(57)【要約】【課題】  被加工物を振動加工するにあたり、振動させる対象物に十分な変位量や応答速度を与えて効率よく振動加工が行えるようにする。【解決手段】  ワークＷの外面を研削するにあたり、ワークＷの対向二箇所を支持する第１、第２支持部材２、３を設け、この第１、第２支持部材２、３のセンタ保持部材６の袋穴６ｈに複数個のピエゾ素子からなる第１、第２振動子１０、１１を配設するとともに、この第１、第２振動子１０、１１を、１８０度位相の異なる正弦波信号で駆動して各センタ保持部材６を前後方向に伸縮させ、変位量を増幅して加工する。また、第２支持部材３を第１支持部材２に対して移動自在にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を振動させる加振装置であって、前記被加工物の対向二箇所を支持する第１、第２支持部材と、この第１、第２支持部材の少なくとも一方側の支持部材を支持位置と離脱位置との間で移動させる移動手段と、前記第１、第２支持部材を介して前記被加工物に振動を与えることのできる第１、第２の振動子と、これら第１、第２の振動子を逆位相で振動させる駆動手段を備えたことを特徴とする加振装置。
【請求項２】
前記第１、第２の振動子は、材料の伸縮によって振動を発生させる圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載の加振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を加工する際、被加工物自体を振動させることのできる加振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被加工物の切削加工、ドリル加工、プレス加工等において、加工具や被加工物を振動させながら加工するような技術が知られており、例えば被加工物を切削するブレードに複合的な振動運動を与えてバリ発生の抑制やブレード摩耗等の低減を図ったダイシング装置（例えば、特許文献１参照。）や、プレス加工においてモータから偏心軸を介してプレスヘッドに振動を付与することで、加工精度、加工能率を向上させるような振動加工装置（例えば、特許文献２参照。）等が知られている。
【特許文献１】特開２００３−８０４４２号公報
【特許文献２】特開平９−２８５８９６号公報
【０００３】
一方、振動を発生させる手段として、磁歪、電歪による加振装置が種々提案されており、例えば振動試験機やマイクロピストン等の分野において、レバーの中央部と端部に圧電素子を配設し、レバーの支点を回転中心としてレバーを揺動させる加振機構（例えば、特許文献３参照。）や、携帯電話のバイブレータ等の分野において、シーソー板の支点軸付近の左右の下方底面に第１圧電素子、第２圧電素子を配設し、これらの圧電素子をお互いに逆位相で駆動することによりシーソー板を支点軸まわりに揺動させるようなシーソー式振動装置（例えば、特許文献４参照。）などが知られている。
【特許文献３】特開平５−１３８１２８号公報
【特許文献４】特開２００４−２５００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、振動加工で工具寿命向上や加工効率向上等の効果を得つつ加工精度の向上を図ろうとする場合、例えば変位量を数ミクロン程度のような微小振動とし、また高い振動数で加振することにより応答性を良好にする必要があるが、前記特許文献１、２のように加工具側のブレードやプレスヘッドに振動を与えようとすると、加工装置側がある程度の重量を有する場合、十分な応答性や変位量を与えることができないという問題がある。また、加工装置側に振動や騒音が発生しがちであり、しかもある程度の重量を有する装置であると、装置全体の振動や騒音が顕著となり、装置全体の剛性を高めたり、防音等の対策が必要になる等の問題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、加工具側の装置の剛性を高めたり、防音等の処置等の必要性を無くし、また、振動させる対象物に十分な変位量や応答速度を与えることで、効率よく振動加工が行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は、被加工物を振動させる加振装置を設け、この加振装置として、被加工物の対向二箇所を支持する第１、第２支持部材と、この第１、第２支持部材の少なくとも一方側の支持部材を支持位置と離脱位置との間で移動させる移動手段と、前記第１、第２支持部材を介して前記被加工物に振動を与えることのできる第１、第２の振動子と、これら第１、第２の振動子を逆位相で振動させる駆動手段を設けた。
