JP7319439B1 - バリ取り工具 - Google Patents

Abstract

【課題】スライドシャフトの伸縮がワーク形状に追従するバリ取り工具を提供する。
【解決手段】バリ取り工具１０は、シリンダ穴１１ｃを有するボディ１１と、シリンダ穴１１ｃの内部に突出する回り止め体１５と、先端工具１７ｃを装着可能であり、シリンダ穴１１ｃの内部を往復する円筒状のスライドシャフト１７ａと、スライドシャフト１７ａを切込み方向２に付勢する弾性体１９とを有する。スライドシャフト１７ａは、回り止め体１５が挿入され、回り止め体１５に対してスライドシャフト１７ａが軸方向に変位可能な変位幅ｗを有し、ボディ１１に対して切削抵抗を受ける方向θに進むにつれて切込み方向２と逆方向に移動するガイド溝１７ｂを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、バリ取り工具に関する。

特開２０１２－７１３８７号（以下、特許文献１）には、回転工具が開示されている。特許文献１の回転工具では、回転動力を受ける支持スリーブ内に、支持スリーブの先端側に付勢され、ワーク当接部を支持スリーブの先方に突出させたコアシャフトが嵌合される。支持スリーブとコアシャフトとの間の基端側ガイド螺合手段により、コアシャフトがワークから負荷トルクを受けると、コアシャフトは、支持スリーブに対して回動しながら支持スリーブ内の基端側に直動する。

特許文献１の工具を用いてバリ取りするときに、支持スリーブに対するバリの発生部位の距離が変動する場合、コアシャフトの伸縮が追従できず、バリ取りできない場合がある。
本発明は、バリ取りの対象部位と支持スリーブ（ボディ）との距離が変動する場合であっても、コアシャフト（スライドシャフト）の伸縮がワーク形状に追従するバリ取り工具を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、
シリンダ穴を有するボディと、
前記シリンダ穴の内部に突出する回り止め体と、
先端工具を装着可能であり、前記シリンダ穴の内部を往復する円筒状のスライドシャフトであって、
外筒面に配置され、前記回り止め体が挿入されるガイド溝であって、前記回り止め体に対して前記スライドシャフトが軸方向に変位可能な変位幅を有し、前記ボディに対して切削抵抗を受ける方向に進むにつれて前記先端工具の切込み方向と逆方向にスライドシャフトを移動するガイド溝、
を有するスライドシャフトと、
前記スライドシャフトを前記切込み方向に付勢する弾性体と、
を有する、バリ取り工具である。

好ましくは、スライドシャフトは、複数のガイド溝を有する。複数のガイド溝は、ボディの中心軸について回転対称に配置される。スライドシャフトは、回り止め体の数の整数倍のガイド溝を有しても良い。
スライドシャフトの角変位に対する変位量の変位幅は、角変位に対して変動しても良い。変位幅は、スライドシャフトが切込み方向の端部（自然な位置）で最も狭く、スライドシャフトが切込み方向の逆方向に進むにつれて広くなっても良い。例えば、スライドシャフトが切込み方向の端部にある位置を原点とし、変位幅を角変位量に対する一次関数としても良い。

好ましくは、バリ取り工具は、複数の回り止め体を有する。複数の回り止め体は、ボディの中心軸について回転対称に配置される。回り止め体は、ボディの半径方向に延びるピンでも良い。ピンは、シリンダ穴の内方に突出する。
スライドシャフトと先端工具は、一体に構成されても良い。先端工具は、ブラシや砥石でも良い。

本発明のバリ取り工具によれば、バリ取りの対象部位がボディから離れる場合であっても、スライドシャフトの伸縮がワークの形状に追従する。

実施形態１のバリ取り工具の縦断面図 実施形態１のスライド工具の正面図 実施形態１のスライドシャフトの変位曲線 実施形態１のバリ取り工具の使用状況 図４の使用状況におけるスライド工具の変位量を示す変位曲線 実施形態２のバリ取り工具の縦断面図 実施形態２のスライド工具の正面図 実施形態３のスライド工具の正面図 実施形態３のスライドシャフトの変位曲線

