JP6175298B2 - バランスウエイト装置 - Google Patents

Description

本発明は、減速装置及びバランスウエイト装置に関するものである。

研削盤や旋盤等のように工具もしくは加工対象物を回転させた状態で回転を行う工作機械においては、回転時にアンバランスが発生すると加工精度に大きな影響を及ぼす恐れがある。このため、この種の工作機械には、バランスウエイト装置が付設されている場合が多い。バランスウエイト装置は、工作機械の主軸を中心として回転可能に配設されたバランスウエイトと、回転アクチュエータである電動モータとの間に減速機構を備えて構成されたものが一般的である。減速機構は、例えば遊星歯車機構によって構成されており、電動モータの回転を減速してバランスウエイトに伝達するものである。この種のバランスウエイト装置では、電動モータの駆動により減速機構を介してバランスウエイトの位置を変化させ、回転時のアンバランスを打ち消すようにしている。

しかしながら、電動モータ及び減速機構を電動モータの駆動軸に沿って配置した場合には、駆動軸の軸心方向に沿った寸法が大きくなる。このため従来では、電動モータの外周部に減速機構を構成し、上述の問題を解決するようにしたものも提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２２４０１６号公報

ところで、電動モータの外周部に減速機構を構成した場合には、減速機構のサンギヤに対して駆動軸の回転を直接伝達することが困難であるため、これらの間に別途動力伝達機構が必要となる。上述した特許文献１に記載のものでは、駆動軸に固着した出力ギヤと減速機構のサンギヤとの間に、出力ギヤに歯合する第１ギヤと、サンギヤに歯合する第２ギヤとを備えた二段ギヤを付設し、この二段ギヤを介して出力ギヤの回転をサンギヤに伝達するようにしている。

しかしながら、出力ギヤの回転をサンギヤに伝達する二段ギヤは、出力ギヤと同一の軸線上に配置することができない。このため、二段ギヤを備えた減速装置にあっては、駆動軸に対して質量がアンバランスの状態とならざるを得ない。この結果、この減速装置を工作機械の主軸に設けた場合には、主軸が回転した際に二段ギヤに作用する遠心力によって出力ギヤやサンギヤとの噛み合い状態が大きく変化することになり、例えば主軸が高速で回転すると、第１ギヤと出力ギヤとの噛み合いが解除される等、動力の伝達効率に影響を及ぼす恐れがある。

本発明は、上記実情に鑑みて、回転アクチュエータの駆動軸を中心に回転した場合にも動力の伝達効率に影響を及ぼすことなく駆動軸の軸心方向に沿った寸法の短縮化を図ることのできる減速装置及びバランスウエイト装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るバランスウエイト装置は、円筒状を成すメインハウジングを介して工作機械の主軸に付設され、前記メインハウジングに対するバランスウエイトの位置を変更することにより、前記主軸の回転時のアンバランスを抑えるように機能するバランスウエイト装置であって、本体を介して前記メインハウジングに取り付けられた回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータの駆動軸を中心として前記回転アクチュエータの外周部に構成し、出力となるアウタギヤの偏心した位置に前記バランスウエイトが取り付けられた後段用遊星歯車機構と、前記駆動軸を中心として前記回転アクチュエータの外周部に構成し、入力となる前段サンギヤが回転した場合にその回転を減速して前記後段用遊星歯車機構に伝達する前段用遊星歯車機構と、を備え、前記駆動軸の回転を前記前段用遊星歯車機構の前段サンギヤに入力し、前記後段用遊星歯車機構のアウタギヤを回転させることにより、前記メインハウジングに対する前記バランスウエイトの位置を変更することを特徴とする。

また、本発明は、上述したバランスウエイト装置において、前記前段用遊星歯車機構は、前記駆動軸に取り付けた歯車を前記前段サンギヤとして構成したものであり、プラネタリキャリヤの回転を前記後段用遊星歯車機構に伝達するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したバランスウエイト装置において、前記前段用遊星歯車機構は、前記駆動軸に取り付けた歯車を前記前段サンギヤとして構成したものであり、アウタギヤの回転を前記後段用遊星歯車機構に伝達するように構成したことを特徴とする。

