JP5633936B2 - ツールホルダ及びスピンドル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ツールホルダ及びこれを利用したスピンドル装置に関する。

一般に、穴あけ加工やフライス加工等に用いられるスピンドル装置は、例えば特許文献１に開示されているように、ツール（工具）が先端に取り付けられる回転軸（スピンドル）を有する装置である。このスピンドル装置において、ツールを回転軸に対して保持するためのツールホルダ（チャックなどと呼ばれる場合もある）は、従来、圧入、ネジ込み、或いは焼きばめによって回転軸に対して取り付けられて固定される。例えば特許文献１の図１及び図２には、工具チャック３（焼きばめチャック３０）が回転主軸２の固定穴２ａに圧入によって固定される構成が開示されている。

特開２０１０−２０７９７２号公報

ところで、上記従来のスピンドル装置においては、ツールホルダの取付構造について、次のような課題があった。
まず、圧入や焼きばめによってツールホルダを回転軸に固定する構成であると、ツールホルダの着脱が容易ではなく、例えばツールの付け替えのためにツールホルダも付け替える必要が生じた場合などに、容易に対応ができないという問題がある。
また、ネジ込みによってツールホルダを回転軸に固定する構成であると、ツールホルダの着脱は容易であるが、ツールホルダをネジ込むための回転軸のネジ穴の加工誤差（角度のズレや半径方法の位置ズレ）によって、ツールホルダの取付角度のズレや芯ズレ、ひいてはツールの取付角度のズレや芯ズレが生じ易いという問題がある。

そこで本発明は、ツールホルダの着脱容易性を確保し、かつ、回転軸に対する少なくとも取付角度のズレが生じ難いツールホルダ及びこれを利用したスピンドル装置を提供することを目的としている。

本願のツールホルダは、請求項１に記載したように、
ツールを装着するためのネジ穴に対して取り付けられるツールホルダであって、
軸方向における先端側に、ツールを固定するツール固定部が設けられ、軸方向における先端側と反対の基端側には、軸方向に突出する取付軸と、この取付軸の根元の周囲に位置して前記ネジ穴の入口に形成された接合面に接合可能なホルダ側接合面とが形成され、前記取付軸の外周には前記ネジ穴に前記取付軸をネジ込み可能とするネジ部が形成され、前記取付軸は弾性変形可能な構成とされ、
前記弾性変形可能な構成は、前記取付軸の先端面から軸方向に伸びるスリットのある分割構造であり、前記スリットは前記取付軸の径方向において貫通していることを特徴とする。

また本願のスピンドル装置は、請求項２に記載したように、上記ツールホルダと、このツールホルダが先端に取り付け可能な回転軸とを有し、
前記回転軸の先端には、前記取付軸がネジ込み可能なネジ穴が形成され、前記取付軸が前記ネジ穴にネジ込まれることによって前記ツールホルダが前記回転軸に取り付けられる構成とされ、前記回転軸における前記ネジ穴の入口の周囲には、前記取付軸が前記ネジ穴にネジ込まれることによって前記ホルダ側接合面と接合する回転軸側接合面が形成されていることを特徴とする。

なお、本願における「接合」には、全面的に隙間なく接触している状態のみならず、許容される範囲で接合面の一部に隙間のある状態、或いは、許容される範囲の隙間をもって対向する状態（例えば、設計的な意図をもっていわゆる隙間ばめによって嵌合された面同士の対向状態）が含まれてもよい。また、本願における「ホルダ側接合面」及び「回転軸側接合面」は、互いに接合する面であるために、当然にツールホルダの取付角度を所定角度又は所定角度範囲内に設定する機能を有する。この意味で、本願における「ホルダ側接合面」及び「回転軸側接合面」は、少なくとも、ツールホルダの取付角度を適正に設定するように互いに接合する取付角度設定用接合面として機能させることができる。

また、本願のスピンドル装置の好ましい態様は、請求項３に記載したように、前記ホルダ側接合面及び前記回転軸側接合面として、前記ツールホルダの径方向の取付位置を適正に設定するように互いに接合する芯合わせ用接合面の機能を持つものがそれぞれ形成されている態様である。

