JP5184601B2 - 回転工具 - Google Patents

Description

本発明は、回転駆動された状態でワークに押し付けられる回転工具に関する。

従来、この種の回転工具として、先端部にテーパー面を備え、そのテーパー面をワークにおけるバリ発生部やエッジ部の先端に押し付けた状態で移動することで、バリ取り加工や面取り加工をワークに施すことができる。また、このような面取り加工等は、通常、ロボットやＸＹテーブルを用いたＮＣ制御によって繰り返して実行される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２１９３４７号公報（図１、段落［００１６］，［００１８］）

しかしながら、上記した従来の回転工具を使用して面取り加工等を繰り返した場合、ワークの形状や固定位置のばらつきにより、ワークに対する加工量がばらつくという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ワークの形状や固定位置がばらついても、ワークに対する加工量のばらつきを抑えることが可能な回転工具の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る回転工具は、筒状をなしかつ回転動力を受けて中心軸回りに回転する支持スリーブと、支持スリーブ内に嵌合されかつ先端部がワークを加工するためのワーク当接部となって支持スリーブの先方に突出したコアシャフトと、ワーク当接部に設けられ、コアシャフトの先端側に向かうに従って徐々に中心軸側に接近した傾斜面と、コアシャフトを支持スリーブの先端側に付勢する押圧付勢手段と、支持スリーブに対してコアシャフトがワークから受ける負荷トルクの方向に回動したときに、回動しながら基端側に直動するように支持スリーブとコアシャフトとを係合した基端側ガイド螺合手段とを備えたところに特徴を有する。

請求項２の発明に係る回転工具は、筒状をなしかつ回転動力を受けて中心軸回りに回転する支持スリーブと、支持スリーブ内に嵌合されかつ先端部がワークを加工するためのワーク当接部となって支持スリーブの先方に突出したコアシャフトと、ワーク当接部に設けられ、コアシャフトの先端側に向かうに従って徐々に中心軸から離れた傾斜面と、コアシャフトを支持スリーブの先端側に付勢する引張付勢手段と、支持スリーブに対してコアシャフトがワークから受ける負荷トルクの方向に回動したときに、回動しながら先端側に直動するように支持スリーブとコアシャフトとを係合した先端側ガイド螺合手段とを備えたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の回転工具において、支持スリーブの中心軸と直交する線と平行な基準直線上に配置されて、支持スリーブ内を横切った１対のバー装着孔を形成し、コアシャフトの側面に形成されて、螺旋状に湾曲した螺旋面と、１対のバー装着孔に挿入されて軸方向の中間部が支持スリーブ内を横切った状態になりかつ螺旋面に宛がわれた係合バーとから基端側ガイド螺合手段又は先端側ガイド螺合手段を構成したところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項３に記載の回転工具において、基端側ガイド螺合手段又は先端側ガイド螺合手段を、コアシャフトの中心軸に対して軸対称となる２位置に配置したところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項３又は４に記載の回転工具において、支持スリーブの外周面には、バー装着孔との交差部分を含む位置にリング溝が形成され、リング溝に弾性リングが装着されたところに特徴を有する。

請求項１の回転工具は、支持スリーブと共にコアシャフトを回転させた状態でコアシャフトのワーク当接部における傾斜面をワークに押し付けることで、ワークの一部を除去する加工を行うことができる。このとき、コアシャフトがワークから受ける負荷トルクが基端側ガイド螺合手段によって支持スリーブの基端側を向いた螺合推進軸力に変換され、その螺合推進軸力の大きさに応じた直動位置にコアシャフトが配置される。そして、負荷トルクが大きくなる側にワークの形状や固定位置がばらついた場合には、コアシャフトが支持スリーブの基端側に更に移動して負荷トルクの上昇が抑えられる。一方、負荷トルクが小さく側にワークの形状や固定位置がばらついた場合には、押圧付勢手段によりコアシャフトが支持スリーブの先端側に移動して負荷トルクの降下が抑えられる。このように、本発明の回転工具によれば、ワークの形状や固定位置のばらつきによる負荷トルクの変動を抑えるようにコアシャフトが変位することで、ワークに対する加工量のばらつきを抑えることが可能になる。

