JP5931084B2

JP5931084B2 - 偏心回転軸を有する研磨具

Info

Publication number: JP5931084B2
Application number: JP2013540636A
Authority: JP
Inventors: 幸嗣金子
Original assignee: KEITECH CO Ltd
Current assignee: KEITECH CO Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: KR101593117B1; KR20130116341A; WO2013061540A1; EP2700473A1; EP2700473B1; CN103379982B; EP2700473A4; US20140011435A1; US9289882B2; JPWO2013061540A1; CN103379982A

Description

本発明は、サンダー、グラインダー、ポリッシャーなど被工作物の表面を研削したり、研磨したりして工作するための工作具である研磨具において、駆動軸の中心線から所定距離の偏心位置に、研磨盤の回転軸が設けられている、いわゆるダブルアクションないしはランダムアクション研磨具に関する。

駆動モーターの駆動軸の中心線から偏心した位置に、研磨盤の回転軸を回転自在に取り付けた研磨具では、研磨盤は駆動軸の周りを軌道運動すると共に、研磨盤自体も回転軸を中心にして回転運動し、自転する。そのため通常、このような研磨具は、「ダブルアクションサンダー研磨具」ないしは「ランダムアクション研磨具」とも呼ばれている。図１にこのような従来からの研磨具の偏心回転機構を示す。この研磨具１では、研磨材２を取り付けた研磨盤３の偏心回転軸４は、モーター(図示せず)に連結した駆動軸５に固定された回転盤７上の、駆動軸５の中心線６から偏心した位置に、軸受９を介して回転自在に取り付けられている。そのため、この研磨具１では、研磨盤３の不規則かつ複雑な回転運動により研磨が行われる。そのため、効率の良い研磨が行えるだけでなく、通常の研磨盤の規則的な回転運動による研磨において発生する、見た目には均一な研磨面であっても、研磨面への光の照射角度によっては観測される、オーロラマークなどと称される浮き立ったマークや模様などの発生を防ぐこともできる。このマーク等は規則的な回転により、非常に微細ではあるが周期的な研磨斑に起因するとされており、不規則な回転運動の研磨盤で研磨することでこのような不具合を解消することができるためである。

この研磨具１では、モーターによる駆動軸５の回転駆動により回転盤７が回転し、研磨盤３は駆動軸５の中心線６の周りを、偏心量ａを半径として軌道運動する。また研磨盤３は、軸受９を介した偏心回転軸４にて、回転盤７に回転自在に取り付けられており、回転盤７の回転に伴い、偏心回転軸４と軸受９との間の摩擦により発生する駆動力にて、偏心回転軸４の中心線８を中心として自転回転する。研磨盤３に取り付けた研磨材２が被工作物に接しておらず、研磨盤３が自由回転可能な状態では、研磨盤３の自転回転数は回転盤７の駆動回転数にまで上昇する。研磨盤３の回転数がこのように上昇した状態で、被工作物の表面に研磨材２を押し当てて、研磨や研削を行った場合には、研磨工作が衝撃的に行われることとなり、被工作物の表面には斑や傷が生じてしまう。また、被工作物に研磨盤３を強く押し付けると、研磨盤３の自転回転はブレーキが掛かることになり、そのブレーキ力は回転軸４と軸受９との間の摩擦により発生する回転盤７の回転力より大きくなり、自転回転が行われなくなり、研磨力の著しい低下となる。

このような研磨盤の無負荷状態での自転回転数の著しい上昇や被研磨面へ研磨盤を押し付けた場合の回転の停止を防ぐために、特許文献１〜３に示されるように、研磨盤の回転軸に対するブレーキや駆動力の伝達構造の提案がなされている。特許文献１では、駆動モーターのケーシングに取り付けた、弾性的な機能リングからなるブレーキ手段の摩擦力により、研磨盤の回転数の上昇を防ぐ構造となっている。そして、研磨盤を加工すべき工作物に押し付けると、ブレーキ手段が変形して、研磨盤との間で形状的に咬み合い、結合する構造となっている。この形状的な結合により、研磨盤は偏心体支持部（回転盤）より強制的な駆動力を受け、工作物に押し付けられても、回転を維持することができる。しかしながらこの構造では、無負荷状態での自転回転数の上昇防止のためのブレーキは回転軸と弾性的な機能リングとの間の摩擦力によっているため、本来、駆動軸において有する回転エネルギーを工作物に伝える以前に研磨盤においてブレーキするという無駄な機構のためエネルギーの損失が大きく、一方、研磨盤の回転力を維持する駆動力は、ケーシングに取り付けたブレーキ手段と研磨盤との形状的結合により伝達されるため、研磨盤の回転は、偏心体支持部（回転盤）の駆動回転と逆方向の回転となり、研磨加工に際して回転方向が一瞬に変化するためその衝撃は大きく、被加工物表面への影響だけでなく、作業に危険性が伴うことになる。また、研磨盤の回転数も駆動回転に対して一定となり、不規則で滑らかな回転とはならず、偏心回転機構を持つ研磨具の機能を発揮するには到らない。

