(57)【要約】      （修正有）【課題】硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物に対して、優れた切断性能を安定して示す円盤状のブレードを用いた切断装置を提供する。【解決手段】回転軸３にスリーブ１０とフランジ２ａを一体化した構成をナット４により締め付け、一体化した回転軸に嵌め合わされる透孔を中央に備えた超音波振動子を接合した円盤状のブレード１を持つ切断装置において、前記超音波振動子と円盤状のブレードを、電気剥離性接着剤を用いて接合する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に嵌め合わされる透孔を中央に備えた超音波振動子を接合した円盤状のブレードを持つ切断装置において、前記超音波振動子と円盤状のブレードを、電気剥離性接着剤を用いて接合することを特徴とする。
【請求項２】
回転軸に嵌め合わされる透孔を中央に備えた円盤状のブレードを持つ切断装置において、電気剥離性接着剤を用いて、円盤状のブレードを保持する超音波振動子を接合したサポート板と円盤状のブレードを接合す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、ガラスやシリコン、アルミナ−チタンカーバイト、サファイアなどの脆い材料そしてアルミ、ステンレスなどの切断あるいは溝入れに有利に用いることができる円盤状のブレードおよび切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  ガラス、シリコン、サファイア、アルミナ−チタンカーバイト、シリコンナイトライド、希土類磁石材料もしくは超硬金属などの硬く且つ脆い材料、そしてアルミ、ステンレスなどの加工対象物を切断あるいは溝入れするために、円盤状のブレードを備えた切断装置が一般的に用いられている。【０００３】  図１は、特許文献１に記載の従来の切断装置５の構成例を示す正面図であり、そして図２は、図１の切断装置５の側面図である。図１及び図２に示す切断装置５は、回転駆動装置６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１、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４から構成されている。そして切断装置５の回転駆動装置６を作動させて円盤状のブレード１を回転させながら、加工対象物を切断あるいは溝入れを行う。【０００４】  一方、工作機械の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知られている。このような切削方法は、超音波切削加工と呼ばれており、非特許文献１に詳しく記載されている。超音波切削加工は、加工対象物と工具との摩擦抵抗が小さくなるために、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。さらにそして、加工速度が倍以上になることも非特許文献２に詳しく記載されている。【０００５】  特許文献２には、円盤状のブレードに超音波振動子を接合した構成の切断装置が開示されている。この切断装置は、超音波振動子を接合した円盤状のブレードに超音波振動を付与し、かつ回転させ、ブレードの外縁端部にて加工対象物を切断する。
【特許文献１】特開平８−１２７０２３公報
【特許文献２】特開２００４−２９１６３６公報
【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
【非特許文献２】日本電子機械工業会、「超音波工学」、株式会社コロナ社、１９９３年、ｐ２１８−２２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上記の特許文献２に記載の切断装置においては、通常のエポキシ樹脂によりブレードに超音波振動子を接合しているため、ブレードが消耗、または破損したときには、ブレードと共に超音波振動子も破棄しなければならない。超音波振動子は高価であるため、結果的には高い切断コストになってしまう。【０００７】  本発明の目的は、優れた切断性能を安定して円盤状のブレードを提供することにある。
本発明の目的はまた、安価な切断コストを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、回転軸に嵌め合わされる透孔を中央に備えた超音波振動子を接合した円盤状のブレードを持つ切断装置において、前記超音波振動子と円盤状のブレードを、電気剥離性接着剤を用いて接合するものである。【０００９】本発明はまた、回転軸に嵌め合わされる透孔を中央に備えた円盤状のブレードを持つ切断装置において、電気剥離性接着剤を用いて、超音波振動子を接合したサポート板と円盤状のブレードを接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】  超音波振動子と円盤状のブレードを、電気剥離性接着剤を用いて接合することにより、超音波振動子を再利用することができるので切断コストの低減が計れる。【００１１】  ブレードと超音波振動子を接合したサポート板を、電気剥離性接着剤を用いて接合することにより、超音波振動子を接合したサポート板を再利用することができるので切断コストの低減が計れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  本発明の実施の形態に用いるサポート板及びブレードを図３の正面図、そして図３のＡ−Ａ線で切断した図４の断面図を用いて示す。