特許 6995306 超音波振動加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-17

(45)【発行日】2022-01-14

(54)【発明の名称】超音波振動加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23B 37/00 20060101AFI20220106BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20220106BHJP

   B23C 3/00 20060101ALI20220106BHJP

【ＦＩ】

B23B37/00

B23B1/00 C

B23C3/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2017150387

(22)【出願日】2017-08-03

(65)【公開番号】P2019025628

(43)【公開日】2019-02-21

【審査請求日】2020-07-31

(73)【特許権者】

【識別番号】390020639

【氏名又は名称】株式会社キラ・コーポレーション

(73)【特許権者】

【識別番号】504224153

【氏名又は名称】国立大学法人 宮崎大学

(73)【特許権者】

【識別番号】506060258

【氏名又は名称】公立大学法人北九州市立大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鬼鞍 宏猷

(72)【発明者】

【氏名】大西 修

(72)【発明者】

【氏名】村上 洋

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】特許第５３０８５９９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００６－２４７８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０５３６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／１０８４６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１３１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０７９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２１９６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８７７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｃ ３／００

Ｂ２３Ｂ ３７／００

Ｂ２３Ｂ １／００

Ｂ２４Ｂ １／０４

Ｂ０６Ｂ １／０２

Ｂ０６Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
先端部に工具ホルダを着脱自在に取り付けるホーン部を有する本体部、回転軸方向において前記本体部よりも後方に配置された挟持部、及び前記回転軸方向の中間部において前記本体部と前記挟持部とによって挟持された圧電素子を有しており、後端が前記圧電素子によって発生する超音波振動の節部に位置して前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に支持された超音波振動子と、
この超音波振動子の後端部に前端部が連結され、前記超音波振動子と共に前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に収納された連結部と、
この連結部の後端部に連結された回転駆動部と、
前記ハウジングに固定され、外部電源から高周波電力が供給される一次側コイルを具備した一次側トランス、及び前記一次側トランスと隙間を保持して前記超音波振動子の後端に連結され、前記超音波振動子とともに前記回転軸周りを回転し、前記一次側コイルとの間で電磁誘導によって発生する誘導起電力を前記圧電素子に供給する二次側コイルを具備した二次側トランスを有した非接触給電部と、
を備えていることを特徴とする超音波振動加工装置。

【請求項2】

ハウジングと、
先端部に工具ホルダを着脱自在に取り付けるホーン部を有する本体部、回転軸方向において前記本体部の後方に配置された挟持部、及び前記回転軸方向の中間部において前記本体部と前記挟持部とによって挟持された圧電素子を有しており、前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に支持された超音波振動子と、
この超音波振動子の後端部に前端部が連結され、前記超音波振動子と共に前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に収納され、後端に挿入口が開口したスプライン軸受を設けた連結部と、
この連結部の前記挿入口から前記スプライン軸受内に挿入し、前記回転軸周りを回転するスプライン軸を有し、前記連結部の後端部に連結された回転駆動部と、
前記ハウジングに固定され、外部電源から高周波電力が供給される一次側コイルを具備した一次側トランス、及び前記一次側トランスと隙間を保持して前記超音波振動子の後端に連結され、前記超音波振動子とともに前記回転軸周りを回転し、前記一次側コイルとの間で電磁誘導によって発生する誘導起電力を前記圧電素子に供給する二次側コイルを具備した二次側トランスを有した非接触給電部と、
を備えていることを特徴とする超音波振動加工装置。

【請求項3】

前記スプライン軸受は前記圧電素子によって発生する超音波振動の節部に位置していることを特徴とする請求項２記載の超音波振動加工装置。

【請求項4】

前記スプライン軸受の内周面と前記スプライン軸の外周面とが表面硬化処理されていることを特徴とする請求項２又は３記載の超音波振動加工装置。

【請求項5】

前記超音波振動子の後端と前記二次側トランスとの間に挟持され、前記超音波振動子と異なる固有音響インピーダンスを有する反射部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超音波振動加工装置。

【請求項6】

前記連結部と前記超音波振動子とは固有音響インピーダンスが異なることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の超音波振動加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は超音波振動加工装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１の超音波振動加工装置は、ハウジング、スピンドル、工具ホルダ、超音波振動子、及び非接触給電部を備えている。スピンドルはハウジング内に回転軸周りに回転自在に支持されている。工具ホルダは、スピンドルの先端に連結され、切削・研削工具が取り付けられる。超音波振動子は工具ホルダを介して切削・研削工具を振動させる。非接触給電部は超音波振動子に高周波電力を供給する。また、非接触給電部は、一次側トランス、二次側トランス、及び一次側トランスと二次側トランスとの隙間を設定間隔に保持する隙間保持機構を具備している。一次側トランスは外部電源から高周波電力が供給される一次側コイルを有している。二次側トランスは一次側コイルとの間で電磁誘導によって誘導起電力を発生する二次側コイルを有している。

