(57)【要約】    【課題】  振動減衰が少なく、耐久性が高く、小型化が可能な構造を備えた振動切削工具を提供する。    【解決手段】  切削工具（１０１）を振動させる振動体（１）を備える振動切削装置において、振動体（１）を点支持する点支持部材（２０２）を備え、振動体（１）は、振動時に振動の節となる領域であって点支持部材（２０２）によって点支持される領域のみに硬化領域（１０３）を備えている。本発明によれば、振動体（１）は点支持部材（２０２）によって点支持されるので、振動減衰を少なくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具を振動させる振動体を備える振動切削装置において、
前記振動体を点支持する点支持部材を備え、
前記振動体は、振動時に振動の節となる領域であって前記点支持部材によって点支持される領域のみに、硬化領域を備えていることを特徴とする振動切削装置。
【請求項２】
前記点支持部材が前記振動体を点支持する接触点の径が略φ０．６ｍｍになっている、請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項３】
前記支持部材のうち、前記振動体を点支持する前記点支持部材の少なくとも先端が、前記振動体に設けられた前記硬化領域の硬さより硬くなっている、請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項４】
前記点支持部材は、受け部に螺子止めされるものであって、
前記点支持部材の螺子締めトルクが１０〜１５ｃＮ・ｍの範囲に設定されている、請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項５】
前記振動体は軸対称形状を備えている、請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項６】
前記振動体は軸線と直交する、重心を通る面に対して対称形状を備えている、請求項１に記載の振動切削装置。
【請求項７】
振動端を振動させる振動発生装置において、
前記振動端を有する振動体と、
前記振動体の振動の腹に設けられる振動子と、
前記振動体の振動の節に配置される受け部と、
前記受け部に設けられ、前記振動体の振動の節を点支持する点支持部材とを備え、
前記振動体の前記点支持部材によって点支持される領域のみに、硬化領域が設けられていることを特徴とする振動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削工具に係り、特に切削工具に円（楕円）軌道を与えて切削する振動切削工具の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切削時に、第１および第２のアクチュエータによって、切削工具に切削方向および切削流出方向の振動を重畳して与えるよう構成された振動切削加工装置が、例えば特開平７―６８４０１号公報によって提案されていた（特許文献１）。
【０００３】
さらに特開２０００−５２１０１号公報では、楕円振動子における胴体部を円柱状に構成するとともに、制御機構から円柱状胴体部に設けられた圧電素子に所定の正弦波状電圧を各別に入力して楕円振動子に楕円振動を発生させることにより、切削用工具を楕円振動させて被削材を切削可能に構成した楕円振動切削装置が提案されていた（特許文献２）。
【特許文献１】特開平７―６８４０１号公報
【特許文献２】特開２０００−５２１０１号公報
【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、上記特許文献１には、振動子を振動可能に固定する方法の詳細については開示されていなかった。上記特許文献２では、円柱状胴体部を二つの支持部材に各別に貫通させた状態で支持する旨の記載があるが（段落番号００１８）、具体的にどのような支持方法が好ましいのかについての開示はなかった。
【０００５】
また、本願出願人が上記特許文献２に係る特許権者の製造販売した装置を調査したところによれば、円柱状胴体部がφ２．５程度の接触面積を有するビスで支持部材に支持されていることが判明した。
【０００６】
しかし、このような比較的広い接触面積で振動子である胴体部を保持した場合、振動減衰が大きくなるため充分に大きな切削工具の振動が得られない。一方、胴体部を固定するビス等の接触面積をこれ以下の径にすると、螺子締め時にまたは振動させた場合にビスの先端が胴体部に食い込んでしまい、製品として使えなくなってしまう。製品が小さくなればなるほど、胴体部とビスとの接触面積を小さくしなければならないが、これらの制約があるため、製品の小型化を図ることが難しかった。
