JP2014101989A

JP2014101989A - 回転駆動装置

Info

Publication number: JP2014101989A
Application number: JP2012256342A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sasaki; 佐々木　　寛
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】モータの熱によるバックラッシ量変化を抑制した回転駆動装置を提供する。
【解決手段】被回転体を回転駆動する回転駆動装置１０において、モータ１と、前記モータ１により駆動され、バックラッシを有して係合される複数のギヤと、前記ギヤを冷却するための潤滑剤３と、前記潤滑剤３を貯留し、前記ギヤを前記潤滑剤に浸漬するための潤滑剤貯留手段４と、前記潤滑剤貯留手段４に設けられ、前記潤滑剤貯留手段４の外部に前記潤滑剤３の熱を放熱する放熱手段５と、を備え、前記複数のギヤのうち少なくとも前記モータ１に直結しているギヤが前記潤滑剤３に浸漬される。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックラッシ量変化を抑制することができる回転駆動装置に関する。

従来、複数のギヤ同士の噛み合いを利用した機構等に用いられるギヤには、互いに噛み合うギヤ間に歯車の噛み合いを円滑にするためのバックラッシ（歯面間の隙間）が存在する。このバックラッシに起因した不具合の発生を抑制するために用いられる、バックラッシを調整する技術は公知となっている（特許文献１参照）。

特許文献１には、歯車の噛み合わせでバックラッシを調整する機構が開示されている。具体的には、特許文献１に記載のバックラッシ調整装置１は、図２に示すように、駆動はすば歯車１１の一方でかみ合う第１のはすば歯車１２と同軸に設けられた逆ねじれの第２のはすば歯車１３が設けられた第１の中間軸２１と、第２のはすば歯車１３とかみ合う第１の中間はすば歯車１４と、当該歯車１４にかみ合う第２の中間はすば歯車１５を設ける。さらには、駆動はすば歯車１１の他方でかみ合う第３のはすば歯車１６と、当該歯車１６と同軸に設けられた逆ねじれの第４のはすば歯車１７を設ける。第２の中間はすば歯車１５及び第４のはすば歯車１７を回転軸２に設けられた従動はすば歯車１８に同時にかみ合うようにし、バックラッシ調整装置１は第１の中間軸２１を軸方向に移動させることで駆動はすば歯車１１と従動はすば歯車１８間のバックラッシを調整する。駆動はすば歯車１１には割出用モータ８、第１の中間はすば歯車１４には高速回転用モータ６０が接続されている。

特開２０１２−１５４４１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載のバックラッシ調整装置１では、サーボモータである割出用モータ８や高速回転用モータ６０の熱による歯車の熱膨張によってバックラッシ量が変化してしまうことが考えられる。具体的には、特許文献１に記載のバックラッシ調整装置１では、はすば歯車の噛み合わせでバックラッシを調整する機構であるため、割出用モータ８により発生した熱により、割出用モータ８近傍の歯車が熱膨張して、駆動はすば歯車１１と、第１のはすば歯車１２及び第３のはすば歯車１６との各歯車間の噛み合いにおいて、バックラッシ量が変化してしまうことが課題となる。さらに、高速回転用モータ６０により発生した熱により、高速回転用モータ６０近傍の歯車が熱膨張して、第一の中間はすば歯車１４と、第２のはすば歯車１３、第２の中間はすば歯車１５及び第４のはすば歯車１７との各歯車間の噛み合いにおいても同様の課題を有することになる。

そこで、本発明は、モータの熱によるバックラッシ量変化を抑制した回転駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
被回転体を回転駆動する回転駆動装置において、
モータと、
前記モータにより駆動され、バックラッシを有して係合される複数のギヤと、
前記ギヤを冷却するための潤滑剤と、
前記潤滑剤を貯留し、前記ギヤを前記潤滑剤に浸漬するための潤滑剤貯留手段と、
前記潤滑剤貯留手段に設けられ、前記潤滑剤貯留手段の外部に前記潤滑剤の熱を放熱する放熱手段と、を備え、
前記複数のギヤのうち少なくとも前記モータに直結しているギヤが前記潤滑剤に浸漬されるものである。

請求項２においては、
前記放熱手段は、放熱フィンであるものである。

本発明によれば、モータで駆動されるギヤが、潤滑剤により冷却されるため、モータの熱によるギヤの熱膨張を防ぎ、ギヤの熱膨張によるバックラッシ量の変化が抑制される。さらに、潤滑剤が放熱手段を介して放熱されることで、ギヤの冷却を安定的に維持できる。