請求項２の回転工具は、支持スリーブと共にコアシャフトを回転させた状態でコアシャフトのワーク当接部における傾斜面をワークに押し付けることで、ワークの一部を除去する加工を行うことができる。このとき、コアシャフトがワークから受ける負荷トルクが先端側ガイド螺合手段によって支持スリーブの先端側を向いた螺合推進軸力に変換され、その螺合推進軸力の大きさに応じた直動位置にコアシャフトが配置される。そして、負荷トルクが大きくなる側にワークの形状や固定位置がばらついた場合には、コアシャフトが支持スリーブの先端側に更に移動して負荷トルクの上昇が抑えられる。一方、負荷トルクが小さくなる側にワークの形状や固定位置がばらついた場合には、引張付勢手段によりコアシャフトが支持スリーブの基端側に移動して負荷トルクの降下が抑えられる。このように、本発明の回転工具によれば、ワークの形状や固定位置のばらつきによる負荷トルクの変動を抑えるようにコアシャフトが変位することで、ワークに対する加工量のばらつきを抑えることが可能になる。

上記した基端側ガイド螺合手段又は先端側ガイド螺合手段は、コアシャフト又は支持スリーブの何れか一方に螺旋溝を形成する一方、他方に螺旋溝に係合するピンを設けた構成にしてもよいし、請求項３の発明のように、コアシャフトの側面に形成された螺旋面と、支持スリーブ内を横切った状態で螺旋面に宛がわれた係合バーとから基端側ガイド螺合手段又は先端側ガイド螺合手段を構成してもよい。この請求項３の構成によれば、螺旋溝とピンとを係合させたものに比べてスムーズにコアシャフトを支持スリーブに対して螺合推進させることができる。

請求項４の構成によれば、基端側ガイド螺合手段又は先端側ガイド螺合手段を、コアシャフトの中心軸に対して軸対称となる２位置に配置したので、コアシャフトと支持スリーブとの間に作用する力が分散されて、コアシャフトを支持スリーブに対してスムーズに螺合推進させることができる。

請求項５の構成によれば、支持スリーブの外周面にリング溝に装着した弾性リングによって係合バーを容易に抜け止めすることができる。

本発明の第１実施形態に係る回転工具の側面図 回転工具の側断面図 ベースシャフトの側断面図 図２のＡ−Ａ切断面における回転工具の平断面図 コアシャフトの側面図 コアシャフトの外周面の展開図 コアシャフトの先端部の側面図 本発明の第２実施形態に係る回転工具の側断面図 コアシャフトの先端部の側面図

［第１実施形態］
以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の回転工具１０は、ベースシャフト１１にコアシャフト２０を組み付けた構成になっている。

図３に示すように、ベースシャフト１１は、軸方向の中間部より先端側が本発明に係る支持スリーブ１４をなす一方、中間部より基端側がロータ接続部１２になっている。また、これら支持スリーブ１４及びロータ接続部１２は共に円筒状になっていて、ロータ接続部１２より支持スリーブ１４の外径が大きくなっている。なお、ベースシャフト１１の中間部は、ロータ接続部１２から支持スリーブ１４に向かって徐々に拡径したテーパー部１３になっている。

支持スリーブ１４の内側は、コアシャフト２０が嵌合するコア嵌合孔１５になっている。コア嵌合孔１５は、略均一の内径をなして支持スリーブ１４の先端から基端寄り位置まで延び、コア嵌合孔１５の奥面１５Ｋからベースシャフト１１の基端面までコア嵌合孔１５より内径が小さい中心孔１６が貫通形成されている。

