JP2006272497A - 揺動型歯車装置の歯車創成加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの割り出し精度を高精度に維持できる揺動型歯車装置の歯車創生加工装置を提供する。
【解決手段】入力軸の回転により回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、動力源によって駆動される駆動軸１０と、駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部１１と、傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６を備えた回転盤１３と、回転盤と一体に回転し回転盤１３の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部１４と、第１および第２歯車の歯形断面と略同一の断面形状をなし回転盤１３と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段１５と、上記ワーク保持部１４の回転位置を検出する回転検出手段１６とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は歯車加工装置、特に、入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置に関するものである。

従来より、この種の揺動運動を行ういわゆる揺動型歯車装置を用いた減速歯車装置の原理は知られている。この揺動型歯車装置は、４つの歯車のみで大減速比を得ることが可能であり、様々な利点を有するものである。しかしながら、揺動型歯車装置はその歯車の歯形を高精度かつ低コストでの生産が困難な球面インボリュート歯形とする必要があり、実用化には至っていない。本発明者はこの球面インボリュート歯形に代わる歯形を用いることによって、揺動型歯車装置の実用化を可能とした。この揺動型歯車装置の詳細については、特公平7-56324 号公報に開示されている。

図３には、上記公報に開示された揺動型歯車装置と同様のものが示されている。揺動型歯車装置は、歯数の異なる４つの歯車として、第１〜第４歯車Ａ1 〜Ａ4 を有している。この内第１歯車Ａ1 は、ハウジング６に一体的に固定され、回転をしない固定歯車である。第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 は、入力軸１によって軸支される回転体３に形成されている。また、第４歯車Ａ4 は出力軸２に設けられ、ハウジング６により回転自在に支持されている。そして、第１歯車Ａ1 と第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 が夫々噛み合っている。

回転体３は、入力軸１の軸線に対して所定の角度をなす傾斜部１ａによって支承されている。入力軸１自体も、ハウジング６によって回動自在に支承されている。入力軸１が回転すると、傾斜部１ａが首を振るような運動をし、これに支承される回転体３は、あたかも停止寸前のこまのように首振り運動をする。この回転体３の動きを揺動運動という。そして、回転体３の揺動運動により、第２歯車Ａ2 を第１歯車Ａ1 に、また、第３歯車Ａ3 を第４歯車Ａ4 に夫々噛み合せていく（図５（ａ），（ｂ）参照）。すると、第２歯車Ａ2 は、１周期の揺動運動（入力軸１の１回転）当り、第１歯車Ａ1 との歯数差に相当する分だけ第１歯車Ａ1 に対して回転する。すなわち、第１歯車Ａ1 と、第２歯車Ａ2との間で、１段階の減速がなされる。第２歯車Ａ2 の運動は、第３歯車Ａ3 に直接伝わり、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 との間でも、同様の噛み合いを行う。よって、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 との間でも、１段階の減速がなされる。すなわち、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第１、第２歯車Ａ1 ，Ａ2 と、第３、第４歯車Ａ3 ，Ａ4 とで、２段階の減速作用を受けることになる。

また、第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 が揺動運動をしながら、第１歯車Ａ1、第４歯車Ａ4 と噛み合う際に、従来から知られているインボリュート歯形又は球面インボリュート歯形では、各噛み合い面に摺動を生じてしまう。この摺動が、騒音、振動および発熱を発生し、焼き付きの原因となる。この問題を解決するために、図４に示すように、各歯車の歯には、コロ４およびコロとの内接面５を採用している。具体的には、第１歯車Ａ1 （第４歯車Ａ4 ）に形成されたコロとの内接面５にコロ４を浮遊支持し、半円筒状の凸歯を形成している。また、第２歯車Ａ2 （第３歯車Ａ3 ）にもコロとの内接面５を形成し、半円溝状の凹歯を形成する。そして、回転体３が揺動運動を行うと、第２歯車Ａ2 （第３歯車Ａ3 ）は各凹歯と凸歯とを噛み合せていく。そして、各凹歯と凸歯との間に生ずる摺動を、コロ４の回転で吸収している。したがって、バックラッシの設定を不要とするばかりか、各歯車間に予圧を付与して、精密な噛み合せを行うことができる。

