JP2002219606A

JP2002219606A - 超音波ミリング装置

Info

Publication number: JP2002219606A
Application number: JP2001013738A
Authority: JP
Inventors: Masao Murakawa; 正夫村川; Masahiko Jin; 雅彦神
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2002-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】高速回転、振動および横負荷に耐えられ、焼入
れなどの熱処理をされた材料などを高い加工能率と加工
精度で加工することができる超音波ミリング装置を提供
する。【解決手段】主軸が軸方向やねじり方向に超音波振動し
ながら回転する形式の超音波ミリング装置であって、圧
電素子２ａの軸方向前後にホーン２ｂ，２ｃを一体にし
た超音波主軸２と、スリーブ主軸１との組み合わせから
なり、前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｂがそれぞれ少な
くとも振動節部位Ｓ３，Ｓ１でスリーブ主軸１に支持さ
れ、かつ圧電素子２ａが前記前側ホーン２ｃと後側ホー
ン２ｃの２か所の支持点間の略振動節部位Ｓ２にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金型などの加工に好
適な超音波ミリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金型加工などの分野において、高速ミリ
ング加工法が利用されつつある。この方法は、熱処理さ
れた材料を小径のボールエンドミルなどのフライス工具
を２００００ｒｐｍ以上の回転数で高速回転させて加工
する方法であり、概して１本の工具を用いて粗加工から
仕上げ加工まで行なうことを特徴としており、従来の放
電加工等による加工法に比べて加工能率及び加工精度の
向上を図ることができるとされている。

【０００３】しかしながら、この高速ミリング加工法は
１本の工具を用いて高速切削するために工具にかる負担
が大きく、工具寿命が短いことが大きな問題となってい
た。この対策として、超硬工具に硬質膜をコーティング
する方法が開発されており、ＴｉＡｌＮコヘーティング
の工具、さらにはｃＢＮ焼結体工具の開発が進められて
いる。後者は硬くて耐熱性に優れているため前者よりも
工具寿命を長くすることができるが、刃先成形性が悪い
ため、工具として良好な形状に成形できない欠点があっ
た。

【０００４】この対策としては、工具として、最も硬く
かつ刃先成形性もよい焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤ
モンド、気相ダイヤモンドなどのダイヤモンド工具を用
いることが効果的である。しかしながら、ダイヤモンド
工具により鉄系材料の切削を行なうと工具と工作物が化
学反応して化学的摩耗が激しいため、工具寿命が極端に
短く、実用に耐えないという問題があった。

【０００５】かかる問題点を解決するため、本発明者ら
は、高速ミリング加工時に工具に超音波振動を与えると
化学反応が防止されて工具寿命が向上することを知見し
た。すなわち、工具にダイヤモンド工具を用い、主軸の
軸方向あるいは円周方向に超音波振動を付加しながら回
転数２００００ｒｐｍ以上で高速ミリングする方法が効
果的であることがわかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波スピンドル装置は、研削用あるいはドリル孔明け
用としては使用可能であっても、主軸の軸方向あるいは
円周方向で超音波振動しながら２００００ｒｐｍ以上で
回転する加工条件に耐えられる構造となっていなかった
ため、前記高速超音波振動ミリング法の実用化が困難で
あった。

【０００７】詳述すると、図９は従来の超音波スピンド
ル装置の一例を示しており、裏当て部材ｃ１と前面部材
ｃ２とそれらの間の振動素子ｃ３をボルトで締結したボ
ルトランジュバン型超音波振動子Ｃを使用し、この超音
波振動子Ｃの前面部材ｃ２の軸方向前端部位にホーン取
付け用雌ねじ穴を設けておき、前記ホーン取付け用雌ね
じ穴にねじ込んだ連結ねじｅで前面部材ｃ２に対してホ
ーンｆを直列状に連結した構造となっていた。そして、
ホーンｆの前端に近くフランジｆ１を形成し、このフラ
ンジｆ１をスリーブ主軸ｇに固定部材により固定してい
た。

