JPS61226206A - 超音波ロ−タリ−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】 〔発明の利用分野〕　本発明は超音波モータを用いたロ
ータリー加工機に関する。

〔発明の背景〕　旋盤、フライス盤、ボール盤、歯科治
療用リュータなどによる切削、研削加工において、超音
波振動を併用すると加工抵抗が減少し、加工速度、精度
ともに改善される。このことを利用した加工機として超
音波ロータリー加工機があり、機械加工業界に普及しつ
つある。

従来の超音波ロータリー加工機は、砥石、ドリルなどの
工具に超音波振動を加える振動子と回転を与える通常の
電磁モータとからなり、超音波の減衰を防ぐため、工具
は振動子に直結され、これらを歯車またはプーリを介し
て電磁モータにより駆動する構造となっている。したが
って、構造が複雑で大型、重量機器となり、手軽に取扱
うことのできる軽量、小型精細加工機とするには不向で
あった。

〔発明の目的〕　本発明の目的は、超音波振動源と回転
駆動源を一つにすることにより、簡略化および小型、軽
量化され、使い勝手を良くするとともに加工精度を向上
させた超音波ロータリー加工機を提供することにある。

〔発明の概要〕　本発明は、超音波振動を加えながら切
削、研削用工具を回転させ、加工する超音波−一タリー
加工機において、超音波楕円振動をするステータの端面
にロータを圧着することによりロータが回転トルクを受
けて回転する超音波モータを超音波振動源兼回転駆動源
とし、そのロータに切削、研削用工具を直結した構成と
することにより上記目的を達成したものである。

〔発明の実施例〕　以下、本発明の実施例を図面に従っ
て説明する。

本発明になる超音波ロータリー加工機の第１実施例を第
１図に示す。

本例はバイス機構８で固定された被加工物７に穴をあけ
る加工機であり、スタンド５に直立した支柱４および昇
降自在なアーム３により支えられた超音波モータ２の出
力シャフトにはコレットチャック１１が付いており、切
削、研削用工具としての砥石１またはドリルなどを装着
できるようになっている。電源スィッチ６を投入操作す
ると、スタンド５の支柱支持部付近に内蔵した高周波電
源が作動し、これに接続された超音波モータ２の出力シ
ャフトが約６０Ｏｒｐｍで回転し、したがって砥石１も
回転する。アーム上下留め具９をゆるめ、モータ上下レ
バー１０を下げると、超音波モータ２が下降し、砥石１
が被加工物７に近づく。砥石１の先端が被加工物のポン
チ穴に一致することな確認しながらレバー１ｏをさらに
下げると、砥石１が被加工物７に接し、研削が始まる。

超音波モータの特性として負荷が重くなると、トルクが
大きくなり、回転数が低くなるので、荒研削のときはレ
バー１０を強く押し下げ、仕上げのときは軽く押しなが
ら加工する。被加工物が金属で、加工穴が深いときは、
ドリルに替えるとボール盤と同様に加工ができる。特長
は、加工速度が速いことと、超鋼、セラミックスなどの
高硬度材料にも容易に加工できることである。

ここに用いた超音波モータの構造は第２実施例に用いた
ものと同様で、サイズが大きい（直径４゜ｎ〕だけであ
り、重複を避けるため説明を省略する。

第２図は本発明になる超音波ロータリー加工機の第２実
施例として、歯科治療などに用いるハンドリュータの例
を示すケースを除いた外観図、第３図はその一部切断し
た側面図である。

本例にはハンドリュータに適した片持梁状振動子を有す
る超音波モータが使用されており、モータのロータ１８
のシャフト先端に付けられたコレクトチャック１９によ
って砥石銀が軸ごと着脱できる構造になっている。

ロータ１８およびステータ１２の直径は２０冨冨であり
、ステータ１２はアルミニウム円筒体１６と片持梁状振
動子１７をＰｂ　（Ｚｒ、　　Ｔｉ　）　Ｏ，系セラミ
ックからなる２枚のドーナツ状の圧電厚み振動子１４．
１５と重ね、アルミニウム円板座金１３に通したボルト
２１を片持梁状振動子１７の円板状台部１７ａの底面に
設けたボルト穴にねじ込み締め付けて一体化構成され、
このステータの片持梁側端面、すなわち片持梁状振動子
１７の矩形梁部１７　ｂの端面にロータ１８が圧着され
ている。ロータ１８は矩形梁部１７　ｂの端面のボルト
穴にねじ込まれたポル）２２にベアリングおを介して回
転自在に支持され、ロータ１８を片持梁状振動子１７に
圧着する力はポル）２２の頭部とベアリング田との間で
圧縮されたコイルばね２４の反発力によって与えられる
。

