JP6918230B2

JP6918230B2 - 工作機械及びスクロール圧縮機の製造方法

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Publication number: JP6918230B2
Application number: JP2020522635A
Authority: JP
Inventors: 洋中奥; 長谷川　正彦; 正彦長谷川; 希望荒木; 有亮須藤; 朴木　継雄; 継雄朴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2039-05-31
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Description

本発明は、工作機械、及びスクロール圧縮機の製造方法に関する。

ＡＥセンサは、固体媒体内を伝播する高周波数の音響信号、つまりＡＥ(Acoustic Emission)信号を検出するセンサであって、各種の機械に取り付けられて、当該機械の状態の監視に使用される。

工作機械の回転部位に、ＡＥセンサを取り付けて、ツールのワークへの接触を検知する場合がある。このような用途に使用されるＡＥセンサは、工作機械の回転部に取り付けられる回転部ユニットと、工作機械の固定部に固定される固定部ユニットを備えている。そして、回転部ユニットは電気信号を発信するトランスミッタを、固定部ユニットはトランスミッタから発信された電気信号を受信するレシーバを備えている。

例えば、特許文献１の図１に開示された研削盤が備えるＡＥセンサは、砥石車に連結されたロータと、ベッドに連結されたステータを備えていて、ロータとステータの間で電気信号の送受がなされる（第００１４段落、図１）。ロータは、固体の機械振動を電気信号に変換する圧電変換器と、圧電変換器から出力される電気信号を増幅する電荷増幅器と、電荷増幅器に直流電力を供給する整流器とを備えている。ステータは、外部の電源装置から電力の供給を受けて正弦電圧を発生させる正弦電圧発生器と、電気信号を増幅して外部装置に出力するライン増幅器を備えている。ロータとステータの間には、電磁誘導を利用する非接触カップリングが備えられている（第００１６段落、図３）。そのため、ロータの電荷増幅器から出力される電気信号は非接触カップリングを介して、ステータのライン増幅器に伝達される。ステータの正弦電圧発生器で発生される正弦電圧は非接触カップリングを介して、ロータの整流器に伝達される。

特許文献１に記載のＡＥセンサにおいては、ロータつまり回転部ユニットとステータつまり固定部ユニットを互いに非接触の状態に保ったまま、回転部ユニットと固定部ユニットの間で電気信号の送受を行うことができる。そのため、工作機械の回転部に取り付けられたワークあるいはツールで発生したＡＥ信号を固定部で受信して、解析することができる。

特表２００５−５１９２６５号公報

しかしながら、一般に工作機械は電気的なノイズに曝されている。そのため、特許文献１に記載のＡＥセンサを工作機械に取り付けて使用すると、非接触カップリングがノイズを拾って、その結果、回転部ユニットと固定部ユニットの間での電気信号の伝達が妨げられるという問題があった。電気信号が伝達されたとしても、電気信号の解析が妨げられるという問題があった。

本発明は、このような背景の下でなされたものであり、回転部ユニットと固定部ユニットの間で電気信号の送受を行うＡＥセンサを備える工作機械であって、環境中のノイズの影響を受け難い工作機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る工作機械は、主構造体と、主構造体に回転自在に支持されて、加工対象のワークを把持して、ワークと共に回転する回転チャックと、ワークを加工する回転砥石と、ワークを加工するエンドミルと、ＡＥ(Acoustic Emission)センサとを備える。ＡＥセンサは、回転チャックに設置される回転部ユニットと、主構造体に設置される固定部ユニットとを備える。そして、回転部ユニットは、弾性波を検出する検出器と、検出器で検出される弾性波の振幅が基準値を超える場合に、基準値超過信号を出力する基準値超過信号出力回路と、基準値超過信号を外部に出力するトランスミッタと、を備える。固定部ユニットは、回転部ユニットに対して非接触状態にあって、トランスミッタが出力する基準値超過信号を受信するレシーバを備える。そして、本発明に係る工作機械は、回転砥石で加工されたワークの加工面とエンドミルとの接触を、ＡＥセンサで検知する。

本発明に係る工作機械が備えるＡＥセンサは、検出器で検出される弾性波の振幅が基準値を超える場合に、基準値超過信号を出力する基準値超過信号出力回路を回転部ユニットに備えて、基準値超過信号を固定部ユニットに伝達する。つまり、回転部ユニットにおいて、検出器で検出される弾性波を解析して、その結果を固定部ユニットに伝達するので、解析前の弾性波の生波形を固定部ユニットに伝達する場合に比べて、環境中のノイズの影響を受け難い。その結果、本発明によれば、工作機械の耐ノイズ性能が改善され、工作機械の加工品質が向上する。

