揺動型歯車装置の歯車創成加工装置
【課題】ワーク保持部の初期修正加工を高精度かつ簡単に行うことのできる揺動型歯車装置の歯車創成加工装置を提供する。
【解決手段】揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、動力源によって駆動される駆動軸１０、駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心Ｘに対して所定角度傾斜した軸心Ｙを有する傾斜部１０ａ、傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６を備えた回転盤１２、回転盤と一体に回転し回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部１３とで構成する割り出し手段と、第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段１５と、ワーク保持部の運動を揺動運動と傾斜部の軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段１４とを備えた。
【解決手段】揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、動力源によって駆動される駆動軸１０、駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心Ｘに対して所定角度傾斜した軸心Ｙを有する傾斜部１０ａ、傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６を備えた回転盤１２、回転盤と一体に回転し回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部１３とで構成する割り出し手段と、第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段１５と、ワーク保持部の運動を揺動運動と傾斜部の軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段１４とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車加工装置、特に、入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の揺動運動を行ういわゆる揺動型歯車装置を用いた減速歯車装置の原理は知られている。この揺動型歯車装置は、４つの歯車のみで大減速比を得ることが可能であり、様々な利点を有するものである。しかしながら、揺動型歯車装置は、その歯車の歯形を高精度かつ低コストでの生産が困難な球面インボリュート歯形とする必要があり、実用化には至っていない。本発明者はこの球面インボリュート歯形に代わる歯形を用いることによって、揺動型歯車装置の実用化を可能とした。この揺動型歯車装置の詳細については、特公平7-56324 号公報に開示されている。
【０００３】
図５には、上記公報に開示された揺動型歯車装置と同様のものが示されている。揺動型歯車装置は、歯数の異なる４つの歯車として、第１〜第４歯車Ａ1 〜Ａ4 を有している。この内第１歯車Ａ1 は、ハウジング６に一体的に固定され、回転をしない固定歯車である。第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 は、入力軸１の軸腺に対して所定の角度をなす傾斜部１ａによって回転自在に支承される回転体３に形成されている。また、第４歯車Ａ4 は出力軸２に設けられ、ハウジング６により回転自在に支持されている。そして、第１歯車Ａ1 と第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 が夫々噛み合っている。
【０００４】
入力軸１が回転すると、傾斜部１ａが首を振るような運動をし、これに支承される回転体３は、あたかも停止寸前のこまのように首振り運動をする。この回転体３の動きを揺動運動という。そして、回転体３の揺動運動により、第２歯車Ａ2 を第１歯車Ａ1 に、また、第３歯車Ａ3 を第４歯車Ａ4 にそれぞれ噛み合せていく（図７（ａ），（ｂ）参照）。すると、第２歯車Ａ2 は、１周期の揺動運動（入力軸１の１回転）当り、第１歯車Ａ1 との歯数差に相当する分だけ第１歯車Ａ1 に対して回転する。すなわち、第１歯車Ａ1 と、第２歯車Ａ2との間で、１段階の減速がなされる。第２歯車Ａ2 の運動は、第３歯車Ａ3 に直接伝わり、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 との間でも、同様の噛み合いを行う。よって、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 との間でも、１段階の減速がなされる。すなわち、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第１、第２歯車Ａ1 ，Ａ2 と、第３、第４歯車Ａ3 ，Ａ4 とで、２段階の減速作用を受けることになる。
【０００５】
また、第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 が揺動運動をしながら、第１歯車Ａ1、第４歯車Ａ4 と噛み合う際に、従来から知られているインボリュート歯形又は球面インボリュート歯形では、各噛み合い面に摺動を生じてしまう。この摺動が、騒音、振動および発熱を発生し、焼き付きの原因となる。この問題を解決するために、図６に示すように、各歯車の歯には、コロ４およびコロとの内接面５を採用している。具体的には、第１歯車Ａ1 （第４歯車Ａ4 ）に形成されたコロとの内接面５にコロ４を浮遊支持し、半円筒状の凸歯を形成している。また、第２歯車Ａ2 （第３歯車Ａ3 ）にもコロとの内接面５を形成し、半円溝状の凹歯を形成する。そして、回転体３が揺動運動を行うと、第２歯車Ａ2 （第３歯車Ａ3 ）は各凹歯と凸歯とを噛み合せていく。そして、各凹歯と凸歯との間に生ずる摺動を、コロ４の回転で吸収している。したがって、バックラッシの設定を不要とするばかりか、各歯車間に予圧を付与して、精密な噛み合せを行うことができる。
【０００６】
このように、歯形としてコロ４およびコロとの内接面５を用いることにより、球面インボリュート歯形に比べて遥かに容易かつ低コストでの歯形の形成が可能となった。しかしながら、半円筒状の内接面を正確なピッチおよび角度で、かつ精密に形成するには、精密な治具等を用いて手作業により正確な角度位置の割り出しを行う必要があり、作業者の熟練を要する等、大量生産には大きな課題がある。
【０００７】
本発明者は上記課題に鑑みて、特開平１０−２３５５１９号（特許文献１）に示すように、ワークの位置の割り出しを正確にかつ連続的に行うことが可能な加工装置を提供している。すなわち、特許文献１に記載の加工装置は、揺動型歯車装置の基本機能を活用してワークを保持するワーク保持部を揺動型歯車装置の回転盤として構成する一方、このワーク保持部に保持されるワークの運動軌跡上に切削砥石等の歯形形成手段を位置させることにより、揺動型歯車装置の歯車を大量にかつ低コストで生産することが可能となった。
【特許文献１】特開平１０−２３５５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の歯車加工装置は、ワークの角度位置の割り出し及び加工を連続的に行うことができ、生産性を高めることができるが、揺動型歯車装置の作動原理を用いるが故にワーク保持部の真円度および直角度を確保するための機上修正が困難になるという新たな課題がある。
【０００９】
一般に、加工装置のワーク保持部は、組み立て誤差あるいはワーク保持部を含む各部のばらつきなどによってワークの軸心のずれあるいは傾きが生じワークの保持精度に影響する。また、ワークの加工累積に伴うワーク保持部の磨耗などによってもその精度に影響を与える。このため、ワーク保持部の直角度あるいは真円度を得るためには、ワークの加工に先立って、初期状態でワークを回転させながら研削砥石などによって修正加工を行う必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の加工装置のワーク保持部は、揺動型歯車装置の揺動運動と相似形の揺動運動をするものであるため、この揺動運動に対応してワーク保持部の端面あるいは内周面の機上修正を行うのは極めて困難である。
【００１０】
本発明はかかる点に着目して、ワーク保持部の初期修正加工を高精度かつ簡単に行うことのできる揺動型歯車装置の歯車創成加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１に係わる手段は、入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された固定歯車としての歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、動力源によって駆動される駆動軸と、該駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部と、該傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車と噛み合う第２歯車を備えた回転盤と、該回転盤と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部とで構成する割り出し手段と、上記第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段と、上記ワーク保持部の運動を揺動運動と傾斜部の軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によると、駆動軸を回転させることにより、その駆動軸と一体に回転する傾斜部に支承された回転盤が揺動運動を行い、この揺動運動に伴って回転盤の端面に形成された第２歯車は第１歯車との噛み合い位置を周方向に変位させる。このとき、回転盤の揺動運動そのものは回転盤の回転運動を支配するものではないが、回転盤の回転運動は、第１歯車と第２歯車との間の歯数差に支配される。つまり、傾斜部の１回転につき、回転盤は一周期の揺動運動を行うとともに歯数差相当分の回転を行うことになる。このため、回転盤と一体に運動するワーク保持部も同様の運動を行いその歯数差だけ回転する。このとき、ワーク保持部に固定されたワークは、前記回転盤の揺動中心点とワークが揺動運動する際の揺動中心点とが一致した状態でワーク保持部に保持されるので、ワークの被加工面は前記回転盤と一体をなす揺動型歯車装置としての移動軌跡を描き所定の角度位置に割り出しが行われる。
【００１３】
よって、歯車形成手段を前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動させることにより、ワークの被加工面には、該ワークと対をなす歯車が噛み合うがごとく前記歯車形成手段が当接し、所望の歯形が創成される。また、ワークの割り出し加工に先立って、切り換え手段の作動により駆動軸の回転が拘束されるとともに固定歯車としての第１歯車が回転駆動されることにより、回転盤およびワーク保持部は、第２歯車が第１歯車と特定の角度位置で噛み合った状態で、固定された傾斜部の軸心を中心に単純な回転運動を行う。この状態において研削砥石などの加工手段によってワーク保持部の内周面および端面が適切に機上修正され、ワーク保持部はその真円度および直角度が高精度に保たれることになる。したがって、ワークは、保持精度および割り出し精度ともに高精度に保たれた状態で連続的に創成加工されることが可能になる。
【００１４】
請求項２に係わる手段は、請求項１において、上記切り換え手段が、上記第１歯車が固定される旋回テーブルを駆動する駆動手段と上記駆動軸の回転運動を規制する規制手段とを備え、該駆動手段および規制手段は電動モータと電動モータを制御する制御手段とで構成され、ワーク保持部の機上修正時、上記駆動軸を固定しかつ上記旋回テーブルを駆動するように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、機上修正を、機構的に複雑化することなく、主要構成要素の駆動切り換え動作だけで行うことができるので装置全体としての小型化が可能となる。
