JP3466517B2 - タッピングユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス機械や産業
用ロボット、トランスファー装置等（以下、総称して作
業機械という。）の機械本体や金型、ハンド、治具等に
取り付けて、作業機械の工程中にワークにタップ加工を
施すためのタッピングユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】連続運転しているプレス機械の工程中に
タップ機でワークにタップ加工を施す場合、プレス機械
の１サイクル中に割り当てられるタップ加工の時間は短
く、タップ加工のタイミング同調が困難である。

【０００３】また、ワークが次工程に送られるときに、
送り位置と加工位置との間で上下移動と水平移動を行っ
ているため、タップ刃をワークに対して三次元的に正確
に位置決めし、且つ正確な送りピッチで正逆回転を完了
させることが困難である。さらに、プレス金型の中での
限られたスペースにタッピングを行うための機構を組み
込む必要がある。

【０００４】このような問題に対して、従来より種々の
技術が提案されており、例えば、特許第２５６２２９８
号に記載されているものがある。これは、図１３に示す
ように、プレス機械Ａ１のラム側の可動部Ａ２に連結し
たスクリュー・ナットシステムＡ３で、可動部Ａ２の上
下動を正逆の回転運動に変換し、ベッド側金型に取り付
けたタップ機Ａ４の伝動機構を介してタップ刃を駆動
し、プレス機械Ａ１上のワークＷにタップ加工する構造
になっている。

【０００５】また、特開平７−１１２３２４号公報、特
開平４−２８９０２１号公報、特開平７−０６０５４５
号公報に記載されているように、プレス機械の可動部の
運動を駆動力として利用せずに、モータを装備して金
型、あるいは、プレスヘッド上に取り付けたタップ機も
提案されている。

【０００６】また、図１４に示すように、多軸ヘッドＢ
１を有するボール盤やタップ盤から回転伝達ケーブルＢ
２を用いて出力軸Ｂ３の回転方向を変え、プレス機械Ｂ
５側に取り付けたマスターメタルＢ６に螺合させたスピ
ンドルＢ７を回転する技術が従来周知である。

【０００７】同図に示すものでは、タップ刃Ｔを保持す
るスピンドルＢ７の螺進ストロークＬを回転伝達ケーブ
ルＢ２の可撓性が吸収するため、スピンドルＢ７を回転
させるための六角シャフトやスプライン等を有するスリ
ーブ部を省略することができ、通常はプレス工程が終了
した後にワークＷを多方向から同時にタップ加工を行う
手段として広く用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した特許第２５６
２２９８号に記載されているものにおいては、タップ機
が高精度な取付加工と調整が行われて金型に取り付けら
れた場合には、機械的故障が無い限り、ほぼ完璧にプレ
ス動作と同調してタッピングを行うことができ、高速運
転が可能である。

【０００９】しかしながら、可動部の運動を基準にし
て、スクリュー・ナットシステムを介して往復運動を正
逆転運動に変換する構造のため、タップ刃が取り付けら
れるピッチ送り機構部とスピンドル部は金型に対して固
定されるか、又は上下わずかな量のみ取付位置の移動が
可能であり、水平方向、特に前後方向に移動させること
は困難である。

【００１０】取付位置の調整は最低でも上下２カ所必要
であり、金型に応じてダイハイト調整、すなわち、ラム
高さを調整する毎に取付位置の調整を行う必要がある。
また、ラム側取付部とベッド側取付部との前後方向の水
平距離ｄ（図１３参照）が構造上決まっているため、段
取り毎に仕様の異なる金型に取り付け替えることが困難
で、汎用性に乏しい欠点がある。

【００１１】一方、特開平７−１１２３２４号公報、特
開平４−２８９０２１号公報、特開平７−０６０５４５
号公報に記載されているものでは、いずれも駆動源（モ
ータ）を含めた装置の大部分を金型またはプレスヘッド
に取り付けているため、小型化に限界がある。

【００１２】また、小型化できたとしても、特開平７−
１１２３２４号公報に記載されているもののように、正
確なタップ刃のピッチ送り機構を省いていたり、逆に、
特開平４−２８９０２１号公報や特開平７−０６０５４
５号公報に記載されているように、ピッチ送りを工夫し
たときは、小型化できず、その金型なり機械専用となっ
てしまう問題がある。

【００１３】また、図１４に示したものでは、回転伝達
ケーブルの先に連結されたスピンドルのマスターねじを
金型内に取り付ければ、非常に簡便にプレス機械と一体
化できることは容易に発想され、事実試みられている。

【００１４】しかしながら、出力軸の回転を向きを変え
て伝達する手段として回転伝達ケーブルを使用している
ので、あらゆる方向からマスターメタルとスピンドルを
ワークの直前に配置できる反面、回転伝達ケーブルの構
造上、その許容曲げ半径ｒが、例えば、回転伝達ケーブ
ル内のインナーシャフトが６ｍｍ径のものでは、１５０
ｍｍ程度と大きく、加えて回転伝達ケーブル端部に直線
部を必要としているため、スピンドルの軸方向に引き出
される寸法が長くなる問題がある。

【００１５】また、スピンドルはその軸方向に送りスト
ロークがあるため、下型の高さＨ１内に収まらず、何と
か回転伝達ケーブルの許容曲げ半径内で取り付けること
ができたとしても、回転伝達ケーブルが長い分、その重
量を常時マスターメタルが負担することになる。

