JP4888805B2 - 歯車シェービング盤 - Google Patents

Description

本発明は、歯車の歯面をシェービング加工により仕上げる歯車シェービング盤に関するものである。

歯車シェービング盤は、摩耗のため、又は仕様が異なる種々の被削歯車に対応するため、シェービングカッタを交換する必要がある。従来の歯車シェービング盤では、シェービングカッタはスピンドルに挿嵌されてナットで締め付けられることによりスピンドルに装着されており、該スピンドルの先端はヘッド本体にボルトで着脱自在に固定されたカッタサポート内に支持されたサポート軸によって支持されていた。このような従来の歯車シェービング盤のシェービングカッタ交換方法は、まずボルトを緩めてカッタサポートを取り外し、次にナットを外すことでシェービングカッタをスピンドルから取り外す。このように、従来の歯車シェービング盤では、シェービングカッタを交換するためにカッタサポートやナット等を取り外す際、スピンドルの先端が正面、すなわち作業者の方を向いていないために、作業者は上半身を横にねじって不自然な体勢で作業を行わなければならず、重量のあるシェービングカッタを交換するには作業性が悪いという問題がある。

そこで、このカッタ交換作業の作業性を解消するために、例えば特許文献１で提案されているヘッド本体では、カッタサポートを、ヘッド本体に直接固定するのではなく、スピンドル軸方向に移動可能なスライダに旋回可能に支持させている。また、シェービングカッタは、スピンドルにナットで締め付けられるのではなく、サポート軸に挿嵌されており、クランプ手段によりスピンドルとサポート軸とで挟持している。

このように構成されているため、シリンダを作動させてクランプ手段を操作することで、カッタスピンドルとサポート軸とのクランプ状態を解除し、カッタサポートをスライドとともに別のシリンダで移動させることで、シェービングカッタを取り外すことができ、ボルトを緩めたりする作業等を省いてカッタ交換作業の煩雑さを解消することができる。

また、シェービングカッタはサポート軸に挿嵌されており、カッタサポートは旋回可能であるため、サポート軸をスピンドルから取り外して、カッタサポートを旋回させることで、サポート軸を作業者の方に向けることができ、作業性を向上させることができる。

また、歯車シェービング盤では、被削歯車を心押台にて保持する。ここで、心押台は心押台本体と駆動シリンダを備えており、心押台本体はその後方に配置された駆動シリンダにて移動するよう構成されている（例えば特許文献２の図１参照）。
実公平５−４４０１３号公報 実用新案登録第２５７７４６５号公報

しかしながら上記従来の歯車シェービング盤では、クランプ手段を操作するためのシリンダや、カッタサポートを移動させるためのシリンダにより、ヘッド部が大型化してしまう。また、サポート軸を作業者の方に向けるようカッタサポートを旋回させるには、カッタサポートをスピンドルから取り外してスライダを移動させる必要があるが、その移動分だけヘッド部が大型化してしまう。

また、上記構成の心押台ではその後方に駆動シリンダが連結されているという構成であるために、装置が大型化してしまうという問題を有している。

そこで、本発明は、シェービングカッタの交換を容易にして取り扱い性を向上させ、且つ小型化を可能とする歯車シェービング盤を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明に係る歯車シェービング盤は、被削歯車を支持する一対の心押台と、鉛直方向に摺動自在に支持されたヘッドキャリアと、該ヘッドキャリアに支持されたヘッド本体と、該ヘッド本体に設けられ一方端にシェービングカッタが取り付けられるスピンドルと、前記シェービングカッタを前記スピンドル上でクランプするためのクランプ機構と、前記スピンドルの他方端側から前記ヘッド本体に係合し前記シェービングカッタのクランプ状態を解除するアンクランプ装置と、を有する歯車シェービング盤であって、前記ヘッド本体は、前記スピンドルの軸線に垂直な旋回軸周りに旋回可能となるよう前記ヘッドキャリアに支持され、前記アンクランプ装置は、前記スピンドルの一方端を正面に向けたときに、前記ヘッド本体と連結されるように、前記ヘッド本体の背後に配置されていることを特徴とする。

