JP6151341B2 - 回転テーブル装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転テーブル装置に関するものである。

従来から、軸受に支持されるテーブルが駆動源であるモータからの駆動力により回転可能に構成される回転テーブル装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、軸受を介してロータリーテーブルが基部に回動自在に支持され、リニアモーターによる回転駆動力によりロータリーテーブルが回転するロータリーテーブル装置が開示されている。

特開２００２−３５４７７８号公報

しかしながら、上掲した特許文献１に記載のロータリーテーブル装置は、モータがロータリーテーブルと基部の間に配置されているので、当該装置の高さが高くなってしまうという課題があった。また、上掲した特許文献１に記載のロータリーテーブル装置は、ロータリーテーブルが固定設置される回転軸を支持するために複数の軸受を必要とするので、部品点数が多く、装置サイズが大きくなってしまうという課題があった。

本発明は、上述した課題の存在に鑑みて成されたものであり、その目的は、高さが小さく外形がコンパクトで軽量化を実現することのできる回転テーブル装置を提供することにある。

本発明に係る回転テーブル装置は、取付基準となるベース部と、駆動源であるモータと、前記モータからの回転駆動力によって回転可能とされる回転駆動軸と、前記ベース部に固定設置される円環形をした内輪と、当該内輪の外周側に配置される外輪と、前記内輪と前記外輪との間で周方向にわたって形成される軌道空間に転動自在に配設される複数の転動体と、を有して構成されるクロスローラベアリングと、を備え、前記回転駆動軸の軸端部に形成されるピニオンギアと、前記外輪に形成されるラックギアとが噛合し、前記回転駆動軸からの回転駆動力が前記外輪に伝達されることで前記外輪が回転駆動する回転テーブル装置であって、前記外輪は、前記内輪の側面を覆う中空円筒形状として形成され、かつ、前記中空円筒形状の一方側に外部部材を載置可能なテーブル部を備えるとともに、前記中空円筒形状の他方側の全周にわたって形成される前記ラックギアと一体であることを特徴とするものである。

本発明によれば、高さが小さく外形がコンパクトで軽量化を実現することのできる回転テーブル装置を提供することができる。

本実施形態に係る回転テーブル装置を正面上方側から見た場合の外観斜視図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を上面側から見た場合の部分透視図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を右側面側から見た場合の部分透視図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を前面側から見た場合の部分透視図である。 図２中のＶ−Ｖ断面を示す縦断面右側面図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置が備えるクロスローラベアリングを説明するための図であり、図中の分図（ａ）が上面視を示し、図中の分図（ｂ）が分図（ａ）中のＶＩ−ＶＩ断面を示す縦断面図である。 本発明に係る回転テーブル装置が取り得る多様な変形形態の一例を示す図である。 本実施形態に係る回転テーブル装置を前面側から見た場合の部分透視図であって、図４に対応する図であり、製造上の設計条件を説明するための図である。 本発明に係る回転テーブル装置の改良形態を例示する図である。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

まず、図１〜図６を用いて、本実施形態に係る回転テーブル装置の具体的な構成を説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る回転テーブル装置を正面上方側から見た場合の外観斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る回転テーブル装置を上面側から見た場合の部分透視図であり、図３は、本実施形態に係る回転テーブル装置を右側面側から見た場合の部分透視図であり、図４は、本実施形態に係る回転テーブル装置を前面側から見た場合の部分透視図である。さらに、図５は、図２中のＶ−Ｖ断面を示す縦断面右側面図である。またさらに、図６は、本実施形態に係る回転テーブル装置が備えるクロスローラベアリングを説明するための図であり、図中の分図（ａ）が上面視を示し、図中の分図（ｂ）が分図（ａ）中のＶＩ−ＶＩ断面を示す縦断面図である。なお、本明細書では、説明の便宜のために、図１に対して「前後・上下・左右」の方向を記載することで本実施形態に係る回転テーブル装置１０の方向を定義した。ただし、この方向が本実施形態に係る回転テーブル装置１０の使用状態を限定するものではない。