【００１６】その上、マスターねじが形成されたスピン
ドルと回転伝達ケーブルの連結部分に曲げ角度が生じ、
曲げ荷重が衝撃荷重となって回転伝達ケーブルの重量に
よる負荷と合わさって、マスターねじとマスターメタル
の間に作用するため、両者の間の接触面圧が大きくな
り、潤滑油膜切れ等の潤滑不良を起こしやすく、しか
も、マスターねじとマスターメタルは塵埃に対する防護
手段を有しないので、マスターねじとマスターメタルが
早期に損耗してしまう問題がある。

【００１７】そして、長くなり重量のある回転伝達ケー
ブルを多数取り付けられた多軸ヘッドは各々の出力軸の
慣性モーメントや摩擦による回転抵抗が増加し、これに
よる動力損失も大きくなるため、本来単独で運転される
タップ盤の動力性能では、プレス機械の連続運転に同期
させることが困難となる。

【００１８】また、通常のタップ盤は、駆動源に三相誘
導モータが用いられ、これに加えて電磁ブレーキが付加
される場合もあり、タップ刃を保持するスピンドルのス
トローク毎に、正転、停止、逆転、停止というように２
回のモータ起動をしてスピンドルの進退ストロークが繰
り返されると、回転方向を切り換える際に、モータに大
電流が流れてコイルの焼損やリレー回路の故障を生じた
り、早期にブレーキ摩耗を生じる不都合がある。

【００１９】一方、上記不都合を回避するものとして、
クランクと駆動ねじ、あるいは、円形カムとラックピニ
オンギヤの組み合わせでスピンドルの正逆回転の切り換
え動作を機械的に行い、モータは常に一方向にのみ回転
するようにしたものが提案されている。（例、特許第２
１２００８２号）。しかしながら、このような工夫をし
ても、モータの起動回数の制限とリレー接点の能力を超
えることはできない。

【００２０】また、三相誘導モータは、起動当初の回転
加速中はタップ加工に必要なトルクが得られないため、
ワークに形成されている下孔にタップ刃が接触した位置
から始動して直ちにタップ加工を行うことができず、加
工時間のタイムラグが大きくなるとともに停止精度も低
いため、加工されたねじ山の精度における信頼性にも問
題がある。

【００２１】そこで、本発明は、前述したような従来技
術の問題を解決し、駆動ユニットと分離してプレス機械
等の作業機械に取り付け、作業機械の工程中のワークに
高速且つ高精度なタップ加工を施すことのできるタッピ
ングユニットを提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決する手段】前記目的を達成するため、本発
明のタッピングユニットは、プレス機械等の作業機械の
ワークとともに変位する可動部材に着脱自在に固定され
る、内部が密閉されたハウジングと、前記ハウジング内
部で回転自在に軸受支持され、一方の端部がハウジング
から外部に突出し、回転伝達ケーブルを介して作業機械
近傍に設置された駆動ユニットの出力軸と連結される入
力軸と、ハウジング内部で入力軸の他方の端部に固定さ
れた駆動傘歯車と、前記駆動傘歯車と互いの回転軸線の
交差角略９０度で噛み合い、ハウジング内部の定位置で
回転自在に軸受支持された被駆動傘歯車と、一方の端部
がハウジングから外部に突出し、この端部にタップ刃を
保持するスピンドルチャックが設けられ、被駆動傘歯車
に対して同軸で一体に回転し、且つ、軸方向に相対変位
可能に連結されているとともに、ハウジング内部に常に
位置する部分の外周面に雄ねじ部が形成されたスピンド
ルと、ハウジング内部に固定され、スピンドルの雄ねじ
部と螺合する雌ねじ部が形成されたマスターメタルを備
えている。

【００２３】本発明のタッピングユニットにおいては、
マスターメタルの雌ねじ部に、ねじ溝と交差する方向に
延びる少なくとも１つの油貯留溝が形成されていること
が望ましい。

【００２４】また、本発明のタッピングユニットは、駆
動ユニットが有する駆動源に軸角度の割り出しをパルス
信号で制御するモータ（以下、パルス制御モータまたは
単にパルスモータという。）を用い、作業機械の可動部
材がワークを保持している僅かな時間内にタップ刃の正
逆転動作が行われるように、高速回転、高トルク起動、
急停止を予め設定して使用することが望ましい。この
時、タップ工程中のタップ刃の正逆転動作の駆動タイミ
ングは、前記作業機械のタイミング信号に基づいて制御
される。

【００２５】また、本発明のタップユニットにおいては
駆動ユニットが、パルス制御モータで駆動される複数の
出力軸を有し、多軸タップ機として使用可能であること
が望ましい。また、作業機械がプレス機械であって、前
記プレス機械はその主軸の回転を検出するパルスエンコ
ーダを有するとともに、駆動ユニットはパルス制御モー
タを駆動源として有し、前記モータは、タップ刃の回転
角度と軸方向位置が前記主軸の回転と対応するように、
前記パルスエンコーダが発するパルス信号に基づいて絶
対値制御されることも望ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明のタッピングユニットは、
プレス機械や産業用ロボット、トランスファー装置等の
作業機械の機械本体や金型、ハンド等の、ワークと共に
移動する可動部材に着脱自在に固定して用いられる。ま
た、作業台等に組み込んで簡易なタップ治具としても用
いることができる。