【０００７】
このような事情から振動子の固定による振動減衰を甘受しなければならなかった。このため、圧電アクチュエータにはこのエネルギー損失の分も含めた振動を発生させる必要があった。このことは圧電アクチュエータに高電圧（例えば耐電圧付近）を印加しなければならないことを意味し、圧電アクチュエータの過剰な発熱や接着剤の劣化を早め、耐久性を低下させることを意味していた。
【０００８】
そこで本発明は上記課題を解決するために、振動減衰が少なく、耐久性が高く、小型化が可能な構造を備えた振動切削工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、切削工具を振動させる振動体を備える振動切削装置において、振動体を点支持する点支持部材を備え、振動体は、振動時に振動の節となる領域であって点支持部材によって点支持される領域のみに硬化領域を備えていることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、切削工具を振動させる振動体が振動の節において点支持されるため、接触面積が少なく振動減衰が抑制されて、切削工具の振動を大きくすることができる。このとき、点支持部材により点支持される振動体には相対的に強い力が加わり、通常の金属等の材料であれば点支持部材が振動体に食い込んでしまうが、当該構成によれば、この領域が硬化領域となっているので、点支持部材が振動体に食い込む等の変形を抑制可能である。ここで、この硬化領域は点支持部材によって点支持される領域のみに設けられており、振動体の他の部分には及んでいないため、振動体全体の弾性を減少させることがない。よって、硬化領域を設けたとしても振動増幅を行うべき振動体の振動特性を維持可能である。
【００１１】
ここで「硬化領域」とは、ある程度の弾性を要する振動体全体の硬さに比べ相対的に硬く形成されている領域をいい、その硬化領域の態様に限定はない。例えば金属であれば焼き入れ加工等が考えられる。またその領域に硬度の高い膜を形成したり硬度の高い材料で覆ったりすることが考えられる。
【００１２】
また「点支持される領域のみ」とは、振動体全体の振動特性を阻害しない程度という意味であり、点支持される点から外れた位置に硬化領域が形成されている場合であっても振動特性を阻害しないような態様であれば、当該請求項の範囲に入る。
【００１３】
さらに「点支持」とは従来の硬化領域を有しない装置に比べ十分に小さい接触面積で振動体を支持することをいい、例えば、点支持部材が振動体を点支持する接触点の径がφ１．５ｍｍ以下、好ましくは略φ０．６ｍｍになっていることは好ましい。この程度の接触点の径であれば接触自体によって発生する振動減衰が少なく、切削工具の小型化が可能だからである。
【００１４】
またさらに、支持部材のうち、振動体を点支持する点支持部材の少なくとも先端が、振動体に設けられた硬化領域の硬さより硬くなっていることは好ましい。点支持することで点支持部材自体にも単位面積当たりの応力が従来より高くなると考えられるが、当該構成によれば、点支持部材先端の硬さが硬化領域のそれより高いため、摩耗や変形が抑制される。
【００１５】
具体的には、点支持部材は、受け部に螺子止めされるものであって、点支持部材の螺子締めトルクが１０〜１５ｃＮ・ｍの範囲に設定されていることは好ましい。本願出願人の実験によれば、螺子締めトルクが１０ｃＮ・ｍ程度に達すると、振動特性の相対値である機械的Ｑ値が高くなって、かつ、振動体のずれが生じにくくなり、螺子締めトルクが１５ｃＮ・ｍ程度を超えると機械的Ｑ値が低下することが判明したため、この範囲に螺子締めトルクを調整することが好ましいと考えられる。
【００１６】
振動体は軸対称形状を備えていることが好ましい。好ましい楕円軌道を得るためには、振動体の軸方向と当該軸に垂直な方向の２軸の少なくとも一方に対して対称性が良いことが望まれる。当該構成によれば、振動体が軸方向に対して対称な形状を備えているため、振動体の軸方向に対する対称性を担保可能である。このことは例えば振動体の片面にセンサ等を設けるためのサライを設けた場合には、その軸方向反対側にも同一形状のサライをダミーとして設けることを意味している。
【００１７】