【００１５】
請求項３に係わる手段は、請求項２において、上記旋回テーブルが、動力源としての駆動手段に直接連携され、機上修正時該動力源により高速駆動されるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部の機上修正にあたって旋回テーブルを直接高速で駆動することができ、高精度な修正を行うことができる。しかも駆動手段を割り出し手段の位相調整用の駆動手段としても用いることができ、装置の小型化にも貢献する。
【００１６】
請求項４に係わる手段は、請求項２において、上記旋回テーブルと上記駆動手段との間に、少なくともワーク創成加工時、駆動手段の回転を減速して旋回テーブルに伝える減速装置が設けられていることを特徴とする。この構成によれば、駆動手段としての電動モータの回転が減速装置により大幅に減速されて旋回テーブルに伝えられることになるので、電動モータのコギング現象も減速装置によって圧縮されることになり、旋回テーブルの位置制御、ひいてはワークの割り出し制御を、電動モータのコギング現象による悪影響を受けることなく高精度に行うことができる。
【００１７】
請求項５に係わる手段は、請求項４において、上記減速装置が、上記切り換え手段の切り換え動作に対応して、減速動作と非減速動作に切り換えられるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク割り出し時においては電動モータの回転は減速装置により減速されて伝えられ、機上修正時においてはその回転は減速されることなく直接伝えられることになる。したがって、ワーク割り出し時におけるコギングを防ぐとともに機上修正時におけるワーク保持部の高速駆動が可能となり、結果としてワークの精密加工が可能となる。
【００１８】
請求項６に係わる手段は、請求項５において、上記減速装置が、揺動型歯車装置として構成され、入力軸と入力軸に対し所定角度傾斜した軸心の傾斜部と、該傾斜部に対して回転自在に支承される回転部材とを備え、該回転部材の軸方向端面に、固定歯車としての第1歯車と噛み合う第2歯車と上記旋回テーブルの他端に固定された第4歯車と噛み合う第3歯車とを備え、ワークの創成加工時には該第1歯車が固定され通常の減速作用が行われ、ワーク保持部の機上修正時には駆動手段により入力軸と第1歯車がともに駆動され減速装置が非減速状態となるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、揺動型歯車装置の歯車構成が中空であるが故に軸心部への関連部品の組み込みが可能で、全体をコンパクトに構成することができる。さらに、揺動型歯車装置は、減速比の設定の自由度が大きく、特に高減速比に設定することにより、割り出し加工時における制御分解能を高めることができるだけでなく電動モータのコギング現象を大幅に圧縮することができるので、割り出し精度すなわち加工精度を高めることができる。
【００１９】
請求項７に係わる手段は、請求項６において、上記減速装置の入力軸および回転部材が、上記駆動手段としての電動モータの半径方向内方においてそれぞれ重合配置されていることを特徴とする。この構成によれば、中空構造を利用して装置全体をコンパクトに構成することができる。
【００２０】
請求項８に係わる手段は、請求項１ないし７のいずれか１つにおいて、上記ワーク保持部が、上記駆動軸の傾斜部の内周空間部に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部先端と軸受け部材との間の距離を短くできるので、ワーク加工時および機上修正時の曲げ荷重の作用に対する曲げ剛性を高めることができ、加工精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項９に係わる手段は、請求項１ないし８のいずれか１つにおいて、上記駆動軸が、軸方向に貫通する中空部を備え、該中空部内に上記ワーク保持部あるいはワーク加工部に連なる通路手段を設けたことを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部周辺の構造部材を歯車機構内方の軸心部の空間に配置できるので、ワークおよび歯形形成手段周辺の構造の簡略化のみならず装置全体をコンパクトに構成できる
請求項１０に係わる手段は、請求項１ないし９のいずれか１つにおいて、上記割り出し手段あるいは上記減速装置の歯車の噛み合い部の間にコロが介在されていることを特徴とする。この構成によれば、単純にバックラシュをゼロにできるだけでなく、割り出し手段の割り出し制度あるいは減速装置による旋回テーブルの回転精度の向上に貢献する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置は、以上のように構成されているので、ワークの割り出し精度およびワーク保持部の機上修正をともに高精度かつ簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１実施例）
図１には、本発明に係わる第１実施例の揺動型歯車装置の歯車創生加工装置が示されている。この創成加工装置は、動力源としての第1電動モータ１９によって駆動される駆動軸１０、該駆動軸１０の一部に形成され駆動軸の軸心Xに対して所定角度傾斜した軸心Yを有する傾斜部１０a、該傾斜部１０aにおいて回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６を備えた回転盤１２、該回転盤１２と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部１３とで構成される割り出し手段と、上記第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし前記回転盤１２と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段としてのカッタホイール１５と、上記ワーク保持部１３の運動を揺動運動と傾斜部１０aの軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段１４とを備えている。
【００２５】
上記割り出し装置の駆動軸１０は、下端部外周において中空の第１電動モータ１９（ステータ１９a、ロータ１９b）によって駆動されるように構成されており、その内周中空部には、ダイヤフラムチャック２１のパワー源としてのエアーパイプ２３およびワーク先端に冷却液を供給するクーラントパイプ２４を収納する保護パイプ２５が回転可能に支承されている。第１電動モータ１９の近傍には駆動軸１０の回転角を検出するレゾルバ方式の回転センサーとして構成される第１回転センサー２０が設けられている。したがって、駆動軸１０は外周の一端において第１電動モータ１９によって駆動され、その先端に形成された傾斜部１０aも一体に回転する。この傾斜部１０aは、駆動軸１０の上端にボルトにて固定されており、駆動軸１０より大径の中空軸をなし、その外周壁と内周壁は軸方向において駆動軸１０の軸心Xに対して所定角度傾斜した軸心Yと平行になるように形成されている。また、その底壁は傾斜軸心Yに直角に形成されている。
【００２６】
上記傾斜部１０aの外周においてベアリング１１を介して回転自在に支承される回転盤１２は、その軸方向内端（下端）に旋回テーブル８に固定された揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６が固定されている。この第１および第２歯車とで構成される揺動型歯車装置は、相互間の歯数差によって、傾斜部１０aの１回転に対し歯数差相当の角度だけ回転変位することによって、回転盤１２の角度位置を割り出す。
【００２７】
上記旋回テーブル８は、軸方向中央の外周において本体７との間に介在された第２電動モータ１７（ステータ１７a 、ロータ１７b）によって駆動されるように構成されており、また下端において、その回転位置を検出するレゾルバ方式の第２回転センサー１８と連携されている。
【００２８】
回転盤１２の上端において一体に固定されるワーク保持部１３は、中空状の固定部材２２と該固定部材２２に固定されるダイヤフラムチャック２１を備えている。固定部材２２は、上端のフランジ部２２aと、中空筒部２２bと、この中空筒部２２bと直交する底壁２２cとで構成されている。フランジ部２２aは回転盤１２の上端面に固定され、中空筒部２２bはその外周面が傾斜部１０aの内周面と平行になるように傾斜部１０aの空間部に介在されている。また、ダイヤフラムチャック２１は固定部材２２の底壁２２cにボルトにて一体に固定されており、図２に示すように、先端にワークWを固定する爪部材２１aを備えた可とう性のダイヤフラム２１bと、該ダイヤフラム２１bに空気圧を介して一定の押圧力を与えるピストン２１cを備えている。ピストン２１cはシリンダ２１dとの間に、エアーパイプ２３から選択的に供給される高圧エアが作用する第１作動室２１eと第２作動室２１fが形成されている。第１作動室２１eにエアが供給されたとき、ピストン２１cが上方に移動しダイヤフラム内方の第３作動室２１gの空気圧を高めて爪部材２１aを開き、逆に第２作動室２１fにエアが供給されたときには、ダイヤフラムは元の状態に復帰し爪部材２１aは閉じる。（この状態は図２の左半分と右半分とで示している）したがって、爪部材が開かれている状態ではワークWは非保持状態となり、また、爪部材が閉じている状態ではワークWは強固に保持されることになる。
【００２９】
なお、爪部材２１ａの内周面および軸方向内方の端面は、後述の機上修正時、その直角度および真円度が図示しない研削砥石などの加工手段にて修正される。
【００３０】
以上のように構成されたダイヤフラムチャック２１は、中空状の傾斜部１０ａの内周において重合配置された固定部材２２の底壁２２cに固定されているので、爪部材２１aによって保持されるワークWの被加工面とベアリング１１間の軸方向距離を短くすることができ、ワーク加工時において回転盤１２、ワーク保持部１３に作用する曲げ荷重に対する剛性を高めることができ、加工精度を向上させることができる。
【００３１】
ところで、ワーク保持部１３に保持されたワークWは、回転盤１２すなわち第２歯車２６の揺動運動に伴って揺動運動を行うが、その揺動中心は第２歯車２６の揺動中心と一致するように設定されているので、ワークWは第２歯車の揺動運動に対して相似形の揺動運動を行うことになる。
【００３２】
また回転盤１２の上端面には、揺動型歯車装置としての第３歯車２７が固定されている。この第３歯車２７は、本体７の上端外周においてベアリング２８を介して回転自在に支承される基準回転部材３０に固定される揺動型歯車装置としての第４歯車２９と噛み合っている。この第３歯車２７と第４歯車２９と基準回転部材３０とで回転盤１２の揺動運動、すなわち、軸方向と回転方向の運動を回転のみの運動に変換する変換手段を構成している。第３歯車２７と第４歯車２９は上記第1および第2歯車と同様に、所定のピッチ円錐の傘歯車として形成され、両者同数の歯数に設定されている。したがって、回転盤１２の揺動運動に対し、第３歯車２７は、第２歯車２６と一体に揺動運動し、第４歯車２９に対しその噛み合い位置が周方向に変位するが、第３歯車２７と第４歯車２９とは歯数が同数であるため第４歯車２９との間の相対変位は生じない。一方で、第３歯車２７は回転盤１２を介して第２歯車２６と一体の運動を行うので、第１歯車９と第２歯車２６間の歯数差に伴う回転盤１２の所定回転角の変位は第３歯車２７および第４歯車２９を介して基準回転部材３０に伝えられることになる。つまり、第1歯車９と第２歯車２６との間の歯数差によって生じる回転盤１２の回転変位は、ワーク保持部１３にワークWの割り出し角として伝えられるとともに、第３、第４歯車を通じてワークの割り出し角として基準回転部材３０にも伝えられる。
【００３３】
