(57)【要約】【課題】  小さなサイズの加工対象物の機械加工に有利に用いることのできる振動テーブルを提供すること。【解決手段】  金属テーブルの下側表面に、四個以上の縦長の柱状圧電体を、各柱状圧電体の互いに隣接する側面にて樹脂材料を介して接合して構成した板状圧電体と、この板状圧電体の上下の各表面に備えられた電極層とからなる板状の圧電振動子が固定された振動テーブル。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属テーブルの下側表面に、四個以上の縦長の柱状圧電体を、各柱状圧電体の互いに隣接する側面にて樹脂材料を介して接合して構成した板状圧電体と、該板状圧電体の上下の各表面に備えられた電極層とからなる板状の圧電振動子が固定された振動テーブル。
【請求項２】
柱状圧電体のそれぞれが角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上である請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項３】
柱状圧電体の高さ方向の長さが４乃至４０ｍｍの範囲にある請求項１もしくは２に記載の振動テーブル。
【請求項４】
金属テーブルと板状の圧電振動子との間に絶縁層が備えられている請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の振動テーブル。
【請求項５】
金属テーブルが、その下側表面に備えられた支持具を介して基台に固定されている請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の振動テーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスやシリコンなどの硬く且つ脆い材料から形成された小さなサイズの加工対象物を機械加工する際に有利に用いることのできる振動テーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、セラミックもしくはシリコンなどの硬く且つ脆い材料（以下、硬脆材料という）から形成された加工対象物に切断、穴あけ、切削、研削あるいは研磨などの機械加工を施すことは容易ではない。従来より、このような硬脆材料から形成された加工対象物を、超音波振動を付与した工具によって機械加工する方法は知られている。例えば、バイトなどの工具に超音波振動を付与しながら加工対象物を切削する方法は、超音波切削加工と呼ばれている。
【０００３】
超音波切削加工は、超音波振動を工具に付与することで切削抵抗が小さくなるため、工具の寿命が長くなるという利点を有している。超音波切削加工においては、工具に加工対象物の固有振動数よりも高い振動数の超音波振動が付与されるため、加工対象物にビビリなどの有害な振動を生じ難い。このため超音波切削加工は、優れた加工精度を示すとされている。
【０００４】
特許文献１には、加工対象物を仮固定するテーブルの下面に円柱状のボルト締め振動子が固定された構成の加工テーブル装置が開示されている。ボルト締め振動子にて発生した超音波振動は、テーブル装置に仮固定された加工対象物に付与される。このように加工対象物に超音波振動を付与することにより、硬脆材料から形成された加工対象物の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易になるとされている。
【０００５】
特許文献２には、有機物中に多数の柱状圧電体が二次元的に埋め込まれた構成の複合圧電材料を容易に製造するための方法が開示されている。この製造方法は、基板上に接着された圧電体薄板を切断して多数の溝を形成する工程と、この溝の内部に有機物を充填する工程と、これを上記基板から剥離する工程とからなる。このようにして得られた複合圧電材料は、その電気機械結合定数が大きく且つ音響インピーダンスが小さい。このため、この複合圧電材料の上下の各表面に電極層を付設して得られる振動子（一般に、複合圧電材トランスデューサと呼ばれている）は、受波感度が高く且つ人体との音響インピーダンスの整合性に優れるため、医用超音波振動子として有用であることが示唆されている。
【特許文献１】特開２００３−２２０５３０号公報
【特許文献２】特開昭５８−２１８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、携帯型電話機や携帯型パーソナルコンピュータなどに代表される電気製品が小型化され、これらに組み込まれる電子部品や機械部品としても小さなサイズのものが用いられている。このような各種部品の小型化に伴い、小さなサイズの部品（加工対象物）を高い精度で機械加工する技術が必要とされる。
【０００７】
