JP2004148790A

JP2004148790A - 楕円ろくろ装置

Info

Publication number: JP2004148790A
Application number: JP2002353101A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Okubo; 忠彦大久保
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】ワークテーブルに単に回転主軸による回転運動を行なわせるだけではなく、種々の大きさの楕円回転運動、即ち、楕円の長軸及び短軸の寸法を任意に設定変更することにより、種々の形状、サイズの楕円回転運動を与えることが出来る楕円ろくろ装置を提供すること。
【解決手段】クランク装置Ａ、Ｂ等と連動して公転する軸受５の内輪６にワークテーブル１を固設し、該ワークテーブル１に回転主軸２をリニアレール３、スライダ４からるリニアスライドを介して取付け、該クランク装置Ａ、Ｂ等と該回転主軸２の回転数比が２対１となるように構成したことを特徴とする楕円ろくろ装置、並びにワークテーブル１を支える軸受５の外輪７を少なくとも３つのクランク装置Ａ、Ｂ、Ｃによって公転駆動することにより、安定した円滑な公転運動を可能にしたことを特徴とする楕円ろくろ装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陶工や木地師等が使用する「ろくろ」に関し、更に詳しくは、ワークテーブルの回転主軸駆動部にクランク半径の任意設定が可能な無段クランク装置を組み合わせて、該ワークテーブルに自転運動及び公転運動を与えることにより、ワークテーブルの運動として、回転円運動のみならず無段に長さ変更が可能な長軸及び短軸を有する楕円回転運動が得られるようにした「楕円ろくろ装置」に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、陶工及び木地師等が使用している「ろくろ」の例としては、ワークテーブルの主軸を回転させる機能のみを有するタイプのものが一般的であり、このタイプの「ろくろ」は、基本的には一世紀の頃から土器の製作等に使用されていたものと何ら変わりがないと言ってよい（中山秀太郎「機械発達史」大河出版、第３版、１９９６年）。それでも最近では、主軸の回転振れ抑制のために軸受精度の向上が計られ、又、動力が人力から水力へと変化すると共に、電動機や変速機の発達と相俟って可逆回転や高速化、大動力化等へと駆動部の変遷が進んで来たのは事実である。
【０００３】
しかし従来の「ろくろ」は、上述のように、いずれも１本の主軸によってワークテーブルを回転駆動すると言った単純な構造に止まっており、例えば、最近ニーズが多い楕円柱のような円柱とは異なった複雑な外周形状の陶芸品を仕上げるためには、かなりの熟練度が要求され、一般の陶芸愛好家や木工家等にとっては技術の向上に時間がかかると言う問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明が解決しようとする課題は、ワークテーブルに単に回転主軸による回転円運動を行わせるだけではなく、種々の大きさの楕円回転運動、即ち、楕円の長軸及び短軸の寸法を任意に設定変更することにより種々の形状及びサイズの楕円回転運動を与えることが出来るような楕円ろくろ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するために種々検討を行った結果、本発明の楕円ろくろ装置は、クランク回転機構を応用すれば、ワークテーブルの自転運動に公転運動を組み合わせることが出来、基本的に楕円回転運動が得られること、ワークテーブルに対する回転主軸の取付部にリニアスライドを介在させれば、前記自転及び公転運動の幾何学的な整合性が得られ自動的に正確な楕円回転運動が得られること、３つ以上の前記クランク装置によってワークテーブルを駆動すれば、安定した公転運動が得られること、前記クランク装置にクランクナットを螺設した総ネジ斜角クランクピンを設けてこのクランクピンを円錐形を描くように回転させれば、該クランクナットの位置を調整することにより、クランク連接棒に対して任意のクランク量を無段階に取出せること（後で詳細に説明）などの点に着目して、上記課題の解決を計ったものである。
【０００６】
第１の本発明は、クランク装置と連動して公転する軸受けの内輪にワークテーブルを固設し、該ワークテーブルに回転主軸をリニアスライドを介して取付け、該クランク装置と該回転主軸の回転数比が２対１となるように構成したことを特徴とする楕円ろくろ装置である。第２の本発明は、ワークテーブルを支える軸受けの外輪を少なくとも３つのクランク装置によって公転駆動することを特徴とする楕円ろくろ装置である。第３の本発明は、片持クランク駆動軸とクランク量調整軸との間に総ネジ斜角クランクピンを設け、該総ネジ斜角クランクピンに螺設したクランクナットからクランク運動を取出す構造となし、該クランクナットの位置を調整することによってクランク連接棒に任意クランク量のクランク運動を取出すクランク装置を設けたことを特徴とする楕円ろくろ装置である。
【０００７】
更に説明すれば、回転主軸を支える大軸受けの外輪は複数の無段クランク装置によって連動駆動されるが、この時のクランク運動の半径寸法は、ワークテーブルの中心位置に対する回転主軸の偏心距離の２分の１に等しく、該クランク半径寸法及び該回転主軸の偏心量の調整は、後述の軸受位置調整装置等により連動的に行なうことが出来る。
【０００８】
上記のように本発明による楕円ろくろ装置のワークテーブルの楕円回転運動は、基本的には、ワークテーブルの中心から、楕円の長軸と短軸の寸法差の２分の１だけ偏心した位置に設定した回転主軸による自転運動と、該偏心量をクランクの直径とする公転運動とを回転数比１対２の条件で合成したものであり、例えば、ろくろの上部空間の所定位置に固定された加工点に対してワークテーブル本体が正確な楕円回転運動を行うので、種々の楕円状陶芸品などを簡単に仕上げることが出来るのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図６は、本発明に係わる楕円ろくろ装置の１実施例を示す図である。
図１に示すろくろ装置おいて、加工物を載置するワークテーブル１には、ワークテーブル１に固定された回転座標（ｘ，ｙ）のｘ軸方向（図６参照）に移動可能なリニアレール３及びスライダ４が設けられ、このリニアレール３及びスライダ４を介して回転主軸２の回転力が伝達される構造となっている。又、スライダ４はリニアレール３に滑入してあり、楕円の長軸（長さ２ａ）と短軸（長さ２ｂ）の半径差（ａ−ｂ）に相当する自由度を有する。
【００１０】
更に、ワークテーブル１は大軸受５の内輪６に回転自在に支持されており、大軸受５の外輪７を保持するフランジ８は、スラスト軸受９を介してフレーム１０のトッププレート１１上に摺動自在の状態で載置される。一方、フランジ８には大軸受５の外輪７を下方から保持する保持輪１２が固定されており、保持輪１２にはブラケット１３を介して３本の摺動ロッド１４が夫々固設され、グリッパ１５を摺動可能な状態で保持すると共に、大軸受５に対してクランク運動を伝達するように構成される。
【００１１】
