JP2007001006A

JP2007001006A - 面取機

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Publication number: JP2007001006A
Application number: JP2006169313A
Authority: JP
Inventors: Mineko Matsuba; 峯子松葉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2006-05-23
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2026-05-23
Also published as: JP4995497B2

Abstract

【課題】ワークに傷が入らず、接触子の動く方向と面取の稜線との交差角（歯車の圧力角）が小さい場合でも容易に面取りが出来、ワークが変わっても接触子の交換が不必要で、接触子の磨耗が少なく、耐久性の高い面取機を提供する。
【解決手段】基台上に、ワークを保持し回転駆動する保持回転移動装置と、保持回転移動装置の回転軸と平行で、パルス発生器が設けられた回転軸に一定距離はなれた位置に設けられた接触子と、保持回転移動装置の回転軸と平行でパルス駆動モーターにより回転駆動される回転軸に一定距離はなれた位置に設けられた刃物を着装した回転工具を設け、接触子が取り付けられた回転軸にトルクを与えることで接触子が回転運動してワークに接触し、ワークを回転する事で接触子がワークに沿って動き、その回転軸も揺動し、それに設けられたパルス発生器から発生するパルスで回転工具が着装された回転軸を回転駆動するパルス駆動モーターを駆動する。
【選択図】図５

Description

本発明は機械部品等の周囲角部の面取施工機に関する。

従来の面取機は直線移動可能な接触子を一定圧でワ−クに押し付けた状態でワ−ク側に前進駆動し、ワークからの反力で接触子を後退駆動し，接触子と一体化された切削工具で面取りしている。（例えば参考文献参照）。

以下図１、図２に従来の面取機について説明する。図２において、５３はワ−ク５２を回転駆動する減速モーターである。５０は接触子でウエイト６２により数ｋｇの一定の力Ｐでワ−ク５２の方向に加勢されている。ワ−ク５２は減速モーター５３により回転中心７０を中心に左回転している。また接触子５０は直動軸受のレール５８の上にサドル５９の上に取付けられた直動部５７に取付けられ、ワ−ク５２の方向にのみ直進前後動出来る様に規制されており、ワ−ク５２が移動して接触子５０との接触点がワ−ク５２に近ずく方向に移動するときは接触子５０は加勢された一定圧でワ−ク５２の方向に押圧され前進する。

第１図にワ−ク５２が回転する時、接触子５０にはそれから力を受ける反力Ｒと、ウエイト５３による数ｋｇの一定のワ−ク５２に向かう力Ｐと、摩擦力Ｆ，力Ｓの状態を示している。

ワ−ク５２が移動して接触子５０との接触点がワ−ク５２から離れる方向に移動するとき、接触子５０は、ワ−ク５２から受ける反力Ｒ，ウエイトによる一定圧Ｐ，及び接触子５０とワ−ク５２の間の摩擦力Ｆの合成力により動く。この際、力Ｓは接触子５０の進行方向と９０°の方向のため、接触子５０の前後動には関与しない。
特開平１１−１６５２４２

