TWI837430B - 旋轉驅動裝置 - Google Patents

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新田哲也
石崎純一郎
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日商津田駒工業股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種旋轉驅動裝置，具備驅動傳遞機構，該驅動傳遞機構構成為：設置在驅動軸上的驅動傳遞部件與安裝於主軸的圓盤狀的被驅動部件直接或間接地卡合，關於該被驅動部件的結構，提供能夠盡量地抑制由熱膨脹引起的擴徑的結構。上述被驅動部件由安裝於上述主軸的內圈和藉由熱套而安裝於該內圈的外圈構成，該外圈具有以在外周面開口的方式形成的卡合用槽。而且，上述內圈由熱膨脹係數為5×10-6 /K以下的合金亦即低熱膨脹部件形成，並且上述外圈由能夠淬火的鐵基材料形成。

Description

旋轉驅動裝置
本發明有關於一種旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置具備將驅動馬達的旋轉傳遞到安裝驅動對象的主軸的驅動傳遞機構，該驅動傳遞機構構成為包含與上述驅動馬達連結的驅動軸、設置在該驅動軸上的驅動傳遞部件以及安裝於上述主軸的圓盤狀的被驅動部件，並且上述驅動傳遞部件與上述被驅動部件直接或間接地卡合。
作為旋轉驅動裝置，例如有以下的旋轉工作台裝置等分度裝置，旋轉驅動在一端安裝有載置工件的圓形工作台的主軸並分度到預先決定的角度位置。而且，該分度裝置具備將驅動馬達的旋轉傳遞到主軸的驅動傳遞機構，並構成為經由該驅動傳遞機構由驅動馬達旋轉驅動主軸。並且，該驅動傳遞機構由與驅動馬達連結的驅動軸、設置在該驅動軸上的驅動傳遞部件以及安裝於主軸的圓盤狀的被驅動部件構成，並且構成為：驅動傳遞部件與被驅動部件直接地卡合、或者經由卡合部件間接地卡合。
此外，作為這樣的驅動傳遞機構，例如公知有專利文獻1所公開的機構(以下，稱作「現有機構」。)。該現有機構是滾珠減速機(滾珠驅動機構)，並構成為：作為驅動傳遞部件的蝸桿與作為被驅動部件的蝸輪經由作為卡合部件的滾珠間接地卡合。更詳細而言，在現有機構中，蝸桿是安裝於輸入軸(驅動軸)的圓筒狀的部件，並構成為在其外周面呈螺旋狀地形成有嵌入滾珠的 溝槽。並且，蝸輪是安裝於支撐工作台的軸(主軸)的圓盤狀的部件，並構成為：局部收納滾珠的複數個凹部(卡合用槽)在外周面開口地形成。而且，在現有機構中，在蝸輪的各凹部收納有滾珠，該滾珠嵌入蝸桿的溝槽，從而蝸桿與蝸輪經由滾珠間接地卡合。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2009-210004號公報。
然而，在旋轉驅動裝置中，如上所述，由於驅動傳遞機構中的驅動傳遞部件與被驅動部件卡合，因而伴隨主軸的旋轉驅動，在其卡合部產生發熱，被驅動部件整體成為溫度較高的狀態。作為其結果，被驅動部件因熱膨脹而擴徑變形。
而且，根據轉速、連續驅動時間等加工條件，其擴徑狀態使分度裝置中最重要的精度亦即分度精度產生變化。具體而言，在具備上述現有機構的旋轉驅動裝置的情況下，伴隨其擴徑，成為滾珠相對於蝸桿的溝槽及蝸輪的凹部的抵接(壓接)以比預先假定的情況更強的力來進行的狀態。作為其結果，成為上述的分度精度產生了變化的狀態。
