JPH0469144A - 超音波加工機の工具保持構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、超音波加工機の工具保持構造に関し、更に詳
細には、一般に市販されている廉価な加工工具を、超音
波加工機の加工用ホーンに設けた工具装着部に確実かつ
容易に取付は得るようにした工具保持構造に関するもの
である。

従来技術 被加工物に切削、研削、剪断等の加工を施す工作機械の
一形態として、回転する加工工具に超音波振動を付与す
ることにより、加工時に工具先端に加わる抵抗を低減し
、併せて加工精度を向上させ得る超音波加工機が知られ
ている。この超音波加工機は、主軸ヘッドに回転自在に
配設した超音波振動子で発生させた機械的振動を増幅す
る加工用ホーンを備え、該加工用ホーンに装着した加工
工具に所要の振動を付与するよう構成されている。

前記超音波加工機では、加工用ホーンに対して加工工具
が確実に固定されていないと、加工中に加えられる負荷
により加工工具が位置ずれを生じたり、破損する等の重
大な問題を招来する。また、超音波振動が加工工具に効
率的に伝達されず、エネルギー損失を伴なうため、加工
精度や加工効率を低下させる原因ともなっている。その
ため、従来より加工工具を、加工用ホーンに確実に固定
する各種の提案がなされている。

例えば、予め加工用ホーンと加工工具とを一体に形成し
たり、加工工具にねじ部を設け、該工具と加工用ホーン
とをねじ結合させる構造のものが一般に知られている。

また、銀ロー、はんだ等の接着手段を用いて、加工工具
を加工用ホーンに一体的に固定する手段も採用されてい
る。更に、加工用ホーンの工具装着部にすり割りを形成
し、加工工具を装着部に挿通した状態で、ボルトを介し
て装着部を半径方向に縮径させることによって。

ホーンと工具とを圧接固定したり、加工用ホーンに螺挿
したセットねじで加工工具を固定する方法も提案されて
いる。

発明が解決しようとする課題 超音波加工機で使用される前記の加工工具は、経時的に
摩耗したり破損するものであり、従って適切な超音波加
工を達成するため頻繁に交換を要するいわゆる消耗品で
ある。しかるに、前述した如く、加工用ホーンと加工工
具とを一体に形成したり、加工工具にねじ部を形成する
加工を要したりするものでは、それに伴なうコストが極
めて高くなる欠点があった。また、加工工具を銀ローや
はんだ等の接着手段により固定するものでは、工具交換
の毎に煩雑な取外しと接着とを行なわなければならず、
多くの手間が掛かる作業となる難点がある。

加えて前記超音波加工機では、加工工具に縦方向の振動
を付与するよう構成されているため、前記ボルトやセッ
トねじを使用して横方向（加工工具の半径方向）からの
締付力による固定方法では、加工時に発生する振動によ
り弛みを生じ易い欠点がある。しかもこの場合は、前述
した如く振動を効率的に伝達し得なくなってエネルギー
損失が大きくなると共に、加工用ホーンと加工工具との
接触部で発熱を生じたり工具の破損を招く等の問題があ
った。

発明の目的 本発明は、前述した超音波加工機における加工工具の保
持構造に内在している前記欠点に鑑み。

これを好適に解決するべく提案されたものであって、特
殊な加工が施されていない市販の加工工具を、超音波加
工機の加工用ホーンに簡単かつ確実に取付は得る手段を
提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 前記の問題を克服し、所期の目的を達成するため本発明
は、主軸ヘッドに回転自在に支承されて適宜の駆動手段
により回転される中空主軸の内部に配設された超音波発
生手段と、該超音波発生手段に一端が連結されると共に
、他端に工具装着部を設けた加工用ホーンとを備え、該
加工用ホーンの工具装着部に着脱自在に取付けた加工工
具に回転および超音波振動を付与することにより、被加
工物に所要の加工を施すようにした超音波加工機におい
て。

