JPH03239408A - 工作機械 - 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】 漿笠□亘酌 ［産業上の利用分野］ 本発明は工作機械に関し、詳しくはハウジングに回転可
能に支承された主軸の先端に、工具を超音波振動させる
ための超音波振動子を備えた加工ヘッドが取着された工
作機械に関する。

［従来の技術］ 従来より、超音波振動子を備えた加工ヘッドを主軸に装
着して、セラミックス、ガラスなどの硬脆材料を超音波
加工できるようにした工作機械がある。主軸に装着する
加工ヘッドとして（よ　従来、例えば実開昭６４−５６
９４１号公報に記載された加工ヘッドのように、超音波
振動子を備えた加工ヘッド本体と、その外周に大径のベ
アリングを介して取付られたハウジングとから構成した
ものが知られている。この加工ヘッドで（よ　回転する
加工ヘッド本体の超音波振動子に外部の電源を接続する
ため、加工ヘッド本体の外周にスリップリングを設けて
いた。一方、ハウジングの内周にはスリップリングに摺
接するブラシを設け、ブラシを外部の電源にケーブルで
接続していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の工作機械においては、超音波加工
を行なう加工ヘッドを高速回転できないため、工具や被
加工物に適した加工法がとれない場合があるという問題
があった。高速回転できなかったのは、加工ヘッド本体
とハウジングとの間の大径ベアリングが高速回転に耐え
なかったからである。加工ヘッド自体が小型であるから
、大径ベアリングに主軸と同様に各種の潤滑手段を設け
て回転速度を上げることができないのである。また、ブ
ラシが常時、スリップリングに摺接していることも高速
回転を妨げている。従って、工具が直径１　　［ｍｎ］
以下の小径であると、例えＩＬ　回転速度が低いために
工具外周の速度が上がらず、加工効率が低下したり、工
具寿命が短くなる等の問題を生じｔニ 本発明の工作機械は上記課題を解決し、超音波加工の加
工ヘッドを高速回転できるようにすることを目的とする
。

隻迦公過成 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の工作機械（よ ハウジングに回転可能に支承された主軸の先端に、工具
を超音波振動させるための超音波振動子を備えた加工ヘ
ッドが取着された工作機械において、前記加工ヘッドも
しくは前記主軸の外周に、前記加工ヘッドの超音波振動
子の入力端子としてのスリップリングを設けるとともに
、前記主軸のハウジングには、　前記スリップリングに
摺接し、前記超音波振動子の電源に接続されたブラシと
、該ブラシを前記スリップリングから必要に応じて離間
するブラシ離間手段とを設けたことを特徴とする。

［作用］ 上記構成を有する本発明の工作機械（社　加工ヘッドも
しくは主軸の外周に設けたスリップリングに、主軸のハ
ウジングに設けたブラシが摺接して、加工ヘッドの超音
波振動子に外部の電源が接続し、超音波加工を可能な状
態にする。スリップリングに摺接するブラシはブラシ離
間手段により必要に応じてスリップリングから離間され
る。加工ヘッドはハウジングを備えないので、ハウジン
グを支持する大径のベアリングを必要としない。従って
、ブラシをスリップリングから離間すれば、高速回転を
妨げる主要因がなくなり、加工ヘッドの高速回転が可能
になる。

［実施例］ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに、以下本発明の工作機械の好適な実施例について説
明する。第１図は本発明の一実施例としての工作機械の
主軸まわりを示す要部断面図である。

実施例の工作機械（表　図示するように、主軸１と、加
工ヘッド３と、ブラシ離間装置５とを備える。主軸１は
、ハウジング７にベアリング９を介して回動自在に軸支
されている。図示しないが、主軸１の上部（よ　モータ
の出力軸に駆動ベルト等の動力伝達手段を介して接続さ
れている。また、ベアリング９に（友　図示しない各種
の潤滑手段（公知）が設けられていて、主軸１の高速回
転が可能にされている。

加工ヘッド３は主軸１の下端に交換可能に装着されてい
る。その下部に超音波振動子１１等表内蔵した円筒部１
３を有し、上部に主軸１に装着・固定するテーパ軸１５
を有する。

下部の円筒部１３の内部には、上記の超音波振動子１］
や、超音波振動を拡大するホーン１７が備えられている
。ホーン１７の先端には工具下が取り付けられている。

円筒部１３の上端部に（友　円筒部１３より大径のつば
部１９が形成されている。つば部１９の直下には円環状
の樹脂モールド２１が嵌められ、押えリング２３により
固定されている。樹脂モールド２１の外周には２本のス
リップリングＳが取り付けられている。各スリップリン
グＳは超音波振動子１１の各面にリード線２５を介して
接続されている。

