(57)【要約】【課題】エネルギー損失を抑えつつ、バックラッシュやヒステリシスを除去し、共振周波数以下の複数の周波数の影響を受けない丸鋸切断機の提供。【解決手段】電動モータ11の動力を減速して主軸12へ伝達するための減速歯車機構20において、２段階に減速を行うために装備した第１，第２減速歯車軸31,32を中空に形成し、その内部に第１，第２トーションバー41,42を回転可能に支持する。各トーションバー41,42は減速歯車軸31,32の両端から端部を突出し得る長さとし、両端に、当該トーションバーを支持している減速歯車軸の両端に取り付けられた歯車31in,31out,32in,32outと同一モジュール・同一歯数・同一ピッチ円径の歯車41in,41out,42in,42outを取り付け、ねじり付加カップリング45の操作により、各トーションバー41,42に所定のねじり負荷が加わった状態で噛み合わせる。【選択図】  図２
2007118102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータの回転を減速歯車機構を介して主軸に伝達し、該主軸の一端に取り付けられた丸鋸により切削を行う丸鋸切断機において、前記減速歯車機構を以下の様に構成したことを特徴とする丸鋸切断機。
（１）前記電動モータの動力を直接的に与えられる入力側歯車と、前記主軸に取り付けられた主軸歯車との間に、少なくとも２段の減速を実施し得る様に２以上の減速歯車軸を備えていること。
（２）前記減速歯車軸を中空に形成したこと。
（３）前記減速歯車軸の内部に、当該減速歯車軸と同心にて回転し得る様にシャフトを支持したこと。
（４）前記シャフトの両端を、当該シャフトを支持している減速歯車軸の両端から突出させたこと。
（５）前記シャフトの両端に、当該シャフトを支持している減速歯車軸の両端に取り付けられた歯車と同一モジュール・同一歯数・同一ピッチ円径の歯車を取り付けたこと。
（６）前記シャフト及び減速歯車軸の両端の歯車を、最も入力側において前記入力側歯車と噛み合わせると共に、最も出力側において前記主軸歯車と噛み合わせ、その間においては、シャフトの出力側の歯車と減速歯車軸の入力側の歯車とが噛み合う様に噛み合わせたこと。
（７）前記歯車の噛み合った状態において、前記各シャフトに所定のねじり負荷を与えたこと。
【請求項２】
さらに、以下の構成をも採用した請求項１記載の丸鋸切断機。
（８）前記シャフトをトーションバーにて形成したこと。
（９）前記シャフトの少なくともいずれかの一端の歯車を、ねじり付加用のカップリングを介して取り付けたこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸鋸切断機に係り、特に金属被削材の切断において発生するびびり振動を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
丸鋸切断機において、工具の寿命を維持し、振動・騒音を低減させるために、変動負荷に対して工具の回転速度をできるだけ一定速度に保つことが重要である。これを実現する最も基本的な方法は、工具の慣性モーメントを大きくすることである。ここで、工具自体の慣性モーメントを大きくできない場合であっても、工具に至る伝動系の慣性モーメントが等価的に工具の慣性モーメントとなることから、伝動系の慣性モーメントを大きくすることで、上記目的を達成できる。このため、丸鋸切断機においては、電動モータの回転を、プーリ、及びギアボックス内に設けた歯車機構を介して減速させて主軸に伝達し、主軸を低速高トルクで回転させることにより金属被削材の切断を行っている。
【０００３】
この様に、丸鋸切断機では、伝動系に歯車機構を用いているため、歯車のバックラッシュやヒステリシスが生じる。この様なバックラッシュやヒステリシスは回転変動を生じ、工具寿命への悪影響や、振動・騒音の原因となる。
【０００４】
そこで、従来より、バックラッシュを除去するために、鋸刃を取り付けたスピンドルに常に一定の摩擦負荷をかけて、断続的な負荷に対するスピンドルの回転変動を少なくし、切削速度を安定させることにより、鋸刃の寿命を延ばすようにした「鋸盤」の提案がある（特許文献１）。
【０００５】
また、回転刃のカバー部に剛性を持たせると共に、このカバーに取り付けた押え片で被切断材の切断直前から切断前半までの区間内にある回転刃を両側より押圧して、切断初期の負荷電流の変化を少なくして、ギヤのバックラッシュ、刃物台の振動、ビビリ、曲がり、等の悪影響を防止して切断性能を向上させるよう構成した「回転刃の振れ止め自動制御装置」も提案されている（特許文献２）。