本実施形態に係る回転テーブル装置１０は、図１〜図３で示すように、外郭形状が略立方体形状からなるハウジング１１によって構成されている。そして、ハウジング１１の前方側にはクロスローラベアリング３１が配置され、ハウジング１１の後方側には駆動源であるモータ１２が配置され、さらに、クロスローラベアリング３１とモータ１２とは、前後方向で横並びとなるように並列配置されている。

モータ１２は、ハウジング１１の内部に収納されており、モータ駆動軸１２ａをハウジング１１の右側面から右方向に突出させるように配置されている。モータ駆動軸１２ａの軸端部には、プーリ１３が設置されている。このプーリ１３には、ベルト１４を掛け回して設置することができるようになっている。

モータ１２の前方側であってモータ１２とクロスローラベアリング３１の間には、モータ１２からの回転駆動力によって回転可能とされる回転駆動軸２１が設置されている（図４参照）。回転駆動軸２１は、その軸線方向がモータ１２の備えるモータ駆動軸１２ａの軸線方向と平行に配置された軸状部材である。回転駆動軸２１の右側の軸端部にはプーリ２３が設置されており、当該プーリ２３についてもベルト１４を掛け回して設置することができるようになっている。つまり、モータ駆動軸１２ａの軸端部に設置されたプーリ１３と、回転駆動軸２１の右側の軸端部に設置されたプーリ２３との間には、円環形状のベルト１４が所定の張力を有する状態で架け渡されているので、モータ１２が駆動すると、モータ１２が発生させる回転駆動力がモータ駆動軸１２ａ、プーリ１３、ベルト１４、プーリ２３へと伝達され、回転駆動軸２１を回転させることとなる。なお、回転体であるモータ駆動軸１２ａ、プーリ１３、ベルト１４およびプーリ２３の外周にはカバー１１ｂが設置されており、回転体であるモータ駆動軸１２ａ、プーリ１３、ベルト１４およびプーリ２３を覆い隠すことで、安全上の対策措置と回転テーブル装置１０の安定した稼働を維持する措置が取られている。

本実施形態に係る回転駆動軸２１は、図４にて示されるように、ハウジング１１内に設置された２つのアンギュラ玉軸受２２によって回転可能な状態で軸支されている。これら２つのアンギュラ玉軸受２２については、それぞれの接触角方向が異なる方向となるように設置されているので、たとえ回転駆動軸２１に対してどの様な方向の荷重が加わったとしても、あらゆる方向の荷重を同時に支持することができるようになっている。したがって、本実施形態では、回転駆動軸２１がハウジング１１内で安定して回転運動できる構成となっている。

また、本実施形態に係る回転駆動軸２１の左側の軸端部、すなわち、プーリ２３設置側とは逆側の軸端部には、ピニオンギア２４が形成されている。このピニオンギア２４は、後述するクロスローラベアリング３１の外輪３３と接続するように構成されている。

クロスローラベアリング３１は、ハウジング１１の内部に形成された取付基準となるベース部１１ａに対して設置される部材である（図４参照）。すなわち、本実施形態に係るクロスローラベアリング３１は、ベース部１１ａに固定設置される円環形をした内輪３２と、当該内輪３２の外周側に配置される外輪３３と、内輪３２と外輪３３との間で周方向にわたって形成される１列の軌道空間３４に転動自在に配設される複数の転動体としてのローラ３５と、を有して構成されている。

本実施形態に係るクロスローラベアリング３１の具体的な構造について、図６を参照して具体的に説明すると、このクロスローラベアリング３１は、外周面に断面略倒Ｌ字形状の内側軌道溝３２ａを有する内輪３２と、内周面に断面略倒Ｌ字形状の外側軌道溝３３ａを有する外輪３３と、内側軌道溝３２ａと外側軌道溝３３ａとによって形成される断面略矩形状の軌道空間３４の間に転動可能にクロス配列される複数の転動体としてのローラ３５と、を有することにより、内輪３２および外輪３３が周方向に相対的な回転運動を行うものである。