【0003】

この超音波振動加工装置は、超音波振動子の発熱等によってスピンドルの長さが変化しても、隙間保持機構が一次側トランスと二次側トランスとの隙間を設定間隔に保持する。このため、この超音波振動加工装置は、非接触給電部の二次側コイルにおいて、誘導起電力が安定して発生する。よって、この超音波振動加工装置は、超音波振動子へ高周波電力を安定して供給することができるため、超音波振動を利用した加工を良好に行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１３１３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１の超音波振動加工装置は、スピンドルを回転駆動する駆動モータが、ハウジングの内周面に設けられたステータと、スピンドルの外周面に設けられたロータとから構成されているため、スピンドルが長尺になり、超音波振動エネルギーが工具側に効率よく伝わらないおそれがある。

【0006】

また、特許文献１の超音波振動加工装置は、超音波振動子の振動によって、二次側トランスが振動することを考慮していない。このため、この超音波振動加工装置は、二次側トランスが超音波振動子によって振動することによって、二次側コイルで発生する誘導起電力が安定しないおそれがある。

【0007】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、構成部品が超音波振動子によって振動することを抑制し、超音波振動を利用した加工を良好に行うことができる超音波振動加工装置を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１発明の超音波振動加工装置は、ハウジングと、
先端部に工具ホルダを着脱自在に取り付けるホーン部を有する本体部、回転軸方向において前記本体部よりも後方に配置された挟持部、及び前記回転軸方向の中間部において前記本体部と前記挟持部とによって挟持された圧電素子を有しており、後端が前記圧電素子によって発生する超音波振動の節部に位置して前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に支持された超音波振動子と、
この超音波振動子の後端部に前端部が連結され、前記超音波振動子と共に前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に収納された連結部と、
この連結部の後端部に連結された回転駆動部と、
前記ハウジングに固定され、外部電源から高周波電力が供給される一次側コイルを具備した一次側トランス、及び前記一次側トランスと隙間を保持して前記超音波振動子の後端に連結され、前記超音波振動子とともに前記回転軸周りを回転し、前記一次側コイルとの間で電磁誘導によって発生する誘導起電力を前記圧電素子に供給する二次側コイルを具備した二次側トランスを有した非接触給電部と、
を備えていることを特徴とする。

【0009】

この超音波振動加工装置は、圧電素子によって発生する超音波振動の節部に超音波振動子の後端を位置させ、その後端に二次側トランスが連結されている。超音波振動の節部において回転軸方向の振幅がなくなるため、この超音波振動加工装置は二次側トランスが回転軸方向の振動を受け難い。このため、この超音波振動加工装置は一次側トランスと二次側トランスとの隙間が変動し難い。よって、この超音波振動加工装置は非接触給電部が安定して圧電素子に高周波電力を供給することができる。

【0010】

したがって、第１発明の超音波振動加工装置は、構成部品である非接触給電部が超音波振動子の振動によって振動することを抑制し、超音波振動を利用した加工を良好に行うことができる。

【0011】

第２発明の超音波振動加工装置は、ハウジングと、
先端部に工具ホルダを着脱自在に取り付けるホーン部を有する本体部、回転軸方向において前記本体部よりも後方に配置された挟持部、及び前記回転軸方向の中間部において前記本体部と前記挟持部とによって挟持された圧電素子を有しており、前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に支持された超音波振動子と、
この超音波振動子の後端部に前端部が連結され、前記超音波振動子と共に前記回転軸周りを回転自在な状態で前記ハウジング内に収納され、後端に挿入口が開口したスプライン軸受を有した連結部と、
この連結部の前記挿入口から前記スプライン軸受内に挿入し、前記回転軸周りを回転するスプライン軸を有し、前記連結部の後端部に連結された回転駆動部と、
前記ハウジングに固定され、外部電源から高周波電力が供給される一次側コイルを具備した一次側トランス、及び前記一次側トランスと隙間を保持して前記超音波振動子の後端に連結され、前記超音波振動子とともに前記回転軸周りを回転し、前記一次側コイルとの間で電磁誘導によって発生する誘導起電力を前記圧電素子に供給する二次側コイルを具備した二次側トランスを有した非接触給電部と、
を備えていることを特徴とする。