なお、「芯合わせ用接合面」とは、例えば、前記回転軸の中心線、或いはこの回転軸の中心線と一致させるべきツールホルダのツール固定部の軸線、をそれぞれ中心とする円錐状の傾斜面又は円筒面であり、この傾斜面又は円筒面を互いに接合させることによって、前記回転軸の中心線と前記ツール固定部の軸線（例えば、ツールの中心線）とが一致（又は略一致）して芯ズレ（半径方向の位置ズレ）が無くなる（或いは所定範囲内に規制される）作用を持つものである。

また、本願のスピンドル装置の別の好ましい態様は、請求項４に記載したように、前記ホルダ側接合面及び前記回転軸側接合面として、超音波を伝達するための超音波伝達用接合面の機能を持つものが形成され、前記回転軸を超音波振動させる加振部を有する態様である。

また、本願のスピンドル装置の別の好ましい態様は、請求項４に記載したように、
少なくとも前記超音波伝達用接合面については、前記ホルダ側接合面を構成する材料と、前記回転軸側接合面を構成する材料とで、超音波の伝達速度が異なる態様である。

本願の請求項１に記載のツールホルダは、全体を回転させて当該ツールホルダの取付軸をスピンドル装置の回転軸の先端に形成されたネジ穴にネジ込み締め付けることによって、容易に前記回転軸に取り付けて固定することができる。また、全体を逆回転させて、その取付軸を前記ネジ穴から外すことによって、容易に取り外すことができる。つまり、本願のツールホルダはネジ込みによって容易に着脱可能である。

しかも、前記ネジ穴が前記回転軸の中心線に対して傾いていたとしても、この傾きは前記取付軸の弾性変形によって吸収できる。このため、前記ネジ穴が前記回転軸の中心線に対して傾いていたとしても、前記取付軸を前記ネジ穴に十分にネジ込むことによって、当該ツールホルダのホルダ側接合面を、前記回転軸に形成された回転軸側接合面に、適正に接合させた状態（例えば、全面が密着した状態、或いは、少なくとも異常に大きな隙間の無い状態）を実現できる。このため、前記接合面同士の接合によって、当該ツールホルダ先端側のツール固定部とこのツール固定部に固定されたツールの中心線の向きが、前記回転軸の中心線と合致するように、前記ホルダ側接合面の向きを前記回転軸側接合面の向きに対して設定しておけば、前記ネジ穴が前記回転軸の中心線に対して傾いていたとしても、前記回転軸に対するツールホルダやツールの傾き（少なくとも過度な傾き）が生じることはない。したがって、ツールホルダの着脱容易性が確保でき、かつ、前記回転軸に対するツールホルダやツールの少なくとも取付角度のズレが生じ難くなる。

また請求項１に記載の態様によれば、例えば前記取付軸の先端面から軸方向に伸びるようにスリットを加工するという容易な作業によって、前記弾性変形可能な構成を容易かつ安価に実現できるという利点がある。

また、本願の請求項２に記載のスピンドル装置によれば、弾性変形可能な構成とされた前記取付軸を備えた前記ツールホルダを備えているから、ツールホルダの着脱容易性が確保でき、前記回転軸に対するツールホルダやツールの少なくとも取付角度のズレが生じ難くなり、このズレによる加工精度の低下等の不具合を防止できる。

また請求項３に記載の態様では、前記芯合わせ用接合面が、ツールホルダの取付時に、ツールホルダの径方向の取付位置を適正に設定するように互いに接合する。このため、前記ネジ穴が径方向に位置ズレしていたとしても、前記取付軸を前記ネジ穴にネジ込んで前記ツールホルダを前記回転軸に取り付けた状態では、前記取付軸の弾性変形と、前記芯合わせ用接合面の接合による芯合わせの作用によって、例えば前記回転軸の中心線と前記ツールホルダやツールの中心線とが一致した状態（芯が合った状態）になる。したがって、前記回転軸に対するツールホルダやツールの取付位置の半径方向のズレ（芯ズレ）も生じ難くなる。

また請求項４に記載の態様では、加振部によって前記回転軸が超音波振動し、この振動が前記回転軸側の超音波伝達用接合面と前記ツールホルダ側の超音波伝達用接合面との接合によって確実にツール側に伝達されるので、いわゆる超音波加工が可能な信頼性の高い超音波スピンドル装置が実現できる。

