(57)【要約】【課題】内径が小さく奥行きのあるパイプ加工において、精度が良く任意形状の溝加工が可能な、切削工具を提供する。【解決手段】切削装置は高速のエアタービンヘッド１を装備し先端にはワンタッチで着脱可能なカッターを有する。ヘッド全体は長いパイプ３によって支持され、エアタービンへの空気供給用チューブや切削液供給用のチューブを内蔵する。パイプは回転自在に固定出来、パイプ中間部にタービンの回転センサ６や振動体７を挿入することが可能である。従来不可能であった深穴の加工を実現出来る。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
先端部にエアタービン機構を搭載し、エア及び切削油を供給するためのパイプを収納しかつ加工ヘッド取り付け部に連結してエアタービン機構を取り付け角度自在に保持するための長い中空軸部を有し、ヘッド取り付け部において汎用の工作機械に取り付けるための取り外し自在なブラケットを有すると共に、エア及び切削油供給の為のコネクタ部間にマニホールドを有する切削加工ヘッド。
【請求項２】
タービン供給エア圧力を一定、或いは指令値により変化させることにより切削力やカッタ回転数を一定或いは可変にするための電空レギュレータをエア供給系に搭載したことを特徴とする請求項１に記載の切削加工ヘッド。
【請求項３】
回転音の周波数により回転数を検出する環形状の圧電素子をタービン支持パイプの一部に積層することを特徴とする請求項２に記載の切削加工ヘッド。
【請求項４】
タービン支持パイプの中心軸方向に超音波振動を加えて切削抵抗を減少させる為の環形状の圧電素子をパイプ内部に積層することを特徴とする請求項１に記載の切削加工ヘッド。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、小径で深穴の内部を加工する切削用加工ヘッドの機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  顕微鏡や望遠鏡、或いはカメラ等の光学器械の部品加工において、比較的小径の円筒部品の内径に様々な溝加工や仕上げ加工は重要である。これらは射出成形やダイキャスト等の量産技術には不適であることが多く、後加工として専用の機械加工に頼ることが殆どである。単純に深穴を空けることであればガンドリル加工のように既存の工作機械で十分であるが、例えばカメラのズームレンズガイド用のカム溝を正確に彫るような場合ではコンピュータ制御による旋盤やフライス盤或いはこれらの組合せによる加工が必要である。【０００３】  しかし、これらの方法では一般的に奥行きのある内径加工は困難であり、専用の機械を開発する必要があるが、これとてもシャンク長の長い加工ヘッドに限界があり、溝形状を精度良く自在に加工することには限界があった。これは加工ヘッドの支持部から先端の加工部までの距離が長いことにより、剛性が十分に確保出来ず加工中に片持ち梁のモードによる振動を発生して不具合を生ずるためである。【０００４】  これらの欠点を克服する手段として、最近では工具を高速で回転することにより切削抵抗を減らし精度を上げる加工機が提案されており、工具先端部に高速回転部を置き直接カッタを駆動する方式が主流であるが、特に小径の深穴加工ではヘッド自体を極端に小さくする必要があり、特に回転方向を変換する必要のある場合には限界があった。カッタの直径も必然的に小さくなり加工速度を適切するためにはモータ等の回転数をかなり上げなければない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３５４８６  公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】（株）ナカニシ  ｓ−Ｍａｘ  ハンドピース  カタログ