【0012】

この超音波振動加工装置は連結部と回転駆動部とをスプライン軸受とスプライン軸とによって連結している。このため、この超音波振動加工装置は、超音波振動子によって連結部が回転軸方向に振動するが、その振動が回転駆動部に伝搬し難い。よって、この超音波振動加工装置は、回転駆動部が超音波振動子の振動によって破損し難く、回転駆動部が長時間、良好に回転することができる。また、連結部の摩擦を減らすとともに摩耗を抑制することができ、これらの対策に係る超音波振動加工装置の休止時間を短縮することができる。また、この超音波振動加工装置は、回転駆動部に超音波振動が伝搬せず、圧電素子で生じる超音波振動エネルギーを工具に有効に伝達することができる。

【0013】

したがって、第２発明の超音波振動加工装置は、構成部品である回転駆動部が超音波振動子によって振動することを抑制し、超音波振動を利用した加工を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１の超音波振動加工装置を示す断面図と、超音波振動子の振動の波を示す概念図を併記したものである。

【図2】実施例１の超音波振動子を示す一部断面図である。

【図3】実施例１の超音波振動加工装置の連結部のスプライン軸受とモータの駆動軸に形成されたスプライン軸であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は分解斜視図である。

【図4】実施例１の超音波振動加工装置の非接触給電部の周りを示す部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明における好ましい実施の形態を説明する。

【0016】

第２発明の超音波振動加工装置において、前記スプライン軸受は前記圧電素子によって発生する超音波振動の節部に位置し得る。この場合、超音波振動の節部で回転軸方向に振幅がなくなるため、スプライン軸受における回転軸方向の振動が小さくなる。このため、このスプライン軸受にスプライン軸によって連結している回転駆動部に振動が伝搬し難い。よって、この超音波振動加工装置は、回転駆動部の超音波振動子の振動による破損を防止し、回転駆動部が長時間、良好に回転することができる。

【0017】

第２発明の超音波振動加工装置において、前記スプライン軸受の内周面と前記スプライン軸の外周面とが表面硬化処理され得る。この場合、この超音波振動加工装置は、スプライン軸受とスプライン軸との間の摩擦が減少するとともに、スプライン軸受とスプライン軸との耐摩耗性が向上する。このため、この超音波振動加工装置は、超音波振動子等が長時間、良好に回転することができる。

【0018】

第１発明及び第２発明の超音波振動加工装置において、前記超音波振動子の後端と前記二次側トランスとの間に挟持され、前記超音波振動子と異なる固有音響インピーダンスを有する反射部材を備え得る。この場合、この超音波振動加工装置は、超音波振動子と二次側トランスとの間に挟持された反射部材によって、振動が超音波振動子側に反射され、二次側トランスに伝搬し難くなる。このため、この超音波振動加工装置は、二次側トランスが回転軸方向の振動を受け難く、非接触給電部が安定して圧電素子に高周波電力を供給することができる。

【0019】

第１発明及び第２発明の超音波振動加工装置において、前記連結部と前記超音波振動子とは固有音響インピーダンスが異なり得る。この場合、この超音波振動加工装置は、超音波振動子で発生した振動の一部が、連結部と超音波振動子との境界部で反射し、連結部側に伝搬し難くなる。このため、この超音波振動加工装置は、回転駆動部に振動が伝搬し難く、振動による破損を防止して、回転駆動部が長時間、良好に回転することができる。

【0020】

次に、本発明の超音波振動加工装置を具体化した実施例１について、図面を参照しつつ説明する。

【0021】

＜実施例１＞
実施例１の超音波振動加工装置は、図１に示すように、ハウジング１０、超音波振動子２０、連結部３０、回転駆動部であるモータ４０、非接触給電部５０、反射部材６０、及び工具ホルダ７０を備えている。

【0022】

ハウジング１０は、筒状のハウジング本体１１と、ハウジング本体１１の両端の夫々に取り付けられた蓋部材１３，１５と、ハウジング本体１１内に取り付けられ、後述する一次側トランス５１をハウジング本体１１内に固定する固定部材１７とを有している。ハウジング本体１１は、後述する超音波振動子２０や非接触給電部５０等を収納する第１収納部Ｃ１と、後述する連結部３０であるスプライン軸受３１やジョイント部３３の一部を収納する第２収納部Ｃ２とが形成されている。第２収納部Ｃ２は第１収納部Ｃ１の後方に外方向に広がる段差を介して連続している（前・後は、図１において下・上を示す。以下同じ）。第１収納部Ｃ１の内側空間の形状は円柱状である。第１収納部Ｃ１は側面に空気が流入する第１空気孔１２が形成されている。第２収納部Ｃ２の内側空間の形状は第１収納部Ｃ１の内側空間の形状よりも径が大きい円柱状である。第２収納部Ｃ２は側面に空気が流出する第２空気孔１４が形成されている。第１空気孔１２から空気を流入させ、第２空気孔１４から空気を流出させることによって、後述するように、ハウジング１０内に回転軸Ｘ周りを回転自在な状態に支持した超音波振動子２０からの発熱によって、ハウジング１０内の温度上昇を抑制することができる。

