(57)【要約】【課題】ボールネジ状の構造を有するローラギアカムの回転を、複数のカムフォロアを円周上に配置したターレットの回転に伝達する構造を有するカム装置において、大きな負荷がかかっても振動の発生を抑制できるようにすることである。【解決手段】実施形態に係る回転装置は、モータ、第１のローラギアカム、ターレット及び第２のローラギアカムを有する。第１のローラギアカムは、前記モータにより回転し、第１のテーパリブを有する。ターレットの外周には、前記第１のローラギアカムの回転によって前記第１のテーパリブと順次係合する複数のカムフォロアが設けられる。第２のローラギアカムは、第２のテーパリブを有し、前記ターレットに設けられた前記複数のカムフォロアと前記第２のテーパリブを順次係合させて回転することによって少なくとも前記ターレットの振動を抑制する。【選択図】  図１
2018155276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータにより回転し、第１のテーパリブを有する第１のローラギアカムと、
前記第１のローラギアカムの回転によって前記第１のテーパリブと順次係合する複数のカムフォロアを外周に設けたターレットと、
第２のテーパリブを有し、前記ターレットに設けられた前記複数のカムフォロアと前記第２のテーパリブを順次係合させて回転することによって少なくとも前記ターレットの振動を抑制するための第２のローラギアカムと、
を有する回転装置。
【請求項２】
前記第２のローラギアカムは、前記ターレットからの回転の伝達のみによって回転するように構成される請求項１記載の回転装置。
【請求項３】
前記第２のローラギアカムに、前記第１のローラギアカムに負荷されるトルクと同じ方向で、前記第１のローラギアカムに負荷されるトルクよりも小さいトルクを負荷するモータを更に有する請求項１記載の回転装置。
【請求項４】
前記第２のローラギアカムをスライド可能に保持するスライド機構と、
前記第２のローラギアカムにロードを付与するロード付与機構と、
を更に有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転装置。
【請求項５】
前記ロード付与機構は、エアシリンダで前記ロードを付与するように構成される請求項４記載の回転装置。
【請求項６】
前記ロードを可変制御するロード制御装置を更に有する請求項４又は５記載の回転装置。
【請求項７】
前記第１のローラギアカム、前記第２のローラギアカム及び前記ターレットの少なくとも１つの振動を検出する振動センサを更に有し、
前記ロード制御装置は、前記振動センサによって検出された振動の指標値に基づいて前記ロードを可変制御するように構成される請求項６記載の回転装置。
【請求項８】
前記ロード制御装置は、前記振動の指標値が許容値以下又は許容値未満となるように前記ロードをフィードバック制御するように構成される請求項７記載の回転装置。
【請求項９】
請求項１乃至８記載の回転装置を、工具を保持する主軸側及びワークをセットするテーブル側の少なくとも一方の回転機構として用いた工作機械。
【請求項１０】
前記主軸側を傾斜させるための回転機構として前記回転装置を用いた請求項９記載の工作機械。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の工作機械を用いて金属材料の機械加工を行うことによって機械加工品を製造する機械加工品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転装置、工作機械及び機械加工品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの出力軸の回転を、回転方向が異なる回転体の回転に変換する回転装置として、バックラッシュが生じないようにした構造を有するローラ付回転装置が知られている（例えば特許文献１乃至特許文献５参照）。
【０００３】
このローラ付回転装置は、ローラドライブ（登録商標）という商品名で市販されており、ギアの歯に代えて複数のローラを円周上に取付けた円筒状の回転体と、回転体に取付けられた一部のローラと噛み合うボールネジによって構成される。特に、ボールネジは、ボールネジに形成される山が、隣り合うローラの隙間に噛み合って常に２つ以上のローラに接触するような特殊な構造を有している。従って、ボールネジの回転方向を反転させたとしても、バックラッシュが生じることなく回転体の回転方向を逆方向に変えることができる。
【０００４】
ローラ付回転装置を構成するボールネジはギアのように配置された複数のローラと係合して回転位相が変位することからローラギアカムとも称され、ボールネジの山はテーパする形状に合わせてテーパリブとも称される。一方、ローラギアカムのテーパリブと係合する各ローラはローラギアカムのカムフォロア（カム従動子）として機能することになる。そして、このローラギアカムと、複数のカムフォロアを円周上に配置したターレットとを係合させた回転装置は、カム装置とも呼ばれる。
【０００５】
上述したようにボールネジ状の構造を有するローラギアカムの回転を、複数のカムフォロアを円周上に配置したターレットの回転に伝達する構造を有するカム装置では、バックラッシュを回避することができる。このため、カム装置を工作機械の傾斜テーブル用の回転機構や減速機として用いることが提案されている。特に、等速性が要求される印刷装置用の減速機としてカム装置を用いる場合において、２つのローラギアカムを、カムフォロアと係合するテーパリブの位相が１８０度シフトするように設けることによって等速性にゆらぎが生じないようにする技術も考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３８２７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４７２６０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１５７９５４号公報