【００２７】本発明のタッピングユニットはその内部が
密閉されたハウジングを有しており、外部の塵埃等がハ
ウジング内部に侵入することが防止されているととも
に、内部の潤滑油等が外部に漏れ出て周囲を汚損しない
構造としてある。具体的には、ハウジングに生じる隙間
をＯリング等のシール部材を用いて密閉することでハウ
ジング内部を外部から完全に密閉している。また、ハウ
ジングは、作業機械の可動部材に固定して用いるため軽
量化することが望ましく、アルミニウムやアルミニウム
系の軽合金で製作することが望ましい。

【００２８】また、タッピングユニットは、回転伝達ケ
ーブルを介して駆動ユニットで回転駆動される入力軸を
有しており、前記入力軸の回転は、ハウジング内部に設
けられている駆動傘歯車に伝達され、さらに、これと噛
み合っている被駆動傘歯車を介してハウジング外部でタ
ップ刃をスピンドルチャックに保持しているスピンドル
に伝達されるようになっている。

【００２９】スピンドルは、ハウジング内に固定された
マスターメタルの雌ねじ部とスピンドルの雄ねじ部との
螺合によって回転に伴って軸方向に進退し、スピンドル
が正転すれば前進してスピンドルチャックに保持されて
いるタップ刃がワークに予め形成されている下孔に食い
込んでねじ孔を形成する。また、スピンドルが逆転する
とスピンドルは後進し、タップ刃はワークに形成された
ねじ孔から退出する。

【００３０】この際、被駆動傘歯車は、ハウジング内部
で回転自在に軸受支持されており、また、スピンドルは
被駆動傘歯車に対して同軸で一体に回転し、且つ軸方向
に相対変位可能に連結されているので、スピンドルの軸
方向変位は、入力軸側に伝達されることはなく、従っ
て、回転伝達ケーブルにスラスト荷重が加わることはな
い。なお、スピンドルと被駆動傘歯車との間の連結手段
は、スプラインやキーを用いて容易に実現することがで
きる。

【００３１】本発明のタッピングユニットにおいては、
入力軸とスピンドルとの間で駆動傘歯車と被駆動傘歯車
によって回転の伝達を行っているため、タップ刃の向き
を入力軸と直角乃至その前後の角度にすることができ、
ワークに対して様々な向きからタップ加工が可能となっ
ている。

【００３２】また、マスターメタルの雌ねじ部に、ねじ
溝と交差する方向に延びる油貯留溝が形成されている場
合には、潤滑油が油貯留溝に貯留され、ここからスピン
ドルの回転によって前記雌ねじ部とスピンドルの雄ねじ
部との隙間に潤滑油が供給されて常に良好な潤滑状態が
維持される。

【００３３】油貯留溝は雌ねじ部全長に亘って形成しな
くても効果を奏するが、潤滑油をタッピングユニットの
ハウジング内に封入する場合には、全長を貫通させるこ
とにより、スピンドルのストローク毎に潤滑油の油面が
昇降するのでより効果的である。

【００３４】また、マスターメタルを挟んで両側に潤滑
油の出入口を設けるときは、滴下式の場合は雌ねじ部の
軸方向に貫通させず、また、オイルポンプで強制循環さ
せる場合には、貫通させることで潤滑効果とともに冷却
効果を高めることができる。前記油貯留溝は、横断面半
円または三角形等の多角形断面とし、一つまたは複数、
マスターメタルの中心軸線に平行か、やや螺旋状に湾曲
して形成することができる。

【００３５】また、タッピングユニットを駆動する駆動
ユニットが有する駆動源にパルスモータを用いている場
合には、タップ刃を保持するスピンドルをあらかじめ設
定した後退位置と前進位置に電磁ブレーキ等によらずに
精度良く停止させることができ、且つ、短い時間間隔で
繰り返される正逆転駆動及び急激な停止動作に耐えるこ
とができる。

【００３６】また、駆動源をパルスモータとした場合に
は、パルスモータに加わる負荷トルクとタップ加工に必
要な時間さえ算出しておけは、タップ加工時の負荷時に
おけるスピンドルの正逆転と停止の全ての動作がパルス
モータの定格負荷の範囲内で行えるため、長期に亘り連
続使用に耐えることができる。

【００３７】さらに、駆動ユニットが有する駆動源にパ
ルスモータを用いている場合には、タップ工程中のタッ
プ刃の正逆転動作が前記可動部材がワークを保持してい
る僅かな時間内に行われるように、パルスモータの回転
と停止のタイミングを作業機械の可動部材の位置をロー
タリカムスイッチ等のタイミング出力スイッチまたはパ
ルスエンコーダの出力信号に基づいて制御することがで
きる。

【００３８】この場合、パルスモータは以下の３つの方
法で制御することができる。すなわち、第１の方法は、
最初に作業機械側の停止なり運転条件の成立した信号を
待って、パルスモータが、正転、逆転、停止の１サイク
ルの動作を行い、次にその完了信号を作業機械側に戻す
ことで作業機械の運転条件を成立させるシーケンシャル
な方法である。

【００３９】また、第２の方法は、作業機械側の連続運
転中、タップ加工が許可された時間を信号入力して、そ
の許可された時間内にパルスモータが、正転、逆転、停
止の１サイクルの動作をすみやかに行い、タップ加工を
完了する方法である。ただし、この方法では、許可され
ている時間内にタップ加工が完了したか否かを判断し、
作業機械側にインターロック信号を出力する必要があ
る。

【００４０】さらに、第３の方法は、作業機械側の可動
部の位置をパルスエンコーダにより検出し、そのパルス
信号とパルスモータの回転角度との関係を予めプログラ
ムしておいて、時々刻々入力される前記からのパルス信
号にパルスモータの回転角を対応させてパルスの絶対値
で制御を行う方法である。本明細書中において、これを
絶対値制御という。

