(57)【要約】【課題】２つの方向の圧電アクチュエータに印加する電圧の管理が容易で、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる切削工具を提供すること。【解決手段】本発明の切削工具１は、振動体１０の先端部に着脱自在に装着され、被削材を切削するチップバイト１０１と、Ｘ軸方向に振動体１０を振動させる第１振動手段と、Ｙ軸方向に振動体１０を振動させる第２振動手段とを備え、チップバイト１０１がほぼ楕円の軌跡に沿って周回する。振動体１０にチップバイト１０１を装着した状態での全体の横断面が、振動体１０の中心軸を中心とし、Ｘ軸方向に対向しＹ軸方向に平行な１対の辺と、Ｙ軸方向に対向しＸ軸方向に平行な１対の辺とからなる略四角形状をなす。これにより、振動体１０のＸ軸方向とＹ軸方向との共振周波数差が小さくなり、同じ周波数の電圧をＸ軸、Ｙ軸方向に印可できる。【選択図】図１
2006326705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略柱状の振動体と、
前記振動体の先端部に着脱自在に装着され、被削材を切削するチップバイトと、
前記振動体の中心軸に対して略直角な第１の方向に前記振動体を振動させる第１振動手段と、
前記振動体の中心軸と前記第１の方向とに対して略直角な第２の方向に前記振動体を振動させる第２振動手段とを備え、
前記第１振動手段および前記第２振動手段を作動させることにより、前記チップバイトが略楕円の軌跡に沿って周回する切削工具であって、
前記振動体は、前記振動体に前記チップバイトを装着した状態での前記振動体および前記チップバイト全体における前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第１の方向に対向するとともに前記第２の方向に平行な１対の辺と、前記第２の方向に対向するとともに前記第１の方向に平行な１対の辺とからなる略四角形状をなす第１の部分と、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段が設けられ、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第１の方向に対向するとともに前記第２の方向に平行な１対の辺と、前記第２の方向に対向するとともに前記第１の方向に平行な１対の辺とからなり、かつ、前記第１の部分の前記略四角形状よりも大きい略四角形状をなす第２の部分と、
前記第１の部分と前記第２の部分とを連結し、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第１の方向に対向するとともに前記第２の方向に平行な１対の辺と、前記第２の方向に対向するとともに前記第１の方向に平行な１対の辺とからなる略四角形状をなす第３の部分とからなることを特徴とする切削工具。
【請求項２】
前記第３の部分の略四角形状は、前記第１の部分の略四角形状より大きく、かつ、前記第２の部分の略四角形状より小さい請求項１に記載の切削工具。
【請求項３】
前記先端部は、前記チップバイトが装着され、前記チップバイトの外形に対応した欠損部を有する請求項１または２に記載の切削工具。
【請求項４】
前記先端部には、焼き入れが施されている請求項１ないし３のいずれかに記載の切削工具。
【請求項５】
前記第２の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されている請求項１ないし４のいずれかに記載の切削工具。
【請求項６】
前記第３の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されている請求項１ないし５のいずれかに記載の切削工具。
【請求項７】
前記第３の部分の略四角形状は、前記先端部に向かって前記第２の部分の略四角形状の大きさから前記第１の部分の略四角形状の大きさまで漸減する請求項１ないし５のいずれかに記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具に関し、特に楕円振動切削加工に使用される切削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、楕円振動子において胴体部を円柱状に構成した楕円振動切削装置が提案されている（特許文献１参照）。従来の楕円振動切削装置では、楕円振動子の円柱状胴体部に設けられた圧電素子（圧電アクチュエータ）に、制御機構から所定の正弦波状の電圧を印加する。これにより、楕円振動子の先端に取り付けられた切削用工具（チップバイト）を楕円振動させて、被削材を切削する。
【０００３】
