JP4856650B2 - 切削もしくは研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、無機ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、あるいは超硬合金などの硬い材料から形成された物品の加工処理に好ましく用いることができる、超音波トランスジューサを備えた切削もしくは研削装置に関する。本発明は更にまた、硬い材料から形成された物品の加工処理に好ましく用いることができる、切削用もしくは研削用のロッドにも関する。

超音波トランスジューサを備える切削もしくは研削装置、すなわち超音波切削もしくは超音波研削装置は広く知られている。

図１は、切削手段として砥石を用いた公知の超音波切削装置を示している。超音波切削装置１０は、
（１）支持ロッド１１ａ及び砥石１１ｂからなる切削用のロッド１１、支持ロッド１１ａの頂部に装着されたホーン１２、ホーン１２の頂部に装着されたブースタ１３、ブースタ１３の頂部に装着された超音波トランスジューサ（すなわち、超音波振動子）１４、および超音波トランスジューサ１４の頂部に装着されたスリップリング１５からなる回転切削ユニット、
（２）回転軸１６ａを備えるＡＣスピンドルモータ１６、およびサーボユニット１６ｂからなる駆動ユニット、
（３）円筒形の壁体１７、および回転切削ユニットと円筒形の壁体１７との間に配置された軸受ユニット１８からなるハウジング、
そして
（４）カーボンブラシ２０を備える超音波発生装置１９（ここで、前記のスリップリング１５とカーボンブラシ２０との組体は、超音波エネルギーを超音波トラスジューサ１４に供給する）
から構成されている。

図１の超音波切削装置１０は、加工対象物（図示しない）を切削するため、下記の手順にて操作される。

ＡＣスピンドルモータ１６を、回転軸１６ａを回転させるため、サーボユニット１６ｂの制御下にて駆動する。円柱形の切削ユニットは、円柱形の切削ユニットが軸受１８に囲まれて支持された状態にて、回転軸１６ａの回転と同時に回転する。同時に、超音波発生装置１９は超音波を発生し、この超音波を超音波トランスジューサ１４に伝送する。超音波トランスジューサ１４が発生した超音波振動は、ブースタ１３、ホーン１２、そして支持ロッド１１ａを通って砥石１１ｂに伝送される。

本発明者は、公知の超音波切削装置を研究したところ、図１の公知の超音波切削装置は、超音波発生装置１９にて発生した超音波のエネルギーの大部分が、砥石１１ｂの方向に伝達する過程において、軸受１８を通って円筒形の壁体１７に吸収されるという問題があることを見出した。このような超音波のパワーの損失を補うためには、大きな容量の超音波発生装置を用いる必要がある。さらに、軸受１８を通って漏れ出す超音波のエネルギーが軸受１８を振動させるため、回転する円柱形のユニットを把持する軸受の力が弱くなり、そして前記振動が軸受１８（保持もしくは把持手段）の破損を引き起こすことがある。

従って、本発明の目的は、発生した超音波のエネルギーを有効に利用することができる超音波切削もしくは超音波研削装置を提供することである。
本発明の別の目的は、比較的に小さなサイズに構成することができる超音波切削もしくは超音波研削装置を提供することである。
本発明の更に別の目的は、切削もしくは研削工具の保持手段の保持力が殆ど減少することのない超音波切削もしくは超音波研削装置を提供することである。

本発明は、交換可能な切削用もしくは研削用のロッド、切削用もしくは研削用のロッドをその中間域もしくは後端部にて把持しているチャック、回転軸を備えるモータ、そしてチャックとモータの回転軸とを互いに接続している伝達軸を含み、上記の切削用もしくは研削用のロッドが、前記ロッドの先端部及びチャックとの接触部の間の領域に超音波トランスジューサを備えている切削もしくは研削装置にある。

本発明はまた、支持ロッド、該支持ロッドに装着されたスローアウェイチップ、および該スローアウェイチップの表面に配置された超音波トランスジューサを備える切削用もしくは研削用のロッドにもある。

超音波トランスジューサが発生した超音波振動は、直接的に且つ殆ど大部分がロッドの先端部に伝送される。発生した超音波振動の僅かな量のみしか、チャックとの接触部に伝送されない。従って、発生した超音波振動は、切削用もしくは研削用のロッドを振動させるために非常に有効に利用される。さらに、超音波振動の僅かな量のみしかチャックに伝送されないため、チャックにより切削用もしくは研削用のロッドに付与される保持力は殆ど減少しない。

