(57)【要約】      （修正有）【課題】専用ケーブルを不要とした簡単な設備で、タレットの動作スペースを制限することがない超音波加工具を備えたタレット型ＮＣ旋盤を提供する。また、専用ケーブルを不要とした簡単な設備で、櫛型刃物台の動作スペースを制限することがない超音波加工具を備えた櫛型刃物台を有する旋盤を提供する。【解決手段】タレット旋盤において、１次コイルは固定部１１に配置され、これに対向して２次コイルはタレット１２の中心に配置される。また、櫛型刃物台を有する旋盤において、櫛型刃物台には複数の超音波加工具１７ａ〜１７ｅが配置され、各超音波加工具には２次コイルがそれぞれ接続される。この２次コイルに対向して、固定部１１には１次コイルと高周波電源とが配置される。これにより、高周波電源と超音波振動子とを非接触とし、超音波振動子に対して高周波信号が供給される。【選択図】        図１
2004261917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋盤の構造物を構成する固定部と、
タレットと、
固定部に配置され、高周波信号を発生する高周波電源と、
固定部に配置され、高周波電源に接続された１次コイルと、
１次コイルに所定間隙を有して対向するようタレットの回転中心に配置された２次コイルと、
タレットに設けられ、２次コイルに接続された超音波加工具とを有する超音波加工具を備えた旋盤。
【請求項２】
上記タレットの外周部には複数の超音波加工具が、互いにタレット円周方向に所定間隔を有して離間して設けられた請求項１に記載の超音波加工具を備えた旋盤。
【請求項３】
旋盤の構造物を構成する固定部と、
水平方向および垂直方向に往復動する櫛型刃物台と、
固定部に配置され、高周波信号を発生する高周波電源と、
固定部に配置され、高周波電源に接続された１次コイルと、
それぞれが１次コイルとの間に所定間隙を有して対向可能に櫛型刃物台に配置された複数の２次コイルと、
櫛型刃物台に設けられ、各２次コイルにそれぞれ接続された複数の超音波加工具とを有する超音波加工具を備えた旋盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は超音波加工具を備えた旋盤、詳しくは高周波電源と超音波振動子とを非接触（無接触）とし、高周波信号を超音波振動子に対して伝達可能とした超音波加工具を備えた旋盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、超音波加工具を搭載した汎用のタレット型ＮＣ旋盤が存在する。このタレット型ＮＣ旋盤では、超音波発振回路を含む高周波電源と、超音波加工具の超音波振動子とを専用ケーブルで接続している。超音波発振回路にて発生した高周波信号は、この専用ケーブルを介して超音波振動子に伝達され、この超音波振動子において機械振動に変換される。さらに、この超音波振動子の機械振動が、超音波加工具の切削工具（振動工具）に伝達され、この切削工具でワークを切削加工するものである。
また、上記専用ケーブル方式に替えて、高周波電源より超音波振動子に対して、スリップリングなどを用いて電力を供給する方式の超音波加工具を備えた旋盤も存在していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者にあっては、超音波振動子と高周波電源とは専用ケーブルで接続された構成であった。このため、１台の旋盤において超音波加工具と他の工具とを交互に使用する場合、専用ケーブルと超音波加工具とをそのたびに接続・解除しなければならず、この接続解除に手間がかかり、作業効率が大幅に低下していた。また、可動部であるタレットに専用ケーブルが配置されることから、タレットの動作範囲（スペース）を狭めていた。
また、上記問題は、櫛型刃物台を有する旋盤においても同様であった。
一方、後者にあっては、スリップリングと給電ブラシとが常に接触して給電を行う構成であった。このため、これらの部材の摩耗、損傷などが激しく、その信頼性が低下することや、そのメンテナンスコストが高騰するという問題が生じていた。
【０００４】
【発明の目的】
この発明は、専用ケーブルを不要とした設備で、タレットの動作スペースを制限することがない超音波加工具を備えたタレット型ＮＣ旋盤を提供することを目的としている。
また、この発明は、工具の交換が簡単で、作業効率を高めることが可能となった超音波加工具を備えた旋盤を提供することにある。