このように、歯形としてコロ４およびコロとの内接面５を用いることにより、球面インボリュート歯形に比べて遥かに容易かつ低コストでの歯形の形成が可能となった。しかしながら、半円筒状の内接面を正確なピッチおよび角度で、かつ精密に形成するには、精密な治具等を用いて手作業により位置の割り出しを行う必要があり、作業者の熟練を要する等、大量生産には大きな課題がある。

本発明者は上記課題に鑑みて、例えば特許文献１に示すように、ワークの位置の割り出しを正確にかつ連続的に行うことが可能な加工装置を提供している。すなわち、特許文献１に記載の加工装置は、揺動型歯車装置の基本機能を活用してワークを保持するワーク保持部を揺動型歯車装置の回転盤として構成する一方、このワーク保持部に保持されるワークの運動軌跡上に切削砥石等の歯形形成手段を位置させることにより、揺動型歯車装置の歯車を大量にかつ低コストで生産することできる。
特開平１０−２３５５１９号公報

特許文献１に記載の歯車加工装置は、ワークの位置の割り出し及び加工を連続的にできるが、割り出し精度の点において更なる改善が求められている。すなわち、特許文献１に示す加工装置は、揺動型歯車装置の基本機能を活用するものであるため、ワーク保持部の揺動運動を支配する第１歯車と第２歯車との噛み合い部のバックラッシュおよび回転各部のねじり変形などの要因により、駆動モータの送り量に対してワークの割り出し位置が必ずしも一致せず、このずれが歯車の加工精度に悪影響を与えることが考えられる。

本発明は、かかる点に着目してなされたもので、ワークの割り出し精度を高精度に維持できる加工装置を提供することをその目的とする。

上記課題を解決する請求項１に係わる手段は、入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された固定歯車としての歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置を対象とする。

そして、動力源によって駆動される駆動軸と、該駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部と、該傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車と噛み合う第２歯車を備えた回転盤と、該回転盤と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部と、上記第１および第２歯車の歯形断面と略同一の断面形状をなし前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段と、上記ワーク保持部の回転位置を検出する回転検出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によると、駆動軸を回転させることにより、その駆動軸と一体に回転する傾斜部に支持された回転盤が揺動運動を行い、この揺動運動に伴って回転盤の端面に形成された第２歯車は第１歯車との噛み合い位置を周方向に変位させる。このとき、回転盤の揺動運動そのものは回転盤の回転運動を支配するものではないが、回転盤の回転運動は、第１歯車と第２歯車との間の歯数差に支配される。つまり、傾斜部の１回転につき、回転盤は一周期の揺動運動を行うとともに歯数差相当分の回転を行うことになる。このため、回転盤と一体に運動するワーク保持部も同様の運動を行いその歯数差だけ回転する。

そのとき、ワーク保持部に固定されたワークは、前記回転盤の揺動中心点とワークが揺動運動する際の揺動中心点とが一致した状態でワーク保持部に保持されるので、ワークの被加工面は前記回転盤と一体をなす揺動型歯車装置としての移動軌跡を描き所定の角度位置に割り出しが行われる。このとき、ワークの回転位置すなわち所定の割り出し位置にあるかどうかは回転検出手段によって常に監視されており、目標位置とのずれ量を確実に把握することによりワークは常に正しい位置に移動制御される。

よって、歯車形成手段を前記回転体と同期してワークの歯すじ方向に移動させることにより、ワークの被加工面には、該ワークと対をなす歯車が噛みあうがごとく前記歯車形成手段が当接し、所望の歯形が創成される。加えてワーク保持部の回転位置を正確に監視することにより、そのずれ量を制御手段にフィードバックし、ワークを正しい回転位置に制御することができる。この動作が順次連続的に繰り返され、ワークが１周期変位することにより高精度の歯車が得られる。