本発明の第１の実施の形態に係るＡＥセンサの構成を示す回路ブロック図図１に記載のＡＥセンサの回転部ユニット内で行われる処理を説明する図であって、アンプから出力される波形を示す図図１に記載のＡＥセンサの回転部ユニット内で行われる処理を説明する図であって、コンパレータから出力される波形を示す図図１に記載のＡＥセンサの回転部ユニット内で行われる処理を説明する図であって、シングルショット回路から出力される基準値超過信号の波形を示す図本発明の第２の実施の形態に係るＡＥセンサの構成を示す回路ブロック図本発明の第３の実施の形態に係るＡＥセンサの構成を示す回路ブロック図本発明の第４の実施の形態に係る工作機械にＡＥセンサを取り付けた状態を示す図であって、回転チャックに圧電変換器を取り付けた例を示す図本発明の第４の実施の形態に係る工作機械にＡＥセンサを取り付けた状態を示す図であって、ワークに圧電変換器を取り付けた例を示す図本発明の第５の実施の形態に係る工作機械にＡＥセンサを取り付けた状態を示す図図６に記載の工作機械が備える回転チャックと、回転チャックに取り付けられたスクロールの外形を示す斜視図図７に記載のスクロールの加工工程を示す図であって、加工前の素形材の形状を示す図図７に記載のスクロールの加工工程を図であって、回転砥石による研削工程を示す図図７に記載のスクロールの加工工程を示す図であって、エンドミルによる切削工程を示す図図７に記載のスクロールの加工工程を示す図であって、加工後のスクロールの形状を示す図図８Ｃに示すエンドミルによる切削工程を更に詳細に示す図であって、エンドミルをスクロールに当接させる前の状態を示す図図８Ｃに示すエンドミルによる切削工程を更に詳細に示す図であって、エンドミルが、回転砥石によって研削された面に当接した状態を示す図図８Ｃに示すエンドミルによる切削工程を更に詳細に示す図であって、エンドミルによる切削が現に実施されている状態を示す図エンドミルの位置決め誤差によって、研削面と切削面の境界に生じる段差を説明する図本発明の第１の変形例を示す図であって、回転部ユニットに対して給電を行う非接触カップリングの構成例を示す図本発明の第１の変形例を示す図であって、回転部ユニットに対して給電を行う非接触カップリングの別の構成例を示す図本発明の第１の変形例を示す図であって、回転部ユニットに対して給電を行う非接触カップリングの更に別の構成例を示す図本発明の第２の変形例を示す図であって、ＡＥセンサの構成を示す回路ブロック図

以下、本発明の実施の形態に係るＡＥセンサと工作機械について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るＡＥセンサ１の構成を示す回路ブロック図である。図１に示すように、第１の実施の形態に係るＡＥセンサ１は、回転部ユニット２と固定部ユニット３とを備えていて、回転部ユニット２と固定部ユニット３の間で電気信号の送受が行われる。

回転部ユニット２は圧電変換器４とハイパスフィルタ５とアンプ６とコンパレータ７とシングルショット回路８とを備えている。

圧電変換器４は図示しない検出対象物から伝播される弾性波の振幅を電圧の強弱に変換する素子である。したがって、圧電変換器４は、弾性波を検出する検出器として機能する。そして、圧電変換器４から出力される電圧変動の波形はハイパスフィルタ５に入力される。ハイパスフィルタ５は、圧電変換器４から入力される電圧変動の波形から不要な低周波成分、つまり低周波ノイズを除去する電気回路である。

アンプ６は、ハイパスフィルタ５から入力される電圧変動の波形を増幅する電気回路である。コンパレータ７は、アンプ６から入力された波形の電圧を基準電圧と比較して、入力波形の電圧が基準電圧を超える場合に、矩形波信号をシングルショット回路８に出力する電気回路である。シングルショット回路８はコンパレータ７から矩形波信号が入力される場合に、基準値超過信号を出力する電気回路である。シングルショット回路８は、弾性波の振幅が基準値を超える場合に基準値超過信号を出力する基準値超過信号出力回路として機能する。なお、コンパレータ７とシングルショット回路８の具体的な作用については、後述する。

上記に加えて、回転部ユニット２は整流器９を備えている。整流器９は固定部ユニット３から供給される交流電力を、直流電力に変換して、ハイパスフィルタ５とアンプ６とコンパレータ７とシングルショット回路８に供給する電気回路である。つまり、回転部ユニット２に属する要素は整流器９から供給される直流電力によって駆動される。

図１に示すように、固定部ユニット３は、増幅器１０と正弦波発生器１１とを備えている。増幅器１０は、回転部ユニット２から伝達される電気信号を増幅して、図示しない外部装置に出力する電気回路である。正弦波発生器１１は、図示しない外部電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電気回路である。