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】  解決しようとする問題点は、小径深穴の加工において加工ヘッドを十分に小さくし、かつ加工ヘッドの支持部がかなり細長いという悪条件下で振動を極力抑えつつ高速回転を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本考案は、カッタの超高速回転が可能であることと、振動の発生が少ないという点で小型のエアタービン方式を採用したことと、その構成を単純にすることで、従来の工作機械への着脱を容易にし、ユニット化した点と、タービン駆動及び加工熱の冷却用としての媒体として通常の工場で容易に調達出来る０．２Ｍｐａ程度の高圧エアを用いた。基本的に加工ヘッド部には一切電気系の部品を搭載していない点で、極めて故障の少ない信頼性の高いヘッドである。タービンヘッドは小径の金属パイプによって支持されパイプの根本は加工機本体に取り付ける為のブラケットに固定されている。このブラケットはタービンに供給する高圧エアと切削液や空冷用のエアチューブのマニホールドを兼ねている。また支持パイプの中間には音響による回転数検知用の圧電センサや切削抵抗の減少や切削粉排出に効果のあるとされる超音波振動体を挿入することも可能である。
【考案の効果】
【０００９】  エアタービンによる超高速かつ超軽負荷切削加工で工具自体の振動が極めて小さく抑えられたことにより、加工ヘッドの支持部の剛性を上げる必要が殆ど無くなった。これにより、これまで不可能とされてきた深穴加工が実現出来ることになった。具体的には内径２０ミリ前後で深さが５００ミリを超える金属加工においてもこのタービンヘッドによりコンピュータ制御による自由な溝加工や仕上げ加工が可能となった。より高精度の加工においては、速度制御による回転数の変更や安定化が可能であり、超音波振動援用による仕上げ面の改善も期待できる。またタービンヘッドの向きもパイプを回転することにより角度を変えることが出来、作業内容によって加工の楽な位置関係にタービンヘッドを固定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本考案で提案されたエアタービン式深穴用加工機の全体図である。
【図２】タービンに供給される流体の制御回路図である。
【図３】タービンヘッド及び支持パイプの断面詳細図である。
【図４】速度センサ及び振動体の実装図である。
【考案を実施するための形態】
【００１１】  小型円柱形状のタービンヘッドを支持パイプに直角に固定し、工具の回転軸を加工体の内壁に直角に対向出来る構造とし、支持パイプは吸排気用のマニホールドを兼ねるブラケットに固定し、外部からの高圧エアや切削液のポートを具備する。ブラケットはボルト等により工作機械本体の工具取付け台に固定され工具先端の座標は工具台の基準位置から一定のオフセットを持たせて位置決め治具等で合わせこむことが出来る。またこのブラケットには速度センサや超音波振動ヘッドの為の電気信号を供給する端子台も装着可能である。
【実施例】
【００１２】  図１は、本考案装置の代表的な実施例の斜め透視図であって主要構成部品の配置を示している。タービンヘッド１は支持バイプ３の先端に配置され加工用カッタ２の回転軸が支持パイプ３の軸線と直交するような配置となっている。図１ではカッタは上向きに取り付けられているが、パイプ３は４に対し回転自在に固定出来るので、例えば下向き、横向き等切削条件に合わせて固定出来る。回転によりパイプ３内部を貫通しているエアチューブ類は捩じられることとなるが、回転角範囲は決まっているので不具合が生ずることは無い。【００１３】  パイプの途中に圧電センサ６や超音波振動子７を配置することも可能である。タービンの回転数を検出するには様々な方法があるが狭い空間に有効に配置するには一般的に困難を伴う。本考案においてはセンサとして圧電セラミックを採用しているが、これはタービンの回転数が最高で７０００回転／秒に及ぶためその基本周波数である音響信号を振動として捉える原理によっている。このタービン音は運転中人間の耳には良く聞こえるレベルのものであり、センサとして利用するのに適している。またタービンヘッド自体が極めて静粛であるためこの基本振動数を利用することはその後の信号処理に関しても最適である。電極の配線は支持パイプ３の内部を通すことが出来、電磁ノイズの点からも有利であるが、パイプ外側表面に出しても差し支えない。超音波振動子７についても同様である。超音波振動の附加による有用性については既に良く知られているが、本考案のようにリング状の形状で用いるのが非常に有効であり、パイプ３の軸方向固有振動に駆動周波数を一致させるのが一般的である。センサ７振動子８共、強度及び寸法精度の安定したセラミックを材質としているので、パイプの中間部に積層して構成することは軽負荷のタービンヘッドの場合全く問題無い。【００１４】  図２はタービンヘッドに供給される流体の制御回路図である。