しかしながら、特許文献１で示された圧電素子の取り付け方法では、切削用工具の所望の振動を得るために、圧電素子の耐電圧付近まで、圧電素子に入力電圧を印加する必要がある。これにより、圧電素子の過剰な発熱や、楕円振動端子に圧電素子を接着している接着剤の劣化を引き起こす。
そこで、本発明の出願人によって、図９に示すような圧電素子の取り付け方法を工夫した切削工具の振動体５が提案されている。
【０００４】
図９に示すように、振動体５は、円柱状の第１の部分５１０と略四角柱状の第２の部分５２０とを備える。第１の部分５１０の先端部分には、チップバイト５０１を取り付けるための切り欠きが形成されている。このような振動体５では、切り欠きが形成されている先端部分およびチップバイト５０１全体の横断面形状が、振動体５の振動方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向に対称性をもたないため、振動体５のＸ軸方向の共振周波数とＹ軸方向の共振周波数との差が大きくなってしまう。したがって、チップバイト５０１を所望の軌跡に沿って周回させるためには、第２の部分５２０のＸ軸方向に対向する面上の圧電アクチュエータ５１２Ｘ、Ｙ軸方向に対向する面上の圧電アクチュエータ５１２Ｙにそれぞれ、異なる周波数の入力電圧を印加する必要がある。しかしながら、このような切削工具では、それぞれの入力電圧の周波数を管理しなければならなかった。そのため、例えば、一方の入力電圧が不適切な周波数であった場合、チップバイト５０１が楕円振動しなくなるという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−５２１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、上記問題を解決するために、２つの方向の圧電アクチュエータに印加する電圧の管理が容易で、かつチップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の切削工具は、略柱状の振動体と、
前記振動体の先端部に着脱自在に装着され、被削材を切削するチップバイトと、
前記振動体の中心軸に対して略直角な第１の方向に前記振動体を振動させる第１振動手段と、
前記振動体の中心軸と前記第１の方向とに対して略直角な第２の方向に前記振動体を振動させる第２振動手段とを備え、
前記第１振動手段および前記第２振動手段を作動させることにより、前記チップバイトが略楕円の軌跡に沿って周回する切削工具であって、
前記振動体は、前記振動体に前記チップバイトを装着した状態での前記振動体および前記チップバイト全体における前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第１の方向に対向するとともに前記第２の方向に平行な１対の辺と、前記第２の方向に対向するとともに前記第１の方向に平行な１対の辺とからなる略四角形状をなす第１の部分と、
前記第１駆動手段および前記第２駆動手段が設けられ、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第１の方向に対向するとともに前記第２の方向に平行な１対の辺と、前記第２の方向に対向するとともに前記第１の方向に平行な１対の辺とからなり、かつ、前記第１の部分の前記略四角形状よりも大きい略四角形状をなす第２の部分と、
前記第１の部分と前記第２の部分とを連結し、前記中心軸に直角な断面が、前記中心軸を中心とし、前記第１の方向に対向するとともに前記第２の方向に平行な１対の辺と、前記第２の方向に対向するとともに前記第１の方向に平行な１対の辺とからなる略四角形状をなす第３の部分とからなることを特徴とする。
【０００８】
これにより、振動体およびチップバイト全体における中心軸に垂直な断面形状が、断面の中心を通り第１の方向に平行な線に対し線対称であり、かつ断面の中心を通り第２の方向に平行な線に対し線対称である。振動体の第１の共振周波数および第２の方向の共振周波数は、それぞれ振動体およびチップバイト全体における第１および第２の方向の断面形状に依存するため、振動体の第１の方向の共振周波数と第２の方向の共振周波数との差を小さくできる。これにより、第１振動手段および第２振動手段に、同じ周波数を入力することができるため、２つの方向の圧電アクチュエータに印加する電圧の管理が容易で、かつチップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
【０００９】
本発明の切削工具では、前記第３の部分の略四角形状は、前記第１の部分の略四角形状より大きく、かつ、前記第２の部分の略四角形状より小さいことが好ましい。