然而，現今尚未採取使因這樣的被驅動部件(蝸輪)的熱膨脹引起的擴徑本身不發生的對策，在預料到這樣的擴徑的情況下，只能藉由重看加工條件來進行對應。因此，有加工條件受限的問題。
此外，作為旋轉驅動裝置中的驅動傳遞機構，除上述的現有機構之外，還有驅動傳遞部件與被驅動部件經由滾子間接地卡合的滾子輪凸輪機構、驅動傳遞部件與被驅動部件在齒輪齒直接地卡合的蝸輪蝸桿機構。而且，在這樣的滾子輪凸輪機構、蝸輪蝸桿機構中，也與上述的現有機構相同，在主軸的旋轉驅動時產生被驅動部件的熱膨脹，從而有因此產生問題的情況。
鑑於以上的實際情況，本發明的目的在於在如上所述地具備包含驅動傳遞部件和被驅動部件的驅動傳遞機構的旋轉驅動裝置中，提供能夠盡量地抑制該被驅動部件的結構的由熱膨脹引起的擴徑。
本發明將具備驅動傳遞機構的旋轉驅動裝置作為前提，如上所述，驅動傳遞機構構成為：設置在驅動軸上的驅動傳遞部件與安裝於主軸的圓盤狀的被驅動部件直接或間接地卡合。
而且，本發明作為該前提的旋轉驅動裝置的特徵在於：前述被驅動部件由安裝於前述主軸的內圈和藉由熱套而安裝於該內圈的外圈構成，前述外圈具有以在外周面開口的方式形成的卡合用槽。而且，前述內圈由熱膨脹係數為5×10-6/K以下的合金亦即低熱膨脹部件形成，並且前述外圈由能夠淬火的鐵基材料形成。
根據本發明的旋轉驅動裝置，該被驅動部件不是如現有技術那樣由單一的材料形成，而是形成為由內圈和外圈構成的雙層構造。而且，在該被驅動部件中，外圈藉由熱套而安裝於內圈。此外，該熱套是以下固定方法：將內徑比內圈的外徑小的外圈加熱直到內徑因熱膨脹而比內圈的外徑大為止之後，在外圈的貫通孔內配置內圈，冷卻該外圈使之縮徑，從而使外圈成為與內圈嵌合的狀態。因此，在該熱套後的狀態下，外圈的內徑與比最初(熱套前)的內徑大的內圈的外徑一致，作為其結果，外圈的外徑相比最初的外徑變大與內圈的過盈量相應的大小。
並且，進行熱套之後的該過盈量當然根據在加工時被驅動部件有可能達到的最高的溫度(最高溫度)來設定。更詳細而言，若在被驅動部件達到其最高溫度後的熱膨脹時的外圈的內徑比內圈的外徑大，則外圈相對於內圈的嵌合狀態解除，因而過盈量(外圈的內徑相對於內圈的外徑)當然以在上述最高溫度時也不會產生這樣的嵌合狀態的解除的方式設定。因此，熱套狀態下的外圈的直徑(內徑、外徑)已經比上述最高溫度下的直徑大，作為其結果，在加工中，不會產生外圈因自身的熱膨脹而擴徑到該熱套後的狀態以上的情況。
而且，在本發明的被驅動部件中，內圈由上述的低熱膨脹部件形成，在加工中，在被驅動部件所達到的溫度時，幾乎不會產生由熱膨脹引起的擴徑。由此，在加工中，也不會產生由於內圈因熱膨脹擴徑而外圈擴徑的情況。因此，根據本發明的被驅動部件，在加工中，即使被驅動部件的溫度上升，由於也不會產生基於此的被驅動部件的擴徑，因而不會產生因該擴徑而產生的上述問題。
此外，關於被驅動部件，即使被驅動部件僅由上述的低熱膨脹部件形成，被驅動部件同樣地不會產生擴徑。但是，在低熱膨脹部件的情況下，在被驅動部件的製造面有問題。
詳細而言，如上所述，在被驅動部件的外周部形成用於與驅動傳遞部件卡合的卡合用槽。而且，在進行用於形成該卡合用槽的加工時，為了提高加工精度，對形成被驅動部件的材料實施淬火。尤其，在將上述滾珠作為卡合部件的現有機構的情況下，對卡合用槽需求極高的加工精度。但是，低熱膨脹部件因其材質，幾乎無法實施淬火。因此，在低熱膨脹部件中，形成較高的加工精度的卡合用槽或者維持該狀態是困難的。