ここではマニホールドに４個のコネクタポートが装着されており、高圧タービン用エア、切削液、空冷エア、排気用として使われるが、配置や媒体の種類に拘るものではない。タービン用高圧エアの圧力制御には市販の電空レギュレータを配置し、速度センサ６からの信号を処理してタービン回転数を一定に制御したり、単に圧力を一定にして切削力を管理する目的にも使用される。【００１５】  図３はタービンヘッド及び支持パイプ内部を概略断面図として表したものである。タービンヘッド１の内部構造は非常に簡単で、回転シャフトと一体になったタービンブレード１１とこれを回転支持するセラミック製のボールベアリング１２及びこれらを収納するケースからなる。タービンブレードは定期的に交換される消耗品であるので、ねじ込み式のキャップ１３を外してベアリングとブレードを一度に交換する。基本的に４０万ｒｐｍの超高速回転であるので、そのダイナミックバランスは正確に取ったものをアセンブリ単位で交換する必要がある。高圧エアはノズル１ａから供給されタービンブレード１１を一周して回転させた後開口部１ｂより排気され支持パイプ３の隙間を通ってマニホールドより大気中に放出される。【００１６】  加工中の工作物は温度上昇を防ぐために冷却用のエアをノズル１ｃより��き付けられる。また同時に切削液も噴射することが出来るがもともと超高速回転の為、工具２の回りには空気の高速流れが生成され容易に液体がワークに接触することが出来ない。このため切削液を冷却エアで霧状に吹き付けて冷却効果と潤滑効果を同時に持たせることが一般的である。図３には詳しく示されていないが、ノズル１ｄを追加して設けて霧吹きの原理で噴霧することが可能である。ノズル部は細い金属パイプ３１、もしくはプラスチックのチューブ３２，３３に接続され支持パイプ３の中を案内されてマニホールドブラケット４に至る。支持パイプとマニホールドの接続部は小さなカラー３４で固定されるが、パイプはカラーの内部で一定角度回転出来るようになっており、パイプを手で持って捩じることによりプラスマイナス１８０度回すことが可能である。これによりカッタ２の向きを自由に変えることが出来るので、工具台に取り付けたままで、作業に最も効率の良い角度にセットすることが可能である。調整後は、図中には省略されている止めねじ３５により固定される。【００１７】  図４はより高精度の加工を可能にする速度センサと超音波振動子の構成を示したものである。前述のようにタービンヘッドは極めて静粛でタービンの回転音以外には殆ど振動を発生せず切削音は約７ｋＨｚの回転数ｆ１に同期した基本波と高調波のみの成分になる。従ってセンサ６はこの成分を有効に電圧に変換する環状の圧電素子が最適である。発生した電圧はセンサアンプ６３を通して適切なＦ−Ｖ（周波数−電圧）変換を行い、前述図２の電空レギュレータ等に入力される。これとは別に図４の７は超音波加振用の圧電素子であり、加振用交流電源７２によりパイプ軸方向に超音波振動を与え、最終的にはカッタ２の先端が振動することにより、切削抵抗を減らし、切削粉の排出を容易にするものである。図４ではセンサ６と振動体７が直列に絶縁体６２を介して組立てられているが、この構成に拘ることなく、センサ単独或いは振動体単独で用いることは勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１８】  エアタービンを細長いパイプ状の支持体に実装し、マニホールドを兼用したブラケットを介して工作機械の工具台に設置することにより、これまで不可能とされてきた、奥行きのある内径加工が容易に実現出来ることとなった。
【符号の説明】
【００１９】  １    タービンヘッド
２    カッタ
３    支持パイプ
４    マニホールド  パイプ支持ブラケット
５    工具台取付ブラケット
６    圧電センサ
７    超音波振動体
１１    タービンブレード
１２    ボールベアリング
１３    キャップ
３１    タービン駆動高圧エアパイプ
３２    冷却エアパチューブ
３３    切削液チューブ
３４    支持パイプ固定カラー
３５    止めねじ
６１    電極リード線
６２    絶縁リング
６３    センサアンプ
７１    共通リード線
７２    加振用交流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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