そして、この超音波スピンドル装置において、ツールホルダの着脱容易性を確保し、かつ、回転軸に対するツールホルダやツールの取付角度のズレや芯ズレの防止（又は低減）を図って加工精度の向上等が実現できる。なお、超音波加工の利点は各種あるが、例えば一つには、通常のスピンドル加工では不可能であったガラスやセラミックなどの精密加工が可能となるという利点がある。

また、請求項４に記載の態様では、前記回転軸側の超音波伝達用接合面と、これと接合するツールホルダ側の超音波伝達用接合面との間で、圧着（接触したまま離れ難い状態）が生じることを回避できる。なお、この圧着が生じれば、ネジ込み方式であってもツールホルダを取り外すことがやや困難になる不利が生じる。そこで、発明者らが研究したところ、超音波振動によって例えば同じ材料同士では圧着が生じ易くなるが、超音波の伝達速度が異なる材料同士であれば、圧着を生じることなく超音波振動を伝達できることが判明した。本願請求項４に記載の発明は、このような発明者の研究により得られた知見に基づくものである。

（ａ）は超音波スピンドル装置の斜視図、（ｂ）は同装置の前面図である。 （ａ）は超音波スピンドル装置の側面図、（ｂ）は超音波スピンドル装置の上面図である。 ツールホルダを回転軸に取り付けた状態を示す側面図である。 （ａ）はツールホルダを示す側面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ矢視図である。 （ａ）はツールホルダの基端部拡大図、（ｂ）は（ａ）におけるＹ矢視図である。 （ａ）は弾性変形可能な取付軸の作用を説明する図、（ｂ）は変形例を示す図である。 （ａ）は比較例を示す図、（ｂ）は比較例の不具合を説明する図である。

以下、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
本例は超音波スピンドル装置に本発明を適用した例である。本例の超音波スピンドル装置１は、図１〜図２に示すように、超音波スピンドル本体２と、モータ３とよりなる。超音波スピンドル本体２は、モータ３によって回転駆動される回転軸４（スピンドル）を有し、この回転軸４を回転可能かつ振動可能に保持する軸受機構や、この回転軸４に外部から入力される信号に応じた超音波振動を生じさせる加振部（例えば、圧電素子よりなるもの）や、冷却機構などを備えている。なお、回転軸４に加えられる超音波振動は、超音波に相当する周波数の振動であって、一般的には軸方向の振動であり、その振幅は例えば数μｍ程度の僅かなものである。

図１（ａ）等に示すように、回転軸４の先端部は、超音波スピンドル本体２の先端側に露出しており、その先端面から少し離れた位置の外周には、スパナ掛け部５が形成されている。スパナ掛け部５は、両側にスパナ掛け用の平面が形成された部分であり、後述するツールホルダ２０（図３に示す）を着脱のために回転軸４に対して回転させる際に、回転軸４が回転しないように押さえておくために回転軸４にスパナ等の工具を係合させる部分である。

また、超音波スピンドル本体２には、取付部６が設けられ、この取付部６に設けた複数（本例では４カ所）の取付穴７（図２（ｂ）に示す）に取付ボルト８（図２（ａ）に示す）が挿入可能な構成となっている。超音波スピンドル装置１は、例えば、この取付部６の取付穴７に挿入される取付ボルト８によって、図示省略した工作機械（例えば、数値制御マシンなど）の可動部に締結固定されて使用される。

そして、回転軸４の先端の外周側には、図３に示すように、回転軸４の中心線Ｓ１（図６（ａ）に示す）に直角な平面である先端面１０が形成されている。この先端面１０は、後述するネジ穴１１や凹部１２があるために、軸方向から見ると円環状の形状となっていて、ネジ穴１１の入口の周囲（詳細には、径方向において後述する凹部１２の外側）に位置する。また、この先端面１０は、本発明の回転軸側接合面に相当し、取付角度設定用接合面として機能するとともに、超音波伝達用接合面としても機能する。また、回転軸４の軸方向において、この先端面１０の位置と、超音波スピンドル本体２内の前述した加振部の圧電素子の位置との距離は、超音波を効果的に伝達できる所定距離（超音波振動の波長に対して所定の関係を有する距離）の位置に形成されている。

