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【発明の名称】 ステップ振動式穴加工装置
【発明者】 【氏名】村川 正夫

【氏名】神 雅彦
【要約】 【課題】振動切削法に匹敵する加工精度特性を工具の刃先に対する衝突をなくしてチッピングを抑制するとともに切削時の不要な刃先のこすれを抑制して工具寿命を向上させることができるステップ振動の特徴を備え、しかも簡単かつ小型な構造により工具折損を生じさせずに小径穴加工を行なうことができるステップ振動式穴加工装置を提供する。

【解決手段】工具ホルダを先端部に有しこれよりも背方に周期的に打撃的押圧を受けて軸方向に押圧させられる部分を有する振動軸の半径方向が、複数のダイヤフラムによりケーシングに弾性支持されているステップ振動発生ユニットを備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】加工工具を取り付ける工具ホルダ部を先端部に有しこれよりも背方に周期的に打撃を受ける部分を有する振動軸１の半径方向が、複数のダイヤフラム３，３によりケーシング２に弾性支持されているステップ振動発生ユニットＡを備えたことを特徴とするステップ振動式穴加工装置。
【請求項２】ステップ振動発生ユニットＡが、中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃに分割された振動軸１と、該振動軸１を同心状に外囲するケーシング２と、外周部が前記ケーシング２に固定された複数枚のダイヤフラム３，３とを備え、前記後側部体１ｂは中間部体１ｂの後面に位置し、前記ダイヤフラム３の中央部分を中間部体１ａに挟持固定しており、前側部体１ｃは工具取り付け部１２を先端側に有し、中間部体１ａの前面に位置し、前記ダイヤフラム３の中央部分を中間部体１ａに挟持固定しており、かつ後側部体１ｃが後面側に打撃手段に対する打撃受け部５０を有している請求項１に記載のステップ振動式穴加工装置。
【請求項３】ステップ振動発生ユニットＡが、中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃに分割された振動軸１と、該振動軸１を同心状に外囲するケーシング２と、外周部が前記ケーシング２に固定された複数枚のダイヤフラム３，３とを備え、前記後側部体１ｂは中間部体１ａの後面に位置し、前記ダイヤフラム３の中央部分を中間部体１ａに挟持固定しており、前側部体１ｃは工具取り付け部１２を先端側に有し、中間部体１ａの前面に位置し、前記ダイヤフラム３の中央部分を中間部体１ａに挟持固定しており、かつ前側部体１ｃは、打撃手段３３に対する変位形成用のプレート部１０ｃを中間に有している請求項１に記載のステップ振動式穴加工装置。
【請求項４】打撃手段３３がカムフォロアであり、変位形成用としてフェイスカムが設けられている請求項３に記載のステップ振動式穴加工装置。
【請求項５】振動軸１が中心に流体用通路１０２を有している場合を含む請求項１ないし４に記載のステップ振動式穴加工装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はたとえば小径ドリルを使用した穴明け加工に好適なステップ振動式穴加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】穴明け加工は機械製品、機械部品などの製作において多用されかつ重要な転削加工の一つであるが、慣用の転削法では切り屑の排出に円滑さを欠いたり、過大な切削抵抗によって工具刃先が破損しやすく、特に小径の加工においてこの問題が大きかった。
【０００３】この対策として、本発明者らは、ドリルなどの工具を保持するホルダに対し打撃要素により工具を軸方向に叩き駆動して転削を行い、打撃要素の工具からの離間行程では工具を切削点に接触させたままの状態にして転削を休止し、再び打撃要素が工具に再衝突することによって前記転削を行なうステップ状の刃先軌跡を生成して断続切削を行なうステップ振動切削法および装置を提案している。
【０００４】この先行技術は、通常の材質の工作物に対する加工はもとより、切削速度ＶがＶ＜２πＡＦ（Ａ：振幅、Ｆ：周波数）を満足する条件での高硬度材や難削材の孔明け加工に極めて効果的であり、振動切削法に匹敵する加工精度特性を発揮できながら、工具の刃先に対する衝突をなくしてチッピングを抑制するとともに切削時の不要な刃先のこすれを抑制して工具寿命を向上させることができる効果が得られるとして注目されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】先行技術においては、工具を軸方向に動かすために、工具ホルダをガイド手段たる軸受部材（ガイドブッシュ、滑りガイド、ボールガイドなど）を介してスリーブに摺動自在に内挿する摺動方式を採用していた。しかし、工具ホルダを正常に摺動させるためには、スリーブと軸受部材との間に数十ミクロン程度のクリアランスを持たせる必要があり、この結果、直径が１ｍｍ以下というような穴加工の場合、前記クリアランスがラジアル方向のガタとなって現われ、それによりドリルなどの穴明け工具が折損を起しやすく、加工作業の効率が低下したり、不必要に工具費が高くなったりするという問題があった。また、摺動性能を維持するために潤滑が不可欠になり、十分なメンテナンスも必要とする不利があった。