また、この発明の他の目的は、部材の消耗、メンテナンスを不要として耐久性を高めた超音波加工具を備えた旋盤を提供することである。
さらに、この発明は、櫛型刃物台を有する旋盤においても、専用ケーブルを不要とした構成で、かつその刃物台の動作スペースを制限することがない超音波加工具を備えた旋盤を提供することを目的としている。
【０００５】
【議題が解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、旋盤の構造物を構成する固定部と、タレットと、固定部に配置され、高周波信号を発生する高周波電源と、固定部に配置され、高周波電源に接続された１次コイルと、１次コイルに所定間隙を有して対向するようタレットの回転中心に配置された２次コイルと、タレットに設けられ、２次コイルに接続された超音波加工具とを有する超音波加工具を備えた旋盤である。
【０００６】
上記固定部は、旋盤のベッド、コラム、固定主軸台などで構成される。
上記タレットは、６角形〜１２角形の形状を有する回動式のタレットであり、これに単数または複数の超音波加工具が取り付けられる。超音波加工具には、超音波振動子が備えられている。
超音波振動子は、高周波電源で発生した高周波信号（例えば１０〜１００ｋＨｚ）を機械振動に変換する。変換された機械振動は、この機械振動を拡大変成する振動変成器および切削工具を経て、加工負荷（ワーク）に供給される。振動子、振動変成器、切削工具から構成される超音波加工具は、機械共振を利用して強力な振動を発生する。この機械共振周波数は、加工負荷の変動、振動系内の発熱その他の原因により変動することが多い。そこで、振動工具を効率よく振動させるために、周波数自動追尾型発振器が高周波電源において使用されている。周波数自動追尾型発振器は、時々刻々の機械共振周波数を適当に検出し、その出力を発振回路に帰還させて、発振周波数を自動的に所要の周波数に変化させるものである。
また、加工負荷の変動により切削工具の振動速度が変動し、加工効率が低下する場合も生じる。そこで、高周波電源の検出回路が、切削工具の振動速度に比例した電圧値または電流値を検出し、その出力を電力増幅器の入力に帰還させて、切削工具の振動速度を所定の値に保持させる。
超音波振動子としては、電歪振動子、特にボルト締めランジュバン形振動子、磁歪振動子を用いることができる。
高周波電源は、主に発振回路、電圧増幅回路、電力増幅回路などで構成される。発振回路において高周波信号が発生し、その高周波信号は電圧増幅回路と電力増幅回路とで１次コイルに供給する１次コイル電流を発生させる。
１次コイルと２次コイルとは、通常の分離型高周波変圧器として構成される。１次コイルと２次コイルとの巻数比は限定されない。また、１次コイルと２次コイルとの間隙は限定されない。１次コイルと２次コイルとの間隙を、限りなくゼロに近づけると、少ない巻数で効率よく１次コイル電流および２次コイル電流を発生させることができる。これにより、１次コイルと２次コイルの小形化が可能となり、その全体の分離型高周波変圧器の小型化が図れる。２次コイルはタレットの回転中心に配設される。その結果、１次コイルはタレット回転中心とは反対側の固定部に固設されることとなる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記タレットの外周部には複数の超音波加工具が、互いにタレット円周方向に所定間隔を有して離間して設けられた請求項１に記載の超音波加工具を備えた旋盤である。
タレットに設けられる超音波加工具の数は２以上であって、限定されない。超音波加工具には、主軸に保持されて回転する素材を切削する切削工具などが含まれる。この切削工具には、外径削り、中ぐり、端面削り、テーパ削り、きりもみ、ねじ切りなどを行うものがある。
複数の高周波振動子と２次コイルとは、例えばリード線で接続される。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、旋盤の構造物を構成する固定部と、水平方向および垂直方向に往復動する櫛型刃物台と、固定部に配置され、高周波信号を発生する高周波電源と、固定部に配置され、高周波電源に接続された１次コイルと、それぞれが１次コイルとの間に所定間隙を有して対向可能に櫛型刃物台に配置された複数の２次コイルと、櫛型刃物台に設けられ、各２次コイルにそれぞれ接続された複数の超音波加工具とを有する超音波加工具を備えた旋盤である。
櫛型刃物台上の複数の超音波加工具は、上記と同様の超音波加工具で構成される。
【０００９】