一方、上部のテーパ軸１５は、軸径寸法が上方に向かっ
て漸減するように形成されている。二のテーパ軸１５（
友　主軸１に設けた内径が上方に向かって漸減するテー
パ孔２７に密着し、加工ヘッド３を位置決めする。テー
パ軸１５の上面には、大径部２つを備えるプルスタッド
部３１が立設されている。大径部２９の下面には、主軸
１側のボール３３が係合・離脱する。これにより、加工
ヘッド３を主軸１に締め付は固定したり、締め付は解除
する。その構成は周知であるので、詳細は省略する。

上述した加工ヘッド３と、主軸１との間には、加工液を
主軸１から加工ヘッド３にじかに供給する構成が備えら
れている。即ち、主軸１の内部には　上方から下方に向
けて加工液の流路３５°が設けられている。第２図の拡
大断面図に示すよう（：。

二〇流路３５（社　主軸１の底部に設けた開閉弁３７に
接続されている。開閉弁３７は、ばね３９の付勢力に抗
して球状の弁体４１が弁座４３から離されると（図示の
状態）、流路３５が開放されるというものである。

一方、加工ヘッド３のつば部１９の上部には、主軸装着
時、上記開閉弁３７の弁体４１を押し上げる作動ピン４
５が取り付けられている。作動ピン４５の軸心には流路
４７が形成されている。加工ヘッド３を主軸１に装着す
ると、作動ピン４５が弁体４１を押し上げて開閉弁３７
が開弁じ、主軸１の流路３５が作動ピン４５の流路４７
に連通する。作動ピン４５の流路４７（ヨ　つば部１９
から円筒部１３の下部に向かって延びる流路４９に連通
されている。この流路４９（よ　円筒部１３の下部にお
いて、ホーン１７の外周に開口した流路５１と連通され
ている。ホーン１７の流路５１は工具Ｔの取付位置に向
かって延び、工具Ｔの軸心に設けた加工液噴出路５３に
連通されている。即ち、主軸１の上方から供給される加
工液（よ流路３５から開閉弁３７を介して加工ヘッド３
の作動ピン４５の流路４７を通り、流路４７から流路４
９を介してホーン１７の流路５１に到り、工具Ｔの加工
液噴出路５３からいきおいよく噴出する。

次に、ブラシＢをスリップリングＳに摺接・離間するブ
ラシ離間装置５について説明する。

ブラシ離間装置５は、第１図に示すように、主軸ハウジ
ング７の下端に固定した環状のホルダ５５に取り付けら
れている。その詳細を、第３図（Ａ）の拡大断面図と、
第３図（Ａ）を×−Ｘ線で切断した第３図（Ｂ）の拡大
断面図に示す。

ブラシ離間装置５は、シリンダ５９と、スライドブロッ
ク６１と、一対のブラシＢと、エアシリンダ６３とを備
える。

シリンダ５９１友　ホルダ５５の張出部５７に形成した
断面円形の孔である。

スライドブロック６］（よ　シリンダ５つ内で摺動可能
に配置されている。その下部には、　ガイド溝６５がシ
リンダ５９の軸方向に形成されている。

このガイド溝６５にシリンダ５９に固定したガイドピン
６７がはまる。従って、スライドブロック６１は回転が
規制された状態で摺動する。

一対のブラシＢＦ　　スライドブロック６１の先端に保
持ざ札加エヘッド３の一対のスリップリングＳに臨んで
いる。各ブラシＢに１表　ケーブル６９を介して超音波
振動子１１を駆動するための電気信号を出力する制御装
置７１が接続されている。尚、ブラシＢとスライドブロ
ック６１との間に］よ　ブラシＢをスリップリングＳの
側に付勢するばね７３が配置されている。

エアシリンダ６３（ヨ　　そのピストンロッド７４に対
してスライドブロック６１が連結している。

従って、スライドブロック６１を移動させることができ
る。

次に、上述した加工ヘッド３を取り付けるホルダ５５に
設けたエアシール機構を、第１図にしたがって説明する
。

エアシール機構（よ　エアのノズル７５．７７と、エア
案内溝７９，８１と、流路８３と、接続口８５と、エア
排出口８７とを備える。

ノズル７５，７７ｉ；ｉ　　ホルダ５５の上下端部に設
けられている。その位置は加工ヘッド３のつば部１９、
あるいは押えリング２３と対面する高さである。エア案
内溝７９．８１ＬＬ　　ノズル７５゜７７に連続してホ
ルダ５５内周の全周に亘って形成されている。流路８３
は、ノズル７５．７７にエアを導く。接続口８５は、流
路８３にエアを外部から供給するものである。接続口８
５には、図示しないニアコンプレッサの配管が接続され
る。

