JP2003071623A - 星型穴あけ機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、木材や鋼材に下穴をあける
ことなく、回転するカッタで正多角形に近似した穴の加
工ができ、且つ携帯可能な穴あけ機械を提供することで
ある。 【解決手段】 モータの出力を減速する減速装置の最終
段に、リングギヤと、リングギヤと噛み合い出力軸を有
するアイドルギヤを配設し、出力軸を（Ｎ−１）回公転
する間に１回公転方向とは逆方向に自転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は少なくとも１枚刃の
カッタを遊星回転運動させて、等角で等間隔のＮ個の頂
部を有する星型の穴をあける機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、木材に四角形の穴をあける機械
は、角のみドリルと箱を使用する角のみと、チェン刃で
加工するチェンのみがあった。

【０００３】また、鋼材等に四角形や六角形等の穴をあ
ける加工は、スロッタやブローチ盤や、テンプレートに
倣って穴を開ける角穴ドリル、プレス機及びＮＣ旋盤に
よって行われていた。

【０００４】数学においては、底円に、底円の（１／
Ｎ）の円を内転させたとき｛すなわち、底円の直径：内
転円の直径＝１：（１／Ｎ） （Ｎは３以上の整数）
のとき｝、内転円に付随する点の軌跡が、等角で等間隔
のＮ個の頂部を有する星型を形成することが知られてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の多角形穴あけ機
械で、角のみとチェンのみは木材にしか加工することが
できなく、石材や鋼材等には加工できない。

【０００６】スロッタは、鋼材等に穴あけできるが木材
には穴あけできない。また、加工前に下穴をあける必要
があり、更に通し穴の場合は能率、精度ともよいが、盲
穴の場合は技術的に非常に難しい。

【０００７】角穴ドリルは、被削材にいちいちテンプレ
ートを取り付ける必要がある。

【０００８】更に、これらと同様プレス機、ＮＣ旋盤も
大型で重量が重く携帯性がない。

【０００９】底円の直径：内転円の直径＝１：（１／
Ｎ）（Ｎは３以上の整数）のときの関係で内転円を転が
して星型形を形成するものは穴あけ機構として実用にな
らなかった。図２は、底円：内転円＝１：（１／４）の
場合の軌跡を示した図である。図において、３Ａは底
円、３Ｃは内転円、Ｒ’は内転円３Ｃの円周上の点、Ｓ
５は内転円３Ｃに付随した内側の点、Ｓ６は内転円３Ｃ
に付随した外側の点、Ｌ０・Ｌ５・Ｌ６は夫々Ｒ’・Ｓ
５・Ｓ６の軌跡である。Ｌ０はアステロイドとなる。こ
の運動を正４角形の加工に利用しようとした場合、Ｌ６
の形は利用するには形が程遠かった。またＬ０・Ｌ５は
一見正４角形に近い形であるが、内転円３Ｃが一巡して
元の位置に戻ったときには、３回自転しているので、す
なわちカッタ刃先が３回反転してしまうので削ることが
できなかった。同様に、カッタが一巡してＮ個の頂部を
有する星型を形成したときは（Ｎ−１）回自転してしま
うので穴あけ機構として実用にならなかった。

【００１０】本発明の目的は、木材や鋼材に下穴をあけ
ることなく、回転するカッタで正多角形に近似した穴の
加工ができ、且つ携帯可能な穴あけ機械を提供すること
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、モータの出
力を減速する減速装置の最終段に、リングギヤと、出力
軸を有しリングギヤと噛み合うアイドルギヤを配設し
て、Ｎは３以上の整数としたとき（Ｎ−１）回公転する
間に１回公転方向とは逆方向に自転させ、それによって
カッタが正Ｎ角形に近似の形である、等角で等間隔のＮ
個の頂部を有する星型の軌跡を形成することによって達
成される。