【作用】
請求項１に記載の超音波加工具を備えた旋盤にあっては、１次コイルは固定部に配置され、これに対向近接して２次コイルはタレットの回転中心に配置される。これにより、高周波電源と超音波振動子とを非接触（無接触）とし、超音波振動子に対して高周波信号の供給を行うことができる。供給された高周波信号に基づいて超音波振動子が機械振動することにより、超音波加工具が、旋盤に保持されたワークに対して作用し、切削加工などを施すことができる。
この結果、高周波電源と超音波振動子との接続用ケーブルを不要とすることができる。また、２次コイルの位置が１次コイルに対して常に一定に保持されるため、その間隔の変動がなく、安定した動作が可能である。
【００１０】
請求項２に記載の超音波加工具を備えた旋盤にあっては、複数の超音波加工具がタレット外周部にその円周方向に所定間隔を有して離間して設けられる。例えば、タレットの回動方向に沿って順番に、全体切削用、部分切削用、仕上げ用の超音波加工具を設けることができる。この結果、一連の切削加工がスムーズに行え、切削部位などが異なるごとに超音波加工具の交換を行う手間が省ける。また、タレットの回転中心部分に配置した２次コイルと、複数の超音波振動子とを簡単な配線で接続できる。
【００１１】
請求項３に記載の超音波加工具を備えた旋盤にあっては、垂直方向または水平方向に往復動する櫛型刃物台において、複数の超音波加工具が所定位置に配設される。各超音波加工具には、それぞれ２次コイルが接続される。この２次コイルに対向して、旋盤の固定部には１次コイルが配置される。１次コイルには高周波電源が接続される。これにより、高周波電源と超音波振動子とを非接触（無接触）とした状態で、超音波振動子に対して高周波信号が供給される。したがって、高周波電源と超音波振動子との専用ケーブルが不要となる。よって、櫛型刃物台を有する旋盤にあっても、その刃物台の動作を専用ケーブルによって制限されることがない。また、非接触のため、部材の故障などをなくすことができ、耐久性が高まる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
この実施形態は、タレット型ＮＣ旋盤についてこの発明を適用した例である。すなわち、タレット型旋盤１０は、図１に示すように、構造物を構成するベッド３２を有し、このベッド３２には主軸３１と心押し台３１Ａとが搭載されている。ベッド３２には、また刃物取付台１１が設置されている。
主軸３１には、素材から切削加工されるワーク３０が固定保持される。
刃物取付台１１には、タレット１２が回動自在に取り付けられている。
図４（ａ）に示すように、このタレット１２は１０角形を有し、このタレット１２の外周各辺部には、その円周方向に一定間隔を有して離間した複数の超音波加工具１７がそれぞれ固設されている。各超音波加工具１７は、例えば鋼材などのワークを所望形状に加工するため、ワークに対して一連の切削加工を施すことが可能に構成されている。例えば超音波加工具１７は、端面削り用加工具、テーパ削り用加工具、ねじ切り用加工具、溝入れ用加工具、仕上げ用加工具などで構成される。また、超音波加工具１７の代わりに、超音波振動子を用いない通常の切削加工具を含めてもよい。複数の超音波加工具１７は、それぞれ超音波振動子１６を備えている。そして、それぞれの超音波振動子１６は、分離型高周波変圧器２５からの高周波信号を受けてこれを機械振動に変換する。
【００１３】
この実施形態に係るタレット型ＮＣ旋盤１０では、図２に示すように、高周波信号を発生する高周波電源１３と、高周波信号の高周波信号電圧を機械振動電圧に変換する分離型高周波変圧器２５と、機械信号電圧を機械振動へ変換する超音波加工具１７とを有している。高周波電源１３には、高周波信号（１２〜６０ｋＨｚ）を発生する発信回路２１と、その高周波信号の高周波信号電圧から１次コイル電流を発生する電圧に増幅する電圧増幅器２２および電力増幅器２３と、１次コイル１４のインピーダンスとの整合を行うインピーダンス整合回路２４とを有している。超音波加工具１７には、２次コイル電流を機械振動に変換する超音波振動子１６と、超音波振動子１６の機械振動を切削工具２８へ拡大伝送する振動変成器２７と、機械振動によりワーク３０を切削加工する切削工具２８とを有している。
分離型高周波変圧器２５には、図３に示すように、１次コイル１４と２次コイル１５とが、所定間隙（０．１〜０．０１ｍｍ）を有して対向して配置されている。すなわち、１次コイル１４と２次コイルとは非接触状態である。