相對於此，在本發明的被驅動部件中，作為包含形成該卡合用槽的外周部在內的部分的外圈由能夠淬火的鐵基材料形成。因此，根據該被驅動部件，如上所述，能夠抑制由熱膨脹引起擴徑，同時也能夠以較高的加工精度來形成卡合用槽。
1:旋轉工作台裝置(旋轉驅動裝置)
2:框架
2a:收納孔
3,16:軸承
4:主軸
4a:擴徑部
5:工作台(驅動對象)
6:驅動馬達
6a:輸出軸
7:滾珠驅動機構(驅動傳遞機構)
8:驅動軸
9:蝸桿(驅動傳遞部件)
9a:滾珠槽
10:轉台(被驅動部件)
10a,11a,12a:貫通孔
10b:外周面
11:內圈
11b:小徑部
12:外圈
13:收納槽(卡合用槽)
14:滾珠(卡合部件)
15:聯軸器
[圖1]是示出作為應用本發明的旋轉驅動裝置的一例的旋轉工作台裝置的簡要剖視圖。
[圖2]是示出圖1所示的旋轉工作台裝置所具備的滾珠驅動機構的俯視圖。
[圖3]是圖2所示的轉台的A-A剖視圖。
以下，基於圖1至圖3來說明本發明的旋轉驅動裝置的一個實施例。此外，本實施例是在作為旋轉驅動裝置的旋轉工作台裝置中應用本發明的例子。
圖1所示的是作為所謂分度裝置的旋轉工作台裝置1。該旋轉工作台裝置1具備：具有收納孔2a的框架2；以及在該收納孔2a內經由軸承3支撐為相對於框架2能夠相對旋轉的主軸4。此外，在主軸4的一端安裝有作為驅動對象且載置工件(省略圖示)的工作台5。
並且，旋轉工作台裝置1具備：用於旋轉驅動主軸4的作為驅動源的驅動馬達6；以及將驅動馬達6的旋轉傳遞到主軸4的驅動傳遞機構7。而且，旋轉工作台裝置1構成為經由驅動傳遞機構7由驅動馬達6旋轉驅動主軸4，以便將主軸4分度到預先決定的角度位置。此外，旋轉工作台裝置1具備在該分度出的角度位置保持主軸4的夾緊裝置，但對此省略圖示。
關於該驅動傳遞機構7，在本實施例中，該驅動傳遞機構7是如圖2所示地構成的滾珠驅動機構。該滾珠驅動機構7具備與驅動馬達6連結的驅動軸8、設置在驅動軸8上的作為驅動傳遞部件的蝸桿9；安裝於主軸4的作為被驅動部件的轉台10。並且，滾珠驅動機構7具備用於使蝸桿9與轉台10卡合的作為卡合部件的滾珠14。此外，如下詳細地記載該滾珠驅動機構7的結構。
轉台10是形成為圓盤狀的部件，並且是具有以沿板厚方向貫通的方式呈同心狀地形成的貫通孔10a的部件。並且，如圖1所示，主軸4在比其軸線方向上的大致中間部更靠上述一端(工作台5)側，具有形成為在徑向上鼓出的擴徑部4a。故而，主軸4在其擴徑部4a經由軸承3支撐為相對於框架2能夠旋轉。
而且，轉台10中的貫通孔10a形成為其內徑與主軸4中的比擴徑部4a更靠另一端側的部分的外徑大致相同。而且，就轉台10而言，在主軸4的上述另一端側的部分插通在貫通孔10a中且該轉台10抵接於擴徑部4a的上述軸線方向上的另一端側的端面的狀態下固定於擴徑部4a，並且安裝為相對於主軸4不能相對旋轉。此外，轉台10相對於該擴徑部4a的固定以在擴徑部4a螺紋插入相對於轉台10在圓周方向上錯位地沿板厚方向插通的複數個螺紋部件(圖示省略)的方式來進行。
並且，轉台10在其外周部具有在外周面10b呈圓形地開口並且在周向上等間隔地形成的複數個孔(凹部)。該孔是收納作為卡合部件的滾珠14的收納槽，相當於本發明中所述的卡合用槽。而且，該各收納槽13形成為在其內周面承受滾珠14的一部分的形狀。此外，滾珠14是由磁性材料形成的球體，收納在各收納槽13內。並且，在轉台10中，以在各收納槽13的底面露出的方式在每個收納槽13內埋入有磁鐵(圖示省略)，各滾珠14利用該磁鐵所產生的磁力以收納在收納槽13內的狀態保持。
