JP7117832B2 - ポリッシャ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車のボディの塗装面等を磨くためのポリッシャに関する。

従来、この種のポリッシャには、研磨パッドの動き方によって以下のような三つのタイプが存在している。三つのタイプは、一般的に、シングルアクション、ダブルアクション、ギヤアクションと呼ばれて区別されている。シングルアクションのタイプは、研磨パッドが自転のみを行うもので研磨力は大きいものの仕上げ研磨には向かない。ダブルアクションのタイプとギヤアクションのタイプは何れも研磨パッドが自転と公転とを行う。これらのタイプでは、研磨パッドが公転と自転という二つの異なる回転運動を行う。研磨パッドの公転と自転の回転数に差が生じることになるため、シングルアクションのタイプに比して高品質な仕上げが可能となる。

ダブルアクションのタイプは、駆動軸の回転中心に対して偏心した位置を回転中心として研磨パッドが回転可能に設けられている。そして、駆動軸が回転することで、研磨パッドは、駆動軸の回転中心を中心として公転するが、その公転に伴って、研磨パッドの慣性力ないし遠心力や軸受けの摩擦力等によって自転も行う。ダブルアクションのタイプでは、被研磨面に研磨パッドが接触すると、被研磨面と研磨パッドとの間の摩擦抵抗によって研磨パッドの自転が弱くなり、研磨パッドを被研磨面に強く押し付けると研磨パッドの自転が止まることになる。ダブルアクションのタイプは、三つのタイプの中で最も研磨力が小さく、最終仕上げ研磨に適している。しかしながら、研磨パッドを被研磨面に強く押し付けると研磨パッドの自転が止まることから、安定した研磨力を得ることは容易ではない。

これに対してギヤアクションのタイプは、ハイポサイクロイド機構を用いて研磨パッドをギヤ駆動させる方式である（下記特許文献１）。この方式では、内歯車に噛合する外歯車に研磨パッドが取り付けられていて研磨パッドがギヤ駆動されるために、被研磨面に研磨パッドが接触しても研磨パッドの自転が止まることがない。そのためダブルアクションのタイプに比して安定した研磨力を容易に得ることができると共に、ダブルアクションのタイプに比して研磨力が大きくなる。また、研磨パッドの回転軌跡は、シングルアクションのような一方向の円運動にはならず、小さい円弧が連続したものとなるため、研磨面の仕上がり品質が向上する。研磨力は三つのタイプのうち中間に位置し、中間仕上げに適している。

ギヤアクションのタイプは、偏心量が公転半径となる。そのため、偏心量を大きくすると、内歯車とそれに噛合する外歯車との間の歯数差が大きくなる。その結果、研磨パッドの公転回転数（周期）に対する自転回転数の比率が大きくなる。一般的に、高い研磨品質を得るためには、ある程度大きな公転半径が必要となる。しかしながら、ギヤアクションのタイプにおいて公転半径を大きくすると、上述のように公転回転数に対する自転回転数の比率が大きくなる。その結果、研磨パッドの運動量が増えて研磨力が必要以上に大きくなり、中程度以上の仕上げ研磨品質が必要とされる作業に使用する場合には適さなくなる。このようにギヤアクションのタイプでは、公転の回転数と自転の回転数との差と、公転軸と自転軸の偏心量との間に相関関係があるため、自由度のある設計ができない。即ち、大きな偏心量（公転半径）と連続した小さな円弧軌跡の両方を実現することができない。

特公平４－４８５８３号公報

それゆえに本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ、研磨力が安定しているというギヤアクションの利点を活かしつつ、研磨パッドの公転と自転の比率に関して自由度の高い設計が可能なポリッシャを提供することを課題とする。

本発明は上記課題を解決すべくなされたものであって、本発明に係るポリッシャは、固定部材と、該固定部材に回転可能に支持されて駆動源によって回転駆動される駆動軸と、該駆動軸の回転によって公転と自転を行う研磨パッドとを備えたポリッシャであって、駆動軸は、該駆動軸の回転中心に対して所定の偏心量で偏心した偏心支持面を備えており、該偏心支持面に、軸受けを介して、内歯車を備えた外輪部材が回転可能に支持されており、固定部材と外輪部材との間には、外輪部材の自転を阻止し公転を許容する回り止め機構が設けられており、内歯車と共に歯車機構を構成して自転する構成部材に研磨パッドが取り付けられていることを特徴とする。

