JP6850343B2 - シムプレートを使用した組付け構造 - Google Patents

Description

本発明は、取り付けた状態でその存在の把握が可能なシムプレートおよびそのシムプレートを使用した組付け構造に関する。

機械構造には、部材間の寸法調整等のためにシムプレートがよく用いられる。例えば、下記特許文献１には、油圧ショベルのバケットとアームとがピン結合された軸受部分であって、そこにシムプレートを使用した構成が開示されている。具体的には、軸受部分における部材同士の組み付け精度を上げるため、その部材間に数枚のシムプレートが挟み込まれ、ボルトによって締結されている。

特開平０７−３３１６８９号公報 特開２００７−７１２１８号公報

前記従来例では、複数のシムプレートが用意され、必要に応じた枚数のシムプレートを挟み込んだ寸法調整が行われる。このとき、用意された数枚のシムプレートは例えば全て板厚が同じであり、一枚あるいは数枚を重ねることによって寸法調整が可能になっている。より高い組付け精度が求められるような構造物には、例えばミクロン単位で寸法を調整した組付けを必要とするものがある。そのような構造物には、僅かな組み付け誤差を解消すべく、板厚がミクロン単位のシムプレートが使用される。ところが、このようなシムプレートは極薄であることから、取り付けられた状態でその存在が分からなくなってしまうことがある。そのため、メンテナンスなどの際に構造部分の組み直しが行われるようなことがあるが、作業者がシムプレートに気付かず作業を行ってしまい、そのシムプレートを失ったり、破損させてしまうようなことがあった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、存在の把握が可能なシムプレートおよびシムプレートを使用した組付け構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様におけるシムプレートを使用した組付け構造は、平面である組付け面の面積が小さい第１部材と、平面である組付け面の面積が大きい第２部材との前記組み付け面同士を重ね合わせた組付け部分に、ミクロン単位の極薄のシムプレートを挟み込んだ状態で一体的に組み付けられるものであって、前記シムプレートが、前記第２部材の組付け面と同程度の大きさで形成され、前記第１部材の組付け面からはみ出した部分が識別部分となるようにしたものである。

前記構成によれば、組付け構造において、第１部材と第２部材との重なり合った組付け部分からシムプレートに設けられた識別部分がはみ出るため、シムプレートが極薄であったとしも作業者がその存在を容易に把握することができる。

工作機械の内部構造を示した側面図である。 工作機械の駆動機構を示した斜視図である。 図２に示す同じ工作機械の駆動機構部分であって、コラムからＸ軸スライドなどが取り外された状態を示した斜視図である。 シムプレートを使用した組付け構造の拡大斜視図である。 シムプレートを使用した組付け構造の分解状態の拡大斜視図である。

次に、本発明に係るシムプレートおよびシムプレートを使用した組付け構造の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、工作機械における駆動機構の組付け構造を例に挙げて説明する。そこで先ず、簡単にその工作機械について説明する。図１は、工作機械の内部構造を示した側面図である。この工作機械１は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具などの各種工具４０１を備えるタレット旋盤である。

工作機械１には、ワークを把持および回転させる主軸装置３が、その回転軸（主軸）を機体前後方向であって且つ水平にして組み付けられている。この主軸に平行な方向がＺ軸であり、そのＺ軸に直交する鉛直方向がＸ軸である。そして、この工作機械１は、タレット装置４の工具４０１をＺ軸方向およびＸ軸方向に移動させる２軸旋盤として構成されている。工作機械１には、主軸装置３の横にコラム５が立設し、そこにタレット装置４をＺ軸方向およびＸ軸方向に移動させる駆動機構が構成されている。ここで、図２は、タレット装置４をＸ軸方向とＺ軸方向に移動させる工作機械１の駆動機構を示した斜視図である。

コラム５は、主軸装置３が組み付けられる筒状の組付け部３０１が一体的に形成され、その上にＸ軸スライド１１が配置されている。コラム５は、主軸側の前面部分に２本のガイドレール１２が鉛直方向に設けられ、そのガイドレール１２に対してＸ軸スライド１１が摺動自在に取り付けられている。コラム５の上部にはＸ軸用サーボモータ１３が固定され、その回転がＶベルト１４を介してＸ軸駆動機構に伝達されるように構成されている。従って、Ｘ軸用サーボモータ１３の出力によりネジ軸が回転し、その回転運動がナットの直線運動に変換され、Ｘ軸スライド１１がＸ軸方向に昇降するようになっている。