【0023】

ハウジング本体１１の前端に取り付けられた蓋部材１３は、中央部に円形状の開口１３Ａが設けられている。この開口１３Ａは、内径が後述する超音波振動子２０の前端部の外径よりも僅かに大きく、超音波振動子２０の前端部との間に隙間が形成されている。この隙間からハウジング１０内の空気が流出する。これによっても、ハウジング１０内の温度上昇を抑制することができる。ハウジング本体１１の後端に取り付けられた蓋部材１５は、中央部に円形状の開口１５Ａが設けられている。この開口１５Ａは内径が後述するモータ４０の駆動軸４３の外径よりも僅かに大きい。固定部材１７は、円盤形状であり、中央部に円形状の開口１７Ａが設けられている。固定部材１７の外径は第２収納部Ｃ２の内径に略等しい。固定部材１７の開口１７Ａは内径が後述する連結部３０のジョイント部３３の軸部３３Ｂの外径よりも僅かに大きい。固定部材１７は、第２収納部Ｃ２と第１収納部Ｃ１の境界部に設けられた段部に係止してハウジング本体１１内に取り付けられている。

【0024】

超音波振動子２０は、図１及び図２に示すように、本体部２１、４枚の圧電素子２３、挟持部２５、及び締付部２７から構成されている。本体部２１は、先端部に工具ホルダ７０を着脱自在に取り付けるホーン部２１Ａを有している。各圧電素子２３は重ね合わされて本体部２１の後端から後方に配置されている。挟持部２５は圧電素子２３の後端から後方に配置されている。締付部２７は、挟持部２５の後端から後方に配置され、本体部２１との間で圧電素子２３と挟持部２５とを挟み込んで締め付けている。本体部２１、挟持部２５、及び締付部２７はステンレス鋼で形成されている。

【0025】

本体部２１は略円柱形状である。本体部２１は、先端部をスパナ等の工具で挟み込むために、先端部において反対側の２面２１Ｄが平面にカットされている。また、本体部２１は、先端部に形成されたホーン部２１Ａにおいて、中心軸上を後方に伸び、前方に開口した挿入孔２１Ｂが形成されている。挿入孔２１Ｂは奥方向に向けて僅かに縮径するように内側面が傾斜面で形成されている。また、挿入孔２１Ｂは、底面の中央部に連続して中心軸上を後方に伸びた雌ねじ部２１Ｃが形成されている。また、本体部２１は、後端の中央部に後方に開口し、後端から中心軸上を前方に伸びた雌ねじ部（図示せず）が形成されている。

【0026】

圧電素子２３は、外径が本体部２１よりも僅かに小さい円環状であり、４枚重ね合わされている。圧電素子２３の内径は後述する締付部２７の軸部（図示せず）の外径よりも大きい。挟持部２５は外径が本体部２１と同じ円環状である。挟持部２５の内径は後述する締付部２７の軸部（図示せず）の外径よりも大きい。締付部２７は締付部本体２７Ａと軸部（図示せず）とから構成されている。締付部本体２７Ａは、外径が本体部２１や挟持部２５よりも僅かに大きい円柱体に対して、反対側の２面を平面にカットした形状である。このため、締付部２７は締付部本体２７Ａをスパナ等の工具で挟み込んで回転させることができる。締付部本体２７Ａは、後端の中央部に後方に開口し、締付部本体の中心軸上を前方に伸びた雌ねじ部２７Ｂが形成されている。軸部（図示せず）は締付部本体２７Ａの前面の中央部から中心軸上を前方に伸びている。軸部（図示せず）は先端に雄ねじ部が形成されている。

【0027】

このような構成を有する超音波振動子２０は、本体部２１の後端に４枚重ねられた圧電素子２３を配置し、その後端に挟持部２５を配置した状態で、締付部２７の軸部(図示せず)を挟持部２５及び４枚の圧電素子２３に挿通して本体部２１の後端に開口した雌ねじ部（図示せず）に締付部２７の軸部（図示せず）に形成された雄ねじ部をねじ込む。これによって、本体部２１、４枚の圧電素子２３、挟持部２５、及び締付部２７の各中心軸が一直線上に配置された状態で、超音波振動子２０が形成される。この超音波振動子２０は、図１に示すように、後端（締付部２７の後端）が圧電素子２３によって発生する超音波振動の節部Ｆ１に位置するように形成されている。これによって、後述するように、超音波振動子２０の後端に連結した二次側トランス５２に圧電素子２３によって発生する振動を伝搬し難くすることができる。