特許文献２には、ハウジング（ケーシング）に取り付けられているサンディングディスク（研磨盤）の回転数制限のための装置が、サンディングディスクとの間で、常時、力の伝達を行う研磨具が示されている。この研磨具では、サンディングディスクの回転数制限のための装置は、中空車とし部分軸受を介してハウジングと結合させ、ハウジングに常時相対回動不能に結合されているだけでなく、結合を解除して自由回転もできるようになっている。そのために、サンディングディスクの回転数制御は、特許文献１の研磨機よりは滑らかとすることができるが、サンディングディスクの回転数や回転方向などの制御には、少なくとも（１）係合部分の軸受の摩擦モーメントと、第一係合部および第二係合部の摩擦モーメントとの大小や方向、（２）偏心ピンとサンディングディスク軸受との摩擦モーメントの大小や方向、（３）駆動軸回転数と回転トルクの精緻な計算などが必要であり、ロック装置の接続・遮断を行ったり、クラッチなどを用いたりしているため、装置が複雑となる。また、研磨加工に際して回転方向が一瞬に変化するためその衝撃は大きく、被加工物表面への影響だけでなく、作業に危険性が伴うことになることは、特許文献１と同様である。

特許文献３の研磨具では、駆動力を直接研磨盤（研磨パッド）に伝達するものではあるが、軸受であるベアリングの内輪と外輪とに、軸方向と平行の方向に力を加えることで、回転の制御を行っているために、ベアリングの構造上、耐久性に問題を生ずることになる。

特開２００１−２１９３５３号公報特開２００２−１９２４５２号公報特開平８−２８１５４８号公報

本発明では、駆動モーターの駆動軸の中心線から偏心した位置に研磨盤の偏心回転軸を回転自在に取り付けた研磨具において、非研磨時で無負荷の場合でも、研磨盤の自転回転数が著しく上昇することがなく、研磨時で負荷が加わった場合でも、適宜の駆動力を伝達し自転回転数が著しく低下することを防ぎ、自転回転数を安定した範囲の回転数に制御することで、被工作物を効率よく研磨し、かつ研磨面にマークや模様を発生させない研磨具を提供する。

本発明の研磨具は、研磨材を取り付けた研磨盤の偏心回転軸が、モーターに連結した駆動軸に固定された回転盤の駆動軸中心線から偏心した位置に、軸受を介して取り付けられている研磨具において、研磨盤もしくは研磨盤に固定されている偏心回転軸に取り付けられた研磨盤側クラッチ構成部材と、回転盤に取り付けられた回転盤側クラッチ構成部材とが、摺動可能であって駆動力伝達可能な摺動面を介して連結されているクラッチを有することを特徴とする。

また、前記摺動面は少なくとも一組の円錐形状からなる摺動面であることが好ましく、さらに、一方の側のクラッチ構成部材はプラスチック材料から成り、他方の側のクラッチ構成部材は金属材料からなっていることが好ましい。プラスチック材料としては、耐熱性、耐摩耗性に優れた材料であり、例えばフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリアミドイミド、あるいはそれらの繊維強化樹脂が好ましく用いられる。金属材料としては、鋼、銅合金、アルミニウム合金、ホワイトメタルなどの金属や液体潤滑油を含浸した焼結金属が好ましく用いられる。

本発明の研磨具では、研磨盤もしくは偏心回転軸に取り付けられた研磨盤側クラッチ構成部材と、回転盤に取り付けられた回転盤側クラッチ構成部材とが、摺動可能かつ駆動力伝達可能に連結されており、いわゆる半クラッチの状態となっているものである。そのため、両クラッチ構成部材の摺動面の摩擦力により回転盤の駆動力を伝達することができると共に、この摺動面の摩擦力は軸受の摩擦力より大きくなっており、偏心回転軸の自転回転を制御している。

