回転砥石装置
【課題】乾式で加工を行っても、砥石に目詰まりが生じにくい回転砥石装置を提供する。
【解決手段】回転砥石装置１は、円板状の砥石１５と、砥石の中心を通る第一軸Ｐ１を軸心とし、砥石と一体的に回転する第一軸部１０と、第一軸部を砥石の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部４１と、第一軸部と一体的に回転する第一回転子１１と、一対の支持部が一端に設けられていると共に、第一軸に平行な第二軸Ｐ２を軸心とする第二軸部２０を回転自在に挿通させている円筒体４０と、円筒体の中心軸と一致すると共に第一軸と直交する直交軸Ｚ周りに円筒体を回転させる回転駆動機構と、円筒体と同心の円環状で、円筒体を回転自在に挿通させている第一傘歯車４５と、第一傘歯車と噛合し、第二軸部と一体的に回転する第二傘歯車２５と、円筒体内で第二軸部と一体的に回転すると共に第一回転子を従動回転させる第二回転子２１とを具備する。
【解決手段】回転砥石装置１は、円板状の砥石１５と、砥石の中心を通る第一軸Ｐ１を軸心とし、砥石と一体的に回転する第一軸部１０と、第一軸部を砥石の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部４１と、第一軸部と一体的に回転する第一回転子１１と、一対の支持部が一端に設けられていると共に、第一軸に平行な第二軸Ｐ２を軸心とする第二軸部２０を回転自在に挿通させている円筒体４０と、円筒体の中心軸と一致すると共に第一軸と直交する直交軸Ｚ周りに円筒体を回転させる回転駆動機構と、円筒体と同心の円環状で、円筒体を回転自在に挿通させている第一傘歯車４５と、第一傘歯車と噛合し、第二軸部と一体的に回転する第二傘歯車２５と、円筒体内で第二軸部と一体的に回転すると共に第一回転子を従動回転させる第二回転子２１とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石を回転させて研削を行う回転砥石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）など繊維強化複合材料は、高強度で弾性率が高いため耐衝撃性に優れると共に軽量である等の長所を有することから、航空機の部材や自動車のボディなどへの利用が期待されている材料であるが、高強度の繊維が絡み合っているため穿孔などの加工が困難である。このような難加工性材料の場合、通常の金属材料の加工に用いられる工具では、磨耗するのが極めて早いため、ダイヤモンド粒子がコーティングされたドリル等の工具が使用されることがある。ところが、かかる工具の使用はコストが嵩むという問題がある。
【０００３】
そこで、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、溶融アルミナなど、非常に硬いがダイヤモンドほど高価ではないセラミックスの粒子を結合剤で結合し、焼成した回転砥石を使用して、難加工材料を加工する技術の開発が進められている。しかしながら、回転砥石を使用して研削を行う場合は、砥石に目詰まりが生じやすく、短時間の使用で研削能が低下してしまうという問題がある。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に示すように、ドリルによる穿孔と同様の態様で回転砥石Ｔを自転させて孔ｈ１をあける場合、砥石は全周で被加工物Ｗと接触し、砥石の表面が研削粉と擦り合わされるように回転するため、研削粉が砥粒間に入り込んで容易に目詰まりしてしまう。
【０００４】
また、穿孔加工として、図９（ａ），（ｂ）に示すように、回転砥石Ｔを軸Ａ１周りに自転させると同時に、加工すべき孔ｈ２の中心軸Ａ２周りに公転させながら孔ｈ２の深さ方向に回転砥石Ｔを送ることにより螺旋状に研削を行う、いわゆるヘリカル加工が行われることがある（例えば、特許文献１参照）。一般的に、研削粉は砥石の自転軸に垂直な方向に飛散しやすいが、図９に例示したヘリカル加工では、回転砥石Ｔの自転軸Ａ１と公転軸Ａ２とが平行であるため、研削粉は加工される孔ｈ２の内周面に付着しやすい。そして、研削粉が付着した孔ｈ２の内周面に沿って、回転砥石Ｔが螺旋状に移動することとなるため、研削粉が砥粒間に入り込みやすく容易に目詰まりが生じてしまう。
【０００５】
ここで、砥石の目詰まりを防止するために、液体で研削粉を洗い流しながら研削を行う湿式加工が公知である。しかしながら、湿式加工では、研削粉と液体とが混合した汚泥が被加工物の隙間などに入り込んでこびり付きやすく、加工後の洗浄工程が必須である。そのため、洗浄工程のために労力や経費がかかるという問題がある。特に、航空機部品など、被加工物が大型の場合は、洗浄工程に必要な設備が大掛かりとなると共に、労力や経費も多大となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、乾式で加工を行っても、砥石に目詰まりが生じにくい回転砥石装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる回転砥石装置は、「円板状の砥石と、該砥石の断面円の中心を通る第一軸を軸心とし、前記砥石と一体的に回転する第一軸部と、該第一軸部を前記砥石の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部と、一対の該支持部間で前記第一軸部を挿通させ、前記第一軸部と一体的に回転する第一回転子と、一対の前記支持部が一端に設けられていると共に、前記第一軸に平行な第二軸を軸心とする第二軸部を回転自在に挿通させている円筒体と、該円筒体の中心軸と一致すると共に前記第一軸と直交する直交軸周りに前記円筒体を回転させる回転駆動機構と、前記円筒体と同心の円環状で、前記円筒体を回転自在に挿通させている第一傘歯車と、該第一傘歯車と噛合し、前記第二軸部と一体的に回転する第二傘歯車と、前記円筒体内で前記第二軸部を挿通させ、前記第二軸部と一体的に回転すると共に前記第一回転子を従動回転させる第二回転子と」を具備している。
【０００８】
「第一傘歯車」、及び、これと噛合する「第二傘歯車」の対は、歯筋が直線状の“すぐば傘歯車”の対とすることも、歯筋が曲線状の“まがりば傘歯車”の対とすることも可能である。
【０００９】
「直交軸」は「第一軸」と直交すると共に円筒体の中心軸と一致する軸であり、砥石の重心を通ると共に第一軸と直交する軸と一致する場合、及び、砥石の重心を通ると共に第一軸と直交する軸と平行な場合があり得る。なお、円筒体の中心軸とは、断面の外周が円形となるように円筒体を任意位置で切断した場合において、断面の外周円の中心点を結んだ線を指している。
【００１０】
「第二回転子が第一回転子を従動回転させる」構成としては、第一回転子及び第二回転子が共にプーリであって、両者に掛け回されたベルトによって第二回転子の回転が第一回転子に伝達される構成、第一回転子及び第二回転子が共にスプロケットであって、両者に掛け回されたチェーンによって第二回転子の回転が第一回転子に伝達される構成、第一回転子及び第二回転子が互いに噛合する歯車である構成を挙げることができる。なお、歯車は、平行な二軸間で噛合する、平歯車（歯筋が回転軸に平行）、あるいは、はすば歯車（歯筋が回転軸に対して傾斜）を使用することができる。
【００１１】
上記構成により、本発明の回転砥石装置は次のように動作する。まず、回転駆動機構により円筒体が直交軸周りに回転させられると、支持部及び支持部を挿通している第一軸部を介して、砥石も直交軸周りに回転する。
【００１２】
一方、円筒体は円環状の第一傘歯車内で自在に回転する構成であり、第一傘歯車には第二傘歯車が噛合している。そして、この第二傘歯車は、円筒体を回転自在に挿通している第二軸部と一体的に回転する構成である。そのため、円筒体の直交軸周りの回転に伴い第二軸部が直交軸周りに回転すると、第二傘歯車が第一傘歯車と噛合いながら第二軸周りに回転し、第二軸部が第二軸周りに回転する。その結果、円筒体内で第二軸部を挿通させている第二回転子が、第二軸部と一体的に第二軸周りに回転する。
【００１３】
この第二回転子に従動して第一回転子が第一軸周りに回転すると、第一軸部が第一回転子と一体的に回転する。これにより、第一軸部と一体的に回転する砥石が第一軸周りに回転する。すなわち、円筒体を直交軸周りに回転させる一方向の回転駆動のみによって、直交する二つの軸（第一軸及び直交軸）周りに、同時に砥石を回転させることができる。そして、砥石を直交する二つの軸周りに同時に回転させながら、砥石が被加工物に押し込まれるように回転砥石装置を動作させることにより、被加工物に穿孔などの研削加工を行うことができる。
【００１４】