請求項２に係わる手段は、請求項１において、上記回転検出手段が、上記回転盤の揺動運動を回転運動に変換する変換手段を介して回転位置を検出するように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、揺動運動するワークの回転位置をきわめて正確に検出することができる。すなわち、ワークの角度位置を精度よく検出するためには、本体の基準位置に対して、ワークおよびワークと一体に作動するワーク保持部の回転角度位置を検出する必要があるが、ワークおよびワーク保持部は単純な回転運動だけではなく傾斜部の傾斜角に対応して揺動運動をしながら回転運動するものであるので、エンコーダあるいはレゾルバなどの回転検出手段による回転角度位置の検出が極めて困難となる。

したがって、請求項２の手段よれば、揺動運動を伴う回転運動を行うワークおよびワーク保持部の運動を単純な回転運動に変換することができるので、既存の各種回転検出手段でもってその位置を極めて高精度に検出でき、ワークの加工精度の向上に貢献する。

また、請求項３に係わる手段は、請求項２において、上記変換手段が、上記回転盤に固定される揺動型歯車装置としての第３歯車と、上記駆動軸と同心的に回転する基準回転部材に固定される揺動型歯車装置としての第４歯車とで構成されていることを特徴とする。

つまり、請求項３に係わる発明は、変換手段が、揺動型歯車装置としての第３歯車と第４歯車とで構成され、第４歯車が固定された出力軸としての基準回転部材の回転角を検出するように構成されているので、構造的にもコンパクトとなり、しかも揺動運動するワークの回転位置をきわめて正確に検出することができる。

また請求項４に係わる手段は、請求項３において、上記第３歯車が、その歯先が上記第２歯車と軸方向において同一方向を向くように配置され、当該方向において上記第４歯車と噛み合うように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、加工装置の軸方向長さを短縮することができるだけでなく、軸方向先端にてワークを保持するワーク保持部を軸方向内方に配置し回転盤を支持する軸受け部材との距離を短くすることができるので、ワーク加工時においてワーク保持部に作用する曲げ荷重に対する十分な曲げ剛性を確保することができる。

すなわち、第３歯車と第４歯車との噛み合い構造をたとえば図３に示す揺動歯車装置のように、第１歯車装置と第２歯車装置の噛み合い方向に対して第３歯車と第４歯車の噛み合い方向が異なる方向である場合には、基準回転部材を軸方向外方（歯形形成手段の方向）に向かって配置する必要があり、その分ワーク保持部も軸方向外方に配置する必要があり、よって、ワーク保持部先端と軸受け部材との間の距離が長くなり、その分軸剛性が低下することになる。

また、請求項５に係わる手段は、請求項１ないし４の１つにおいて、上記ワーク保持部が、上記傾斜部の内周空間部に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部先端と軸受け部材との間の距離を短くできるので、ワーク加工時の曲げ荷重の作用に対する曲げ剛性をすることができ、加工精度を向上させることができる。

また、請求項６に係わる手段は、請求項１ないし５の１つにおいて、上記駆動軸が軸方向に貫通する中空部を備え、該中空部内に上記ワーク保持部あるいはワーク加工部に連なる通路手段を設けたことを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部周辺の構造部材を歯車機構内方の軸心部の空間に配置できるので、ワークおよび歯形形成手段周辺の構造を極めて簡略化できる。

請求項７に係わる手段は、請求項１ないし６の１つにおいて、上記第１歯車と第２歯車との間および第３歯車と第４歯車との間の少なくとも１つの噛み合い部にコロが介在されていることを特徴とする。この構成によれば、単純にバックラシュをゼロにできるだけでなく、第３歯車と第４歯車による変換精度を高精度に保つことができるので、ワークの角度位置に対応する基準回転部材の角度位置を高精度に保つことができる。

本発明の揺動歯車装置の歯車創成加工装置は、以上のように構成されているので、ワークの割り出し精度を高精度に維持できるとともに連続的に加工することができるので、揺動型歯車装置の歯車の生産性高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係わる第１実施例の揺動型歯車装置の歯車創生加工装置が示されている。この加工装置は、上端に揺動型歯車装置の固定歯車としての第１歯車９を備えた中空の旋回テーブル８と、該旋回テーブル８の内周面に回転自在に支承される中空状の駆動軸１０と、該駆動軸１０の一端に形成されその軸心Xに対して所定の角度傾斜した傾斜部１１と、この傾斜部１１に対して軸受け部材としてのベアリング１２を介して回転自在に支承される回転盤１３と、該回転盤１３に固定され回転盤と一体に運動するワーク保持部１４と、歯形形成手段としてのカッタホイール１５と、回転位置検出手段としての第1回転センサー２０、第２回転センサー１８、第３回転センサー１６を備えている。