これにより、第３の部分は、第２の部分の振動を増幅させて、第１の部分に伝えることができ、チップバイトの振動の軌跡を所望の大きさにすることができる。
本発明の切削工具では、前記先端部は、前記チップバイトが装着され、前記チップバイトの外形に対応した欠損部を有することが好ましい。
これにより、チップバイトを装着した状態での先端部全体における断面が、第１の方向および第２の方向に対して対称性を有するため、振動体の第１の方向の共振周波数と第２の方向の共振周波数との差を小さくすることができる。
【００１０】
本発明の切削工具では、前記先端部には、焼き入れが施されていることが好ましい。
これにより、チップバイトを先端部に取り付けて被削物を切削している間に、チップバイトと先端部との硬さの違いによって生じる先端部の経時変形を小さくすることができる。
本発明の切削工具では、前記第２の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることが好ましい。
これにより、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
本発明の切削工具では、前記第３の部分は、前記先端部側の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることが好ましい。
これにより、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
【００１１】
本発明の切削工具では、前記第３の部分の略四角形状は、前記先端部に向かって前記第２の部分の略四角形状の大きさから前記第１の部分の略四角形状の大きさまで漸減することが好ましい。
これにより、第３の部分は、第２の部分の振動を拡大して第１の部分に伝えることができ、チップバイトの振動の軌跡を所望の大きさにすることができる。また、チップバイトを確実に楕円の軌跡に沿って周回させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための好適な実施形態の図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る切削工具１の全体斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図ある。
なお、以下では、図１中に示すような座標軸の方向を用いて説明する。振動体１０の中心軸に平行な方向をＺ軸方向とし、中心軸に対して直角な第１の方向をＸ軸方向とし、中心軸と第１の方向とに対して直角な第２の方向をＹ軸方向とする。
【００１３】
図１に示すように、切削工具１は、振動体１０と、この振動体１０を振動可能に保持する振動体収容部２０とを備える。振動体収容部２０は、ハウジング構造になっており、内部に振動体１０を収納することができる。振動体収容部２０のＺ軸方向の端面には、開口２０１が設けられ、そこから後述する振動体１０の第１の部分１１０および第３の部分１３０が突出している。
【００１４】
本実施形態では、振動体１０は、振動体収容部２０の内部で支持されている。
図１および図２に示すように、振動体１０を支持するために、振動体収容部２０のＸ軸方向に対向する一対の側面２０４Ｘには、それぞれ、長手方向（Ｚ軸方向）に沿って、２つの支持部２０２ａが設けられて（形成されて）いる。振動体収容部２０のＹ軸方向に対向する一対の側面２０４Ｙには、一対の側面２０４Ｘと略同様に、それぞれ、２つの支持部２０２ｃが設けられて（形成されて）いる。
このように、振動体１０は、８箇所で支持される。
また、振動体収容部２０はその角部に設けられた通孔２０３を介して、後述する配線１２４および１２６を振動体収容部２０の外部に延出させることができる。
【００１５】
図３は、本実施形態に係るチップバイト１０１を装着した状態での振動体１０の斜視図である。また、図４は、図３に示す振動体１０の側面図である。
振動体１０は、チップバイト１０１が着脱自在に装着される第１の部分１１０と、第１駆動手段および第２駆動手段である圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙが設けられている第２の部分１２０と、第１の部分１１０と第２の部分１２０とを連結する第３の部分１３０とで構成されている。振動体１０の構成材料ついては、特に制限されないが、例えば、各種金属材料を用いることができる。
【００１６】
振動体１０にチップバイト１０１を装着した状態での、第１の部分１１０およびチップバイト１０１の全体における中心軸に直角な断面（横断面）は、略四角形状となっている。この略四角形状は、それぞれ、Ｘ軸方向に対向するとともにＹ軸方向に平行な一対の辺と、Ｙ軸方向に対向するとともにＸ軸方向に平行な一対の辺を有するように形成されている。