（実施形態１）
図１に示すように、本実施形態のバリ取り工具１０は、ボディ１１と、トリガー１３と、ボール（回り止め体）１５と、スライド工具１７と、圧縮コイルばね（弾性体）１９と、を有する。なお、トリガー１３は、省いても良い。図１の右半分は、トリガー１３が加工位置３に位置し、スライド工具１７がボディ１１に装着された状態を示す。図１の左半分は、トリガー１３が脱着位置５に位置し、スライド工具１７がボディ１１から取り外される途中の状態を示す。バリ取り工具１０の切込み方向２は、先端方向である。バリ取り工具１０は、先端方向（図１の下方）に向かって見たときに、時計方向に回転する。バリ取り工具１０は、先端方向に向かってバリを削り取る。バリ取り工具１０は、バリ取り工具１０からみてワーク７（図４参照）の表側のバリ取りを行う。

ボディ１１は、中心軸１を中心とする中空円筒状である。ボディ１１は、シャンク１１ａと、シリンダ１１ｂと、複数の回り止め穴１１ｄとを有する。シャンク１１ａは、シリンダ１１ｂに接続される。シリンダ１１ｂは、円形の断面を有する。シリンダ１１ｂは、シリンダ穴１１ｃを有する。シリンダ穴１１ｃは、ボディ１１の先端に開口する。シリンダ穴１１ｃは、中心軸１に沿って延びる。回り止め穴１１ｄは、シリンダ１１ｂの中央部において、シリンダ１１ｂの外筒面からシリンダ穴１１ｃに貫通する。複数の回り止め穴１１ｄは、中心軸１に対して回転対称に配置される。

図２に示すように、スライド工具１７は、スライドシャフト１７ａと、ガイド溝１７ｂと、先端工具１７ｃと、を有する。
スライドシャフト１７ａは、円筒状である。スライドシャフト１７ａは、シリンダ穴１１ｃに摺動するように挿入される。
ガイド溝１７ｂは、らせん状である。ガイド溝１７ｂは、スライドシャフト１７ａの外筒面に配置される。スライド工具１７は、図２では上から下に向かってみて反時計回りに切削抵抗を受ける。そのため、ガイド溝１７ｂは、全体として、バリ取り工具１０の回転方向の逆方向（＋θ）に進むにつれて、切込み方向２の逆方向（図２では上方）に向かうらせんを描く。好ましくは、スライド工具１７は、複数のガイド溝１７ｂを有する。複数のガイド溝１７ｂは、中心軸１に対して回転対称に配置される。
先端工具１７ｃは、スライドシャフト１７ａの先端に配置される。先端工具１７ｃは、スライドシャフト１７ａに交換可能に装着されても良い。先端工具１７ｃは、先端工具１７ｃの先端方向に切り刃１７ｄを有する。

図１に示すように、ボール１５は、回り止め穴１１ｄにそれぞれ挿入される。ボール１５は、トリガー１３によって半径方向内方に支持される。ボール１５の直径は、回り止め穴１１ｄの直径に実質的に等しい。例えば、ボール１５の直径は、２～５ｍｍである。ボール１５は、ガイド溝１７ｂに挿入され、スライドシャフト１７ａの運動を規制する。ボール１５は、ガイド溝１７ｂの底面又は側面と接触して、スライドシャフト１７ａに対して滑り運動をする。ボール１５は、ボディ１１の回転およびトルクを、スライド工具１７に伝達する。ガイド溝１７ｂは、ボール１５に対して軸方向に広がりを有する。スライドシャフト１７ａは、ボディ１１に対して、ガイド溝１７ｂに沿ったらせん運動と、軸方向の往復運動をできる。

