WO2007004515A1 - 超音波加工スピンドル装置 - Google Patents

Abstract

　部品の摩耗や損傷を生ずることなく、また、定期的な部品交換を要することなく、超音波発生素子へ対する安定した電気信号の供給を可能する。 　加工スピンドル１０１の軸３０を構成するハウジング１の外周面には、振動子６に接続された受信コイル１１が巻装される一方、その周囲には、同軸状に送信コイル１２が適宜な間隔を隔てて設けられており、超音波駆動装置２１から出力された振動子６を駆動するための所定の電気信号が送信コイル１２に印加され、送信コイル１２と受信コイル１１間の電磁誘導により受信コイル１１を介して振動子６へ所定の電気信号の印加が可能となっている。

Description

明 細 書

超音波加工スピンドル装置

技術分野

[0001] 本発明は、超音波加工スピンドル装置に係り、特に、超音波発生素子へ対する電 力供給の信頼性向上、構造の簡素化等を図ったものに関する。

背景技術

[0002] 近年、工具の軸方向に超音波振動を与えながら加工作業を行う超音波ミリングと称 される加工法を用いた工作機械が、加工精度の向上や切粉の円滑な排出等を実現 できることから種々提案されて!ヽる (例えば、特許文献 1等参照)。

このような超音波ミリングを行う装置において、超音波を発生する素子は、通常、回 転工具の近傍に取り付けられて、工具と共に回転する構造が採られている。そして、 力かる超音波発生素子は、電気信号の供給が必要であるが、この電気信号の供給 に際しては、回転工具が保持される軸にスリップリングを取り付けると共に、このスリツ プリングに対して摺動可能に給電ブラシを設けた構成とするのが最も一般的である。

[0003] し力しながら、上述のような従来の構成では、スリップリングと給電ブラシとが常に接 触するため、摩耗や損傷が激しぐそのため、給電ブラシの交換が頻繁となるばかり 力 安定で信頼性の高い加工作業が確保できないという問題に加え、スリップリング における摩耗や損傷の軽減のために回転数には限界があり、高速回転の要請に応 えることができな力つた。

特許文献 1 :特開 2002— 346817号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、摩耗や損傷を生ずることなぐまた、 定期的な部品交換を要することなぐ超音波発生素子へ対する安定した電気信号の 供給を可能とし、し力も、高速回転を確保することのできる超音波加工スピンドル装置 を提供するものである。

課題を解決するための手段 [0005] 本発明の形態によれば、工作工具が取着されると共に、前記工作工具を超音波振 動せしめる超音波を発生する振動子が配設されてなる軸を有してなる超音波加エス ピンドル装置であって、

前記軸には前記振動子に接続され、外部から非接触で送信された前記振動子の 励振信号を受信する受信手段が設けられる一方、

前記軸の近傍には、前記受信手段に対して非接触で前記超音波素子へ対する電 気振信号を送信する送信手段が設けられてなる超音波加工スピンドル装置が提供さ れる。

発明の効果

[0006] 本発明によれば、従来と異なり、振動子を駆動するための電気的エネルギーを軸の 周囲から非接触で供給できるので、かかる電気的得ネルギー供給のために摩耗、損 傷等するような部品がないばかりか、従来の給電ブラシのように定期的な交換を必要 とする部品を用いる必要がなぐそのため、振動子の駆動を安定して行うことができ、 ひ!、ては信頼性の高!、超音波加工スピンドル装置を提供することができると 、う効果 を奏するものである。

また、従来と異なり、回転速度に制限を及ぼすような例えば、スリップリングのような ものを必要としな 、構成であるため、従来に比してより高い回転数で安定した工作物 の加工ができると!、う効果を奏するものである。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]本発明の実施の形態における超音波加工スピンドル装置の主要部の構成例を 示す構成図である。

[図 2]図 1に示された構成例における受信コイルと送信コイルの他の配設例を示す構 成図である。

[図 3]本発明の実施の形態における超音波加工スピンドル装置の第 2の構成例にお ける主要部の構成を示す構成図である。

符号の説明

[0008] 1…ハウジング

2a, 2b…軸受け 6…振動子

7…超音波トランスデューサ

8· · ·ホーン

9…工作工具

11 · · ·受信コイル

12…送信コイル

30· · ·軸

50· · ·高周波モータ

101 · · ·カ卩エスピンドノレ

発明を実施するための最良の形態

[0009] 以下、本発明の実施の形態について、図 1乃至図 3を参照しつつ説明する。

なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなぐ本発明の 趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。