【００４１】パルスモータを制御する制御手段は、前述
した複数の制御方法の中の一つを選択的に実行可能に構
成してもよいし、一つの制御方法のみを実行するように
構成してもよい。また、作業機械と連動させずに、タッ
ピングユニットを取り付けたワーク保持治具を駆動ユニ
ットの上部等に装着し、ワーク検出センサの検出信号か
手動入力でパルスモータを運転可能とすることで、単独
運転も可能な用途の広いタップ盤として使用することも
可能である。

【００４２】

【実施例】図１は、本発明のタッピングユニットの一実
施例を示すもので、タッピングユニット１は、プレス機
械２の下型２Ａに着脱自在に取り付けられて、下型２Ａ
上に固定されたワークＷにねじ孔を形成するものであ
る。

【００４３】この実施例においては、タッピングユニッ
ト１は下型２Ａの異なる位置に２台取り付けられてい
て、多軸タップ盤としての機能を有するものであり、こ
れらのタッピングユニット１の一つは下型２Ａの下面に
固定され、もう一つは下型２Ａの斜め上方に固定されて
使用される。

【００４４】これらのタッピングユニット１にはワーク
Ｗにタップ加工を行うタップ刃Ｔが取り付けられてお
り、プレス機械２近傍の床面Ｆにキャスター車輪を有し
て移動可能に設置されている駆動ユニット３の出力軸４
が回転駆動されると、これに連結された回転伝達ケーブ
ル５を介してタッピングユニット１のタップ刃Ｔが駆動
されるようになっている。

【００４５】駆動ユニット３は、駆動源としてのパルス
モータ６と、このパルスモータ６の回転を複数の出力軸
４に伝達するための歯車列７が内蔵されたギヤボックス
８、及び、前記パルスモータ６の駆動制御を行う図示し
ない制御システムを内蔵している。

【００４６】ここで用いているギヤボックス８において
は、パルスモータ６と各出力軸４間の歯車の段数は一段
であり、パルスモータ６の最高回転数を使用してもなお
不足する分のみ最小限増速変化させて出力軸４に伝達す
るようにし、歯車列７部分での慣性モーメントの増加を
極力抑えるようにしている。なお、回転伝達ケーブル５
は任意の出力軸４に着脱自在に連結できる構造となって
いる。

【００４７】次に図２は、タッピングユニット１の平面
図、図３は図２のＡ−Ａ断面を示す断面図であって、タ
ッピングユニット１は、略Ｌ字形のハウジング９を有し
ている。前記ハウジング９は内部が中空に形成された箱
状のハウジング本体９Ａと、その一方の端部に固定され
ている取付フランジ部９Ｂと、ハウジング本体９Ａの他
方の端部開口を塞ぐように嵌合固定されている端部カバ
ー９Ｃから構成され、それぞれの結合部の対向面間は、
シール部材１０、１１によってシールされている。

【００４８】なお、本実施例では、シール部材１０、１
１にＯリングが用いられている。また、これらのハウジ
ング本体９Ａ、取付フランジ部９Ｂ、及び、端部カバー
９Ｃには重量を軽減するためにアルミニウム材が用いら
れている。

【００４９】端部カバー９Ｃの中心部には、軸孔Ｈが形
成されており、前記軸孔Ｈには入力軸１２が回転自在に
貫通している。前記入力軸１２の端部カバー９Ｃの外側
に突出している部分は、自在接手１３を介して回転伝達
ケーブル５の内部に回転自在に設けられているフレキシ
ブルシャフトに着脱自在に連結されている。なお、前記
軸孔Ｈと入力軸１２との間は、シール部材としての回転
シールＭ１により密封されている。

【００５０】入力軸１２は、ハウジング本体９Ａの内部
に並んで設けられた一対の軸受１４によって定位置で回
転自在に支持され、また、入力軸１２のハウジング本体
９Ａ奥側の端部には、駆動傘歯車１５が固定されてい
る。

【００５１】前記駆動傘歯車１５には、ハウジング本体
９Ａ内で一対の軸受１６によって定位置で回転自在に支
持された被駆動傘歯車１７が互いの回転軸線の交差角略
９０度で噛み合っている。前記被駆動傘歯車１７は、軸
方向に長いボス部１７Ａを有していて、その外周面が前
記一対の軸受１６の内周面に嵌合して支持されている。

【００５２】また、ボス部１７Ａには、スプライン溝が
形成された中心孔が形成されており、前記中心孔には、
前記スプライン溝にスライド自在に嵌合するスプライン
スリーブ１８が差し込まれている。前記スプラインスリ
ーブ１８には、スピンドル１９の一方の端部が固定ピン
Ｐによって一体に固定されている。

【００５３】スピンドル１９の中間部には雄ねじ部１９
Ａが形成されている。前記雄ねじ部１９Ａは、ハウジン
グ９内部に設けられている後述するマスターメタル２０
の中心部を貫通して形成されている雌ねじ部２０Ａと螺
合している。

【００５４】マスターメタル２０は、取付フランジ部９
Ｂの中心部を軸方向に貫通して形成されているスピンド
ル挿通孔ｈに一部が差し込まれて固定されている。図４
（ａ）（ｂ）に示すように、マスターメタル２０には前
記スピンドル挿通孔ｈ内に配置される筒部２０Ｂの外周
に鍔部２０Ｃが一体に設けられており、前記鍔部２０Ｃ
には取付フランジ部９Ｂのハウジング本体９Ａ側に面す
る端面にマスターメタル２０をねじ固定するための貫通
孔Ｎが形成されている。