【０００６】本発明は前記のような問題点を解消するためになされたもので、その目的とするところは、振動切削法に匹敵する加工精度特性を工具の刃先に対する衝突をなくしてチッピングを抑制するとともに切削時の不要な刃先のこすれを抑制して工具寿命を向上させることができるステップ振動の特徴を備え、しかも簡単かつ小型な構造により工具折損を生じさせずに小径穴加工を行なうことができるステップ振動式穴加工装置を提供することにある。
【０００７】本発明における「穴加工」は、ドリル加工のほか、リーマ加工、ブローチ加工、エンドミル加工などを含み、したがって、穴加工工具はこれらの加工のためのピン状ないし棒状の工具を含むものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため本発明は、工具ホルダを先端部に有しこれよりも背方に周期的に打撃を受ける部分を有する振動軸の半径方向が、複数のダイヤフラムによりケーシングに弾性支持されているステップ振動発生ユニットを備えていることを基本的特徴としている。
【０００９】前記ステップ振動発生ユニットは、中間部体と後側部体および前側部体に分割された振動軸と、該振動軸を同心状に外囲するケーシングと、外周部が前記ケーシングに固定された複数枚のダイヤフラムとを備え、前記後側部体は中間部体の後面に位置し、前記ダイヤフラムの中央部分を中間部体に挟持固定しており、前側部体は工具取り付け部を先端側に有し、中間部体の前面に位置し、前記ダイヤフラムの中央部分を中間部体に挟持固定しており、かつ後側部体が後面側に打撃手段に対する打撃受け部を有していることを特徴としている。この形態においては、打撃手段として、両振幅以上のクリアランスを有せしめて位置した回転カムが用いられる。
【００１０】また、前記ステップ振動発生ユニットは、中間部体と後側部体および前側部体に分割された振動軸と、該振動軸を同心状に外囲するケーシングと、外周部が前記ケーシングに固定された複数枚のダイヤフラムとを備え、前記後側部体は中間部体の後面に位置し、前記ダイヤフラムの中央部分を中間部体に挟持固定しており、前側部体は工具取り付け部を先端側に有し、中間部体の前面に位置し、前記ダイヤフラムの中央部分を中間部体に挟持固定しており、かつ前側部体は、打撃手段に対する変位形成用のプレート部を中間に有していることを特徴としている。 この形態においては、好適には、打撃手段としてローラ状のカムフォロアが用いられ、プレート部には変位形成用要素としてフェイスカムが設けられる。
【００１１】本発明は振動軸の中心に流体用通路を有している場合を含んでいる。前記ステップ振動発生ユニットは、回転されずワーク側が回転する形態として使用されてもよいし、回転と振動が与えられる形態として使用されてもよい。
【００１２】
【作用】本発明においては、加工工具を保持するホルダ部分よりも後位に位置する打撃手段により振動軸を軸方向に周期的に変位させ、打撃手段とのクリアランスが喪失した行程にのみ切削を行い、打撃要素の離間行程では穴を切削点に接触させたままの状態にして切削を休止し、再び打撃手段が再衝突することによって切削を行なうステップ状の刃先軌跡を生成して断続切削される。
【００１３】このように、打撃手段が接触している工具前進行程には、振動切削法と同様の機構で切除を行ない、打撃手段の離間時には、振動切削のように工具が後退せず、工具刃先は切削点に接触したまま休止期間となるステップ切削機構とすることにより、振動切削法と同様なパルス切削力波形とすることができる。このため、振動切削法と同じようにみかけ上の剛性化効果や加工精度向上効果を得ることができる。
【００１４】切削休止時には刃先と工作物との相対速度がないため、不要な刃先のこすれが生じないとともに、工作物から工具への有害な衝撃力が直接刃先に作用しなくなるため、刃先に対する負荷が軽減される。したがって、チッピングが生じにくくなり、振動切削装置に比べ工具寿命を向上させることができる。