該構成のポリッシャでは、駆動軸に対して内歯車が偏心して設けられている。また、内歯車を備えた外輪部材は回り止め機構によって自転が阻止されていて公転のみが許容された状態にある。従って、設計時に内歯車の偏心量を設定することで、自転を考慮することなく、研磨パッドの公転半径を大きく設定したり逆に小さく設定したりすることが可能となる。一方、内歯車と共に歯車機構を構成する構成部材であって自転する部材に研磨パッドが取り付けられているので、従来のギヤアクションと同様に安定した研磨力が得られる。そして、上述のように内歯車を偏心させていることで一定の公転半径が得られるので、設計時に歯車機構において研磨パッドの公転回転数に対する自転回転数の比率を容易に設定できる。このように、内歯車を備えた外輪部材を駆動軸に対して偏心した構成とすることで、設計時に公転と自転とを分離して設定することが可能となる。そのため、例えば、研磨パッドの公転回転数に対する自転回転数の比率を小さくすることも可能であり、そのように設定することで、大きな偏心量を確保しつつ連続した小さな円弧軌跡を得ることができ、その結果、高い研磨品質を容易に得ることが可能となる。

特に、構成部材は、内歯車に噛合し、偏心支持面に対して所定の偏心量で偏心した回転中心を有する外歯車であり、歯車機構は、ハイポサイクロイド機構として構成されていることが好ましい。このように二段偏心の構成とすることで、公転の回転数と自転の回転数との差を任意に設定でき、高い研磨品質が容易に得られる。

また、回り止め機構が三カ所配置されていることが好ましく、外輪部材がぐらつくことなく安定し、研磨パッドの回転も安定する。

以上のように、内歯車を駆動軸に対して偏心した構成としてその内歯車が公転のみ行う構成とすることで、従来のギヤアクションと同様に安定した研磨力が得られる。しかも、研磨パッドの公転と自転の比率に関して自由度の高い設計が可能となり、従来のギヤアクションに比して高い研磨品質も容易に得られる。

本発明の一実施形態におけるポリッシャを示す断面図。 図１の要部拡大図。 図２のＡ－Ａ断面図。 図２のＢ－Ｂ断面図。 本発明の他の実施形態におけるポリッシャの要部断面図。

以下、本発明の一実施形態に係るポリッシャについて図１～図４を参酌しつつ説明する。図１に本実施形態のポリッシャの全体構成が図示されている。まずポリッシャの全体構成を説明する。ポリッシャは、固定部材としてのハウジングを備えている。該ハウジングは、前側に位置するヘッド部１と、該ヘッド部１から後側に延びる把持部２とを備えている。ヘッド部１の一端部は開口していて、自動車の塗装面等の被研磨面を研磨するための研磨パッド３が開口部の外側に位置している。以下、研磨パッド３が位置するヘッド部１の一端側を下側とし、ヘッド部１の他端側を上側として説明する。ヘッド部１は全体として上下方向に延びた形状であって、把持部２はヘッド部１に対して略直交する方向である水平方向に延びた形状となっている。把持部２の延設方向を前後方向とし、ヘッド部を前側とし、把持部２を後側として説明する。

ハウジングは、メインハウジング４と、ギヤケース５ａ，５ｂと、防塵カバー６とを備えている。メインハウジング４は、ヘッド部１の上側半分の領域と把持部２とを構成している。メインハウジング４は合成樹脂製として射出成形により形成することが好ましい。ヘッド部１の上側半分の領域はモータ収容部となっており、従って、メインハウジング４は、モータ収容部と把持部２とから構成される。モータ収容部に駆動源としてのモータ７が収容されている。モータ収容部は上下方向の軸線を有する筒状であって、モータ７はモータ軸８が上下方向を向くようにしてモータ収容部に収容されている。モータ軸８の上端部はメインハウジング４に軸受け９を介して回転可能に支持されている。把持部２は、ヘッド部１の上下方向略中央部から後側に向けて略水平に延びていて、内部空間はヘッド部１と連通している。把持部２のヘッド部１に近い箇所の下面に、モータ７を作動停止させるためのトリガスイッチ１０が設けられており、トリガスイッチ１０の後側には、モータ７の回転スピードを調整するためのダイヤル式のスピードコントローラ１１が設けられている。把持部２の後端部から後側に向けて図示しない電源コードが延びる。尚、バッテリを備えたコードレスのタイプであってもよい。