上記旋回テーブル８は、軸方向中央の外周において本体７との間に介在された第２電動モータ１７（ステータ１７a 、ロータ１７b）によって駆動されるように構成されており、また下端においてその回転位置を検出するレゾルバ方式の第２回転センサー１８と連携されている。この旋回テーブル８は、後述のようにワークWの歯数変更の際に第２電動モータ１７により所定の回転運動を行う。特定の歯数の加工の際には旋回テーブル８は所定の角度位置に固定されており、その一端の第１歯車９は名実ともに固定歯車として機能する。

また、駆動軸１０は、下端部外周において駆動源としての第１電動モータ１９（ステータ１９a、ロータ１９b）によって駆動されるように構成されており、その内周中空部には、ダイヤフラムチャック２１のパワー源としてのエアーパイプ２３およびワーク先端に冷却液を供給するクーラントパイプ２４を収納する保護パイプ２５が回転可能に支承されている。第１電動モータ１９の近傍には駆動軸１０の回転角を検出するレゾルバ方式の回転センサーとして構成される第１回転センサー２０が設けられている。したがって、駆動軸１０は外周の一端において第１電動モータ１９によって駆動され、その先端に形成された傾斜部１１も一体に回転する。この傾斜部１１は、駆動軸１０の上端にボルトにて固定されており、駆動軸１０より大径の中空軸をなし、その外周壁と内周壁は軸方向において駆動軸１０の軸心Xに対して所定角度傾斜した軸心Yと平行になるように形成されている。また、その底壁は傾斜軸心Yに直角に形成されている。

回転盤１３はベアリング１２を介して傾斜部１１の外周において、回転可能に支承されている。回転盤１３の軸方向内端（下端）には、旋回テーブル８に固定された第１歯車９と噛み合う揺動型歯車装置としての第２歯車２６が形成されている。この第１および第２歯車とで構成される揺動型歯車装置は、相互間の歯数差によって、傾斜部１１の１回転に対し歯数差相当の角度だけ回転変位することによって、回転盤１３の角度位置を割り出す。

回転盤１３の上端において一体に固定されるワーク保持部１４は、中空状の固定部材２２と該固定部材２２に固定されるダイヤフラムチャック２１を備えている。固定部材２２は、上端のフランジ部２２aと、中空筒部２２bと、この中空筒部２２bと直交する底壁２２cとで構成されている。フランジ部２２aは回転盤１３の上端面に固定され、中空筒部２２bはその外周面が傾斜部１１の内周面と平行になるように傾斜部１１の空間部に介在されている。また、ダイヤフラムチャック２１は固定部材２２の底壁２２cにボルトにて一体に固定されており、図２に示すように、先端にワークWを固定する爪部材２１aを備えた可とう性のダイヤフラム２１bと、該ダイヤフラム２１bに空気圧を介して一定の押圧力を与えるピストン２１cを備えている。ピストン２１cはシリンダ２１dとの間に、エアーパイプ２３から選択的に供給される高圧エアが作用する第１作動室２１eと第２作動室２１fが形成されている。

第１作動室２１eにエアが供給されたとき、ピストン２１cが上方に移動しダイヤフラム内方の第３作動室２１gの空気圧を高めて爪部材２１aを開き、逆に第２作動室２１fにエアが供給されたときには、ダイヤフラムは元の状態に復帰し爪部材２１aは閉じる。（この状態は図２の左半分と右半分とで示している）したがって、爪部材が開かれている状態ではワークWは非保持状態となり、また、爪部材が閉じている状態ではワークWは強固に保持されることになる。

以上のように構成されたダイヤフラムチャック２１は、中空状の傾斜部１１の内周において重合配置された固定部材２２の底壁２２cに固定されているので、爪部材２１aによって保持されるワークWの被加工面とベアリング１２間の軸方向距離を短くすることができ、ワーク加工時において回転盤１３、ワーク保持部１４に作用する曲げ荷重に対する剛性を高めることができ、加工精度を向上させることができる。

