JP2016022536A - 機構分割式無心インデックス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異形ワークである大型モータ等の積層鉄心用のセクタワークの内周側に高精度かつ効率よく放射状に並んだスロット溝を加工することができる機構分割式無心インデックス装置を提供する。
【解決手段】 セクタワークＥを加工するための加工台８０を下部テーブル８１と、下部テーブル８１に対して取り外し自在の上部テーブル８２との２層構造とし、下部テーブル８１に駆動機構７０を搭載するとともに、上部テーブル８２に特定のサイズのセクタワークＥを割出し駆動するの軽量な従動機構６０を搭載する。強力な駆動機構７０と軽量な従動機構６０の組合せによって単位時間当たりの割出し動作回数の向上を図るとともに、異サイズのセクタワークＥに対しては、上部テーブル８１ごと従動機構６０を交換することによって対応可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、分割された環状のワークであるセクタワークの内周側を割出し加工する際に使用するインデックス装置であって、サイズの異なるセクタワークに簡単に対応することができるようにした機構分割式無心インデックス装置に関する。

各種のモータや発電機における固定磁極や回転子磁極を形成するコイルの磁界形成能力（起磁力）を高めるために使用される積層鉄心は、同一形状に打ち抜き加工した単位素材としてのケイ素鋼板（電磁鋼板）を積層鉄心の軸方向に多数枚積層して形成される。単位素材としての個々のケイ素鋼板がどのような形状に加工されるかは、単位素材を積層して最終的に形成されるべき積層鉄心の形状によって決定される。なお、単位素材としてのケイ素鋼板の板厚は、電磁的な理由からモータや発電機のサイズにかかわらず略一定であり、約０．６ミリメートルないし０．７ミリメートルである。

モータや発電機は、固定子磁界と回転子磁界との相互作用によって回転運動や起電力を発生する変換装置である。回転子（ロータ）用の積層鉄心は、通常、外周部にコイルを装填するための多数のスロット溝を形成した円柱状に形成される。一方、固定子磁界（ステータ）用の積層鉄心は、回転子を周囲から取り囲む必要性があることから、内周側に多数のスロット溝を形成した円筒状に形成される。また、回転子磁界用の積層鉄心においても、固定子磁界用の積層鉄心においても、スロット溝は、軸方向に向けて形成される。

この結果、ロータ用の積層鉄心の単位素材は、外周側にスロット溝を形成した円板状であり、ステータ用の積層鉄心の単位素材は、内周側にスロット溝を形成した環状である。なお、モータや発電機のコギングの防止や変換効率の向上、スロット溝に装填すべきコイルの巻き線技術の向上等により、積層鉄心は多極化される傾向にある。このことは、積層鉄心を形成するための個々の単位素材ごとに多数本のスロット溝を形成する必要があることを意味する。

上記したように、単位素材の厚みは一定あることから、例えば、軸方向のサイズが７００ミリメートルの積層鉄心を製造する場合には、それぞれ多数本のスロット溝を形成した１０００枚の単位素材を積層する必要がある。より大型のモータや発電機に使用される積層鉄心では、２０００枚以上の単位素材の積層を要する。このことから全ての単位素材に形成すべきスロット溝の総数は、膨大な数となる。このように膨大な数のスロット溝はどのようにして加工されるのであろうか。

一般的なスロット溝の加工方法は、積層鉄心のサイズにより異なる。ごく小型の積層鉄心用の単位素材では、総型のパンチとダイを用いて、例えて表現すれば、歯数ピッチの粗い外歯歯車状を呈するロータ用の単位素材、内歯歯車状を呈するステータ用の単位素材ともに、それぞれ１工程で打ち抜かれ、スロット溝を形成するための専用工程は必要とはされない。

また、中型サイズの積層鉄心用の単位素材は、先ず、ロータ用の円形の単位素材と、ステータ用の環状の単位素材を打ち抜き、次いで、これらに対して、総型のパンチとダイを用いてスロット溝を打ち抜く２段階工程によって製造される。２段階加工されるのは、一工程の打抜き加工に際してのせん断延長が過大になると巨大なせん断応力が発生し、打抜きプレス装置の能力問題ばかりではなく、パンチやダイの支持の問題、位置決め精度を悪化させる振動の発生等の種々の問題が生じるためである。

