(57)【要約】  長尺状のホルダ（４１）の先端部に切削チップ（４２）を装着してなる切削工具であって、前記のホルダ（４１）が、互いに対向する側面から構成される二つの支持面（４１ａ、４１ｂ）と、支持面とは異なる側面に配置された長尺状の超音波振動子（４３）とを備え、そしてホルダ（４１）の上記支持面（４１ａ、４１ｂ）の各々と超音波振動子（４３）との間に空気相空間（４６、４７）が形成されていることを特徴とする切削工具（４０）を用いることにより、加工対象物を安定した高い精度で切削することができる。
2008087942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺状のホルダの先端部に切削チップを装着してなる切削工具と、ホルダの後部をホルダの側面のうちの互いに対向する二つの支持面にて支持するホルダ支持具と、ホルダ支持具の移動装置とを含む切削ユニット、および加工対象物の回転支持具を含む支持ユニットからなる切削装置であって、ホルダが上記支持面とは異なる側面に長尺状の超音波振動子を備え、そしてホルダの上記支持面の各々と超音波振動子との間に空気相空間が形成されていることを特徴とする切削装置。
【請求項２】
空気相空間が、多孔質材料層から構成されている請求項１に記載の切削装置。
【請求項３】
空気相空間が、ホルダの上記支持面に平行に形成された中空層から構成されている請求項１に記載の切削装置。
【請求項４】
空気相空間が、ホルダの上記支持面に形成された複数の凹部から構成されている請求項１に記載の切削装置。
【請求項５】
長尺状のホルダの先端部に切削チップを装着してなる切削工具であって、前記のホルダが、互いに対向する側面から構成される二つの支持面と、該支持面とは異なる側面に配置された長尺状の超音波振動子とを備え、そしてホルダの上記支持面の各々と超音波振動子との間に空気相空間が形成されていることを特徴とする切削工具。
【請求項６】
空気相空間が、多孔質材料層から構成されている請求項５に記載の切削工具。
【請求項７】
空気相空間が、ホルダの上記支持面に平行に形成された中空層から構成されている請求項５に記載の切削工具。
【請求項８】
空気相空間が、ホルダの上記支持面に形成された複数の凹部から構成されている請求項５に記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材料製あるいは樹脂材料製の加工対象物の切削に有利に用いることができる切削工具及び切削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、長尺状のホルダの先端部に切削チップが装着された構成の切削工具（バイト）を用いて、金属材料製あるいは樹脂材料製の加工対象物の切削が行なわれている。【０００３】
図１は、公知の切削工具を備えた切削装置（旋盤）の構成を示す平面図であり、そして図２は、図１に示す切削工具２０及びホルダ支持具１１の拡大側面図である。【０００４】
切削装置１０は、長尺状のホルダ２１の先端部に切削チップ２２を装着してなる切削工具２０と、ホルダ２１の後部をホルダ２１の側面のうちの互いに対向する二つの支持面２１ａ、２１ｂにて支持するホルダ支持具１１と、ホルダ支持具１１の移動装置１２とを含む切削ユニット１３、および加工対象物１９の回転支持具１４を含む支持ユニット１５から構成されている。そして、この切削工具２０のホルダ２１の側面には、超音波振動子２３ａ、２３ｂが備えられている。このような切削装置１０と同様の構成を持つ切削装置は、例えば、特許文献１に記載されている。【０００５】
切削ユニット１３のホルダ支持具１１は、図２に示すように上板１１ａと下板１１ｂとが支柱１１ｃを介して連結された構成を有している。ホルダ支持具１１は、下板１１ｂの上面に配置されたホルダ２１の後部を、ボルト１１ｄで締め付けて支持している。【０００６】
切削工具２０は、図１に示す移動装置１２のハンドル１２ａ、１２ｂを操作することにより、ホルダ支持具１１と共に図の上下及び左右の各々の方向に移動させることができる。切削工具２０はまた、移動装置１２のレバー１２ｃを操作することにより、ホルダ支持具１１と共に図の紙面に垂直な軸を中心に揺動（もしくは回転）させることができる。【０００７】
支持ユニット１５は、駆動装置（図示は略する）によって回転可能とされている回転軸１４ａ、および回転軸１４ａの先端に取り付けられたチャック１４ｂからなる回転支持具１４を備えている。チャック１４ｂには、例えば、円筒状の加工対象物１９が回転可能に支持される。【０００８】
加工対象物１９は、例えば、下記の手順に従って切削される。先ず、支持ユニット１５の回転軸１４ａを駆動して加工対象物１９を回転させる。次に、切削工具２０の超音波振動子２３ａ、２３ｂの各々に電気エネルギーを付与して超音波振動を発生させる。この超音波振動は、ホルダ２１を介して切削チップ２２に伝達し、切削チップ２２を超音波振動させる。そして、切削工具２０を、移動装置１２のハンドル１２ａ、１２ｂあるいはレバー１２ｃを操作して移動して、超音波振動する切削チップ２２を、回転する加工対象物１９の内側面に接触させることにより、加工対象物１９の切削が行なわれる。通常、加工対象物１９と切削チップ２２との接触部には、切削液（代表例、水）が供給される。【０００９】
