JPH03234450A - 超音波加工機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波ホーンに取り付けられた工具に加工液
を供給する超音波加工機に関する。

［従来の技術］ 従来、工具を超音波振動させるとともに回転させ、穴加
工を行なう超音波加工機が開発されている。この超音波
加工機は、工具の先端から加工液を噴出することにより
、工具先端部の切粉の排出や冷却を行なう。工具の先端
部への加工液の供給は、工具に形成された透孔およびこ
の透孔に連通する超音波ホーン内の加工液路によって行
なわれる。

超音波ホーンに加工液を供給する技術としては、特願昭
６３−１５２１００号に示されているものがある。これ
は、超音波ホーンの加工液路に、外部から加工液を供給
する固定側部材と、超音波ホーンとの間に形成される油
路を、僅かなりリアランスによってシールする技術であ
る。これにより、固定側部材と超音波ホーンとを非接触
にして、工具の超音波振動や高速回転が固定側部材の接
触によって阻害されることを防止する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来の技術では、固定側部材と超音波ホー
ンとの間のシールが単なるクリアランスであることから
、この部分から加工液が漏出するものであった。このた
め、工具に供給する加工液の圧力を高くした場合に、シ
ールの部分から加工液が漏出して、工具の周囲に飛散し
、工具の先端が見難くなり、作業性が低下する問題があ
った。

本発明は、前記課題を解決することにより、固定側部材
と超音波ホーンとの間から加工液が漏出することのない
超音波加工機の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するための手段として、本発明の超音波
加工機は、本体に回転自在に支持された超音波振動子に
連結され外部に軸形状部が形成され内部に加工液を通す
加工液路が形成された超音波ホーンと、該超音波ホーン
に取り付けられ前記カロエ液路に連通する透孔を内部に
有する工具と、を備えた超音波加工機において、前記本
体に固定され、加工液供給手段から加工液の供給を受け
る加工液供給液路を有するとともに、前記軸形状部の外
周面に沿う内周面を有する固定側部材と、該固定側部材
の内周面に形成され、前記加工液供給液路と連通した円
周溝と、前記超音波ホーンに形成され、前記円周溝に対
向する位置で、かつ該超音波ホーンの軸形状部の外周面
に設けられた開口部を有し、前記加工液路と連通ずるホ
ーン連通液路と、前記開口部に隣接して設けられ、前記
軸形状部の外周面と前記固定側部材の内周面とによって
形成される第１の微少間隙と、該第１の微少間隙に隣接
して設けられ、前記軸形状部の外周面と前記固定側部材
の内周面との間に形成された圧力降下室と、前記固定側
部材に設けられ、前記圧力降下室に連通したドレイン液
路と、前記圧力降下室に隣接して設けられ、前記軸形状
部の外周面と前記固定側部材の内周面とによって形成さ
れた第２の微少間隙と、前記固定側部材に設けられ、前
記第２の微少間隙に連通したエア供給通路とを備えるこ
とを要旨とする。

［作用］ 本発明の超音波加工機にあっては、固定側部材の加工液
供給液路を介して、この固定側部材の内周面に形成され
た円周溝に、加工液供給手段が加工液を供給する。円周
溝に供給された加工液は、固定側部材の内周面と軸形状
部の外周面とによって形成された第１の微少間隙によっ
て、円周溝内に封じ込められる。円周溝内の加工液は、
超音波ホーンの外周面に形成され、かつ円周溝に対向す
る位置に設けられた開口部を介して、超音波ホーン内部
の加工液路に流入する。次いで、工具内部に形成された
透孔を介して、工具の外部に噴出する。

又、円周溝に供給された加工液の一部は、第１の微少間
隙から圧力降下室に漏出する。圧力降下室に漏出した加
工液は、漏出した時に圧力が急激に低下される。圧力降
下室の加工液は、第２の微少間隙によって圧力降下室に
封じ込められ、ドレイン液路によって固定部材の外部に
放出される。

