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JP4928905B2 - バックラッシュ除去装置 - Google Patents

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Description

本発明は、低損失化を図りつつ、歯車列におけるバックラッシュを除去するバックラッシュ除去装置に関する。
一対の歯車を噛み合わせる場合、理論的には正しい噛み合い運動をするはずであるが、実際の歯車には、僅かなピッチ誤差、熱膨張、歯のたわみ、軸のたわみ、油膜の厚み等があるために、歯と歯がきしみ合って運動ができなかったり、振動や騒音を発生したりする。そこで、滑らかな噛み合い運動をするために、一対の歯車の歯面間には所定量の隙間(バックラッシュ)が設けられている。
しかしながら、このような歯車を順次噛み合わせた歯車列において、断続的に負荷が加わるときには、負荷が0になる度に歯車列に蓄積された弾性エネルギーが解放されるが、この弾性エネルギーが大きい場合には、バックラッシュが設けられるために、歯面間に歯面分離が生じて、回転伝達が不正確になってしまう。特に、被削物とカッタとの間の相対的回転位置を高精度に割り出すホブ盤や研削盤等の工作機械において、歯車列に歯面分離生じると、その分だけ割り出し位置がずれ、正確な回転テーブルの回転位置決め(割り出し)ができなくなり、被削物の加工精度に直接影響を及ぼすおそれがある。
そこで、従来から、歯車列に負荷が加わっても、歯面分離を防止したバックラッシュ除去装置が種々提供されている。このような、従来のバックラッシュ除去装置は、例えば、特許文献1に開示されている。
特開平7−180749号公報
上記従来のバックラッシュ除去装置においては、原動機の出力軸に連結される入力軸と、回転位置が割り出される割り出し対象物を固定する出力軸と、その入力軸と出力軸との間に介在される減速機構とを備えており、入力軸の駆動ギヤと出力軸の従動ギヤとの間に減速機構の中間ギヤを介装するような歯車列を有している。そして、中間ギヤをその軸方向に押圧させ、当該中間ギヤの歯面を反対方向に嵌め合わせることにより、バックラッシュ除去力を発生させ、その歯車列におけるバックラッシュを除去するようにしている。
しかしながら、上記従来のバックラッシュ除去装置では、補正モーメント導入方式等により低損失を可能にしているものの、中間ギヤへの押圧力についての考慮がなく、更なる低損失化の課題を残している。
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、バックラッシュ除去力を小さくして摩擦や発熱を抑え、低損失でバックラッシュ除去を行うことができるバックラッシュ除去装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第1の発明に係るバックラッシュ除去装置は、
はすば歯車を用いた歯車列であって、
原動機に連結され、駆動歯車を有する入力軸と、
前記入力軸と平行に配置され、被削物を同軸上に固定し従動歯車を有する出力軸と、
前記入力軸及び前記出力軸と平行に配置され、前記駆動歯車と噛み合う第1中間歯車と、前記従動歯車と噛み合う第2中間歯車とを有する中間軸とを設け、
一方の前記中間軸を前記出力軸の回転方向位置決め用として軸方向固定に支持すると共に、他方の前記中間軸を前記出力軸との間のバックラッシュ除去用として軸方向移動可能に支持し、
前記従動歯車と前記第2中間歯車との間のバックラッシュ除去力を、前記被削物の加工時に当該被削物の周方向に発生する切削負荷の発生方向と同じ方向に作用させるように、他方の前記中間軸をその軸方向に押圧する押圧手段を備える
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第2の発明に係るバックラッシュ除去装置は、
第1の発明に係るバックラッシュ除去装置において、
切削負荷の大きさに応じて前記押圧手段の押圧力を可変にする押圧力可変手段を備える
