JP2017127931A - 回転工具 - Google Patents

Abstract

【課題】本願は、バックラッシを調整可能な回転工具を開示する。【解決手段】回転工具であって、動力源から伝達される動力を受けて回転される入力歯車と、動力源の動力で回転させる先端工具に連結される出力歯車と、入力歯車から伝達される動力を出力歯車へ伝達する中間歯車であって、中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されるように設計された一又は複数の中間歯車と、一又は複数の中間歯車のうち少なくとも何れかの所定中間歯車の回転軸を、当該所定中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線側へ寄せる位置調整機構と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、回転工具に関する。

工業製品の生産現場では、各種の工具が用いられている。例えば、機械部品の狭小部内に切削加工を施す場合、切削工具を先端に装着したアングルヘッド型の回転工具が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１１−２０６８５２号公報

ビット等の切削工具や、ボルトを回すソケット等の締付工具類を回転させる回転工具には、各種の動力伝達機構が備わっている。回転力を伝達する動力伝達機構としては、例えば、複数の歯車を組み合わせたものが挙げられる。複数の歯車を組み合わせた動力伝達機構の場合、歯車の摩耗に伴ってバックラッシ（backlash：「バックラッシュ」と呼ばれる場合もある）が増大する。また、新品の歯車であってもバックラッシをゼロで製作することは困難である。バックラッシの増大した回転工具は、回転力がスムーズに伝達されない。例えば、バックラッシの増大した回転工具を使って切削を行うと、刃の回転が不安定になり、切削面の仕上がりに影響を及ぼす場合がある。よって、切削に用いられる回転工具は、バックラッシが増大する度に新品と交換されているのが実情であった。

そこで、本願は、バックラッシを調整可能な回転工具を開示する。

本発明は、上記課題を解決するため、入力歯車から伝達される動力を出力歯車へ伝達する中間歯車を、中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されるように設計し、中間歯車の回転軸を位置調整可能にした。

詳細には、回転工具であって、動力源から伝達される動力を受けて回転される入力歯車と、動力源の動力で回転させる先端工具に連結される出力歯車と、入力歯車から伝達される動力を出力歯車へ伝達する中間歯車であって、中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されるように設計された一又は複数の中間歯車と、一又は複数の中間歯車のうち少なくとも何れかの所定中間歯車の回転軸を、当該所定中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線側へ寄せる位置調整機構と、を備える。この回転工具であれば、歯車の摩耗が進行したり、新品の歯車のバックラッシが不適正であっても位置調整機構で中間歯車の位置を調整できるので、バックラッシを調整可能である。

なお、回転工具には、中間歯車が奇数個備わっており、上記の所定中間歯車とは、一又は複数の中間歯車のうち奇数番目の中間歯車であってもよい。上記回転工具がこのように構成されていれば、入力歯車から出力歯車へ至る全ての歯車のバックラッシを調整可能である。

また、位置調整機構は、所定中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の回転中心から等距離の仮想直線に沿って形成されており、所定中間歯車の回転軸の端部が嵌る溝と、溝の両端部内で溝の内側へ向かって溝の長手方向沿いに突出し、当該溝に嵌る所定中間歯車の回転軸を支持する位置調整ネジと、を有するものであってもよい。上記回転工具がこのように構成されていれば、ユーザは、所定中間歯車の位置を調整するにより、バックラッシを調整可能である。

また、中間歯車は、入力歯車側から出力歯車側へ向けて千鳥配列されていてもよい。千鳥配列とは、中間歯車の中心が、入力歯車の中心から出力歯車の中心へ至る仮想直線の側方に配置された状態であり、例えば、中間歯車が複数ある場合には各中間歯車の中心が当該仮想直線の両側に交互に位置するように各中間歯車が配列された状態である。中間歯車がこのように配列されていれば、中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されることになる。

上記の回転工具であれば、バックラッシを調整することが可能である。

図１は、実施形態のアングルヘッドを示した図である。 図２は、アングルヘッドの内部構造を示した図である。 図３は、入力歯車、中間歯車、出力歯車の位置関係を示した図である。 図４は、溝の長手方向を表した図である。 図５は、位置調整機構を示した図である。 図６は、アングルヘッドの状態遷移を表した図である。 図７は、アングルヘッドの変形例を示した第１の図である。 図８は、アングルヘッドの変形例を示した第２の図である。