【００１５】しかも、本発明によるステップ振動式穴加工装置は、加工工具を保持している工具ホルダとしての振動軸の少なくとも前後端部が円盤状のダイヤフラムによって外周のケーシングに弾性支持されている。このため、加工工具がワークに接して押圧されると、振動軸を半径方向から支持しているダイヤフラムが後方側に変形することにより振動軸はケーシングに対して軸方向で後退し、打撃手段により後側部体あるいは前側部体が打撃を受ければ、ダイヤフラムが軸方向に突出するように変形するため、加工工具に軸方向のステップ振動運動を生起せしめることができる。
【００１６】このように振動軸の振動ガイドとして摺動方式を採用していないため、ラジアル方向のガタは皆無となり、小径ドリルなどの小径の加工工具の場合でもラジアル方向のガタが原因の折損などのトラブルの発生が回避される。また、潤滑レスでよいとともに、摺動しないのでメンテナンスフリーとなり、耐久性も高いものとなる。
【００１７】
【発明の実施の態様】以下本発明のステップ振動式穴加工装置の実施態様を添付図面を参照して説明する。
〔第１実施態様〕この第１実施態様は、ワークが回転し、加工工具側はステップ振動と送りを行なう形式を示している。図１ないし４はその第１実施例を示しており、工具ホルダとしての振動軸１と、これを同心状に外囲するケーシング２および複数枚のダイヤフラム３とによりステップ振動発生ユニットＡを構成している。そして、前記ステップ振動発生ユニットＡは装置本体Ｂに組み込まれている。
【００１８】前記振動軸１は、中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃに分割されており、それら中間部体１ａと後側部体１ｂの軸線上には一連のボルト孔１０が形成され、後側部体１ｂの一部と前側部体１ｃには同軸線上に雌ねじ穴１１が設けられ、後側部体１ｂから挿入されたボルト５により直列状に組み付けられるようになっている。ボルト５の頭部５０は打撃受け部（カムフォロア）を兼ねている。
【００１９】前側部体１ｃには先端側に工具ホルダ部１２が延出形成されており、これに加工工具（この例ではドリル）Ｄを嵌め込み、工具ホルダ部１２にコレットチャック１３を螺合することで交換可能に保持されるようになっている。Ｗはワークである。
【００２０】ケーシング２は、前記ダイヤフラム３を支持固定するための手段であり、この実施例では、振動軸１の外径との間に所要の間隔を有せしめ得る内径を備えた筒状の中間部体２ａと、これと協働してダイヤフラム３，３の外縁部分を固定するための前後のリング状部体２ｂ，２ｂとを有している。中間部体２ａは前後両端部に縮小した径のねじ筒部２０，２０が設けられており、リング状部体２ｂ，２ｂには、ダイヤフラム３，３の外縁部分を中間部体２ａの両端部分に挟圧するための押面部と、ねじ筒部２０，２０に螺合する雌ねじ部２１，２１とが設けられている。
【００２１】ダイヤフラム３，３はステンレスなどの薄い金属板からなり、外縁部より内側には常に定位置に復元する作用（変位の方向性）と軸方向移動ストロークを創成するために環状膨出部３０を有しており、中心部分には前記ボルト５の挿通を許す通孔３１が形成されている。前記環状膨出部３０は振動軸１が打撃を受けないときには、図４（ｂ）の中立状態にあり、加工工具がワークに接触して送りにより振動軸１が押されて後退したときには図４（ｃ）のように変形する。また、振動軸１が打撃を受けて前進側に押圧されたときには図４（ｄ）のように変形する。したがって、たとえば環状膨出部３０の幅を３ｍｍとし、膨出半径Ｒを１．５ｍｍとすれば、片側３．３ｍｍのストロークを形成することができる。
【００２２】後側部体１ｂはダイヤフラム３の中間部分後面と接触するように前記リング状部体２ｂの内径に容入され、ボルト５の締付けにより中間部体１ａの後端面との間でダイヤフラム３の中間部分を挟持固定するようになっている。また、前側部体１ｃも他方のダイヤフラム３の中間部分前面と接触するように前記リング状部体２ｂの内径に容入され、ボルト５の締付けにより中間部体１ａの前端面との間でダイヤフラム３の中間部分を挟持固定するようになっている。これらにより、振動軸１は前後のダイヤフラム３，３によって軸線方向に変位可能に保持されている。
【００２３】前記装置本体Ｂは、ボックス状の格納室６とこれの底部と連通する打撃用空室７とを有しており、前記ステップ振動発生ユニットＡは、後側部体１ｂのボルト頭部５０が打撃用空室７に臨むように格納室６に内蔵され、蓋体Ｂ’をリング状部体２ｂに当接させ、緊締ボルト７を格納室６を画成する筒壁にねじ込むことによりユニットとされる。
【００２４】前記打撃用空室７には、打撃手段としての回転カム８が位置している。該回転カム８の回転軸８０は刃物台Ｅに軸受により支持されていて、回転軸８０の他端のギヤ８００が刃物台側の駆動軸の歯車８０１と係合され、所定の周期で回転カム８が後側部体１ｂのカムフォロア（この例ではボルト頭部）５０を打撃するようになっている。回転カム８は非当接時にボルト頭部５０との間で両振幅以上のクリアランスＣが形成されるようになっている。