ことを特徴とする。
従って、本発明に係るバックラッシュ除去装置によれば、従動歯車と第2中間歯車との間のバックラッシュ除去力を、被削物の加工時に当該被削物の周方向に発生する切削負荷の発生方向と同じ方向に作用させることにより、バックラッシュ除去力を小さくすることができるので、摩擦や発熱を抑えることができ、低損失でバックラッシュ除去を行うことができる。
以下、本発明に係るバックラッシュ除去装置について図面を用いて詳細に説明する。本実施例は、本発明に係るバックラッシュ除去装置をホブ盤の回転テーブルに適用したものである。
図1は本発明の一実施例に係るバックラッシュ除去装置を備えたホブ盤の回転テーブルの側断面図、図2は図1のA−A矢視断面図、図3は本発明の一実施例に係るバックラッシュ除去装置の歯車列の概略図、図4(a)は切削負荷トルクが被削歯車の回転方向に対し左回転方向に作用したときの歯車列の平面図、図4(b)は同図(a)のB−B矢視断面図、図4(c)は同図(a)のC−C矢視断面図、図5(a)は切削負荷トルクが被削歯車の回転方向に対し右回転方向に作用したときの歯車列の平面図、図5(b)は同図(a)のD−D矢視断面図、図5(c)は同図(a)のE−E矢視断面図、図6はホブカッタの進み角と被削歯車の歯形のねじれ方向との組み合わせにおける被削歯車の回転方向及び切削負荷トルクの発生方向を示した図、図7(a)は切削負荷トルクの発生方向と同じ方向に付加した場合の出力軸側バックラッシュ除去トルクの大きさを示した図、同図(b)は切削負荷トルクの発生方向と逆方向に付加した場合の出力軸側バックラッシュ除去トルクの大きさを示した図である。
先ず、図1乃至3を用いてバックラッシュ除去装置の構成について説明する。
図1に示すように、図示しないホブ盤のベッド1上には回転テーブル2が設けられており、この回転テーブル2の上面には取付具3を介して被削歯車Wが取り付けられている。また、ベッド1上に設けられる図示しないホブヘッドには、ホブカッタ4が略水平軸回りに回転可能に支持されており、このホブカッタ4により被削歯車Wに歯形が創成される。
ベッド1の上面には筒状の基台1aが設けられており、この基台1a内には回転テーブル2の出力軸14が回転可能に支持されている。出力軸14の上端には取付部41が設けられる一方、出力軸14の下端には従動ギヤ42が嵌入されている。そして、取付部41の上面には取付具3を介して被削歯車Wが取り付けられている。
ベッド1の側部には取付台1bが形成されており、この取付台1b上には、後述する入力軸15、固定中間軸16、及び移動中間軸17を回転可能に収納するケーシング18が設けられている。なお、入力軸15、固定中間軸16、及び移動中間軸17と出力軸14とは平行になるように配置されている。
図1乃至図3に示すように、入力軸15は、出力軸14と平行に配置される軸部51と、この軸部51の軸方向略中間部における外周面に形成される駆動ギヤ52とを備えている。軸部51の駆動ギヤ52の上方及び下方における外周面には、凹部51a,51bが形成されている。この凹部51a,51bにはケーシング18に支持されるラジアル軸受19がそれぞれ嵌合している。即ち、入力軸15は、ケーシング18に対して回転可能で、且つ、その軸方向の移動が規制されるように支持されている。そして、ケーシング18の底部には駆動用モータ20が上向きに貫通支持されており、この駆動用モータ20の出力軸20aは入力軸15の下端に嵌入されている。
固定中間軸16は、出力軸14と平行に配置される軸部61と、この軸部61に嵌入される大中間ギヤ62と、軸部61の大中間ギヤ62の下方における外周面に形成され、且つ、大中間ギヤ62よりも小径をなす小中間ギヤ63とを備えている。そして、固定中間軸16の大中間ギヤ62は、入力軸15の駆動ギヤ52と噛み合う一方、小中間ギヤ63は出力軸14の従動ギヤ42と噛み合っている。
軸部61の大中間ギヤ62の上方及び小中間ギヤ62の下方における外周面には、凹部61a,61bが形成されている。この凹部61a,61bにはケーシング18に支持されるラジアル軸受21がそれぞれ嵌合している。即ち、固定中間軸16は、ケーシング18に対して回転可能で、且つ、その軸方向の移動が規制されるように支持されている。
