(57)【要約】【課題】  機械加工装置にワークを固定保持する振動テーブルにおいて、振動テーブル全体にほぼ均一な振動を与え、かつ薄型の振動テーブル提供すること。【解決手段】  振動テーブル１は、ステンレス製のブロック２そして積層型圧電素子３から構成している。ステンレス製のブロック２は、加工装置に取り付けるためのボルト穴４を４箇所に設けている。ブロック２は放電加工によって作成する。ブロック２は、その中央部に振動するブロックの質量を小さくするために空間部７を設ける。また、強制振動による変位量を大きくするため薄肉部８を設ける。さらに積層型圧電素子３を固着する固着部６と積層型圧電素子３の変位を受ける可動固着部５を設ける。なお、積層型圧電素子３を可動固着部５と固着部６に固着する方法については、エポキシ樹脂を用いる。そして、積層型圧電素子３に時間的に変化する電圧を印加する。【選択図】    「図１」
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工装置に取り付けられ加工されるワークを固定保持するテーブル装置において、テーブルに積層型圧電素子を取り付け、積層型圧電素子に電圧を印加することによりテーブル装置を振動させることを特徴とする振動テーブル装置。
【請求項２】
前記積層型圧電素子に印加する電圧が、１秒間に１００回以上かつ１５０００回以下変化することを特徴とする請求項１に記載の振動テーブル装置。
【請求項３】
積層型圧電素子の変位方向がテーブル面に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の振動テーブル装置。
【請求項４】
積層型圧電素子の変位方向がテーブル面に平行であることを特徴とする請求項１に記載の振動テーブル装置。
【請求項５】
テーブル面に垂直方向に振動する振動テーブル装置、テーブル面に平行方向に振動する擬動テーブル装置、テーブル面に中心軸に対して角振動する振動テーブル装置のすべてまたは任意の２個を組み合わせて使用することを特徴とする請求項１に記載の振動テーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ガラス、セラミック、シリコーン、チタン、超硬金属などの切断、研削及び研磨加工および半導体装置等に用いられる振動テーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  一般に、ガラス、セラミック、シリコーン、チタン、超硬金属などの硬度が高い脆性材料を切断、研削等の加工を施すことは、非常に困難であり従来から工具に超音波振動を加え加工することが行われている。このような超音波切削加工は、切削抵抗が低減するため、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなると共に、加工精度の向上につながってくる。なお超音波切削加工について「超音波便覧」（丸善株式会社、平成１１年発行）６７９〜６８４ページに詳しく記載されている。【０００３】  また、ワークを固定する加工台に超音波振動を与え、これをワークに伝播させ、超音波切削加工を行うことが従来よりよく知られていることである。例えば、特開２００２−３５５７２６号公報には、図８に示すように超音波振動テーブルは、工作機械のベッドに取り付けられ加工されるワークを固定可能なテーブル装置であり、アルミニウム製のケーシングにシールド用のゴム板を介して固定され、上下に振動する超音波振動装置と超音波振動装置の上端部に、その下側中間部を固定されてワークを固定する振動板と、振動板の外側下部から下方に突出し、ケーシングの超音波振動装置の外側に形成された案内用凹部に挿入されて振動板の横移動を制限しながら上下方向に案内するガイド部材とを有している。ケーシングは、上方に開口した箱状に形成され、内周上部には、内側に突出するリング状の内フランジ部が形成されている。内フランジ部の複数箇所には、上下に貫通する雌ねじ部が形成されている。ケーシングに設けられた鉄製の裏面プレートは、ボルト部材によって着脱可能に形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、超音波切削加工においては、工具が大型化した場合は、ワークと接触する工具の加工部分に均一な超音波振動を与えることが非常に難しい。
また、工具が小型化した場合、超音波振動を与える装置も小型化しなければならない。超音波振動装置が小型化すればするほど工具に与えられる振動エネルギーは小さくなってしまう。このため、工具が小型であるときは、超音波切削加工能力は小さくなってしまう欠点がある。【０００５】  一方、上記の超音波振動テーブルは、工具の形状と関係なく振動させることができる。しかし、超音波振動子の超音波放射面の面積はテーブルの面積に比較して小さいためテーブル全体には均一に振動変位が得られないという欠点がある。