【０００８】また、別のタイプとしては、図１０のよう
に、振動の節（振幅最小部）に相当するフランジ部位お
よびホーンの途中部分の２か所を支持するようにしてい
た。さらに別のタイプとしては、図１１のように、ホー
ン部分の途中の振動節部位にリフレクタリングｈを設け
てこれをスリーブ主軸ｇに支持させるとともに、振動節
でないホーン先端外周にリフレクタリングｈ’を設けて
これをスリーブ主軸ｇに支持させるようにしたものもあ
った。

【０００９】しかし、しかしいずれの先行技術も、ホー
ン部分のみが支持されているだけであるため支持作用が
脆弱となり、高速ミリング加工時の高速回転および横方
向の負荷に耐えられないという問題があった。また、超
音波主軸を駆動するための振動子が軸方向後端部にねじ
止めされている構造となっているため、主軸の回転バラ
ンスが悪く、高速ミリング加工の高速回転時に超音波振
動子Ｃが連れ回り、図１０と図１１の仮想線に示すよう
な有害な振動が発生したり、スリーブ主軸ｇの内壁との
衝突で破壊を招くといった問題があった。

【００１０】さらに、従来ではホーンｈの先端に取り付
けた工具ホルダｉに工具ｊをねじ止めする方式であった
ため、工具支持剛性が低く、また動バランス特性も悪
く、高速ミリング加工時の高速回転および横方向の負荷
に耐えられないという問題もあった。

【００１１】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、高速回転、振動お
よび横負荷に耐えられ、焼入れなどの熱処理をされた材
料などを高い加工能率と加工精度で加工することができ
る超音波ミリング装置を提供することにある。

【００１２】本発明の第２の目的は、上記に加え、工具
を高速ミリング加工時の高速回転および横方向の負荷に
安定して耐えられ、超音波振動を効率よく伝達できる超
音波ミリング装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、主軸が軸方向やねじり方向に超音波振動しな
がら回転する形式の超音波ミリング装置であって、圧電
素子の軸方向前後にホーンを一体にした超音波主軸と、
スリーブ主軸との組み合わせからなり、前側ホーンと後
側ホーンがそれぞれ振動節部位でスリーブ主軸に支持さ
れ、かつ圧電素子が前記前側ホーンと後側ホーンの２か
所の支持点間の略振動節部位にあることを特徴としてい
る。

【００１４】また、本発明は、主軸が軸方向やねじり方
向に超音波振動しながら回転する形式の超音波ミリング
装置であって、圧電素子の軸方向前後にホーンを一体に
した超音波主軸と、スリーブ主軸との組み合わせからな
り、前側ホーンと後側ホーンがそれぞれ振動節部位でス
リーブ主軸に支持され、圧電素子が前記前側ホーンと後
側ホーンの２か所の支持点間の略振動節部位にあり、し
かも前側ホーンは、前記支持部位と圧電素子の振動節部
位の間の振動節部位においてスリーブ主軸に支持されて
いることを特徴としている。

【００１５】支持構造の好適な例としては、後側ホーン
と前側ホーンはそれぞれ外周に肩部を有し、後側ホーン
の肩部がスリーブ主軸内に設けた肩部に当接され、スリ
ーブ主軸の開口部分に取り付けた固定リングの内周肩部
で前側ホーンの肩部が圧締めされるとともに、後側ホー
ンの肩部がスリーブ主軸内の肩部に圧締めされている。
支持構造の好適な他例としては、後側ホーンの外周に
肩部を、前側ホーンの外周にはフランジを設け、後側ホ
ーンの肩部がスリーブ主軸内に設けた肩部に当接され、
前側ホーンのフランジ肩部がスリーブ主軸の開口付近の
肩部に当接しつつ固定リングの上面にて圧締めされ、後
側ホーンの肩部がスリーブ主軸内の肩部に圧締めされて
いる。

