(57)【要約】      （修正有）【課題】  加工対象物に均一に超音波振動を付与することができる振動テーブルを提供する。【解決手段】  下側表面に付与された振動を厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝える硬質テーブル１１の下側表面に、一個もしくは二個以上の振動子１２を固定してなる振動テーブル。硬質テーブル１１が、バインダ樹脂１３中に、該硬質テーブル１１の表面に沿って、一の方向に整列配置された複数本の高弾性繊維１４ａと、硬質テーブル１１の表面に沿って、上記高弾性繊維１４ａに交差する方向に整列配置された複数本の高弾性繊維１４ｂとからなる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下側表面に付与された振動を厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝える硬質テーブルの下側表面に、一個もしくは二個以上の振動子を固定してなる振動テーブル。
【請求項２】
硬質テーブルが、バインダ樹脂中に、該硬質テーブルの表面に沿って、一の方向に整列配置された複数本の高弾性繊維と、該硬質テーブルの表面に沿って、上記高弾性繊維に交差する方向に整列配置された複数本の高弾性繊維とからなる請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項３】
前者の複数本の高弾性繊維と後者の複数本の高弾性繊維とが互いに直交して配置されている請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項４】
高弾性繊維の長さ方向の引張弾性率が５０ＧＰａ以上である請求項２もしくは３に記載の振動テーブル。
【請求項５】
高弾性繊維が炭素繊維である請求項２乃至４のうちのいずれかの項に記載の振動テーブル。
【請求項６】
硬質テーブルの下側表面に四個以上の振動子が固定され、該四個以上の振動子が、テーブル下側表面に沿って二次元的に整列配置されている請求項１乃至５のうちのいずれかの項に記載の振動テーブル。
【請求項７】
振動子が、縦長の柱状圧電体の表面の対称位置に一対の電極を付設してなる柱状の圧電振動子であって、その頂面もしくは底面にて硬質テーブルの下側表面に固定されている請求項６に記載の振動テーブル。
【請求項８】
柱状圧電体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７に記載の振動テーブル。
【請求項９】
一対の電極が角柱状圧電体の側面に付設されている請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１０】
振動子が、縦長の柱状圧電体の複数個をその各々の側面にて樹脂材料を介して互いに接合して板状に構成した圧電体と、該板状圧電体の各々の面を覆う電極層とからなる板状の圧電振動子であって、そのいずれか一方の面にて硬質テーブルの下側表面に固定されている請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項１１】
柱状圧電体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１０に記載の振動テーブル。
【請求項１２】
硬質テーブルが、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１１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、セラミックもしくはシリコンなどの硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物に切断や切削などの機械加工を施す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大きな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。
【特許文献１】特開２００３−２２０５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されている振動テーブルの上面は、下面にボルト締め振動子が固定されている部位と固定されていない部位とで振動の大きさに差を生じ易い。このため、テーブルの上面に仮固定された加工対象物に均一に超音波振動を付与することが難しく、加工対象物の位置によって加工量に変動を生じ易い。
【０００６】
本発明の目的は、加工対象物に均一に超音波振動を付与することが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】
【０００７】
本発明は、下側表面に付与された振動を厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝える硬質テーブルの下側表面に、一個もしくは二個以上の振動子を固定してなる振動テーブルにある。
【０００８】
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）硬質テーブルが、バインダ樹脂中に、前記硬質テーブルの表面に沿って、一の方向に整列配置された複数本の高弾性繊維と、前記硬質テーブルの表面に沿って、前記の高弾性繊維に交差する方向に整列配置された複数本の高弾性繊維とからなる。
（２）上記（１）の複数本の高弾性繊維のうちの前者の複数本の高弾性繊維と後者の複数本の高弾性繊維とが互いに直交して配置されている。
（３）高弾性繊維の長さ方向の引張弾性率が５０ＧＰａ以上である。
（４）高弾性繊維が炭素繊維である。
（５）硬質テーブルの下側表面に四個以上の振動子が固定され、該四個以上の振動子が、テーブル下側表面に沿って二次元的に整列配置されている。
【０００９】
