(57)【要約】【課題】ワーク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可能となる制振テーブルを提供する。【解決手段】  制振テーブル１は、そのテーブル表面５をフロントマス２の端面とエポキシ樹脂３で構成している。９個の振動減衰装置４はフロントマス２、支持台８、圧電素子７、リアマス９を図示しないボルトで締め付けて構成する。テーブル表面５を平坦にするため、磁性ステンレス製のベース台６を基準に平面研削盤により平面研削している。そして、フロントマス２のテーブル表面５にはワークを固定する。次に、平面研削盤を運転する。同時に切削液をワークと平面研削盤の回転軸に取り付けられた砥石に放射する。ワークが研磨される際に、ワークに広い範囲の周波数成分を含む振動を励起する。ワークの不要振動は、制振テーブル１を構成する圧電素子７に伝播し、さらに圧電素子７でこの振動を電気エネルギーに変換する。そして、この電気エネルギーを抵抗１５においてさらに熱に変換して放出する。【選択図】図２
2007313630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械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、テーブルに接続する圧電素子を有し、かつ前記圧電素子に抵抗が接続されていることを特徴とする制振テーブル。
【請求項２】
工作機械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、テーブルに接続する圧電素子を有し、かつ前記圧電素子に抵抗とコイルが接続されていることを特徴とする制振テーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、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するテーブル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】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、特許文献１には、図９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テーブルと、振動テーブル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テーブル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。
【特許文献１】特開２００２−３５５７２６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、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、ワークとそのワークを超音波振動テーブルに取り付けるワーク固定装置も超音波振動させるが、ワークそしてワーク固定装置の形状及び物性により、ワークに好ましくない振動モードが発生する恐れがある。また、ワークが振動の節に近い状態になることもあり、ワークに要求される大きさの超音波振動を励起できない問題点もある。【０００６】  本発明者は、上記の超音波振動テーブル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、機械加工装置がワークに与える不要な振動を超音波振動テーブルに抵抗などを接続することにより、前記の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、そしてワークの加工精度及び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。【０００７】  本発明の目的は上述の問題点を解消する制振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】
【０００８】  本発明は、工作機械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、テーブルに接続する圧電素子を有し、かつ前記圧電素子に抵抗を接続する制振テーブルとするものである。【０００９】  本発明はまた、工作機械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、テーブルに接続する圧電素子を有し、かつ前記圧電素子に抵抗とインダクタを接続する制振テーブルとするものである。
【発明の効果】
【００１０】  本発明の制振テーブルは、機械加工装置がワークに発生させる不要振動を減衰させることができる。その結果、制振テーブルに保持固定されるワーク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可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  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制振テーブルの一例を示す平面図であり、そして図２はその側面図である。【００１２】  図１及び図２に示す制振テーブル１は、そのテーブル表面５をフロントマス２の端面とエポキシ樹脂３で構成している。９個の振動減衰装置４はフロントマス２、支持台８、圧電素子７、リアマス９を図示しないボルトで締め付けて構成する。エポキシ樹脂３は振動減衰装置４を接合するために用いられるが、フロントマス２は、ステンレス製であるのでエポキシ樹脂３と音響インピーダンスが大きく異なるためそれぞれの振動減衰装置４はほぼ独立して振動する。テーブル表面５を平坦にするため、磁性ステンレス製のベース台６を基準に平面研削盤により平面研削している。そして、フロントマス２のテーブル表面５にはワーク又は、ワークを取り付ける台を固定するためのメネジが設けられている。【００１３】  図１及び図２に示す制振テーブル１に使用されている振動減衰装置４は、ランジュバン型超音波振動子１０と同じ形状であり図３の平面図および図３のＡ−Ａ線での断面を示す図４にその詳細を示す。ステンレス製のリアマス９、ＰＺＴ系圧電セラミックである圧電素子７ａ、７ｂ、リン青銅製の電極板１１、ステンレス製の支持板１２そしてステンレス製のフロントマス２で構成されている。【００１４】  次にこの制振テーブル１の動作方法について図２を用いて説明する。例えば、図示しない平面研削盤のベッドにこの制振テーブル１を取り付ける。そして平面研削すべきワークを制振テーブル１の上に載せる。なお、制振テーブル１にワークを保持固定するには、ワックスによる接着、テーブルにネジ等により固定する、磁気的に固定する、静電的に固定する、冷凍して固定するなどの方法がある。【００１５】  次に、平面研削盤を運転する。同時に切削液をワークと平面研削盤の回転軸に取り付けられた砥石に放射する。ワークが研磨される際に、ワークに広い範囲の周波数成分を含む振動を励起する。【００１６】  ワークの不要振動は、制振テーブル１を構成する圧電素子７に伝播し、さらに圧電素子７でこの振動を電気エネルギーに変換する。そして、この電気エネルギーを抵抗１５においてさらに熱に変換して放出する。【００１７】  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