従って、本発明によれば、直交する二つの軸周りに同時に砥石を回転させることができるため、一つの回転軸しか有しない砥石で加工する場合に比べて、砥石の表面において被加工物と接触する面積が増大する。そのため、所定量の研削粉が生じる加工を行う場合で比較すると、一つの回転軸しか有しない場合に比べて、砥石の単位表面積当たりの接触により生じる研削粉の量が少なく、その分、砥石表面の目詰まりが低減される。
【００１５】
また、一般的に、被加工物の研削により生じる研削粉は、砥石の自転軸に直交する方向に飛散しやすいところ、本発明では砥石は第一軸周りに回転しながら、第一軸に直交する軸周りにも回転する。そのため、第一軸を自転軸と捉えれば、自転軸に直交する方向は直交軸周りに３６０度回転する。これにより、本発明の回転砥石装置による加工により生じる研削粉は全方向に飛散することとなり、砥石の回転軸が一つである場合に比べて、被加工物に付着する研削粉が低減される。従って、本発明の回転砥石装置は、乾式で研削加工を行っても、砥石の表面に目詰まりが生じにくい。
【００１６】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記第一回転子及び前記第二回転子はそれぞれプーリであり、前記第一回転子は、前記第一回転子と前記第二回転子との間に掛け回されたベルトを介して、前記第二回転子に従動する回転を行う」ものとすることができる。
【００１７】
上記のように、第二回転子の回転をベルトを介して第一回転子に伝達することにより、第二軸部と第一軸部との間の距離が大きくても、第二軸部の回転を第一軸部に伝達することができる。加えて、難加工性材料を加工する際に、砥石に過負荷がかかったとしても、ベルトはプーリに対して滑ることが可能であるため、砥石への過負荷に起因して、第一軸部や第一回転子等が破損するおそれを低減することができる。
【００１８】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記第一軸と前記第二軸との間で前記第一軸に平行な第三軸を軸心とし、前記円筒体を挿通している第三軸部と、共に前記円筒体内で前記第三軸部を挿通させ、前記第三軸部と一体的に回転する二つの第三回転子とを更に具備し、一方の前記第三回転子は前記第二回転子に従動して回転し、前記第一回転子は他方の前記第三回転子に従動して回転する」ものとすることができる。
【００１９】
「第三軸」は第一軸に平行であるため、当然ながら、第一軸に平行な第二軸とも平行である。
【００２０】
第二回転子の回転が一方の第三回転子に伝達される構成、及び、他方の第三回転子の回転が第一回転子に伝達される構成としては、それぞれ二つのプーリ間にベルトが掛け回される構成、二つのスプロケット間にチェーンが掛け回される構成、或いは、二つの歯車が噛合する構成を挙げることができる。なお、二つの歯車は、上記と同様に、平行な二軸間で噛合する、平歯車、または、はすば歯車を使用することができる。
【００２１】
上記構成により、第二軸部の回転に伴い第二回転子が回転すると、これに従動して一方の第三回転子が回転し、第三回転軸部が第三軸周りに回転する。これに伴い、他方の第三回転子が第三軸部と一体的に回転し、その回転に従動して第一回転子が回転し、第一回転子と一体的に第一軸部が第一軸周りに回転する。
【００２２】
以上のように、第二軸部と第一軸部との間に第三軸部を設け、二つの第三回転子を介して第二回転子の回転を第一回転子に伝達することにより、第二軸部と第一軸部との間の距離が更に大きくても、第二軸部の回転を第二軸部の回転を第一軸部に伝達することができる。また、第二回転子と一方の第三回転子との対、及び、他方の第三回転子と第一回転子との対の少なくとも一方を、噛合する二つの歯車で構成させた場合は、それぞれの歯車の歯数の調整により、伝達される回転の速度を減速または増速することができる。
【００２３】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記回転駆動機構は、モータの駆動により前記直交軸周りに前記円筒体と一体的に回転する駆動軸部を備える」ものとすることができる。
【００２４】
上記構成により、モータの回転駆動力で円筒体を直接的に回転させることができるため、エネルギーの伝達効率が良く、装置全体の構成も簡易なものとなる。
【００２５】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記回転駆動機構は、前記円筒体の外周面に固着されて前記直交軸周りに回転する円環状の従動歯車と、該従動歯車と噛合し、モータの駆動により回転する駆動軸部の軸心を回転中心とする駆動歯車とを備える」ものとすることができる。
【００２６】
上記構成により、「従動歯車」及び「駆動歯車」の種類を選択することにより、モータにより回転駆動される軸の方向を異ならせることができる。これにより、回転砥石装置の寸法や全体形状を、被加工物の種類や加工を行う作業スペースに応じたものとすることができる。例えば、「従動歯車」及び「駆動歯車」を平歯車とした場合は、モータにより回転駆動される軸の方向は、円筒体の回転軸（直交軸）に平行となる。また、「従動歯車」及び「駆動歯車」を傘歯車とした場合は、モータにより回転駆動される軸の方向は、円筒体の回転軸に直交する。或いは、「従動歯車」をウォームホイールとし、「駆動歯車」をウォームとした場合は、モータにより回転駆動される軸の方向は、円筒体の回転軸の方向と平行でもなく交差することもない食い違い方向となる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明の効果として、乾式で加工を行っても、砥石に目詰まりが生じにくい回転砥石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一実施形態の回転砥石装置の斜視図である。
【図２】図１の回転砥石装置の側面図である。
【図３】本発明の第二実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図４】本発明の第三実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図５】本発明の第四実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図６】本発明の第五実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図７】他の実施形態を、第一実施形態の変形として例示する側面図である。
【図８】従来のドリル式の加工方法による穿孔を説明する（ａ）断面図、及び（ｂ）平面図である。
【図９】従来のヘリカル式の加工方法による穿孔を説明する（ａ）断面図、及び（ｂ）平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の第一実施形態である回転砥石装置１について、図１及び図２を用いて説明する。回転砥石装置１は、円板状の砥石１５と、砥石１５の断面円の中心を通る第一軸Ｐ１を軸心とし、砥石１５と一体的に回転する第一軸部１０と、第一軸部１０を砥石１５の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部４１と、一対の支持部４１間で第一軸部１０を挿通させ、第一軸部１０と一体的に回転する第一回転子１１と、一対の支持部４１が一端に設けられていると共に、第一軸Ｐ１に平行な第二軸Ｐ２を軸心とする第二軸部２０を回転自在に挿通させている円筒体４０と、円筒体４０の中心軸と一致すると共に第一軸Ｐ１と直交する直交軸Ｚ周りに円筒体４０を回転させる回転駆動機構と、円筒体４０と同心の円環状で、円筒体４０を回転自在に挿通させている第一傘歯車４５と、第一傘歯車４５と噛合し、第二軸部２０と一体的に回転する第二傘歯車２５と、円筒体４０内で第二軸部２０を挿通させ、第二軸部２０と一体的に回転すると共に第一回転子１１を従動回転させる第二回転子２１とを具備している。
【００３０】
そして、第一実施形態では、第一回転子１１及び第二回転子２１はそれぞれプーリであり、第一回転子１１は、第一回転子１１と第二回転子２１との間に掛け回されたベルト２７を介して、第二回転子２１に従動する回転を行う。
【００３１】
また、第一実施形態の回転駆動機構は、モータＭの駆動により直交軸Ｚ周りに円筒体４０と一体的に回転する駆動軸部４７を備えている。
【００３２】
より詳細に説明すると、円筒体４０は、一端が蓋部４２で閉塞され他端が開口した形態である。開口端側の側周面は、対向する位置で二箇所が切り欠かれており、残片が一対の支持部４１を形成している。この一対の支持部４１間の空間を横切るように、第一軸部１０が一端側と他端側でそれぞれ支持部４１を挿通している。
