JPS63283801A - 超音波振動切削装置 - 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、超音波振動により切削する旋盤、形削り盤、
平削り盤などに利用される超音波振動切削装置に関する
。

従来の技術 従来、切削装置に超音波振動を利用することが行わ九で
いる１例えば、旋盤においては、たわみ振動するバイト
シャンクを用いその先端に取り付けられたバイトを切削
加工物の接線方向に超音波振動させて加工するものであ
り、これにより切削抵抗が著しく減少して加工精度が向
上するなどの大きな振動切削効果を得ることが知られて
いる。

上述した超音波振動切削装置の一例を第９図に基づいて
説明する。まず、刃物台１の上部には。

バイトシャンク２が締め付は治具３により上下方向から
振動のノード部分（一点鎖線が交差する位置Ｎ１．Ｎ２
）に位置させて挾持されており、またこのバイトシャン
ク２の上側に位置する締め付は治具３の面は押え＃ｉ４
により上側から押えられボルト５により固定されている
。

次に、前記バイトシャンク２の片側の先端には被加工物
６に臨む工具としてのバイト７が固着されており、一方
前記バイトシャンク２の他端側にはこのバイトシャンク
２の振動のループ部分（一点鎖線上の位置Ｌ）に位置さ
せて縦形振動子８が振幅拡大ホーン９を介して接合され
ている。

このように構成された超音波振動切削装置において、縦
形振動子８を超音波発振装置（図示せず）により駆動す
ると、図示する一点鎖線のごとくバイトシャンク２は共
振振動を行いこれによりバイト７の先端は切削方向に超
音波振動し、上述したような振動切削効果を発揮する。

なお、この場合、被加工物６の切削速度をＶ、バイト７
の振動周波数をｆ、その振幅をａとすると、ｖ　（２π
ｆａなる条件を満足した時、その振動切削効果が現れる
。

また、超音波振動の発生源である縦形振動子８をバイト
７から離れた位置に設置できるために、この装置を汎用
の旋盤に容易に取り付けることができる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上述したような切削装置の場合、バイト
７はたわみ振動体に固着されているため、バイト７の交
換や刃先の研ぎ直しなどにはバイトシャンク２ごとで取
り外して行なわなければならず１作業が非常に煩雑であ
る。

問題点を解決するための手段 °　このような問題点を解決するために、振動子により
駆動される振動体の端部に、バイトを固着したバイトホ
ルダを振動のループ部分に位置させて締着具により締着
した。

作用 従って、バイトの交換はバイトホルダにより行なうこと
ができると共に、バイトは振動体の軸と直角方向に一層
大きな振幅で振動するようになり。

また、バイトの振動速度が大きくなると共に振動慣性が
大きくなり、これにより一層良好な振動切削を行うこと
ができる。

実施例 本発明の第一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説
明する。まず、たわみ振動子１ｏは、その大径部におい
て両側より金属材１１と１２とにより挾まれて厚み方向
に分極された円環状の２枚の電歪素子１３，１４がその
電極１５．１６を対向させ、２枚の電極板１７．１８を
介して設けられている。また、前記電歪素子１３．１４
の内周には円環状の絶縁パイプ１９が挿入されており、
前記電歪素子１４と前記金属材１２間には共通電極板２
０が設けられている。さらに、前記たわみ振動子１０の
一端にはボルト２１が挿入できるような穴２２が設けら
れており、他端の出力端部の外周には右雌ねじ山２３が
形成されている。

次に、バイトホルダ２４は、その一端の大径部外周に左
雄ねじ山２５が形成され、他端の小径部にはバイト２６
が銀ロー接合などにより固定されている。なお、締着時
の角度合わせのために外周にスパナ掛け２７を形成させ
ることもできる。

さらに、締着リング２８は、その内周に右雌ねじ谷２９
および右雌ねじ谷３０が形成され、その外周には締着す
るためのスパナ掛け（図示せず）が行われている。なお
、この締着リング２８の変形したものとして、第５図に
示すように、その一端の内周に右雌ねじ谷３１が形成さ
れ、他端には段付き穴３２が施された袋ナツト構造のも
のを用いることもできる。

また、前記スパナ掛け２７による締着時の角度合わせの
他に、前記たわみ振動子１０と前記バイトホルダ２４と
の締着部に各々スリット３３を設け、それに嵌合する板
状金具３４を挿入するようにしても良い。

なお、前記たわみ振動子１０の側面には、振動のノード
部分Ｎ、、　Ｎ、に位置させて円錐状凹み３５が設けら
れており、図示しないとがり先ボルトにより両側面から
堅く固定される。

このような構成において、電極板１７．１８に互いに位
相を反転した逆相電圧を駆動電源（図示せず）により加
えその駆動周波数を共振周波数に調節してたわみ振動子
１０を駆動すると、バイト２６は軸と直角方向（図中上
下方向）に振動する。

なお、電歪素子１３．１４の分極は厚み方向に互いに逆
向きに与えてもよく、この時は電極板１７．１８には互
いに同相電圧を加えることにより上述した逆相電圧を加
えた場合と同じ効果が得られる。そして、たわみ振動子
１０とバイトホルダ２４とを締着した締着リング２８が
ループ部分Ｌ１の位置で振動することにより、次のよう
な振動切削効果が得られる。