従来の押圧面取り機では刃物を回転駆動しながらワ−クに一定圧で押付け、ワ−ク４を回転しながら面取りしている。この際生ずる課題（問題点）を述べる。

第一には面取り出来るワ−ク形状に制約があることである。
第１図で接触子５０がワーク５２から離れる方向に動く場合の作用力のバランスを１式に示す。
この式で、ａは接触子５０の動く方向とワーク５２の面取りする部分の稜線の間の角度で接触角と呼ぶことにする。
Ｒｃｏｓ（９０−ａ）＝Ｐ＋Ｆ×ｃｏｓ（ａ） −−−−−−− １式
この式は
Ｒ×ｓｉｎ（ａ）＝Ｐ＋Ｒ×μ×ｃｏｓ（ａ）
となる。
この式でμは接触子５０とワーク５２の間の摩擦係数で、これらが鉄の場合０．１５程度になる。
この式を整理すると
Ｒ＝Ｐ／｛ｓｉｎ（ａ）−μ×ｃｏｓ（ａ）｝ −−−−−−− ２式
２式から判る様に接触子５０の接触部分のワーク５２の接触角ａが大きいと、反力Ｒは小さくなる事が分かる。
例えばａが３０°の場合
Ｒ＝Ｐ／｛ｓｉｎ３０−０．１５×ｃｏｓ３０）｝
＝Ｐ／０．３７０
＝２．７ × Ｐ
反力Ｒは押圧力Ｐの３倍程度で、この状態では接触子５０がワーク５２から離れる方向に容易に移動で出来る。傾斜角ａが小さくなるに従い、反力Ｒも大きくなり、接触角ａが９度近くになると反力Ｒは無限大になり、摩擦力Ｆも無限大になって接触子５０は後退出来なくなる。歯車の面取りの場合についてこれを検証すると次の様になる。
一般の歯車の圧力角は１４．５度で、接触角ａが１４．５度になった場合の反力Ｒを計算すると、
Ｒ＝Ｐ／（ｓｉｎ１４．５− ０．１５×ｃｏｓ１４．５）
＝Ｐ／（０．２５０４ − ０．１４５２）
＝Ｐ／０．１０５２
＝９．５×Ｐ −−−−−−−−−−−− ３式
となり、接触子５０に加わるワーク５２よりの押付力は押圧力Ｐの１０倍程度になる。従って摩擦力Ｆも大きくなりスムースな面取作業が出来なくなる。押圧力Ｐが１ｋｇであれば、接触子５０は、ワーク５２を１０ｋｇで押し付けることになる。こうなれば、接触子５０は摩擦力Ｆの為に後退出来なくなって面取りが中止されたり、接触子５０がしゃくる様な動きをしてきれいな面取りが出来ない。歯車の場合圧力角１４．５°では接触角ａも同じ角度になり、スムースな面取作業に支障をきたす事が多い。
接触角ａの正接が摩擦係数の０．１５になると反力Ｒは無限大になり、従って接触子５０は動かなくなる。この角度はアークｔａｎ（０．１５）となり、９°近くになる。

第二には接触子５０と接触する部分のワーク５２に傷が入る事である。
前述の様にワーク５２と接触子５０の接触部分のワーク５２の接触角ａが小さくなるとワーク５２が接触子５０から受ける圧力は２式よりわかる様に、大きくなりこの力でスライドするので、ワーク５２の接触子５０との接触面に傷が入る。商品に傷が入る事は致命傷で、高級歯車、または微かな傷も許されないワーク５２には使用出来ない。

第三には大きなバリの面取，又は切削量の大きい面取の場合には切削工具に大きな切削力が加わり，それが一体になっている接触子にも影響し，接触子がワークの接触面から離れてしまい面取不能になってしまう事である。この様な場合には２回以上面取りしているのが実情である。

第四には接触子５０の寿命が短く、その管理に手がかかる事である。
前述の様に接触子には大きな力が加わった状態でワーク５２の面取部を擦るので磨耗が大きく，その寿命も短く頻繁に交換の必要がある。そのため、接触子５０の材質、熱処理等に大きな注意を配る必要がある。
また接触子５０とワーク５２の摩擦状態を良好に保つため接触子５０の形状をワーク５２に合わせて製作、保管するケースが多い。

本発明は、このような従来の面取機が有していた問題を解決しようとするものであり、接触子５０とワーク５２の接触状態を改善して、接触子５０とワーク５２の接触角が小さくても容易に面取出来、大きなバリ，大きな面取でも接触子５０のワーク５２への押付力を小さく出来てワーク５２に接触子５０の接触傷が入らず、ワーク５２が変わっても接触子５０を交換する必要がなく、しかも接触子５０の磨耗が小さくて寿命の長い面取機を実現することを目的とする。

