JP6144083B2 - Ultrasonic machining tools - Google Patents
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Description
本発明は、超音波加工装置によって超音波振動させることで、ワークを加工する超音波加工用工具に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic processing tool for processing a workpiece by ultrasonic vibration using an ultrasonic processing apparatus.
従来、振動発生部を振動させることでこの振動発生部に接続した超音波加工用工具(例えばカッター刃)を超音波振動させ、この超音波振動する工具をワークに当てることでワークを加工する超音波加工装置が使用されている(例えば特許文献1参照)。図7はこの種の超音波加工装置の先端の工具取付部300とカッター刃(超音波加工用工具)330とを示す要部斜視図である。同図に示すように工具取付部300の先端面には、縦方向にスリット状に切り欠いてなる工具挟持用のスリット301が設けられている。そして工具取付部300へのカッター刃330の取り付けは、スリット301にカッター刃330の根元部分を挿入し、工具取付部300の側面に設けた穴303に図示しないボルトを挿入してカッター刃330の根元側の辺に設けた凹状のボルト挿通部331内に貫通させた後、その先端をスリット301内の反対側の面に設けたネジ穴にねじ込み、締め付けることによって行われる。
Conventionally, an ultrasonic processing tool (for example, a cutter blade) connected to the vibration generating unit is vibrated ultrasonically by vibrating the vibration generating unit, and the workpiece is processed by applying the ultrasonic vibrating tool to the work. A sonic processing apparatus is used (see, for example, Patent Document 1). FIG. 7 is a perspective view showing a main part of a
ところで、上記超音波加工装置によって切断しようとするワークが硬いワークである場合、カッター刃として硬い超硬合金を用いる。一方カッター刃を挟持する工具取付部としては、例えば超音波に対してロスの少ない軽くて剛性のあるチタン合金を用いる。しかしながら、チタン合金、超硬合金の何れも熱伝導性が良くないので、カッター刃の工具取付部による挟持部分に熱がこもり易く、高温になってしまうという問題があった。このため例えばこのカッター刃によってカーボン繊維のような硬いワークをカットする場合、前記挟持部分にかかる高熱と力によってカッター刃などが傷み易くなる。このため例えばこのカッター刃によってカーボン繊維製のワークなどを加工し続けていると、前記チタン製の工具取付部にクラックが生じたり、カッター刃が割れてしまうなどの恐れがあった。 By the way, when the workpiece to be cut by the ultrasonic processing apparatus is a hard workpiece, a hard cemented carbide is used as the cutter blade. On the other hand, a light and rigid titanium alloy with little loss with respect to ultrasonic waves is used as the tool mounting portion for holding the cutter blade. However, since neither the titanium alloy nor the cemented carbide has good thermal conductivity, there is a problem that heat is easily trapped in the clamping portion of the cutter blade by the tool mounting portion, resulting in a high temperature. For this reason, for example, when a hard work such as carbon fiber is cut with this cutter blade, the cutter blade or the like is easily damaged by the high heat and force applied to the clamping portion. For this reason, for example, when a carbon fiber workpiece or the like is continuously processed by the cutter blade, there is a risk that the titanium tool mounting portion may crack or the cutter blade may be broken.
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、簡単な構成で、超音波加工装置の工具取付部による挟持部分の発熱を抑制できる超音波加工用工具を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic machining tool capable of suppressing heat generation in a clamping portion by a tool mounting portion of an ultrasonic machining apparatus with a simple configuration. .
