(57)【要約】【課題】  様々な研削装置に用いて被研削物を高速、高精度で研削加工ができ、かつ砥石の消耗の小さい研削砥石および研削加工方法を提供すること。【解決手段】  研削砥石８は、アルミ合金製の砥石保持部材９の外側面に平行なスリット１０ａ、１０ｂを設ける。そしてその砥石保持部材９の凹み部に円環状の圧電セラミック１２ａ、１２ｂを、エポキシ樹脂を用いて接合する。最外周部に円環状の砥石４の層を設ける。砥石保持部材９の両側に構造的強度を向上させるために、円環状のステンレス製のサポート板１５ａ、１５ｂをエポキシ樹脂により接合する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を通す透孔を中心に持つ砥石保持部材の表面に平行なスリット２個により空間部を設け、そしてスリット末端部より外側の砥石保持部材の表面に圧電セラミックを接合し、かつスリット末端部より内側の砥石保持部材を固定保持し、前記圧電セラミックに１５ＫＨｚ以上、１００ＫＨｚ以下の電圧を印加する研削砥石とすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、高速回転する超音波振動を付与した砥石に工作物を押し付け研削する加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  研削作業は、高速回転する砥石に被加工物を押し付けるだけで加工が可能であるため、非常に多くの形態の作業が行われている。その最も基本的なものは、その工作物の形状から平面研削、円筒外面研削、円筒内面研削、研削切断の四つに大別できる。【０００３】  図１は、平面研削の基本的な方式を図解したものである。工作機械の基本原理は、工具と被加工物に相対運動を与えることによって、目的の形状を創成することである。その運動は、主運動、送り運動、切り込み運動に分けられる。主運動は加工のための最も主要な運動で、加工に要する動力の大部分が主運動に消費される。研削の場合、主運動は砥石４の回転運動で、回転軸５を主軸という。これに対し、送り運動は、工具に被研削物６を送り込んで加工を継続させ、期待される加工面を創成するための運動である。切り込み運動は、切込みを与える運動である。ここで図１では、主運動をＰ、送り運動をＦそして切り込み運動をＩの記号で示した【０００４】  平面研削には、砥石の外周を用いる円周研削図１（ａ）、図１（ｂ）と正面を用いる正面研削図１（ｃ）、図１（ｄ）、図１（ｅ）、図１（ｆ）がある。円周研削には一般に平型砥石が、また正面研削には、カップ砥石や皿型砥石、リング型砥石あるいはセグメント砥石などが使用される。【０００５】  平面研削作業を研削盤の砥石軸の形式から図２の斜視図で示す横軸平面研削と図３の斜視図で示す縦軸平面研削に大別することができる。図１（ａ）は横軸平面研削の代表的な例であり、図１（ｅ）は縦軸平面研削の代表的な例である。縦軸平面研削には、砥石軸をテーブル面に対して完全に垂直にして使用することはむしろ希で、被研削物の進む方向に逆らうようにわずかに傾けて使用することが多い。ごく一般的にいえば、前者は精密研削に適し、後者は生産型である。さらにテーブルの運動形態から往復型と回転型に分けることもできる。図１（ａ）、（ｄ）、（ｅ）は往復型であり、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）は回転型である。なお、図１（ｃ）の研削方式を両頭研削と呼ぶ。【０００６】  横軸平面研削の代表的な例である図１（ａ）を用いた横軸平面研削盤の斜視図を図２に示す。縦軸平面研削の代表的な例である図１（ｅ）を用いた縦軸平面研削盤の斜視図を図３に示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかし、最近の非常に硬度の高い炭化珪素セラミック、サファイア、超硬金属などの難切削物の加工が増加してきたが、加工負荷が大きいため研削速度が遅い、電力消費量が大きくなるそして砥石の消耗が大きいなどの多くの問題点がある。【０００８】  本発明の目的は、加工精度が高くかつ、加工速度を向上させ、かつ消耗量が小さい砥石そしてこれを用いた研削方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は、回転軸を通す透孔を中心に持つ砥石保持部材の表面に平行なスリット２個により空間部を設け、そしてスリット末端部より外側の砥石保持部材の表面に圧電セラミックを接合し、かつスリット末端部より内側の砥石保持部材を固定保持し、前記圧電セラミックに１５ＫＨｚ以上、１００ＫＨｚの電圧を印加する研削砥石とするものである。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の超音波振動を付与した研削砥石を用いた研削加工により、高精度かつ高速加工が可能となり、さらに砥石が長寿命となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  以下、本発明に関わる超音波振動を付与した研削砥石８の実施の形態について図４の平面図そして図４のＡ−Ａ線での断面を示す図５を用いて説明する。研削砥石８は、アルミ合金製の砥石保持部材９の外側面に平行なスリット１０ａ、１０ｂを設ける。そしてその砥石保持部材９の凹み部に円環状の圧電セラミック１２ａ、１２ｂを、エポキシ樹脂を用いて接合する。最外周部に円環状の砥石４の層を設ける。