上記の特許文献１の振動テーブル装置は、ある程度の大きなサイズの加工対象物については高い精度で機械加工することができる。しかしながら、加工対象物のサイズが小さくなるにつれ、機械加工の精度が低下する傾向にある。これは、小さなサイズの加工対象物は、その固有振動数が高いために、ボルト締め振動子がテーブル装置に付与する超音波振動によって共振し、ビビリなどの有害な振動を生じ易いためと理解される。
【０００８】
このような加工対象物に生じる有害な振動の発生を低減するには、振動テーブルに付与する超音波振動の振動数を加工対象物の固有振動数よりも高い値に設定すればよい。通常、ボルト締め振動子は、その高さ方向の長さにより定まる固有振動数にて超音波振動させる。このため、ボルト締め振動子にて発生する超音波振動の振動数を大きくするためには、振動子の高さ方向の長さを短く設定すればよい。しかしながら、ボルト締め振動子は、板状の圧電振動子を一対の金属ブロックで挟み、これらをボルトにより締め付けた複雑な構成であるため、その高さ方向の長さをある程度以下に短くすることが難しい。
【０００９】
一方、特許文献１の複合圧電材料を用いた振動子は、その製造に手間がかかるために医療用超音波診断装置の超音波送受信機などの特別な用途に利用され、他の技術分野への応用については、未だ十分な検討がされていない。
【００１０】
本発明の目的は、小さなサイズの加工対象物の機械加工に有利に用いることのできる振動テーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、金属テーブルの下側表面に、四個以上の縦長の柱状圧電体を、各柱状圧電体の互いに隣接する側面にて樹脂材料を介して接合して構成した板状圧電体と、この板状圧電体の上下の各表面に備えられた電極層とからなる板状の圧電振動子が固定された振動テーブルにある。
【００１２】
本発明の振動テーブルの好ましい態様は、下記の通りである。
（１）柱状圧電体のそれぞれが角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面及び底面を構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上である。
（２）柱状圧電体の高さ方向の長さが４乃至４０ｍｍの範囲にある。
（３）金属テーブルと板状の圧電振動子との間に絶縁層が備えられている。
（４）金属テーブルが、その下側表面に備えられた支持具を介して基台に固定されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の振動テーブルは、金属テーブルの下側表面に、四個以上の縦長の柱状圧電体を、各柱状圧電体の互いに隣接する側面にて樹脂材料を介して接合して構成した板状圧電体と、この板状圧電体の上下の各表面に備えられた電極層とからなる板状の圧電振動子が固定された構成を有している。本発明の振動テーブルは、その板状圧電振動子により高い振動数の振動を金属テーブルに付与することができるため、金属テーブルの上側表面に仮固定された加工対象物のサイズが小さい場合であっても、加工対象物の共振によるビビリなどの有害な振動を生じ難い。このため、本発明の振動テーブルは、加工対象物のサイズが小さい場合であっても、これを精度良く機械加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の振動テーブルを、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の振動テーブルの構成例を示す斜視図であり、そして図２は、図１に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した振動テーブルの断面図である。
【００１５】
図１及び図２に示す振動テーブル１０は、金属テーブル１１の下側表面に、四個以上（合計で１６９個）の縦長の柱状圧電体１２を、各柱状圧電体１２の互いに隣接する側面にて樹脂材料１３を介して接合して構成した板状圧電体１４と、この板状圧電体１４の上下の各表面に備えられた電極層１５ａ、１５ｂとからなる板状の圧電振動子１６が固定された構成を有している。
【００１６】
金属テーブル１１の上側表面には、例えば、ワックスなどを用いて加工対象物（図示は略する）が仮固定される。加工対象物は、金属板や樹脂板などの支持板を介して金属テーブル１１の上側表面に仮固定してもよい。支持板は、金属テーブル１１に仮固定された加工対象物を、例えば、円盤状のブレードを用いて切断などする際に、金属テーブルの上側表面を損傷から保護するために用いられる。
【００１７】
金属テーブル１１は、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。金属テーブル１１の厚みは、機械加工の際に加わる力によって湾曲したり破損したりしないように、通常３至３０ｍｍの範囲に設定される。
【００１８】