このように、アンクランプ装置がヘッド本体から分離して、ヘッド本体の背面に配置されているために、アンクランプ機構の分だけヘッド本体をコンパクト化できる。また、ヘッド本体を旋回させてシェービングカッタの回転軸を作業者に向けることができるので、シェービングカッタの交換が容易となり、作業性を向上させることができる。

上記課題を解決するための別の手段として、本発明に係る歯車シェービング装置は、被削歯車を支持する一対の心押台と、鉛直方向に摺動自在に支持されたヘッドキャリアと、該ヘッドキャリアに支持されたヘッド本体と、該ヘッド本体に設けられ一方端に前記シェービングカッタが取り付けられるスピンドルと、シェービングカッタを前記スピンドル上でクランプするためのクランプ機構と、前記スピンドルの他方端側から前記ヘッド本体に係合し前記シェービングカッタのクランプ状態を解除するアンクランプ装置と、を有する歯車シェービング盤であって、前記心押台の各々は、心押台本体と、該心押台本体を相互に接近及び離間するよう駆動させる駆動シリンダとを有し、前記駆動シリンダは、前記心押台本体と並列配置されていることを特徴とする。

このように、駆動シリンダが、心押台本体に対して直列ではなく並列に配置されているために、歯車シェービング装置の幅を小さくし、小型化を可能とする。

また、前記ヘッド本体は、前記ヘッドキャリアに揺動部材を介して支持されるとともに該揺動部材に旋回可能に支持され、前記揺動部材は、前記ヘッドキャリアに形成された円弧状案内面に沿って摺動する円弧状摺動面を有し、且つ少なくとも一対の牽引アームによってヘッドキャリアに揺動可能に連結され、前記牽引アームの各々は、該アーム軸方向に牽引する牽引バネを備えるとともに、前記円弧状摺動面の円弧の中心点を通る鉛直線を挟んで配置されており、且つ原位置において前記各アームの軸線の延長線上に前記円弧の中心点が位置するよう配置されていることが好ましく、前記一対の牽引アームの各々の軸線は、前記円弧状摺動面の円弧の中心点を通る鉛直線と線対称となるように配置されていることがより好ましい。

このように構成されていることで、揺動部材が揺動しても一対の牽引アームによる牽引力を等しくでき位置決め精度の向上を図ることができ、安定したクラウニング加工を行うことができる。また、従来テーブルを揺動させてクラウニング加工を行っていたが、ヘッド本体を揺動させてクラウニング加工を行うことができるため装置の剛性面で安定化を図ることができる。

スピンドルモータは、前記揺動部材の上部に固定されており、ベベルギアと前記旋回軸と同軸の駆動軸とを介して前記シェービングカッタのスピンドルに駆動的に連結されていることが好ましい。

このように通常スピンドルの他端部に配置されているスピンドルモータを揺動部材上方に配置したことで、その分、歯車シェービング装置は、幅が小さくなり、小型が可能となる。

本発明によれば、容易にカッタ交換作業をすることができ、且つ小型化が可能な歯車シェービング装置を提供することができる。

以下、本発明に係る歯車シェービング盤の実施形態について添付図面に従って説明する。図１は本実施形態に係る歯車シェービング装置の全体を示す正面図、図２は側面図、図３は平面図である。

図１〜３に示すように、歯車シェービング盤１は、一対の心押台２と、ヘッドキャリア３と、ヘッド本体４と、アンクランプ装置５と、揺動部材６と、小窓２８が形成された正面カバー２７とを備えている。

ヘッドキャリア３は、垂直に立設されたコラム７に摺動自在に支持されている。本実施形態では、図４の部分側面断面図に示すように、コラム７に固定された鉛直移動用駆動モータＭ１にボールネジ２１が連結され、該ボールネジ２１に螺合する鉛直スライド部材２２にヘッドキャリア３は固定されている。なお、図３に示すように、コラム７には、ヘッドキャリア３が鉛直方向に摺動するのを案内する案内用溝７ａが形成されている。また、ヘッドキャリア３には、後述する揺動部材６の揺動を案内する円弧状案内面３ａ（図７参照）と水平スライド部材９を案内する揺動用レール３ｂ（図５参照）とが形成されている。