前記加工工具を挿通可能な通孔が軸方向に形成されたス
リーブと。

前記工具装着部の開放端に軸方向に穿設され。

前記加工工具を挿通したスリーブを一端部側から収容す
ると共に、奥部に前記スリーブの一端部側と当接する第
１規制面を形成したスリーブ収容孔と。

前記工具装着部に外側からねじ込み可能であり。

前記加工工具を挿通させる通孔を有すると共に、前記ス
リーブ収容孔の第１規制面と対向する内側部に、前記ス
リーブの他端部側と当接可能な第２規制面を形成したソ
ケットナツトと、 前記第１および第２規制面の少なくとも一方は、テーパ
面として形成されていることとよりなり、前記工具装着
部へのソケットナツトのねじ込み過程で、前記加工工具
に外挿したスリーブを前記スリーブ収容孔の第１規制面
と前記ソケットナツトの第２規制面とで挟圧し、該スリ
ーブを半径方向内方に縮径させて加工工具に圧接するよ
う構成したことを特徴とする。

作用 この発明によれば、スリーブを外挿した加工工具を超音
波加工機の工具装着部にセットした状態で、該装着部に
ソケットナツトをねじ込むことにより、スリーブを工具
装着部の第１規制面とソケットナツトの第２規制面とで
挟圧し、スリーブを縮径して加工工具に圧接させること
ができる。すなわち、ソケットナツトを工具装着部にね
じ込むだけの簡単な作業で、工具装着部に加工工具を確
実に固定することができる。また、加工工具の交換も短
時間で簡単に行ない得るものである。

実施例 次に、本発明に係る超音波加工機の工具保持構造につき
、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下
説明する。

第１図は、超音波加工機１０における主軸１２の概略構
成を示すものであって、主軸ヘッドに回転自在に支承さ
れ、適宜の駆動手段（何れも図示せず）により回転され
る中空主軸１４の内部には、超音波振動子１６が配設さ
れ、該超音波振動子１６は、外部に配設した高周波発振
器（図示せず）から出力される高周波の電気的エネルギ
ーを機械的な振動エネルギーに変換するべく機能する。

また。

超音波振動子１６には、一端を中空主軸１４の軸端から
突出させた加工用ホーン１８の他端が連結され、超音波
振動子１６および加工用ホーン１８は、該ホーン１８に
形成したフランジ１８ａを介して中空主軸１４に配設固
定される。なお、超音波振動子１６で発生した振動は、
加工用ホーン１８により増幅されて、後述する加工工具
２０の先端で加工に適した振動となるよう構成されてい
る。

前記加工用ホーン１８の開放端には、軸方向に延在する
嵌合凹部１８ｂが穿設されると共に、該嵌合凹部１８ｂ
の底部に雌ねじ穴１８ｃが軸方向に沿って形成され、こ
の雌ねじ穴１８ｃを介して工具ホルダ２２が着脱自在に
取付けられる。すなわち、工具ホルダ２２は、第１図に
示す如く、本体２４の軸方向一端に第１雄ねじ部２６が
形成されると共に、該第１雄ねじ部２６から所定長さだ
け後退した位置にフランジ２４ａが形成されている。そ
して、フランジ２４ａがホルダ開放端に当接する位置ま
で、第１雄ねじ部２６を加工用ホーン１８の雌ねじ穴１
８ｃにねじ込むことにより。

該工具ホルダ２２は加工用水−ン１８に強固に取付けら
れる。なお、前記嵌合凹部１８ｂに、工具ホルダ２２の
フランジ２４ａから軸方向に延在する本体２４を嵌挿す
ることにより、加工用ホーン１８と工具ホルダ２２との
細心が一致するよう設定されている。

前記工具ホルダ２２の他方の端部には、加工工具２０が
着脱自在に配設されるようになっている。

この加工工具２０は、第３図に示す如く、所定長さのシ
ャンク２０ａと、該シャンク２０ａの一方の端部に形成
したビット２０ｂとから構成されるものであって、一般
に広く市販されているものが好適に使用される。シャン
ク２０ａには、第３図に示すように、所定長さのスリー
ブ３２が通孔３２ａを介して外挿されている。このスリ
ーブ３２の両端部には、半径方向内方に突出する嵌合部
３６．３６が形成されると共に、該嵌合部３６における
通孔３６ｂは、加工工具２０を固定する前には、シャン
ク２０ａを容易に挿通し得る寸法に設定されている。な
おスリーブ３２は、加工工具２０の仕様に応じて最適な
寸法のものが使用される。

