JPH03104512A - 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回転させて被
加工物にねじ孔を形成するタッピングマシンに関し、特
に該タップの回転動作の駆動源に関するものである。

［従来技術］ タツビング加工においては、タップを着設した主軸を送
り駆動させると同時に回転駆動させ、両者の駆動量を同
期させて加工を行なっている。

従来は、上述の主軸の回転駆動は、主軸の外部に配置さ
れた回転型の電磁モータの駆動力をプーリやベルト等の
動力伝達機構を介して伝達している。そのため、回転駆
動力を与えつつ主軸を上下送り可能とするための特別な
上下送り機構が設けられている。

［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、最も負荷
のかかる部位に動力伝達機構や上下送り機構を必要とし
ているので高剛性化か困難であり、大出力化や低故障率
化が困難であった。

また加工精度の向上が困難で製作コストも高くなってい
た。

本発明は、上連した問題点を解決するためになされたも
のであり、動力変換機構や上下送り機構を特別に必要と
せず、構造が簡単で高精度化が容易であり、しかも大出
力化が可能な優れたタッピングマシンを得る事をその目
的としている。

また、タップのみをダイレクト駆動するＺｌｒによって
、応答性の優れたタツビングマン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ツピングマシンは
、往復直線駆動可能な主軸と、該主軸に着設されるタッ
プと、該タップを前設主軸に着設するための保持手段と
、前記タップを回転させる駆動源とを具備したタッピン
グマシンにおいて、前記駆動源として略楕円振動を行な
う振動部位を備えた機械共振器を含む超音波振動子を用
い、該超音波振動子は前記主軸に着設され、前記保持手
段として前記タップを該超音波振動子に圧着するための
圧着手段を備えている。

〔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超音波振動子に
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タップを該超音波振動子の前記振
動部位に圧着すると、その摩擦力に起因する駆動力を受
け該タップがダイレクト駆動され、所定方向に回転され
る。

また前記超音波振動を駆動しない時は、前記圧着力によ
りタップは強力に保持されている。

［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夕は、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２７ｇ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、前記弥性体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｝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ツビングマ
シン３１の構成を第２図及び第３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。

タッピングマシン３１は、本体３２に取り付けられたリ
ニアベアリング３３及び３４により、主軸３５が上下動
作可能に支持されている。該主軸３５の下端には、ケー
ス３６内に前記超音波振動子１１が収納され、圧着ボル
ト３７とローラ３８及びローラささえ３９より構成され
る圧着機構によりタップ４０が前記超音波振動子ｌ１に
圧着されている。

該超音波振動子１１は、その最大振幅が得られる両端部
において駆動部４１が形成されており、前記タップ４０
と当接されている。

一方、前記主軸３５の側面には、回転型モータ４２が配
置され、その駆動力が動力伝達用ローラ４３により該主
軸３５に伝えられ、上下送り動作するようになっている
。

さらに、前記超音波振動子１１と前記回転型モータ４２
の入力端子は、図示しない制御装置に接続されており、
この両者を同期運転する事によって前記タップ４０の下
部の加工台４４に配置された被加工物４５の加工を行な
うよう制御されている。

以上のように構成されたタツピングマシン３１において
、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虜程度の微小振幅
の略楕円振動が励振される。

その結果、前記駆動部４１と前記タツブ４０との摩擦力
に起因する駆動力を受け、同図中矢印Ａの正逆方向に該
タップがダイレクト駆動される。一方前記超音波振動子
１１の電源を遮断した場合には、前記圧着ボルト３７に
より発生する圧着力により前記駆動力の数倍の力を受け
ているので、前記タップ４０は強力に保持され動かない
。また該タツプ４０を交換する場合は、前記超音波振動
子１１の第１圧電体２２のみを励振すれば、該タップ４
０に対し浮揚力が与えられるので前記圧着力を変化させ
なくとも簡単にタップ４０が交換できる。

以上のような構成をとる１３ｆによって、動力変換機構
や特別な上下送り機構を必要とする事なく、構造が簡単
で高精度化が容易な優れたタツピングマシンを得る事が
できる。

尚、前記超音波振動子１１に形成された駆動部４１をセ
ラミックス等の耐摩耗性材料で形成するかコーティング
する事により、絶縁性や信頼性を向上する事もできる。

上述のタツピングマシンに用いられる超音波振動子は、
従来の電磁モータ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、億置制御性
に優れている。

４）　磁気、電磁ノイズを発生しない。

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
、種々の形状を用いる事も可能である。

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にう、本発明によれば
、動力変換機構や特別な上下送り機構が不要であり、そ
の結果構造が簡単で応答性の優れたタツビングマシンを
実現する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図まで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全体
を示す側面図、第３図は第２図の一部を拡大して示す一
部破断拡大図である。 図中、１１は超音波振動子、２１は弾性体、２２は第１
圧電体、２３ａ，２３ｂは第２圧電体、３５は主軸、３
７は圧着ボルト、３８はローラ、３９はローラささえ、
４０はタップである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、往復直線駆動可能な主軸（３５）と、該主軸（３５
   ）に着設されるタップ（４０）と、該タップ（４０）を
   前記主軸（３５）に着設するための保持手段と、前記タ
   ップ（４０）を回転させる駆動源とを具備したタッピン
   グマシンにおいて、前記駆動源として略楕円振動を行な
   う振動部位を備えた機械共振器を含む超音波振動子（１
   １）を用い、該超音波振動子（１１）は前記主軸（３５
   ）に着設され、前記保持手段として前記タップ（４０）
   を該超音波振動子（１１）に圧着するための圧着手段（
   ３７、３８、３９）を備え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、前記超
   音波振動子は弾性体（２１）を備え、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電気機械変換素
   子（２２、２３ａ、２３ｂ）が前記弾性体（２１）に着
   設され、該電気機械変換素子（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方向の定在波振動が励振される事を特徴とするタッ
   ピングマシン。