次に揺動部材６について図４及び部分正面断面図を示す図５を参照しつつ説明する。揺動部材６は、前記ヘッドキャリア３の円弧状案内面３ａに沿って摺動する円弧状摺動面６ａ（図７参照）を有しており、一対の牽引アーム８によってヘッドキャリア３に揺動可能に連結されている。ここで、各牽引アーム８は第１のピン８ａでヘッドキャリア３に軸支されており、第２のピン８ｂで揺動部材６と連結されている。また、各牽引アーム８は、アーム軸８ｄ方向に牽引する牽引バネ８ｃを備えるとともに、円弧状摺動面６ａの円弧の中心点Ｃを通る鉛直線Ｌを挟んで左右対称に配置されている。さらに牽引アーム８は、原位置において各アーム軸８ｄの延長線上に円弧の中心点Ｃが位置するよう配置されている。なお、原位置とは揺動部材６が揺動していない位置（図１５（ａ）の状態）のことをいう。

また、揺動部材６の上端は、揺動用駆動モータＭ２により揺動用レール３ｂ上を摺動する水平スライド部材９の挟持部９ａに挟持されている。図５のａ−ａ線部分断面図である図６により詳細に示すように、揺動部材６はその上端にピン６ｐで揺動部材６本体に軸支されている二つのローラ６ｂを有しており、水平スライド部材９の挟持部９ａはその向かい合う面のそれぞれに凸部９１ａが形成されている。これらの凹部９１ａはそれぞれに対応するローラ６ｂに当接している。このように構成することで、揺動動作のバックラッシュの発生を防止し、また、ローラ６ｂが各挟持部９ａに挟持されて回転不能になることを防止し、ひいては揺動部材６のスムーズな揺動を可能とする。

ヘッド本体４は、図５に示すように、スピンドル１０と、シェービングカッタ１１をクランプするためのクランプ機構１２とを有しており、スピンドル１０の一方端にはシェービングカッタ１１が取り付けられるコレット部１０ａ（図１０参照）が形成されており、他方端には後述するアンクランプ装置５の連結部５ｄと係合するよう構成された連結部１０ｂが形成されている。なお、図５及び部分側面断面である図７に示すように、シェービングカッタ１１を回転駆動させるためのスピンドルモータＭ３は、揺動部材６上部に設けられており、旋回軸Ａと同軸の駆動軸１３とベベルギア１４を介してシェービングカッタ１１のスピンドル１０に駆動連結させている。また、本実施形態では、旋回軸Ａと鉛直線Ｌは同一となっている。

また、図５のｂ−ｂ線部分断面図である図８及び図５の領域Ｄの拡大部分断面図である図９に示すように、ヘッド本体４は、揺動部材６に形成された旋回案内用溝６ｃと係合する環状突起４ａが形成されていることにより、スピンドル１０の軸線に垂直な旋回軸Ａ周りを旋回可能に揺動部材６に支持されている。ここで図９に詳細を示すように、ヘッド本体４の環状突起４ａと揺動部材６の旋回案内用溝６ｃとの係合部分には、揺動部材６に形成された油路６ｄからの作動油によって作動するピストン６ｅと、凸部６１ｆを有する固定部材６ｆとが設けられている。シェービング加工時にヘッド本体４が旋回しないよう揺動部材６に固定するときは、作動油を油路６ｄに供給しピストン６ｅを固定部材６ｆ側に移動させる。すると、固定部材６ｆが凸部６１ｆを支点として作動しヘッド本体４の環状突起４ａを揺動部材６底面に押圧することで、ヘッド本体４は揺動部材６に固定される。

また、ヘッド本体４の拡大図である図１０に基づいて、シェービングカッタ１１をクランプしているクランプ機構１２について説明する。スピンドル１０は中空円筒でシェービングカッタ１１が取り付けられる一方端はコレット部１０ａが形成されている。そして、中空円筒のスピンドル１０の内部には皿ばね１７及びプルロッド１６が収容されている。プルロッド１６は、先端に係合金具１５を備えスピンドル軸方向に摺動自在に収容されており、皿ばね１７によりスピンドル１０他方端側（図１０の左側）に付勢されている。ここで、係合金具１５は、スピンドル１０の内壁面に規制されることにより閉じているが、プルロッド１６がスピンドル１０の一方端側（図１０の右側）に移動して係合金具１５がスピンドル１０の内壁面から抜脱されると該内壁面による規制が解除されて開くよう開閉自在に構成されている。

