JP7473994B2 - 機械加工作業に使われる棒材を把持及び駆動する駆動工具及び同駆動工具の使用方法 - Google Patents
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Description
駆動要素は、弾性的に変形可能で中空の要素であり、その直径は、その第1端部及び第2端部の相対的な角度位置に従って変更可能である。駆動要素の第1及び第2端部の相対角度位置は、第1回転子及び第2回転子間の相対角度位置を変更することによって、機械加工される棒材を把持又は解放するように適合可能である。よって、本願記載の駆動工具は、循環流体を含まないが、いくらかの潤滑剤を依然使用してもよい。回転子の回転は、電磁界を使用した電力によって生成される。本発明による駆動工具はコンパクトであり、よって、1センチメートル未満のように小さな直径を有する部品の機械加工のためにより精密である。
機械加工工程は、第2駆動工具が、第1駆動工具から離れた後退位置で枠に沿って逆方向に並進され、第1駆動工具の近くに並進するときに棒材を把持しながら工作機械に向かって送り返すのに適したアーミング工程を備えてよい。
機械加工工程及び供給工程の一方又は両方は、実締め付けトルクが決定され、適用される締め付けトルクが、決定された締め付けトルクに応答して調整される制御工程を備えてよい。この方法では、締め付けトルクの低いしきい値と高いしきい値のうちの少なくとも1つを事前に決定してよく、低い及び高い締め付けトルク値のそれぞれが、許可締め付けトルクを定義する。したがって、適用される締め付けトルクは、低いしきい値と高いしきい値の一方又は両方によって定義された許可締め付けトルクに制限してよい。
このような機械は、機械加工される棒材Rを工作機械Tに対して把持し、毎分約10000から約50000回転の角速度、特に毎分15000、20000又はそれより多い回数の角速度での回転に棒材Rを駆動する必要がある。
棒材Rは、任意の円筒形の未加工材料を意味し、好ましくは、回転対称性を持つ製造部品を提供する、いくつかの機械加工工程に使用される材料である。そのような製造部品には、例えばチェスの駒の一部があろう。棒材Rは、鉄、鋼、又は他の任意の金属合金を含む金属系材料のような任意の材料のものであってよい。代替的に、棒材Rは、高分子材料、又はフードのような天然材料のものでもよい。棒材Rは、数センチメートルの直径RDを持つものでもよい。そのような棒材Rの長さは、数メートル、例えば、1から6メートルの間、又は3メートル前後であってよい。
棒材の直径RDと、第1接続手段12の内径d12及び第2接続手段22の内径d22との間の他の特定の相対的寸法は、必要に応じて考慮してよい。棒材Rの直径RDは、典型的には、0.1cmから20cmの間、好ましくは2又は3cmから10cmの間で構成される。直径RDが1cm未満、例えば0.8cm前後、又は0.5cm、又はそれ未満の細い棒材Rもまた、本発明を使用して十分に機械加工される。
駆動要素3の内径が拡張値d3’までのより大きな値に増やすと、棒材Rと駆動要素3の内面との間の摩擦が減少し、その結果、棒材Rの回転に関与する駆動力が減少するか、あるいはそのような駆動力がなくなる。拡張内径d3’は、例えば、自然内径d3よりも小さい量だけ大きくできる。拡張内径d3’は、例えば自然内径d3の1%未満、5%未満、又は10%未満、大きくしてよい。駆動要素3の内径がその拡張値d3’まで増加するとき、駆動要素3の締め付けトルクは、50%超、70%超、好ましくは95%超、減らせる。1観点によれば、拡張内径d3’は自然内径d3に近いままであるが、駆動要素3の締め付けトルクは著しく減少する。例えば、内径d3’は、自然内径3dより3%未満大きくできる一方、締め付けトルクは、80%超、又は90%超、又は100%ぐらい減少する。ここで、自然内径d3と延長直径d3’との間の締め付けトルクの差は、棒材Rの直径RDが一定のままであるため、棒材Rの直径RDとは無関係であることに留意されたい。