モータ収容部の下側にギヤケース５ａ，５ｂが配置されている。ギヤケース５ａ，５ｂは、上側に位置する上部ギヤケース５ａとその下側に位置する下部ギヤケース５ｂとからなり、上部ギヤケース５ａと下部ギヤケース５ｂとの間に収容空間が形成されている。ギヤケース５ａ，５ｂから下側の部分の拡大図を図２に示している。モータ収容部の下端部は開口しており、その開口部からモータ軸８の下部が下側に向けて所定長さ突出していて、そのモータ軸８の下部が上部ギヤケース５ａ内に入り込んでいる。モータ軸８の下部は軸受け１２を介して上部ギヤケース５ａに回転可能に支持されている。軸受け１２よりも下側に突出しているモータ軸８の下端部外周面には歯部（図示省略）が形成されていて、その歯部に減速ギヤ１３が噛み合っている。減速ギヤ１３は上部ギヤケース５ａと下部ギヤケース５ｂとの間の収容空間に収容されている。減速ギヤ１３は、駆動軸としての中間軸１４の上部に取り付け固定されている。中間軸１４は、モータ軸８に対して水平方向に所定距離離間して配置されていてモータ軸８と平行関係にある。即ち、中間軸１４は上下方向に延びており、減速ギヤ１３は中間軸１４を中心として回転する。具体的には、中間軸１４は、モータ軸８の前側に離れて位置している。中間軸１４は減速ギヤ１３を介してモータ軸８から駆動力を受けて回転する。中間軸１４の上端部は上部ギヤケース５ａに軸受け１５を介して回転可能に支持され、中間軸１４の中間部は下部ギヤケース５ｂに軸受け１６を介して回転可能に支持されている。中間軸１４は下部ギヤケース５ｂを下側に貫通していて、中間軸１４の下側略半分は下部ギヤケース５ｂから下側に突出している。

中間軸１４は、下部ギヤケース５ｂから下側に突出した部分である下部に、中間軸１４の回転中心に対して第一の偏心量で偏心した中心線を有する外周面からなる第一偏心支持面２０と、該第一偏心支持面２０の中心線に対して更に第二の偏心量で偏心した中心線を有する内周面からなる第二偏心支持面２１とを備えている。第一偏心支持面２０は上側に位置し、第二偏心支持面２１は第一偏心支持面２０の下側に位置している。中間軸１４の回転中心に対する第一偏心支持面２０の偏心方向と、第一偏心支持面２０に対する第二偏心支持面２１の偏心方向は、互いに同じ方向である。従って、第二偏心支持面２１は中間軸１４の回転中心に対して、第一の偏心量と第二の偏心量とを足した偏心量で偏心している。この第一の偏心量と第二の偏心量とを足した偏心量をトータル偏心量と称することとする。

第一偏心支持面２０の外側に軸受け２２を介して外輪部材２３が回転可能に支持されている。外輪部材２３は、下部ギヤケース５ｂの下側に位置している。外輪部材２３は、全体として筒状であって、その上端部が軸受け２２を介して第一偏心支持面２０に回転可能に支持されている。外輪部材２３の下端部に内歯車２４が設けられている。内歯車２４は外輪部材２３とは別部材にて構成されていて、外輪部材２３の下側から外輪部材２３の下端部に取り付け固定されている。但し、内歯車２４が外輪部材２３に一つの部材として一体的に構成されていてもよい。

外輪部材２３は中間軸１４の第一偏心支持面２０に対して相対回転可能に構成されているが、それ自体は、固定部材であるハウジングに対して自転することはなく、中間軸１４の回転中心を中心とした公転のみ行う。このように外輪部材２３の自転を阻止し公転のみを許容すべく、下部ギヤケース５ｂと外輪部材２３との間には回り止め機構が設けられている。

下部ギヤケース５ｂと外輪部材２３との間に回り止め機構として偏心ピン２５が設けられている。偏心ピン２５は、図４のように中間軸１４を中心としてその回りに周方向に等間隔あけて三カ所配置されている。図２のように偏心ピン２５は、上部と下部とからなる。偏心ピン２５の下部は上部に対して所定量偏心していて、偏心ピン２５の上部と下部は互いに平行関係にあって何れも上下方向に延びている。偏心ピン２５の上部は軸受け２６を介して下部ギヤケース５ｂに回転可能に支持されており、偏心ピン２５の下部は軸受け２７を介して外輪部材２３の上端部に回転可能に支持されている。偏心ピン２５の上部を支持する軸受け２６は、中間軸１４の中間部を下部ギヤケース５ｂに対して支持するための軸受け１６よりも外側に配置されている。偏心ピン２５の下部を支持する軸受け２７は、外輪部材２３を中間軸１４に支持するための軸受け２２に対して外側に位置していて、外輪部材２３の外周部近傍に位置している。このように三カ所の偏心ピン２５によって外輪部材２３は下部ギヤケース５ｂに、自転は不可、公転は可という状態で支持されている。従って、外輪部材２３は、中間軸１４が回転することによって中間軸１４の回転中心を中心として第一の偏心量を公転半径として公転するが、第一偏心支持面２０を中心とした自転は三カ所の偏心ピン２５によって阻止されている。