また、加工装置は、一般的に高さの高い振動テーブルを収容する空間が無いのが普通であり、高さの高い振動テーブルは加工装置に設置できない問題はある。
さらに、超音波振動テーブルはテーブル面に超音波振動子が固着されているため、テーブルの質量が大きいとテーブル面が振動の節になる傾向が強く、テーブル面の超音波振動が小さくなる可能性が高いという問題点もある。
また、超音波振動テーブルは、ワークを含めた構成の共振周波数で駆動しなければならないので、加工条件において最適周波数があってもその周波数で駆動することはできないという問題点もある。
さらに、超音波振動テーブルの駆動周波数は１５ＫＨｚ以上であり、それ以下の周波数では振動変位が小さく、１５ＫＨｚ以下の周波数はほとんど利用できないという問題点がある。
本発明の目的は上述の問題点を解消する振動テーブル提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、加工装置に取り付けられ加工されるワークを固定保持するテーブル装置において、テーブルに積層型圧電素子を取り付け、積層型圧電素子に電圧を印加することによりテーブル装置を振動させることを特徴とする振動テーブル装置とするものである。【０００７】  本発明は、前記積層型圧電素子に印加する電圧が、１秒間に１００回以上かつ１５０００回以下変化する振動テーブル装置とするものである。【０００８】  本発明は、積層型圧電素子の変位方向がテーブル面に垂直である振動テーブル装置とするものである。【０００９】  本発明は、積層型圧電素子の変位方向がテーブル面に平行である振動テーブル装置とするものである。【００１０】  本発明は、テーブル面に垂直方向に振動する振動テーブル装置、テーブル面に平行方向に振動する振動テーブル装置、テーブル面に中心軸に対して角振動する振動テーブル装置のすべてまたは２個を組み合わせて使用する振動テーブル装置とするものである。
【発明の効果】
【００１１】  本発明の振動テーブルは、振動テーブル表面にほぼ均一の大きさの振動が励起できるので、この面に保持固定されるワークにも場所によらず、ほぼ均一の大きさの振動が伝播する。その結果、振動テーブルに保持固定されるワークの位置及びワークの大きさにほぼ影響を受けることなく、前記保持固定されたワークの加工速度の向上と難加工材料の加工が可能となる。
また、本発明の振動テーブルは、薄型が可能であるため、ほとんどすべての加工装置に設置することができる。
さらに、本発明の振動テーブルは、非共振状態で振動させるため、ワークにより振動数を選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  本発明を、添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の第一の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。【００１３】  ほぼ同じ構成が顕微鏡に使用する位置決めステージとして用いられている。この内容の詳細は「精密制御用ニューアクチュエータ便覧、１９９４年、株式会社フジ・テクノシステム」のページ４９０〜ページ５００に記載されている。位置決めステージ用に用いられる積層型圧電素子は、変位素子として用いられるものである。一方、本発明の振動テーブルには振動素子として用いる。【００１４】  図１に示す振動テーブル１は、ステンレス製のブロック２そして積層型圧電素子３から構成している。ステンレス製のブロック２は、加工装置に取り付けるためのボルト穴４を四箇所に設けている。ブロック２は放電加工によって作成する。ブロック２は、その中央部に振動するブロックの質量を小さくするために空間部７を設ける。また、強制振動による変位量を大きくするため薄肉部８を設ける。さらに積層型圧電素子３を固着する固着部６と積層型圧電素子３の変位を受ける可動固着部５を設ける。なお、積層型圧電素子３を可動固着部５と固着部６に固着する方法については、エポキシ樹脂を用いたが、ネジによる機械的固定方法でも良い。【００１５】  つぎにこの振動テーブル１の運転方法について説明する。積層型圧電素子３に時間的に変化する電圧を印加する。図５を用いて電圧の印加方法について説明する。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）とも縦軸が印加電圧の大きさを示し、横軸が時間軸である。
（Ａ）の方法は、矩形状の電圧を印加する方法であり、図では１周期間で電圧を印加している時間と電圧を印加していない時間を同じにしたが、この割合を変化させることも可能である。また、図では図面を簡略にするため（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）とも３周期だけを描いた。実際には振動加工の効果を出現させるために１秒間に１００周期以上１５０００周期以下の条件で電圧を印加する必要がある。