課題を解決しようとする手段

そして、本発明は上記目的を達成するために、ワークの回転軸（ワークの面取り部が直線運動する場合は回転半径が無限大のケースとする。）と接触子の回転軸，切削工具の回転軸を設け，接触子の回転軸にはパルス発生装置（エンコ−ダ−等）を直結し，この回転軸にバネなどによりトルクを加勢し、接触子がその回転軸を中心として円弧を描きながらワークに当接し、ワーク面取部が移動することで接触子はワークの面取部形状に沿って揺動し、回転軸に直結されたパルス発生装置からはパルスが発生し，そのパルスで切削工具の回転軸に減速機を介して直結されたパルス駆動モ−タ−を駆動し接触子と切削工具が同期して動く構造にした。

上記手段により接触子がワークとの接触点で動く方向と、ワークの面取部での稜線の方向が形成する接触角を従来の面取機より大きくすることが出来た。

また、接触子がバネなどによりトルクを加勢された回転軸により円弧運動をしてワークに接触するので、接触子とワークの面取部との間の接触力は数十グラム〜数百グラムと大幅に小さくする事ことが出来た。

発明の効果

上述した様に本発明による面取機は、従来の面取機では面取りが難しかった接触角（歯車でゆう圧力角）の小さいワークでも容易に面取りが可能になった。これは接触子の動く方向とワークの面取部の稜線との間の接触角を従来より大きくすることが出来た効果である。

また従来の面取機ではワークに接触子の接触傷が入っていたが本発明による面取機はではワークに全く傷が入らずに面取り出来る。これは接触子がワークに接触する力を従来の面取機の場合より大幅に少さく出来た効果である。

また，バリが大きい場合や，面取量が大きい場合でも接触子がワークに接する接圧は小さく変わらず，ワークに傷を与えず面取出来る。
また従来不可能であった大きなバリ取，面取りもなんら支障なく面取が出来る。これは接触子の回転軸と切削工具の回転軸を分け，工具にかかる切削力が接触子に伝わらない様にした効果である。

また従来の面取機では接触子の磨耗が激しく、頻繁に交換の必要があったが、本発明による面取機では接触子の磨耗は殆ど見られず、耐久性が高いため交換の頻度が大幅に減った。これは接触子がワークに接触する力が従来の面取機の場合より大幅小さくになった効果である。

また従来の面取機では接触子がスムースに動く様に、ワーク毎に接触子を製作し、ワークが変わる毎にそれを交換していたが、本発明による面取機ではワークが変わっても接触子が軽く、スムースに動くのでその交換は不必要で、接触子の汎用性が高くなり利便性が向上した。

以下、本発明の実施の形態を図３〜図６に基ずいて説明する。

図３は本発明に係る面取機の平面図、図４は正面図、図５は部分詳細図である。
上図で１は面取機のフレームでそれにギヤ−モーター２が取付けてある。ギヤ−モーター２の出力軸３にはチャック４が取付けてあり、チャック４にはワーク５が把持され回転される。

フレーム１の上に直動部１１が設けられており、その上にスライドベース１２が取付けられ、それが直動部１１に内臓されたネジにより前後駆動される様になっておる。直動部１１に内臓されたネジはベベルギヤー１０，９を経て軸８に繋がっており、ハンドル７を廻すことで軸８が駆動され最終的にスライドベース１２が前後に駆動される。

スライドベース１２の上に上下駆動機構１３が設けられており、ハンドル３５を廻すことでブラケット１４が上下に駆動される。第５図でブラケット１４には梁１５が取付けてあり、その先端には減速機１６が取り付けてありその入力側にはサーボモーター１７が設けられており、出力側には一定長さのブラッケト１８が取り付けられており、その端に切削工具１９の取付けられた回転工具２０が取付けられている。

