JP5729543B2

JP5729543B2 - 歯車駆動装置

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Publication number: JP5729543B2
Application number: JP2011013898A
Authority: JP
Inventors: 秋月　啓作; 啓作秋月; 藤井　浩; 浩藤井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP2012154416A

Description

本発明は、工作機械の歯車伝達装置のバックラッシを調整するバックラッシ調整装置を用いた歯車駆動装置に関する。

従来、複合工作機の進歩により、ワークを載置又は固定する回転テーブル、あるいは工具が取付けられる工具主軸において回転の他に、割出機能を有するものが増加している。かかる工作機では割出精度が要求される。しかし、割出は駆動軸から、複数の歯車を介して回転テーブル軸や工具主軸に伝達されるので、歯車によるバックラッシのため、割出精度が低下する。

そこで、バックラッシを少なくするために、引用文献１の図３においては、図４に示すようなバックラッシ調整装置８１を用いている。このバックラッシ調整装置は、ターニングテーブル２駆動用であり、駆動用の駆動はすば歯車９１を駆動軸９０に設け、この駆動はすば歯車にかみ合う第１のはすば歯車９２と、この第１のはすば歯車と同軸に第１のはすば歯車とは、はすば方向が逆方向（逆方向ねじれ）の第２のはすば歯車９４を設けて第１の中間軸８５とする。

さらに、第１のはすば歯車９２とは別に、駆動はすば歯車９１と、かみ合う第３のはすば歯車９５と、この第３のはすば歯車と同軸に第３のはすば歯車とは、はすば方向が逆方向の第４のはすば歯車９７を設けて第２中間軸８６とする。そして、第２、第４のはすば歯車９４、９７をテーブル回転軸６ｃの従動はすば歯車１８に同時にかみ合うようにされている。さらに、第１又は第２中間軸８５、８６の少なくとも一方を軸方向に移動させることにより、従動はすば歯車１８と駆動はすば歯車９１間のバックラッシを調整している。

また、特許文献２の図１のものは、図５に示すように、駆動歯車９１とかみ合う歯車をはすば歯車でなく平歯車とし、駆動軸９０を軸方向移動させることにより、割出と高速回転とを切り替えることができるようにされている。図５は高速回転時を示す。なお、特許文献１と同様な構成には同符号を付し説明を省略する。割出は駆動軸を下方（矢印）に移動させ、駆動平歯車９１に、第１の平歯車９２と第３の平歯車９５をかみ合わせる。同時にクラッチ１０５を働かせウォームギヤ１０２と駆動軸９０を接続する。図示しない割出用モータでウォームギヤを駆動し、バックラッシを防止しながら割出を行う。高速回転は、図５に示すように、駆動軸９０を上昇させ、バックラッシ調整機能を解除した状態で高速用駆動モータ１０３で高速回転をおこなう。なお、バックラッシ調整機構又は方法については特に開示はされていない。

しかし、かかる従来のものでは、移動する第２又は第４はすば歯車９４、９７と従動はすば歯車１８とが軸方向に互いに移動し、歯幅方向で歯面同士が接触する部分と接触しない部分が生じるので、偏磨耗や、振動が生じるおそれがある。また、従動歯車は一般には大きいので、微調整や精度が要求される。

一方、特許文献３の図４のターニングテーブル２では、図６に示すように、第１及び第２中間軸８５、８６を移動させずに、駆動軸８７を移動させるようにしている。特許文献３のバックラッシ調整装置８１は、駆動軸８７にねじれ方向が逆の駆動はすば歯車９１、９３を一組設けて、図でみて、下側の駆動はすば歯車９１にかみ合う第１のはすば歯車９２と、この第１のはすば歯車と同軸に第１のはすば歯車とは、はすば方向が逆方向（逆ねじれ）の第２のはすば歯車９４を設けて第１の中間軸８５とする。

さらに、第１のはすば歯車９２とは別に、図でみて、上側の駆動はすば歯車９３とかみ合う第３のはすば歯車９５と、この第３のはすば歯車と同軸に第３のはすば歯車とは、はすば方向が同方向の第４のはすば歯車９７を設けて第２中間軸８６とする。そして、第２、第４のはすば歯車９４、９７がテーブル回転軸の従動はすば歯車１８に同時にかみ合うようにされている。駆動軸８７には駆動歯車９８が設けられ、駆動モータ８出力軸９０の歯車９９にかみ合うようにされている。駆動軸８７を軸方向に移動させることにより、従動はすば歯車１８と駆動歯車９８間のバックラッシを調整している。