【０００６】
さらに、主軸に並行に制御軸を回転可能に軸承し、この制御軸にキー着した歯車を主軸の小歯車と噛み合わせると共に、該制御軸の丸鋸から遠い端に公知のディスクブレーキを取り付け、切削中の消費電力に応じてディスクブレーキを制御する様にした「丸鋸切断機のびびり振動防止装置」も提案されている（特許文献３）。
【０００７】
また、潤滑油が充填されたギアボックスに温度調節機構を設け、潤滑油の動粘度を４００〜５０００ｃＳｔに維持することにより、歯車のバックラッシュュを、動粘度の高いオイルによって抑制し、丸鋸のびびり振動を抑制した「丸鋸切断機」も提案されている（特許文献４）。
【０００８】
さらに、主軸歯車と輪を組んで噛み合って同時に回転する３個以上奇数個の中間歯車を配設することにより拘束噛合い歯車列を構成し、中間歯車の１つに電動モータの回転を入力伝達すると共に、中間歯車の１個を油圧シリンダによって回動されるスイングアームで回動させることによって拘束噛合い歯車列における噛み合い深さをコントロールする様にした「丸鋸切断機」も提案されている（特許文献５）。
【特許文献１】実公昭５９−２８７３４号公報（第２欄２１行〜２６行）
【特許文献２】実公昭６２−２８３３４号公報（第２欄８行〜１６行）
【特許文献３】実公平７−４８３３９号公報（図１、第５欄２１行〜３５行）
【特許文献４】特開平１０−２８６７１７号公報（要約）
【特許文献５】特許第３３７３１６６号公報（請求項、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１〜４に開示される技術は、ブレーキを用いる結果、ブレーキにより吸収される動力が全部損失となってしまうという問題がある。
【００１０】
また、特許文献５に開示される技術は、スイングアームを回動する油圧シリンダを粘性ダンパーとして振動減衰に用いたものであり、回転工具軸の慣性モーメントを増加させる効果は期待できない。
【００１１】
そこで、本発明は、エネルギー損失を抑えつつ、バックラッシュやヒステリシスを除去することができ、しかも、共振周波数以下の周波数であれば、複数の周波数に対してもその変動の影響を受けることがない丸鋸切断機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達するためになされた本発明の丸鋸切断機は、電動モータの回転を減速歯車機構を介して主軸に伝達し、該主軸の一端に取り付けられた丸鋸により切削を行う丸鋸切断機において、前記減速歯車機構を以下の様に構成したことを特徴とする。
（１）前記電動モータの動力を直接的に与えられる入力側歯車と、前記主軸に取り付けられた主軸歯車との間に、少なくとも２段の減速を実施し得る様に２以上の減速歯車軸を備えていること。
（２）前記減速歯車軸を中空に形成したこと。
（３）前記減速歯車軸の内部に、当該減速歯車軸と同心にて回転し得る様にシャフトを支持したこと。
（４）前記シャフトの両端を、当該シャフトを支持している減速歯車軸の両端から突出させたこと。
（５）前記シャフトの両端に、当該シャフトを支持している減速歯車軸の両端に取り付けられた歯車と同一モジュール・同一歯数・同一ピッチ円径の歯車を取り付けたこと。
（６）前記シャフト及び減速歯車軸の両端の歯車を、最も入力側において前記入力側歯車と噛み合わせると共に、最も出力側において前記主軸歯車と噛み合わせ、その間においては、シャフトの出力側の歯車と減速歯車軸の入力側の歯車とが噛み合う様に噛み合わせたこと。
（７）前記歯車の噛み合った状態において、前記各シャフトに所定のねじり負荷を与えたこと。
【００１３】
ここで、上記目的を達成するためになされた本発明の丸鋸切断機は、さらに、以下の構成をも採用することができる。
（８）前記シャフトをトーションバーにて形成したこと。
（９）前記シャフトの少なくともいずれかの一端の歯車を、ねじり付加用のカップリングを介して取り付けたこと。
【００１４】
本発明の丸鋸切断機によれば、上記構成の減速歯車機構を採用することで、ブレーキを設けることなく、等価的に見た工具の慣性モーメントを増大させることができる。
【００１５】
ここで、本発明の丸鋸切断機に採用された減速歯車機構を、減速歯車を２段備えた場合について模式図にて例示すると、図１に示す様になる。図１に示した例は、電動モータＭＴの動力を直接的に与えられる入力側歯車Ｇinと、主軸ＭＳに取り付けられた主軸歯車Ｇout との間に、減速歯車軸ＧＳ１，ＧＳ２及びその両端の減速歯車Ｇ１in，Ｇ１out ，Ｇ２in，Ｇ２out により第１伝動系が構成されると共に、中空の減速歯車軸ＧＳ１，ＧＳ２内に同心回転可能に支持されたシャフトＴＳ１，ＴＳ２及びその両端の歯車Ｇ１’in，Ｇ１’out ，Ｇ２’in，Ｇ２’out により第２伝動系が構成される。