図５に示す様に梁１５にはブラッケト２１が取付けてあり、それに取付けられた軸受２２には回転軸２３が設けられ、それに梁２４を経て接触子５が設けられている。また、梁１５には別のブラッケト２５によりエンコーダ２６が取付けられ、その回転軸２７はカップリング２８により接触子５の回転軸２３と直結されており、接触子５が揺動するとエンコーダー２６から揺動角に比例したパルスが発生する。

回転軸２３はバネ２９で接触子５がワーク３に接触する方向にトルクが与えられており、バネ２９の引張力の調整で、接触子５とワーク３の間の接触圧は数十グラムの大きさになっている。

以上に述べた様に構成し、第５図に示す様に接触子５の上に回転工具２０の切削工具１９が来るようにする。

実際の面取りでは接触子５がワーク５の形状をトレースして揺動し、エンコーダー２６からパルスが出て、サーボモーター１７のドライバー５１に入り、切削工具１９の取付けられた回転工具２０を揺動駆動し、接触子５と切削工具１９が同期して動く様になる。
接触子５と切削工具１９が同期して動くためには次の（４）式に示す関係が必要になる。
ｎ：エンコーダー２６の回転軸が１回転して出るパルス数
ｓ：サーボモーター１７の出力軸を１回転する為必要なパルス数
ｐ：減速機の減速比
ｅ：サーボモーター１７のドライバーにセットする電子ギヤー比
ｎ×（ｅ／ｐ）＝ｓ −−−−−−−−−−−−−−−−−−（４）式
（１）式に示す数式が満足されると接触子５と切削工具１９は同一の動きをする。
なお、接触子５と切削工具１９の位置関係が完全でないと良好な面取が出来ない。実際には第６図に示す様に、回転工具２０を前後（３０−２）、左右（３０−１）、上下方向（３０−３）に位置調整出来る機構を備えており、それらを調整する事で接触子５と切削工具１９の位置関係が完全になる。

次に本発明に係る面取機でワーク５と接触子２５の関係を図７により説明する。従来の面取機では接触子はワークの回転中心とワークと接触子の接点を結ぶ方向に直線運動し、その方向とワークの面取部の稜線との交差角（接触角ａ）の正接（三角関数のｔａｎ（ａ））がワークと接触子の間の摩擦係数の大きさになるとその間の摩擦力が無限大になりはワークに追従出来なくなる事、歯車の圧力角の１４．５°近くでは面取りがスムースに行はれないケースがある事は前述の通りである。

本発明に係る面取機では接触子が動く方向とワークの面取部の稜線との交差角（接触角）はワークの回転中心とワークと接触子の接点を結ぶ方向と、ワークの面取部の稜線との交差角ａ１に、ワークの回転中心とワークと接触子の接点を結ぶ方向と接触子の移動方向が形成する角度（ｂ１）を加えた（ａ１＋ｂ１）角度になる。すなはち接触子が動く方向とワークの面取部稜線が形成する角度（接触角）は従来の面取機のそれよりｂ１°（約１０°）大きくなっている。この関係を示す状態を第７図と、第４式に示す。

図７で接触子２５は回転軸３１を中心に円弧運動を行うが、バネ２６によりトルクを加勢されてワーク５に接触しており、ワーク５が回転すると接触子２５もその形状に沿って正逆に回転スイングして追従する。この時接触子２５は接触点Ｓと回転軸３１を結ぶ直線をＬＬとすると、接触点Ｓ上でバネ２６による加勢力Ｐ１が直線をＬＬと直行する方向に働きそれを加勢力Ｐ１とする。ワーク５の回転軸３１と接触子２５とワーク５の接触点Ｓを結ぶ線ＡＡと加勢力Ｐ１との間の角度をｂ１とする。ｂ１の大きさは図７のハンドル７（図１のハンドル７と同一）で接触子２５の回転中心３１を移動して調整しその大きさは歯車の圧力角の１４．５°より若干小さい１０°程度にするのが望ましい。なお角度ｂ１は接触子１がスイングして動くと若干変動するが、最低でも圧力角の１４．５°より２〜３°小さくなるように接触子２５の回転中心３１の位置をセットする。これは接触子２５がワーク５に近ずく方向に動くとき、角度ｂ１がワーク５の傾斜角（歯車の場合圧力角）より小さいとワーク５に接触出来ず空振状態になるのを防ぐ為である。