第一偏心支持面２０の下側には第一偏心支持面２０よりも一段大径の外周面を有する大径筒状部１７が形成されており、該大径筒状部１７の外側にバランスウエイト３０が取り付けられている。バランスウエイト３０は外輪部材２３の内側において中間軸１４の大径筒状部１７と一体となって回転する。大径筒状部１７の内周面に第二偏心支持面２１が形成されている。該第二偏心支持面２１の内側に軸受け３１を介してスピンドル軸３２が回転可能に支持されている。スピンドル軸３２は上下方向の回転中心を有していて、その中間部が軸受け３１を介して第二偏心支持面２１に支持されている。また、スピンドル軸３２の上端部は第一偏心支持面２０の内側の位置まで達していて軸受け３３によって中間軸１４に回転可能に支持されている。スピンドル軸３２は第二偏心支持面２１の中心を回転中心として回転する。従って、スピンドル軸３２の回転中心は、中間軸１４の回転中心に対してトータル偏心量で偏心している。スピンドル軸３２に外歯車３４が下側からネジ止めされている。外歯車３４はスピンドル軸３２と一体となって回転し、その回転中心はスピンドル軸３２の回転中心と同じである。従って、外歯車３４は、外輪部材２３に対して第二の偏心量で偏心していて、内歯車２４に対しても第二の偏心量で偏心している。そして、図３のように外歯車３４が内歯車２４に内側から噛み合っている。

外歯車３４の下面に下側から研磨パッド３がネジ止めにより着脱自在に取り付けられている。尚、研磨パッド３の上面には薄い支持板４０が装着されていて、支持板４０は研磨パッド３の上面と外歯車３４の下面との間に位置する。また、下部ギヤケース５ｂの下端部外周面に筒状の防塵カバー６が装着されている。防塵カバー６は下部ギヤケース５ｂの下端部から下側に向けて延びていて、外輪部材２３を外側から離間して覆っている。防塵カバー６の下端は開口しており、その開口部がハウジングの下端開口部を構成している。防塵カバー６の下端部は支持板４０の上面に近い位置にあり、防塵カバー６の下端面には支持板４０との間の隙間を埋めるべく防塵シート４１が取り付けられている。研磨パッド３は防塵カバー６の下端部よりも大径であって、研磨パッド３の外周部は防塵カバー６の下端部から外側にはみ出している。従って、作業者が上側から見たときに研磨パッド３の位置を目視確認しつつ研磨作業を行うことができる。

以上のように構成されたポリッシャにおいては、モータ７の回転は減速ギヤ１３を介して中間軸１４に伝達される。外輪部材２３が中間軸１４に対して第一の偏心量で偏心しているので、中間軸１４が回転することで外輪部材２３は第一の偏心量を半径として公転する。また、偏心ピン２５によって外輪部材２３が回り止めされているので、外輪部材２３は自転はできず公転のみを行うことになる。このように外輪部材２３が公転することで内歯車２４自体が公転することになる。従って、内歯車２４に噛み合って自転しながら公転する外歯車３４は、トータル偏心量に相当する大きな公転半径で公転することになり、研磨パッド３も同時に大きな公転半径で公転することになる。そして、内歯車２４自体が公転する構成であって、内歯車２４の公転によって研磨パッド３の一定量の公転半径を確保することができる。

このように、中間軸１４に対して内歯車２４が偏心していて内歯車２４が第一の偏心量で公転するので、設計段階において研磨パッド３の公転と自転とを分離して設定することが可能となる。即ち、研磨パッド３の公転回転数に対する自転回転数の比率を任意に設定できる。例えば、研磨パッド３の公転回転数に対する自転回転数の比率を小さくすることも可能である。この比率を小さくすることで、大きな偏心量を確保しつつ連続した小さな円弧軌跡を得ることができ、高い研磨品質を容易に得ることが可能となる。特に、第一の偏心量と第二の偏心量という二つの偏心量を持つ二段偏心の構成となっているので、公転の回転数と自転の回転数との差を細かく設定でき、高い研磨品質も容易に得られる。