移動中間軸17は、出力軸14と平行に配置される軸部71と、この軸部71に嵌入される大中間ギヤ72と、軸部71の大中間ギヤ72の下方における外周面に形成され、且つ、大中間ギヤ72よりも小径をなす小中間ギヤ73とを備えている。そして、移動中間軸17の大中間ギヤ72は、入力軸15の駆動ギヤ52と噛み合う一方、小中間ギヤ73は出力軸14の従動ギヤ42と噛み合っている。
軸部71の上方及び下方には、上ピストン部材24及び下ピストン25が設けられている。上ピストン部材24及び下ピストン部材25は、ケーシング18に形成される上孔18a及び下孔18b内に摺動可能に移動する円柱部24a,25aと、この円柱部24a,25bの基端に形成されるフランジ部24b,25bとを有している。なお、ケーシング18の上孔18a及び下孔18bと、上ピストン部材24の円柱部24a及び下ピストン部材25の円柱部25aとの間には、エア室26,27が所定量の隙間で形成されている。
上ピストン部材24と軸部71の上端との間には、押さえ部材28が設けられている。押さえ部材28は、軸部71の上端を覆う円筒部28aと、この円筒部28aの基端に形成されるフランジ部28bとを有している。
大中間ギヤ72の上方には、押さえ部材28のフランジ部28bに沿うように、ラジアル軸受22が設けられている。また、上ピストン部材24のフランジ部24bと押さえ部材28のフランジ部28bとの間には、スラスト軸受23が設けられている。一方、小中間ギヤ73の下方にはラジアル軸受22が設けられており、このラジアル軸受22の内輪と下ピストン部材25のフランジ部25bとの間にはスラスト軸受23が設けられている。即ち、移動中間軸17は、ケーシング18に対して回転可能で、且つ、その軸方向に移動可能に支持されている。
エア室26,27にはエア通路29,30が連通されており、このエア通路29,30上には切替調整弁(押圧手段,押圧力可変手段)31が設けられている。この切替調整弁31は、空気をエア通路29,30を介してエア室26,27に供給するものであり、エア室26,27のいずれか一方に空気を供給する切替機能と、その供給する空気の空気圧を可変にする空気圧調整機能とを有している。
なお、歯車列を構成する、出力軸14の従動ギヤ42、入力軸15の駆動ギヤ52、固定中間軸16の中間ギヤ62,63、及び移動中間軸17の中間ギヤ72,73は、はすば歯車の歯形に形成されるものである。また、各ギヤが噛み合う歯面間には所定量のバックラッシュが設けられている。
従って、ホブ盤を用いて被削歯車Wに歯形を創成する場合には、駆動用モータ20を正逆転のいずれか一方に駆動して入力軸15を回転させる。その駆動力は駆動ギヤ52から固定中間軸16の大中間ギヤ62及び移動中間軸17の大中間ギヤ72に伝達された後、小中間ギヤ63及び小中間ギヤ73で減速される。次いで、その減速された駆動力が従動ギヤ42に伝達されることで出力軸14が回転され、被削歯車Wは略鉛直軸回りに回転する。そして、被削歯車Wを略鉛直軸回りに回転させると共に、ホブカッタ4を図示しない駆動装置により回転駆動させる。ホブカッタ4及び被削歯車Wを同期回転させた状態で、ホブカッタ4を被削歯車Wに切り込ませることにより、被削歯車Wの外周面がホブカッタ4の刃部により削り取られて、歯形が創成される。
また、被削歯車Wがホブカッタ4により加工されるときには、移動中間軸17を上方または下方のいずれか一方に移動して、歯車列内のバックラッシュ除去が行われている。
切替調整弁31を切替作動してエア通路29を介してエア室26に空気を供給すると、図4に示すように、移動中間軸17を下方に移動させる軸押圧力Fが下向きに作用することになり、当該移動中間軸17の大中間ギヤ72及び小中間ギヤ73は下方に移動する。これにより、大中間ギヤ72の歯面は入力軸15の駆動ギヤ52の歯面に入力軸側バックラッシュ除去トルクTbで当接すると共に、小中間ギヤ73の歯面は出力軸14の従動ギヤ42の歯面に出力軸側バックラッシュ除去トルクTsで当接する。