本発明の一実施形態に係る回転駆動装置の内部を示す模式断面図。従来のバックラッシ調整装置を示す模式斜視図。

次に、発明の実施の形態を説明する。

本実施形態に係る回転駆動装置１０は、モータ１により被回転体（図示せず）を回転駆動する装置である。回転駆動装置１０は、例えば、工具、治具及びワーク等の被回転体を被回転体の中心軸を中心として円周方向に所定の回転角度だけ回転させ位置決めする割出装置として用いることができる。

回転駆動装置１０は、図１に示すように、モータ１と、該モータ１によって駆動される複数のギヤ（歯車）を有する回転伝達機構２と、潤滑剤３と、潤滑剤貯留手段４と、放熱手段５と、を主に備える。
なお、図１における上下方向を回転駆動装置１０の上下方向とし、図１における左右方向を回転駆動装置１０の幅方向とする。

モータ１は、回転角度の正確な制御が可能なサーボモータである。モータ１は、潤滑剤貯留手段４の一端部（本実施形態では、回転駆動装置１０（潤滑剤貯留手段４）の幅方向略中央の下部）に配置される。モータ１は、駆動軸１ａを有する。該駆動軸１ａは回転駆動装置１０の幅方向に延出され、先端が潤滑剤貯留手段４内に突出する。駆動軸１ａは、軸受６により回転可能に支持され、潤滑剤貯留手段４内に突出した駆動軸１ａの先端に第１平歯車７を有する。
なお、モータ１としては、サーボモータの代わりに、例えば、ステップモータを用いることも可能である。

回転伝達機構２は、モータ１により駆動され、バックラッシを有して係合される複数のギヤと、従動軸９を備える。回転伝達機構２は、潤滑剤貯留手段４内において、モータ１の駆動軸１ａにより出力される回転駆動を複数のギヤと、従動軸９を介して被回転体を回転させる回転軸１３に伝達するためのものである。さらに、回転伝達機構２は、モータ１の回転を所定の減速比にて減速する減速機構である。回転伝達機構２は、第１平歯車７と、第２平歯車８と、従動軸９と、ウォームギヤ１１と、ウォームホイール１２と、回転軸１３と、から主に構成される。
なお、ウォームギヤ１１とウォームホイール１２の代わりに、例えば、ローラギヤカムと、該ローラギヤカムに係合する、複数のカムフォロアが放射状かつ等間隔に周囲に配置されたターレットを用いることも可能である。

第１平歯車７は、モータ１の駆動軸１ａの先端に連結して配置されている。第１平歯車７は、モータ１の駆動軸１ａが回転することで、該駆動軸１ａと一体的に回転する駆動歯車である。

第２平歯車８は、第１平歯車７よりも大径であり、従動軸９の一端に配置されている。第２平歯車８は、第１平歯車７の上部で噛合している。第１平歯車７と第２平歯車８とは、バックラッシを有して係合される。第２平歯車８の回転軸である従動軸９は、第１平歯車７の回転軸である駆動軸１ａに対して平行となっている。従動軸９には、その中途部にウォームギヤ１１が配置されている。従動軸９は、第２平歯車８とウォームギヤ１１の一端との間の部分、及び従動軸９の他端のそれぞれが軸受支持部１６に設けられた軸受１４、及び軸受支持部１７に設けられた軸受１５により回転可能に支持されている。また、ウォームギヤ１１は、第２平歯車８の回転に連動して、第２平歯車８の回転方向と同じ方向へ回転する。このウォームギヤ１１には、その上部に回転軸１３に固定されたウォームホイール１２が噛合係止されている。ウォームギヤ１１とウォームホイール１２とは、バックラッシを有して係合される。回転軸１３は、従動軸９に対して直交しており、図示しない支持手段により回転可能に支持される。モータ１が回転した際には、第１平歯車７、第２平歯車８及び従動軸９を介して伝達されるモータ１の回転力がウォームギヤ１１によって９０度軸変換され、それが回転軸１３に伝達される。
なお、本実施形態においては、上述した複数のギヤは金属製であるが、特にギヤの材料を限定するものではない。例えば、樹脂製のギヤであっても、本発明の効果を得ることができる。