【０００７】
このように、加工具を振動させる代わりに、被加工物を振動させるようにすることで、例えば加工装置側から振動や騒音が発生せず、また、被加工物の対向二箇所を支持する第１、第２支持部材を介して第１、第２の振動子で振動を与え、この際、第１、第２の振動子を逆位相で振動させることにより、振幅が増幅されて十分な変位量を与えることができ、工具の寿命向上を図りつつ、効率のよい加工が行えるようになる。
ここで、第１支持部材や第２支持部材としては、例えば被加工物の対向二箇所をクランプするクランプ部材でも良く、または軸状の被加工物のセンターを支持するセンター部材でも良い。そして加工としては、例えば、切削や、研削や、孔明け等が適用可能であり、また、振動子としては、例えば電歪素子や磁歪素子が好適である。
【０００８】
また本発明では、前記第１、第２の振動子として、材料の伸縮によって振動を発生させる圧電素子を使用するようにした。
このように圧電素子を使用すれば、振動発生機構が軽量で且つ簡易に構成でき、しかも応答性を良好にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
振動加工において、被加工物を振動させるとともに、この際、被加工物の対向二箇所を支持する第１、第２支持部材を介して、第１、第２の振動子を逆位相で駆動して被加工物を振動させることにより、振幅を増幅して十分な変位量を与えながら加工できるようになり、工具の寿命向上と、効率のよい加工が可能となる。また、振動子として圧電素子を使用すれば、応答性が良好となり、一層の工具寿命の向上や、加工効率の向上が図られると同時に、騒音等の発生を抑制でき、しかも軽量で簡易に構成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係る加振装置を円筒研削加工に適用した例を示す説明図、図２は被加工物を支持する前の状態の説明図、図３は振動子を振動させるための各種アクチュエータの変位量と応答性の比較図、図４は本加振装置を孔明け加工に適用した例を示す説明図である。
【００１１】
本発明に係る加振装置は、被加工物を振動加工するにあたり、被加工物自体を微振動させながら加工することで、加工具側の装置の剛性を高めたり、防音の処置等の必要性を無くし、また、振動させる対象物に十分な変位量や応答速度を与えて効率良い加工が行えるようにされており、図１に示す実施例では円筒状ワークＷの外面研削に適用している。
【００１２】
すなわち、図１に示すように、この研削装置１は、円筒状ワークＷを支持するための左右一対の心押台２、３と、各心押台２、３の本体ハウジング５内に配設される第１、第２支持部材６ａ、６ｂを備えており、第２支持部材６ｂは、移動手段としての油圧シリンダ４により第１支持部材６ａ側に向けて進退動自在にされている。そして、それぞれの支持部材６ａ、６ｂの先端部には、軸受で回転自在に支持されるセンタ７ａ７ｂが設けられており、このセンタ７ａ、７ｂが円筒状ワークＷの両端面のセンタ穴ｃに係合可能にされている。
【００１３】
そして、前記第１、第２支持部材６ａ、６ｂの基端側には、振動子保持部材８が設けられるとともに、第１、第２支持部材６ａ、６ｂの基端側中央部には、袋穴が設けられており、この袋穴に、例えばセラミックス等の圧電材料から構成される略直方体形状のピエゾ素子が複数配列されて、第１支持部材６ａ側では第１振動子１０とされ、第２支持部材６ｂ側では第２振動子１１とされている。そして、それぞれの振動子１０、１１の一番端部のピエゾ素子は前記振動子保持部材８に保持されている。
【００１４】
そしてこのピエゾ素子は、両端に電位差を加えると、歪みが生じて前後方向に伸縮する圧電効果を有しており、電気エネルギーを機械的仕事に変換できるものである。
