JP5207187B2

JP5207187B2 - 工具の組立装置

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Publication number: JP5207187B2
Application number: JP2009061585A
Authority: JP
Inventors: 真治橋村; 博文鹿毛
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010214486A

Description

本発明は、工具の組立装置に関する。

切削工具であるホブは、ホブを固定するための主軸であるホブアーバに挿入し、カラーを介してナットにより締付けて固定した上で、歯車工作機械であるホブ盤に設置されて使用される。このナットの締付けは、一般に大きなスパナを用いて行われるが、ナットの締付け方によってはホブを含めたホブアーバに変形が生じてしまい、ホブ盤においてホブアーバに取り付けられたホブを使用する際にホブ外周の振れ（以下、振れという）を生じる場合がある。

このホブ取付け後のホブアーバの振れは、ホブ盤における歯車加工の精度に直接影響を及ぼすため、歯車加工において解決しなければならない重要な課題である。なお、ホブ取付け後のホブアーバの振れは通常数μｍ以下に抑えなければならないが、振れを抑えるまで何度も締付けをやり直す必要があり、この作業に数時間を要する場合もある。

特開２００５−１０３６７１号公報特開２００３−１８１７２１号公報

これまで、ホブ取付け後のホブアーバの振れの原因は明確にはなってはいなかったものの、ナットのスラスト方向に設けたねじにより振れを無くす調整をする方法（上記特許文献１参照）や、ホブアーバに平行キーを用いて剛性を向上させる方法（上記特許文献２参照）などが実施されていた。しかし、従来のナットの締付けに余分な作業を要する上、十分な効果が得られないなどの問題点があった。

以上のことから、本発明は、容易にホブアーバの振れを低減することができる工具の組立装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る工具の組立装置は、
切削工具であるホブと、前記ホブを固定するための主軸であるホブアーバと、前記ホブを前記ホブアーバに固定するナットとを備える工具を組立てる工具の組立装置において、
前記ナットに偶力のみを作用させて締め付ける締付け手段を備え、
前記締付け手段は、周面に歯を有する歯車であるウォームホイールと、前記ウォームホイールの歯と噛合うように該ウォームホイールを挟んで設置される少なくとも１対のウォームギヤとを有する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第２の発明に係る工具の組立装置は、第１の発明に係る工具の組立装置において、
前記ウォームギヤは、前記ウォームホイールに該ウォームホイールを挟む平行な二つの作用線上に働く大きさが同じで方向が反対の二つの平行な力を作用させる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第３の発明に係る工具の組立装置は、第１の発明又は第２の発明に係る工具の組立装置において、
前記ホブアーバを回転可能に支持するホルダー部に前記ホブアーバに契合し前記ホブアーバが回転しないように固定する固定手段を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、容易にホブアーバの振れを低減することができる工具の組立装置を提供することができる。

第１の実施例に係る工具の組立装置の斜視図である。第１の実施例に係る工具の組立装置の正面図である。第１の実施例に係る工具の組立装置の側面図である。第１の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の平面図である。第１の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の他の構成例を示した平面図である。第１の実施例に係る工具の組立方法を適用したナットの平面図及び断面図である。第１の実施例に係る工具の組立方法及び工具の組立装置を用いた場合と、実際に加工工場などでナットを締付ける場合を想定して、締付けトルクの管理を一切行わず、作業者がスパナで力一杯締付けを行った場合のホブアーバの振れ量を示した図である。第２の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の平面図である。第３の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の断面図である。図９においてａ−ａで示す断面における断面図である。第３の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の遊星歯車の他の構成例を示した平面図である。ホブアーバにホブが締結される状態を示し部分的に拡大した模式図である。

以下、本発明に係る工具の組立装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
はじめに、ホブアーバの振れとその原因について検討を行った。
一般に、ホブをナットにて締付ける際は、ホブアーバを専用の締付け台に設置し、スパナを用いて人間の手によりナットの締付けが行われる。しかし、締付けの際には、特に締付け管理は行われておらず、作業者がスパナに力を込めてナットを締付けるだけである。このため、締付け時のナットには、ホブアーバのラジアル方向に荷重が作用することとなる。