そのような反対向きの力F1及びF2は、第1回転子11及び第2回転子21回転子の一方の他方に対する相対角度位置の違い、それにより、第1接続手段12及び第2接続手段22の相対角度位置が変わることによって生成される。第1接続手段12及び第2接続手段22の相対角度位置の変化は、結果として、駆動要素3の第1端部31と第2端部32との間にずれを生成する。第112及び第2接続手段22の相対角度位置は、例えば、第2接続手段22の接続点22aと比較した、第1接続手段12の第1接続点12aの相対位置によって特徴付けられる。第1接続点12a及び接続点22は、例えば、軸線XX’に平行な軸に沿って整列できる。この場合、駆動要素3の第1端部31と第2端部32との間のずれは空データ(ヌル)である。第1接続手段12及び第2接続手段22の相対的な角度位置は、1°から20°の間に含まれる角度によって、又は5°から15°の間に含まれる角度によって、又は10°前後の角度によって変化してよく、それにより、駆動要素3の第1端部31と第2端部32との間の対応するずれを生じる。そのようなずれの値は、例えば、駆動要素3の特性及び目標とする締め付けトルクに依存することが理解される。
(E1) Q=[(RD2-d32)/(RD.d32)]EI(eμα -1)
ここで各記号とその意味は以下のとおりである。
Qは締め付けトルク、
RDは加工する棒材Rの直径、
d3は圧縮ばねの自然内径、
Eは圧縮ばねの鋼のヤング係数、
Iは圧縮ばねの断面の二次モーメント、
μは摩擦係数、
αは巻線角度を示す。
(E2) L=[(RD2-d32)/(RD.d32)]EI
ここで、各記号RD、d3、E、及びIは、式(E1)に対して上述で定義したとおりである。
そのような保護層は、例えば、駆動要素3の完全な内面を覆う、ゴムのような弾性のある柔らかい材料でよい。代替的に、そのような保護材料のいくつかの帯状部を、駆動要素3の内面に配置してよい。駆動要素と組み合わされた保護層は、さらに、駆動される棒材Rのより良い把持を提供し得る。天然又は合成材料のポリマー材料は、それゆえ、棒材Rの把持の最適化に使用されて、駆動要素3の自然な締め付けトルクの低減を可能にする。保護層は、もしあれば、棒材Rの外面への損傷を防ぐのに十分に有利である。代替的に、とにかく機械加工のため棒材Rの表面を保存しないとするなら、駆動要素3の内面は、ハロー又は金属レリーフのような硬い把持材料を備えていてもよい。
S1=A0sin(wt)
S2=A0sin(wt+2π/3)
S3=A0sin(wt+4π/3)
ここで
A0は回転磁界の標準ベクトル、
wは周波数、
tは時間
を意味するものとする。
コマンドユニットUは、この目的のために、第1固定子10と第2固定子20の少なくとも1つに供給される正弦波信号の周波数を変調するのに使用される周波数変調ユニットU1を備える。コマンドユニットUは、第1固定子10及び第2固定子20の少なくとも1つに供給される正弦波信号の振幅を変調するのに使用される振幅変調ユニットU2を備える。コマンドユニットUは、加えて、駆動要素3の締め付けトルクを決定可能にするセンサを備える、1つ又はそれより多い数のセンサに接続されてよい。
棒材Rを加工する処理は、棒材Rが工作機械Tと接触している間に棒材Rを回転駆動する機械加工工程H1を備える。機械加工工程H1の間、棒材Rは、駆動要素3が棒材R上で把持されている駆動工具1によって回転駆動される。駆動力は、工作機械Tによって提供される機械加工抵抗よりも高くなるように事前に決めてある。駆動要素3がねじりばね33の場合、締め付けトルクQは、好ましくは、加工抵抗に対して回転して棒材Rを駆動するように適合されている。駆動工具1の第1回転子12(第1回転子11)及び第2回転子22は、機械加工操作中の棒材Rの角速度に相当する同じ角速度Vで回転する。そのような角速度Vは、毎分約1000から約20000回の間で構成されてよいし、あるいは毎分20000回前後より高くてもよい。相対角度位置は、駆動要素3に棒材Rを把持させるように決定される。駆動要素3は、棒材Rを自然に把持するように構成されていて、通常、追加の締め付けトルクは必要ない。代替的に、より強い締め付けトルクが必要な場合、棒材R上の駆動要素3の締め付けトルクQを増加させるように、相対的な角度位置を変えてよい。
本願は例えば次の観点を提供する。
[観点1]
第1固定子(10)と、
第1固定子(10)に回転される第1回転子(11)と、
第1回転子(12)に駆動される第1接続手段(12)と、
第1接続手段(12)に機械的に接続されている第1端部(31)と、第2端部(32)とを持つ駆動要素(3)と
を備える、棒材(R)を回転駆動する駆動工具(1)において、
第2固定子(20)と、第2固定子(20)に回転される第2回転子(21)と、第2回転子(21)に駆動される第2接続手段(22)をさらに備え、第2接続手段(22)は駆動要素(3)の第2端部(32)に機械的に接続されていて、
駆動要素(3)は、弾性変形可能で空洞のある要素であり、駆動要素(3)の第1端部(31)及び第2端部(32)の相対角度位置に応じて前記要素の直径が可変であり、