【００１７】
第２の部分１２０の中心軸に直角な断面（横断面）は、略四角形状を有する。この略四角形状は、それぞれ、Ｘ軸方向に対向するとともにＹ軸方向に平行な一対の辺と、Ｙ軸方向に対向するとともにＸ軸方向に平行な一対の辺を有するように形成されている。本実施形態では、第２の部分１２０のＺ軸方向に伸びる４個の角部がそれぞれ面取りされている。
【００１８】
第３の部分１３０の中心軸に直角な断面（横断面）は、略四角形状を有する。この略四角形状は、それぞれ、Ｘ軸方向に対向するとともにＹ軸方向に平行な一対の辺と、Ｙ軸方向に対向するとともにＸ軸方向に平行な一対の辺を有するように形成されている。本実施形態では、第３の部分１３０のＺ軸方向に伸びる４個の角部がそれぞれ面取りされている。
【００１９】
ただ、本実施形態の第１の部分１１０のＺ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、１０〜２０ｍｍ程度とすることができる。また、第２の部分１２０のＺ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、５０〜７５ｍｍ程度とすることができる。また、第３の部分１３０のＺ軸方向の長さは、特に限定されないが、例えば、２０〜４０ｍｍ程度とすることができる。
【００２０】
図５は、図３の振動体１０のＺ軸の負方向に見た場合の正面図である。
図５に示すように、本実施形態では、第１の部分１１０の横断面の中心は、第２の部分１２０の横断面の中心と一致している。また、第１の部分１１０の横断面の中心は、第３の部分１３０の横断面の中心と一致している。すなわち、第１の部分１１０の横断面、第２の部分１２０の横断面および第３の部分１３０の横断面は、同一の中心となるように形成されている。
【００２１】
また、図３、４および５に示すように、前記第２の部分１２０の前記先端部側（Ｚ軸方向の正側）の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることによって、面取り部１２７が形成されている。同様に、前記第３の部分１３０の前記先端部側（Ｚ軸方向の正側）の端面の周囲にある角部に面取りが施されていることによって、面取り部１３７が形成されている。
【００２２】
本実施形態では、第３の部分１３０の横断面である略四角形状は、第１の部分１１０の横断面である略四角形状より大きい。また、第３の部分１３０の横断面である略四角形状は、第２の部分１２０の横断面である略四角形状より小さい。
したがって、図３に示すように、振動体１０は、二段ステップホーン構造を有する。これにより、第２の部分１２０で発生した振動を増幅させ、第１の部分１１０を所望の振幅で振動させることができる。
【００２３】
被削材４（図６参照）を切削するためのチップバイト１０１は、ダイヤモンドまたはタンガロイ等の硬度の高い材料で構成されたチップ状の切削刃である。チップバイト１０１の中央には、チップバイト１０１を第１の部分１１０の取り付けるための挿通孔１０１ａが形成されている。図４に示すように、チップバイト１０１を装着するために、第１の部分１１０の先端部は、チップバイト１０１の外形に対応した欠損部１１１を有する。この第１の部分の先端部であって、チップバイト１０１が取り付けられる部分を取り付け部１１２（図５参照）とする。
【００２４】
チップバイト１０１は、振動体１０に着脱自在に装着される。具体的には、取り付け部１１２には、チップバイト１０１を取り付け部１１２に固定するためのネジ孔１１３が形成されている。ボルト等を前述のチップバイト１０１の挿通孔を介してネジ孔１１３と螺合することによって、チップバイト１０１を第１の部分１１０に固定することできる。また、図４に示すように、第１の部分の先端部のハッチングされた領域は、例えば、部分焼き入れが施されることによって形成される硬化領域１１４である。硬化領域１１４の硬さは、本実施形態ではＨｖ６００〜７００程度とすることができる。
【００２５】
図３に示すように、Ｘ軸方向に対向する面１２１Ｘには、振動体１０を第１の方向であるＸ軸方向に振動させる第１振動手段としての圧電アクチュエータ１２２Ｘが設けられている。また、Ｙ軸方向に対向する面１２１Ｙには、振動体１０を第２の方向であるＹ軸方向に振動させる第２振動手段としての圧電アクチュエータ１２２Ｙが設けられている。
圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙは、接着剤で第２の部分１２０に貼り付けられている。また、圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙは、振動体１０を振動させた際に、振動の腹となる部分に貼り付けられている。圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙの角部には、接点１２３がそれぞれ設けられている。この接点１２３には、半田付け等によって、配線１２４（リード線）が電気的に接続されている。