（Ｂ）の方法は三角波状の電圧を印加する方法である。この三角波と類似なノコギリ状の電圧でももちろん良い。
（Ｃ）の方法はサイン波状の電圧を印加する方法である。ここで直流電圧をサイン波状の電圧に加えることで中心電圧をシフトさせる方法もある。これは、積層型圧電素子３の圧電材料の分極が劣化しないためにする。
以上代表的な時間的に変化する電圧波形を示したが、周期性のある電圧波形であれば、他の波形でもよい。【００１６】  積層型圧電素子３に周期性のある電圧を印加すると積層型圧電素子３が長さ方向に変位する。そして図１に示す固着部６と可動固着部５により積層型圧電素子３の変位を受ける。固着部６はステンレスの肉厚が大きいのでほとんど変位はしない。一方、可動固着部５は、薄肉部８の効果により積層型圧電素子３の変位の変位をほぼそのまま受ける。したがって、ブロックのテーブル面が積層型圧電素子３の変位の変位方向と同じ矢印方向に振動する。【００１７】  ここで積層型圧電素子３について図２を用いて説明する。なお、積層型圧電素子３は圧電アクチュエータとも呼ばれており、例えば「精密制御用ニューアクチュエータ便覧、１９９４年、株式会社フジ・テクノシステム」のページ６０〜ページ７０に記載されている。積層型圧電素子３は、複数の圧電セラミックを積層したものであり、最上部と最下部の圧電セラミックは分極されていない不活性部９である。他の圧電セラミックは分極されている分極部１０である。また上下に隣り合う圧電セラミックの分極方向は互いに逆である。各々の圧電セラミックの間には内部電極１１があり、１層おきに内部電極１１を接続するためにガラス製の絶縁体１３が設けてある。そして１層おきに内部電極１１を接続する外部電極１２がある。この外部電極１２に電圧を印加することにより積層型圧電素子３を長さ方向に変位させる。【００１８】  図１に示す振動テーブル高さが４０ｍｍ以下の薄型化が可能であり、ほぼどのような加工装置にも搭載が可能である。
また、駆動周波数を可変できるため、ワークの材質、形状により最適な駆動周波数で運転できる。
さらに、非共振駆動であるのでブロック２の表面であるテーブル面が一様に縦振動する。【００１９】  図３は、本発明の第二の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。テーブル面が水平に２方向に振動する構成になっている。
図３に示す振動テーブル１は、ステンレス製のブロック２そして積層型圧電素子３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄから構成している。ステンレス製のブロック２は、加工装置に取り付けるためのボルト穴４を８箇所に設けている。ブロック２は放電加工によって作成する。また、強制振動による変位量を大きくするため薄肉部８を設ける。さらに積層型圧電素子３を固着する固着部６と積層型圧電素子３の変位を受ける可動固着部５を設ける。なお、積層型圧電素子３を可動固着部５と固着部６に固着する方法については、エポキシ樹脂を用いたが、ネジによる機械的固定方法でも良い。【００２０】  つぎにこの振動テーブル１の運転方法について説明する。積層型圧電素子３に時間的に変化する電圧を印加する。電圧の印加方法については、第一の構成の振動テーブルで述べたものと同じである。
図の矢印Ａ方向に振動させるには、積層型圧電素子３ａに時間的に変化する電圧を印加する。また、図の矢印Ｂ方向に振動させるには、積層型圧電素子３ｂに時間的に変化する電圧を印加する。
さらに積層型圧電素子３ａに印加する時間的に変化する電圧と積層型圧電素子３ｂに印加する時間的に変化する電圧の位相差を９０度にすることで矢印Ｃの円軌跡の振動を励起することもできる。【００２１】  このようなテーブル面に水平方向のＸ方向、Ｙ方向、円軌跡の任意の振動を励起させることができるので、加工装置の加工方法またはワークの形状あるいは材料によって最適な振動を選択できる。これは、非共振振動の特徴であり、従来の超音波振動テーブルでは実行できない。
また、これも非共振振動の特徴であるがテーブル面の振動をそのままワークに与えることができる。一方、従来の超音波振動テーブルではテーブル面に水平方向の振動はテーブル面とワークの超音波振動のロスが大きくなり、ワークに伝播する振動はかなり小さくなり超音波振動テーブルの効果がほとんど発揮できない。【００２２】  図４は、本発明の第三の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。テーブル面がθ方向に角振動する構成になっている。
