JP2009257350A - 噛合いカップリング - Google Patents

Abstract

【課題】回転体を定められた複数の角度位置で固定するのに用いる噛合いカップリングに関し、歯車相互を噛合わせる押付力が小さくて良く、回転力が加わったときでも高い割出精度を維持でき、スプライン部分の遊隙による割出精度の低下や割出剛性の低下を回避することも可能な、噛合いカップリングを提供する。
【解決手段】円錐状の外周面に円筒面上での歯厚が歯幅方向に楔状に変化する外歯１６を形成したテーパ平歯車７と、このテーパ平歯車に噛み合う内歯１９を円錐内周面又は正多角錐内周面に形成したテーパ内歯歯車８との対からなる噛合いカップリング６である。嵌脱の際に進退するテーパ平歯車７又はテーパ内歯歯車８を軸方向移動自在に案内しているスプライン１５との嵌合部を楔作用で軸直角方向に締め付けることにより、高剛性かつ高精度で回転体３を割出す。
【選択図】図４

Description

この発明は、回転体を定められた複数の角度位置で固定するのに用いる噛合いカップリングに関するもので、割出台でワーク（被加工物）を複数の角度位置に割出して固定する場合やタレット刃物台に装着した工具を割出すのに特に好適な噛合いカップリングに関するものである。

ボール盤やマシニングセンタのワークテーブルに固定して複数の角度位置でワークを保持可能にする割出台は、工作機械のワークテーブルに固定するベースと、ベースと一体のハウジングと、ハウジングに軸支された割出テーブルと、この割出テーブルの割出角を固定するカップリングとを備えている。このカップリングとしては、精度と剛性が高く、割出ピッチも小さくできる面歯車継手（フェースギヤカップリング）が広く用いられている。

面歯車継手には、２ピース型と３ピース型とがあるが、２ピース型の面歯車継手は、歯面を対向させた一対の面歯車の一方を固定側（回転しない部材側）に、他方を回転側にして、そのいずれかを軸方向に進退可能かつ進出方向に付勢可能にして設けたもので、進退可能にした側の面歯車を進出させて対向する面歯車と噛合させることにより、回転体の回動を固定するものである。

面歯車の歯面は、歯車の軸線を含む面に対し傾斜しており、噛合している面歯車継手の回転側の歯車に回転方向の力が加わると、それを固定しようとする固定側の歯車からの反力が噛合している面歯車相互を離隔させる方向の分力を生じる。また上記反力は面歯車の歯を弾性変形させるが、この歯の変形も割出角度の精度を低下させる。そのため、回転体を回転させようとする力が加わっても高い精度で割出角を維持するには、ある程度の力で対向する面歯車相互を噛合い方向に付勢していなければならない。すなわち、回転体の割出位置を強固に保持するためには、回転側と固定側の面歯車相互を強い力で押し付けておく必要があり、その押付け力を発生するために油圧シリンダを設けるか、手動の場合は、ねじ装置を設けるかして、強い軸方向力を発生させる必要があった。

しかし、割出台は、移動及び旋回するワークテーブルに搭載されるので、油圧シリンダで付勢する構造では、油圧配管が面倒になり、ワークテーブルの移動や旋回が制限されるという問題がある。一方、ねじ装置で付勢する構造では、面歯車相互の嵌脱に時間がかかり、割出角の固定及び固定解除を一動作で行うことが困難であり、割出角の変更に時間がかかるという問題がある。

また、進退させる側の面歯車は、固定体又は回転体に軸方向に移動可能かつ相対回転不能にして設ける必要があり、その構造として、スプラインを介して進退側の面歯車を固定体又は回転体に装着する構造が多く用いられている。進退可能に設けるためには、スプラインの部分に軸方向の相対移動を許容する遊隙が必要であり、また回転力が加わったときにはスプラインの歯を弾性変形させるから、この遊隙や弾性変形が割出位置精度を低下させる要因になる。すなわち、面歯車相互を十分強い軸方向力で噛み合わせても、進退側の面歯車を進退可能に固定体又は回転体に取付けている部分の遊隙や弾性変形で、割出位置精度が低下するとか割出位置を保持するための剛性が不足するとかいう問題があった。