本願請求項1に記載の発明は、超音波振動を発生する超音波加工装置の工具取付部に形成した工具挟持用スリットに挟持される超音波加工用工具であって、前記超音波加工用工具の前記工具挟持用スリット内で挟持される面と、前記超音波加工用工具の前記工具挟持用スリット内で挟持される面から外部に突出している面とに渡って放熱用金属層を形成し、前記放熱用金属層は、前記超音波加工用工具を構成する金属よりも熱伝導性が良く且つ融点が低い材質の金属であって、さらにこの放熱用金属層の放熱によって前記工具挟持用スリットに前記超音波加工用工具を挟持して超音波振動させた際の摩擦熱によっても溶融しない材質の金属からなることを特徴としている。
これによって、超音波加工用工具が工具挟持用スリット内に挟持された部分で発生する熱が、放熱用金属層によって効率的に外部に放熱でき、前記挟持部分の温度上昇を抑制できる。これによって工具取付部にクラックが生じたり、超音波加工用工具自体に割れが生じたりすることを防止することができる。
特に、放熱用金属層の一部を外部(通常は空気中)に露出したので、露出した面によって効率的に熱を放出でき、これによって前記挟持部分のより効果的な発熱の抑制を図ることができる。これによってたとえ融点の低い放熱用金属層であっても、溶融することなく、効果的な前記挟持部分の冷却ができる。
従来、超音波振動する硬い超音波加工用工具と硬い工具取付部の間に、メッキなどによる金属層を介在することは、この金属層が溶融する恐れがあるなどの観念から、考えられてこなかった。本願発明者は、たとえ放熱用金属層の融点の温度が低くても、それよりも熱伝導が良いことによる冷却効果が勝ることに着目し、本発明に想到した。
なお超音波加工用工具はカッター刃に限らず、ワークを超音波加工する超音波加工用工具であれば、他の各種工具(例えばダイヤモンドヤスリなど)であっても良い。
The invention described in the
Thereby, the heat generated at the portion where the ultrasonic processing tool is sandwiched in the tool clamping slit can be efficiently radiated to the outside by the heat radiating metal layer, and the temperature rise of the clamping portion can be suppressed. As a result, it is possible to prevent cracks from occurring in the tool mounting portion or cracks in the ultrasonic processing tool itself.
In particular, since a part of the metal layer for heat dissipation is exposed to the outside (usually in the air), heat can be efficiently released by the exposed surface, thereby more effectively suppressing heat generation at the sandwiched portion. Can do. Thereby, even if it is a metal layer for heat dissipation with a low melting | fusing point, the said clamping part can be cooled effectively, without fuse | melting.
Conventionally, interposing a metal layer by plating or the like between a hard ultrasonic processing tool that vibrates ultrasonically and a hard tool mounting part has not been considered from the idea that this metal layer may melt. It was. The inventor of the present application has arrived at the present invention by paying attention to the fact that the cooling effect is superior due to better heat conduction even when the temperature of the melting point of the metal layer for heat dissipation is low.
The ultrasonic machining tool is not limited to the cutter blade, and may be other various tools (for example, a diamond file) as long as it is an ultrasonic machining tool for ultrasonically machining a workpiece.
また本発明は、前記特徴に加えて、前記超音波加工用工具はカッター刃であり、前記放熱用金属層は、前記カッター刃の根元側部分の両面であって、カッター刃が工具挟持用スリット内で挟持される根元側の面から、前記工具挟持用スリット先端から外部に所定寸法突出している面に渡って形成されていることが好ましい。 Further, according to the present invention, in addition to the above features, the ultrasonic processing tool is a cutter blade, and the metal layer for heat dissipation is both surfaces of a root side portion of the cutter blade, and the cutter blade is a slit for tool clamping. It is preferable to form from the surface on the base side sandwiched inside to the surface projecting a predetermined dimension from the tip end of the tool clamping slit .
また本発明は、前記特徴に加えて、前記超音波加工用工具の材質は超硬合金であり、前記工具取付部の材質はチタン合金であり、前記放熱用金属層の材質は銅であることが好ましい。なお、超硬合金よりも熱伝導性の良い金属としては、銅の他に、金、銀、アルミニウム、ニッケルなどがあり、銅に代えてこれらの金属を用いても良い。また放熱用金属層は、複数種類の金属を積層して形成しても良い。 Further, according to the present invention, in addition to the above features, the material for the ultrasonic processing tool is a cemented carbide, the material for the tool mounting portion is a titanium alloy, and the material for the metal layer for heat dissipation is copper. Is preferred. In addition to copper, there are gold, silver, aluminum, nickel, and the like as metals having better thermal conductivity than cemented carbide, and these metals may be used instead of copper. The heat dissipation metal layer may be formed by laminating a plurality of types of metals.