驅動軸8以使其軸線與主軸4的軸線方向正交的方向，經由兩個軸承16、16支撐為相對於框架2能夠相對旋轉。此外，驅動軸8在關於主軸4的軸線方向上，配置於其軸心與收納在安裝於主軸4的轉台10的各收納槽13內的滾珠14的中心一致的位置。而且，驅動軸8經由聯軸器15而與驅動馬達6的輸出軸6a連結。而且，在該驅動軸8上設有蝸桿9。此外，在本實施例中，驅動軸8與蝸桿9一體形成。
蝸桿9是呈圓筒並且中央部變細的鼓形狀的部件，並在其外周面具有嵌入滾珠14的滾珠槽9a。此外，該滾珠槽9a呈嵌入滾珠14的一部分的槽形 狀，並沿蝸桿9的軸線方向呈螺旋狀地形成。並且，蝸桿9在驅動軸8的軸線方向上的位置在如上所述地配置有驅動軸8的狀態下，成為保持於轉台10的滾珠14嵌入蝸桿9的滾珠槽9a的位置。
這樣，滾珠驅動機構7構成為蝸桿9與轉台10經由滾珠14間接地卡合，在該滾珠驅動機構7中，驅動軸8由驅動馬達6旋轉驅動，從而利用伴隨其驅動軸8的旋轉的蝸桿9的旋轉，從而嵌入在蝸桿9的滾珠槽9a內的狀態的滾珠14一邊滾動一邊沿蝸桿9的軸線方向移動。作為其結果，保持該滾珠14的轉台10旋轉，固定有轉台10的主軸4旋轉。亦即，在使用了該滾珠驅動機構7的旋轉工作台裝置1中，驅動馬達6的旋轉經由滾珠驅動機構7(蝸桿9、轉台10)傳遞到主軸4，主軸4經由滾珠驅動機構7由驅動馬達6驅動。
在如上構成的旋轉工作台裝置1中，滾珠驅動機構7中的轉台10由安裝於主軸4的內圈11和安裝於該內圈11的外圈12構成。此外，作為上述卡合用槽的收納槽13形成於該外圈12。如下詳細地記載該轉台10的結構。
內圈11是圓盤狀的部件，並且是如上所述地安裝於主軸4的部件。因此，在該內圈11呈同心狀地形成有貫通孔11a，該貫通孔11a沿板厚方向貫通地形成且其內徑與主軸4中的上述另一端側的部分的外徑大致相同。而且，該貫通孔11a相當於用於將上述轉台10安裝於主軸4的貫通孔10a。
而且，在本實施例中，該內圈11由作為低熱膨脹部件的因瓦合金形成。其中，在本發明中，該內圈由熱膨脹係數為5×10-6/K以下的合金亦即低熱膨脹部件形成即可，內圈11例如也可以由Nobinite(註冊商標)等合金形成。
並且，在本實施例中，該內圈11形成為：板厚方向上的一方的端面側的部分比除此以外的部分直徑大，並在其外周面具有台階部。而且，內圈 11形成為：其大徑的部分以外的部分亦即小徑部11b的直徑為轉台10的直徑的90%左右。
與內圈11相同，外圈12是圓盤狀的部件，並且是具有沿板厚方向貫通的貫通孔12a的部件。此外，該貫通孔12a形成為其內徑比內圈11的小徑部11b的外徑稍小。
而且，在該外圈12並以在外周面開口的方式形成有上述複數個收納槽13。因此，形成該外圈12的材料為能夠淬火的鐵基材料。而且，本實施例的外圈12由這樣的作為能夠淬火的鐵基材料的鉻鉬鋼形成。其中，本發明中，外圈能夠淬火即可，也可以由其它鐵基材料形成。
另外，該外圈12的板厚方向上的尺寸與內圈11的小徑部11b的板厚方向上的尺寸大致一致。而且，外圈12藉由熱套安裝於該內圈11中的小徑部11b。如下詳細地記載基於該熱套進行的安裝。