【００５５】また、雌ねじ部２０Ａには、そのねじ山に
交差するように軸方向全長に亘って延びる断面略半円形
の油貯留溝２０Ｄが形成されている。前記油貯留溝２０
Ｄは、図５に示すようにスピンドル１９の雄ねじ部１９
Ａとマスターメタル２０の雌ねじ部２０Ａの間に供給す
る潤滑油Ｌを貯留しておく役割を果たしており、雄ねじ
部１９Ａの雌ねじ部２０Ａに対する回転によって、油貯
留溝２０Ｄ内の潤滑油が雄ねじ部１９Ａに引きずられ
て、雄ねじ部１９Ａと雌ねじ部２０Ａ間に供給され、良
好な潤滑状態を保つことができる。

【００５６】一方、図３に示すように、スピンドル１９
は取付フランジ部９Ｂの取付面Ｓから一部が突出してお
り、その突出部先端側には、タップ刃Ｔを着脱自在に把
持するスピンドルチャック２１が設けられている。

【００５７】また、スピンドル１９のスピンドルチャッ
ク２１と雄ねじ部１９Ａとの間には、取付フランジ部９
Ｂのスピンドル挿通孔ｈに適合した径の円筒状外周面を
有するチャック保持部１９Ｂが形成されている。なお、
スピンドル挿通孔ｈの取付面Ｓ近傍には、チャック保持
部１９Ｂの外周面との隙間を密封するシール部材として
の回転シールＭ２が介装されている。

【００５８】図６は、プレス機械２の下型２Ａ下部に取
り付けられているタッピングユニット１の取付状態を示
すものであって、下型２Ａにはタップ刃Ｔが上方へ進退
するための開口部Ｂが形成されている。

【００５９】タッピングユニット１は、高さ調整と必要
により位置決め微調整の意味からウレタンゴム製のカラ
ー２２を貫通する取付ボルト２３によって、下型２Ａに
対して時に僅かに浮動できる様、懸垂支持されている。

【００６０】この構成によって、図１に示すワークＷに
タップ加工を行う際、ワークＷに予め形成されている下
孔に対してタップ刃が進入して食い付くときに、下孔中
心とタップ刃の軸芯とのずれがタッピングユニット１の
下型２Ａに対する浮動変位によって吸収される。なお、
下孔中心とタップ刃の軸芯とのずれが生じるおそれがな
い場合には、カラー２２は金属製であってもよい。

【００６１】また、下型２Ａに形成されている開口部Ｂ
内には、タップ加工油をタップ刃Ｔに供給するためのタ
ップ加工油ノズル２４が配置されている。タップ加工油
ノズル２４は、タッピングユニット１と下型２Ａの何れ
の側に取り付けてもよく、タップ加工油ノズル２４への
加工油の供給は、図示していない給油ポンプによって行
われる。なお、タップ加工油ノズル２４は場合によって
は省略してもよい。

【００６２】なお、図１において、下型２Ａの上方に取
り付けているタッピングユニット１については、詳細な
取付構造を示していないが、図６に示したものと同様
に、浮動可能な状態で下型２Ａに取り付けられ、また、
同様に、タップ刃Ｔ近傍にタップ加工油ノズルが設けら
れている。

【００６３】次に、タッピングユニット１と駆動ユニッ
ト３との連結形態について説明する。図７に示すよう
に、回転伝達ケーブル５は、出力軸４が上向きに突出し
た駆動ユニット３から、大きな曲率半径で屈曲させてタ
ッピングユニット１に略水平方向から連結し、回転伝達
ケーブル５の屈曲部とプレス機械２への侵入部分との間
に撓み変形可能な余裕長ａをとって、下型２Ａが上下動
する際に、屈曲部に作用する曲げ荷重が大きくならない
ようにすることが好ましい。

【００６４】また、図８に用いられている駆動ユニット
３’は、出力軸４を水平に突出している形態であり、図
１及び図７に示す構造のギヤボックス８とパルスモータ
６を横向きにして構成されている。

【００６５】この場合にも、回転伝達ケーブル５は、下
型２Ａの上下同時に生じる曲げ応力軽減するため、長さ
に十分余裕を持たせる必要がある。しかし、回転伝達ケ
ーブル５に不必要な曲げ応力を発生させず、円滑な回転
力の伝達を行うためには、図７のような連結形態をとる
ことが望ましい。

【００６６】次に図９は、図１及び図７に示す駆動ユニ
ット３の上にワークＷを載せるワーク保持治具３Ａを着
脱自在に装着し、ここに複数のタッピングユニット１を
様々な方向にタップ刃Ｔを向けて取り付けて、加工自由
度の高い多軸タップ機として使用できるようにしたもの
である。

【００６７】同図においては、駆動ユニット３の複数の
出力軸４の一つは、従来の多軸タップ機と同様に、自在
接手Ｊを介してマスターメタルＭに螺合されたスピンド
ルＫに連結されて、前記スピンドルＫ先端のスピンドル
チャックＣに保持されたタップ刃Ｔを回転させる構造と
している。

【００６８】次に図１０は、前述した駆動ユニット３、
３’が有している制御システムを示す図であって、制御
システム２５は、手動パルス発生器２６、外部カウンタ
ー２７、表示器２８、コントロール部２９、モーターア
ンプ３０等から構成されている。