また、回転軸４の先端の中心（即ち、円環状の先端面１０の中心に相当する位置）には、軸方向に伸びるネジ穴１１が形成され、さらに、このネジ穴１１の入口部分の周囲（円環状の先端面１０よりも径方向において内側）には、嵌合用の凹部１２が形成されている。凹部１２の内径は、ネジ穴１１の内径以上の大きさとされ、この凹部１２の内周面１２ａ（この場合、円筒状の面）は、後述するツールホルダ２０の取付状態において、ツールホルダ２０の後述する拡径部３０の外周面３０ａ（図５（ａ）に示す）と接触するか又は僅かな隙間を有して対向する構成となっている。ここで、この内周面１２ａは、本発明の回転軸側接合面に相当し、取付角度設定用接合面として機能するとともに、芯合わせ用接合面としても機能する。

次に、超音波スピンドル装置１に取り付けられるツールホルダ２０について、図３〜図５により説明する。ツールホルダ２０は、図３に示すように、超音波スピンドル装置１の回転軸４の先端に取り付けられてツール５０を保持するものである。ツールホルダ２０は、図４（ａ）に示すように、先端側（軸方向における一端側）に、ツールを固定するツール固定部２１が設けられ、先端側と反対の基端側（軸方向における他端側）には、軸方向に直角で回転軸４の前記先端面１０に接合可能な基端面２２が形成され、さらに基端側には、前記基端面２２の中心から軸方向に突出する取付軸２３が形成されたものである。ここで、基端面２２は、ツールホルダ２０の中心線Ｓ２（図６（ａ）に示す）に直角な平面であり、回転軸４の前述した先端面１０に対応した形状寸法となっている。

この基端面２２は、取付軸２３の根元の周囲（詳細には、径方向において後述の拡径部３０の外側）に位置する円環状のものであり、本発明のホルダ側接合面に相当し、取付角度設定用接合面として機能するとともに、超音波伝達用接合面としても機能する。即ち、本例のツールホルダ２０は、この基端面２２の全体（又は略全体）が回転軸４の先端面１０に隙間なく接合して密着することによって、中心線Ｓ２の向きが、回転軸４の中心線Ｓ１の向きと一致（又は略一致）し、回転軸４に対して適正な取付角度になるように設定されている。また、この基端面２２と前記先端面１０（即ち、軸方向に直角な平面同士）が隙間なく密着していることによって、効率よく超音波を回転軸４からツール５０へ向けて伝達できる。なお、この基端面２２と前記先端面１０との隙間の無い接合は、本例のツールホルダ２０の軸方向における位置を設定する軸方向の位置決め作用も当然有する。

ツール固定部２１は、図４（ｂ）に示すように、先端面の中心から軸方向に伸びるように、ツール５０の基端部を挿入するためのツール挿入穴２４が形成され、さらにこのツール挿入穴２４を横断するようにスリット２５（切り込み）が先端面から形成されたものである。このツール固定部２１の先端部は、スリット２５があることによって２分割され、ツール挿入穴２４が縮小するように弾性変形可能となっている。

ツール固定部２１の先端部の両側は、図４（ｂ）に示すように、ツール固定部２１の先端部を弾性変形させて保持するボルト２６が取付可能な構造となっている。そして、ボルト２６を締め付ける向きに回転させることで、ツール挿入穴２４が縮小する方向にツール固定部２１の先端部を弾性変形させて、ツール挿入穴２４に挿入されたツール５０の基端部をツール挿入穴２４の両側で挟み付けて保持した状態にできる構造となっている。また、ボルト２６を緩める向きに回転させることで、ツール挿入穴２４が拡大する方向にツール固定部２１の先端部を復元させる（弾性変形させた状態から自然状態に向けて復元させる）ことによって、ツール５０をツール挿入穴２４から抜き出して外せる構造となっている。

また、ツールホルダ２０の軸方向（図４（ａ）における左右方向）において、ツール固定部２１と基端面２２との間の位置には、スパナ掛け部２７が形成されている。スパナ掛け部２７は、両側にスパナ掛け用の平面が形成された部分であり、ツールホルダ２０を着脱のために回転軸４に対して回転させる際に、ツールホルダ２０にスパナ等の工具を係合させる部分である。

そして図５（ａ）に示すように、取付軸２３の外周には、前記回転軸４に形成されたネジ穴１１に螺合するネジ部２８が形成され、取付軸２３はネジ穴１１にネジ込むことが可能となっている。また、取付軸２３は、弾性変形可能な構成とされている。本例では、図５に示すように、取付軸２３の先端面から軸方向に伸びるように形成された複数のスリット２９（切り込み）のある分割構造となっており、これによって取付軸２３は、弾性変形可能となっている。