【００１６】
ここで、図示の様に、出力側歯車Ｇout の慣性モーメントをＪ１、２段目の減速歯車軸ＧＳ２の両端の減速歯車Ｇ２out ，Ｇ２inの慣性モーメントをそれぞれＪ２，Ｊ３、１段目の減速歯車軸ＧＳ１の両端の減速歯車Ｇ１out ，Ｇ１inの慣性モーメントをそれぞれＪ４，Ｊ５、入力側歯車Ｇinの慣性モーメントをＪ６、２段目のシャフトＴＳ２の両端の歯車Ｇ２’out ，Ｇ２’inの慣性モーメントをそれぞれＪ２’，Ｊ３’、１段目のシャフトＴＳ１の両端の歯車Ｇ１’out ，Ｇ１’inの慣性モーメントをそれぞれＪ４’，Ｊ５’とし、２段目の減速歯車軸ＧＳ２の回転速度をｕ１、１段目の減速歯車軸ＧＳ１の回転速度をｕ２、入力軸の回転速度をｕ３、２段目のシャフトＴＳ２の回転速度をｕ１’、１段目のシャフトＴＳ１の回転速度をｕ２’とする。
【００１７】
すると、第１伝動系による等価慣性モーメントＪＴ１は、以下の式で表される。
【００１８】
【数１】
2007118102.tif 000003
【００１９】
また、第２伝動系による等価慣性モーメントＪＴ２は、以下の式で表される。
【００２０】
【数２】
2007118102.tif 000004
【００２１】
そして、シャフトにねじり負荷を与えた状態で、それぞれの両端の歯車を、当該シャフトを支持している減速歯車軸の両端の減速歯車が噛み合う歯車に対して噛み合わせたことにより、バックラッシやヒステリシスが除去され、上記数１，数２の合計からなる等価慣性モーメントが主軸ＭＳに加えられることになる。
【００２２】
従って、工具ＴＬ自身の慣性モーメントＪＣに、第１伝動系及び第２伝動系の慣性モーメントＪＴ１，ＪＴ２が追加されることとなり、切削加工時の変動負荷に対して工具の回転速度を一定に保つ作用が発揮される。
【００２３】
また、本発明の丸鋸切断機において採用した減速歯車機構は、クローズド回路を構成し等価的に大きな慣性モーメントをもつため、モータのトルク変動や、工具に加わる負荷変動といった外部トルクの影響を受けることがなく、分離振動が生じ難い。この点、オープン回路となるブレーキや動的吸振器を採用した従来の丸鋸切断機では、バックラッシュ除去はできても、外部の負荷変動による衝撃・振動に十分対処することができていなかったのに比べ、より一層の工具寿命の維持と振動・騒音の防止効果を発揮することができるものということができる。
【００２４】
なお、本発明の丸鋸切断機におけるエネルギー損失は、歯車機構自体における損失にとどまる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、丸鋸切断機において、トルク循環形のクローズド回路からなるバックラッシュ除去機構を備えることができ、エネルギー損失を抑えつつ、バックラッシュやヒステリシスを除去することができ、しかも、共振周波数以下の周波数であれば、複数の周波数に対してもその変動の影響を受けることがなく、工具寿命の長期化及び振動・騒音の低減に大きく寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。図２に、実施形態としての丸鋸切断機の要部の構成を示す。
【００２７】
実施形態の丸鋸切断機１は、電動モータ１１の回転を減速歯車機構２０を介して主軸１２に伝達し、この主軸１２の一端に取り付けた丸鋸１３により切削を行うものである。
【００２８】
電動モータ１１は、そのモータ出力軸１４に取り付けた駆動側プーリ１５から、減速歯車機構２０の入力側歯車２１の支軸２２に取り付けられた従動側プーリ１６へとベルト駆動によって動力を伝達する。
【００２９】
電動モータ１１の動力をベルト駆動によって直接的に与えられる入力側歯車２１と、主軸１２に取り付けられた主軸歯車１７との間に、２段階に減速を行う様に、第１減速歯車軸３１と第２減速歯車軸３２とが、ころがり軸受ＢＬによって回転可能に支持されている。
【００３０】
これら第１減速歯車軸３１及び第２減速歯車軸３２は、いずれも中空に形成されており、その内部に、転がり軸受ＢＬを介して、第１トーションバー４１と第２トーションバー４２とを各減速歯車軸と同心にて回転し得る様に支持している。
【００３１】
第１トーションバー４１及び第２トーションバー４２には、いずれも当該トーションバーを支持している減速歯車軸３１，３２の両端のいずれからも端部を突出し得る長さのものを用いている。
【００３２】