また、基準回転部材３０の下端内周部には、回転盤１２の回転角位置、つまりワーク保持部１３に保持されたワークWの割り出し角度位置を検出するレゾルバ方式の回転センサーとして構成される第3回転センサー１６が装着されている。この第3回転センサー１６は、基準回転部材３０の内周に固定されたステータ１６aと本体７の外周に固定されたロータ１６bとで構成され、基準回転部材３０の回転位置を検出することによって、その出力は図示しない制御装置に取り込まれ、駆動軸１０の回転角度位置を検出する第１回転センサー２０の出力と第１、第２歯車間の減速比で決まる目標回転角と比較して、その偏差を求め、偏差がゼロとなるように第１電動モータ１９の出力を制御するように用いられる。また、この第３回転センサーは、各歯車の個体差による初期位置の調整にも用いることができる。
【００３４】
なお、上記第３歯車２７は、その歯先が上記第２歯車２７と軸方向において同一方向を向くように配置され、当該方向において上記第４歯車２９と噛み合うように構成されている。この構成によれば、加工装置の軸方向長さを短縮することができるだけでなく、軸方向先端にてワークWを保持するワーク保持部１３を軸方向内方に配置し回転盤１２を支持するベアリング１１との距離を短くすることができるので、ワークWの加工時およびワーク保持部材の機上修正時においてワーク保持部１３に作用する曲げ荷重に対する剛性を確保することができる。すなわち、第３歯車２７と第４歯車２９との噛み合い構造を、たとえば図５に示す揺動歯車装置のように第１歯車A1と第２歯車A2の噛み合い方向に対して第３歯車A3と第４歯車A4の噛み合い方向が、異なる方向である場合には、基準回転部材３０を軸方向外方（歯形形成手段の方向）に向かって配置する必要があり、その分ワーク保持部１３も軸方向外方に配置する必要があり、よって、ワーク保持部１３先端と軸受け部材としてのベアリング１１との間の距離が長くなり、その分軸剛性が低下することになる。
【００３５】
また、カッタホイール１５は、ＮＣ制御される位置決め装置（図示せず）によって支持されており、ワークWに対する近接遠退が自在となっている。また、カッタホイール１５は、回転しながらワークWに形成する歯形の歯すじ方向（ワークの円錐面に平行に）に、所定ストロークだけ移動することができる。このストロークは所望の歯幅より若干長くする。ところで、カッタホイール１５は、円周端部の断面形状が、歯形断面形状と略同一形状の円弧をなす砥石車である。このカッタホイール１５を回転駆動してワークWの被加工面に当接させ、歯すじ方向へと移動させることにより、砥石車の断面とほぼ同一の円弧状断面の溝型歯を創成研削加工することができる。なお、本加工装置に用いることができる歯形形成手段としては、カッタホイール18に限らず、サイドカッタ、砥石カッター等のカッタホイールや、エンドミル（ボールエンドミル）、カッタホイール１５と同様の断面形状を有する放電電極等も適用可能である。
【００３６】
また、第１歯車９と第２歯車２６との噛み合い部および第３歯車２７と第４歯車２９との噛み合い部にはニードルローラとしてのコロ３１が介在されている。各歯車の歯形は、図６に示すように、コロ３１とコロ３１に適合する凹状の内接面３２とで構成されている。コロ３１は、リテーナにより一体化され、第1歯車９と第4歯車２９側に配設されている。第1、第4歯車９，２９は内接面３２に位置するコロ３１とで凸状歯として構成され、第2、第3歯車２６，２７は、上記凸状歯と噛み合う凹状歯として構成される。したがって、第１ないし第４歯車のそれぞれの噛み合い部の摩擦は、コロ３１の転がりによって大幅に軽減される。この場合、各噛み合い部に与圧を与えることにより、バックラッシュを実質的に解消することができる。このことは、回転盤１２すなわちワーク保持部１３の割り出し精度の向上に貢献するばかりか、第３回転センサー１６によるワーク保持部１３の割り出し角の検出精度の向上にも貢献する。
【００３７】
なお、上記第３歯車２７のボス部と基準回転部材３０の間には、ベローズ状のカバー部材３３が設けられており、各歯車の噛み合い部などへの塵埃の侵入を防止するように構成されている。カバー部材３３としてはベローズ構造でなくてもよいが、ベローズ状にすることにより回転盤１２の揺動運動を許容しながら塵埃の進入を確実に防ぐことができるのでより好ましい。
【００３８】
上記揺動型歯車装置として構成される割り出し手段の運動形態を切り換える切り換え手段１４は、上記第１歯車９が固定される旋回テーブル８を回転駆動する駆動手段としての第２電動モータ１７と、上記駆動軸１０の回転を被回転状態に規制する規制手段としての第１電動モータ１９と、これら第１および第２電動モータを制御する制御手段（図示せず）を備え、ワーク保持部１３の運動を、ワーク割り出し時には揺動運動を許容し、機上修正時には傾斜部１０ａの軸心Ｙを中心とした単なる回転運動に切り換えるように構成されている。すなわち、ワーク割り出し加工時には、第２電動モータ１７の駆動が停止され第１歯車９が固定状態にあり、第１駆動モータ１９によって駆動軸１０が駆動され、回転盤１２およびワーク保持部１３は揺動運動を行い所定の割り出しが行われる。また、ワーク保持部１３の機上修正時には、第２電動モータ１７によって旋回テーブル８が駆動され、第１電動モータ１９がサーボロック状態となり駆動軸１０の回転が特定位置で固定され、回転盤８およびワーク保持部１３は固定状態にある傾斜部１０ａ上を単純に回転することになり、別途用意した機上修正用の加工手段、たとえば研削砥石によって保持部の真円度および直角度が適正に修正加工される。以上のワーク割り出しモードと機上修正モードの選択は、加工装置の操作盤に設けたモード切り換えボタン等の操作により、制御装置の制御の下で第１および第２電動モータの制御によって適切に行うことができる。なお、上記第２電動モータ１７は、割り出しモードでは非作動となり、第１歯車９を固定歯車として機能させるようにしているが、加工歯車の歯数を変更する場合には、回転盤１２すなわちワーク保持部１３の一周期の揺動運動ごとにその回転角を調整することで任意の歯数の歯車の加工が可能になる。したがって、第２電動モータ１７は割り出しモードでの位相調整用の電動モータとしても用いることができる。
【００３９】
また、上記歯車創成加工装置は、基本的に第１歯車９と第２歯車２６の間の歯数差によってワークの割り出しを行うものである。したがって、加工する歯車の歯数、ピッチ、大きさなどの仕様を変更する場合には、割り出し機能を支配する構成部材たとえば、第１および第２歯車、傾斜部１０ａ、ベアリング１１、回転盤１２、ワーク保持部１３などの仕様を変更する必要がある。歯車の仕様変更の都度、その仕様にあった加工装置を用いればよいが、使用毎に加工装置を用意すれば部品の製造コストが増大し現実的ではない。一方で、必要部品のみを交換可能に構成すればその問題は解消できるが、上記構成部材は相互間を単純にボルトにて結合すればすむわけではなく、複雑な組立作業が必要になり、いわゆる段取り換えに多大な時間が必要になる。よって、図１の加工装置は、歯車の仕様変更に伴う主要部品の段取り換えを高精度でかつ短時間で行えるように、駆動軸１０と一体に回転する中空状の傾斜部１０ａを駆動軸１０とは別部品として構成し、段取り換えの際に若干のボルトの締結弛緩によって一体化あるいは分離できるように構成されている。したがって、傾斜部以降の関係部品をあらかじめ組み立てておくことによって、段取り換えの際には、傾斜部１０ａと駆動軸１０間のボルトを含む数少ない数のボルトの操作のみで行うことができる。
【００４０】
以下、上記構成をなす歯車加工装置の作動について説明する。まず、上記切り換え装置が割り出しモードにあって、図１に示すように、ダイヤフラムチャック２１の爪部材２１aにワークWを固定すると、前述のごとく、ワークWが揺動運動をする際の揺動中心点と、揺動歯車装置を構成する第２歯車の揺動中心 とが一致する。そして、駆動軸１０を回転させると、傾斜部１０ａが首を振るような運動をし、これにベアリング１１を介して支承される回転盤１２は、首振り運動すなわち揺動運動をする。そして、回転盤１２に設けられた第２歯車２６と旋回テーブル８に設けられた第１歯車９とを噛み合せる。このとき、駆動軸１０の１回転につき第１歯車９と第２歯車間２６の歯数差の分だけ回転盤１２を回転させることができる。例えば、第１歯車９の歯数を 100、第２歯車２６の歯数を 101とすると、駆動軸１１が１回正回転すると、第１歯車９に対して第２歯車２６は1/100 だけ正回転する。すなわち、駆動軸１０の１回転に付き、ワーク１周分の1/100づつ加工位置の割り出しをすることができる。
【００４１】
したがって、駆動軸１０が１回正回転するタイミングに同期させて、カッタホイール１５を歯すじ方向に移動することにより、ワークWの被加工面には１個づつ歯形が形成されていく。また、第２歯車２６の揺動中心点と、ワークWが揺動運動する際の揺動中心点とが一致した状態で保持されるので、ワークWの被加工面は回転盤１２に形成された第２歯車２６と一体をなす揺動歯車装置の仮想第３歯車と相似する移動軌跡を描く。したがって、ワークWの被加工面にカッタホイール１５で歯を研削すると、カッタホイール１５がワークWと対をなす歯車（仮想の第４歯車に相似した歯車）となり、ワークWの被加工面に創成される歯形は、揺動歯車装置の第３歯車として理想の歯形となる。
【００４２】
ところで、上記の原理にて加工される歯形は、加工装置を構成する主要構成部材が第１電動モータ１９の作動量どおりに動いてはじめてその精度が維持されるものであるが、第１電動モータ１９に始まってダイヤフラムチャック２１までの間には、駆動軸１０、回転盤１２、第１ないし第２歯車９，２６およびワーク保持部１３といった駆動系構成部材が介在されており、この構成部品間のバックラッシュを含むガタや、各部品のねじれなどによって、ワークWの角度位置に狂いが生じる可能性がある。このような狂いに対しては、第３回転センサー１６によってワーク保持部１３の回転角度位置を監視するように構成されているので、目標値との偏差に応じて偏差がゼロになるように制御装置によって第１駆動モータ１９の制御量が制御され、ワークWは目標どおりの正しい位置に割り出される。この場合、ワークWの回転角は、ワーク保持部１３と一体に揺動運動する回転盤１２に固定された揺動歯車装置としての第３歯車２７とこの歯車と噛み合う第４歯車２９を介して回転盤１２の回転変位分のみを基準回転部材３０に伝達するように構成されているので、基準回転部材３０に介在された第３回転センサー１６は、回転盤１２およびワーク保持部１３の揺動運動の影響を受けることなく、回転角の変位のみを確実に検出することができる。
【００４３】
また、常に同一径のワークに対して同一ピッチで歯を形成する場合には、上記のごとく第１歯車９と第２歯車２６の噛み合いにより加工位置の割り出しを行い加工することで事足りるが、実際には、径の異なるワークに対して、異なる歯数の歯車を作るための加工を行う必要が生ずる。このような場合には、１回の加工位置の割り出し毎に、回転盤１２の回転角度を変える必要がある。例えば、歯数40の歯車に対しては、１周を40等分の角度で加工位置の割り出しを行うが、歯数50の歯車に対しては、１周を50等分した角度で加工位置の割り出しを行う必要がある。
【００４４】
そこで、図１に示す加工装置においては、回転盤１２が一周期の揺動運動をする間に、第２電動モータ１７により旋回テーブル８を所望の角度で旋回駆動することにより、加工するワーク１３の径に合わせて、１回の加工位置の割り出し毎の回転盤１２の回転角度の増減が行われる。そして、異なる径のワークに対し同一ピッチの歯形を創成する。また、同一径もしくは異なる径のワークに対して、異なるピッチで歯を形成する場合にも、同様に回転盤１２の回転角度の増減を行う。この回転角度の制御は、ワークWの径に対応した回転角度の増減量、もしくは、歯を形成するピッチに対応した回転角度の増減量を、加工装置を制御する制御手段に予め設定しておく。そして、作業者がワーク径もしくは歯のピッチを入力することによって、自動的に第２電動モータ１７を制御し旋回テーブル８の回転を制御することができる。
【００４５】