このように切削チップを超音波振動させることにより切削抵抗が低下し、切削チップとの摩擦による加工対象物の発熱及び熱膨張が抑制されるため、加工対象物を高い精度で切削することができる。
【特許文献１】国際公開第０６／１１４９１９号パンフレット（第８図及び第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記のように超音波振動子を備えた切削工具を用いることにより、加工対象物を高い精度で切削することができる。【００１１】
しかしながら、超音波振動子にて発生した超音波振動は、切削チップを超音波振動させるだけでなく、ホルダを介してホルダ支持具に伝わり、振動エネルギーの損失を生じる。このため、切削チップを所定の振幅で超音波振動させるためには、超音波振動子に前記の振動エネルギーの損失を補う大きな電気エネルギー（例、交流電圧）を付与する必要がある。このように、超音波振動子に大きな電気エネルギーを付与すると、超音波振動子が発熱してホルダや切削チップが熱膨張するため、加工対象物を切削する精度が低下する。【００１２】
また、加工対象物の切削を続けると、ホルダ支持具に支持されたホルダが、ホルダに生じた超音波振動によって僅かに移動して、加工対象物の切削精度が変動する場合がある。【００１３】
更にまた、切削工具は、ホルダ支持具に拘束されずに自由に振動できる先端側の部分、すなわちホルダ支持具から突き出された先端側の部分（以下、突き出し部）の形状に応じた固有振動数（共振周波数）を持つ。そして、この共振周波数に対応する周波数の交流電圧を付与して超音波振動子を超音波振動させることにより、切削工具を切削チップと共に前記の共振周波数で効率良く（大きな振幅で）超音波振動させることができる。ところが、切削工具の突き出し部の形状、すなわち切削工具の共振周波数は、ホルダ支持具によるホルダの支持位置、すなわちホルダ支持具へのホルダの取り付け方により変動し、これに伴い切削工具の超音波振動の振幅も変動する。すなわち、この切削工具は、ホルダ支持具へのホルダの取り付け方により切削の条件（切削チップの超音波振動の周波数や振幅）が変動するため、加工対象物を安定した精度で切削することが難しい。【００１４】
本発明の課題は、加工対象物を安定した高い精度で切削することのできる切削工具及び切削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、長尺状のホルダの先端部に切削チップを装着してなる切削工具と、ホルダの後部をホルダの側面のうちの互いに対向する二つの支持面にて支持するホルダ支持具と、ホルダ支持具の移動装置とを含む切削ユニット、および加工対象物の回転支持具を含む支持ユニットからなる切削装置であって、ホルダが上記支持面とは異なる側面に長尺状の超音波振動子を備え、そしてホルダの上記支持面の各々と超音波振動子との間に空気相空間が形成されていることを特徴とする切削装置にある。【００１６】
本発明はまた、長尺状のホルダの先端部に切削チップを装着してなる切削工具であって、前記のホルダが、互いに対向する側面から構成される二つの支持面と、上記支持面とは異なる側面に配置された長尺状の超音波振動子とを備え、そしてホルダの上記支持面の各々と超音波振動子との間に空気相空間が形成されていることを特徴とする切削工具にもある。【００１７】
本発明の切削装置が備える切削工具の好ましい態様は、次の通りである。
（１）空気相空間が、多孔質材料層から構成されている。
（２）空気相空間が、ホルダの上記支持面に平行に形成された中空層から構成されている。
（３）空気相空間が、ホルダの上記支持面に形成された複数の凹部から構成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の切削工具や切削装置を用いることにより、超音波振動子にて発生した超音波振動がホルダを介してホルダ支持具に伝達することが抑制されるため、加工対象物を安定した高い精度で切削することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の切削装置を添付の図面を用いて説明する。図３は、本発明の切削装置の構成例を示す平面図であり、そして図４は、図３に示す切削工具４０の拡大平面図である。また、図５は、図３に示す切削工具４０及びホルダ支持具１１の拡大側面図であり、そして図６は、図５に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した切削工具４０及びホルダ支持具１１の断面図である。【００２０】
切削装置３０は、長尺状のホルダ４１の先端部に切削チップ４２を装着してなる切削工具４０と、ホルダ４１の後部をホルダ４１の側面のうちの互いに対向する二つの支持面４１ａ、４１ｂにて支持するホルダ支持具１１と、ホルダ支持具１１の移動装置１２とを含む切削ユニット３３、および加工対象物１９の回転支持具１４を含む支持ユニット１５などから構成されている。そして、切削装置３０は、切削工具４０のホルダ４１が上記支持面４１ａ、４１ｂとは異なる側面に長尺状の超音波振動子４３を備え、そしてホルダ４１の上記支持面４１ａ、４１ｂの各々と超音波振動子４３との間に空気相空間４６、４７が形成されていることに主な特徴がある。【００２１】
