JP3508261B2 - 振動工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動工具に関し、さら
に詳細にいえば、みがき工具等のように被加工物の表面
とほぼ平行な面内において振動しながら機能部材（例え
ば、砥石）により所定の加工（例えば、みがき加工）を
行なう振動工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、砥石等を振動可能に支持する
ための機構として、実開平３−１２０３６１号公報に示
すように、自転軸に設けた偏心軸を、ケーシングの往復
動方向規制室にローラ・ベアリングを介して収容された
往復動部材の長孔と係合させてなるものが提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の機構を採用した
場合において、偏心軸の偏心量により定まる往復動距離
が十分に大きければ（ローラ・ベアリングのローラが１
回転し得る距離よりも大きければ）、自転軸の自転に伴
なって往復動部材がスムーズに往復動し、砥石等を振動
させることができる。

【０００４】しかし、砥石等の往復動距離を小さくし、
上記ローラが１回転し得る距離よりも短くなれば、１回
転よりも小さい範囲内においてのみローラが揺動し、ロ
ーラの一部のみが荷重を受けて偏磨耗が発生し、ローラ
・ベアリングが本来の性能を発揮しなくなってしまう。
また、この不都合は比較的短い運転時間で発生するた
め、上記機構の寿命が短くなってしまう。さらに、ロー
ラ・ベアリング自体が高価であり、しかもローラ・ベア
リングの必要数が多いのであるから、全体としてかなり
高価なものになってしまう。さらにまた、全体として重
量が大きくなるので、砥石等を高速に往復動させようと
すれば、振動による大きな砥石等の押し付け荷重が発生
し、安定したみがき動作等を達成することができず、こ
の結果、往復動の速度が制約を受けてしまう。

【０００５】また、ローラ・ベアリングを採用し、かつ
往復動距離を小さくすることに伴なう上記の不都合を解
消するために、ローラ・ベアリングに代えて滑り軸受を
採用することが考えられるが、この場合には、ローラ・
ベアリングと比較して摩擦抵抗が大きく、発熱量が大き
くなるとともに、寿命を余り長くすることができないと
いう不都合がある。この場合にも、滑り軸受自体が高価
であり、しかも滑り軸受の必要数が多いのであるから、
全体としてかなり高価なものになってしまう。

【０００６】したがって、溝の内部等のように狭い領域
に対するみがき等に適合させるべく砥石等の往復動距離
を小さくし、高速に往復動させ、しかも十分な寿命を持
たせることができる振動工具を提供することは不可能で
あった。

【０００７】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、砥石等の機能部材の往復動距離（振動距
離）を十分に小さくすることができ、しかも十分な寿命
を持たせることができ、さらに全体として大幅なコスト
ダウンを達成することができる振動工具を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の振動工具は、工具本体の所定位置に回
転自在に設けられた回転軸に対してカムフォロアーが偏
心状態で設けられてあり、１対の板状弾性部材の一方の
端部が工具本体に固定されてあるとともに、他方の端部
が上記カムフォロアーを挟む状態で連結部材により一体
的に連結されてあり、該連結部材に対して弾性部材を介
して、振動しながら所定の加工を行なう砥石が設けられ
てあるとともに、上記カムフォロアーおよび板状弾性部
材を包囲すべく弾性材からなる筒状のカバー部材が設け
られてある。

【０００９】請求項２の振動工具は、上記1対の板状弾
性部材および連結部材として、1枚の板ばねにより一体
に形成されたものを採用している。請求項３の振動工具
は、弾性部材として砥石をフローティング支持するもの
を採用している。

【００１０】

【作用】請求項１の振動工具であれば、回転軸の回転に
伴なってカムフォロアーが偏心状態で回動する。そし
て、１対の板状弾性部材の他方の端部がカムフォロアー
の偏心回動に伴なって弾性変形することにより振動し、
連結部材も振動する。したがって、連結部材に対して弾
性部材を介して設けられた機能部材も振動する。

【００１１】以上の説明から明らかなように、１対の板
状弾性部材の弾性変形により振動動作を行っているので
あるから、ローラ・ベアリングを用いる場合のように往
復動距離の下限値の制約がなくなり、振動工具の寿命に
影響を与えることなく、カムフォロアーの偏心量を小さ
くして往復動距離を小さくすることができ、ひいては振
動工具により処理可能な範囲の下限を拡大することがで
きる。また、多数のローラ・ベアリング等に代えて１対
の板状弾性部材および連結部材を採用するのであるか
ら、全体として大幅な軽量化およびコストダウンを達成
することができる。さらに、弾性材からなる筒状のカバ
ー部材を有しているので、潤滑剤の漏洩を確実に防止す
ることができ、この面からも振動工具の寿命を長くする
ことができる。