また、嵌合部３６の軸方向外端面には、第２図に示す如
く１通孔３６ｂから半径方向外方に向かうにつれて端部
から後退する方向に傾斜するテーパ面３６ａが形成され
ている。そして、各テーパ面３６ａ、３６ａが、後述す
る工具ホルダ２２の第１規制面３４と、ソケットナツト
３８の第２規制面４４とに対応的に当接するよう構成さ
れている。

なお、前記スリーブ３２および嵌合部３６としては、後
述する如く、ソケットナツト３８のねじ込みにより変形
可能な軟質な材料が適している。但し嵌合部３６が加工
工具２０に喰い込んだ際に。

所要の保持力が得られないおそれがある場合は。

表面硬化処理を施した材料を選択的に採用することが推
奨される。

ここで、前記嵌合部３６の外端面には、必ずしもテーパ
が付される必要はなく、例えばスリーブ３２の軸方向と
交差する方向に平行に形成されていてもよい、しかしこ
の場合は、後述する第１規制面３４および第２規制面４
４の何れか一方にテーパが付されている必要がある。ま
た、前記嵌合部３６をスリーブ３２に形成することは、
本願の必須の要件ではなく、例えば半径方向内方に突出
する部分のないスリーブ３２を使用することによっても
、本願の目的を達成することができる。なおこの場合は
、スリーブ３２における通孔３２ａの内径寸法を、加工
工具２０におけるシャンク２０ａの外径寸法よりも僅か
に長い程度にすることが推奨される。

前記工具ホルダ２２における工具装着端部には、第２図
および第３図に示す如く、所要直径のスリーブ収容孔２
８が軸方向に延在するよう穿設され、該収容孔２８の底
部には、前記加工工具２０に外挿したスリーブ３２の一
端に設けた嵌合部３６のテーパ面３６ａと当接する第１
規制面３４が形成されている。この第１規制面３４は、
軸心から半径方向外方に向かうにつれて端部方向に傾斜
するテーパが付され、該第１規制面３４はスリーブ３２
の軸方向への移動を規制すると共に、嵌合部３６を半径
方向内方に変形させるべく機能する。

また第１規制面３４は、スリーブ３２の一端を当接した
状態で、該スリーブ３２の他端部がスリーブ収容孔２８
から所定長さだけ延出する位置に設けられている。なお
、第１規制面３４は、テーパが付されていなくても、ス
リーブ３２の軸方向への移動を規制し得る形状に形成さ
れていれば、前記嵌合部３６を半径方向内方に変形させ
ることができるものである。

前記スリーブ収容孔２８の底部には、加工工具２０のシ
ャンク２０ａを嵌挿可能な中心通孔３０が、軸方向に沿
って穿設されている。そして、この中心通孔３０に加工
工具２０のシャンク２０ａを嵌挿することにより、工具
２０と工具ホルダ２２との軸心が一致するよう構成され
ており、この結果として加工工具２０と加工用ホーン１
８との軸心が一致する。従って、前記主軸１２を回転駆
動して所要の加工を行なうに際し、加工工具２０が半径
方向にブレることがなく、被加工物（図示せず）に高精
度での超音波加工を施し得る。

前記工具ホルダ２２における工具装着端部の外周には、
第２雄ねじ部４６が形成され、この第２雄ねじ部４６に
ソケットナツト３８が外側からねじ込まれている。すな
わち、ソケットナツト３８は、第２図および第３図に示
す如く、工具ホルダ２２に外挿可能な穴部４０が形成さ
れると共に。

該穴部４０の内周面に雌ねじ部４０ａが形成されている
。また、穴部４０における前記スリーブ収容孔２８に形
成した第１規制面３４と対向する底部には、その中心に
加工工具２０におけるシャンク２０ａの挿通を許容する
通孔４２が穿設されている。

更に、前記底部の通孔４２から半径方向外方に延在する
部位に、前記スリーブ３２に設けた一方の嵌合部３６に
−おけるテーパ面３６ａと当接する第２規制面４４が形
成されている。この第２規制面４４は１通孔４２から半
径方向外方に向かうにつれて、開口方向に傾斜するテー
パが付されており、前記雌ねじ部４０ａを工具ホルダ２
２の第２雄ねじ部４６にねじ込んだ際に、スリーブ３２
の軸方向への移動を規制すると共に、嵌合部３６を半径
方向内方に変形させるべく機能する。