首先，以利用熱膨脹擴徑的方式加熱外圈12。而且，該加熱以外圈12中的貫通孔12a的內徑比內圈11中的小徑部11b的外徑大且比上述大徑的部分的外徑小的狀態的程度來進行。接下來，在外圈12像這樣擴徑後的狀態下，向該貫通孔12a插入內圈11的小徑部11b，成為上述台階部的端面抵接於外圈12的端面的狀態。而且，在這樣的利用兩端面的抵接進行了定位的狀態下，冷卻外圈12。作為其結果，因加熱(熱膨脹)而擴徑後的外圈12縮徑，成為與內圈11的小徑部11b嵌合的狀態(熱套的狀態)。
而且，在像這樣進行了熱套的狀態下，外圈12的內徑與內圈11中的小徑部11b的外徑一致，成為比最初的直徑擴徑了的狀態。換言之，外圈12的內徑成為以最初的內徑與內圈11中的小徑部11b的外徑之差(過盈量)的量擴徑 了的狀態。並且，與此相伴隨地，外圈12的外徑也成為以其內徑的擴徑量(過盈量大小)擴徑了的狀態。
其中，該過盈量根據在加工時轉台10有可能達到的最高溫度來決定。亦即，以在如上所述地熱套的狀態下的外圈12的擴徑量比上述最高溫度下的外圈12的由熱膨脹引起的擴徑量大的方式決定該過盈量。
此外，關於外圈12相對於內圈11(小徑部11b)的安裝，在需要使該安裝狀態更穩固的情況下，針對利用上述熱套進行的固定，追加利用螺紋部件進行的固定、利用粘接劑進行的固定即可。
根據具備包含如上構成的轉台10的滾珠驅動機構7的旋轉工作台裝置1，該轉台10的包含外周部的部分由能夠淬火的鐵基材料形成，能夠以較高的加工精度形成設於其外周部的作為卡合用槽的收納槽13。而且，轉台10由外圈12的內圈11的雙層構造構成，外圈12由包含這樣的外周部的鐵基材料構成，內圈11安裝(外嵌)該外圈12並由作為低熱膨脹部件的因瓦合金構成，並且，外圈12相對於內圈11的外嵌藉由熱套來進行。而且，用於進行該熱套的過盈量比上述最高溫度下的外圈12的由熱膨脹引起的擴徑量大。
因此，根據該結構，在加工中，即使轉台10的溫度上升，也不會產生轉台10因熱膨脹而引起的擴徑，也不會產生伴隨該擴徑的滾珠14相對於蝸桿9的滾珠槽9a以及轉台10的收納槽13的壓接狀態的變化，因而能夠防止產生由該變化(轉台10的由熱膨脹引起的擴徑)引起的問題。
此外，本發明不限定於以上說明的實施例，在如以下(1)至(3)那樣變形後的方式(變形例)中也能夠實施。
(1)在上述實施例中，內圈11形成為在外周面具有上述台階部，外圈12安裝於該內圈11的小徑部11b。而且，該小徑部11b的直徑為轉台10的直徑的90%左右。亦即，內圈形成為：安裝(外嵌)外圈的部分(以下，稱作「外嵌部」。)的外徑為作為被驅動部件的轉台的外徑的90%左右那樣的大小。但是，本發明中，內圈不限定於形成為這樣的大小。
更詳細而言，在本發明的被驅動部件中，外圈在外周部具有卡合用槽即可，並且至少是能夠形成該卡合用槽的大小即可。
因此，在外圈的內周部的壁厚滿足需要的強度的情況下，例如在上述實施例的結構中，也能夠進一步增大外圈的內徑。
另一方面，例如在上述實施例的結構中，也能夠使外圈的內徑更小。其中，在過盈量相同的情況下，若減小外圈的內徑亦即增大外圈的徑向上的尺寸(半徑尺寸)，則相對應地，在熱套狀態下外圈欲返回到最初的狀態(欲要縮徑)的力也變大。因此，若根據形成內圈的部件的強度(內圈的強度)，將外圈的上述半徑尺寸增大到某程度以上，則內圈的外嵌部被壓縮而縮徑，該外嵌部的外徑比最初的外徑小。而且，作為其結果，熱套(外嵌)於該內圈的外圈的外徑亦即轉台的外徑也比根據最初的內圈(外嵌部)的外徑而假定的外徑小。因此，外圈的上述半徑尺寸需要設定為不會伴隨熱套而產生這樣的內圈(外嵌部)的縮徑的大小。