【0028】

この超音波振動子２０は、以下に示すように、回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に支持されている。
この超音波振動子２０はハウジング１０の第１収納部Ｃ１に収納されている。この際、超音波振動子２０は、前端部がハウジング本体１１の前端に取り付けられた蓋部材１３の開口１３Ａから突出している。このように超音波振動子２０を配置した状態で、前後方向に離れた位置であって、第１収納部Ｃ１の内壁面と超音波振動子２０の本体部２１の外周面との間に配置された２個のボールベアリング８１，８２によって、超音波振動子２０は回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に支持している。

【0029】

これら２個のボールベアリング８１，８２は、圧電素子２３によって発生する超音波振動の節部Ｆ２，Ｆ３に相当する位置に配置されている。つまり、２個のボールベアリング８１，８２は超音波振動の半波長分の距離を離して配置されている。このため、２個のボールベアリング８１，８２は、圧電素子２３によって発生する回転軸Ｘ方向の振動を受けずに超音波振動子２０を回転自在な状態で支持することができるため、超音波振動子２０が良好に回転することができる。

【0030】

前側に配置されたボールベアリング８１は、その外輪とハウジング本体１１の前端に取り付けられた蓋部材１３との間に第１収納部Ｃ１の内壁面に当接した円筒状の第１スペーサ８３を挟み込んでいる。また、各ボールベアリング８１，８２は、夫々の外輪の間に第１収納部Ｃ１の内壁面に当接した円筒状の第２スペーサ８４を挟み込んでいる。また、後側に配置されたボールベアリング８２は、その外輪とハウジング本体１１内に取り付けられた固定部材１７との間に第１収納部Ｃ１の内壁面に当接した円筒状の第３スペーサ８５を挟み込んでいる。このようにして、２個のボールベアリング８１，８２は位置決めされている。

【0031】

連結部３０は、図１及び図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、ジョイント部３３とスプライン軸受３１とから構成されている。ジョイント部３３はチタン合金で形成されている。チタン合金は超音波振動子２０の締付部２７等を形成するステンレス鋼の固有音響インピーダンスと異なる固有音響インピーダンスを有している。このため、後述するように連結部３０を超音波振動子２０に連結しても、超音波振動子２０で発生した振動の一部が、連結部３０のジョイント部３３と超音波振動子２０の締付部２７との境界部で反射し、連結部３０側に伝搬し難くなっている。スプライン軸受３１は炭素鋼で形成されている。ジョイント部３３は頭部３３Ａと軸部３３Ｂとから構成されている。頭部３３Ａは、平板状であり、軸部３３Ｂが伸びている側から見た外形が、四角形の各角部を切り落とした八角形状である。軸部３３Ｂは頭部３３Ａの前面の中央部から伸びている。軸部３３Ｂは、略円柱状であり、先端部が縮径されて雄ねじ部３３Ｃが形成されている。

【0032】

スプライン軸受３１は軸受部３１Ａとフランジ部３１Ｂとから構成されている。軸受部３１Ａは、略円筒状であり、中央を貫通する貫通孔の前端部の内径がその後方の内径よりも大きく形成されている。軸受部３１Ａは内径が小さい部分の内周面に内歯３１Ｃを形成している。軸受部３１Ａの内歯３１Ｃが形成された内周面はＤＬＣ（ダイアモンド ライク カーボン）コーティングされている。フランジ部３１Ｂは軸受け部の前端外周縁から外方向に伸びた円環状である。フランジ部３１Ｂは、同一円周上に等間隔で４個の貫通孔３１Ｄが形成されている。これら貫通孔３１Ｄを挿通するボルト（図示せず）によってスプライン軸受３１とジョイント部３３とが連結されている。

【0033】

この連結部３０は、以下に示すように、超音波振動子２０と共に回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に収納されている。
この連結部３０は主にハウジング１０の第２収納部Ｃ２に収納されている。連結部３０はジョイント部３３の軸部３３Ｂがハウジング本体１１に取り付けられた固定部材１７の開口１７Ａ、及び後述する非接触給電部５０の一次側トランス５１の一次側コア５１Ａと二次側トランス５２の二次側コア５２Ａの夫々の中央を貫通した貫通孔を挿通し、超音波振動子２０の締付部本体２７Ａの後端に形成された雌ねじ部２７Ｂにジョイント部３３の軸部３３Ｂの先端部に形成された雄ねじ部３３Ｃがねじ込まれている。このようにして、連結部３０は超音波振動子２０と連結され、回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に収納されている。

【0034】

また、連結部３０のスプライン軸受３１は、図１に示すように、連結部３０が超音波振動子２０と連結され、第２収納部Ｃ２に収納された状態で、その回転軸Ｘ方向の中央部が圧電素子２３によって発生する超音波振動の節部Ｆ０に位置している。このため、スプライン軸受３１における回転軸Ｘ方向の振動が小さくなるため、後述するように、スプライン軸受３１にスプライン軸４５によって連結しているモータ４０に振動を伝搬し難くすることができる。