【特許文献４】特開２０１２−１６１２００号公報
【特許文献５】特開２０１４−２２４５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、工作機械の傾斜テーブルや回転テーブルの回転機構として上述したカム装置を用いたとしても、特に金属チタン等の金属部品のように強度が大きい素材の機械加工を行う場合や高速切削を行う場合には、無視できない振動が生じるという問題がある。工作機械における振動の発生は、工具の破損や加工精度の劣化に繋がる。
【０００８】
そこで、本発明は、ボールネジ状の構造を有するローラギアカムの回転を、複数のカムフォロアを円周上に配置したターレットの回転に伝達する構造を有するカム装置において、大きな負荷がかかっても振動の発生を抑制できるようにすることを目的とする。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、高速切削を行う場合又は難削材の機械加工を行う場合において機械機械部品の品質を一層向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態に係る回転装置は、モータ、第１のローラギアカム、ターレット及び第２のローラギアカムを有する。第１のローラギアカムは、前記モータにより回転し、第１のテーパリブを有する。ターレットの外周には、前記第１のローラギアカムの回転によって前記第１のテーパリブと順次係合する複数のカムフォロアが設けられる。第２のローラギアカムは、第２のテーパリブを有し、前記ターレットに設けられた前記複数のカムフォロアと前記第２のテーパリブを順次係合させて回転することによって少なくとも前記ターレットの振動を抑制する。
【００１１】
また、本発明の実施形態に係る工作機械は、上述した回転装置を、工具を保持する主軸側及びワークをセットするテーブル側の少なくとも一方の回転機構として用いたものである。
【００１２】
また、本発明の実施形態に係る機械加工品の製造方法は、上述した工作機械を用いて金属材料の機械加工を行うことによって機械加工品を製造するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転装置の構成図。
【図２】工作機械の主軸側を傾斜させるための回転機構として回転装置を用いた例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る回転装置の構成図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る回転装置の構成図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る回転装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る回転装置、工作機械及び機械加工品の製造方法について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る回転装置の構成図である。
【００１６】
回転装置１は、回転運動の方向を変える装置である。従って、回転装置１は、カム装置であるということもできる。回転装置１は、例えば、工作機械の主軸やテーブルの傾斜駆動軸又は回転駆動軸を構成するための回転機構として用いることができる。
【００１７】
回転装置１は、モータ２、第１のローラギアカム３、ターレット４及び第２のローラギアカム５を有する。第１のローラギアカム３は、回転シャフト３Ａに螺旋状に第１のテーパリブ３Ｂを設けた構造を有する。第１のテーパリブ３Ｂは、先端に向かってテーパする螺旋状のリブである。第２のローラギアカム５も、回転シャフト５Ａに螺旋状に第２のテーパリブ５Ｂを設けた構造を有する。第２のテーパリブ５Ｂも、先端に向かってテーパする螺旋状のリブである。ターレット４は、円環状、円柱状又は円板状の回転体である。ターレット４の円周上には、等間隔に複数のカムフォロア６が回転自在に取付けられる。
【００１８】
モータ２は、出力軸の回転方向を変えることができるモータである。すなわち、モータ２の回転方向を反転させることができる。モータ２は、第１のローラギアカム３にトルクを付与する動力源である。従って、モータ２の出力軸は、第１のローラギアカム３を構成する回転シャフト３Ａの一端と連結される。
【００１９】
第１のローラギアカム３を構成する回転シャフト３Ａの両端は、それぞれベアリング７Ａを有する円筒状の第１の保持部７によって回転可能に保持される。また、モータ２側の第１の保持部７は、モータ２の非回転部であるケーシングに固定される。このため、第１のローラギアカム３は、２つの第１の保持部７によって両端を回転可能に保持された状態でモータ２により回転する。従って、第１のローラギアカム３の回転シャフト３Ａは、回転運動の入力軸となる。また、第１のローラギアカム３の回転方向は、モータ２の回転方向を変えることによって、変えることができる。
【００２０】
尚、モータ２の出力軸を回転シャフト３Ａと直接連結せずに、ギアや回転ベルト等を介して回転運動をモータ２の出力軸から回転シャフト３Ａに伝達できるようにしてもよい。
【００２１】