図１に示すように、回転部ユニット２と固定部ユニット３の間には、第１の非接触カップリング１２と第２の非接触カップリング１３が配置されている。

第１の非接触カップリング１２は、回転部ユニット２に取り付けられた赤外線送信モジュール１２ｒと、固定部ユニット３に取り付けられた赤外線受信モジュール１２ｓとで構成されている。赤外線送信モジュール１２ｒはシングルショット回路８に接続されていて、赤外線受信モジュール１２ｓは増幅器１０に接続されている。そして、赤外線送信モジュール１２ｒと赤外線受信モジュール１２ｓは互いに対面していて、赤外線送信モジュール１２ｒと赤外線受信モジュール１２ｓの間で赤外線信号の送受が行われる。そのため、シングルショット回路８から基準値超過信号が赤外線送信モジュール１２ｒに入力されると、基準値超過信号に対応する赤外線信号が赤外線送信モジュール１２ｒから出力される。赤外線送信モジュール１２ｒから出力される赤外線信号を赤外線受信モジュール１２ｓが受信すると、赤外線受信モジュール１２ｓは赤外線信号を電気信号に変換して、増幅器１０に出力する。このように、赤外線送信モジュール１２ｒは基準値超過信号を回転部ユニット２の外部に出力するトランスミッタとして機能する。赤外線受信モジュール１２ｓは回転部ユニット２から出力される基準値超過信号を受信するレシーバとして機能する。

第２の非接触カップリング１３は、固定部ユニット３に取り付けられた固定部側コイル１３ｓと、回転部ユニット２に取り付けられた回転部側コイル１３ｒと、で構成されている。固定部側コイル１３ｓは正弦波発生器１１に接続されていて、回転部側コイル１３ｒは整流器９に接続されている。そして、固定部側コイル１３ｓと回転部側コイル１３ｒとは互いに対面している。そのため、正弦波発生器１１で発生する交流電流が固定部側コイル１３ｓに流れると、回転部側コイル１３ｒに誘導電流が発生する。回転部側コイル１３ｒで発生した誘導電流は整流器９に流れる。このように、固定部側コイル１３ｓは、回転部ユニット２の構成要素を駆動する電力を回転部ユニット２に向けて送電する送電部として機能する。回転部側コイル１３ｒは固定部側コイル１３ｓから送電される電力を受電する受電部として機能する。

図２Ａ〜図２Ｃは、アンプ６、コンパレータ７及びシングルショット回路８から出力される波形を、それぞれ示す図である。

ハイパスフィルタ５は、圧電変換器４から出力される電流に含まれるノイズ成分を除去して、弾性波信号のみを抽出する。ハイパスフィルタ５から出力された弾性波信号はアンプ６で増幅されて、図２Ａに示す波形の弾性波信号Ｓ１がコンパレータ７に入力される。図２Ａに示すように、コンパレータ７では弾性波信号Ｓ１の電圧レベルと基準電圧Ｖｒｅｆとを比較する。そして、コンパレータ７は、弾性波信号Ｓ１の電圧レベルが基準電圧Ｖｒｅｆを超える場合に、図２Ｂに示す矩形波Ｓ２を出力する。コンパレータ７から出力される矩形波Ｓ２はシングルショット回路８に入力される。

シングルショット回路８に矩形波Ｓ２が入力されると、シングルショット回路８は基準値超過信号Ｓ３を一定時間継続して出力する。そのため、シングルショット回路８からは、図２Ｃに示す波形の基準値超過信号Ｓ３が出力されて、赤外線送信モジュール１２ｒに入力される。前述したように、基準値超過信号Ｓ３が赤外線送信モジュール１２ｒに入力されると、赤外線送信モジュール１２ｒは基準値超過信号Ｓ３に対応する赤外線信号を出力する。その赤外線信号は赤外線受信モジュール１２ｓによって受信される。そして赤外線信号を受信した赤外線受信モジュール１２ｓは、赤外線信号を電気信号に変換して、増幅器１０で出力する。この電気信号は増幅器１０で増幅されて、外部装置に出力される。

このように、第１の実施の形態に係るＡＥセンサ１によれば、圧電変換器４で検知された弾性波の振幅が基準値を超える場合に、その旨を示す信号、つまり基準値超過信号Ｓ３が外部装置に出力される。また、回転部ユニット２と固定部ユニット３の間の信号伝送は非接触の状態で行われる。

（第２の実施の形態）
ＡＥセンサ１は、第２の非接触カップリング１３を備えて、回転部ユニット２を駆動する電力が固定部ユニット３から供給されるものには限定されない。図３に示すように、ＡＥセンサ１は、回転部ユニット２に電池１４を備えるものであっても良い。つまり、ＡＥセンサ１は、回転部ユニット２を駆動する電力が電池１４から供給されるものあっても良い。なお、電池１４の形態や動作原理は限定されない。電池１４は、回転部ユニット２が受ける光を電力に変換する光電池であっても良い。