圧電厚み振動子１４．１５の端子板５と端子板２６、ｎ
にリード線を半田付けし、ケースに収納するとハンドリ
ュータができ上がる。

ここに用いた超音波モータの作動原理は本発明者が先に
「片持梁型圧電モータ」（特願昭５９−２２８００５号
〕として提案したものと同じである。

第４図に示すように、片持梁状振動子１７０円板状台部
１７　ａの底面には矩形梁部１７ｂの長さ方向に対して
斜めに溝部１７　ｃを設け、該溝部の両側部分を励振支
持部１７ｄとしており、端子板５と端子板２６、ｎの間
に高周波電圧を印加し、圧電厚み振動子１４、工５にた
て振動を発生させると、そのたて振動を受けて円板状台
部１７　ａが屈曲変形するとともに、矩形梁部１７ｂは
一端を円板状台部１７ａによる固定端とし、他端を自由
端としてこれら両端面間にシェア変形を発生し、ねじり
振動をする結果、矩形梁部１７　ｂの自由端にはたてモ
ードとねじりモードの重畳した超音波楕円振動が生じる
。この超音波楕円振動をする矩形梁部１７　ｂの自由端
面にロータ１８を圧着すると、ロータ１８は回転トルク
を受は回転する（回転方向は、例えば右まわりモータで
は第４図の矢印路で示すようになる）。

この超音波モータを用いたリュータは重さ約１ｏｏ　ｇ
ｒと軽いので、ハンディタイプとして手軽に使用でき、
リード線に７６ｋＨｚの正弦波電圧を印加すると、砥石
は約６０Ｏｒｐｍで静かに回転する。

回転トルクが大きく、しかも砥石は回転するだけでなく
、片持梁状振動子１７からロータ１８を介して伝えられ
た超音波振動をするので、歯を削るときに従来の砥石の
ような不快な振動がなく、感触がきわめて滑らかで、多
少熱い感じを受ける程度であり、研削速度は超音波メス
よりもはるかに速い。このような特長を持っているため
、歯科治療に用いた結果、医師の歯加工作業が楽になり
、時間が短縮されて高能率化しただけでなく、患者にと
って歯を加工されるときの苦痛、不快感から解放された
ことの効果は何よりも大きかった。

以上の実施例では超音波モータとして片持梁型圧電モー
タを用いた例について説明したが、これも本発明者が提
案した圧電超音波モータ（特願昭５９−２４０８２５号
）のようにシアーモードの圧電子要素をリング状に積層
して構成した圧電ねじり振動子と圧電厚み振動子とを円
柱もしくは円筒状振動体で挾み一体化構成とした超音波
楕円振動子の端面にロータを圧着するなどの他の構成を
有する超音波モータを用いることもできる。

〔発明の効果〕　以上のように本発明によれば、超音波
振動源と回転駆動源を一つの超音波モータで兼ねさせた
ため、構造を簡略、小型化でき、かつ堅牢化、高精度化
できただけでなく、重量物である電磁モータを省略でき
たことで小型、軽量化の効果が大きい。さらに、超音波
モータは電磁モータに比較して低速回転、高トルクが特
長であり、単位重量当りの出力も１桁以上大きいので、
精細加工用の小型、軽量な超音波ロータリー加工機とし
て従来想像もできなかった強力かつ高精度の加工を可能
にした効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す斜視図、第２図は本
発明の第２実施例を示すケースを除いた斜視図、第３図
はその一部切断した側面図、第４図仏）、（ｂ）は第２
図、第３図中の片持梁状振動子の側面図および平面図で
ある。 １．２０：砥石、２：超音波モータ、１２：ステータ、
１８二ロータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波振動を加えながら切削、研削用工具を回転させ、
   加工する超音波ロータリー加工機において、超音波楕円
   振動をするステータの端面にロータを圧着することによ
   りロータが回転トルクを受けて回転する超音波モータを
   超音波振動源兼回転駆動源とし、そのロータに切削、研
   削用工具を直結したことを特徴とする超音波ロータリー
   加工機。