次に、クランク装置について説明すれば、図２に示すように、クランク量が可変の無段クランク装置Ａは、先ず、片持クランク駆動軸１６とクランク量調整軸１７が同心軸上に相対向して軸受１８ａ、１８ｂ及びブラケット１９ａ、１９ｂによりフレーム１０に固定される。次に、片持クランク駆動軸１６とクランク量調整軸１７との間には総ネジ斜角クランクピン２０が配置され、片持クランク駆動軸１６側の端部は球面Ｌ型クランクアーム２２を介して連結され、他のクランク量調整軸１７へは小自在継手２３を介しており、総ネジ斜角クランクピン２０の両軸端部は独立回転自在に支持されている。
【００１２】
更に、総ネジ斜角クランクピン２０にはクランクナット２１が回転自在に螺設されており、大自在継手２４、クランク連接棒２５、及びグリッパ１５を介して摺動ロッド１４に対して円滑なクランク運動の伝達を可能にしている。即ち、片持クランク駆動軸１６を回転させれば、総ネジ斜角クランクピン２０が、図２に示すように円錐形の軌跡を描いて回転を行い、クランクナット２１の円運動によりクランク連接棒２５を介して摺動ロッド１４に対して公転運動を与えることが出来る。次に、クランク量の調整を行なうには、クランク量調整軸１７を回転させると、図２において総ネジ斜角クランクピン２０のみが回転し、クランクナット２１が上下方向に移動することとなり、その結果としてクランク運動、即ち、ワークテーブル１の公転運動の直径寸法（ａ−ｂ）が無段階に調整される。以上から分かるように無段クランク装置の基本機能は、片持クランク駆動軸１６及びクランク量調整軸１７の動作が、夫々、独立に回転自在、調整自在に構成されていることである。
【００１３】
次に、ワークテーブル１の中心、即ち、（ｘ，ｙ）座標の原点位置から回転主軸２の偏心量を調整する軸受位置調整装置について説明すれば、図３、４において、ワークテーブル１の回転主軸２は、外筒２６の上下両端部に内臓された玉軸受（図示せず）によって回転自在に保持されている。又、外筒２６はブロック２７ａ、２７ｂに固定されたスライドガイド２８ａ、２８ｂ及び２９ａ、２９ｂを介し、フレーム１０に固定されたビーム３１ａ、３１ｂのガイドホルダ３０等に保持され、回転主軸２の横移動を容易にしている。更に、スライドガイド２９ａ、２９ｂには雄ネジ３２ａ、３２ｂが設けられ、夫々に対向する回転軸３３ａ、３３ｂの雌ネジに対して回転自在に螺合されている。
【００１４】
一方、回転軸３３ａ、３３ｂは、ガイドホルダ３０等及びビーム３１ａ、３１ｂによって回転は許容するが軸方向の移動は拘束されるように支承されている。更に、回転軸３３ａ、３３ｂにはチェンスプロケット３５ａ、３５ｂが固定され、リンクチェン３６によって互いに連結されており、堅軸３７が回転するとベベルギヤセット３８を介して上下の回転軸３３ａ、３３ｂが連動回転するので、その結果として回転主軸２が直立の状態で正確に横移動することになり、ｘ軸上での停止位置、即ち、偏心量を微細にコントロール可能な構造になっている。
【００１５】
次に、図１、５、６において本楕円ろくろ装置の駆動系統について説明する。ワークテーブル１の回転運動は、フットペダル３９を踏むことにより減速機付モータ４０が反時計方向に回転し、チェンスプロケット４１、リンクチェン４７を介し多段組みの中間軸チェンスプロケット４２ｄが回転する。次いで同軸に固定されたチェンスプロケット４２ｂを介し、無段クランク装置Ａのチェンスプロケット４３へと動力伝達されると共に同軸に設けられたチェンスプロケット４５ａを介して無段クランク装置Ｂ及びＣの下部に取り付けられたスプロケット４５ｂ及び４５ｃへとリンクチェン５０によって連動駆動される。
更に、回転主軸２の回転は、中間軸のチェンスプロケット４２ｃからリンクチェン４９を経て大チェンスプロケット４４を駆動することにより行なわれる。
【００１６】