内輪３２は、上下で二分割された円環形状の半割部材を組み合わせることで構成されており、これら２つの半割部材は、不図示のボルト等の締結手段によって締結固定がなされている。

一方、外輪３３は、内輪３２の外周側の側面を覆う中空円筒形状として形成されており、さらに、軌道空間３４の形成箇所、すなわち、外側軌道溝３３ａの上方側に外部部材を載置可能なテーブル部３３ｂを備えるとともに、中空円筒形状の下面側の全周にわたってラックギア３３ｃを備えている。外輪３３の下面側全周に形成されたラックギア３３ｃは、回転駆動軸２１の左側の軸端部に形成されるピニオンギア２４と噛合することで、回転駆動軸２１からの回転駆動力が外輪３３に伝達されるように構成されており、かかる構成によって、外輪３３は回転駆動することとなる。なお、本実施形態に係るピニオンギア２４とラックギア３３ｃとは、ハイポイドギア構造を備えており、ラックギア３３ｃが形成された外輪３３の回転中心軸に対して、ピニオンギア２４が形成された回転駆動軸２１の回転中心軸が所定量オフセットして配置された状態で、ピニオンギア２４とラックギア３３ｃとが噛合している（図２および図４参照）。当該ハイポイドギア構造では、複数の歯が噛み合うために歯への負荷が分散するので、高い耐久性を有しながらも静かに動作することが可能な動力伝達機構が実現されている。

上述したクロスローラベアリング３１は、内輪３２がハウジング１１の内部に形成された取付基準となるベース部１１ａに対して固定されることで、設置されている。ベース部１１ａにおいて内輪３２が取り付けられる箇所には、内輪３２を固定設置するための段付き形状からなる肩部１５が形成されている。この肩部１５が、図４および図５において詳細に示されている。肩部１５によって形成される段付き形状に対して内輪３２を上側から嵌め込むことで、内輪３２の下面側と内周面側が肩部１５に対して隙間なく接触して載置することができる。なお、本実施形態に係るクロスローラベアリング３１をベース部１１ａに対して固定する手順としては、まずハウジング１１外でクロスローラベアリング３１単体を組み立てておき、さらに、クロスローラベアリング３１をベース部１１ａの上側から嵌め込んで内輪３２の下面側と内周面側を肩部１５に対して隙間なく接触させる。その後、内輪３２の上面側を押えるように押さえ板１６をベース部１１ａの上面に対してボルト１７により固定することで、ベース部１１ａに対する内輪３２の固定が完了する。

本実施形態に係る回転テーブル装置１０では、安定した稼働のための構成をさらに備えている。すなわち、図４に示すように、本実施形態に係る内輪３２と外輪３３との間には、上下２つの第一のシール部材３６が配置されている。この第一のシール部材３６は、円環形をした部材であり、内輪３２の上面側外周と下面側外周とに形成された窪み形状に対して嵌め込まれて設置されている。また、第一のシール部材３６は、内輪３２に設置された場合に外輪３３に接触することとなる外方リップ部３６ａを外周面に有して構成されている。なお、これら２つの第一のシール部材３６は、ベース部１１ａに対して内輪３２が固定設置された際に、肩部１５と押さえ板１６とで挟まれた状態となるので、たとえ外方リップ部３６ａが外輪３３と接触した状態で内輪３２とともに回転運動を行ったとしても、内輪３２に対する安定確実な固定状態が維持されることとなる。このように、本実施形態では、内輪３２と外輪３３との間に第一のシール部材３６を設けているので、例えば、クロスローラベアリング３１の内部に存在する潤滑油等が外部に漏れ出すことが無く、また、クロスローラベアリング３１の外部から内部に対して塵芥等の異物が侵入することを好適に防止することができるので、安定した稼働状態を長期にわたって得ることが可能となっている。