【００１２】請求項２の振動工具であれば、上記1対の
板状弾性部材および連結部材として、1枚の板ばねによ
り一体に形成されたものを採用しているので、部品点数
を低減することができ、一層のコストダウンを達成する
ことができるほか、請求項１と同様の作用を達成するこ
とができる。

【００１３】請求項３の振動工具であれば、弾性部材と
して砥石をフローティング支持するものを採用している
ので、高周波の振動を弾性部材により吸収することがで
き、みがき品質、みがき効率を一層向上させることがで
きるとともに、砥石の寿命を長くすることができ、その
他、請求項１または請求項２と同様の作用を達成するこ
とができる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によってこの発
明を詳細に説明する。図１はこの発明の振動工具の一実
施例を示す要部切欠正面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線
断面図である。図において、１は振動工具本体であり、
図示しない産業用ロボット等の工具保持部に対する装着
を簡単に達成するためのテーパ１ａが外周面に形成され
ているとともに、例えば、工具交換作業の便宜を高める
ためのフランジ１ｂが一体形成されている。そして、フ
ランジ１ｂを挟んで上記テーパと反対側に段付きの突出
部１ｃが一体形成されている。

【００１５】上記振動工具本体１の内部には、ベアリン
グ２ｂを介して回転軸２が回転自在に支持されており、
回転軸の先端部にカムフォロアー３が偏心状態で設けら
れている。ここで、回転軸の先端部は上記振動工具本体
１から突出する長さを有しているので、カムフォロアー
３は振動工具本体１の段付きの突出部１ｃから所定距離
だけ離れている。

【００１６】上記段付きの突出部１ｃは２つの段部１ｃ
１，１ｃ２を有しており、小さい方の段部１ｃ１に１枚
の板バネ４の両端部が固定され、大きい方の段部１ｃ２
に、ゴム等の弾性材からなる筒状のカバー部材５の端部
が固定されている。上記板バネ４は、全体がほぼ折り返
し状に形成されているとともに、折り返し部が、カムフ
ォロアー３の直径とほぼ等しい平板部（上記偏心軸２ａ
の中心軸と垂直な平面上に位置する平板部であり、連結
部材に相当する）６であり、この平板部６に続く部分が
平板部６に対して垂直に折り曲げられ、カムフォロアー
３の周面と係合する。上記カバー部材５は、潤滑剤の漏
洩を防止するためのものであり、上記平板部６と対応す
る位置において平板部６に対して接着等により一体化さ
れている。

【００１７】そして、上記カバー部材５の、平板部６と
一体化された部分の外面に対して弾性体７を介して機能
部材としての砥石８が設けられている。上記の構成の振
動工具の作用は次のとおりである。図示しない回転駆動
源からの動力の伝達を受けて回転軸２が回転すると、カ
ムフォロアー３が偏心状態で回動する。しかし、板バネ
４は厚み方向にのみ自由に弾性変形するのであるから、
カムフォロアー３が偏心回動していても、板バネ４の折
り返し部は偏心量（図１中Ｓ参照）の２倍の距離だけ双
方向に弾性変形し、この結果、平板部６を往復動させ
る。したがって、砥石８も往復動し、みがき対象領域に
対するみがきを行なうことができる。この場合に、板バ
ネ４の変形に伴なって砥石８が回転軸２の軸方向に移動
する可能性があるが、みがき動作時には砥石８をみがき
対象面に押圧する関係上、弾性体７がある程度変形して
いるので、弾性体７の変形、復元により砥石８の上記移
動を吸収することができ、砥石８をみがき対象面に安定
に押圧し続けることができる。また、カバー部材５によ
り潤滑剤の漏洩が防止されているので、カムフォロアー
３をスムーズに動作させ続けることができる。

