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技術 超音波振動並びに吸着機能を備えた加工振動テーブル装置

出願人 株式会社クマクラ
発明者 熊倉賢一
出願日 2002年1月22日 (18年11ヶ月経過) 出願番号 2002-048696
公開日 2003年8月5日 (17年4ヶ月経過) 公開番号 2003-220530
状態 未査定
技術分野 工作機械の治具 3次曲面及び複雑な形状面の研削,研磨等
主要キーワード 手動切替スイッチ 超音波振動機 スピンドル側 ボルト締めランジュバン型振動子 アラームランプ 超音波発信器 機械的研削 真空吸着方式
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年8月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

セラミックスガラスシリコンなどの硬脆性材料に対する機械的加工は、寸法等の形状精度は比較的良好であるが、小径化や深さへの対応において限界がある。例えば穴あけ加工においては、穴の直径数百ミクロンが限界でそれ以下のものは非常に困難であり直径に対する深さ(アスペクト比)も5〜10が限界である。

解決手段

被加工物装着用機械加工テーブル縦方向超音波振動を付加することにより、いわゆる表面波により加工切りくずの除去を補助し、工具先端部と被加工物との間の摩擦抵抗の増加を抑え、硬脆性の難削材料の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易に行えるようにする。

概要

背景

従来の超音波を付与した加工法には、ボルト締め振動子スピンドル側に配し振動子工具との間をホーンを介して振動振幅を伝達するのが知られている、しかしこの方法では、工具の形状に対応したホーンの設計を必要に成る事と、工具そのものに長さの制約があり、被加工物に対する理想的な工具を使用する事が出来ないため、加工の効率を悪くしてしまう結果に成っている。

概要

セラミックスガラスシリコンなどの硬脆性材料に対する機械的加工は、寸法等の形状精度は比較的良好であるが、小径化や深さへの対応において限界がある。例えば穴あけ加工においては、穴の直径数百ミクロンが限界でそれ以下のものは非常に困難であり直径に対する深さ(アスペクト比)も5〜10が限界である。

被加工物装着用機械加工テーブル縦方向超音波振動を付加することにより、いわゆる表面波により加工切りくずの除去を補助し、工具先端部と被加工物との間の摩擦抵抗の増加を抑え、硬脆性の難削材料の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易に行えるようにする。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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技術分野

0001

本発明は、セラミックスシリコンガラスなどの硬脆性材料機械的に加工する技術の改良に関し、さらに詳言すれば被加工物装着用機械加工テーブル超音波振動機能と真空吸着機能を備えた新規加工テーブル装置に関する。

背景技術

0002

従来の超音波を付与した加工法には、ボルト締め振動子スピンドル側に配し振動子工具との間をホーンを介して振動振幅を伝達するのが知られている、しかしこの方法では、工具の形状に対応したホーンの設計を必要に成る事と、工具そのものに長さの制約があり、被加工物に対する理想的な工具を使用する事が出来ないため、加工の効率を悪くしてしまう結果に成っている。

発明が解決しようとする課題

0003

従来の加工機械のX・Y軸ステージ上に設置されている加工テーブルは、被加工物の装着が主な目的であった。 前述のように工具側振動を付与する場合の不能率な面を解決して、振動による加工効率を増す為の方法を考察した結果、被加工物に振動を起こす、いわゆるワーク振動の方法を考案した。最近の半導体をはじめとする電子部品等の幅広い分野で小型化が急速に進展している。これらの分野で使用される材料も、高性能化、高機能化が進んでおり、セラミックス、ガラス、シリコンなどの硬脆性の難削材料が増加している。これらの材料の穴あけ、溝入れ等の加工に際して、機械的加工、熱的加工及び化学的処理法等が用いられているが、いずれも一長一短がある。例えば、微細穴あけ加工における穴の形状精度では、機械的加工による場合が比較的良好である。しかしながら、機械的加工には微細化の点で限界があり、例えば穴あけ加工においては、穴の直径数百ミクロンが限界でそれ以下のものは非常に困難である。したがって、機械的加工による硬脆性の難削材料の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易かつ能率的に可能になれば、関連業界における加工技術の発展に寄与するものと思われる。

課題を解決するための手段

0004

機械的加工において加工屑の除去が順調に行われなければ、加工中の工具先端部と被加工物との間の摩擦抵抗が増加し、ついには工具破損に至る。穴あけ加工を例にすると、穴の直径が小さくなればなるほど加工切り屑の除去が困難になり、このことが機械的加工での微細加工障害となっている。そこで被加工物装着用の機械加工テーブルに縦方向超音波振動を付加することにより加工切り屑の除去を補助し、工具先端部と被加工物との間の摩擦抵抗の増加を抑え、硬脆性の難削材料の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易に行えるようにする。また縦方向の超音波振動自体による研削力が加わるため、加工能率の向上にもつながる。

発明を実施するための最良の形態

0005

本発明の加工テーブル装置の構成について説明すると、図1において加工テーブル上面板2の裏側に、1個もしくは複数個超音波振動子1がボルトで固定され、円筒状の加工テーブル本体ケース3に内蔵されている。超音波発信器5と超音波振動子1は信号ケーブル4で接続しており、超音波発信器5からの信号により超音波振動子1を振動させ、被加工物装着用の加工テーブル上面板2を縦方向に振動させる。超音波発信器5は、振動系の共振周波数自動追尾し、負荷変動にかかわらず超音波振動子1の振幅を一定に制御できる。また、加工テーブル上面板2の表面に被加工物装着のために、複数個の真空吸着用溝7、複数個の真空吸着用穴8及び真空吸着用チューブ6がある。

0006

図2は加工機械に本発明の加工テーブル装置を設置したところであり、X軸とY軸が同時に移動できる構造を持つX・Y軸ステージ20上に加工テーブル本体ケース3が固定されている。加工テーブル上面板2に被加工物19を真空吸着方式またはボルト締め方式で固定し、上下移動が可能なZ軸16に取り付けたスピンドル17に装着した微小径工具18により被加工物19の研削加工を行う。加工中、本発明の加工テーブル装置により被加工物19に縦方向の超音波振動を付加する。本発信器は、ボルト締めランジュバン型振動子BLT)を用いた振動系の共振周波数を自動追尾できる発信器で、PL発信回路電力可変回路自動振幅制御回路等で構成され、負荷変動にかかわらず振動子の振動振幅を一定に制御できる機能を備えている。

発明の効果

0007

従来の加工機械のX・Y軸ステージ上に設置されている加工テーブルは、被加工物の装着が主な目的であったが、本発明の加工テーブル装置は超音波振動機能を付加することにより機械的研削加工そのものを補助する役割を備えている。それによれば、加工時の研削抵抗を抑えることにより硬脆性の難削材料の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工を容易にし、加工時間を短縮させ、工具寿命延長させることができる。

図面の簡単な説明

0008

図1本発明の加工テーブル装置の概略構成を示す斜視図である。
図2本発明の加工テーブル装置を加工機械に設置した状態を示す斜視図である。

--

0009

1超音波振動子
2加工テーブル上面板
3 加工テーブル本体ケース
4信号ケーブル
5超音波発信器
6真空吸着用チューブ
7 真空吸着用溝
8 真空吸着用穴
周波数調整用ダイヤル
10アラームランプ
11電源ランプ
12電源スイッチ
13 自動・手動切替スイッチ
14出力スイッチ
15振幅調整ダイヤル
16 Z軸
17スピンドル
18微小径工具
19被加工物
20 X・Y軸ステージ

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