JP2020138310A - 超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置を提供する。
【解決手段】マンドレルの中に収納された一つのシャンク１０，一つのツール架設部２０，ツール架設部２０の内に固設された一つの超音波振動ユニット３０及び該ツール架設口径２１の上に緊締施錠される一つの分離式ツール・チャック２２を含んでなり、該シャンク１０の上に、マンドレルとの電気的接続を形成する一つの導電性ディスク１１が設置され、該ツール架設部２０が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径２１を含んでなり、一つのツールの一部分を収納かつ固定でき、該超音波振動ユニット３０が、電源を受け入れ且つ一つの高周波振動を生成でき、該高周波振動が、ツール架設口径２１を経由してツールへ伝送し、更に該分離式ツール・チャック２２が、異なる形式と異なる規格のツール交換使用を、結合するために供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ツール挟持装置に関するもので、特に超音波加工に応用されるモジュール化ツール挟持装置に関するものである。

周知の超音波加工機（USM：Ultrasonic Machining）は、超音波振動ユニットを一つの回転マンドレルの上に設置することにより、超音波により生成された高周波振動が、一つのツール挟持装置を経由して一つのツールの上へ伝送することにより、ツールが高速回転と超音波高周波振動などの機能を兼備し、各種の研磨または切削加工を行うために用いてもよく、特に硬脆材料の精密加工に適用する。

超音波加工機を使用して加工を行う時に、ツールの切削面が絶えず高周波振動し且つ切削屑を分離し、切削屑と加工ツールの切削面との間に高温・高圧により及ぼされた不良な効果を、著しく改善し、ひいては震え紋様の防止，切削抵抗力の低減，加工ひずみの低減，有効な屑排出の改善および有効な加工表面の改善などの切削作業効果を提供する。

超音波加工機が稼動する時に、振動源が超音波振動ユニットにより生成され、ツール挟持装置を経由してツールの切っ先へ伝送することにより、一つの被加工ワークに対して超音波高周波振動加工作業を行う。超音波加工作業期間に、超音波高周波振動の以外に、超音波加工機における各種の部品が、互いに作動し、必ず望まない意外な振動も生成されるが、この望まない意外な振動と超音波高周波振動との間に、相互干渉が生成され、ひいては加工プロセスを影響し、製品の精度に対して不利な影響を及ぼす。

長さを増長する長尺状ツール挟持装置または例えば米国特許第1502528号明細書（特許文献１）、米国特許第2716030号明細書（特許文献２）と米国特許第8821084号明細書（特許文献３）などの特許願に掲示された組立接続式ツール挟持装置は、高い細身の比率（L/D）を応用する時に、いつもツール挟持装置の材料剛性と精度とによる影響を受け、加工品質の不良または加工不可能の問題を招き、これが目前に超音波加工機に直面する加工ボトルネックとなり、或いは例えば上記のツール挟持装置が超音波加工機に応用される時に、超音波高周波振動源の伝送ルートを増長するため、超音波振動と上記の望まない意外な振動との相互干渉状況が益々もっと厳しくなり、ツール挟持装置が、超音波高周波振動の影響を受けて連結振動状況を生成し、且つ各種の振動頻度の最大変位振幅の位置が、更にツールの切っ先位置の上となるように制御しにくくなり、望まない切削性能を招き、例えば比較的に悪いワーク表面の滑らかな清浄度と公差範囲を超えた加工済みワークとがあり、ひいては機械とツールに対する磨耗を生成し、最悪の状況下では、結果として修復不可能な損害を招く。

米国特許第1502528号明細書 米国特許第2716030号明細書 米国特許第8821084号明細書

本発明の目的は、即ち超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置を提供するものであり、該超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、超音波高周波振動源の伝送ルートを有効に短縮でき、ツール挟持装置が超音波高周波振動の影響を受けて望まない連結振動を生成することを避け、比較的に優れたワーク表面の滑らかな清浄度と加工精度を維持する。

