(57)【要約】【課題】本発明の旋削加工装置によれば、１回のバイトの移動による最短の加工時間でワークの表面にコーナー部がシャープな微細な溝を形成する旋削加工装置を提供できる。【解決手段】ＮＣ旋盤６の制御装置１２からの回転位置信号と加工スタート信号と微細な溝の位置データを計算指令するコントローラ１４からの駆動指令により、圧電素子先端にバイト１を直接接続し駆動先端部分を支持し駆動部分に振動吸収剤を充填させた駆動装置１５で１回のバイトの移動による最短時間でコーナー部がシャープな微細な溝を加工する。【選択図】　図３
2004009249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動するワークの表面に微細な溝を形成する加工において、ピエゾ部材先端部にバイトを固着し、前記ピエゾ伸縮部および前記バイトの側面を摺動可能に支持する構造とし、前記ワーク加工面に、前記バイトを押し当て、その押し当て方向に直角に前記バイトを移送させながら、前記押し当て方向に前記ピエゾ部材に矩形状の振動波形の電圧を入力することにより前記バイトを往復運動させて溝を形成することを特徴とする旋削加工装置。
【請求項２】
前記駆動装置のバイト刃先部分を除き、ピエゾ伸縮部および前記バイトの側面摺動部に、振動吸収材を充填保持させたことを特徴とする請求項１に記載の旋削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋削加工により、ワークの表面に微細な溝を形成する切削加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の旋削加工により、ワークの表面に微細な溝を形成する加工方法には例えば特開平１１−１９８０４号公報にあるようなピエゾ部材を使用し電圧を指令してピエゾ部材の伸縮を切削バイトに伝えて加工する方法がある。
【０００３】
一般にバイトの取り付けは往復機構を擁す往復ステージや金属の復元力を利用した平行バネに固定する方法が取られている。これは、切削時に発生する切削抵抗に耐えうる剛性を得る構造とするためのバイトの支持力確保や、バイトの位置決めや、また、駆動振幅の拡大化や、微小化を目的に行われている。
【０００４】
図６は前述の特開平１１−１９８０４号公報に記載のピエゾ部材を組み込んだ加工装置の機械的な機構部分の主要部構成を更にわかりやすく示した側面図である。
【０００５】
以下に一般的な従来の方法により端面部に微細な溝を加工する手順とそれにより加工された微細な溝の形状を図７を用いて説明する。
【０００６】
まず、従来の駆動装置の構成を図６の外観図により説明する。１はワークの表面に微細な溝を形成するバイトでありバイトホルダ１６に固定されている。１７は直動式のスライドテーブルを表しておりバイトホルダ１６とはスムーズに往復移動加工となっている。３は圧電素子を表しておりバイトホルダ１６と１８の駆動装置本体部にそれぞれネジで固定しており、ＮＣ旋盤の移動スライドテーブル１１に固定している。
【０００７】
図７は従来の加工方法と駆動装置の構成を表す平面模式図であり、６は一般のＮＣ旋盤を表しており、ワーク７をクランプ装置８で固定させ図示のない駆動源によって回転駆動可能である。ワークの端面部を加工するバイトは９と１を使用する。９は必要に応じ部分的に一般的な加工に使用される角シャンクタイプのバイトであり標準的なバイトホルダ１０に固定し更にバイトホルダ１０はＮＣ旋盤の移動スライドテーブル１１に固定している。ＮＣ旋盤６の動作を制御する標準的な制御装置１２はＮＣ旋盤６と制御させるに必要なケーブルなどで接続されている。１３の中継ユニットは制御装置１２とメインコントローラ１４に接続されている。更にメインコントローラ１４は従来の駆動装置１９に接続している。
【０００８】
ワークの端面に微細な溝を加工するために、クランプ装置８を回転させた後、制御装置１２により位置情報と移動速度を指令しバイト１をワークの端面部の切削開始位置に移動させる。その後所定の移動速度により端面切削中に制御装置１２から加工スタート信号とワーク回転時の回転位置信号を指令させ中継ユニット１３に取り込むと同時にメインコントローラ１４へ前述の信号を出力する。メインコントローラ１４は取り込んだ信号と事前に計算させた微細な溝の形状データを加工スタート信号のタイミングで内部のドライバを経由して駆動装置１５へ微細な溝の形状に一致した電圧と駆動周波数を指令する。
【０００９】
以上の方法および装置によりワークの端面上に微細な溝の加工を行う技術がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような、圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータと、往復機構を有する直動案内軸受け又はそれに変わる平行バネなどを組み合わし構成された往復駆動装置にバイトを取り付け矩形状の周波数波形を指令させ駆動させた場合、図８（ａ）（ｂ）の従来装置による駆動波形に示すように、駆動周波数１Ｈｚ（ａ）及び１００Ｈｚ（ｂ）でバイトの駆動振幅約２．５μｍの指令をさせたとき、移動前進端２０及び２１及び移動後退端２２及び２３において比較的低い周波数であっても移動前進端２０，２１は波形の角は行き過ぎ状態になり移動後退端２２，２３においては波形の角は戻りすぎ状態になってしまう。図８の各上側の波形は指令波形を示し下側の波形が実際にバイトが駆動した波形を示している。