以上の説明は、ワークをワーク保持部に保持して加工手段としてのカッタホイール１５でもって連続的な創生加工を行ういわゆる割り出しモードについてであるが、このようなモードでワークの加工が繰り返されると、ワーク保持部の磨耗などによって、所定の真円度、直角度に狂いが生じることになる。またこのような狂いは、加工装置の組み立て初期状態においても組み立て誤差などによっても生じる。したがって、ワークの加工精度を維持するためには、必要に応じてワーク保持部１３の爪部材２１ａを機上修正する必要がある。この機上修正は、操作盤等に設けられた機上修正ボタンとを押すことによって割り出しモードから機上修正モードに切り換えられる。機上修正モードに切り換えられると、第２電動モータ１７によって旋回テーブル８が駆動され、第１電動モータ１９がサーボロック状態となり駆動軸１０の回転が特定位置で固定され、回転盤１２およびワーク保持部１３は固定状態にある傾斜部１０ａの軸心Ｙを中心に単純に高速で回転することになる。この状態において、別途用意した機上修正用の加工手段、たとえば研削砥石によって保持部の真円度および直角度が適正に修正加工される。この場合ワーク保持部１３はベアリング１１と近接する位置にある中空の傾斜部１０aの内周において高速で回転することになり、より高い加工精度が得られる。
【００４６】
図１に示す歯車加工装置は、以上のように構成されているので、以下のような特徴を有する。すなわち、機上修正を揺動型歯車の固有の揺動運動に影響を受けることなく、単純な回転運動のもとで行うことができ、高精度の機上修正加工が可能となる。しかもこの機上修正を、機構的に複雑化することなく、主要構成要素としての第１および第２電動モータの駆動切り換え動作だけで行うことができるので装置全体としての小型化が可能となる。
【００４７】
また、機上修正を、第２電動モータ１７で旋回テーブル８を直接駆動するものであるので、ワーク保持部１３の高速化が可能となり、修正精度の向上に貢献する。また、この第２電動モータ１７は、中空モータとして構成され、筒状の旋回テーブル８の外周にロータ１７ａが嵌合結合されているので、装置全体の小型化に貢献する。また、上記第２電動モータ１７は、割り出しモードにおいて、歯数の異なる歯車の加工時における旋回テーブル８の位相制御用の駆動モータとしても用いることができ、この点においても装置の小型化に貢献している。
【００４８】
（第２実施例）
次に図３に基づいて、第２実施例を説明する。第１実施例と同一部分あるいは相当部分については同一符号を付し詳しい説明を省略する。
【００４９】
図３に示す創成加工装置は、旋回テーブル８と第２電動モータ１７との間に減速装置３５と減速切り換え機構３６が介在されており、この減速装置３５は、割り出しモードと機上修正モードの切り換え動作に対応して、減速状態と非減速状態に切り換えられ、割り出しモード時における割り出し手段の第１歯車９の位相制御の高精度化を図るるとともに、機上修正モードにおけるワーク保持部１３の高速駆動が可能となるように構成されていることを特徴とする。
【００５０】
上記減速装置３５は揺動型の減速装置として構成され、入力軸３５ａと、入力軸内周に形成された傾斜部３５ｂの内周にベアリング３５ｃを介して、回転自在に支承される回転部材３５ｄと、第１ないし第４歯車３５ｅ，３５ｆ，３５ｇ，３５ｈとを備えている。固定歯車としての第１歯車３５ｅは、駆動軸１０の外周にベアリング３５ｉを介して回転自在に支承される筒状部材３５ｊに一体に形成されている。筒状部材の外周にはボールスプライン機構３５ｋを介して可動スリーブ３５ｌが摺動自在に嵌挿されており、この可動スリーブ３５ｌはばね３５ｍを介して下方に向けて付勢されている。上記減速切り換え機構３６は、電磁クラッチとして構成され、図４に詳細を示すが、ソレノイド３６ａ、ソレノイドの励磁および消磁により第１位置と第２位置に可動するディスク３６ｂを備えている。ディスク３６ｂは、上記可動スリーブ３５ｌの下端に固定されており、その上面には、入力軸３５ａの端面に形成された歯形状の爪３６ｃと噛み合う第１の可動爪３６ｄを備え、下面には装置本体７に形成された歯形状の爪３６ｅと噛み合う第２の可動爪３６ｆを備えている。
【００５１】
したがって、創成加工装置が割り出しモードにあるときには、電磁クラッチ３６のソレノイド３６ａが消磁され、可動スリーブ３５ｌがばね３５ｍにより下方に付勢され、ディスク３６ｂが第１位置（図4ａ）にあって、固定爪３６ｃと第１の可動爪３６ｄとの噛み合いが外れ、装置本体の固定爪３６ｅと第２可動爪３６ｆとが噛み合い状態にある。したがって、減速装置３５は、第１歯車３５ｅが固定状態にあって通常の減速状態にある。よって、第２電動モータ１７により入力軸３５ａが回転すると、第２歯車３５ｆが第１歯車の週方向に噛み合い位置を変えながら回転部材３５ｄと一体になって揺動運動を行い、入力軸の回転は第１ないし第４歯車相互間の所定の歯数差により大幅に減速されて第４歯車３５ｈを介して旋回テーブル８に伝えられることになる。したがって、旋回テーブル８の位相調整操作が極めて高精度に行われることになる。
【００５２】
また、創成加工装置が機上修正モードにあるときには、電磁クラッチ３６のソレノイド３６ａが励磁されディスク３６ｂが第２位置（図4ｂ）に移動し、本体側の固定爪３６ｅと第２の可動爪３６ｆとの噛み合いが外れ入力軸側の固定爪３６ｃと第１の可動爪３６ｄとの噛み合いが確立する。このため、入力軸３５ａと第１歯車３５ｅが固定された筒状部材３５ｊとは回転方向において一体に結合されることになり、減速装置３５は非減速状態となる。この状態で、第２電動モータ１７の回転は、減速装置により減速されることなく、旋回テーブル８に直接伝えられることになる。このとき、駆動軸１０は第１電動モータ１９がサーボロック状態にあり駆動軸１０は固定状態にあるので、回転盤１２およびワーク保持部１３は、旋回テーブル８の回転により傾斜部の軸心を中心に高速で回転することになり、上記第１実施例の場合と同様に高速での機上修正が可能となる。
【００５３】
以上のように構成される第２実施例の創成加工装置は以下のような特徴がある。まず、割り出しモードにおける旋回テーブルの位相制御を減速装置３５を介して第２電動モータの回転を大幅に減速して伝えるものであるため、制御分解能が高く、より精度の高い位相制御が可能となる。
【００５４】
また、旋回テーブル８の駆動を減速出力で行うことは、単に分解能を大きくできるだけではなく、創成加工装置において、電動モータのいわゆるコギング現象を圧縮して伝えることにもつながり、位相制御の高精度化につながる。すなわち、電動モータの固有のコギング現象は、電動モータの極数を増やせば減少するが、極数を増やせば高速での駆動ができなくなり、つまり、コギングの防止と高速駆動とは相反する関係にある。一方で、創成加工装置においては、割り出しモードにおける位相制御ではコギングの影響は最小にしたほうが好ましく、機上修正モードでは高速で駆動する必要があり、両モードで電動モータに対する要求が異なる。したがって、本実施例においては、減速装置３５を介在させ、割り出しモードと機上修正モードとで減速装置の作動形態を切り換えることにより上記の相反する要求に適合できる。
【００５５】
また、減速装置３５として揺動型減速装置を用いているので、減速比を、コンパクト性を損なうことなく高減速比に設定できるので、割り出しモードにおけるより一層の高分解能化と、機上修正時におけるワーク保持部の高速駆動とを同時に満足することができる。
【００５６】
尚、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。すなわち、例えば上記実施例の加工装置は、その軸心が上下を向くように配置するように構成されているが、水平方向に向けて配置することも可能である。上下方向に向けたほうが、自重による曲げ荷重の影響を受けにくいので、ワークの割り出し精度を維持する上で好ましい。
【００５７】
また、上記実施例においては、揺動型歯車装置の第３歯車の加工例についた説明したが、この加工装置は、揺動型歯車装置のすべての歯車の加工が可能である。
【００５８】
また上記実施例においては、ワーク保持部の１周期の回転で加工が終了するようにカッタホイールの送り量を設定しているが、カッタホイールの送り量を少なくして複数周期で加工が終了するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係わる第１実施例の歯車創成加工装置の断面図。
【図２】ダイヤフラムチャック部の拡大断面図。
【図３】本発明に係わる第２実施例の歯車創成加工装置の断面図。
【図４】減速切り換え機構部分の拡大図で、ａ，ｂはそれぞれ右半分と左半分を示す。
【図５】従来の揺動型歯車装置の説明図。
【図６】揺動型歯車装置の噛み合い部の説明図。
【図７】揺動型歯車装置の作動説明図。
【符号の説明】
【００６０】
８、 旋回テーブル
９、 第１歯車
１０、 駆動軸
１０ａ、 傾斜部
１１、 ベアリング
１２、 回転盤
１３、 ワーク保持部
１４、 切り換え手段
１５、 歯形形成手段
２６、 第２歯車
２７、 第３歯車
２９、 第４歯車
３１、 コロ
３５、 減速装置
３６、 減速切り換え機構
W、 ワーク
X、 駆動軸軸心
Y、 傾斜部軸心
【技術分野】
【０００１】
本発明は歯車加工装置、特に、入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の揺動運動を行ういわゆる揺動型歯車装置を用いた減速歯車装置の原理は知られている。この揺動型歯車装置は、４つの歯車のみで大減速比を得ることが可能であり、様々な利点を有するものである。しかしながら、揺動型歯車装置は、その歯車の歯形を高精度かつ低コストでの生産が困難な球面インボリュート歯形とする必要があり、実用化には至っていない。本発明者はこの球面インボリュート歯形に代わる歯形を用いることによって、揺動型歯車装置の実用化を可能とした。この揺動型歯車装置の詳細については、特公平7-56324 号公報に開示されている。
【０００３】
図５には、上記公報に開示された揺動型歯車装置と同様のものが示されている。揺動型歯車装置は、歯数の異なる４つの歯車として、第１〜第４歯車Ａ1 〜Ａ4 を有している。この内第１歯車Ａ1 は、ハウジング６に一体的に固定され、回転をしない固定歯車である。第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 は、入力軸１の軸腺に対して所定の角度をなす傾斜部１ａによって回転自在に支承される回転体３に形成されている。また、第４歯車Ａ4 は出力軸２に設けられ、ハウジング６により回転自在に支持されている。そして、第１歯車Ａ1 と第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 が夫々噛み合っている。
【０００４】
入力軸１が回転すると、傾斜部１ａが首を振るような運動をし、これに支承される回転体３は、あたかも停止寸前のこまのように首振り運動をする。この回転体３の動きを揺動運動という。そして、回転体３の揺動運動により、第２歯車Ａ2 を第１歯車Ａ1 に、また、第３歯車Ａ3 を第４歯車Ａ4 にそれぞれ噛み合せていく（図７（ａ），（ｂ）参照）。すると、第２歯車Ａ2 は、１周期の揺動運動（入力軸１の１回転）当り、第１歯車Ａ1 との歯数差に相当する分だけ第１歯車Ａ1 に対して回転する。すなわち、第１歯車Ａ1 と、第２歯車Ａ2との間で、１段階の減速がなされる。第２歯車Ａ2 の運動は、第３歯車Ａ3 に直接伝わり、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 との間でも、同様の噛み合いを行う。よって、第３歯車Ａ3 と第４歯車Ａ4 との間でも、１段階の減速がなされる。すなわち、入力軸１の回転運動が出力軸２に伝達される際に、第１、第２歯車Ａ1 ，Ａ2 と、第３、第４歯車Ａ3 ，Ａ4 とで、２段階の減速作用を受けることになる。
【０００５】