本発明の切削もしくは研削装置を作製するために用いられる切削用もしくは研削用のロッドの好ましい態様は、次の通りである。
（１）切削用もしくは研削用のロッドが、その周囲に連続的なあるいは分割された環状の形態の超音波トランスジューサを備える。
（２）切削用もしくは研削用のロッドが、連続的なあるいは分割された環状の形態の超音波トランスジューサが配設されたフランジを備える。
（３）切削用もしくは研削用のロッドが先端部に砥石を備えるロッドである。
（４）切削用もしくは研削用のロッドがドリルである。
（５）切削用もしくは研削用のロッドがエンドミルである。
（６）切削用もしくは研削用のロッドが、支持ロッド及び支持ロッドに装着されたスローアウェイチップを含む。
（７）切削用もしくは研削用のロッドが、支持ロッド及び支持ロッドに装着されたスローアウェイチップを含み、そして超音波トランスジューサがスローアウェイチップの表面に配置されている。

本発明を、添付の図面に示された図を参照しながら更に説明する。

図２は、本発明に従う切削もしくは研削装置の一例を示している。

図２の本発明の切削もしくは研削装置２０は、交換可能な切削用もしくは研削用のロッド２１、切削用もしくは研削用のロッド２１をその中間域もしくは後端部にて把持しているチャック２２、回転軸２４を備えるモータ２３、そしてチャック２２とモータ２３の回転軸２４とを接続している伝達軸２５から構成されている。切削用もしくは研削用のロッド２１は、ロッド２１の先端部２７及びチャック２２との接触部２８の間の領域に超音波トランスジューサ２６を備えている。伝達軸２５が軸受２９により支持されているため、軸２５はその中心軸の周囲にて安定に回転することができる。伝達軸２５の周囲には、超音波発生装置３１から超音波エネルギーが伝送されるスリップリング３１が備えられている。伝達軸２５の周囲に備えられたロータ（図示しない）は、スリップリング３０から超音波のエネルギーを受け、次いでこの超音波エネルギーを、伝達軸２５に沿って配設された電気配線（図示しない）を通じて超音波トランスジューサに伝送する。切削用もしくは研削用のロッド２１の下方には、加工対象物３２が供給される。この加工対象物は、テーブル３３の上に配置される。

図２の本発明に従う切削もしくは研削装置を用いて、下記の操作により切削もしくは研削を行なうことができる。

モータ２３が駆動され、そして回転エネルギーが回転軸２４に付与されると、同時に回転軸２４に接続された伝達軸２５が軸受２９の内部にて回転する。同時に、伝達軸２５の底部（すなわち、先端部）に備えられたチャック２２もまた、チャック２２に堅く把持そして支持された切削用もしくは研削用のロッド２１と共に回転する。同時に、超音波発生装置３１が駆動されて超音波エネルギーを発生し、この超音波エネルギーをスリップリング３０に伝送する。スリップリング３０が受けた超音波エネルギーは、次いで超音波トラスジューサ２６に伝送される。超音波トランスジューサ２６は、切削用もしくは研削用のロッド２１の長手方向に沿う超音波振動を発生する。超音波トランスジューサ２６が発生した超音波振動は、直接的に且つ殆ど大部分がロッド２１の先端部（すなわち、底部）に伝送される。発生した超音波振動の僅かな量のみしか、チャック２２との接触部２８に伝送されない。従って、発生した超音波振動は、切削用もしくは研削用のロッド２１を振動させるために非常に有効に利用される。さらに、超音波振動の僅かな量のみしかチャック２２に伝送されないため、チャック２２により切削用もしくは研削用のロッド２１に付与される保持力は殆ど減少しない。さらに、伝送された超音波振動によるチャックの損傷も殆ど発生することがない。

図３は、本発明に用いる切削用のロッドを示している。

図３の切削用のロッド２１はエンドミルであり、そしてエンドミル２１は、その中間領域の周囲に超音波トランスジューサ２６を備えている。

図４は、本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの別の一例の概略図であり、そして図５は、図４の切削用もしくは研削用のロッドのＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図４の切削用もしくは研削用のロッド４１は、ロッドの先端部（すなわち、底部）に砥石を備える研削用のロッドである。研削用のロッド４１は、フランジ４１ａを備えている。図４の超音波トランスジューサ４６は、ロッド４１の周囲に備えられている。超音波トランスジューサは、フランジ４１ａの周囲に備えられていてもよい。別の例としては、一つの超音波トランスジューサが研削用のロッド４１の周囲に備えられ、そして別の超音波トランスジューサがフランジ４１ａの周囲に備えられていてもよい。

