JP3892939B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動装置、特に、工作機械の２個の構造部材の相対運動を行わせる駆動装置にして、駆動モーターと、互いに対抗して緊張可能な２個の歯車列を備えた歯車構造とを有し、該歯車列の被駆動ピニオンが、対置された歯輪と噛み合っており、その際、各歯車列が、両歯車列を緊張させるための少なくとも１個の調整要素を備えた高歯車比の緊密歯車を有している駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の駆動装置はＤＥ３７０４７８７Ａ１から知られている。そこでは、回転モーメントが、駆動モーターからピニオンを介して、ピニオンと噛み合う２個の歯輪に伝達されている。この歯輪は、高い加減速比を有する２個の標準伝導装置の入力軸に取り付けられており、互いに反対方向に作用する自在輪を介して連結されている。回転モーメントは、標準伝導装置の出力軸から、該軸に取り付けられた歯輪を通し、被駆動軸に結合された歯輪に伝達されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、簡単に緊張（ピンと引っ張る）され得る伝導装置にして、高い剛性と位置決め精度とを備え、僅かな設置空間しか必要としない駆動装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、高歯車比を有する緊密歯車装置として、いわゆるサイクロイド歯車が使用されている。サイクロイド歯車は、摩擦の少ない力伝達と狭い設置空間において高歯車比が可能である点で傑出している。サイクロイド歯車はさらに、高い捻り剛性を有し、高い位置決め精度を達成するために必要な遊びの無い調整を可能にする。両歯車列を緊張させるための調整要素は、サイクロイド歯車の駆動ピニオンと駆動軸との間の力結合のための弛緩可能な締め付けブッシュとして構成されている。予め歯付ベルトを緊張させた後、先ず、サイクロイド歯車の駆動ピニオンと駆動軸との間の力結合を解除するため、締め付けブッシュを弛緩させることにより、両歯車列間の緊張が、締め付けブッシュを用いて簡単に達成される。次いで、両駆動軸が、駆動ピニオンを静止させた状態で、両被駆動ピニオンの歯が、駆動される構造部材上の歯車の対置された歯輪の歯側面に衝接するまで、互いに反対方向に回転される。この状態で、締め付けブッシュが再び締め付けられ、両歯車列が互いに対し緊張された状態に保持される。
【０００５】
両歯車列を緊張させるため、サイクロイド歯車の両駆動軸を互いに反対方向に回転させることを容易にする目的で、駆動軸に、適当な捻り工具が挿入される受容要素が設けられている。この受容要素は、例えば、駆動軸の前面にねじ込まれた内面６角形ねじであってよく、該ねじを介して、駆動軸が、対応する工具を用いて互いに反対方向に回転される。
【０００６】
駆動される構造部材の角度姿勢の検出は、小型の構造様式をもち、高い精度を可能にする回転エンコーダにより適切に達成される。
【０００７】
本発明の駆動装置は、その高い位置決め精度と剛性とに基づき、工作機械のターンテーブルシステムや揺動フライス盤頭部を駆動するのに適している。さらに、狭い設置空間に置かれ、高歯車比を有する遊びの無い駆動が要求される全ての場所において使用可能である。本駆動装置は、歯付ラックと組み合わせて、テーブルや支持体に並進運動を行わせるために使用することも可能である。この場合にも、特に摩擦の少ない、剛性の大きい、高い位置決め精度を有する駆動が達成される。大きい並進運動を実現するためには、駆動モーターと両サイクロイド歯車とが並進される構造部材内に配置され、歯付ラックが静止構造部材上に配置されることが適切である。特に短い並進路の場合には、逆の配置もまた可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の駆動装置の他の利点、特徴は、図面を参照しての下記実施例の説明から明らかになろう。