さらに、大型の積層鉄心の場合は、構造は同じであるが工程は複雑になる。ロータ用の単位素材は、まず、円板状に打ち抜かれる。次いで、これをロータリインデックス装置を用いて所定の角度ピッチで間欠移動させながら、その外周部に一個ずつスロット溝が打抜き加工される。一方、ステータ用の単位素材の加工は、より複雑である。

すなわち、単位素材を積層して製造されるべきステータ用の積層鉄心は、十分な厚みを伴う円筒状であるが、その単位素材は、環状ではなく、全形環を所定の中心角で幾つかに等分割した形状（以下、セクタ状またはセクタワークという。）に打ち抜かれる。これは、環状の物品は、定寸のケイ素鋼板材料から何枚切り取れるかという、いわゆる板取り効率が極めて悪く、この問題に対処すべく、定寸のケイ素鋼板材料からより多数枚を切り取れるセクタ状に加工されるのである。

次いで、ロータ用の単位素材と同様にロータリインデックス装置を利用してこのセクタ状の単位素材の内周部にスロット溝が形成されるのであるが、ここに、面倒な問題がある。ロータ用の単位素材は円形であるから、汎用のロータリインデックス装置に搭載することには何の問題もない。しかし、ステータ用の単位素材であるセクタワークの場合は、数学的な意味での観念的な中心はあるものの、機械的に支持することができる現実の中心といったものが存在しない。しかも、ロータ用の単位素材の場合と異なり、スロット溝は、セクタワークの内周側に加工する必要がある。このため、先ず、ロータリインデックス装置に非常に手の込んだ複雑な構成の有心のジグを取り付け、この有心ジグにセクタワークを搭載して内周側の割出し加工がおこなわれる。なお、使用される有心ジグは、異なるサイズのセクタワークの加工に際して専用サイズのものに交換される。

上記従来の汎用ロータリインデックス装置を利用してのロータ用の単位素材およびステータ用のセクタワークの加工に関しては、要求精度達成の観点からは問題がないのであるが、加工すべきスロット溝数の膨大さと一個のスロット溝を加工するのに要する時間とがミスマッチングであるという指摘がされている。つまり、加工効率が低すぎるということである。

汎用ロータリインデックス装置の仕様や提供メーカの主張内容等を閲覧すれば理解されるように、ロータリインデックス装置自体は、業界慣習的に単位時間当たりの位置決め回数よりも位置決め精度を重視した装置として構成されることが多く、このため、一位置決め動作当たりの加工単価が高価な加工を時間を掛けて精密に実施するのには適するが、単位加工単価が安い反復加工を効能率で消化するには本来的に適さないのである。

この結果、必要とされる積層鉄心のサイズが、ロータリインデックス装置を用いないで単位素材にスロット溝を加工することが可能であるサイズを超えた途端に、非常に高価なものになるという問題がある。このため、大型のモータや発電機メーカからは、特に加工が煩雑なステータ用のセクタワークに対する高速かつ高精度の専用インデックス装置の提供が要望されていた。また、具体的な要望の有無にかかわらず、多様な機器に多様なモータが使用されている今日では、異サイズのセクタワークに対して簡単に適合できることも前提的な了解事項とされる。

本発明は、上記業界の要望に基づき、大型積層鉄心用のセクタワークのスロット溝加工に特化した専用のインデックス装置の提供を目的とする。このためには、各位置決め動作時の位置決め精度を犠牲にすることなく、単位時間内での位置決め可能回数の向上を図ることが課題となる。このことは、本発明が慣性との戦いであることを意味するものでもある。