これにより、圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙに設けられている複数の電極間に、電圧を印加することができる。この配線１２４は、ツイストペア線になっている。
【００２６】
圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙは、電圧を印加すると圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙが変形する電歪効果を有する。交流電圧を圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙに印加することによって、圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙの連続的な変形が振動として第２の部分に伝達されるようになっている。
圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙは、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性セラミックスの両面に金属メッキ等により電極膜を形成することによって、製造されている。
【００２７】
Ｘ軸方向の正側の面１２１ＸおよびＹ軸方向の正側の面１２１Ｙには、それぞれ振動センサ１２５Ｘおよび１２５Ｙが貼り付けられている。振動センサ１２５Ｘおよび１２５Ｙの両極からはツイストペア線である配線１２６が引き出されている。振動センサ１２５Ｘおよび１２５Ｙは、圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙと同様の構造を備える。
振動センサ１２５Ｘおよび１２５Ｙの電歪効果よって、振動センサ１２５Ｘおよび１２５Ｙを貼り付けた面における機械的な歪みをその歪み量に対応した電圧に変換する。この電圧は、配線１２６経由して、前述の振動体収容部２０の外部へと出力可能となっている。
【００２８】
図４に示すように、第２の部分１２０のハッチングされた２つの領域は、振動体１０が振動する際に、それぞれ振動の節となる部分である。これらの領域には、Ｘ軸方向両側からは前述の支持部２０２ａが当接し、Ｙ方向両側からは支持部２０２ｃがそれぞれ当接する。また、この領域は、それぞれ、例えば部分焼き入れ処理によって形成される硬化領域１２８である。硬化領域１２８の硬さは、本実施形態ではＨｖ６００〜７００程度とする。これにより、支持部２０２ａおよび２０２ｃが振動体１０に食い込むことによって、振動体１０の支持部２０２ａおよび２０２ｃと当接する部分に凹部が形成されるような変形を防止することできる。
【００２９】
上記構成において、圧電アクチュエータ１２２Ｘに、所定の周波数１〜５００ｋＨｚ程度の範囲内で例えば、２０ｋＨｚ程度の交流電圧を印可すると、振動体１０の支持部２０２ａおよび２０２ｃに当接している部分を支点（中心）として、振動体１０のＸ軸方向に撓み振動が発生する。また、圧電アクチュエータ１２２Ｙにも同様の周波数の交流電圧を印可すると、振動体１０の支持部２０２ａおよび２０２ｃに当接している部分を中心として、Ｙ軸方向に撓み振動が発生する。圧電アクチュエータ１２２Ｘに印可する電圧と、圧電アクチュエータ１２２Ｙに印可する電圧とに、所定の位相差（例えば、π／２）を与えることによって、Ｘ軸方向の撓み振動とＹ軸方向の撓み振動とが合成されて、チップバイト１０１に楕円（円）振動を発生させることができる。すなわち、第２の部分１２０の振動の腹で発生する振動は、振動体１０の二段ステップホーン構造によって増幅され、第１の部分１１０から突出するチップバイト１０１を所望の楕円（円）の軌跡に沿って周回させることができる。
【００３０】
本実施形態では、チップバイト１０１のＸ軸方向およびＹ軸方向の振幅は、０．１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１〜１０μｍ程度であることがより好ましい。
本実施形態では、第３の部分１３０の横断面である略四角形状の大きさが一定である場合について説明したが、これに限られることなく、本発明では、第３の部分の略四角形状は、前記先端部に向かって前記第２の部分の略四角形状の大きさから前記第１の部分の略四角形状の大きさまで漸減してもよい。
【００３１】
