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技術 振動工具

出願人 シチズン時計株式会社
発明者 森谷卓
出願日 2005年2月21日 (17年0ヶ月経過) 出願番号 2005-043453
公開日 2005年10月20日 (16年4ヶ月経過) 公開番号 2005-288684
状態 拒絶査定
技術分野 3次曲面及び複雑な形状面の研削,研磨等 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削
主要キーワード ストッパネジ 金属バネ材 回転振動運動 取り付けナット 振動加工 固定ネジ穴 調整加工 振動工具
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年10月20日)のものです。
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図面 (16)

課題

小さな構造物に対して任意に設定した振動数振幅砥石振動させて精密仕上げ加工を行う小型軽量で耐久性のある振動工具を提供する。

解決手段

工作物に対し砥石を振動させて精密仕上げ加工を行う振動工具において、前記砥石とこの砥石を固定保持する砥石保持部材とを有する砥石部と、この砥石部とアーマチュアトーションスプリングとが固定されるビーム部と、前記アーマチュアを駆動しコア及びコイルを有する電磁吸引力発生部と、この電磁吸引力発生部と前記ビーム部と前記ビーム部の位置を規制するストッパ部とが固定されるヨークベースとを備え、前記トーションスプリングは、前記ビーム部に固定される可動端と前記ヨークベースに固定される固定端とを備えると共に、前記ビーム部を回転振動運動可能に保持し、前記砥石は、前記アーマチュアの運動する向きと反対の向きに運動することを特徴とする。

概要

背景

従来から、空気圧電磁力等を利用した振動工具が存在する。また、振幅の非常に小さいものとしては、圧電素子などによる超音波を利用した振動工具も存在する。これらの振動工具が各産業分野で実用的に使用されている。
これらの中で、従来の一般的な空気圧や電磁力等を利用した振動工具は、大型の振動工具で、振動振幅が大きく、強力なものが多いため、小さな構造物の精密な仕上げ加工に利用するには不向きなものが多い。
また、圧電素子などで発生させた非常に微小超音波振動ホーンコーン等により振動振幅を拡大して加工に用いる超音波振動工具では、超音波の振動数が、対象とする小さな構造物の固有振動数に近い場合に、加工時の振動数を大幅に変更するのは困難である。また構造が複雑で小型化することが困難である。

従来の電磁力を利用した振動工具の中では、比較的に振動振幅が小さい小型の振動工具の提案などもある。図15にその機構原理を示す。(例えば、特許文献1参照)
図15の振動工具では、図示せぬ振動工具本体の所定の位置に回転自在に支持された回転軸71に偏心軸72を設け、更に、偏心軸72と勘合するカムフォロア長溝74aを有するカムフォロア74を設け、1対の板バネ73の一方の端部を振動工具本体に固定してあるとともに他方の端部どうしをカムフォロア74に固定し、砥石11をこのカムフォロア74に連結した構造である。
そして、回転軸71の回転による偏心軸72の偏心回動に伴って、板バネで一方向振動運動自在に振動工具本体に保持されているカムフォロア74に直線的振動を発生させ、この振動するカムフォロア74の動きを砥石11に伝えることにより工作物に対して振動加工を行っている。

特開平8−071895号公報(第2−4頁、第3図)

概要

小さな構造物に対して任意に設定した振動数と振幅で砥石を振動させて精密仕上げ加工を行う小型軽量で耐久性のある振動工具を提供する。工作物に対し砥石を振動させて精密仕上げ加工を行う振動工具において、前記砥石とこの砥石を固定保持する砥石保持部材とを有する砥石部と、この砥石部とアーマチュアトーションスプリングとが固定されるビーム部と、前記アーマチュアを駆動しコア及びコイルを有する電磁吸引力発生部と、この電磁吸引力発生部と前記ビーム部と前記ビーム部の位置を規制するストッパ部とが固定されるヨークベースとを備え、前記トーションスプリングは、前記ビーム部に固定される可動端と前記ヨークベースに固定される固定端とを備えると共に、前記ビーム部を回転振動運動可能に保持し、前記砥石は、前記アーマチュアの運動する向きと反対の向きに運動することを特徴とする。

目的

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、主に小さな構造物に対してその固有振動数を避け、更に作業スペースの非常に少ない場所でも加工作業ができ、任意に設定した振動数と振幅で砥石を振動させて精密仕上げ加工を行う小型軽量で耐久性のある振動工具を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

工作物に対し砥石振動させて精密仕上げ加工を行う振動工具において、前記砥石とこの砥石を固定保持する砥石保持部材とを有する砥石部と、この砥石部とアーマチュアトーションスプリングとが固定されるビーム部と、前記アーマチュアを駆動しコア及びコイルを有する電磁吸引力発生部と、この電磁吸引力発生部と前記ビーム部と前記ビーム部の位置を規制するストッパ部とが固定されるヨークベースとを備え、前記トーションスプリングは、前記ビーム部に固定される可動端と前記ヨークベースに固定される固定端とを備えると共に、前記ビーム部を回転振動運動可能に保持し、前記砥石部は、前記アーマチュアの運動する向きと反対の向きに運動することを特徴とする振動工具。

請求項2

前記砥石部は、前記ヨークベースに対して前記電磁吸引力発生部が配設される側と反対側に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の振動工具。