【００１６】また、支持構造の他の好適な例としては、
後側ホーンが外周に肩部を、前側ホーンは外周に肩部ま
たはフランジを有し、スリーブ主軸の開口部分に取り付
けた固定リングで前側ホーンの肩部またはフランジが圧
締めされ、後側ホーンは、肩部外周面がスリーブ主軸１
の肩部内周面に当接されるが軸方向は自由となってい
る。

【００１７】第２の目的を達成するため本発明は、前側
ホーンの前端部に奥部に雌ねじ穴を有するテーパコーン
穴を設け、該テーパコーン穴に対応するテーパ部を有す
るチャックをねじ込み固定し、このチャックに工具を焼
き嵌めしたことを特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を添付図面を
参照して説明する。図１ないし図３は本発明による超音
波ミリング装置の第１実施例を示しており、１はスリー
ブ主軸、２はスリーブ主軸１内に配置された超音波主
軸、３はスリーブ主軸１を軸受９，９を介して支持した
スピンドルハウジング、４は超音波主軸２に連結された
チャック、５はチャック４に装着された工具、６は駆動
装置、７は超音波発振装置である。Ｗは工作物である。

【００１９】超音波主軸２はホーンと圧電素子が一体型
構造としており、図２に分解状態を示すように、圧電素
子２ａと、該圧電素子２ａの後端側に重合される裏打ち
部材を兼ねた後側ホーン２ｂと、圧電素子２ａの前端側
に重合される前面部材を兼ねた前側ホーン２ｃと、前記
後側ホーン２ｂと圧電素子２ａおよび前側ホーン２ｃの
３者を締結一体化させるボルト２ｄとからなっている。

【００２０】前記後側ホーン２ｂは、振動節Ｓ１に対応
する外周部分にＬ状の肩部２０を有し、この肩部２０よ
りも後方が縮径された軸部２１となっており、軸部２１
の後端面から軸心上には段付き穴２５が設けられてい
る。圧電素子２ａはたとえば圧電セラミックスと電極板
とを交互にサンドイッチ構造とした複数枚（図面では４
枚）ものからなっており、中心にはボルト２ｄの貫通を
許容する通孔が形成されている。圧電素子２ａは厚さ方
向の中央がほぼ振動節Ｓ２に対応するように設定されて
いる。

【００２１】前側ホーン２ｃは振動節Ｓ３に対応する外
周部分にＬ状の肩部２２を有し、この肩部２２よりも前
方が縮径されたボス部２３となっており、後端面から軸
心上には前記ボルト２ｄと螺合する雌ねじ穴２４が設け
られている。また、ボス部２３には先端面中央部にテー
パーコーン穴２６が形成されるとともに、このテーパー
コーン穴２６の奥端から雌ねじ穴２６０が形成されてい
る。前側ホーン２ｃの肩部２２と後側ホーン２ｂの肩部
２０はホーンの外径を２段に縮径することにより構成さ
れており、圧電素子２ａの中央部からそれぞれの肩部２
２，２０の水平面までの長さはほぼ等しい。

【００２２】前記後側ホーン２ｂと圧電素子２ａおよび
前側ホーン２ｃは直列状に重ね合わされ、軸部２１の段
付き穴２５に挿入されたボルト２ｄが圧電素子２ａの通
孔を貫通し前側ホーン２ｃの雌ねじ穴２４に螺合される
ことにより締付け一体化されている。

【００２３】チャック４は、前記テーパーコーン穴２６
に対応するテーパコーン部４０の頂部に雌ねじ穴２６０
と螺合する雄ねじ軸４１を有しており、テーパコーン部
４０の基部には回動操作用の多角形部４２を介して工具
取り付け部４３が連成されている。工具取り付け部４３
には下端面から軸心上に圧入用穴４３０が設けられてお
り、この圧入用穴４３０に工具５のシャンク部５０が焼
き嵌めされている。工具５はエンドミルなどが用いられ
るが、材質としては、焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤ
モンド、気相合成ダイヤモンドなどのダイヤモンド工具
が本発明の効果を最もよく発揮できるため好適である。
もちろん超硬工具、コーテッド工具などであってもよ
い。