ところで、ワーク保持部１４に保持されたワークWは、回転盤１３すなわち第２歯車２６の揺動運動に伴って揺動運動を行うが、その揺動中心は第２歯車２６の揺動中心と一致するように設定されているので、ワークWは第２歯車の揺動運動に対して相似形の揺動運動を行うことになる。

また回転盤１３の上端面には、揺動型歯車装置としての第３歯車２７が固定されている。この第３歯車２７は、本体７の上端外周においてベアリング２８を介して回転自在に支承される基準回転部材３０に固定される揺動型歯車装置としての第４歯車２９と噛み合っている。この第３歯車２７と第４歯車２９と基準回転部材３０とで回転盤１３の揺動運動、すなわち、軸方向と回転方向の運動を回転のみの運動に変換する変換手段を構成している。第３歯車２７と第４歯車２９は上記第1および第2歯車と同様に、所定のピッチ円錐の傘歯車として形成され、両者同数の歯数に設定されている。

したがって、回転盤１３の揺動運動に対し、第３歯車２７は、第２歯車２６と一体に揺動運動し、第４歯車２９に対しその噛み合い位置が周方向に変位するが、第３歯車２７と第４歯車２９とは歯数が同数であるため第４歯車２９との間の相対変位は生じない。一方で、第３歯車２７は回転盤１３を介して第２歯車２６と一体の運動を行うので、第１歯車９と第２歯車２６間の歯数差に伴う回転盤１３の所定回転角の変位は第３歯車２７および第４歯車２９を介して基準回転部材３０に伝えられることになる。

つまり、第1歯車９と第２歯車２６との間の歯数差によって生じる回転盤１３の回転変位は、ワーク保持部１４にワークWの割り出し角として伝えられるとともに、第３、第４歯車を通じてワークの割り出し角として基準回転部材３０にも伝えられる。

また、基準回転部材３０の下端内周部には、回転盤１３の回転角位置、つまりワーク保持部１４に保持されたワークWの割り出し角度位置を検出するレゾルバ方式の回転センサーとして構成される第3回転センサー１６が装着されている。この第3回転センサー１６は、基準回転部材３０の内周に固定されたステータ１６aと本体７の外周に固定されたロータ１６bとで構成され、基準回転部材３０の回転位置を検出することによって、その出力は図示しない制御装置に取り込まれ、駆動軸１０の回転角度位置を検出する第１回転センサー２０の出力と第１、第２歯車間の減速比で決まる目標回転角と比較して、その偏差を求め、偏差がゼロとなるように第１電動モータ１９の出力を制御するように用いられる。また、この第３回転センサーは、各歯車の個体差による初期位置の調整にも用いることができる。

なお、上記第３歯車２７は、その歯先が上記第２歯車２７と軸方向において同一方向を向くように配置され、当該方向において上記第４歯車２９と噛み合うように構成されている。この構成によれば、加工装置の軸方向長さを短縮することができるだけでなく、軸方向先端にてワークWを保持するワーク保持部１４を軸方向内方に配置し回転盤１３を支持するベアリング１２との距離を短くすることができるので、ワークWの加工時においてワーク保持部１４に作用する曲げ荷重に対する剛性を確保することができる。すなわち、第３歯車２７と第４歯車２９との噛み合い構造を、たとえば図３に示す揺動歯車装置のように第１歯車A1と第２歯車A2の噛み合い方向に対して第３歯車A3と第４歯車A4の噛み合い方向が、異なる方向である場合には、基準回転部材３０を軸方向外方（歯形形成手段の方向）に向かって配置する必要があり、その分ワーク保持部１４も軸方向外方に配置する必要があり、よって、ワーク保持部１４先端と軸受け部材としてのベアリング１２との間の距離が長くなり、その分軸剛性が低下することになる。