【００２５】図５は本発明の第１態様の第２実施例を、図６は同じく第３実施例を示しており、装置本体Ｂに打撃手段としての回転カム８が内蔵されている。図５においては、装置本体Ｂの打撃用空室７と直角方向に側室９を設け、この側室９に軸受８２によって支持された回転軸８０を設け、これの先端部に前記ステップ振動発生ユニットＡのボルト頭部５０に対向する回転カム８を固定しており、回転軸８の後端部には、タイミングプーリや歯車など外部の駆動装置との回転伝達要素１４を取り付けている。
【００２６】図６においては、装置本体Ｂの打撃用空室７と直角方向の側室９に駆動装置としてのモータ１５を取り付け、これの出力軸に前記ステップ振動発生ユニットＡのボルト頭部５０に対向する回転カム８を固定している。この実施例においてはしたがって装置本体Ｂそれ自体が駆動装置を備えているので、外部の駆動源を要さず旋盤に搭載するだけで、ステップ振動式穴加工を行なうことができる。図５と図６におけるステップ振動発生ユニットＡの構成は、第１実施例に説明したものと同様であるから、同じ部分に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２７】〔第２実施態様〕この第２実施態様は、本発明を、加工工具が回転とステップ振動および送りを行い、ワークが非回転、加工工具側がステップ振動と送りを行なう形式に適用した実施例を示している。図７は旋盤取り付けあるいは専用機として使用するのに好適な第１実施例を示している。本発明によるステップ振動発生ユニットＡは、装置本体に相当する主軸台Ｂ１に軸受１５，１５で回転自由に支持されているスリーブ状主軸１６に組み込まれ、固定リング１７，１７によって前後移動されぬように固定されている。スリーブ状主軸１６の端部外周には主軸回転駆動系からの駆動力を受ける回転伝達要素１４が取り付けられている。また、ステップ振動発生ユニットＡのカムフォロアたるボルト頭部５０に対しては、第１実施態様の第１実施例と同じように打撃手段としての回転カム８が位置している。ステップ振動発生ユニットＡの構成は、第１実施例に説明したものと同様であるから、これを援用するものとし、同じ部分に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００２８】図８と図９は第２実施例を示している。この実施例はマシニングセンタあるいはドリリングセンタ取り付け形式とした場合である。Ｃは回転動源を有する工作機械であり、付属の固定治具を有している。該固定治具は、主軸Ｃａの側方近傍に位置決めブロックＣｂを有している。
【００２９】Ｂ２は使用時に主軸Ｃａの下方に位置する装置本体としての非回転の外ハウジングであり、外ハウジング内には内径側に歯部を切ったリング状の内歯車１８が固定されている。前記外ハウジングＢ２には、前記主軸Ｃａからの回転力の伝達を受けて回転する全体として有底状の内ハウジング１９を有し、内ハウジング１９にはステップ振動発生ユニットＡが内蔵固定され、さらに内ハウジング１９内には、前記主軸Ｃａの軸線と平行に保持され、上部に内歯車１８と噛み合う遊星歯車２２が配され、前記ステップ振動発生ユニットＡの直上にはステップ振動発生ユニットＡのカムフォロア５０を打撃してステップ振動を与えるための打撃手段としての回転カム８を備えている。
【００３０】前記外ハウジングＢ２は前記位置決めブロックＣｂの位置決め穴と嵌合するロッキングピン２３を有しており、それらの嵌合がなされることにより回転止めの作用を発揮する。前記外ハウジングＢ２は主軸Ｃａと同心状の筒部を有しており、該筒部の開口部に内歯車１８が配置され、固定ねじによって固定されている。また、筒部の内周には軸受２４が設けられ、この軸受２４によって主軸Ｃａと同心に前記内ハウジング１９が回転自由に支承されている。
【００３１】この実施例では、内ハウジング１９は比較的肉の厚い天ブロックを上部域に有しそれ以降が筒状となった主体１９ａと、これの底を画成する下部体１９ｂとを有しており、天ブロックの下部には打撃用空室７が、そしてこの打撃用空室７の直下にステップ振動発生ユニットＡの格納室６が形成されている。主体１９ａには主軸Ｃ１ａに対するツールシャンク（アーバ）Ｃｃが連結固定されている。
【００３２】前記格納室６の内肩にはステップ振動発生ユニットＡのケーシング２の一端が当接し、下部体１９ｂによって他端が閉止されている。そして回転止めのため、格納室６には相対回転しないように周り止めピン２５が挿入され、ケーシング２に直角方向から挿入されている。ステップ振動発生ユニットＡのカムフォロア５０は打撃用空室７に臨んでいる。