また、第２歯車Ａ2 、第３歯車Ａ3 が揺動運動をしながら、第１歯車Ａ1、第４歯車Ａ4 と噛み合う際に、従来から知られているインボリュート歯形又は球面インボリュート歯形では、各噛み合い面に摺動を生じてしまう。この摺動が、騒音、振動および発熱を発生し、焼き付きの原因となる。この問題を解決するために、図６に示すように、各歯車の歯には、コロ４およびコロとの内接面５を採用している。具体的には、第１歯車Ａ1 （第４歯車Ａ4 ）に形成されたコロとの内接面５にコロ４を浮遊支持し、半円筒状の凸歯を形成している。また、第２歯車Ａ2 （第３歯車Ａ3 ）にもコロとの内接面５を形成し、半円溝状の凹歯を形成する。そして、回転体３が揺動運動を行うと、第２歯車Ａ2 （第３歯車Ａ3 ）は各凹歯と凸歯とを噛み合せていく。そして、各凹歯と凸歯との間に生ずる摺動を、コロ４の回転で吸収している。したがって、バックラッシの設定を不要とするばかりか、各歯車間に予圧を付与して、精密な噛み合せを行うことができる。
【０００６】
このように、歯形としてコロ４およびコロとの内接面５を用いることにより、球面インボリュート歯形に比べて遥かに容易かつ低コストでの歯形の形成が可能となった。しかしながら、半円筒状の内接面を正確なピッチおよび角度で、かつ精密に形成するには、精密な治具等を用いて手作業により正確な角度位置の割り出しを行う必要があり、作業者の熟練を要する等、大量生産には大きな課題がある。
【０００７】
本発明者は上記課題に鑑みて、特開平１０−２３５５１９号（特許文献１）に示すように、ワークの位置の割り出しを正確にかつ連続的に行うことが可能な加工装置を提供している。すなわち、特許文献１に記載の加工装置は、揺動型歯車装置の基本機能を活用してワークを保持するワーク保持部を揺動型歯車装置の回転盤として構成する一方、このワーク保持部に保持されるワークの運動軌跡上に切削砥石等の歯形形成手段を位置させることにより、揺動型歯車装置の歯車を大量にかつ低コストで生産することが可能となった。
【特許文献１】特開平１０−２３５５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の歯車加工装置は、ワークの角度位置の割り出し及び加工を連続的に行うことができ、生産性を高めることができるが、揺動型歯車装置の作動原理を用いるが故にワーク保持部の真円度および直角度を確保するための機上修正が困難になるという新たな課題がある。
【０００９】
一般に、加工装置のワーク保持部は、組み立て誤差あるいはワーク保持部を含む各部のばらつきなどによってワークの軸心のずれあるいは傾きが生じワークの保持精度に影響する。また、ワークの加工累積に伴うワーク保持部の磨耗などによってもその精度に影響を与える。このため、ワーク保持部の直角度あるいは真円度を得るためには、ワークの加工に先立って、初期状態でワークを回転させながら研削砥石などによって修正加工を行う必要がある。しかしながら、特許文献１に記載の加工装置のワーク保持部は、揺動型歯車装置の揺動運動と相似形の揺動運動をするものであるため、この揺動運動に対応してワーク保持部の端面あるいは内周面の機上修正を行うのは極めて困難である。
【００１０】
本発明はかかる点に着目して、ワーク保持部の初期修正加工を高精度かつ簡単に行うことのできる揺動型歯車装置の歯車創成加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１に係わる手段は、入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された固定歯車としての歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、動力源によって駆動される駆動軸と、該駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部と、該傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車と噛み合う第２歯車を備えた回転盤と、該回転盤と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部とで構成する割り出し手段と、上記第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段と、上記ワーク保持部の運動を揺動運動と傾斜部の軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によると、駆動軸を回転させることにより、その駆動軸と一体に回転する傾斜部に支承された回転盤が揺動運動を行い、この揺動運動に伴って回転盤の端面に形成された第２歯車は第１歯車との噛み合い位置を周方向に変位させる。このとき、回転盤の揺動運動そのものは回転盤の回転運動を支配するものではないが、回転盤の回転運動は、第１歯車と第２歯車との間の歯数差に支配される。つまり、傾斜部の１回転につき、回転盤は一周期の揺動運動を行うとともに歯数差相当分の回転を行うことになる。このため、回転盤と一体に運動するワーク保持部も同様の運動を行いその歯数差だけ回転する。このとき、ワーク保持部に固定されたワークは、前記回転盤の揺動中心点とワークが揺動運動する際の揺動中心点とが一致した状態でワーク保持部に保持されるので、ワークの被加工面は前記回転盤と一体をなす揺動型歯車装置としての移動軌跡を描き所定の角度位置に割り出しが行われる。
【００１３】
よって、歯車形成手段を前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動させることにより、ワークの被加工面には、該ワークと対をなす歯車が噛み合うがごとく前記歯車形成手段が当接し、所望の歯形が創成される。また、ワークの割り出し加工に先立って、切り換え手段の作動により駆動軸の回転が拘束されるとともに固定歯車としての第１歯車が回転駆動されることにより、回転盤およびワーク保持部は、第２歯車が第１歯車と特定の角度位置で噛み合った状態で、固定された傾斜部の軸心を中心に単純な回転運動を行う。この状態において研削砥石などの加工手段によってワーク保持部の内周面および端面が適切に機上修正され、ワーク保持部はその真円度および直角度が高精度に保たれることになる。したがって、ワークは、保持精度および割り出し精度ともに高精度に保たれた状態で連続的に創成加工されることが可能になる。
【００１４】
請求項２に係わる手段は、請求項１において、上記切り換え手段が、上記第１歯車が固定される旋回テーブルを駆動する駆動手段と上記駆動軸の回転運動を規制する規制手段とを備え、該駆動手段および規制手段は電動モータと電動モータを制御する制御手段とで構成され、ワーク保持部の機上修正時、上記駆動軸を固定しかつ上記旋回テーブルを駆動するように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、機上修正を、機構的に複雑化することなく、主要構成要素の駆動切り換え動作だけで行うことができるので装置全体としての小型化が可能となる。
【００１５】
請求項３に係わる手段は、請求項２において、上記旋回テーブルが、動力源としての駆動手段に直接連携され、機上修正時該動力源により高速駆動されるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部の機上修正にあたって旋回テーブルを直接高速で駆動することができ、高精度な修正を行うことができる。しかも駆動手段を割り出し手段の位相調整用の駆動手段としても用いることができ、装置の小型化にも貢献する。
【００１６】
請求項４に係わる手段は、請求項２において、上記旋回テーブルと上記駆動手段との間に、少なくともワーク創成加工時、駆動手段の回転を減速して旋回テーブルに伝える減速装置が設けられていることを特徴とする。この構成によれば、駆動手段としての電動モータの回転が減速装置により大幅に減速されて旋回テーブルに伝えられることになるので、電動モータのコギング現象も減速装置によって圧縮されることになり、旋回テーブルの位置制御、ひいてはワークの割り出し制御を、電動モータのコギング現象による悪影響を受けることなく高精度に行うことができる。
【００１７】
請求項５に係わる手段は、請求項４において、上記減速装置が、上記切り換え手段の切り換え動作に対応して、減速動作と非減速動作に切り換えられるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク割り出し時においては電動モータの回転は減速装置により減速されて伝えられ、機上修正時においてはその回転は減速されることなく直接伝えられることになる。したがって、ワーク割り出し時におけるコギングを防ぐとともに機上修正時におけるワーク保持部の高速駆動が可能となり、結果としてワークの精密加工が可能となる。
【００１８】
請求項６に係わる手段は、請求項５において、上記減速装置が、揺動型歯車装置として構成され、入力軸と入力軸に対し所定角度傾斜した軸心の傾斜部と、該傾斜部に対して回転自在に支承される回転部材とを備え、該回転部材の軸方向端面に、固定歯車としての第1歯車と噛み合う第2歯車と上記旋回テーブルの他端に固定された第4歯車と噛み合う第3歯車とを備え、ワークの創成加工時には該第1歯車が固定され通常の減速作用が行われ、ワーク保持部の機上修正時には駆動手段により入力軸と第1歯車がともに駆動され減速装置が非減速状態となるように構成されていることを特徴とする。この構成によれば、揺動型歯車装置の歯車構成が中空であるが故に軸心部への関連部品の組み込みが可能で、全体をコンパクトに構成することができる。さらに、揺動型歯車装置は、減速比の設定の自由度が大きく、特に高減速比に設定することにより、割り出し加工時における制御分解能を高めることができるだけでなく電動モータのコギング現象を大幅に圧縮することができるので、割り出し精度すなわち加工精度を高めることができる。
【００１９】
請求項７に係わる手段は、請求項６において、上記減速装置の入力軸および回転部材が、上記駆動手段としての電動モータの半径方向内方においてそれぞれ重合配置されていることを特徴とする。この構成によれば、中空構造を利用して装置全体をコンパクトに構成することができる。
【００２０】
請求項８に係わる手段は、請求項１ないし７のいずれか１つにおいて、上記ワーク保持部が、上記駆動軸の傾斜部の内周空間部に配置されていることを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部先端と軸受け部材との間の距離を短くできるので、ワーク加工時および機上修正時の曲げ荷重の作用に対する曲げ剛性を高めることができ、加工精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項９に係わる手段は、請求項１ないし８のいずれか１つにおいて、上記駆動軸が、軸方向に貫通する中空部を備え、該中空部内に上記ワーク保持部あるいはワーク加工部に連なる通路手段を設けたことを特徴とする。この構成によれば、ワーク保持部周辺の構造部材を歯車機構内方の軸心部の空間に配置できるので、ワークおよび歯形形成手段周辺の構造の簡略化のみならず装置全体をコンパクトに構成できる
請求項１０に係わる手段は、請求項１ないし９のいずれか１つにおいて、上記割り出し手段あるいは上記減速装置の歯車の噛み合い部の間にコロが介在されていることを特徴とする。この構成によれば、単純にバックラシュをゼロにできるだけでなく、割り出し手段の割り出し制度あるいは減速装置による旋回テーブルの回転精度の向上に貢献する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置は、以上のように構成されているので、ワークの割り出し精度およびワーク保持部の機上修正をともに高精度かつ簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
（第１実施例）
図１には、本発明に係わる第１実施例の揺動型歯車装置の歯車創生加工装置が示されている。この創成加工装置は、動力源としての第1電動モータ１９によって駆動される駆動軸１０、該駆動軸１０の一部に形成され駆動軸の軸心Xに対して所定角度傾斜した軸心Yを有する傾斜部１０a、該傾斜部１０aにおいて回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６を備えた回転盤１２、該回転盤１２と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部１３とで構成される割り出し手段と、上記第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし前記回転盤１２と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段としてのカッタホイール１５と、上記ワーク保持部１３の運動を揺動運動と傾斜部１０aの軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段１４とを備えている。