図４（ｂ）において示すように、１次コイル１４は上記高周波電源１３とともに、タレット１２を支持する刃物取付台（固定部）１１に固設されている。
一方、２次コイル１５は、タレット１２の回転中心部位に１次コイル１４との間に所定間隙を有して配置されている。１次コイル１４と２次コイル１５との間隙が限りなくゼロに近ければ、１次コイル電流、２次コイル電流が効率よく発生する。その結果、１次コイル１４および２次コイル１５の巻数が少なくなり、コイル自体の小形化も図れる。
図４（ｂ）に示すように、複数の超音波加工具１７の超音波振動子１６と２次コイル１５とは、リード線３３により接続される。これにより、タレット１２の回転中心部に配置した高周波電源から発生した高周波信号を、タレット１２上にある超音波加工具１７の超音波振動子の機械振動に変換することが、簡単な配線で実現できる。
【００１４】
次に、このタレット型ＮＣ旋盤の動作を説明する。
図１において、上記構成に係るタレット型ＮＣ旋盤１０にあっては、タレット１２に搭載した複数の超音波加工具１７ａ〜１７ｅを用いてワーク３０に切削加工を施す。例えば超音波加工具１７ａは外径削り、超音波加工具１７ｂは外周テーパ削り、超音波加工具１７ｃは内径削り、超音波加工具１７ｄはねじきり、超音波加工具１７ｅは仕上げを行うものを配置する。
そして、この旋盤１０の主軸３１に素材を保持させ、この主軸３１を回転させる。
次に、タレット１２を所定角度だけ回動させ、超音波加工具１７ａを素材の加工位置に配置する。
それから、超音波加工具１７ａにより素材の外周端面の切削加工を行う。タレット１２の中心に配置された高周波電源１３からの発振信号は、分離型高周波変圧器２５を介して、超音波加工具１７ａの超音波振動子１６に伝達される。さらに、伝達された発振信号は、超音波振動子１６において機械振動に変換される。超音波振動子１６の機械振動は、切削工具２８に作用し、この切削工具２８によりワーク３０の切削加工が行われる。超音波加工具１７ａによる切削加工が完了すると、タレット１２を所定角度だけ回動させ、超音波加工具１７ｂを加工位置に配置する。このようにして、順次、超音波加工具１７ｃ〜１７ｅまたは通常の加工具を用いて一連の切削加工作業を行う。これらの加工具１７ａ〜１７ｅの切り換えに際しては、シリアル信号による切替可能なスイッチ（ディストリビュータ）をタレット１２の内部に配設して行うこともできる。この場合、シリアル信号の伝達は上記タレットの回転中心部に別設したトランス（図示していない）による。
したがって、超音波加工具１７の交替、変更に際しては、タレット１２の回動を行うのみで良く、専用ケーブルの着脱などの作業は不要であり、量産加工において作業効率の高い切削加工を施すことが可能となる。
【００１５】
次に、この発明の第２の実施形態を図５を参照して説明する。この実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤２０は、上記実施形態に係る旋盤１０に以下の変更を加えたものである。すなわち、水平方向および垂直方向に往復動する櫛型刃物台１８を有する旋盤についてこの発明を適用したものである。この実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤２０は、旋盤の構造物を構成する固定部（ベッド）１１と、このベッド上で水平方向および垂直方向に往復動する櫛型刃物台１８と、素材を保持する主軸台とを有する。固定部（主軸台）１１には、素材を固定し切削加工するためのチャック３５が配設される。このチャック３５に対向する位置に、櫛型刃物台１８が配設される。櫛型刃物台１８には、所定間隔を有して離間した複数の超音波加工具１７が配置されている。各超音波加工具１７には超音波振動子１６がそれぞれ配設されている。また、各超音波振動子１６には、それぞれ２次コイル１５が接続されている。櫛型刃物台上１８には、超音波振動子１６に保持された複数の切削工具２８がワーク３０に向かって配置されている。一方、旋盤２０の固定部（ベッドに立設された部材）１１には、２次コイル１５と対向する位置に１次コイル１４が固設され、この１次コイル１４には高周波電源１３が接続されている。
【００１６】