【００３３】主体１９ａの天ブロックには、内歯車１８と主軸軸線と平行な関係でしかも回転方向では後方側に相当する位置に、軸受２６によって回転軸２７が回転自由に支承されている。そして回転軸２７は天ブロックの開口に伸び、回転軸の上端部に前記内歯車１８と噛み合う遊星歯車２２が固定されており、それにより遊星歯車２２は自転公転運動するようになっている。遊星歯車２２と内歯車１８は、それぞれの歯数を変えることによりステップ運動の振動数と工具回転の比率を任意に設定することができるように、対で交換可能となっている。
【００３４】前記回転軸２７は下部が打撃用空室７に伸びており、その下端部に伝動用歯車たとえば傘歯車２９が固定されている。打撃用空室７には前記回転軸２７と直角状に回転軸８０が軸受によって回転可能に支承されており、その回転軸８０の中間部には前記ステップ振動発生ユニットＡのカムフォロア５０と当接可能な打撃手段としての回転カム８がキーやスプラインあるいは角穴の嵌合等により相対回転しないようにされ固定されている。また、回転軸８０の端部には前記伝動用歯車２９と噛み合う伝動用歯車たとえば傘歯車８２が固定されている。
【００３５】図１０ないし図１３は第３実施例を示している。この実施例はマシニングセンタあるいはドリリングセンタ取り付け形式とした場合であり、第２実施例よりも簡単な構造とし得るメリットを有している。この実施例は、ステップ振動発生ユニットＡが、振動軸１の後端からの打撃ではなく、振動軸１の中間での打撃によって作動することが特徴であり、そのため、振動軸１の前側部体１ｃは中間にケーシング２を越えて半径方向に張り出すプレート部１０ｃを有している。該プレート部１０ｃは、図１２と図１３ように背面周縁領域に所望の軌跡で隆起した複数個のフェイスカム部１００を有している。
【００３６】Ｃは回転動源を有する工作機械であり、付属の固定治具を有している。該固定治具は、主軸Ｃａの側方近傍に位置決めブロックＣｂを有している。装置は使用時に主軸Ｃａの下方に位置する非回転の外ハウジングＢ２と、外ハウジング内に軸受２３によって回転自由に保持された内ハウジング１９と、内ハウジング１９に固定されたステップ振動発生ユニットＡと、外ハウジングＢ２に支持され、ステップ振動発生ユニットＡの前記フェイスカム部１００と接触可能な複数のカムフォロア３３を備えている。カムフォロア３３がこの実施例における打撃手段である。
【００３７】前記外ハウジングＢ２は前記位置決めブロックＣｂの位置決め穴と嵌合するロッキングピン２３を有しており、それらの嵌合がなされることにより回転止めの作用を発揮する。前記外ハウジングＢ２は主軸Ｃａと同心状の筒部を有しており、該筒部の内面に軸受２４が設けられ、この軸受２４によって主軸Ｃａと同心に有底状の内ハウジング１９が回転自由に支承されている。内ハウジング１９は上部に主軸Ｃ１ａに対するツールシャンク（アーバ）Ｃｃが連結固定されており、下部にはステップ振動発生ユニットＡの格納室６が形成されている。格納室６は分割溝によって可縮可能となっており、格納室６の内肩にステップ振動発生ユニットＡのケーシング２の一端が当接された状態で緊締ボルト３４で分割溝を締め付けることによって、ステップ振動発生ユニットＡは相対回転しないように固持される。
【００３８】前記ステップ振動発生ユニットＡと同一レベルに相当する内ハウジング外周と外ハウジングＢ２との間には、図１２のように打撃用空室に相当する複数（図面では１８０度対称位置に２つ）半径方向凹部７’，７’が形成されており、外ハウジングＢ２には半径方向凹部７’，７’に突入する横軸３５が取り付けられていて、これら横軸３５に、前記プレート部１０ｃのフェイスカム部１００と接触するコロ状のカムフォロア３３が回転可能に支持されている。
【００３９】図１４と図１５は第４実施例を示している。この実施例は長穴加工用のガンドリルマシン用に好適な態様であり、主軸台ＥのマシンチャックＥ１に着脱可能に取り付けられて駆動回転されるハウジングＢ３に格納室６が設けられている。ここにステップ振動発生ユニットＡが保持されており、ステップ振動発生ユニットＡの前端領域に対応するハウジングＢ３の周りには台Ｅ２が固設されている。この台Ｅ２は打撃手段として前記フェイスカム部１００と接触可能な複数のカムフォロア３３を備えている。
【００４０】前記ハウジングＢ３の中心には格納室６に通じる給油通路３６が穿設されている。ステップ振動発生ユニットＡは、振動軸１と、これを同心状に外囲するケーシング２および複数枚のダイヤフラム３，３とにより構成されていることは記述した態様と同様であるが、この実施例においては、前記給油通路３６を通して供給される油をガンドリルに流通させるため特別な構成となっている。