本例では、図５（ｂ）に示すように、周方向に等角度の位置に４個のスリット２９が、軸方向から見て放射状に形成されている。このスリット２９は、取付軸２３の径方向においては貫通した状態（両側に開口した状態）に形成されており、軸方向においては取付軸２３の先端面にのみ開口した状態に形成されている。これらスリット２９により、取付軸２３は、図５（ｂ）に示すように、軸方向から見て８分割された構造となっていて、分割された８個の部分がそれぞれ弾性変形することで、このようなスリットの無い単なるネジ軸に比べて全体として格段に弾性変形し易い構造となっている。そして、スリット２９の軸方向における長さ（切り込みの深さ）Ｌ２は、この場合図５（ａ）に示すように、ネジ部２８の長さＬ１よりも大きく設定され、ネジ部２８が十分に弾性変形可能となっている。

また、ツールホルダ２０における取付軸２３の根元部分（ネジ部２８が形成されていない部分）の周囲には、図５（ａ）に示すように、当該取付軸２３が回転軸４の前記ネジ穴１１にネジ込まれることによって、回転軸４の前述の凹部１２に嵌り込む拡径部３０が形成されている。拡径部３０の外径は、ネジ部２８の外形以上の大きさとされ、この拡径部３０の外周面３０ａ（この場合、円筒状の面）は、ツールホルダ２０の取付状態において、回転軸４の前述した内周面１２ａと接触するか又は僅かな隙間を有して対向する構成となっている。

ここで、外周面３０ａは、本発明のホルダ側接合面に相当し、取付角度設定用接合面として機能するとともに、芯合わせ用接合面としても機能する。即ち、本例のツールホルダ２０は、回転軸４への取り付けの際に、この外周面３０ａが前述の回転軸４の内周面１２ａに接合することによって、回転軸４に対する取付角度がある程度設定される（但し本例の場合、前述したように、ツールホルダ２０の取付角度は、最終的には前記基端面２２と前記先端面１０の隙間の無い接合（密着）によって高精度に設定される）。また、本例のツールホルダ２０は、この外周面３０ａが前述の回転軸４の内周面１２ａに接合することによって、中心線Ｓ２の径方向の位置が、回転軸４の中心線Ｓ１と一致（或いは略一致）し、これら中心線Ｓ２とＳ１の径方向の位置ズレが無くなる（或いは所定の範囲内に規制される）。

なお、前述の基端面２２と先端面１０の接合は、軸方向に直角な平面での接合であるため、ツールホルダ２０の取付角度を適正角度にすることはできるが、軸方向に直角な径方向の位置ズレを規制することはできない。これに対して、この外周面３０ａと内周面１２ａの接合は、軸方向に沿った円筒面での接合であるため、特にツールホルダ２０の径方向の位置ズレ（芯ズレ）を無くす（或いは所定範囲に規制する）ことができる。但し、前記ネジ穴１１の加工誤差（傾きや芯ズレ）があった場合でも、前述の基端面２２と先端面１０を確実に密着させるためには、この外周面３０ａと内周面１２ａの嵌合状態（嵌め合い）は、接合面間に僅かな隙間が生じる隙間ばめか、それに近い緩い嵌め合いが望ましい。

また、ツールホルダ２０の材料としては各種の材質が採用できる。但し、回転軸４の回転軸側接合面（少なくとも先端面１０を含み、好ましくは内周面１２ａも含む部分）を構成する材料と、ツールホルダ２０のホルダ側接合面（外周面３０ａを含む部分）を構成する材料とは、超音波の伝達速度が異なるように、各材料の材質が設定されている。例えば、回転軸４の回転軸側接合面がステンレス鋼の場合には、ツールホルダ２０のホルダ側接合面は例えばベリリウム銅によって構成されている。
なおこの場合、ツールホルダ２０の全体をベリリウム銅で構成する必要は必ずしもなく、例えば、ホルダ側接合面を含む基端側を除く部分（例えばスパナ掛け部２７やツール固定部２１など）は例えばステンレス鋼で構成することもできる。
また、超音波の伝達速度が異なる具体的材料としては、ステンレス鋼に対してベリリウム銅という組み合わせに限らない。例えば、ベリリウム銅と同じ性質を持つ材料をベリリウム銅の代りに使用することもできる。