【００２４】スリーブ主軸１は上端付近と下端付近の外
周に段部を有し、これら段部に軸受９，９が位置され、
スピンドルハウジング３に相対回転可能に保持されるよ
うになっている。スリーブ主軸１は、前記超音波主軸２
を内挿保持するために筒状をなし、下端開口部内周には
固定用リング８により前側ホーン２ｃを支持するために
雌ねじ部が所要範囲にわたって設けられている。固定用
リング８は前側ホーン２ｃのボス部２３を容入しうると
ともに肩部２２と当接可能な内径を有している。

【００２５】前記雌ねじ部よりも後方は、超音波主軸２
を容入し得る径の筒室１１となっており、この筒室１１
の端部には、後側ホーン２ｂに設けられている肩部２０
と当接するＬ状の肩部１２が設けられている。この肩部
１２は図１のように振動節Ｓ１に略対応する部位にあ
る。そして、前記肩部１２より後方には軸部２１を容入
しうるような縮径筒室１３が形成されている。

【００２６】前記超音波主軸２はスリーブ主軸１の筒室
１１に挿入され、軸部２１が縮径筒室１３に挿入される
ことにより自動的に後側ホーン２ｂの肩部２０とスリー
ブ主軸１の肩部１２が軸方向と半径方向の面で当接しあ
う。そして、開口側の雌ねじ部に固定用リング６が螺合
されることにより該固定用リング６の上端内径肩部６０
と前側ホーン２ｃの肩部２２とが軸方向と半径方向の面
で当接しあう。これにより、超音波主軸２はスリーブ主
軸１に対し前端側から軸方向に押圧され、後側ホーン２
ｂの肩部２０とスリーブ主軸１肩部１２とが圧締めさ
れ、図１のように前端領域と後端領域の２か所のしかも
略振動節Ｓ１，Ｓ３の位置で軸方向および半径方向に動
かないように固定される。この状態では、圧電素子２ａ
は前記支持点である振動節Ｓ１，Ｓ３の間の略振動節Ｓ
２に位置している。

【００２７】高速回転用の駆動装置６は任意であるが、
この実施例では、スピンドルハウジング３から突出した
スリーブ主軸１にプーリ１５を設け、これを駆動用モー
タのプーリ１６とベルト１７で連携させて高速回転を得
るようにしている。そして、プーリ１５よりも軸方向後
方にスリップリング１８を設け、これに外部の超音波発
振装置７からのブラシを接触させ、スリップリング１８
と接続した導線１９を圧電素子２ａと接続している。導
線１９はスリーブ主軸１の肩部を避けた位置に設けた孔
を通して筒室１１に導かれている。

【００２８】図４は本発明による超音波ミリング装置の
第２実施例を示している。この実施例においては、前側
ホーン２ｃが振動節Ｓ３に相当する部位にフランジ部２
７を有している。該フランジ部２７の外周面と上端面が
第１実施例の肩部相当する。スリーブ主軸１の筒室１１
には、開口の雌ねじ部の直近部位に、前記フランジ部２
７の上端面および外周面（肩部）に接触可能な肩部とし
ての段付き拡径部１０を形成している。超音波主軸２は
第１実施例と同じように振動節Ｓ１の部位で後側ホーン
２ｂの肩部２０と肩部１２とが軸方向と半径方向の両面
で当接しあう一方、開口側の雌ねじ部に固定用リング８
が螺合されることにより、フランジ部２７が段付き拡径
部１０で固定される。他の構成は第１実施例と同様であ
るから、同じ部分および部品に同じ符号を付し、説明は
省略する。