切削装置３０の構成は、切削工具の構成が異なること以外は図１の切削工具１０と同様である。このため以下では、図３〜図６を参照しながら、切削装置３０の特徴部分である切削工具４０について主に説明する。【００２２】
切削工具４０は、長尺状のホルダ４１の先端部に切削チップ４２が装着された構成を有している。図５及び図６に示すように、切削工具４０のホルダ４１には、上記支持面４１ａ、４１ｂとは異なる側面に長尺状の超音波振動子４３が備えられ、そしてホルダ４１の上記支持面４１ａ、４１ｂの各々と超音波振動子４３との間には空気相空間４６、４７が形成されている。【００２３】
ホルダ４１は、例えば、鋼や超硬合金から形成される。ホルダ４１の後部は、ホルダ支持具１１により、ホルダ４１の側面のうちの互いに対向する二つの支持面４１ａ、４１ｂにて支持される。【００２４】
ホルダの形状に特に制限はないが、通常は、角柱、特に好ましくは四角柱の形状に設定される。また、ホルダ支持具によりホルダの支持が可能であれば、ホルダの上記支持面を含む側面は曲面であってもよい。例えば、ホルダの形状を円柱形に設定し、このホルダを、その外周面に対応する曲面を持つ一対の支持体の前記曲面で挟んで支持するホルダ支持具を用いるのであれば、ホルダの外周面の上記支持体の曲面と接触する表面部分が上記支持面に相当する。【００２５】
切削チップ４２は、例えば、六角穴付きボルト４８を用いてホルダ４１の先端部に固定される。切削チップのホルダへの取り付け方法に特に制限はなく、公知の方法（例、チップをホルダにろう付けする方法、チップを押え金などを用いてホルダにクランプする方法）を採用することができる。【００２６】
切削チップとしては、加工対象物に行なう切削加工の種類（例、外丸削り、みぞ削り、ねじ切り、突切り、中ぐり）に応じて適切な形状（例、多角形や円形）に設定された公知の切削チップを用いることができる。【００２７】
切削チップは、例えば、超硬合金、サーメット、ハイス、セラミックス、あるいはダイヤモンドから形成される。【００２８】
超音波振動子４３としては、例えば、圧電体４４及び一対の電極４５ａ、４５ｂから構成される圧電振動子が用いられている。【００２９】
超音波振動子４３は、一対の電極４５ａ、４５ｂに電気エネルギー（例、交流電圧）を付与することにより超音波振動を発生する。【００３０】
圧電体４４の材料の代表例としては、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料が挙げられる。圧電体４４は、図４に記入した矢印４４ａが示す方向に分極処理されている。電極４５ａ、４５ｂの各々の材料の例としては、銀やリン青銅などの金属材料が挙げられる。【００３１】
超音波振動子４３は、例えば、エポキシ樹脂などの電気的に絶縁性の接着剤を用いて、ホルダ４１の側面に固定される。これにより超音波振動子４３とホルダ４１とは互いに電気的に絶縁される。なお、前記の接着剤として導電性の接着剤を用いることにより電極４５ｂとホルダ４１とを互いに電気的に接続し、電極４５ｂにホルダ４１を介して電気エネルギーを付与することもできる。【００３２】
また、切削加工の際に導電性を示す切削液（例、水）を使用した場合に、電極４５ａと電極４５ｂとが切削液を介して互いに電気的に短絡することを防止するため、超音波振動子４３には防水処理（例、絶縁塗料の塗布など）を施すことが好ましい。【００３３】
超音波振動子４３には、電気配線５１を介して交流電源５２が電気的に接続される。電気配線５１は、超音波振動子４３の後部（例えば、図３においてホルダ支持具１１の右側に突き出された部分）に電気的に接続してもよい。【００３４】
交流電源５２としては、発生する交流電圧の周波数を、切削工具４０の共振周波数に対応する周波数に自動的に調節する周波数追尾回路を持つ超音波発振器を用いることが好ましい。【００３５】
この交流電源５２にて発生した交流電圧を超音波振動子４３に付与すると、超音波振動子４３はその長さ方向に（図５にて左右の方向に）に沿って伸縮するモードで超音波振動する。このように超音波振動子４３が伸縮することにより、超音波振動子４３が固定されたホルダの側面はホルダの長さ方向に大きく伸縮するが、この側面に対向する側面は殆ど伸縮しない。このため、ホルダ４１の先端部は、切削チップ４２と共に図４に記入した矢印４９ａが示す方向に超音波振動する。【００３６】
長尺状の超音波振動子４３を、ホルダ４１と共に十分に伸縮させるため、超音波振動子の長さは、ホルダの長さの３０％以上、特に５０％以上の値に設定することが好ましい。超音波振動子は、ホルダの先端あるいは後端から突き出ていてもよいが、この突き出た部分はホルダ支持具などに強く接触すると破損し易い。このため、実用的には、超音波振動子の長さは、ホルダの長さ以下（ホルダの長さの１００％以下）の値に設定される。長尺状の超音波振動子は、ホルダの側面に複数個の超音波振動子片をホルダの長さ方向に沿って並べて配置して構成することもできる。【００３７】