同様に、振動体は軸線と直交する、重心を通る面に対して対称形状を備えていることが好ましい。上記したように、好ましい楕円軌道を得るためには、振動体の軸方向と当該軸に垂直な方向の２軸の少なくとも一方に対して対称性が良いことが望まれが、当該構成によれば、振動体の軸方向に垂直な面に対して対称な形状を備えているため、振動体の軸方向に垂直な面に対する対称性を担保可能である。このことは、例えば、振動体の重心から軸方向に偏った位置にセンサ等のために特殊な形状（サライ等）を設けたならば、重心を通る軸に対して対称な位置にも同様の特殊な形状を設けることを意味している。
【００１８】
本発明は、振動端を振動させる振動発生装置において、振動端を有する振動体と、振動体の振動の腹に設けられる振動子と、振動体の振動の節に配置される受け部と、受け部に設けられ、振動体の振動の節を点支持する点支持部材とを備え、振動体の点支持部材によって点支持される領域のみに、硬化領域が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、振動子が振動すると振動体が振動するが、この振動の節は点支持部材によって支持されている。このとき、振動体は点支持されているため、接触面積が少なく振動減衰を抑制することができる。また点支持される領域が硬化領域となっているので、点支持部材が振動体に食い込む等の変形を抑制可能である。ここで、この硬化領域は点支持部材によって点支持される領域のみに設けられており、振動体の他の部分には及んでいないため、振動体全体の弾性を減少させることがない。よって、硬化領域を設けたとしても振動増幅を行うべき振動体の振動特性を維持可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、振動体は点支持部材によって点支持されるので、振動減衰を少なくすることができる。また振動減衰を抑制できるため圧電アクチュエータに加える電圧を耐電圧まで上げる必要が無くなり、耐久性を高くすることができる。また、振動特性が良いため、切削装置の小型化が可能である。特に本発明によれば、点支持部材が接する領域のみに硬化領域を備えているので、振動特性を犠牲にすることなく、点支持によって振動体の摩耗・変形を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、軸対称であり、軸芯に垂直な重心を通る面に対しても対称な、二軸対称形状を備える振動切削工具に関する。
【００２３】
図１に本振動切削工具の全体斜視図を示す。図２に本振動切削工具のうち振動体１の拡大斜視図を示す。図１に示すように、振動切削工具は、振動する振動体１、及び振動体１を振動可能に保持する振動体支持装置２を備える。
【００２４】
当該振動切削工具全体は、ＮＣ旋盤等の位置合わせ装置に取り付けられるようになっている。振動体支持装置２は、振動体１を保持する基台２１と位置合わせ装置に保持させるための差し込み部２２とを備えている。基台２１の取付面２１０には、振動体１を保持する腕となる受け部２０が、螺子穴２０３に螺子止めすることで固定されている。受け部２０には、開口が設けられており、この開口に振動体１を挿通し、振動体１の振動の節において振動体１を複数の点支持部材２０２で点支持するように構成されている。
【００２５】
図３に図１のＡ−Ａ切断面における受け部２０の断面図を示す。図３に示すように、受け部２０は、振動体１のステップホーン大１０６（１２６）を挿通しており、その振動の節となる部分を点支持部材２０２によって点支持している。点支持部材２０２は受け部２０に設けられた螺子孔２０１に軸持されており、所定のトルクで螺子締めされている。点支持部材２０２によって点支持される振動体１の領域は硬化領域１０３及び１２４が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、振動体１は、先端部１００、胴体部１１０、及び後端部１２０で構成されている。先端部１００は、胴体部１１０寄りにステップホーン大１０６、その先にステップホーン小１０７を備え、胴体部１１０で発生した振動を増幅して先端面１０２を大きな振幅で振動させることが可能な二段ステップホーン構造を備えている。同様に後端部１２０も、胴体部１１０寄りにステップホーン大１２６、その先にステップホーン小１２７を備え、振動増幅可能になっている。胴体部の中心に対し、ステップホーン大１０６と１２６、ステップホーン小１０７と１２７とは同一形状で同一の長さで対称的に設けられている。
【００２７】