上記課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明は次のような解決手段を採用する。

（解決手段１）
本発明の機構分割式無心インデックス装置は、所定位置に固定設置する下部テーブルと、下部テーブルに対して取外し自在に取り付ける上部テーブルとからなる２層構造の加工台を備え、下部テーブルに駆動機構を組み付けるとともに、上部テーブルに駆動機構によって駆動される従動機構を組み付けてなり、この際の従動機構は、円弧線上に配置された多数個のガイドローラによって形成される所定半径の円弧軌道に沿って往復移動可能なワーク搭載板と、駆動機構によって正方向および逆方向に回転駆動されるインデックスプーリとからなり、このインデックスプーリは、多数個のガイドローラによって形成される円弧軌道の外側から回転方向に従って相互に反対動作をする巻取り側と繰出し側との２本の鋼索を介してワーク搭載板を往復駆動し、また、駆動機構と従動機構とは、駆動機構の出力軸とインデックスプーリとの間に介装するカップリング機構を介して着脱自在に連結され、従動機構は、カップリング機構を介して駆動機構から分離することによって、上部テーブルごと異なるサイズのセクタワークに対応するようにセットされた別の従動機構と交換可能であることを特徴とする

上記解決手段１について説明する。本発明の機構分割式無心インデックス装置は、その名称に示されるように、機械的には心無し構造である。つまり、心無し形状であるセクタワークを心無し形状のまま、直接に割り出ししようという発想である。この点、有心のジグを介在させて汎用のインデックス装置を利用していた従来方法と根本的に異なる。これは、大半径のセクタワークを搭載するための大半径の有心ジグの慣性から解放されるための構成であり、これにより高速割出し動作の可能性が機構的に担保される。

また、本発明の機構分割式無心インデックス装置は、基本的に、割出動作に必要な動力を送り出す側の駆動機構と、送り出された動力を受けて作動する従動機構とからなり、この駆動機構と従動機構とには、分離可能な構成が採用されている。

単位時間当たりの位置決め回数（割出し動作回数）を増加させるには、単位時間内に高頻度で従動機構の加速と減速とを繰り返す必要がある。このためには、従動機構の慣性質量を削減することの他に、強力なサーボ能力を有する強力な駆動機構が必要とされる。

本発明のインデックス装置における従動機構は、円弧線上に配置された多数個のガイドローラによって案内されるワーク搭載板と、２本の鋼索を介してワーク搭載板を往復駆動するインデックスプーリとからなる。このような従動機構の構成は、慣性質量を極限まで削減しようとする努力の成果であり、また、慣性質量を削減するために、特定のサイズのセクタワーク用に特化した専用のものとされる。これによって、高速の割出し動作の可能性が構成的に担保されることになるが、この結果としてセクタワークのサイズが異なる毎に従動機構をそのサイズ専用のものに交換する必要が生じる。

無心のセクタワークを高速で間欠駆動する上で必要であるために採用された上記複数の構成部材からなる従動機構の交換に際して、個々の構成部品ごとに交換作業を行ったのでは、交換段取り作業に過大な時間を要し、高速での割出し動作をすることの利点が相殺されてしまう結果になる。この問題に対するスマートな解答が本発明の採用するところの、加工台を下部テーブルと下部テーブルとの２層構造とし、下部テーブルに対して上部テーブルを取外し自在とする構成である。

すなわち、２層構造とされた加工台のうち、取外し自在である上部テーブルに従動機構を組み付けるとともに、駆動機構は、固定の下部テーブル側に組み込まれる。これにより、従動機構を上部テーブルごと異サイズのセクタワークの従動機構に交換することが可能であり、この際の段取り作業は、下部テーブルの所定位置に別の上部テーブルを固定するのみの単純作業とすることができるのである。一方で、駆動機構は、そのまま交換した従動機構を駆動するのに用いることができるので合理的かつ経済的でもある。なお、このような交換作業を実施する上で必要な駆動機構と従動機構の連結または分離は、駆動機構の出力軸と従動機構のインデックスプーリとの間に介装されたカップリング機構により実現される。

（解決手段２）
本発明の機構分割式無心インデックス装置は、解決手段１に記載の発明を基本発明とし、その駆動機構の出力軸が、上部テーブルを交換する際のロケータピンを兼ねていることを特徴とする。