さらに、本実施形態に係る回転テーブル装置１０では、回転駆動軸２１が配置された箇所に円環形をした第二のシール部材３８が設置されている。この第二のシール部材３８は、円環形の内周面に対して回転駆動軸２１に接触する内方リップ部３８ａを有して構成される部材であり、回転駆動軸２１を支持する２つのアンギュラ玉軸受２２の近傍、すなわち、回転駆動軸２１に形成されたピニオンギア２４と２つのアンギュラ玉軸受２２の設置箇所の中間位置に設置されるものである。この第二のシール部材３８については、ハウジング１１の内部構造とアンギュラ玉軸受２２とに挟み込まれて設置されているので、安定確実な固定状態が維持されている。また、内方リップ部３８ａは、常に所定の弾性力を持って回転駆動軸２１の表面と接触しているので、特に、ピニオンギア２４側からアンギュラ玉軸受２２側に対して塵芥や金属粉等の異物が侵入することを好適に防止することが可能となっている。

以上、本実施形態に係る回転テーブル装置１０の具体的な構成について説明した。本実施形態に係る回転テーブル装置１０では、上述したように、クロスローラベアリング３１を構成する外輪３３が、駆動力伝達手段としてのラックギア３３ｃと、回転テーブル機構としてのクロスローラベアリング３１およびテーブル部３３ｂという、３つの機能を同時に兼ね備えた構成となっているため、装置のコンパクト化や軽量化といった作用効果を得ることが可能となっている。また、本実施形態に係る回転テーブル装置１０では、回転テーブル機構としてクロスローラベアリング３１が採用されている。このクロスローラベアリング３１については、複数のローラ３５の負荷方向が交互に入れ替わるようにローラ列が直交配列されているため、あらゆる方向の荷重を負荷することが可能である。つまり、回転テーブル機構にクロスローラベアリング３１を採用することで、１列の軌道空間３４に転動自在に配設される一列のローラ３５群によってあらゆる方向の荷重を受けることができ、かつ、高い回転精度を得ることができ、さらに、回転テーブル装置１０の高さ寸法を小さくすることが可能である。したがって、本実施形態に係る回転テーブル装置１０が有するクロスローラベアリング３１によって、装置のコンパクト化や軽量化といった作用効果を得ることが可能となっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、図１〜図６を用いて説明した本実施形態に係る回転テーブル装置１０では、肩部１５の段付き形状が深く形成されているとともに、外輪３３における外側軌道溝３３ａとラックギア３３ｃとの形成部位が、下方に向けてストレートに延びるスカート形状として構成されていた。しかしながら、これら肩部や外輪等といった本発明に係る回転テーブル装置を構成する部材の形状については、回転テーブル装置の軽量化やコンパクト化といった作用効果を阻害しない範囲において任意に変更可能である。そのような本発明が取り得る変形形態の一例を図７に示す。ここで、図７は、本発明に係る回転テーブル装置が取り得る多様な変形形態の一例を示す図である。なお、図７に関する説明では、上述した実施形態と同一又は類似する構成については、同一符号を付すことで説明を省略することとする。

図７で示すように、変形形態に係る回転テーブル装置１００では、内輪１３２が設置されるベース部１１１ａに形成された肩部１１５の段付き形状が浅く形成されており、ベース部１１１ａの側壁面に対して内輪１３２がはみ出すように設置されている。また、外輪１３３における外側軌道溝１３３ａとラックギア１３３ｃとの形成部位が、下方に向けてストレートに延びておらず、断面略Ｌ字形として構成されており、外輪１３３の内周面が、ベース部１１１ａの側壁面からはみ出すように設置された内輪１３２の周囲を取り囲むように構成されている。図７で示す変形形態に係る回転テーブル装置１００によれば、クロスローラベアリング１３１の軌道空間１３４の下方側を塞ぐように外輪１３３が配置されているので、例えば、上述した実施形態に係る第一のシール部材３６の内輪１３２への設置を省略することが可能となり、部品点数の削減効果を得ることができる。

