(57)【要約】【課題】被加工物の加工精度、加工品質を向上させ、かつ切削工具の長寿命化する機械加工装置および加工方法を提供する。【解決手段】  ダイサは、図示しない回転駆動装置の回転軸３に取付けられた第一のフランジ２ａ、円盤状のブレード４、及び第二のフランジ２ｂ、そしてこれらのフランジ２ａ、２ｂによりブレード１を締め付け固定するためのナット５から構成されている。また、円環状の形状をした抵抗８とインダクタンス９をスリーブに接合している。そして、フランジに接合された圧電素子７の電極間に抵抗８、インダクタンス９を直列に接続している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械加工装置に使用される切削工具に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗が接続されていることを特徴とする。
【請求項２】
機械加工装置に使用される切削工具に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗とインダクタが接続されていることを特徴とする。
【請求項３】
機械加工装置に使用される切削工具を保持固定する工具保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗が接続されていることを特徴とする。
【請求項４】
機械加工装置に使用される切削工具を保持固定する工具保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗とインダクタが接続されていることを特徴とする。
【請求項５】
機械加工装置により加工される被加工物を保持固定する被加工物保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗が接続されていることを特徴とする。
【請求項６】
機械加工装置により加工される被加工物を保持固定する被加工物保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗とインダクタが接続されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、機械加工装置に用いる切削工具、切削工具を保持する工具保持具および被加工物を保持固定する被加工物保持具に圧電素子を接合し、前記圧電素子に抵抗または、抵抗とインダクタを接続して、不要な振動を減衰させる機械加工装置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は非特許文献１に詳しく記載されている。
【非特許文献１】超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成１１年８月、ｐ６７９−６８４
【０００３】  例えば、特許文献１の超音波振動を用いた切断装置がある。この切断装置は切削工具であるブレードに直接、圧電素子をエポキシ樹脂を用いて接合し、この圧電素子に超音波発振回路から交流電圧を印加する。ブレードに直接超音波振動源が固着しているため、効率よく超音波振動させることができる。そして切削抵抗が低減し、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、加工精度が向上する。
【特許文献１】特開２００４−２９１６３６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、ブレードが１ｍｍ以下の薄い場合は、好ましいブレードの径方向の振動の他、ブレードの面と直交する方向の好ましくない曲げ振動してしまう。また、フランジによりブレードが保持されると、ブレードと接触するフランジ部が節となる、曲げ振動が発生する。さらに、切断される被加工物にブレードが接触すると、さらに複雑な振動が発生し、被加工物の加工精度を悪化させ、加工速度を小さくし、そして砥石の消耗を大きくする。【０００５】  本発明者は、上記の超音波振動を用いた切断装置の問題点を解決するために、様々な実験を行ってきた。そして、超音波振動を用いた切断装置は、超音波発振回路から交流電圧を印加することなく、ブレードに接合した圧電素子に抵抗または抵抗とインダクタを接続すること、またはブレードを保持するフランジに圧電素子を接合し、その圧電素子に抵抗または抵抗とインダクタを接続することにより不要な振動を減衰させることにより加工速度を向上させることができ、そして被加工物の加工精度を高め、そして機械加工装置の工具の消耗を小さくできることを発見した。この発見を基に、さらに新たな発見ができた。