（６）振動子が、縦長の柱状圧電体の表面の対称位置に一対の電極を付設してなる柱状の圧電振動子であって、その頂面もしくは底面にて硬質テーブルの下側表面に固定されている。
（７）上記（６）の柱状圧電体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。
（８）上記（７）の一対の電極が柱状圧電体の側面に付設されている。
【００１０】
（９）振動子が、縦長の柱状圧電体の複数個をその各々の側面にて樹脂材料を介して互いに接合して板状に構成した圧電体と、該板状圧電体の各々の面を覆う電極層とからなる板状の圧電振動子であって、そのいずれか一方の面にて硬質テーブルの下側表面に固定されている。
（１０）上記（９）の柱状圧電体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。
（１１）硬質テーブルが、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】
【００１１】
本発明の振動テーブルは、下側表面に付与された振動を厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝える硬質テーブルの下側表面に、一個もしくは二個以上の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、その硬質テーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に均一に振動を付与することができる。このように均一に振動が付与された加工対象物に、例えば、円盤状のブレードを用いた切断加工、ドリルを用いた穴あけ加工、あるいはバイトを用いた切削加工などを施すことにより、加工対象物を、その位置によらずに安定に且つ高い精度で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】
【００１２】
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る。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り、そして図３は、図１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。
【００１３】
図１から図３に示す振動テーブル１０は、下側表面に付与された振動を厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝える硬質テーブル１１の下側表面に、二個以上の（合計で８１個の）振動子１２が固定された構成を有している。
【００１４】
硬質テーブル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硬質テーブル１１の表面に仮固定してもよい。支持板は、硬質テーブル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、硬質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。
【００１５】
図１から図３に示す振動テーブル１０の硬質テーブル１１は、バインダ樹脂１３中に、硬質テーブル１１の表面に沿って、一の方向に整列配置された複数本の高弾性繊維１４ａと、硬質テーブル１１の表面に沿って、上記の高弾性繊維１４ａに交差する方向に整列配置された複数本の高弾性繊維１４ｂとから構成されている。
【００１６】
図１から図３に示す硬質テーブル１１のバインダ樹脂１３としてはエポキシ樹脂が、そして高弾性繊維１４ａ、１４ｂとしては炭素繊維が用いられている。
【００１７】
バインダ樹脂１３中に配置された高弾性繊維１４ａは、硬質テーブル１１における繊維１４ａの長さ方向に沿う振動の励起を抑制する。同様に高弾性繊維１４ｂは、硬質テーブル１１における繊維１４ｂの長さ方向に沿う振動の励起を抑制する。このため、硬質テーブル１１は、振動子１２により振動テーブル１１の下側表面に付与された振動（例、超音波振動）を、高弾性繊維１４ａの長さ方向に直交し且つ高弾性繊維１４ｂの長さ方向に直交する方向、すなわち硬質テーブル１１の厚み方向に沿って優先的に振動する振動として硬質テーブル１１の上側表面に伝える。
【００１８】
また、硬質テーブル１１には、その上側表面が波打つような不均一な振動が励起され難い。これは、硬質テーブル１１の上側表面が波打つように振動するには、高弾性繊維１４ａ、１４ｂがその長さ方向に伸びて波形に変形するための大きなエネルギーが必要とされるからである。このため、硬質テーブル１１は、その下側表面に振動が付与されると、上側表面の全体が硬質テーブル１１の厚み方向に沿って均一に振動する。
【００１９】
従って、硬質テーブル１１の上側表面に仮固定された加工対象物には、その全体に均一に振動が付与される。このように均一に振動が付与された加工対象物に、例えば、円盤状のブレードを用いた切断加工、ドリルを用いた穴あけ加工、あるいはバイトを用いた切削加工などを施すことにより、加工対象物を、その位置によらずに安定に且つ高い精度で機械加工することができる。
【００２０】
硬質テーブル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。
【００２１】
硬質テーブル１１の上側表面の全体を、硬質テーブルの厚み方向に沿って更に均一に振動させるためには、図１に示すように高弾性繊維１４ａと高弾性繊維１４ｂとが、互いに直交してバインダ樹脂１３中に配置されていることが好ましい。
【００２２】
バインダ樹脂１３の例としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、およびポリカーボネート樹脂などが挙げられる。バインダ樹脂１３としては、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
