JP2017101742A - 回転テーブル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高さが小さく外形がコンパクトで軽量化を実現することのできる回転テーブル装置を提供する。
【解決手段】回転テーブル装置10は、ベース部11a、モータ12、回転駆動軸21、クロスローラベアリング31を備え、回転駆動軸21の軸端部に形成されるピニオンギア24と、外輪33に形成されるラックギア33cとが噛合し、回転駆動軸21からの回転駆動力が外輪33に伝達されることで外輪33が回転駆動する。外輪33は、内輪32の側面を覆う中空円筒形状として形成され、かつ、中空円筒形状の一方側に外部部材を載置可能なテーブル部33bを備えるとともに、中空円筒形状の他方側の全周にわたって形成されるラックギア33cと一体であるように構成されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、回転テーブル装置に関するものである。
従来から、軸受に支持されるテーブルが駆動源であるモータからの駆動力により回転可能に構成される回転テーブル装置が知られている。例えば、下記特許文献1には、軸受を介してロータリーテーブルが基部に回動自在に支持され、リニアモーターによる回転駆動力によりロータリーテーブルが回転するロータリーテーブル装置が開示されている。
特開2002−354778号公報
しかしながら、上掲した特許文献1に記載のロータリーテーブル装置は、モータがロータリーテーブルと基部の間に配置されているので、当該装置の高さが高くなってしまうという課題があった。また、上掲した特許文献1に記載のロータリーテーブル装置は、ロータリーテーブルが固定設置される回転軸を支持するために複数の軸受を必要とするので、部品点数が多く、装置サイズが大きくなってしまうという課題があった。
本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、高さが小さく外形がコンパクトで軽量化を実現することのできる回転テーブル装置を提供することにある。
本発明に係る回転テーブル装置は、取付基準となるベース部と、駆動源であるモータと、前記モータからの回転駆動力によって回転可能とされる回転駆動軸と、前記ベース部に固定設置される円環形をした内輪と、当該内輪の外周側に配置される外輪と、前記内輪と前記外輪との間で周方向にわたって形成される軌道空間に転動自在に配設される複数の転動体と、を有して構成されるクロスローラベアリングと、を備え、前記回転駆動軸の軸端部に形成されるピニオンギアと、前記外輪に形成されるラックギアとが噛合し、前記回転駆動軸からの回転駆動力が前記外輪に伝達されることで前記外輪が回転駆動する回転テーブル装置であって、前記外輪は、前記内輪の側面を覆う中空円筒形状として形成され、かつ、前記中空円筒形状の一方側に外部部材を載置可能なテーブル部を備えるとともに、前記中空円筒形状の他方側の全周にわたって形成される前記ラックギアと一体であることを特徴とするものである。
本発明によれば、高さが小さく外形がコンパクトで軽量化を実現することのできる回転テーブル装置を提供することができる。
本実施形態に係る回転テーブル装置を正面上方側から見た場合の外観斜視図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を上面側から見た場合の部分透視図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を右側面側から見た場合の部分透視図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を前面側から見た場合の部分透視図である。 図2中のV−V断面を示す縦断面右側面図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置が備えるクロスローラベアリングを説明するための図であり、図中の分図(a)が上面視を示し、図中の分図(b)が分図(a)中のVI−VI断面を示す縦断面図である。 本発明に係る回転テーブル装置が取り得る多様な変形形態の一例を示す図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を前面側から見た場合の部分透視図であって、図4に対応する図であり、製造上の設計条件を説明するための図である。 本発明に係る回転テーブル装置の改良形態を例示する図である。
