JPH10505A - 回転振動工具ホルダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成でかつ安価に切削加工装置の機械
主軸の回転を切削工具に伝えると共に切削工具に軸方向
の振動を発生させる。 【解決手段】 機械主軸に連結された回転振動工具ホル
ダの入力軸１０が回転し、入力軸の回転が出力軸２０に
伝達されて、出力軸の他端２４側に取り付けたドリルが
回転して穿孔加工が行われる。出力軸の回転により、出
力軸端面が球体保持部材４７に保持された球体４８に当
接しているため、端面に形成された凹部２１ａが球体と
当接したときに、出力軸は端面の段差分だけ入力軸側に
移動し、軸方向に周期的な振動を行う。そのため、ドリ
ルによる加工孔の底面は凹凸面になるが、ドリルの回転
に伴う先端切れ刃の軌跡は、軸方向への振動により選択
的に切削するので、切屑を分断することができる。その
結果、ドリルの回転中に切屑がドリルに巻き付かないの
で、巻き付いた切屑の除去が不要となり、連続的な孔加
工を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、切削加工装置の機械主軸
の回転を切削工具に伝えると共に軸方向の振動を発生さ
せることができる回転振動工具ホルダに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
切削加工装置において、ドリル等の切削工具が回転と同
時に軸線方向の上下振動を必要とする場合には、切削工
具の回転は、工具が取り付けられる機械主軸で行い、上
下振動は加工用テーブル上に設置された振動装置上に被
削物をセットし、振動装置を駆動させることにより行わ
れていた。

【０００３】しかし、上記振動装置は、通常モータとカ
ムとを組み合わせた機械式のものや、油圧シリンダを用
いた油圧式のものであり、装置が大きくかつ複雑なもの
となり、設置のための広いスペースが必要になると共
に、高価になるという問題があった。本発明は、上記し
た問題を解決しようとするもので、簡易な構成により切
削加工装置の機械主軸の回転を切削工具に伝えると共に
切削工具に軸方向の振動を発生させることができる安価
な回転振動工具ホルダを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するために上記請求項１に係る発明の構成上の特
徴は、一端側にて切削加工装置の機械主軸及び切削工具
の一方が固定され、他端側にて端面に同軸的に突出した
係合軸部を有する第１軸部材と、第１軸部材に同軸的に
配設され、一端側にて機械主軸及び切削工具の他方が固
定され、他端側にて端面に同軸的に設けられて係合軸部
が嵌挿される係止凹部を有すると共に端面の係止凹部の
周囲に周方向に等間隔で形成された複数の端面凹部を設
け、係止凹部に係合軸部が嵌挿された状態で第１軸部材
との間で回転トルクが伝達可能にされると共に軸方向へ
の相対的な移動が可能にされた第２軸部材と、第１軸部
材及び第２軸部材を同軸的に囲みかつ内周面の一箇所に
軸心方向に同軸的に突出した鍔状の位置決め凸部を有す
る筒状体であって、一端側の内壁に設けた第１止め部材
と位置決め凸部間にて軸受を介して第１軸部材を回転可
能に支持すると共に、位置決め凸部の第２軸部材側の端
面に第２軸部材と同心円状にリング状の溝からなる球体
の軌条を設け、第１軸部材及び第２軸部材とは独立に切
削加工装置に支持されるハウジングと、第２軸部材の他
端と位置決め凸部間にて係合軸部に遊嵌された環状体で
あって、周方向に等間隔に端面凹部と同数または整数分
の１でかつ３〜９個の球体を保持する複数の保持孔を設
けた球体保持部材と、保持孔に保持されて、軌条内に挿
着されると共に、第２軸部材の他端面に当接する複数の
球体と、第２軸部材の他端近傍にて、第２軸部材の外周
壁に同軸的に装着され、かつ第２軸部材の外周壁に設け
た移動防止手段により第２軸部材の他端面方向への移動
が止められた軸受部材と、同軸受部材とハウジングの他
端側の内周面に設けた第２止め部材の間にて第２軸部材
に外挿され、第２軸部材を第１軸部材方向に弾性力によ
って付勢するばね部材とを設けたことにある。