（第３の実施の形態）
第１及び第２の形態においては、赤外線送信モジュール１２ｒと赤外線受信モジュール１２ｓを備えるＡＥセンサ１を示した。つまり、第１及び第２の形態においては、回転部ユニット２と固定部ユニット３の間で赤外線信号を送受される例を示した。しかしながら、ＡＥセンサ１は、赤外線信号を利用して、回転部ユニット２と固定部ユニット３の間の信号伝送を行うものには限定されない。図４に示すように、回転部ユニット２に送信回路１５を、固定部ユニット３に受信回路１６を、それぞれ備えて、送信回路１５と受信回路１６の間で無線通信を行っても良い。つまり、回転部ユニット２と固定部ユニット３の間の信号伝送を無線通信で行うものであっても良い。この場合、送信回路１５は、基準値超過信号を回転部ユニット２の外部に出力するトランスミッタとして機能する。受信回路１６は送信回路１５から出力される基準値超過信号を受信するレシーバとして機能する。

（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る工作機械１７の構成を示す図であって、工作機械１７に第３の実施の形態に係るＡＥセンサ１を取り付けた状態を示す図である。図５Ａは工作機械１７の回転チャック１７ｂにＡＥセンサ１の圧電変換器４を取り付けた例を示す図であり、（Ｂ）は回転チャック１７ｂに把持された加工対象のワークＷに圧電変換器４を取り付けた例を示す図である。

工作機械１７は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、主構造体１７ａに取り付けられて、主回転軸Ｐｘ周りに回転駆動される回転チャック１７ｂと、主構造体１７ａに取り付けられて、図示しない制御装置で制御されて移動するツール１７ｃとを備えている。回転チャック１７ｂは加工対象のワークＷを把持し、ツール１７ｃはワークＷに当接して、ワークＷを加工する。

図５Ａ及び図５Ｂに示す例においては、ＡＥセンサ１の回転部ユニット２の圧電変換器４以外の構成要素を筐体２ａに収容して、圧電変換器４と圧電変換器４以外の構成要素を物理的に離隔している。また、ＡＥセンサ１の固定部ユニット３の構成要素は筐体３ａに収容されていて、筐体３ａは主構造体１７ａに固定されている。

図５Ａに示す例においては、筐体２ａと圧電変換器４は共に回転チャック１７ｂに固定されている。そのため、圧電変換器４はワークＷで発生して、回転チャック１７ｂに伝播した弾性波を検出する。そして、圧電変換器４で検出された弾性波の振幅が基準値を超えた場合に、筐体２ａ内に収容された図示しない送信回路１５から、基準値超過信号Ｓ３に対応する信号が送信される。送信回路１５から送信された基準値超過信号Ｓ３に対応する信号は、筐体３ａ内に収容された図示しない受信回路１６で受信される。

図５Ｂに示す例においては、図５Ａに示す例と同様に筐体２ａは回転チャック１７ｂに固定されているが、圧電変換器４はワークＷに固定されている。そのため、圧電変換器４はワークＷで発生した弾性波を直接に検出することができる。そして、圧電変換器４で検出された弾性波の振幅が基準値を超えた場合に、筐体２ａ内に収容された図示しない送信回路１５から、基準値超過信号Ｓ３に対応する信号が送信される。送信回路１５から送信された基準値超過信号Ｓ３に対応する信号は、筐体３ａ内に収容された図示しない受信回路１６で受信される。

工作機械１７は、上記のように構成されているので、ツール１７ｃがワークＷに接触した場合に、ワークＷに生じる弾性波をＡＥセンサ１で検出して、ツール１７ｃとワークＷの接触を検知することができる。あるいは、基準電圧Ｖｒｅｆを調整することによって、ツール１７ｃとワークＷの接触深さが、ある一定の深さを超えたかどうかを判別することができる。

（第５の実施の形態）
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る工作機械１７の構成を示す図である。第５の実施の形態に係る工作機械１７は、図６に示すように、回転チャック１７ｂにスクロール１８を取りつけて、スクロール１８を加工する機械であって、回転砥石１７ｄとエンドミル１７ｅと数値制御装置１９を備えている。回転チャック１７ｂと回転砥石１７ｄとエンドミル１７ｅの回転・停止及び速度は数値制御装置１９によって制御される。回転砥石１７ｄとエンドミル１７ｅは数値制御装置１９によって制御されて、所望の位置に移動されて、スクロール１８に当接して、研削加工と切削加工を行うことができる。

図７は、回転チャック１７ｂに取り付けられたスクロール１８の外形を示す斜視図である。スクロール１８は図示しないスクロール圧縮機を構成する部品であって、図７に示すように、円盤状の鏡板１８ａと鏡板１８ａに立設された螺旋状のスクロール歯１８ｂを備える。スクロール１８は、鋳造成形された素形材を工作機械１７で加工して製造される。