【００２５】
上記割り出し装置の駆動軸１０は、下端部外周において中空の第１電動モータ１９（ステータ１９a、ロータ１９b）によって駆動されるように構成されており、その内周中空部には、ダイヤフラムチャック２１のパワー源としてのエアーパイプ２３およびワーク先端に冷却液を供給するクーラントパイプ２４を収納する保護パイプ２５が回転可能に支承されている。第１電動モータ１９の近傍には駆動軸１０の回転角を検出するレゾルバ方式の回転センサーとして構成される第１回転センサー２０が設けられている。したがって、駆動軸１０は外周の一端において第１電動モータ１９によって駆動され、その先端に形成された傾斜部１０aも一体に回転する。この傾斜部１０aは、駆動軸１０の上端にボルトにて固定されており、駆動軸１０より大径の中空軸をなし、その外周壁と内周壁は軸方向において駆動軸１０の軸心Xに対して所定角度傾斜した軸心Yと平行になるように形成されている。また、その底壁は傾斜軸心Yに直角に形成されている。
【００２６】
上記傾斜部１０aの外周においてベアリング１１を介して回転自在に支承される回転盤１２は、その軸方向内端（下端）に旋回テーブル８に固定された揺動型歯車装置としての第１歯車９と噛み合う第２歯車２６が固定されている。この第１および第２歯車とで構成される揺動型歯車装置は、相互間の歯数差によって、傾斜部１０aの１回転に対し歯数差相当の角度だけ回転変位することによって、回転盤１２の角度位置を割り出す。
【００２７】
上記旋回テーブル８は、軸方向中央の外周において本体７との間に介在された第２電動モータ１７（ステータ１７a 、ロータ１７b）によって駆動されるように構成されており、また下端において、その回転位置を検出するレゾルバ方式の第２回転センサー１８と連携されている。
【００２８】
回転盤１２の上端において一体に固定されるワーク保持部１３は、中空状の固定部材２２と該固定部材２２に固定されるダイヤフラムチャック２１を備えている。固定部材２２は、上端のフランジ部２２aと、中空筒部２２bと、この中空筒部２２bと直交する底壁２２cとで構成されている。フランジ部２２aは回転盤１２の上端面に固定され、中空筒部２２bはその外周面が傾斜部１０aの内周面と平行になるように傾斜部１０aの空間部に介在されている。また、ダイヤフラムチャック２１は固定部材２２の底壁２２cにボルトにて一体に固定されており、図２に示すように、先端にワークWを固定する爪部材２１aを備えた可とう性のダイヤフラム２１bと、該ダイヤフラム２１bに空気圧を介して一定の押圧力を与えるピストン２１cを備えている。ピストン２１cはシリンダ２１dとの間に、エアーパイプ２３から選択的に供給される高圧エアが作用する第１作動室２１eと第２作動室２１fが形成されている。第１作動室２１eにエアが供給されたとき、ピストン２１cが上方に移動しダイヤフラム内方の第３作動室２１gの空気圧を高めて爪部材２１aを開き、逆に第２作動室２１fにエアが供給されたときには、ダイヤフラムは元の状態に復帰し爪部材２１aは閉じる。（この状態は図２の左半分と右半分とで示している）したがって、爪部材が開かれている状態ではワークWは非保持状態となり、また、爪部材が閉じている状態ではワークWは強固に保持されることになる。
【００２９】
なお、爪部材２１ａの内周面および軸方向内方の端面は、後述の機上修正時、その直角度および真円度が図示しない研削砥石などの加工手段にて修正される。
【００３０】
以上のように構成されたダイヤフラムチャック２１は、中空状の傾斜部１０ａの内周において重合配置された固定部材２２の底壁２２cに固定されているので、爪部材２１aによって保持されるワークWの被加工面とベアリング１１間の軸方向距離を短くすることができ、ワーク加工時において回転盤１２、ワーク保持部１３に作用する曲げ荷重に対する剛性を高めることができ、加工精度を向上させることができる。
【００３１】
ところで、ワーク保持部１３に保持されたワークWは、回転盤１２すなわち第２歯車２６の揺動運動に伴って揺動運動を行うが、その揺動中心は第２歯車２６の揺動中心と一致するように設定されているので、ワークWは第２歯車の揺動運動に対して相似形の揺動運動を行うことになる。
【００３２】
また回転盤１２の上端面には、揺動型歯車装置としての第３歯車２７が固定されている。この第３歯車２７は、本体７の上端外周においてベアリング２８を介して回転自在に支承される基準回転部材３０に固定される揺動型歯車装置としての第４歯車２９と噛み合っている。この第３歯車２７と第４歯車２９と基準回転部材３０とで回転盤１２の揺動運動、すなわち、軸方向と回転方向の運動を回転のみの運動に変換する変換手段を構成している。第３歯車２７と第４歯車２９は上記第1および第2歯車と同様に、所定のピッチ円錐の傘歯車として形成され、両者同数の歯数に設定されている。したがって、回転盤１２の揺動運動に対し、第３歯車２７は、第２歯車２６と一体に揺動運動し、第４歯車２９に対しその噛み合い位置が周方向に変位するが、第３歯車２７と第４歯車２９とは歯数が同数であるため第４歯車２９との間の相対変位は生じない。一方で、第３歯車２７は回転盤１２を介して第２歯車２６と一体の運動を行うので、第１歯車９と第２歯車２６間の歯数差に伴う回転盤１２の所定回転角の変位は第３歯車２７および第４歯車２９を介して基準回転部材３０に伝えられることになる。つまり、第1歯車９と第２歯車２６との間の歯数差によって生じる回転盤１２の回転変位は、ワーク保持部１３にワークWの割り出し角として伝えられるとともに、第３、第４歯車を通じてワークの割り出し角として基準回転部材３０にも伝えられる。
【００３３】
また、基準回転部材３０の下端内周部には、回転盤１２の回転角位置、つまりワーク保持部１３に保持されたワークWの割り出し角度位置を検出するレゾルバ方式の回転センサーとして構成される第3回転センサー１６が装着されている。この第3回転センサー１６は、基準回転部材３０の内周に固定されたステータ１６aと本体７の外周に固定されたロータ１６bとで構成され、基準回転部材３０の回転位置を検出することによって、その出力は図示しない制御装置に取り込まれ、駆動軸１０の回転角度位置を検出する第１回転センサー２０の出力と第１、第２歯車間の減速比で決まる目標回転角と比較して、その偏差を求め、偏差がゼロとなるように第１電動モータ１９の出力を制御するように用いられる。また、この第３回転センサーは、各歯車の個体差による初期位置の調整にも用いることができる。
【００３４】
なお、上記第３歯車２７は、その歯先が上記第２歯車２７と軸方向において同一方向を向くように配置され、当該方向において上記第４歯車２９と噛み合うように構成されている。この構成によれば、加工装置の軸方向長さを短縮することができるだけでなく、軸方向先端にてワークWを保持するワーク保持部１３を軸方向内方に配置し回転盤１２を支持するベアリング１１との距離を短くすることができるので、ワークWの加工時およびワーク保持部材の機上修正時においてワーク保持部１３に作用する曲げ荷重に対する剛性を確保することができる。すなわち、第３歯車２７と第４歯車２９との噛み合い構造を、たとえば図５に示す揺動歯車装置のように第１歯車A1と第２歯車A2の噛み合い方向に対して第３歯車A3と第４歯車A4の噛み合い方向が、異なる方向である場合には、基準回転部材３０を軸方向外方（歯形形成手段の方向）に向かって配置する必要があり、その分ワーク保持部１３も軸方向外方に配置する必要があり、よって、ワーク保持部１３先端と軸受け部材としてのベアリング１１との間の距離が長くなり、その分軸剛性が低下することになる。
【００３５】
また、カッタホイール１５は、ＮＣ制御される位置決め装置（図示せず）によって支持されており、ワークWに対する近接遠退が自在となっている。また、カッタホイール１５は、回転しながらワークWに形成する歯形の歯すじ方向（ワークの円錐面に平行に）に、所定ストロークだけ移動することができる。このストロークは所望の歯幅より若干長くする。ところで、カッタホイール１５は、円周端部の断面形状が、歯形断面形状と略同一形状の円弧をなす砥石車である。このカッタホイール１５を回転駆動してワークWの被加工面に当接させ、歯すじ方向へと移動させることにより、砥石車の断面とほぼ同一の円弧状断面の溝型歯を創成研削加工することができる。なお、本加工装置に用いることができる歯形形成手段としては、カッタホイール18に限らず、サイドカッタ、砥石カッター等のカッタホイールや、エンドミル（ボールエンドミル）、カッタホイール１５と同様の断面形状を有する放電電極等も適用可能である。
【００３６】
また、第１歯車９と第２歯車２６との噛み合い部および第３歯車２７と第４歯車２９との噛み合い部にはニードルローラとしてのコロ３１が介在されている。各歯車の歯形は、図６に示すように、コロ３１とコロ３１に適合する凹状の内接面３２とで構成されている。コロ３１は、リテーナにより一体化され、第1歯車９と第4歯車２９側に配設されている。第1、第4歯車９，２９は内接面３２に位置するコロ３１とで凸状歯として構成され、第2、第3歯車２６，２７は、上記凸状歯と噛み合う凹状歯として構成される。したがって、第１ないし第４歯車のそれぞれの噛み合い部の摩擦は、コロ３１の転がりによって大幅に軽減される。この場合、各噛み合い部に与圧を与えることにより、バックラッシュを実質的に解消することができる。このことは、回転盤１２すなわちワーク保持部１３の割り出し精度の向上に貢献するばかりか、第３回転センサー１６によるワーク保持部１３の割り出し角の検出精度の向上にも貢献する。
【００３７】
なお、上記第３歯車２７のボス部と基準回転部材３０の間には、ベローズ状のカバー部材３３が設けられており、各歯車の噛み合い部などへの塵埃の侵入を防止するように構成されている。カバー部材３３としてはベローズ構造でなくてもよいが、ベローズ状にすることにより回転盤１２の揺動運動を許容しながら塵埃の進入を確実に防ぐことができるのでより好ましい。
【００３８】
上記揺動型歯車装置として構成される割り出し手段の運動形態を切り換える切り換え手段１４は、上記第１歯車９が固定される旋回テーブル８を回転駆動する駆動手段としての第２電動モータ１７と、上記駆動軸１０の回転を被回転状態に規制する規制手段としての第１電動モータ１９と、これら第１および第２電動モータを制御する制御手段（図示せず）を備え、ワーク保持部１３の運動を、ワーク割り出し時には揺動運動を許容し、機上修正時には傾斜部１０ａの軸心Ｙを中心とした単なる回転運動に切り換えるように構成されている。すなわち、ワーク割り出し加工時には、第２電動モータ１７の駆動が停止され第１歯車９が固定状態にあり、第１駆動モータ１９によって駆動軸１０が駆動され、回転盤１２およびワーク保持部１３は揺動運動を行い所定の割り出しが行われる。また、ワーク保持部１３の機上修正時には、第２電動モータ１７によって旋回テーブル８が駆動され、第１電動モータ１９がサーボロック状態となり駆動軸１０の回転が特定位置で固定され、回転盤８およびワーク保持部１３は固定状態にある傾斜部１０ａ上を単純に回転することになり、別途用意した機上修正用の加工手段、たとえば研削砥石によって保持部の真円度および直角度が適正に修正加工される。以上のワーク割り出しモードと機上修正モードの選択は、加工装置の操作盤に設けたモード切り換えボタン等の操作により、制御装置の制御の下で第１および第２電動モータの制御によって適切に行うことができる。なお、上記第２電動モータ１７は、割り出しモードでは非作動となり、第１歯車９を固定歯車として機能させるようにしているが、加工歯車の歯数を変更する場合には、回転盤１２すなわちワーク保持部１３の一周期の揺動運動ごとにその回転角を調整することで任意の歯数の歯車の加工が可能になる。したがって、第２電動モータ１７は割り出しモードでの位相調整用の電動モータとしても用いることができる。