這樣，外圈的內徑能夠加大到如上所述在強度上沒有問題的範圍內形成卡合用槽，並且也能夠縮小到如上所述不會產生內圈的縮徑的程度。亦即，外圈的內徑能夠在滿足這樣的條件的範圍內任意設定。而且，內圈的外嵌 部的外徑根據外圈的內徑來設定，因而根據所設定的外圈的內徑，與上述實施例不同，亦即相對於轉台的外徑的比例為90%左右以外。
(2)在上述實施例中，內圈11形成為在其外周面具有上述台階部。但是，在本發明中，內圈不限定於像這樣形成為在外周面具有台階部，也可以形成為：其外徑遍及板厚方向相同。並且，在該情況下，內圈的板厚方向上的尺寸與外圈的板厚方向上的尺寸可以相同，也可以與上述實施例相同，內圈較大。此外，在前者的情況下，內圈整體成為在上述實施例中所述的外嵌部。並且，在後者的情況下，內圈中的外嵌外圈的部分成為該外嵌部。
(3)關於本發明作為前提的旋轉驅動裝置，該旋轉驅動裝置不限於在上述實施例中說明的作為分度裝置的旋轉工作台裝置，例如，也可以是銑頭(主軸頭)等其它分度裝置，該裝置構成為：具備由相當於主軸的支撐軸支撐的作為驅動對象的主軸心軸，並且繞支撐軸的軸線來分度該主軸心軸的角度位置。並且，旋轉驅動裝置不限定於分度裝置，例如也可以是連續旋轉驅動安裝有作為驅動對象的工具的主軸的裝置。此外，關於這樣的旋轉驅動裝置，在上述實施例中，說明了一體形成主軸的結構，但在本發明作為前提的旋轉驅動裝置中，主軸也可以組合複數個部件來構成。
並且，關於該旋轉驅動裝置所具備的驅動傳遞機構，該驅動傳遞機構不限定於在上述實施例中說明的滾珠驅動機構，也可以是作為驅動傳遞部件的滾子輪凸輪與作為被驅動部件的轉台經由作為卡合部件的滾子間接地卡合的滾子輪凸輪機構。此外，在該情況下，以在轉台的外周面開口的方式形成的孔(槽)亦即能夠旋轉地支撐滾子的支撐軸所嵌插的槽相當於被驅動部件的卡合用槽。並且，驅動傳遞機構不限定於像這樣驅動傳遞部件與被驅動部件間接地 卡合的結果，也可以是作為驅動傳遞部件的蝸桿與作為被驅動部件的蝸輪直接地卡合(嚙合)的蝸輪蝸桿機構。此外，在該情況下，蝸輪的齒輪齒中相鄰的兩個齒的間隙(齒槽)相當於卡合用槽。
另外，本發明不限定於以上說明的實施例以及變形例，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種變更。
10:轉台(被驅動部件)
10a,11a,12a:貫通孔
10b:外周面
11:內圈
11b:小徑部
12:外圈
13:收納槽(卡合用槽)

Claims (1)

  1. 一種旋轉驅動裝置，具備將驅動馬達的旋轉傳遞到安裝驅動對象的主軸的驅動傳遞機構，前述驅動傳遞機構構成為：包含與前述驅動馬達連結的驅動軸、設置在該驅動軸上的驅動傳遞部件以及安裝於前述主軸的圓盤狀的被驅動部件，並且前述驅動傳遞部件與前述被驅動部件直接或間接地卡合； 前述被驅動部件由安裝於前述主軸的內圈和藉由熱套而安裝於該內圈的外圈構成，前述外圈具有以在外周面開口的方式形成的卡合用槽，前述內圈由熱膨脹係數為5×10-6 /K以下的合金亦即低熱膨脹部件形成； 前述外圈由能夠淬火的鐵基材料形成。
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