【００３３】
第一軸部１０には、砥石１５がその断面円の中心点を結んだ線が第一軸Ｐ１と一致させた状態で固着されている。これにより、第一軸部１０が第一軸Ｐ１周りに回転すると、砥石１５も第一軸部１０と一体的に回転する。なお、本実施形態では、直交軸Ｚは砥石１５の重心を通っている。
【００３４】
また、第一軸部１０には、第一回転子１１としてのプーリが、回転軸を第一軸Ｐ１と一致させた状態で固着されている。なお、第一回転子１１は、砥石１５より小径である。
【００３５】
第一軸部１０より蓋部４２側で、円筒体４０は円環状の第一傘歯車４５を挿通しているが、この第一傘歯車４５の内周面と円筒体４０の外周面との間には、円環状の軸受け４６が介設されている。かかる構成により、円筒体４０が回転しても、第一傘歯車４５は回転しない。すなわち、円筒体４０は第一傘歯車４５内で回転自在である。
【００３６】
第一傘歯車４５より更に蓋部４２側で、円筒体４０には第二軸部２０が回転自在に挿通されており、第二軸部２０の方向は、第二軸部２０の軸心である第二軸Ｐ２が第一軸Ｐ１と平行で、且つ、直交軸Ｚと直交する方向である。この第二軸部２０の一端には、円筒体４０より外側で第一傘歯車４５と噛合する第二傘歯車２５が、回転軸を第二軸Ｐ２と一致させて固着されている。なお、図１及び図２では、歯筋が先端に向かって縮径する第二傘歯車２５と、外周縁から内周縁に向かって低くなるように歯筋が傾斜している第一傘歯車４５が噛合している形態を例示しているが、逆に、歯筋が先端に向かって拡径する第二傘歯車と、外周縁から内周縁に向かって高くなるように歯筋が傾斜している第一傘歯車が噛合する形態であっても構わない。
【００３７】
円筒体４０の内部において、第二軸部２０には第二回転子２１としてのプーリが、回転軸を第二軸Ｐ２と一致させた状態で固着されている。ここで、第二回転子２１の取り付け位置は、第一回転子１１と第二回転子２１それぞれの中心を結んだ線が直交軸Ｚに平行となる位置となっている。これにより、第一回転子１１及び第二回転子２１に掛け回されたベルト２７の周回方向が、第一軸Ｐ１及び第二軸Ｐ２と直交する。また、第二軸部２０において、第二傘歯車２５が取り付けられている端部と反対側の端部には、第二傘歯車２５の重量とバランスをとるためのバランサー２９が取り付けられている。
【００３８】
一方、回転駆動機構の構成である駆動軸部４７は、その軸心を直交軸Ｚと一致させた状態で円筒体４０の蓋部４２に固着されており、モータＭの駆動により回転する。
【００３９】
上記構成により、単一のモータＭによる回転駆動により、砥石１５を直交する二つの軸（第一軸Ｐ１及び直交軸Ｚ）周りに回転させることができる。すなわち、モータＭの回転駆動により駆動軸部４７が回転すると、円筒体４０が直交軸Ｚ周りに回転し、円筒体４０と一体の支持部４１、及び支持部４１を挿通している第一軸部１０を介して、砥石１５も直交軸Ｚ周りに回転する。一方で、円筒体４０が回転すると、円筒体４０を挿通している第二軸部２０も直交軸Ｚ周りに回転する。この第二軸部２０の端部には第二傘歯車２５が取り付けられているため、第二傘歯車２５も直交軸Ｚ周りに回転する。この第二傘歯車２５は円環状の第一傘歯車４５と噛合しているが、第一傘歯車４５は円筒体４０の回転に伴って回転することはないため、第一傘歯車４５と噛合しながら直交軸Ｚ周りに回転することにより、第二傘歯車２５は第二軸Ｐ２周りに回転する。これにより、第二傘歯車２５と一体的に第二軸部２０が第二軸Ｐ２周りに回転し、更に、第二軸部２０と一体的に第二回転子２１が第二軸Ｐ２周りに回転する。そして、第二回転子２１が回転すると、その回転がベルト２７を介して第一回転子１１に伝達され、第一回転子１１は第二回転子２１と同方向に第一軸Ｐ１周りに回転する。その結果、第一回転子１１が固着された第一軸部１０が第一軸Ｐ１周りに回転し、砥石１５が第一軸部１０と一体的に回転する。
【００４０】
従って、砥石１５を直交する二つの軸周りに同時に回転させながら、砥石１５が被加工物に押し込まれるよう、回転砥石装置１を直交軸Ｚの方向に前進させることにより、被加工物に穿孔加工を行うことができる。このとき、図２に示すように、第一軸Ｐ１と直交軸Ｚとの交点から支持部４１までの距離Ｌを砥石１５の半径Ｒより短くすれば、砥石１５の直径２Ｒよりわずかに大きな径の貫通孔を被加工物Ｗに穿設することができる。
【００４１】
また、砥石１５が直交軸Ｚの方向に前進しつつ直交軸Ｚに平行な方向に移動するように、回転砥石装置１を移動させることにより、表面研削や面取りなどの研削加工を行うことができる。なお、砥石１５が直交軸Ｚの方向に前進・後退する、或いは、直交軸Ｚと平行に移動するような回転砥石装置１の移動には、多軸ロボット等の図示しない変位装置を使用することができる。例えば、図１及び図２に例示したように、円筒体４０を回転自在に支持する軸受け４９を円筒体４０の外周面に取り付け、この軸受け４９を介して回転砥石装置１全体をケーシング内に保持することにより、変位装置でケーシングごと回転砥石装置１を移動させることが可能である。或いは、回転砥石装置１全体を、ケーシングごと直交軸Ｚに平行な軸周りに回転させることにより、砥石１５の径によらない大径の貫通孔Ｈを、被加工物に穿設することができる。
【００４２】
以上のように、第一実施形態の回転砥石装置１によれば、円筒体４０を直交軸Ｚ周りに回転させる一方向の回転駆動のみによって、直交する二つの軸（第一軸Ｐ１及び直交軸Ｚ）周りに、同時に砥石１５を回転させることができる。
【００４３】
このように、砥石１５が直交する二つの軸周りに同時に回転することにより、一つの回転軸しか有しない砥石で加工する場合に比べて、砥石の単位表面積当たりの接触により生じる研削粉の量が少なく、砥石１５表面の目詰まりが低減される。例えば、穿孔加工を行う場合、図８を用いて上述したドリル様の動作による穿孔とは異なり、ある時点で砥石１５が全周にわたって加工される孔の内周と接触していることはないため、砥石１５表面に目詰まりが生じにくい。
【００４４】
また、研削粉は砥石の自転軸に直交する方向に飛散しやすいところ、本実施形態において砥石１５は直交する二つの軸周りに同時に回転するため、研削粉は全方向に飛散する。その結果、砥石の回転軸が一つである場合に比べて、被加工物に付着する研削粉が低減され、乾式で研削加工を行っても、砥石１５の表面に目詰まりが生じにくい。
【００４５】
更に、第一実施形態では、第二回転子２１及び第一回転子１１を共にプーリとし、ベルト２７により回転を伝達する構成であるため、第二軸部２０と第一軸部１０との間の距離が大きくても、第二軸部２０の回転を第一軸部１０に伝達することができる。加えて、加工の際に砥石１５に過負荷がかかった場合であっても、ベルト２７はプーリに対して滑ることが可能であるため、砥石１５への過負荷に起因して第一軸部１０や第一回転子１１等が破損するおそれを低減することができる。
【００４６】
また、第一実施形態では、駆動軸部４７の軸心を直交軸Ｚと一致させ、モータＭの回転駆動力で直接的に円筒体４０を回転させているため、エネルギーの伝達効率が良く、装置全体の構成も簡易である。
【００４７】
次に、第二実施形態の回転砥石装置２について、図３を用いて説明する。以下では、第一実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。回転砥石装置２は、円板状の砥石１５と、砥石１５の断面円の中心を通る第一軸Ｐ１を軸心とし、砥石１５と一体的に回転する第一軸部１０と、第一軸部１０を砥石１５の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部４１と、一対の支持部４１間で第一軸部１０を挿通させ、第一軸部１０と一体的に回転する第一回転子１２と、一対の支持部４１が一端に設けられていると共に、第一軸Ｐ１に平行な第二軸Ｐ２を軸心とする第二軸部２０を回転自在に挿通させている円筒体４０と、円筒体４０の中心軸と一致すると共に第一軸Ｐ１と直交する直交軸Ｚ周りに円筒体４０を回転させる回転駆動機構と、円筒体４０と同心の円環状で、円筒体４０を回転自在に挿通させている第一傘歯車４５と、第一傘歯車４５と噛合し、第二軸部２０と一体的に回転する第二傘歯車２５と、円筒体４０内で第二軸部２０を挿通させ、第二軸部２０と一体的に回転すると共に第一回転子１２を従動回転させる第二回転子２１とを具備している。また、回転駆動機構は、回転砥石装置１と同様に、モータＭの駆動により直交軸Ｚ周りに円筒体４０と一体的に回転する駆動軸部４７を備えている。
【００４８】