本発明によれば、簡単な構成で、工具取付部による超音波加工用工具の挟持部分の温度上昇を低く抑えることができる。これによって工具取付部にクラックが発生したり、超音波加工用工具自体に割れが発生したりすることを効果的に防止できる。 According to the present invention, with a simple configuration, it is possible to suppress the temperature rise of the sandwiched portion of the ultrasonic machining tool by the tool mounting portion to a low level. As a result, it is possible to effectively prevent cracks from occurring in the tool mounting portion or cracks in the ultrasonic machining tool itself.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる超音波加工用工具(以下「カッター刃」という)10を取り付けた超音波加工装置1の側面図、図2は超音波加工装置1の先端側部分の要部拡大斜視図、図3は超音波加工装置1の先端側部分の要部拡大分解斜視図である。これらの図に示すように超音波加工装置1は、内部に図示しない振動発生部を収納する略円筒形状のケース50と、ケース50の一端部から外部に突出するホーン部40と、ホーン部40の先端に設けた工具取付部41の先端に取り付けられるカッター刃10とを具備して構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of an
ケース50の内部には図示しないピエゾ圧電素子層などによって構成される振動発生部が収納されている。振動発生部の一端は前記ホーン部40に連結されており、ホーン部40はケース50の一側面から外部に突出している。ホーン部40はチタン合金製である。チタン合金は、軽く、剛性があって伸縮し、超音波振動に対してロスの少ない金属である。
Inside the
工具取付部41の先端面には、縦方向にスリット状に切り欠いてなる工具挟持用のスリット43が設けられている。工具取付部41の外周面の先端側付近には、スリット43の面に対して垂直にこの工具取付部41を貫通するボルト挿入用の穴45が設けられている。穴45のボルト30を挿入する側の入口部分は円錐状(すり鉢状)の凹部47となっている。またスリット43を挟んだ反対側の穴45の内周面には、下記するボルト30のオネジを螺合するメネジが設けられている。
A
カッター刃10は、略2等辺三角形の平板状であり、2等辺の部分が刃11となっている。カッター刃10の根元側部分の中央には円形の孔からなるボルト挿通部13が設けられている。カッター刃10の厚みは、前記スリット43内に略ぴったり挿入できる厚みとなっている。カッター刃10は超硬合金製である。超硬合金は焼結体であり、硬くて耐摩耗性が高く、切削工具などに用いて好適な材料である。なお、ボルト挿通部13は、孔の代りに、前記図7に示すボルト挿通部331のように凹部で構成しても良い。
The
そしてこのカッター刃10の根元側部分の両面には、放熱用金属層(以下この実施形態では「放熱用メッキ」という)15が施されている。放熱用メッキ15はこの例では銅メッキを用いている。そして放熱用メッキ15は、カッター刃10が工具挟持用スリット43内で挟持される根元側の面から、前記工具挟持用スリット43先端から外部に所定寸法突出している面に渡って形成されている。
A heat radiating metal layer (hereinafter referred to as “heat radiating plating” in this embodiment) 15 is applied to both surfaces of the base side portion of the
そして工具取付部41へのカッター刃10の取り付けは、スリット43にカッター刃10の根元部分を挿入し、工具取付部41の穴45にボルト30を挿入してカッター刃10のボルト挿通部13を貫通してスリット43内の反対側の面に設けた穴45内のメネジにねじ込み、締め付けることによって行われる。このとき図2に示すように、カッター刃10の放熱用メッキ15の一部は、スリット43の先端部分から外部に(空気中に)露出する。
The
以上のようにして構成されている超音波加工装置1において、ケース50内の振動発生部を駆動して超音波振動を発生させれば、その超音波振動がホーン部40に伝達され、超音波加工装置1全体が中心軸L方向に超音波振動し、カッター刃10によるワークの加工が行えるようになる。なお、カッター刃10の放熱用メッキ15が露出している部分は、カッター刃10の根元付近なので、ワークに触れることはなく、ワークの加工時に剥がれることはない。
In the
そして超音波加工装置1全体が超音波振動した際、工具取付部41がカッター刃10を挟持している部分に、摩擦による熱が発生する。この摩擦熱は、カッター刃10を硬いワークに当てて加工する際、増大し、より高温になる。カッター刃10が高温になると、カッター刃10を構成する超硬合金や、工具取付部41を構成するチタン合金が熱で劣化し、場合によってはカッター刃10が割れたり、工具取付部41にクラックが生じたりする恐れがある。
And when the
これに対してこの超音波加工装置1においては、カッター刃10に放熱用メッキ15を設けているので、工具取付部41がカッター刃10を挟持している部分に生じる摩擦熱は、放熱用メッキ15に導入され、さらに放熱用メッキ15の空気に露出している露出面において空気中に効率的に放熱される。このため、前記摩擦熱が前記挟持部分に籠ることはなく、温度上昇を最小限に抑えることができる。これによってカッター刃10を構成する超硬合金や、工具取付部41を構成するチタン合金が熱で劣化することを効果的に防止でき、カッター刃10の割れや、工具取付部41のクラックを防止できる。
On the other hand, in this
なお上記放熱用メッキ15は、軟らかい銅なので、硬い超硬合金と硬いチタン合金を直接接合するよりも、その間に軟らかい金属が介在することで、摩擦自体を和らげ、摩擦熱を抑制できる効果も有する。 In addition, since the said heat dissipation plating 15 is soft copper, rather than directly joining a hard cemented carbide alloy and a hard titanium alloy, it has the effect that a soft metal interposes between them and can reduce friction itself and suppress frictional heat. .