尚、本実施形態では、中間軸１４の回転中心に対する第一偏心支持面２０の偏心方向と、第一偏心支持面２０に対する第二偏心支持面２１の偏心方向とが同じ方向であったが、異なる方向であってもよく、反対方向であってもよい。

また、研磨パッド３が取り付けられて内歯車２４と共に歯車機構を構成して自転する構成部材が外歯車３４であったが、このようなハイポサイクロイド機構として構成された歯車機構ではなく遊星歯車機構を用いてもよい。遊星歯車機構を用いた一例を図５に示している。この遊星歯車機構は、いわゆるプラネタリー型と称されるものである。内歯車２４には三つの遊星歯車５０が噛み合っており、太陽歯車５１の回りを自転しつつ公転する。太陽歯車５１は、中間軸１４と一体に回転し、第一偏心支持面２０の中心を回転中心として回転する。そして、三つの遊星歯車５０と共に太陽歯車５１の回りを公転する遊星キャリヤ５２に図示しない研磨パッド３が取り付けられている。従って、研磨パッド３は、遊星キャリヤ５２と共に太陽歯車５１を中心として回転する。即ち、研磨パッド３は第一偏心支持面２０の中心を回転中心として自転することになる。内歯車２４が第一の偏心量で中間軸１４に対して偏心していることから、研磨パッド３は第一の偏心量を公転半径として公転することになる。この場合、遊星キャリヤ５２が、内歯車２４と共に歯車機構を構成して自転する構成部材となる。このように遊星歯車機構を用いても、研磨パッド３の公転と自転とを分離して設計できる。

１ ヘッド部
２ 把持部
３ 研磨パッド
４ メインハウジング
５ａ 上部ギヤケース（固定部材）
５ｂ 下部ギヤケース（固定部材）
６ 防塵カバー
７ モータ（駆動源）
８ モータ軸
９ 軸受け（モータ軸の上端部）
１０ トリガスイッチ
１１ スピードコントローラ
１２ 軸受け（モータ軸の下部）
１３ 減速ギヤ
１４ 中間軸（駆動軸）
１５ 軸受け（中間軸の上端部）
１６ 軸受け（中間軸の中間部）
１７ 大径筒状部
２０ 第一偏心支持面
２１ 第二偏心支持面
２２ 軸受け（外輪部材）
２３ 外輪部材
２４ 内歯車
２５ 偏心ピン（回り止め機構）
２６ 軸受け（偏心ピンの上部）
２７ 軸受け（偏心ピンの下部）
３０ バランスウエイト
３１ 軸受け（スピンドル軸）
３２ スピンドル軸
３３ 軸受け（スピンドル軸の上端部）
３４ 外歯車
４０ 支持板
４１ 防塵シート
５０ 遊星歯車
５１ 太陽歯車
５２ 遊星キャリヤ

Claims (3)

1. 駆動源と、
   ハウジングと、
   前記駆動源によって所定の回転中心で回転駆動されると共に前記ハウジングに回転可能に支持され、前記回転中心に対して第１の偏心量で偏心した第１支持面と、前記第１支持面に対して第２の偏心量で偏心した第２支持面と、を有する駆動軸と、
   第１軸受けを介して前記第１支持面に回転可能に支持され、内歯車を含む外輪部材と、
   前記ハウジングと前記外輪部材との間に配置され、前記外輪部材の自転を阻止し公転を許容する回り止め機構と、
   第２軸受けを介して前記第２支持面に回転可能に支持され、前記内歯車に噛合する外歯車を含む構成部材と、
   前記構成部材に取り付けられ、前記駆動軸の回転によって公転と自転を行う研磨パッドと、
   を備えている、ポリッシャ。
2. 前記内歯車および前記外歯車を含む歯車機構は、ハイポサイクロイド機構として構成されている請求項１記載のポリッシャ。
3. 前記第１支持面は、前記駆動軸における外周面の一部であり、
   前記第２支持面は、前記駆動軸における内周面の一部であり、
   前記第２支持面は、前記第１支持面よりも前記研磨パッド側に位置している請求項１又は２記載のポリッシャ。

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