第二実施形態が第一実施形態と相違する点は、第二回転子２１の回転を第一回転子１２に伝達するための構成である。すなわち、回転砥石装置２は、第一軸Ｐ１と第二軸Ｐ２との間で第一軸Ｐ１に平行な第三軸Ｐ３を軸心とし、円筒体４０を挿通している第三軸部３０と、共に円筒体４０内で第三軸部３０を挿通させ、第三軸部３０と一体的に回転する二つの第三回転子３１，３２とを更に具備し、一方の第三回転子３１は第二回転子２１に従動して回転し、第一回転子１２は他方の第三回転子３２に従動して回転するものである。
【００４９】
より詳細に説明すると、第三軸部３０は、第一軸部１０と第二軸部２０との間で円筒体４０に回転自在に挿通されているが、この第三軸部３０の方向は、軸心である第三軸Ｐ３が第一軸Ｐ１及び第二軸Ｐ２と平行で、且つ、直交軸Ｚと直交する方向である。また、第三軸部３０には、円筒体４０の内部において、二つの第三回転子３１，３２がそれぞれ回転軸を第三軸Ｐ３と一致させた状態で固着されている。
【００５０】
本実施形態では、第二回転子２１及び一方の第三回転子３１はプーリであり、両者間にベルト２８が掛け回されている。そして、他方の第三回転子３２及び第一回転子１２は、互いに噛合する平歯車である。かかる構成により、第二回転子２１の回転はベルト２８を介して第三回転子３１に伝達され、第三回転子３１の回転に伴い第三軸部３０が第三軸Ｐ３周りに回転する。これにより、他方の第三回転子３２が回転し、これと噛合いながら第一回転子１２が回転することにより、第一回転子１２と一体的に第一軸部１０が第一軸Ｐ１周りに回転する。
【００５１】
以上のように、第二実施形態の回転砥石装置２によれば、第二軸部２０と第一軸部１０との間に第三軸部３０を設け、二つの第三回転子３１，３２を介して第二回転子２１の回転を第一回転子１２に伝達させているため、第二軸部２０と第一軸部１０との間の距離が更に大きくても、第二軸部２０の回転を第二軸部２０の回転を第一軸部１０に伝達することができる。特に、第二回転子２１の回転はベルト２８を介して第三回転子３１に伝達しているため、第二軸部２０と第三軸部３０間の距離を大きくとることが可能である。
【００５２】
また、第三回転子３２と第一回転子１２を噛合する平歯車としたことにより、両者の歯数の調整により、伝達される回転の速度を減速または増速することができる。なお、第三回転子３２及び第一回転子１２は、平歯車に替えてはすば歯車を使用することができる。
【００５３】
第一実施形態及び第二実施形態は、第二軸部２０の回転を第一軸部１０に伝達する構成が異なる例であったが、以下、回転駆動機構が上記と異なる実施形態として、第三実施形態〜第五実施形態を例示する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
第三実施形態の回転砥石装置３、第四実施形態の回転砥石装置４、及び、第五実施形態の回転砥石装置５は、共通する構成として、次の構成を備えている。すなわち、回転砥石装置３，４，５において、回転駆動機構は、円筒体４０の外周面に固着されて直交軸Ｚ周りに回転する円環状の従動歯車と、従動歯車と噛合し、モータＭの駆動により回転する駆動軸部の軸心を回転中心とする駆動歯車とを備えている。
【００５５】
具体的には、第三実施形態の回転砥石装置３では、図４に示すように、従動歯車５３及び駆動歯車６３は平歯車である。かかる構成により、駆動歯車６３の回転中心は直交軸Ｚと平行な軸Ｚ２となり、この軸Ｚ２を軸心とする駆動軸部６３ｐをモータで回転させることにより円筒体４０を回転させることができる。
【００５６】
一方、第四実施形態の回転砥石装置４では、図５に示すように、従動歯車５４及び駆動歯車６４は傘歯車である。かかる構成により、駆動歯車６４の回転中心は直交軸Ｚと直交する軸Ｐ４となり、この軸Ｐ４を軸心とする駆動軸部６４ｐをモータで回転させることにより円筒体４０を回転させることができる。
【００５７】
更に、第五実施形態の回転砥石装置５では、図６に示すように、従動歯車５５はウォームホイールであり、駆動歯車はウォーム６５である。かかる構成により、駆動歯車６５の回転中心は直交軸Ｚと平行でもなく交差することもない食い違い軸Ｑとなり、この軸Ｑを軸心とする駆動軸部６５ｐをモータで回転させることにより、円筒体４０を回転させることができる。
【００５８】
上記のように、第三実施形態〜第五実施形態の回転砥石装置３，４，５によれば、従動歯車及び駆動歯車の種類を選択することにより、モータＭにより回転駆動される軸の方向を種々とすることができ、回転砥石装置の寸法や全体形状を、被加工物の種類や加工を行う作業スペースに応じたものとすることができる。
【００５９】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６０】
例えば、上記の実施形態では、砥石１５の重心を通り第一軸Ｐ１と直交する軸が、直交軸Ｚと一致している場合を例示したが、図７に示す変形例の回転砥石装置６のように、砥石１５の重心を通り第一軸１０と直交する軸は直交軸Ｚに平行な軸Ｚ３であっても良い。この場合は、第一軸Ｐ１と直交軸Ｚとの交点から支持部４１のまでの距離Ｌを、交点から砥石１５の外周縁までの最短距離ｄより短くすれば、交点から砥石１５の外周縁までの最長距離Ｄを半径とする円よりわずかに大きな貫通孔を穿設することができる。なお、図７では、第一実施形態を変形した例を図示しているが、他の実施形態においても、砥石１５の重心を通り第一軸Ｐ１と直交する軸を直交軸Ｚに平行な軸とすることが可能である。
【００６１】
また、図４，５，６では、プーリである第一回転子１１を図示しているが、第三実施形態〜第五実施形態の回転砥石装置３，４，５において第二回転子２１の回転を第一回転子に伝達する構成は、第一実施形態で例示した構成であっても、第二実施形態で例示した構成であっても良い。更に、第二回転子及び第一回転子を噛合う二つの歯車とする構成、第二回転子、二つの第三回転子、及び、第一回転子を全て歯車で構成させ、隣接する平行な軸間で歯車を噛合させる構成、第二回転子、二つの第三回転子、及び、第一回転子を全てプーリで構成させ、隣接する平行な軸間でプーリにベルトを掛け回すなど、種々の設計とすることが可能である。
【００６２】
なお、本発明の回転砥石装置は、乾式で研削を行っても砥石の表面に目詰まりが生じにくいという優れた作用効果を奏するが、湿式で研削を行うことを排除したものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１，２，３，４，５ 回転砥石装置
１０ 第一軸部
１１，１２ 第一回転子
１５ 砥石
２０ 第二軸部
２１ 第二回転子
２５ 第二傘歯車
２７ ベルト
３０ 第三軸部
３１，３２ 第三回転子
４５ 第一傘歯車
４７，６３ｐ，６４ｐ，６５ｐ 駆動軸部
５３，５４，５５ 従動歯車
６３，６４，６５ 駆動歯車
Ｐ１ 第一軸
Ｐ２ 第二軸
Ｐ３ 第三軸
Ｚ 直交軸
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開平１１−２１６７２０号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥石を回転させて研削を行う回転砥石装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）など繊維強化複合材料は、高強度で弾性率が高いため耐衝撃性に優れると共に軽量である等の長所を有することから、航空機の部材や自動車のボディなどへの利用が期待されている材料であるが、高強度の繊維が絡み合っているため穿孔などの加工が困難である。このような難加工性材料の場合、通常の金属材料の加工に用いられる工具では、磨耗するのが極めて早いため、ダイヤモンド粒子がコーティングされたドリル等の工具が使用されることがある。ところが、かかる工具の使用はコストが嵩むという問題がある。
【０００３】
そこで、炭化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、溶融アルミナなど、非常に硬いがダイヤモンドほど高価ではないセラミックスの粒子を結合剤で結合し、焼成した回転砥石を使用して、難加工材料を加工する技術の開発が進められている。しかしながら、回転砥石を使用して研削を行う場合は、砥石に目詰まりが生じやすく、短時間の使用で研削能が低下してしまうという問題がある。すなわち、図８（ａ），（ｂ）に示すように、ドリルによる穿孔と同様の態様で回転砥石Ｔを自転させて孔ｈ１をあける場合、砥石は全周で被加工物Ｗと接触し、砥石の表面が研削粉と擦り合わされるように回転するため、研削粉が砥粒間に入り込んで容易に目詰まりしてしまう。
【０００４】
