JP2000334603A

JP2000334603A - 加工装置

Info

Publication number: JP2000334603A
Application number: JP11148396A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Tomita; 泰央冨田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、加工工具の交換に時間を多く必要
とせず、加工工具を確実に保持して超音波加工を行うこ
とのできる加工装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明では、工具３を保持して、その工
具３に超音波振動を伝達させる工具保持部を有し、その
工具を被加工物と接触させて被加工物を加工する加工装
置において、工具保持部には、工具の一部が挿入可能な
開口を備え、更に開口に挿入された工具に超音波振動を
伝達する伝達手段１と、工具の中心軸にほぼ対称的な位
置で、伝達手段に挿入した方向に均等な力で押さえ込む
保持部材２を有したこととした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波加工装置で
用いる工具を前記装置の加工ヘッドに保持するための加
工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より超音波加工装置はファインセラ
ミックスなど難削材の切削加工や研削加工に用いられて
いる。この超音波加工装置の加工ヘッドの一例として
は、超音波振動を発生させる超音波振動子と、加工工具
が取り付けられ、かつ、発生した振動の振幅を拡大する
ホーンとを備え、さらに加工工具を回転させて加工を行
う装置では、前記超音波振動子とホーンとを回転させる
回転手段が加工ヘッドに備わっている。

【０００３】なお、この加工装置には様々な径の加工工
具が用いられるために、小径の工具の場合には保持装置
を介してホーンに取り付けられている。また、その方法
としては、工具外径寸法に対して若干のスキマバメとな
る穴に加工工具を挿入して接着で固定している。加工工
具を接合した保持装置は前記ホーンのネジ穴を使って加
工ヘッドに取り付けられる。その後で加工工具を回転さ
せ、振れがなくなるようにホーンホルダを調整して芯出
しを行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、加工工具が変わる度に芯出しを行う必要
があったので、加工工具の交換に時間がかかるという問
題点があった。また、接合が不十分だと、加工工具に超
音波振動がうまく伝わらないばかりではなく、加工中に
工具が脱落するという問題点もあった。

【０００５】そこで本発明は、加工工具の交換に時間を
多く必要とせず、加工工具を確実に保持して超音波加工
を行うことのできる加工装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、工具を保持して、その工具に超音波振動
を伝達させる工具保持部を有し、その工具を被加工物と
接触させて被加工物を加工する加工装置において、工具
保持部には、工具の一部が挿入可能な開口を備え、更に
開口に挿入された工具に超音波振動を伝達する伝達手段
と、工具の中心軸にほぼ対称的な位置で、伝達手段に挿
入した方向に均等な力で押さえ込む保持部材を有したこ
ととした。

【０００７】このように、超音波を工具に伝達する部分
に開口を設け、その開口に工具を挿入した場合、その工
具は挿入した方向に力が与えられるように保持部材で力
を与える。また、そのときに工具の中心軸にほぼ対称的
にほぼ均等な力で押さえ込むようにした。また、更に本
発明では、開口の底部には、挿入された工具の一端と当
接する突起部を備えた。このように突起部を設けて工具
の一端と当接するようにすれば、超音波振動によるエネ
ルギーが工具に伝達しやすくなり、加工の効率が良くな
る。

【０００８】また、更に本発明では、開口の断面の投影
面積をＤとした時に、突起部の面積がＤ／２以上である
こととした。突起部の面積が開口の断面の面積に対して
１／２倍以上の面積を有せば、良好に工具に加工エネル
ギーを伝達させることができる。以下に、本発明の実施
の形態を説明するが、本発明はこれに限られるものでは
ない。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、図面を用いて本発明の実施
の形態である超音波加工装置について説明する。図１
は、本実施の形態である超音波加工装置の概略構成図で
あり、図２は、本実施の形態である超音波加工装置の工
具付近の拡大断面図である。ところで、本実施の形態で
ある超音波加工装置は、次の構成からなっている。本実
施の形態である超音波加工装置は、ベース１２と、ベー
ス１２に設けられワーク１０を任意の方向に移動させる
ことが可能な移動テーブル１１と、ベース１２に固定し
て設けられたコラム９と、工具３に超音波振動を与える
ための超音波振動子や工具３をワーク１０に対して近接
させたり遠ざけたりする昇降手段が設置されている加工
ヘッド８と、加工ヘッド８に取り付けられ工具３を回転
する回転手段５と、超音波振動子から伝わる振動を拡大
するホーン４と、そのホーン４に設けられ工具３を挿入
するために開口が形成され、工具３にホーン４で拡大さ
れた振動を伝達するための伝達手段１と、その伝達手段
１に挿入された工具３を保持するナット２から構成され
ている。また、移動テーブル１１、回転手段５、昇降手
段、超音波振動子などの制御は、図示されていない制御
手段により、移動制御や運転制御が行われている。