切削装置３０では、交流電源５２にて発生した交流電圧を付与して超音波振動子４３にて超音波振動を発生させ、この超音波振動がホルダ４１を介して付与されることで超音波振動する切削チップ４２を、回転する加工対象物１９の内側面に接触させることにより、加工対象物１９の切削が行なわれる。切削装置３０の作動は、図１の切削装置１０と同様であるため説明は省略する。【００３８】
このようにして加工対象物１９を切削する際に、切削工具４０が備える空気相空間４６、４７は、超音波振動子４３が発生した超音波振動がホルダ４１の支持面４１ａ、４１ｂを介してホルダ支持具１１に伝達することを抑制する。その理由は、下記の通りである。【００３９】
切削工具４０の空気相空間４６、４７の各々は、ホルダ４１が備える多孔質材料層５６、５７の各々から構成されている。すなわち、空気相空間４６は、多孔質材料層５６が含む多数の気泡４６ａ、４６ｂ、〜から構成され、そして空気相空間４７は、同様に多孔質材料層５７が含む多数の気泡から構成されている。【００４０】
一般に、異なる二つの物質が互いに接触して界面を形成している場合に、各々の物質に固有の音響インピーダンスの値が互いに大きく異なると、一方の物質中を他方の物質に向かって伝わる音波の大部分は前記界面にて反射され、他方の物質には殆ど伝わらないことが知られている。前記の音響インピーダンスは、物質の密度と、この物質中での音速との積により定まる。そして、固体と気体とでは、両者の密度の値、すなわち音響インピーダンスの値が互いに大きく異なるため、例えば、固体中を伝わる音波の大部分は、固体と気体との界面にて反射されて気体中には殆ど伝わらない。【００４１】
そして、前記のようにホルダ４１に空気相空間４６、４７が形成されていると、ホルダ４１の支持面４１ａと超音波振動子４３との間には、ホルダ（固体）４１と空気相空間（気体）４６との界面からなる超音波反射面が形成され、そして同様に、ホルダ４１の支持面４１ｂと超音波振動子４３との間には、ホルダ４１と空気相空間４７との界面からなる超音波反射面が形成される。【００４２】
このため、切削加工の際に超音波振動子４３にて発生し、そしてホルダ４１に付与された超音波振動は、空気相空間４６により構成される超音波反射面に到達すると、その大部分が超音波反射面にて反射され、そしてホルダ４１の支持面４１ａの側とは逆側に伝わる。そして前記の超音波振動はまた、空気相空間４７により構成される超音波反射面に到達すると、その大部分が超音波反射面にて反射され、そしてホルダ４１の支持面４１ｂの側とは逆側に伝わる。【００４３】
従って、超音波振動子４３にて発生した超音波振動は、その大部分がホルダ４１の空気相空間４６と空気相空間４７との間の部分（以下、ホルダの振動部と云う）を伝達して切削チップ４２に付与される。【００４４】
その一方で、前記の超音波振動は、ホルダ４１の空気相空間４６よりも支持面４１ａの側の部位（以下、支持部と云う）、そしてホルダ支持具１１には殆ど伝達しない。同様に、前記の超音波振動はまた、ホルダ４１の空気相空間４７よりも支持面４１ｂの側の部位（以下、支持部と云う）、そしてホルダ支持具１１には殆ど伝達しない。このため、超音波振動の振動エネルギーの損失は殆ど生じない。【００４５】
このように、切削工具４０を用いると、切削チップ４２を所定の振幅で超音波振動させるために、超音波振動子４３に前記の超音波振動の振動エネルギーの損失を補う大きな電気エネルギー（例、交流電圧）を付与する必要はない。このため、超音波振動子４３の発熱と、これに伴うホルダ４１及び切削チップ４２の熱膨張とが抑制されるため、加工対象物を高い精度で切削することができる。【００４６】
また、ホルダ４１の各々の支持部には殆ど超音波振動が伝達しない、すなわち各々の支持部は殆ど超音波振動しないため、ホルダ支持具１１は、ホルダ４１を支持面４１ａ、４１ｂにて極めて安定に支持することができる。従って、加工対象物の切削を続けた場合であっても、ホルダ支持具１１に支持されたホルダ４１が、超音波振動子４３にて発生した超音波振動の影響を受けて移動することがないため、加工対象物を安定した精度で切削することができる。【００４７】
更にまた、図５及び図６に示すように、ホルダ支持具１１は、前記のホルダ４１をその支持部の各々を拘束した状態で支持しているため、ホルダ４１の振動部は、ホルダ支持具１１に殆ど拘束されることなく自由に振動することができる。このため、ホルダ４１の振動部の共振周波数（これは切削工具４０の共振周波数に相関する）は、ホルダ支持具１１によるホルダ４１の支持位置、すなわちホルダ支持具１１へのホルダの取り付け方の影響を殆ど受けずに安定した値を示し、これに伴い、切削工具４０の超音波振動の振幅も安定した値を示す。従って、切削工具４０を用いると、ホルダ支持具１１によるホルダ４１の支持位置に変更があった場合であっても、切削チップ４２の超音波振動の周波数や振幅が殆ど変動しないため、加工対象物を安定した精度で切削することができる。【００４８】