【００３９】
また、上記歯車創成加工装置は、基本的に第１歯車９と第２歯車２６の間の歯数差によってワークの割り出しを行うものである。したがって、加工する歯車の歯数、ピッチ、大きさなどの仕様を変更する場合には、割り出し機能を支配する構成部材たとえば、第１および第２歯車、傾斜部１０ａ、ベアリング１１、回転盤１２、ワーク保持部１３などの仕様を変更する必要がある。歯車の仕様変更の都度、その仕様にあった加工装置を用いればよいが、使用毎に加工装置を用意すれば部品の製造コストが増大し現実的ではない。一方で、必要部品のみを交換可能に構成すればその問題は解消できるが、上記構成部材は相互間を単純にボルトにて結合すればすむわけではなく、複雑な組立作業が必要になり、いわゆる段取り換えに多大な時間が必要になる。よって、図１の加工装置は、歯車の仕様変更に伴う主要部品の段取り換えを高精度でかつ短時間で行えるように、駆動軸１０と一体に回転する中空状の傾斜部１０ａを駆動軸１０とは別部品として構成し、段取り換えの際に若干のボルトの締結弛緩によって一体化あるいは分離できるように構成されている。したがって、傾斜部以降の関係部品をあらかじめ組み立てておくことによって、段取り換えの際には、傾斜部１０ａと駆動軸１０間のボルトを含む数少ない数のボルトの操作のみで行うことができる。
【００４０】
以下、上記構成をなす歯車加工装置の作動について説明する。まず、上記切り換え装置が割り出しモードにあって、図１に示すように、ダイヤフラムチャック２１の爪部材２１aにワークWを固定すると、前述のごとく、ワークWが揺動運動をする際の揺動中心点と、揺動歯車装置を構成する第２歯車の揺動中心 とが一致する。そして、駆動軸１０を回転させると、傾斜部１０ａが首を振るような運動をし、これにベアリング１１を介して支承される回転盤１２は、首振り運動すなわち揺動運動をする。そして、回転盤１２に設けられた第２歯車２６と旋回テーブル８に設けられた第１歯車９とを噛み合せる。このとき、駆動軸１０の１回転につき第１歯車９と第２歯車間２６の歯数差の分だけ回転盤１２を回転させることができる。例えば、第１歯車９の歯数を 100、第２歯車２６の歯数を 101とすると、駆動軸１１が１回正回転すると、第１歯車９に対して第２歯車２６は1/100 だけ正回転する。すなわち、駆動軸１０の１回転に付き、ワーク１周分の1/100づつ加工位置の割り出しをすることができる。
【００４１】
したがって、駆動軸１０が１回正回転するタイミングに同期させて、カッタホイール１５を歯すじ方向に移動することにより、ワークWの被加工面には１個づつ歯形が形成されていく。また、第２歯車２６の揺動中心点と、ワークWが揺動運動する際の揺動中心点とが一致した状態で保持されるので、ワークWの被加工面は回転盤１２に形成された第２歯車２６と一体をなす揺動歯車装置の仮想第３歯車と相似する移動軌跡を描く。したがって、ワークWの被加工面にカッタホイール１５で歯を研削すると、カッタホイール１５がワークWと対をなす歯車（仮想の第４歯車に相似した歯車）となり、ワークWの被加工面に創成される歯形は、揺動歯車装置の第３歯車として理想の歯形となる。
【００４２】
ところで、上記の原理にて加工される歯形は、加工装置を構成する主要構成部材が第１電動モータ１９の作動量どおりに動いてはじめてその精度が維持されるものであるが、第１電動モータ１９に始まってダイヤフラムチャック２１までの間には、駆動軸１０、回転盤１２、第１ないし第２歯車９，２６およびワーク保持部１３といった駆動系構成部材が介在されており、この構成部品間のバックラッシュを含むガタや、各部品のねじれなどによって、ワークWの角度位置に狂いが生じる可能性がある。このような狂いに対しては、第３回転センサー１６によってワーク保持部１３の回転角度位置を監視するように構成されているので、目標値との偏差に応じて偏差がゼロになるように制御装置によって第１駆動モータ１９の制御量が制御され、ワークWは目標どおりの正しい位置に割り出される。この場合、ワークWの回転角は、ワーク保持部１３と一体に揺動運動する回転盤１２に固定された揺動歯車装置としての第３歯車２７とこの歯車と噛み合う第４歯車２９を介して回転盤１２の回転変位分のみを基準回転部材３０に伝達するように構成されているので、基準回転部材３０に介在された第３回転センサー１６は、回転盤１２およびワーク保持部１３の揺動運動の影響を受けることなく、回転角の変位のみを確実に検出することができる。
【００４３】
また、常に同一径のワークに対して同一ピッチで歯を形成する場合には、上記のごとく第１歯車９と第２歯車２６の噛み合いにより加工位置の割り出しを行い加工することで事足りるが、実際には、径の異なるワークに対して、異なる歯数の歯車を作るための加工を行う必要が生ずる。このような場合には、１回の加工位置の割り出し毎に、回転盤１２の回転角度を変える必要がある。例えば、歯数40の歯車に対しては、１周を40等分の角度で加工位置の割り出しを行うが、歯数50の歯車に対しては、１周を50等分した角度で加工位置の割り出しを行う必要がある。
【００４４】
そこで、図１に示す加工装置においては、回転盤１２が一周期の揺動運動をする間に、第２電動モータ１７により旋回テーブル８を所望の角度で旋回駆動することにより、加工するワーク１３の径に合わせて、１回の加工位置の割り出し毎の回転盤１２の回転角度の増減が行われる。そして、異なる径のワークに対し同一ピッチの歯形を創成する。また、同一径もしくは異なる径のワークに対して、異なるピッチで歯を形成する場合にも、同様に回転盤１２の回転角度の増減を行う。この回転角度の制御は、ワークWの径に対応した回転角度の増減量、もしくは、歯を形成するピッチに対応した回転角度の増減量を、加工装置を制御する制御手段に予め設定しておく。そして、作業者がワーク径もしくは歯のピッチを入力することによって、自動的に第２電動モータ１７を制御し旋回テーブル８の回転を制御することができる。
【００４５】
以上の説明は、ワークをワーク保持部に保持して加工手段としてのカッタホイール１５でもって連続的な創生加工を行ういわゆる割り出しモードについてであるが、このようなモードでワークの加工が繰り返されると、ワーク保持部の磨耗などによって、所定の真円度、直角度に狂いが生じることになる。またこのような狂いは、加工装置の組み立て初期状態においても組み立て誤差などによっても生じる。したがって、ワークの加工精度を維持するためには、必要に応じてワーク保持部１３の爪部材２１ａを機上修正する必要がある。この機上修正は、操作盤等に設けられた機上修正ボタンとを押すことによって割り出しモードから機上修正モードに切り換えられる。機上修正モードに切り換えられると、第２電動モータ１７によって旋回テーブル８が駆動され、第１電動モータ１９がサーボロック状態となり駆動軸１０の回転が特定位置で固定され、回転盤１２およびワーク保持部１３は固定状態にある傾斜部１０ａの軸心Ｙを中心に単純に高速で回転することになる。この状態において、別途用意した機上修正用の加工手段、たとえば研削砥石によって保持部の真円度および直角度が適正に修正加工される。この場合ワーク保持部１３はベアリング１１と近接する位置にある中空の傾斜部１０aの内周において高速で回転することになり、より高い加工精度が得られる。
【００４６】
図１に示す歯車加工装置は、以上のように構成されているので、以下のような特徴を有する。すなわち、機上修正を揺動型歯車の固有の揺動運動に影響を受けることなく、単純な回転運動のもとで行うことができ、高精度の機上修正加工が可能となる。しかもこの機上修正を、機構的に複雑化することなく、主要構成要素としての第１および第２電動モータの駆動切り換え動作だけで行うことができるので装置全体としての小型化が可能となる。
【００４７】
また、機上修正を、第２電動モータ１７で旋回テーブル８を直接駆動するものであるので、ワーク保持部１３の高速化が可能となり、修正精度の向上に貢献する。また、この第２電動モータ１７は、中空モータとして構成され、筒状の旋回テーブル８の外周にロータ１７ａが嵌合結合されているので、装置全体の小型化に貢献する。また、上記第２電動モータ１７は、割り出しモードにおいて、歯数の異なる歯車の加工時における旋回テーブル８の位相制御用の駆動モータとしても用いることができ、この点においても装置の小型化に貢献している。
【００４８】
（第２実施例）
次に図３に基づいて、第２実施例を説明する。第１実施例と同一部分あるいは相当部分については同一符号を付し詳しい説明を省略する。
【００４９】
図３に示す創成加工装置は、旋回テーブル８と第２電動モータ１７との間に減速装置３５と減速切り換え機構３６が介在されており、この減速装置３５は、割り出しモードと機上修正モードの切り換え動作に対応して、減速状態と非減速状態に切り換えられ、割り出しモード時における割り出し手段の第１歯車９の位相制御の高精度化を図るるとともに、機上修正モードにおけるワーク保持部１３の高速駆動が可能となるように構成されていることを特徴とする。
【００５０】
上記減速装置３５は揺動型の減速装置として構成され、入力軸３５ａと、入力軸内周に形成された傾斜部３５ｂの内周にベアリング３５ｃを介して、回転自在に支承される回転部材３５ｄと、第１ないし第４歯車３５ｅ，３５ｆ，３５ｇ，３５ｈとを備えている。固定歯車としての第１歯車３５ｅは、駆動軸１０の外周にベアリング３５ｉを介して回転自在に支承される筒状部材３５ｊに一体に形成されている。筒状部材の外周にはボールスプライン機構３５ｋを介して可動スリーブ３５ｌが摺動自在に嵌挿されており、この可動スリーブ３５ｌはばね３５ｍを介して下方に向けて付勢されている。上記減速切り換え機構３６は、電磁クラッチとして構成され、図４に詳細を示すが、ソレノイド３６ａ、ソレノイドの励磁および消磁により第１位置と第２位置に可動するディスク３６ｂを備えている。ディスク３６ｂは、上記可動スリーブ３５ｌの下端に固定されており、その上面には、入力軸３５ａの端面に形成された歯形状の爪３６ｃと噛み合う第１の可動爪３６ｄを備え、下面には装置本体７に形成された歯形状の爪３６ｅと噛み合う第２の可動爪３６ｆを備えている。
【００５１】
したがって、創成加工装置が割り出しモードにあるときには、電磁クラッチ３６のソレノイド３６ａが消磁され、可動スリーブ３５ｌがばね３５ｍにより下方に付勢され、ディスク３６ｂが第１位置（図4ａ）にあって、固定爪３６ｃと第１の可動爪３６ｄとの噛み合いが外れ、装置本体の固定爪３６ｅと第２可動爪３６ｆとが噛み合い状態にある。したがって、減速装置３５は、第１歯車３５ｅが固定状態にあって通常の減速状態にある。よって、第２電動モータ１７により入力軸３５ａが回転すると、第２歯車３５ｆが第１歯車の週方向に噛み合い位置を変えながら回転部材３５ｄと一体になって揺動運動を行い、入力軸の回転は第１ないし第４歯車相互間の所定の歯数差により大幅に減速されて第４歯車３５ｈを介して旋回テーブル８に伝えられることになる。したがって、旋回テーブル８の位相調整操作が極めて高精度に行われることになる。
【００５２】
また、創成加工装置が機上修正モードにあるときには、電磁クラッチ３６のソレノイド３６ａが励磁されディスク３６ｂが第２位置（図4ｂ）に移動し、本体側の固定爪３６ｅと第２の可動爪３６ｆとの噛み合いが外れ入力軸側の固定爪３６ｃと第１の可動爪３６ｄとの噛み合いが確立する。このため、入力軸３５ａと第１歯車３５ｅが固定された筒状部材３５ｊとは回転方向において一体に結合されることになり、減速装置３５は非減速状態となる。この状態で、第２電動モータ１７の回転は、減速装置により減速されることなく、旋回テーブル８に直接伝えられることになる。このとき、駆動軸１０は第１電動モータ１９がサーボロック状態にあり駆動軸１０は固定状態にあるので、回転盤１２およびワーク保持部１３は、旋回テーブル８の回転により傾斜部の軸心を中心に高速で回転することになり、上記第１実施例の場合と同様に高速での機上修正が可能となる。
【００５３】