本発明の副次的な目的は、超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置を提供するものであり、該超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、ツール挟持装置が長さの増長により剛性の低下およびオフセットスイングの増加を招く問題を、改善でき、更に細身の比率が高いツール挟持装置の剛性不足問題を克服でき、且つ細身の比率を短縮できるが、例えば図1に示すように、ツール挟持装置の細身の比率は、超音波発振器を設けないL1/Dから本発明のフロントタイプ超音波発振器を設けるL/Dまで短縮し、同時にツール挟持装置の長さが続けて増長でき、その細身の比率がL/Dの固定値に維持し、L1の長さに制限されない。

本発明の更なる目的は、超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置を提供するものであり、該超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、特に異なって増長する各種の長さの長尺状ツール挟持装置または組立接続式ツール挟持装置の中に適切に応用して使用される。

本発明の更なる他の目的は、超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置を提供するものであり、該超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、一つの分離式ツール・チャックを利用し、異なる形式と異なる規格のツール交換使用を、モジュール化となるように結合し、特に５軸マシニングセンター又は他の特殊な要求などに適用し、干渉現象を避け且つ最も優れた剛性を維持でき、更に融通性を有し、熱収縮アーバー又はＥＲ弾性コレットホルダーなどに何れも使用できる。

上記の発明目的を達成できる超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、一つのマンドレルを通して一つの電源を提供する一つの工作機械との併用に用いられるが、該ツール挟持装置は、該マンドレルの中に収納された一つのシャンク，一つのツール架設部，該ツール架設部の内に固設された一つの超音波振動ユニット及び該ツール架設口径の上に緊締施錠される一つの分離式ツール・チャックを含んでなり、該シャンクの上に一つの導電性ディスクが設置され、該導電性ディスクと該マンドレルが電気的接続を形成することにより、該電源を該ツール挟持装置へ伝導するように用いられ、該ツール架設部が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径を含んでなり、該超音波振動ユニットが、該導電性ディスクへ電気的に接続することにより、該電源を受け入れ且つ一つの高周波振動を生成でき、該高周波振動が、該ツール架設部を経由して該ツールへ伝送し、更に該分離式ツール・チャックが、異なる形式と異なる規格のツール交換使用を、結合するために供する。

本発明のより好ましい実施例の中において、その中でも、該分離式ツール・チャックは、一つの錠止部を使用することにより、取替可能な方式にて、該ツール架設口径の上に緊締施錠される。

本発明のより好ましい実施例の中において、その中でも、該シャンクと該ツール架設部の内部に、互いに連通するケーブル・ガイド穴が設けられ、該導電性ディスクが、該ケーブル・ガイド穴の一つのケーブルへの通り抜けを経由して該超音波振動ユニットへ電気的に接続する。

本発明のより好ましい実施例の中において、更に該シャンクと該ツール架設部との間に鎖状に接続する延伸ケーシング・モジュールを、少なくとも一つ有して含んでなる。

本発明のより好ましい実施例の中において、その中でも、該延伸ケーシング・モジュールは、一つのオスコネクタ端部と一つのメスコネクタ端部を有することにより、各延伸ケーシング・モジュールは、互いに首尾が鎖状に接続できる。

本発明の提供する超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、超音波高周波振動源の伝送ルートを有効に短縮でき、ツール挟持装置が超音波高周波振動の影響を受けて望まない連結振動を生成することを避け、比較的に優れたワーク表面の滑らかな清浄度と加工精度を維持する。

本発明の超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置の断面図である。 図1の中におけるＡ部分の拡大図である。