最初に、本発明の実施の形態における超音波加工スピンドル装置の構成例につい て、図 1を参照しつつ説明する。

図 1は、特に、本発明の実施の形態における超音波加工スピンドル装置 Sの主要部 となる加工スピンドル 101及びその近傍の構成を示したもので、加工スピンドル 101 は、軸受け 2aか 2bに回動可能に支持された軸 30と、この軸 30を回動するための高 周波モータ 50を有すると共に、軸 30には後述するように超音波発生素子としての振 動子 6、ホーン 8などが設けられ、また、その先端部には工作工具 9を取着する工具 把持部 13が設けられて構成されたものとなっている。

[0010] 以下、具体的に説明すれば、まず、軸 30の両端部近傍の外周には、ボールべァリ ングによる軸受け 2a, 2bが外装されると共に、この軸受け 2a, 2bは、本発明の実施 の形態における超音波加工スピンドル装置 Sの図示されない固定部位に支持される ようになっており、それによつて軸 30が回動可能に軸受け 2a, 2bによって支持された ものとなっている。なお、軸受け 2a, 2bは、ボールベアリングに限定される必要はなく 、軸 30を回動可能に支持できるものであれば種類を問わない。例えば、エアーベア リング等の流体軸受けであってもよい。 [0011] さらに、軸 30の中央付近力 やや後端部側へ寄った部位の外周には、高周波モー タ 50が組み込まれている。すなわち、高周波モータ 50は、軸 30の外周面にロータ 5 1が固着される一方、このロータ 51を囲むようにステータ 52が配置されたものとなって いる。そして、ロータ 51の回転と共に軸 30が回転できるようになつている。

なお、かかる高周波モータ 50は、公知 '周知の構成のものであるので、ここでの詳 細な説明は省略することとする。

[0012] 一方、軸 30は、ハウジング 1と、後述するようにその内部に配設される振動子 6、ホ ーン 8などを有して構成されたものとなって 、る。

ハウジング 1は、細長中空状に形成されて、その後端部側（工具把持部 13が設けら れる端部と反対側）に開口し、ハウジング 1の中心軸に沿って適宜な位置まで外部か ら切削油を供給するための油路 3が形成されている。そして、この油路 3に連通すると 共にハウジング 1の他端側に開口するようにして配設孔 4が穿設されて 、る。

配設孔 4は、油路 3に直接連通する小径部 5aと、この小径部 5aに続く大径部 5bと が形成されたものとなって 、る。

[0013] 小径部 5aには、例えば、圧電素子による振動子 6が収納されている。この振動子 6 には、振動子 6の電気的振動を超音波振動に変換するための超音波トランスデュー サ 7が接続されており、この構成例では、小径部 5a近傍の大径部 5b内に配設された ものとなっている。

そして、この超音波トランスデューサ 7には、超音波振動を効率よく伝導させるため のほぼ円柱状に形成されたホーン 8が接続されて大径部 5bに配設されたものとなつ ている。

[0014] ホーン 8は超音波トランスデューサ 7を介して印加された超音波をその軸方向に効 率よく伝搬させて、し力も、ホーン 8の先端部に設けられた工具把持部 13に取着され る工作工具 9に最大振幅で超音波振動を伝えるため、使用される超音波周波数やそ の強度等に応じて適宜な長さに設定されているものである。

[0015] 本発明の実施例におけるホーン 8は、その一端部近傍がハウジング 1から外部へ 突出して、その部分に工具把持部 13が設けられたものとなっている。

なお、工具把持部 13への工作工具の取り付けは、焼きばめ方式による固定やねじ を用いた固定などがあるが、本発明の実施の形態においては、特定のものに限定さ れる必要はなく任意に選択されるべきものである。

[0016] さらに、本発明の実施の形態の軸 30には、振動子 6に外部から非接触で電気信号 の供給を行うための受信コイル 11が設けられており、振動子 6に接続されている。す なわち、受信コイル 11は、絶縁部材からなる中空円筒状に形成された受信コイルホ ルダ 11aに卷装されてほぼ円筒状に形成されている。そして、この受信コイルホルダ 1 laの中空部分にハウジング 1が嵌挿されてハウジング 1の適宜な位置に受信コイル 11が外装されたものとなって！/、る。

[0017] 一方、この受信コイル 11に対して同軸状で、適宜な間隔を介して受信コイル 11を 囲むように送信コイル 12が設けられている。この送信コイル 12は、本発明の実施の 形態における超音波加工スピンドル装置 Sの図示されない固定部位に取り付けられ るものとなっている。

本発明の実施の形態における送信コイル 12は、ほぼ中空円筒状に形成された絶 縁部材カゝらなる送信コイルホルダ 12aの内壁に円筒状となるように卷装されたものと なっている。