一方で銅やその他の熱伝導性の良い金属は一般にその融点がカッター刃10の材料や工具取付部41の材料に比べて低く、前記摩擦熱で溶ける恐れがあるとして、従来、超音波加工装置1の分野においては、カッター刃10と工具取付部41の間に、このような融点の低い金属層を介在させることは行われていなかった。これに対して本発明においては、前述のように放熱用メッキ15の一部をカッター刃10の根元側部分において空気中に露出して放熱性を向上させることができたので、このような融点の低い金属を介在させても摩擦熱によって溶融することはなく、上記溶融という問題も解決したのである。
On the other hand, copper and other metals having good thermal conductivity are generally lower in melting point than the material of the
図4は上記放熱用メッキ15を施した本実施形態にかかるカッター刃10を装着した超音波加工装置1と、放熱用メッキ15を施さない従来のカッター刃を装着した超音波加工装置1の両者について、空気による冷却を行わないで、空運転した場合の、カッター刃近傍部分の温度上昇の状態を経時的に測定した測定結果を示す図である。また図5は上記放熱用メッキ15を施した本実施形態にかかるカッター刃10を装着した超音波加工装置1を85秒間空運転した直後の、カッター刃近傍部分の温度上昇の状態をサーモグラフィーで測定した測定結果を示す図、図6は放熱用メッキ15を施さない従来のカッター刃を装着した超音波加工装置1を30秒間空運転した直後の、カッター刃近傍部分の温度上昇の状態をサーモグラフィーで測定した測定結果を示す図である。
FIG. 4 shows both the
図4に示すように放熱用メッキ15を施したカッター刃10を使用した場合は、放熱用メッキ15を施さないカッター刃を使用した場合に比べ、温度上昇の傾斜が経時的になだらかで、最高温度も明らかに低くなることが確認できた。
As shown in FIG. 4, when the
また図5と図6を比較すると、放熱用メッキ15を施したカッター刃10の場合は、カッター刃10中に100℃を超す部分がない(全体に50℃程度)のに対し、放熱用メッキ15を施さない従来のカッター刃の場合は、短い時間であるにもかかわらず、カッター刃中に100℃を超す部分が生じている。これらのことから放熱用メッキ15を施したカッター刃10の方がその温度上昇を効果的に低く抑えられることを確認できた。
Further, comparing FIG. 5 with FIG. 6, in the case of the
上記測定結果は、空気による冷却を行っていない場合の測定結果であり、空気による冷却を行えば、さらに放熱用メッキ15による効果が増幅される。 The measurement result is a measurement result when cooling with air is not performed. If cooling with air is performed, the effect of the heat dissipation plating 15 is further amplified.
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記例では工具取付部41の材質としてチタン合金を用いたが、その代りにアルミニウムなどの他の材質のものを用いても良い。またカッター刃10の材質も、超硬合金に限定されず、他の各種硬質の材料を用いても良い。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims and the specification and drawings. Is possible. Note that any shape, structure, or material not directly described in the specification and drawings is within the scope of the technical idea of the present invention as long as the effects and advantages of the present invention are exhibited. For example, in the above example, a titanium alloy is used as the material of the
また放熱用メッキ15の材質も、銅に限定されず、例えば金、銀、アルミニウム、ニッケルなどを用いても良い。要はカッター刃10を構成する金属よりも熱伝導性の良い金属からなる放熱用メッキであればよい。また複数種類の金属を積層して形成しても良い。
Further, the material of the heat dissipation plating 15 is not limited to copper, and gold, silver, aluminum, nickel, or the like may be used, for example. In short, any heat dissipating plating made of a metal having better thermal conductivity than the metal constituting the
また上記例では放熱用金属層を形成する方法としてメッキを用いたが、本発明はメッキに限定されず、蒸着、電子ビーム照射など、他の各種方法によって放熱用金属層を形成してもよい。 In the above example, plating is used as a method of forming the heat dissipation metal layer. However, the present invention is not limited to plating, and the heat dissipation metal layer may be formed by various other methods such as vapor deposition and electron beam irradiation. .