図８は、スクロール１８の加工工程を時系列に沿って示す図である。図８Ａは加工前のスクロール１８の形状を示す図である。図８Ａに示すように、スクロール１８は回転チャック１７ｂに取り付けられる。スクロール１８を回転チャック１７ｂに取り付けたら、図８Ｂに示すように、スクロール歯１８ｂの側面に回転砥石１７ｄを当接させて、スクロール歯１８ｂの基部に移動させながら、スクロール歯１８ｂの側面に研削加工を加える。回転砥石１７ｄの先端は湾曲しているので、回転砥石１７ｄでは、スクロール歯１８ｂの基部の側面と鏡板１８ａの表面を研削することができない。そこで、図８Ｃに示すように、回転砥石１７ｄによる研削が可能な限界まで研削加工を行って、研削面１８ｃが形成されたら、回転砥石１７ｄに代えてエンドミル１７ｅをスクロール歯１８ｂの側面に当接させて、スクロール歯１８ｂの基部に移動させながら、切削加工を行う。最後にエンドミル１７ｅは鏡板１８ａの表面に当接して、鏡板１８ａの表面を切削する。その結果、図８Ｄに示すように切削面１８ｄが形成され、スクロール１８の形状が完成する。

次に、図９を参照して、エンドミル１７ｅによる切削工程を詳細に説明する。なお、図９Ａはエンドミル１７ｅをスクロール１８に当接させる前の状態を示す図であり、図９Ｂはエンドミル１７ｅが、回転砥石１７ｄによって研削された面に当接した状態を示す図であり、図９Ｃはエンドミル１７ｅによる切削が現に実施されている状態を示す図である。

エンドミル１７ｅによる切削を開始する直前の状態においては、図９Ａに示すように、エンドミル１７ｅは、先に回転砥石１７ｄによる研削加工がされた研削面１８ｃから離隔した位置にあって、エンドミル１７ｅは数値制御装置１９に制御されて、研削面１８ｃに近付く方向に送られる。その後、図９Ｂに示すように、エンドミル１７ｅが研削面１８ｃに当接すると、スクロール１８において弾性波が発生する。その弾性波をＡＥセンサ１（図９において図示しない）が検出すると、数値制御装置１９はエンドミル１７ｅの研削面１８ｃに接近する方向の送りを停止させる。つまり、エンドミル１７ｅが図９Ｂに示す位置に到達すると、数値制御装置１９はエンドミル１７ｅの送りを停止させる。その後、数値制御装置１９は、エンドミル１７ｅを鏡板１８ａに接近する方向に送りながら、エンドミル１７ｅを回転させる。つまり、図９Ｃに示すように、エンドミル１７ｅによる切削加工がスクロール１８に対してなされる。

このように、第５の実施の形態に係る工作機械１７においては、エンドミル１７ｅが研削面１８ｃに当接したことをＡＥセンサ１で検出するので、エンドミル１７ｅの研削面１８ｃに対する位置決めを高精度で行うことができる。

例えば、エンドミル１７ｅの研削面１８ｃに対する位置決めに誤差がある場合、研削面１８ｃと切削面１８ｄの間に、図１０に示す段差ｄが生じるが、第５の実施の形態に係る工作機械１７によれば、エンドミル１７ｅの研削面１８ｃに対する位置決めを高精度で行うことができるので、段差ｄを十分に小さくすることができる。また、摩耗によって、エンドミル１７ｅの直径が減少していても、第５の実施の形態に係る工作機械１７によれば、エンドミル１７ｅを研削面１８ｃに当接させることができるので、段差ｄを十分に小さくすることができる。発明者らの実験によれば、段差ｄを１０μｍ以下にすることができた。その結果スクロール１８を備えるスクロール圧縮機の効率を向上させることができた。

また、第５の実施の形態に係る工作機械１７は、複数の工具、つまり回転砥石１７ｄとエンドミル１７ｅを備えている。そして、これらの複数の工具を使用することによって、スクロール歯１８ｂの側面と、スクロール歯１８ｂの基部の側面と、スクロール歯１８ｂ鏡板を順次加工することができる。そのため、加工対象の部位ごとに工程、あるいは使用する機械を分ける必要がないので、作業能率と加工精度が向上する。

（第６の実施の形態）
第５の実施の形態においては、ＡＥセンサ１が弾性波の発生を検出すると、数値制御装置１９がエンドミル１７ｅの研削面１８ｃに接近する方向の送りを停止させる例を示したが、その停止位置を数値制御装置１９に記憶させることもできる。数値制御装置１９に記憶された位置を使用してエンドミル１７ｅによるスクロール歯１８ｂの側面及び鏡板１８ａの加工経路の計算を行った上で加工を実施してもよい。この場合も第５の実施の形態と同様の効果が得られる。