図６は、本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの一例の概略図であり、そして図７は、図６の切削用もしくは研削用のロッドのＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図６及び図７の切削用もしくは研削用のロッド６０は、底部に砥石を備える研削用のロッド６１である。研削用のロッド６１は、フランジ部６１ａを持つ三脚音叉の形態にある。フランジ部６１ａには、環状の形態の超音波トランスジューサ６６が備えられている。研削ロッド６１は、その上部にてチャックにより把持される。

図８に示すように、研削用のロッド６０が、ロッド部６１ｂとフランジ部６１ａとから構成され、そしてフランジ部６１ａのように、これらの部位の一つに超音波トランスジューサ６６が備えられていてもよい。別の例としては、図９に示すように、超音波トランスジューサ６６がフランジ部６１ａのみでなく、ロッド部６１ｂにも配置されていてもよい。

図３〜図９に示すように、超音波トランスジューサは、環状の形態とすることができる。別の例としては、図１０に示すように、超音波トランスジューサは、分割された環状の形態とすることができる。図１０の超音波トランスジューサは、四つの部分１０６ａ、１６ａ、〜〜に分割されており、これらの部分は切削用もしくは研削用のロッド１０１の周囲に備えられた箱型の保持手段１０５の表面に配置されている。

図１１及び図１２は、底部（先端部）に砥石１１１ｂ、そして延長部１１１ｃを備える研削用のロッド１１１の一例を示している。延長部１１１ｃの表面には、四個の超音波トランスジューサ１１６が配置されている。

図１３は、底部（先端部）に一対の切削用のスローアウェイチップ１４１ｄ、そして環状の形態の超音波トランスジューサ１４６を備える切削用のロッド１４１を示している。一対のスローアウェイチップは、ロッド１４１の回転軸に関して対称に配設されていることが好ましい。

図１４に示すように、切削用もしくは研削用のロッドが備える超音波トランスジューサに対する電力の供給は、ロータリートランスを用いて行なうことができる。図１４は、電力供給システムが電力供給ユニット１４１と電力受容ユニット１４２からなるロータリートランスに置き換えられていること、そして研削用のロッドが図６及び図７の研削用ユニットに置き換えられていること以外は本質的に図２と同一である。

超音波トランスジューサを備える従来の切削装置を示す。 本発明に従う切削もしくは研削装置の一例を示す。 本発明に用いる切削用のロッドを示す。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの別の一例の概略図である。 図４の切削用もしくは研削用のロッドのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの更に別の一例の概略図である。 図６の切削用もしくは研削用のロッドのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの更に別の一例の断面図である。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの更に別の一例の断面図である。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの更に別の一例の概略図である。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの更に別の一例の平面図である。 図１１の切削用もしくは研削用のロッドのＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明に用いる切削用もしくは研削用のロッドの更に別の一例の概略図である。 本発明に従う切削もしくは研削装置の別の一例を示す。

Claims (9)

1. 交換可能な切削用もしくは研削用のロッド、該切削用もしくは研削用のロッドをその中間域もしくは後端部にて把持しているチャック、回転軸を備えるモータ、そして該チャックとモータの回転軸とを接続している伝達軸を含み、上記の切削用もしくは研削用のロッドが、該ロッドの先端部及びチャックとの接触部の間の領域に超音波トランスジューサを備えている切削もしくは研削装置。
2. 切削用もしくは研削用のロッドが、その周囲に連続的なあるいは分割された環状の形態の超音波トランスジューサを備える請求項１に記載の切削もしくは研削装置。
3. 切削用もしくは研削用のロッドが、連続的なあるいは分割された環状の形態の超音波トランスジューサが配設されたフランジを備える請求項１に記載の切削もしくは研削装置。
4. 切削用もしくは研削用のロッドが先端部に砥石を備えるロッドである請求項１に記載の切削もしくは研削装置。
5. 切削用もしくは研削用のロッドがドリルである請求項１に記載の切削もしくは研削装置。
6. 切削用もしくは研削用のロッドがエンドミルである請求項１に記載の切削もしくは研削装置。
7. 切削用もしくは研削用のロッドが、支持ロッド及び該支持ロッドに装着されたスローアウェイチップからなる請求項１に記載の切削もしくは研削装置。
8. 超音波トランスジューサがスローアウェイチップの表面に配置されている請求項７に記載の切削もしくは研削装置。
9. 支持ロッド、該支持ロッドに装着されたスローアウェイチップ、および該スローアウェイチップの表面に配置された超音波トランスジューサを備える切削用もしくは研削用のロッド。

Images