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
まず、図1〜図6を用いて、本実施形態に係る回転テーブル装置の具体的な構成を説明する。ここで、図1は、本実施形態に係る回転テーブル装置を正面上方側から見た場合の外観斜視図である。また、図2は、本実施形態に係る回転テーブル装置を上面側から見た場合の部分透視図であり、図3は、本実施形態に係る回転テーブル装置を右側面側から見た場合の部分透視図であり、図4は、本実施形態に係る回転テーブル装置を前面側から見た場合の部分透視図である。さらに、図5は、図2中のV−V断面を示す縦断面右側面図である。またさらに、図6は、本実施形態に係る回転テーブル装置が備えるクロスローラベアリングを説明するための図であり、図中の分図(a)が上面視を示し、図中の分図(b)が分図(a)中のVI−VI断面を示す縦断面図である。なお、本明細書では、説明の便宜のために、図1に対して「前後・上下・左右」の方向を記載することで本実施形態に係る回転テーブル装置10の方向を定義した。ただし、この方向が本実施形態に係る回転テーブル装置10の使用状態を限定するものではない。
本実施形態に係る回転テーブル装置10は、図1〜図3で示すように、外郭形状が略立方体形状からなるハウジング11によって構成されている。そして、ハウジング11の前方側にはクロスローラベアリング31が配置され、ハウジング11の後方側には駆動源であるモータ12が配置され、さらに、クロスローラベアリング31とモータ12とは、前後方向で横並びとなるように並列配置されている。
モータ12は、ハウジング11の内部に収納されており、モータ駆動軸12aをハウジング11の右側面から右方向に突出させるように配置されている。モータ駆動軸12aの軸端部には、プーリ13が設置されている。このプーリ13には、ベルト14を掛け回して設置することができるようになっている。
モータ12の前方側であってモータ12とクロスローラベアリング31の間には、モータ12からの回転駆動力によって回転可能とされる回転駆動軸21が設置されている(図4参照)。回転駆動軸21は、その軸線方向がモータ12の備えるモータ駆動軸12aの軸線方向と平行に配置された軸状部材である。回転駆動軸21の右側の軸端部にはプーリ23が設置されており、当該プーリ23についてもベルト14を掛け回して設置することができるようになっている。つまり、モータ駆動軸12aの軸端部に設置されたプーリ13と、回転駆動軸21の右側の軸端部に設置されたプーリ23との間には、円環形状のベルト14が所定の張力を有する状態で架け渡されているので、モータ12が駆動すると、モータ12が発生させる回転駆動力がモータ駆動軸12a、プーリ13、ベルト14、プーリ23へと伝達され、回転駆動軸21を回転させることとなる。なお、回転体であるモータ駆動軸12a、プーリ13、ベルト14およびプーリ23の外周にはカバー11bが設置されており、回転体であるモータ駆動軸12a、プーリ13、ベルト14およびプーリ23を覆い隠すことで、安全上の対策措置と回転テーブル装置10の安定した稼働を維持する措置が取られている。
本実施形態に係る回転駆動軸21は、図4にて示されるように、ハウジング11内に設置された2つのアンギュラ玉軸受22によって回転可能な状態で軸支されている。これら2つのアンギュラ玉軸受22については、それぞれの接触角方向が異なる方向となるように設置されているので、たとえ回転駆動軸21に対してどの様な方向の荷重が加わったとしても、あらゆる方向の荷重を同時に支持することができるようになっている。したがって、本実施形態では、回転駆動軸21がハウジング11内で安定して回転運動できる構成となっている。
また、本実施形態に係る回転駆動軸21の左側の軸端部、すなわち、プーリ23設置側とは逆側の軸端部には、ピニオンギア24が形成されている。このピニオンギア24は、後述するクロスローラベアリング31の外輪33と接続するように構成されている。