【００１８】  ここで、制振テーブル１の効果を考察する。平面研削盤の砥石によりワークを加工する際、不要な振動が発生する。この不要な振動は平面研削盤の砥石とワークに不要な接触をさせる。この不要な接触は、ワークの加工精度を悪化させ、かつ平面研削盤の砥石の消耗を大きくする。そして、不要な接触は平面研削盤の砥石とワーク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、制振テーブル１によりワークの不要振動を減衰させると、平面研削盤の砥石とワークの不要な接触を小さくすることができるため、ワークの加工精度を高め、砥石を長寿命化し、さらに加工速度を高めることができると考えられる。【００１９】  制振テーブル１は９個の振動減衰装置４から構成されているが、複数の振動減衰装置４がそれぞれ独立して振動するので、大きなワークで振動分布がある場合、あるいは多数のワークがある場合は有効になる。【００２０】  図５は、本発明の第二の構成の制振テーブル１の一例を示す斜視図であり、そして図６は図５の制振テーブル１に用いられている圧電素子７である圧電アクチュエータの斜視図である。【００２１】  図５に示す制振テーブル１は、ステンレス製の枠体１３と圧電素子７であると圧電アクチュエータだけで構成されている。図６に示す圧電アクチュエータは、複数の圧電セラミックを積層したものであり、比較的大きな機械振動を電気的な振動に変換できる特徴がある。圧電アクチュエータの構成は非特許文献３に詳しく記述されている。
【非特許文献３】内野研二、「圧電／電歪アクチュエータ」、森北出版株式会社、１９８６年７月、ｐ７９−８１
【００２２】  ワークの不要振動は、制振テーブル１を構成する圧電素子７に伝播し、ピエゾ圧電効果によって電圧が発生する。このとき、圧電素子７が保有する固有容量とインダクタであるコイル１４と抵抗１５でＬＣＲ共振回路が構成されるため、コイル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。【００２３】  ワークの不要振動の振動数が、ほぼ一定しているときは、上記の圧電素子が保有する固有容量とコイルと抵抗を直列に接続したＬＣＲ共振回路の共振周波数を、ワークの不要振動の振動数をほぼ一致させることで、大きい電流を抵抗に流すことができるのでより効率的に熱に変換して放出することができる。【００２４】インダクタのインダクタンス値を調整することにより共振周波数を調整する方法の詳細については特許文献２に記載されている。例えば、可変インダクタとしてコイルの中のコアを移動させることによりインダクタンス値を変化させるものがある。また別の方法として複数のオペアンプと複数の抵抗とキャパシタで構成するものである。
【特許文献２】特開２００２−７０９３３号公報
【００２５】  制振テーブル１の効果については、本発明の第一の構成の制振テーブルで述べたものと同じであるので省略した。【００２６】  図７は、本発明の第三の構成の制振テーブル１の一例を示す斜視図であり、そして図８は図７の制振テーブル１に用いられている圧電素子７である圧電セラミックの斜視図である。【００２７】  制振テーブル１は、支持台８と工作機のベッドに取り付けるための取り付け台を一体にしたステンレスの構成の両側に図のように圧電素子７ａ、７ｂを位置させ、次いで、上側に絶縁板１６、フロントマス２を下側に絶縁板１６、リアマス９を位置させ図示しないボルトにより締め付け一体化する。【００２８】  図７に示す圧電素子７の詳細を図８に示す。圧電素子７である圧電セラミックは矢印方向に分極された複数の圧電セラミックをエポキシ樹脂で接合し、図示しないボルトが通る穴を中央に設ける。【００２９】  例えばダイサーのベッドにこの制振テーブル１を取り付ける。圧電セラミックの分極方向はダイサーの切断加工方向と一致させる。ダイサーを運転すると主に圧電セラミックの矢印方向に不要な振動が発生すると考えられるので、これを電気エネルギーに変換して抵抗で熱１５に変換して不要な振動を減衰させる。【００３０】  上記のように不要な振動の方向と、圧電セラミックの分極方向を一致させることにより、圧電素子の電気機械結合係数の高い振動モードを使用できるので、効率高く不要振動を電気的エネルギーに変化させることができる。したがって、不要振動方向が２方向であるときは、分極方向が異なる圧電素子を組み合わせて使用するのがよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】  本発明の制振テーブル１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】
【００３２】
【図１】本発明の第一の構成の制振テーブルの１例の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第一の構成の制振テーブルの１例の構成を示す側面図である。
【図３】ランジュバン型超音波振動子を説明する平面図である。
【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制振テーブルの１例の構成を示す斜視図である。
【図６】図５に使用した圧電アクチュエータの斜視図である。
【図７】本発明の第三の構成の制振テーブルの１例の構成を示す斜視図である。
【図８】図７に使用した圧電素子の斜視図である
【図９】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】
【００３３】１    制振テーブル
２    フロントマス
３    エポキシ樹脂
４    振動減衰装置
５    テーブル表面
６    ベース台
７    圧電素子
８    支持台
９    リアマス
１０  ランジュバン型超音波振動子
１１  電極板
１２  支持板
１３  枠体
１４  コイル
１５  抵抗
１６  絶縁板
【図１】
2007313630.tif 000003
【図２】
2007313630.tif 000004
【図３】
2007313630.tif 000005
【図４】
2007313630.tif 000006
【図５】
2007313630.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007313630.tif 000009
【図８】
2007313630.tif 000010
【図９】
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