【００６９】駆動ユニット３に駆動源として搭載されて
いるパルスモータ６は、モータアンプ３０から出力され
る駆動パルス信号によって駆動され、その回転角はパル
スエンコーダ（ロータリエンコーダ）３１によって検出
されるようになっている。なお、パルスモータ６には、
本実施例のように、ギアボックス８でのギヤ比が１前後
の場合には最高回転数２０００ｒｐｍ以上のものが通常
用いられる。

【００７０】最初に外部カウンタ２７に入力、記憶され
た総回転角度に相当するパルス数は、モーターアンプ３
０に与えられて、起動信号でパルスモータ６が動き出
す。パルスモータ６の回転角度と図３に示すスピンドル
１９の回転角度とは、本実施例のギヤ比１の場合におい
ては正確に対応しており、前記パルスエンコーダ３１の
検出信号によって、表示器２８にスピンドル１９の基準
位置からカウントしたパルス数、前記パルス数をスピン
ドルの回転角度に換算した総角度が表示される。

【００７１】また、表示器２８には、スピンドルの進退
ストロークに対応する基準位置からのピッチ数及び、前
記ピッチ数に実際のピッチ長を乗じた送り長さが表示さ
れる。

【００７２】ここで、パルスモータ６の１回転が１００
０パルスで、ギヤボックス８でのギヤ比が１の場合で
は、１パルスでスピンドルは０．３６°すなわち、２
１’３１”の角度回転し、これが回転角の最小単位の制
御値となる。

【００７３】一方、スピンドルの回転角度に対応してい
るパルス値は、送り長さの制御値でもあり、例えば、Ｍ
３ねじの標準ピッチである、Ｐ＝０．５ｍｍに当てはめ
た場合、０．５ｍｍ÷１０００＝０．０００５ｍｍとな
り、送り長さとして十分な制御単位が得られる。

【００７４】図１０に示す表示器２８は、外部カウンタ
ー２７に１０５００パルスを入力し、スピンドルが前進
端まで移動した状態を示している。スピンドルの回転の
総角度は３７８０度となり、後進端での停止角から１８
０度の位相差がある。このとき、送りピッチは１０．５
となり、送り長さは５．２５ｍｍである。

【００７５】前記総回転角度に相当するパルス数は、外
部カウンター２７に直接入力する他、手動パルス発生器
２６から手動でパルスを発生させ、パルスモータをイン
チング動作してスピンドルの位置を目視確認した上でカ
ウンターに記憶させることもできる。

【００７６】手動パルス発生器２６は、スピンドルある
いはタップ刃Ｔの後進端と前進端の設定をして、カウン
ター或いはメモリーにティーチング入力するために使用
する他、手動でパルスモータ６にパルスを与え、目視確
認をしながらタップ加工を行うために用いることができ
る。

【００７７】本実施例においては、パルス数を記憶させ
るカウンターまたはメモリーは外部カウンター２７がそ
の機能を備えているが、コントロール部２９またはモー
タアンプ３０に内蔵することもできる。

【００７８】コントロール部２９は、モーターアンプ３
０へパルスモータ６の回転を制御するための信号を出力
する。また、コントロール部２９は、プレス機械２側の
主軸３２によって回転されるパルスエンコーダ（ロータ
リエンコーダ）３３、及び、ロータリカムと接点で構成
されるプレス機械側ロータリカムスイッチ３４からの信
号を取り入れ、プレス機械側制御部３５との間でインタ
ーロック信号等の授受を行なう。

【００７９】次に、パルスモータ６の制御動作について
説明する。プレス機械２は、主軸３２の回転に伴って、
図示していないクランクが上下動し、このクランクの運
動に連動してワークＷの下型２Ａへの搬出入とプレス加
工が行われる。

【００８０】主軸３２が回転し、この回転位置を検出す
るプレス機械側ロータリカムスイッチ３４からコントロ
ール部２９にワークＷの送り完了信号が入力されると、
コントロール部２９はモーターアンプ３０に回転指令信
号を送出する。

【００８１】そうすると、モーターアンプ３０は、あら
かじめタッピングユニット１のスピンドルの後進端位置
に対応する角度位置で停止しているパルスモータ６を正
転駆動しながら、モータ軸の回転角をパルスエンコーダ
３１でカウントする。そして、外部カウンター２７に予
め記憶されたパルス数がパルスエンコーダ３１でカウン
トしたパルス数に等しくなった時点で、パルスモータ６
を逆転駆動する。

【００８２】パルスモータ６は正転から逆転に移行する
のに実質的に停止時間を要しないため、スピンドルは前
進端で瞬間的に停止するだけで直ちに後進し、正転時と
同一パルス数戻った位置で停止する。このとき、スピン
ドルの後進端では、パルスモータ６はそのパルス位置を
保持するように励磁されたままなので、電磁ブレーキ等
を用いることなく、停止位置の軸角度が保持される。な
お、本実施例では、スピンドルが後進端に戻って停止す
ると、コントロール部２９からプレス機械制御部３５へ
確認信号が出力されるようにしている。

【００８３】次に、図１１は、本発明のタッピングユニ
ットの駆動源として用いられるパルスモータと、従来の
タップ盤の駆動源に用いられている三相誘導モータの発
生トルクと回転速度の関係を示すグラフである。同図に
示す各グラフから明らかなように、パルスモータは実用
される回転速度の範囲では、出力トルクは回転速度に依
存せず一定であり、極めて安定したトルク性能を有して
いる。