特開２００８−１０６８９４号公報特開２００１−２４６５３３号公報特開平８−１９７３６６号公報

しかし、特許文献３のものでは、従動はすば歯車１８での歯面の軸方向移動は無いが、駆動モータ８と駆動軸８７とを歯車９９、９８で接続するので、駆動モータ８と駆動軸８７間のバックラッシが生じる。このため、駆動モータの回転方向を逆転した場合はバックラッシが発生し、割出精度が低下してしまうという問題があった。また、駆動軸８７と駆動モータ軸９０とを一体にしたとしても構造が複雑になるという問題があった。また、歯車の軸方向の段数が４段と多く、軸方向高さが高くなるという問題があった。かかる問題点に鑑みて、本発明の課題は従動はすば歯車にかみ合う歯車の軸方向移動を避け、かつ、駆動モータを逆転してもバックラッシのない、軸方向の段数が少なく、構造が簡単で小型のバックラッシ調整装置を用いた歯車駆動装置を提供することである。

本発明においては、工作機の回転軸の歯車駆動装置において、割出用モータの出力軸に設けられた駆動はすば歯車と、前記駆動はすば歯車の一方でかみ合う第１のはすば歯車と、この第１のはすば歯車と同軸に前記第１のはすば歯車と逆ねじれの第２のはすば歯車が設けられた第１の中間軸と、前記第２のはすば歯車とかみ合う第１の中間はすば歯車と、前記第１の中間はすば歯車とかみ合う第２の中間はすば歯車と、前記駆動はすば歯車の他方でかみ合う第３のはすば歯車と、この第３のはすば歯車と同軸に前記第３のはすば歯車と逆ねじれの第４のはすば歯車が設けられた第２の中間軸と、を有し、前記第２の中間はすば歯車及び前記第４のはすば歯車が前記回転軸に設けられた従動はすば歯車に同時にかみ合うようにされ、さらに、前記第１の中間軸を軸方向に移動させることにより、前記駆動はすば歯車と前記従動はすば歯車間のバックラッシを調整可能としたバックラッシ調整装置であって、前記第１の中間はすば歯車に高速回転用モータ軸を接続し、前記駆動はすば歯車に割出用モータ軸を接続し、前記高速回転用モータと前記割出用モータは互いに対向させて配置しており、前記駆動はすば歯車の前記出力軸と前記割出用モータ軸とを接続又は遮断可能なクラッチ機構を設けている前記バックラッシ調整装置を用いた歯車駆動装置を提供することにより前述した課題を解決した。これにより、割出時は、クラッチを接続し、割出用モータでバックラッシを調整しながら割出を行い、高速回転用モータはつれ回り回転する。高速回転時はクラッチを外し、割出用モータの抵抗をなくし、高速回転用モータで従動はすば歯車を高速回転できる。

即ち、駆動はすば歯車と従動はすば歯車とのバックラッシを調整する軸方向移動する中間軸を駆動はすば歯車とかみ合う第１の中間軸とし、第１の中間軸と従動はすば歯車の間に第１の中間はすば歯車及び第２の中間はすば歯車を設けた。これにより、第１の中間軸が軸方向移動しても従動はすば歯車と移動する第２のはすば歯車とは接触しないので、磨耗や余分な偏荷重を発生することが少ない。第４のはすば歯車は軸方向の移動はない。第２の中間はすば歯車は、駆動歯車と従動はすば歯車間の歯車数を整合させるためのものである。また、軸方向の歯車の段数を２段にできる。また、従動はすば歯車と第１の中間はすば歯車との間に設けた第２の中間はすば歯車は、歯車数を整合させるためのものなので、第１の中間はすば歯車の歯数には特に制限はない。従って、適宜な歯数を選択でき、さらに、別モータ等を介在させることができる。

本発明においては、軸方向に移動する第１の中間軸と回転軸の従動はすば歯車との間に軸方向移動のない第１の中間はすば歯車及び第４の中間はすば歯車を設けた。これにより、第１の中間軸が軸方向移動しても従動はすば歯車と軸方向移動する第２のはすば歯車とは直接かみ合うことがないので、磨耗や余分な偏荷重を発生することが少なく、駆動軸と軸方向移動軸を分離して、構造が簡単なものとなった。また、すべてはすば歯車なのでかみ合いがスムースで高い割出精度を得られるものとなった。また、軸方向の歯車の段数を２段とできるので、高さを低く小型とすることができる。

また、第１の中間はすば歯車に高速回転用モータ軸を接続し、駆動はすば歯車に割出用モータ軸を接続し、互いに対向させて配置したので、歯車装置全体が小型化できるものとなった。これにより、ワークを載置するワークテーブルに限らず、主軸等にも適用でき、一般の工作機とはじめとし、複合工作機にも有用なものとなった。