このように、切削工具４０を備えた切削装置３０を用いることにより、加工対象物を安定した高い精度で切削することができる。【００４９】
ホルダの各々の空気相空間は、ホルダの支持面の沿ってなるべく広い領域に形成されていることが好ましい。ホルダ支持具へのホルダの取り付け方によらずに、ホルダの空気相空間が形成された部位をホルダ支持具で確実に支持できるからである。ホルダ支持具のサイズにもよるが、ホルダの各々の空気相空間は、ホルダの支持面の３０％以上、好ましくは５０％以上の領域と対応する領域に形成されていることが好ましい。また、ホルダの先端部の側はホルダ支持具により支持されることはないので、空気相空間は、実用的には、支持面の切削チップよりも後方側の領域（好ましくは、支持面の９５％以下の領域）と対応する領域に形成される。【００５０】
図３〜図６に示す切削工具４０のホルダ４１は、例えば、公知のホルダの側面に、多孔質材料層５６、５７の各々を構成する多孔質材料から形成された板材を、例えば、接着あるいは溶接して固定することにより容易に作製することができる。【００５１】
多孔質材料の代表例としては、多孔質金属材料が挙げられる。前記の多孔質材料製の板材は、例えば、青銅、ステンレススチール、ニッケル、あるいはチタンなどの金属粉末（もしくは金属繊維）を圧縮成形して焼結することにより作製することができる。多孔質金属の各々の気泡の直径は、その製造方法にもよるが、一般に１０ｎｍ〜数ｍｍの範囲内にある。【００５２】
多孔質材料製の板材の密度（かさ密度）は、ホルダ４１の振動部の密度の５〜７５％の範囲内の値に設定することが好ましい。多孔質材料製の板材の密度を、ホルダ４１の振動部の密度の５％未満の値に設定すると、ホルダ４１をホルダ支持具１１で支持する際に多孔質材料層５６、５７が塑性変形あるいは破損することもある。その一方で、多孔質材料製の板材の密度を、ホルダ４１の振動部の密度の７５％を超える値に設定すると、空気相空間４６、４７から構成される超音波反射面で反射される超音波振動の量が少なくなる。【００５３】
また、切削工具４０の超音波振動子４３にて発生した超音波振動の一部分は、ホルダ４１の図６にて右側の側面からホルダ支持具１１の支柱１１ｃに伝達する。このような超音波振動の伝達を抑制するため、ホルダの前記側面の近傍に更に空気相空間を形成することもできる。この空気相空間は、例えば、前記の側面に多孔質材料製の板材を更に固定して構成することができる。あるいは、前記の側面に、ホルダを形成する金属材料とは音響インピーダンスの値が大きく異なる材料（例、フッ素樹脂に代表される樹脂材料）から形成された薄膜を形成し、前記の超音波振動を前記薄膜とホルダとの界面にて反射させてもよい。【００５４】
図７は、本発明の切削装置に用いられる別の切削工具を示す平面図である。図８は、図７の切削工具７０をホルダ支持具１１で支持された状態にて示す側面図である。そして図９は、図８に記入した切断線II−II線に沿って切断した切削工具７０及びホルダ支持具１１の拡大断面図である。【００５５】
切削工具７０の構成は、ホルダ７１の支持面４１ａ、４１ｂとは異なり、かつ互いに対向する側面に超音波振動子４３ａ、４３ｂがそれぞれ固定されていること、そして超音波振動子４３ａ、４３ｂが、ホルダ７１に形成された凹部７１ａ、７１ｂの各々に収容されていること以外は図４に示す切削工具４０と同様である。なお、図７に記入した矢印４４ａ、４４ｂは、それぞれ超音波振動子４３ａ、４３ｂの圧電体の分極方向を示している。【００５６】
図９に示すように、超音波振動子４３ａ、４３ｂが、ホルダ７１に形成された凹部７１ａ、７１ｂの各々に収容されていると、切削工具７０を取り扱う際に、超音波振動子がホルダ支持具１１などに強く接触して破損することを防止することができる。また、超音波振動子４３ｂが、ホルダ支持具１１の支柱１１ｃに接触し、そして超音波振動子４３ｂにて発生した超音波振動が支柱１１ｃに直接に伝達することも防止することができる。ホルダ７１は、その多孔質材料層５６、５７にて支柱１１ｃに接触しているため、ホルダ７１の振動部（ホルダ７１の空気相空間４６と空気相空間４７との間の部分）から支柱１１ｃへの超音波振動の伝達が十分に抑制されている。【００５７】
また、ホルダ７１に二つの超音波振動子４３ａ、４３ｂが備えられていると、切削加工の種類に応じて、切削チップ４２が超音波振動する方向を制御できる。【００５８】
例えば、図７に示すように、超音波振動子４３ａ、４３ｂの各々と交流電源５２とを電気的に接続し、各々の振動子に電源５２にて発生した正弦波交流電圧を付与すると、振動子４３ａと振動子４３ｂとが長さ方向に互いに同相で超音波振動する。すなわち、超音波振動子４３ａが長さ方向に伸びるときには、超音波振動子４３ｂもまた長さ方向に伸び、そして振動子４３ａが長さ方向に縮むときには、振動子４３ｂもまた長さ方向に縮む。その結果、ホルダ７１の先端部は、切削チップ４２と共に図７に記入した矢印７９ａが示す方向に超音波振動する。【００５９】