クロスローラベアリング31は、ハウジング11の内部に形成された取付基準となるベース部11aに対して設置される部材である(図4参照)。すなわち、本実施形態に係るクロスローラベアリング31は、ベース部11aに固定設置される円環形をした内輪32と、当該内輪32の外周側に配置される外輪33と、内輪32と外輪33との間で周方向にわたって形成される1列の軌道空間34に転動自在に配設される複数の転動体としてのローラ35と、を有して構成されている。
本実施形態に係るクロスローラベアリング31の具体的な構造について、図6を参照して具体的に説明すると、このクロスローラベアリング31は、外周面に断面略倒L字形状の内側軌道溝32aを有する内輪32と、内周面に断面略倒L字形状の外側軌道溝33aを有する外輪33と、内側軌道溝32aと外側軌道溝33aとによって形成される断面略矩形状の軌道空間34の間に転動可能にクロス配列される複数の転動体としてのローラ35と、を有することにより、内輪32および外輪33が周方向に相対的な回転運動を行うものである。
内輪32は、上下で二分割された円環形状の半割部材を組み合わせることで構成されており、これら2つの半割部材は、不図示のボルト等の締結手段によって締結固定がなされている。
一方、外輪33は、内輪32の外周側の側面を覆う中空円筒形状として形成されており、さらに、軌道空間34の形成箇所、すなわち、外側軌道溝33aの上方側に外部部材を載置可能なテーブル部33bを備えるとともに、中空円筒形状の下面側の全周にわたってラックギア33cを備えている。外輪33の下面側全周に形成されたラックギア33cは、回転駆動軸21の左側の軸端部に形成されるピニオンギア24と噛合することで、回転駆動軸21からの回転駆動力が外輪33に伝達されるように構成されており、かかる構成によって、外輪33は回転駆動することとなる。なお、本実施形態に係るピニオンギア24とラックギア33cとは、ハイポイドギア構造を備えており、ラックギア33cが形成された外輪33の回転中心軸に対して、ピニオンギア24が形成された回転駆動軸21の回転中心軸が所定量オフセットして配置された状態で、ピニオンギア24とラックギア33cとが噛合している(図2および図4参照)。当該ハイポイドギア構造では、複数の歯が噛み合うために歯への負荷が分散するので、高い耐久性を有しながらも静かに動作することが可能な動力伝達機構が実現されている。
上述したクロスローラベアリング31は、内輪32がハウジング11の内部に形成された取付基準となるベース部11aに対して固定されることで、設置されている。ベース部11aにおいて内輪32が取り付けられる箇所には、内輪32を固定設置するための段付き形状からなる肩部15が形成されている。この肩部15が、図4および図5において詳細に示されている。肩部15によって形成される段付き形状に対して内輪32を上側から嵌め込むことで、内輪32の下面側と内周面側が肩部15に対して隙間なく接触して載置することができる。なお、本実施形態に係るクロスローラベアリング31をベース部11aに対して固定する手順としては、まずハウジング11外でクロスローラベアリング31単体を組み立てておき、さらに、クロスローラベアリング31をベース部11aの上側から嵌め込んで内輪32の下面側と内周面側を肩部15に対して隙間なく接触させる。その後、内輪32の上面側を押えるように押さえ板16をベース部11aの上面に対してボルト17により固定することで、ベース部11aに対する内輪32の固定が完了する。
本実施形態に係る回転テーブル装置10では、安定した稼働のための構成をさらに備えている。すなわち、図4に示すように、本実施形態に係る内輪32と外輪33との間には、上下2つの第一のシール部材36が配置されている。この第一のシール部材36は、円環形をした部材であり、内輪32の上面側外周と下面側外周とに形成された窪み形状に対して嵌め込まれて設置されている。また、第一のシール部材36は、内輪32に設置された場合に外輪33に接触することとなる外方リップ部36aを外周面に有して構成されている。なお、これら2つの第一のシール部材36は、ベース部11aに対して内輪32が固定設置された際に、肩部15と押さえ板16とで挟まれた状態となるので、たとえ外方リップ部36aが外輪33と接触した状態で内輪32とともに回転運動を行ったとしても、内輪32に対する安定確実な固定状態が維持されることとなる。このように、本実施形態では、内輪32と外輪33との間に第一のシール部材36を設けているので、例えば、クロスローラベアリング31の内部に存在する潤滑油等が外部に漏れ出すことが無く、また、クロスローラベアリング31の外部から内部に対して塵芥等の異物が侵入することを好適に防止することができるので、安定した稼働状態を長期にわたって得ることが可能となっている。