以下、本願発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本願発明の一態様を例示したものであり、本願発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態のアングルヘッド（本願でいう「回転工具」の一例である）を示した図である。アングルヘッド１は、金属製のワークを切削可能な刃を有する切削工具２を装着可能な工具である。アングルヘッド１は、アングルヘッド１が装着されるマシニングセンタの動力で切削工具２を回転させる。アングルヘッド１は、マシニングセンタの主軸（本願でいう「動力源」の一例である）に連結される回転軸３と、回転軸３から切削工具２へ動力を伝達する歯車等の動力伝達機構を内蔵したハウジング４とを備える。アングルヘッド１は、ワークの狭小な部分へ切削工具２を入れることができるようにするため、切削工具２が先細りの棒状のハウジング４の先端部分に配置される形態を採っている。アングルヘッド１は、例えば、自動車用ディスクブレーキのキャリパに設けられるシリンダの切削加工に用いることが可能である。ハウジング４は、先端にある切削工具２に加わる荷重で変形しない程度の強度を少なくとも有している。

図２は、アングルヘッド１の内部構造を示した図である。アングルヘッド１は、回転軸３側から切削工具２側へ向けて順に並ぶ入力歯車５Ａ、第１の中間歯車５Ｂ（本願でいう「所定中間歯車」の一例である）、第２の中間歯車５Ｃ、第３の中間歯車５Ｄ（本願でいう「所定中間歯車」の一例である）、出力歯車５Ｅをハウジング４内に備える。なお、ハウジング４内は、図示しない潤滑剤循環機構と繋がっており、流動する潤滑剤で満たされるようになっていてもよいし、或いは、ハウジング４の密閉空間内で循環する潤滑剤に満たされていてもよい。

入力歯車５Ａは、入力歯車５Ａの回転軸８Ａに設けられているかさ歯車６と一体形成されており、マシニングセンタの主軸に連結される回転軸３によって回転駆動されるかさ歯車６と共に回転する。出力歯車５Ｅは、アングルヘッド１の中で最も先端側に位置する歯車であり、回転軸８Ｅに設けられている連結部７を介して切削工具２と連結する。入力歯車５Ａの回転軸８Ａと出力歯車５Ｅの回転軸８Ｅは、ハウジング４の内側に形成された丸い孔の軸受にベアリングを介して嵌っている。なお、連結部７は、切削工具２が螺合されるネジ孔であってもよいし、コレットチャックやその他各種の工具連結構造を有するものであってもよい。

３つ（本願でいう「奇数個」の一例である）の中間歯車５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、入力歯車５Ａから伝達される動力を出力歯車５Ｅへ伝達する歯車である。中間歯車５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、図２を注視すると判るように、入力歯車５Ａ側から出力歯車５Ｅ側へ向けて千鳥配列されている。中間歯車５Ｂは、円柱状の中心軸８Ｂが中心を通るように貫通孔が設けられており、当該貫通孔に嵌っているベアリング９Ｂにより、中心軸８Ｂを中心にして回転可能になっている。中間歯車５Ｃ，５Ｄも中間歯車５Ｂと同様、ベアリング９Ｃ，９Ｄにより、中間歯車５Ｃ，５Ｄを支持する中心軸８Ｃ，８Ｄを中心に回転可能になっている。

中間歯車５Ｃを支持する中心軸８Ｃの端部は、ハウジング４の内側に形成された丸い孔１０Ｃに嵌る。一方、中間歯車５Ｂを支持する中心軸８Ｂの端部は、ハウジング４の内側に形成された溝１０Ｂに嵌る。中心軸８Ｂの端部は、溝１０Ｂの長手方向沿いに延在する平らな内壁面に沿うように面取りされており、当該内壁面沿いに摺動可能な摺動面１１Ｂを形成している。中間歯車５Ｄを支持する中心軸８Ｄの端部も中心軸８Ｂと同様、ハウジング４の内側に形成された溝１０Ｄに嵌り、また、摺動面１１Ｄを形成している。

ハウジング４には、位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’が螺合されるネジ孔１３Ｂ，１３Ｄ，１３Ｂ’，１３Ｄ’が設けられている。位置調整ネジ１２Ｂは、溝１０Ｂの長手方向における両端部内で溝１０Ｂの内側へ向かって溝１０Ｂの長手方向沿いに突出し、溝１０Ｂに嵌る中心軸８Ｂを支持する。位置調整ネジ１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’も位置調整ネジ１２Ｂと同様である。位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’は、ネジの頭が無く、ネジの端部に設けられた六角の孔に嵌合される六角レンチで回すことが可能なネジであり、例えば、ホーローセットやイモネジなどと呼ばれるネジを適用可能である。位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’は、溝１０Ｂ，１０Ｄと共に位置調整機構１４Ｂ，１４Ｄを形成する。