図４に示すように、支持スリーブ１４には、中心軸Ｊ１と直交する直線Ｓ１と平行な１対の直線Ｓ２，Ｓ２（以下、「第１基準線Ｓ２，Ｓ２」という）上にそれぞれバー装着孔１９，１９が貫通形成されている。詳細には、第１基準線Ｓ２，Ｓ２は、コア嵌合孔１５の内面に接する位置より僅かに中心軸Ｊ１寄りにずれてコア嵌合孔１５の内部を横切っていて、各バー装着孔１９の軸方向における中間部が、コア嵌合孔１５内で開放している。そして、両バー装着孔１９，１９に係合バー３０，３０が挿入されて、それら係合バー３０，３０における軸方向の中央部が支持スリーブ１４の内部空間を横切った状態になっている。

図３に示すように、支持スリーブ１４の外周面には、バー装着孔１９の開口を含む位置に断面半円形のリング溝１７が形成されている。そして、そのリング溝１７に図２に示した弾性リング１８が装着されることで、係合バー３０がバー装着孔１９内に抜け止めされている。また、その弾性リング１８は、所定長のバネ鋼線材を変形に１巻きだけ巻回してなり、自然状態に対して若干拡径した状態でリング溝１７に装着されている。

図５に示すように、コアシャフト２０は、全体が断面円形の略円柱状をなしている。そして、コアシャフト２０が基端側から支持スリーブ１４内に嵌合され、コアシャフト２０の先端部が支持スリーブ１４から先方に突出している。なお、コアシャフト２０における基端面２０Ｋの中心部からは、コアシャフト２０の同軸上にバネガイドシャフト２９が延びている。

支持スリーブ１４から突出したコアシャフト２０の先端部は、略円錐状のワーク当接部２１になっている。また、ワーク当接部２１には、円錐体の頂点から基端側に延びた複数の段差部２１Ｄが形成され、円錐体の傾斜面２１Ｓと段差部２１Ｄとが交差するエッジ部に切削刃２２が備えられている。

コアシャフト２０における基端寄り位置には、１対の螺旋面２４，２４が設けられている。これら１対の螺旋面２４，２４は、図６の展開図に示すように、コアシャフト２０の周面に１８０度の間隔をあけて配置されている。即ち、１対の螺旋面２４，２４は、コアシャフト２０の中心軸Ｊ１に対して軸対称となる位置に配置され、図４に示すように係合バー３０，３０と線接触している。

ここで、螺旋面２４，２４は、例えば、係合バー３０と略同一の外径を有した図５に示す１対のカッタ２６，２６にてコアシャフト２０に加工されている。具体的には、カッタ２６，２６をコアシャフト２０における軸方向の第１位置Ｐ１に両側方から押し付け、それらカッタ２６，２６の中心軸が、コアシャフト２０に対して前記した第１基準線Ｓ２，Ｓ２と同一の位置に到ったら、カッタ２６，２６を第１位置Ｐ１からコアシャフト２０の先端側に距離Ｌ１だけずらした第２位置Ｐ２に向けて、コアシャフト２０に対して相対的に直動させながら、コアシャフト２０の回転軸Ｊ１の回りに捻れ角θ１（図６参照）だけ相対回転させる。換言すれば、カッタ２６，２６を、コアシャフト２０に対して単位直動距離だけ相対的に直動させるごとにコアシャフト２０の回転軸Ｊ１回りに単位回転角Δθ（＝θ１／Ｌ１）だけ回転させて第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２まで移動する。このようにして、１対の螺旋面２４，２４がコアシャフト２０に形成されている。そして、１対の螺旋面２４，２４は、係合バー３０，３０に線接触し、それらの線接触状態を維持してコアシャフト２０を支持スリーブ１４に対して回動させることができるようになっている。