次に、本実施形態の切削工具を用いた振動切削加工装置について説明する。
図６は、振動切削加工装置（旋盤装置）の主要部を示す斜視図である。
振動切削加工装置は、被削材４を回転可能にチャッキングする旋盤３と、切削工具１と、切削工具１が固定され、被削材４に対して切削工具１の位置を自由に変えることが可能な切削工具保持部２とを有している。
【００３２】
次に、上記振動切削加工装置を用いた本発明の切削方法について説明する。
まず、被削材４を用意する。
この被削材４は、厚さが均一で撓みや傷のないものが好適に用いられる。
被削材４の材料としては、特に限定されないが、例えば、黄銅等の銅、Ｈｖ４００等のステンレス鋼、鉄、ニッケル、真鍮、アルミニウム、チタン、タングステン、超硬等の各種金属、または、これらを含む合金、セラミックス等が挙げられる。
被削材４は、上記のような材料の中でも特に、黄銅（Ｂｓ）、洋白（Ｎｓ）が、好ましい。これにより、切削時においては、被削材４の成形の自由度が増す（成形のし易さが向上する）。
この被削材４を旋盤３に取り付ける。
【００３３】
次に、切削工具１を切削工具保持部２に取り付ける。
次に、被削材４のＸ軸方向に垂直な面（横断面）の中心周りに被削材４を回転させる。この回転数としては、特に限定されないが、例えば、１０〜５０００ｒｐｍ程度が好ましく、５０〜１０００ｒｐｍ程度がより好ましい。
【００３４】
次に、前述の圧電アクチュエータ１２２Ｘおよび１２２Ｙに電圧を印可しチップバイト１０１を楕円の軌跡に沿って周回させる。言い換えると、チップバイト１０１の先端部であり、後述する切削部１０１ｂを楕円の軌跡に沿って振動させて、被削材４に対して切削を行う（図７参照）。
本実施形態では、これに限られないが、例えば、被削材４の横断面を外周部から回転の中心に向かって、所定の送り速度で、切削工具保持部２を移動させることによって、切削部１０１ｂを移動させて、レコードの再生のようにらせん状に切削を行っていく。
【００３５】
切削部１０１ｂの振動の振幅（Ｘ軸方向）は、０．１〜５０μｍ程度であるのが好ましく、２〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。
また、被削材４に対する切削部１０１ｂの送り速度は、０．０１〜１００ｍｍ／ｍｉｎ程度であるのが好ましく、１〜６０ｍｍ／ｍｉｎ程度であるのがより好ましい。
また、切削部１０１ｂの被削材４に対する切込み量（深さ）は、０．１〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１〜１０μｍ程度であるのがより好ましい。
【００３６】
以下、本実施形態に係る第１の切削動作を具体的に説明する。
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態に係る切削部の第１の動作を示す側面図である。なお以下では、説明の都合上、図７（Ａ）中の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。なお、図７（Ａ）〜（Ｃ）は、凹部４０を模式的に示す図であり、実際の寸法を反映するものではない。すなわち、凹部４０の長さ（左右方向）に対する、凹部４０の深さ（上下方向）が実際より大きくなるように示している。
【００３７】
切削の際には、切削工具１の切削部１０１ｂを楕円の軌跡に沿って振動させる。具体的には、前述した圧電アクチュエータ１２２Ｘ、１２２Ｙの振動により、切削部１０１ｂは、主切削力方向（切削方向）（ＦＨ）の速度成分と、切屑流出方向（ＦＣ）の速度成分とを有する動作を行うことになる。これにより、切削方向（ＦＨ）と切屑流出方向（ＦＣ）とによって規定される平面内において、切削部１０１ｂを楕円の軌跡に沿って振動させるという周期的な動作を行わせることが可能となる。
【００３８】
次に、前述した切削部１０１ｂを楕円の軌跡に沿って振動させた場合において、被削材４を切削する様子について説明する。
まず、旋盤３が回転することによって、被削材４が図７（Ａ）の右へ移動し、切削部１０１ｂが、被削材４に対して離間した状態で振動（移動）して、被削材４のＡの位置に到達する。
【００３９】
次に、切削部１０１ｂが、振動により図７（Ａ）中、楕円の軌跡の矢印に従って移動（周回）することによって切削を行う。このとき、切削部１０１ｂが、Ａ点からＢ点を経てＣ点へ移動する間に、被削材４が、図７（Ａ）の右方向に移動することによって、被削材４上に凹部４０が形成される。
次に、Ｃ点において、切削部１０１ｂは、被削材４（凹部４０）から離れる方向に移動する。
【００４０】
次に、Ｄ点に達するまで、切削部１０１ｂは楕円の軌跡に沿って上に移動し、その後、下に移動して再びＡ点に達する（図７（Ｃ）参照）。