図３は、図２に示す振動テーブル１０の板状圧電振動子１６が備える板状圧電体１４の構成を示す斜視図である。図２及び図３に示すように、板状圧電体１４は、四個以上（合計で１６９個）の縦長の柱状圧電体１２を、各柱状圧電体１２の互いに隣接する側面にて樹脂材料１３を介して接合した構成を有している。
【００１９】
柱状圧電体を接合する樹脂材料１３としては、各柱状圧電体１２が独立に振動できるように、ウレタン樹脂やシリコン樹脂などの弾性率の小さい樹脂材料を用いることが好ましい。
【００２０】
そして板状圧電体１４の上下の各表面に、例えば、リン青銅や銀などの金属材料から形成された、厚みが５μｍ程度の電極層１５ａ、１５ｂを付設することにより、板状の圧電振動子１６が得られる。このような構成の板状圧電振動子（複合圧電材トランスデューサ）の製造方法については、例えば、上記の特許文献２に詳しく記載されている。
【００２１】
図２に示す板状圧電振動子１６の一対の電極１５ａ、１５ｂの間に、柱状圧電体１２の高さ方向の長さにより定まる固有振動数に対応する振動数（周波数）の交流電圧を印加すると、各々の柱状圧電体１２は、その高さ方向に沿って上記の固有振動数にて振動（例、超音波振動）する。板状圧電振動子１６は、ボルト締め振動子のような複雑な構成を有していないために、その高さ方向の長さを小さく設定すること、すなわち高い振動数の振動を発生することができる。このような板状圧電振動子１６を備える金属テーブル１１の上側表面に仮固定された加工対象物は、そのサイズが小さい場合であっても、振動子１６の発生する高い振動数の振動によっては共振し難く、ビビリなどの有害な振動を生じ難い。このため、本発明の振動テーブル１０は、加工対象物のサイズが小さい場合であっても、これを精度良く機械加工することができる。
【００２２】
図４は、図３の板状圧電体１４が備える柱状圧電体１２の構成を示す斜視図である。図４の柱状圧電体１２は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミックから形成され、その幅方向の長さ（Ｗ）及び厚み方向の長さ（Ｔ）のそれぞれが２ｍｍに、そして高さ方向の長さ（Ｈ）が８ｍｍに設定されている。この柱状圧電体１２の固有振動数は、約２００ｋＨｚである。柱状圧電体１２は、通常、その高さ方向に分極される。
【００２３】
柱状圧電体の高さ方向の長さは、４乃至４０ｍｍの範囲にあることが好ましい。このようなサイズの柱状圧電体を備えた板状圧電振動子の一対の電極に交流電圧を印加することにより、各々の柱状圧電体は、その高さ方向に沿って５００ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの高い振動数（その高さ方向の長さにより定まる固有振動数）にて振動する。これに対し、上記の特許文献１の振動テーブル装置が備えるボルト締め振動子は、一般に１５〜５０ｋＨｚの低い振動数にて振動させるものである。
【００２４】
なお、上記の特許文献１の振動テーブル装置で小さなサイズの加工対象物を機械加工する場合に、加工対象物の共振を防止するために、ボルト締め振動子にて加工対象物の固有振動数よりも低い振動数の振動を発生させることも考えられる。しかしながら、振動テーブルに付与される振動の振幅を変えずに振動数を低くすると、この振動により加工対象物に与えられるエネルギー（特に振動テーブルの振動の加速度）が小さくなるために、機械加工の精度あるいは機械加工の速度が低下し易い。また、加工対象物に十分なエネルギーを与えるために、ボルト締め振動子にて低い振動数で且つ振幅の大きな振動を発生させることも考えられるが、振動の振幅が大きいと、振動テーブル上の加工対象物の仮固定が外れ易くなって機械加工する際の作業性が低下するなどの別の問題を生じ易い。
【００２５】
柱状圧電体１２は、角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面１２ａ及び底面１２ｂを構成するいずれの辺の長さに対しても１．３倍以上であることが好ましく、２．０〜８．０倍の範囲にあることがさらに好ましい。
【００２６】
このような縦長の柱状圧電体１２の高さ方向の長さは、頂面１２ａ及び底面１２ｂを構成するいずれの辺の長さよりも長い。このため柱状圧電体１２の幅方向及び厚み方向のそれぞれの長さにより定まる固有振動数は、高さ方向の長さにより定まる固有振動数よりも高い。従って、縦長の柱状圧電体１２をその高さ方向の長さにより定まる固有振動数に対応する振動数（周波数）の交流電圧を印加して振動させた場合、柱状圧電体はその幅及び厚みのいずれの方向においても共振を生じ難い。このため、柱状圧電体１２の頂面１２ａの全体が高さ方向に沿って均一に振動する。
【００２７】
この柱状圧電体にて発生した均一な振動を金属テーブルの下側表面に付与することにより、金属テーブルの上側表面の全体が上下方向に均一に振動し、その表面に仮固定された加工対象物に均一に振動が付与されるため、機械加工の精度をさらに高くすることができる。