【０００５】上記のように構成した請求項１に係る発明
においては、機械主軸の回転により、第１軸部材及び第
２軸部材が一体となって回転を開始する。そのとき、球
体保持部材に保持されかつ、ハウジングの位置決め凸部
に設けた軌条内を球体が転がりながら、回転している出
力軸の他端面にて、平坦部と端面凹部に交互に接触す
る。一方、第２軸部材は、ばね部材により第１軸部材側
に付勢されている。そのため、第２軸部材は、球体の接
触が平坦部から端面凹部に移ったとき、第１軸部材側に
わずかに移動し、また球体の接触が端面凹部から平坦部
に移ったとき、元の位置に戻され、この動作を連続的に
繰り返す。これにより、第２軸部材は、軸方向に一定の
距離間を往復する振動を繰り返し、この振動が、第２軸
部材に固定された切削工具に伝達される。

【０００６】その結果、ドリル等の切削工具によって加
工された加工孔の底面は凹凸面になるが、切削工具の回
転に伴う工具先端の切れ刃の軌跡は、軸方向への振動に
より凸部を選択的に切削するので、切屑を連続したもの
でなく分断されたものとすることができる。そのため、
切削工具の回転中に切屑が工具に巻き付かないので、切
屑の除去が不要となり、連続的な孔加工を行うことがで
きる。

【０００７】また、上記請求項２に係る発明の構成上の
特徴は、前記請求項１に記載の回転振動工具ホルダにお
いて、第１軸部材の係合軸部の先端にて、端面に同軸的
に係合凹部を設けると共に、第２軸部材の他端面に、係
止凹部の代わりに、係合凹部に嵌装される係止軸部を設
けたことにある。上記のように構成した請求項２に係る
発明においては、第１軸部材と第２軸部材との接続関係
を変更するのみなので、これによっても上記請求項１に
記載の発明と同様の効果が得られる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を用いて説明すると、図１及び図２は、第１の実施形
態に係る切削加工装置に用いられる回転振動工具ホルダ
を断面図により示したものである。回転振動工具ホルダ
は、切削加工装置の機械主軸に連結される入力軸１０
と、入力軸１０に同軸的に連結され先端にドリルを把持
する出力軸２０と、入力軸１０及び出力軸２０を回転自
在に被覆して支持するハウジング３０とを備えている。

【０００９】入力軸１０は、円柱形状の基部１１を設け
ている。基部１１は、切削加工装置の機械主軸（図示し
ない）に連結されるシャンク１１ａを設けており、シャ
ンク１１ａの一端側がわずか外側に拡径した係合部１１
ｂになっている。係合部１１ｂは、端面１２側がわずか
に外側に突出したフランジ部１１ｂ1 になっている。端
面１２には、基部１１から同軸的に突出した、シャンク
１１ａより小径の円柱形の係合軸部１３が設けられてい
る。係合軸部１３の先端部分には、平板状の舌形突起部
１３ａが同軸的に形成されている。入力軸１０の係合軸
部１３側には、出力軸２０が同軸的に配設されている。

【００１０】出力軸２０は、円柱形状で、入力軸１０側
の端面２１に、他端２４側に向けて上記係合軸部１３が
嵌挿される係合凹部２２を同軸的に設けている。出力軸
２０は、係合凹部２２の内端位置Ｎにて、内端位置Ｎを
略中心として軸方向に延びた縦長の略長円形状の貫通孔
２３を径方向に貫通して設けている。端面２１の係合凹
部２２の周囲は、リング状に突出した突出部２１ａにな
っている。

