小径部11b的外径一致，成为比最初的直径扩径了的状态。换言之，外圈12的内径成为以最初的内径与内圈11中的小径部11b的外径之差(过盈量)的量扩径了的状态。并且，与此相伴随地，外圈12的外径也成为以其内径的扩径量(过盈量大小)扩径了的状态。
其中，该过盈量根据在加工时转台10有可能达到的最高温度来决定。即，以在如上所述地热套的状态下的外圈12的扩径量比上述最高温度下的外圈12的由热膨胀引起的扩径量大的方式决定该过盈量。
此外，关于外圈12相对于内圈11(小径部11b)的安装，在需要使该安装状态更稳固的情况下，针对利用上述热套进行的固定，追加利用螺纹部件进行的固定、利用粘接剂进行的固定即可。
根据具备包含如上构成的转台10的滚珠驱动机构7的旋转工作台装置1，该转台10的包含外周部的部分由能够淬火的铁基材料形成，能够以较高的加工精度形成设于其外周部的作为卡合用槽的收纳槽13。而且，转台10由外圈12的内圈11的双层构造构成，外圈12由包含这样的外周部的铁基材料构成，内圈11安装(外嵌)该外圈12并由作为低热膨胀部件的因瓦合金构成，并且，外圈12相对于内圈11的外嵌通过热套来进行。而且，用于进行该热套的过盈量比上述最高温度下的外圈12的由热膨胀引起的扩径量大。
因此，根据该结构，在加工中，即使转台10的温度上升，也不会产生转台10因热膨胀而引起的扩径，也不会产生伴随该扩径的滚珠14相对于蜗杆9的沟槽9a以及转台10的收纳槽13的压接状态的变化，因而能够防止产生由该变化(转台10的由热膨胀引起的扩径)引起的问题。
此外，本发明不限定于以上说明的实施例，在如以下(1)～(3)那样变形后的方式(变形例)中也能够实施。
(1)在上述实施例中，内圈11形成为在外周面具有上述台阶部，外圈12安装于该内圈11的小径部11b。而且，该小径部11b的直径为转台10的直径的90％左右。即，内圈形成为，安装(外嵌)外圈的部分(以下，称作“外嵌部”。)的外径为作为被驱动部件的转台的外径的90％左右那样的大小。但是，本发明中，内圈不限定于形成为这样的大小。
更详细而言，在本发明的被驱动部件中，外圈在外周部具有卡合用槽即可，并且至少是能够形成该卡合用槽的大小即可。
因此，在外圈的内周部的壁厚满足需要的强度的情况下，例如在上述实施例的结构中，也能够进一步增大外圈的内径。
另一方面，例如在上述实施例的结构中，也能够使外圈的内径更小。其中，在过盈量相同的情况下，若减小外圈的内径、即增大外圈的径向上的尺寸(半径尺寸)，则相对应地，在热套状态下外圈欲返回到最初的状态(欲要缩径)的力也变大。因此，若根据形成内圈的部件的强度(内圈的强度)，将外圈的上述半径尺寸增大到某程度以上，则内圈的外嵌部被压缩而缩径，该外嵌部的外径比最初的外径小。而且，作为其结果，热套(外嵌)于该内圈的外圈的外径、即转台的外径也比根据最初的内圈(外嵌部)的外径而假定的外径小。因此，外圈的上述半径尺寸需要设定为不会伴随热套而产生这样的内圈(外嵌部)的缩径的大小。
这样，外圈的内径能够加大到如上所述在强度上没有问题的范围内形成卡合用槽，并且也能够缩小到如上所述不会产生内圈的缩径的程度。即，外圈的内径能够在满足这样的条件的范围内任意设定。而且，内圈的外嵌部的外径根据外圈的内径来设定，因而根据所设定的外圈的内径，与上述实施例不同，即相对于转台的外径的比例为90％左右以外。
(2)在上述实施例中，内圈11形成为在其外周面具有上述台阶部。但是，在本发明中，内圈不限定于像这样形成为在外周面具有台阶部，也可以形成为，其外径遍及板厚方向相同。并且，在该情况下，内圈的板厚方向上的尺寸与外圈的板厚方向上的尺寸可以相同，也可以与上述实施例相同，内圈较大。此外，在前者的情况下，内圈整体成为在上述实施例中所述的外嵌部。并且，在后者的情况下，内圈中的外嵌外圈的部分成为该外嵌部。
(3)关于本发明作为前提的旋转驱动装置，该旋转驱动装置不限于在上述实施例中说明的作为分度装置的旋转工作台装置，例如，也可以是铣头(主轴头)等其它分度装置，该装置构成为，具备由相当于主轴的支撑轴支撑的作为驱动对象的主轴心轴，并且绕支撑轴的轴线来分度该主轴心轴的角度位置。并且，旋转驱动装置不限定于分度装置，例如也可以是连续旋转驱动安装有作为驱动对象的工具的主轴的装置。此外，关于这样的旋转驱动装置，在上述实施例中，说明了一体形成主轴的结构，但在本发明作为前提的旋转驱动装置中，主轴也可以组合多个部件来构成。
并且，关于该旋转驱动装置所具备的驱动传递机构，该驱动传递机构不限定于在上述实施例中说明的滚珠驱动机构，也可以是作为驱动传递部件的滚子轮凸轮与作为被驱动部件的转台经由作为卡合部件的滚子间接地卡合的滚子轮凸轮机构。此外，在该情况下，以在转台的外周面开口的方式形成的孔(槽)亦即能够旋转地支撑滚子的支撑轴所嵌插的槽相当于被驱动部件的卡合用槽。并且，驱动传递机构不限定于像这样驱动传递部件与被驱动部件间接地卡合的结果，也可以是作为驱动传递部件的蜗杆与作为被驱动部件的蜗轮直接地卡合(啮合)的蜗轮蜗杆机构。此外，在该情况下，蜗轮的齿轮齿中相邻的两个齿的间隙(齿槽)相当于卡合用槽。
另外，本发明不限定于以上说明的实施例以及变形例，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种变更。
Claims (1)
1.一种旋转驱动装置，具备将驱动马达的旋转传递到安装驱动对象的主轴的驱动传递机构，上述驱动传递机构构成为，包含与上述驱动马达连结的驱动轴、设置在该驱动轴上的驱动传递部件、以及安装于上述主轴的圆盘状的被驱动部件，并且上述驱动传递部件与上述被驱动部件直接或间接地卡合，
上述旋转驱动装置的特征在于，
上述被驱动部件由安装于上述主轴的内圈和通过热套而安装于该内圈的外圈构成，上述外圈具有以在外周面开口的方式形成的卡合用槽，上述内圈由热膨胀系数为5×10－6/K以下的合金亦即低热膨胀部件形成，
上述外圈由能够淬火的铁基材料形成。
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