【００１２】上記構成の原理について図３〜図５によっ
て説明する。

【００１３】図３は本発明になる星ぼう形の場合の軌跡
図である。図において、３Ａは底円、３Ｂは内転円で、
底円の直径：内転円の直径＝４：３である。Ｒは内転円
３Ｂの円周上の点、Ｓ１〜Ｓ４は内転円３Ｂに付随する
点である。Ｌ０はＲの軌跡、Ｌ１〜Ｌ４は夫々Ｓ１〜Ｓ
４の軌跡である。Ｌ０は図２で得られるアステロイドと
同一である。本案はアステロイドの形成方法としての新
しい方法で、内転円が３回公転する間に１回自転するこ
とにより得られるもので、従来は知られていなかった。
Ｌ１は正４角形に近似しないが、その他の軌跡は正４角
形に近似するので利用することができる。

【００１４】図４は、図１のＡ−Ａ線相当の断面図の一
例で図３の底円と内転円の関係を、リングギヤとアイド
ルギヤとカッタで示したものである。リングギヤのピッ
チ円が底円、アイドルギヤのピッチ円が内転円に対応す
る。従って、 底円の直径：内転円の直径 ＝リングギヤのピッチ円：アイドルギヤのピッチ円 ＝リングギヤの歯数：アイドルギヤの歯数 ＝Ｎ：（Ｎ−１） という関係になる。

【００１５】尚、カッタ軸がアイドルギヤ軸が一致して
いれば、カッタの取りつけ方向が図の位置にない場合に
は軌跡はそれにあわせて向きをかえる。

【００１６】図５は、カッタの運動方向を表した図であ
る。図においてカッタ６’と内転円３Ｂは始点の位置と
した。内転円３Ｂが右方向に公転すると、カッタ６'は
左方向に運動する。カッタは運動方向に向かって進むの
で被削材を削ることができる。

【００１７】底円の直径：内転円の直径が、図２のよう
に４：１の場合は、１回公転する間に公転方向とは逆方
向に３回自転するのに対して、本発明になる４：３の場
合は、３回公転する間に公転方向と逆方向に１回自転す
る。同様に、Ｎ個の頂部を有する星型を得る場合、Ｎは
３以上の整数で、（Ｎ−１）回公転する間に１回カッタ
を公転方向と逆方向に自転する関係になる。これは正Ｎ
角形に近似していて、かつカッタが運動方向に向かって
進むので、正Ｎ角形の穴を加工をすることができる。

【００１８】カッタの軌跡の式を図６において説明す
る。カッタの軌跡は、半径ａの３Ａを底円とする半径ｂ
の内転円３Ｂに付随した点Ｓの軌跡で表される。βは半
径ｂの係数で、内転円に対する位置を比で表すものであ
る。β＝１のとき、Ｓは内転円３Ｂの円周上にある点Ｒ
と一致する。Ｓはβが１より小さいとき内転円３Ｂの内
側に付随した点になり、βが１より大きいとき内転円３
Ｂの外側に付随した点になる。図はβ＝１、ａ：ｂ＝
４：３のときの場合を示す。軌跡Ｌ０の実線はＲが移動
した軌跡、細線は進行先の参考線である。等角で等間隔
のＮ個の頂点を有する星型（Ｎは３以上の整数とする）
の場合は、ａ：ｂ＝Ｎ：（Ｎ−１）の関係になる。

【００１９】ベクトルＯＲ、ＯＳは以下のように求めら
れる。（以下の関係式において、ＯＲはＯを始点、Ｒを
終点とするベクトルとして表示する。ＯＰ、ＰＲ、Ｏ
Ｓ、ＰＳ、ＯＱ、ＰＱも同じ。） ＯＲ＝ＯＰ＋ＰＲ ＯＳ＝ＯＰ＋ＰＳ 長さ ｜ＯＱ｜＝ａ、｜ＰＱ｜＝ｂ、｜ＰＳ｜＝β・｜ＰＲ｜
＝β・ｂ αは内転円３Ｂの自転角、θは内転円３Ｂの公転角とし
たとき、角度の関係式は、以下の通り。