第1回転子(11)及び第2回転子(21)の相対角度位置が、第1端部(31)及び第2端部(32)の相対角度位置を変えるように可変であること
を特徴とする、駆動工具(1)。
[観点2]
駆動要素(3)の内部直径が第1値と第2値との間で可変であることを特徴とする、観点1に記載の駆動工具。
[観点3]
駆動要素(3)の内部直径の第1値は、駆動要素(3)の自然内径(d3)であり、
前記第2値が、自然内径(3d)より大きな拡張内部直径(3d’)に相当することを特徴とする、観点2に記載の駆動工具。
[観点4]
駆動要素(3)の内部直径の第2値は、第1回転子(11)及び第2回転子(21)の相対角度位置の変動の結果から得られることを特徴とする、観点2又は3に記載の駆動工具。
[観点5]
駆動要素(3)の自然内径(d3)は、棒材(R)の直径(RD)以下であることを特徴とする、観点1から4のいずれか一項に記載の駆動工具。
[観点6]
駆動要素(3)がねじりばねであることを特徴とする、観点1から5のいずれか一項に記載の駆動工具。
[観点7]
駆動要素(3)の第1端部(31)及び第2端部(32)の相対角度位置の変動が、第1固定子(10)及び第2固定子(20)の少なくとも1つに送られた信号の周波数及び振幅の1つ又は両方の変調の結果であることを特徴とする、観点1から6のいずれか一項に記載の駆動工具。
[観点8]
少なくとも1つの締め付けトルクセンサをさらに備えることを特徴とする、観点1から7のいずれか一項に記載の駆動工具。
[観点9]
駆動要素(3)の1つ又はそれより多い内面と、第1接続手段(12)と、第2接続手段(22)とが、追加層を伴って提供されていることを特徴とする、観点1から8のいずれか一項に記載の駆動工具。
[観点10]
第1接続手段(12)及び第2接続手段(22)の集合体と、駆動要素(3)とが、駆動工具(1)から人手によって取り外し可能であることを特徴とする、観点1から9のいずれか一項に記載の駆動工具。
[観点11]
棒材(R)の機械加工に適合された機械(M)であって、
観点1から8のいずれか一項に記載の第1駆動工具(1)及び第2駆動工具(1’)を備え、第1駆動工具(1)及び第2駆動工具(1’)は、棒材(R)の長手方向軸線に対応する長手方向軸線XX’沿いに、枠(4)上でそれぞれ独立摺動可能に枠(4)上に同軸に配置されていることを特徴とする、機械。
[観点12]
第1駆動工具(1)及び第2駆動工具(1’)の少なくとも1つの制御用に適合されたコマンドユニット(U)をさらに備えることを特徴とする、観点11に記載の機械。
[観点13]
コマンドユニット(U)が、周波数変調ユニット(U1)を備える又は周波数変調ユニット(U1)に接続されていることと、
コマンドユニット(U)が、振幅変調ユニット(U2)を備える又は振幅変調ユニット(U2)に接続されていることを特徴とする、観点12に記載の機械。
[観点14]
棒材(R)が第1駆動工具及び第2駆動工具に交互に回転駆動され、かつ工作機械(T)に供給される、棒材(R)を機械加工する方法が、
棒材(R)が第2駆動工具(1’)から解放されている間、棒材(R)は第1駆動工具(1)に把持されかつ回転駆動される、機械加工工程(H1)であって、第1駆動工具(1)は枠(4)に沿って、機械加工操作に適して制御されて摺動される、機械加工工程(H1)と、
棒材(R)が第1駆動工具(1)から解放されている間、棒材(R)は第2駆動工具(1’)に把持されかつ回転駆動される、供給工程(H2)であって、第2駆動工具 (1’)は、棒材(R)を工作機械(T)に向かって供給できるように枠(4)に沿って摺動される、供給工程(H2)と
を備え、
第1駆動工具(1)及び第2駆動工具(1’)はそれぞれ、
第1固定子(10)と、第1固定子(10)に回転される第1回転子(11)と、第1回転子(12)に駆動される第1接続手段(12)と、
第2固定子(20)と、第2固定子(20)に回転される第2回転子(21)と、第2回転子(21)に駆動される第2接続手段(22)と、
第1接続手段(12)及び第2接続手段(22)に接続されていて弾性変形可能な駆動要素(3)と
を備え、
棒材(R)の解放が、第1回転子(11)及び第2回転子(12)の相対角度位置のずれから得られることを特徴とする、方法。
[観点15]
機械加工工程(H1)はアーミング工程(H3)を備え、アーミング工程(H3)において、第2駆動工具(1’)が、供給工程(H2)の間に棒材(R)を工作機械(T)に供給するのに適合された位置にて枠(4)に沿って後退されることを特徴とする、観点14に記載の方法。