上記した研磨具のクラッチ部材は、摺動可能であって駆動力伝達可能の摺動面となっているため、非研磨時で無負荷の場合には、両クラッチ構成部材の摺動面の摩擦によるブレーキ作用により研磨盤の自転回転数が著しく上昇することを防ぎ、研磨時で負荷が加わった場合には、摺動面の摩擦力により回転盤側からの駆動力を研磨盤側に伝達し、自転回転数を維持することができる。そのため研磨作業時に、モーターの回転数の調整により回転盤の回転数すなわち研磨盤の軌道運動回転数の調整を行うと共に、研磨盤に取り付けた研磨材を被加工面に押し付ける力を適宜調整することで、自転回転数も調整でき、研磨盤は自転回転と軌道運動とが複雑に組み合わさった回転運動を行うことができる。

従って、本発明の研磨具を用いることで、被工作物の研磨において、研磨量の大きい研削加工では、研磨盤の複雑かつ強制的な回転運動により、大きな研磨量にもかかわらず、表面の滑らかな加工面を得ることができ、さらには綺麗な艶消し加工面も得ることができ、効率良く作業することができる。また、バフ研磨などにおいても、研磨面にマークや模様を発生させない研磨を行うことができる。そして、本研磨具では、研磨盤の回転が複雑かつ不規則であっても、研磨盤の自転方向は回転盤の回転方向と一致しており、駆動のエネルギー損失も少なく、研磨加工に際して回転方向が一瞬にして変化して衝撃を与えることもなく、研磨作業を安全に行うことができる。従って、本発明の研磨具は、いわゆるグラインダー、サンダーと称される研削加工用研磨具や、ポリッシャーと称される仕上げ研磨加工用研磨具などとして好ましく用いることができる。

従来からの研磨具の偏心回転機構の説明図である。回転盤と偏心回転軸とに取り付けたクラッチ構成部材の断面説明図である。他の形態のクラッチ構成部材の断面説明図である。図３のクラッチ構成部材を取り付けた回転盤の上面説明図である。回転盤と研磨盤とに取り付けたクラッチ構成部材の断面説明図である。図２に示したクラッチ構成部材の一部を変更した形態の断面説明図である。

本発明の実施の形態を図に基づいて以下詳細に説明する。

図２は本発明の回転盤と偏心回転軸とに取り付けたクラッチ構成部材の断面説明図である。図２において、偏心回転軸４の先には、図示はしていないが、図１と同様に研磨盤３が固定され、研磨盤３には研磨材２が取り付けられている。駆動軸５の先には、同様に図示されていないが、駆動モーターが連結されており、モーターからの駆動力を受けて、回転盤７が回転する。また先に説明した図１と同様に、偏心回転軸４は駆動軸５から、偏心した位置に取り付けられており、モーターによる駆動軸５の回転駆動により回転盤７が回転し、偏心回転軸４は軌道運動すると共に、ベアリングなどの軸受９を介して回転盤７に取り付けられており、自転回転することができる。

図２における偏心回転軸４は、軸受９を介して回転盤７に取り付けられており、さらに偏心回転軸４には、研磨盤側クラッチ構成部材１２がクラッチ取り付けネジ１４にて取り付け固定されている。一方、回転盤７には、回転盤側クラッチ構成部材１１が押しバネ１６と共に取り付けられており、回転盤７と該構成部材１１とが相互位置不動には固定されておらず、押しバネ１６の弾性力を伝達可能に取り付けられている。回転盤側クラッチ構成部材１１と研磨盤側クラッチ構成部材１２とは円錐形状の摺動面１３で密着するように配置されている。摺動面１３は摺動可能であって、かつ駆動力伝達可能となっており、摺動面１３の摩擦力は軸受９の摩擦力より大きく、偏心回転軸４の自転回転数の著しい増加に対してはブレーキとなり、自転回転数の低下に対しては駆動力の伝達の作用を発揮する。両クラッチ構成部材１１、１２を密着する力の調整は、押しバネ１６の弾性力の調整で行うことができる。ブレーキを強くしたり、駆動力の伝達を強くしたりするにはより大きい弾性力を持つバネを使用するか、バネをより圧縮することで行うことができる。ブレーキや駆動力の伝達を弱くするにはその逆の調整を行えばよい。また、偏心回転軸４は軸受９により、回転盤７と研磨盤側クラッチ部材１２との間に間隙１５を設けて取り付け、摺動面１３の前記の作用が妨げられないようにしている。