図１２は、ホブアーバにホブが締結される状態を示し部分的に拡大した模式図である。なお、図１２（ａ）は、ホブアーバにホブが締結される状態を示した図、図１２（ｂ）は、スパナによりナットを締付ける際の力とナットのわずかな動きを示した図である。

図１２（ａ）に示すように、ホブ５はホブアーバ３に挿入された上で、ナット９０を締付けて固定される。図１２（ｂ）に示すように、スパナによりナット９０を締付ける際に、ナット９０に図１２（ｂ）中に矢印Ｒで示すラジアル方向の荷重が作用すると、ホブアーバ３のねじ部とナット９０のねじ部がフランク角の影響で、ナット９０はわずかに回転しようとするため、図１２（ｂ）中に矢印ｍで示すようにナット９０のネジ面が動き、図１２（ｂ）中に矢印Ｍで示す大きな曲げモーメントがホブアーバ３に発生することとなる。これにより、ホブアーバ３全体に図１２（ｂ）中に二点鎖線で示すようなたわみが生じることにより、ホブアーバ３が大きく振れてしまうものと考えられる。

上述した検討の結果、ホブアーバ３の振れの原因は、図１２（ｂ）に示すように、スパナでナット９０を締付ける際に生じるラジアル方向の力によってナット９０がラジアル方向に僅かに移動することで、ナット９０とホブアーバ３のねじ山フランク角によってナット９０の座面が傾き、ホブアーバ３に大きな曲げモーメントが作用するためであるということが考えられる。

そして、上述した検討の結果に鑑み、本発明として、ナット９０の締付け時にナット９０に偶力のみを作用させて、ホブアーバ３の振れの原因であるナット９０の締付け時のナット９０のラジアル方向への移動を抑制することにより、ホブアーバ３のたわみを抑制し、ホブアーバ３の振れを抑制する工具の組立装置を見出した。以下に、本発明に係る工具の組立装置の実施例について説明する。

以下、本発明の第１の実施例について説明する。
上述したように、スパナを用いる従来の一般的な締付け方法では、ナットを締付ける際にナットに偶力のみを作用させることが困難であり、十分に注意して締付けを行ったとしてもナットにラジアル方向に力が加わってしまう。その結果、ホブアーバに曲げモーメントが加わり、ホブアーバに振れが生じてしまう。このことから、ナットに偶力のみを作用させることのできる工具の組立装置を開発した。

図１は、第１の実施例に係る工具の組立装置の斜視図、図２は、第１の実施例に係る工具の組立装置の正面図、図３は、第１の実施例に係る工具の組立装置の側面図、図４は、第１の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の平面図である。なお、以下の説明においては、工具の組立装置の背面のフレーム側を後方側として説明を行うものとする。

図１〜４に示すように、本実施例に係る工具の組立装置は、大きく分けてホブアーバ３にホブ５を挿入した上でナット４を締め付けるための締付け部１と、ナット４の締付け時にホブアーバ３を支持するホルダー部２とにより構成されている。

ホルダー部２は、背面のフレーム１０に水平方向に設置された２本のガイドシャフト１１にリニアブッシュ１２を介してホルダー部支持部材１３に取り付けられている。ホルダー部２は、図３中に矢印Ａで示すように前後方向に動作可能に支持されている。また、ホルダー部２は、軸受２９によりホルダー部支持部材１３に対し図３中に矢印Ｂで示すように揺動可能に支持されている。なお、本実施例においては、ホルダー部２は、ナット４の締付け時に多少の自由度を持たせるために前後方向に動作可能とし、揺動可能な構造としているが、フレーム１０に対し固定される構造としてもよい。

ホルダー部２の内部には、ホブアーバ３の下端部３０の形状に対応したテーパ面を有するテーパ部１４が設置されている。テーパ部１４の周面には軸受１５が設置されており、テーパ部１４はホルダー部２に対して回転可能となっている。