又、第２の微少間隙には、エア供給通路からエアが供給
されており、圧力降下室内の加工液が第２の微少間隙に
侵入することを防止している。

これにより、超音波加工機は、固定側部材と超音波ホー
ンとの間が非接触で、しかも加工液を超音波ホーンと固
定側部材との間から工具側に漏出させることなく、工具
の透孔に供給する。

［実施例］ 本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は超音波加工機の一部分を示す構成図、第２図は
超音波加工機１の正面図であり、主軸台１３を一部破断
して示している。

第２図に示すように、ベツド１０上には工作物Ｗが載置
される加工テーブル１１が水平面内で移動可能に設けら
れている。ベツド１０上の加工テーブル１１後方にはコ
ラム１２が直立して設けられ、コラム１２上に主軸台１
３が昇降可能に設けられている。主軸台１３には、筒形
状をした主軸１５が軸受１６，１７により回転自在に支
承され、カップリング１８により主軸モータ１９の出力
軸に連結されている。主軸１５の上方には２つのスリッ
プリング２０が設けられ、ブラシ２１を経由して超音波
発振器２２からの電圧を主軸１５内の超音波振動子２５
に印加できるようにされている。

筒形状をした主軸１５の内部には、超音波振動子２５が
結合された超音波ホーン２６が組み込まれ、主軸１５と
一体に回転する。超音波ホーン２６の先端には研削加工
を行う工具２７が取付けられている。また、主軸台１３
の下面には加工液供給アダプタ２８が取付けられ、加工
液供給装置２９からの加工液を工具２７内に供給できる
ようにされている。加工液供給アダプタ２８には、後述
するごとく、空気圧供給装置３０からの空気圧が供給さ
れている。

第１図に示すように、主軸１５は一部が筒形状に形成さ
れ、軸端に開口する内径面３１・を有している。その内
径面３１は軸端付近において拡径され、段付孔３２が形
成されている。一方、略軸形状をした超音波ホーン２６
は、上下に２つの支持フランジ部３３．３４を有し、上
端に電歪素子からなる超音波振動子２５が固定されてい
る。また、下端には工具２７が取付けられ着脱可能であ
る。

超音波ホーン２６の下端付近は超音波振動を増幅するた
め縮径されている。そして、支持フランジ部３３．３４
は、超音波ホーン２６に工具２７を取付は超音波振動子
２５で励振した際の軸方向の振動振幅の最も小さい節（
ノード）となる上下２つの位置にそれぞれ形成されてい
る。

超音波振動子２５が結合された超音波ホーン２６は、そ
の上支持フランジ部３３の円筒面が主軸内径面３１に摺
接し、下支持フランジ部３４が段付孔３２に摺接嵌合す
るように主軸１５の内径部に組み込まれる。そして、下
支持フランジ部３４の端面が環板形状をしたフランジ押
え板３５により２つの錆性リング３６，３７を介して上
方に押し込まれて固定される。フランジ押え板３５はボ
ルト３８．３９により主軸１５端面に締着される。

超音波ホーン２６の下端付近は縮径されて軸形状部４１
をなしている。その軸形状部４１の軸端面には工具２７
を嵌合締着するための嵌合孔４２及びねじ孔４３が軸方
向に設けられている。そのねじ孔４３に連通するように
半径方向に複数の孔４４が明けられ、軸形状部４１の側
周面の同一円周上に複数の開口４５．４６を形成してい
る。

工具２７はコアリングを行うものであり、先端に環状の
ダイヤモンド砥石５１が設けられ、軸心部には加工液を
吐出する透孔５２が設けられている。

超音波ホーンの軸形状部４１に設けられた軸方向のねじ
孔４３及び径方向の孔４４は、軸形状部周面の同一円周
上に明けられたー又は複数の開口４５．４６と工具２７
の透孔５２とを連通ずる加工液路５３を構成している。