また、本発明は、上述したバランスウエイト装置において、前記後段用遊星歯車機構は、後段サンギヤと互いに歯数の異なる２つのアウタギヤとを備えた不思議歯車機構として構成し、前記前段用遊星歯車機構の回転が前記後段サンギヤに入力され、かつ出力となる一方のアウタギヤに前記バランスウエイトが取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、出力ギヤと後段用遊星歯車機構の後段サンギヤとの間に、駆動軸を中心として回転アクチュエータの外周部に前段用遊星歯車機構を設け、前段用遊星歯車機構の前段サンギヤが回転した場合にその回転を減速して後段用遊星歯車機構に伝達するように構成しているため、駆動軸の軸心方向に沿った寸法の短縮化を図ることができる。しかも、駆動軸に対して質量がアンバランスの状態となることはなく、駆動軸を中心に回転した場合にも動力の伝達効率に影響を及ぼす恐れがない。

図１は、本発明の実施の形態１である減速装置を適用したバランスウエイト装置の断面側面図である。 図２は、図１に示したバランスウエイト装置の分解断面側面図である。 図３は、図１に示したバランスウエイト装置の外観を示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態２である減速装置を適用したバランスウエイト装置の断面側面図である。 図５は、図４に示したバランスウエイト装置の分解断面側面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る減速装置及びバランスウエイト装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１である減速装置を適用したバランスウエイト装置を示したものである。ここで例示するバランスウエイト装置は、図には明示していないが、研削盤や旋盤等のように工具もしくは加工対象物を回転させた状態で加工を行う工作機械の主軸に付設され、回転時のアンバランスを抑えるように機能するもので、回転アクチュエータである電動モータ１を備えている。電動モータ１は、円柱状を成すモータ本体２の一端面中心部から駆動軸３が突出したもので、モータ本体２を介してモータケーシング４に取り付けてある。モータケーシング４は、駆動軸３を外部に突出させた状態でモータ本体２の周囲を覆うように構成した円筒状を成すもので、基端部を介してメインハウジング１０に取り付けてある。メインハウジング１０は、モータケーシング４の周囲を覆うように構成した円筒状を成すもので、互いの基端部間に設けた円板状部分１１を介してモータケーシング４と接続している。このメインハウジング１０の内部においてモータケーシング４の外周部となる位置には遊星歯車機構（前段用遊星歯車機構）２０及び不思議歯車機構（後段用遊星歯車機構）３０が配設してある。

遊星歯車機構２０では、サンギヤ（前段サンギヤ）２１が電動モータ１の駆動軸３に取り付けてあるとともに、アウタギヤ２２がバランスウエイト装置のメインハウジング１０に取り付けてある。複数のプラネタリギヤ２３を支持するプラネタリキャリヤ２４には、その中心部にサンギヤ支持部２４ａが設けてある。サンギヤ支持部２４ａは、モータケーシング４の外周部を覆うように形成した円筒状部分であり、ベアリングｂ１を介してメインハウジング１０のキャリヤ支持部１２に回転可能に支持させてある。キャリヤ支持部１２は、メインハウジング１０の内周面から突出した円板状部分であり、その中心孔１２ａにベアリングｂ１を介してサンギヤ支持部２４ａを支持している。

不思議歯車機構３０は、サンギヤ（後段サンギヤ）３１と、第１アウタギヤ３２と、第２アウタギヤ３３と、プラネタリキャリヤ３５に支持された複数のプラネタリギヤ３４とを備えて構成したものである。サンギヤ３１は、不思議歯車機構３０の中心部に位置する歯車であり、遊星歯車機構２０のプラネタリキャリヤ２４に設けたサンギヤ支持部２４ａの外周部に設けてある。

第１アウタギヤ３２及び第２アウタギヤ３３は、それぞれの内周面に歯を有した円環状を成し、個々の歯がプラネタリギヤ３４に歯合するものである。図には明示していないが、第１アウタギヤ３２及び第２アウタギヤ３３は、互いに歯数が異なるように構成してある。第１アウタギヤ３２は、遊星歯車機構２０のアウタギヤ２２と同一の形状及び同一の大きさを有した部材であり、メインハウジング１０に取り付けてある。第２アウタギヤ３３は、内周面に歯を有した円環状を成すギヤ本体３３１と、ギヤ本体３３１に取り付けた出力軸３３２とを備えて構成したものである。出力軸３３２は、フランジ部３３２ａ及び支持軸本体３３２ｂを互いに同一軸心上となるように一体に成形したもので、フランジ部３３２ａを介してギヤ本体３３１の先端部内周面に取り付けてある。出力軸３３２の支持軸本体３３２ｂは、その内周面とモータケーシング４との間に介在させたベアリングｂ２により、モータケーシング４に対して回転可能に支持させてある。