図４に示す振動テーブル１は、ステンレス製のブロック２そして積層型圧電素子３から構成している。ステンレス製のブロック２は、加工装置に取り付けるためのボルト穴４を４箇所に設けている。ブロック２は放電加工によって作成する。また、強制振動による変位量を大きくするため薄肉部８を設ける。さらに積層型圧電素子３を固着する固着部６と積層型圧電素子３の変位を受ける可動固着部５を設ける。なお、積層型圧電素子３を可動固着部５と固着部６に固着する方法については、エポキシ樹脂を用いたが、ネジによる機械的固定方法でも良い。【００２３】  つぎにこの振動テーブル１の運転方法について説明する。積層型圧電素子３に時間的に変化する電圧を印加する。電圧の印加方法については、第一の構成の振動テーブルで述べたものと同じである。
図の矢印のθ方向に振動させるには、積層型圧電素子３に時間的に変化する電圧を印加する。【００２４】  このような非共振振動によるθ方向の振動は、そのまま加工対象物であるワークに伝播させることができるが、一方、同じθ方向の振動の励起する従来の捻り振動を用いた超音波振動テーブルは、ワークに伝播する振動は小さく、しかもワークの形状、材料により様々な振動モードに変化してしまうことがある。【００２５】  振動テーブルとしてＸ、Ｙ、Ｚおよびθ方向の振動を行わせることも可能である。本発明の第一の構成の振動テーブルはＺ方向の振動であり、本発明の第二の構成の振動テーブルは、Ｘ、Ｙ方向の振動であり、本発明の第三の構成の振動テーブルは、θ方向の振動の振動であるので、これらを積み上げればＸ、Ｙ、Ｚおよびθ方向の振動をする振動テーブルとして構成できる。
また、本発明の第一の構成、第二の構成、第三の構成を組み合わせれば所望の振動運動する振動ステージが構成できる。【００２６】  図６、図７は、本発明の第四の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。テーブル面が、積層型圧電素子３の変位方向と同じ高さ方向に縦振動する構成になっている。
ステンレス製のベース台１４に積層型圧電素子３をエポキシ樹脂で固着し、その上に同じくステンレス製のテーブル１５を載せたものである。積層型圧電素子３とステンレス製のテーブル１５の接合はエポキシ樹脂を用いる。【００２７】  つぎにこの振動テーブル１の運転方法について説明する。積層型圧電素子３に時間的に変化する電圧を印加する。電圧の印加方法については、第一の構成の振動テーブルで述べたものと同じである。【００２８】  この構成では積層型圧電素子３を多数個容易に設置できるので、振動パワーを大きくできる。このため、振動テーブルに載せるワーク等の重量が大きいときには最適な構成となる。また非共振振動であるので、テーブルに載せたワークにほぼそのままの振動が伝播する。【００２９】  本発明の振動源として積層型圧電素子を用いて説明してきたが、同じ機能をもつ超磁歪材料を用いた素子でも可能であることはもちろんである。超磁歪材料については、例えば「超音波便覧」（丸善株式会社、１９９９年、ｐ８７〜ｐ９１）に詳しい記載がある。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明の振動テーブルは、機械加工設備などにおいて使用される加工テーブルとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一の構成の振動テーブルの１例の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の振動テーブルに用いる積層型圧電素子の斜視図である。
【図３】本発明の第二の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第三の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。
【図５】積層型圧電素子に印加する電圧波形を示す図である。
【図６】本発明の第四の構成の振動テーブルの一例の一部を示す斜視図である。
【図７】本発明の第四の構成の振動テーブルの一例を示す斜視図である。
【図８】従来の超音波振動テーブルの１例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】  １    振動テーブル
２    ブロック
３    積層型圧電素子
４    ボルト穴
５    可動固着部
６    固着部
７    空間部
８    薄肉部
９    不活性部
１０  分極部
１１  内部電極
１２  外部電極
１３  絶縁体
１４  ベース台
１５  テーブル
【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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