以上のような駆動系統の回転操作を手動によって行なうには、手動回転ハンドル５２を反時計方向に回転させることにより、手動回転軸５３に設けられたワンウェイクラッチ５４を経てチェンスプロケット４１が回転するが、この回転動力は減速機付モータ４０には伝達されず、又、逆に減速機付モータ４０の回転力は手動回転ハンドル５２に伝達されない構造になっており、十分な安全上の配慮が払われている。
【００１７】
次に、楕円の形状を調整する調整操作系統の構造について説明する。即ち、楕円の偏平度を決めるためるには、長軸と短軸の寸法差が重要になる。そこで、楕円の長軸寸法の１／２を長半径（長さをａとする）、短軸寸法の１／２を短半径（長さをｂとする）と称することにすれば、長半径と短半径の寸法差（ａ−ｂ）の値は、ワークテーブル１に対する回転主軸２の偏心量を表すと同時に無段クランク装置による公転運動の直径寸法と一致する。実際に、楕円の長半径と短半径の寸法差（以後、簡単に径差ａ−ｂと称する）の調整操作は、図５、６において径差調整ハンドル５５を正逆方向に手動回転させることによって精度よく行なうことが出来る。径差調整ハンドル５５の軸の下部にはチェンスプロケット４６ａが固定されており、リンクチェン５１によって、回転主軸２の軸受位置調整用の堅軸３７に取り付けられたチェンスプロケット４６ｂ及び無段クランク装置Ａ、Ｂ、Ｃの各クランク量調整軸に設けられたチェンスプロケット４６ｃ、４６ｄ、４６ｅが連動して駆動される。ここでチェンスプロケット４６ｆはチェンタイトナである。
【００１８】
ところで、前記の楕円の径差（ａ−ｂ）の調整に当たっては、無段クランク装置Ａ、Ｂ、Ｃの全てのクランク量が０〜ｍａｘ値に亘って連動調整出来ること及びそれと完全に同調して回転主軸２の偏心位置が０〜ｍａｘ値の間で移動調整出来ることが必要であり、径差調整ハンドル５５は、これらクランク量及び偏心位置の連動調整を正確に遂行するための重要な機能を有する。
【００１９】
次に、図７において、ワークテーブル１（中間ディスク１ｂで例示）の回転自転運動及びクランク公転運動による楕円回転運動の形成過程について説明する。ワークテーブル１を取付ける中間ディスク１ｂは、大軸受５の内輪６に固定してあり（図１参照）、リニアレール３及びスライダ４を介して回転主軸２に対して、ｘ軸方向に移動自在に連結される。又、中間ディスク１ｂ上にはリニアレール３の長軸方向をｘ軸とし中間ディスク１ｂの中心点Ｏを原点とする回転座標軸（ｘ，ｙ）が示してある。スタート時点においては、ワークテーブル（中間ディスク１ｂ）の中心点Ｏ、無段クランク装置Ａ、Ｂ、Ｃによる公転運動の中心点Ｐ、回転主軸２の中心点Ｑの３点は、いずれもｘ軸上にあり、長さＯＱは楕円の長半径と短半径の差、即ち、径差（ａ−ｂ）、換言すればＱ点のＯ点からの偏心量を示し、又、長さＯＰは公転円運動の半径に相当している。又、Ｑ点及びＰ点をＯ点に一致するように調整すればワークテーブル１はＯ点を中心とする回転円運動のみを行なうことになる。
【００２０】
今、無段クランク装置Ａ、Ｂ、Ｃが反時計方向に１８０度だけ回転すると、ワークテーブル即ち、中間ディスク１ｂの中心点ＯはＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３……Ｒ_５、Ｑへと、クランク公転運動の中心点Ｐの周りに直径（ａ−ｂ）の円運動を行ない、１８０度回転した時点で回転主軸２の中心点Ｑに一致することになる。又、この間における回転主軸２の回転角、即ち、Ｑ点を中心とした中間ディスク１ｂの自転の回転角は丁度半分の９０度となるが、これは図７においてこの間のリニアレール３の回転角が９０度になっていることからも理解出来る。更に、このような２つの回転運動の合成に当たって、自転、公転両運動の幾何学的な整合性を保持するためには、相互の干渉を除く必要があるが、本発明は、その手段としてリニアレール３及びスライダ４からなるリニアスライドの機能を利用することにより、図７に示すようにワークテーブル１、即ち中間ディスク１ｂの運動の過程において、リニアレール３がスライダ４に対して自動的に相対位置を変え得るような構造をとっている。