以上説明した本実施例であると、次のような作用効果が得られる。
即ち、本実施例のツールホルダ２０は、全体を回転させて当該ツールホルダ２０の取付軸２３をスピンドル装置１の回転軸４の先端面に形成されたネジ穴１１にネジ込み締め付けることによって、容易に前記回転軸４に取り付けて固定することができる。また、全体を逆回転させて、その取付軸２３を前記ネジ穴１１から外すことによって、容易に取り外すことができる。つまり、ツールホルダ２０はネジ込みによって容易に着脱可能である。

しかも、前記ネジ穴１１が前記回転軸４の中心線Ｓ１に対して傾いていたとしても、図６（ａ）に示すように、この傾きは前記取付軸２３の弾性変形によって吸収されるため、前記取付軸２３を前記ネジ穴１１に十分にネジ込むことによって、当該ツールホルダ２０の基端面２２と前記回転軸４の先端面１０とが全面的に隙間なく接合（即ち、密着）した状態（又は密着に近い状態）を実現できる。ここで、図６（ａ）や後述の図７（ｂ）では、傾いたネジ穴１１の中心線を符号Ｓ３で示している。

なお、図７（ａ）は、上記取付軸２３の弾性変形による作用効果を説明するための比較例を示している。この比較例では、取付軸２３にスリット２９が形成されておらず、取付軸２３はネジ穴１１にネジ込む際にほとんど弾性変形できない。ところで、ネジ穴１１のようなネジ部を有する穴の加工は、精度を高めることが、ネジ部の無い単なる穴や内周面の加工に比較して困難であり、比較的大きな誤差（角度のズレや半径方法の位置ズレ）が生じ易い。

そして、このような誤差が、図７（ａ）の比較例の構成で発生すると、図７（ｂ）に強調して示すように、ツール固定部２１やツール５０の中心線Ｓ２の向きが、ネジ穴１１の中心線Ｓ３と一致し、前記回転軸４の中心線Ｓ１に対して大きく傾く不具合（即ち、取付角度のズレ）や、中心線Ｓ２の半径方向の位置が中心線Ｓ１に対してずれる不具合（芯ズレ）が生じる。この取付角度のズレや芯ズレが生じると、超音波加工を行うツール５０の先端がその分だけ振れ回ることになり、高精度な加工が困難となる。特に取付角度のズレは、図７（ｂ）に示すように、加工を行うツール５０の先端においては大きな位置ズレとなって現れる。そればかりか、上記傾き（取付角度のズレ）によって、図７（ｂ）に示すように、ツールホルダ２０の基端面２２と前記回転軸４の先端面１０との間に大きな隙間が発生し、この隙間によって超音波伝達が十分にできないという致命的な不具合が生じる恐れもある。

しかし、本実施例のツールホルダ２０は、その取付軸２３が、ネジ穴１１にネジ込む際に十分に弾性変形できる構造（この場合、スリット２９のある分割構造）となっている。これにより既述したように、ネジ穴１１が傾いていたとしても、取付軸２３をネジ穴１１に十分にネジ込むことによって、図６（ａ）のように前記基端面２２と前記先端面１０とが全面で隙間なく接合した密着状態（又はこの密着状態に近い状態）を実現できる。

このため、前記基端面２２と前記先端面１０との上記適正な接合によって、当該ツールホルダ先端側のツール固定部２１とこのツール固定部２１に固定されたツール５０の中心線Ｓ２の向きが、前記回転軸４の中心線Ｓ１と合致するように、前記基端面２２と前記先端面１０の向きを軸直角方向に所定の精度で設定しておけば、前記ネジ穴１１（中心線Ｓ３）が前記回転軸４の中心線Ｓ１に対して傾いていたとしても、前記回転軸４に対するツールホルダ２０やツール５０の傾き（少なくとも過度な傾き）が生じることはない。したがって、ツールホルダ２０の着脱容易性が確保でき、かつ、前記回転軸４に対するツールホルダ２０やツール５０の少なくとも取付角度のズレが生じ難くなる。