図３は、入力歯車５Ａ、中間歯車５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ、出力歯車５Ｅの位置関係を示した図である。図３を見ると判るように、中間歯車５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、入力歯車５Ａ側から出力歯車５Ｅ側へ向けて千鳥配列されている。そして、図３に示される太い破線（本願でいう「仮想直線」の一例である）を見ると判るように、中間歯車５Ｂは、中間歯車５Ｂと噛み合う入力歯車５Ａと中間歯車５Ｃの各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されるように設計されている。中間歯車５Ｄも中間歯車５Ｂと同様、図３に示される太い実線（本願でいう「仮想直線」の一例である）を見ると判るように、中間歯車５Ｄと噛み合う中間歯車５Ｃと出力歯車５Ｅの各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されるように設計されている。

図４は、溝１０Ｂ，１０Ｄの長手方向を表した図である。溝１０Ｂは、入力歯車５Ａの中心点からの距離と中間歯車５Ｃの中心点からの距離とが等しい位置を示す図４の太い破線に沿って延在する溝である。また、溝１０Ｄは、中間歯車５Ｃの中心点からの距離と出力歯車５Ｅの中心点からの距離とが等しい位置を示す図４の太い実線に沿って延在する溝である。よって、ユーザは、位置調整機構１４Ｂの各位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｂ’を回
すと、中間歯車５Ｂの中心軸８Ｂを、中間歯車５Ｂと噛み合う入力歯車５Ａと中間歯車５Ｃの各回転中心を結ぶ仮想直線側へ寄せることができる。また、ユーザは、位置調整機構１４Ｄの各位置調整ネジ１２Ｄを回すと、中間歯車５Ｄの中心軸８Ｄを、中間歯車５Ｄと噛み合う中間歯車５Ｃと出力歯車５Ｅの各回転中心を結ぶ仮想直線側へ寄せることができる（図４の太い矢印を参照）。

図５は、位置調整機構１４Ｂ，１４Ｄを示した図である。位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｂ’は、溝１０Ｂの長手方向における両端部内で溝１０Ｂの内側へ向かって溝１０Ｂの長手方向沿いに突出し、溝１０Ｂに嵌る中心軸８Ｂを支持している。よって、ユーザは、中心軸８Ｂを間に挟んで対向する一対の位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｂ’のうちの一方を左に回し、他方を右に回せば、左に回した位置調整ネジ（１２Ｂまたは１２Ｂ’）の方へ中心軸８Ｂを寄せることができる。また、ユーザは、中心軸８Ｂが一対の位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｂ’で挟まれた状態で、少なくとも一方の位置調整ネジ（１２Ｂまたは１２Ｂ’）を更に右へ回して増し締めすれば、中心軸８Ｂを固定状態にすることができる。位置調整機構１４Ｄも位置調整機構１４Ｂと同様である。

上記のように構成されるアングルヘッド１は、以下のように用いることができる。図６は、アングルヘッド１の状態遷移を表した図である。アングルヘッド１の使用開始時、または、位置調整機構１４Ｂ，１４Ｄによる中心軸８Ｂ，８Ｄの位置調整の直後においては、各歯車５Ａ〜５Ｅのバックラッシが適正な状態になっている（図６（Ａ）を参照）。ところが、アングルヘッド１の使用により、各歯車５Ａ〜５Ｅが摩耗してくると、各歯車５Ａ〜５Ｅのバックラッシが増大する（図６（Ｂ）を参照）。

各歯車５Ａ〜５Ｅのバックラッシが増大すると、マシニングセンタの主軸の回転力が切削工具２へスムーズに伝達されない。よって、切削工具２の刃の回転が不安定になり、切削面の仕上がりに影響を及ぼす場合がある。そこで、ユーザは、アングルヘッド１の使用開始、または、位置調整機構１４Ｂ，１４Ｄによる中心軸８Ｂ，８Ｄの位置調整を行ってから適当な使用時間が経過した時点で、中心軸８Ｂ，８Ｄの位置を調整する（図６（Ｃ）を参照）。すなわち、ユーザは、位置調整機構１４Ｂの各位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｂ’を回し、中間歯車５Ｂの中心軸８Ｂを、中間歯車５Ｂと噛み合う入力歯車５Ａと中間歯車５Ｃの各回転中心を結ぶ仮想直線側へ寄せる。中間歯車５Ｄの中心軸８Ｄについても同様、位置調整機構１４Ｄの各位置調整ネジ１２Ｄを回して位置を調整する。中心軸８Ｂ，８Ｄの位置が適正に調整されれば、各歯車５Ａ〜５Ｅのバックラッシが適正になる（図６（Ｄ）を参照）。