【００２１】
更に、以上のようなワークテーブル１の楕円回転運動の過程において、加工点Ｖとスタート時の中間ディスク１ｂの中心点Ｏとの距離は楕円の長半径ａに相当し、又、中間ディスク１ｂが１８０度回転しＯ点がＱ点に到達した時の加工点Ｖと該Ｏ点（Ｑ点）との距離は楕円の短半径ｂに一致する。即ち、この事実からもクランクの公転直径ＯＱは楕円の長半径ａと短半径ｂの径差（ａ−ｂ）に等しいことが確認出来る。
【００２２】
次に、ワークテーブル１の楕円回転運動を可視化するために、加工点Ｖに鉛筆を固定してワークテーブル１上に連続した曲線を描かせた時の軌跡の輪郭について楕円画法を用いて説明する。図８において、楕円の長半径ａ、短半径ｂ及び径差ａ−ｂを半径とする補助円を夫々ｕ、ｓ及びｗとし、ワークテーブル１の中心点Ｏを原点とする回転座標を（ｘ，ｙ）とする。今、補助円ｗの円周上に任意一定間隔の等分点（図８では１５度間隔）イ、ロ、ハ、…ト等を取り、これらの等分点からｙ軸に垂線を引きｙ軸との交点を夫々Ｏ、リ、ヌ、…ワ等とする。そして先ず、ｙ軸上の交点「リ」から等分角１５度で左右に補助線Ｌ_１、Ｌ_１１を引き、次に、交点「ヌ」から同じ等分角で補助線Ｌ_２、Ｌ_１０を引き、以下順次同様に補助線Ｌ_ｉ（ｉ＝１，２，…）を描く。更に、ｙ軸上の交点Ｏ、リ、ヌ、…ワ等から各補助線Ｌ_０、Ｌ_１、Ｌ_２、…等の上に、長半径ａと同じ長さの点Ｅ_０、Ｅ_１、Ｅ_２、…等（各点を楕円点と称することにする）を求めれば、これらの各楕円点は、図８に示すようにワークテーブル１上に描かれた楕円軌跡上の各点を表すことになる。このとき補助円ｗ上の前記等分点ロ、ハ、…ヘ等からｘ軸に垂線を引いて得られた交点ソ、レ、…カ等は、前に求めた各補助線Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、…等のｘ軸との交点と一致し、更に、交点ソ、レ、…カ等から夫々対応する楕円点Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３、…等までの長さは、楕円の短半径ｂの長さに一致する。
【００２３】
次ぎに、図８に示す楕円軌跡の正確性を確認するために、楕円の定義を示す方程式、ｘ^２／ａ^２＋ｙ^２／ｂ^２＝１を用いて該楕円軌跡の精度の検証を行なう。そのために、図８の座標系（ｘ，ｙ）において、楕円軌跡の作図に使用した任意の線分（ルＥ_９）を選び点Ｅ_９の座標を（ｘ，ｙ）とすれば、前述のように、線分（ルＥ_９）の長さは楕円の長半径ａに等しく、又、ｘ軸との交点「ネ」から点Ｅ_９までの長さは短半径ｂに等しい。そこで、該交点「ネ」からの垂線が補助円ｗと交わる点を「ツ」とし径差（Ｏツ＝ａ−ｂ）のｘ軸からの回転角をθとすれば、直角三角形（ルＭＥ_９）について次式が成り立つ。
ａ^２＝ｘ^２＋｛ｙ−（ａ−ｂ）ｓｉｎθ｝^２
しかるに、ｓｉｎθ＝−ｙ／ｂであるから、これを上の式に代入すれば
ａ^２＝ｘ^２＋ｙ^２−２（ａ−ｂ）ｙ（−ｙ／ｂ）＋（ａ−ｂ）^２（−ｙ／ｂ）^２
従って、この式を整理すれば次のような楕円の式が得られる。
ｘ^２／ａ^２＋ｙ^２／ｂ^２＝１
即ち、図８における点Ｅ_９（ｘ，ｙ）は、明らかに長半径ａ、短半径ｂの楕円曲線上に存在し、本発明によるワークテーブル１の楕円回転運動は、正確な楕円曲線に基づいていることが検証される。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、上記の通りの構成になっているので、次のような効果を奏する。
