(57)【要約】      （修正有）【課題】加工精度が高く、かつ信頼性の高い超音波加工する工具ホルダを提供すること。【解決手段】焼嵌め式超音波工具ホルダは、回転軸に取り付けるテーパー状の鋼製のホルダ部２があり、そのホルダ部２の中に顎５そしてマニピュレータ把持用溝６がある。ホルダ部２のテーパー状の部分と同じくホルダ部２の顎５の間に回転側のフェライト製のロータリートランス８を配置する。そしてその回転側のロータリートランス８を固定するためにメネジを持つ鋼製の固定リング７により締め付け固定する。焼嵌め式超音波工具ホルダのホルダ部２の中に焼嵌めなどにより超音波振動子部の鋼製のリアマス１１を接合する。ただし、リアマス１１とホルダ部２の接続部分である接続部２３は超音波振動子部に含まない。そして、超音波振動子部の前部に鋼製のチャック筒３を設ける。そして、チャック筒３に焼嵌めにより超硬製の工具４であるエンドミルを接合する。【選択図】図３
2010194613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を保持する工具ホルダにおいて、工具を焼嵌めによりチャック筒に保持すること、回転軸ハウジングの軸受けより工具側に超音波振動子部を配置すること、そしてホルダ部と工具の間に超音波振動子部を有していることを特徴とするものである。
【請求項２】
ホルダ部とチャック筒の間に回転側のロータリートランスを有していることを特徴とするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、工具を保持する超音波工具ホルダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  最近、いわゆる難加工材料を加工するために超音波振動を工具または、ワークに与え加工する方法が多用されるようになってきた。このような加工方法は、超音波切削加工と呼ばれて、例えば、非特許文献１に詳しく記載されている。【０００３】  超音波研削装置は、非特許文献２に詳しく記載されている。図２に示す超音波研削装置は回転軸を回転させるためのモータがあり、その回転軸にスリップリング、超音波振動子が備えられている。さらに、回転軸にはブースタ、ホーンそして研削工具であるダイヤモンド砥石が接続されている。また回転自在に支持するための軸受が配置されている。また超音波交流電圧を超音波振動子に印加するための超音波発振器とブラシを備えている。【０００４】  上記の超音波研削装置の概略の運転方法は以下の通りである。まずモータを動作させるとほぼ同時に超音波発振器からブラシを介して回転するスリップリングに超音波交流電圧を印加する。スリップリングに与えられた交流電圧は超音波振動子に印加され、超音波振動子は超音波振動する。この超音波振動が、ブースタそしてホーンを伝播し、そして研削工具であるダイヤモンド砥石に伝播する。
【非特許文献１】超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成１１年８月、ｐ６７９−６８４
【非特許文献２】日本電子機械工業会、「超音波工学」、株式会社コロナ社、１９９３年、ｐ２１８−２２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  図１の超音波研削装置は、回転軸に超音波振動子を取り付けているため、回転軸は超音波振動するので軸受にも超音波振動が伝播し、軸受は破損の恐れが生ずる。また回転軸および軸受に異常な磨耗が発生する恐れがある。別の問題点として、工具を保持するチャック装置と工具が超音波振動により互いに摩擦し焼き付けが発生する。さらに、超音波振動により、時としては工具を保持するチャック装置の保持力が小さくなり、加工時に機械的負荷が工具に加わったときに工具が止まってしまう問題点もある。【０００６】  また、チャック装置を固定端として工具が振動するので、固定端からの工具の長さにより駆動周波数を変化させなければならないが、工具に比較してランジュバン型超音波振動子、回転軸及びホーンの質量が大きいため、主に前記ランジュバン型超音波振動子などの固有振動数でしか効率的に振動を励起することができない。したがって、工具に最適な振動を励起することができないという問題点もある。【０００７】  本発明の目的は、高精度および高い信頼性をもつ超音波加工法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は、工具を保持する工具ホルダにおいて、工具を焼嵌めによりチャック筒に保持すること、回転軸ハウジングの軸受けより工具側に超音波振動子部を配置すること、そしてホルダ部と工具の間に超音波振動子部を有するものである。