ホルダー部２の前部には、ナット４の締付け時にホブアーバ３が回転しないようにロックするためのアーバロック１６が設置されている。このアーバロック１６は、図１中に破線で示すように、ホブアーバ３のフランジ部１７に形成されている溝１８にアーバロック１６の先端が嵌り込むように図３中に矢印Ｃで示すように回動可能に設置されている。なお、図１においてはロック時のアーバロック１６の状態を破線により示している。

なお、本実施例に係る工具の組立装置においては、アーバロック１６を解除してホブアーバ３を回転させて、ホブアーバ３の振れ量の測定も行うこともできる。すなわち、本実施例に係る工具の組立装置は、１つの装置でナット４の締付けと、ホブアーバ３の振れ量の測定の両方を行うことができる。

締付け部１は、背面のフレーム１０に垂直方向に設置された２本のガイドシャフト１９にセットカラー２０を介して締付け部支持部材２１に取り付けられている。締付け部１は、図３中に矢印Ｄで示すように上下方向に動作可能に支持されている。

締付け部１は、締付け部１のフレーム２２内に設置される周面に歯を有する歯車であるウォームホイール２３と、ウォームホイール２３の歯と噛合うようにウォームホイール２３を挟んで設置される１対のウォームギヤ２４と、ウォームギヤ２４を回転させるための第１〜第４のウォームギヤ回転用歯車２５〜２８とにより構成されている。

なお、ウォームホイール２３の側面はウォームギヤ２４と対応する凹面となっており、ウォームホイール２３にウォームギヤ２４が噛合うことにより、ウォームホイール２３はウォームギヤ２４により支持されている。

第１〜第４のウォームギヤ回転用歯車２５〜２８は、締付け部１のフレーム２２の前面に設置されており、第１のウォームギヤ回転用歯車２５及び第４のウォームギヤ回転用歯車２８の回転軸は、ウォームギヤ２４が設置される軸受３３により回転可能に支持されるシャフト３２と同軸に結合されている。

締付け部１の前面にある第１のウォームギヤ回転用歯車２５の回転軸に取り付けられるハンドル３１を回すことで第１のウォームギヤ回転用歯車２５が回転し、第１のウォームギヤ回転用歯車２５の回転に伴い第２ウォームギヤ回転用歯車２６及び第３のウォームギヤ回転用歯車２７が回転して、第４のウォームギヤ回転用歯車２８が回転する。

このように、第１のウォームギヤ回転用歯車２５及び第４のウォームギヤ回転用歯車２８が回転することにより、ウォームギヤ２４が取り付けられたシャフト３２を回転させることができ、１対のウォームギヤ２４に同じ力を伝達して、１対のウォームギヤ２４に適正な回転運動を与えることができるようになっている。

ウォームホイール２３の中心には、ホブアーバ３のナット４に対応した形状のナット嵌合穴３４が形成されている。なお、本実施例においては、ナット４は六角ナットであるため、ナット嵌合穴３４の形状は六角形状の穴となっているが、ナット嵌合穴３４の形状は、ナット４の形状に対応した形状であればよい。

次に、本実施例に係る工具の組立装置の作用について説明する。
図４に示すように、ウォームホイール２３のナット嵌合穴３４にホブアーバ３のナット４が挿入し、ウォームホイール２３を回転させることにより、偶力のみによるナット４の締付けを行う。

ナット４の締付けの際には、締付け部１の前面にあるハンドル３１を回すことでウォームギヤ２４が取り付けられたシャフト３２が図４中に矢印Ｅで示すように回転することによりウォームギヤ２４が回転する。そして、ウォームホイール２３は、回転するウォームギヤ２４により回転させられる。

ここで、左右のウォームギヤ２４によってウォームホイール２３に伝達される力をｆ_１，ｆ_２（図４参照）とすると、ｆ_１≠ｆ_２の時はハンドル３１を回転させてもウォームホイール２３は十分に回転しない。そして、ウォームホイール２３はｆ_１＝ｆ_２となるように図４中に矢印Ｆで示すように前後方向に移動し、ｆ_１＝ｆ_２となる位置でウォームホイール２３の前後方向の動きが停止して、ウォームホイール２３は回転を開始する。