【００２９】図５は本発明の第３実施例を示している。
この実施例は超音波主軸２を前端部と後端部および中間
部の各振動節Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４の位置で３点支持した例
を示している。３点支持のために、超音波主軸２の前側
ホーン２ｃの中間部外周につば２８を設けており、該つ
ば２８がスリーブ主軸１の筒室内壁１１０に接触するよ
うになっている。フランジ２８は圧電素子２ａの中央部
と肩部２２とから等距離の位置にあるように設けられ
る。他の構成は第１実施例と同様であるから、同じ部分
および部品に同じ符号を付し、説明は省略する。

【００３０】図６は本発明の第４実施例を示している。
この実施例は、前側ホーン２ｃの先端部付近に第２実施
例と同じようにフランジ部２７を有し、フランジ部２７
がスリーブ主軸１の筒室壁に設けた段付き拡径部１０と
接触し、固定用リング８により固定されるようになって
いる。他の構成は第３実施例と同様であるから、同じ部
分および部品に同じ符号を付し、説明は省略する。

【００３１】なお、図示するものは本発明の数例であ
り、他に種々の構成を採用しうるものである。１）後側ホーン２ｂのＬ状の「肩部」２０は、図７
（ａ）のように、後側ホーン２ｂの外径から突出するつ
ばの形態である場合を含んでいる。２）後側ホーン２ｂの「肩部」２０は、必ずしも軸部２
１の基部から２段に拡径されている形態に限らず、図７
（ｂ）のように１段とし、スリーブ主軸１の肩部１２を
２段に拡径してもよい。

【００３２】３）本発明においては、後側ホーン２ｂの
肩部２０は半径方向においてはスリーブ主軸１により支
持されていることが必要であるが、軸方向については必
ずしも圧締めさていなくてもよい。すなわち、図７
（ｃ）のように半径方向ではスリーブ主軸１の肩部１２
の周面１２０に接触していることが必要であるが、軸方
向では端面１２１に対して移動自由な構成としてもよ
い。この態様は発熱が激しい加工条件の場合に適してお
り、超音波主軸２が加工熱により発熱し膨張により伸び
たときにその伸び分を吸収して主軸の曲りを抑制するこ
とができる。また、組立て当初から圧締めされはていな
いが、超音波主軸２が加工熱により発熱し膨張により伸
びたときに後側ホーン２ｂの肩部２０が端面１２１に接
触して圧締めされるように端面１２１の位置を設定して
もよい。

【００３３】４）チャック５への工具の取り付けは、好
適には焼きはめであるが、コレット式でもダイヤフラム
式であってもよい。５）本発明はスピンドルハウジング３を含むユニットＡ
となっており、専用の高速ミリング装置としてもよい
し、既存のマシニングセンタなどの工作機械に取り付け
て使用してもよい。図８は使用例を示しており、（ａ）
はスリーブ主軸１の上端にＡＣサーボモータのごとき駆
動用モータ６０を直結している。（ｂ）はエア軸受・ビ
ルトインモータ型の例を示しており、スリーブ主軸１の
下部外周に軸受用リング１ａを設ける一方、中間部外周
には縮径部１ｂを設け、スピンドルハウジング３には軸
受用リング１ａを囲むエア軸受３ａを内設し、縮径部１
ｂの外周と対応するスピンドルハウジング内部にはビル
ドインモータ６１を設けている。（ｃ）はＭＣ主軸取り
付け型を示しており、スリーブ主軸１の上部にコーン部
１ｃとチャック部１ｄを設け、それらコーン部１ｃとチ
ャック部１ｄをマシニングセンタの主軸端Ｍに挿着し、
スピンドルハウジング３を支持部材ｍによりマシニング
センタの静止部に吊持させている。