また、カッタホイール１５は、ＮＣ制御される位置決め装置（図示せず）によって支持されており、ワークWに対する近接遠退が自在となっている。また、カッタホイール１５は、回転しながらワークWに形成する歯形の歯すじ方向（ワークの円錐面に平行に）に、所定ストロークだけ移動することができる。このストロークは所望の歯幅より若干長くする。ところで、カッタホイール１５は、円周端部の断面形状が、歯形断面形状と略同一形状の円弧をなす砥石車である。このカッタホイール１５を回転駆動してワークWの被加工面に当接させ、歯すじ方向へと移動させることにより、砥石車の断面とほぼ同一の円弧状断面の溝型歯を創成研削加工することができる。なお、本加工装置に用いることができる歯形形成手段としては、カッタホイール18に限らず、サイドカッタ、砥石カッター等のカッタホイールや、エンドミル（ボールエンドミル）、カッタホイール１５と同様の断面形状を有する放電電極等も適用可能である。

また、第１歯車９と第２歯車２６との噛み合い部および第３歯車２７と第４歯車２９との噛み合い部にはニードルローラとしてのコロ３１が介在されている。各歯車の歯形は、図４に示すように、コロ３１とコロ３１に適合する凹状の内接面３２とで構成されている。コロ３１は、リテーナにより一体化され、第1歯車９と第4歯車２９側に配設されている。第1、第4歯車９，２９は内接面３２に位置するコロ３１とで凸状歯として構成され、第2、第3歯車２６，２７は、上記凸状歯と噛み合う凹状歯として構成される。

したがって、第１ないし第４歯車のそれぞれの噛み合い部の摩擦は、コロ３１の転がりによって大幅に軽減される。この場合、各噛み合い部に与圧を与えることにより、バックラッシュを実質的に解消することができる。このことは、回転盤１３すなわちワーク保持部１４の割り出し精度の向上に貢献するばかりか、第３回転センサー１６によるワーク保持部１４の割り出し角の検出精度の向上にも貢献する。

なお、上記第３歯車２７のボス部と基準回転部材３０の間には、ベローズ状のカバー部材３３が設けられており、各歯車の噛み合い部などへの塵埃の侵入を防止するように構成されている。カバー部材３３としてはベローズ構造でなくてもよいが、ベローズ状にすることにより回転盤１３の揺動運動を許容しながら塵埃の進入を確実に防ぐことができるのでより好ましい。

また、上記歯車加工装置は、基本的に第１歯車９と第２歯車２６の間の歯数差によってワークの割り出しを行うものである。したがって、加工する歯車の歯数、ピッチ、大きさなどの仕様を変更する場合には、割り出し機能を支配する構成部材たとえば、第１および第２歯車、傾斜部１１、ベアリング１２、回転盤１３、ワーク保持部１４などの仕様を変更する必要がある。歯車の仕様変更の都度、その仕様にあった加工装置を用いればよいが、使用毎に加工装置を用意すれば部品の製造コストが増大し現実的ではない。一方で、必要部品のみを交換可能に構成すればその問題は解消できるが、上記構成部材は相互間を単純にボルトにて結合すればすむわけではなく、複雑な組立作業が必要になり、いわゆる段取り換えに多大な時間が必要になる。

よって、図１の加工装置は、歯車の仕様変更に伴う主要部品の段取り換えを高精度でかつ短時間で行えるように、駆動軸１０と一体に回転する中空状の傾斜部１１を駆動軸１０とは別部品として構成し、段取り換えの際に若干のボルトの締結弛緩によって一体化あるいは分離できるように構成されている。したがって、傾斜部以降の関係部品をあらかじめ組み立てておくことによって、段取り換えの際には、傾斜部１１と駆動軸１０間のボルトを含む数少ない数のボルトの操作のみで行うことができる。