次に、図５を参照して第２の実施形態の旋盤の動作について説明する。上記構成に係る櫛型刃物台を有する旋盤２０にあっては、櫛型刃物台１８に搭載した複数の超音波加工具１７を用いて、ワーク３０（被加工材）に切削加工を施す。例えば、超音波加工具１７ｆは外周粗削り、超音波加工具１７ｇは外周端面削り、超音波加工具１７ｈは外周テーパ削り、超音波加工具１７ｊは仕上げを行う。チャック３５に素材を固定し、櫛型刃物台１８を素材に対して垂直方向に滑動し、超音波加工具１７ｆを素材の加工位置に配置する。そして、まず素材の外周粗削りの切削加工を行う。旋盤の固定部１１に配置された高周波電源１３からの発振信号は、１次コイル１４と２次コイル１５とを介して、超音波加工具１７ｆの超音波振動子１６に伝達される。さらに、伝達された発振信号は、超音波加工具１７ｆの超音波振動子１６において機械振動に変換される。機械振動に変換された超音波振動子１６の機械振動は、切削工具２８を作動させ、ワーク３０の切削加工を行う。超音波加工具１７ｆによる切削加工が完了すれば、次に、櫛型刃物台１８を垂直方向に滑動させ、超音波加工具１７ｇが素材の加工位置に配置される。順次、超音波加工具１７ｈ〜１７ｊおよび通常の加工具が、ワークに対して切削加工を施し、一連の加工作業を行う。これらの加工具１７ｆ〜１７ｊの各切り換えは、上記タレットと同様に、シリアル信号による切り換え可能なスイッチ（ディストリビュータ）を用いて行うものとする。
したがって、櫛型刃物台を有する旋盤においても、高周波電源と超音波振動子とが非接触状態となり、高周波信号を機械振動に変換することができ、高周波信号と超音波振動子との専用ケーブルが不要となる。また複数の超音波振動子を備えた超音波加工具を使用することができ、一連の切削加工が可能になる。
【００１７】
【発明の効果】
この発明により、以下の効果を奏することができる。
（１）タレット型の超音波振動子を備えた旋盤において、１次コイルは固定部に配置され、これに対向して２次コイルはタレットの中心に配置される。これにより、高周波電源と超音波振動子とを非接触とし、超音波振動子に対して高周波信号の供給を行うことができる。供給された高周波信号に基づいて超音波振動子が機械振動することにより、超音波加工具がワークに対して作用し切削加工を行うことができる。したがって、高周波電源と超音波振動子との専用ケーブルが不要となる。
（２）タレット型の旋盤において、回動方向に従って全体切削、部分切削、仕上げを行う順に超音波加工具を設けることができる。この結果、一連の切削加工が可能となり、切削工程ごとに超音波加工具の交換を行う手間が省ける。また、タレットの中央に配置した２次コイルと、円周方向に所定間隔を有して離間して設けた複数の超音波振動子とを簡単な配線で接続できる。
（３）櫛型刃物台を有する旋盤において、垂直方向およびまたは水平方向に往復動する櫛型刃物台に、複数の超音波加工具が配置される。各超音波加工具には２次コイルがそれぞれ接続される。この２次コイルに対向して、固定部には１次コイルと高周波電源とが配置される。これにより、高周波電源と超音波振動子とを非接触とし、超音波振動子に対して高周波信号が供給される。したがって、高周波電源と超音波振動子との専用ケーブルが不要で、櫛型刃物台を有する旋盤でもその刃物台の動作範囲の制約を少なくなることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤の主要部を示すその斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤の主要部を示すブロック図である。
【図３】この発明の第１の実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤の主要部を示す等価回路図である。
【図４】この発明の第１の実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤の主要部を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図である。
【図５】この発明の第２の実施形態に係る超音波加工具を備えた旋盤に主要部を示す平面図である。
【符号の説明】
１０  超音波加工具を備えた旋盤、
１１  固定部、
１２  タレット、
１３  高周波電源、
１４  １次コイル、
１５  ２次コイル、
１６  超音波振動子、
１７  超音波加工具、
１８  櫛型刃物台、
２８  切削工具。
【図１】
2004261917.tif 000003
【図２】
2004261917.tif 000004
【図３】
2004261917.tif 000005
【図４】
2004261917.tif 000006
【図５】
2004261917.tif 000007