図１に示す工作機械の揺動ターンテーブル１はチャッキング溝２を備えた円形のテーブル台３を有し、該テーブル台は、２個の緊張された軸方向ローラ軸受と、１個の半径方向ローラ軸受との組合わせよりなるリング状ローラ軸受により、垂直軸６回りに回転可能に支持されている。ハウジング５は、支持枠７の内部において水平軸８の回りに揺動可能である。ハウジング５に２個の反対側にある側方軸受トラニオン９，１０が固定され、トラニオンはそれぞれ、２個の互いに緊張されたテーパーローラ軸受１１，１２により支持枠７の側方軸受孔１３，１４内に支持されている。支持枠７は、下面において、破線で示した平行案内レール１５，１６に沿って、図示されていない球スクリュウ駆動により、工作機械のスタンド上を移動可能になっている。
【０００９】
水平軸８回りの、支持枠７内のハウジング５と、従ってまた、テーブル台３との揺動は、モーター保持装置１８により、締め付けねじ１９を用いて支持枠７に調整可能に固定された可変回転数の駆動モーター１７により行われる。駆動モーターの出力軸２０に、歯付ベルト２２用のプーリー２１が回転固定的に固定されている。歯付ベルト２０を介して、図１に示した、第１サイクロイド歯車２５の駆動軸２４に取り付けられた駆動ピニオン２３と、図２に示した第２サイクロイド歯車２６の駆動軸に取り付けられた他の駆動ピニオンとが、同時に駆動される。両駆動ピニオンは、弛緩可能な締め付けブッシュ２７を介して、それぞれ、サイクロイド歯車２５，２６に摩擦係合状態で保持されている。両駆動軸の前面に調整ねじ２８ａがねじ込まれている。図２に示すように、ローラ軸受２９により支持枠７内に回転可能に支持されたサイクロイド歯車２５，２６の被駆動軸３０，３１に、弓形歯輪３４と噛み合う被駆動ピニオン３２，３３が取り付けられている。弓形歯輪３４は、スペーサー３５を介して、ハウジング５の図１における右側側面に、テーパーローラ軸受１１の下方において水平軸８に同心に取り付けられている。両サイクロイド歯車２５，２６と弓形歯輪３４とを介して、テーブル台３が駆動モーター１７により水平軸８の回りに揺動される。
【００１０】
テーブル台３の揺動姿勢を検出するために、図１の右方に示した軸頸９に突起３６がフランジ付けされており、該突起の円筒形自由端部３７が、回転角エンコーダー３８の中空軸内に回転固定的に取り付けられている。回転角エンコーダー３８により、テーブル台３の揺動姿勢の正確な決定が可能になる。
【００１１】
図１に従い、テーブル台３の回転駆動が、テーブル台３の下方においてハウジング５に取り付けられた２個のサイクロイド歯車３９，４０により実行され、該サイクロイド歯車は図３に示した駆動モーター４１により歯付ベルト４２を介して共通に駆動される。サイクロイド歯車３９，４０は、被駆動軸４３に取り付けられた被駆動ピニオン４４が、テーブル台３の下面に該台の回転軸に同軸に固定されたリング状歯輪４５と共通に噛み合うように構成されている。対応するサイクロイド歯車の駆動軸に平行に通る出力軸２０をもつ駆動モーター１７とは対照的に、駆動モーター４１は、位置的理由からサイクロイド歯車３９，４０の駆動軸に対し９０°変位されたモーター軸４６を有して、テーブル台３の下方においてハウジング５に固定されている。そのために、歯付ベルト４２のためのプーリー４７が、駆動モーター４１の回転運動を９０°方向変換させる、駆動モーター４１の駆動軸４８にフランジ付けされたマイター歯車４９に搭載されている。同様に、駆動ピニオン５０，５１も弛緩可能な締め付けブッシュ５２，５３を介して、サイクロイド歯車３９，４０の駆動軸５４，５５に摩擦係合状態で固定されている。両駆動軸５４，５５の前面に、調整ねじ２８ｂがねじ込まれている。被駆動軸４３はそれぞれ、ローラ軸受５７によりハウジング５内に回転可能に支持されている受容ブッシュ５６内に回転固定に固定されている。
テーブル台３の回転姿勢を検出するため、回転エンコーダー５９の中空軸内に回転固定に搭載されたボルト５８が、テーブル台下側において回転軸に同心に固定されている。
【００１２】
図３において、駆動モーター４１とマイター歯車４９とは、歯付ベルト４２を緊張させるため緊張ねじ６１を用いて調整可能な支持材６０に固定されている。サイクロイド歯車の構造と作動原理とを、以下図４を参照して説明する：図４は、テーブル台３を回転させるために使用される両サイクロイド歯車の内の１個の断面図である。サイクロイド歯車３９は駆動軸５４に回転固定的に結合されたカム６２を有し、該カム６２がローラ軸受６３を介して、互いに変位された３個のカム板６４を駆動する。カム板６４は、閉じたサイクロイド群形状の外側輪郭を有し、カム６２の回転に伴い、静止のボルトリング６５の内周に沿って転がる。