胴体部１１０は、図２のＸ軸とＹ軸とに垂直に四面が面取りされ取付面１１１を形成している。Ｘ軸方向に垂直な面（Ｘ面という）である二つの面には圧電アクチュエータ１１２Ｘがそれぞれ設けられ、Ｙ軸方向に垂直な面（Ｙ面という）である二つの面には圧電アクチュエータ１１２Ｙがそれぞれ設けられている。圧電アクチュエータ１１２は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性セラミックスの結晶の両面に金属メッキ等により電極膜を形成して製造されている。圧電アクチュエータ１１２は接着剤で貼り付けられている。電極膜の隅部には半田等の溶着がし易いように半田メッキが設けられ、半田付け等により配線（リード線）１１４が電気的に接続される接点１１３となっている。この接点１１３に配線１１４が溶着され、圧電アクチュエータ１１２の両極間に電圧を印加可能に引き出されている。当該配線１１４はツイスト線になっている。圧電アクチュエータ１１２は、交流電圧の印加に応じて電気機械変換作用によって変形しその変形が振動として胴体部１１０に伝達されるようになっている。
【００２８】
先端部１００では、ステップホーン小１０７に加工時の接触部材となる切削工具１０１が設けられている。当該切削工具１０１は、ダイヤモンド等の硬度の高い材料で構成されたチップ状の切削刃である。当該切削工具１０１は、ステップホーン小１０７の先端に軸持され、その一部の刃が先端面１０２から飛び出すように固定されている。
【００２９】
ステップホーン大１０６には、ダミーサライ１０５が設けられている。Ｘ面を有するダミーサライ１０５ＸとＹ面を有するダミーサライ１０５Ｙとが設けられている。当該ダミーサライ１０５は、当該振動体１の重心に対する対称性を維持するために形成されているものである。
【００３０】
同様にステップホーン大１２６には、センサ用サライ１２１が設けられている。Ｘ面を有するセンサ用サライ１２１ＸとＹ面を有するセンサ用サライ１２１Ｙとが設けられている。センサ用サライ１２１Ｘと１２１Ｙとには、振動センサ１２２Ｘ及びＹが設けられている。振動センサ１２２の両極からは、ツイスト線である配線（リード線）１２３が引き出されている。振動センサ１２２Ｘ及びＹは、圧電アクチュエータと同様の構造を備え、機械電気変換作用により、その貼り付け面における機械的な歪みをその歪み量に対応した電圧に変換して配線１２３経由で出力可能になっている。
【００３１】
図４Ａに図２のＢ−Ｂ切断面におけるセンサ用サライ１２１の断面図を、図４Ｂに図２のＡ−Ａ切断面におけるダミーサライ１０５の断面図を示す。図４Ａに示すように、センサ用サライ１２１の四面のうち、一方のＸ面に振動センサ１２２Ｘが、一方のＹ面に振動センサ１２２Ｙが設けられている。振動センサ１２２Ｘ及びＹは、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ１個ずつ備えていれば、振動を検出可能であるため、合計２個が設けられている。その振動センサ１２２を歪み無く設置する接着面を提供するサライも本来であれば、振動センサの数だけあればよいはずである。しかし、本実施形態では、振動センサ１２２Ｘを設けたサライ１２１ＸＡの反対側にもサライ１２１ＸＢを設け、振動センサ１２２Ｙを設けたサライ１２１ＹＡの反対側にもサライ１２１ＹＢを設けてある。サライの有無は重心のズレに影響するが、このようにダミーとしてのサライ１２１ＸＢやＹＢを設けたので、振動体１が軸芯に対して対称的に構成されていることになる。
【００３２】
また、図４Ｂに示すように、ステップホーン大１０６には、センサも何も設けられていないダミーサライ１０５が四面設けられている。このダミーサライ１０５は、当該振動体１の重心を通り軸芯方向（Ｚ軸方向）に垂直な面に対して、四面のセンサ用サライ１２２とは対称な位置に設けられている。この構成によって、振動体１の重心に垂直なＹ軸方向を含む面に対しても対称的な形状を備えることになっており、総てのサライが無いとした場合の重心位置と同じ位置に重心が位置している。
【００３３】
上記ダミーサライ１２１ＸＢ、ＹＢ、１０５の存在によって、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りで対称性が維持されることになり、振動加工時に圧電アクチュエータ１１２ＸとＹに加える交流電圧の振幅と位相差によって発生する楕円振動の制御を大幅に単純化することが可能となった。
【００３４】