この出力軸３３２には、支持軸本体３３２ｂに対して偏心した位置にバランスウエイト４０が取り付けてある。バランスウエイト４０は、図３に示すように、支持軸本体３３２ｂの外周面から径外方向に向けて突出した略半円の板状を成すもので、半円の軸心を出力軸３３２の軸心に合致させ、かつ出力軸３３２と一体に回転するように設けてある。

上記のように構成したバランスウエイト装置では、電動モータ１が駆動し、駆動軸３の回転によって遊星歯車機構２０のサンギヤ２１が回転すると、アウタギヤ２２がバランスウエイト装置のメインハウジング１０に取り付けられているため、プラネタリギヤ２３が自転しながらサンギヤ２１の軸心回りに公転することになり、プラネタリギヤ２３を支持するプラネタリキャリヤ２４が駆動軸３の軸心回りに回転することになる。

プラネタリキャリヤ２４の回転によって不思議歯車機構３０のサンギヤ３１が回転すると、第１アウタギヤ３２がバランスウエイト装置のメインハウジング１０に取り付けられているため、プラネタリギヤ３４が自転しながらサンギヤ３１の軸心回りに公転することになり、プラネタリギヤ３４に歯合する第２アウタギヤ３３が駆動軸３の軸心回りに回転する。

つまり、電動モータ１を駆動すると、駆動軸３の回転が遊星歯車機構２０及び不思議歯車機構３０によって高い減速比で減速され、第２アウタギヤ３３から出力されることになる。従って、電動モータ１の回転によってバランスウエイト４０の位置が高い精度で変更されることになり、主軸（図示せず）の回転時に発生するアンバランスを効果的に抑えることが可能となる。

しかも、駆動軸３を中心として電動モータ１の外周部に遊星歯車機構２０及び不思議歯車機構３０を設け、遊星歯車機構２０のサンギヤ２１が回転した場合にその回転を減速して不思議歯車機構３０に伝達するように構成しているため、駆動軸３の軸心方向に沿った寸法の短縮化を図ることができる。さらに、電動モータ１の外周部に構成した遊星歯車機構２０については、駆動軸３に対して質量がアンバランスの状態となることがない。これにより、バランスウエイト装置が駆動軸３の軸心を中心に回転した場合にも、遊星歯車機構２０を構成するサンギヤ２１、プラネタリギヤ２３、アウタギヤ２２それぞれの噛み合い状態が遠心力によっては大きく変化することはなく、動力の伝達効率に影響を及ぼす恐れもない。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、前段となる遊星歯車機構２０としてプラネタリキャリヤ２４を出力とするものを例示しているが、アウタギヤ２２を出力とするように構成することも可能である。図４及び図５は、遊星歯車機構のアウタギヤを出力として構成した減速装置を適用するバランスウエイト装置を示すものである。すなわち、実施の形態２で例示するバランスウエイト装置の遊星歯車機構（前段遊星歯車機構）１２０では、サンギヤ（前段サンギヤ）１２１が電動モータ１の駆動軸３に取り付けてあるとともに、複数のプラネタリギヤ１２３を支持するプラネタリキャリヤ１２４がバランスウエイト装置のメインハウジング１０に取り付けてある。

遊星歯車機構１２０のアウタギヤ１２２は、内周面に歯を有した円環状を成すギヤ本体１２２１と、ギヤ本体１２２１に取り付けた円筒状を成す出力軸筒１２２２とを備えて構成したものである。出力軸筒１２２２は、フランジ部１２２２ａ及び支持軸本体１２２２ｂを互いに同一軸心上となるように一体に成形したもので、フランジ部１２２２ａを介してギヤ本体１２２１の先端部内周面に取り付けてある。出力軸筒１２２２の支持軸本体１２２２ｂは、ベアリングｂ３を介してメインハウジング１０のキャリヤ支持部１２に回転可能に支持させてある。この出力軸筒１２２２の支持軸本体１２２２ｂには、その外周部に後段となる不思議歯車機構（後段用遊星歯車機構）３０のサンギヤ（後段サンギヤ）３１が取り付けてある。

尚、後段となる不思議歯車機構３０を含め、その他の構成については実施の形態１と同様であるため、実施の形態１と同一の符号を付してそれぞれの詳細説明を省略する。

上記のように構成したバランスウエイト装置では、電動モータ１が駆動し、駆動軸３の回転によってサンギヤ１２１が回転すると、プラネタリキャリヤ１２４がバランスウエイト装置のメインハウジング１０に取り付けられているため、プラネタリギヤ１２３が公転することなく自転することになり、プラネタリギヤ１２３に歯合するアウタギヤ１２２が駆動軸３の軸心回りに回転することになる。