また、穿孔加工として、図９（ａ），（ｂ）に示すように、回転砥石Ｔを軸Ａ１周りに自転させると同時に、加工すべき孔ｈ２の中心軸Ａ２周りに公転させながら孔ｈ２の深さ方向に回転砥石Ｔを送ることにより螺旋状に研削を行う、いわゆるヘリカル加工が行われることがある（例えば、特許文献１参照）。一般的に、研削粉は砥石の自転軸に垂直な方向に飛散しやすいが、図９に例示したヘリカル加工では、回転砥石Ｔの自転軸Ａ１と公転軸Ａ２とが平行であるため、研削粉は加工される孔ｈ２の内周面に付着しやすい。そして、研削粉が付着した孔ｈ２の内周面に沿って、回転砥石Ｔが螺旋状に移動することとなるため、研削粉が砥粒間に入り込みやすく容易に目詰まりが生じてしまう。
【０００５】
ここで、砥石の目詰まりを防止するために、液体で研削粉を洗い流しながら研削を行う湿式加工が公知である。しかしながら、湿式加工では、研削粉と液体とが混合した汚泥が被加工物の隙間などに入り込んでこびり付きやすく、加工後の洗浄工程が必須である。そのため、洗浄工程のために労力や経費がかかるという問題がある。特に、航空機部品など、被加工物が大型の場合は、洗浄工程に必要な設備が大掛かりとなると共に、労力や経費も多大となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、乾式で加工を行っても、砥石に目詰まりが生じにくい回転砥石装置の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明にかかる回転砥石装置は、「円板状の砥石と、該砥石の断面円の中心を通る第一軸を軸心とし、前記砥石と一体的に回転する第一軸部と、該第一軸部を前記砥石の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部と、一対の該支持部間で前記第一軸部を挿通させ、前記第一軸部と一体的に回転する第一回転子と、一対の前記支持部が一端に設けられていると共に、前記第一軸に平行な第二軸を軸心とする第二軸部を回転自在に挿通させている円筒体と、該円筒体の中心軸と一致すると共に前記第一軸と直交する直交軸周りに前記円筒体を回転させる回転駆動機構と、前記円筒体と同心の円環状で、前記円筒体を回転自在に挿通させている第一傘歯車と、該第一傘歯車と噛合し、前記第二軸部と一体的に回転する第二傘歯車と、前記円筒体内で前記第二軸部を挿通させ、前記第二軸部と一体的に回転すると共に前記第一回転子を従動回転させる第二回転子と」を具備している。
【０００８】
「第一傘歯車」、及び、これと噛合する「第二傘歯車」の対は、歯筋が直線状の“すぐば傘歯車”の対とすることも、歯筋が曲線状の“まがりば傘歯車”の対とすることも可能である。
【０００９】
「直交軸」は「第一軸」と直交すると共に円筒体の中心軸と一致する軸であり、砥石の重心を通ると共に第一軸と直交する軸と一致する場合、及び、砥石の重心を通ると共に第一軸と直交する軸と平行な場合があり得る。なお、円筒体の中心軸とは、断面の外周が円形となるように円筒体を任意位置で切断した場合において、断面の外周円の中心点を結んだ線を指している。
【００１０】
「第二回転子が第一回転子を従動回転させる」構成としては、第一回転子及び第二回転子が共にプーリであって、両者に掛け回されたベルトによって第二回転子の回転が第一回転子に伝達される構成、第一回転子及び第二回転子が共にスプロケットであって、両者に掛け回されたチェーンによって第二回転子の回転が第一回転子に伝達される構成、第一回転子及び第二回転子が互いに噛合する歯車である構成を挙げることができる。なお、歯車は、平行な二軸間で噛合する、平歯車（歯筋が回転軸に平行）、あるいは、はすば歯車（歯筋が回転軸に対して傾斜）を使用することができる。
【００１１】
上記構成により、本発明の回転砥石装置は次のように動作する。まず、回転駆動機構により円筒体が直交軸周りに回転させられると、支持部及び支持部を挿通している第一軸部を介して、砥石も直交軸周りに回転する。
【００１２】
一方、円筒体は円環状の第一傘歯車内で自在に回転する構成であり、第一傘歯車には第二傘歯車が噛合している。そして、この第二傘歯車は、円筒体を回転自在に挿通している第二軸部と一体的に回転する構成である。そのため、円筒体の直交軸周りの回転に伴い第二軸部が直交軸周りに回転すると、第二傘歯車が第一傘歯車と噛合いながら第二軸周りに回転し、第二軸部が第二軸周りに回転する。その結果、円筒体内で第二軸部を挿通させている第二回転子が、第二軸部と一体的に第二軸周りに回転する。
【００１３】
この第二回転子に従動して第一回転子が第一軸周りに回転すると、第一軸部が第一回転子と一体的に回転する。これにより、第一軸部と一体的に回転する砥石が第一軸周りに回転する。すなわち、円筒体を直交軸周りに回転させる一方向の回転駆動のみによって、直交する二つの軸（第一軸及び直交軸）周りに、同時に砥石を回転させることができる。そして、砥石を直交する二つの軸周りに同時に回転させながら、砥石が被加工物に押し込まれるように回転砥石装置を動作させることにより、被加工物に穿孔などの研削加工を行うことができる。
【００１４】
従って、本発明によれば、直交する二つの軸周りに同時に砥石を回転させることができるため、一つの回転軸しか有しない砥石で加工する場合に比べて、砥石の表面において被加工物と接触する面積が増大する。そのため、所定量の研削粉が生じる加工を行う場合で比較すると、一つの回転軸しか有しない場合に比べて、砥石の単位表面積当たりの接触により生じる研削粉の量が少なく、その分、砥石表面の目詰まりが低減される。
【００１５】
また、一般的に、被加工物の研削により生じる研削粉は、砥石の自転軸に直交する方向に飛散しやすいところ、本発明では砥石は第一軸周りに回転しながら、第一軸に直交する軸周りにも回転する。そのため、第一軸を自転軸と捉えれば、自転軸に直交する方向は直交軸周りに３６０度回転する。これにより、本発明の回転砥石装置による加工により生じる研削粉は全方向に飛散することとなり、砥石の回転軸が一つである場合に比べて、被加工物に付着する研削粉が低減される。従って、本発明の回転砥石装置は、乾式で研削加工を行っても、砥石の表面に目詰まりが生じにくい。
【００１６】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記第一回転子及び前記第二回転子はそれぞれプーリであり、前記第一回転子は、前記第一回転子と前記第二回転子との間に掛け回されたベルトを介して、前記第二回転子に従動する回転を行う」ものとすることができる。
【００１７】
上記のように、第二回転子の回転をベルトを介して第一回転子に伝達することにより、第二軸部と第一軸部との間の距離が大きくても、第二軸部の回転を第一軸部に伝達することができる。加えて、難加工性材料を加工する際に、砥石に過負荷がかかったとしても、ベルトはプーリに対して滑ることが可能であるため、砥石への過負荷に起因して、第一軸部や第一回転子等が破損するおそれを低減することができる。
【００１８】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記第一軸と前記第二軸との間で前記第一軸に平行な第三軸を軸心とし、前記円筒体を挿通している第三軸部と、共に前記円筒体内で前記第三軸部を挿通させ、前記第三軸部と一体的に回転する二つの第三回転子とを更に具備し、一方の前記第三回転子は前記第二回転子に従動して回転し、前記第一回転子は他方の前記第三回転子に従動して回転する」ものとすることができる。
【００１９】
「第三軸」は第一軸に平行であるため、当然ながら、第一軸に平行な第二軸とも平行である。
【００２０】
第二回転子の回転が一方の第三回転子に伝達される構成、及び、他方の第三回転子の回転が第一回転子に伝達される構成としては、それぞれ二つのプーリ間にベルトが掛け回される構成、二つのスプロケット間にチェーンが掛け回される構成、或いは、二つの歯車が噛合する構成を挙げることができる。なお、二つの歯車は、上記と同様に、平行な二軸間で噛合する、平歯車、または、はすば歯車を使用することができる。
【００２１】
上記構成により、第二軸部の回転に伴い第二回転子が回転すると、これに従動して一方の第三回転子が回転し、第三回転軸部が第三軸周りに回転する。これに伴い、他方の第三回転子が第三軸部と一体的に回転し、その回転に従動して第一回転子が回転し、第一回転子と一体的に第一軸部が第一軸周りに回転する。
【００２２】
以上のように、第二軸部と第一軸部との間に第三軸部を設け、二つの第三回転子を介して第二回転子の回転を第一回転子に伝達することにより、第二軸部と第一軸部との間の距離が更に大きくても、第二軸部の回転を第二軸部の回転を第一軸部に伝達することができる。また、第二回転子と一方の第三回転子との対、及び、他方の第三回転子と第一回転子との対の少なくとも一方を、噛合する二つの歯車で構成させた場合は、それぞれの歯車の歯数の調整により、伝達される回転の速度を減速または増速することができる。