【００２３】
高弾性繊維１４ａ、１４ｂの例としては、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ポリアミド繊維、およびアラミド繊維などが挙げられる。高弾性繊維としては、炭素繊維を用いることが好ましい。
【００２４】
高弾性繊維の長さ方向の引張弾性率は、硬質テーブルにおける高弾性繊維の長さ方向に沿う振動の励起を抑制するため、５０ＧＰａ以上であることが好ましく、１００ＧＰａ以上であることがさらに好ましい。
【００２５】
なお、硬質テーブルの構成は、下側表面に付与された振動を厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝える特性を示す限り、図１から図３に示す構成に限定されない。例えば、硬質テーブルを、バインダ樹脂中に硬質テーブルの上側表面に平行な面内で複数本の高弾性繊維がランダムな方向に配置された構成の繊維強化樹脂材料（ＦＲＰ）から構成してもよいし、あるいは樹脂材料以外の母材中に硬質テーブルの上側表面に沿って複数本の高弾性繊維が配置された構成の複合材料、例えば、繊維強化金属材料（ＦＲＭ）、繊維強化セラミック材料（ＦＲＣ）、炭素繊維強化炭素材料（ＣＣコンポジット）などから構成してもよい。
【００２６】
また、硬質テーブルは、上記で例示した繊維強化複合材料以外の材料から構成することもできる。例えば、硬質テーブルを、多数の透孔を備えた金属板の各々の面に金属薄板が付設された構成とすることもできる。この金属板の透孔内部にある気体の音響インピーダンスは金属よりも小さいため、硬質テーブルの下側表面に付与された振動は金属板の透孔内部に伝わり難い。このため、硬質テーブルの下側表面に付与された振動は、硬質テーブルの上側表面に沿った振動としては伝わり難く、硬質テーブルの厚み方向に沿って優先的に振動する振動として上側表面に伝わる。金属板は、硬質テーブルの機械的な強度を高くするために、その各々の透孔の形状が六角柱状とされたハニカム構造を有していることがさらに好ましい。金属板及び金属薄板の材料の代表例としては、アルミニウム、チタン、およびステンレススチールが挙げられる。
【００２７】
図２及び図３に示すように、硬質テーブル１１の下側表面には四個以上（例えば、合計で８１個）の振動子が固定され、これらの振動子が硬質テーブルの下側表面に沿って二次元的に整列配置されていることが好ましい。
【００２８】
図４は、図２及び図３に示す振動子１２の構成を示す斜視図である。図４に示すように、振動子１２としては、縦長の柱状圧電体１５の表面の対称位置に一対の電極１６ａ、１６ｂを付設してなる柱状の圧電振動子を用いることが好ましい。柱状圧電振動子は、その頂面１７ａもしくは底面１７ｂにて、例えば、エポキシ樹脂などを用いて硬質テーブルの下側表面に固定される。
【００２９】
柱状圧電体１５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（Ｗ）が４ｍｍに、厚み（Ｔ）が２ｍｍに、そして高さ（Ｈ）が８ｍｍに設定される。柱状圧電体１５は、例えば、その厚み方向に分極される。
【００３０】
柱状圧電体１５に付設された一対の電極１６ａ、１６ｂの間に、柱状圧電体の高さ方向の長さにより定まる共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加すると、柱状圧電体１５はその高さ方向に沿って振動する。
【００３１】
柱状圧電体１５は、角柱状の圧電体であって、その高さ方向の長さが、頂面１７ａ及び底面１７ｂ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。
【００３２】
このような縦長の柱状圧電体１５の高さ方向の長さは、頂面１７ａ及び底面１７ｂ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１５の幅方向及び厚み方向のそれぞれの長さにより定まる共振周波数は、高さ方向の長さにより定まる共振周波数よりも高い。従って、縦長の柱状圧電体１５をその高さ方向の長さにより定まる共振周波数に対応する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、柱状圧電体の頂面１７ａの全体が高さ方向に沿って均一に振動する。
【００３３】
このようにして振動子１２にて発生した均一な振動を硬質テーブルの下側表面に付与することにより、硬質テーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に更に均一に振動を付与することができる。
【００３４】
一対の電極１６ａ、１６ｂのそれぞれとしては、例えば、厚みが５μｍ程度のリン青銅や銀などの金属材料から形成された薄膜が用いられる。
【００３５】
一対の電極１６ａ、１６ｂは、図４に示すように角柱状圧電体の側面に付設されていることが好ましい。角柱状圧電体としては、振動子１２にて発生させる振動の周波数が低くなるほど、その高さ方向の長さが長いものが用いられる。一対の電極が角柱状圧電体の頂面と底面に付設されていると、圧電体の高さ方向の長さが長くなるほど圧電体に加わる電界強度が小さくなり、圧電体を振動させるために大きな交流電圧の印加が必要となる。一対の電極１６ａ、１６ｂを角柱状圧電体の側面に付設すると、圧電体の高さ方向の長さが長い場合であっても大きな強度の電界を印加することができるため、角柱状圧電体をその高さ方向に沿って大きく振動させることができる。
【００３６】
縦長の柱状圧電体１５としては、円柱状の圧電体を用いることもできる。円柱状圧電体を用いる場合には、一対の電極はその頂面と底面（圧電体表面の対称位置）に付設されていることが好ましい。
【００３７】