本実施形態では、上記した螺旋面２４と係合バー３０とから本発明に係る基端側ガイド螺合手段２５が構成され、その基端側ガイド螺合手段２５が対をなして軸対称に配置されている。そして、これら基端側ガイド螺合手段２５，２５により、コアシャフト２０は、ベースシャフト１１に対して回転しながら直動するように係合している。より具体的には、ベースシャフト１１に対してコアシャフト２０を先端側から見て時計回り方向に回転したときに、コアシャフト２０がベースシャフト１１の基端側に向かって移動するようにベースシャフト１１とコアシャフト２０とが係合している。また、図５に示すように、各螺旋面２４の両端部には、カッタ２６の外径に対応した円弧溝状のストッパ面２４Ａ，２４Ｂが形成されている。これにより、螺旋面２４の両端部で係合バー３０が位置決めされる。即ち、ベースシャフト１１に対するコアシャフト２０の直動範囲が第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の距離Ｌ１に制限されている。

図２に示すように、コアシャフト２０の基端面２０Ｋとコア嵌合孔１５の奥面１５Ｋとの間には、圧縮コイルバネ４０（本発明の「押圧付勢手段」に相当する）が突っ張った状態で収容され、これによりコアシャフト２０が支持スリーブ１４の先端側に付勢されている。また、圧縮コイルバネ４０は、伸縮する際にバネガイドシャフト２９に案内され、これにより圧縮コイルバネ４０の伸縮量に対する弾発力が安定するようになっている。

本実施形態の回転工具１０の構成に関する説明は以上である。次に、この回転工具１０の作用効果について説明する。本実施形態の回転工具１０は、ベースシャフト１１のロータ接続部１２が回転駆動装置に接続され、図７に示すように、回転工具１０の先端側から見て反時計回り方向の回転動力Ｔｎを回転駆動装置から受けて回転駆動される。そして、その回転状態でワーク当接部２１における傾斜面２１ＳをワークＷのエッジ部Ｅの先端に押し付け、エッジ部Ｅに沿って移動することで、ワークＷに面取り加工を施すことができる。このとき、コアシャフト２０は回転駆動装置からの回転動力Ｔｎとは逆向きの負荷トルクＴｒをワークＷから受ける。そして、その負荷トルクＴｒが基端側ガイド螺合手段２５によって支持スリーブ１４の基端側を向いた螺合推進軸力Ｆ１に変換され、その螺合推進軸力Ｆ１の大きさに応じた直動位置にコアシャフト２０が配置される。

詳細には、コアシャフト２０は、負荷トルクＴｒに加えてワークＷから押圧反力Ｎを受ける。また、その押圧反力Ｎはコアシャフト２０の傾斜面２１Ｓによって支持スリーブ１４の基端側に向かう押し戻し軸力Ｆ２に変換される。そして、コアシャフト２０は、押し戻し軸力Ｆ２と螺合推進軸力Ｆ１との和と圧縮コイルバネ４０の弾発力とが釣り合った直動位置に配置される。

ここで、回転工具１０をワークＷのエッジ部Ｅに沿って移動する間に、例えば、負荷トルクＴｒが大きくなる側にワークＷの形状や固定位置がばらついた場合には、コアシャフト２０が支持スリーブ１４の基端側に移動して負荷トルクＴｒの上昇が抑えられる。一方、負荷トルクＴｒが小さく側にワークＷの形状や固定位置がばらついた場合には、圧縮コイルバネ４０によりコアシャフト２０が支持スリーブ１４の先端側に移動して負荷トルクＴｒの降下が抑えられる。

このように、本実施形態の回転工具１０によれば、ワークＷの形状や固定位置のばらつきによる負荷トルクＴｒの変動を抑えるようにコアシャフト２０が変位することで、ワークＷに対する加工量のばらつきを抑えることが可能になる。