潤滑剤３は、回転伝達機構２を潤滑するための潤滑剤である。また、潤滑剤３は、複数のギヤである、第１平歯車７、第２平歯車８、ウォームギヤ１１、及びウォームホイール１２を冷却するための冷却媒体としての役割を果たすものである。潤滑剤３としては、例えば、鉱物油、合成油等の潤滑オイルを用いることができる。潤滑オイルとしては、該潤滑オイルの熱容量がモータ１の発熱量よりも大きくなるものを用いることが好ましい。これは、熱源を冷却するに際し、大きな冷却速度を得るためには熱容量の大きな冷却媒体を用いることが好ましいからである。これにより、モータ１の熱による複数のギヤ（第１平歯車７、第２平歯車８、ウォームギヤ１１、及びウォームホイール１２）の温度上昇をより抑えることが可能となる。

潤滑剤貯留手段４は、潤滑剤３を貯留し、前記複数のギヤを潤滑剤３に浸漬するための金属製のオイルバスである。また、本実施形態において、潤滑剤貯留手段４は、回転伝達機構２を内部に収容するハウジングケースの役割も果たしている。潤滑剤貯留手段４は、直方体の一部（図１においては右側下部）を切り欠いたような断面Ｌ字状であって、潤滑剤貯留手段４の上部に位置する貯留手段本体４ａと、潤滑剤貯留手段４の幅方向一側（図１においては左側）において、下方に突出する貯留手段突出部４ｂとから構成される。貯留手段本体４ａの下方で、貯留手段突出部４ｂの幅方向一側の壁部（図１においては貯留手段突出部４ｂの右側の壁部分）に、モータ１が配置される。こうして、モータ１は潤滑剤貯留手段４の下部に配置される。また、潤滑剤貯留手段４の貯留手段本体４ａの内部には、貯留手段突出部４ｂの壁部の上部に立設されたフランジ状の軸受支持部１６と、貯留手段本体４ａの幅方向一側の内壁（図１においては右側の内壁）の下部に段差を有して内側に突出し、軸受支持部１６に対向する軸受支持部１７を有する。軸受支持部１６と軸受支持部１７には、それぞれ軸受１４と軸受１５が設けられている。潤滑剤貯留手段４の内部では、図１に示すように、貯留手段突出部４ｂ内に第１平歯車７が配置され、貯留手段本体４ａ内の下部に第２平歯車８及びウォームギヤ１１が配置され、該ウォームギヤ１１の上部にウォームホイール１２が配置される。潤滑剤貯留手段４には、第１平歯車７、第２平歯車８、ウォームギヤ１１が完全に浸漬するように潤滑剤３が貯留され、さらにウォームホイール１２の上下方向の略中央部まで浸漬するように潤滑剤３が貯留される。また、軸受６は、シール機能付きの軸受であり、潤滑剤３が潤滑剤貯留手段４内からモータ１側に漏れ出るのを防止する。
なお、本実施形態では、複数のギヤ（第１平歯車７、第２平歯車８、ウォームギヤ１１、及びウォームホイール１２）を潤滑剤３に浸漬した構成としているが、特に限定するものではない。例えば、当該複数のギヤのうち少なくとも前記モータ１に直結しているギヤである第１平歯車７を前記潤滑剤３に浸漬した構成とすればよい。当該構成によれば、当該複数のギヤのうち最もモータ１の熱の影響を受け易い第１平歯車７を潤滑剤３に浸漬して冷却することで、他のギヤへの伝熱を防ぐことができ、本発明の効果を得ることができる。

放熱手段５は、潤滑剤貯留手段４に設けられ、潤滑剤貯留手段４の外部に潤滑剤３の熱を放熱する板状で複数の放熱フィンである。この複数の放熱フィンは、放熱面積を増やすために、潤滑剤貯留手段４の下部（主に貯留手段突出部４ｂ）の一側（図１においては左側部分）にそれぞれが水平状態となるように、かつ上下方向に並列して配置される。また、複数の放熱フィンは、潤滑剤貯留手段４の内側と外側に向けて突出するように設けられている。また、本実施形態の回転駆動装置１０のように、熱源となるモータ１付近となる潤滑剤貯留手段４（主に貯留手段突出部４ｂ）の内側と外側に放熱フィンを設けることで放熱の効率化を図って、放熱量を向上させ、潤滑剤３の冷却を促し、モータ１の熱によって回転伝達機構２の各ギヤの温度が上がらないようにすることができる。さらには、モータ１に最近傍のギヤである第１平歯車７の外側面に対向する側に第１平歯車７に近接して放熱フィンを設けたことにより、最もモータ１の熱の影響を受け易い第１平歯車７周辺の潤滑剤３から効率的に放熱を行うことができるため、より効率よく潤滑剤を冷却することができる。
なお、放熱手段は、本実施形態のように放熱フィンに特に限定するものではない。例えば、放熱手段として、放熱フィンの代わりに、潤滑剤貯留手段４に凹凸形状や波形状のように表面積（放熱面積）を増やした放熱部分を設け、放熱フィンよりもでっぱりを小さくした構成とすることで、回転駆動装置の寸法容積を小さくすることができる。また、放熱フィンの代わりに、他の放熱手段として例えば熱交換器、水冷回路等を潤滑剤貯留手段４に設置してもよい。