図５に、振動体１が振動した場合の歪みの様子を拡大して示したシミュレーション図を示す。図５においてハッチングの濃い部分ほど振幅が少なく薄いほど振動が大きいことを示している。振動体１の先端部１０２の振幅が大きく、二段ステップホーン構造により、振動の腹に設けられた圧電アクチュエータ１１２の振動が増幅されて先端面１０２、すなわち切削工具１０１の振動が大きくなっていくことが判る。また、当該振動体１には四つの振動の節Ｃ１〜Ｃ４が形成されている。どのように振動が伝達されどの位置に振動の腹ができどの位置に振動の節ができるかは、振動体の形状と弾性、振動の周波数等によって定まる。当該実施形態では、図５に示すように振動の節が生じる周波数を圧電アクチュエータ１１２に印加することにし、振動の節Ｃ１とＣ４とに受け部２０が位置するようにして、振動体１を点支持している。
【００３５】
図９に、螺子締めトルクと機械的Ｑ値代用値との関係図を示す。本実施形態では、点支持部材２０２の螺子締めトルクが１０〜１５ｃＮ・ｍの範囲に設定されている。機械的Ｑ値が高い程、機械的共振の度合いが高く、エネルギーが高められ大きな振動が得られることを示している。図９に示すように、螺子締めトルクが１０ｃＮ・ｍ程度に達すると、振動特性の相対値である機械的Ｑ値が高くなって、螺子締めトルクが１５ｃＮ・ｍ程度を超えると機械的Ｑ値が低下する。一方、螺子締めトルクが１０ｃＮ・ｍ程度以下であると緩み、振動体１が加工中に動いてしまう可能性がある。点支持部材２０２の螺子締めトルクを１０〜１５ｃＮ・ｍの範囲に設定することが適当である。
【００３６】
図１０に螺子先端径と出力振幅との関係図を示す。当該関係図は、同一の振動切削装置において、支持される接触点の面積を変更した場合に先端面に現れる出力振幅を示したものである。本実施形態では点支持部材２０２は、振動体１を点支持する接触点の径が略φ０．６ｍｍになっている。図１０に示すように、従来の切削装置で利用されていたφ２．５ｍｍの場合では出力振幅が４μｍより小さいのに対し、接触点がφ１．５ｍｍ以下であれば１．５倍の出力振幅６μｍ以上が得られ、さらに本願実施形態のように接触点の径をφ０．６ｍｍとした場合には出力振幅が８μｍ以上となり、二倍以上の振幅が得られている。さらに接触点の径を小さくすればさらに出力振幅は大きくなると考えられるが、点保持部材やその接触点の応力が大きくなり過ぎ、点支持部材２０２が食い込み、変形や孔あき等の不都合が生じるため、φ０．６ｍｍ当たりが妥当な径である。
【００３７】
点支持部材２０２の先端の接触点の径をφ０．６ｍｍとした場合、振動体１の構成材料には強い応力により変形が生じ、点支持部材２０２が食い込み、孔が空いてしまうことが考えられる。これに対応するため、本実施形態では、図２及び図３に示すように、振動体１のうち振動時に振動の節となる領域であって点支持部材２０２によって点支持される領域のみに硬化領域１０３及び１２４を備えている。この硬化領域１０３及び１２４は例えば部分焼き入れ処理によって形成される。硬化領域の硬さは、例えばＨｖ６５０程度とする。このような点接触部分の硬度強化処理によって、点接触により振動体１に孔が空いたり変形したりする不都合を抑制することが可能である。
【００３８】
また、このような硬化領域１０３及び１２４に上記トルクで螺子締めされて当接する点支持部材２０２の先端には強い応力が働く。このため、本実施形態では、点支持部材２０２の先端が、振動体１に設けられた硬化領域１０３及び１２４の硬さより硬く形成されている。当該構成によれば、点支持部材２０２の先端の硬さが硬化領域１０３及び１２４のそれより高いため、摩耗や変形が抑制される。具体的には、硬化領域の硬さをＨｖ６５０程度とした場合には、点支持部材２０２の先端の硬度をＨｖ７５０程度とする。このような点支持部材２０２の硬度向上によって、点接触によって点支持部材２０２が変形摩耗してしまうことを抑制することができる。
【００３９】
