JPH03104513A - タッピングマシン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野コ 本発明は、タップに送り動作を与えながら被加工物にね
じ孔を形成するタッピングマシンに関し、特に主軸の送
り装置に関するものである。

［従来技術］ 従来のタッピングマシンにおいては、主軸にラックを形
成し該主軸の回転運動を威速機構で減速して前記ラック
にかみ合うピニオンに伝達する事によって、該主軸にタ
ップのピッチと一致した送り動作を与えるという構或を
とっている。そして常にタップのピッチと主軸の送り量
を一致させるために、前記減速機構の歯車を交換可能な
構成としている。

さらに、前記ビニオンの回転力はクラッチ機構を介して
伝達するようにし、タップの先端が下孔以外の部分に接
した時などは該クラッチ機構をスリップさせて主軸の送
り動作を停止させるようにしてある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のタツビングマシンでは、ラックと
ピニオンによる回転●直線の動力変換機構や減速機構を
用いているために、構成部品点数が多く複雑であるとと
もに、該機構の精度向上が困難で製作コストも高くなっ
てしまった。

また、切削粉を除去するために往復回転運動を繰り返す
ために、長い加工時間が必要であった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたも
のであり、動力変換機構や減速機構が不要であり、その
結果構造が簡単で高精度化が容易な優れたタツビングマ
シンを得る事をその目的としている。

また圧電アクチュエータの振動を利用して切削粉を除去
する事によって、加工時間の短縮が可能なタツビングマ
シンを得る事をその目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明のタッピングマシンに
おいては、主軸をその軸線方向に往復直線運動させるた
めの駆動源と、該主軸に着設されたタップを具備し、該
タップを回転させて被加工物を加工するタッピングマシ
ンにおいて、前記駆動源として圧電アクチュエータを用
いている。

また前記圧電アクチュエータは弾性体を備え、該弾性体
には交流電気信号が印加されることにより超音波振動が
発生する圧電素子が着設され、該圧電素子を駆動するこ
とで所定の振動部位に略直交する少なくとも２方向の振
動が励振される超音波振動子を用いている。

さらに、該圧電アクチュエータは前記主軸に直接に当接
され、動力変換機構を含まないという構成をとっている
。

［作用］ 上記の構成を有する本発明のタッピングマシンにおいて
は、圧電現象を利用して機械出力を得る圧電アクチュエ
ータにより主軸が往復動される。

また、超音波振動子の弾性体に交流電気信号を印加する
と、その所定部位に微小振幅の略楕円振動が励振される
。そして被駆動体である主軸を該圧電アクチュエータの
前記振動部位に当接すると、その摩擦力に起因する駆動
力を受け該主軸が所定方向に直接駆動される。

このとき該圧電アクチュエータの振動が主袖を通してタ
ップに伝達されるので、該タップに付着する切削粉がふ
るい落とされ、ひんぱんな往復回転運動をせずとも加工
が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化したー実施例を図面を参照して説
明する。

本発明に用いる圧電アクチュエータは、例えば特願平１
−４６８６６号公報の願書に添付した明細書及び図面に
より提案されているような機械共振器を含んだ超音波振
動子を用いれば良い。

以下に、その構成の一例を第１図を参照しつつ説明する
。

超音波振動子１１は、矩形平板形状を有する弾性体２１
の上面に、該弾性体２１に曲げ振動を励振するための第
１圧電体２２が着設されている。

該弾性体２１において、前記着設面と略直交する側面に
は、該弾性体２１に縦振動を励振するための第２圧電体
２３ａ及び２３ｂが着設されている。

前記弾性体２１の長手方向中心は、該弾性体２１を固定
するための固定ボルト２４ａ及び２４ｂにより固定され
ている。該固定ボルト２４ａ及び２４ｂの他の一端は、
基台２５ａ及び２５ｂに固定されている。

前記第１圧電体２２の上面には、電極２６が着設されて
いる。また前記第２圧電体２３ａ及び２３ｂの上面には
電極２７ａ及び２７ｂが着設されている。また前記弾性
体２１自身はアース電極を兼ねており、該弾性体は前記
固定ボルト２４ａ及び２４ｂを介して基台２５ａ及び２
５ｂに接地されている。

更に該弾性体２１は、その厚さ方向に所定の周波数ｆに
おいて両端自由端２次モードで曲げ振動し、且つ同一の
周波数ｆにより長さ方向に両端自由端１次モードで縦振
動するように形状寸法を調節されている。

一般に、弾性体中を伝播する縦振動の共振周波数は、該
弾性体の長さに依存する。また弾性体の厚さ方向の曲げ
振動の共振周波数は、前記長さ及び厚さに依存する。従
って、前述のような弾性体２１を設計する事は容易であ
るので、その詳細は省く。

以上のように構成された超音波振動子１１の作用を以下
に説明する。

まず、第１圧電体２２に周波数ｆの交流電圧を印加して
振動させると、前記弾性体２１は曲げ振動２次モードで
共振し定在波が励起される。

次に第２圧電体２３ａ及び２３ｂに周波数ｆの交流電圧
を印加して振動させると、前記弾性体２１は縦振動１次
モードで振動し定在波が励起される。つまり前記固定ボ
ルト２４ａ及び２４ｂで固定される位置は各定在波の節
となっている。

このとき、前記第１圧電体２２と第２圧電体２３ａ及び
２３ｂに印加する電圧の振幅及び位相を調節すると、前
記弾性体２１には任意の形状の略楕円振動を発生する事
が可能となる。