加工液供給アダプタ２８は、底板を有する円筒形状をな
し、フランジ部２８ａにより主軸台１３に締着されてい
る。加工液供給アダプタ２８の底板部中央には挿通孔６
１が明けられ、超音波ホーン２６の軸形状部４１が僅か
なりリアランスを保って非接触で貫通される。挿通孔６
１の内周面には円周溝６２が形成され、その円周溝６２
と加工液供給口６３とを連通ずる加工液通路６４が形成
されている。円周溝６２は超音波ホーン２６の開口４５
．４６に対向するようにされている。加工液供給口６３
には加工液供給装置２９からの配管６５が接続され、’
ｌ０Ｋｆｉ／ｌｉｔ以上の高圧の加工液が供給される。

加工液供給アダプタ２８の円周溝６２の両隣りには、挿
通孔６１と軸形状部４１とが僅かなりリアランスを保っ
て対向する第１の微少間隙７１Ａ。

７１Ｂが構成されている。

第１の微少間隙７１Ａ、７１Ｂの両隣りには、円周溝７
３Ａ、７３Ｂが形成されている。この円周溝７３Ａ、７
３Ｂは、第１の微少間隙７１Ａ。

７１Ｂに隣接する圧力降下室７５Ａ、７５Ｂを構成する
ものである。この圧力降下室７５Ａ、７５Ｂは、加工液
供給アダプタ２８内に形成されたドレイン孔７７と連通
している。ドレイン孔７７は、加工液供給アダプタ２８
の下端面７９の排出開口８１と連通している。

排出開口８１と対向する位置には、図示しない加工液受
器が配設されている。加工液受器は、排出開口８１から
排出された加工液を受けて、加工液供給装置２９に送給
する。

圧力降下室７５八、７５Ｂの第１の微少間隙７ＩＡ、７
１Ｂとは反対側には、挿通孔６１と軸形状部４１とが僅
かなりリアランスを保って対向する第２の微少間隙８２
Ａ、８２Ｂが構成されている。ざらに、その第２の微少
間隙８２Ａ、８２Ｂの隣りには、円周溝８４Ａ、８４Ｂ
が形成されている。この円周溝８４八、８４Ｂは、第２
の微少間隙８２Ａ、８２Ｂに空気圧を供給するエア供給
通路８６Ａ、８６Ｂを構成するものである。エア供給通
路８６Ａ、８６Ｂは、加工液供給アダプタ２８内に形成
されたエア供給孔８８Ａ、８８Ｂと連通している。エア
供給孔８８Ａ、８８Ｂには、エア供給口９０Ａ、９０Ｂ
が設けられている。エア供給口９０Ａ、９０Ｂには、空
気圧供給装置３０からの配管９２Ａ、９２Ｂが接続され
、圧縮空気が供給される。

作動について説明する。加工液供給装置２９から送られ
た高圧の加工液は加工液供給アダプタ２８の加工液供給
口６３から加工液通路６４を通り、第１の微少間隙７１
Ａ、７１Ｂにより塞がれた円周溝６２に充満する。円周
溝６２に充満した高圧加工液は開口４５．４６から超音
波ホーン２６内部の径方向の孔４４及び軸方向のねじ孔
４３からなる加工液路５３を通り、工具２７軸心の透孔
５２に供給され、加工箇所に吐出される。高圧加工液の
極く一部は第１の微少間隙７１Ａ、７１Ｂを通って、圧
力降下室７５Ａ、７５Ｂに噴出する。

圧力降下室７５Ａ、７５Ｂの断面積は、第１の微少間隙
７１Ａ、７１Ｂに比べて十分大きい。このため、噴出し
た高圧加工液には、圧力降下作用が働く。これにより、
圧力降下室７５Ａ、７５Ｂに充満する加工液の圧力は、
円周溝６２内の加工液の圧力に比べて大幅に低減する。