【０００６】  本発明の目的は上述の問題点を解消する、切削工具、切削工具を保持する工具保持具および被加工物を保持固定する被加工物保持具を用いた機械加工装置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、機械加工装置に使用される切削工具に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗を接続するものである。【０００８】  本発明はまた、機械加工装置に使用される切削工具に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗とインダクタを接続するものである。【０００９】  本発明はまた、機械加工装置に使用される切削工具を保持固定する工具保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗を接続するものである。【００１０】  本発明はまた、機械加工装置に使用される切削工具を保持固定する工具保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗とインダクタを接続するものである。【００１１】  本発明はまた、機械加工装置により加工される被加工物を保持固定する被加工物保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗を接続するものである。【００１２】  本発明はまた、機械加工装置により加工される被加工物を保持固定する被加工物保持装置に圧電素子を接合し、かつその圧電素子に抵抗とインダクタを接続するものである。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の機械加工装置および加工法は、不要振動を減衰させることにより被加工物の加工精度と加工速度の向上および工具の消耗を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  本発明の第１の実施の形態を図１の平面図、そして図１のＡ−Ａ線での断面図である図２により示す。図１及び図２に示すダイサは、図示しない回転駆動装置の回転軸３に取付けられた第一のフランジ２ａ、円盤状のブレード４、及び第二のフランジ２ｂ、そしてこれらのフランジ２ａ、２ｂによりブレード１を締め付け固定するためのナット５から構成されている。また、円環状の形状をした抵抗８とインダクタンス９をスリーブに接合している。圧電素子７の電極間に抵抗８、インダクタンス９を直列に接続しているリード線は図面の都合上、省略した。【００１５】  図３の平面図と図４の側面図によりフランジ部の詳細を示す。ブレード４を保持する保持装置であるフランジ２はフランジ２の外周部にキャップ６が設けられ、そのキャップ６の中に圧電素子７を接合する。【００１６】  次にダイサの運転方法について説明する。まず、ダイサ１のモータのスイッチを入れ、ブレード４を回転させる。これとほぼ同時に切削水をブレード４と被加工物に向けて放射する。そして被加工物をブレード４により切断する。【００１７】  被加工物と接触することによりブレード４に振動が発生して、ついでこの振動がフランジ２に伝播し、フランジ２に接合した圧電素子７に振動が伝播し、圧電素子７に接続した抵抗８とインダクタ９により、この不要振動を減衰させる。【００１８】  フランジ２に取り付けた圧電素子７に抵抗８とインダクタンス９を直列に接続した構成の効果を考察する。ブレード４の不要振動は、フランジ２に伝播し、フランジ２の内部に接合した圧電素子７にピエゾ圧電効果によって電圧が発生する。このとき、圧電素子７が保有する固有容量とインダクタンス９と抵抗８でＬＣＲ共振回路が構成されるため、インダクタンス９で電気的共振周波数を適切に調整することによって大きな共振電流を取り出すことができる。この共振電流を抵抗で熱に変化させることで不要振動を減衰させることができる。不要振動による不要な接触は、被加工物の加工精度を悪化させ、かつブレード４の消耗を大きくする。そして、不要な接触はブレード４と被加工物に不要な熱を発生させ、この熱を抑えるために加工速度を小さくする。したがって、ブレード４の不要振動を減衰させると、ブレード４と被加工物の不要な接触を小さくすることができるため、被加工物の加工精度を高め、ブレード４を長寿命化し、さらに加工速度を高めることができると考えられる。【００１９】  本発明の第２の実施の形態を、図５の断面図および図６の斜視図を用いて説明する。工具ホルダ１０はテーパー部１１、機械取付部１２が一体に構成されている。前記機械取付部１２には、その軸心にテーパー穴が、その外周にはねじ部が形成されている。そして、テーパー穴にコレット１３を挿入し、さらにエンドミル１４をコレット１３に挿入し、ナット５により締め付ける。コレット１３の先端部には圧電素子７ａ、７ｂがエポキシ樹脂により接合されている。圧電素子には抵抗が接続されている。