上記構成において、圧電アクチュエータ１１２Ｘに所定の周波数、２０ｋＨｚ程度の交流電圧を加えると、点支持部材２０２によって点支持されている接触点１０４や１２５を中心として振動体１のＹ軸方向に撓み振動が発生する。また圧電アクチュエータ１１２Ｙにも同様の周波数の交流電圧を加えると、接触点１０４及び１２５を中心として振動体１のＸ軸方向にも撓み振動が発生する。圧電アクチュエータ１１２Ｘに加える交流電圧と圧電アクチュエータ１１２Ｙに加える交流電圧とに所定の位相差（例えばπ／２）を設けておけば、Ｘ軸方向の撓み振動とＹ軸方向の撓み振動とが合成されて楕円（円）振動を発生させることができるようになる。胴体部１１０の振動の腹で発生するこの楕円振動は、当該振動体１の二段ステップホーン構造によって増幅され、先端面１０２から突出する切削工具１０１を大きな楕円軌道で振動させるようになる。このようにして楕円振動している切削工具１０１を被削材に接触させれば、楕円振動切削の作用によって、通常の切削より切り屑の厚みが薄くなり、切削抵抗力が低減され、焼き入れ鋼等の鏡面加工が可能となり、また切削熱が低減することから切削工具寿命が長くなり、加工精度が向上する。またバリやひびり振動が防止される。
【００４０】
ここで特に本実施形態１によれば、振動体１を従来より大幅に小さな接触径で点支持するので、エネルギーロスを最小限にして振動減衰を抑制することができた。このため圧電アクチュエータ１１２に耐電圧近くの高電圧を印加しなくても充分な振幅を得ることが可能となったので、例えば従来の１／３程度の電圧で駆動電圧が充分である。このことから圧電アクチュエータの寿命を延ばすことができる。
【００４１】
また、振動減衰が少ないため、従来品と同じ出力を得るための圧電アクチュエータの面積または厚みを、従来品の半分程度にできるため、それに応じて振動切削装置全体の大きさも従来より半分程度、重量にすれば１／１０程度にと、大幅に振動切削工具の小型化を図ることができた。振動切削工具の小型化が可能となったため、次のような用途に振動切削工具の利点を生かすことが可能となった。
【００４２】
まず、設置できるＮＣ旋盤等の位置決め装置の幅が広がったため、レンズの研磨レス仕上げや小物部品の研磨レス加工が可能となった。振動加工装置は、切削工具が常に楕円軌道を描いているため、レンズの中心点の加工においても切削工具の相対速度がゼロにはならない。このため、レンズ鏡面仕上げにおいて、レンズ中心部に切削できない部分が残留するようなことが無くなった。したがって、従来の慣用していた切削加工後の中心ボツ除去加工が必要無くなった。
【００４３】
またウォッチ関連の番車軸のような非常に細い軸物加工において、振動切削によって、ホゾ部を鏡面仕上げすることが可能になった。
【００４４】
また振動切削によれば鏡面仕上げが可能であるため、従来の切削加工→焼き入れ→砥石による研磨という複数工程に代えて一回の振動切削加工で同様の仕上げができるようになった。このため工程の簡略化や砥石の粒による摩耗性悪化を防止できるため、精度の高い加工、例えば高級時計の番車軸のホゾ部加工に利点が大変多い。
【００４５】
また、本実施形態１によれば、ダミーサライ１２１や１０５によって、Ｘ軸及びＹ軸、Ｚ軸の対称性が良くなり、楕円軌道を制御することが楽になった。すなわち、振動体の対称性が狂っていると好ましい楕円軌道を得るために圧電アクチュエータ１１２Ｘ及びＹに入力する交流電圧の振幅や位相を調整しなければならなくなったが、本実施形態によれば対称性に優れているので、原則同一の振幅の交流電圧をπ／２の位相差でそれぞれの圧電アクチュエータ１１２Ｘ及びＹに加えれば、きれいな楕円軌道が得られることとなった。例えば、二軸対称性の無い従来品では、完全な対称物であると過程して予測した機械的Ｑ値が実際のものと１００％程度狂っていたのに対し、本実施形態によれば二軸対称性があるため、誤差を数％の範囲に納められるようになった。
【００４６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２は、実施形態１よりさらに小型化した振動切削工具に関する。図６に本振動切削工具の全体斜視図を示す。図７に振動体３の拡大斜視図を示す。
【００４７】
図６に示すように、振動切削工具は、振動する振動体３を振動可能に保持する振動体支持装置４が収容した構造を備える。この振動切削工具全体は、さらに図示しない取付部材によってＮＣ旋盤等の位置合わせ装置に取り付けられるようになっている。
【００４８】
振動体支持装置４は、ハウジング構造になっており、内部に振動体３を収容可能になっている。振動体支持装置４の端面には開口４０３が設けられ、そこから振動体３の先端部３００が突出している。振動体支持装置４は四面の受け部４０１を有し、各面には点支持装置４０２が螺持されており、内部の振動体３を点支持している。
【００４９】
図７に示すように、振動体３は、先端部３００及び胴体部３１０を備えている。先端部３００は、シングルのステップホーン構造を備え、胴体部３１０で発生した振動を増幅して先端面３０２を大きな振幅で振動させることが可能になっている。