【００２３】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記回転駆動機構は、モータの駆動により前記直交軸周りに前記円筒体と一体的に回転する駆動軸部を備える」ものとすることができる。
【００２４】
上記構成により、モータの回転駆動力で円筒体を直接的に回転させることができるため、エネルギーの伝達効率が良く、装置全体の構成も簡易なものとなる。
【００２５】
本発明にかかる回転砥石装置は、上記構成において、「前記回転駆動機構は、前記円筒体の外周面に固着されて前記直交軸周りに回転する円環状の従動歯車と、該従動歯車と噛合し、モータの駆動により回転する駆動軸部の軸心を回転中心とする駆動歯車とを備える」ものとすることができる。
【００２６】
上記構成により、「従動歯車」及び「駆動歯車」の種類を選択することにより、モータにより回転駆動される軸の方向を異ならせることができる。これにより、回転砥石装置の寸法や全体形状を、被加工物の種類や加工を行う作業スペースに応じたものとすることができる。例えば、「従動歯車」及び「駆動歯車」を平歯車とした場合は、モータにより回転駆動される軸の方向は、円筒体の回転軸（直交軸）に平行となる。また、「従動歯車」及び「駆動歯車」を傘歯車とした場合は、モータにより回転駆動される軸の方向は、円筒体の回転軸に直交する。或いは、「従動歯車」をウォームホイールとし、「駆動歯車」をウォームとした場合は、モータにより回転駆動される軸の方向は、円筒体の回転軸の方向と平行でもなく交差することもない食い違い方向となる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明の効果として、乾式で加工を行っても、砥石に目詰まりが生じにくい回転砥石装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第一実施形態の回転砥石装置の斜視図である。
【図２】図１の回転砥石装置の側面図である。
【図３】本発明の第二実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図４】本発明の第三実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図５】本発明の第四実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図６】本発明の第五実施形態の回転砥石装置の側面図である。
【図７】他の実施形態を、第一実施形態の変形として例示する側面図である。
【図８】従来のドリル式の加工方法による穿孔を説明する（ａ）断面図、及び（ｂ）平面図である。
【図９】従来のヘリカル式の加工方法による穿孔を説明する（ａ）断面図、及び（ｂ）平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の第一実施形態である回転砥石装置１について、図１及び図２を用いて説明する。回転砥石装置１は、円板状の砥石１５と、砥石１５の断面円の中心を通る第一軸Ｐ１を軸心とし、砥石１５と一体的に回転する第一軸部１０と、第一軸部１０を砥石１５の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部４１と、一対の支持部４１間で第一軸部１０を挿通させ、第一軸部１０と一体的に回転する第一回転子１１と、一対の支持部４１が一端に設けられていると共に、第一軸Ｐ１に平行な第二軸Ｐ２を軸心とする第二軸部２０を回転自在に挿通させている円筒体４０と、円筒体４０の中心軸と一致すると共に第一軸Ｐ１と直交する直交軸Ｚ周りに円筒体４０を回転させる回転駆動機構と、円筒体４０と同心の円環状で、円筒体４０を回転自在に挿通させている第一傘歯車４５と、第一傘歯車４５と噛合し、第二軸部２０と一体的に回転する第二傘歯車２５と、円筒体４０内で第二軸部２０を挿通させ、第二軸部２０と一体的に回転すると共に第一回転子１１を従動回転させる第二回転子２１とを具備している。
【００３０】
そして、第一実施形態では、第一回転子１１及び第二回転子２１はそれぞれプーリであり、第一回転子１１は、第一回転子１１と第二回転子２１との間に掛け回されたベルト２７を介して、第二回転子２１に従動する回転を行う。
【００３１】
また、第一実施形態の回転駆動機構は、モータＭの駆動により直交軸Ｚ周りに円筒体４０と一体的に回転する駆動軸部４７を備えている。
【００３２】
より詳細に説明すると、円筒体４０は、一端が蓋部４２で閉塞され他端が開口した形態である。開口端側の側周面は、対向する位置で二箇所が切り欠かれており、残片が一対の支持部４１を形成している。この一対の支持部４１間の空間を横切るように、第一軸部１０が一端側と他端側でそれぞれ支持部４１を挿通している。
【００３３】
第一軸部１０には、砥石１５がその断面円の中心点を結んだ線が第一軸Ｐ１と一致させた状態で固着されている。これにより、第一軸部１０が第一軸Ｐ１周りに回転すると、砥石１５も第一軸部１０と一体的に回転する。なお、本実施形態では、直交軸Ｚは砥石１５の重心を通っている。
【００３４】
また、第一軸部１０には、第一回転子１１としてのプーリが、回転軸を第一軸Ｐ１と一致させた状態で固着されている。なお、第一回転子１１は、砥石１５より小径である。
【００３５】
第一軸部１０より蓋部４２側で、円筒体４０は円環状の第一傘歯車４５を挿通しているが、この第一傘歯車４５の内周面と円筒体４０の外周面との間には、円環状の軸受け４６が介設されている。かかる構成により、円筒体４０が回転しても、第一傘歯車４５は回転しない。すなわち、円筒体４０は第一傘歯車４５内で回転自在である。
【００３６】
第一傘歯車４５より更に蓋部４２側で、円筒体４０には第二軸部２０が回転自在に挿通されており、第二軸部２０の方向は、第二軸部２０の軸心である第二軸Ｐ２が第一軸Ｐ１と平行で、且つ、直交軸Ｚと直交する方向である。この第二軸部２０の一端には、円筒体４０より外側で第一傘歯車４５と噛合する第二傘歯車２５が、回転軸を第二軸Ｐ２と一致させて固着されている。なお、図１及び図２では、歯筋が先端に向かって縮径する第二傘歯車２５と、外周縁から内周縁に向かって低くなるように歯筋が傾斜している第一傘歯車４５が噛合している形態を例示しているが、逆に、歯筋が先端に向かって拡径する第二傘歯車と、外周縁から内周縁に向かって高くなるように歯筋が傾斜している第一傘歯車が噛合する形態であっても構わない。
【００３７】
円筒体４０の内部において、第二軸部２０には第二回転子２１としてのプーリが、回転軸を第二軸Ｐ２と一致させた状態で固着されている。ここで、第二回転子２１の取り付け位置は、第一回転子１１と第二回転子２１それぞれの中心を結んだ線が直交軸Ｚに平行となる位置となっている。これにより、第一回転子１１及び第二回転子２１に掛け回されたベルト２７の周回方向が、第一軸Ｐ１及び第二軸Ｐ２と直交する。また、第二軸部２０において、第二傘歯車２５が取り付けられている端部と反対側の端部には、第二傘歯車２５の重量とバランスをとるためのバランサー２９が取り付けられている。
【００３８】
一方、回転駆動機構の構成である駆動軸部４７は、その軸心を直交軸Ｚと一致させた状態で円筒体４０の蓋部４２に固着されており、モータＭの駆動により回転する。
【００３９】
上記構成により、単一のモータＭによる回転駆動により、砥石１５を直交する二つの軸（第一軸Ｐ１及び直交軸Ｚ）周りに回転させることができる。すなわち、モータＭの回転駆動により駆動軸部４７が回転すると、円筒体４０が直交軸Ｚ周りに回転し、円筒体４０と一体の支持部４１、及び支持部４１を挿通している第一軸部１０を介して、砥石１５も直交軸Ｚ周りに回転する。一方で、円筒体４０が回転すると、円筒体４０を挿通している第二軸部２０も直交軸Ｚ周りに回転する。この第二軸部２０の端部には第二傘歯車２５が取り付けられているため、第二傘歯車２５も直交軸Ｚ周りに回転する。この第二傘歯車２５は円環状の第一傘歯車４５と噛合しているが、第一傘歯車４５は円筒体４０の回転に伴って回転することはないため、第一傘歯車４５と噛合しながら直交軸Ｚ周りに回転することにより、第二傘歯車２５は第二軸Ｐ２周りに回転する。これにより、第二傘歯車２５と一体的に第二軸部２０が第二軸Ｐ２周りに回転し、更に、第二軸部２０と一体的に第二回転子２１が第二軸Ｐ２周りに回転する。そして、第二回転子２１が回転すると、その回転がベルト２７を介して第一回転子１１に伝達され、第一回転子１１は第二回転子２１と同方向に第一軸Ｐ１周りに回転する。その結果、第一回転子１１が固着された第一軸部１０が第一軸Ｐ１周りに回転し、砥石１５が第一軸部１０と一体的に回転する。
【００４０】