また、Ｘ軸スライド１１にはＺ軸ガイド１５が固定され、そのＺ軸ガイド１５に対してＺ軸スライド１６が摺動自在に嵌め込まれている。そして、そのＺ軸スライド１６にタレット装置４が一体的に組み付けられる（図１参照）。Ｘ軸スライド１１には支持フレーム１７が設けられ、そこにＺ軸用サーボモータ１８が固定され、その回転がＶベルト１９を介してＺ軸駆動機構に伝達されるように構成されている。従って、Ｚ軸用サーボモータ１８の出力によりネジ軸が回転し、その回転運動がナットの直線運動に変換され、Ｚ軸スライド１６がＺ軸方向に水平移動するようになっている。

工作機械１のＸ軸駆動機構やＺ軸駆動機構は、前述したようにネジ軸とナットからなるボールネジ機構が使用されている。そこで次に、そのＸ軸駆動機構をなすボールネジ機構の組付け構造について説明する。図３は、図２に示す同じ工作機械１の駆動機構部分であって、コラム５からＸ軸スライド１１などが取り外された状態を示した斜視図である。コラム５の前面には、前述したように２本のガイドレール１２があり、その間の空間にボールネジ機構のネジ軸２１が鉛直方向に組付けられている。ボールネジ機構は、ネジ軸２１が上下の軸受部材２２，２３によって回転自在に取り付けられ、そのネジ軸２１に対してＸ軸スライド１１側に固定されるナット部材２４が螺合している。

従って、ネジ軸２１に回転が与えられることにより、ネジ軸２１の回転運動が、非回転状態のナット部材２４に伝達され、ナット部材２４の上下方向の直線運動に変換される。この時、ネジ軸２１に傾きが生じていると、ナット部材２４を搭載したＸ軸スライド１１の移動にずれが生じることになる。こうしたＸ軸スライド１１やＺ軸スライド１６の移動は、ワークを加工する工具４０１の位置決めに関わるため、その移動が正確でなければ工作機械１の加工精度を低下させることとなる。

本実施形態の工作機械１では、ワーク加工に対する寸法公差はミクロン単位である。そのため、工作機械１では、その加工を実現するため、各所において部品間の精度の高い組付けが行われている。そして、図示したＸ軸駆動機構においても同様に高い精度の組付けが要求される。従って、ネジ軸２１の取り付けに当たり、それを回転支持する軸受部材２２，２３がコラム５に対して高い精度で組付けられる。その組み付け構造には、コラム５の上下に固定部５０１が形成され、そこに軸受部材２２，２３を構成するハウジングがボルト締めによって固定される。

その組み付け時には、鉛直に取り付けられるネジ軸２１の姿勢が計測され、傾きが生じているような場合には、その傾きを調節するため、ボルト締めする各部材の組付け面の間にシムプレートが挟み込まれる。工作機械１におけるネジ軸２１の組付け構造には、板厚が数μｍ〜数十μｍの極薄のシムプレートが使用される。ここで、図４は、本実施形態のシムプレートを使用した組付け構造を示した拡大斜視図である。特に、ネジ軸２１の上方側に組み付けられる軸受部材２２の組付け構造を示したものである。なお、下方側の軸受部材２３についても同様の構成であるため詳しい説明は省略する。

軸受部材２２のハウジング２５には、左右両側に張り出した２つの取付部２５１が一体に形成されている。その略矩形形状の取付部２５１には、コラム５に固定するためボルト２６を通す貫通孔が上下の２箇所に形成されている。一方、コラム５には、左右に固定部５０１が形成され、その間に軸受部材２２が配置できるようになっている。そして、その固定部５０１には、ハウジング２５の取付部２５１を重ね合わせる組付け面５０２にボルト２６を締結するためのネジ穴が形成されている。

ハウジング２５の取付部２５１とコラム５の固定部５０１は、重なり合う互いの組付け面の大きさが異なっている。本実施形態では、コラム５側の組付け面５０２の面積が、ハウジング２５側よりも大きく形成されている。すなわち、作業者が対面する図面手前側の取付部２５１が小さく形成されている。そして、組付けに際して寸法調整が必要な場合には、取付部２５１と固定部５０１との間にシムプレートが挟み込まれることとなる。従来であれば、面積の小さい取付部２５１側の組付け面に合わせた大きさのシムプレートが使用される。しかし、本実施形態では、取付部２５１側の組付け面よりも大きく形成されたシムプレート２７が使用される。

そのため、ハウジング２５の取付部２５１とコラム５の固定部５０１が重なり合った軸受部材２２の組付け部分では、取付部２５１の上下から端部が見える状態でシムプレート２７が取り付けられることとなる（軸受部材２３でも同じ）。すなわち、本実施形態のシムプレート２７は、組付け部分に挟み込まれた状態でもその存在が分かるように、図５に示す識別部分２７１，２７２が上下両端部に設けられている。ここで、図５は、本実施形態のシムプレートを使用した組付け構造の分解した状態を示した拡大斜視図である。なお、図面では分かり易いように、シムプレート２７の識別部分２７１，２７２にハッチングが付されているが、必ずしも実物にこうした色分けなどが施されているわけではない。