以上のように構成された回転駆動装置１０では、モータ１による回転駆動力が、回転伝達機構２（駆動軸１ａ、第１平歯車７、第２平歯車８、従動軸９、ウォームギヤ１１及びウォームホイール１２）を介して、回転軸１３に伝達され、これによって回転軸１３が回転駆動される。また、モータ１の回転数は、第１平歯車７と第２平歯車８の減速比にて減速され、さらに、ウォームギヤ１１とウォームホイール１２との減速比にて、さらに減速され、所定の減速比に減速されて回転駆動される。このように回転駆動装置１０が動作することによって、モータ１から熱が発生するが、この発生した熱は駆動軸１ａやそれに接続する第１平歯車７等を介して第２平歯車８、従動軸９、ウォームギヤ１１及びウォームホイール１２へと伝熱される。この回転伝達機構２の各ギヤ等に伝熱された熱は、該各ギヤ等が浸漬する潤滑剤３へと伝熱することより各ギヤ等は冷却される。また、本実施形態では、潤滑剤貯留手段４にもモータ１の熱が伝熱するが、当該潤滑剤貯留手段４は潤滑剤３と接触しているため、この潤滑剤貯留手段４に伝熱された熱も潤滑剤３へと伝熱される。そうして、潤滑剤３に移動した熱は、放熱手段５（放熱フィン）により潤滑剤３から放熱される。これにより、回転伝達機構２の各ギヤの温度は略均一に保持され、バックラッシの変化が抑制される。
このように、本実施形態の回転駆動装置１０では、モータ１で駆動される回転伝達機構２の各ギヤが、潤滑剤３により冷却されるため、モータ１の熱による各ギヤの熱膨張を防ぎ、各ギヤの熱膨張によるバックラッシ量の変化が抑制される。さらに、潤滑剤３が放熱手段５（放熱フィン）を介して放熱されることで、回転伝達機構２の各ギヤの冷却を安定的に維持できる。

また、本実施形態の回転駆動装置１０では、モータ１をウォームギヤ１１の下部になるように配置しているが、特に限定するものではない。例えば、図１においてモータ１をウォームギヤ１１の手前側に配置し、かつ従動軸９と駆動軸１ａを平行かつ水平になるように配置し、第２平歯車８の手前側に第１平歯車７が噛み合うように構成することもできる。

本発明は、バックラッシ量変化を抑制する回転駆動装置において、モータで駆動されるギヤを潤滑剤貯留手段内の潤滑剤で冷却しつつ、該潤滑剤を潤滑剤貯留手段に設けた放熱フィンで冷却するように構成したものである。

本発明では、モータを潤滑剤貯留手段付近に配置し、潤滑剤貯留手段内外に放熱手段を設けることで、自己潤滑オイルにてギヤ温度と潤滑剤貯留手段（ハウジングケース）温度を一定になるように保持し、モータの熱によるバックラッシ量変化を抑制することができる。

本実施形態に係る回転駆動装置１０は、工作機械に搭載される割出装置に適用可能である。具体的には、旋盤等の工作機械の主軸を割り出すための割出機構、被加工物であるワークを割り出すための割出機構などに適用することができる。

１モータ
２回転伝達機構
３潤滑剤
４潤滑剤貯留手段
５放熱手段
７第１平歯車
８第２平歯車
１０回転駆動装置
１１ウォームギヤ
１２ウォームホイール

Claims

被回転体を回転駆動する回転駆動装置において、
モータと、
前記モータにより駆動され、バックラッシを有して係合される複数のギヤと、
前記ギヤを冷却するための潤滑剤と、
前記潤滑剤を貯留し、前記ギヤを前記潤滑剤に浸漬するための潤滑剤貯留手段と、
前記潤滑剤貯留手段に設けられ、前記潤滑剤貯留手段の外部に前記潤滑剤の熱を放熱する放熱手段と、を備え、
前記複数のギヤのうち少なくとも前記モータに直結しているギヤが前記潤滑剤に浸漬されることを特徴とする回転駆動装置。
前記放熱手段は、放熱フィンであることを特徴とする請求項１に記載の回転駆動装置。