従って、砥石１５を直交する二つの軸周りに同時に回転させながら、砥石１５が被加工物に押し込まれるよう、回転砥石装置１を直交軸Ｚの方向に前進させることにより、被加工物に穿孔加工を行うことができる。このとき、図２に示すように、第一軸Ｐ１と直交軸Ｚとの交点から支持部４１までの距離Ｌを砥石１５の半径Ｒより短くすれば、砥石１５の直径２Ｒよりわずかに大きな径の貫通孔を被加工物Ｗに穿設することができる。
【００４１】
また、砥石１５が直交軸Ｚの方向に前進しつつ直交軸Ｚに平行な方向に移動するように、回転砥石装置１を移動させることにより、表面研削や面取りなどの研削加工を行うことができる。なお、砥石１５が直交軸Ｚの方向に前進・後退する、或いは、直交軸Ｚと平行に移動するような回転砥石装置１の移動には、多軸ロボット等の図示しない変位装置を使用することができる。例えば、図１及び図２に例示したように、円筒体４０を回転自在に支持する軸受け４９を円筒体４０の外周面に取り付け、この軸受け４９を介して回転砥石装置１全体をケーシング内に保持することにより、変位装置でケーシングごと回転砥石装置１を移動させることが可能である。或いは、回転砥石装置１全体を、ケーシングごと直交軸Ｚに平行な軸周りに回転させることにより、砥石１５の径によらない大径の貫通孔Ｈを、被加工物に穿設することができる。
【００４２】
以上のように、第一実施形態の回転砥石装置１によれば、円筒体４０を直交軸Ｚ周りに回転させる一方向の回転駆動のみによって、直交する二つの軸（第一軸Ｐ１及び直交軸Ｚ）周りに、同時に砥石１５を回転させることができる。
【００４３】
このように、砥石１５が直交する二つの軸周りに同時に回転することにより、一つの回転軸しか有しない砥石で加工する場合に比べて、砥石の単位表面積当たりの接触により生じる研削粉の量が少なく、砥石１５表面の目詰まりが低減される。例えば、穿孔加工を行う場合、図８を用いて上述したドリル様の動作による穿孔とは異なり、ある時点で砥石１５が全周にわたって加工される孔の内周と接触していることはないため、砥石１５表面に目詰まりが生じにくい。
【００４４】
また、研削粉は砥石の自転軸に直交する方向に飛散しやすいところ、本実施形態において砥石１５は直交する二つの軸周りに同時に回転するため、研削粉は全方向に飛散する。その結果、砥石の回転軸が一つである場合に比べて、被加工物に付着する研削粉が低減され、乾式で研削加工を行っても、砥石１５の表面に目詰まりが生じにくい。
【００４５】
更に、第一実施形態では、第二回転子２１及び第一回転子１１を共にプーリとし、ベルト２７により回転を伝達する構成であるため、第二軸部２０と第一軸部１０との間の距離が大きくても、第二軸部２０の回転を第一軸部１０に伝達することができる。加えて、加工の際に砥石１５に過負荷がかかった場合であっても、ベルト２７はプーリに対して滑ることが可能であるため、砥石１５への過負荷に起因して第一軸部１０や第一回転子１１等が破損するおそれを低減することができる。
【００４６】
また、第一実施形態では、駆動軸部４７の軸心を直交軸Ｚと一致させ、モータＭの回転駆動力で直接的に円筒体４０を回転させているため、エネルギーの伝達効率が良く、装置全体の構成も簡易である。
【００４７】
次に、第二実施形態の回転砥石装置２について、図３を用いて説明する。以下では、第一実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。回転砥石装置２は、円板状の砥石１５と、砥石１５の断面円の中心を通る第一軸Ｐ１を軸心とし、砥石１５と一体的に回転する第一軸部１０と、第一軸部１０を砥石１５の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部４１と、一対の支持部４１間で第一軸部１０を挿通させ、第一軸部１０と一体的に回転する第一回転子１２と、一対の支持部４１が一端に設けられていると共に、第一軸Ｐ１に平行な第二軸Ｐ２を軸心とする第二軸部２０を回転自在に挿通させている円筒体４０と、円筒体４０の中心軸と一致すると共に第一軸Ｐ１と直交する直交軸Ｚ周りに円筒体４０を回転させる回転駆動機構と、円筒体４０と同心の円環状で、円筒体４０を回転自在に挿通させている第一傘歯車４５と、第一傘歯車４５と噛合し、第二軸部２０と一体的に回転する第二傘歯車２５と、円筒体４０内で第二軸部２０を挿通させ、第二軸部２０と一体的に回転すると共に第一回転子１２を従動回転させる第二回転子２１とを具備している。また、回転駆動機構は、回転砥石装置１と同様に、モータＭの駆動により直交軸Ｚ周りに円筒体４０と一体的に回転する駆動軸部４７を備えている。
【００４８】
第二実施形態が第一実施形態と相違する点は、第二回転子２１の回転を第一回転子１２に伝達するための構成である。すなわち、回転砥石装置２は、第一軸Ｐ１と第二軸Ｐ２との間で第一軸Ｐ１に平行な第三軸Ｐ３を軸心とし、円筒体４０を挿通している第三軸部３０と、共に円筒体４０内で第三軸部３０を挿通させ、第三軸部３０と一体的に回転する二つの第三回転子３１，３２とを更に具備し、一方の第三回転子３１は第二回転子２１に従動して回転し、第一回転子１２は他方の第三回転子３２に従動して回転するものである。
【００４９】
より詳細に説明すると、第三軸部３０は、第一軸部１０と第二軸部２０との間で円筒体４０に回転自在に挿通されているが、この第三軸部３０の方向は、軸心である第三軸Ｐ３が第一軸Ｐ１及び第二軸Ｐ２と平行で、且つ、直交軸Ｚと直交する方向である。また、第三軸部３０には、円筒体４０の内部において、二つの第三回転子３１，３２がそれぞれ回転軸を第三軸Ｐ３と一致させた状態で固着されている。
【００５０】
本実施形態では、第二回転子２１及び一方の第三回転子３１はプーリであり、両者間にベルト２８が掛け回されている。そして、他方の第三回転子３２及び第一回転子１２は、互いに噛合する平歯車である。かかる構成により、第二回転子２１の回転はベルト２８を介して第三回転子３１に伝達され、第三回転子３１の回転に伴い第三軸部３０が第三軸Ｐ３周りに回転する。これにより、他方の第三回転子３２が回転し、これと噛合いながら第一回転子１２が回転することにより、第一回転子１２と一体的に第一軸部１０が第一軸Ｐ１周りに回転する。
【００５１】
以上のように、第二実施形態の回転砥石装置２によれば、第二軸部２０と第一軸部１０との間に第三軸部３０を設け、二つの第三回転子３１，３２を介して第二回転子２１の回転を第一回転子１２に伝達させているため、第二軸部２０と第一軸部１０との間の距離が更に大きくても、第二軸部２０の回転を第二軸部２０の回転を第一軸部１０に伝達することができる。特に、第二回転子２１の回転はベルト２８を介して第三回転子３１に伝達しているため、第二軸部２０と第三軸部３０間の距離を大きくとることが可能である。
【００５２】
また、第三回転子３２と第一回転子１２を噛合する平歯車としたことにより、両者の歯数の調整により、伝達される回転の速度を減速または増速することができる。なお、第三回転子３２及び第一回転子１２は、平歯車に替えてはすば歯車を使用することができる。
【００５３】
第一実施形態及び第二実施形態は、第二軸部２０の回転を第一軸部１０に伝達する構成が異なる例であったが、以下、回転駆動機構が上記と異なる実施形態として、第三実施形態〜第五実施形態を例示する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
第三実施形態の回転砥石装置３、第四実施形態の回転砥石装置４、及び、第五実施形態の回転砥石装置５は、共通する構成として、次の構成を備えている。すなわち、回転砥石装置３，４，５において、回転駆動機構は、円筒体４０の外周面に固着されて直交軸Ｚ周りに回転する円環状の従動歯車と、従動歯車と噛合し、モータＭの駆動により回転する駆動軸部の軸心を回転中心とする駆動歯車とを備えている。
【００５５】
具体的には、第三実施形態の回転砥石装置３では、図４に示すように、従動歯車５３及び駆動歯車６３は平歯車である。かかる構成により、駆動歯車６３の回転中心は直交軸Ｚと平行な軸Ｚ２となり、この軸Ｚ２を軸心とする駆動軸部６３ｐをモータで回転させることにより円筒体４０を回転させることができる。
【００５６】
一方、第四実施形態の回転砥石装置４では、図５に示すように、従動歯車５４及び駆動歯車６４は傘歯車である。かかる構成により、駆動歯車６４の回転中心は直交軸Ｚと直交する軸Ｐ４となり、この軸Ｐ４を軸心とする駆動軸部６４ｐをモータで回転させることにより円筒体４０を回転させることができる。
【００５７】
更に、第五実施形態の回転砥石装置５では、図６に示すように、従動歯車５５はウォームホイールであり、駆動歯車はウォーム６５である。かかる構成により、駆動歯車６５の回転中心は直交軸Ｚと平行でもなく交差することもない食い違い軸Ｑとなり、この軸Ｑを軸心とする駆動軸部６５ｐをモータで回転させることにより、円筒体４０を回転させることができる。