このとき、１対のウォームギヤ２４は、ウォームホイール２３にこのウォームホイール２３を挟む平行な二つの作用線上に働く大きさが同じで方向が反対の二つの平行な力ｆ_１，ｆ_２を作用させている。これにより、本実施例に係る工具の組立装置は、ウォームホイール２３の回転により、ナット４に偶力のみを伝達して締付けを行うことができる。

なお、ナット４にかかる締付けトルクＴ（図４参照）は、下記式（１）で表すことができる。

ここで、Ｌ（図４参照）は、ウォームホイール２３の中心からウォームホイール２３とウォームギヤ２４との接触部までの長さ、すなわちウォームホイール２３のピッチ円半径である。

次に、本実施例に係る工具の組立装置の他の構成例について説明する。
上述した本実施例に係る工具の組立装置における締付け部１の構成の説明においては、ウォームホイール２３と１対のウォームギヤ２４とにより構成する例を示したが、これ以外にも、ウォームホイール２３と２対のウォームギヤ２４，３５とにより構成することもできる。

図５は、第１の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の他の構成例を示した平面図である。
図５に示すように、上述した１対のウォームギヤ２４に加え、さらにウォームホイール２３に噛合うようにもう１対のウォームギヤ３５を設置する。ウォームギヤ３５は、シャフト３２と直交する向きに配置され軸受３９により回転可能に支持されるシャフト３８に設置される。シャフト３２には傘歯車３６を設置し、シャフト３８には傘歯車３６と噛合う傘歯車３７を設置する。

図５に示した構成により、ハンドル３１を回してシャフト３２を回転させると傘歯車３６が回転し、回転した傘歯車３６により傘歯車３７が回転させられるとシャフト３８が回転してウォームギヤ３５が回転する。これにより、２対のウォームギヤ２４，３５によりウォームホイール２３が回転させられる。なお、各ウォームギヤ２４，３５の作用は上述した１対のウォームギヤ２４の作用と同様である。

次に、本発明に係る工具の組立装置に適用したナットについて説明する。
図６は、本発明に係る工具の組立装置に適用したナットの構造を示した図である。
図６に示すように、本発明に係る工具の組立装置に適用したナット４には、ホブアーバ３と隙間なく嵌り合うカラー部４ａが形成されている。これにより、ナット４を締付けた時にナット４の内面４ｂとホブアーバ３の表面とが隙間なく接して、ナット４に偶力のみを作用させることができる。

これにより、本発明に係るナット４は、ホブアーバ３の振れの原因であるナット４の締付け時のナット４のラジアル方向への移動を抑制することができるため、ホブアーバ３のたわみを抑制し、ホブアーバ３の振れを抑制することができる。

次に、本発明に係る工具の組立装置を用いた場合と、実際に加工工場などでナットを締付ける場合を想定して、締付けトルクの管理を一切行わず、作業者がスパナで力一杯締付けを行った場合のホブアーバ３の振れ量を調べて比較を行う。

図７は、本発明に係る工具の組立装置を用いた場合と、実際に加工工場などでナットを締付ける場合を想定して、締付けトルクの管理を一切行わず、作業者がスパナで力一杯締付けを行った場合のホブアーバ３の振れ量を示した図である。なお、図７（ａ）は測定点αの振れ量を示し、図７（ｂ）は測定点βの振れ量を示し、図７（ｃ）は測定点γの振れ量を示している。

また、図７（ａ）〜（ｃ）中において、□印は本発明に係る工具の組立装置を用いて本発明に係るナット４を締め付けた場合の結果、○印は本発明に係る工具の組立装置を用いて従来のナット９０（図１２参照）を締め付けた場合の結果、●印はスパナで従来のナット９０を力一杯締付けた場合の結果を示している。

図７より、スパナで締付けた際にはいずれの測定点においても約３０μｍ以上の大きな振れが発生しており、スパナで締め付けた場合に比べ、本発明に係る工具の組立装置を用いた場合のホブアーバ３の振れの低減効果が歴然であることがわかる。