【００１０】このような構成を有した超音波加工装置で
は、移動テーブル１１にワーク１０を設置して、ワーク
１０の加工を施す位置上に、工具３が位置するまで移動
テーブル１１を駆動する。次に、超音波振動子を駆動し
て超音波振動を起こさせ、ホーン４により振動を拡大さ
せて伝達手段１に挿入した工具３に超音波振動を励振さ
せる。そして、昇降手段を駆動して、工具３の先端がワ
ーク１０に接近し、加工が行われる。

【００１１】なお、本実施の形態である超音波加工装置
には、回転手段５が設けられているので、工具３を回転
させながらワーク１０に接近して加工を行うことも可能
である。このような超音波加工装置において、本発明で
は、図２に示すような構造で工具３を伝達手段１に固定
している。伝達手段１の中央部には、開口１ｃが形成さ
れ、工具３のシャンク３Ｓの大きさと同程度の深さを有
している。そして、開口１ｃの径は、シャンク３ｓの外
径軸基準ハメアイに対して、中間バメを構成することが
可能な公差で形成されている。このような寸法公差を選
択することにより、伝達手段１と工具３との密着性が高
まって超音波振動を効率よく伝達することができると共
に、工具３の交換による芯ずれを少なくすることができ
る。さらにシャンク３ｓと開口１ｃとの密着性を良くす
るために、開口１ｃおよびシャンク３ｓは面精度、形状
精度ともに高い精度で仕上げられている。

【００１２】また、この開口の一番奥には、突起部１ｄ
が形成されている。この突起部１ｄは、シャンク３ｓの
エンド端面に面接触して超音波振動を効果的に伝達する
ために設けられている。なお、超音波振動を確実に伝達
するためには面接触の面積が大きい方が良く、伝達部材
の開口の断面積をＤとした時に、突起部１ｄの平面の面
積がＤ／２以上であることが望ましい。

【００１３】ところで、突起部１ｄの両脇だけには、シ
ャンク３Ｓの径よりも広い空間が形成されている。とこ
ろで、この空間は、突起部１ｄのシャンク３Ｓと接触す
る部分全面を加工・研磨する際に、必要な空間である。
この突起部１ｄを形成する場合には、実際はワイヤ放電
加工によって形状が作られ、砥石によって研磨される。

【００１４】一方、伝達手段１には図２に示すように両
端に雄ネジ１ａ，１ｂを形成している。上部の雄ネジ１
ａは超音波加工装置のホーン４に形成した雌ネジ（不図
示）と螺合し、伝達手段１をホーン４に固定する。下部
の雄ネジ１ｂはナット２の雌ネジと螺合し、伝達手段１
に工具３を固定する。これらのネジの螺旋方向は回転手
段５が加工時に回転する方向で、ネジが締まり込むよう
な向きに形成される。

【００１５】また、工具３を伝達手段１に固定する場合
は、ナット２により工具３のシャンク３ｓのエンド端面
を工具３の挿入方向に押圧しながら固定される。また、
このナット２は、シャンク３ｓのエンド端面を工具３の
中心軸３ａに対してほぼ対称的に押圧することができ、
その力もどの位置においてもほぼ均等で押圧することが
できる。したがって、超音波振動が工具３に伝わった時
でも、工具３の振動の仕方が中心軸３ａに対して対称的
に振動することができる。工具３への超音波振動の伝達
は伝達手段１とナット２とから行われるので、これらの
材料としては振動を良く伝えるものなら何でもよいが、
金属材料が好ましく、さらに加工性と剛性を考慮すると
鉄鋼がよい。