この発明は、歯車相互を押付ける力が小さくて良く、回転力が加わったときでも高い割出精度を維持でき、更に進退側の歯車をスプラインで進退可能に設けたときのスプライン部分での割出精度の低下や割出剛性の低下を回避することも可能な、噛合いカップリングを提供することを課題としている。

この発明では、円錐状の外周面に円筒面上での歯厚ｔが歯幅ｗ方向（歯車軸方向）に楔状に変化する外歯１６を形成したテーパ平歯車７と、このテーパ平歯車の外歯１６に噛み合う内歯１９を円錐内周面又は正多角錐内周面に形成したテーパ内歯歯車８との対からなる噛合いカップリング６を提供することにより、小さい軸方向力で割出角の確実な保持を可能にしている。

この発明の噛合いカップリング６は、互いに噛合うテーパ歯車７、８のいずれか一方を回転側、他方を固定側とし、また回転側としたか固定側としたかには関係なく、そのいずれか一方を軸方向固定側、他方を軸方向移動側（進退側）とすることができる。しかし、装置がコンパクトになり、高い精度での歯車の加工が比較的容易であり、従って割出精度を高くできることから、テーパ平歯車７を回転側かつ進退側とするのがよい。

更に、この発明の噛合いカップリング６では、カップリング嵌脱時の進退側歯車の軸方向ストロークが大きくなることを利用して、嵌脱の際に進退するテーパ平歯車７又はテーパ内歯歯車８を軸方向移動自在に案内しているスプライン１５との嵌合部を楔作用で軸直角方向に締め付けることにより、高剛性かつ高精度で回転体３を割出すことが可能になる。

すなわち、進退側の歯車ないし当該歯車と一体に進退する部材（以下、進退部材という。図示実施例のものではテーパ平歯車７又は嵌脱リング１７）に、当該進退部材とスプライン１５（進退部材がテーパ内歯歯車側の部材であるときは、スプラインは進退部材の外径側に配置される。）との嵌合部から当該嵌合部の径方向の遊隙分の弾性変形が可能な部材厚さを残して、その外径側（進退部材がテーパ平歯車側の部材であるとき）又は内径側（進退部材がテーパ内歯歯車側の部材であるとき）に、前記部材厚さが反嵌合側が薄くなる方向の円錐面であって楔作用が発揮される角度の円錐面を設け、この円錐面に軸方向に押付けられる円錐面を備えた押動部材（図示実施例の押動リング２３）で当該進退部材を進出（嵌合方向に移動）させるようにする。

上記構造によれば、両テーパ歯車７、８が嵌合して進退部材の軸方向移動が停止したあと、更に押動部材を嵌合方向に付勢することにより、当該押動部材が前記円錐面に作用させる楔力により、前記部材厚さの部分がスプライン１５側に径方向に撓んで、スプライン１５を径方向に把握して、スプライン嵌合部に設けられている摺動移動のための遊隙がなくなることにより、高精度かつ高剛性の割出角の固定が可能になるのである。この構造においても、前述したと同じ理由により、進退側部材をテーパ平歯車又はテーパ平歯車側の部材とするのが適当である。

この出願の請求項１の発明に係る噛合いカップリングは、回転体３に相対回転不能に装着された回転側歯車７の歯と固定体２に回転不能に装着された固定側歯車８の歯とを嵌脱して前記回転体３の割出角を固定及び固定解除する歯車継手において、前記回転側歯車７と固定側歯車８の対が、円錐周面に外歯１６を備えたテーパ平歯車７と当該外歯に噛合する内歯１９を内周面に備えたテーパ内歯歯車８であることを特徴とする噛合いカップリングである。

この出願の請求項２の発明に係る噛合いカップリングは、前記回転側歯車７又は固定側歯車８がスプライン１５を介して回転体３又は固定体２に軸方向に進退可能に装着されている請求項１記載の噛合いカップリングにおいて、当該進退可能に装着された歯車７ないし当該歯車に一体のリング状部材１７とこれを進出方向（嵌合方向）に押動する押動リング２１との間に円錐楔面２２が形成され、押動リング２１が進出したとき、前記円錐楔面の楔作用で前記歯車ないしリング状部材の前記スプライン１５との嵌合部が、径方向に弾性変形して、スプライン１５を把握することを特徴とするものである。