【００１１】そして、突出部２１ａの周囲は平坦部２１
ｂになっており、平坦部２１ｂには、図２に示すよう
に、周方向に１２０゜の等間隔で外側に向けて所定角度
例えば１２゜傾斜して削除された月形の凹部２１ｃが３
箇所設けられている。また、出力軸２０の端面２１近傍
の外周面には、Ｃ形止め輪２８を装着するためのリング
状溝２７が形成されている。

【００１２】出力軸２０の他端２４側は、先細のテーパ
形状部を有する把持部２５になっている。他端２４の軸
心位置には、端面２１に向けて同軸的に円柱空洞である
把持凹部２５ａが形成されており、シャンク付回転工具
例えばドリル（図示しない）が嵌挿されるようになって
いる。把持部２５には、径方向に貫通して把持凹部２５
ａに達する２個のねじ孔２６が軸方向に並んで形成され
ており、このねじ孔２６にねじを螺合させることによ
り、把持凹部２５ａの嵌挿されたドリルが、把持部２５
にねじ止め固定されるようになっている。

【００１３】ハウジング３０は、薄肉の円筒形状で、両
端３１，３２の近傍の内周面に、同軸的にワイヤ止め輪
３３ａ，３４ａが装着されるリング状溝３３，３４を設
けている。そして、一端３１のリング状溝３３の奥側に
は、軸心方向に突出したリング状の鍔部３５が設けられ
ている。鍔部３５は、一端３１側の突出の小さい第１凸
部３５ａと、奥側の突出の大きい第２凸部３５ｂの２段
形状になっており、第２凸部３５ｂの中心孔の径は、上
記係合軸部１３の径よりわずかに大きくされている。第
２凸部３５ｂの奥側面には円環板形状の球体受け部材４
１が固定されている。球体受け部材４１の中心孔は、入
力軸１０の係合軸部１３の径より大きく、その露出面に
は、上記月形の凹部２１ｃの径方向位置に合わせて、入
力軸１０と同軸的に設けられたリング状の溝からなる球
体の軌条４１ａが形成されている。

【００１４】ハウジング３０の一端３１側からは、入力
軸１０の係合部１１ｂ及び係合軸部１３が挿入されてい
る。係合部１１ｂにはラジアル軸受４２が外嵌されてお
り、係合軸部１３にはスラスト軸受４３が外嵌されてい
る。入力軸１０は、係合軸部１３が第２凸部３５ｂ及び
球体受け部材４１の中心孔を貫通しており、係合部１１
ｂが、リング状溝３３の奥側にて、ラジアル軸受４２に
よってハウジング３０内に同軸的に配設されている。ラ
ジアル軸受４２は、リング状溝３３に装着された第１止
め部材であるワイヤ止め輪３３ａと入力軸１０の係合部
１１ｂの先端のフランジ部１１ｂ1 に挟まれて位置決め
されている。また、入力軸１０の端面１２は、スラスト
軸受４３を介して鍔部３５の第２凸部３５ｂ側面に押し
当てられている。これにより、入力軸１０は、ハウジン
グ３０の一端３１側でハウジング３０内に回転自在に支
持されている。

【００１５】ハウジング３０の他端３２側からは、出力
軸２０が、一部が他端３２から突出した状態で同軸的に
挿入されている。そして、出力軸２０の係合凹部２２に
は、入力軸１０の係合軸部１３が嵌挿され、係合軸部１
３の先端の舌形突起部１３ａが係合凹部２２先端の貫通
孔２３に係止されている。それにより、入力軸１０の回
転力が出力軸２０に伝達される。また、係合軸部１３の
先端と係合凹部２２の内端間、及び舌形突起部１３ａの
先端と貫通孔２３の先端間には、隙間が設けられてお
り、出力軸２０が入力軸１０側に対して軸方向に振動で
きるようになっている。