さらに本実施例では、芯合わせ用接合面（外周面３０ａと内周面１２ａ）も形成され、この芯合わせ用接合面が、ツールホルダ２０の取付時に、ツールホルダ２０の径方向の取付位置を適正に設定するように互いに接合する。このため、ネジ穴１１が径方向に位置ズレしていたとしても、ツールホルダ２０を回転軸４に取り付けた状態では、取付軸２３の弾性変形と、前記芯合わせ用接合面の接合による芯合わせの作用によって、例えば回転軸４の中心線Ｓ１とツールホルダ２０やツール５０の中心線Ｓ２とが一致した状態（芯が合った状態）になる。したがって、回転軸４に対するツールホルダ２０やツール５０の取付位置の半径方向のズレ（芯ズレ）も生じ難くなる。

また本実施例では、超音波スピンドル本体２の加振部によって回転軸４が超音波振動し、この超音波振動が前記先端面１０と前記基端面２２との密着によって確実にツール５０に伝達されるので、いわゆる超音波加工が可能な信頼性の高い超音波スピンドル装置が実現できる。

また本実施例によれば、上記ツールホルダ２０を備えているから、ツールホルダ２０の着脱容易性が確保でき、回転軸４に対するツールホルダ２０やツール５０の取付角度のズレや芯ズレが生じ難くなり、このズレによる加工精度の低下等の不具合を防止できる。

また本実施例によれば、前記取付軸２３の先端面から軸方向に伸びるようにスリット２９を加工するという容易な作業によって、取付軸２３の弾性変形可能な構成を容易かつ安価に実現できるという利点がある。

例えば、スリットのある構造以外の態様としては、取付軸２３の根元部分をゴムなどの弾性材料で形成し、取付軸２３のネジ部の部分をステンレス鋼などの金属材料で形成することで、弾性変形可能な構成とすることが原理的には考えられる。しかしその場合には、弾性材料と金属材料の接続構造が複雑になり、ツールホルダの制作が困難かつ高コストなものとなり、取付軸２３やネジ穴１１の部分が軸方向に大型化する可能性が高い。これに対して、本例の取付軸２３の態様であれば、通常のネジ軸にスリットを加工するだけですみ、制作が容易かつ安価であるし、大型化することもない。

また本実施例では、前述したようにツールホルダ２０の基端部の材質を設定したので、回転軸４の先端面１０とツールホルダ２０の基端面２２との間で（或いはさらに、ツールホルダ２０の外周面３０ａと回転軸４の内周面１２ａとの間で）、圧着が生じることを回避できる。

なお、本発明は上述した実施例に限られず、各種の変形や応用があり得る。
例えば、実施例１におけるツールホルダ２０の外周面３０ａを、中心線Ｓ２を中心とする先細りの円錐面（円錐状の面）とし、またこれに対応させて、回転軸４の内周面１２ａを、中心線Ｓ１を中心とする円錐面とすることによって、芯合わせ用接合面としても機能するテーパ面（断面形状が中心線Ｓ１、Ｓ２に対して傾斜した面からなる接合面）を形成してもよい。即ち、例えば図６（ｂ）に示すように、回転軸４におけるネジ穴１１の入口部分の周囲と、ツールホルダ２０における取付軸２３の根元部分の周囲とに、取付軸２３がネジ穴１１にネジ込まれる過程で接合面間距離が徐々に減少する方向のテーパ面４１，４２を形成した態様としてもよい。ここで、テーパ面４１は、実施例１の回転軸４の内周面１２ａを円錐面としたものであり、テーパ面４２は、実施例１のツールホルダ２０の外周面３０ａを円錐面としたものである。

このようなテーパ面を備える構成であると、これらテーパ面がやはり芯合わせ用接合面としても機能し、ネジ穴１１が回転軸４の中心線Ｓ１に対して位置ズレしていたとしても、ツールホルダ２０を回転軸４に取り付けた状態では、取付軸２３の弾性変形と、テーパ面の接合による芯合わせの作用によって、例えば回転軸４の中心線Ｓ１とツールホルダ２０やツール５０の中心線Ｓ２とが略一致した状態（芯が合った状態）になる。したがって、やはり、回転軸４に対するツールホルダ２０やツール５０の取付位置の半径方向のズレ（芯ズレ）も生じ難くなる。しかもこの場合、テーパ面（軸方向に対して傾斜した面）であるため、取付軸２３をネジ穴にネジ込んでゆく過程で、最初は接合面間距離が大きく、その後接合面間距離が徐々に減少するから、接合が円滑にできるようになり、ひいてはツールホルダ２０の取付作業（取付軸２３のネジ穴１１へのネジ込み作業）が円滑にできるようになる効果もある。