以上のように構成される第２実施例の創成加工装置は以下のような特徴がある。まず、割り出しモードにおける旋回テーブルの位相制御を減速装置３５を介して第２電動モータの回転を大幅に減速して伝えるものであるため、制御分解能が高く、より精度の高い位相制御が可能となる。
【００５４】
また、旋回テーブル８の駆動を減速出力で行うことは、単に分解能を大きくできるだけではなく、創成加工装置において、電動モータのいわゆるコギング現象を圧縮して伝えることにもつながり、位相制御の高精度化につながる。すなわち、電動モータの固有のコギング現象は、電動モータの極数を増やせば減少するが、極数を増やせば高速での駆動ができなくなり、つまり、コギングの防止と高速駆動とは相反する関係にある。一方で、創成加工装置においては、割り出しモードにおける位相制御ではコギングの影響は最小にしたほうが好ましく、機上修正モードでは高速で駆動する必要があり、両モードで電動モータに対する要求が異なる。したがって、本実施例においては、減速装置３５を介在させ、割り出しモードと機上修正モードとで減速装置の作動形態を切り換えることにより上記の相反する要求に適合できる。
【００５５】
また、減速装置３５として揺動型減速装置を用いているので、減速比を、コンパクト性を損なうことなく高減速比に設定できるので、割り出しモードにおけるより一層の高分解能化と、機上修正時におけるワーク保持部の高速駆動とを同時に満足することができる。
【００５６】
尚、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。すなわち、例えば上記実施例の加工装置は、その軸心が上下を向くように配置するように構成されているが、水平方向に向けて配置することも可能である。上下方向に向けたほうが、自重による曲げ荷重の影響を受けにくいので、ワークの割り出し精度を維持する上で好ましい。
【００５７】
また、上記実施例においては、揺動型歯車装置の第３歯車の加工例についた説明したが、この加工装置は、揺動型歯車装置のすべての歯車の加工が可能である。
【００５８】
また上記実施例においては、ワーク保持部の１周期の回転で加工が終了するようにカッタホイールの送り量を設定しているが、カッタホイールの送り量を少なくして複数周期で加工が終了するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係わる第１実施例の歯車創成加工装置の断面図。
【図２】ダイヤフラムチャック部の拡大断面図。
【図３】本発明に係わる第２実施例の歯車創成加工装置の断面図。
【図４】減速切り換え機構部分の拡大図で、ａ，ｂはそれぞれ右半分と左半分を示す。
【図５】従来の揺動型歯車装置の説明図。
【図６】揺動型歯車装置の噛み合い部の説明図。
【図７】揺動型歯車装置の作動説明図。
【符号の説明】
【００６０】
８、 旋回テーブル
９、 第１歯車
１０、 駆動軸
１０ａ、 傾斜部
１１、 ベアリング
１２、 回転盤
１３、 ワーク保持部
１４、 切り換え手段
１５、 歯形形成手段
２６、 第２歯車
２７、 第３歯車
２９、 第４歯車
３１、 コロ
３５、 減速装置
３６、 減速切り換え機構
W、 ワーク
X、 駆動軸軸心
Y、 傾斜部軸心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された固定歯車としての歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、
動力源によって駆動される駆動軸、該駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部、該傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車と噛み合う第２歯車を備えた回転盤、及び、該回転盤と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部で構成する割り出し手段と、
上記第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段と、
上記ワーク保持部の運動を揺動運動と傾斜部の軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段と、を備えたことを特徴とする揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項２】
上記切り換え手段は、上記第１歯車が固定される旋回テーブルを駆動する駆動手段と、上記駆動軸の回転運動を規制する規制手段とを備え、該駆動手段および該規制手段は、電動モータと該電動モータを制御する制御手段とで構成され、ワーク保持部の機上修正時、上記駆動軸を固定しかつ上記旋回テーブルを駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項３】
上記旋回テーブルは、動力源としての電動モータに直接連携され、機上修正時該動力源により高速駆動されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項４】
上記旋回テーブルと上記駆動手段との間には、少なくともワーク創成加工時に上記駆動手段の回転を減速して上記旋回テーブルに伝える減速装置が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項５】
上記減速装置は、上記切り換え手段の切り換え動作に対応して、減速動作と非減速動作に切り換えられるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項６】
上記減速装置は、揺動型歯車装置として構成され、入力軸と該入力軸に対し所定角度傾斜した軸心の傾斜部と、該傾斜部に対して回転自在に支承される回転部材とを備え、該回転部材の軸方向端面に、固定歯車としての第1歯車と噛み合う第2歯車と上記旋回テーブルの他端に固定された第4歯車と噛み合う第3歯車とを備え、ワークの創成加工時には該第1歯車が固定され通常の減速作用が行われ、ワーク保持部の機上修正時には駆動手段により入力軸と第1歯車がともに駆動され減速装置が非減速状態となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項７】
上記減速装置の入力軸および回転部材は、上記駆動手段としての電動モータの半径方向内方においてそれぞれ重合配置されていることを特徴とする請求項６に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項８】
上記ワーク保持部は、上記駆動軸の傾斜部の内周空間部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項９】
上記駆動軸は軸方向に貫通する中空部を備え、該中空部内に上記ワーク保持部あるいはワーク加工部に連なる通路手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項１０】
上記割り出し手段あるいは上記減速装置の歯車の噛み合い部の間にコロが介在されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項１】
入力軸と、該入力軸の外周あるいは内周に形成した傾斜部において回転自在に支承された回転体と、出力軸とを備え、該回転体の軸方向端部に、固定部材に直接あるいは間接的に固定された固定歯車としての歯数n1の第１歯車と噛み合う歯数n2の第２歯車と、出力軸に形成された歯数n4の第４歯車と噛み合う歯数n3の第３歯車とを形成し、上記入力軸の回転により上記回転体が揺動運動しながら各歯車間の噛み合い位置を変える揺動型歯車装置の歯車創成加工装置であって、
動力源によって駆動される駆動軸、該駆動軸の一部に形成され駆動軸の軸心に対して所定角度傾斜した軸心を有する傾斜部、該傾斜部において回転自在に支承されかつ軸方向端面に上記揺動型歯車装置としての第１歯車と噛み合う第２歯車を備えた回転盤、及び、該回転盤と一体に回転し該回転盤の揺動中心点と一致する揺動中心点を持つワーク保持部で構成する割り出し手段と、
上記第１および第２歯車の歯形断面に対応した断面形状をなし前記回転盤と同期してワークの歯すじ方向に移動可能な歯形形成手段と、
上記ワーク保持部の運動を揺動運動と傾斜部の軸心を中心にした回転運動とに切り換える切り換え手段と、を備えたことを特徴とする揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項２】
上記切り換え手段は、上記第１歯車が固定される旋回テーブルを駆動する駆動手段と、上記駆動軸の回転運動を規制する規制手段とを備え、該駆動手段および該規制手段は、電動モータと該電動モータを制御する制御手段とで構成され、ワーク保持部の機上修正時、上記駆動軸を固定しかつ上記旋回テーブルを駆動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項３】
上記旋回テーブルは、動力源としての電動モータに直接連携され、機上修正時該動力源により高速駆動されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項４】
上記旋回テーブルと上記駆動手段との間には、少なくともワーク創成加工時に上記駆動手段の回転を減速して上記旋回テーブルに伝える減速装置が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項５】
上記減速装置は、上記切り換え手段の切り換え動作に対応して、減速動作と非減速動作に切り換えられるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項６】
上記減速装置は、揺動型歯車装置として構成され、入力軸と該入力軸に対し所定角度傾斜した軸心の傾斜部と、該傾斜部に対して回転自在に支承される回転部材とを備え、該回転部材の軸方向端面に、固定歯車としての第1歯車と噛み合う第2歯車と上記旋回テーブルの他端に固定された第4歯車と噛み合う第3歯車とを備え、ワークの創成加工時には該第1歯車が固定され通常の減速作用が行われ、ワーク保持部の機上修正時には駆動手段により入力軸と第1歯車がともに駆動され減速装置が非減速状態となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項７】
上記減速装置の入力軸および回転部材は、上記駆動手段としての電動モータの半径方向内方においてそれぞれ重合配置されていることを特徴とする請求項６に記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項８】
上記ワーク保持部は、上記駆動軸の傾斜部の内周空間部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項９】
上記駆動軸は軸方向に貫通する中空部を備え、該中空部内に上記ワーク保持部あるいはワーク加工部に連なる通路手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【請求項１０】
上記割り出し手段あるいは上記減速装置の歯車の噛み合い部の間にコロが介在されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の揺動型歯車装置の歯車創成加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３１５１１１（Ｐ２００６−３１５１１１Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３８５５４（Ｐ２００５−１３８５５４）
【出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（５０４２９４６８４）荻野工業株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１１日（２００５．５．１１）
【出願人】（５０４２９４６８４）荻野工業株式会社 (25)
【Ｆターム（参考）】
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