【００４１】すなわち、振動軸１は、中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃに分割されているが、後側部体１ｂと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃの中心には注油通路１０２が貫設されている。これを避けるため、注油通路１０２よりも外径側の部分に前側部体１ｃにまで達する複数のボルト孔１０’が穿設されていて、ボルト５’により中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃが締め付けられ、それによりダイヤフラム３，３が振動軸１と一体化されている。後側部体１ｂはボス部を有し、それにハウジングＢ３の孔と接するシール材が取り付けられている。
【００４２】前側部体１ｃは前記第３実施例と同じくケーシング２を越えて半径方向に張り出すプレート部１０ｃを有し、該プレート部１０ｃは背面周縁領域に、所望の軌跡で隆起した複数個のフェイスカム部１００を有している。加工工具としてのガンドリルＤ’は基端部Ｄ１が前側部体１ｃのホルダ部１３’に内挿され、止めねじで固定されている。ガンドリルＤ’の中心の注油孔は前側部体１ｃの中心の注油通路１０２と連通されている。ガンドリルの前方には、工作物チャッキング台にワークＷが固定されている。
【００４３】本発明は前述した実施例に限定されるものではない。
１）前記実施例では、中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃとが単一のボルト５で締結されることによりダイヤフラム３，３を連結しているが、これに代えて図１６（ａ）（ｂ）のように、後側部体１ｂと前側部体１ｃをそれぞれをボルト５ａ，５ｂにより中間部体１ａに連結してダイヤフラム３を緊締してもよい。ボルト５ａ，５ｂのいずれか一方または両方は、部体１ｂ，１ｃに一体に設けられていてもよい。
【００４４】２）また、ダイヤフラム３，３の中央部分固定するため中間部体１ａと後側部体１ｂおよび前側部体１ｃを締結するボルトは、必ずしも軸心にある場合に限られない。図１４で代表されるように軸心と同心円状に配して締結してもよい。この場合には、打撃受け部はボルト頭でなく専用のものを設ける。
３）実施例ではボルト５の頭部５０をカムフォロアとしても利用しているが、ボルト頭部とは別にカムフォロアを設けてもよい。たとえば、ボルト頭部にキャップ状部材を嵌着してカムフォロアとしてもよい。打撃音の発生を防止するため、制振合金などの防振性をもった部材も好適である。
【００４５】４）ダイヤフラム３，３の外縁部分の固定についても、図１７のように、中間部体２ａと、前後のリング状部体２ｂとをボルト３９で締結することで得てもよい。５）本発明は振動軸１の前端部と後端部をダイヤフラム３，３でケーシング２に支持させることが必須であるが、振動軸１が長いような場合には、中間部についてもダイヤフラムで支持させてもよい。
【００４６】６）打撃手段としてのカムは、円形カム、三角カムに限らず、歯数が１ないし５程度のものから適宜選択される。このように所望の歯数を選択することによりステップ振動の振動数を変化させることができる。
７）本発明は、ドリル、タップ、エンドミルなどの転削式穴加工のほか、リーマ、ブローチなどの非転削式穴加工にも適用される。
【００４７】
【実施例の作用】次に実施例に示す装置の使用法と作用を説明する。第１態様の第１実施例においては、加工工具Ｄ（図示するものはドリル）を保持している振動軸１は半径方向に延出する前後のダイヤフラム３，３によって外周側のケーシング２に支持されている。装置本体Ｂを旋盤などに搭載し、刃物台側の駆動源を回転させるとともに送りを与える一方、ワークＷを回転させれば、歯車８０１，８００を介して回転軸８０が回転し、これに固定されている回転カム８がステップ振動発生ユニットＡの後端のカムフォロア５０を周期的に打撃することにより、ステップ振動切削が行われる。
【００４８】図１８はこの動作を模式的に示しており、作業開始直前を示す（ａ）の段階では加工工具ＤはワークＷに当接していないため、回転カム８の叩き点８ａはカムフォロア５０から離間されてクリアランスＣを有している。なお、このときにはダイヤフラム３，３の各環状膨出部３０は図４（ｂ）の中立状態にある。次いで、加工工具ＤがワークＷに当接すると、振動軸１が後退側に押圧されるため、ダイヤフラム３，３の各環状膨出部３０は図４（ｃ）のように変形し、後退ストロークが作られる。図１８（ｂ）の仮想線はこれを意味している。このときには、工具ホルダ部１２に保持されている加工工具ＤはワークＷに接触したままで切削作用をしない休止期にある。回転カム８の叩き点８ａが周方向に移動すると、回転方向で前方の部分がカムフォロア５０に接触を始め、それにより図１８（ｂ）のように、振動軸１はダイヤフラム３，３により弾性支持されながら軸方向に押圧される。まだこの期間も切削作用をしない休止期にあり、ダイヤフラム３，３の各環状膨出部３０は図４（ｃ）の状態にある。