（第１の変形例）
図１１A、図１１Ｂ及び図１１Ｃは、本発明の第１の変形例に係る工作機械１７の構成を示す図である。変形例に係る工作機械１７が備えるＡＥセンサ１の基本的な構成と作用は、第４の実施の形態に係る工作機械１７が備えるＡＥセンサ１と同一である。つまり、変形例に係るＡＥセンサ１の構成と作用は、基本的には第３の実施の形態に係るＡＥセンサ１と同一である。しかしながら、変形例に係るＡＥセンサ１は、電池１４に代えて第２の非接触カップリング１３を備える点で、第３及び第４の実施の形態に係るＡＥセンサ１とは異なる。

図１１A、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す例においては、ＡＥセンサ１の回転部ユニット２は、回転チャック１７ｂに固定されていて、回転チャック１７ｂと共に主回転軸Ｐｘ周りに回転する。そのため、ＡＥセンサ１に備える第２の非接触カップリング１３においては、回転チャック１７ｂが主回転軸Ｐｘ周りに回転しても回転部側コイル１３ｒと固定部側コイル１３ｓとが互いに対面する状態が維持される。図１１A、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示す例においては、回転チャック１７ｂに固定される回転部側コイル１３ｒと、図示しない主構造体１７ａに取り付けられる固定部側コイル１３ｓのいずれか一方、又は両方を、複数個のコイルを主回転軸Ｐｘ周りの円周上に配列した複合コイルにしている。なお、回転部側コイル１３ｒと固定部側コイル１３ｓのいずれか一方、又は両方は、主回転軸Ｐｘと同軸に配置された単コイルであっても良い。

図１１Aに示す例においては、回転部側コイル１３ｒを複数個のコイルを主回転軸Ｐｘ周りの円周上に配列した複合コイル、または主回転軸Ｐｘと同軸に配置された単コイルとしているので、回転部側コイル１３ｒが主回転軸Ｐｘ周りに回転しても、固定部側コイル１３ｓが、常に回転部側コイル１３ｒのいずれかの部位と対面する位置にある。そのため、固定部側コイル１３ｓと回転部側コイル１３ｒの間で送受電を行うことができる。

図１１Ｂに示す例においては、固定部側コイル１３ｓを複数個のコイルを主回転軸Ｐｘ周りの円周上に配列した複合コイル、または主回転軸Ｐｘと同軸に配置された単コイルとしているので、回転部側コイル１３ｒが主回転軸Ｐｘ周りに回転しても、回転部側コイル１３ｒが、常に固定部側コイル１３ｓのいずれかの部位と対面する位置にある。そのため、固定部側コイル１３ｓと回転部側コイル１３ｒの間で送受電を行うことができる。

図１１Ｃに示す例においては、回転部側コイル１３ｒと固定部側コイル１３ｓの両方を複数個のコイルを主回転軸Ｐｘ周りの円周上に配列した複合コイル、または主回転軸Ｐｘと同軸に配置された単コイルとしているので、回転部側コイル１３ｒが主回転軸Ｐｘ周りに回転しても、回転部側コイル１３ｒは常に固定部側コイル１３ｓと対面する位置にある。そのため、固定部側コイル１３ｓと回転部側コイル１３ｒの間で送受電を行うことができる。

（第２の変形例）
上記の実施の形態及び変形例においては、ＡＥセンサ１の回転部ユニット２のコンパレータ７において参照される基準値、つまり基準電圧Ｖｒｅｆがプリセットされていて、運用時においては、変更できない例を示したが、ＡＥセンサ１は、必要に応じて、基準電圧Ｖｒｅｆを変更できるように構成されても良い。例えば、図１２に示すように、ＡＥセンサ１の回転部ユニット２に、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）２０と基準値変更器２１を備えるようにしても良い。入出力インターフェイス２０は、外部ユニット２２から送出される操作信号を受信する電気装置である。基準値変更器２１は入出力インターフェイス２０が受信した操作信号に基づいて、コンパレータ７が参照する基準電圧Ｖｒｅｆを書き換える電気回路である。第２の変形例に係る回転部ユニット２は、このように構成されているので、外部ユニット２２を操作することによって、基準電圧Ｖｒｅｆを変更することができる。

なお、第２の変形例に係る回転部ユニット２においては、基準電圧Ｖｒｅｆの値が外部ユニット２２から直接入力される。しかしながら、回転部ユニット２は、基準電圧Ｖｒｅｆの値が直接入力されるものには限定されない。例えば、コンパレータ７あるいは基準値変更器２１に複数個の基準電圧Ｖｒｅｆの値を事前に記憶させて、外部ユニット２２から入力される操作信号にしたがって、いずれかの値を選択して、コンパレータ７に参照させるようにしても良い。

入出力インターフェイス２０と外部ユニット２２の間で信号の授受を行う通信手段は特に限定されない。該通信手段は無線通信を利用するものであっても良いし、優先通信を利用するものであっても良い。また、外部ユニット２２は、ＡＥセンサ１から物理的に分離された装置であっても良いし、固定部ユニット３と一体に構成されていても良い。つまり、固定部ユニット３が外部ユニット２２として機能するように構成されていても良い。