ターレット４の外周に設けられる複数のカムフォロア６は、第１のローラギアカム３の回転によって第１のテーパリブ３Ｂと順次係合するように配置される。従って、ターレット４の回転軸と、第１のローラギアカム３を構成する回転シャフト３Ａの回転軸がねじれの関係となり、かつ各カムフォロア６の回転軸と、回転シャフト３Ａの回転軸が同一平面上となるように、ターレット４及び第１のローラギアカム３が配置される。
【００２２】
また、第１のローラギアカム３の第１のテーパリブ３Ｂは、回転シャフト３Ａを回転させた場合に、隣接するカムフォロア６間の隙間にフィットしながらカムフォロア６をターレット４の回転方向に移動させることができるような形状に設計されている。例えば、第１のテーパリブ３Ｂの高さが、概ねターレット４の円弧状の外周面に沿って変化するように第１のテーパリブ３Ｂの形状が設計される。また、第１のテーパリブ３Ｂ間における回転シャフト３Ａの太さが、概ねカムフォロア６の円弧状の軌跡に沿って変化するように回転シャフト３Ａの形状が設計される。
【００２３】
図１に示す例では、第１のテーパリブ３Ｂが、連続する複数のカムフォロア６間に形成される複数箇所の隙間に同時にフィットするように設計されている。このため、第１のテーパリブ３Ｂから複数のカムフォロア６に同時に圧力を負荷することができる。その結果、第１のローラギアカム３と、複数のカムフォロア６をギア状に設けたターレット４との間におけるバックラッシュを無くすことができる。
【００２４】
各カムフォロア６は、第１のローラギアカム３の第１のテーパリブ３Ｂと接触して転がりながら、ターレット４の回転方向に移動するローラである。従って、第１のローラギアカム３を回転させると、第１のテーパリブ３Ｂ及び各カムフォロア６の係合によって回転運動が第１のローラギアカム３からターレット４に伝達される。すなわち、第１のローラギアカム３の回転運動を、ターレット４の回転運動に変換することができる。このため、ターレット４が回転運動の出力軸となる。
【００２５】
ターレット４の回転方向は、モータ２及び第１のローラギアカム３の回転方向を変えることによって、変えることができる。すなわち、モータ２の回転方向を制御することによって、回転運動の出力軸となるターレット４を双方向に回転させることができる。
【００２６】
尚、図１に例示されるようにターレット４が円環状である場合には、回転シャフトを回転軸として設けるようにしてもよい。その場合には、ターレット４とともに回転する回転シャフトが回転運動の出力軸となる。
【００２７】
第１のテーパリブ３Ｂを設けた回転運動の入力側の第１のローラギアカム３及び複数のカムフォロア６を外周に設けた回転運動の出力側のターレット４で構成されるカム装置は、ローラドライブ（登録商標）という商品名で市販されている。このような第１のローラギアカム３と、複数のカムフォロア６を外周に設けたターレット４で構成される回転装置１は、従来のギアとは異なりバックラッシュを無くすことができる。このため、位置決め精度が要求される工作機械の回転駆動機構として用いることができる。
【００２８】
但し、回転運動の出力側となるターレット４側に大きな負荷がかかると、ターレット４には無視できない振動が生じる。特に、工作機械を用いて金属チタンやチタン合金等の難削材の機械加工を行う場合や金属部品の高速切削を行う場合には、工作機械の主軸側及びワークをセットするためのテーブル側に大きな切削抵抗が負荷される。このため、難削材の機械加工を行う場合や高速切削を行う場合には、振動を抑制することが課題となる。
【００２９】
そこで、回転装置１には、少なくともターレット４の振動を抑制するための第２のローラギアカム５が備えられる。第２のローラギアカム５の構造も、ターレット４に設けられた複数のカムフォロア６と第２のテーパリブ５Ｂを順次係合させて回転するように設計される。
【００３０】
従って、部品の共通化を図る観点から、図１に例示されるように、第２のローラギアカム５の構造を、第１のローラギアカム３の構造と同一にすることもできる。逆に、制振用の第２のローラギアカム５については、第２のテーパリブ５Ｂと同時に接触する複数のカムフォロア６の数が、第１のテーパリブ３Ｂと同時に接触する複数のカムフォロア６の数よりも少なくなるように第２のテーパリブ５Ｂ及び回転シャフト５Ａの形状を決定してもよい。従って、第２のローラギアカム５の長さ及び太さを、第１のローラギアカム３の長さ及び太さと異なる長さ及び太さに設計してもよい。
【００３１】
また、設計の容易化を図る観点から、図１に例示されるように第１のローラギアカム３の回転軸と、第２のローラギアカム５の回転軸が互いに平行となり、かつ第１のローラギアカム３の回転軸と第２のローラギアカム５の回転軸を含む平面がターレット４の回転軸と垂直となるように第１のローラギアカム３、ターレット４及び第２のローラギアカム５を配置することができる。
【００３２】
但し、他の部品との干渉を回避する等の理由により、第１のローラギアカム３の回転軸と、第２のローラギアカム５の回転軸が互いに平行とならないように第１のローラギアカム３及び第２のローラギアカム５を配置するようにしてもよい。また、第２のローラギアカム５の他に更に振動の抑制用のローラギアカムを設けるようにしてもよい。以降では、振動の抑制用のローラギアカムが第２のローラギアカム５のみである場合を例に説明する。
【００３３】