従って、入力軸15の駆動ギヤ52と、出力軸14の従動ギヤ42とは、移動中間軸17の大中間ギヤ72と小中間ギヤ73とが、互いに反対側の歯面に同時に当接する。これと同時に、入力軸15の駆動ギヤ52と、出力軸14の従動ギヤ42とは、固定中間軸16の大中間ギヤ62と小中間ギヤ63とが、移動中間軸17の大中間ギヤ72及び小中間ギヤ73が当接した歯面の反対側の歯面で、且つ、互いに反対側の歯面に同時に当接する。
一方、切替調整弁31を切替作動してエア通路30を介してエア室27に空気を供給すると、図5に示すように、移動中間軸17を上方に移動させる軸押圧力Fが上向きに作用することになり、当該移動中間軸17の大中間ギヤ72及び小中間ギヤ73は上方に移動する。これにより、大中間ギヤ72の歯面は入力軸15の駆動ギヤ52の歯面に入力軸側バックラッシュ除去トルクTbで当接すると共に、小中間ギヤ73の歯面は出力軸14の従動ギヤ42の歯面に出力軸側バックラッシュ除去トルクTsで当接する。
従って、入力軸15の駆動ギヤ52と、出力軸14の従動ギヤ42とは、移動中間軸17の大中間ギヤ72と小中間ギヤ73とが、互いに反対側の歯面に同時に当接する。これと同時に、入力軸15の駆動ギヤ52と、出力軸14の従動ギヤ42とは、固定中間軸16の大中間ギヤ62と小中間ギヤ63とが、移動中間軸17の大中間ギヤ72及び小中間ギヤ73が当接した歯面の反対側の歯面で、且つ、互いに反対側の歯面に同時に当接する。
よって、入力軸15の駆動ギヤ52と固定中間軸16の大中間ギヤ62との間、固定中間軸16の小中間ギヤ63と出力軸14の従動ギヤ42との間、入力軸15の駆動ギヤ52と移動中間軸17の大中間ギヤ72との間、及び移動中間軸17の小中間ギヤ73と出力軸14の従動ギヤ42との間で、バックラッシュが除去されるようになっている。
なお、移動中間軸17の上方及び下方への軸押圧力Fは、切替調整弁31の供給空気圧調整により制御されており、この軸押圧力Fを調整することにより入力軸側バックラッシュ除去トルクTb及び出力軸側バックラッシュ除去トルクTsの大きさが可変可能となっている。
次に、図4乃至図7を用いて移動中間軸17に対する押圧方向及び押圧力、即ち、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsの付加方向及びその大きさの設定方法について説明する。
一般に、ホブ盤においては、回転テーブルの回転方向、即ち、被削歯車の回転方向は、ホブカッタの進み角から求められる。この場合、ホブカッタの進み角が右ねじれに形成されるときには、被削歯車の回転方向は左回転に設定される。一方、ホブカッタの進み角が左ねじれに形成されるときには、被削歯車の回転方向は右回転に設定される。
また、加工中においては、被削歯車にはその軸方向からホブカッタの断続な切削負荷が作用する。特に、被削歯車がはすば歯車である場合には、その切削負荷は被削歯車の周方向への切削負荷トルクとして変換される。この切削負荷トルクの発生方向は、被削歯車に加工する歯形のねじれ方向から求められる。この場合、被削歯車に右ねじれの歯形を加工する場合には、被削歯車の回転方向に対し、右回転方向への切削負荷トルクが発生する。一方、被削歯車に左ねじれの歯形を加工する場合には、被削歯車の回転方向に対し、左回転方向への切削負荷トルクが発生する。
従って、ホブカッタの進み角は右ねじれと左ねじれとがあり、被削歯車に加工する歯形は右ねじれと左ねじれとあるので、その組み合わせは、図6の(a)〜(d)の4通りに分けることができる。
図6(a)は、進み角が右ねじれのホブカッタ4を用いて、左ねじれの歯形を被削歯車Wに加工する場合である。この場合、ホブカッタ4の進み角が右ねじれに形成されているので、被削歯車W(回転テーブル2の出力軸14)の回転方向Rは左回転に設定される。また、左ねじれの歯形を被削歯車Wに加工するので、切削負荷トルクTwは被削歯車Wの回転方向に対し左回転方向に発生する。