（具体的な実施方式）
同時に図1と図2を参照するが、本発明の提供する超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、一つのマンドレル(未図示)を通して一つの電源を提供する一つの工作機械との併用に用いられるが、該ツール挟持装置は、該マンドレルの中に収納された一つのシャンク10，一つのツール架設部20，該ツール架設部20の内に固設された一つの超音波振動ユニット30及び該ツール架設口径21の上に緊締施錠される一つの分離式ツール・チャック22を含んでなり、該シャンク10の上に一つの導電性ディスク11が設置され、該導電性ディスク11と該マンドレルが電気的接続を形成することにより、該電源を該導電性ディスク11へ伝導するように用いられ、該ツール架設部20が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径21を含んでなり、該超音波振動ユニット30が、該導電性ディスク11へ電気的に接続することにより、該電源を受け入れ且つ一つの高周波振動を生成でき、該高周波振動が、該ツール架設口径21を経由して該ツールへ伝送し、更に該分離式ツール・チャック22が、異なる形式と異なる規格のツール交換使用を、結合するために供する。上記構成のフロントタイプ超音波振動ユニットは、超音波高周波振動源の伝送ルートを有効に短縮できる。

シャンク10は、テーパー外表面15を一つ有し、該テーパー外表面15を一つの工作機械のマンドレルの中に収納できるように配置され、これにより、ツール挟持装置とマンドレルが互いに整列し、且つ軸方向に延伸して緊密に接続し、更にシャンク10の外部構造は、ツール挟持装置を自動化ツールに使用してシステムの中を変更できることを、許容するように配置される。

該ツール架設部20は、大体一つの円筒形デバイスであってもよいが、該ツール架設口径21は、分離式ツール・チャック22の一部分をその上に架設するように供してもよく、且つ一つの錠止部23を使用することにより、該分離式ツール・チャック22が、取替可能な方式にて、該ツール架設口径21の上に緊締施錠される。上記のモジュール化設計された分離式ツール・チャック22を採用し、需要に基づいて随時に熱収縮アーバー又はＥＲ弾性コレットホルダーなどの異なる形式のアーバーを取替して使用でき、融通性を有して使用し、特に多軸加工機（特に５軸マシニングセンターを指す）又は他の特殊な要求などに適用し、干渉現象を避け且つ最も優れた剛性を維持できる。上記の錠止部23を利用して分離式ツール・チャック22を緊締施錠する方式は、唯一の選択ではなく、当該技術に習熟する当業者は、分離式ツール・チャック22を固定する他の方法を採用できることを、了解できるはずである。

本発明のより好ましい実施例の中において、その中でも、該シャンク10と該ツール架設部20の内部に、互いに連通するケーブル・ガイド穴12が設けられ、該導電性ディスク11が、該ケーブル・ガイド穴12の一つのケーブル13への通り抜けを経由して該超音波振動ユニット30へ電気的に接続する。該導電性ディスク11と工作機械のマンドレルとの間に、非接触式導電を採用して接続でき、例えば電磁感応などを利用して通電できるが、勿論、導電性ディスク11と工作機械のマンドレルとの間に、二つの電極の接触式導電をも採用して接続でき、これにより、電源の電力を、カーボン・ブラシとする導電性ディスク11へ供給できるが、ここにその他に余計な説明をしない。

本発明の他の厳選の実施例において、該シャンク10と該ツール架設部20との間に、更に少なくとも一つの延伸ケーシング・モジュール40が設置され、全ての延伸ケーシング・モジュール40が夫々一つのオスコネクタ端部41と一つのメスコネクタ端部42を有し、且つシャンク10の上に、対応するオスコネクタ端部14が設けられ、ツール架設部20の上に、対応するメスコネクタ端部26が設けられ、これにより、各延伸ケーシング・モジュール40は、互いに該シャンク10と該ツール架設部20とを接続でき、各延伸ケーシング・モジュール40も、互いに首尾が鎖状に接続でき、ユーザーは、加工の需要を根拠として、使用する延伸ケーシング・モジュール40の個数を選択でき、これにより、ツール挟持装置の必要な長さを調整する。