［第２実施形態］
本実施形態の回転工具１０Ｖは、図８及び図９に示されており、コアシャフト２０Ｖが圧縮コイルバネ４０Ｖ（本発明の「引張付勢手段」に相当する）によってベースシャフト１１の基端側に付勢されている点及び、コアシャフト２０Ｖが負荷トルクＴｎを受けるとベースシャフト１１の先端側に移動する点が第１実施形態の回転工具１０と異なる。

具体的には、ベースシャフト１１Ｖにおけるコア嵌合孔１５の内側面には、軸方向の中間部から内側に張り出した円環壁４３が備えられている。これに対し、コアシャフト２０Ｖは、螺旋面２４，２４を有したコアシャフト本体２０Ｈと、コアシャフト本体２０Ｈの基端面の中心から延びた中継軸部５０と、中継軸部５０の基端部から側方に張り出した基端フランジ５１とを備えてなる。そして、中継軸部５０が円環壁４３に挿通した状態で基端フランジ５１がコア嵌合孔１５の奥部に収容され、その基端フランジ５１と円環壁４３との間に圧縮コイルバネ４０Ｖが突っ張り状態に装着されている。

なお、圧縮コイルバネ４０Ｖ及び基端フランジ５１をコア嵌合孔１５における円環壁４３より奥側に収容するために、ベースシャフト１１Ｖは、支持スリーブ１４の基端部で先端側構成部１１Ａと基端側構成部１１Ｂとに２分割されかつそれらが螺合結合されると共に、基端フランジ５１が中継軸部５０に対して螺合結合されている。

コアシャフト２０Ｖのワーク当接部４１は、先端に向かって拡径した円錐形になっている。そして、ワーク当接部４１に形成された複数の段差部４１Ｄと円錐体の傾斜面４１Ｓとが交差するエッジ部が切削刃４２になっている。

螺旋面２４及び係合バー３０は、前記第１実施形態のそれらと同じ構造である。しかしながら、回転工具１０Ｖは、第１実施形態の回転工具１０とは逆向きの回転動力Ｔｍを回転駆動装置から受けて回転駆動される。これにより、螺旋面２４及び係合バー３０によって、前記実施形態の基端側ガイド螺合手段２５とは異なる本発明の先端側ガイド螺合手段２７が構成され、コアシャフト２０Ｖが負荷トルクＴｒを受けることで、コアシャフト２０Ｖがベースシャフト１１Ｖの先端側に直動するようになっている。

本実施形態の回転工具１０Ｖの構成に関する説明は以上である。次に、回転工具１０Ｖの作用効果について説明する。図９に示すように、回転工具１０Ｖを回転駆動した状態で、ワーク当接部４１の傾斜面４１ＳをワークＷのエッジ部Ｅの先端に押し付けて移動することで、ワークＷに面取り加工を施すことができる。このとき、コアシャフト２０Ｖは回転動力Ｔｍとは逆向きの負荷トルクＴｒをワークＷから受ける。そして、その負荷トルクＴｒが先端側ガイド螺合手段２７によって支持スリーブ１４の基端側を向いた螺合推進軸力Ｆ３に変換され、その螺合推進軸力Ｆ３の大きさに応じた直動位置にコアシャフト２０Ｖが配置される。詳細には、負荷トルクＴｒによる螺合推進軸力Ｆ３とワークＷから押圧反力Ｎの軸方向成分である押し戻し軸力Ｆ４との和と圧縮コイルバネ４０Ｖの弾発力とが釣り合った直動位置に配置される。

ここで、回転工具１０ＶをワークＷのエッジ部Ｅに沿って移動する間に、例えば、負荷トルクＴｒが大きくなる側にワークＷの形状や固定位置がばらついた場合には、コアシャフト２０Ｖが支持スリーブ１４の先端側に移動して負荷トルクＴｒの上昇が抑えられる。一方、負荷トルクＴｒが小さく側にワークＷの形状や固定位置がばらついた場合には、圧縮コイルバネ４０によりコアシャフト２０Ｖが支持スリーブ１４の基端側に移動して負荷トルクＴｒの降下が抑えられる。