【００１３】  まず、サポート板７ａは、以下のように作成した。外径７０ｍｍ、内径２８ｍｍ、外周部の厚さ４ｍｍのチタン合金製のリングに、超音波振動子８の接合される部分に凹部を設ける。圧電セラミックである外径５０ｍｍ、内径４４ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの超音波振動子８を前記の凹部にエポキシ樹脂で接合する。また、サポート板７ａの複数のスリット１１を設けている。これは、回転軸側に超音波振動を伝播させないためである。サポート板７ｂはステンレス製の外径７０ｍｍ、内径５２ｍｍそして厚さ１．６ｍｍである。なお、サポート板７ａ、７ｂは、振動損失の少ない超音波振動材料が望ましく、アルミ合金、チタン合金、ステンレス、燐青銅などの金属が適している。【００１４】  次に、サポート板７ａ、７ｂと直径７５ｍｍ、内径５２ｍｍそして厚さ０．１ｍｍの円盤状のブレード１を、太陽金網株式会社製の電気剥離接着剤「エレクトリリース」を用いて接着し、超音波振動子８を接合したサポート板７ａ、サポート板７ｂと円盤状のブレード１を一体の振動体とした。ここで用いた接着剤「エレクトリリース」は、低電圧（５〜５０Ｖ）を接着剤に印加すると陽極側で選択的に剥離するものである。サポート板７ａ、７ｂそしてブレード１の接触面に「エレクトリリース」を塗る。そして、組み合わせ接触させ、６０℃１時間の条件で硬化させる。また円盤状のブレード１は、アルミ合金の表面に砥粒を固定したものである。なお、円盤状の金属基板の材料の例として、アルミ合金、鉄、ステンレスおよび超硬金属などがある。【００１５】  サポート板７ａ、７ｂに密度が約２２０ｋｇ／ｍ３のシリコンスポンジ１６ａ、１６ｂをエポキシ系の接着剤で接合する。そしてロータリートランス９ａ側のシリコンスポンジ製のカバー１６ａの表面に燐青銅製の電極板１７ａ、１７ｂを斜視図７で示すようにエポキシ系の接着剤で接合する。燐青銅製の電極板１７ａ、１７ｂと超音波振動子８はリード線で電気的に接合する。【００１６】  シリコンスポンジのカバー１６ａ、１６ｂは、サポート板７ａ、７ｂと接触するが、サポート板７ａ、７ｂの超音波振動をほとんど遮断する。これは、シリコンスポンジのカバー１６ａ、１６ｂが多量に気泡を持つことによるものである。このように多量の気泡を持つカバー材料としてポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、ゴムスポンジなどがある。ポリウレタンフォームの密度は３５ｋｇ／ｍ３、ポリスチレンフォームの密度は３５ｋｇ／ｍ３、そしてゴムスポンジの密度１６０ｋｇ／ｍ３である。【００１７】  またシリコンスポンジのカバー１６ａ、１６ｂはフランジ２ａ、２ｂとサポート板７ａ、７ｂの間を防水にすることができるので、超音波振動子８の電極間を冷却水などで短絡することがないようにできる。【００１８】  さらに、シリコンスポンジのカバー１６ａ、１６ｂは気泡を多量に含むので弾性が生ある。この弾性により、リードピン１３ａ、１３ｂと燐青銅製の電極板１７ａ、１７ｂの接触をより確実にする。そしてフランジ２ａ、２ｂとサポート板７ａ、７ｂの間の防水をより確���にする。【００１９】  次にブレード１とサポート板７ａ、７ｂを接着剤「エレクトリリース」で一体化した構成を、回転軸３に取付けた構成について図５の断面図を用いて説明する。【００２０】  回転軸３にスリーブ１０とフランジ２ａを一体化した構成をナット４により締め付け取付ける。スリーブ１０の後部には、回転側のロータリートランス９ａを取付けている。フランジ２ａには、貫通穴１４ａ、１４ｂを２個設け、その中にリードピン１３ａ、１３ｂを入れ、その後部には、燐青銅製の板バネ１５ａ、１５ｂを配置し、リードピン１３ａ、１３ｂ押し付ける。フランジ２ａと接触する部分のリードピン１３ａ、１３ｂの外周は絶縁性の塗料により絶縁している。板バネ１５ａ、１５ｂはフランジ２ａにプラスチックボルト１８ａ、１８ｂで取付ける。板バネ１５ａ、１５ｂとロータリートランス９ａは、リード線により接続している。そして、ブレード１とサポート板７ａ、７ｂを一体化した構成をスリーブ１０に沿ってはめ込み、フランジ２ｂにより締め付け固定する。【００２１】  次に上記の円盤状ブレード１を使用した切断装置の運転方法について同じく図５の断面図を用いて説明する。まず図示しないモータの電源をいれ回転軸３を回転させる。次にロータリートランス９ａ、９ｂを介してフランジ２ａの貫通穴１４ａ、１４ｂを前後に移動できるリードピン１３ａ、１３ｂを通り、シリコンスポンジのカバー１６ａに接合した燐青銅製の電極板１７ａ、１７ｂを通り、サポート板７ａに接合したリング状の超音波振動子８に図示しない超音波発振回路からの超音波交流電圧を印加する。このとき電極板１７ａ、１７ｂである燐青銅板に絶縁オイルを塗布してもよい。万が一、電極板１７ａ、１７ｂの間に冷却水があった場合でも短絡しない。そして、リードピン１３ａ、１３ｂは絶縁オイルを貫通して電極板１７ａ、１７ｂと導通するのでより安全に電極板１７ａ、１７ｂに電圧を供給できる。超音波交流電圧を印加することにより、サポート板７ａ、７ｂ及び円盤状のブレード１は、径方向の拡がり振動が励起される。