さらに、本発明に係るナット４を用いた上で本発明に係る工具の組立装置を用いた場合には、従来のナット９０を用いた上で本発明に係る工具の組立装置を用いた場合に比べ、ホブアーバ３の振れの低減効果がより得られるということがわかる。
以上の評価試験の結果から、本発明に係る工具の組立装置は、従来に比べ極めて有効であり、容易に高精度な締付けが可能となることが明らかとなった。

以下、本発明の第２の実施例について説明する。
なお、本実施例に係る工具の組立装置における締付け部の構成がラック＆ピニオンとなっている以外は、第１の実施例に係る工具の組立装置と同様の構成である。

図８は、第２の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の平面図である。
図８に示すように、本実施例に係る工具の組立装置における締付け部１の構成は、第１の実施例におけるウォームギヤ２４をラック４０に替え、第１の実施例におけるウォームホイール２３をピニオン４１に替えたラック＆ピニオンとなっている。

なお、ピニオン４１の側面には凹部が形成されておらず、ウォームホイール２３とは異なりラック４０により支持される構造と成っていないため、ピニオン４１の下部にピニオン４１を支持する受け台（図示省略）をフレーム１０に固定して設置し、この受け台によりピニオン４１を支持している。

ラック４０はフレーム１０に前後方向に動作可能に取り付けられている。ラック４０の一方の端部には油圧シリンダ４２が取り付けられており、油圧シリンダ４２のピストン４３がラック４０の端部と接続されている。そして、油圧によりピストン４３が押されるとラック４０が動き、図８中に矢印ｆ_１，ｆ_２で示す力がピニオン４１に伝達され、図８中に矢印Ｔで示す締付けトルクでナット４の締付けを行うことができる。

本実施例に係る工具の組立装置は、第１の実施例に係る工具の組立装置における第１〜第４のウォームギヤ回転用歯車２５〜２８を省略することができ、第１の実施例に係る工具の組立装置と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の第３の実施例について説明する。
なお、本実施例に係る工具の組立装置における締付け部の構成が遊星歯車機構となっている以外は、第１の実施例に係る工具の組立装置と同様の構成である。

図９は、第３の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の断面図、図１０は、図９においてａ−ａで示す断面における断面図である。
図９，１０に示すように、本実施例に係る工具の組立装置における締付け部１は、遊星歯車機構を収容する箱状の遊星歯車機構フレーム５０の内部に収容された第１の太陽ギヤ５１と、第２の太陽ギヤ５２と、遊星歯車５３とにより構成されている。

第１の太陽歯車５１は遊星歯車機構フレーム５０内の中央に配置されている。遊星歯車５３は第１の太陽歯車５１を挟んで２つ配置され、第１の太陽歯車５１と噛合うように設置されている。遊星歯車５３は遊星歯車機構フレーム５０を上下に貫通するように設置された遊星歯車支持軸５４に回転可能に支持されている。

第２の太陽歯車５２は第１の太陽歯車５１の上方に配置され遊星歯車５３と噛合うように設置されている。第２の太陽歯車５２の上部には軸部５２aが一体に形成されている。第２の太陽歯車５２の軸部５２aの上端には第２の太陽歯車５２を回転させるためのハンドル５５が取り付けられている。ハンドル５５の中央部には四角形の穴が形成されており、第２の太陽歯車５２の軸部５２aの上端はハンドル５５の四角形の穴５５aと契合する形状となっている。

遊星歯車機構フレーム５０は締付け部支持部材２１を介してガイドシャフト１９に上下動可能に支持されている。遊星歯車機構フレーム５０の下面には、ホブアーバ３及びナット４が挿入できる程度の穴５０aが形成されている。第１の太陽歯車５１には、ナット４が嵌合するナット嵌合穴３４が形成されている。

次に、本実施例に係る工具の組立装置の作用について説明する。
ハンドル５５により第２の太陽歯車５２を回転させると、遊星歯車５３が回転する。遊星歯車５３が回転すると第１の太陽歯車５１が回転する。そして、図１０中に矢印ｆ_１，ｆ_２で示す力が第１の太陽歯車５１に伝達されることにより、図１０中に矢印Ｔで示す締付けトルクでナット４の締付けを行うことができる。