圧力降下室７５Ａ、７５Ｂ内の加工液は、圧力降下室７
５Ａ、７５Ｂ内に充満することなくほぼ大気圧で一時的
に蓄えられた後、ドレイン孔７７から排出される。

エア供給通路８６Ａ、８６Ｂに供給された圧縮空気は、
エア供給通路８６八、８６Ｂや第２の微少間隙８２Ａ、
８２Ｂの空間の圧力を、はぼ圧縮空気の圧力まで上昇さ
せる。これにより、第２の微少間隙８２Ａ、８２Ｂはエ
アシールとして機能する。したがって、はぼ大気圧まで
低下した圧力降下室７５Ａ、７５Ｂ内の加工液は、第２
の微少間隙８２Ａ、８２Ｂに侵入することはない。この
結果、第１の微少間隙７１Ａ、７１Ｂから漏出して、圧
力降下室７５Ａ、７５Ｂ内に侵入した加工液は、全てド
レイン孔７７から排出される。

加工液が全てドレイン孔７７から排出されるには、圧力
降下室７５Ａ、７５Ｂ内の圧力が第２の微少間隙８２Ａ
、８２Ｂの圧力より小さいことが条件となる。この条件
を満足するには、圧力降下室７５Ａ、７５Ｂ内に加工液
が充満することのないドレイン孔７７を設ける必要があ
る。

次に、このようなドレイン孔７７の開口径［）ｄの算出
例を第３図に基づいて説明する。第３図は、第１の微少
間隙７１Ａ、圧力降下室７５Ａ、および第２の微少間隙
８２Ａが設けられている状態を一般的なモデルにして示
す。

第３図では、加工液の供給側である円周溝６２内におけ
る加工液の圧力をＰＯ，・流速をｖＯ２断面積をＳｏと
する。第１の微少間隙７１Ａの断面積を８１とする。第
１の微少間隙間７１八から漏出した加工液の圧力をＰｉ
　　（Ｐｉ二Ｏ）、流速をｖｌとする。

第１の微少間隙７１Ａの前（以後単に前と記す）と、後
（以後単に後と記す〉との圧力および流速の関係は、ベ
ルヌーイの定理より下記（１）式のようになる。

ｈｏｌ・・・損失水頭 ｈＯｌについて急拡大の損失を考えると、ｈｏ１＝ξ（
Ｖｏ−Ｖｌ）　２／２ＣＪである。

ここで、前後の断面積比が大きい場合には、ｈ０１＝Ｖ
１２／２Ｑとすることができる。

Ｚｏ　＝Ｚ１．Ｐ１＝Ｏとすると、（１〉式は下記（２
〉式となる。

■ｏ２＋Ｐｏ−ｖ１２＋ｖ１２ ２ｇ　　γ　　２Ｑ　　　２ｇ　　　、、、（２）又、
連続の式により、Ｓｏ　Ｖｏ　＝Ｓ１Ｖ１゜Ｖｏ／Ｖ１
＝Ｓ１／Ｓｏ″、Ｏとでき、Ｖｏ　′、Ｏとなる。

したがって、（２）式は、ヱＪ　＝Ｖｔ　’となる。

γ　　　ｑ これにより、加工液の供給圧Ｐａがわかれば、後の流速
ｖ１が求まる。又、断面積Ｓ１がわかれば、ドレイン孔
７７から排出しなければならないトレイン量Ｑ１が求ま
る。

第４図に、第１の微少間隙７１Ａの断面積Ｓ１をｏ、ｏ
ｏ２ｓｃ、１．加工液の供給圧ＰＯを１．１８，３４．
４３Ｋｇ／ｃｄとした場合のドレインｌ（ｈの理論値と
実測定値とを示す。

次に第１の微少間隙７１Ａから噴出するドレインを一旦
圧力降下室７５八にためてドレイン孔７７より排出する
わけであるが、圧力降下室７５Ａが満杯にならないよう
なドレイン孔７７の八きさが必要となる。

第３図においてドレイン量Ｑｄはドレイン孔７７より十
分排出されねばならないので圧力降下室７５Ａの水位は
、所定水位口（満杯にならない高さ）必要である。

トリチェリの定理よりドレイン孔７７より排出される加
工液の流速Ｖｄは、 Ｖｄ＝＝ｖ７σＨで与えられる。

したがってＱｄ＝ｓｚ　−ｖｃｉ＝Ｆ７丁汗・Ｓ２ここ
でＱｄは前述の０１に相当することにより、予想できる
。また目をいろいろな制約の中で決めれば、（仮定すれ
ば）必要なドレイン孔面積Ｓ２が求まる。