本発明の実施の形態を示す歯車機構の模式斜視図である。本発明の実施の形態を示す歯車駆動装置の平面概略断面図である。図２のＡ−Ａ線断面図である。従来のはすば歯車機構の模式斜視図である。従来のはすば、平歯車機構の模式斜視図である。従来のはすば歯車機構の模式斜視図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１乃至図３に示すように、本発明の歯車駆動装置３の一部を構成するバックラッシ調整装置１は、図示しない工具が先端に取付けられる主軸２の割出及び高速回転に使用したものである。主軸には従動はすば歯車１８が設けられており、従動はすば歯車の回転により回転する。主軸２は主軸台３１に取付けられ、コラム３２に沿って、図２で見て紙面前後方向、図３で見て上下方向に移動可能にされている。

主軸台３１側面に本発明の歯車駆動装置３が設けられている。歯車駆動装置３はバックラッシ調整装置１を含む歯車装置と、歯車装置を挟んで下側に割出用モータ８、上側に高速回転用モータ６０が設けられている。割出用モータ８は回転割出精度が高いサーボモータが用いられ、遊星減速機を介して減速され、さらにクラッチ９を介して出力軸１０に接続されている。なお、図３では、クラッチ９はシリンダで駆動されるロッドの上下によりサーボモータ出力軸と歯車とを接続又は遮断するようされ、出力軸と駆動はすば歯車とが一体にされた例を示している。このように種々に形態が可能である。

出力軸１０には左ねじれの駆動はすば歯車１１が設けられ（図３では一体の場合を示す）、バックラッシ調整装置１に接続されている。図の左側に示すように、左ねじれの駆動はすば歯車１１の一方と右ねじれの第１のはすば歯車１２とがかみ合うようにされている。この第１のはすば歯車１２は第１の中間軸２１の下方側に設けられている。第１の中間軸の上方側に右ねじれの第１のはすば歯車とは逆ねじれの左ねじれの第２のはすば歯車１３が設けられている。さらに、左ねじれの第２のはすば歯車とかみ合う右ねじれの第１の中間はすば歯車１４と、この右ねじれの第１の中間はすば歯車とかみ合う左ねじれの第２の中間はすば歯車１５が順次設けられている。この第２の中間はすば歯車１５は、主軸２の右ねじれの従動はすば歯車１８にかみ合うようにされている。

一方、図で見て右側の左ねじれの駆動はすば歯車１１の他方でかみ合う右ねじれの第３のはすば歯車１６と、この第３のはすば歯車と同軸に右ねじれの第３のはすば歯車と逆ねじれの左ねじれの第４のはすば歯車１７が設けられた第２の中間軸２２とが設けられている。左ねじれの第４のはすば歯車１７はさらに、右ねじれの従動はすば歯車１８にかみ合うようにされている。第２の中間軸２２は軸方向には移動しない。

即ち、第２の中間はすば歯車１５及び第４のはすば歯車１７が主軸（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されている。さらに、図１，３に示すように、第１の中間軸２１には油圧シリンダ２４が設けられ第１の中間軸２１を軸方向に移動可能にされている。例えば、第１の中間軸を図１で見て矢印方向（下方向）へシフトすると第１の中間はすば歯車１４は右回転方向に力を受ける。同時に駆動はすば歯車１１は左回転方向に力を受け、従動はすば歯車１８の歯面を互いに反対側に押すようにしてバックラッシを無くすあるいは少なくすることができる。

これにより、サーボモータ８による主軸２のバックラッシなしの高精度の割出を行うことができる。さらに、バックラッシ調整のために軸方向へ移動する第１の中間軸２１は、サーボモータ８及びクラッチ９が接続される駆動はすば歯車１１とは別に設けられているので、構造が簡単である。なお、図において、第１の中間はすば歯車１４と第４のはすば歯車１７とはかみ合っていない。

一方、図３に示すように、歯車駆動装置３の上側に、出力軸６０ｃを下側に向けて高速回転用モータ６０が設けられており、出力軸６０ｃは第１の中間はすば歯車１４の中心穴１４ａに嵌合され、高速回転用モータの出力軸と第１の中間はすば歯車１４とが接続されている。第１の中間はすば歯車１４は、油圧シリンダ２４で作動する中間軸２１とは別に設けられているので、構造が簡単である。なお、第４のはすば歯車１４の歯数は、第２のはすば歯車１３及び第２の中間はすば歯車１５の歯数より多く、従動はすば歯車１８の歯数より小さくされる。また、第２の中間はすば歯車１５と第４のはすば歯車１７とは同一諸元にされている。