エア排出口８７は、ホルダ５５の上部に形成した溝であ
る。

従って、ニアコンプレッサから供給されるエアは、ホル
ダ５５の上下端部のノズル７５．７７から噴出し、エア
案内溝７９．８１を通ってホルダ５５内周の全周にめぐ
り、ホルダ５５と加工ヘッド３との下端のすき間の全周
から、あるいはエア排出口８７から外部に吹き出して、
エアシールを構成する。

以上説明した実施例の工作機械において（よ　主軸１に
加工ヘッド３を装着し、主軸１の回転を開始した後、ブ
ラシ離間装置５によりブラシＢを加工ヘッド３のスリッ
プリングＳに摺接する。次いで、制御装置７１により超
音波振動子１１に電気信号を出力すると、工具Ｔが回転
しながら超音波振動して、超音波加工が実行される。加
工ヘッド３には、高速回転を妨げる大径ベアリングが付
属しないので、回転速度の上限は高い。従って、工具Ｔ
の径が小さい場合（よ　高速回転させて工具Ｔの外周が
十分な速度をもつようにして加工を行なつ。

さらに、ブラシ離間装置５によりブラシＢをスリップリ
ングＳから離せば、ブラシＢの摩擦がなくなり、−層、
高速回転が望める。従って、例え］ｆ、、工具Ｔを超音
波振動させず、極めて高速で回転させて被加工物の穿孔
位置に予め道穴を浅く形成した後、工具１表超音波振動
させ、超音波加工による穿孔を行なうという特殊な加工
方法が実現される。この加工方法によれ（ヱ穿孔作業を
高速でご良好に行なうことができる。

以上説明したように実施例の工作機械によれ（ヱ加エヘ
ッド３（こ大径ベアリングを用いておらず、さらにブラ
シＢについてはスリップリングＳから離間することがで
きるので、高速回転が可能になり、幅広い回転速度の範
囲から自在に回転速度制御をして、多様な加工法を実現
できるという優れた効果を奏する。従って、被加工物や
、工具の特性に最適な加工色実現できる。

加えて、実施例の工作機械では、加工液を主軸から加工
ヘッドに直に供給しており、加工液を供給する際に加工
ヘッドの回転を妨げないこと、及びエアシールを用いて
加工ヘッドに非接触でシールを図るから、−層、高速の
回転が可能となり、上述した効果を高めることができる
利点がある。

尚、例え（ｉ　従来の技術で示した実開昭６４−５６９
４１号公報に記載の加工ヘッドでは、加工ヘッド本体の
外周に大径ベアリングを介して取付たハウジングの内側
に、まず加工液を送り込み、回転する加工ヘッドの外周
からその内部に流し込む構成があるが、これでは、加工
液の流体抵抗により、加工ヘッドの回転が妨げられてし
まう。本実施例では、こうした加工液の流体抵抗による
回転の抑止が働かないので、高速回転に有利である。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲（二おいて、種々なる態様で実施し
得ることは勿論である。例えば、主軸にスリップリング
を設けた構成、即ち、加工ヘッドを主軸に装着した状態
で、加工ヘッドの超音波振動子が主軸のスリップリング
に接続される構成に本発明を適用してもよい。また、実
施例の加工ヘッドの下端部に、工具自動交換装置（Ａｕ
ｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｏｏｌ　Ｃｈａｎｇｅｒ）を利用す
るための係合溝を設けて、工具の自動交換を可能にする
構成としてもよい。

発明の効果 以上詳述したように、本発明の工作機械によれ［ｉ　　
加工ヘッドに大径ベアリングを用いず、さらにブラシを
スリップリングから離間できるので、高速回転が可能に
なり、幅広い回転速度の範囲から自在に回転速度制御を
して、多様な加工法を実現できるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての工作機械について加
工ヘッドを中心に示した断面図、第２図はその主軸と加
工ヘッドとの間の加工液の供給構造を示す拡大断面図、
第３図（Ａ）はブラシ離間装置の断面は　第３図（Ｂ） Ｘ キ断面図である。 は第３図（Ａ） のキ ト・・主軸　　　　　　３・・・加工ヘッド５・・・ブ
ラシ離間装置　７・・・主軸１のハウジング１１・・・
超音波振動子 ７１・・制御装置（超音波振動子２５の電源）Ｂ・・ブ
ラシ　　　　　Ｓ・・・スリップリング下・・・工具

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ハウジングに回転可能に支承された主軸の先端に、
   工具を超音波振動させるための超音波振動子を備えた加
   工ヘッドが取着された工作機械において、 前記加工ヘッドもしくは前記主軸の外周に、前記加工ヘ
   ッドの超音波振動子の入力端子としてのスリップリング
   を設けるとともに、 前記主軸のハウジングには、 前記スリップリングに摺接し、前記超音波振動子の電源
   に接続されたブラシと、 該ブラシを前記スリップリングから必要に応じて離間す
   るブラシ離間手段と を設けたことを特徴とする工作機械。