上記のように構成されるアングルヘッド１であれば、歯車５Ａ〜５Ｅの摩耗が進行したり、新品の歯車５Ａ〜５Ｅのバックラッシが不適正であっても、各位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’を回して中間歯車５Ｂ，５Ｄの位置を調整できるので、バックラッシを調整可能である。よって、上記のアングルヘッド１であれば、バックラッシを戻すことができない従来品のように、バックラッシが増大する度に新品へ交換する必要が無い。

図７は、アングルヘッド１の変形例を示した第１の図である。上記のアングルヘッド１では、各歯車５Ａ〜５Ｅが略均等に摩耗するよう、各歯車５Ａ〜５Ｅが何れも同じ径を有するように設計されていた。しかし、上記のアングルヘッド１は、各歯車５Ａ〜５Ｅが何れも同じ径を有するものに限定されるものではない。上記のアングルヘッド１は、例えば、図７（Ａ）に示されるように、各歯車５Ａ〜５Ｅのうち何れか一または複数の歯車が、他の歯車と異なる径を有するものであってもよい。アングルヘッド１を設計する際に適宜の径の歯車を用いることができれば、任意の長さのアングルヘッド１を容易に製作することができる。

また、上記のアングルヘッド１では、各歯車５Ａ〜５Ｅが千鳥配列ながらも概ね一列に並んでいた。しかし、上記のアングルヘッド１は、例えば、中間歯車５Ｃを境にしてＬ字状に各歯車５Ａ〜５Ｅが並んでいてもよいし、その他、さまざまな形の列を構成するように各歯車５Ａ〜５Ｅが並んでいてもよい。

また、上記のアングルヘッド１では、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に３つの中間歯車５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが並んでいた。しかし、上記のアングルヘッド１は、図７（Ｂ）〜（Ｄ）に示されるように、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に２つ以下の中間歯車が並んでいてもよいし、４つ以上の中間歯車が並んでいてもよい。なお、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に並ぶ中間歯車が奇数個の場合、奇数番目の各中間歯車に対して上記位置調整機構１４Ｂ，１４Ｄのような位置調整機構を設けることにより、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に並ぶ全ての中間歯車のバックラッシを適正に調整可能となるが、上記のアングルヘッド１は、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に並ぶ全ての中間歯車のバックラッシが適正に調整できるものに限定されない。上記のアングルヘッド１は、例えば、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に、バックラッシの調整不能な中間歯車が一又は複数存在していてもよい。すなわち、例えば、入力歯車５Ａと出力歯車５Ｅとの間に２つの中間歯車５Ｂ，５Ｃがある場合、図７（Ｃ）に示されるように中間歯車５Ｂ，５Ｃの両方を位置調整機構で調整可能なようになっていてもよいし、或いは、図７（Ｄ）に示されるように中間歯車５Ｃだけが位置調整機構で調整可能なようになっていてもよい。

また、上記のアングルヘッド１は、例えば、図７（Ｅ）に示されるように、位置調整機構による調整方向が反対方向を向いていてもよい。また、上記のアングルヘッド１では、各歯車５Ａ〜５Ｅが同等に摩耗するという想定のため、溝１０Ｂが、入力歯車５Ａの中心点からの距離と中間歯車５Ｃの中心点からの距離とが等しい位置を示す仮想線に沿って延在していた。溝１０Ｄも溝１０Ｂと同様である。しかし、溝１０Ｂ，１０Ｄは、各歯車５Ａ〜５Ｅの摩耗の進行度合い等に応じて、当該仮想線に対してやや傾く方向へ延在していてもよい。

また、上記実施形態は、切削工具２が装着されるアングルヘッド１であったが、本願で開示する回転工具は、このような工具に限定されるものではない。上記アングルヘッド１は、例えば、切削工具２の代わりにボルトを回すソケット等の締付工具類を回転させるものであってもよい。