さらに、本実施形態に係る回転テーブル装置10では、回転駆動軸21が配置された箇所に円環形をした第二のシール部材38が設置されている。この第二のシール部材38は、円環形の内周面に対して回転駆動軸21に接触する内方リップ部38aを有して構成される部材であり、回転駆動軸21を支持する2つのアンギュラ玉軸受22の近傍、すなわち、回転駆動軸21に形成されたピニオンギア24と2つのアンギュラ玉軸受22の設置箇所の中間位置に設置されるものである。この第二のシール部材38については、ハウジング11の内部構造とアンギュラ玉軸受22とに挟み込まれて設置されているので、安定確実な固定状態が維持されている。また、内方リップ部38aは、常に所定の弾性力を持って回転駆動軸21の表面と接触しているので、特に、ピニオンギア24側からアンギュラ玉軸受22側に対して塵芥や金属粉等の異物が侵入することを好適に防止することが可能となっている。
以上、本実施形態に係る回転テーブル装置10の具体的な構成について説明した。本実施形態に係る回転テーブル装置10では、上述したように、クロスローラベアリング31を構成する外輪33が、駆動力伝達手段としてのラックギア33cと、回転テーブル機構としてのクロスローラベアリング31およびテーブル部33bという、3つの機能を同時に兼ね備えた構成となっているため、装置のコンパクト化や軽量化といった作用効果を得ることが可能となっている。また、本実施形態に係る回転テーブル装置10では、回転テーブル機構としてクロスローラベアリング31が採用されている。このクロスローラベアリング31については、複数のローラ35の負荷方向が交互に入れ替わるようにローラ列が直交配列されているため、あらゆる方向の荷重を負荷することが可能である。つまり、回転テーブル機構にクロスローラベアリング31を採用することで、1列の軌道空間34に転動自在に配設される一列のローラ35群によってあらゆる方向の荷重を受けることができ、かつ、高い回転精度を得ることができ、さらに、回転テーブル装置10の高さ寸法を小さくすることが可能である。したがって、本実施形態に係る回転テーブル装置10が有するクロスローラベアリング31によって、装置のコンパクト化や軽量化といった作用効果を得ることが可能となっている。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、図1〜図6を用いて説明した本実施形態に係る回転テーブル装置10では、肩部15の段付き形状が深く形成されているとともに、外輪33における外側軌道溝33aとラックギア33cとの形成部位が、下方に向けてストレートに延びるスカート形状として構成されていた。しかしながら、これら肩部や外輪等といった本発明に係る回転テーブル装置を構成する部材の形状については、回転テーブル装置の軽量化やコンパクト化といった作用効果を阻害しない範囲において任意に変更可能である。そのような本発明が取り得る変形形態の一例を図7に示す。ここで、図7は、本発明に係る回転テーブル装置が取り得る多様な変形形態の一例を示す図である。なお、図7に関する説明では、上述した実施形態と同一又は類似する構成については、同一符号を付すことで説明を省略することとする。
図7で示すように、変形形態に係る回転テーブル装置100では、内輪132が設置されるベース部111aに形成された肩部115の段付き形状が浅く形成されており、ベース部111aの側壁面に対して内輪132がはみ出すように設置されている。また、外輪133における外側軌道溝133aとラックギア133cとの形成部位が、下方に向けてストレートに延びておらず、断面略L字形として構成されており、外輪133の内周面が、ベース部111aの側壁面からはみ出すように設置された内輪132の周囲を取り囲むように構成されている。図7で示す変形形態に係る回転テーブル装置100によれば、クロスローラベアリング131の軌道空間134の下方側を塞ぐように外輪133が配置されているので、例えば、上述した実施形態に係る第一のシール部材36の内輪132への設置を省略することが可能となり、部品点数の削減効果を得ることができる。