を有するものである。【０００９】  本発明はまた、前記工具ホルダにおいてホルダ部に回転側のロータリートランスを配置するものである。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の超音波工具ホルダを使用して、旋盤、フライス盤、ミリング装置などの機械加工機に用いて超音波加工を行うことにより高精度かつ高速加工を可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  図２は、本発明の焼嵌め式超音波工具ホルダ１の基本的な構成を示す斜視図である。焼嵌め式超音波工具ホルダ１は、回転軸に取り付けるテーパー状の鋼製のホルダ部２があり、そのホルダ部２の中に顎５そしてマニピュレータ把持用溝６がある。ホルダ部２のテーパー状の部分と同じくホルダ部２の顎５の間に回転側のフェライト製のロータリートランス８を配置する。そしてその回転側のロータリートランス８を固定するためにメネジを持つ鋼製の固定リング７により締め付け固定する。【００１２】  焼嵌め式超音波工具ホルダ１のホルダ部２の中に焼嵌めなどにより超音波振動子部９の鋼製のリアマス１１を接合する。ただし、リアマス１１とホルダ部２の接続部分である接続部２３は超音波振動子部９に含まない。超音波振動子部９は、ホルダ部２の顎５より先端に位置する部分を言う。そして、超音波振動子部９の前部に鋼製のチャック筒３を設ける。そして、チャック筒３に焼嵌めにより超硬製の工具４であるエンドミルを接合する。【００１３】  ここで、図２の断面を示す図３を用いてさらに説明する。焼嵌め式超音波工具ホルダ１の回転軸側には鋼製のプルスタッド１０をネジにより接続している。超音波振動子部９は、接続部２３を除く鋼製のリアマス１１、圧電セラミック１２ａ、１２ｂ、鋼製のフロントマス１３で構成されている。リアマス１３はオネジ部分そしてチャック筒３が一体で製作されている。【００１４】  超音波振動子部９は、接続部２３を持つリアマス１１に圧電セラミック１２ａ、図示しない燐青銅製の電極、圧電セラミック１２ｂを挿入し、そしてリアマス１１に設けられたオネジとフロントマス１３に設けられたメネジにより強く締め付け一体化する。【００１５】  チャック筒３には、焼嵌めにより工具４を固定保持する。誘導加熱装置の加熱コイルの中にチャック筒３を挿入し、スイッチを入れ電磁誘導によりチャック筒３を誘導加熱する。そしてチャック筒３は、加熱されることにより、膨張する。そして膨張したチャック筒３に工具４のシャンク部を挿入して焼き嵌めする。工具４の焼嵌めについては、例えば特許文献１および特許文献２に詳しく記述してある。
【特許文献１】特開２００２−３５５７２７公報
【特許文献２】特開２００２−１２０１１５公報
【００１６】  次に本発明の焼嵌め式超音波工具ホルダ１を回転軸１９に取り付けた構成について断面図４を用いて説明する。焼嵌め式超音波工具ホルダ１のホルダ部２のテーパー部を回転軸１９のテーパー穴２０に挿入し、プルスタッド１０を引き具１４により引き込み取付ける。回転軸１９は回転軸ハウジング１５の軸受け２２で回転自在に支持されている。軸受け２２は、転がり軸受けだけでなく、エア軸受け、流体静圧軸受けなど任意である。【００１７】  さらに本発明の焼嵌め式超音波工具ホルダ１を用いた超音波加工装置の運転方法を、同じく図４を用いて説明する。まず図示しないモータの電源を入れ回転軸１９を回転させる。次に超音波発振器２１のスイッチを入れ固定側のロータリートランス８ａ、回転側のロータリートランス８ｂを介して圧電セラミック１２ａ、１２ｂに３６ＫＨｚの９０Ｖ（Ｐ−Ｐ）の交流電圧を印加する。超音波振動子部９そしてチャック筒３を超音波振動が伝播し、工具先端に約１５μｍの縦振動が励起される。図４の中では、超音波発振器２１の位置を図の下方に位置させているが、実際は図示しないコントロールボックスの中に収められている。【００１８】  ここで回転側のロータリートランス８ｂから圧電セラミック１２ａ、１２ｂへの電力の供給経路を詳しく説明する。ホルダ部２にリード線を通すリード線穴１７ａ、１７ｂを設ける。リード線穴１７は回転バランスを維持するためにさらに２個設けてもよい。回転側のロータリートランス８ｂと電極板１６ａ、１６ｂをリード線穴１７ａ、１７ｂを通したリード線１８ａ、１８ｂにより電気的に接続する。