【００５０】
先端部３００の先端面３０２には実施形態１と同様、加工時の接触部材となる切削工具３０１が設けられている。当該切削工具３０１は、ダイヤモンド等の硬度の高い材料で構成されたチップ状の切削刃である。当該切削工具３０１は、その一部の刃が先端面３０２から飛び出すように固定されている。先端部３００の胴体部３１０寄りは、振動時の節となる部分で、振動体支持装置４に設けられる点保持部材４０２の接触点３０４となっており、接触点３０４を含む周辺領域が硬化領域３０３となっている。
【００５１】
胴体部３１０は、四面が面取りされ取付面３１１を形成している。Ｘ面には圧電アクチュエータ３１２Ｘが設けられ、Ｙ面には圧電アクチュエータ３１２Ｙが設けられている。圧電アクチュエータ３１２は接着剤で貼り付けられている。そのコーナーの接点３１３には半田付け等により配線３１４が電気的に接続されており、圧電アクチュエータ３１２の両極間に電圧を印加可能になっている。配線３１４はツイスト線になっている。圧電アクチュエータ３１２は、交流電圧の印加に応じて電気機械変換作用によって変形しその変形が振動として胴体部３１０に伝達されるようになっている。当該胴体部３１０は軸心（Ｚ軸）に対して対称的な構造を備え、当該振動体３の重心に対する対称性が維持されている。このため、振動加工時に圧電アクチュエータ３１２ＸとＹに加える交流電圧の振幅と位相差によって発生する楕円振動の制御を大幅に単純化することが可能となった。
【００５２】
取付面３１１のうち一つのＸ面と一つのＹ面には、振動センサ３２２Ｘ及びＹが貼り付けられている。振動センサ３２２の両極からは、ツイスト線である配線３２３が引き出されている。振動センサ３２２Ｘ及びＹは、圧電アクチュエータと同様の構造を備え、機械電気変換作用により、その貼り付け面における機械的な歪みをその歪み量に対応した電圧に変換して配線３２３経由で出力可能になっている。
【００５３】
また胴体部３１０の後端の振動の節となる領域には、振動体支持装置４に軸持される点保持部材４０２が当接する接触点３２５が存在しており、当該接触点を含む周辺領域が硬化領域３２４となっている。
【００５４】
図８に、振動体３が振動した場合の歪みの様子を拡大して示したシミュレーション図を示す。図３においてハッチングの濃い部分ほど振幅が少なく薄いほど振動が大きいことを示している。振動体３の先端部３０２の振幅が大きく、振動の腹に設けられた圧電アクチュエータ３１２の振動が増幅されて先端面３０２、すなわち切削工具３０１の振動が大きくなっていくことが判る。
【００５５】
本実施形態２においても、点支持部材４０２の螺子締めトルクが１０〜１５ｃＮ・ｍの範囲に設定されている。ある程度高い機械的Ｑ値を維持しつつ振動体３がずれたりすることを防止できる。
【００５６】
また本実施形態２においても、点支持部材４０２が振動体３を点支持する接触点の径が略φ０．６ｍｍになっている。このため、従来のようにφ２．５ｍｍに接触部分の径を設定した場合に比べ大幅に出力振幅が大きくなっている。
【００５７】
また本実施形態２においても、振動体３のうち振動時に振動の節となる領域であって点支持部材４０２によって点支持される領域のみに硬化領域３０３及び３２４を備えている。この硬化領域３０３及び３２４は例えば部分焼き入れ処理によって形成される。硬化領域の硬さは、例えばＨｖ６５０程度とする。このような点接触部分の硬度強化処理によって、点接触により点支持部材４０２が食い込み、振動体３に孔が空いたり変形したりする不都合を抑制することが可能である。
【００５８】
また、このような硬化領域３０３及び３２４に上記トルクで螺子締めされて当接する点支持部材４０２の先端が、振動体３に設けられた硬化領域３０３及び３２４の硬さより硬く形成されている。具体的には、硬化領域３０３や３２４の硬さをＨｖ６５０程度とした場合には、点支持部材４０２の先端の硬度をＨｖ７５０程度とする。このような点支持部材４０２の硬度向上によって、点接触によって点支持部材４０２が変形摩耗してしまうことを抑制することができる。
【００５９】