【００３４】６）被削材としての工作物Ｗの材質は任意
であり、炭素鋼、プレハードン鋼、ステンレス鋼、金型
用焼入れ鋼などのほか、アルミニウムなどの非鉄金属も
含まれる。７）軸受９は転がり軸受だけでなく、エア軸受、流体静
圧軸受など任意である。８）本発明は高速ミリングに好適であるが、もちろん低
速の通常のミリングでも効果を発揮することができる。
また、ミリングだけでなく、研削やドリル加工にも適用
可能である。

【００３５】

【実施例の作用】本発明において、駆動装置６によりス
リーブ主軸１と超音波主軸２を２００００ｒｐｍ以上の
高速で回転させつつ、超音波発振装置７からの電流で圧
電素子２ａを軸方向あるいはねじれ方向に振動させ、工
具５により工作物Ｗをミーリング加工した場合、工具５
がダイヤモンド、工作物が鉄系材料である場合にも化学
反応による化学的摩耗が回避される。

【００３６】第１実施例ないし第４実施例のいずれにお
いては、超音波主軸２はスリーブ主軸１に対し前端側か
ら軸方向後側に強力に押圧されたかたちで組立てられて
いるため、単にスリーブ主軸１の前端部位だけでなく後
側ホーン２ｂの肩部２０とスリーブ主軸１の肩部１２と
が圧締めされ、図１のように前端領域と後端領域の２か
所のしかも略振動節Ｓ１，Ｓ３の位置で軸方向および半
径方向に動かされないようにしっかりと固定される。こ
のため、前記のような高速回転と振動とが作用しても、
超音波主軸２は高速回転と横方向の負荷に耐えることが
でき、円滑に安定して長距離の高速ミーリング加工を行
なうことができる。第４実施例および第５実施例のよう
に前後と中間の３か所で支持固定した場合には、一段と
高速回転と横方向の負荷に耐えることができる。また、
図７（ｃ）のように後側ホーン２ｂの肩部２０の軸方向
を拘束せずに自由にしたときには、発熱の激しい加工時
において、加工熱により超音波主軸２が膨張し伸長した
ときに超音波主軸２の曲りを抑制することができる。

【００３７】また、本発明は超音波主軸２が前側ホーン
２ｃと後側ホーン２ｂを圧電素子２ａを挟んで直結した
一体型とし、前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｂの振動節
部分を支持固定し、圧電素子２ａを支持固定部の中間に
配置しているため、超音波主軸２の回転バランスがよく
なり、従来のような振動子が回転に伴って連れ回りして
振動を発生したりスリーブ主軸と衝突して破壊するとい
った現象が起こらなくなる。

【００３８】チャック５に対する工具５の取り付けを焼
き嵌めとし、チャック５をテーパコーン式に超音波主軸
２の前側ホーン２ｃに挿着させるようにした場合には、
工具支持剛性が高く、動バランス特性もよく、超音波振
動を効率よく工具５に伝達することができる。

【００３９】次に本発明を適用した加工例を示す。装置
として図１に示す構造のものを使用した。超音波圧電素
子はピエゾタイプを使用した。工具として焼結ダイヤモ
ンドコーテッドエンドミル（Ｒ１．５，一枚刃）を使用
し、プレハードン鋼ＨＲＣ４０を加工形状：波形に高速
超音波ミリング加工した。工具回転数は２００００ｒｐ
ｍ、超音波振動数は６０．１ＫＨｚ、送りは０．０５ｍ
ｍ／刃、切込みは軸方向０．２ｍｍ、送りピッチ０．１
ｍｍ、切削油は不水溶性を使用した。比較のため、超音
波振動を付加しないて同条件にて加工を行なった。