【００１６】また、出力軸２０には、ハウジング３０の
他端３２近傍に設けた第２止め部材であるワイヤ止め輪
３４ａにより位置決めされたラジアル軸受４４及び、出
力軸の端面２１の近傍に設けたＣ形止め輪２８により位
置決めされたラジアル軸受４５が外嵌されている。これ
により、出力軸２０は、ハウジング３０内に同軸的かつ
回転可能なように支持される。そして、ラジアル軸受４
４，４５の間には、出力軸２０にコイルばね４６が巻装
されており、両軸受４４，４５間にコイルばね４６の弾
性力が作用して、出力軸２０が入力軸１０方向に付勢さ
れるようになっている。

【００１７】出力軸２０の端面２１と球体受け部材４１
間には、円環板形状の球体保持部材４７が係合軸部１３
に遊嵌されている。球体保持部材４７は、図３に示すよ
うに、周方向に１２０゜間隔で３箇所に貫通した円形の
保持孔４７ａを設けており、保持孔４７ａには球形状の
球体４８が保持されている。球体４８は、その一部が球
体受け部材４１の軌条４１ａに嵌め合わされて保持され
ると共に、その反対側が出力軸２０の端面２１に当設さ
れている。なお、リング４９は、出力軸２０がコイルば
ね４６に抗して大きく引き出されたとき、球体４８が保
持孔４７ａから脱落するのを防ぐためのストッパとして
挿入されている。

【００１８】つぎに、上記第１の実施形態の動作につい
て説明する。切削加工装置の駆動開始により、その機械
主軸に連結された回転振動工具ホルダの入力軸１０が回
転し、入力軸１０の回転力が出力軸２０に伝達されて、
出力軸２０の他端２４側に取り付けたドリルが回転して
穿孔加工が行われる。このとき、出力軸２０の回転に伴
い、球体保持部材４７に保持された球体４８が球体受け
部材４１の軌条４１ａ内を転がりながら出力軸端面２１
の平坦部２１ｂと凹部２１ｃに交互に接触している。一
方、出力軸２０は、コイルばね４６により入力軸１０方
向に付勢されている。

【００１９】そのため、出力軸２０は、球体４８の接触
が平坦部２１ｂから凹部２１ｃに移ったとき、入力軸１
０側にわずかに移動し、また球体４８の接触が凹部２１
ｃから平坦部２１ｂに移ったとき、元の位置に戻され、
この動作を連続的に繰り返す。これにより、出力軸２０
は、周期的に軸方向に一定の距離間を往復する振動を繰
り返し、この振動が、出力軸２０に固定されたドリルに
伝達される。ここでは、球体数と出力軸２０端面の凹部
の数が同数なので、出力軸２０が１回転する間に発生す
る振動数は約１．５になる。それにより、出力軸２０に
取り付けたドリルの刃は、図４に示すように、先端が正
弦波形状に類似した振幅変動を呈する。なお、図４は、
１回転当りの送り量と振幅が等しい時の状態を説明する
ものである。

【００２０】そのため、ドリルによる加工孔の底面は凹
凸面になるが、ドリルの回転に伴う先端切れ刃の軌跡
は、図４の斜線に示す部分を軸方向への振動により選択
的に切削するので、切屑を連続したものでなく分断され
たものとすることができる。その結果、ドリルの回転中
に切屑がドリルに巻き付かないので、切屑の除去が不要
となり、連続的な孔加工を行うことができる。とくに、
合成樹脂やゴム材等の弾性的な被削材に対しても、刃先
の食いつきがよく、回転中の工具に切屑が巻き付かない
ので、孔の周囲に傷がつかずに孔加工でき、そのまま次
の孔加工に移ることができ、加工作業を円滑に行うこと
ができる。なお、上記実施形態において、入力軸１０と
出力軸２０とを逆にして用いることもできる。