上記のように、両クラッチ構成部材１１、１２は常に半クラッチ状態となっており、摺動面１３は摺動可能であって、かつ駆動力伝達可能となっており、このようなクラッチ構成部材の組み合わせを有する研磨具は、前記したような優れた研磨特性や作業性を発揮する。また、摺動面１３の形状は摺動面積が確保し易い円錐状の形状が好ましいが、摺動面の形状は特に限定されず円盤状であってもよい。

図３と図４は他の形態のクラッチ構成部材の例であって、図３には断面説明図、図４には上面説明図を示す。この形態のクラッチ構成部材は、摺動面２３を複数の円錐形状の組み合わせから構成したものであり、研磨盤側クラッチ部材２２を偏心回転軸４に取り付け固定し、回転盤側クラッチ構成部材２１は、回転盤７を切削加工して形成させたものである。摺動面２３は４個の円錐面からなっているため、回転盤７を分割面７ｂにて分割し、分割部７ａを取り外して、研磨盤側クラッチ構成部材２２を取り付け固定しながら偏心回転軸４をセットして、取り外した分割部７ａを連結ネジ２５にて回転盤７と固定する。研磨盤側クラッチ構成部材２２は取り付けネジ２４にて偏心回転軸４に固定される。また、回転盤側クラッチ構成部材２１は、回転盤７を切削加工して形成させる方法に変えて、同じ形状の摺動面２３を形成した構成部材を回転盤７に取り付け固定することでもよい。尚、図３に示した形態では、それぞれのクラッチ構成部材は軸受機能も果たすことができ、軸受９は必ずしも必要ではないが、この例ではメタル軸受が設けてある。

図５は研磨盤側クラッチ構成部材を研磨盤に直接取り付けた例を示す。この例では、研磨盤側クラッチ構成部材３２は研磨盤３に取り付けられている。図５ではクラッチ取り付けネジ３４を偏心回転軸４にねじ込み固定しているが、取り付けネジ３４を研磨盤３にねじ込み固定してもよい。回転盤側クラッチ構成部材３１は回転盤７の上面に取り付け固定されて、両クラッチ構成部材３１と３２とは円錐形状の摺動面３３で密着するように配置されている。そして、回転盤側クラッチ構成部材３１と回転軸４とは直接接触せず、両者の間には隙間３５が存在し、研磨盤３と回転盤７とは摺動面３３を介して連結している。尚、回転盤側クラッチ構成部材３１は、図２における回転盤側クラッチ構成部材１１と同様に、回転盤７とは相互位置不動には固定せず、押しバネにより研磨盤側クラッチ構成部材３２に押し付け可能として配置することもできる。

図６は図２に示したクラッチ構成部材の一部を変更した形態の例であって、その断面説明図を示す。この形態では、研磨盤を駆動する偏心回転軸４は、回転盤７に連結されたインナーケーシング４０に軸受９を介して、取り付けられている。また、クラッチ構成部材の摺動面４３は二つの円錐形状の組み合わせから構成され、研磨盤側クラッチ構成部材４２が凸状リング形状、回転盤側クラッチ構成部材４１が凹状リング形状となっており、両者の凹凸面が密着され摺動面４３を構成している。研磨盤側クラッチ構成部材４２は、クラッチ取り付けネジ４４にて偏心回転軸４に取り付けられ、回転盤側クラッチ構成部材４１は、押しバネ４６を介して回転盤７に取り付けられている。インナーケーシング４０は、各クラッチ構成部材４１、４２と軸受９を経由した押しバネ４６による押圧力と、スナップリング４７による掛止により、回転盤７に連結固定されている。このような形態とすることにより、軸受９としてベアリングを用いた場合に、軸方向の力による軸受の損傷を避けることができる。

また、この形態における摺動面４３は、他の形態と同様に、摺動可能であって、かつ駆動力伝達可能となっており、摺動面４３の摩擦力は軸受９の摩擦力より大きく、偏心回転軸４の自転回転数の著しい増加に対してはブレーキとなり、自転回転数の低下に対しては駆動力の伝達の作用を発揮する。両クラッチ構成部材４１、４２を密着する力の調整は、押しバネ４６の弾性力の調整で行うことができる。そして、この形態においては、研磨盤側クラッチ構成部材４２としてプラスチック材料を使用し、回転盤側クラッチ構成部材４１として金属材料を使用することが好ましく、本実施例ではプラスチック材料としてポリアミドイミドを、金属材料として鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いた。この構成の場合、研磨具の使用時間の経過と共に、摺動面においてプラスチック材料で構成した研磨盤側クラッチ構成部材４２が磨滅してくる。この磨滅が進行すると共に、金属材料で構成した回転盤側クラッチ部材４１が上方にせり上がり、回転機構にトラブルを生ずることがある。しかし、図６の形態においては、回転盤側クラッチ構成部材４１の周縁部とインナーケーシング４０の下縁部との間に設けられた間隙４５が狭くなり、終局的には無くなってしまうことで、回転盤側クラッチ構成部材４１が無制限にせり上がることを防ぐことができる。また、この間隙４５の有無は、研磨盤側クラッチ構成部材４２の取り換え時期の目安ともなる。