以下、上記構成をなす歯車加工装置の作動について説明する。

まず、図１に示すように、ダイヤフラムチャック２１の爪部材２１aにワークWを固定すると、前述のごとく、ワークWが揺動運動をする際の揺動中心点と、揺動歯車装置を構成する第２歯車の揺動中心 とが一致する。そして、駆動軸１０を回転させると、傾斜部１１が首を振るような運動をし、これにベアリング１２を介して支承される回転盤13は、首振り運動すなわち揺動運動をする。そして、回転盤13に設けられた第２歯車２６と旋回テーブル８に設けられた第１歯車９とを噛み合せる。このとき、駆動軸１０の１回転に付き第１歯車９と第２歯車間２６の歯数差の分だけ回転盤１３を回転させることができる。例えば、第１歯車９の歯数を 100、第２歯車２６の歯数を 101とすると、駆動軸１１が１回正回転すると、第１歯車９に対して第２歯車２６は1/100 だけ正回転する。すなわち、駆動軸１０の１回転に付き、ワーク１周分の1/100づつ加工位置の割り出しをすることができる。

したがって、駆動軸１０が１回正回転するタイミングに同期させて、カッタホイール１５を歯すじ方向に移動することにより、ワークWの被加工面には１個づつ歯形が形成されていく。また、第２歯車２６の揺動中心点と、ワークWが揺動運動する際の揺動中心点とが一致した状態で保持されるので、ワークWの被加工面は回転盤１３に形成された第２歯車２６と一体をなす揺動歯車装置の仮想第３歯車と相似する移動軌跡を描く。したがって、ワークWの被加工面にカッタホイール１５で歯を研削すると、カッタホイール１５がワークWと対をなす歯車（仮想の第４歯車に相似した歯車）となり、ワークWの被加工面に創成される歯形は、揺動歯車装置の第３歯車として理想の歯形となる。

ところで、上記の原理にて加工される歯形は、加工装置を構成する主要構成部材が第１電動モータ１９の作動量どおりに動いてはじめてその精度が維持されるものであるが、第１電動モータ１９に始まってダイヤフラムチャック２１までの間には、駆動軸１０、回転盤１３、第１ないし第２歯車９，２６およびワーク保持部１４といった駆動系構成部材が介在されており、この構成部品間のバックラッシュを含むガタや、各部品のねじれなどによって、ワークWの角度位置に狂いが生じる可能性がある。このような狂いに対しては、第３回転センサー１６によってワーク保持部１４の回転角度位置を監視するように構成されているので、目標値との偏差に応じて偏差がゼロになるように制御装置によって第１駆動モータ１９の制御量が制御され、ワークWは目標どおりの正しい位置に割り出される。

この場合、ワークWの回転角は、ワーク保持部１４と一体に揺動運動する回転盤１３に固定された揺動歯車装置としての第３歯車２７とこの歯車と噛み合う第４歯車２９を介して回転盤１３の回転変位分のみを基準回転部材３０に伝達するように構成されているので、基準回転部材３０に介在された第３回転センサー１６は、回転盤１３およびワーク保持部１４の揺動運動の影響を受けることなく、回転角の変位のみを確実に検出することができる。

また、常に同一径のワークに対して同一ピッチで歯を形成する場合には、上記のごとく第１歯車９と第２歯車２６の噛み合いにより加工位置の割り出しを行い加工することで事足りるが、実際には、径の異なるワークに対して、異なる歯数の歯車を作るための加工を行う必要が生ずる。このような場合には、１回の加工位置の割り出し毎に、回転盤１３の回転角度を変える必要がある。例えば、歯数40の歯車に対しては、１周を40等分の角度で加工位置の割り出しを行うが、歯数50の歯車に対しては、１周を50等分した角度で加工位置の割り出しを行う必要がある。

そこで、図１に示す加工装置においては、回転盤１３が一周期の揺動運動をする間に、第２電動モータ１７により旋回テーブル９を所望の角度で旋回駆動することにより、加工するワーク１３の径に合わせて、１回の加工位置の割り出し毎の回転盤１３の回転角度の増減が行われる。そして、異なる径のワークに対し同一ピッチの歯形を創成する。また、同一径もしくは異なる径のワークに対して、異なるピッチで歯を形成する場合にも、同様に回転盤１３の回転角度の増減を行う。この回転角度の制御は、ワークWの径に対応した回転角度の増減量、もしくは、歯を形成するピッチに対応した回転角度の増減量を、加工装置を制御する制御手段に予め設定しておく。そして、作業者がワーク径もしくは歯のピッチを入力することによって、自動的に第２電動モータ１７を制御し旋回テーブル８の回転を制御することができる。