【００２１】つぎに、第２の実施形態について説明す
る。第２の実施形態においては、図５に示すように、入
力軸５０は、上記第１の実施形態に示した回転振動工具
ホルダの入力軸１０と同様に、円柱形状の基部５１を設
けており、基部５１の係合部５１ｂ側の端面５２に、同
軸的に係合軸部５３を設けている。そして、係合軸部５
３には、先端５３ａから基部５１に向けて同軸的に円柱
形空洞である係合凹部５４が形成され、係合部５１ｂの
軸方向中間部にまで延びている。そして、係合凹部５４
の内端を略中心として、軸方向に延びた略長円形状の貫
通孔５５が、径方向に貫通して設けられている。入力軸
５０のハウジング７０への挿着は、第１の実施形態に示
したと同様である。

【００２２】また、出力軸６０は、小径の把持部６１ａ
と大径の係合部６１ｂとを同軸的に配列した基部６１を
設けている。基部６１の係合部６１ｂ側の端面６２に、
上記係合軸部５３の係合凹部５４に嵌挿される円柱形の
係合軸部６３が同軸的に設けられている。係合軸部６３
の先端部分には、平板状の舌形突起部６３ａが同軸的に
形成されている。そして、入力軸５０の係合凹部５４に
出力軸６０の係合軸部６３が嵌挿され、係合凹部５４の
内端と係合軸部６３の先端間、及び貫通孔５５の先端と
舌形突起部６３ａの先端間には、隙間が設けられてい
る。それにより、入力軸５０の回転力が出力軸６０に伝
達されると共に、出力軸６０が入力軸５０に対して軸方
向に振動できるようになっている。

【００２３】出力軸６０は、端面６２側部分が外側に突
出して、止め部６２ａとなっている。係合部６１ｂに
は、スラスト軸受８１が外嵌され、止め部６２ａに当接
して、端面６２方向への移動が制限されている。ハウジ
ング７０の出力軸側端部７１には、Ｃ型止め輪７２ａを
取り付けるリング状溝部７２が設けられている。Ｃ型止
め輪７２ａとスラスト軸受８１間には皿ばね８２が設け
られており、出力軸６０は、皿ばね８２の弾性力によ
り、入力軸５０側に付勢されている。その他の構成につ
いて、上記第１の実施形態と同様であり説明を省略す
る。

【００２４】以上のように構成した第２の実施形態に係
る回転振動工具ホルダは、上記第１の実施形態と同様の
作用効果が得られる。さらに、第２の実施形態において
も、入力軸５０と出力軸６０とを逆にして用いることも
できる。

【００２５】なお、上記各実施形態に示した球体４８の
数については、出力軸端面との接触の際に傾きにくくバ
ランスのよい振動を得るようにするため、３個以上であ
ることが必要である。ただし、球体４８の数が、１０個
以上になると球体保持部材４７の径が大きくなりすぎた
り、振幅が十分に得られなかったりするため９個以下に
する必要がある。

【００２６】また、球体４８の数に対して出力軸端面の
凹部の数が奇数倍のときは、１回転当りの送り量と振幅
の関係を調整すれば切屑を分断することができるが、偶
数倍のときには、ドリルの刃数が１刃であると切屑を分
断することができない。従って、この場合は刃数を２刃
以上にする必要がある。

【００２７】さらに、出力軸の端面の凹凸形状について
は、上記実施形態に示したものに限らず、正弦曲線や鋸
刃状等に変更することにより、滑らかな振動や衝撃的な
振動等を必要に応じて発生させることができる。特に、
脆性的な無機質材等の加工には、衝撃的な振動が有利で
あるので、出力軸の端面形状をそれに合わせて調整する
必要がある。また、振動形態を選択することにより、工
具寿命を延ばすように調整することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転振動工具ホ
ルダを示す破断面図である。