図１から図３に示すように、本発明の振動テーブルの硬質テーブル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はそれぞれ、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、その硬質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。
【００３８】
図５は、本発明の振動テーブルの別の構成例を示す断面図である。図５の振動テーブル５０の構成は、硬質テーブル１１の下側表面に、縦長の柱状圧電体５５の複数個をその各々の側面にて樹脂材料５３を介して互いに接合して板状に構成した圧電体５４と、この板状圧電体５４の各々の面を覆う電極層５６ａ、５６ｂとからなる板状の圧電振動子５２が固定されていること以外は図１の振動テーブル１０と同様である。
【００３９】
板状の圧電振動子５２は、図５に示すように、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などから形成された絶縁層５８を介して硬質テーブル１１の下側表面に固定されていることが好ましい。
【００４０】
図６は、図５の振動テーブル５０が備える板状圧電体５４の構成を示す平面図である。図５及び図６に示すように、板状圧電体５４は、縦長の柱状圧電体５５の複数個が、その各々の側面にて樹脂材料５３を介して互いに接合して板状に構成されたものである。
【００４１】
樹脂材料５３としては、複数個の柱状圧電体５５のそれぞれ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。
【００４２】
図５に示す板状圧電振動子５２の電極５６ａ、５６ｂの間に交流電圧を印加することにより、縦長の柱状圧電体５５のそれぞれの頂面が均一に振動する。このような構成の振動子は、一般に複合振動子と呼ばれ、医療用の超音波診断装置の超音波送受信機として広く用いられているものである。
【００４３】
このようにして板状の圧電振動子５２にて発生した均一な振動を硬質テーブル１１の下側表面に付与することにより、硬質テーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に更に均一に振動を付与することができる。
【００４４】
図７は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図であり、そして図８は、図７に記入した切断線III−III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９は、図７の振動テーブルが備える板状圧電体の構成を示す平面図である。
【００４５】
図７及び図８に示す振動テーブル７０は、硬質テーブル７１及びこの硬質テーブル７１の下側表面に固定された板状圧電振動子７２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７２は、図５の振動テーブル５０の場合と同様に、絶縁層７８を介して硬質テーブル７１の下側表面に固定されている。振動テーブル７０は、その板状圧電振動子７２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７９の上に固定されている。
【００４６】
図７の振動テーブル７０の硬質テーブル７１の構成は、その形状が円盤状とされていること以外は図５の振動テーブル５０の硬質テーブル１１と同様である。
【００４７】
図７に示す板状圧電振動子７２の板状の圧電体７４の構成は、図９に示すように複数個の柱状圧電体７５をその各々の側面にて樹脂材料７３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５の振動テーブル５０の板状圧電体５４と同様である。
【００４８】
図７の振動テーブル７０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】
【００４９】
【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１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４】図２及び図３に示す圧電振動子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断面図である。
【図６】図５の振動テーブルが備える板状圧電体の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。
【図８】図７に記入した切断線III−III線に沿って切断した振動テーブルの断面図である。
【図９】図７の振動テーブル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】
【００５０】
１０  振動テーブル
１１  硬質テーブル
１２  振動子
１３  バインダ樹脂
１４ａ  高弾性繊維
１４ｂ  高弾性繊維
１５  柱状圧電体
１６ａ、１６ｂ  電極
１７ａ  柱状圧電体の頂面
１７ｂ  柱状圧電体の底面
１８  支持具
１９  基台
５０  振動テーブル
５２  振動子
５３  樹脂材料
５４  板状圧電体
５５  柱状圧電体
５６ａ、５６ｂ  電極層
５８  絶縁層
７０  振動テーブル
７１  硬質テーブル
７２  振動子
７３  樹脂材料
７４  板状圧電体
７５  柱状圧電体
７６ａ、７６ｂ  電極層
７８  絶縁層
７９  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】
2005324305.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005324305.tif 000007
【図６】
2005324305.tif 000008
【図７】
2005324305.tif 000009
【図８】
2005324305.tif 000010
【図９】
2005324305.tif 000011