なお、図６（ｂ）に示したテーパ面４１，４２のような軸方向に対して傾斜した接合面を有する場合には、基端面２２と先端面１０のような軸方向に直角な接合面は必ずしも必要はない。例えばテーパ面４１，４２のみでも、これらテーパ面４１，４２を必ず密着させる構成とすることで、ツールホルダ２０の取付角度、径方向位置、及び軸方向位置の全てを設定することが可能だからである。超音波振動の伝達もテーパ面のみで行う構成もあり得る。この構成の場合、このテーパ面が、取付角度設定用接合面、芯合わせ用接合面、及び超音波伝達用接合面として機能することになる。
また、図６（ｂ）に示したようなテーパ面によって超音波振動の伝達を行う態様においても、このテーパ面の回転軸側を構成する材料と、このテーパ面のホルダ側を構成する材料とは、超音波の伝達速度が異なるように、各材料の材質が設定されることが望ましい。このように材質が設定されていれば、このテーパ面においても圧着が起きることが防止できる。

また、本発明（少なくとも主発明）は、回転軸を超音波振動させないスピンドル装置にも適用可能であることはいうまでもない。また、取付軸に形成するスリットの数や方向についても、実施例１の態様に限定されるものではない。

１ 超音波スピンドル装置
２ 超音波スピンドル本体
４ 回転軸（スピンドル）
１０ 先端面（回転軸側接合面、取付角度設定用接合面、超音波伝達用接合面）
１１ ネジ穴
１２ａ 内周面（回転軸側接合面、取付角度設定用接合面、芯合わせ用接合面）
２０ ツールホルダ
２１ ツール固定部
２２ 基端面（ホルダ側接合面、取付角度設定用接合面、超音波伝達用接合面）
２３ 取付軸
２８ ネジ部
２９ スリット
３０ａ 外周面（ホルダ側接合面、取付角度設定用接合面、芯合わせ用接合面）
４１ テーパ面（回転軸側接合面、取付角度設定用接合面、芯合わせ用接合面、超音波伝達用接合面）
４２ テーパ面（ホルダ側接合面、取付角度設定用接合面、芯合わせ用接合面、超音波伝達用接合面）
５０ ツール

Claims (4)

1. ツールを装着するためのネジ穴に対して取り付けられるツールホルダであって、
   軸方向における先端側に、ツールを固定するツール固定部が設けられ、軸方向における先端側と反対の基端側には、軸方向に突出する取付軸と、この取付軸の根元の周囲に位置して前記ネジ穴の入口に形成された接合面に接合可能なホルダ側接合面とが形成され、前記取付軸の外周には前記ネジ穴に前記取付軸をネジ込み可能とするネジ部が形成され、前記取付軸は弾性変形可能な構成とされ、
   前記弾性変形可能な構成は、前記取付軸の先端面から軸方向に伸びるスリットのある分割構造であり、前記スリットは前記取付軸の径方向において貫通していることを特徴とするツールホルダ。
2. 請求項１に記載のツールホルダと、このツールホルダが先端に取り付け可能な回転軸とを有し、
   前記回転軸の先端には、前記取付軸がネジ込み可能なネジ穴が形成され、前記取付軸が前記ネジ穴にネジ込まれることによって前記ツールホルダが前記回転軸に取り付けられる構成とされ、前記回転軸における前記ネジ穴の入口の周囲には、前記取付軸が前記ネジ穴にネジ込まれることによって前記ホルダ側接合面と接合する回転軸側接合面が形成されていることを特徴とするスピンドル装置。
3. 前記ホルダ側接合面及び前記回転軸側接合面として、前記ツールホルダの径方向の取付位置を適正に設定するように互いに接合する芯合わせ用接合面の機能を持つものがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスピンドル装置。
4. 前記ホルダ側接合面及び前記回転軸側接合面として、超音波を伝達するための超音波伝達用接合面の機能を持つものが形成され、前記回転軸を超音波振動させる加振部を有し、少なくとも前記超音波伝達用接合面については、前記ホルダ側接合面を構成する材料と、前記回転軸側接合面を構成する材料とで、超音波の伝達速度が異なることを特徴とする請求項２又は３に記載のスピンドル装置。

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