上記解決手段２は、平面状における物体は、２点を固定することによって位置決めすることができるので、上部テーブルの交換に際しては、通常は、下部テーブルと上部テーブルの対応する位置に２個のロケータピン等を設ける手段が採用されるところである。しかし、大型のセクタワークを加工するための従動機構を組み込んだ上部テーブルは、上部テーブル自体としても重量物とならざる得ないため、交換に際しては、例えば、天井クレーン等が利用されることになる。このような作業において、２個のロケータピン等を同時に一致させることは、なかなか困難で時間を要することが想定される。また、現実にそうでもある。

上記解決手段は、平面状に置かれた平面状の重量物は、持ち上げて位置決めすることは難しいが、水平方向にずらせて位置決めすることが容易であるという経験則に着目し、想定される位置決めの困難さを解消するための構成である。ここで、駆動機構の出力軸がロケータピンを兼ねるとは、上部テーブルの１点が、駆動機構の出力軸によって位置決めされるということである。

具体的には、駆動機構の出力軸と上部テーブルに組み込まれたインデックスプーリとがカップリング機構を介して連結されると、上部テーブルの姿勢は定まらないものの、下部テーブルと上部テーブルとは、連結された１点に関しては、確実に一致すべき所定位置に一致して重なり合っているということができる。したがって、このあとは、駆動機構の出力軸を回転軸として下部テーブル上で上部テーブルを旋回させるように滑らせる簡単な操作によって上部テーブルを所定の位置に位置決めすることができるのである。なお、位置決めされた上部テーブルは、任意の固定手段によって下部テーブルに確実に固定されて使用されることは言うまでもない。

本発明の機構分割式無心インデックス装置は、２本の鋼索によって特定サイズのセクタワーク専用のワーク搭載板をガイドローラ列に沿って往復駆動する構成により、高頻度での割出し動作に必要な間欠運動系の慣性質量を最小限に抑えることができる。この結果、単位時間当たりの割出し動作回数を大幅に向上させることが可能であり、このことは、そのままセクタワークに対するスロット溝加工作業効率の大幅な向上をもたらした。一方、特定サイズのセクタワークに特化させることによって軽量化を図った従動機構は、異サイズのセクタワークに適合できないという問題に関しては、加工台を従動機構を搭載する上部テーブルと、駆動機構を搭載する下部テーブルとの２層構造とし、上部テーブルごと従動機構を交換可能とする斬新な発想によって異サイズのセクタワークにも簡単にかつ短時間で適合することが可能とされた。

本発明の機構分割式無心インデックス装置の実施の形態を示す斜視図である。 上記機構分割式無心インデックス装置の要部の縦断面図である。 上記機構分割式無心インデックス装置の要部の分解図である。 上記機構分割式無心インデックス装置における従動機構の交換要領の説明図である。

以下、図面を引用しながら本発明の機構分割式無心インデックス装置（以下本欄において単に「インデックス装置」という。）の実施の形態例を説明する。

本発明のインデックス装置Ｍ１は、一定の基準で選択される適切な形式のパンチプレス装置Ｍ２と組み合わせて使用される（図１）。この際のパンチプレス装置Ｍ２の選択基準は、大きな打ち抜き能力は要求されないものの、精密であること、イナーシャが小さく動作が高速であること、機幅が狭いことである。ここで、図示のパンチプレス装置Ｍ２について簡単に説明しておく。

パンチプレス装置Ｍ２は、左右一対の側板２１，２１間に複数のクロスメンバ２２…を横設して内部スペースを確保する構成とした幅寸法を抑えたフレーム２０を有する。フレーム２０の内部スペースには、動力の伝達経路順に、駆動モータ２Ｍ、減速機２３、クランク機構２４、プレスラム２５が配設され、プレスラム２５の下端に可動型であるポンチ２６が取り付けられている。また、プレスラム２５の下方には、ポンチ２６に対応する固定型であるダイ２７が配置されている。なお、このパンチプレス装置Ｍ２は、図示しない精密級のリニヤ送り装置上に設置され、前後方向に移動可能とされていることが設置上の特徴である。