なお、本発明に係る肩部の段付き形状やクロスローラリングの外輪とラックギアの内径寸法等の設計条件については、以下に示す設計上の数値的制限が存在する。すなわち、図７において示すように、
・ラックギア１３３ｃの内径寸法をＤ１
・肩部１１５の径寸法をＤ２
としたときに、
Ｄ１＞Ｄ２ ・・・ （数１）
なる不等式の条件が必須となる。
また、肩部１１５の径寸法Ｄ２については、出願人の経験値から導き出された安全上の基準から、
Ｄ２＝ｄｐ−２×Ｄ×ｃｏｓ４５°
ただし、Ｄ：ローラ径、ｄｐ：ローラピッチ円径とする。 ・・・ （数２）
なる数式条件を満足する必要がある。
そして、（数１）に（数２）を代入して得られる
Ｄ１＞ｄｐ−２×Ｄ×ｃｏｓ４５° ・・・ （数３）
なる不等式を満足するように、本発明に係る回転テーブル装置を設計する必要がある。

以上のように、本発明に係る肩部の段付き形状やクロスローラリングの外輪とラックギアの内径寸法等の設計条件については、上記した（数３）の不等式条件を満足する必要があるが、さらに、製造上の観点からの条件も存在する。そこで、次に、図８を参照して、本発明に係る回転テーブル装置の製造上の設計条件を説明する。ここで、図８は、本実施形態に係る回転テーブル装置１０を前面側から見た場合の部分透視図であって、図４に対応する図であり、製造上の設計条件を説明するための図である。

本発明に係る回転テーブル装置の設計上の数値的制限は、図７を用いて説明した通りであるが、製造上の制約条件を加味した実際の設計では、ラックギア３３ｃの内径寸法Ｄ１と、外輪３３の内径寸法Ｄ３とが、異なる場合がある。すなわち、上述した実施形態で説明した外輪３３の下面側全周に形成されたラックギア３３ｃは、外輪３３の下面全面に形成されることが必須ではなく、製造技術上の制約から、外輪３３の下面側全周かつ下面の周方向の一部を残して形成される場合がある。あるいは、外輪３３の下面側のラックギア３３ｃが形成される箇所のみが、外輪３３の内径寸法Ｄ３と異なる径寸法で形成される場合がある。そこで、外輪３３の加工技術上の制約から、
Ｄ１≧Ｄ３ ・・・ （数４）
なる不等式の条件が必須となる。

以上、図７および図８を用いて説明したように、本発明に係る回転テーブル装置では、上記した（数３）および（数４）の条件を満足する必要がある。言い換えれば、かかる２つの不等式条件を満足する範囲内において、本発明に係る回転テーブル装置の装置構成を種々変形することが可能である。

以上、本発明に係る回転テーブル装置が取り得る種々の形態例を説明した。しかしながら、発明者らは、本発明に係る回転テーブル装置に対してさらなる改良を施した。この改良構成について、図９を用いて説明を行う。ここで、図９は、本発明に係る回転テーブル装置の改良形態を例示する図である。

図９において、上方に描かれた分図（α）は、図１〜図８を用いて説明した本実施形態および変形形態に係る回転テーブル装置１０，１００にて採用された形態である。これらの形態例では、ピニオンギア２４の周囲に形成されたベース部１１ａ，１１１ａに加工形成されたザグリスペース９１がピニオンギア２４の周囲に沿って小さな隙間で形成されていた。具体的には、本実施形態および変形形態に係るザグリスペース９１は、ピニオンギア２４の外形に沿って形成されたものであった。しかしながら、このようなザグリスペース９１の場合、ピニオンギア２４の歯がスクリューの形状をしているため、このスクリュー歯を高速回転させると、スクリューポンプの作用によって、ギア内部のグリースが外部に漏れ出すという不具合が生じる可能性がある。