[0018] この送信コイル 12には超音波駆動装置 21が接続されており、振動子 6へ対する所 定の電気信号が印加されるようになっている。通常、振動子 6の駆動は、パルス信号 や正弦波信号などの印加によって行われるが、超音波駆動装置 21からはそのような 所定の信号が送信コイル 12に印加されることとなる。

[0019] そして、送信コイル 12において生ずる電圧、電流変化によって、受信コイル 11には 電磁誘導により送信コイル 12における電圧、電流変化に応じた電圧、電流が生じ、 振動子 6に印加され、振動子 6が駆動されることとなる。なお、受信コイル 11と振動子 6との間に、整流回路等を設け、受信コイル 11に誘起された電圧、電流を所望のレ ベルへの変換、波形整形等を施した後に、振動子 6へ印加するような構成としても好 適である。

なお、超音波加工スピンドル装置 Sとしての全体的な動作は、公知のものと基本的 に変わるところがないので、その詳細な説明は省略することとする。

[0020] 上述の構成例においては、受信コイル 11及び送信コイル 12を、ハウジング 1の比 較的中央部近傍に配設したが、勿論これに限定される必要はなぐ例えば、図 2に示 されたようにハウジング 1の後端側に配設するような構成であってもよい。

すなわち、図 2においては、ハウジング 1の後端部に形成された段部 laに受信コィ ル 11Aが配設される一方、受信コイル 11Aと同軸状に送信コイル 12Aが配設された ものとなっている。

なお、動作、機能等については、図 1に示された構成例と基本的に変わるところは 無いので、再度の詳細な説明は省略することとする。

[0021] 次に、第 2の構成例について、図 3を参照しつつ説明する。なお、図 1に示された構 成例と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し 、以下、異なる点を中心に説明する。

この第 2の構成例は、受信コイル 11Bと送信コイル 12Bを仮想的な同一軸上に適 宜な間隔を隔てて配設した例である。

[0022] すなわち、具体的には、受信コイル 11Bはハウジング 1の後端部に形成された段部 laに配設されたものとなっており、受信コイル 11Bの中心がほぼ軸 30の仮想的な中 心軸、換言すれば、ハウジング 1の仮想的な中心軸に一致するものとなっている。 一方、送信コイル 12Bは、上述の受信コイル 11Bの仮想的な中心軸上において、 軸 30から離れる方向へ適宜な間隔を隔てて設けられたものとなっている。そして、こ の送信コイル 12Bは、超音波加工スピンドル装置 Sの図示されない固定部位に支持 されるようになつている。

なお、動作、機能等については、図 1に示された構成例と基本的に変わるところは 無いので、再度の詳細な説明は省略することとする。

[0023] このように、本発明の実施の形態における超音波加工スピンドル装置においては、 従来と異なり、振動子 6の駆動のためにスリップリングのような軸の回転速度に制限を 及ぼすものを用いることがない構成であるために、従来に比してより高速で、かつ、安 定した軸回転を得ることができるものとなって 、る。

産業上の利用可能性

[0024] 超音波振動子へ対する電気的エネルギの供給が非接触で行えるよう構成されて、 従来に比して構成の簡素化、小型化が可能となっており、超音波加工スピンドル装 置であって、特に、小型化が所望されるものに適する。

Claims

請求の範囲

[1] 工作工具が取着されると共に、前記工作工具を超音波振動せしめる超音波を発生 する振動子が配設されてなる軸を有してなる超音波加工スピンドル装置であって、 前記軸には前記振動子に接続され、外部から非接触で送信された前記振動子の 励振信号を受信する受信手段が設けられる一方、

前記軸の近傍には、前記受信手段に対して非接触で前記超音波素子へ対する電 気信号を送信する送信手段が設けられてなることを特徴とする超音波加工スピンドル 装置。

[2] 受信手段は、軸に取着されたコイルを有してなり、送信手段は、前記軸に取着された コイルと電磁的に結合可能に前記軸近傍に設けられたコイルを有してなることを特徴 とする請求項 1記載の超音波加工スピンドル装置。

[3] 受信手段を構成するコイルは、軸の外周面に設けられる一方、送信手段を構成する コイルは、前記軸の外周面に設けられたコイルを囲むように同軸状に設けられてなる ことを特徴とする請求項 2記載の超音波加工スピンドル装置。

[4] 受信手段を構成するコイルと送信手段を構成するコイルは、仮想的な同一の軸上に

、適宜な間隔を隔てて設けられてなることを特徴とする請求項 2記載の超音波加エス ピンドル装置。