なお、本発明に係る肩部の段付き形状やクロスローラリングの外輪とラックギアの内径寸法等の設計条件については、以下に示す設計上の数値的制限が存在する。すなわち、図7において示すように、
・ラックギア133cの内径寸法をD1
・肩部115の径寸法をD2
としたときに、
D1>D2 ・・・ (数1)
なる不等式の条件が必須となる。
また、肩部115の径寸法D2については、出願人の経験値から導き出された安全上の基準から、
D2=dp−2×D×cos45°
ただし、D:ローラ径、dp:ローラピッチ円径とする。 ・・・ (数2)
なる数式条件を満足する必要がある。
そして、(数1)に(数2)を代入して得られる
D1>dp−2×D×cos45° ・・・ (数3)
なる不等式を満足するように、本発明に係る回転テーブル装置を設計する必要がある。
以上のように、本発明に係る肩部の段付き形状やクロスローラリングの外輪とラックギアの内径寸法等の設計条件については、上記した(数3)の不等式条件を満足する必要があるが、さらに、製造上の観点からの条件も存在する。そこで、次に、図8を参照して、本発明に係る回転テーブル装置の製造上の設計条件を説明する。ここで、図8は、本実施形態に係る回転テーブル装置10を前面側から見た場合の部分透視図であって、図4に対応する図であり、製造上の設計条件を説明するための図である。
本発明に係る回転テーブル装置の設計上の数値的制限は、図7を用いて説明した通りであるが、製造上の制約条件を加味した実際の設計では、ラックギア33cの内径寸法D1と、外輪33の内径寸法D3とが、異なる場合がある。すなわち、上述した実施形態で説明した外輪33の下面側全周に形成されたラックギア33cは、外輪33の下面全面に形成されることが必須ではなく、製造技術上の制約から、外輪33の下面側全周かつ下面の周方向の一部を残して形成される場合がある。あるいは、外輪33の下面側のラックギア33cが形成される箇所のみが、外輪33の内径寸法D3と異なる径寸法で形成される場合がある。そこで、外輪33の加工技術上の制約から、
D1≧D3 ・・・ (数4)
なる不等式の条件が必須となる。
以上、図7および図8を用いて説明したように、本発明に係る回転テーブル装置では、上記した(数3)および(数4)の条件を満足する必要がある。言い換えれば、かかる2つの不等式条件を満足する範囲内において、本発明に係る回転テーブル装置の装置構成を種々変形することが可能である。
以上、本発明に係る回転テーブル装置が取り得る種々の形態例を説明した。しかしながら、発明者らは、本発明に係る回転テーブル装置に対してさらなる改良を施した。この改良構成について、図9を用いて説明を行う。ここで、図9は、本発明に係る回転テーブル装置の改良形態を例示する図である。
図9において、上方に描かれた分図(α)は、図1〜図8を用いて説明した本実施形態および変形形態に係る回転テーブル装置10,100にて採用された形態である。これらの形態例では、ピニオンギア24の周囲に形成されたベース部11a,111aに加工形成されたザグリスペース91がピニオンギア24の周囲に沿って小さな隙間で形成されていた。具体的には、本実施形態および変形形態に係るザグリスペース91は、ピニオンギア24の外形に沿って形成されたものであった。しかしながら、このようなザグリスペース91の場合、ピニオンギア24の歯がスクリューの形状をしているため、このスクリュー歯を高速回転させると、スクリューポンプの作用によって、ギア内部のグリースが外部に漏れ出すという不具合が生じる可能性がある。