【００１１】
この駆動波形データは従来装置と同等の圧電素子と直動案内軸受けを組み合わせバイトの先端部の実際の往復駆動波形を非接触センサにより計測したオシロスコープの波形である。
従って、従来装置によりワークの表面にコーナー部がシャープな微細な溝を形成する加工においては、駆動させる周波数の波形は図９に示すような角は滑らかなＲ状の制御波形とする必要があった。
【００１２】
更に、ワークの表面にコーナー部がシャープな微細な溝を形成するためには、従来装置では図１０のように、まずＲ状の制御波形によりバイトを駆動させ切削除去し、次に、角がシャープになる位置で２４に示す部分を残し不要部分を切削除去する必要があり、１回のバイトの移動をでは加工できず、ロス時間が発生してしまう。
【００１３】
また、圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータと、往復機構を有する直動案内軸受け又はそれに変わる平行バネなどを組み合わし構成された往復駆動装置であり、駆動時に往復機構を有する直動案内軸受け又はそれに変わる平行バネなどの重量と反発力や摩擦抵抗により付加がかかり振幅及び移動量が減少する欠点がある。
【００１４】
更に、上述の通り、バイトと圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータとの間に介在物があり、通常使用するバイトを固定するバイトホルダと比較して若干大きな装置となる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の旋削加工装置は、回転駆動するワークの表面に微細な溝を形成する加工において、ピエゾ部材先端部にバイトを固着し、ピエゾ伸縮部およびバイトの側面を摺動可能に支持する構造とし、ワーク加工面に、バイトを押し当て、その押し当て方向に直角に前記バイトを移送させながら、押し当て方向にピエゾ部材に矩形状の振動波形の電圧を入力することによりバイトを往復運動させて溝を形成することを特徴としたものである。
【００１６】
本発明によれば、旋削加工により１回のバイトの移動による最短の加工時間で圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータの能力を最大限に引き出すことが可能であり、通常使用するバイトを固定するバイトホルダと同等サイズの装置とすると共に、ワークの表面に比較的微小で数十μｍ以下の微細且つ、コーナー部がシャープな溝を形成する旋削方法と駆動装置を提供できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の旋削加工装置は、回転駆動するワークの表面に微細な溝を形成する加工において、ピエゾ部材先端部にバイトを固着し、前記ピエゾ伸縮部および前記バイトの側面を摺動可能に支持する構造とし、前記ワーク加工面に、前記バイトを押し当て、その押し当て方向に直角に前記バイトを移送させながら、前記押し当て方向に前記ピエゾ部材に矩形状の振動波形の電圧を入力することにより前記バイトを往復運動させて溝を形成することを特徴としたものであり１回のバイトの移動による最短の加工時間で圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータの能力を最大限に引き出すことが可能であり、通常使用するバイトを固定するバイトホルダと同等サイズの装置とすると共に、ワークの表面にワークの表面に比較的微小で数十μｍ以下の微細且つ、コーナー部がシャープな溝を形成することを実現しうるものである。
【００１８】
次に、本発明の請求項２に記載された旋削加工装置は、請求項１記載の旋削装置において、バイト刃先部分を除き、ピエゾ伸縮部および前記バイトの側面摺動部に、振動吸収材を充填保持させたことを特徴としたものであり１回のバイトの移動による最短の加工時間で圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータの能力を最大限に引き出すことが可能であり、通常使用するバイトを固定するバイトホルダと同等サイズの装置とすると共に、ワークの表面にコーナー部がシャープな微細な溝を形成することを実現しうるものである。
【００１９】
（実施の形態）
以下、本発明の請求項１及び請求項２に記載された発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。
【００２０】
本発明の加工方法によればワークの表面である外周部分や内周部分及び端面部分など一般的な旋削加工が可能な箇所であれば本発明の請求項に記載したコーナー部がシャープな微細な溝を加工することができるが、本発明の実施の形態の説明においては理解の容易である端面部に微細な溝を加工する形態を説明する。
【００２１】
まず、本発明の駆動装置の構成を図１により説明する。１はワークの表面に微細な溝を形成するバイトでありネジ付きのバイト固定用スリーブ２に固定している。３は圧電素子を表しておりバイト固定用スリーブ２と駆動装置本体部４にそれぞれネジで固定している。等間隔に３本配置されているスプリングプランジャ５はバイト固定用スリーブ２の外周側面部分を軸方向に往復可能に均等の圧力で支持しており、ＮＣ旋盤の移動スライドテーブル１１に固定している。図２に前述の駆動装置の外観図を示す。