また、上記のアングルヘッド１は、位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’を回して中間歯車５Ｂ，５Ｄの位置を調整するものであったが、上記のアングルヘッド１は、例えば、位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’の代わりにバネが中間歯車５Ｂ，５Ｄを押圧してバックラッシを自動的に調整するものであってもよいし、電動あるいは油圧アクチュエータで中間歯車５Ｂ，５Ｄの位置を自動的に調整するものであってもよい。

また、位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’は、頭の無いネジであったが、頭のある一般的なネジであってもよい。その場合、位置調整ネジ１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’の頭は、ハウジング４の表面から突出することになる。

また、上記のアングルヘッド１は、各歯車５Ａ〜５Ｅの回転中心軸が何れも平行になるように設計されていたが、各歯車５Ａ〜５Ｅの回転中心軸のうち何れか一又は複数の回転中心軸が他の回転中心軸と非平行であってもよい。例えば、各歯車５Ａ〜５Ｅの回転中心軸のうち何れか一又は複数の回転中心軸が適当に傾くように設計すれば、アングルヘッド１の先端に配置される切削工具２の突出方向が、アングルヘッド１の先端方向に対して直
角ではなく、やや斜めに傾くように設計することもできる。

また、上記のアングルヘッド１では、ユーザが適当なタイミングで中間歯車５Ｂ，５Ｄの位置を調整していたが、バックラッシを調整するタイミングは、例えば、歯車５Ａ〜５Ｅの摩耗を検知するセンサ類の判定結果に応じて決定されてもよいし、ワークの切削面の仕上がりに応じて決定されてもよい。歯車５Ａ〜５Ｅの摩耗を検知するセンサとしては、例えば、アングルヘッド１の振動を検知する振動センサ、歯車５Ａ〜５Ｅの駆動音を検知する音響センサ、切削工具２の回転状態を検知する回転角センサあるいは光学センサ、及び、マシニングセンタの主軸の駆動力を検知する荷重センサ等の各種センサ類が挙げられる。

図８は、アングルヘッド１の変形例を示した第２の図である。上記のアングルヘッド１は、長さの変更が不能であったが、例えば、図８に示されるように、スライド機構を設けた伸縮可能なハウジングを採用し、伸縮量に応じて中間歯車の個数を増減可能なようにした可変長タイプの工具にしてもよい。

１・・アングルヘッド：２・・切削工具：３・・回転軸：４・・ハウジング：５Ａ・・入力歯車：５Ｂ・・第１の中間歯車：５Ｃ・・第２の中間歯車：５Ｄ・・第３の中間歯車：５Ｅ・・出力歯車：６・・かさ歯車：７・・連結部：８Ａ，８Ｅ・・回転軸：８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ・・中心軸：９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ・・ベアリング：１０Ｃ・・孔：１０Ｂ，１０Ｄ・・溝：１１Ｂ，１１Ｄ・・摺動面：１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｂ’，１２Ｄ’・・位置調整ネジ：１３Ｂ，１３Ｄ，１３Ｂ’，１３Ｄ’・・ネジ孔：１４Ｂ，１４Ｄ・・位置調整機構

Claims (4)

1. 動力源から伝達される動力を受けて回転される入力歯車と、
   前記動力源の動力で回転させる先端工具に連結される出力歯車と、
   前記入力歯車から伝達される動力を前記出力歯車へ伝達する中間歯車であって、前記中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線上から外れた位置に回転中心が配置されるように設計された一又は複数の中間歯車と、
   前記一又は複数の中間歯車のうち少なくとも何れかの所定中間歯車の回転軸を、当該所定中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の各回転中心を結ぶ仮想直線側へ寄せる位置調整機構と、を備える
   回転工具。
2. 前記回転工具には、前記中間歯車が奇数個備わっており、
   前記所定中間歯車とは、前記一又は複数の中間歯車のうち奇数番目の中間歯車である、
   請求項１に記載の回転工具。
3. 前記位置調整機構は、
   前記所定中間歯車と噛み合う他の２つの歯車の回転中心から等距離の仮想直線に沿って形成されており、前記所定中間歯車の回転軸の端部が嵌る溝と、
   前記溝の両端部内で前記溝の内側へ向かって前記溝の長手方向沿いに突出し、当該溝に嵌る前記所定中間歯車の回転軸を支持する位置調整ネジと、を有する、
   請求項１または２に記載の回転工具。
4. 前記中間歯車は、前記入力歯車側から前記出力歯車側へ向けて千鳥配列されている、
   請求項１から３の何れか一項に記載の回転工具。

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