本発明のインデックス装置Ｍ１は、以下に説明するように、パンチプレス装置Ｍ２に対して、セクタワークＥを割出し移動させながら短時間内に順次に必要な加工位置を提供することを目的とする装置である。したがって、装置全体としては、パンチプレス装置Ｍ２用のジグとして認識することも、パンチプレス装置Ｍ２と組み合わせて用いる間欠送り装置として認識することも、インデックス装置Ｍ１として認識することもできる構成である。そして、このことは、本発明のインデックス装置Ｍ１が既製の装置の範疇にそのまま属することができない独自のものであることを示唆している。

インデックス装置Ｍ１は、断面角型の型鋼材９４…を縦横に組み合わせてなる堅固な架台９０によって所定の高さ位置に支持された２層構造の加工台８０を備える。加工台８０のパンチプレス装置Ｍ２側の中央部分は、コ字形に大きく繰り欠かれ、この部分にリニヤ送り装置上に設置されたパンチプレス装置Ｍ２が進入することができる構成である。加工台８０を移動可能とせずにパンチプレス装置Ｍ２を移動可能としている理由は、加工台８０の左右の側方に、セクタワークＥを加工台８０上に供給するための図示しないローダ装置、および加工済みのセクタワークＥを加工台８０上から取り出すための図示しないアンローダ装置を接続する必要があるためである。

加工台８０は、ボックス構造の下部テーブル８１と、下部テーブル８１上に直接重ねるように設置させる単板構造の上部テーブル８２とからなる（図１，図２）。下部テーブル８１には、インデックス装置Ｍ１の駆動源となる駆動機構７０が組み込まれ、上部テーブル８２には、駆動機構７０によって駆動される従動機構６０が組み付けられている。

駆動機構７０は、段付きの特殊な出力軸７５を取り付けたＡＣサーボモータそのものである。一方、従動機構６０は、多くの部材から構成される。従動機構６０の主要部材は、特定のセクタワークＥの半径相当を半径とする円弧線上に一定ピッチで配列された多数個のガイドローラ６１…に案内されて移動可能なワーク搭載板６２である。その他の部材は、駆動機構７０からワーク搭載板６２に至る動力伝達系をなす部材と、ワーク搭載板６２の動作を安定化させることを目的とする部材である。

具体的に、従動機構６０を構成するその他も部材として主要なものは、インデックスプーリ６５である。インデックスプーリ６５は、複数の重量軽減孔を形成したディスク面の中心部にテーパ孔６Ｈを形成したボス部６Ｍを備える。また、外周の巻き胴部６Ｄは、ごく浅い鍔によって上下２段に区画されている。インデックスプーリ６５は、ボス部６Ｍの下端面に固定するアダプタリング６Ｒを介して上部テーブル８２の座繰り孔に落とし込まれた状態で位置決めされている（図２，図３）。

インデックスプーリ６５とワーク搭載板６２とは、一端を巻き胴部６Ｄに固定するとともに、他端をワーク搭載板６２に固定するテープ状の２本の鋼索６Ｂを介して連結されている。この際の２本の鋼索６Ｂは、たすき掛け状態とされ、ワーク搭載板６２がガイドプーリ６１…に沿っていずれの方向に進行する場合にも、進行側の鋼索６Ｂを繰り出すとともに、反対側の鋼索６Ｂを等量巻き取る動作によってワーク搭載板６２を間欠駆動する仕組みである。これは、ワーク搭載板６２に不要な慣性質量を負荷することなくワーク搭載板６２に動力を伝達するための工夫である。すなわち、鋼索６Ｂの慣性質量は無視し得る大きさであると言える。

その他、従動機構６０には、ワーク搭載板６２とセクタワークＥとの接触状態を安定化させるためのマグネットセッタを位置決めさせる機能を有する空圧式のプシャ６３…等が含まれる（図１）。

上記上部テーブル８２に搭載された従動機構６０と、下部テーブル８１に組み込まれた駆動機構７０とは、従動機構６０のインデックスプーリ６５と、駆動機構７０の出力軸７５との間に介装するカップリング機構５０を介して連結される（図２，図３）。