第２のローラギアカム５を構成する回転シャフト５Ａの両端は、第１のローラギアカム３と同様に、それぞれベアリング８Ａを有する円筒状の第２の保持部８によって回転可能に保持される。但し、第１のローラギアカム３とは異なり、第２のローラギアカム５を回転させるためのモータは設けられない。すなわち、第１のローラギアカム３の回転シャフト３Ａを両端で回転可能に保持する２つの第１の保持部７のうち一方はモータ２を介して壁面に固定され、他方はモータを介さずに壁面に固定されるのに対して、第２のローラギアカム５の回転シャフト５Ａを両端で回転可能に保持する２つの第２の保持部８の双方がモータを介さずに壁面に固定される。
【００３４】
従って、第２のローラギアカム５は、ターレット４の回転運動を動力として回転する。すなわち、第２のローラギアカム５は、ターレット４からの回転の伝達のみによってターレット４の回転に追従して回転するように構成される。このため、第２のローラギアカム５を回転させるための動力源は不要である。
【００３５】
このように、ターレット４を第１のローラギアカム３及び第２のローラギアカム５で２方向から挟み込んで接触支持する構成にすると、第２のローラギアカム５を設けない場合と比較して、ターレット４の回転軸に垂直な方向、特に第１のローラギアカム３から離れる方向へのターレット４のずれの発生を飛躍的に抑制することができる。しかも、第２のローラギアカム５には動力源が無いため、第２のローラギアカム５の第２のテーパリブ５Ｂからカムフォロア６に、ターレット４の回転方向と反対方向の反力を負荷することができる。
【００３６】
その結果、ターレット４、第１のローラギアカム３及び第２のローラギアカム５を含む回転装置１の回転運動に伴う振動を抑制することができる。また、回転装置１全体を平行移動又は回転移動させる場合においても、ターレット４の振動を抑制することができる。
【００３７】
このため、回転装置１を高負荷がかかる工作機械の回転機構に使用することができる。すなわち、回転装置１を、工具を保持する主軸側及びワークをセットするテーブル側の少なくとも一方の回転機構として用いた工作機械を提供することができる。
【００３８】
図２は、工作機械の主軸側を傾斜させるための回転機構として回転装置１を用いた例を示す図である。
【００３９】
図２に例示されるように工具Ｔを保持するための主軸１０と、ワークをセットするためのテーブル１１を備えた工作機械１２において、２つの回転装置１で主軸１０の傾斜機構１３を構成することができる。すなわち、主軸１０を２つの回転装置１で両側から回転可能に保持することによって主軸１０を傾斜させることができる。もちろん、テーブル１１の回転機構又は傾斜機構並びに主軸１０の他の回転機構として回転装置１を用いることもできる。
【００４０】
工作機械において特に大きな負荷がかかる場合の例として、金属チタン又はチタン合金等の難削材の機械加工を行う場合や高速切削を行う場合が挙げられる。高速切削の対象となる素材の例としては、アルミニウム合金が挙げられる。一方、難削材の例としては、金属チタンやチタン合金の他、インコネル（登録商標）やハステロイ（登録商標）等のニッケル基合金が挙げられる。金属チタンは、純チタンとして酸素Ｏ，窒素Ｎ，炭素Ｃ，鉄Ｆｅ，水素Ｈといった不純物の含有量に応じて１種から４種まで規格化されている。一方、チタン合金としては、６−４合金、３−２−５合金、１５−３−３−３合金と呼ばれるものが代表的である。
【００４１】
金属チタン及びチタン合金は、ステンレス鋼等の合金鋼と同等の強度を有する金属であり、難削材として知られている。すなわち、大きい強度を有する金属チタン又はチタン合金を素材とする切削加工を行うと、工具を通じて工作機械の主軸に加工反力として切削抵抗がかかる。このため、主軸の剛性が小さいと振動が生じ、加工品質の劣化に繋がる。
【００４２】
そこで、図２に例示されるように工具軸に概ね垂直となり得ることから、ワークから大きな切削抵抗が負荷される可能性がある主軸１０の傾斜方向における回転機構を、回転装置１で構成することができる。これにより、金属チタン及びチタン合金等の難削材の切削加工を行う場合やアルミニウム合金等の金属材料の高速切削を行う場合であっても、振動を抑制し、良好な加工品質で機械加工品を製造することができる。特に、図２に例示されるように回転装置１を備えた工作機械１２を用いて金属材料の機械加工を行うことによって機械加工品を良好な品質で製造することができる。すなわち、チタン加工品等の機械加工品の品質を向上させることができる。
【００４３】
以上のような回転装置１は、第１のローラギアカム３と、複数のカムフォロア６を外周に設けたターレット４で構成されるカム装置に、動力の無い制振用の第２のローラギアカム５を追加したものである。
【００４４】
（効果）
このため、回転装置１によれば、簡易な構造でターレット４の振動を抑制し、安定した回転運動の伝達を行うことができる。また、回転装置１全体を平行移動又は回転移動させる場合においても、ターレット４の振動を抑制することができる。このため、回転装置１を工作機械の回転駆動軸として用いれば、振動の抑制によって金属チタン及びチタン合金等の難削材の高品質な機械加工が可能となる。また、アルミニウム合金等の金属の高速切削を行う場合においても、高品質な機械加工が可能となる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る回転装置の構成図である。
【００４６】
図３に示された第２の実施形態における回転装置１Ａでは、制振用の第２のローラギアカム５にトルクを負荷するためのモータ２０及びモータ制御回路２１を設けた点が第１の実施形態における回転装置１と相違する。第２の実施形態における回転装置１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における回転装置１と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００４７】