【００４０】この結果、比較例の場合は、ダイモンド膜
が急速に摩耗し、切削距離１８ｍ時には母材の超硬が露
出してしまった。これに対して本発明の場合には、３０
ｍ切削時点でも工具の摩耗は生じていなかった。この摩
耗状況を検討したところ、初期摩耗が１７μm発生した
ものの、その後はほぼ摩耗ゼロの状態で推移していた。
負荷に対する効果を見るため切削距離２５０ｍまでの連
続切削を行なったところ、摩耗ゼロの状態で推移してい
た。また、負荷に対する耐久性を見るため、切削距離１
０５００ｍまでの連続切削を行なったが、超音波主軸お
よびスリーブ主軸はなんらの損傷もなく、安定した耐久
性のあることが確認された。

【００４１】また、比較のため、図９に示す装置を使用
して前記条件で高速ミリングを行なった結果、切削距離
１０５０ｍで超音波振動子に亀裂が入って異常音が発生
し、使用不能となった。この結果から、前側ホーンと超
音波圧電素子と後側ホーンとを一体化した構造とし、前
側ホーンと後側ホーンの双方を振動節位置で支持固定す
ることが効果的であることがわかる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１によると
きには、圧電素子２ａの軸方向前後にホーン２ｂ，２ｃ
を一体にした超音波主軸２と、スリーブ主軸１との組み
合わせからなり、前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｂがそ
れぞれ振動節部位Ｓ３，Ｓ１でスリーブ主軸１に支持さ
れ、かつ圧電素子２ａが前記前側ホーン２ｃと後側ホー
ン２ｃの２か所の支持点間の略振動節部位Ｓ２にあるの
で、高速回転と超音波振動が重畳された厳しい使用条件
においても負荷に十分に耐えられ、安定した高速ミリン
グ加工を行うことができるというすぐれた効果が得られ
る。

【００４３】請求項２によれば、主軸が軸方向やねじり
方向に超音波振動しながら回転する形式の超音波ミリン
グ装置であって、圧電素子２ａの軸方向前後にホーン２
ｂ，２ｃを一体にした超音波主軸２と、スリーブ主軸１
との組み合わせからなり、前側ホーン２ｃと後側ホーン
２ｂがそれぞれ振動節部位でスリーブ主軸１に支持さ
れ、圧電素子２ａが前記前側ホーン２ｃと後側ホーン２
ｂの２か所の支持点間の略振動節部位にあり、しかも前
側ホーン２ｃは、前記支持部位と圧電素子の振動節部位
の間の振動節部位においてスリーブ主軸１に支持されて
いるので、超音波主軸２は前後及び中間の３点で支持さ
れ、これによりさらに一段と高速回転と振動による横荷
重に十分に耐えられ、安定した高速ミリング加工を行う
ことができるというすぐれた効果が得られる。

【００４４】本発明の請求項３によれば、後側ホーン２
ｂが外周に肩部２０を、前側ホーン２ｃが外周に肩部２
２またはフランジ２７を有し、スリーブ主軸１の開口部
分に取り付けた固定リング８で前側ホーン２ｃの肩部２
２またはフランジ２７が圧締めされるとともに、後側ホ
ーン２ｂの肩部２０がスリーブ主軸内の肩部１２に圧締
めされているので、半径方向と軸方向のいずれの方向も
しっかりと拘束され、高速回転と超音波振動が重畳され
た厳しい使用条件で負荷に十分に耐えられ、安定した高
速ミリング加工を行うことができるというすぐれた効果
が得られる。

【００４５】請求項４によれば、後側ホーン２ｂの肩部
２０が半径方向では支持拘束されるが、軸方向では自由
であるため、発熱が激しい加工条件において、振動主軸
の曲りを抑制することができるというすぐれた効果が得
られる。

【００４６】請求項５によれば、前側ホーン２ｃの前端
部に奥部に雌ねじ穴２６１を有するテーパコーン穴２６
を設け、該テーパコーン穴２６に対応するテーパ部４０
を有するチャック４をねじ込み固定し、このチャック４
に工具５を焼き嵌めしているので、工具支持剛性が高
く、動バランス性もよいので、超音波振動を効率よく加
工物に伝えることができるとともに高速ミリング加工時
の高速回転及び振動や負荷に耐えることができるという
すぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波ミリング装置の第１実施例
を示す縦断面図である。