【００２０】  図６に示すようにコレット１３には複数のすり割りが設けられている。コレット１３の工具を取付ける側の先端面に４個の圧電素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄをエポキシ樹脂で接合している。圧電素子７ａ、���ｂ、７ｃ、７ｄの分極方向は板厚方向である。図には示していないが圧電素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにはリード線と抵抗が接続されている。【００２１】  次にエンドミル１４を取付けた工具ホルダ１０をフライス盤１５に取付けた概略を示す一部断面を含めた側面図を図７に示す。モータ１７に接続した回転軸３がある。そして、回転軸３を回転自在に支持するための軸受１６があり、さらにこの軸受１６を固定するための図示しないステンレスのケースがある。工具ホルダ１０にエンドミル１４を挿入したコレット１３を入れ、ナットより締め付け固定する。エンドミル１４の下には、被加工物１８を固定するための加工テーブル１９と被加工物１８がある。加工テーブル１９は、図面の都合上一部だけを示した。【００２２】  次にこのフライス盤１５の運転方法について説明する。まずモータ１７の電源を入れ、回転軸３を回転させる。ほぼ同時に切削液をエンドミル１４及び被加工物１８に与え、被加工物１８を加工する。エンドミル１４が被加工物１８と接触し、コレット１０に接合した圧電素子７が振動する。そして、圧電素子７に接続した抵抗８により振動は熱に変換されることにより減衰される。【００２３】  このことによりエンドミルの不要な振動は抑制されるため、被加工物の加工精度は向上する。そして、被加工物とエンドミルの不要な接触も減少するため、加工に伴う熱の発生も抑制されるため加工精度を大きくできる。また、エンドミルの寿命も延びる。そして被加工物とエンドミルとの摩擦抵抗が小さくなるため、切削液の使用量を少なくできる。【００２４】  本発明の第３の実施の形態を、添付の図面を用いて説明する。図８は、本発明の第３の構成の旋盤の一例を示す平面図であり、そして図９は前記旋盤に使用されるバイトの斜視図である。【００２５】  図９のバイトを図８に示す旋盤の刃物台に取り付け、例えば金属材料やプラスチック材料等からなる被加工物１８の切削加工に行う。旋盤２０の刃物台２４に切削チップ２３を備えたバイトホルダー２１を取付けると共に被加工物１８を旋盤主軸先端のチャック装置２４に取り付け、被加工物１８を回転させると同時に刃物台２２に送りを与え、これにより被加工物１８を所定の寸法に加工する。【００２６】  図９に示すように、前記切削チップ２３を備えたバイトホルダー２１には、圧電素子７である圧電セラミックがエポキシ樹脂により接合されている。そしてその圧電素子７の電極間に可変抵抗８と可変インダクタンス９が直列に接続されている。【００２７】  被加工物１８と接触することにより切削チップ２３を備えたバイトホルダー２１に振動が発生して、ついでこの振動がバイトホルダー２１に接合した圧電素子７に振動が伝播し、圧電素子７に接続した可変抵抗８と可変インダクタ９により、この不要振動を減衰させる。【００２８】  バイトホルダー２１に接合した圧電素子７に可変抵抗８と可変インダクタンス９を直列に接続した構成の効果を考察する。切削チップ２３の不要振動は、バイトホルダー２１に伝播し、バイトホルダー２１に接合した圧電素子７にピエゾ圧電効果によって電極間に電圧が発生する。このとき、圧電素子７が保有する固有容量と可変インダクタンス１４と可変抵抗１５でＬＣＲ共振回路が構成されるため、可変インダクタンスで電気的共振周波数を適切に調整することによって大きな共振電流を取り出すことができる。この共振電流を抵抗で熱に変化させることで不要振動を減衰させることができる。不要振動による不要な接触は、被加工物１８の加工精度を悪化させ、かつ切削チップ２５の消耗を大きくする。そして、不要な接触は切削チップと被加工物に不要な熱を発生させ、この熱を抑えるために加工速度を小さくする。したがって、切削チップの不要振動を減衰させると、切削チップと被加工物の不要な接触を小さくすることができるため、被加工物の加工精度を高め、切削チップを長寿命化し、さらに加工速度を高めることができると考えられる。【００２９】  本発明の第４の実施の形態を、添付の図面を用いて説明する。図１０は、本発明の第４の構成の旋盤の一例を示す平面図であり、そして図１１は前記旋盤に使用されるドリル２６の平面図であり、図１２はドリル２６に接合されている圧電素子７を示す斜視図である。【００３０】  図１１のドリルをドリルチャックとともに図１０に示す旋盤の芯押し台２５に取り付け、例えば金属材料やプラスチック材料等からなる被加工物１８に穴加工を行う。旋盤２０の芯押し台２５に穴加工用のドリル２６をドリルチャック２７とともに取付ける。