以上何れの形態でも、研磨盤３と回転盤７とは、摺動可能であって駆動力伝達可能な摺動面を介して連結され、半クラッチ状態となっている。そのため、研磨作業において、前記したように研磨盤３は自転回転と軌道運動とが複雑に組み合わさった回転運動を行い、優れた研磨作業が実現できる。

両クラッチ構成部材を構成する素材としては、金属、プラスチック材料を使用することができるが、前記したように、プラスチック材料と金属材料との組み合わせが好ましく、プラスチック材料としては耐熱性と耐摩耗性に優れた材料が用いられる。そのようなプラスチック材料は前記したようにフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリアミドイミド、あるいはそれらの繊維強化樹脂が好ましく、繊維としてはガラス繊維や炭素繊維が好ましい。そして、フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が好ましく、そのほかテトラフルオロエチレンとクロロトリフルオロエチレン、エチレン、ヘキサフルオロプロピレンなどとの共重合体も用いることができる。また、その他の耐熱性、耐摩耗性を備えたプラスチック材料として、ポリアセタール（ポリオキシメチレン）、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォンも用いることができる。金属材料としては、鋼、銅合金、例えば青銅、鉛青銅、リン青銅など、アルミニウム合金、ホワイトメタルなどと、含油焼結金属材料、例えば鉄、銅合金、鉄銅合金及びこれ等の金属にグラファイトを組み合わせた焼結材料などの金属材料を用いることができる。これ等の素材を鋳造、注型、切削加工などによりクラッチ構成部材を製作する。そして、摺動面には必要に応じて、潤滑油などの潤滑材を介在させてもよい。

以上、実施の形態につき説明をしたがこれらの形態に限定されることなく、本願発明の趣旨の範囲でその他の形態であってもよい。

１従来の研磨具
２研磨材
３研磨盤
４偏心回転軸
５駆動軸
６駆動軸の中心線
７回転盤
７ａ回転盤分割部
７ｂ回転盤分割面
８偏心回転軸の中心線
９軸受
１１回転盤側クラッチ構成部材
１２研磨盤側クラッチ構成部材
１３摺動面
１４クラッチ取り付けネジ
１５隙間
１６押しバネ
２１回転盤側クラッチ構成部材
２２研磨盤側クラッチ構成部材
２４クラッチ取り付けネジ
２５回転盤連結ネジ
３１回転盤側クラッチ構成部材
３２研磨盤側クラッチ構成部材
３３摺動面
３４クラッチ取り付けネジ
３５隙間
４０インナーケーシング
４１回転盤側クラッチ構成部材
４２研磨盤側クラッチ構成部材
４３摺動面
４４クラッチ取り付けネジ
４５間隙
４６押しバネ
４７スナップリング
ａ偏心量

Claims

研磨材を取り付けた研磨盤の偏心回転軸が、モーターに連結した駆動軸に固定された回転盤の駆動軸中心線から偏心した位置に、軸受を介して取り付けられている研磨具において、研磨盤もしくは研磨盤に固定されている偏心回転軸に取り付けられた研磨盤側クラッチ構成部材と、回転盤に取り付けられた回転盤側クラッチ構成部材とが、摺動可能であって駆動力伝達可能な摺動面を介して連結されているクラッチを有することを特徴とする研磨具。
前記摺動面は少なくとも一組の円錐形状からなる摺動面であることを特徴とする請求項１に記載の研磨具。
一方の側のクラッチ構成部材はプラスチック材料からなり、他方の側のクラッチ構成部材は金属材料からなっていることを特徴とする請求項１ないしは２に記載の研磨具。
プラスチック材料はフッ素樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ポリアミドイミド、あるいはそれらの繊維強化樹脂から選ばれたプラスチック材料であることを特徴とする請求項３に記載の研磨具。