なお、第２の変形例においては、第１の実施の形態に係るＡＥセンサ１、つまり図１に示したＡＥセンサ１に、入出力インターフェイス２０と基準値変更器２１を追加した例を示したが、第２及び第３の実施の形態に係るＡＥセンサ１、つまり図３，４に示したＡＥセンサ１に、入出力インターフェイス２０と基準値変更器２１を追加することもできる。

以上、説明したように、上記各実施の形態に係るＡＥセンサ１は、回転部ユニット２内で弾性波の波形を解析して、シングルショット回路８を備えて、弾性波の振幅が基準値を超える場合に基準値超過信号Ｓ３を、固定部ユニット３に向けて送出する。そのため、弾性波の波形を、そのまま、固定部ユニット３に送出する場合に比べて、環境中のノイズの影響を受け難い。つまり、上記各実施の形態に係るＡＥセンサ１は、従来の非接触型のＡＥセンサに比べて耐ノイズ性が高い。

また、上記各実施の形態に係る工作機械１７は、ＡＥセンサ１を備えるので、従来の非接触型のＡＥセンサを備える工作機械に比べて、耐ノイズ性が高くなる。その結果、工作機械における加工品質が向上する。

スクロール圧縮機の製造工程において、上記各実施の形態に係る工作機械１７を用いて、スクロール歯１８ｂの切削加工を行えば、スクロール歯１８ｂを精度よく加工できるので、スクロール圧縮機の性能の向上が期待できる。

なお、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態によっては限定されない。本発明は、特許請求の範囲に記載の技術的思想の限りにおいて、自由に、変形、変更あるいは改良して実施することができる。

上記実施の形態においては、トランスミッタとレシーバの具体例として、赤外線送信モジュール１２ｒと赤外線受信モジュール１２ｓの組み合わせと、送信回路１５と受信回路１６の組み合わせを例示した。つまり、上記実施の形態においては、トランスミッタとレシーバの具体例として、赤外線信号を利用するものと、無線通信を利用するものを例示した。しかしながら、トランスミッタとレシーバは、これらには限定されない。トランスミッタとレシーバは、電磁誘導を利用するものであっても良い。

上記実施の形態においては、回転部ユニット２の内部に、圧電変換器４とハイパスフィルタ５とアンプ６とコンパレータ７とシングルショット回路８を備える例を例示したが、回転部ユニット２は、これらを備えるものには限定されない。回転部ユニット２は、弾性波の波形を解析して、弾性波の振幅を基準値と比較することができれば十分である。このような機能は、各種のハードウェアとソフトウェアを任意に選択して実現することができる。

なお、上記実施の形態においては、圧電変換器４から出力される波形に含まれる低周波ノイズを除去するために、回転部ユニット２にハイパスフィルタ５を備える例を示したが、回転部ユニット２が備えるフィルタ回路は、ハイパスフィルタ５には限定されない。回転部ユニット２には、除去対象となるノイズの周波数に高低に応じて、各種のフィルタ回路を選択して備えることができる。つまり、回転部ユニット２にハイパスフィルタ５に加えて、あるいは代えて、ローパスフィルタを備えても良い。回転部ユニット２に、バンドパスフィルタ、あるいはバンドストップフィルタを備えても良い。

上記実施の形態においては、送電部と受電部の具体例として、固定部側コイル１３ｓと回転部側コイル１３ｒの組み合わせを例示した。つまり、送電部と受電部の具体例として、電磁誘導を利用するものを例示した。しかしながら、送電部と受電部は電磁誘導を利用するものには限定されない。送電部と受電部は、磁気共鳴を利用するものであっても良いし、電波を利用するものであっても良い。

上記実施の形態においては、工作機械１７において、ＡＥセンサ１の出力端に数値制御装置１９を接続して、エンドミル１７ｅの位置決め制御を行う例を示した。しかしながら、ＡＥセンサ１の出力端に接続される外部装置の形式あるいは用途は特に限定されない。外部装置がＡＥセンサ１の出力を受けて行う処理は特に限定されない。ＡＥセンサ１によって、ツール１７ｃとワークＷの接触を検出して、そのツール１７ｃの位置を検証することによって、ツール１７ｃの摩耗量、あるいはワークＷの変形量を推定することもできる。

上記実施の形態においては、第３の実施の形態に係るＡＥセンサ１を工作機械１７に取り付けて使用する例を示したが、工作機械１７に取り付けられるＡＥセンサ１は、第３の実施の形態に係るＡＥセンサ１には限定されない。第１の実施の形態、あるいは第２の実施の形態のＡＥセンサ１を工作機械１７に取り付けて使用することもできる。