カム板６４は円形状に配置された孔６６を備え、該孔に、連動円板６７に円形状に配置された連動ボルト６８が挿入されている。各カム板６４は、ボルトリング６５内のボルト６９におけるよりも少ない、少なくとも１個の曲線部分を有している。カム板６４が、時計方向に動くカム６２の回転によりボルトリング６５内を移動されると、同時に、カム板自身も自身の軸回りに時計方向に回転する。かくて、本質的に僅少な回転数をもつ、反対方向の回転運動が成立する。カム６２の１回転の間に、各カム板６４は１曲線部分だけ転がる。連動ボルト６８を通り、カム板６４の減少された回転運動が連動円板６７に伝達される。連動円板６７に駆動ブッシュ５６がねじ結合され、該ブッシュに被駆動軸４３が回転固定的に固定されている。被駆動軸４３に、被駆動ピニオン４４が捻じれ無く固定されている。駆動ピニオン５１は、締め付けブッシュ５３を介して駆動軸５４上に摩擦係合状態で保持されている。締め付けブッシュ５３は、ばね鋼からなる雷文波形（ｍａｅａｎｄｅｒｆｏｅｒｍｉｇ）要素７０を有し、該要素は、ねじ７１を用いて軸方向に引っ張られることにより、半径方向内外に拡大され、駆動軸５４と駆動ピニオン５１との間に摩擦係合結合を形成させる。
【００１３】
駆動装置を遊び無く調整するため両歯車列を緊張させる方法を、以下、テーブル台３の回転駆動を参照して説明する。先ず、歯付ベルト４２が、調整ねじ６１を調整することにより緊張される。ついで、サイクロイド歯車３９，４０の駆動軸５４，５５と駆動ピニオン５０，５１との間の締め付けブッシュ５３が弛緩され、駆動軸５４，５５が調整ねじ２８ｂを用いて、駆動軸４３上に搭載された駆動ピニオン４４の歯側面が、対応するリング状歯輪４５の歯側面に衝接するまで互いに反対方向に捻じられる。つぎに、締め付けブッシュが、緊張を保持するために再び締め付けられる。同様な方法で、揺動駆動の遊びの無い調整が可能である。
【００１４】
図５には本発明の他の実施例が示されており、そこでは、機械ベッド、位置固定のスタンドのような位置固定の構成部材上に、キャリッジ、走行スタンド、コンソル等のような機械部品を並進運動させるために、駆動装置が使用されている。本駆動は本質的には、図１，２に示した、テーブル台３を軸８の回りに揺動させる駆動と同様に構成されており、対応する構成部材には、同じ参照符号が使用されている。本実施例においても、両サイクロイド歯車２５，２６は駆動モーター１７により１本のベルトを介して駆動されている。しかし、駆動モーター１７と両サイクロイド歯車２５，２６とは、図２の実施例とは異なり、動く機械部材７３内に組み込まれている。両被駆動ピニオン３２，３３は、位置固定の部材に配置された歯付ラック７４と噛み合っている。駆動モーター１７の回転により、機械部材７３が構成部材７２に相対的に移動される。本実施例においても、特に摩擦の少ない、緊張により遊びを無くした、剛性の高い並進駆動が達成される。
【００１５】
図６に概略示したユニバーサル・フライス、ボーリング機械は、図示されていない機械スタンド上にＸ，Ｙ軸方向に移動可能に案内され、垂直に対し４５°傾斜し、下方斜めに向いた前面壁８１を有する担持ハウジング８０を有し、該前面壁に、同様に垂直に対して４５°傾斜した取り付け面８３を有するＮＣ制御の揺動フライス盤頭部８２が、前面壁８１に対し直角な揺動軸８４の回りに回転可能に搭載されている。揺動フライス盤頭部８２内に、揺動軸８４に対し４５°をなして配置された加工スピンドル８５が置かれ、該スピンドルは揺動フライス盤頭部８２内に組み込まれた駆動モーターにより駆動される。図７により詳しく説明した揺動駆動においては、揺動フライス盤頭部８２が、図６に実線で示された、加工スピンドル８５が垂直位置にある作動姿勢と、鎖線で示された、加工スピンドル８５が水平位置にある作動姿勢との間で、１８０°の範囲で無段階的に揺動可能である。図示のユニバーサル・フライス、ボーリング機械はさらに、垂直軸８７（Ｃ軸）の回りに回転可能な加工テーブル８８を有する、Ｙ軸に沿って移動可能なＮＣ制御のターンテーブル８６を装備されている。
【００１６】