第２の実施形態における回転装置１Ａには、第１のローラギアカム３に動力を与える動力源としての第１のモータ２の他に、第２のローラギアカム５に動力を与える動力源として第２のモータ２０が設けられる。すなわち、第２のローラギアカム５を構成する回転シャフト５Ａの一端が第２のモータ２０の出力軸と連結される。そして、第２のローラギアカム５の回転シャフト５Ａの一端を回転可能に保持する第２の保持部８が第２のモータ２０のケーシングを介して壁面に固定される。
【００４８】
第２のモータ２０の回転方向は、常に第１のローラギアカム３の回転方向と同じ方向となるように制御される。すなわち、第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に負荷されるトルクは、第１のモータ２から第１のローラギアカム３に負荷されるトルクと常に同一の方向である。従って、第１のモータ２の出力軸の回転方向に第１のローラギアカム３が回転し、第１のローラギアカム３の回転方向と同じ回転方向に第２のローラギアカム５が回転する。
【００４９】
但し、第１のモータ２から第１のローラギアカム３に負荷されるトルクよりも小さいトルクが第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に負荷される。従って、第２のローラギアカム５の第２のテーパリブ５Ｂからカムフォロア６に、ターレット４の回転方向と反対方向の反力が負荷される。
【００５０】
第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に負荷されるトルクは、第２のモータ２０の出力を適切に決定することによって調節することができる。例えば、第２のモータ２０として、第１のモータ２の定格出力よりも小さい定格出力を有するモータを使用することができる。これにより、第１のモータ２から第１のローラギアカム３に負荷されるトルクよりも小さい一定のトルクを第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に常に負荷することができる。この場合、第２のモータ２０の出力及びトルクに合わせて第２のローラギアカム５の回転シャフト５Ａの太さを、第１のローラギアカム３の回転シャフト３Ａの太さよりも細くするようにしてもよい。
【００５１】
或いは、第１のモータ２及び第２のモータ２０の少なくとも一方を、出力を可変制御できるモータで構成することができる。この場合、第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に負荷されるトルクが、第１のモータ２から第１のローラギアカム３に負荷されるトルクよりも常に小さくなるように調整することができる。その場合においても、図３に例示されるように、第２のモータ２０の出力及びトルクに合わせて第２のローラギアカム５の回転シャフト５Ａの太さを、第１のローラギアカム３の回転シャフト３Ａの太さよりも細くするようにすることができる。
【００５２】
モータ制御回路２１は、第１のモータ２及び第２のモータ２０を制御する回路である。モータ制御回路２１によって、第１のモータ２の回転方向及び第２のモータ２０の回転方向を常に同一の方向に制御することができる。すなわち、モータ制御回路２１によって、第１のモータ２の回転方向及び第２のモータ２０の回転方向を同期させることができる。
【００５３】
また、第１のモータ２及び第２のモータ２０の少なくとも一方の出力を可変制御できる場合には、モータ制御回路２１により第１のモータ２及び第２のモータ２０の少なくとも一方の出力を可変制御することができる。具体的には、第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に負荷されるトルクが、第１のモータ２から第１のローラギアカム３に負荷されるトルクよりも常に小さくなるように第１のモータ２及び第２のモータ２０の少なくとも一方の出力を制御することができる。
【００５４】
加えて、第２のモータ２０から第２のローラギアカム５に負荷されるトルクと、第１のモータ２から第１のローラギアカム３に負荷されるトルクとの間における比又は差を調節することもできる。このため、第２のローラギアカム５の第２のテーパリブ５Ｂからカムフォロア６に負荷される反力の大きさを調節することができる。
【００５５】
以上の第２の実施形態における回転装置１Ａは、制振用の第２のローラギアカム５にも動力を付与できるようにしたものである。このため、第２の実施形態における回転装置１Ａによれば、第１の実施形態における回転装置１によって得られる効果と同様の効果に加えて、制振用の第２のローラギアカム５からカムフォロア６を介して回転運動の出力軸であるターレット４に負荷される反力の大きさを可変制御することができるという効果を得ることができる。すなわち、第２の実施形態における回転装置１Ａによれば、制振用の第２のローラギアカム５による回転装置１Ａの制振効果を制御することができる。
【００５６】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態に係る回転装置の構成図である。
【００５７】
図４に示された第３の実施形態における回転装置１Ｂでは、制振用の第２のローラギアカム５にロードを掛けてスライドできるようにした点が第１の実施形態における回転装置１と相違する。第３の実施形態における回転装置１Ｂの他の構成及び作用については第１の実施形態における回転装置１と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００５８】