上記実施の形態に示した工作機械１７の形式と形態は例示であって、本発明の技術的範囲は、上記実施の形態に示された工作機械１７の形式と形態によっては限定されない。工作機械１７は、複数個のツール１７ｃを備えるものであっても良い。工作機械１７は回転チャック１７ｂでワークＷを把持するものには限定されない。工作機械１７は回転チャック１７ｂで各種の研削工具あるいは切削工具を把持するものであっても良い。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１８年５月３１日に出願された日本国特許出願２０１８−１０４９４１号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１８−１０４９４１号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明は、ＡＥセンサと、ＡＥセンサを備える工作機械、及びスクロール圧縮機の製造方法として好適に利用することができる。

１ＡＥセンサ、２回転部ユニット、２ａ筐体、３固定部ユニット、３ａ筐体、４圧電変換器、５ハイパスフィルタ、６アンプ、７コンパレータ、８シングルショット回路、９整流器、１０増幅器、１１正弦波発生器、１２第１の非接触カップリング、１２ｒ赤外線送信モジュール、１２ｓ赤外線受信モジュール、１３第２の非接触カップリング、１３ｒ回転部側コイル、１３ｓ固定部側コイル、１４電池、１５送信回路、１６受信回路、１７工作機械、１７ａ主構造体、１７ｂ回転チャック、１７ｃツール、１７ｄ回転砥石、１７ｅエンドミル、１８スクロール、１８ａ鏡板、１８ｂスクロール歯、１８ｃ研削面、１８ｄ切削面、１９数値制御装置、２０入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）、２１基準値変更器、２２外部ユニット、Ｗワーク。

Claims

主構造体と、
前記主構造体に回転自在に支持されて、加工対象のワークを把持して、前記ワークと共に回転する回転チャックと、
前記ワークを加工する回転砥石と、
前記ワークを加工するエンドミルと、
ＡＥ(Acoustic Emission)センサとを備える工作機械であって、
前記ＡＥセンサは、
前記回転チャックに設置される回転部ユニットと、
前記主構造体に設置される固定部ユニットとを備え、
前記回転部ユニットは、
弾性波を検出する検出器と、前記検出器で検出される弾性波の振幅が基準値を超える場合に、基準値超過信号を出力する基準値超過信号出力回路と、前記基準値超過信号を外部に出力するトランスミッタと、を備え、
前記固定部ユニットは、
前記回転部ユニットに対して非接触状態にあって、前記トランスミッタが出力する前記基準値超過信号を受信するレシーバを備え、
前記回転砥石で加工された前記ワークの加工面と前記エンドミルとの接触を、前記ＡＥセンサで検知する工作機械。
前記検出器は、前記弾性波を継続して検出するとともに、
前記基準値超過信号出力回路は、前記弾性波の振幅が基準値を超えている場合に、前記基準値超過信号を出力する、
請求項１に記載の工作機械。
前記基準値超過信号出力回路は、前記弾性波の振幅が基準値を超えている状態が、基準時間を超えて継続している場合に、前記基準値超過信号を出力する、
請求項２に記載の工作機械。
前記基準値超過信号出力回路は、前記基準値超過信号の出力を開始した後に、前記弾性波の振幅が基準値を下回っても、前記基準値超過信号の出力を継続する、
請求項２又は請求項３に記載の工作機械。
前記回転部ユニットに、外部から電力を受電する受電部を備えるともに、
前記固定部ユニットに、前記受電部に電力を送電する送電部を備える、
請求項１に記載の工作機械。
前記回転部ユニットに、前記回転部ユニットに属する装置に電力を供給する電池を備える、
請求項１に記載の工作機械。
前記電池は、前記回転部ユニットが受ける光を電力に変換する光電池である、請求項６に記載の工作機械。
前記回転部ユニットに、外部ユニットによって操作されて、前記基準値を変更する基準値変更手段を備える、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の工作機械。
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の工作機械を用いて、スクロール圧縮機のスクロール歯を加工する工程を含む、
スクロール圧縮機の製造方法。
前記スクロール歯の側面の一部を前記回転砥石で加工して加工面を形成し、
その後に、前記エンドミルを前記加工面に近付く方向に移動させ、
前記エンドミルが前記加工面に接触したことを、前記ＡＥセンサで検知した場合に、前記エンドミルの前記加工面に近付く方向への移動を停止させ、
その後に、前記エンドミルを前記スクロール歯の基部に向けて前進させて、前記スクロール歯の側面の未加工の部位を加工する、
請求項９に記載のスクロール圧縮機の製造方法。
前記エンドミルを前記スクロール歯を支持する鏡板に当接させて、前記エンドミルで前記鏡板の表面を加工する、
請求項１０に記載のスクロール圧縮機の製造方法。
前記スクロール歯の側面の、前記回転砥石によって加工された加工面と，前記エンドミルによって加工された加工面との段差を10μｍ以下にする、
請求項１１に記載のスクロール圧縮機の製造方法。