次に第４図は、第１図に示す実施例の変形例を示すもの
であって、第１図に示す実施例とはソケットナツト３８
の内部構造が異なるだけで、その他は同一の構成を有し
ている。すなわち、ソケットナツト３８に形成した穴部
４０の底部には、前記スリーブ３２を嵌挿可能な凹部４
８が形成され。

この凹部４８の底面中心に通孔４２が穿設されている。

そして、この通孔４２から半径方向外方に延在する部位
が、スリーブ３２に設けた一方の嵌合部３６に当接する
第２規制面４４として機能する。

なお、この変形例においても、前記嵌合部３６を設けて
いないスリーブ３２を使用することによっても、加工工
具２０を工具ホルダ２２に強固に固定することができる
０例えば加工工具２０のシャンク２０ａに挿通したスリ
ーブ３２の両軸端を、第１規制面３４と第２規制面４４
とに当接させた状態で、ソケットナラ１−３８を工具ホ
ルダ２２にねじ込むことにより、該スリーブ３２は縮径
方向に変形し、その内周面が加工工具２０のシャンク２
０ａに圧接されるものである。

実施例の作用 次に、実施例に係る工具保持構造の実際の使用手順につ
き説明する。前記加工用ホーン１８に加工工具２０を取
付けるには、先ず加工工具２０のシャンク２０ａにスリ
ーブ３２を外挿する。この加工工具２０を、シャンク２
０ａの一端から工具ホルダ２２の中心通孔３０に嵌挿す
ると共に、スリーブ３２の一端をスリーブ収容孔２８に
収容して、その一端に設けた嵌合部３６のテーパ面３６
ａを第１規制面３４に当接させる。

次に、前記ソケットナツト３８を、その通孔４２に加工
工具２０のシャンク２０ａを挿通した状態で、ソケット
ナツト３８の雌ねじ部４０ａを工具ホルダ２２の第２雄
ねじ部４６に螺合する。

そして、このソケットナツト３８を締付は方向にねじ込
むことにより、第２図に示す如く、該ナツト３８に設け
た第２規制面４４が、スリーブ３２の一端に設けた嵌合
部３６のテーパ面３６ａに当接するに到る。更にソケッ
トナツト３８をねじ込むと、雌ねじ部４０ａと第２雄ね
じ部４６との締付は作用下に、スリーブ３２は第１規制
面３４と第２規制面４４とにより挟圧されて、軸方向に
圧縮される。

このとき、スリーブ３２におけるスリーブ収容孔２８に
収容される部位は、第２図に示す如く。

半径方向外方への変形が規制されると共に、第１規制面
３４と第２規制面４４とは、何れもスリーブ３２の両端
に形成した嵌合部３６．３６を、半径方向内方へ変形さ
せるテーパが付されている。従って、両嵌合部３６．３
６は半径方向内方に圧潰されて、加工工具２０のシャン
ク２０ａに喰い込み、これにより加工工具２０とスリー
ブ３２とが一体化固定される。また、スリーブ３２の軸
方向両端は、工具ホルダ２２の第１規制面３４と、ソケ
ットナツト３８の第２規制面４４とにより強固に挟持さ
れる。この結果、加工工具２０は、工具ホルダ２２に確
実かつ強固に保持される。

しかる後、この工具ホルダ２２を、第１図に示す如く、
前記加工用ホーン１８の開放端に螺着することにより、
加工工具２０の主軸１２への確実な取付けが完了する。

従って、加工用ホーン１８からの超音波振動が加工工具
２０に効率的に伝達される。しかも加工工具２０の軸心
と、加工用ホーン１８の軸心とは整列一致しているので
、主軸１２を回転した際に加工工具２０がブレることが
なく、加工精度を向上させることもできる。

ここで、超音波加工機において、加工工具を主軸に取付
けた状態で、該加工工具に軸方向への押圧力を付与した
際に、加工工具が主軸に対して移動するのに必要な力を
保持力Ｆとし、また、加工工具を保持した状態で、該工
具に超音波振動を付与したきに、超音波振動系全体で失
った電力を損失Ｐとした場合の、保持力Ｆと損失Ｐとの
関係を第５図に示す。