【００２０】ａ・θ＝ｂ・φ φ＝α＋θ α＝φ−θ＝（ａ−ｂ）・θ／ｂ ベクトルＯＳは、以下の式になる。

【００２１】 ＯＳ＝（ａ−ｂ）・ｅｘｐ（ｉ・θ）＋β・ｂ・ｅｘｐ（−ｉ・α） ＝（ａ−ｂ）・ｅｘｐ（ｉ・θ）＋β・ｂ・ｅｘｐ｛−ｉ・（ａ−ｂ）・θ／ｂ ） ＝（ａ−ｂ）・ｅｘｐ（ｉ・ｂ・φ／ａ）＋β・ｂ・ｅｘｐ｛−ｉ・（ａ−ｂ） ・φ／ａ｝ 従って、Ｓの座標（ｘ，ｙ）は、以下の通りになる。

【００２２】 ｘ＝（ａ−ｂ）・ｃｏｓ（ｂ・φ／ａ）＋β・ｂ・ｃｏｓ｛−（ａ−ｂ）・φ ／ａ｝ ｙ＝（ａ−ｂ）・ｓｉｎ（ｂ・φ／ａ）＋β・ｂ・ｓｉｎ｛−（ａ−ｂ）・φ ／ａ｝ 以上、本出願人は、内転円が底円の１／２より大きい場
合の内トロコイドが、等角で等間隔の頂部を有する星型
を形成する特異点があること、軌跡の形成に際して自転
が１回であることを発見し、本発明をおこなった。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明になる一実施形態を図１及
び図７〜図９に示す。

【００２４】図７は本発明になる星型穴あけ機械の一実
施形態を示す一部縦断側面図である。主モータ１ａの回
転力は減速装置２で減速され、アイドルギヤ３Ｂに伝達
される。アイドルギヤ３Ｂは公転運動をしながらリング
ギヤ３Ａと噛み合って自転運動を行う。このときアイド
ルギヤ３Ｂと一体の出力軸４に取り付けられたカッタ６
は図３に示すような運動を行う。また、公転軸のバラン
サ５ａ及び自転軸のバランサ５ｂは本体の振動を少なく
しカッタ６がスムーズに回転するためのバランスとして
設けられる。リングギヤ３Ａとアイドルギヤ３Ｂは底円
と内転円の関係になる。リングギヤは固定されている。
（Ｎ−１）回公転する間に１回公転方向とは逆方向に自
転させるためのリングギヤ３Ａの歯数Ｚ１とアイドルギ
ヤ３Ｂの歯数Ｚ２の関係は、Ｚ１：Ｚ２ ＝ Ｎ：（Ｎ
−１） （Ｎは３以上の整数） である。

【００２５】リングギヤ３Ａは、図８のように固定され
ていなくても良く、サブモータ１ｂによって、カッタを
（Ｎ−１）回公転する間に１回公転方向とは逆方向に自
転する関係にすればよい。本案の場合はサブモータ１ｂ
の制御によって複数の星型を作り出すことができる。

【００２６】図９は図８の例の変形例である。図９は図
８のリングギヤ３Ａとアイドルギヤ３Ｂのかわりにサン
ピニオン９とアイドルギヤ９’を使用し、カッタを（Ｎ
−１）回公転する間に１回公転方向とは逆方向に自転す
る関係にするものである。

【００２７】図１は本発明になる星型穴あけ機械の一実
施形態を示す一部縦断側面図である。リングギヤ３Ａと
アイドルギヤ３Ｂが底円と内転円の関係にある。パイロ
ットドリル７はカッタ６の前方に設けてあり、調心とカ
ッタ６が削り残す中心部分を削る。箱ガイド８はカッタ
の削った形を整理しカッタ回転の反動を受ける。図にお
いてバランサ５は軸方向と周方向のバランスをとる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、木材や鋼材に下穴をあ
けることなく、回転するカッタで正多角形に近似した穴
の加工ができ、且つ携帯可能な穴あけ機械を提供するこ
とができる。

