(57)【要約】【目的】スピンドルを揺動させて刃先温度の上昇を抑え、加工性能に優れた工具を提供する。【構成】ピッチ円直径が異なる複数のプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒをサンギア１０，インターナルギア２０に噛み合わせ、モータ軸３３に固着されたプラネタリアーム３１でプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒを相互に連結する。インターナルギア２０は、丸ナイフ等の加工工具４２が装着される工具支持ベース４０に嵌め合わされている。モータ軸３３からプラネタリアーム３１に回転動力を与えると、プラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒを介しインターナルギア２０が回転し、加工工具４２で被加工物が切断，研磨される。【効果】プラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒによるインターナルギア２０の偏心回転でスピンドルが揺動するため、加工の高速化，加工面精度の向上が図られ、加工工具４２の寿命も長くなる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に固定配置されたサンギアと、円板状又は円筒状の加工工具が装着されるインターナルギアと、サンギア及びインターナルギアに噛み合いピッチ円直径が異なる複数のプラネタリギアとを備え、モータ軸に固着されたプラネタリアームでプラネタリギアが相互に連結されていることを特徴とする加振機能をもつ揺動スピンドル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切削工具，研磨工具等の動力伝達機構に組み込まれ、加工中の加工工具を加振する揺動スピンドルに関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】
切削，研磨等の加工作業では、スピンドルに取り付けた円板状のブレードや円筒状のグラインダを被加工物に押し当て、被加工物を切削，研磨する加工工具が使用されている。この種の加工工具用に従来から種々のスピンドル機構が知られているが、加工熱軽減，バリ除去等の機能を付与するためスピンドルの高速回転に揺動を随伴させた方式が有望である。
【０００３】
スピンドルを高速回転及び揺動させる機構には、円板状回転板の偏心位置に出力回転軸を軸着させたスピンドル機構（特開平１２−３０４１０６号公報），駆動軸の回転運動を揺動運動に変換するプラネタリギアを組み込んだ電動工具（特開平１４−０７９４７６号公報）等がある。しかし、従来の機構は何れも複雑な構造をもち、工具の組立てが困難であるばかりか、各種歯車の間で動力伝達にロスが発生しやすい。特に、出力回転軸に回転板を偏心させた構造では、出力回転軸の中心から歯車が変位するため、高速回転時に過大な負荷が軸受けに加わる構造的な欠陥がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、サンギア，プラネタリギア，インターナルギアの簡単な組合せにより、動力伝達効率が高く、プラネタリギアのピッチ円直径で偏心量を調整でき、工具寿命の延長，加工性能の向上に適した揺動スピンドルを提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の揺動スピンドルは、その目的を達成するため、中心部に固定配置されたサンギアと、円板状又は円筒状の加工工具が装着されるインターナルギアと、サンギア及びインターナルギアに噛み合いピッチ円直径が異なる複数のプラネタリギアとを備え、モータ軸に固着されたプラネタリアームでプラネタリギアが相互に連結されていることを特徴とする。
【０００６】
【実施の形態】
本発明に従った揺動スピンドルは、サンギア１０及びインターナルギア２０に一対のプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒを噛み合わせている（図１）。サンギア１０は、工具本体（図示せず）にボルト等で固定された非回転の歯車であり、外周面に複数の歯１２が刻設されている。インターナルギア２０は、サンギア１０から偏心配置され、内周面に複数の歯２２が刻設されている。サンギア１０に回転動力を伝えるモータ軸３３の中心をＣ３３，インターナルギア２０の中心をＣ２０と図２（ｂ）に表示している。