そこで、発明者らは、図9中の分図(β)で示すように、ピニオンギア24の周囲に形成されたベース部11a,111aに加工形成されたザグリスペース191を広く加工することで、ピニオンギア24の周囲に大きな空間を形成することとした。すなわち、改良形態に係るザグリスペース191は、ピニオンギア24の外形とは大きく異なる形状で形成されており、ピニオンギア24の外形から離れる方向で空間が広がる形状を有するものとして構成されている。そして、このように大きな空間として形成されるザグリスペース191は、ピニオンギア24の周囲に対してピニオンギア24から及ぼされる圧力を逃がすための空間として作用することとなる。つまり、ピニオンギア24の周囲を広くザグリ加工することで、スクリューポンプの作用を弱めることができたので、図9で示す改良例によれば、ギア内部のグリースを外部に漏れ出させてしまうという不具合を解消することが可能となった。
10,100 回転テーブル装置、11 ハウジング、11a,111a ベース部、11b カバー、12 モータ、12a モータ駆動軸、13,23 プーリ、14 ベルト、15,115 肩部、16 押さえ板、17 ボルト、21 回転駆動軸、22 アンギュラ玉軸受、24 ピニオンギア、31,131 クロスローラベアリング、32,132 内輪、32a 内側軌道溝、33,133 外輪、33a,133a 外側軌道溝、33b テーブル部、33c,133c ラックギア、34,134 軌道空間、35 ローラ、36 第一のシール部材、36a 外方リップ部、38 第二のシール部材、38a 内方リップ部、91,191 ザグリスペース。

Claims (6)

  1. 取付基準となるベース部と、
    駆動源であるモータと、
    前記モータからの回転駆動力によって回転可能とされる回転駆動軸と、
    前記ベース部に固定設置される円環形をした内輪と、当該内輪の外周側に配置される外輪と、前記内輪と前記外輪との間で周方向にわたって形成される軌道空間に転動自在に配設される複数の転動体と、を有して構成されるクロスローラベアリングと、
    を備え、
    前記回転駆動軸の軸端部に形成されるピニオンギアと、前記外輪に形成されるラックギアとが噛合し、前記回転駆動軸からの回転駆動力が前記外輪に伝達されることで前記外輪が回転駆動する回転テーブル装置であって、
    前記外輪は、前記内輪の側面を覆う中空円筒形状として形成され、かつ、前記中空円筒形状の一方側に外部部材を載置可能なテーブル部を備えるとともに、前記中空円筒形状の他方側の全周にわたって形成される前記ラックギアと一体であることを特徴とする回転テーブル装置。
  2. 請求項1に記載の回転テーブル装置において、
    前記ラックギアが形成された前記外輪の回転中心軸に対して、前記ピニオンギアが形成された前記回転駆動軸の回転中心軸が所定量オフセットして配置された状態で、前記ピニオンギアと前記ラックギアとが噛合していることを特徴とする回転テーブル装置。
  3. 請求項1又は2に記載の回転テーブル装置において、
    前記ベース部が、前記内輪を固定設置するための段付き形状からなる肩部を備えていることを特徴とする回転テーブル装置。
  4. 請求項3に記載の回転テーブル装置において、
    前記ラックギアの内径寸法をD1、
    前記肩部の径寸法をD2、
    としたときに、
    D1>D2
    なる不等式の条件が成立するように構成されていることを特徴とする回転テーブル装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転テーブル装置において、
    前記ラックギアの内径寸法をD1、
    前記外輪の内径寸法をD3、
    としたときに、
    D1≧D3
    なる不等式の条件が成立するように構成されていることを特徴とする回転テーブル装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転テーブル装置において、
    前記内輪と前記外輪との間に配置される円環形をした第一のシール部材と、
    前記回転駆動軸に配置される円環形をした第二のシール部材と、
    を備え、
    前記第一のシール部材は、前記外輪に接触する外方リップ部を有して前記内輪に設置され、
    前記第二のシール部材は、前記回転駆動軸に接触する内方リップ部を有して前記回転駆動軸を支持する軸受の近傍に設置されることを特徴とする回転テーブル装置。
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