トリガー１３は、押さえ面１３ａと、逃がし部１３ｂと、を有する。トリガー１３は、中空円筒状である。トリガー１３は、ボディ１１の外周を囲む。トリガー１３は、ボディ１１に対して軸方向に、加工位置３と脱着位置５との間を往復する。
図１の右半面に示すように、トリガー１３が加工位置３に位置するときに、押さえ面１３ａは、ボール１５を径方向内側のガイド溝１７ｂに対して押さえる。バリ取り工具１０が回転したときに、ボール１５が遠心力で径方向外側に移動しないように、押さえ面１３ａは、ボール１５を保持する。
図１の左半面に示すように、トリガー１３が脱着位置５に位置するときに、逃がし部１３ｂは、回り止め穴１１ｄの径方向外側に位置する。このとき、ボール１５は、径方向外側に移動して逃し部１３ｂに収納される。ボール１５は、シリンダ穴１１ｃから完全に抜けて、スライド工具１７がシリンダ穴１１ｃから外される。このとき、スライド工具１７をシリンダ穴１１ｃに装着できる。
なお、通常の状態においてトリガー１３が加工位置３に位置するように、トリガー１３が弾性体によって付勢されても良い。トリガー１３は、ねじ、止め輪その他の締結体によってボディ１１に締結されても良い。

圧縮コイルばね１９は、シリンダ穴１１ｃとスライド工具１７との間に装着される。圧縮コイルばね１９は、スライド工具１７を先端方向に付勢する。

図３は、ボディ１１に対するスライドシャフト１７ａの位置と、回転角との関係を示す。縦軸は、スライドシャフト１７ａの軸方向の変位量ｈ（図１参照）であり、スライド工具１７の切込み方向２を負とする。横軸は、スライドシャフト１７ａの角変位θ（図１参照）であり、バリ取り工具１０の回転方向（図１の下方向に向かって時計回り）を負とする。スライドシャフト１７ａは、図３のハッチングされた領域２１ａ内を移動する。領域２１ａにおいて、変位量ｈは、任意の角変位θに対して、一定の変位幅ｗを有する。変位幅ｗの上端と下端２１ｂにおいて、スライドシャフト１７ａの角変位θに対して変位量ｈが比例関係にあって良い。このとき、変位量ｈの下端２１ｂ及び上端は、それぞれ同一のリード角α（図２参照）を有する。リード角αは、２０度～４５度である。例えば、変位幅ｗは、１ｍｍ～３ｍｍ（両端含む）である。変位幅ｗは、スライドシャフト１７ａが移動するときに、スライドシャフト１７ａが軸方向に逃げようとする量で決定される。変位幅ｗが大きすぎると、切削トルクＴに応じて変位量ｈが応答しにくくなる。また、変位幅ｗが小さすぎると、先端工具１７ｃがワーク７に接触するときや、ワーク7から離間するときに、スライドシャフト１７ａがスムーズに移動しにくい。

スライドシャフト１７ａは、らせん方向と、軸方向の２つの自由度を有する。ボディ１１に対するスライド工具１７の回転方向の位置が変化しない場合には、スライド工具１７は、軸方向に変位幅ｗだけ移動できる。スライド工具１７は、ボディ１１に対してらせん方向に沿って、長さＳだけ移動できる。

シャンク１１ａは、工作機械やロボットに装着される。例えば、マシニングセンター（不図示）の主軸にシャンク１１ａが装着されて、バリ取り工具１０が回転する。回転するバリ取り工具１０の先端工具１７ｃがワーク７に当てられた状態で、横引きして、バリ取りを行う。
図４は、バリ取り工具１０によってワーク７をバリ取りする状況を示す。ワーク７は、階段状のバリ取り対象部位７ａを有する。ワーク７は、テーブル（不図示）に固定される。バリ取り工具１０を回転させて、ワーク７の平面形状に沿って、平面上でバリ取り工具１０を動かす。すると、スライド工具１７は、ボディ１１に対して伸縮して、バリ取り対象部位７ａに倣う。

図５は、加工開始時、及び加工中における、スライドシャフト１７ａの角変位θと変位量ｈの関係を示す。図５は、ボディ１１と共に動く観測者から見た、スライドシャフト１７ａの位置を示す。バリ取り工具１０は、高回転数（例えば、毎分１０，０００～３０，０００回転）で回転し、切削トルクＴや圧縮コイルばねの弾性力を受けて切削する。