なお、圧電セラミック１２ａ、１２ｂは、３個以上の複数個を円環状に配置してもよい。【００１２】  砥石保持部材９は、例えば、アルミニウム、青銅、ステンレススチール、チタン合金、アルミニウム合金に代表される金属材料、あるいはセラミック材料などの超音波振動の伝達性に優れる材料から形成される。【００１３】  砥石保持部材９の両側に構造的強度を向上させるために、円環状のステンレス製のサポート板１５ａ、１５ｂをエポキシ樹脂により接合する。サポート板１５は、強度の大きい金属材料が適する。例えば、ステンレス、工具鋼、超硬合金、チタン合金、アルミニウム合金などがある。ただし、サポート板１５は、砥石保持部材９の強度が充分であるときは必要ではない。【００１４】  また、図４に示す中心線で示す節円１７を持ち、そして節円１７の一点である節点１６を中心にして矢印で示す拡縮振動をさせるために、砥石保持部材９の側面に平行なスリット１０ａ、１０ｂの先端が節円の位置にあることが望ましい。したがって、幅Ｗがスリット１０ａ、１０ｂの深さＤの約２倍であることが好ましい。また、幅Ｗが２０ｍｍより大きく１００ｍｍ未満が望ましい。なぜなら、図の矢印で示す所望の振動モードの固有振動数を１５ＫＨ以上、１００ＫＨｚ以下にしたいからである。【００１５】  スリット１０は、超音波振動の節円１７を支持するためのものであり、このような構成にすることで、超音波振動を拘束することなく支持固定できる。【００１６】  ここで、研削砥石８に中心線で示す節円１７を持つ径方向の振動について説明する。図６は砥石保持部材９の節点１６を節円１７の一点とする矢印で示す拡縮振動するものである。ここで節円１７を固定支持するためスリット１０ａ、１０ｂを設ける。この振動モードは、スリット１０ａ、１０ｂより内側のどこでも支持できるので支持位置の自由度が大きい。この振動モードを用いるのは砥石保持部材９の外径は、０．１ｍ以上が適する。そして、幅Ｗが２０ｍｍより大きく１００ｍｍ未満が望ましい。なぜなら、図の矢印で示す所望の振動モードの固有振動数を１５ＫＨ以上、１００ＫＨｚ以下にしたいからである。【００１７】  図７の別の振動モードは、アルミ合金製の砥石保持部材９と接触するフランジ１８ａ、１８ｂの節円１７の一点である節点１６を中心とする矢印で示す拡縮振動するものである。この振動モードは、節円１７を支持するためにはフランジ１８が必要であり、したがって節円１７の大きさによりフランジ１８の大きさが決定されてしまうので支持位置の自由度がほとんどない。この振動モードを用いるのは砥石保持部材９の外径も０．１ｍ以上が適する。そして、幅Ｗが２０ｍｍより大きく１００ｍｍ未満が望ましい。なぜなら、図の矢印で示す所望の振動モードの固有振動数を���５ＫＨ以上、１００ＫＨｚ以下にしたいからである。【００１８】  次に図３の斜視図で示す横軸平面研削盤２に本発明の超音波振動を付与する研削砥石８を用いた研削について説明する。【００１９】  最初に、チタン合金製の被研削物６を鋼製のジグに固定し、前記ジグをテーブル７に電磁力により固定する。次に研削液を噴出し、これとほぼ同時に電源からロータリートランスまたはスリップリングを介して研削砥石８の圧電セラミックに約３５ＫＨｚの交流電圧を印加する。ロータリートランスまたはスリップリングを使用する詳細については、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されている。そして回転軸５を回転させるためにモータの電源を入れる。次にテーブル７を往復運動させるためにテーブル駆動用のモータの電源を入れる。ここでは、図を簡単にするために圧電セラミックなどを示さない。
【特許文献１】特開２００６−１１０９７２
【特許文献２】特開２００７−１５０９９
【００２０】  研削砥石８の超音波振動により、研削砥石８と被研削物６との摩擦が減少することにより、研削砥石８の消耗は少なくなる。また、研削砥石８と被研削物６との摩擦熱が小さくなるため、加工精度も向上する。そして、また超音波振動の効果により研削速度が向上する。【００２１】  また、研削砥石８の超音波振動により、研削砥石８と被研削物６との間に研削液が十分供給されるので、研削速度が向上する。さらに、被研削物６の研削粉及び研削砥石８の消耗粉などが速やかに排除されるため研削精度は向上し、研削速度も向上する。【００２２】  なお超音波切削加工は、例えば、非特許文献１に詳しく記載されている。超音波切削加工は、加工対象物と工具との摩擦抵抗が、小さくなるため、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして、切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。そして、加工速度が倍以上になることも非特許文献２に詳しく記載されている。
【非特許文献１】超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成１１年８月、ｐ６７９−６８４
【非特許文献２】日本電子機械工業会、「超音波工学」、株式会社コロナ社、１９９３年、ｐ２１８−２２９