一方、超音波振動子４３ａに正弦波交流電圧を付与し、そして超音波振動子４３ｂに前記正弦波交流電圧と逆相の正弦波交流電圧を付与すると、振動子４３ａと振動子４３ｂとが長さ方向に互いに逆相で超音波振動する。すなわち、超音波振動子４３ａが長さ方向に伸びるときには、超音波振動子４３ｂは長さ方向に縮み、そして振動子４３ａが長さ方向に縮むときには、振動子４３ｂは長さ方向に伸びる。その結果、ホルダ７１の先端部は、切削チップ４２と共に図７に記入した矢印７９ｂが示す方向に超音波振動する。【００６０】
図１０は、本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を、ホルダ支持具１１で支持された状態にて示す側面図である。そして図１１は、図１０に記入した切断線III−III線に沿って切断した切削工具１００及びホルダ支持具１１の拡大断面図である。【００６１】
切削工具１００の構成は、ホルダ１０１の空気相空間１０６、１０７の各々が、ホルダ１０１の支持面４１ａ、４１ｂの各々に平行に形成された中空層から構成されていること以外は図７の切削工具７０と同様である。【００６２】
前記の空気相空間（中空層）１０６は、各々ホルダ１０１に支持面４１ａと平行に形成された複数の透孔１０６ａ、１０６ｂ、〜から構成され、そして空気相空間（中空層）１０７もまた、同様に各々ホルダ４１の支持面４１ｂと平行に形成された複数の透孔から構成されている。【００６３】
切削工具１００は、そのホルダ１０１を、公知のホルダに、例えば、放電加工により複数の透孔を形成することにより、別の材料（前記の多孔質材料製の板材）を用いることなく簡単に作製できるという利点を有している。なお、空気相空間を構成する各々の透孔は、ホルダを貫通している必要はなく、また、ホルダの後端面からホルダの先端部に向かって形成されていてもよい。【００６４】
図１２は、本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を、ホルダ支持具１１で支持された状態にて示す側面図である。そして図１３は、図１２に記入した切断線IV−IV線に沿って切断した切削工具１２０及びホルダ支持具１１の拡大断面図である。【００６５】
切削工具１２０の構成は、ホルダ１２１の空気相空間（中空層）１２６が、各々ホルダ１２１に支持面４１ａと平行に形成された四個のスリット状の透孔１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄから構成され、そして空気相空間（中空層）１２７もまた、同様に各々ホルダ１２１の支持面４１ｂと平行に形成された四個のスリット状の透孔から構成されていること以外は図１０の切削工具１００と同様である。【００６６】
切削工具１２０は、図１０の切削工具１００と比較して、ホルダ１２１の空気相空間１２６、１２７の形成が容易であるという利点を有している。また、後に図１６〜図１８を用いて説明するように、各々の空気相空間を構成するスリット状の透孔の内部に更に超音波振動子を配置することができるという利点も有している。【００６７】
図１４は、本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を示す平面図である。そして図１５は、図１４に記入した切断線Ｖ−Ｖ線に沿って切断した切削工具１４０の拡大断面図である。但し、図１５において、切削工具１４０は、ホルダ支持具１１で支持された状態にて記入した。【００６８】
切削工具１４０の構成は、ホルダ１４１の空気相空間１４６が、支持面４１ａに形成された複数の凹部１４６ａ、１４６ｂ、〜から構成され、そして空気相空間１４７もまた、同様に支持面４１ｂに形成された複数の凹部から構成されていること以外は図１０の切削工具１００と同様である。【００６９】
切削工具１４０は、図１０の切削工具１００と比較して、ホルダ１４１の空気相空間の容積を小さくすることが可能であるため、ホルダ１４１の強度を大きくできるという利点を有している。また、ホルダ支持具１１にホルダ１４１を取り付ける際に、ホルダ１４１の空気層空間１４６が形成されている部位を容易に確認できるという利点も有している。【００７０】
図１６は、本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を示す平面図である。図１７は、図１６の切削工具１６０の側面図である。そして図１８は、図１７に記入した切断線VI−VI線に沿って切断した切削工具１６０の拡大断面図である。【００７１】
切削工具１６０の構成は、ホルダ１６１の空気相空間１６６を構成する三個のスリット状の透孔の内部に、それぞれ追加の超音波振動子１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃが備えられ、そして空気相空間１６７を構成する三個のスリット状の透孔の内部に、それぞれ追加の超音波振動子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃが備えられていること以外は図１２の切削工具１２０と同様である。【００７２】