第３の実施形態における回転装置１Ｂの第２のローラギアカム５は、スライド機構３０でスライド可能に保持される。図４に例示されるように、第２のローラギアカム５を構成する回転シャフト５Ａの両端をスライドできるようにする場合には、リニアガイド、レール或いはラックアンドピニオン等の直線的な移動を行うことが可能な一対の機械要素部品でスライド機構３０を構成することができる。そして、回転シャフト５Ａの両端を回転可能に保持する２つの第２の保持部８をそれぞれスライド機構３０に固定することによって、回転シャフト５Ａの両端をスライド可能に保持することができる。
【００５９】
この場合、それぞれ第２の保持部８を介して回転シャフト５Ａの両端を保持する２つのスライド機構３０によって、第２のローラギアカム５を平行移動させることができる。具体的には、第２のローラギアカム５をターレット４に押し付ける方向又はターレット４から引離す方向、つまりターレット４の半径方向に平行移動させることができる。
【００６０】
或いは、２つの第２の保持部８をシャフト等の連結部材で連結し、直線的な移動を行うことが可能なリニアガイド等の単一のスライド機構３０で連結部材の重心付近をスライドさせることができるようにすることもできる。この場合においても、第２のローラギアカム５をターレット４の半径方向に平行移動させることができる。
【００６１】
一方、第２のローラギアカム５を構成する回転シャフト５Ａの一端のみをスライド可能とし、回転シャフト５Ａの他端をターレット４の回転軸と平行な軸を中心として回転可能に保持することもできる。この場合には、円弧に沿って曲線的な移動を行うことが可能なレール等の機械要素部品と、機械要素部品同士を回転可能に連結するジョイントでスライド機構３０を構成することができる。そして、回転シャフト５Ａの両端を保持する２つの第２の保持部８の一方に、レール等の円弧部品に沿って曲線的な移動を行うことが可能なころ又は車輪等の機械要素部品を取付け、他方の第２の保持部８をジョイントに連結することができる。或いは、回転シャフト５Ａの両端を保持する２つの第２の保持部８の一方を固定せずに自由端とし、他方の第２の保持部８をジョイントに連結することもできる。
【００６２】
そうすると、ジョイントを回転軸として第２のローラギアカム５をターレット４に押し付ける方向又はターレット４から引離す方向に回転移動させることができる。すなわち、ターレット４の回転軸に垂直な平面内において、第２のローラギアカム５を回転移動させることができる。
【００６３】
また、第３の実施形態における回転装置１Ｂには、上述したスライド機構３０に加えて、ロード付与機構３１、ロード制御装置３２及び振動センサ３３が備えられる。
【００６４】
ロード付与機構３１は、制振用の第２のローラギアカム５にロードを付与する装置である。ロード付与機構３１は、エアシリンダ、油圧シリンダ、ボールねじ、電動シリンダ或いはラックアンドピニオン等の動力を持って直線的に移動することが可能な機械要素部品で構成することができる。従って、ロード付与機構３１及びスライド機構３０を、ラックアンドピニオン等の動力を持って移動する共通の機械要素部品で構成してもよい。また、スプリングをロード付与機構３１の構成要素としてもよい。
【００６５】
第２のローラギアカム５にロードを付与する位置は、自由に決定することができる。図４に示す例では、第２のローラギアカム５を構成する回転シャフト５Ａの両端にロードを付与することができるように２つのエアシリンダがロード付与機構３１として設けられている。すなわち、リニアガイド等のスライド機構３０でスライド可能に保持された２つの第２の保持部８にそれぞれロードを付与するためのエアシリンダがロード付与機構３１として設けられている。
【００６６】
もちろん、第２のローラギアカム５の一端側がジョイントで回転可能に保持されているような場合には、第２のローラギアカム５の他端側のみに、ロード付与機構３１でロードを付与できるようにすることもできる。また、２つの第２の保持部８がシャフト等の連結部材で連結されている場合には、連結部材の重心付近にロードを付与するようにしてもよい。
【００６７】
ロード制御装置３２は、ロード付与機構３１を制御することによって、第２のローラギアカム５に付与されるロードを可変制御する装置である。このため、ロード付与機構３１から第２のローラギアカム５に付与されるロードを調節することができる。ロード制御装置３２は、ロード付与機構３１のメカニズムに応じてロード付与機構３１に空気圧信号、油圧信号又は電気信号等の制御信号を出力する信号生成回路で構成される。
【００６８】
具体例として、ロード付与機構３１がエアシリンダであれば、ロード制御装置３２からエアシリンダに空気圧信号を出力することによってエアシリンダの伸縮量を調整することができる。ロード付与機構３１が油圧シリンダである場合も、同様にロード制御装置３２から油圧シリンダに油圧信号を出力することによって油圧シリンダの伸縮量を調整することができる。一方、ロード付与機構３１がボールねじ、電動シリンダ或いはラックアンドピニオン等のモータで直線駆動する機械要素であれば、ロード制御装置３２からロード付与機構３１に電気信号を出力することによってロード付与機構３１の直線的な移動量を調整することができる。
【００６９】