【００４９】さらに回転カム８の叩き点８ａが周方向に移動すると、カムフォロア５０は強力に押圧され、それによりダイヤフラム３，３の環状膨出部３０は図４（ｄ）のように弾性変形され、振動軸１はダイヤフラム３，３に支持されながら軸方向に移動し、図１８（ｃ）のように加工工具Ｄによる切削が行われる。ｌTは振動１周期毎の切削量である。なおも回転カム８が回転を続け、叩き点８ａがボルト頭部５０から離間すると、ダイヤフラム３，３の環状膨出部３０は図４（ｃ）の状態に復元される。このため、図１８（ｄ）のように加工工具Ｄは切削点に位置されたままになり、休止期となる。そして再び回転カム８の叩き点８ａ’がボルト頭部５０に当接すると、ダイヤフラム３，３は前記のように弾性変形させられ、振動軸１はダイヤフラム３，３に支持されながら軸方向に移動し、図１８（ｅ）のように加工工具Ｄによる切削が行われ、穴明け加工が行われる。
【００５０】以上の動作が繰り返されることによりステップ振動切削が行われる。本発明によるステツプ振動切削のメカニズムは、Ｖを切削速度、ｖをステップ振動速度とすると、Ｖ＜ｖの関係にあり、ｖ＝２πＡＦ（但し、Ａは振幅、Ｆは振動数）である。
【００５１】第１態様の第２実施例ないし第４実施例も基本的な作用は前述したところと同じである。第２実施態様の第１実施例（図７）においては、ワークＷは非回転におかれ、回転駆動源を回転することにより伝達手段１４を介して内ハウジング１６とこれに格納保持されているステップ振動発生ユニットＡが一体回転する。それとともに、回転カム８を駆動することにより前述したように振動軸１はダイヤフラム３，３に支持されながら周期的に軸方向に移動することによりステップ振動が与えられる。
【００５２】第２実施例（図８）においては、工作機械たとえばマシニングセンタやドリリングセンタのツールホルダに使用する工具の一つとして本発明装置を装着しておき、交換用アームによりツールホルダから本発明装置を取り出し、あらかじめ所定の歯数をもった内歯車１８を固定してある外ハウジングＢ１をロックピン２３によって固定治具の位置決めブロックＣｂにセットする。本発明装置はいわゆるマシニングセンタなどの工作機械の自動工具交換装置に装着することができ、エンドミルやドリルなどの一般工具と同様に取り扱いすることが可能である。
【００５３】被加工物をテーブルに固定し、マシニングセンタの主軸Ｃａを単一の回転動力源として作動させる。こうすれば、主軸Ｃａの回転が内ハウジング１９に伝達されて回転し、それにより内ハウジング１９に保持されているステップ振動発生ユニットＡも回転する。前記内ハウジング１９の回転軸２７は遊星歯車２２を有し、それが外ハウジングＢ２に固定されている内歯車１８と噛み合っているため、内ハウジング１９が回転すると、遊星歯車２２は自転公転し、この遊星歯車２２の回転運動によって下部の回転カム８が回転させられる。これにより前述したように振動軸１の後端のカムフォロア５０が周期的に打撃され、振動軸１はダイヤフラム３，３の変形により軸方向に移動してステップ振動切削が行われる。
【００５４】第３実施例（図１０）も、マシニングセンタやドリリングセンタの回転主軸端にアーバＣｃにより固定する。ロックピン２３により回転が止められている外ハウジングＢ２には打撃手段としてのカムフォロア３３，３３が支持されており、ダイヤフラム３，３が中立状態にあるときには、カムフォロア３３，３３は振動軸前側部体１ｃのプレート１０ｃに接触していない。すなわち、カムフォロア３３，３３はフエイスカム１００にクリアランスＣをもって対峙している。
【００５５】主軸Ｃａの回転が内ハウジング１９に伝達されて回転し、それにより内ハウジング１９に保持されているステップ振動発生ユニットＡが回転し、加工工具Ｄがワークに接して後方へと押圧されると、カムフォロア３３，３３は前記プレート１０ｃのフェイスカム１００と当接して打撃作用を受け、それによりダイヤフラム３，３によって支持されている振動軸１は軸方向前方に押し出されて加工が行われる。ついで、カムフォロア３３，３３がフェイスカム１００，１００と非接触になると、振動軸１は後退する。このように振動軸１が切削負荷と共同してダイヤフラム３，３により前後することにより、ステップ振動切削が行われる。第３実施例のステップ振動発生ユニットＡは、第２実施例のそれと比較して、構造が簡単、シンプルなものとなり、製作コストを安価にすることができる。