図から明らかな如く、保持力Ｆか弱いと損失Ｐは急激に
大きくなり、保持力Ｆが所定値Ｆ１よりも大きくなると
、損失Ｐは略一定となることは明らかである。実施例に
係る保持構造によれば１人手によりソケットナツト３８
を工具ホルダ２２に締付けて加工工具２０を固定するこ
とにより、前記Ｆ工以上の保持力が容易に得られる。従
って、加工用ホーン１８を介して超音波振動は効率良く
伝達されると共に、加工中に加工工具２０に弛みを生ず
ることも防止し得る。

なお実施例では、加工用ホーンと工具ホルダとを別体と
して構成した場合につき説明したが、本願はこれに限定
されるものでなく、加工用ホーンと工具ホルダとを一体
に構成してもよい。

発明の詳細 な説明した如く、本発明に係る超音波加工機の工具保持
構造によれば、超音波加工機の加工用ホーンに加工工具
を確実かつ簡単に取付けることができ、超音波発生手段
で発生する超音波撮動を加工工具に効率的に伝達し得る
。しかも、一般に市販されている低廉な加工工具を、特
殊な加工を施すことなくそのまま使用し得るので、ラン
ニングコストを低く抑えることができる。また加工工具
を簡単に着脱し得るので、交換作業に要する時間を短縮
することができる等の利点も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る工具保持構造を採用した超音波
加工機の主軸を示す概略構成図、第２図は、第ｉｌｌの
工具保持部を拡大して示す断面図。 第３図は、第１図に示す工具保持部を分解して示す概略
斜視図、第４図は、第１図に示す工具保持構造の変形例
を示す要部断面図、第５図は、加工工具の保持力と損失
との関係を示すグラフ図であ１４・・・中空主軸 １８・・・加工用ホーン ２２・・・工具ホルダ ３２・・−スリーブ ３４・・・第１規制面 ４２・・・通孔 １６・・・超音波振動子 ２０・・・加工工具 ２８・・・スリーブ収容孔 ３２ａ・・・通孔 ３８・・・ソケットナツト ４４・・・第２規制面 （艷−し−・ Ｉ６１ Ｉ６２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 主軸ヘッドに回転自在に支承されて適宜の駆動手段によ
   り回転される中空主軸（１４）の内部に配設された超音
   波発生手段（１６）と、該超音波発生手段（１６）に一
   端が連結されると共に、他端に工具装着部（２２）を設
   けた加工用ホーン（１８）とを備え、該加工用ホーン（
   １８）の工具装着部（２２）に着脱自在に取付けた加工
   工具（２０）に回転および超音波振動を付与することに
   より、被加工物に所要の加工を施すようにした超音波加
   工機において、 前記加工工具（２０）を挿通可能な通孔（３２ａ）が軸
   方向に形成されたスリーブ（３２）と、 前記工具装着部（２２）の開放端に軸方向に穿設され、
   前記加工工具（２０）を挿通したスリーブ（３２）を一
   端部側から収容すると共に、奥部に前記スリーブ（３２
   ）の一端部側と当接する第１規制面（３４）を形成した
   スリーブ収容孔（２８）と、 前記工具装着部（２２）に外側からねじ込み可能であり
   、前記加工工具（２０）を挿通させる通孔（４２）を有
   すると共に、前記スリーブ収容孔（２８）の第１規制面
   （３４）と対向する内側部に、前記スリーブ（３２）の
   他端部側と当接可能な第２規制面（４４）を形成したソ
   ケットナット（３８）と、 前記第１および第２規制面（３４、４４）の少なくとも
   一方は、テーパ面として形成されていることとよりなり
   、 前記工具装着部（２２）へのソケットナット（３８）の
   ねじ込み過程で、前記加工工具（２０）に外挿したスリ
   ーブ（３２）を前記スリーブ収容孔（２８）の第１規制
   面（３４）と前記ソケットナット（３８）の第２規制面
   （４４）とで挟圧し、該スリーブ（３２）を半径方向内
   方に縮径させて加工工具（２０）に圧接するよう構成し
   たことを特徴とする超音波加工機の工具保持構造。