【００１９】  この構成において工具４を焼嵌めによりチャック筒３に固定するので、工具４とチャック筒３は機械的に一体化できる。コレットチャックと比較すると、コレットチャックは、コレットとコレット締め付け手段により工具を保持する構成であるので、超音波振動の伝播経路、振動モードが複雑になる。そして、各接触部で振動エネルギーが熱に変換されてしまう。また、超音波振動によりコレットの締め付け力が変化する虞がある。【００２０】  焼嵌めによる工具のチャックは、コレットチャックに比較して把握力、精度、剛性、回転バランス等の性能を高めることが可能である。高速回転対応するためには、回転バランスと遠心力により低下する把握力が重要であり、焼嵌め式工具ホルダは、コレットチャックの２〜４倍の把握力を持ち、回転バランスについても締め付け用の部品が無いので、工具の着脱に伴う回転バランスのばらつきが発生しないのである。【００２１】    さらに、焼嵌め式工具ホルダの利点としては、加工に耐えうる最小限の工具把持部の肉厚と把持長を持つことであり、他の方式の工具ホルダと異なってチャック部の外形形状をある程度自由に設計できることである。そして、加工時の工具ホルダと加工物や治具との干渉を防ぐ最適形状を採用することで他の工具ホルダと比較して剛性が高まり、加工時間の短縮や加工精度の向上を図ることができる。【００２２】  超音波振動子部９が軸受け２２より先端部にあり、超音波振動する部分が工具４及びチャック筒３だけに励起されるため、軸受け２２には超音波振動による損傷の虞はない。【００２３】  またこの構成におい���チャック筒および工具だけがほぼ振動するモードを使用することにより、約３５ＫＨｚで１５μｍ以上の振動を工具の先端に励起できるので、従来の超音波加工機のように振動を拡大するためのホーンが不要になる。【００２４】  このことにより装置は小型化ができる。また、ホーンなどの大型部品を振動させる必要がないので省電力かできる。【００２５】  さらに、チャック筒および工具だけがほぼ振動するモードの固有振動数を超音波発振回路により追尾することにより、工具の長さが変化しても、最適な周波数の電圧を印加できる。そして、工具の長さが変化しても安定した振動を工具に与えることができる。【００２６】  上記の加工は超音波切削加工であり、ワークと工具との摩擦抵抗が小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され加工精度が高くなり、そして工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。【００２７】  上記の同様な超音波切削加工の効果については、非特許文献２の２２６ページから２２９ページに詳しく記述されている。【００２８】  また、当然回転軸にもほとんど振動が伝播しないので軸受または回転軸の振動による損傷の恐れはほとんどない。【００２９】  上記のように、工具とチャック筒にだけ振動を励起することができることにより加工精度の高い、信頼性の高い超音波加工を提供できる。【００３０】  上記の実施の形態では、リアマス、接続部とチャック筒を一体化した構成について説明したが、それぞれを別の部品としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】  本発明の焼嵌め式超音波工具ホルダは、多様な機械加工装置に用いて超音波加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の超音波研磨装置を示す概略説明図である。
【図２】本発明の焼嵌め式超音波工具ホルダを示す斜視図である。
【図３】図２の側面断面図である。
【図４】回転軸に焼嵌め式超音波工具ホルダをつりつけた断面図である。
【符号の説明】
【００３３】  １    焼嵌め式超音波工具ホルダ
２    ホルダ部
３    チャック筒
４    工具
５    顎
６    マニピュレータ把持用溝
７    固定リング
８    ロータリートランス
９    超音波振動子部
１０  プルスタッド
１１  リアマス
１２  圧電セラミック
１３  フロントマス
１４  引き具
１５  回転軸ハウジング
１６  電極板
１７  リード線穴
１８  リード線
１９  回転軸
２０  テーパー穴
２１  超音波発振器
２２  軸受け
２３  接続部
【図１】
2010194613.tif 000003
【図２】
2010194613.tif 000004
【図３】
2010194613.tif 000005
【図４】
2010194613.tif 000006