次に回転する円盤状ブレード１と図示しない加工対象物に冷却水をノズルから与え、加工対象物を切断または溝入れする。【００２２】  電極板１７ａ、１７ｂの表面の電気的絶縁を作成するために、電極板１７ａ、１７ｂである燐青銅板に絶縁オイル、塗料そしてゲルなどを塗布する方法の他、電極板の表面に絶縁性の膜を蒸着、スパッタする方法などもある。ただし、リードピン１３により絶縁膜を破壊して導通させる必要がある。【００２３】  円盤状のブレード１の径方向の拡がり振動モードを励起する固有振動数の周波数の電圧を超音波振動子８に印加することにより、５０Ｖ以下の低い電圧でブレードの先端部に約５ミクロン程度の振動変位を容易に励起できる。【００２４】  シリコンスポンジのカバー１６ａ、１６ｂをフランジ２ａ、２ｂとサポート板７ａ、７ｂの間に配置することにより、超音波振動子８の電極間に冷却水や切削クズが入り短絡する虞が無くなる。【００２５】  また電極板１７ａ、１７ｂを接合したシリコンスポンジのカバー１６ａをフランジ２ａとサポート板７ａの間に配置することにより、回転側のロータリートランス９ａからの超音波振動子��の電極への電圧の供給を冷却水による短絡の心配や、回転軸３に対してサポート板７ａがスリップした場合でも安全に電圧を供給できる。【００２６】  さらに、円盤状のブレード１が消耗したときには、太陽金網株式会社製の電気剥離接着剤「エレクトリリース」を用いて接着しているので、電圧を印加することで接着を外すことができる。サポート板７ａと円盤状のブレード１の間に約５０ボルトの直流電圧を印加することにより、サポート板７ａと円盤状のブレード１の接着を外す。次にサポート板７ｂと円盤状のブレード１の間に約５０ボルトの直流電圧を印加することにより、サポート板７ｂと円盤状のブレード１の接着を外す。さらに、サポート板７ａとサポート板７ｂとの間に約５０ボルトの直流電圧を印加することにより、サポート板７ａとサポート板７ｂの接着を外す。取り外したサポート板７ａ、サポート板７ｂを再使用することで、消耗するのは円盤状のブレード１だけとなるため、省資源かつ切断コストの削減ができる。【００２７】  上記の実施の形態では、ブレード１をサポート板７ａ、７ｂで保持した場合を説明したが、もちろん図７の平面図、そして図７のＡ−Ａ線での断面をしめす図８で示すブレードに表面に銀電極を設けた超音波振動子を、太陽金網株式会社製の電気剥離接着剤「エレクトリリース」を用いて接着接合したものでも全く同じように、円盤状のブレード１が消耗または損傷し、交換が必要となったとき、ブレードと超音波振動子の銀電極との間に５０ボルトの電圧を印加することにより、円盤状のブレード１から超音波振動子を取り外す。新しい円盤状のブレード１に今まで使用していた超音波振動子を上記と同様に接着することにより、そのまま使用することができるので製造コストの削減ができる。また円盤状のブレード１は、金属の表面に砥粒を固定したものである。なお、円盤状の金属基板の材料の例として、アルミニウム、鉄、ステンレスおよび超硬金属などがある。【００２８】  また、上記の実施の形態では金属製のブレードを用いたが、レジン製のブレードでも同じ効果が得られる。その際レジン製のブレードの表面には、ニッケルなどの金属層を設ける必要がある。【００２９】  上記超音波振動子は圧電セラミックであるが、もちろん超音波振動子は磁歪振動子でもよいことはもちろんである。【００３０】  同じ接着剤を用いて様々な砥石の再利用にも使用できることはもちろんのことである。例えば、太陽金網株式会社製の電気剥離接着剤「エレクトリリース」を用いて超音波振動子を接合したグラインダ用砥石の再利用にも用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】  本発明の円盤状のブレードおよび切断装置は、ガラスやシリコンなどの脆い材料から形成された加工対象物の切断あるいは溝入れに有利に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の切断装置の構成例を示す正面図である。
【図２】図１の切断装置の側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に用いる円盤状ブレードとサポート板などを示す正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の円盤状ブレードとサポート板などを回転軸に取付けた断面図である。
【図６】シリコンスポンジに電極板を接合した構成の斜視図である。
【図７】本発明に用いることができる超音波振動子を接合した円盤状ブレードを示す正面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【符号の説明】
【００３３】１    ブレード
２    フランジ
３    回転軸
４    ナット
５    切断装置
６    回転駆動装置
７    サポート板
８    超音波振動子
９    ロータリートランス
１０  スリーブ
１１  スリット
１２  リード線
１３  リードピン
１４  貫通穴
１５  板バネ
１６  カバー
１７  電極板
１８  プラスチックボルト
【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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