自然な状態では、圧縮コイルばね１９によってスライド工具１７が先端方向に押し付けられ、ボール１５は、ガイド溝１７ｂの基端方向の端部に位置する。バリ取り工具１０が回転しながら、ボディ１１がワーク７に向かって近づく。先端工具１７ｃがワーク７に押し付けられると、先端工具１７ｃはワーク７から切削トルクＴを受ける。スライドシャフト１７ａの回転速度がボディ１１の回転速度に対して少し低くなりながら、スライド工具１７は基端方向に縮む。このとき、スライドシャフト１７ａは、軌跡３１ａを通る。そして、スライドシャフト１７ａの回転の遅れにより、ボール１５がガイド溝１７ｂに当たる。このとき、スライドシャフト１７ａは、例えば、軌跡３１ｂを通る。そして、ボディ１１からスライド工具１７に、ボール１５を介してトルクが伝達される。
押付け量が大きい場合、スライド工具１７の加工開始時に、スライド工具１７は、例えば、軌跡３２を通る。

ボディ１１からスライド工具１７にトルクが伝達されるとき、スライド工具１７は、領域２１ａの下端２１ｂに沿って位置する。加工途中においては、切削条件に応じて、様々な軌跡を通る。スライド工具１７が緩やかに伸縮する場合、及び、スライド工具１７が実際にワーク７を加工している場合には、スライド工具１７は、主として、下端２１ｂの近傍（ドットで示された領域３３として図示）に位置する。スライド工具１７を基準に観測すると、ボール１５は、スライド溝の基端（切込み方向の反対側）の近傍を通過する。
加工途中でスライド工具１７が大きく縮む場合には、例えば、スライド工具１７は、軌跡３５のように移動する。また、スライド工具１７が急激に伸びる場合には、スライド工具１７は軌跡３７を通る。ここで、軌跡３７において、破線部分の軌跡は、必ずしも図示したものには限られない。例えば、軌跡３７は、破線に示すように、－θ方向に移動する場合がある。また、軌跡３７の破線部分において、スライド工具１７が瞬間的に上方へ跳ね上がる場合がある。

ここで、式（１）に示すように、変位量ｈは、切削トルクＴと、圧縮コイルばね１９から受ける弾性力と、リード角αのバランスによって定まる。

ここで、
Ｆ_０：スライド工具が受ける垂直方向の反力
Ｔ：切削トルク
ｒ：スライドシャフト１７ａの半径
α：リード角
ｋ：圧縮コイルばね１９のばね定数
ｈ_０：圧縮コイルばね１９のセット時の縮み量
ｈ：変位量

特許文献１のように、コアシャフトの運動がらせん方向の１つの自由度しか有さない場合、切り刃がワーク７に接触したときに、コアシャフトが支持スリーブに対して、回転を伴わずに伸縮できない。すなわち、コアシャフトは、切削トルクの変動によってのみ、支持スリーブに対して回転する。すると、特許文献１の工具では、切削トルクの変動がなければ、コアシャフトが伸縮できない。そのため、バリ取り対象部位７ａと支持スリーブの距離が変化するときに、コアシャフトの伸縮が追従しにくい場合がある。
例えば、コアシャフトがワークに最初に接触したときに、コアシャフトがらせん方向へスムーズに運動できず、強くワークに当たる場合がある。この場合、コアシャフトが受けるばねの弾性力とワークへの食い込みからの切削トルクが振動して、コアシャフトが振動しやすい。この場合、加工面が滑らかにならない。
また、スリーブに対して急激にワークが離れたときに、コアシャフトの伸びが追従せず、ワークから離れる場合がある。この場合、面取り量が小さくなりやすく、バリが残留しやすい。