【０００７】
サンギア１０とインターナルギア２０との間に配置されたプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒは、サンギア１０の歯１２及びインターナルギア２０の歯２２に噛み合う複数の歯３２Ｌ，３２Ｒが周面に刻設され、プラネタリアーム３１で中心軸が互いに連結されている。プラネタリアーム３１は、中央のモータ軸３３（図２ｂ）に固定されており、モータ軸３３からの動力で旋回する。プラネタリアーム３１の旋回によって、サンギア１０の周囲をプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒが周回する。
図示の例では一対のプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒを示しているが、３個以上のプラネタリギアを使用することも可能である。この場合、サンギア１０の周囲に等間隔で配置したプラネタリギアの個数に対応する数のギア支持部をもつ三叉，十字状等のプラネタリアーム３１が使用される。
【０００８】
プラネタリギア３０Ｌと３０Ｒの間では、サンギア１０に対しインターナルギア２０を偏心回転させるため、ピッチ円の直径を変えている。プラネタリギア３０Ｌのピッチ円直径Ｚ３０Ｌ，プラネタリギア３０Ｒのピッチ円直径をＺ３０Ｒとすると、サンギア１０の中心からインターナルギア２０の回転中心までの距離（偏心量Ｄ）がＤ＝（Ｚ３０Ｌ−Ｚ３０Ｒ）／２になるので、ピッチ円直径Ｚ３０Ｌ，Ｚ３０Ｒの設定によって偏心量Ｄを適切に調整できる。ピッチ円直径が異なるプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒの組込みによりインターナルギア２０が偏心回転するので、モータ軸３３の回転数Ｎ３３（ｒｐｍ）に応じた揺動周波数ｆ（Ｈｚ：Ｎ３３／６０）でインターナルギア２０が加振される。
インターナルギア２０は、フランジ４１を備えた工具支持ベース４０に焼嵌め等の手段で強固に嵌合されている。丸ナイフ，グラインダ等の加工工具４２は、フランジ４１にボルト，リベット等の固着具４３でフランジ４１に固着されている。
【０００９】
各ギア１０，２０，３０Ｌ，３０Ｒのピッチ円直径の組合せにより加工工具４２の回転数を調整でき、モータ軸３３の回転数よりも加工工具４２を増速回転させる。具体的には、サンギア１０のピッチ円直径がＺ１０，インターナルギア２０のピッチ円直径がＺ２０の場合、式（１）に従いモータ軸３３の回転数Ｎ３３がインターナルギア２０の回転数Ｎ２０に変換される。
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【００１０】
インターナルギア２０の増速回転は、被加工材の切断や研磨に関与する刃先部分が時々刻々変化することを意味する。併せて、インターナルギア２０の中心Ｃ２０は、プラネタリアーム３１の旋回に従ってモータ軸３３の中心Ｃ３３を中心とし偏心量Ｄを半径とする円周状軌跡を移動する。
インターナルギア２０は、歯数（ピッチ円直径Ｚ２０／モジュールｍ）に相当する回転数だけ回転したとき初期位置に戻る。したがって、加工工具４２は、刃先円周上のＺ２０×ｍ個所が切断，研磨等の加工に寄与する。ここで、偏心回転（加振）及び増速回転が組み合わされているので、加工に寄与する刃先位置が加工工具４２の全周に分散される。その結果、次の加工位置に刃先が至るまでの時間が長くなり、その間に刃先が冷却されるので加工工具４２の冷却が進み、加工発熱による工具摩耗が抑えられる、また、揺動周波数ｆでインターナルギア２０が加振されるため、加工性能も向上する。
【００１１】
更に、サンギア１０の歯１２及びインターナルギア２０の歯２２が両側からプラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒの歯３２Ｌ，３２Ｒに噛み合っており、サンギア１０がバックアップとして働き、プラネタリギア３０Ｌ，３０Ｒの回転が効率よくインターナルギア２０に伝達される。その結果、モータ軸３３からインターナルギア２０への動力伝達に無駄がなく、投入電力の利用効率が向上する。
【００１２】
【実施例】