【００１８】以上の説明から明らかなように、カムフォ
ロアー３を用いて回転運動を直線状の往復運動に変換し
ているが、直線状の往復運動を行なう部材を案内するた
めのローラ・ベアリングを用いておらず、板バネ４の弾
性変形により直線状の往復運動（図２中白矢印参照）を
達成している。したがって、往復動距離の下限の制約が
なくなり、偏心軸２ａの偏心量を小さくすることにより
往復動距離を小さくすることができ、往復動距離を小さ
くしたことに起因して寿命が短くなるという不都合の発
生を未然に防止することができる。また、ローラ・ベア
リングを用いる従来例と比較して著しく軽量化すること
ができるので、往復動作の高速化にも簡単に対処でき、
高速化しても安定なみがきを行うことができる。もちろ
ん、ローラ・ベアリングを用いる場合と比較して著しい
コストダウンを達成することができる。また、１枚の板
バネ４で１対の板状弾性部材および連結部材を構成して
いるので、これらを別体として構成する場合と比較して
部品点数を低減することができ、一層のコストダウンを
達成できる。

【００１９】

【実施例２】図３はこの発明の振動工具の他の実施例の
要部を示す縦断面図であり、上記実施例と異なる点は、
２枚の板バネ４を用いた点、上記平板部６に代えて所定
形状の連結部材６を採用した点、連結部材６がカバー部
材５を貫通している点、連結部材６の往復動の中心位置
から砥石８をオフセットさせるべく、上記弾性体７に代
えて長尺の弾性体７を採用した点、およびカバー部材５
を連結部材６に密着させるべくリング状の押圧部材９を
設けた点のみである。なお、７ａは取付けネジである。

【００２０】したがって、この実施例の場合には、例え
ば、図４に示すように、狭幅の溝の内壁面に対するみが
き動作を簡単に達成できる。但し、この場合における砥
石８の移動方向と振動方向とは図４に白矢印で示すよう
に互いに同じに設定されていてもよいが、互いに直交す
る方向に設定されていてもよい。なお、図３に白矢印で
示す振動方向と図４に白矢印で示す振動方向とは互いに
９０度ずれているが、これは連結部材６に対する弾性体
７の装着方向を変更することにより簡単に達成できる。

【００２１】なお、この実施例において、連結部材６と
弾性体７との間に弾性体を介在させることが可能であ
る。具体的には、例えば、振動ストロークを±１ｍｍに
設定し、振動周波数を７５Ｈｚ以下（４５００ｒｐｍ以
下）に設定し、押し付け力を５ｋｇｆ以下に設定して振
動工具を作製したところ、工具重量を８００ｇ以下にす
ることができ、しかも安定した高速みがきを達成するこ
とができた。

【００２２】なお、この発明は上記の実施例に限定され
るものではなく、例えば、板バネ４をカバー部材５に埋
め込んだ状態で一体形成することが可能であるほか、こ
の発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変
更を施すことが可能である。

【００２３】

【実施例３】図５はこの発明の振動工具のさらに他の実
施例を示す一部縦断正面図、図６は縦断側面図である。
図において、１１は振動工具本体であり、図示しない産
業用ロボット等の工具保持部に対する装着を達成するた
めの軸部１１ａが形成されているとともに、例えば、工
具交換作業の便宜を高めるためのフランジ１１ｂが一体
形成されている。そして、フランジ１１ｂを挟んで上記
軸部１１ａと反対側に段付きの突出部１１ｃが一体形成
されている。また、軸部１１ａの外周所定位置に、所定
の半径方向と直交する円周方向に延びる凹所１１ｄが形
成されており、この凹所１１ｄの、フランジ１１ｂから
遠い側の面がテーパ面に形成されている。

【００２４】上記振動工具本体１１の内部には、ベアリ
ング１２ｂを介して回転軸１２が回転自在に支持されて
おり、回転軸１２に対して偏心状態で一体形成された偏
心軸１２ａの先端部にカムフォロアー１３が設けられて
いる。ここで、偏心軸１２ａは上記振動工具本体１１か
ら突出する長さを有しているので、カムフォロアー１３
は振動工具本体１１の段付きの突出部１１ｃから所定距
離だけ離れている。

【００２５】上記段付きの突出部１１ｃは２つの段部１
１ｃ１，１１ｃ２を有しており、小さい方の段部１１ｃ
１に１枚の板バネ１４の両端部が固定され、大きい方の
段部１１ｃ２に、ゴム、薄い金属板、樹脂材料、ＮＢＲ
等の弾性材からなる筒状のカバー部材１５の端部が固定
されている。上記板バネ１４は、全体がほぼ折り返し状
に形成されているとともに、折り返し部が、カムフォロ
アー１３の直径とほぼ等しい平板部（上記偏心軸１２ａ
の中心軸と垂直な平面上に位置する平板部であり、連結
部材に相当する）１６であり、この平板部１６に続く部
分が平板部１６に対して垂直に折り曲げられ、カムフォ
ロアー１３の周面と係合する。上記カバー部材１５は、
潤滑剤の漏洩を防止するためのものであり、上記平板部
１６と対応する位置において接着等により一体化された
角筒体１６ａを有している。そして、この角筒体１６ａ
の内部に皿バネ、コイルスプリング、スポンジゴムなど
からなる弾性体１７を収容し、弾性体１７の上端部を上
記平板部１６に接触させている。