たとえばＱ　ｄ　＝　１１００ｃｔ３／ｌｌｌ１ｎ　　
口＝０．３備とすると５ｚ＝０．７５ｉとなる。

これを穴径に換算すると約φ１０ａｍの開口径Ｄｄが必
要となる。

以上説明した超音波加工機１は、加工液供給アダプタ２
８と超音波ホーン２６とが僅かなりリアランスを保持し
た状態で、超音波ホーン２６が高速回転し、かつ軸方向
に超音波振動する。

これにより、加工液供給アダプタ２８と超音波ホーン２
６とは、非接触であることから、高速回転にともなう発
熱や摩耗という問題の発生がなくなる。

又、超音波ホーン２６の開口４５，４６を振幅の大きな
振動の腹（ループ〉に近い箇所に設け、振幅の大きな箇
所から加工液を供給しても非接触であるから超音波振動
子２５の振動効率を低下させない。一般に超音波ホーン
２６の振動の節（ノード〉となる箇所はフランジ部３３
．３４等を設は主軸１５に固定する部分として用いられ
るから、節（ノード〉の付近に加工液供給部を設けるの
は構造が複雑になり好ましくない。本実施例は振動の節
（ノード〉となるフランジ部３３．３４から離れた位置
に加工液供給部を設けたので構造が単純になっている。

しかも、加工液は、加工液供給アダプタ２８と超音波ホ
ーン２６との間から漏出することがなく、工具２７の周
囲に飛散することがない。これにより、工具２７の加工
箇所が良く見えるようになり、作業性が向上するという
極めて優れた効果を奏する。そのうえ、飛散する加工液
を受けるカバーも必要としなくなる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものでなく本発
明の要旨を変更しない範囲で種々な態様の実施が可能で
ある。

Ｅ発明の効果コ 本発明の超音波加工機は、超音波ホーンと、これに加工
液を供給する固定側部材との間が非接触に保持され、し
かもこれらの非接触部分から加工液が漏出することがな
い。

したがって、工具の高速回転が可能で、かつ安定した超
音波振動が得られるとともに、工具の加工詮所の？＃認
性が良好になり、作業性が向上するという極めて優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の超音波加工機の一部分の構成
を詳細に示す部分構成図、第２図は実施例の正面図、第
３図および第４図は実施例の構成を説明する説明図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 本体に回転自在に支持された超音波振動子に連結され外
   部に軸形状部が形成され内部に加工液を通す加工液路が
   形成された超音波ホーンと、該超音波ホーンに取り付け
   られ前記加工液路に連通する透孔を内部に有する工具と
   、を供えた超音波加工機において、 前記本体に固定され、加工液供給手段から加工液の供給
   を受ける加工液供給液路を有するとともに、前記軸形状
   部の外周面に沿う内周面を有する固定側部材と、 該固定側部材の内周面に形成され、前記加工液供給液路
   と連通した円周溝と、 前記超音波ホーンに形成され、前記円周溝に対向する位
   置で、かつ該超音波ホーンの軸形状部の外周面に設けら
   れた開口部を有し、前記加工液路と連通するホーン連通
   液路と、 前記開口部に隣接して設けられ、前記軸形状部の外周面
   と前記固定側部材の内周面とによつて形成される第１の
   微少間隙と、 該第１の微少間隙に隣接して設けられ、前記軸形状部の
   外周面と前記固定側部材の内周面との間に形成された圧
   力降下室と、 前記固定側部材に設けられ、前記圧力降下室に連通した
   ドレイン液路と、 前記圧力降下室に隣接して設けられ、前記軸形状部の外
   周面と前記固定側部材の内周面とによつて形成された第
   ２の微少間隙と、 前記固定側部材に設けられ、前記第２の微少間隙に連通
   したエア供給通路と を備えることを特徴とする超音波加工機。