[観点16]
機械加工工程(H1)及び供給工程(H2)の1つ又は両方が、制御工程(H4)を備え、制御工程(H4)において、実締め付けトルクが決定されて、与えられる締め付けトルクが、決定された締め付けトルクに応じて変調されることを特徴とする、観点14又は15に記載の方法。
[観点17]
前記締め付けトルクの低いしきい値及び高いしきい値の少なくとも1つは予め決めてあって、低いしきい値及び高いしきい値のそれぞれは許可締め付けトルクを定義していて、
与えられる締め付けトルクは前記許可締め付けトルクに制限されている
ことを特徴とする、観点15又は16に記載の方法。
10 第1固定子
11 第1ロータ
12 第1接続手段
120 第1接続手段の内部空間
121 保護層
12a 接続点
13 第1保持部
20 第2固定子
21 第2ロータ
22 第2接続手段
220 第2接続手段の内部空間
221 保護層
224 内部突起
22a 第2接続点
23 第2保持部
3 駆動要素
31 第1端部
32 第2端部
300 駆動要素の内部空間
d12 第1接続手段の内径
D12 第1接続手段の外径
d21 第2接続手段の外径
D21 第2接続手段の外径
d3 駆動要素の自然内径
d3’ 駆動要素の拡張内径
R 棒材(ロッド)
RD 棒材の直径
T 工作機械
XX’ 回転軸線
Claims (17)
- 第1固定子(10)と、
前記第1固定子(10)に回転される第1回転子(11)と、
前記第1回転子(11)に駆動される第1接続手段(12)と、
前記第1接続手段(12)に機械的に接続されている第1端部(31)と、第2端部(32)とを持つ駆動要素(3)と
を備える、棒材(R)を回転駆動する駆動工具(1)において、
第2固定子(20)と、前記第2固定子(20)に回転される第2回転子(21)と、前記第2回転子(21)に駆動される第2接続手段(22)をさらに備え、前記第2接続手段(22)は前記駆動要素(3)の前記第2端部(32)に機械的に接続されていて、
前記駆動要素(3)は、弾性変形可能な中空の要素であり、前記駆動要素(3)の前記第1端部(31)及び前記第2端部(32)の相対角度位置に応じて前記中空の要素の内部直径が可変であり、
前記第1回転子(11)及び前記第2回転子(21)の相対角度位置が、前記第1端部(31)及び前記第2端部(32)の相対角度位置を変えて、加工対象の棒材を把持又は解放するように可変であること
を特徴とする、駆動工具(1)。 - 前記駆動要素(3)の前記内部直径が第1値と第2値との間で可変であることを特徴とする、請求項1に記載の駆動工具。
- 前記駆動要素(3)の前記内部直径の第1値は、前記駆動要素(3)の前記第1端部及び前記第2端部それぞれに反対向きの力が加えられていないときの前記駆動要素(3)の内部直径に相当する、前記駆動要素(3)の自然内径(d3)であり、
前記第2値が、前記自然内径(d3)より大きな拡張内部直径(d3’)に相当することを特徴とする、請求項2に記載の駆動工具。 - 前記駆動要素(3)の前記内部直径の第2値は、前記第1回転子(11)及び前記第2回転子(21)の相対角度位置の変動の結果から得られることを特徴とする、請求項2又は3に記載の駆動工具。
- 前記駆動要素(3)の前記自然内径(d3)は、前記棒材(R)の直径(RD)以下であることを特徴とする、請求項3又は請求項3を引用する請求項4に記載の駆動工具。
- 前記駆動要素(3)がねじりばねであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の駆動工具。
- 前記駆動要素(3)の前記第1端部(31)及び前記第2端部(32)の相対角度位置の変動が、第1固定子(10)及び第2固定子(20)の少なくとも1つに送られた信号の周波数及び振幅の1つ又は両方の変調の結果であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の駆動工具。
- 前記駆動要素(3)によって前記棒材(R)にかけられるトルクを決定すべく適合された、少なくとも1つの締め付けトルクセンサをさらに備えることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の駆動工具。
- 前記駆動要素(3)と、第1接続手段(12)と、第2接続手段(22)とが内面を備え、