このとき、前回の周回において形成された凹部４０の終端４５が、切削部１０１ｂに接触せずに切削部１０１ｂを通過するように、旋盤３の回転速度（被削材４の移動速度）（移動の条件）および切削部１０１ｂの振動数、振動振幅（振動の条件）が予め調整（設定）されている。
【００４１】
これにより、Ｃ点において、切削部１０１ｂが被削材４から離れ、その後、切削部１０１ｂが再びＡ点に移動したときに、被削材４に切削部１０１ｂによって切削されない面（部位）４４が残る。
なお、凹部４０の最大深さは、切削部１０１ｂの振動の振幅（楕円の軌跡における長軸の長さ）に対応する。
【００４２】
以上説明したように、この切削方法によれば切削部１０１ｂを楕円の軌跡に沿って振動するため、図７（Ｂ）に示すように、切削により生じた切屑４１を持ち上げる方向に力が働くが、このとき、全体的な切削抵抗が作用する方向が上向き（図７（Ｂ）中の矢印の方向）となる。ところで、切削抵抗が作用する方向は、せん断面（最大せん断応力方向）４２に対して略４５度であるため、せん断面４２の面積が小さくなり、せん断されて生じる切りくずの厚さが大幅に薄くなる。また、切削に必要な力は、せん断面の面積に比例するため、飛躍的に切削力（切削に必要な力）を低減させることができる。また、切削部１０１ｂが振動することによって、切削時に切削部１０１ｂのすくい面（切屑４１が上がってくる面）１０１ｃに、例えば、潤滑油などを用いて切削を行う場合には、均一に潤滑油が常に供給される。そのため、すくい面１０１ｃの摩擦抵抗が低減され全体的に小さい切削抵抗で被削材４を切削することができる。また、潤滑油を用いない切削を行う場合でも、切削部１０１ｂが振動することによって、すくい面１０１ｃと切屑４１との間に生じる摩擦力が切屑４１を切屑流出方向（Ｆｃ）に引っ張る方向に働く。その結果、見かけ上優れた潤滑効果を得られ、全体的に小さい切削抵抗で被削材４を切削することができる。切削抵抗が小さくなることにより切削工具の温度上昇を防止することができるため、例えば、ダイヤバイト等の低融点の切削工具を用いることができる。したがって、この切削方法によれば、通常の方法では切削できないような硬度Ｈｖ４００等の材料に対しても、高価な専用機械を用意することなく切削を行うことができるため、コストを削減することができる。
【００４３】
また、被削材４上の周方向および半径方向に対して不連続な凹部４０を容易かつ確実に形成することができる。その結果、美しい光干渉模様を呈する被削材４が得られる。
また、仕上の精度が非常に高いため、仕上面に対して別途研磨などを行う必要がなく、例えば、光干渉模様を被削材に対して形成することができるため、美的外観に優れた切削加工品および装飾品の製造することができる。
【００４４】
また、切削条件である、主軸回転速度、送り速度、切込み量、振幅、楕円振動方向を変化させることにより、干渉幅や、干渉強度の異なる様々な光干渉模様を作ることができる。
また、被切削面の径が、１ｍｍ〜数１０ｃｍ程度の比較的大きなものに対しても簡易な装置構成で加工することができ、安価に光干渉模様を呈する高級感のある製品を提供することができる。
【００４５】
また、例えば、時計の文字板のような薄板を加工する場合、楕円振動をかけない切削方法では、切削時に生じる背分力により文字板の中央部がたわんでしまい平面度（平坦度）が低くなってしまうため、文字板に所定の切込みが行えないのに対して、楕円振動切削の場合は、前述したように、摩擦抵抗が低減され、この背分力を非常に小さくすることができる（略０にすることができる）ため、容易に平面度を高くすることができるとともに、切削部の振動による凹部の深さも略一定となり、美しい光干渉模様が得られる。
【００４６】
また、このようにして得られた表面には、例えば、Ｎｉ、Ａｕ等のメッキや、クリアコートを施しても光干渉模様が失われることがないため、得られた基板の耐久性を優れたものとすることができる。
また、本実施形態では、被削材４の表面に対してらせん状に切削を行ったが、本発明では、同心円状に切削を行ってもよい。その場合は、切削部１０１ｂを段階的に被削材４の内周側または外周側に移動させる。
【００４７】
次に、本実施形態に係る第２の切削動作について説明する。
図８は、本実施形態に係る切削部の第２の動作を示す側面図である。