このように構成されたプルロッド１６の先端に設けられた係合金具１５が、カッタサポート軸１８に設けられたプルスタッド１９を把持して、皿ばね１７の付勢力によりスピンドル１０の他方端側に引っ張ることで、コレット部１０ａに挿入されたシェービングカッタ１１をスピンドル１０のフランジ部１０ｃとカッタサポート軸１８とでクランプする。また、このときコレット部１０ａは、プルスタッド１９が引っ張られることにより、コイルバネ２０の付勢力で外周方向に拡がりシェービングカッタ１１と嵌合し、センタリングされる。

また、図５のｃ−ｃ線部分断面図である図１１及び図７に示されるように、ヘッド本体４にはウォームホイール２５が設けられており、揺動部材６に固定された旋回用駆動モータＭ４に駆動されるウォーム２６を連結している。

次に、アンクランプ装置について、部分側面断面図である図１２及び該図１２のａ−ａ線断面図である図１３を用いて説明する。

アンクランプ装置５は、ヘッド本体４の背後のコラム７に設置されている。ここで、図１２及び図１３に示すように、スピンドル１０の一方端が歯車シェービング盤１の正面を、他方端が歯車シェービング盤１の背面を向くようにヘッド本体４を旋回させると、スピンドル１０の他方端に形成された連結部１０ｂがアンクランプ装置５と連結するよう連結部５ｄ（図１７（ａ）参照）が形成されている。なお、正面とは歯車シェービング盤１の正面のことであり作業者がシェービングカッタ１１の交換などの作業を行う位置のことを指し、ヘッド本体４の背後とはヘッド本体４を介して前記正面との対極側の位置を指し、図１２及び１３では左側を正面、右側を背面とする。このように、アンクランプ装置５がヘッド本体４から分離されヘッド本体４の背後のコラム７に設置されているため、ヘッド本体４ひいては歯車シェービング盤１全体を幅方向に小型化することができる。

また、アンクランプ装置５は、ピストン５ａを有しており、該ピストン５ａは、油路５ｂに作動油を供給することで前進し、油路５ｃに作動油を供給することで後退するよう構成されている。

図１４に示すように、被削歯車Ｗを支持するための心押台２は、心押台本体２ａと、該心押台本体２ａを相互に接近及び離間するよう駆動させる駆動シリンダ２ｂと、テーブル上を摺動する心押台ベース２ｃとを有している。心押台本体２ａは、心押台ベース２ｃ上に設置されており、各駆動シリンダ２ｂは心押台本体２ａと並列配置するよう心押台ベース２ｃ内部に収容されている。このように、駆動シリンダ２ｂが心押台本体２ａと並列配置されていることにより、歯車シェービング盤１全体を幅方向に小型化することができる。

次に、歯車シェービング盤１の作動方法について説明する。

まず、心押台ベース２ｃを図１４に示す位置から被削歯車Ｗを仮保持できる位置までスライドさせ、次に作動油を供給して駆動シリンダ２ｂを互いに接近する方向に移動させると、これに連結する心押台本体２ａも連動して各々が接近する方向に移動し、心押台本体２ａに取り付けられたセンタ（図示省略）により被削歯車Ｗを強固に軸支する。

このように心押台２に保持された被削歯車Ｗをシェービング加工するためには、ヘッドキャリア３を鉛直方向に移動させて、シェービングカッタ１１を被削歯車Ｗと噛み合わせる必要がある。ここで、鉛直移動用駆動モータＭ１によりボールネジ２１を回転させて、該ボールネジ２１と螺合する鉛直スライド部材２２を移動させることで、該鉛直スライド部材２２に固定されたヘッドキャリア３を鉛直方向に移動させることができる（図４参照）。