カップリング機構５０は、摺割り付きの円筒状キー５Ｋを備えるテーパチャック部材５１と、回り止めキーを備えるキー部材５２とからなる。カップリング機構５０は、駆動機構７０の出力軸７５上に、インデックスプーリ６５のボス部６Ｍに形成されたテーパ孔６Ｈを位置決めし、次いで、上部テーブル８２を下部テーブル８１上に載せた状態において、テーパ孔６Ｈ内に円筒状キー５Ｋを挿入してボス部６Ｍの上端面にテーパチャック部材５１全体をネジ止めするとともに、出力軸７５に形成されたキー溝７Ｋにキ―部材５２を嵌め込むことによって、インデックスプーリ６５と駆動機構７０の出力軸７５とを確実に求心連結することができる（図２）。

上記連結操作は、駆動機構７０の出力軸７５と、インデックスプーリ６５のテーパ孔６Ｈを一致させて行えば、必然的に出力軸７５の中心を基準点として上部テーブル８２と下部テーブル８１とが正確に位置決めされることになるので、非常に容易である。ただし、基準点以外の箇所の位置は定まらない。しかし、この時点では、上部テーブル８２の全重量は、下部テーブル８１によって支持されている状態である。したがって、後は、出力軸７５を回転軸として上部テーブル８２を旋回させる簡単な操作によって、上部テーブル８２と下部テーブル８１の全体位置を所定位置に定めることができる。駆動機構７０の出力軸７５がロケータピンを兼ねているとは、このことを指している。

上記駆動機構７０と従動機構６０との連結操作を別の観点から見れば、本発明のインデックス装置Ｍ１においては、上部テーブル８２毎交換することを条件とすれば、ある従動機構６０を別の従動機構６０の簡単に交換できることを意味する（図４）。なお、同図は、従動機構６０を上部テーブル８２毎別の従動機構６０に交換する際のイメージを示している。

多数のジグ部材の集合体である従動機構６０を上記のように簡単に、しかも、個々のジグ部材単位での位置決め作業を要することなく、予め位置決めされた従動機構６０手早く交換できるメリットは、通常は一体物である加工台８０を上部テーブル８２と下部テーブル８１とに分離可能とした本発明特有の構成によってのみもたらされる。これによって、段取りに手間取ることなく多様なサイズのセクタワークＥに簡単に対応することが可能である。

Ｅ セクタワーク
Ｍ１ インデックス装置
５０ カップリング機構
６０ 従動機構
６Ｂ 鋼索
６５ インデックスプーリ
６０ 従動機構
６１ ガイドローラ
６２ ワーク搭載板
７０ 駆動機構
７５ 出力軸
８０ 加工台
８１ 下部テーブル
８２ 上部テーブル

Claims (2)

1. 所定位置に固定設置する下部テーブルと、該下部テーブルに対して取外し自在に取り付ける上部テーブルとからなる２層構造の加工台を備え、前記下部テーブルに駆動機構を組み付けるとともに、前記上部テーブルに前記駆動機構によって駆動される従動機構を組み付けてなり、
   前記従動機構は、円弧線上に配置された多数個のガイドローラによって形成される所定半径の円弧軌道に沿って往復移動可能なワーク搭載板と、前記駆動機構によって正方向および逆方向に回転駆動されるインデックスプーリとからなり、
   前記インデックスプーリは、前記多数個のガイドローラによって形成される円弧軌道の外側から回転方向に従って相互に反対動作をする巻取り側と繰出し側との２本の鋼索を介して前記ワーク搭載板を往復駆動し、
   前記駆動機構と従動機構とは、前記駆動機構の出力軸と前記インデックスプーリとの間に介装するカップリング機構を介して着脱自在に連結され、前記従動機構は、前記カップリング機構を介して前記駆動機構から分離することによって、前記上部テーブルごと異なるサイズのセクタワークに対応するようにセットされた別の従動機構と交換可能であることを特徴とする分割された環状を呈するセクタワークの内周側加工用の機構分割式無心インデックス装置。
2. 前記下部テーブルに組み付けられた駆動機構の出力軸は、前記上部テーブルを交換する際のロケータピンを兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の機構分割式無心インデックス装置。

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