まず、締着リング２８の質量が振動のループ部分Ｌ１に
位置したところに加わっているので、バイト２６の振動
振幅が拡大して良好な振動切削を行うことができる。次
に、バイト２６の刃先からループ部分Ｌ１　までの１／
２波長共振領域の等価質量の増大によりバイト２６の振
動速度が大きくなると共に振動慣性も大きくなるので１
等価質量と振動速度との積に比例する切削時の瞬時エネ
ルギーが増加して一層良好な振動切削を行うことができ
る。さらに、振動のノード部分Ｎ１とＮ２間の距離も短
くなるので、バイト２６の刃先から支持点Ｎ２　までの
距離が縮まって機械的剛性が高くなり良好な振動切削を
行うことができる。

次に１本実施例の実験例について説明する。

第一実験例として、たわみ振動子１０は、大径部がφ４
５ｍｍ、小径部がφ１８ＩＩｌ１１の鋼材間に直径４５
ｍｍ、厚さ５＋＋＋＋＋＋の２分割した圧電素子１３．
１４を２個組み付けたものからなる。バイトホルダ２４
は、大径部がφ１８ｍｍ＋、小径部がφ１０ｍａ＋の鋼
材の端部に超硬バイト２６を銀ロー接合したものからな
る。締着リング２８は、対角２２ｍｍ、長さ１６ｍｍの
内周にＮ１８の右および右雌ねじ加工された六角ナツト
からなる。

そこで、共振周波数が１９．０５ＫＨｚ、ＩＯＷの電力
を入力した時、バイト２６には３０μＰ−Ｐの振動振幅
が得られた。この結果、締着具による締着構造を持たな
いものに比べその振動速度を１５％増加することができ
た。

第二実験例として、上述した第一実験例の締着リング２
８を外径φ３０ｍｍ、幅２７＋ａｍのスパナ掛けの切欠
きを有するものに換えた時、その共振周波数は１７．６
３ＫＨｚに下がり、１１．２Ｗの電力を入力した時、バ
イト２６には４１μＰ４の振動振幅が得られた。この結
果、上述した第一実験例の場合と比べると、その振動速
度比は１．２倍となって同一励振電力に比べ２０％はど
振動速度が増加した。

このように本実施例では、振動体としてのたわみ振動子
１０の出力端部とバイトホルダ２４とを振動のループ部
分Ｌ１に位置させて締着リング２８を用いて締着するこ
とにより、上述したような振動切削効果を得るようにし
たものである。

次に１本発明の第二実施例を第７図および第８図に基づ
いて説明する。本実施例は、第９図の従来例におけるバ
イトシャンク２の端部形状のみを変形したものなので、
その他の同じ構成９作用の部分についての説明は省略し
、また同一部分については同一符号を用いることにする
。

まず、たわみ振動体としてのバイトシャンク２は、締め
付は治具３によって上下方向からノード部分Ｎ２．　Ｎ
３に位置させて挾持されており、その一端の出力端部の
形状は第一実施例（第１図）の出力端部の形状と同じく
右雌ねじ山２３が形成されている。

次に、バイト２６が設けられたバイトホルダ２４と、前
記バイトシャンク２と前記バイトホルダ２４とをループ
部分り、に位置させて締着する締着リング２８との構成
は、共に第一実施例の場合と全く同じなのでここでの説
明は省略する。

このような構成において、縦形振動子８を図示しない超
音波発振装置により駆動すると、締着リング２８により
締着したバイトホルダ２４の先端に設けられたバイト２
６は軸と直角方向（図中上下方向）に振動する。この時
、締着リング２８は。

ループ部分Ｌ１の位置で振動することにより、第一実施
例と同様な振動切削効果を得ることができるのである。

発明の効果 本発明は、振動子により駆動されるたわみ振動体の端部
に、バイトを固着したバイトホルダを振動のループ部分
に位置させて締着具により締着したので、バイトの振動
振幅が拡大し、さらにバイトの刃先からループ部分まで
の等価質量の増大により振動速度が大きくなると共に振
動慣性も太きくなるため一層良好な振動切削を行うこと
ができ、また、バイトホルダの交換を行っても常に安定
した接合を得ることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す縦断側面図、第２図
は第１図の一部を切り欠いた側面図、第３図は第１図の
電歪素子の斜視図、第４図は第１図の電極板の斜視図、
第５図は第１図の締着具の変形例を示す一部を切り欠い
た拡大斜視図、第６図は第１図の締着時の角度合わせの
変形例を示す拡大斜視図、第７図は本発明の第二実施例
を示す一部を切り欠いた側面図、第８図はその一部を切
り欠いた締着部分の拡大側面図、第９図は従来例を示す
側面図である。 ２・・・たわみ振動体（振動体）、８・・・縦形振動子
（振動子）、１０・・・たわみ振動子（振動体）、１１
．１２・・・金属材、１３．１４・・・電歪素子（振動
子）、２４・・・バイトホルダ、２６・・・バイト、２
８・・・締着具 ＪＪ　　図 Ｊ＞、３図　　　１は図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、振動子により駆動されるたわみ振動体の端部に、バ
   イトを固着したバイトホルダを振動のループ部分に位置
   させて締着具により締着したことを特徴とする超音波振
   動切削装置。 ２、１枚または複数枚の電歪素子を振動子とし、この振
   動子を金属材により一体的に両側から締着したたわみ振
   動子を振動体とすることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の超音波振動切削装置。 ３、縦形振動子を振動子とし、この振動子を振動のルー
   プ部分に位置させたたわみ振動体を振動体とすることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波振動切削
   装置。