他方、本実施形態のバリ取り工具１０によれば、ガイド溝１７ｂは上下に変位幅ｗを有する。そのため、ワーク７から先端工具１７ｃが受ける切削トルクや、圧縮コイルばね１９の伸縮量に応じて、ボディ１１に対してスライドシャフト１７ａがらせん方向と往復方向の２方向に自在に運動する。つまり、切削トルクの変動がない場合であっても、スライドシャフト１７ａは伸縮できる。そのため、バリ取り対象部位７ａとボディ１１の距離が変化するときに、スライドシャフト１７ａの伸縮がワーク７に追従しやすい。そのため、スライド工具１７がワーク７に最初に接触するときに、振動が発生することを抑制できる。また、ワーク７が急激にボディ１１から離れる局面において、加工量が一定に保たれやすい。

（実施形態２）
図６に示すように、本実施形態のバリ取り工具１００は、ボディ１１と、トリガー１３と、ボール１５と、スライド工具１１７と、圧縮コイルばね（弾性体）１１９と、ポスト１２１と、を有する。スライド工具１１７は、基端方向に切り刃１１７ｄを有する。バリ取り工具１００の切込み方向２は、基端方向である。バリ取り工具１００は、先端方向（図６の下方）に向かって見たときに、時計方向に回転する。バリ取り工具１００は、基端方向に向かってバリを削り取る。バリ取り工具１００は、バリ取り工具１００からみてワーク７の裏側のバリ取りを行う。

ポスト１２１は、ばねガイド１２１ａと、ばね押さえ１２１ｂと、を有する。ばねガイド１２１ａは、シリンダ穴１１ｃの底面から、中心軸１に沿って先端方向に延びる。ばね押さえ１２１ｂは、円板状や円柱状であり、ばねガイド１２１ａの先端部に配置される。

図７に示すように、スライド工具１１７は、スライドシャフト１１７ａと、ガイド溝１１７ｂと、先端工具１１７ｃと、ステム１１７ｅと、くびれ部１１７ｆと、ばね室１１７ｇと、ストッパ１１７ｈと、を有する。スライドシャフト１１７ａは、実施形態１のスライドシャフト１７ａと実質的に同一である。
ステム１１７ｅと、くびれ部１１７ｆと、先端工具１１７ｃは、この順で、スライドシャフト１１７ａの先端部に配置される。くびれ部１１７ｆは、ステム１１７ｅよりも小さい径を有する。先端工具１１７ｃは、切り刃１１７ｄを有する。切り刃１１７ｄは、例えば、基端方向に頂点を有する円錐面に配置される。切り刃１１７ｄの切込み方向２は、基端方向である。

スライド工具１１７は、図７では上から下に向かってみて反時計回りに切削抵抗を受ける。ガイド溝１１７ｂは、全体として、バリ取り工具１００の回転方向の逆方向（＋θ）に進むにつれて、切込み方向２の逆方向（図７では下方）に向かうらせんを描く。ガイド溝１１７ｂのその他の構造は、実施形態１のガイド溝１７ｂと実質的に等しい。スライドシャフト１１７ａの変位量ｈ（図６参照）と、角変位θ（図６参照）との関係は、図３と実質的に同一である。ここで、変位量ｈは、先端方向を正とする。

ばね室１１７ｇは、スライド工具１１７の基端から中央部にかけて、中心軸１に沿って延びる。ばね室１１７ｇは、スライド工具１１７の基端に開口する。ストッパ１１７ｈは、ばね室１１７ｇの基端部に配置される。ストッパ１１７ｈは、圧縮コイルばね１１９を支持する。例えば、ストッパ１１７ｈは、リング状である。例えば、ストッパ１１７ｈは、穴用止め輪である。

圧縮コイルばね１１９は、ばね室１１７ｇの内部に配置される。圧縮コイルばね１１９は、ばね押さえ１２１ｂとストッパ１１７ｈとの間に装着され、ばねガイド１２１ａに案内される。圧縮コイルばね１１９は、スライド工具１１７を、基端方向に付勢する。