本発明の提供する超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、超音波振動ユニットを、ツールを固定するために用いられるツール架設部の上に設置し、超音波高周波振動源の伝送ルートを有効に短縮でき、ツール挟持装置が超音波高周波振動の影響を受けて望まない連結振動を生成することを避け、同時に加工時に直面する細身の比率が高いツール挟持装置は、解決できない固有の剛性不足問題を解決し、比較的に優れたワーク表面の滑らかな清浄度と加工精度を維持する。特に長さを増長する長尺状ツール挟持装置または組立接続式ツール挟持装置は、本発明の提供する超音波加工機のモジュール化ツール挟持装を極めて適切に使用する。更に本発明は、一つの分離式ツール・チャックを利用し、異なる形式と異なる規格のツール交換使用を、モジュール化となるように結合し、特に５軸マシニングセンター又は他の特殊な要求などに適用し、干渉現象を避けてもよく、且つ融通性を有し、熱収縮アーバー又はＥＲ弾性コレットホルダーなどに何れも使用できる。

上記の詳細な説明は、本発明に対する実行可能な実施例の具体的な説明で、ただ該実施例が本発明の特許請求の範囲を限定するために用いられるものではなく、本発明の技術・精神を脱離しなくて完成してなる等価な実施または変更が、何れも本発明の特許請求の範囲中に含まれるべきである。

Ｄ 深さ
Ｌ 長さ
Ｌ１ 長さ
１０ シャンク
１１ 導電性ディスク
１２ ケーブル・ガイド穴
１３ ケーブル
１４ オスコネクタ端部
１５ テーパー外表面
２０ ツール架設部
２１ ツール架設口径
２２ 分離式ツール・チャック
２３ 錠止部
２６ メスコネクタ端部
３０ 超音波振動ユニット
４０ 延伸ケーシング・モジュール
４１ オスコネクタ端部
４２ メスコネクタ端部

Claims (5)

1. 超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置は、一つのマンドレルを通して一つの電源を提供する一つの工作機械との併用に用いられる超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置であり、
   前記ツール挟持装置は、該マンドレルの中に収納された一つのシャンク，一つのツール架設部，該ツール架設部の内に固設された一つの超音波振動ユニット及び該ツール架設口径の上に緊締施錠される一つの分離式ツール・チャックを含み、
   前記シャンクの上に一つの導電性ディスクが設置され、該導電性ディスクと該マンドレルが電気的接続を形成することにより、該電源を該ツール挟持装置へ伝導するように用いられ、
   前記ツール架設部が、軸方向に延伸する一つのツール架設口径を含んでなり、
   前記超音波振動ユニットが、該導電性ディスクへ電気的に接続することにより、該電源を受け入れ且つ一つの高周波振動を生成でき、
   前記高周波振動が、該ツール架設部を経由して該ツールへ伝送し、更に該分離式ツール・チャックが、異なる形式と異なる規格のツール交換使用を、結合するために供することを特徴とする、超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置。
2. 前記分離式ツール・チャックは、一つの錠止部を使用することにより、取替可能な方式にて、該ツール架設口径の上に緊締施錠されることを特徴とする、請求項1に記載の超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置。
3. 前記シャンクと該ツール架設部の内部に、互いに連通するケーブル・ガイド穴が設けられ、該導電性ディスクが、該ケーブル・ガイド穴の一つのケーブルへの通り抜けを経由して該超音波振動ユニットへ電気的に接続することを特徴とする、請求項1に記載の超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置。
4. 更に該シャンクと該ツール架設部との間に鎖状に接続する延伸ケーシング・モジュールを、少なくとも一つ有して含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置。
5. 該延伸ケーシング・モジュールは、一つのオスコネクタ端部と一つのメスコネクタ端部を有することにより、各延伸ケーシング・モジュールは、互いに首尾が鎖状に接続できることを特徴とする、請求項4に記載の超音波加工機のモジュール化ツール挟持装置。