そして、スピンドルモータＭ３により駆動軸１３やベベルギア１４等を介してシェービングカッタ１１を回転駆動させて被削歯車Ｗを連れ回りさせることでシェービング加工を行う（図５及び７参照）。

ここで被削歯車Ｗに対してクラウニング加工する場合について、図１５を参照しつつ説明する。図１５は、揺動部材６が原位置に有る状態を示す部分正面断面図（ａ）及び揺動部材が最大限揺動した状態を示す部分正面断面図（ｂ）である。

まず、ヘッドキャリア３に固定された揺動用駆動モータＭ２により、タイミングベルト２３を介してボールネジ２４を回転駆動させる。これにより、図１５（ａ）に示す原位置から、ボールネジ２４に螺合する水平スライド部材９がヘッドキャリア３の揺動用レール３ｂ上を摺動する。この水平スライド部材９の摺動により、揺動部材６は、その上端が水平スライド部材９の挟持部９ａにより動かされ、円弧状摺動面６ａの円弧の中心点Ｃを中心にヘッドキャリア３に対して揺動する（図１５（ｂ）参照）。図１５（ｂ）まで揺動部材６が揺動すると、次は揺動用駆動モータＭ２が逆回転し、揺動部材６が逆方向に揺動する（図示省略）。ここで、牽引アーム８のアーム軸が原位置において中心点Ｃを向いているため、揺動部材６が揺動したときも、各牽引アーム８の牽引バネ８ｃは、互いに等しい力で揺動部材６を牽引する。このためクラウニング加工精度の向上を図ることができる。なお、中心点Ｃは切削点とほぼ一致する。

次に、シェービングカッタ１１の交換方法について説明する。

上述したようにクランプ機構１２によりクランプされたシェービングカッタ１１を取り外すために、まず揺動用駆動モータＭ２を駆動させて揺動部材６を原位置（図１５（ａ））に戻し、シェービングカッタ１１が被削歯車Ｗから離間するようヘッドキャリア３を鉛直方向に移動させる。

そして、揺動部材６に設置された旋回用駆動モータＭ４によりウォーム２６を回転駆動させてヘッド本体４に固定されたウォームホイール２５を回転させる（図７及び１１）。これにより、旋回軸Ａを中心にヘッド本体４が旋回し、シェービングカッタ１１が取り付けられたスピンドル１０の一方端を正面に向ける。このように、旋回用駆動モータＭ４を作動させることで、シェービング加工を行う加工位置（図１６（ａ）及び図１７（ａ）参照）から、スピンドル１０の他方端に形成された連結部１０ｂがヘッド本体４の背後に配置されているアンクランプ装置５と連結するアンクランプ位置（図１６（ｂ）及び図１７（ｂ）参照）へ、ヘッド本体４を旋回させることができる。なお、図１７（ｂ）に示すように、アンクランプ装置５の連結部５ｄは、一方向側のみに、スピンドル１０の連結部１０ｂが通ることのできる切欠部が形成されているため、ヘッド本体４が矢印３０の方向に旋回したときは連結部４ｂと連結部５ｄとが係合した状態で停止するよう構成されている。

そして、油路５ｂに作動油を供給してアンクランプ装置５のピストン５ａを前進させて皿ばね１７の付勢力に抗してプルロッド１６を正面側すなわち作業者側に押すと、係合金具１５がスピンドル１０の内壁面から抜脱されて開く。これにより、係合金具１５によるプルスタッド１９の把持状態が解除され、カッタサポート軸１８を取り外してシェービングカッタ１１のクランプ状態を解除できる。また、プルスタッド１９を把持していた係合金具１５がコレット部１０ａの内壁面から抜脱したことでコレット部１０ａは半径方向に縮小するため、シェービングカッタ１１の嵌合状態も解除される。これらによりシェービングカッタ１１を取り外すことができる。ここで、スピンドル１０の一方端が正面側、すなわち作業者側を向いているために、作業者は自然な体勢でシェービングカッタ１１を取り外すことができ容易にシェービングカッタ１１を交換することができる。