【００５８】
上記のように、第三実施形態〜第五実施形態の回転砥石装置３，４，５によれば、従動歯車及び駆動歯車の種類を選択することにより、モータＭにより回転駆動される軸の方向を種々とすることができ、回転砥石装置の寸法や全体形状を、被加工物の種類や加工を行う作業スペースに応じたものとすることができる。
【００５９】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
【００６０】
例えば、上記の実施形態では、砥石１５の重心を通り第一軸Ｐ１と直交する軸が、直交軸Ｚと一致している場合を例示したが、図７に示す変形例の回転砥石装置６のように、砥石１５の重心を通り第一軸１０と直交する軸は直交軸Ｚに平行な軸Ｚ３であっても良い。この場合は、第一軸Ｐ１と直交軸Ｚとの交点から支持部４１のまでの距離Ｌを、交点から砥石１５の外周縁までの最短距離ｄより短くすれば、交点から砥石１５の外周縁までの最長距離Ｄを半径とする円よりわずかに大きな貫通孔を穿設することができる。なお、図７では、第一実施形態を変形した例を図示しているが、他の実施形態においても、砥石１５の重心を通り第一軸Ｐ１と直交する軸を直交軸Ｚに平行な軸とすることが可能である。
【００６１】
また、図４，５，６では、プーリである第一回転子１１を図示しているが、第三実施形態〜第五実施形態の回転砥石装置３，４，５において第二回転子２１の回転を第一回転子に伝達する構成は、第一実施形態で例示した構成であっても、第二実施形態で例示した構成であっても良い。更に、第二回転子及び第一回転子を噛合う二つの歯車とする構成、第二回転子、二つの第三回転子、及び、第一回転子を全て歯車で構成させ、隣接する平行な軸間で歯車を噛合させる構成、第二回転子、二つの第三回転子、及び、第一回転子を全てプーリで構成させ、隣接する平行な軸間でプーリにベルトを掛け回すなど、種々の設計とすることが可能である。
【００６２】
なお、本発明の回転砥石装置は、乾式で研削を行っても砥石の表面に目詰まりが生じにくいという優れた作用効果を奏するが、湿式で研削を行うことを排除したものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１，２，３，４，５ 回転砥石装置
１０ 第一軸部
１１，１２ 第一回転子
１５ 砥石
２０ 第二軸部
２１ 第二回転子
２５ 第二傘歯車
２７ ベルト
３０ 第三軸部
３１，３２ 第三回転子
４５ 第一傘歯車
４７，６３ｐ，６４ｐ，６５ｐ 駆動軸部
５３，５４，５５ 従動歯車
６３，６４，６５ 駆動歯車
Ｐ１ 第一軸
Ｐ２ 第二軸
Ｐ３ 第三軸
Ｚ 直交軸
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開平１１−２１６７２０号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の砥石と、
該砥石の断面円の中心を通る第一軸を軸心とし、前記砥石と一体的に回転する第一軸部と、
該第一軸部を前記砥石の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部と、
一対の該支持部間で前記第一軸部を挿通させ、前記第一軸部と一体的に回転する第一回転子と、
一対の前記支持部が一端に設けられていると共に、前記第一軸に平行な第二軸を軸心とする第二軸部を回転自在に挿通させている円筒体と、
該円筒体の中心軸と一致すると共に前記第一軸と直交する直交軸周りに前記円筒体を回転させる回転駆動機構と、
前記円筒体と同心の円環状で、前記円筒体を回転自在に挿通させている第一傘歯車と、
該第一傘歯車と噛合し、前記第二軸部と一体的に回転する第二傘歯車と、
前記円筒体内で前記第二軸部を挿通させ、前記第二軸部と一体的に回転すると共に前記第一回転子を従動回転させる第二回転子と
を具備することを特徴とする回転砥石装置。
【請求項２】
前記第一回転子及び前記第二回転子はそれぞれプーリであり、前記第一回転子は、前記第一回転子と前記第二回転子との間に掛け回されたベルトを介して、前記第二回転子に従動する回転を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の回転砥石装置。
【請求項３】
前記第一軸と前記第二軸との間で前記第一軸に平行な第三軸を軸心とし、前記円筒体を挿通している第三軸部と、
共に前記円筒体内で前記第三軸部を挿通させ、前記第三軸部と一体的に回転する二つの第三回転子とを更に具備し、
一方の前記第三回転子は前記第二回転子に従動して回転し、前記第一回転子は他方の前記第三回転子に従動して回転する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転砥石装置。
【請求項４】
前記回転駆動機構は、モータの駆動により前記直交軸周りに前記円筒体と一体的に回転する駆動軸部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転砥石装置。
【請求項５】
前記回転駆動機構は、
前記円筒体の外周面に固着されて前記直交軸周りに回転する円環状の従動歯車と、
該従動歯車と噛合し、モータの駆動により回転する駆動軸部の軸心を回転中心とする駆動歯車とを備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転砥石装置。
【請求項１】
円板状の砥石と、
該砥石の断面円の中心を通る第一軸を軸心とし、前記砥石と一体的に回転する第一軸部と、
該第一軸部を前記砥石の両側で回転自在に挿通させている一対の支持部と、
一対の該支持部間で前記第一軸部を挿通させ、前記第一軸部と一体的に回転する第一回転子と、
一対の前記支持部が一端に設けられていると共に、前記第一軸に平行な第二軸を軸心とする第二軸部を回転自在に挿通させている円筒体と、
該円筒体の中心軸と一致すると共に前記第一軸と直交する直交軸周りに前記円筒体を回転させる回転駆動機構と、
前記円筒体と同心の円環状で、前記円筒体を回転自在に挿通させている第一傘歯車と、
該第一傘歯車と噛合し、前記第二軸部と一体的に回転する第二傘歯車と、
前記円筒体内で前記第二軸部を挿通させ、前記第二軸部と一体的に回転すると共に前記第一回転子を従動回転させる第二回転子と
を具備することを特徴とする回転砥石装置。
【請求項２】
前記第一回転子及び前記第二回転子はそれぞれプーリであり、前記第一回転子は、前記第一回転子と前記第二回転子との間に掛け回されたベルトを介して、前記第二回転子に従動する回転を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の回転砥石装置。
【請求項３】
前記第一軸と前記第二軸との間で前記第一軸に平行な第三軸を軸心とし、前記円筒体を挿通している第三軸部と、
共に前記円筒体内で前記第三軸部を挿通させ、前記第三軸部と一体的に回転する二つの第三回転子とを更に具備し、
一方の前記第三回転子は前記第二回転子に従動して回転し、前記第一回転子は他方の前記第三回転子に従動して回転する
ことを特徴とする請求項１に記載の回転砥石装置。
【請求項４】
前記回転駆動機構は、モータの駆動により前記直交軸周りに前記円筒体と一体的に回転する駆動軸部を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転砥石装置。
【請求項５】
前記回転駆動機構は、
前記円筒体の外周面に固着されて前記直交軸周りに回転する円環状の従動歯車と、
該従動歯車と噛合し、モータの駆動により回転する駆動軸部の軸心を回転中心とする駆動歯車とを備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の回転砥石装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−４５６８８（Ｐ２０１２−４５６８８Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９２００６（Ｐ２０１０−１９２００６）
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（３９１０１６８４２）岐阜県 (70)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３０日（２０１０．８．３０）
【出願人】（３９１０１６８４２）岐阜県 (70)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]