【図２】第１実施例における超音波主軸を分解状態で示
す部分切欠正面図である。

【図３】チャツク機構の部分切欠正面図である。

【図４】本発明装置の第２実施例を示す一部切欠断面図
である。

【図５】本発明装置の第３実施例を示す一部切欠断面図
である。

【図６】本発明装置の第４実施例を示す一部切欠断面図
である。

【図７】（ａ）本発明の超音波主軸の他の例を示す部分
図、（ｂ）は後側ホーンとスリーブ主軸の肩部構造の他
の例を示す部分的断面図、（ｃ）は後側ホーンの他の支
持例を示す部分的断面図である。

【図８】（ａ）は本発明を適用した装置の第１例を示す
正面図、（ｂ）は第２例を示す正面図、（ｃ）は第３例
を示す正面図である。

【図９】従来装置の第１例を示す断面図である。

【図１０】従来装置の第２例を示す断面図である。

【図１１】従来装置の第３例を示す断面図である。

【符号の説明】

１スリーブ主軸２超音波主軸２ａ圧電素子２ｂ後側ホーン２ｃ前側ホーン３スピンドルハウジング４チャック５工具８固定リング１２肩部２０，２２肩部２６テーパコーン穴２７フランジ２６１雌ねじ穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸が軸方向やねじり方向に超音波振動し
ながら回転する形式の超音波ミリング装置であって、圧
電素子２ａの軸方向前後にホーン２ｂ，２ｃを一体にし
た超音波主軸２と、スリーブ主軸１との組み合わせから
なり、前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｂがそれぞれ振動
節部位Ｓ３，Ｓ１でスリーブ主軸１に支持され、かつ圧
電素子２ａが前記前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｃの２
か所の支持点間の略振動節部位Ｓ２にあることを特徴と
する超音波ミリング装置。
【請求項２】主軸が軸方向やねじり方向に超音波振動し
ながら回転する形式の超音波ミリング装置であって、圧
電素子２ａの軸方向前後にホーン２ｂ，２ｃを一体にし
た超音波主軸２と、スリーブ主軸１との組み合わせから
なり、前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｂがそれぞれ振動
節部位でスリーブ主軸１に支持され、圧電素子２ａが前
記前側ホーン２ｃと後側ホーン２ｂの２か所の支持点間
の略振動節部位にあり、しかも前側ホーン２ｃは、前記
支持部位と圧電素子の振動節部位の間の振動節部位にお
いてスリーブ主軸１に支持されていることを特徴とする
超音波ミリング装置。
【請求項３】後側ホーン２ｂの外周に肩部２０を、前側
ホーン２ｃの外周には肩部２０またはフランジ２７を有
し、前側ホーン２ｃの肩部２０またはフランジ２７が固
定リング８にて圧締めされるとともに、後側ホーン２ｂ
の肩部２０がスリーブ主軸１内の肩部１２に圧締めされ
ている請求項１または２に記載の超音波ミリング装置。
【請求項４】後側ホーン２ｂが外周に肩部２０を、前側
ホーン２ｂは外周に肩部２２またはフランジ２７を有
し、スリーブ主軸１の開口部分に取り付けた固定リング
８で前側ホーン２ｃの肩部２２またはフランジ２７が圧
締めされ、後側ホーン２ｂは肩部外周面がスリーブ主軸
１の肩部内周面に当接されるが軸方向は自由となってい
る請求項１または２に記載の超音波ミリング装置。
【請求項５】前側ホーン２ｃの前端部に奥部に雌ねじ穴
２６１を有するテーパコーン穴２６を設け、該テーパコ
ーン穴２６に対応するテーパ部４０を有するチャック４
をねじ込み固定し、このチャック４に工具５を焼き嵌め
している請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波ミ
リング装置。