【0035】

モータ４０は、図１に示すように、モータ本体４１とモータ本体４１から突出した駆動軸４３とを有している。モータ４０はブレーキ機能を有している。つまり、モータ４０は保持トルクを一定にすることができる。駆動軸４３は、図３（Ａ），（Ｂ）先端部の外周面に外歯４３Ａが形成されており、スプライン軸４５を形成している。スプライン軸４５の外周面はＤＬＣコーティングされている。このスプライン軸４５は、図１及び図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、連結部３０の後端に開口した挿入口からスプライン軸受３１内に挿入される。このようにして、モータ４０は連結部３０に連結されている。

【0036】

このように、連結部３０とモータ４０とをスプライン軸受３１とスプライン軸４５とによって連結しているため、超音波振動子２０によって連結部３０が回転軸Ｘ方向に振動するが、その振動がモータ４０に伝搬し難い。また、スプライン軸受３１の内周面とスプライン軸４５の外周面とがＤＬＣコーティングされているため、スプライン軸受３１とスプライン軸４５との間の摩擦が減少するとともに、スプライン軸受３１とスプライン軸４５との耐摩耗性が向上する。このため、この超音波振動加工装置は、超音波振動子２０等が長時間、良好に回転することができる。

【0037】

非接触給電部５０は、図１及び図４に示すように、一次側トランス５１と二次側トランス５２とを有している。一次側トランス５１は、一次側コア５１Ａと、一次側コイル５１Ｂとを具備している。一次側コア５１Ａは、円環状であり、前面に同一円周上を一周する溝部５１Ｃが形成されている。一次側コイル５１Ｂは一次側コア５１Ａの溝部５１Ｃに沿って何重にも巻かれている。一次側コイル５１Ｂは、外部電源に電線Ｗ１を介して連結され、外部電源から高周波電力が供給される。一次側トランス５１はハウジング１０内に固定された固定部材１７の前面に固定されている。この際、一次側トランス５１は、一次側コア５１Ａの中央を貫通した貫通孔が固定部材１７の開口１７Ａに重なるように、固定部材１７に固定されている。つまり、一次側コア５１Ａの中心軸と固定部材１７の開口の中心とが回転軸Ｘ上に位置している。

【0038】

二次側トランス５２は、二次側コア５２Ａと、二次側コイル５２Ｂとを具備している。二次側コア５２Ａは、円環状であり、後面に同一円周上を一周する溝部５２Ｃが形成されている。二次側コイル５２Ｂは二次側コア５２Ａの溝部５２Ｃに沿って何重にも巻かれている。二次側トランス５２は回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に支持された超音波振動子２０の後端に後述する反射部材６０を介して連結されている。この状態で、一次側トランス５１と二次側トランス５２との間に隙間Ｓが形成されている。二次側コイル５２Ｂは電線Ｗ２を介して圧電素子２３に連結されている。二次側コイル５２Ｂは、一次側コイル５１Ｂとの間で電磁誘導によって発生した誘導起電力を圧電素子２３に供給する。

【0039】

反射部材６０はアクリル製である。アクリルは超音波振動子２０の締付部２７等を形成するステンレス鋼の固有音響インピーダンスと異なる固有音響インピーダンスを有している。反射部材６０は円盤状であり中央部に貫通孔が形成されている。反射部材６０は、外径が超音波振動子２０の締付部２７の締付部本体２７Ａの外径と同じであり、貫通孔の内径が連結部３０のジョイント部３３の軸部３３Ｂの外径よりも僅かに大きい。反射部材６０は超音波振動子２０の後端と二次側トランス５２との間に接着されて挟持されている。このため、反射部材６０が超音波振動子２０の振動を超音波振動子２０側に反射し、二次側トランス５２に伝搬し難くすることができる。

【0040】

工具ホルダ７０は、図１に示すように、チャック部７１、連結部７２、及び挿入部７３とから構成されている。チャック部７１は、先端に向けて縮径する円錐台形状であり、中心軸上にエンドミル等の工具８０を挿入する挿入孔７１Ａが形成されている。この工具ホルダ７０はチャック部７１に工具を焼嵌めして取り付ける焼嵌めホルダである。連結部７２は、連結部７２はチャック部７１の後端に連続した六角柱形状である。挿入部７３は、第１挿入部７３Ａ、第２挿入部７３Ｂ、及び雄ねじ部７３Ｃから構成されている。第１挿入部７３Ａは連結部７２の後端に連続した円柱形状である。第１挿入部７３Ａは超音波振動子２０のホーン部２１Ａに形成された挿入孔２１Ｂの開口部の内径よりも小さい外径を有している。第２挿入部７３Ｂは、第１挿入部７３Ａの後端に連続し、後方に向けて僅かに縮径する円錐台形状である。雄ねじ部７３Ｃは第２挿入部７３Ｂの後端の中央部に連続している。