図７でＰ１はスプリング２６による接触子２５のワーク５への押圧力で、方向はＬＬに直交している。Ｒ１はワーク５が面取部で接触子２５に作用する圧力で、方向は面取部稜線に直交している。
図７で加勢力Ｐ１の方向のバランスを考えると
Ｒ１×ｃｏｓ（９０−（ａ１＋ｂ１））＝Ｐ１＋Ｒ１×μ×ｃｏｓ（ａ１＋ｂ１）
これを整理すると
Ｒ１×ｓｉｎ（ａ１＋ｂ１）＝Ｐ１＋Ｒ１×μ×ｃｏｓ（ａ１＋ｂ１）
Ｒ１＝Ｐ１／｛ｓｉｎ（ａ１＋ｂ１）−μ×ｃｏｓ（ａ１＋ｂ１）｝
−−−−−−−−−−−−５式
従来の面取機のバランスを示す式は前述の２式で示され、それは次の様になる。
Ｒ＝Ｐ／｛ｓｉｎ（ａ）−μ×ｃｏｓ（ａ）｝
２式と４式を比べれば、一目瞭然で本発明に係る面取機では従来の面取機より接触子２５とワーク５の接触状態がｂ１°（約１０°）だけ改善されている。具体的に言えば従来の面取機で圧力角１４．５°の歯車の面取は問題が有ったが、本発明による面取機では接触子とワークの接触状態は１０°程改善され圧力角が１４．５°＋１０°の２４．５°の歯車を面取すると同じ条件になる事が分かる。
具体的に圧力角が１４．５°の場合両者の接触力を試算して見ると次の様になる。
従来の面取機の場合
Ｒ＝Ｐ／｛ｓｉｎ１４．５−μ×ｃｏｓ１４．５｝｝
＝Ｐ／（０．２５０４−μ×０．９６８２） −−−−−−−−−６式
この式に μ＝０．１５を代入すると
＝９．５Ｐ≒１０Ｐ
Ｒ＝１０Ｐ −−−−−−−−−−−−７式
となり、押圧力Ｐの１０倍近い反力が接触子に作用している事になる。
通常Ｐは１ｋｇ（接触子と回転工具を取付けた架台が１００〜２００ｋｇ程度でこれが摩擦係数０．００３程度の直動スライドの上で動くので押圧力はこの程度必要）と考へられるので接触子はワークを１０ｋｇ程度で押し付けていることになる。この力による摩擦力と押圧力Ｐに逆らって接触子は後退する必要がありそれを式で表すと次の様になる。
Ｒ×ｓｉｎ１４．５＞Ｐ＋Ｒ×μ×ｃｏｓ１４．５
この式にＲ＝１０Ｐを代入すると
μ＜０．１５５
となり圧力角が１４．５°近くではμが鉄材の摩擦係数に近くなり、接触子は後退出来るぎりぎりの線に有ることが分る。実際に圧力角が１４．５°近くでは接触子が後退出来ずに面取り不能になる事がおきている。
本発明による面取機では圧力角が
ａ１＋ｂ１＝１４．５＋１０
＝２４．５°となりこれで試算すると
Ｒ＝３．６Ｐ
μ＜１．３２
となり摩擦係数が１程度でも充分面取り出来る事を示している。すなわち、圧力角が１４．５°の場合、従来の面取機では面取りがぎりぎり可能な状態であるのに、本発明に係る面取機では余裕をもって面取が出来る事を示している。