【００２８】
なお、上記のボルト締め振動子や複合圧電材トランスデューサ（板状圧電振動子）の他にも、例えば、圧電セラミックス板の上下の各表面に電極が付設された構成の圧電振動子板が知られている。このような圧電振動子板は、その厚み方向に沿って高い振動数で振動させることができるため、これを金属テーブルの下側表面に固定して振動テーブルを構成することも考えられる。しかしながら、このような圧電振動子板を厚み方向により定まる固有振動数に対応する振動数の交流電圧を印加して振動させた場合、圧電振動子板が上記の振動数に対応する高次の共振を生じて横方向にも振動し易い。このため、金属テーブルの上側表面が上下方向に均一に振動し難くなり、十分に高い機械加工の精度を得ることが難しい。
【００２９】
図１及び図２に示すように、板状圧電振動子１６は、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などから形成された絶縁層１７を介して金属テーブル１１の下側表面に固定されていることが好ましい。絶縁層１７は、金属テーブル１１と板状圧電振動子１６の電極層１５ａとを電気的に絶縁する。
【００３０】
図１及び図２に示すように、本発明の振動テーブル１０の金属テーブル１１は、その下側表面に備えられた支持具１８を介して基台１９に固定されていることが好ましい。支持具１８及び基台１９のそれぞれは、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。また本発明の振動テーブルは、その金属テーブルの下側表面に支持具を固定し、この支持具を介して機械加工装置の加工台の表面に直接固定して用いることもできる。
【００３１】
図５は、本発明の振動テーブルの別の構成例を示す斜視図であり、そして図６は、図５に記入した切断線II−II線に沿って切断した振動テーブルの断面図である。また、図７は、図６に示す振動テーブルの板状圧電振動子が備える板状圧電体の構成を示す平面図である。
【００３２】
図５及び図６に示す振動テーブル５０は、金属テーブル５１及びこの金属テーブル５１の下側表面に固定された板状圧電振動子５６から構成され、その全体の形状が円盤状とされている。板状圧電振動子５６は、図２に示す振動テーブル１０の場合と同様に、絶縁層５７を介して金属テーブル５１の下側表面に固定されている。振動テーブル５０は、その板状圧電振動子５６の下側表面にて、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成された基台５９の上に固定されている。
【００３３】
板状圧電振動子５６が備える板状圧電体５４の構成は、図７に示すように四個以上の柱状圧電体５２を、各柱状圧電体５２の互いに隣接する側面にて樹脂材料５３を介して互いに接合して円盤状に形成されていること以外は図２に示す振動テーブル１０が備える板状圧電体１４と同様である。
【００３４】
図５及び図６に示す振動テーブル５０は、例えば、シリコンウエハなどの円盤状の加工対象物の機械加工に好ましく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の振動テーブルの構成例を示す斜視図である。
【図２】図１に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した振動テーブルの断面図である。
【図３】図２に示す振動テーブルの板状圧電振動子が備える板状圧電体の構成を示す平面図である。
【図４】図３の板状圧電体が備える柱状圧電体の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の振動テーブルの別の構成例を示す斜視図である。
【図６】図５に記入した切断線II−II線に沿って切断した振動テーブルの断面図である。
【図７】図６に示す振動テーブルの板状圧電振動子が備える板状圧電体の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  振動テーブル
１１  金属テーブル
１２  柱状圧電体
１２ａ  柱状圧電体の頂面
１２ｂ  柱状圧電体の底面
１３  樹脂材料
１４  板状圧電体
１５ａ、１５ｂ  電極層
１６  板状圧電振動子
１７  絶縁層
１８  支持具
１９  基台
５０  振動テーブル
５１  金属テーブル
５２  柱状圧電体
５３  樹脂材料
５４  板状圧電体
５５ａ、５５ｂ  電極層
５６  板状圧電振動子
５７  絶縁層
５９  基台
Ｗ  柱状圧電体の幅方向の長さ
Ｔ  柱状圧電体の厚み方向の長さ
Ｈ  柱状圧電体の高さ方向の長さ
【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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