図７から判るように、リング状の取り付け面８３をもつ揺動フライス盤頭部８２は、担持ハウジング８０の前面壁８１に衝接し、内部支持円盤８９を介して案内されており、該円盤８９は、その半径方向外側を揺動フライス盤頭部８２に固定され、半径方向内側は、２個の軸方向ローラー軸受と１個の半径方向ローラー軸受とよりなるリング軸受９０を介して、担持ハウジング８０のリング状突起９１上に支持されている。支持円盤８９は取り付け面８３の半径方向内側に、揺動軸８４と同心に配置されている。取り付け面８３と支持円盤８９との間において、揺動軸８４に同心の外歯輪９３をもつリング状歯輪９２が揺動フライス盤頭部８２に固定されている。外歯輪９３に、担持ハウジング８０の内部に配置された２個のサイクロイド歯車９６，９７の被駆動ピニオン９４，９５が共に噛み合っている。
【００１７】
両サイクロイド歯車９６，９７は、図４に詳しく説明したサイクロイド歯車３９に準じて構成されている。図７の姿勢駆動においては、サイクロイド歯車９６，９７の駆動軸９８，９９に、駆動ピニオン１００，１０１が、弛緩可能な締め付けブッシュ１０２，１０３を介して摩擦係合状態で固定されている。両駆動ピニオン１００，１０１は１個の共通歯付ベルト１０４を介して駆動モーター１０５によりプログラム操作で駆動される。
揺動フライス盤頭部８２に、担持ハウジング内に突き出るピン１０６が、揺動軸８４に同心に固定されており、該ピンは、揺動フライス盤頭部８２の揺動姿勢を検出するために、回転エンコーダ１０７の中空軸内に回転固定に固定されている。
【００１８】
この揺動駆動においても、簡単に実施され得る緊張を両歯車列に与えることにより、遊びの無い駆動が達成される。このため先ず、両締め付けブッシュ１０２，１０３が、歯付ベルトを緊張させた状態で弛緩され、両駆動軸９８，９９が、駆動ピニオン１００，１０１が静止された状態で、両駆動ピニオン９４，９５の歯が、リング状歯輪９２の対応する歯側面に衝接するまで、互いに反対方向に回転される。つぎに、締め付けブッシュ１０２，１０３が、緊張を保持したまま再び締め付けられる。
【００１９】
図７には、両サイクロイド歯車が直径的に対置されて示されている。勿論、これは可能な１実施例を示すに過ぎない。両サイクロイド歯車は、例えば、リング状歯輪９２の上方または下方の周辺領域に並んで配置されてもよい。
【００２０】
本発明の駆動装置をフライス盤頭部の揺動駆動装置として装着することにより、揺動フライス盤頭部の、遊びの無い無段階式の数値操作回転が、加工を続けながらも可能になる。機械加工は、各姿勢において所定の揺動角度範囲内において実行可能である。揺動フライス盤頭部を所定の加工姿勢に固定するための高価な締結装置は必要としない。ＮＣターンテーブルと協働して、図６に示すユニバーサル・フライス、ボーリング機械の場合、特に高い要求をもつ複雑な加工課題を実行するための５軸同時加工が可能になる。
【００２１】
本発明は、図示され上述した実施例に限定されるものではなく、工作機械のターンテーブル、揺動フライス盤頭部、搬送キャリッジ、移動スタンド等に適用される他に、構造要素を狭い空間において、高い精度と剛性を有して駆動する必要のある全ての場所において適用可能である。かくて、本発明の駆動装置はまた、局部装置、工具貯蔵室マガジン、工具交換器等の駆動のため、また、高精度のロボット装置に対し使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動装置を備えた工作機械の揺動ターンテーブルを通る断面図。
【図２】図１の揺動ターンテーブルの部分断面側面図。
【図３】駆動装置の、図１に示した揺動ターンテーブルのテーブル台の下面図。
【図４】サイクロイド歯車の断面図。
【図５】機械部材に並進運動を与える本発明の駆動装置の構造例の部分断面側面図。
【図６】ユニバーサル・フライス、ボーリング機械の、側壁の一部を切り取った側面図。
【図７】図６のユニバーサル・フライス、ボーリング機械の揺動フライス盤頭部の断面図。
【符号の説明】
３ テーブル台（構造部材）
５ ハウジング（構造部材）
７ 支持枠
１７，４１，１０５ 駆動モーター
２２，４２ 歯付ベルト
２５，２６，３９，４０，９６，９７ サイクロイド歯車
３４ 弓形歯輪
４５，９３ 対置歯車
２７，５２，５３，１０２，１０３ 調整要素
３２，３３，４４，９４，９５ 被駆動ピニオン
２４，５４，５５，９８，９９ 駆動軸
２３，５０，５１，１００，１０１ 駆動ピニオン
９２ リング状歯輪
８２ 揺動フライス盤頭部
３８，５９，１０７ 回転エンコーダ
７４ 歯付ラック

Claims (10)