【００２６】そして、上記角筒体１６ａの下面に対して
機能部材としての砥石１８が設けられている。上記の構
成の振動工具を用いてみがき対象面のみがきを行う場合
において、砥石１８の上下動に対応して弾性体１７が圧
縮され、復元されるので、みがき対象面に対する砥石１
８の追従性を良好にすることができる。また、弾性体１
７よりも先の部分の質量が振動工具全体と比較して著し
く小さいのであるから、振動工具全体をフローティング
支持した場合には吸収することができないような高周波
の振動を確実に吸収することができ、みがき品質、みが
き効率を向上させることができるとともに、砥石１８の
寿命を長くすることができる。さらに、小型軽量化、低
コスト化を達成することができるとともに、砥石１８の
剥離を大幅に低減することができ、しかもみがき時の騒
音を大幅に低減することができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明は、１対の板状弾性部材
の弾性変形により振動動作を行っているのであるから、
ボール・ベアリングを用いる場合のように往復動距離の
下限値の制約がなくなり、振動工具の寿命に影響を与え
ることなく、カムフォロアーの偏心量を小さくして往復
動距離を小さくすることができ、ひいては振動工具によ
り処理可能な範囲の下限を拡大することができ、また、
多数のローラ・ベアリング等に代えて１対の板状弾性部
材および連結部材を採用するのであるから、全体として
大幅な軽量化およびコストダウンを達成することがで
き、さらに、弾性材からなる筒状のカバー部材を有して
いるので、潤滑剤の漏洩を確実に防止すると共に、みが
き屑や砥粒によるカムフォロアーの損傷が防止でき、こ
の面からも振動工具の寿命を長くすることができるとい
う特有の効果を奏する。

【００２８】請求項２の発明は、部品点数を低減するこ
とができ、一層のコストダウンを達成することができる
ほか、請求項１と同様の効果を奏する。

【００２９】請求項３の発明は、高周波の振動を弾性部
材により吸収することができ、みがき品質、みがき効率
を一層向上させることができるとともに、砥石の寿命を
長くすることができ、その他、請求項１または請求項２
と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動工具の一実施例を示す要部切欠
正面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】この発明の振動工具の他の実施例の要部を示す
縦断面図である。

【図４】図３の振動工具を用いたみがき動作を説明する
概略斜視図である。

【図５】この発明の振動工具のさらに他の実施例を示す
一部縦断正面図である。

【図６】同上縦断側面図である。

【符号の説明】

１，１１ 振動工具本体 ２，１２ 回転軸 ３，１３ カムフォロアー ４，１４ 板バネ ５，１５ カバー部材 ６，１６ 平板部（連結部
材） ７，１７ 弾性体 ８，１８ 砥石

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具本体（１）（１１）の所定位置に回
   転自在に設けられた回転軸（２）（１２）に対してカム
   フォロアー（３）（１３）が偏心状態で設けられてあ
   り、１対の板状弾性部材（４）（１４）の一方の端部が
   工具本体（１）（１１）に固定されてあるとともに、他
   方の端部が上記カムフォロアー（３）（１３）を挟む状
   態で連結部材（６）（１６）により一体的に連結されて
   あり、該連結部材（６）（１６）に対して弾性部材
   （７）（１７）を介して、振動しながら所定の加工を行
   なう砥石（８）（１８）が設けられてあるとともに、上
   記カムフォロアー（３）（１３）および板状弾性部材
   （４）（１４）を包囲すべく弾性材からなる筒状のカバ
   ー部材（５）（１５）が設けられてあることを特徴とす
   る振動工具。
2. 【請求項２】 上記1対の板状弾性部材（４）および連
   結部材（６）が1枚の板ばねにより一体に形成されてあ
   る請求項１に記載の振動工具。
3. 【請求項３】 弾性部材（１７）が、砥石（１８）をフ
   ローティング支持するものである請求項１または請求項
   ２に記載の振動工具。