また、この出願の請求項３の発明に係る噛合いカップリングは、上記請求項１又は請求項２記載の手段を備えた噛合いカップリングにおいて、前記内歯歯車８が、歯幅方向に傾斜した帯状平面に前記テーパ平歯車の外歯１６に噛合する歯１９を備えた所定長さのテーパラック８ａの複数個を、正多角錐の内周面に形成してなる、正多角錐内周面を有する内歯歯車であることを特徴とするものである。

テーパ平歯車及びテーパ内歯歯車の歯１６、１９は、円筒面上では大径側の歯厚が厚く小径側の歯厚が薄い歯となっているため、歯１６、１９が離隔している状態から両者を噛合するときの両歯車間の角度誤差の許容幅が大きく、両歯車の刃先相互が衝突して噛合いが阻止されることが少なくなるので、割出角を固定する際の操作性が向上する。

噛合いカップリングでは、互いに噛み合う歯車の一方を軸方向に進退してカップリングの嵌脱を行うが、この発明のカップリングは、小さな軸方向力で確実な嵌合が可能であるため、嵌脱時の操作力を小さくでき、手動などで複数のカップリングを同時動作させるときの操作が容易になる。また、嵌合面が円錐面又は角錐面となっているので、嵌合反力が径方向に傾斜して作用して当該嵌合反力によってテーパ歯の噛み合い面に生ずる摩擦力が噛み合った歯車対の軸方向の離隔を阻止するので、噛み合い状態の保持が確実である。

この発明の噛合いカップリングは、小さな軸方向付勢力で高い割出位置精度を保持できるので、カップリングの嵌脱を手動で行う構造の割出台に好適で、油圧配管が不要で割出角の固定及び固定解除を軽い力で短時間に行うことが可能な手動の割出台を提供できるという効果がある。

また、進退するテーパ平歯車７又はテーパ内歯歯車８を軸方向に案内しているスプライン１５との嵌合部をその進出時に楔作用で軸直角方向に締め付ける構造とすることにより、スプライン１５との嵌合部の遊隙に起因する剛性や割出し精度の低下を回避でき、高剛性かつ高精度で回転体３の割出すことが可能になる。

以下、この発明の噛合いカップリングを備えた割出台を例にして、この発明を更に説明する。図の割出台は、マシニングセンタのテーブルに取付けて割出テーブルに固定したワークの割出を行う割出台であり、図１は縦断面図、図２は図１の噛合いカップリング部分の拡大図、図３は図１のＡ方向で見た要部の横断面図である。

図において、１は割出台のベース、２はハウジング、３は割出テーブル、６はこの発明の噛合いカップリング、１１は割出軸である。ハウジング２は、図示しないボルトでベース１に固定されており、割出軸１１は、ハウジング２に自由回転可能に軸支されている。ハウジング２をベース１と平行な方向に貫通する割出軸１１の一端には割出テーブル３が固定され、他端には手動の割出ハンドル４が取り付けられている。噛合いカップリング６は、割出軸１１に嵌脱リング１７を介して軸方向に進退可能に設けたテーパ平歯車７とハウジング２に固定リング１８を介して固定されたテーパ内歯歯車８とで形成されている。

割出軸１１の割出テーブル側の部分は大径となっており、この大径部１４の外周にスプライン１５が設けられ、このスプラインに、割出軸１１に対して相対回動不能かつ軸方向に進退自在に、嵌脱リング１７が嵌合しており、この嵌脱リング１７に外周にテーパ外歯１６を設けたテーパ平歯車７が固着されている。内周にテーパ内歯１９を設けたテーパ内歯歯車８は、ハウジング２に固定された固定リング１８の内周面に固着されて、テーパ平歯車７と対向している。嵌脱リング１７がスプライン１５に沿って図で左移動してテーパ外歯１６がテーパ内歯１９と噛み合うことにより、割出軸１１の割出角が固定され、右移動して両者の噛合が外れることにより、割出軸１１は自由回転可能になる。