【００５６】第４実施例においては、ガンドリルマシンの主軸を回転すれば、装置本体Ｂ３とこれに保持されているステップ振動発生ユニットＡが回転し、これに取り付けている長尺のガンドリルＤ’が回転する。この回転時に振動軸前側部体１ｃのプレート部１０ｃに設けられているフェイスカム１００には台Ｅ２のカムフォロア３３，３３が接してフェイスカム１００が押圧されるため、前記第３実施例と同じように加工工具Ｄ’を含む振動軸１がダイヤフラム３，３で支持されながら前後に動かされ、ステップ振動切削による長穴加工が行われる。そして、この加工時には、後方から給油通路３６に切削油が供給されるが、振動軸１の中心に加工工具としてのガンドリルＤ’の中心に通じる給油通路１０２が穿設されているため、円滑に切削部位に切削油を連続供給することができる。
【００５７】本発明のステップ振動発生ユニットＡを採用した場合、ステップ振動切削による利点をそのまま発揮することができるが、さらに加工工具Ｄ，Ｄ’を保持する振動軸１が、ステップ振動に際して、外周のスリーブとガイドブッシユにより摺動されるのでなく、外縁部分が外周のケーシング２に固定されたダイヤフラム３，３により軸方向変位可能に弾性支持されている。このため、摺動ガイド方式の場合に必要であったスリーブとカイドブッシュとの間の数十ミクロンのクリアランスがなくなり、クリアランスによるラジアル方向のガタが皆無となる。このため、ラジアル方向のガタが原因のドリルの折損などのトラブルがなくなり、精度のよい穴明け加工を円滑に行なうことが可能となる。
【００５８】また、スリーブとカイドブッシュとの間の数十ミクロンのクリアランスの設定や調整が不要となり、単純にダイヤフラム３，３の中間部分を振動軸１に挟持固定するだけでよくなるため、組立てが容易であるとともに組立て誤差による影響もほとんど考慮しなくてもよくなり、安価でバラツキの少ないステップ振動発生ユニットＡとすることができる。さらに、摺動方式の場合に必要であった潤滑も不要で、メンテナンスフリーとなるので、取り扱いが容易であるとともに、耐久性を大とすることができる。
【００５９】
【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１によるときには、各回の振動で刃先が切削点に接触した状態を保持する（戻り行程なし振動）切刃軌跡を生成させてステップ状の切削を行なうことができ、振動切削と同じように良好な精密切削を行なえるうえに、有害な衝撃力が直接刃先に作用しなくなるため、刃先に対する負荷が軽減され、高硬度材や難削材に対しての加工において、工具刃先のチッピングを防止して高い寿命を確保することができる。しかも、加工工具を取り付ける工具ホルダを先端部に有しこれよりも背方に周期的に打撃を受ける部分を有する振動軸１の半径方向が、複数のダイヤフラム３，３によりケーシング２に弾性支持されたステップ振動発生ユニットＡを備え、振動軸１の軸方向の振動を、摺動式でなしに、複数のダイヤフラム３，３によりケーシング２に弾性支持させることで実現しているので、ラジアル方向のガタによる穴の折損がなくなり、小径ドリルにおいても円滑に精度よく加工を行なうことができ、かつまた摺動式でないため製作、組立てが容易で、誤差の介入も少なく、したがつて、安価なものとすることができ、使用上も潤滑が不要、フメンテンスフリーとすることができ、耐久性も大とすることができるなどのすぐれた効果が得られる。
【００６０】請求項２によれば、構造が簡単かつ小型であるため、旋盤はもとより、汎用的な工作機械のマシニングセンタ、ドリリングセンタなどの主軸に取り付けて利用することが可能となり、使い勝手を飛躍的に向上させることができ、難削材の小径加工の加工精度向上，工具寿命向上などの生産性向上に大きな利益をもたらすことができるというすぐれた効果が得られる。しかも、ステップ振動発生ユニットＡの構造が簡単で、組立ても容易であり、安価に製作することができるという優れた効果が得られる。請求項３と４によれば、ステップ振動発生ユニットＡの構造が簡単で、組立ても容易であり、安価に製作することができるというすぐれた効果が得られる。請求項５によれば、長穴加工をステップ振動加工により実現できるというすぐれた効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】３９００４１３１３
【氏名又は名称】村川 正夫
【出願日】 平成１３年６月６日（２００１．６．６）
【代理人】 【識別番号】１０００７２４０８
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 泰弘
【公開番号】 特開２００２−３６１５０６（Ｐ２００２−３６１５０６Ａ）
【公開日】 平成１４年１２月１８日（２００２．１２．１８）
【出願番号】 特願２００１−１７１０９３（Ｐ２００１−１７１０９３）