上記構成において、圧電アクチュエータ３１２Ｘに所定の周波数、２５ｋＨｚ程度の交流電圧を加えると、点支持部材４０２によって点支持されている接触点３０４や３２５を中心として振動体３のＹ軸方向に撓み振動が発生する。また圧電アクチュエータ３１２Ｙにも同様の周波数の交流電圧を加えると、接触点３０４及び３２５を中心として振動体３のＸ軸方向にも撓み振動が発生する。圧電アクチュエータ３１２Ｘに加える交流電圧と圧電アクチュエータ３１２Ｙに加える交流電圧とに所定の位相差（例えばπ／２）を設けておけば、Ｘ軸方向の撓み振動とＹ軸方向の撓み振動とが合成されて楕円（円）振動を発生させることができるようになる。胴体部３１０の振動の腹で発生するこの楕円振動は、当該振動体３の単段ステップホーン構造によって増幅され、先端面３０２から突出する切削工具３０１を大きな楕円軌道で振動させるようになる。このようにして楕円振動している切削工具３０１を被削材に接触させれば、楕円振動切削の作用によって、通常の切削より切り屑の厚みが薄くなり、切削抵抗力が低減され、焼き入れ鋼等の鏡面加工が可能となり、また切削熱が低減することから切削工具寿命が長くなり、加工精度が向上する。またバリやひびり振動が防止される。このため上記実施形態１と同様の作用効果を当該実施形態２でも奏する。
【００６０】
特に当該実施形態２によれば、コンパクトな形状をしているため、取り付け対象となる旋盤を選ばず、多様な加工に振動切削工具を用いることが可能である。
【００６１】
また当該実施形態２によれば、振動周波数を可聴周波数帯を超えた超音波領域に選んでいるので、騒音を防止できるという利点も有する。
【００６２】
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して利用することが可能である。
【００６３】
例えば、上記実施形態では、先端に切削工具を設けた振動切削装置に本発明を適用したが、適応製品はこれに限定されるものではない。すなわち圧電アクチュエータなどの振動子で発生した振動を、支点を介して増幅し、作用点である他端に伝達するような振動発生装置（工具）であれば本発明を適用可能である。支点における点支持構造に本発明の点支持部材を設け、振動体の接触点に本発明の硬化領域を設け、好ましくは振動体に本発明の軸対称性を持たせれば、高い機械的Ｑ値が得られ、振動振幅を大きくすることができ、本発明の利点をそのまま享有することが可能である。
【００６４】
また、上記実施形態では、点支持部材を螺子締めしていたが他の方法で固定するものでもよい。さらに点支持される箇所を２箇所としていたが支持箇所の個数を変更してもよい。また一つの支持箇所あたり接触点を４個としていたがこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施形態１に係る振動切削工具の全体斜視図。
【図２】実施形態１に係る振動切削工具の振動体の拡大斜視図。
【図３】受け部における断面図であり、図１のＡ−Ａ切断面の断面図。
【図４Ａ】軸対称性を示す図であり、図２のＢ−Ｂ切断面の断面図。
【図４Ｂ】軸対称性を示す図であり、図２のＡ−Ａ切断面の断面図。
【図５】実施形態１に係る振動体の振動シミュレーション図。
【図６】実施形態２に係る振動切削工具の全体斜視図。
【図７】実施形態２に係る振動切削工具の振動体の拡大斜視図。
【図８】実施形態２に係る振動体の振動シミュレーション図。
【図９】螺子締めトルクと機械的Ｑ値代用値との関係図。
【図１０】螺子先端径と出力振幅との関係図。
【符号の説明】
【００６６】
Ｃ１〜Ｃ４…振動の節、１、３…振動体、２、４…振動体支持装置、２０…受け部、２１…基台、２２…差し込み部、１００…先端部、１０１…切削工具、１０２…先端面、１０３…硬化領域、１０４…接触点、１０５…ダミーサライ、１０６…ステップホーン大、１０７…ステップホーン小、１１０…胴体部、１１１…取付面、１１２…圧電アクチュエータ、１１３…接点、１１４…配線（リード線）、１２０…後端部、１２１…センサ用サライ、１２２…振動センサ、１２３…配線（リード線）、１２４…硬化領域、１２５…接触点、１２６…ステップホーン大、１２７…ステップホーン小、２０１…螺子孔、２０２…点支持部材（螺子）、２０３…螺子穴、３００…先端部、３０１…切削工具、３０２…先端面、３０３…硬化領域、３０４…接触点、３１０…胴体部、３１１…取付面、３１２…圧電アクチュエータ、３１３…接点、３１４…配線（リード線）、３２２…振動センサ、３２３…配線（リード線）、３２４…硬化領域、３２５…接触点、４０１…受け部、４０２…点支持部材（螺子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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