超音波振動子４３ａ、４３ｂ、１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ、１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃの各々は、エポキシ樹脂を用いてホルダ１６１に固定され、ホルダ１６１と電気的に絶縁されている。また、図１８に記入した矢印４４ａは、超音波振動子４３ａの圧電体の分極方向を示し、矢印４４ｂは、超音波振動子４３ｂの圧電体の分極方向を示し、矢印１６４ａは、超音波振動子１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃの各々の圧電体の分極方向を示し、そして矢印１７４ａは、超音波振動子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃの各々の圧電体の分極方向を示している。【００７３】
切削工具１６０は、切削チップ４２を超音波楕円振動させることができるという利点を有してる。切削チップを楕円振動させると、加工対象物の表面を極めて平滑に切削することができる。【００７４】
例えば、図１８に示すように、超音波振動子４３ａに、振動子のホルダの側の電極を基準として余弦波交流電圧（図に「ｃｏｓ」と記入した）を付与し、そして超音波振動子４３ｂに、振動子のホルダの側の電極を基準として前記余弦波交流電圧と逆相の余弦波交流電圧（図に「−ｃｏｓ」と記入した）を付与することにより、振動子４３ａと振動子４３ｂとがホルダ１６１の長さ方向に互いに逆相で超音波振動する。その結果、ホルダ１６１の先端部は、切削チップ４２と共に図１６に記入した矢印１６９ｂが示す方向に超音波振動する。【００７５】
その一方で、超音波振動子１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃの各々に、振動子のホルダの側の電極を基準として正弦波交流電圧（図に「ｓｉｎ」と記入した）を付与し、そして超音波振動子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃの各々に、振動子のホルダの側の電極を基準として前記正弦波交流電圧と逆相の正弦波交流電圧（図に「−ｓｉｎ」と記入した）を付与することにより、振動子１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃと、振動子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃとがホルダ１６１の長さ方向に互いに逆相で超音波振動する。その結果、ホルダ１６１の先端部は、切削チップ４２と共に図１７に記入した矢印１６９ｄが示す方向に超音波振動する。【００７６】
そして、図１６に記入した矢印１６９ｂが示す方向に振動する超音波振動と、図１７に記入した矢印１６９ｄが示す方向に振動する超音波振動が切削チップ４２に同時に付与されると、切削チップ４２には、図１８に記入した矢印１７９ａが示す方向に回転変位を示す超音波楕円振動が励起される。【００７７】
また、切削チップ４２に、図１６に記入した矢印１７９ｂが示す方向に回転変位を示す超音波楕円振動を励起することもできる。この超音波楕円振動は、切削チップ４２に、図１６に記入した矢印１６９ａが示す方向に振動する超音波振動と、矢印１６９ｂが示す方向に振動する超音波振動とを同時に付与することにより励起することができる。前者の超音波振動は、超音波振動子１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃと、超音波振動子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃとに互いに同相の正弦波交流電圧を付与することにより励起することができる。そして後者の超音波振動は、超音波振動子４３ａと、超音波振動子４３ｂとに互いに逆相の余弦波交流電圧を付与することにより励起することができる。【００７８】
更にまた、切削チップ４２に、図１７に記入した矢印１７９ｃが示す方向に回転変位を示す超音波楕円振動を励起することもできる。この超音波楕円振動は、例えば、切削チップ４２に、図１７に記入した矢印１６９ｃが示す方向に振動する超音波振動と、矢印１６９ｄが示す方向に振動する超音波振動とを同時に付与することにより励起することができる。前者の超音波振動は、超音波振動子４３ａと、超音波振動子４３ｂとに互いに同相の余弦波交流電圧を付与することにより励起することができる。そして後者の超音波振動は、超音波振動子１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃと、超音波振動子１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃとに互いに逆相の正弦波交流電圧を付与することにより励起することができる。【００７９】
更にまた、切削工具１６０を用いることにより、図１２の切削工具１２０と比較して、切削チップ４２をホルダ１６１の長さ方向に更に大きな振幅で超音波振動させることもできる。このためには、ホルダの全ての超音波振動子を、これらの振動子に互いに同相の交流電圧（例、正弦波交流電圧）を付与することにより、ホルダ１６１の長さ方向に互いに同相で超音波振動させればよい。【００８０】