また上記例では超音波加工用工具としてカッター刃10を用いたが、ダイヤモンドヤスリなどの他の各種超音波加工用工具であっても良い。要は工具取付部に形成した工具挟持用スリットに挟持される超音波加工用工具であればよい。
In the above example, the
また放熱用金属層から熱を逃がす他の手段があれば、必ずしも放熱用金属層を超音波加工用工具の工具挟持用スリットの先端から突出している面にまで形成しなくても良い。例えば、工具取付部内において放熱用金属層に空気を吹きかける構造にしたり、超音波加工用工具の根元部分側を外部に露出してこの部分で放熱する構造にするなどである。 If there is another means for releasing heat from the heat radiating metal layer, the heat radiating metal layer may not necessarily be formed on the surface protruding from the tip of the tool clamping slit of the ultrasonic machining tool. For example, a structure in which air is blown onto the heat radiating metal layer in the tool mounting portion, or a structure in which the base portion side of the ultrasonic processing tool is exposed to the outside and heat is radiated in this portion, is used.
1 超音波加工装置
10 カッター刃(超音波加工用工具)
11 刃
13 ボルト挿通部
15 放熱用メッキ(放熱用金属層)
30 ボルト
40 ホーン部
41 工具取付部
43 スリット(工具挟持用スリット)
45 穴(ボルト挿入用穴)
50 ケース
1
11
30
45 holes (Bolt insertion holes)
50 cases
Claims (3)
前記超音波加工用工具の前記工具挟持用スリット内で挟持される面と、前記超音波加工用工具の前記工具挟持用スリット内で挟持される面から外部に突出している面とに渡って放熱用金属層を形成し、
前記放熱用金属層は、前記超音波加工用工具を構成する金属よりも熱伝導性が良く且つ融点が低い材質の金属であって、さらにこの放熱用金属層の放熱によって前記工具挟持用スリットに前記超音波加工用工具を挟持して超音波振動させた際の摩擦熱によっても溶融しない材質の金属からなることを特徴とする超音波加工用工具。 An ultrasonic processing tool that is sandwiched in a tool clamping slit formed in a tool mounting portion of an ultrasonic processing device that generates ultrasonic vibrations ,
Said surface to be clamped in the tool clamping the slit before Symbol ultrasonic machining tool, said over from the surface to be clamped in the tool clamping the slit of the ultrasonic machining tool and the surface that protrudes to the outside Forming a metal layer for heat dissipation,
The heat dissipating metal layer is a metal having a material having better thermal conductivity and a lower melting point than the metal constituting the ultrasonic processing tool, and further, the heat dissipating from the heat dissipating metal layer forms the tool clamping slit. An ultrasonic processing tool comprising a metal made of a material that is not melted by frictional heat when the ultrasonic processing tool is sandwiched and ultrasonically vibrated .
前記超音波加工用工具はカッター刃であり、
前記放熱用金属層は、前記カッター刃の根元側部分の両面であって、カッター刃が工具挟持用スリット内で挟持される根元側の面から、前記工具挟持用スリット先端から外部に所定寸法突出している面に渡って形成されていることを特徴とする超音波加工用工具。 The ultrasonic processing tool according to claim 1,
The ultrasonic processing tool is a cutter blade,
The heat dissipating metal layer protrudes from the tip side of the tool clamping slit to the outside by a predetermined dimension from both sides of the base side portion of the cutter blade and from the base side surface where the cutter blade is clamped in the tool clamping slit. A tool for ultrasonic machining, characterized by being formed over a surface .
前記超音波加工用工具の材質は超硬合金であり、前記工具取付部の材質はチタン合金であり、前記放熱用金属層の材質は銅であることを特徴とする超音波加工用工具。 The ultrasonic processing tool according to claim 1 or 2 ,
A material for the ultrasonic processing tool is a cemented carbide, a material for the tool mounting portion is a titanium alloy, and a material for the metal layer for heat dissipation is copper.
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