以下、第２実施形態の切削方法について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８に示すように、本実施形態の切削方法における切削部１０１ｂは、主切削力方向（切削方向）（ＦＨ）の速度成分と、切屑流出方向（背分力方向）（ＦＶ）の速度成分との双方を有する動作を行うこととなる。このとき、被削材４を、第１実施形態にて前述した送り速度で移動させる。それにより、被削材４の切削された面に凹部４０が形成されるとともに切屑４１が生成される。チップバイト１０１は、背分力方向の速度成分を有しているため、図８に示されるように、切削部１０１ｂが振動することによって、すくい面１０１ｃと切屑４１との間に生じる摩擦力が切屑４１を切屑流出方向（ＦＶ）に引っ張る方向に働く。その結果、見かけ上優れた潤滑効果が得られ、被削材４の被削性を飛躍的に向上させることができる。以上のように切屑４１を切屑流出方向に導きながら切削を行った後は、チップバイト１０１は切屑４１から離れた状態で再び被削材４に近づく方向に移動する。このような動作が繰り返されることになる。
この切削方法によれば、前述した第１実施形態の切削方法と同様の効果が得られる。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．振動体の製造
（実施例１）
図３に示す振動体１０を作製した。当該振動体のＸ軸方向とＹ軸方向との共振周波数差を測定した。
【００４９】
振動体１０の構成材料および寸法は、以下の通りである。
振動体１０の材質：超鋼
振動体１０の寸法：
第１の部分  Ｚ軸方向の長さ  １５ｍｍ、横断面  縦４．２ｍｍ×横４．２ｍｍ
第２の部分  Ｚ軸方向の長さ  ３０ｍｍ、横断面  縦６．０ｍｍ×横６．０ｍｍ
第３の部分  Ｚ軸方向の長さ  ６４ｍｍ、横断面  縦８．６ｍｍ×横８．６ｍｍ
（比較例）
第２の部分１２０の面取り部１２７と第３の部分１３０の面取り部１３７が形成されていないこと以外は、前記実施例と同様の振動体を作製した。
【００５０】
２．共振周波数の測定
前記実施例１および比較例の振動体に以下の条件で、振動を与えた。
振動の種類：撓み振動
振動モード：４次振動モード
入力電圧の周波数：Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに２３．１ｋＨｚ
【００５１】
３．評価
前記実施例１では、振動体１０の共振周波数差が６Ｈｚ程度となり、共振周波数差を５０Ｈｚ以内に収めることができた。その結果、実施例１の振動体１０に装着されているチップバイトは楕円運動する。
一方、前記比較例の振動体のＸ軸方向とＹ軸方向との共振周波数差が１６９Ｈｚ程度となり、共振周波数差を５０Ｈｚ以内に収めることが出来なかった。その結果、比較例の振動体に装着されているチップバイトは楕円運動しない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の切削工具の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ切断面での断面図である。
【図３】本実施形態に係るチップバイトを装着した状態での振動体の斜視図である。
【図４】図３に示す振動体の中心軸方向の正面視図である。
【図５】図３に示す振動体の側面図である。
【図６】振動切削加工装置の主要部を示す斜視図である。
【図７】本実施形態に係る切削部の第１の動作を示す側面図である。
【図８】本実施形態に係る切削部の第２の動作を示す側面図である。
【図９】従来の振動体の斜視図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…切削工具  ２…切削工具保持部  ３…旋盤  ４…被削材  ５…従来の振動体  １０…本実施形態の振動体  ２０…振動体収容部  ４０…凹部  ４１…切屑  ４２…せん断面  ４５…終端  １０１…チップバイト  １０１ａ…挿通孔  １０１ｂ…切削部  １０１ｃ…すくい面  １１０…第１の部分  １１１…欠損部  １１２…取り付け部  １１３…ネジ孔  １１４…硬化領域  １２０…第２の部分  １２１Ｘ、１２１Ｙ…面  １２２Ｘ、１２２Ｙ…圧電アクチュエータ  １２３…接点  １２４…配線  １２５Ｘ、１２５Ｙ…振動センサ  １２６…配線  １２７、１３７…面取り部  １２８…硬化領域  １３０…第３の部分  ２０１…開口  ２０２ａ、２０２ｃ…支持部  ２０３…通孔  ２０４Ｘ、２０４Ｙ…面  ５０１…チップバイト  ５１０…第１の部分  ５１２Ｘ、５１２Ｙ…圧電アクチュエータ  ５２０…第２の部分
【図１】
2006326705.tif 000003
【図２】
2006326705.tif 000004
【図３】
2006326705.tif 000005
【図４】
2006326705.tif 000006
【図５】
2006326705.tif 000007
【図６】
2006326705.tif 000008
【図７】
2006326705.tif 000009
【図８】
2006326705.tif 000010
【図９】
2006326705.tif 000011