【００８４】これに対して、三相誘導モータでは、起動
してから出力トルクが負荷と釣り合う負荷回転速度に達
するまでに、最少昇進トルク（ＴＰＵ）となる回転速度
Ｓ１が存在する。

【００８５】ワークＷにタップ加工を施す場合、タップ
刃Ｔ先端がワークＷの底面と略一致する位置ａを後進端
として、ここからタップ刃Ｔを前進させて位置ｂでタッ
プ刃ＴがワークＷに形成されている下孔に食い付くこと
が、タップ加工工程の無駄時間を省く意味で理想的であ
る。

【００８６】ところが、タップ刃Ｔの先端が位置ａから
駆動されて前進し、位置ｂでワークＷの下孔に食い付い
てタップ加工が開始される場合のモータに加わる負荷ト
ルクは曲線Ｘのようになり、三相誘導モータにおいて
は、位置ｂの近傍で回転速度がＳ１となって出力トルク
がＴＰＵに落ちるため、タップ加工時の負荷トルクを下
回ってモータが停止することがある。

【００８７】これを解決するためには、タップ刃Ｔの後
進端をさらに後退させた位置ａ’からスタートさせる。
この場合には、負荷トルクは曲線Ｙのようになり、ｂ位
置に達するまでに、出力トルクが負荷トルクを上回るよ
うになる。

【００８８】しかしながら、タップ刃Ｔの後進端をａ’
位置まで後退させるために、加工時間をロスすることに
なり、また、タップ加工中にモータが停止してしまう
と、特に転造タップを用いる場合では食い付きが大きい
ので再起動時の負荷トルクも大きくなり、ＴＰＵを上回
ってしまうのでタップ刃をワークＷから脱出させること
ができなくなる。

【００８９】この点、パルスモータでは実用上の回転数
の範囲では、出力トルクが常に負荷トルクを上回るので
このような問題は生じない。また、タップ刃Ｔを必要最
小限ワークＷから離した後進限位置から駆動してタップ
加工を行うことができるので、加工時間のロスが無くな
るとともに、三相誘導モータでは到底不可能な、微速度
回転によるタップ加工も可能となる。

【００９０】図１２は、前述したプレス機械２とパルス
モータ６の動作タイミングを示すタイミングチャートで
あって、同図中グラフＡは、プレス機械２のクランクの
上下動のタイミングを示している。

【００９１】また、グラフＢは、コントロール部２９が
プレス機械側ロータリカムスイッチ３４からプレス機械
２のワークＷの送りの完了信号Ｓ0を受け取った時点か
らパルスモータ６が正転、逆転、停止の１サイクルの動
作を行う場合のパルスモータ６の回転のタイミングと速
度を示している。

【００９２】この場合、パルスモータ６の１サイクルの
動作に要する時間は、ワークＷの停止時間Ｔ0より短く
設定されている。タップ動作はプレス機械２のワークＷ
の送り動作が始まるまでに完了する必要があるため、同
期確認されており、前記１サイクルの動作がワークＷの
送りが始まるまでに完了しないときは同期ミスとして、
プレス機械側制御部３５へインターロック信号が出力さ
れる。なお、グラフＢに示す制御を行う場合には、プレ
ス機械側２のパルスエンコーダ３３は用いていない。

【００９３】さらに、グラフＣは、プレス機械２の主軸
３２の回転角度をロータリカム式のロータリカムスイッ
チ３４のかわりにパルスエンコーダ３３で連続的に検出
し、そのパルス信号とパルスモータ６の回転角度との関
係をあらかじめプログラムしておいて、パルスモータ６
の回転角度を絶対値制御する場合のパルスモータ６の回
転のタイミングと速度を示している。

【００９４】

【発明の効果】前述したように、請求項１に記載された
発明によれば、駆動ユニットと回転伝達ケーブルで連結
して小型軽量化したタッピングユニットをプレス機械、
ロボット、トランスファー装置等の作業機械に取り付け
られるようにしたので、これらの作業機械の工程中にタ
ップ加工を行うことができるとともに、作業機械に対す
る駆動ユニットの設置位置を高い自由度で選択すること
ができる。

【００９５】しかも、回転伝達ケーブルが連結される入
力軸に対して、タップ刃が取り付けられるスピンドルが
略直角方向に向いているのでプレス機械、ロボット、ト
ランスファー装置等の作業機械の機械本体、金型、ハン
ド等に様々な向きにタッピングユニットを取り付けるこ
とができ、多軸タップ盤と同様な自由度の高いタップ加
工を作業機械の工程中に行うことができる。

【００９６】また、回転伝達ケーブルが連結されている
入力軸には、タップ加工時の負荷トルクのみが作用し、
スピンドルに生じる進退運動が回転伝達ケーブル側には
伝達されない構造のため、回転伝達ケーブルに余分な負
荷が加わることがなく、タッピングユニットから離れた
位置に配置した駆動源からスピンドルに効率的に駆動力
を伝達することができる。

【００９７】また、ハウジング内部が密閉され、スピン
ドルの雄ねじ部がハウジング外部に露出していないの
で、ハウジング内部に塵埃等が侵入したり、ハウジング
内部の潤滑油が外部に漏出して周囲を汚損する恐れがな
い。

【００９８】請求項２及び請求項３に記載された発明に
よれば、駆動ユニットが有する駆動源にパルス制御モー
タを用いたことにより、停止制御のために大容量のスイ
ッチングをしたり、電磁ブレーキを動作させる必要がな
くなり、ブレーキ、接点等の発熱、摩耗から解放される
とともに、タッピングユニットを駆動する駆動ユニット
を簡略化することができる。