1. 特に、工作機械の２個の構造部材の相対運動を行わせる駆動装置にして、駆動モーター（１７；４１；１０５）と、互いに対抗して緊張可能な２個の歯車列を備えた歯車構造とを有し、該歯車列の被駆動ピニオン（３２，３３；４４；９４，９５）が、駆動すべき構造部材（５；３；８２）上の歯輪（３４；４５；９３）と噛み合っており、その際、各歯車列が、両歯車列を緊張させるための少なくとも１個の調整要素（２７；５２，５３；１０２，１０３）を備えた高歯車比の緊密歯車（２５，２６；３９，４０；９６，９７）を有している駆動装置において、
   前記緊密歯車（２５，２６；３９，４０；９６，９７）がサイクロイド歯車であり、
   前記両サイクロイド歯車の駆動軸（２４；５４，５５；９８，９９）が、共通の歯付ベルト（２２；４２；１０４）を介して駆動されており、
   前記調整要素（２７；５２，５３；１０２，１０３）が、駆動ピニオン（２３；５０，５１；１００，１０１）を駆動軸（２４；５４，５５；９８，９９）上に摩擦係合状態で固定するための、弛緩可能な締め付けブッシュとして構成されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置において、前記両歯車列の被駆動ピニオン（３２，３３）が、テーブル台を搭載している揺動可能なハウジング（５）上の弓形歯輪（３４）と噛み合っていることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の駆動装置において、前記両歯車列の被駆動ピニオン（４４）が、回転可能に支持されたテーブル台（３）に配置された歯輪（４５）と噛み合っていることを特徴とする装置。
4. 請求項１に記載の駆動装置において、前記両歯車列の被駆動ピニオン（９４，９５）が、揺動フライス盤頭部（８２）上に配置されたリング状歯輪（９２）と噛み合っていることを特徴とする装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の駆動装置において、駆動される構造部材（５；３；８２）の角度姿勢を検出するための回転角エンコーダ（３８；５９；１０７）が設けられていることを特徴とする装置。
6. 特に、工作機械の２個の構造部材の相対運動を行わせる駆動装置にして、駆動モーター（１７）と、互いに対抗して緊張可能な２個の歯車列を備えた歯車構造とを有し、該歯車列の被駆動ピニオン（３２，３３）が共通に歯輪と噛み合っており、その際、各歯車列が、両歯車列を緊張させるための少なくとも１個の調整要素を備えた高歯車比の緊密歯車（２５，２６）を有している駆動装置において、
   前記緊密歯車（２５，２６）がサイクロイド歯車であり、
   前記両サイクロイド歯車（２５，２６）の駆動軸が、共通の歯付ベルトを介して駆動モーター（１７）により駆動されており、
   前記調整要素が、駆動ピニオンを駆動軸上に摩擦係合状態で固定するための、弛緩可能な締め付けブッシュとして構成されており、
   前記歯輪が歯付ラック（７４）上に形成されていることを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の駆動装置において、前記駆動モーター（１７）と両サイクロイド歯車（２５，２６）とが、動く構造部材（７３）に取り付けられ、歯付ラック（７４）が静止構造部材（７２）に取り付けられていることを特徴とする装置。
8. 請求項６に記載の駆動装置において、前記駆動モーター（１７）と両サイクロイド歯車（２５，２６）とが静止構造部材に取り付けられ、歯付ラック（７４）が、動く構造部材に取り付けられていることを特徴とする装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置において、駆動軸（２４；５４，５５；９８，９９）にそれぞれ、対応して構成された捻り工具が挿入される受容要素（２８ａ，２８ｂ）が配置されていることを特徴とする装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の駆動装置において、前記サイクロイド歯車（２５，２６；３９，４０；９６，９７）がそれぞれ、連動板（６７）に回転固定に結合された受容ブッシュ（５６）を取り囲んでおり、該ブッシュ内に軸受（２９，５７）により支持された被駆動軸（３０，４３）が回転固定的に固定されていることを特徴とする装置。

Images