【００２５】
本発明の楕円ろくろ装置によれば、ワークテーブル自体が楕円回転運動を行なうので、加工点Ｖにへらや刃物等の加工具を固定したままの状態でワークの加工を容易に行なうことが出来、予め設定した楕円形状通りに正確に仕上げることが出来る。
【００２６】
加工点Ｖを回転主軸に向かう方向に移動させれば楕円は小さくなり、逆の方向に移動させれば大きな楕円の加工を行なうことが出来る。
【００２７】
ワークテーブルの回転中に加工点Ｖを回転主軸に沿う方向に移動させれば、正確な楕円柱を加工形成することが出来る。
【００２８】
ワークテーブルの回転中に加工点Ｖを回転主軸に向かう方向に移動させながら、同時に回転主軸に沿う方向に移動させることにより、ワークに対して楕円状に連続した渦巻き加工を行なうことが出来る。
【００２９】
加工点Ｖを回転主軸に沿う方向に移動させながら、同時に回転主軸の周りの方向に円移動を行なわせることにより、いわゆる捩じれを有する楕円立体を得ることが出来る。
【００３０】
楕円の径差ａ−ｂの調整操作は、ろくろの運転中、停止中に拘らず何時でも径差調整ハンドルにより容易に行なうことが出来る。
【００３１】
以上説明したように、加工点Ｖの移動形態には、３つの自由度、即ち、回転主軸に向いた方向、回転主軸に沿う方向、及び回転主軸の周りの方向の自由度があり、更に、これに径差調整による自由度を組み合わせることによって、種々の径差による複雑多様な３次元加工が可能になるため、陶芸及び木地工芸並びに他の回転切削分野等における加工技術の向上に大きく貢献することが期待出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る楕円ろくろ装置の駆動部を示す側面図である。
【図２】図１中の無段クランク装置を示す側面図である。
【図３】回転主軸の軸受位置調整装置を示す平面図である。
【図４】回転主軸の軸受位置調整装置を示す側面図である。
【図５】楕円ろくろ装置の駆動系統を示す中間断面図である。
【図６】楕円ろくろ装置の上部を示す平面図である。
【図７】ワークテーブル及びリニアスライドの動きを示す関連図である。
【図８】楕円の長軸と短軸寸法が与えられた場合の楕円画法を示す図である。
【符号の説明】
１ …ワークテーブル
１ｂ …中間ディスク
２ …回転主軸
３ …リニアレール
４ …スライダ
５ …大軸受
１５ …グリッパ
１６ …片持クランク駆動軸
１７ …クランク量調整軸
２０ …総ネジ斜角クランクピン
２１ …クランクナット
５５ …径差調整ハンドル
Ａ …無段クランク装置Ａ
Ｂ …無段クランク装置Ｂ
Ｃ …無段クランク装置Ｃ
Ｅ_ｉ …楕円点
Ｌ_ｉ …等分角の補助線
Ｏ …ワークテーブルの中心点
Ｐ …公転運動の中心点
Ｑ …回転主軸の中心点
ｓ …短半径ｂの補助円
ｕ …長半径ａの補助円
Ｖ …加工点
ｗ …径差ａ−ｂの補助円

Claims

クランク装置と連動して公転する軸受けの内輪にワークテーブルを固設し、該ワークテーブルに回転主軸をリニアスライドを介して取付け、該クランク装置と該回転主軸の回転数比が２対１となるように構成したことを特徴とする楕円ろくろ装置。
ワークテーブルを支える軸受けの外輪を少なくとも３つのクランク装置によって公転駆動することを特徴とする請求項１記載の楕円ろくろ装置。
片持クランク駆動軸とクランク量調整軸との間に総ネジ斜角クランクピンを設け、該総ネジ斜角クランクピンに螺設したクランクナットからクランク運動を取り出す構造となし、該クランクナットの位置を調整することによってクランク連接棒に任意クランク量のクランク運動を取り出すクランク装置を設けたことを特徴とする請求項２記載の楕円ろくろ装置。