【００２２】
図３は本発明の加工方法と駆動装置の構成を表す平面模式図であり、６は一般のＮＣ旋盤を表しており、ワーク７をクランプ装置８で固定させ図示のない駆動源によって回転駆動可能である。ワークの端面部を加工するバイトは９と１を使用する。９は必要に応じ部分的に一般的な加工に使用される角シャンクタイプのバイトであり標準的なバイトホルダ１０に固定し更にバイトホルダ１０はＮＣ旋盤の移動スライドテーブル１１に固定している。ＮＣ旋盤６の動作を制御する標準的な制御装置１２はＮＣ旋盤６と制御させるに必要なケーブルなどで接続されている。中継ユニット１３は制御装置１２とメインコントローラ１４に接続されている。更にメインコントローラ１４は本発明である駆動装置１５に接続している。
【００２３】
ワークの端面にコーナー部がシャープな微細な溝を加工するために、クランプ装置８を回転させた後、制御装置１２により位置情報と移動速度を指令しバイト１をワークの端面部の切削開始位置に移動させる。その後所定の移動速度により端面切削中に制御装置１２から加工スタート信号とワーク回転時の回転位置信号を指令させ中継ユニット１３に取り込むと同時にメインコントローラ１４へ前述の信号を出力する。メインコントローラ１４は取り込んだ信号と事前に計算させた微細な溝の形状データを加工スタート信号のタイミングで内部のドライバを経由して駆動装置１５へ微細な溝の形状に一致した電圧と駆動周波数を指令し切削する。
【００２４】
以上の加工方法と駆動装置によると１のバイト駆動部の駆動波形を例えば矩形状で駆動振幅約２．５μｍの波形を発信指令させた場合においても図４に示す通りコーナー部がシャープな駆動をさせることができる。図４の各上側の波形は指令波形を示し下側の波形が実際にバイトが駆動した波形を示している。
【００２５】
この駆動波形データは従来装置と同等の圧電素子と直動案内軸受けを組み合わせバイトの先端部の実際の往復駆動波形を非接触センサにより計測したオシロスコープの波形である。
【００２６】
実施の形態の説明では駆動装置１５に圧電素子を取り付けバイトに微小往復運動をさせているが特に圧電素子に特定することはなく、それに変わる往復運動可能であるアクチュエータの例えば磁歪素子やカムと小型モータを組み合わせたものでもよい。要は駆動させるバイトと前述の駆動アクチュエータの間に往復機構を有する直動案内軸受け又はそれに変わる平行バネなどを仲介させることなく直接接続させ先端部を支持する構成にすればよいのである。
【００２７】
更に、図５のａに示す微小振動を吸収する素材を往復運動する部分に充填させることによって、よりコーナー部がシャープな駆動をさせることができる。この微小振動を吸収する素材も特に指定はなく例えば市販されているゲル状の防振材や各種の粘土物質でよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の旋削加工装置によれば、旋削加工により１回のバイトの移動による最短の加工時間で圧電素子又はそれに変わる往復運動可能であるアクチュエータの能力を最大限に引き出すことが可能であり、通常使用するバイトを固定するバイトホルダと同等サイズの装置とすると共に、ワークの表面にコーナー部がシャープな微細な溝を形成する旋削加工装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動装置の構成図
【図２】駆動装置の外観図
【図３】本発明の加工方法と駆動装置の構成を表す平面模式図
【図４】本発明の駆動装置に矩形状波形の指令をしたときの駆動波形図
【図５】本発明の実施の形態の切削方法を示す図
【図６】従来の駆動装置の外観図
【図７】従来の加工方法と駆動装置の構成を表す平面模式図
【図８】従来の駆動装置に矩形状波形の指令をしたときの駆動波形図
【図９】従来の切削方法による加工状態を示す図
【図１０】従来の切削方法による加工状態を示す図
【符号の説明】
１溝加工バイト
２バイト固定スリーブ
３圧電素子
４本発明の駆動装置本体
５ボールプランジャ
６ＮＣ旋盤
７ワーク
８クランプ装置
９通常加工用バイト
１０バイトホルダ
１１移動スライドテーブル
１２ＮＣ旋盤制御装置
１３中継ユニット
１４メインコントローラ
１５本発明の駆動装置
１６従来の駆動装置に組み込まれるバイトホルダ
１７直動式スライドテーブル
１８駆動装置本体
１９駆動装置
２０駆動前進端の波形
２１駆動前進端の波形
２２駆動後退端の波形
２３駆動後退端の波形
２４矩形状溝の断面を表す断面図
ａ　　振動吸収剤
【図１】
2004009249.tif 000003
【図２】
2004009249.tif 000004
【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】
2004009249.tif 000009
【図８】
2004009249.tif 000010
【図９】
2004009249.tif 000011
【図１０】
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