【0041】

工具ホルダ７０は、連結部７２が、図示しない回転駆動装置に形成された六角穴に下方から挿入された状態で、回転駆動装置が回転することによって、挿入部７３の雄ねじ部７３Ｃが超音波振動子２０のホーン部２１Ａに形成された挿入孔２１Ｂの雌ねじ部２１Ｃに締め付けたり、緩めたりして、自動的に工具交換をすることができる。工具を自動交換する際、モータの保持トルクを一定にすることにより、回転装置が工具ホルダを締め付けるトルクが一定になる。このため、超音波振動子２０の本体部２１に形成された奥方向に向けて僅かに縮径した傾斜面で形成された挿入孔２１Ｂと、工具ホルダ７０の挿入部７３の第２挿入部７３Ｂの外側面との間に作用する力（圧力）が一定になり、密着力が一定になる。このため、超音波振動子２０から工具ホルダ７０への超音波振動の伝達を常に安定させることができる。また、工具ホルダ７０の挿入部７３の雄ねじ部７３Ｃと、超音波振動子２０のホーン部２１Ａに形成された挿入孔２１Ｂの雌ねじ部２１Ｃが常に一定のトルクで締められるため、この部分の寿命を長くすることができる。さらに、手動で工具交換をすることに比べて、短時間で工具交換をすることができる。

【0042】

上述したように、実施例１の超音波振動加工装置は、ハウジング１０、超音波振動子２０、連結部３０、モータ４０、及び非接触給電部５０を備えている。超音波振動子２０はホーン部２１Ａと圧電素子２３とを有している。ホーン部２１Ａは先端部に工具ホルダ７０を着脱自在に取り付けている。圧電素子２３は超音波振動子２０の回転軸Ｘ方向の中間部に挟持されている。また、超音波振動子２０は後端が圧電素子２３によって発生する超音波振動の節部Ｆ１に位置している。さらに、超音波振動子２０は回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に支持されている。連結部３０は超音波振動子２０の後端部に前端部が連結されている。また、連結部３０は超音波振動子２０と共に回転軸Ｘ周りを回転自在な状態でハウジング１０内に収納されている。さらに、連結部３０は後端に挿入口が開口したスプライン軸受３１を有している。モータ４０は、連結部３０の挿入口からスプライン軸受３１内に挿入し、回転軸Ｘ周りを回転するスプライン軸４５を有し、連結部３０の後端部に連結されている。非接触給電部５０は、一次側トランス５１、及び二次側トランス５２を有している。一次側トランス５１はハウジング１０に固定されている。また、一次側トランス５１は外部電源から高周波電力が供給される一次側コイル５１Ｂを具備している。二次側トランス５２は、一次側トランス５１と隙間Ｓを保持して超音波振動子２０の後端に連結されている。また、二次側トランス５２は超音波振動子２０と共に回転軸Ｘ周りを回転する。さらに、二次側トランス５２は一次側コイル５１Ｂとの間で電磁誘導によって発生する誘導起電力を圧電素子２３に供給する二次側コイル５２Ｂを具備している。

【0043】

この超音波振動加工装置は、圧電素子２３によって発生する超音波振動の節部Ｆ１に超音波振動子２０の後端を位置させ、その後端に二次側トランス５２が連結されている。超音波振動の節部Ｆ０～Ｆ４等において回転軸Ｘ方向の振幅がなくなるため、この超音波振動加工装置は二次側トランス５２が回転軸Ｘ方向の振動を受け難い。このため、この超音波振動加工装置は一次側トランス５１と二次側トランス５２との隙間Ｓが変動し難い。よって、この超音波振動加工装置は非接触給電部５０が安定して圧電素子２３に高周波電力を供給することができる。

【0044】

また、この超音波振動加工装置は連結部３０とモータ４０とをスプライン軸受３１とスプライン軸４５とによって連結している。このため、この超音波振動加工装置は、超音波振動子２０によって連結部３０が回転軸Ｘ方向に振動するが、その振動がモータ４０に伝搬し難い。よって、この超音波振動加工装置は、モータ４０が超音波振動子２０の振動によって破損し難く、モータ４０が長時間、良好に回転することができる。また、連結部３０の摩擦を減らすとともに摩耗を抑制することができ、これらの対策に係る超音波振動加工装置の休止時間を短縮することができる。また、この超音波振動加工装置は、モータ４０に超音波振動が伝搬せず、圧電素子２３で生じる超音波振動エネルギーを工具に有効に伝達することができる。