振動センサ３３は、対象物の振動を検出するためのセンサである。振動センサ３３は、第１のローラギアカム３、第２のローラギアカム５及びターレット４の少なくとも１つの振動を検出できるように配置される。図４に示す例では、第２のローラギアカム５の両端を保持する各第２の保持部８にそれぞれ振動センサ３３が取付けられている。従って、第２のローラギアカム５を構成する回転シャフト５Ａの両端における振動を、それぞれ第２の保持部８を介して間接的に振動センサ３３で検出することができる。
【００７０】
尚、第２のローラギアカム５にはターレット４に取付けられたカムフォロア６が接触しており、ターレット４に取付けられたカムフォロア６には第１のローラギアカム３が接触している。このため、第１のローラギアカム３及びターレット４の振動も、カムフォロア６を介して第２のローラギアカム５に伝搬する。従って、第１のローラギアカム３及びターレット４の振動も、第２のローラギアカム５の振動と重なって間接的に振動センサ３３によって検出されることになる。
【００７１】
もちろん、ターレット４又は第１のローラギアカム３に振動センサ３３を直接又は間接的に取付け、主としてターレット４又は第１のローラギアカム３の振動を振動センサ３３で検出するようにしてもよい。
【００７２】
振動センサ３３において振動の時間波形信号等として取得される振動の検出信号は、ロード制御装置３２に出力される。従って、ロード制御装置３２では、振動センサ３３によって検出された振動の最大値等の指標値に基づいて、ロード付与機構３１から第２のローラギアカム５に付与されるロードを可変制御することができる。すなわち、振動センサ３３によって検出された振動の指標値が許容値以下又は許容値未満となるように、ロード付与機構３１から第２のローラギアカム５に付与されるロードをフィードバック制御することができる。理想的には、第１のローラギアカム３、第２のローラギアカム５及びターレット４の各振動が最小となるようにロード付与機構３１から第２のローラギアカム５に付与されるロードをフィードバック制御することが望ましい。
【００７３】
但し、ロード付与機構３１から第２のローラギアカム５に付与されるロードの制御アルゴリズムを容易にする観点から、ロードの値をプリセットできるようにしてもよい。すなわち、回転運動の出力軸となるターレット４に負荷される荷重に応じて振動を効果的に抑制することが可能なロードの値を予め試験によって決定しておくことができる。そして、ユーザが選択できるように、回転装置１Ｂの用途に合わせて複数のロード値をプリセットしておくことができる。この場合には、振動センサ３３を省略してもよい。
【００７４】
具体例として、図２に例示されるような工作機械１２における主軸１０の傾斜機構１３を構成するために回転装置１Ｂを用いる場合であれば、切削加工の対象となる素材の強度に応じてロードの値をプリセットすることができる。これにより、大きい機械的強度を有する金属チタンやチタン合金等の難削材の機械加工を行う場合には、振動の発生を一層抑制できるように大きなロード値を設定する一方、アルミニウムやマグネシウム等の機械的強度が比較的小さい材料の機械加工を行う場合には、第２のローラギアカム５の回転によるエネルギ損失を低減するために小さなロード値を設定することができる。
【００７５】
以上の第３の実施形態における回転装置１Ｂは、スライド機構３０を用いて制振用の第２のローラギアカム５を直線軸又は円弧軸に沿ってスライド可能とする一方、ロード付与機構３１を用いて第２のローラギアカム５にロードをかけることができるようにしたものである。
【００７６】
このため、第３の実施形態における回転装置１Ｂによれば、第１の実施形態における回転装置１によって得られる効果と同様の効果に加えて、第２のローラギアカム５からカムフォロア６及びターレット４にターレット４の半径方向における成分を含む押付力を付与することができるという効果を得ることができる。このため、第２のローラギアカム５による回転装置１Ｂの制振効果を一層向上させることができる。
【００７７】
しかも、第２のローラギアカム５からカムフォロア６を介してターレット４に付与される押付力を調整することができる。このため、振動センサ３３で検出された振動の大きさに応じて第２のローラギアカム５による回転装置１Ｂの制振効果を調整することができる。具体例として、振動センサ３３で検出された振動を最小とするフィードバック制御によって、第２のローラギアカム５による回転装置１Ｂの制振効果を最適化することができる。或いは、第２のローラギアカム５による回転装置１Ｂの制振効果を目的別に変えることができる。
【００７８】
（第４の実施形態）
図５は本発明の第４の実施形態に係る回転装置の構成図である。
【００７９】
図５に示された第４の実施形態における回転装置１Ｃでは、制振用の第２のローラギアカム５にトルクを負荷するためのモータ４０及びモータ制御回路４１を設けた点が第３の実施形態における回転装置１Ｂと相違する。第４の実施形態における回転装置１Ｃの他の構成及び作用については第３の実施形態における回転装置１Ｂと実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００８０】
第４の実施形態における回転装置１Ｃには、第１のローラギアカム３に動力を与える動力源としての第１のモータ２の他に、第２のローラギアカム５に動力を与える動力源として第２のモータ４０が設けられる。すなわち、第４の実施形態における回転装置１Ｃは、第２の実施形態における回転装置１Ａが有する特徴と、第３の実施形態における回転装置１Ｂが有する特徴の双方を有している。
【００８１】