【図２】同回転振動工具ホルダの出力軸の端面を示す平
面図である。

【図３】回転振動工具ホルダの球体保持部材を示す平面
図である。

【図４】回転振動工具ホルダに装着したドリルの切り刃
の回転軌跡を示す動作説明図である。

【図５】第２の実施形態に係る回転振動工具ホルダを示
す破断面図である。

【符号の説明】

１０…入力軸、１１…基部、１１ａ…シャンク、１１ｂ
…係合部、１１ｂ1 …フランジ部、１２…端面、１３…
係合軸部、１３ａ…舌形突起部、２０…出力軸、２２…
係合凹部、２３…貫通孔、２１…端面、２１ｂ…平坦
部、２１ｃ…凹部、２５…把持部、２５ａ…把持凹部、
３０…ハウジング、３１…一端、３２…他端、３３，３
４…リング状溝、３３ａ，３４ａ…ワイヤ止め輪、３５
…鍔部、４１…球体受け部材、４１ａ…軌条、４２…ラ
ジアル軸受、４３…スラスト軸受、４４，４５…ラジア
ル軸受、４６…コイルばね、４７…球体保持部材、４８
…球体、５０…入力軸、５３…係合軸部、５４…係合凹
部、５５…貫通孔、６０…出力軸、６１…基部、６２…
端面、６２ａ…止め部、６３…係合軸部、６３ａ…舌形
突起部、７０…ハウジング、７２…リング状溝部、７２
ａ…Ｃ型止め輪、８１…スラスト軸受、８２…皿ばね。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端側にて切削加工装置の機械主軸及び
   切削工具の一方が固定され、他端側にて端面に同軸的に
   突出した係合軸部を有する第１軸部材と、 同第１軸部材に同軸的に配設され、一端側にて前記機械
   主軸及び切削工具の他方が固定され、他端側にて端面に
   同軸的に設けられて前記係合軸部が嵌挿される係止凹部
   を有すると共に同端面の同係止凹部の周囲に周方向に等
   間隔で形成された複数の端面凹部を設け、前記係止凹部
   に前記係合軸部が嵌挿された状態で前記第１軸部材との
   間で回転トルクが伝達可能にされると共に軸方向への相
   対的な移動が可能にされた第２軸部材と、 前記第１軸部材及び第２軸部材を同軸的に囲みかつ内周
   面の一箇所に軸心方向に同軸的に突出した鍔状の位置決
   め凸部を有する筒状体であって、一端側の内壁に設けた
   第１止め部材と前記位置決め凸部間にて軸受を介して前
   記第１軸部材を回転可能に支持すると共に、前記位置決
   め凸部の前記第２軸部材側の端面に第２軸部材と同心円
   状にリング状の溝からなる球体の軌条を設け、前記第１
   軸部材及び第２軸部材とは独立に前記切削加工装置に支
   持されるハウジングと、 前記第２軸部材の他端と前記位置決め凸部間にて前記係
   合軸部に遊嵌された環状体であって、周方向に等間隔に
   前記端面凹部と同数または整数分の１でかつ３〜９個の
   球体を保持する複数の保持孔を設けた球体保持部材と、 前記保持孔に保持されて、前記軌条内に挿着されると共
   に、前記第２軸部材の他端面に当接する複数の球体と、 前記第２軸部材の他端近傍にて、同第２軸部材の外周壁
   に同軸的に装着され、かつ同第２軸部材の外周壁に設け
   た移動防止手段により同第２軸部材の他端面方向への移
   動が止められた軸受部材と、 同軸受部材と前記ハウジングの他端側の内周面に設けた
   第２止め部材の間にて前記第２軸部材に外挿され、同第
   ２軸部材を前記第１軸部材方向に弾性力によって付勢す
   るばね部材とを設けたことを特徴とする回転振動工具ホ
   ルダ。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の回転振動工具ホル
   ダにおいて、 前記第１軸部材の係合軸部の先端にて、端面に同軸的に
   係合凹部を設けると共に、前記第２軸部材の他端面に、
   前記係止凹部の代わりに、前記係合凹部に嵌装される係
   止軸部を設け、前記第１軸部材と第２軸部材間で回転ト
   ルクが伝達可能にされると共に軸方向への相対的な移動
   を可能にしたことを特徴とする回転振動工具ホルダ。