同図(b)は、進み角が左ねじれのホブカッタ4を用いて、左ねじれの歯形を被削歯車Wに加工する場合である。この場合、ホブカッタ4の進み角が左ねじれに形成されているので、被削歯車Wの回転方向Rは右回転に設定される。また、左ねじれの歯形を被削歯車Wに加工するので、切削負荷トルクTwは被削歯車Wの回転方向に対し左回転方向に発生する。
同図(c)は、進み角が右ねじれのホブカッタ4を用いて、右ねじれの歯形を被削歯車Wに加工する場合である。この場合、ホブカッタ4の進み角が右ねじれに形成されているので、被削歯車Wの回転方向Rは左回転に設定される。また、右ねじれの歯形を被削歯車Wに加工するので、切削負荷トルクTwは被削歯車Wの回転方向に対し右回転方向に発生する。
同図(d)は、進み角が左ねじれのホブカッタ4を用いて、右ねじれの歯形を被削歯車Wに加工する場合である。この場合、ホブカッタ4の進み角が左ねじれに形成されているので、被削歯車Wの回転方向Rは右回転に設定される。また、右ねじれの歯形を被削歯車Wに加工するので、切削負荷トルクTwは被削歯車Wの回転方向に対し右回転方向に発生する。
そして、図6(a),(b)のように、切削負荷トルクTwが被削歯車Wの回転方向に対し左回転方向に発生する場合には、図4に示すように、軸押圧力Fを下向きに作用させ、移動中間軸17を下方に移動させる。これにより、小中間ギヤ73による出力軸側バックラッシュ除去トルクTsは、被削歯車Wの回転方向に対し、切削負荷トルクTwの発生方向である左回転方向に発生する。
一方、図6(c),(d)のように、切削負荷トルクTwが被削歯車Wの回転方向に対し右回転方向に発生する場合には、図5に示すように、軸押圧力Fを上向きに作用させ、移動中間軸17を上方に移動させる。これにより、小中間ギヤ73による出力軸側バックラッシュ除去トルクTsは、被削歯車Wの回転方向に対し、切削負荷トルクTwの発生方向である右回転方向に発生する。
上述したように、加工中においては、切削負荷トルクTwが発生した方向と同じ方向に、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを作用させているが、ここで、切削負荷トルクTwが被削歯車Wの回転方向に対して発生する回転方向を正とすると、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsも正となる。
従って、図7(a)に示すように、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを切削負荷トルクTwが発生した方向と同じ方向に作用させることにより、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを小さくすることができる。仮に、図7(b)に示すように、切削負荷トルクTwが発生する回転方向と逆の回転方向に出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを付加させようとすると、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを切削負荷トルクTwよりも大きく必要があり、損失が大きくなる。
また、常に、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを作用させているので、ホブカッタ4の断続切削により切削負荷トルクTwが発生しないとき(図中Δt)でも、移動中間軸17の小中間ギヤ73の歯面が出力軸14の従動ギヤ42の歯面に常に当接することになり、回転伝達誤差が生じることがない。
更に、切替調整弁31を調整することにより、切削負荷トルクTwの大きさに応じて出力軸側バックラッシュ除去トルクTsの大きさを適切に設定することができ、必要以上に大き過ぎたり、小さ過ぎたりすることがなく、効率的に出力軸側バックラッシュ除去トルクTsが作用される。