次に、本実施例に係る工具の組立装置の遊星歯車機構の他の構成例について説明する。
図１１は、第３の実施例に係る工具の組立装置における締付け部の遊星歯車の他の構成例を示した平面図である。

図１１（ａ）に示すように、遊星歯車５３を第１の太陽歯車５１を中心として均等な間隔で３個配置する構成とすることもできる。また、図１１（ｂ）に示すように、遊星歯車５３を第１の太陽歯車５１を中心として均等な間隔で４個配置する構成とすることもできる。なお、さらに多くの遊星歯車５３を配置する構成とすることもできる。

以上説明したように、工具の組立方法においては、切削工具であるホブ５と、ホブ５を固定するための主軸であるホブアーバ３と、ホブ５をホブアーバ３に固定するナット４とを備える工具の組立時にナット４を締付ける際に、このナット４に偶力のみを作用させて締め付けることにより、ホブアーバ３の振れの原因であるナット４の締付け時のナット４のラジアル方向への移動を抑制することにより、ホブアーバ３のたわみを抑制し、ホブアーバ３の振れを抑制することができる。

また、本発明に係る工具の組立装置は、切削工具であるホブ５と、ホブ５を固定するための主軸であるホブアーバ３と、ホブ５をホブアーバ３に固定するナット４とを備える工具の組立装置において、ナット４に偶力のみを作用させて締め付けるウォームホイール２３及びウォームギヤ２４等からなる締付け手段を備えることにより、ホブアーバ３の振れの原因であるナット４の締付け時のナット４のラジアル方向への移動を抑制することにより、ホブアーバ３のたわみを抑制し、ホブアーバ３の振れを抑制することができる。

したがって、本発明によれば、容易にホブアーバの振れを低減することができる工具の組立方法及び工具の組立装置を提供することができる。

本発明は、例えば、ホブにホブアーバを挿入した上でナットを締付ける工具の組立方法及び工具の組立装置に利用することが可能である。

１締付け部
２ホルダー部
３ホブアーバ
４ナット
５ホブ
１０フレーム
１１ガイドシャフト
１２リニアブッシュ
１３ホルダー部支持部材
１４テーパ部
１５軸受
１６アーバロック
１７フランジ部
１８フランジ部の溝
１９ガイドシャフト
２０セットカラー
２１締付け部支持部材
２２締付け部のフレーム
２３ウォームホイール
２４，３５ウォームギヤ
２５〜２８第１〜第４のウォームギヤ回転用歯車
２９軸受
３０ホブアーバの下端部
３１ハンドル
３２，３８シャフト
３３，３９軸受
３６，３７傘歯車
３４ナット嵌合穴
４０ラック
４１ピニオン
４２油圧シリンダ
４３ピストン
５０遊星歯車機構フレーム
５１第１の太陽歯車
５２第２の太陽歯車
５３遊星歯車
５４遊星歯車支持軸
５５ハンドル
９０従来のナット

Claims

切削工具であるホブと、前記ホブを固定するための主軸であるホブアーバと、前記ホブを前記ホブアーバに固定するナットとを備える工具を組立てる工具の組立装置において、
前記ナットに偶力のみを作用させて締め付ける締付け手段を備え、
前記締付け手段は、周面に歯を有する歯車であるウォームホイールと、前記ウォームホイールの歯と噛合うように該ウォームホイールを挟んで設置される少なくとも１対のウォームギヤとを有する
ことを特徴とする工具の組立装置。
前記ウォームギヤは、前記ウォームホイールに該ウォームホイールを挟む平行な二つの作用線上に働く大きさが同じで方向が反対の二つの平行な力を作用させる
ことを特徴とする請求項１に記載の工具の組立装置。
前記ホブアーバを回転可能に支持するホルダー部に前記ホブアーバに契合し前記ホブアーバが回転しないように固定する固定手段を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の工具の組立装置。