シムプレート２７は、面積の小さいハウジング２５側の取付部２５１の組付け面よりも大きく、コラム５側の固定部５０１の組付け面５０２と同程度の大きさで形成されている。そのため、図４に示すように組付けた場合、両組付け面が重なり合った組付け部分からはみ出たシムプレート２７の上下両端部が識別部分２７１，２７２となる。この識別部分２７１，２７２は、軸受部材２２の組み付け部分を正面から見た場合に作業者の目に入るため、シムプレート２７の存在が作業者によって確認可能になる。

この点に関して、従来の組付け構造は、識別部分２７１，２７２を切り取った大きさのシムプレートが使用され、そのシムプレート自体が外から見えないように積極的に隠すようにした構成であった。そのため、数十μｍの極薄のシムプレート２７は、メンテナンスを行う作業者がその存在を認識できないようなことがあった。すると、分解作業などの際にシムプレート２７を取り落としてしまうこともあり、しかもそのことに気が付かずに紛失したり、誤って破損させてしまうようなこともあった。このような場合には、メンテナンス後に行う調整作業において、改めて計測を行うとともに、適切な厚さのシムプレート２７の選択を行わなければならなかった。つまり作業工数の増加となっていた。

また、本実施形態で使用されるシムプレート２７は極薄であり、その交換に際して目視で板厚を認識することができない。そのため、その都度マイクロメータを使用した計測作業が必要であり、こうした点も作業工数の増加となってしまっていた。なお、板厚情報をシムプレート２７にマーキングを施すことが考えられるが、ミクロン単位の薄板にマーキングを施すには厚みに限界がある。また、本実施形態のようにボルト孔を形成するような場合にはマーキング部分が無くなってしまうこともある。そして、使用されている状態では、もちろん板厚を確認することができない。

そこで、本実施形態のシムプレート２７は、新たに設けられた識別部分２７２に板厚情報を表示した構成となっている。その表示には様々な方法が考えられるが、図５には識別部分２７２に小さな孔２７５をあける例が示されている。この孔２７５の数によって板厚を示すようにする。例えば、本実施形態のシムプレート２７は、孔２７５が２つあけられていることにより、その板厚は２０μｍであることが確認できる。そして、仮に孔２７５が１つであれば、そのシムプレートの板厚が１０μｍであるとわかる。

よって、本実施形態では、ハウジング２５の取付部２５１とコラム５の固定部５０１が重なり合った軸受部材２２の組付け部分から、シムプレート２７の識別部分２７１，２７２がはみ出るようにしたため、極薄のシムプレート２７でも作業者に認識しやすくなる。しかも、そのシムプレート２７に対し、特に識別部分２７２に板厚情報に関する形状的特徴を付けることにより、板厚の把握も容易になる。また、シムプレート２７は、コラム５側の組付け面５０２に対して全体が重ねられているので、シムプレート２７の識別部分２７１，２７２は、それだけが飛び出してしまうことがなく、折り曲げなどによる破損を回避することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、シムプレート２７に付した板厚情報に関する形状的特徴を孔としたが、識別部分に小さく切欠きを付けるなど他の形状であってもよい。
また、前記実施形態では、取付部２５１が固定部５０１より組付け面が小さく形成されているが、その重なり合う互いの組付け面の寸法が同じであってもよく、その際、シムプレート２７の識別部分２７１，２７２だけが飛び出した状態で使用されるようなものであってもよい。

１…工作機械 ５…コラム ２１…ネジ軸 ２２…軸受部材 ２５…ハウジング ２７…シムプレート ２５１…取付部 ２７１，２７２…識別部分 ５０１…固定部 ５０２…組付け面

Claims (2)

1. 平面である組付け面の面積が小さい第１部材と、平面である組付け面の面積が大きい第２部材との前記組み付け面同士を重ね合わせた組付け部分に、ミクロン単位の極薄のシムプレートを挟み込んだ状態で一体的に組み付けられるものであって、
   前記シムプレートが、前記第２部材の組付け面と同程度の大きさで形成され、前記第１部材の組付け面からはみ出した部分が識別部分となるようにしたシムプレートを使用した組付け構造。
2. 前記シムプレートは、前記識別部分に形成された孔の数によって板厚情報を示すものである請求項１に記載のシムプレートを使用した組付け構造。

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