アウタギヤ１２２の回転によって不思議歯車機構３０のサンギヤ３１が回転すると、第１アウタギヤ３２がメインハウジング１０を介してバランスウエイト装置のメインハウジング１０に取り付けられているため、プラネタリギヤ３４が自転しながらサンギヤ３１の軸心回りに公転することになり、プラネタリギヤ３４に歯合する第２アウタギヤ３３が駆動軸３の軸心回りに回転する。つまり、電動モータ１を駆動すると、駆動軸３の回転が遊星歯車機構１２０及び不思議歯車機構３０によって高い減速比で減速され、第２アウタギヤ３３から出力されることになる。従って、電動モータ１の回転によってバランスウエイト４０の位置が高い精度で変更されることになり、主軸（図示せず）の回転時に発生するアンバランスを抑えることが可能となる。

しかも、駆動軸３を中心として電動モータ１の外周部に遊星歯車機構１２０及び不思議歯車機構３０を設け、遊星歯車機構１２０のサンギヤ１２１が回転した場合にその回転を減速して不思議歯車機構３０に伝達するように構成しているため、駆動軸３の軸心方向に沿った寸法の短縮化を図ることができる。さらに、電動モータ１の外周部に構成した遊星歯車機構１２０については、駆動軸３に対して質量がアンバランスの状態となることがない。これにより、バランスウエイト装置が駆動軸３の軸心を中心に回転した場合にも、遊星歯車機構１２０を構成するサンギヤ１２１、プラネタリギヤ１２３、アウタギヤ１２２それぞれの噛み合い状態が大きく変化することはなく、動力の伝達効率に影響を及ぼす恐れもない。

尚、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、いずれも後段の遊星歯車機構としてアウタギヤ３２，３３を２つ備えた不思議歯車機構３０を適用するようにしているが、本発明は必ずしもこれに限定されず、不思議歯車機構３０に換えて、アウタギヤを唯一備える遊星歯車機構を適用しても構わない。

１ 電動モータ、３ 駆動軸、２０，１２０ 遊星歯車機構、２１，１２１ サンギヤ、２２，１２２ アウタギヤ、２３，２４ プラネタリキャリヤ、１２３，１２４ プラネタリキャリヤ、３０ 不思議歯車機構、３１ サンギヤ、３２ 第１アウタギヤ、３３ 第２アウタギヤ、３４ プラネタリギヤ、３５ プラネタリキャリヤ、４０ バランスウエイト

Claims (4)

1. 円筒状を成すメインハウジングを介して工作機械の主軸に付設され、前記メインハウジングに対するバランスウエイトの位置を変更することにより、前記主軸の回転時のアンバランスを抑えるように機能するバランスウエイト装置であって、
   本体を介して前記メインハウジングに取り付けられた回転アクチュエータと、
   前記回転アクチュエータの駆動軸を中心として前記回転アクチュエータの外周部に構成し、出力となるアウタギヤの偏心した位置に前記バランスウエイトが取り付けられた後段用遊星歯車機構と、
   前記駆動軸を中心として前記回転アクチュエータの外周部に構成し、入力となる前段サンギヤが回転した場合にその回転を減速して前記後段用遊星歯車機構に伝達する前段用遊星歯車機構と、
   を備え、前記駆動軸の回転を前記前段用遊星歯車機構の前段サンギヤに入力し、前記後段用遊星歯車機構のアウタギヤを回転させることにより、前記メインハウジングに対する前記バランスウエイトの位置を変更することを特徴とするバランスウエイト装置。
2. 前記前段用遊星歯車機構は、前記駆動軸に取り付けた歯車を前記前段サンギヤとして構成したものであり、プラネタリキャリヤの回転を前記後段用遊星歯車機構に伝達するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のバランスウエイト装置。
3. 前記前段用遊星歯車機構は、前記駆動軸に取り付けた歯車を前記前段サンギヤとして構成したものであり、アウタギヤの回転を前記後段用遊星歯車機構に伝達するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のバランスウエイト装置。
4. 前記後段用遊星歯車機構は、後段サンギヤと互いに歯数の異なる２つのアウタギヤとを備えた不思議歯車機構として構成し、前記前段用遊星歯車機構の回転が前記後段サンギヤに入力され、かつ出力となる一方のアウタギヤに前記バランスウエイトが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のバランスウエイト装置。

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