【００１６】次に工具３の芯出し方法について図３を用
いて説明する。図３は、工具３及び伝達手段１をホーン
４に取り付ける様子を示した図である。ところで、芯出
しを行う場合には、まず最初に、ホーン４に伝達手段１
を取り付ける。その次に、工具３に代えて芯出し工具を
ホーン４に固定された伝達手段１に挿入し、ナット２に
より締め付ける。次に、回転手段５を介してホーン４共
々芯出し工具をゆっくり回転させ、芯出し工具先端の振
れを見る。芯だし工具先端の振れを観ながら、回転手段
５に対してホーンのフランジ６の位置を調整し、前記芯
出し工具先端の振れを最小にする。これで芯出しは終了
する。そして、芯出し工具を外して工具３を取り付て、
所望の加工をワーク１０に行う。

【００１７】なお、本実施の形態による超音波加工装置
では、工具３のシャンク寸法が同じである限り、工具３
の交換に際して伝達手段１をホーン４から外す必要はな
く、したがって芯出しをその度に行う必要がない。超音
波振動子（不図示）から伝わる振動７はホーン４によ
り、振幅が拡大され、ホーン４先端部分に固定される伝
達手段１及びナット２、工具３の位置で振幅最大となる
よう共振周波数２０ＫＨｚで設計されている。ホーン４
は振幅が０となるノード付近に設けたフランジ６により
回転手段５に固定・保持される。

【００１８】本発明に係る超音波加工装置は竪型の超音
波加工装置に限定されるものではなく、工具３に超音波
振動を印加しながら回転させて加工を行う加工装置にお
いて有効である。また、工具３にドリルやエンドミルを
用いれば切削加工を、砥石を用いれば研削加工を、ポリ
ッシャを用いれば研磨加工を行うことができ、加工内容
によっても限定されるものではない。

【００１９】また、本超音波加工装置に用いられる移動
ステージ１１は、ＸＹ二軸の移動テーブルや回転テーブ
ルなど、加工の形態によって任意のステージを有してい
ても良い。更に、本実施の形態では、伝達手段１がホー
ン４から取り外せる形態を有しているが、本発明はこれ
だけに限られず、伝達手段１とホーンが一体的に形成さ
れたものでも構わない。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、加工工具
を確実に保持して超音波加工を行うことができるので、
加工コストを低減する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である超音波加工装置の概
略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態である超音波加工置の工具
３付近の拡大断面図である。

【図３】図３は、工具３を及び伝達手段１をホーン４に
取り付ける様子を示した図である。

【符号の説明】

１・・・伝達手段１ａ・・・ホーン取付用ネジ１ｂ・・・ナット取付用ネジ１ｃ・・・開口２・・・ナット３・・・工具３ｓ・・・シャンク３ａ・・・工具３の中心軸３ｂ・・・ダイヤモンド砥粒層４・・・ホーン５・・・回転手段６・・・フランジ７・・・振動（模式図）８・・・加工ヘッド９・・・コラム１０・・・ワーク１１・・・移動ステージ１２・・・ベース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具を保持して、前記工具に超音波振動
を伝達させる工具保持部を有し、前記工具を被加工物と
接触させて前記被加工物を加工する加工装置において、前記工具保持部には、前記工具の一部が挿入可能な開口
を備え、更に前記開口に挿入された工具に前記超音波振
動を伝達する伝達手段と、前記工具の中心軸にほぼ対称
的な位置で、前記伝達手段に挿入した方向に均等な力で
押さえ込む保持部材を有したことを特徴とする加工装
置。
【請求項２】前記開口の底部には、前記工具の一端と
当接する突起部を備えたことを特徴とする請求項１に記
載の加工装置。
【請求項３】請求項２に記載の加工装置において、前
記開口の断面の投影面積をＤとした時に、前記突起部の
面積がＤ／２以上であることを特徴とする加工装置。