【0045】

したがって、実施例１の超音波振動加工装置は、構成部品である非接触給電部５０やモータ４０が超音波振動子２０によって振動することを抑制し、超音波振動を利用した加工を良好に行うことができる。

【0046】

また、この超音波振動加工装置において、スプライン軸受３１は圧電素子２３によって発生する超音波振動の節部Ｆ０に位置している。このため、超音波振動の節部Ｆ０～Ｆ４等で回転軸Ｘ方向に振幅がなくなるため、スプライン軸受３１における回転軸Ｘ方向の振動が小さくなる。よって、このスプライン軸受３１にスプライン軸４５によって連結しているモータ４０に振動が伝搬し難い。このため、この超音波振動加工装置は、モータ４０の超音波振動子２０の振動による破損（例えば、駆動軸４３の軸受部の破損）を防止し、モータ４０が長時間、良好に回転することができる。

【0047】

また、この超音波振動加工装置において、スプライン軸受３１の内周面とスプライン軸４５の外周面とがＤＬＣコーティングされている。このため、この超音波振動加工装置は、スプライン軸受３１とスプライン軸４５との間の摩擦が減少するとともに、スプライン軸受３１とスプライン軸４５との耐摩耗性が向上する。よって、この超音波振動加工装置は、超音波振動子２０等が長時間、良好に回転することができる。

【0048】

また、この超音波振動加工装置において、超音波振動子２０の後端と二次側トランス５２との間に挟持され、超音波振動子２０の締付部２７等と異なる固有音響インピーダンスを有する反射部材６０を備えている。このため、この超音波振動加工装置は、超音波振動子２０と二次側トランス５２との間に挟持された反射部材６０によって、振動が超音波振動子２０側に反射され、二次側トランス５２に伝搬し難くなる。よって、この超音波振動加工装置は、二次側トランス５２が回転軸Ｘ方向の振動を受け難く、非接触給電部５０が安定して圧電素子２３に高周波電力を供給することができる。

【0049】

また、この超音波振動加工装置において、連結部３０のジョイント部３３と超音波振動子２０の締付部２７等とは固有音響インピーダンスが異なる。このため、この超音波振動加工装置は、超音波振動子２０で発生した振動の一部が、連結部３０のジョイント部３３と超音波振動子２０の締付部２７との境界部で反射し、連結部３０側に伝搬し難くなる。よって、この超音波振動加工装置は、モータ４０に振動が伝搬し難く、振動による破損を防止して、モータ４０が長時間、良好に回転することができる。

【0050】

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例１に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１では、スプライン軸受が圧電素子によって発生する超音波振動の節部に位置していたが、節部に位置していなくてもよい。
（２）実施例１では、スプライン軸受の内周面とスプライン軸の外周面とがＤＬＣコーティングされていたが、他の表面硬化処理をしてもよい。また、スプライン軸受の内周面とスプライン軸の外周面とを表面硬化処理をしなくてもよい。
（３）実施例１では、連結部のスプライン軸受に駆動軸の先端部に形成されたスプライン軸を挿入することによって連結部とモータの駆動軸とを連結したが、連結部にプラス螺子の頭部のような十字状の凹部を形成し、この凹部にプラスドライバの先端部のような形状に形成したモータの駆動軸の先端部を挿入することによって連結部とモータの駆動軸とを連結してもよい。
（４）実施例１では、超音波振動子の後端と二次側トランスとの間に反射部材を挟持したが、反射部材を挟持しなくてもよい。
（５）実施例１では、連結部のジョイント部をチタン合金にしたが、アルミ合金であってもよい。アルミ合金は、超音波振動子の締付部等を形成するステンレス鋼の固有音響インピーダンスと異なるため、超音波振動子で発生した振動の一部が、連結部のジョイント部と超音波振動子の締付部との境界部で反射し、連結部側に伝搬し難くなる。
（６）実施例１では、工具ホルダがチャック部に工具を焼嵌めする焼嵌めホルダであったが、コレットチャックであってもよい。
（７）実施例１では、工具ホルダにエンドミルを取り付けたが他の切削・研削工具を取り付けてもよい。

【符号の説明】

【0051】

１０…ハウジング
２０…超音波振動子
２１Ａ…ホーン部
２３…圧電素子
３０…連結部
３１…スプライン軸受
４０…回転駆動部（モータ）
４５…スプライン軸
５０…非接触給電部
５１…一次側トランス
５１Ｂ…一次側コイル
５２…二次側トランス
５２Ｂ…二次側コイル
６０…反射部材
７０…工具ホルダ
Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４…節部
Ｘ…回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】