【００２９】出力軸もしくは出力軸を駆動する軸もしく
は両方にバランサを備えることにより、本体の振動とカ
ッタの振れを小さくすることができる。

【００３０】公転軸の先端にパイロットドリルを備える
ことにより、カッタ部の調心を行い、カッタ部が削り残
した中心部を削ることができる。

【００３１】出力軸の外周に箱ガイドを備えることによ
り、カッタの削り痕の整理と回転反動を受けることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる星型穴あけ機械の一実施形態を示
す一部縦断側面図。

【図２】底円：内転円＝４：１の場合の軌跡図。

【図３】本発明になる星ぼう形の場合の軌跡図。

【図４】図１のＡ−Ａ線相当の断面図の一例。

【図５】図４のカッタの軌跡図。

【図６】本発明になる星型の軌跡の式を説明する図。

【図７】本発明になる星型穴あけ機械の他の実施形態を
示す一部縦断側面図。

【図８】本発明になる星型穴あけ機械の他の実施形態を
示す一部縦断側面図。

【図９】本発明になる星型穴あけ機械の他の実施形態を
示す一部縦断側面図。

【符号の説明】

１ａは主モータ、１ｂはサブモータ、２は減速部、３Ａ
は底円あるいはリングギヤ、３Ｂは内転円あるいはアイ
ドルギヤ、３Ｂ’はアイドルギヤ３Ｂのバックラッシを
少なくするリングギヤ、３Ｃは内転円、４は出力軸、５
・５ａ・５ｂはバランサ、６はカッタ、６’は図５にお
けるカッタの始点、６ｖはｖ方向から見たカッタ６の外
観図、７はパイロットドリル、８は箱ガイド、９はサン
ピニオン、９’はアイドルギヤ、１０はボディ、Ｒは内
転円３Ｂ上の点、Ｓ１は内転円３Ｂに付随した内側の
点、Ｓ２〜Ｓ４は内転円３Ｂに付随した外側の点、Ｌ０
はＲの軌跡、Ｌ１〜Ｌ４は夫々Ｓ１〜Ｓ４の軌跡、Ｒ’
は内転円３Ｃ上の点、Ｓ５は内転円３Ｃに付随した内側
の点、Ｓ６は内転円３Ｃに付随した外側の点、Ｌ０は
Ｒ’の軌跡、Ｌ５・Ｌ６は夫々Ｓ５・Ｓ６の軌跡、ａは
底円３Ａの半径、ｂは内転円３Ｂの半径、ｘは座標の実
軸、ｙは座標の虚軸、θは内転円３Ｂの公転角、αは内
転円３Ｂの自転角、φはα＋θ、Ｏは底円３Ａの中心、
Ｐは内転円３Ｂの中心、Ｑは底円３Ａと内転円３Ｂの接
点、Ｒは内転円３Ｂの円周上の点、Ｓは内転円３Ｂに付
随した点でＰＲの延長上の点である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを収納するボディと、該ボディ内
   に設けられた前記モータの出力を減速する減速装置と、
   減速された遊星回転運動をする出力軸とを有する機械で
   あって、前記出力軸に少なくとも１枚刃のカッタもしく
   はトイシを取り付け、Ｎは３以上の整数としたとき、カ
   ッタが（Ｎ−１）回公転する間に公転方向と逆方向に１
   回自転することにより、等角で等間隔のＮ個の頂部を有
   する穴をあける機構を備えたことを特徴とする星型穴あ
   け機械。
2. 【請求項２】 前記出力軸もしくは前記出力軸を駆動す
   る軸もしくは両方に、バランサを備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の星型穴あけ機械。
3. 【請求項３】 前記公転軸に、パイロットドリルを備え
   たことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の星
   型穴あけ機械。
4. 【請求項４】 前記出力軸の外周に、箱ガイドを備えた
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記
   載の星型穴あけ機械。
5. 【請求項５】 携帯可能であることを特徴とする請求項
   １〜請求項４のいずれか１項記載の星型穴あけ機械。