次に、ワークの接触子との接触面に接触傷が入る件を検討する。ワークが接触子から受ける力（接触力）を従来の面取機と、本発明に係る面取機で比較してみる。一般に圧力角が小さくなると接触力は大きくなるので圧力角が１４．５°の場合について考える。
従来の面取機の接触力Ｒは前述の様に
Ｒ≒１０Ｐ≒１０ｋｇ −−−−−−−−−−−−８式
になり、これは１０ｋｇ程度になる。
本発明に係るの面取機の接触力Ｒは前述の様に
Ｒ１＝３．６Ｐ１ −−−−−−−−−−−−９式
Ｐ１はスプリング６５により決まるが通常０．１ｋｇ程度に調整しているので
Ｒ１＝０．３６ｋｇ −−−−−−−−−−−１０式
７式、９式より分る様に本発明に係るの面取機の接触力Ｒ１は従来の面取機で生じる接触力Ｒの１／３０程度に小さくなる。
実際に従来の面取機ではワークの材質が鉄材でもワークに傷が入るが、本発明に係るの面取機ではワークの材質がアルミでも傷が入らない。

次に接触子の寿命が短く、その管理に手がかかる事を検討する。
前述の様に接触子とワークとの間の接触力は従来の面取機の場合
Ｒ＝１０ｋｇになり
本発明に係るの面取機の接触力Ｒ１は
Ｒ１＝０．３６ｋｇ程度になる。
すなはち接触力は本発明に係るの面取機では従来の面取機の面取機の１／３０程度になり、単純に考えて接触子の磨耗も１／３０程度になるものと思われる。実際接触子の磨耗は殆ど見られない。
また従来の面取機では接触子の形状をワークに傷が入らず、滑りやすい物にするためワーク毎に専用の接触子用意している。
本発明に係るの面取機ではワークが変わっても接触子はスムースに動くので、接触子の形状を変える必要がなく、そのまま他のワークにも使用出来る。本発明に係るの面取機では接触子の寿命が格段に伸び、接触子も汎用性があり、ワークが変わっても交換の必要がない。

従来の面取機のワークと接触子との力関係を示す図面。従来の面取機の駆動系を示す図面である。本発明に係る面取機の平面図である。本発明に係る面取機の部分拡大図である。本発明に係る面取機の回転工具微調整機構の配置図である。本発明に係る面取機のワークと接触子との力関係を示す図面。

符号の説明

１面取機の架台
２減速モーター
３チャック
４ワーク
５接触子
７前後駆動ハンドル
１５ブラケット
１７サーボモーター
１８減速機
１９切削工具
２０回転工具
２６エンコーダー
２９スプリング
５１サーボドライバー

Claims

基台を設け、その上に、ワークを保持し回転駆動する保持回転移動装置と、ワークの保持回転移動装置の回転軸と平行で回転自在な回転軸と、その回転軸から一定距離はなれた位置に接触子を設け回転軸にトルクを与える事で接触子が回転運動してワークに接触し、ワークを回転する事で接触子がワークに沿って動き、接触子の上部又は下部に刃物を着装した回転工具を設け、それが接触子と同じ動きをする事でワークを面取りする面取機。
基台を設け、その上に、ワークを保持し回転駆動する保持回転移動装置と、ワークの保持回転移動装置の回転軸と平行で、パルス発生器（ロータリーエンコーダー等）が設けられた回転自在な回転軸に一定距離はなれた位置に設けられた接触子と、ワークの保持回転移動装置の回転軸と平行でパルス駆動モーターにより回転駆動される回転軸に一定距離はなれた位置に設けられた刃物を着装した回転工具を設け、接触子が取り付けられた回転軸にトルクを与えることで接触子が回転運動してワークに接触し、ワークを回転する事で接触子がワークに沿って動き、その回転軸も揺動し、それに設けられたパルス発生器から発生するパルスで回転工具が着装された回転軸を回転駆動するパルス駆動モーターを駆動し、回転工具が接触子と同じ動きをする事でワークを面取りする面取機。