テーパ外歯１６及びテーパ内歯１９は、円筒面ないしこの円筒面と接する平面上での歯厚ｔが歯幅ｗ方向に楔状に変化している歯で、互いに噛合する２つの歯車の歯幅ｗ方向の相対位置を調整することにより、バックラッシュを調整可能な歯車の歯として利用されている。割出角を固定するカップリングとしてテーパ平歯車とテーパ内歯歯車を用いることにより、両者を嵌合するときの位相ずれの許容値が大きくなり、比較的ラフな割出軸１１の割出し操作で噛合いカップリング６を嵌合させることができ、割出し操作が容易になる。また、両噛合い歯１６、１９の嵌合を維持するための軸方向力が小さくて済み、カップリング６を嵌脱するときの操作力を小さくすることができる。

テーパ平歯車及びテーパラック（テーパ直線歯車）は、精度の高いものが既製品として提供されている。例えばテーパ平歯車は、小原歯車工業株式会社から商品番号ＫＴＳＣＰテーパ平歯車として提供されており、テーパラックは、同社から商品番号ＳＴＲＣＰＦテーパラックとして提供されている。しかし、円錐状の内周面にテーパ内歯を削成した歯車は提供されていない。そこで図の実施例では、図４に模式的に示すように、所定長さのテーパラック８ａの複数個（図４実施例のものは８個）を固定リング１８の角錐状の内周面に固着した構造のテーパ内歯歯車８を用いている。

嵌脱リング１７の背後側（ハンドル４側）には、嵌脱リング１７を軸方向に押してテーパ平歯車７をテーパ内歯歯車８に押付ける押動リング２１が、割出軸１１に軸方向移動自在に嵌挿されている。押動リング２１が嵌脱リング１７をカップリング６の嵌合方向に押すときに当接する押動面２２は、嵌脱リング側が円錐外周面に、押動リング側が円錐内周面になっている。この円錐外周面及び円錐内周面は、嵌脱リング１７側が大径の円錐面である。また、嵌脱リング１７側の円錐外周面とスプライン１５に嵌合している内周との間の厚さ（半径方向の寸法）は、円錐外周面の先端部（押動リング２１側の端部）が、その内周とスプライン１５との間の遊隙に相当する撓み量で弾性変形可能な厚さになっている。この構造により、押動リング２１が嵌脱リング１７を押してカップリング６が嵌合したあと更に押動リング２１で嵌脱リング１７の円錐外周面を押すことにより、楔作用で当該円錐外周面が内側に絞られて、嵌脱リング１７の内周がスプライン１５をクランプする。これにより、カップリング６の高精度の位置決めとスプライン嵌合部の遊隙による誤差の発生の防止とが同時に行われる。

押動リング２１の背後側（ハンドル４側）には、押動リング２１を軸方向に進退させる駆動リング２３が割出軸１１に軸方向移動自在に嵌挿されている。駆動リング２３と押動リング２１との間には、押動リング２１を嵌脱リング１７側に付勢するばね２４が介装されている。このばね２４は、皿ばね座金を重ね合わせた構造で、カップリング６の噛み合いを保持する付勢力を与えるために設けられているものである。

嵌脱リング１７及び押動リング２１と駆動リング２３とは、軸方向の長孔２５、２６とそれに挿入されたピン２７を介して軸方向に若干移動可能に連結されている。すなわち、駆動リング２３に植立したピン２７が嵌脱リング１７の軸方向の長孔２５及び押動リング２１の軸方向の長孔２６に挿入されている。嵌脱リングの長孔２５は押動リングの長孔２６より長い。駆動リング２３が図で右動したときは、押動リングの長孔２６とピン２７との当接により、押動リング２１が右動して円錐押動面２２の押圧によるスプライン１５のクランプを解いた後、嵌脱リングの長孔２５の端部にピン２７が当接して、嵌脱リング１７を右動させてカップリング６の嵌合が解かれる。

ハウジング２には、割出軸１１と間隔を隔てて直交する揺動シャフト１２が軸支されており、ハウジング２の上面に突出している揺動シャフト１２の上端に、嵌脱レバー５が固定されている。嵌脱レバー５とハウジング２との間には、嵌脱レバー５のデテント動作、すなわち嵌脱レバー５を嵌合側揺動端と嵌合解除側揺動端に保持するための引っ張りばね９が張架されている。揺動シャフト１２は、これに固定した揺動腕１３の腕長さだけ割出軸１１の軸心から間隔を隔てて配置されている。