尚、上記実施例では縦振動１次モードと曲げ振動２次モ
ードを励振し、その合成により略楕円振動を発生する超
音波振動子について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、縦振動、曲げ振動、せん断振動、ねじり振動
など、種々の振動モードの組合わせ利用が考えられ、ま
た高次モードを利用してもよい。

上述の超音波振動子１１を好適に利用したタッピングマ
シン３１の構成を第２図に示す。同図において、第１図
と同じ符号の付された各部材は、前記詳述した各構成部
材と同一である。

タツビングマシン３１は、図示しない支持機構で回転、
上下動作が可能なように支持された主軸３２に、ゴムロ
ーラより或る圧着機構３３によって超音波振動子１１が
圧着されている。

該超音波振動子１ｌは、その最大振幅が得られる両端部
において駆動部３４ａ及び３４ｂが形戊され、前記主軸
３２に当接されており、また支持部材３５により本体３
６に接続されている。また該超音波振動子１１の電気端
子は駆動制御回路３７に接続されている。

一方、前記主軸３２の上部には、プーり３８とベルト３
９とにより回転モータ４０に接続されており、該回転モ
ータ４０によって主軸３２は往復回転運動される。

また該主軸３２の下部にはチャック４１が形威され、タ
ップ４２が保持されており、加工台４３上の被加工物４
４を加工するよう配置されている。

以上のように構成されたタツピングセンタ３１において
、前記駆動制御回路３７により前記超音波振動子１１に
前記所定周波数の交流電圧を印加すると、振動振幅が数
腐〜数１０縄程度の微小振幅の略楕円振動が励振される
。その結果前記駆動部３４ａ及び３４ｂと前記主軸３２
との摩擦力に起因する駆動力を受け、同図中矢印Ａ方向
に該主軸３２が往復運動される。該超音波振動子１１の
電源を遮断した場合には、前記圧着機構３３による圧着
力で該主軸３２は保持され動かない。該超音波振動子１
１はミクロンオーダーの位置制御が可能であるので該主
軸３２の精密送り量制御が可能である。

さらに、該超音波振動子１１の高周波振動が前記駆動部
３４ａ及び３４ｂから前記主軸３２に伝達され、さらに
タップ４２に伝達し該タツブ４２をわずかに振動させる
と、切削粉が除去され、ひんぱんに往復回転動作をおこ
なわなくともねじ切りが可能となり、その結果加工時間
が短縮される。

尚、超音波振動子１１に形成された駆動部３４ａ及び３
４ｂをセラミックスで形成する事により、絶縁性や耐摩
耗性を向上する事もできる。

上述のタッピングマシンに用いられる圧電アクチュエー
タは、従来の電磁モータ等に比べ以下の利点がある。

１）　巻線が不要であり、構造が簡単であるため、小型
、軽量化が可能である。

２）　高エネルギー変換効率が得られ、例えばＤＣモー
タに比べ出力／体積比、出力／重量比は１０倍以上とな
る。

３）　摩擦力を利用しているので、応答性、位置制御性
に優れている。

４）　磁気、電磁ノイズを発生しない。

よって、該圧電アクチュエータを用いる事により、動力
変換機構や減速機構が不要で、高精度化が容易な優れた
タッピングマシンを実現する事ができる。

尚、上記実施例では圧電アクチュエータとして定在波振
動を励振する超音波振動子を用いたが、これに限定され
るものではなく、進行波型モータ等、種々のアクチュエ
ータを用いても同様な効果が得られる。

更に、超音波振動子の形状を平板状とする例について説
明したが、円板状、円筒状、円環状、棒状、方形状など
、種々の形状が考えられる。その他、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で種々の変形が可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、動力変換機構や減速機構が不要であり、その結果構造
が簡単で高精度化が容易な優れたタッピングマシンを実
現する事ができる。

さらに、圧電アクチュエータの振動を利用して切削粉を
除去する事によって、加工時間の短縮が可能なタッピン
グマシンを実現する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明を具体化した実施例を示すも
ので、第１図は本発明に用いる超音波振動子の上面図、
第２図は本発明を適用するタッピングマシンの構成を示
す側面図である。 図中、１１は超音波振動子、２１は弾性体、２２，２３
は圧電体、３１はタツビングマシン、３２は主軸、４２
はタップである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主軸（３２）をその軸線方向に往復直線運動させる
   ための駆動源と、 該主軸（３２）の先端に着設されたタップ（４２）とを
   具備し、 該タップを回転させて被加工物（４４）を加工するタッ
   ピングマシンにおいて、 前記駆動源として圧電アクチュエータを用いる事を特徴
   とするタッピングマシン。 ２、請求項１記載のタッピングマシンにおいて、前記圧
   電アクチュエータは、弾性体（２１）を備え、 該弾性体（２１）には交流電気信号が印加される事によ
   り超音波振動が発生する圧電素子（２２、２３ａ、２３
   ｂ）が着設され、該圧電素子（２２、２３ａ、２３ｂ）
   を駆動することで所定の振動部位に略直交する少なくと
   も２方向の振動が励振される超音波振動子である事を特
   徴とするタッピングマシン。 ３、請求項１或いは２記載のタッピングマシンにおいて
   、 前記圧電アクチュエータは前記主軸（３２）に直接に当
   接され、動力変換機構を含まない事を特徴とするタッピ
   ングマシン。