但し、第４の実施形態における回転装置１Ｃでは、第３の実施形態における回転装置１Ｂとは異なり、第１のローラギアカム３のトルクと、第２のローラギアカム５のトルクを同一にすることもできる。このため、第１のモータ２及び第２のモータ４０として、同じものを用いてもよい。同様に、第１のローラギアカム３及び第２のローラギアカム５についても、同じものを用いることができる。
【００８２】
従って、モータ制御回路４１は、第１のモータ２の回転方向と、第２のモータ４０の回転方向を同期させる制御を行う他、第１のモータ２及び第２のモータ４０の少なくとも一方の出力を可変制御できる場合には、第１のモータ２及び第２のモータ４０のトルクを所望の値に制御するように構成される。このため、モータ制御回路４１による第１のモータ２及び第２のモータ４０の制御によって、第２の実施形態と同様に第１のモータ２のトルクよりも第２のモータ４０のトルクを小さくすることもできるし、第１のモータ２のトルクと第２のモータ４０のトルクを同一にすることもできる。
【００８３】
第１のモータ２のトルクよりも第２のモータ４０のトルクを小さくすれば、第２の実施形態において説明したように、トルク間の差に応じた反力を、第２のローラギアカム５の第２のテーパリブ５Ｂからカムフォロア６に負荷することができる。従って、トルク間の差に起因する第２のローラギアカム５の回転軸方向における反力と、ロード付与機構３１によって第２のローラギアカム５から付与されるターレット４の半径方向における成分を含む押付力の双方を、カムフォロア６及びターレット４に負荷することができる。
【００８４】
逆に、第１のモータ２のトルクと第２のモータ４０のトルクを同一にすれば、第２のローラギアカム５の第２のテーパリブ５Ｂからカムフォロア６に負荷される、第２のローラギアカム５の回転軸方向における反力を、概ねゼロにすることができる。従って、ロード付与機構３１によって第２のローラギアカム５から付与されるターレット４の半径方向における成分を含む押付力を、選択的にカムフォロア６及びターレット４に負荷することができる。
【００８５】
また、図５に例示されるように、振動センサ３３において取得される振動の検出信号を、ロード制御装置３２のみならず、モータ制御回路４１にも出力することができる。そうすると、モータ制御回路４１において、振動センサ３３において取得される振動の検出信号に基づいて、第１のモータ２及び第２のモータ４０の少なくとも一方の出力をフィードバック制御することが可能となる。従って、第１のローラギアカム３、第２のローラギアカム５及びターレット４の各振動が最小となるように、第１のモータ２と第２のモータ４０との間におけるトルクの差又は比をフィードバック制御によって最適化することができる。
【００８６】
以上の第４の実施形態における回転装置１Ｃは、第２のローラギアカム５からカムフォロア６に負荷される第２のローラギアカム５の回転軸方向における反力を調整できるようにしつつ、ロード付与機構３１からカムフォロア６にターレット４の半径方向における成分を含む押付力を負荷できるようにしたものである。
【００８７】
このため、第４の実施形態における回転装置１Ｃによれば、第３の実施形態における回転装置１Ｂによって得られる効果と同様の効果に加えて、第２のローラギアカム５からカムフォロア６に負荷される第２のローラギアカム５の回転軸方向における反力を調整することができるという効果を得ることができる。特に、ロード付与機構３１によって第２のローラギアカム５からカムフォロア６に負荷されるターレット４の半径方向における成分を含む押付力と、第２のローラギアカム５からカムフォロア６に負荷される第２のローラギアカム５の回転軸方向における反力の双方を調整及び最適化することもできる。また、第２のローラギアカム５からカムフォロア６に負荷される第２のローラギアカム５の回転軸方向における反力をオフに切換えることもできる。
【００８８】
その結果、第２のローラギアカム５による回転装置１Ｃの制振効果を一層向上させることができる。また、第２のローラギアカム５による回転装置１Ｃの制振効果を、回転装置１Ｃの目的別により細かく制御することができる。
【００８９】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【００９０】
例えば、各実施形態における機械要素部品を組合わせて回転装置を構成することができる。具体例として、第２の実施形態において、第４の実施形態と同様な振動センサ３３を設け、モータ制御回路２１において、振動センサ３３において取得される振動の検出信号に基づいて、第１のモータ２及び第２のモータ２０の少なくとも一方の出力をフィードバック制御できるようにすることもできる。
【符号の説明】
【００９１】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  回転装置
２  モータ
３  第１のローラギアカム
３Ａ  回転シャフト
３Ｂ  第１のテーパリブ
４  ターレット
５  第２のローラギアカム
５Ａ  回転シャフト
５Ｂ  第２のテーパリブ
６  カムフォロア
７  第１の保持部
７Ａ  ベアリング
８  第２の保持部
８Ａ  ベアリング
１０  主軸
１１  テーブル
１２  工作機械
１３  傾斜機構
２０  モータ
２１  モータ制御回路
３０  スライド機構
３１  ロード付与機構
３２  ロード制御装置
３３  振動センサ
４０  モータ
４１  モータ制御回路
Ｔ  工具
【図１】
2018155276.tif 000003
【図２】
2018155276.tif 000004
【図３】
2018155276.tif 000005
【図４】
2018155276.tif 000006
【図５】
2018155276.tif 000007