（実施形態３）
図８に示すように、本実施形態のスライド工具２１７は、スライドシャフト２１７ａと、ガイド溝２１７ｂと、先端工具２１７ｃと、を有する。先端工具２１７ｃは、先端方向に切り刃２１７ｄを有する。スライド工具２１７の切込み方向２は、先端方向である。スライド工具２１７は、実施形態１のスライド工具１７に替えて、バリ取り工具１０に装着される。スライド工具２１７を装着したバリ取り工具１０は、先端方向（図１の下方）に向かって見たときに、時計方向に回転する。バリ取り工具１０は、バリ取り工具１０からみてワーク７の表側のバリ取りを行う。

スライドシャフト２１７ａは、実施形態１のスライドシャフト１７ａと実質的に同一である。先端工具２１７ｃは、実施形態１の先端工具１７ｃと実質的に同一である。

図９に示すように、スライドシャフト２１７ａの運動領域２２１ａは、変位曲線上で、変位量ｈが大きくなるにつれて、変位幅ｗが広がる。例えば、式（２）に表されるように、変位幅ｗは、角変位θの一次関数である。
ｗ＝ａθ＋ｂ （ａ＞０，ｂ＞０） （２）
なお、ｂ＝０としても良い。

図１に示すように、圧縮コイルばね１９は、スライド工具２１７を付勢する。そのため、変位量ｈが大きくなるにつれて、スライドシャフト２１７ａが押し出される力が大きくなる。スライドシャフト２１７ａが押し出される力は、切り刃２１７ｄがワーク７に対して与えるスラスト力である。本実施形態のスライド工具２１７によれば、切り刃２１７ｄのスラスト力に応じた変位幅ｗを与えることができる。つまり、大きなスラスト力がかかる場合に、大きく切り刃２１７ｄを逃すことができる。そのため、バリ取り加工後の加工面を平滑に仕上げやすい。

本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

１０、１００ バリ取り工具
１１ ボディ
１１ｃ シリンダ穴
１５ ボール（回り止め対）
１７ａ、１１７ａ、２１７ａ スライドシャフト
１７ｂ、１１７ｂ、２１７ｂ ガイド溝
１７ｃ、１１７ｃ、２１７ｃ 先端工具
１９、１１９ 圧縮コイルばね（弾性体）

Claims (6)

1. シリンダ穴を有するボディと、
   前記シリンダ穴の内部に突出する回り止め体と、
   先端工具を装着可能であり、前記シリンダ穴の内部を往復する円筒状のスライドシャフトであって、
   外筒面に配置され、前記回り止め体が挿入されるガイド溝であって、前記回り止め体に対して前記スライドシャフトが回転せずに軸方向に変位可能な変位幅を有し、前記ボディに対して切削抵抗を受ける方向に進むにつれて前記先端工具の切込み方向と逆方向にスライドシャフトを移動するガイド溝、
   を有するスライドシャフトと、
   前記スライドシャフトを前記切込み方向に付勢する弾性体と、
   を有する、バリ取り工具。
2. 前記ガイド溝は、らせん状であり、
   前記変位幅は、前記ガイド溝の全長にわたって実質的に同一である、
   請求項１に記載のバリ取り工具。
3. 前記ガイド溝は、前記切込み方向の反対側の端部において、前記スライドシャフトの角変位に対して軸方向の変位量が比例関係にある、
   請求項１又は２に記載のバリ取り工具。
4. 前記回り止め体は、ボールである、
   請求項１又は２に記載のバリ取り工具。
5. 前記先端工具は、前記切込み方向に向かう切り刃を有する、
   請求項１又は２に記載のバリ取り工具。
6. 前記ボディは、回り止め穴を有し、
   前記ボディの周囲に配置され、加工位置と脱着位置を往復するトリガーであって、
   前記トリガーが前記加工位置にあるときに、前記回り止め穴を覆い、前記回り止め体を前記ガイド溝に突出させる押さえ面と、
   前記トリガーが前記脱着位置にあるときに、前記回り止め体を収納する逃し部と、
   を有するトリガーを更に有する、
   請求項１又は２に記載のバリ取り工具。
   

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