そこで、発明者らは、図９中の分図（β）で示すように、ピニオンギア２４の周囲に形成されたベース部１１ａ，１１１ａに加工形成されたザグリスペース１９１を広く加工することで、ピニオンギア２４の周囲に大きな空間を形成することとした。すなわち、改良形態に係るザグリスペース１９１は、ピニオンギア２４の外形とは大きく異なる形状で形成されており、ピニオンギア２４の外形から離れる方向で空間が広がる形状を有するものとして構成されている。そして、このように大きな空間として形成されるザグリスペース１９１は、ピニオンギア２４の周囲に対してピニオンギア２４から及ぼされる圧力を逃がすための空間として作用することとなる。つまり、ピニオンギア２４の周囲を広くザグリ加工することで、スクリューポンプの作用を弱めることができたので、図９で示す改良例によれば、ギア内部のグリースを外部に漏れ出させてしまうという不具合を解消することが可能となった。

１０，１００ 回転テーブル装置、１１ ハウジング、１１ａ，１１１ａ ベース部、１１ｂ カバー、１２ モータ、１２ａ モータ駆動軸、１３，２３ プーリ、１４ ベルト、１５，１１５ 肩部、１６ 押さえ板、１７ ボルト、２１ 回転駆動軸、２２ アンギュラ玉軸受、２４ ピニオンギア、３１，１３１ クロスローラベアリング、３２，１３２ 内輪、３２ａ 内側軌道溝、３３，１３３ 外輪、３３ａ，１３３ａ 外側軌道溝、３３ｂ テーブル部、３３ｃ，１３３ｃ ラックギア、３４，１３４ 軌道空間、３５ ローラ、３６ 第一のシール部材、３６ａ 外方リップ部、３８ 第二のシール部材、３８ａ 内方リップ部、９１，１９１ ザグリスペース。

Claims (6)

1. 取付基準となるベース部と、
   駆動源であるモータと、
   前記モータからの回転駆動力によって回転可能とされる回転駆動軸と、
   前記ベース部に固定設置される円環形をした内輪と、当該内輪の外周側に配置される外輪と、前記内輪と前記外輪との間で周方向にわたって形成される軌道空間に転動自在に配設される複数の転動体と、を有して構成されるクロスローラベアリングと、
   を備え、
   前記回転駆動軸の軸端部に形成されるピニオンギアと、前記外輪に形成されるラックギアとが噛合し、前記回転駆動軸からの回転駆動力が前記外輪に伝達されることで前記外輪が回転駆動する回転テーブル装置であって、
   前記外輪は、前記内輪の側面を覆う中空円筒形状として形成され、かつ、前記中空円筒形状の一方側に外部部材を載置可能なテーブル部を備えるとともに、前記中空円筒形状の他方側の全周にわたって形成される前記ラックギアと一体であることを特徴とする回転テーブル装置。
2. 請求項１に記載の回転テーブル装置において、
   前記ラックギアが形成された前記外輪の回転中心軸に対して、前記ピニオンギアが形成された前記回転駆動軸の回転中心軸が所定量オフセットして配置された状態で、前記ピニオンギアと前記ラックギアとが噛合していることを特徴とする回転テーブル装置。
3. 請求項１又は２に記載の回転テーブル装置において、
   前記ベース部が、前記内輪を固定設置するための段付き形状からなる肩部を備えていることを特徴とする回転テーブル装置。
4. 請求項３に記載の回転テーブル装置において、
   前記ラックギアの内径寸法をＤ１、
   前記肩部の径寸法をＤ２、
   としたときに、
   Ｄ１＞Ｄ２
   なる不等式の条件が成立するように構成されていることを特徴とする回転テーブル装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転テーブル装置において、
   前記ラックギアの内径寸法をＤ１、
   前記外輪の内径寸法をＤ３、
   としたときに、
   Ｄ１≧Ｄ３
   なる不等式の条件が成立するように構成されていることを特徴とする回転テーブル装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転テーブル装置において、
   前記内輪と前記外輪との間に配置される円環形をした第一のシール部材と、
   前記回転駆動軸に配置される円環形をした第二のシール部材と、
   を備え、
   前記第一のシール部材は、前記外輪に接触する外方リップ部を有して前記内輪に設置され、
   前記第二のシール部材は、前記回転駆動軸に接触する内方リップ部を有して前記回転駆動軸を支持する軸受の近傍に設置されることを特徴とする回転テーブル装置。