そして被加工物１８を旋盤主軸先端のチャック装置２４に取り付け、被加工物１８を回転させると同時に芯押し台２５に送りを与え、これにより被加工物１８に所定の寸法の穴加工を行う。【００３１】  図１１に示すように、前記ドリルには、圧電素子７である圧電セラミックがエポキシ樹脂により接合されている。そしてその圧電素子７の電極間に可変抵抗が接続されている。図１２に示す圧電素子７は円筒状であり、半径方向に分極されている。円筒状の圧電素子７の外面と内面には銀電極が設けられている。そして外面と内面の電極間に抵抗を接続されている。【００３２】  ドリル２６の不要振動は、ドリル２６に接合された圧電素子７に伝播し、ピエゾ圧電効果によって電圧が発生する。この電圧により抵抗に電流が流れ、不要振動は熱に変化し、減衰する。【００３３】  機械振動を圧電素子を用いて減衰させるシステムは非特許文献２に詳しく記述してある。
【非特許文献２】  固体アクチュエータ研究部会、「精密制御用ニューアクチュエータ便覧」、株式会社フジテクノシステム、１９９４年、ｐ６８３−６９３
【００３４】  ここで、ドリル２６に取り付けた圧電素子７に抵抗を接続した構成の効果を考察する。ドリル２６により被加工物１８を加工する際、不要な振動が発生する。この不要な振動はドリル２６と被加工物１８に不要な接触をさせる。この不要な接触は、被加工物１８の加工精度を悪化させ、かつドリル２６の消耗を大きくする。そして、不要な接触はドリル２６と被加工物１８に不要な熱を発生させ、この熱を抑えるために加工速度を小さくする。したがって、ドリル２６の不要振動を減衰させると、ドリル２６と被加工物１８の不要な接触を小さくすることができるため、被加工物１８の加工精度を高め、ドリル２６を長寿命化し、さらに加工速度を高めることができると考えられる。【００３５】  本発明の第５の実施の形態を図１３の研磨装置の側面図と、図１３の研磨装置に用いられる被加工物保持具を、平面図１４と側面図１５を用いて説明する。【００３６】  まず研磨装置２８の運転方法について図１３を用いて説明する。まず、加工テーブル１９に被加工物保持具２９を電磁力により固定する。その被加工物保持具２９には被加工物１８であるリチウムナイオベイト基板を、ワックスを用いて固定されている。そして砥石３０の位置を適正な位置になるように図示しない調整装置により合わせる。次にモータを起動して加工テーブル１９を回転させる。これと同時にパイプを通して切削水３１を噴出させる。また砥石回転軸の中心部を通り切削水３１を砥石３０に当てる。次にモータの電源を入れて砥石３０を回転させ、リチウムナイオベイト基板を研磨する。【００３７】  上記の被加工物保持具の詳細を、図１４の平面図と図１５の側面図を用いて説明する。被加工物１８を保持する面と反対側の面に圧電素子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄを接合する。そしてその圧電素子７の電極間に抵抗８を接続する。また、この圧電素子を接合したステンレス板を支持するために磁性ステンレスからなる梁を持つケース箱３２を図示しないボルトにより接合する。【００３８】  ここで圧電素子に接続された抵抗の作用について説明する。砥石が被加工物と接触すると、被加工物保持其に接合した４個の圧電素子に振動が伝播する。この圧電素子に伝播した振動により、圧電素子に電圧が発生して抵抗に電流が流れる。そして圧電素子の不要振動は熱に変化し、減衰する。これに伴い、被加工物と砥石の振動も減衰する。【００３９】  砥石の不要振動を減衰させることにより、砥石と被加工物１１との間にびびり振動を小さくできる。そして、びびり振動を小さくすることにより、加工精度の向上や砥石の寿命の延ばすことができる。【００４０】  本発明の第６の実施の形態を図１６の側面図と図１７の平面図を用いて説明する。また図１６、図１７のラップ装置に用いられる被加工物保持具を平面図１８、図１８でのＡ−Ａ線での断面図１９を用いて説明する。【００４１】  図１６は、ラップ装置の一例であり回転モータ１によって中心軸のまわりに回転する回転軸２に接合されたラップ盤保持器３５そしてラップ盤保持器３５と図示しないボルト等で接合されたラップ盤３４がある。ラップ盤３４の上には、円盤状の被加工物保持具２９にワックスで接着された被加工物１８が接している。そして被加工物保持��２９はローラで回転自在に保持されている。またラップ盤３４の上部にはスラリーを供給するためのスラリー供給装置がある。【００４２】  図１７はラップ盤３４、被加工物保持具２９、被加工物１８、ローラ、ローラケースそしてローラケースの支柱について説明する平面図である。回転するラップ盤３４の上に載せる被加工物保持具２９にワックスで接着された被加工物１８を位置決めして回転させるためにローラがある。