図１に示す歯車加工装置は、以上のように構成されているので、以下のような特徴を有する。

本加工装置は、揺動歯車装置の基本機能を有効に利用してワークの割り出し及び加工を連続的に行うことができるので、その生産性を極めて向上できる。

また、ワーク保持部１４の角度位置の検出を揺動型歯車装置の第３歯車２７および第４歯車２９の基本機能を利用して回転盤１３の揺動運動に影響されることなく、ワークの微妙なずれ、狂いを回転変位として正確に検出できるので、この検出値に基づいて電動モータの制御により確実に補正制御でき、極めて高精度な加工が可能となる。

また、揺動型歯車装置を用いることで、歯車軸心部に大径の空間部を確保でき、この空間部を利用して、駆動軸を含む各種軸部材を必要径を確保した上で貫通配置することができるので、各種軸部材の軸剛性を高くすることができ、加工装置の加工精度の向上に貢献する。また、中空の歯車であることは、単に軸部材の外形を大きくして軸剛性を高くできるだけでなく、軸部材の軸心部にも十分な空間を確保できることでもあり、加工装置を構成する各種関連部材、たとえば、上述のようなクーラントパイプおよびエアーパイプなどを貫通配置することができることだけでなくワーク保持部としてのダイヤフラムチャックを中空の傾斜部内周に配置することも可能となり、加工装置全体をコンパクトに構成できることを意味する。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記実施例の加工装置は、その軸心が上下を向くように配置するように構成されているが、水平方向に向けて配置することも可能であるが、上下方向に向けたほうが、自重による曲げ荷重の影響を受けにくいので、ワークの割り出し精度を維持する上で好ましい。
また、上記実施例においては、揺動型歯車装置の第３歯車の加工例についた説明したが、この加工装置は、揺動型歯車装置のすべての歯車の加工が可能である。

また上記実施例においては、ワーク保持部の１周期の回転で加工が終了するようにカッタホイールの送り量を設定しているが、カッタホイールの送り量を少なくして複数周期で加工が終了するようにすることも可能である。

本発明に係わる歯車創成加工装置の断面図。 ダイヤフラムチャック部の拡大断面図。 従来の揺動型歯車装置の説明図。 揺動型歯車装置の噛み合い部の説明図。 揺動型歯車装置の作動説明図。

符号の説明

９ 第１歯車
１０ 駆動軸
１１ 傾斜部
１２ ベアリング
１３ 回転盤
１４ ワーク保持部
１５ 歯形形成手段
１６ 回転検出手段（第３回転センサー）
２６ 第２歯車
２７ 第３歯車
２９ 第４歯車
３０ 基準回転部材
３１ コロ
Ｗ ワーク
Ｘ 駆動軸軸心
Ｙ 傾斜部軸心

Claims (7)

1. 入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された固定歯車としての歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車加工装置であって、
   動力源によって駆動される駆動軸と、
   該駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部と、
   該傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車と噛み合う第２歯車を備えた回転盤と、
   該回転盤と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部と、
   上記第１および第２歯車の歯形断面と略同一の断面形状をなし前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段と、
   上記ワーク保持部の回転位置を検出する回転検出手段と、を備えたことを特徴とする揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
2. 上記回転検出手段は、上記回転盤の揺動運動を回転運動に変換する変換手段を介して回転位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
3. 上記変換手段は、上記回転盤に固定される揺動型歯車装置としての第３歯車と、上記駆動軸と同心的に回転する基準回転部材に固定される揺動型歯車装置としての第４歯車とで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
4. 上記第３歯車は、その歯先が上記第２歯車と軸方向において同一方向を向くように配置され、当該方向において上記第４歯車と噛み合うように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
5. 上記ワーク保持部は、上記傾斜部の内周空間部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
6. 上記駆動軸は軸方向に貫通する中空部を備え、該中空部内に上記ワーク保持部あるいはワーク加工部に連なる通路手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし５の１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
7. 上記第１歯車と第２歯車との間および第３歯車と第４歯車との間の少なくとも一方の噛み合い部にコロが介在されていることを特徴とする請求項１ないし６の１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
   

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