このため、ピエゾ素子に駆動電力を供給すると、第１、第２振動子１０、１１が前後方向に振動し、この振動によって第１、第２支持部材６ａ、６ｂも前後に振動するが、振動子保持部材８と第１、第２支持部材６ａ、６ｂとの間には、第１、第２支持部材６ａ、６ｂが前後方向に振動するのを許容するための隙間ｓが設けられている。
【００１５】
また、第１、第２振動子１０、１１に電気的エネルギーを供給する駆動手段１２は、位相補償回路を介してお互いに１８０度位相が異なる正弦波（非反転信号と反転信号）を供給して駆動制御するようにされ、軸方向の振幅の増幅が図られるとともに、円筒状ワークＷの質量を緩和できるようにされ、また、振れの変位の安定化が図られている。
【００１６】
一方、加工具側の構成としては、例えば制御手段によって回転制御される砥石等の加工具１３がワークＷの表面に当接可能にされている。
【００１７】
以上のような装置構成において、図２に示す状態から第２支持部材６ｂが前進し、円筒状ワークＷの両端部のセンタ穴ｃを両センタ７ａ、７ｂで支持した後、駆動手段１２と位相補償回路により、第１、第２振動子１０、１１のピエゾ素子に１８０度位相が異なる正弦波信号を供給するよう駆動制御すると、円筒状ワークＷは軸方向に対して微振動を始める。その状態で円筒状ワークＷに加工具１３を押し当てて外面研削すると、本来、回転方向にのみ発生する相対すべりで切削が行われるところが、軸方向にも相対すべりが生じて高能率で研削され、加工具１３の負荷も軽減して、結果として工具寿命の延命化に繋がる。
【００１８】
ところで、以上のような第１、第２振動子１０、１１に微振動を与えるアクチュエータの具体的構成としては、ピエゾ素子のほかに、例えば、エアシリンダや、油圧シリンダや、ステップモータやボイスコイルや磁歪素子等が適用可能であるため、図３はこれらアクチュエータによる変位量と応答性を比較したものである。
【００１９】
この結果、ピエゾ素子や磁歪素子は応答周波数に優れているが変位量が少ないことが判るが、被加工物を対向する二箇所で支持する場合、本発明のようにお互いの逆位相で駆動することにより、実用性は十分確保できることが判った。
そして、ピエゾ素子の場合、特に、電気的エネルギーを機械的仕事に変換するときの変換効率が大きく、高速動作であり、発熱、電磁雑音が小さく、小型軽量であり、保守整備が簡単である等の種々の特性を有しているため、研削加工や孔明け加工等に適用すれば好適である。
【００２０】
ところで、以上の実施例では、加工の例として円筒研削の場合を例にとったが、加工の態様はこれに限られるものではなく、例えば図４に示すようなドリル孔明け加工やその他の加工にも適用出来、この際、第１、第２支持部材６ａ、６ｂでワークＷの両端をクランプすると同時に、第１、第２振動子１０、１１で逆位相の振動を与え、ドリル１４で孔明け加工する。
【００２１】
なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、第１、第２振動子１０、１１はピエゾ素子の代わりに、磁歪素子でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
被加工物の対向二箇所を第１、第２支持部材で支持して加工する際、第１、第２の振動子により第１、第２支持部材を介して被加工物を逆位相で振動させることで、加工効率の向上や、工具寿命の延命化を図ることができ、この際、加工具の振動や防音等の問題を防止出来る。また、振動子として圧電素子を使用すれば、簡素に且つ軽量に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る加振装置を円筒研削加工に適用した例を示す説明図
【図２】被加工物を支持する前の状態の説明図
【図３】各振動子を駆動する各種アクチュエータの変位量と応答性を試験した比較図
【図４】本加振装置を孔明け加工に適用した例を示す説明図
【符号の説明】
【００２４】
２…第１支持部材、３…第２支持部材、４…油圧シリンダ、１０…第１振動子、１１…第２振動子、１２…駆動手段、Ｗ…ワーク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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