ローラはローラケース８に回転自在に取り付けられている。さらにローラケースは支柱により図示しない基礎台に取り付けられている。支柱の下部は図を簡単にするため省略した。【００４３】  上記の被加工物保持具の詳細を、平面図１８、図１８でのＡ−Ａ線での断面図１９を用いて説明する。被加工物１８を保持する面と反対側の面に圧電素子７を接合する。そしてその圧電素子７の電極間に抵抗８とインダクタンス９を直列に接続する。また、この圧電素子７を接合したステンレス板を支持するために非磁性ステンレスからなるケース箱３２を図示しないボルトにより接合する。【００４４】  ラップ盤３４により被加工物１８がラップされる際の不要振動は、被加工物１８を接着した被加工物保持具２９に伝播し、被加工物保持具２９の内部に接合した圧電素子７にピエゾ圧電効果によって電圧が発生する。このとき、圧電素子７が保有する固有容量とインダクタンス１４と抵抗１５でＬＣＲ共振回路が構成されるため、インダクタンス１４で電気的共振周波数を適切に調整することによって大きな共振電流を取り出すことができる。【００４５】  被加工物保持具２９に取り付けた圧電素子７の電極間に抵抗８とインダクタンス９を直列に接続した構成の効果を考察する。ラップ盤３４により被加工物１８をラップ加工する際、不要な振動が発生する。この不要な振動はラップ盤３４と被加工物１８に不要な接触をさせる。この不要な接触は、被加工物１８の加工精度を悪化させ、かつラップ盤３４の消耗を大きくする。したがって、被加工物保持具２９に取り付けた圧電素子７により不要振動を減衰させると、ラップ盤３４と被加工物１８の不要な接触を小さくすることができるため、被加工物の加工精度を高め、ラップ盤３４を長寿命化できると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】  本発明の機械加工装置に用いる切削工具、切削工具を保持する工具保持具および加工対象物を保持固定する加工対象物保持具は、精密加工に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】  本発明の第一の構成のダイサのフランジの構成を示す側面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３】  図１のフランジのキャップ部の詳細を示す側面図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】  本発明の第二の構成の工具ホルダの構成を示す側面断面図である。
【図６】  図５に用いたコレットの詳細を示す斜視図である。
【図７】  図５の工具ホルダを使用したフライス盤の概略を示す側面図である
【図８】  本発明の第三の構成のバイトを用いる旋盤の平面図である。
【図９】  図８に使用したバイトの斜視図である
【図１０】  本発明の第四の構成のドリルを用いる旋盤の平面図である。
【図１１】  図１０に用いたドリルを示す平面図である。
【図１２】  図１０のドリルに接合した圧電素子を示す斜視図である。
【図１３】  本発明の第五の構成の加工対象物保持具を用いる研磨装置の側面図である。
【図１４】  図１３に用いた加工対象物保持具の平面図である。
【図１５】  図１３に用いた加工対象物保持具の側面図である。
【図１６】  本発明の第六の構成の加工対象物保持具を用いるラップ盤の側面図である。
【図１７】  図１６の側面図である。
【図１８】  図１６に用いた加工対象物保持具の平面図である。
【図１９】  図１８のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００４８】１    ダイサ
２    フランジ
３    回転軸
４    ブレード
５    ナット
６    キャップ
７    圧電素子
８    抵抗
９    インダクタンス
１０  工具ホルダ
１１  テーパー部
１２  機械取付部
１３  コレット
１４  エンドミル
１５  フライス盤
１６  軸受
１７  モータ
１８  被加工物
１９  加工テーブル
２０  旋盤
２１  バイトホルダー
２２  刃物台
２３  切削チップ
２４  チャック装置
２５  芯押し台
２６  ドリル
２７  ドリルチャック
２８  研磨装置
２９  被加工物保持具
３０  砥石
３１  切削水
３２  ケース箱
３３  ラップ装置
３４  ラップ盤
３５  ラップ盤保持器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007320023.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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