また、高速回転用モータ６０の出力軸６０ｃ線を中心にして周囲に割出用モータの出力軸１０、第１の中間軸２１（第２のはすば歯車１３、第１のはすば歯車１２）、第２の中間軸２２（第４のはすば歯車１７、第３のはすば歯車１６）、第２の中間はすば歯車１５の軸を配したので、歯車駆動装置の面方向が小型となる。また、第４のはすば歯車１７と第２の中間はすば歯車１５を挟んで、高速回転用モータの出力軸６０ｃ（第１の中間はすば歯車１４）と従動はすば歯車軸１８（主軸２）、即ち出力軸と主軸とを配置したので、主軸台も小型にできる。さらに、高速回転用モータと割出用モータを対向させて配置しており、歯車の段数も２段としているので、軸方向高さを少なくし、コンパクトなものとなった。

かかる歯車駆動装置によれば、割出動作の場合は、クラッチ９を接続し、バックラッシ調整装置１によるバックラッシのないサーボモータ８による主軸２の割出が精度よく行われる。この場合、高速用モータ(スピンドルモータ)６０はつれまわり回転されるが、割出時の回転数（回転速度）は小さいのでトルク損失や振動も少ない。なお、高速用モータ６０と第１の中間はすば歯車１４間をクラッチを介して断続できるようにしてもよい。

一方、高速回転動作においては、クラッチ９を解放し、バックラッシ調整装置１の油圧シリンダ２４を逆方向に作用させ、第１の中間軸２１を上方向へ移動させ、バックラッシを与える。この状態でスピンドルモータ６０を回転させ、主軸２を回転させる。歯車装置３は連れ回り回転されるが主軸の高速回転数は３０００ｒｐｍ程度であり、振動やトルク損失の影響も少ない。さらに、バックラッシを与えるので、バックラッシ調整のための摩擦力は減じており、また、サーボモータとは切り離されているので、スムースな回転が可能である。

割出及び高速回転共に、主軸２の従動はすば歯車１８とかみあう第２の中間はすば歯車１５及び第４のはすば歯車１７とは、軸方向の噛み違いもなく、歯面全体で均一回転されるので、スムースな割出・回転が確保される。なお、主軸構造及び主軸台側構造については、従来と同様でもよく、また、本願発明とは直接の関係はないので説明を省略したが、回転テーブルや工具主軸等種々のものに適用できることはいうまでもない。

１バックラッシ調整装置
２回転軸（主軸）
３歯車駆動装置
８割出用モータ
９クラッチ機構
１０割出用モータの出力軸
１１駆動はすば歯車
１２第１のはすば歯車
１３第２のはすば歯車
１４第１の中間はすば歯車
１５第２の中間はすば歯車
１６第３のはすば歯車
１７第４のはすば歯車
１８従動はすば歯車
２１第１の中間軸
２２第２の中間軸
６０高速用モータ
６０ｃ高速用モータ出力軸

Claims

工作機の回転軸の歯車駆動装置において、割出用モータの出力軸に設けられた駆動はすば歯車と、前記駆動はすば歯車の一方でかみ合う第１のはすば歯車と、前記第１のはすば歯車と同軸に前記第１のはすば歯車と逆ねじれの第２のはすば歯車が設けられた第１の中間軸と、前記第２のはすば歯車とかみ合う第１の中間はすば歯車と、前記第１の中間はすば歯車とかみ合う第２の中間はすば歯車と、前記駆動はすば歯車の他方でかみ合う第３のはすば歯車と、この第３のはすば歯車と同軸に前記第３のはすば歯車と逆ねじれの第４のはすば歯車が設けられた第２の中間軸と、を有し、前記第２の中間はすば歯車及び前記第４のはすば歯車が前記回転軸に設けられた従動はすば歯車に同時にかみ合うようにされ、さらに、前記第１の中間軸を軸方向に移動させることにより、前記駆動はすば歯車と前記従動はすば歯車間のバックラッシを調整可能としたバックラッシ調整装置であって、前記第１の中間はすば歯車に高速回転用モータ軸を接続し、前記駆動はすば歯車に前記割出用モータ軸を接続し、前記高速回転用モータと前記割出用モータは互いに対向させて配置しており、前記駆動はすば歯車の前記出力軸と前記割出用モータ軸とを接続又は遮断可能なクラッチ機構を設けている前記バックラッシ調整装置を用いたことを特徴とする歯車駆動装置。