【００９９】また、安定したトルクでタップ刃を正逆両
方向に高速回転でき、工程時間を短縮することができる
とともに、手動パルス発生器を用いた手動操作でパルス
制御モータを微速回転させることができるので、タップ
刃の前進端と後進端を最適な位置にティーチング設定し
たり、微速度加工を行うことができる。

【０１００】また、高い停止精度が得られるため、貫通
していない下穴にタップ加工する場合でも、タップ刃で
穴底を毎回底突きして、穴底やタップ刃を損傷する恐れ
もなく、熟練を要さずに高精度のタップ加工を行うこと
ができる。

【０１０１】また、特に、請求項３に記載された発明に
よれば、プレス機械の動作に機械的に連動してタップ刃
を動作させる場合と比較して、容易に同期が得られ、タ
ッピング加工のタイミングをプレス機械の高速な動作に
確実に追従させることができる。

【０１０２】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のタッピングユニットをプレス機械に
用いた実施例を示す概略図である。

【図２】本発明のタッピングユニットの平面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。

【図４】 タッピングユニットに用いられているマスタ
ーメタルを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はそ
のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】 マスターメタルとスピンドル間の潤滑状態を
示す模式図である。

【図６】 タッピングユニットのプレス機械下型に対す
る取付構造を示す部分図である。

【図７】 回転伝達ケーブルによる駆動ユニットとタッ
ピングユニットの連結形態の一例を示す図である。

【図８】 回転伝達ケーブルによる駆動ユニットとタッ
ピングユニットの連結形態の他の例を示す図である。

【図９】 タッピングユニットを駆動ユニット側に取り
付けて構成した多軸タップ機を示す図である。

【図１０】 駆動ユニットの制御システムを示す図であ
る。

【図１１】 パルスモータと三相誘導モータにおける、
発生トルクと回転速度との関係を示すグラフである。

【図１２】 プレス機械とパルスモータの動作タイミン
グを示すタイミングチャートである。

【図１３】 従来のタッピング装置の一例を示す図であ
る。

【図１４】 従来のタッピング装置の他の例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ タッピングユニット ２ プレス機械 ２Ａ 下型 ３、３’ 駆動ユニット ４ 出力軸 ５ 回転伝達ケーブル ６ パルスモータ ７ 歯車列 ８ ギヤボックス ９ ハウジング ９Ａ ハウジング本体 ９Ｂ 取付フランジ部 ９Ｃ 端部カバー １０、１１ シール部材 １２ 入力軸 １３ 自在接手 １４ 軸受 １５ 駆動傘歯車 １６ 軸受 １７ 被駆動傘歯車 １７Ａ ボス部 １８ スプラインスリーブ １９ スピンドル １９Ａ 雄ねじ部 １９Ｂ チャック保持部 ２０ マスターメタル ２０Ａ 雌ねじ部 ２０Ｂ 筒部 ２０Ｃ 鍔部 ２０Ｄ 油貯留澪 ２１ スピンドルチャック ２２ カラー ２３ 取付ボルト ２４ タップ加工油ノズル ２５ 制御システム ２６ 手動パルス発生器 ２７ 外部カウンター ２８ 表示器 ２９ コントロール部 ３０ モーターアンプ ３１ パルスエンコーダ ３２ 主軸 ３３ パルスエンコーダ ３４ プレス機械側ロータリカムスイッチ ３５ プレス機械側制御部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23G 1/16 B23B 45/00 B23P 23/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレス機械等の作業機械のワークととも
   に変位する可動部材に着脱自在に固定される、内部が密
   閉されたハウジングと、 前記ハウジング内部で回転自在に軸受支持され、一方の
   端部がハウジングから外部に突出し、回転伝達ケーブル
   を介して作業機械近傍に設置された駆動ユニットの出力
   軸と連結される入力軸と、 ハウジング内部で入力軸の他方の端部に固定された駆動
   傘歯車と、 前記駆動傘歯車と互いの回転軸線の交差角略９０度で噛
   み合い、ハウジング内部の定位置で回転自在に軸受支持
   された被駆動傘歯車と、一方の端部がハウジングから外部に突出し、この 端部に
   タップ刃を保持するスピンドルチャックが設けられ、被
   駆動傘歯車に対して同軸で一体に回転し、且つ、軸方向
   に相対変位可能に連結されているとともに、ハウジング
   内部に常に位置する部分の外周面に雄ねじ部が形成され
   たスピンドルと、 ハウジング内部に固定され、スピンドルの雄ねじ部と螺
   合する雌ねじ部が形成されたマスターメタルを備えてい
   ることを特徴とするタッピングユニット。
2. 【請求項２】 駆動ユニットが、パルス制御モータで駆
   動される複数の出力軸を有し、多軸タップ機として使用
   可能であることを特徴とする請求項１記載のタッピング
   ユニット。
3. 【請求項３】 作業機械がプレス機械であって、前記プ
   レス機械はその主軸の回転を検出するパルスエンコーダ
   を有するとともに、駆動ユニットはパルス制御モータを
   駆動源として有し、前記モータは、タップ刃の回転角度
   と軸方向位置が前記主軸の回転と対応するように、前記
   パルスエンコーダが発するパルス信号に基づいて絶対値
   制御されることを特徴とする請求項１記載のタッピング
   ユニット。