ピッチ円直径Ｚ１０＝２８．５ｍｍのサンギア１０，ピッチ円直径Ｚ２０＝５６．５ｍｍのインターナルギア２０，ピッチ円直径Ｚ３０Ｌ＝１５ｍｍのプラネタリギア３０Ｌ及びピッチ円直径Ｚ３０Ｒ＝１３ｍｍのプラネタリギア３０Ｒを図２（ａ）に示すように噛み合わせて揺動スピンドルを組み立てた。
この組合せでは、インターナルギア２０の偏心量Ｄが１．０ｍｍ，モータ軸３３の回転数Ｎ３３が１８００ｒｐｍのときインターナルギア２０の回転数Ｎ２０が約２７００ｒｐｍ，加工工具４２の揺動周波数ｆが３０Ｈｚと算出される。すなわち、加工工具４２が約２７００回転する間にモータ軸３３が１８００回転するので、加工工具４２の刃先位置が分散される。
【００１３】
前掲の式（１）にピッチ円直径Ｚ１０＝２８．５ｍｍ，Ｚ２０＝５６．５ｍｍを代入するとＮ２０＝１．５０４×Ｎ３３となり、モータ軸３３の約１．５倍の回転速度でインターナルギア２０が回転する。仮に、加工工具４２がモータ軸３３の中心から最も離れた点Ｐ（図２ａ）を考える。インターナルギア２０が一周したとき点Ｐは再び最下点に来るが、モータ軸が１／１．５周しているためインターナルギア２０の偏心位置Ｃ２０も１／１．５周し、点Ｐは図２より上昇した加工に寄与しない位置に来る。モータ軸３３，ひいてはプラネタリアーム３１が一周して図２（ａ）の位置に来て偏心が最下点Ｐに達したとき、加工工具４２の外周上の点は、厳密には１．５０４回転しているため、加工に寄与する刃先位置が少しずつずれていき、その後殆ど同じ点が最下点に来ない。このように、インターナルギア２０が同時に回転，揺動するので、加工に寄与する円周上の位置が次々に分散され、加工工具４２が十分冷却される。
【００１４】
加工工具４２として丸ナイフを工具支持ベース４０に装着し、板厚３ｍｍのバルサ材を切断する試験で刃先の温度上昇及び切断性能を調査した。比較のため刃先を加振しない従来の回転スピンドルを組み込んだ切削工具も使用し、切込み速度を一定値：１ｍｍ／秒に設定した。
切断加工後に刃先温度を測定したところ、揺動スピンドルを用いた場合に刃先の温度上昇が１６℃程度に留まっていたのに対し、通常の回転スピンドルを用いた場合には２５℃と大きな温度上昇であった。刃先温度の上昇抑制は、刃先に加わる熱負荷や摩擦熱による工具摩耗が軽減され、工具寿命が長くなることを意味する。
【００１５】
送り速度を変更する以外は同じ条件下でバルサ材を切断し、切断可能な長さに及ぼす送り速度の影響を調査した。図３の調査結果にみられるように、通常の回転スピンドルを用いた切断作業では、バルサ材の送り速度が４０ｍｍ／秒を超えると切断不能となり、丸ナイフで加えられる負荷によってバルサ材が割れてしまった。他方、揺動スピンドルを用いた切断作業では、２倍の８０ｍｍ／秒まで送り速度を上げても支障なくバルサ材を切断できた。切断面を観察すると、木質繊維がきれいに切断された切断面であり、繊維の引きちぎりに起因するバリ，毛羽立ち等の欠陥が検出されなかった。この対比結果から、揺動スピンドルが高速・高精度加工に適していることが確認された。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の揺動スピンドルは、ピッチ円直径が異なる複数のプラネタリギアをサンギアとインターナルギアとの間に噛み合わせることにより、サンギアに対してインターナルギアを偏心回転させている。しかも、偏心回転に増速回転を同期させていないので加工に寄与する刃先位置が加工工具の全周にわたって分散され、刃先温度の上昇が抑えられるため工具寿命も長くなる。インターナルギアの偏心回転は加工工具に振動を付与し、切削，研磨等の高速加工が可能になると共に加工面精度をも向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラネタリギアを組み込んだ揺動スピンドルの斜視図
【図２】同揺動スピンドルの平面図（ａ）及び側断面図（ｂ）
【図３】揺動スピンドルを用いてバルサ材を切断した際の切断性能を通常の回転スピンドルと対比したグラフ
【符号の説明】
１０：サンギア　　１２：サンギアの歯
２０：インターナルギア　　２２：インターナルギアの歯
３０Ｌ，３０Ｒ：プラネタリギア　　３１：プラネタリアーム　　３２Ｌ，３２Ｒ：プラネタリギアの歯　　３３：モータ軸
４０：工具支持ベース　　４１：フランジ　　４２：加工工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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