このように、本実施形態の回転工具１０Ｖによっても、ワークＷの形状や固定位置のばらつきによる負荷トルクＴｒの変動を抑えるようにコアシャフト２０Ｖが変位することでワークＷに対する加工量のばらつきを抑えることが可能になる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１及び第２の実施形態では、中心孔１６を通してコア嵌合孔１５内にガスを供給してコアシャフト２０を先端側に付勢してもよいし、中心孔１６を通してコア嵌合孔１５内のガスを吸引してコアシャフト２０Ｖを基端側に付勢してもよい。

（２）前記第１及び第２の実施形態の回転工具１０，１０Ｖのワーク当接部２１，４１は、切削刃２２，４２を備えていたが、ワーク当接部２１，４１を旋削刃を有しない砥石にしてもよい。

１０，１０Ｖ 回転工具
１４ 支持スリーブ
２０，２０Ｖ コアシャフト
２１，４１ ワーク当接部
２１Ｓ，４１Ｓ 傾斜面
２４ 螺旋面
２５ 基端側ガイド螺合手段
２７ 先端側ガイド螺合手段
３０ 係合バー
４０ 圧縮コイルバネ（押圧付勢手段）
４０Ｖ 圧縮コイルバネ（引張付勢手段）

Claims (5)

1. 筒状をなしかつ回転動力を受けて中心軸回りに回転する支持スリーブと、
   前記支持スリーブ内に嵌合されかつ先端部がワークを加工するためのワーク当接部となって前記支持スリーブの先方に突出したコアシャフトと、
   前記ワーク当接部に設けられ、前記コアシャフトの先端側に向かうに従って徐々に中心軸側に接近した傾斜面と、
   前記コアシャフトを前記支持スリーブの先端側に付勢する押圧付勢手段と、
   前記支持スリーブに対して前記コアシャフトが前記ワークから受ける負荷トルクの方向に回動したときに、回動しながら基端側に直動するように前記支持スリーブと前記コアシャフトとを係合した基端側ガイド螺合手段とを備えたことを特徴とする回転工具。
2. 筒状をなしかつ回転動力を受けて中心軸回りに回転する支持スリーブと、
   前記支持スリーブ内に嵌合されかつ先端部がワークを加工するためのワーク当接部となって前記支持スリーブの先方に突出したコアシャフトと、
   前記ワーク当接部に設けられ、前記コアシャフトの先端側に向かうに従って徐々に中心軸から離れた傾斜面と、
   前記コアシャフトを前記支持スリーブの先端側に付勢する引張付勢手段と、
   前記支持スリーブに対して前記コアシャフトが前記ワークから受ける負荷トルクの方向に回動したときに、回動しながら先端側に直動するように前記支持スリーブと前記コアシャフトとを係合した先端側ガイド螺合手段とを備えたことを特徴とする回転工具。
3. 前記支持スリーブの前記中心軸と直交する線と平行な基準直線上に配置されて、前記支持スリーブ内を横切った１対のバー装着孔を形成し、
   前記コアシャフトの側面に形成されて、螺旋状に湾曲した螺旋面と、前記１対のバー装着孔に挿入されて軸方向の中間部が前記支持スリーブ内を横切った状態になりかつ前記螺旋面に宛がわれた係合バーとから前記基端側ガイド螺合手段又は前記先端側ガイド螺合手段を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転工具。
4. 前記基端側ガイド螺合手段又は前記先端側ガイド螺合手段を、前記コアシャフトの中心軸に対して軸対称となる２位置に配置したことを特徴とする請求項３に記載の回転工具。
5. 前記支持スリーブの外周面には、前記バー装着孔との交差部分を含む位置にリング溝が形成され、前記リング溝に弾性リングが装着されたことを特徴とする請求項３又は４に記載の回転工具。

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