【００２３】  上記のように、研削砥石８に超音波振動を付与することにより研削砥石８が長寿命であり、加工精度の高い、信頼性の高い研削加工を提供できる。【００２４】  実際に回転軸に取付けるための構成例を図８の平面図とそして図８のＡ−Ａ線での断面を示す図９を用いて説明する。回転軸に砥石保持部材９を取付けるためのアタッチメント２２がある。そして、そのアタッチメント２２にボルト１３により砥石保持部材９を取付ける。砥石４は砥石保持部材９の外周部にエポキシ系接着剤により接合する。また砥石保持部材９には、扇状の圧電セラミック１２を上下面にそれぞれ１２個、エポキシ樹脂により接合する。そして振動モードは、砥石保持部材９の節点１６を節円１７の一点とする矢印で示す拡縮振動するものである。【００２５】  上記では、カップ砥石を用いた正面研削について述べたが、図２の斜視図で示すように砥石形状を変えることで円周研削にも使用できることはもちろんである。【００２６】  また、本発明の超音波振動を付与する研削砥石は、図１に示した様々な研削装置に用いることができるのはもちろん、センタレス研削盤、円筒研削盤などに用いることができる。【００２７】  ここで、円周研削の実際例について図１０の平面図とそして図１０のＣ−Ｃ線での断面を示す図１１を用いて説明する。円周研削装置はスライサーである。回転軸５にスリーブ１４と一体化したフランジ１８ｂをナット２０により固定する。そして砥石４を接合した砥石保持部材９をスリーブ１４に沿って挿入し、次にフランジ１８ａを挿入し、フランジナット２１により締め付け回転軸５に固定する。【００２８】  スリットの先端位置Ａは、節円１７位置であり、このＡ位置より内側の砥石保持部材９はすべて振動の節となっているが、実際にはＢ位置より内側だけが固定支持できる。スリット１０ａ、１０ｂより内側（Ｂ位置より内側）は振動の節になっているのでフランジ１８ａ、１８ｂで支持しても砥石４の超音波振動には影響を与えない。【００２９】  次に図１０、図１１のスライサーを用いたサファイアの切断加工について説明する。【００３０】  被研削物であるサファイアをホットメルトワックスを使用してカーボン板にそして鋼製の円盤に固定し、前記円盤をテーブルに電磁力により固定する。次に水を噴出し、これとほぼ同時に電源からロータリートランスを介して砥石保持部材９の圧電セラミック１２ａ、１２ｂに交流電圧を印加する。そして回転軸５を回転させるためにモータの電源を入れる。次にテーブル７を往復運動させるためにテーブル駆動用のモータの電源を入れる。【００３１】  研削砥石８の超音波振動により、研削砥石８と被研削物との摩擦が減少することにより、研削砥石８の消耗は少なくなる。また、研削砥石８と被研削物との摩擦熱が小さくなるため、加工精度も向上する。そして、また超音波振動の効果により研削速度が向上する。【００３２】  また、研削砥石８の超音波振動により、研削砥石８と被研削物との間に研削液が十分供給されるので、研削速度が向上する。さらに、被研削物６の研削粉及び研削砥石８の消耗粉などが速やかに排除されるため研削精度は向上し、研削速度も向上する。【００３３】  本発明は、砥石保持部材９にアルミナなど��硬度の高い材料を接合し、砥石と同じ役割をするダイヤモンドスラリーなどの遊離砥粒を用いるラップ装置などにも使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】  本発明の超音波振動を付与した研削砥石は、様々な研削装置に用いて被研削物を高速、高精度で研削加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】平面研削の基本的な方式を示す斜視図である。
【図２】横軸平面研削盤を示す斜視図である。
【図３】縦軸平面研削盤を示す斜視図である。
【図４】本発明の超音波を付与する研削砥石を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線での断面を示す図である。
【図６】本発明の超音波を付与する研削砥石の振動モードを示す断面図である。
【図７】別の振動モードを示す断面図である。
【図８】本発明の超音波を付与する別の研削砥石を示す平面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線での断面を示す図である。
【図１０】本発明の超音波を付与するさらに別の研削砥石を示す平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線での断面を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】１ａ  テーブル往復型横軸平面研削
１ｂ  ロータリーテーブル型横軸平面研削
１ｃ  両頭研削
１ｄ  正面研削
１ｅ  テーブル往復型縦軸平面研削
１ｆ  ロータリーテーブル型縦軸平面研削
２    横軸平面研削盤
３    縦軸平面研削盤
４    砥石
５    回転軸
６    被研削物
７    テーブル
８    研削砥石
９    砥石保持部材
１０  スリット
１１  透孔
１２  圧電セラミック
１３  ボルト
１４  スリーブ
１５  サポート板
１６  節点
１７  節円
１８  フランジ
１９  フランジ支持位置
２０  ナット
２１  フランジナット
２２  アッタチメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月6日(2008.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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