第１トーションバー４１の両端には、当該トーションバーを支持している第１減速歯車軸３１の両端に取り付けられた減速歯車３１ｉｎ，３１ｏｕｔと同一モジュール・同一歯数・同一ピッチ円径の歯車４１ｉｎ，４１ｏｕｔが取り付けられている。なお、この内、入力側の歯車４１ｉｎは、ねじり付加カップリング４５を介して、第１トーションバー４１に取り付けられている。
【００３３】
第２トーションバー４２の両端にも、当該トーションバーを支持している第２減速歯車軸３２の両端に取り付けられた減速歯車３２ｉｎ，３２ｏｕｔと同一モジュール・同一歯数・同一ピッチ円径の歯車４２ｉｎ，４２ｏｕｔが取り付けられている。
【００３４】
第１トーションバー４１の入力側歯車４１ｉｎ及び第１減速歯車軸３１の入力側歯車３１ｉｎは、いずれも、モータの動力を受ける入力側歯車２１と噛み合わされている。
【００３５】
一方、第１トーションバー４１の出力側歯車４１ｏｕｔは、第２減速歯車軸３２の入力側歯車３２ｉｎと噛み合わされ、第１減速歯車軸３１の出力側歯車３１ｏｕｔは、第２トーションバー４２の入力側歯車４２ｉｎと噛み合わされている。
【００３６】
そして、第２トーションバー４２の出力側歯車４２ｏｕｔ及び第２減速歯車軸３２の出力側歯車３２ｏｕｔは、いずれも、主軸歯車１７に噛み合わされている。
【００３７】
また、この歯車３１ｉｎ等の噛み合いにおいて、ねじり付加カップリング４５の操作により、第１，第２トーションバー４１，４２に対して、所定のねじり負荷が加わった状態としてある。
【００３８】
このねじり付加カップリング４５により各トーションバー４１，４２に加えるねじり負荷の大きさは、系の構造、固有振動数等の条件に基づいて計算により算出した条件となる様に設定する。
【００３９】
以上の様に構成した結果、本実施形態の丸鋸切断機１によれば、第１，第２トーションバー４１，４２及びその両端の歯車４１ｉｎ等により、減速歯車機構２０における歯車の噛み合い状態に起因するバックラッシュ及びヒステリシスが除去される。また、動力伝動系の等価慣性モーメントを増大し、丸鋸１３の回転速度を安定させる。そして、電動モータ１１の回転変動や、丸鋸１３の切削負荷変動等の種々の外乱による負荷変動があっても、動力伝動系全体としてクローズド回路となることから、共振周波数以下の周波数に対しては、影響を受けない。
【００４０】
従って、本実施形態の丸鋸切断機１によれば、エネルギー損失を抑えつつ、バックラッシュを除去することができ、しかも、共振周波数以下の周波数であれば、如何なる周波数に対してもその変動の影響を受けることがなく、工具寿命の長期化及び振動・騒音の低減に大きく寄与することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内での種々なる変形実施が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の構成を例示する模式図である。
【図２】実施形態の丸鋸切断機の要部の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
ＭＴ・・・電動モータ
Ｇin・・・入力側歯車
ＭＳ・・・主軸
Ｇout ・・・主軸歯車
ＧＳ１，ＧＳ２・・・減速歯車軸
Ｇ１in，Ｇ１out ，Ｇ２in，Ｇ２out ・・・第１伝動系の歯車
ＴＳ１，ＴＳ２・・・シャフト
Ｇ１’in，Ｇ１’out ，Ｇ２’in，Ｇ２’out ・・・第２伝動系の歯車
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６・・・第１伝動系の歯車の慣性モーメント
Ｊ２’，Ｊ３’，Ｊ４’，Ｊ５’・・・第２伝動系の歯車の慣性モーメント
ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｕ１’，ｕ２’・・・回転速度
１・・・丸鋸切断機
１１・・・電動モータ
１２・・・主軸
１３・・・丸鋸
１４・・・モータ出力軸
１５・・・駆動側プーリ
１６・・・従動側プーリ
１７・・・主軸歯車
２０・・・減速歯車機構
２１・・・入力側歯車
２２・・・支軸
３１・・・第１減速歯車軸
３１ｉｎ，３１ｏｕｔ・・・歯車
３２・・・第２減速歯車軸
３２ｉｎ，３２ｏｕｔ・・・歯車
ＢＬ・・・転がり軸受
４１・・・第１トーションバー
４１ｉｎ，４１ｏｕｔ・・・歯車
４２・・・第２トーションバー
４２ｉｎ，４２ｏｕｔ・・・歯車
４５・・・ねじり付加カップリング
【図１】
2007118102.tif 000005
【図２】
2007118102.tif 000006