従って、本発明に係るバックラッシュ除去装置によれば、被削歯車Wが取り付けられる出力軸14の従動ギヤ42に付加する移動中間軸17の小中間ギヤ73の出力軸側バックラッシュ除去力トルクTsを、加工時に被削歯車Wの周方向に発生する切削負荷トルクTwの発生方向と同じ方向に作用させることにより、出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを小さくすることができる。この結果、移動中間軸17を移動させるための軸押圧力Fを小さくすることができるので、移動中間軸17の移動に伴う摩擦や発熱を抑制することができ、低損失でバックラッシュ除去を行うことができる。
また、切替調整弁31によるエア室26,27への空気圧を可変にして、移動中間軸17への軸押圧力Fを調整することができるので、切削負荷トルクTwの大きさに応じて出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを制御することができる。これにより、適切な大きさの出力軸側バックラッシュ除去トルクTsを作用させることができるので、効率的にバックラッシュ除去を行うことができる。
運転中に回転方向が正逆に切り替えられ、且つ、運転中に加わる負荷トルクの方向が変わらない歯車列を備えた変速装置に適用可能である。
本発明の一実施例に係るバックラッシュ除去装置を備えたホブ盤の回転テーブルの側断面図である。 図1のA−A矢視断面図である。 本発明の一実施例に係るバックラッシュ除去装置の歯車列の概略図である。 (a)は切削負荷トルクが被削歯車の回転方向に対し左回転方向に作用したときの歯車列の平面図、(b)は(a)のB−B矢視断面図、(c)は(a)のC−C矢視断面図である。 (a)は切削負荷トルクが被削歯車の回転方向に対し右回転方向に作用したときの歯車列の平面図、(b)は(a)のD−D矢視断面図、(c)は(a)のE−E矢視断面図である。 ホブカッタの進み角と被削歯車の歯形のねじれ方向との組み合わせにおける被削歯車の回転方向及び切削負荷トルクの発生方向を示した図である。 (a)は切削負荷トルクの発生方向と同じ方向に付加した場合の出力軸側バックラッシュ除去トルクの大きさを示した図、(b)は切削負荷トルクの発生方向と逆方向に付加した場合の出力軸側バックラッシュ除去トルクの大きさを示した図である。
符号の説明
2 回転テーブル
4 ホブカッタ
14 出力軸
15 入力軸
16 固定中間軸
17 移動中間軸
18 ケーシング
20 駆動用モータ
24 上ピストン部材
25 下ピストン部材
26,27 エア室
29,30 エア通路
31 切替調整弁
42 従動ギヤ
51,61,71 軸部
52 駆動ギヤ
62,72 大中間ギヤ
63,73 小中間ギヤ
W 被削歯車
R 被削歯車の回転方向
Tw 切削負荷トルク
Tb 入力軸側バックラッシュ除去トルク
Ts 出力軸側バックラッシュ除去トルク
F 軸押圧力

Claims (2)

  1. はすば歯車を用いた歯車列であって、
    原動機に連結され、駆動歯車を有する入力軸と、
    前記入力軸と平行に配置され、被削物を同軸上に固定し従動歯車を有する出力軸と、
    前記入力軸及び前記出力軸と平行に配置され、前記駆動歯車と噛み合う第1中間歯車と、前記従動歯車と噛み合う第2中間歯車とを有する中間軸とを設け、
    一方の前記中間軸を前記出力軸の回転方向位置決め用として軸方向固定に支持すると共に、他方の前記中間軸を前記出力軸との間のバックラッシュ除去用として軸方向移動可能に支持し、
    前記従動歯車と前記第2中間歯車との間のバックラッシュ除去力を、前記被削物の加工時に当該被削物の周方向に発生する切削負荷の発生方向と同じ方向に作用させるように、他方の前記中間軸をその軸方向に押圧する押圧手段を備える
    ことを特徴とするバックラッシュ除去装置。
  2. 請求項1に記載のバックラッシュ除去装置において、
    切削負荷の大きさに応じて前記押圧手段の押圧力を可変にする押圧力可変手段を備える
    ことを特徴とするバックラッシュ除去装置。
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