また、以上のようにシェービングカッタ１１を交換する際は、正面カバー２７に設けられた小窓２８を開けることで作業を行うことができる。さらに歯車シェービング装置１のメンテナンス等の際は正面カバー２７自体を開けて作業を行うことができるよう構成されているため（図３参照）、作業性の向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係る歯車シェービング盤の全体図を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る歯車シェービング盤の全体図を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る歯車シェービング盤の全体図を示す平面図である。 歯車シェービング盤の部分側面断面図である。 歯車シェービング盤の部分正面断面図である。 揺動部材上端部の詳細を示した部分平面断面図である。 スピンドルモータとシェービングカッタの連結を詳細に示した部分側面断面図である。 図２（ａ）のａ−ａ線部分断面図である。 ヘッド本体を揺動部材へ固定させる固定機構の詳細を示した拡大断面図である。 シェービングカッタをクランプするクランプ機構の詳細を示した拡大部分正面断面図である。 図５のｃ−ｃ線断面図である。 ヘッド本体がアンクランプ装置と連結された状態を示す部分側面断面図である。 図１２のｂ−ｂ線断面図である。 心押台を示す部分正面断面図である。 原位置における揺動部材の状態を示す部分正面断面図（ａ）及び最大揺動時における揺動部材の状態を示す部分正面断面図（ｂ）である。 加工位置におけるヘッド本体の状態を示す部分側面断面図（ａ）及びアンクランプ位置におけるヘッド本体の状態を示す部分側面断面図（ｂ）である。 図１６（ａ）のａ−ａ線断面図（ａ）及び図１６（ｂ）のａ−ａ線断面図（ｂ）である。

符号の説明

１ 歯車シェービング盤
２ 心押台
２ａ 心押台本体
２ｂ 駆動シリンダ
３ ヘッドキャリア
３ａ 円弧状案内面
４ ヘッド本体
５ アンクランプ装置
６ 揺動部材
７ コラム
８ 牽引アーム
８ｃ 牽引バネ
１０ スピンドル
１１ シェービングカッタ
１２ クランプ機構
１３ 駆動軸
１４ ベベルギア
Ａ 旋回軸
Ｃ 中心点
Ｌ 鉛直線

Claims (4)

1. 被削歯車を支持する一対の心押台と、鉛直方向に摺動自在に支持されたヘッドキャリアと、該ヘッドキャリアに支持されたヘッド本体と、該ヘッド本体に設けられ一方端にシェービングカッタが取り付けられるスピンドルと、前記シェービングカッタを前記スピンドル上でクランプするためのクランプ機構と、前記スピンドルの他方端側から前記ヘッド本体に係合し前記シェービングカッタのクランプ状態を解除するアンクランプ装置と、を有する歯車シェービング盤であって、
   前記ヘッド本体は、前記スピンドルの軸線に垂直な旋回軸周りに旋回可能となるよう前記ヘッドキャリアに支持され、
   前記アンクランプ装置は、前記スピンドルの一方端を正面に向けたときに、前記ヘッド本体と連結されるように、前記ヘッド本体の背後に配置されていることを特徴とする歯車シェービング盤。
2. 前記ヘッド本体は、前記ヘッドキャリアに揺動部材を介して支持されるとともに該揺動部材に旋回可能に支持され、
   前記揺動部材は、前記ヘッドキャリアに形成された円弧状案内面に沿って摺動する円弧状摺動面を有し、且つ少なくとも一対の牽引アームによってヘッドキャリアに揺動可能に連結され、
   前記牽引アームの各々は、該アーム軸方向に牽引する牽引バネを備えるとともに、前記円弧状摺動面の円弧の中心点を通る鉛直線を挟んで配置されており、且つ原位置において前記各アームの軸線の延長線上に前記円弧の中心点が位置するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車シェービング盤。
3. 前記一対の牽引アームの各々の軸線は、前記円弧状摺動面の円弧の中心点を通る鉛直線と線対称となるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の歯車シェービング装置。
4. スピンドルモータは、前記揺動部材の上部に固定されており、ベベルギアと前記旋回軸と同軸の駆動軸とを介して前記シェービングカッタのスピンドルに駆動的に連結されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の歯車シェービング盤。

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