なお、本発明の切削工具は、マシニングセンタ用の切削工具としても有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】公知の切削工具を備えた切削装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す切削工具２０とホルダ支持具１１の拡大側面図である。
【図３】本発明の切削装置の構成例を示す平面図である。
【図４】図３に示す切削工具４０の拡大平面図である。
【図５】図３に示す切削工具４０とホルダ支持具１１の拡大側面図である。
【図６】図５に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した切削工具４０及びホルダ支持具１１の断面図である。
【図７】本発明の切削装置に用いられる別の切削工具を示す平面図である。
【図８】図７の切削工具７０をホルダ支持具１１で支持された状態にて示す側面図である。
【図９】図８に記入した切断線II−II線に沿って切断した切削工具７０及びホルダ支持具１１の拡大断面図である。
【図１０】本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を、ホルダ支持具１１で支持された状態にて示す側面図である。
【図１１】図１０に記入した切断線III−III線に沿って切断した切削工具１００及びホルダ支持具１１の拡大断面図である。
【図１２】本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を、ホルダ支持具１１で支持された状態にて示す側面図である。
【図１３】図１２に記入した切断線IV−IV線に沿って切断した切削工具１２０及びホルダ支持具１１の拡大断面図である。
【図１４】本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を示す平面図である。
【図１５】図１４に記入した切断線Ｖ−Ｖ線に沿って切断した切削工具１４０の拡大断面図である。但し、切削工具１４０は、ホルダ支持具１１で支持された状態にて記入した。
【図１６】本発明の切削装置に用いられる更に別の切削工具を示す平面図である。
【図１７】図１６の切削工具１６０の側面図である。
【図１８】図１７に記入した切断線VI−VI線に沿って切断した切削工具１６０の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  切削装置
１１  ホルダ支持具
１１ａ  上板
１１ｂ  下板
１１ｃ  支柱
１１ｄ  ボルト
１２  移動装置
１２ａ、１２ｂ  ハンドル
１２ｃ  レバー
１３  切削ユニット
１４  回転支持具
１４ａ  回転軸
１４ｂ  チャック
１５  支持ユニット
１９  加工対象物
２０  切削工具
２１  ホルダ
２１ａ、２１ｂ  ホルダの支持面
２２  切削チップ
２３ａ、２３ｂ  超音波振動子
３０  切削装置
３３  切削ユニット
４０  切削工具
４１  ホルダ
４１ａ、４１ｂ  支持面
４２  切削チップ
４３、４３ａ、４３ｂ  超音波振動子
４４  圧電体
４４ａ、４４ｂ  圧電体の分極方向を示す矢印
４５ａ、４５ｂ  電極
４６、４７  空気相空間
４６ａ、４６ｂ  気泡
４８  ボルト
４９ａ  切削チップが超音波振動する方向を示す矢印
５１  電気配線
５２  交流電源
５６、５７  多孔質材料層
７０  切削工具
７１  ホルダ
７１ａ、７１ｂ  凹部
７９ａ、７９ｂ  切削チップが超音波振動する方向を示す矢印
１００、１２０  切削工具
１０１、１２１  ホルダ
１０６、１０７  空気相空間
１０６ａ、１０６ｂ  透孔
１２６、１２７  空気相空間
１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ  スリット状の透孔
１４０  切削工具
１４１  ホルダ
１４６、１４７  空気相空間
１４６ａ、１４６ｂ  凹部
１６０  切削工具
１６１  ホルダ
１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ  追加の超音波振動子
１６４ａ  圧電体の分極方向を示す矢印
１６６、１６７  空気相空間
１６９ａ、１６９ｂ、１６９ｃ、１６９ｄ  切削チップが超音波振動する方向を示す矢印
１７３ａ、１７３ｂ、１７３ｃ  追加の超音波振動子
１７４ａ  圧電体の分極方向を示す矢印
１７９ａ、１７９ｂ、１７９ｃ  切削チップが超音波楕円振動する方向を示す矢印
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
2008087942.tif 000021
2008087942.tif 000022
2008087942.tif 000023
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