駆動リング２３の外周には、円周溝が設けられており、この円周溝に外周１８０度の位置に放射方向のピン３１を植立したシフトリング３２が、割出軸１１回りに相対回動自在に嵌挿されている。ピン３１には、揺動シャフト１２に固定した揺動腕１３の先端のフォークが嵌合している。すなわち、嵌脱レバー５の揺動が揺動腕１３を揺動させ、シフトリング３２を割出軸１１の軸方向に往復動させることにより、駆動リング２３を進退させて、カップリング６の嵌脱が行われる。

割出軸１１には、テーパ平歯車７の歯数に等しい歯数の平歯車３５が固定されており、ハウジング２にはばね３６でこの平歯車の歯面に弾圧されるボール３７が設けられている。割出ハンドル４で割出軸１１を回転させると、平歯車３５の一歯毎にボール３７が平歯車３５の歯の間に嵌り込んで割出軸１１の角度が軽く保持されるので、その位置でカップリング６の嵌合を行うことにより、歯の端面を衝突させることなく、カップリング６の嵌合を行うことができる。割出テーブル３の外周には、その回転角度を示す目盛が設けられており、作業者はこの目盛を見ながら割出ハンドル４を回して割出テーブル３の割出角を設定する。

次に図示実施例の割出台の動作を説明する。加工するワークを公知の適宜な固定具で割出テーブル３に固定する。嵌脱レバー５を嵌合解除側に揺動して、カップリング６の嵌合を解除し、割出ハンドル４を回して割出テーブル３を所望の割出角に設定する。そして、嵌脱レバー５を嵌合側に揺動することによりカップリング６を嵌合する。この状態で割出テーブル３が所望の割出角に固定されるから、その状態で当該割出角におけるワークの加工を行う。

この発明のカップリングを備えた割出台の縦断面図 図１のカップリング部分の拡大図 図１のＡ方向で見た要部の横断面図 図１のＢ方向で見た要部の横断面図 テーパ平歯車とテーパラックの形状を誇張して示す模式的な平面図

符号の説明

２ ハウジング（固定体）
３ 回転体（割出テーブル）
４ 割出ハンドル
６ 噛合いカップリング
７ テーパ平歯車（回転側歯車）
８ テーパ内歯歯車（固定側歯車）
８ａ テーパラック
１１ 割出軸
１５ スプライン
１６ テーパ外歯
１７ 嵌脱リング
１８ 固定リング
１９ テーパ内歯
２１ 押動リング
２４ ばね

Claims (3)

1. 回転体(3)に相対回転不能に装着された回転側歯車(7)の歯と固定体(2)に回転不能に装着された固定側歯車(8)の歯とを嵌脱して前記回転体(3)の割出角を固定及び固定解除する歯車継手において、
   前記回転側歯車(7)と固定側歯車(8)の対が、円錐周面に外歯(16)を備えたテーパ平歯車(7)と当該外歯に噛合する内歯(19)を内周面に備えたテーパ内歯歯車(8)である、噛合いカップリング。
2. 前記回転側歯車(7)又は固定側歯車(8)がスプライン(15)を介して回転体(3)又は固定体(2)に軸方向に進退可能に装着されている請求項１記載の噛合いカップリングにおいて、当該進退可能に装着された歯車(7)ないし当該歯車に一体のリング状部材(17)とこれを進出方向（嵌合方向）に押動する押動リング(21)との間に円錐楔面(22)が形成され、押動リング(21)が進出したとき、前記円錐楔面の楔作用で前記歯車ないしリング状部材の前記スプライン(15)との嵌合部が、径方向に弾性変形して、スプライン(15)を把握することを特徴とする、噛合いカップリング。
3. 前記内歯歯車(8)が、歯幅方向に傾斜した帯状平面に前記テーパ平歯車の外歯(16)に噛合する歯(19)を備えた所定長さのテーパラック(8a)の複数個を、正多角錐の内周面に形成してなる、正多角錐内周面を有する内歯歯車である、請求項１又は２記載の噛合いカップリング。

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