前記駆動要素(3)と、前記第1接続手段(12)と、前記第2接続手段(22)とが備える前記内面のうち、1つ又はそれより多くの前記内面に、追加層が設けられていることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の駆動工具。 - 前記第1接続手段(12)と、前記第2接続手段(22)と、前記駆動要素(3)との集合体が、前記駆動工具(1)の他の部品から人手によって取り外し可能であることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の駆動工具。
- 棒材(R)の機械加工に適合された機械(M)であって、前記機械(M)が、
請求項1から8のいずれか一項に記載の前記駆動工具として、第1駆動工具(1)及び第2駆動工具(1’)を備え、前記第1駆動工具(1)及び前記第2駆動工具(1’)は、前記棒材(R)の長手方向軸線に対応する長手方向軸線XX’沿いに、枠(4)上でそれぞれ独立摺動可能に前記枠(4)上に同軸に配置されていることを特徴とする、棒材(R)の機械加工に適合された機械(M)。 - 前記第1駆動工具(1)及び前記第2駆動工具(1’)の少なくとも1つの制御用に適合されたコマンドユニット(U)をさらに備えることを特徴とする、請求項11に記載の機械。
- 前記コマンドユニット(U)が、周波数変調ユニット(U1)を備える又は周波数変調ユニット(U1)に接続されていることと、
前記コマンドユニット(U)が、振幅変調ユニット(U2)を備える又は振幅変調ユニット(U2)に接続されていることを特徴とする、請求項12に記載の機械。 - 棒材(R)が第1駆動工具及び第2駆動工具に交互に回転駆動され、かつ工作機械(T)に供給される、棒材(R)を機械加工する方法が、
前記棒材(R)が前記第2駆動工具(1’)から解放されている間、前記棒材(R)は第1駆動工具(1)に把持されかつ回転駆動される、機械加工工程(H1)であって、前記第1駆動工具(1)は枠(4)に沿って、機械加工操作に適して制御されて摺動される、機械加工工程(H1)と、
前記棒材(R)が前記第1駆動工具(1)から解放されている間、前記棒材(R)は前記第2駆動工具(1’)に把持されかつ回転駆動される、供給工程(H2)であって、前記第2駆動工具(1’)は、前記棒材(R)を工作機械(T)に向かって供給できるように前記枠(4)に沿って摺動される、供給工程(H2)と
を備え、
前記第1駆動工具(1)及び前記第2駆動工具(1’)はそれぞれ、
第1固定子(10)と、前記第1固定子(10)に回転される第1回転子(11)と、前記第1回転子(11)に駆動される第1接続手段(12)と、
第2固定子(20)と、前記第2固定子(20)に回転される第2回転子(21)と、前記第2回転子(21)に駆動される第2接続手段(22)と、
駆動要素(3)の第1端部(31)によって前記第1接続手段(12)に接続されていて、かつ前記駆動要素(3)の第2端部(32)によって前記第2接続手段(22)に接続されていることで、加工対象の棒材を把持又は解放するべく前記第1端部(31)及び前記第2端部(32)の相対角度位置に応じて前記駆動要素(3)の内部直径が可変である、弾性変形可能な前記駆動要素(3)と
を備え、
前記棒材(R)の解放が、前記第1回転子(11)及び前記第2回転子(21)の相対角度位置のずれから得られることを特徴とする、方法。 - 前記機械加工工程(H1)はアーミング工程(H3)を備え、前記アーミング工程(H3)では、前記第2駆動工具(1’)が、前記第1駆動工具(1)から離れた位置であって、前記供給工程(H2)の間に前記棒材(R)を前記工作機械(T)に供給するのに適合された前記位置に、前記枠(4)に沿って後退されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
- 前記機械加工工程(H1)及び前記供給工程(H2)の1つ又は両方が、制御工程(H4)を備え、前記制御工程(H4)において、前記棒材(R)の実締め付けトルクがトルクセンサによって決定されて、締め付けトルクが、決定された前記実締め付けトルクに応じて変調されることを特徴とする、請求項14又は15に記載の方法。
- 前記締め付けトルクの低いしきい値及び高いしきい値の少なくとも1つは予め決めてあって、低いしきい値及び高いしきい値のそれぞれが許可締め付けトルクを定義していて、
与えられる前記締め付けトルクは前記許可締め付けトルクに制限されていることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
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