請求項3

前記砥石部は、前記ビーム部の回転振動運動における中心部近傍に前記ビーム部に対して略直角に固着されることを特徴とする請求項1または2に記載の振動工具。

請求項4

前記ヨークベースと前記トーションスプリングとの間には、前記アーマチュアと前記コアとの間のクリアランスを調整するための調節シムが配設されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の振動工具。

請求項5

前記コアは、前記アーマチュアと対向する上面に超硬の薄板ロー付けされることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の振動工具。

請求項6

前記アーマチュアが浸炭処理されていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の振動工具。

請求項7

前記ストッパ部はストッパネジを有し、このストッパネジの先端に弾性を有するダンパー部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の振動工具。

請求項8

前記砥石保持部材は、弾性を有する材料からなることを特徴とする請求項1〜7の何れか一項に記載の振動工具。

請求項9

前記工作物は、基部と駆動電極を備えた駆動脚検出電極を備えた検出脚とを有する振動体であることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の振動工具。

請求項10

前記振動体は、水晶で形成されていることを特徴とする請求項9に記載の振動工具。

技術分野

0001

本発明は、工作物に対して砥石振動させて精密仕上げ加工を行う振動工具に関する。更に詳細にいえば、主に小さな構造物に対して電磁力を利用して砥石を振動させて精密仕上げ加工を行う方式の振動工具に関する。

背景技術

0002

従来から、空気圧や電磁力等を利用した振動工具が存在する。また、振幅の非常に小さいものとしては、圧電素子などによる超音波を利用した振動工具も存在する。これらの振動工具が各産業分野で実用的に使用されている。
これらの中で、従来の一般的な空気圧や電磁力等を利用した振動工具は、大型の振動工具で、振動振幅が大きく、強力なものが多いため、小さな構造物の精密な仕上げ加工に利用するには不向きなものが多い。
また、圧電素子などで発生させた非常に微小超音波振動ホーンコーン等により振動振幅を拡大して加工に用いる超音波振動工具では、超音波の振動数が、対象とする小さな構造物の固有振動数に近い場合に、加工時の振動数を大幅に変更するのは困難である。また構造が複雑で小型化することが困難である。

0003

従来の電磁力を利用した振動工具の中では、比較的に振動振幅が小さい小型の振動工具の提案などもある。図15にその機構原理を示す。(例えば、特許文献1参照)
図15の振動工具では、図示せぬ振動工具本体の所定の位置に回転自在に支持された回転軸71に偏心軸72を設け、更に、偏心軸72と勘合するカムフォロア長溝74aを有するカムフォロア74を設け、1対の板バネ73の一方の端部を振動工具本体に固定してあるとともに他方の端部どうしをカムフォロア74に固定し、砥石11をこのカムフォロア74に連結した構造である。
そして、回転軸71の回転による偏心軸72の偏心回動に伴って、板バネで一方向振動運動自在に振動工具本体に保持されているカムフォロア74に直線的振動を発生させ、この振動するカムフォロア74の動きを砥石11に伝えることにより工作物に対して振動加工を行っている。

0004

特開平8−071895号公報(第2−4頁、第3図)

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、図15に示した従来技術における小型の振動工具の方式では、回転駆動部と、回転を直線運動に変換するのに回転する偏心軸72とカムフォロア74とが必要であり、小さな構造物を対象にして作業スペースの狭い所で使用する場合に、更なる小型化が困難であるという問題があった。また、構造上、振動振幅を変更するには回転する偏心軸72の偏心量を変更しなければならないため、簡便に振動振幅を変更することができないという問題があった。

0006

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、主に小さな構造物に対してその固有振動数を避け、更に作業スペースの非常に少ない場所でも加工作業ができ、任意に設定した振動数と振幅で砥石を振動させて精密仕上げ加工を行う小型軽量で耐久性のある振動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

0007

前述した目的を達成するために、本発明は、工作物に対し砥石を振動させて精密仕上
げ加工を行う振動工具において、砥石とこの砥石を固定保持する砥石保持部材とを有する砥石部と、この砥石部とアーマチュアトーションスプリングとが固定されるビーム部と、アーマチュアを駆動しコア及びコイルを有する電磁吸引力発生部と、この電磁吸引力発生部とビーム部とビーム部の位置を規制するストッパ部とが固定されるヨークベースとを備え、トーションスプリングは、ビーム部に固定される可動端とヨークベースに固定される固定端とを備えると共に、ビーム部を回転振動運動可能に保持し、砥石は、アーマチュアの運動する向きと反対の向きに運動することを特徴とする。

0008

また、砥石部は、ヨークベースに対して電磁吸引力発生部が配設される側と反対側に配設されていることを特徴とする。

0009

また、砥石部は、ビーム部の回転振動運動における中心部近傍にビーム部に対して略直角に固着されることを特徴とする。

0010

また、ヨークベースとトーションスプリングとの間には、アーマチュアとコアとの間のクリアランスを調整するための調節シムが配設されていることを特徴とする。

0011

また、コアは、アーマチュアと対向する上面に超硬の薄板ロー付けされることを特徴とする。

0012

また、アーマチュアが浸炭処理されていることを特徴とする。

0013

また、ストッパ部はストッパネジを有し、このストッパネジの先端に弾性を有するダンパー部材が設けられていることを特徴とする。

0014

また、砥石保持部材は、弾性を有する材料からなることを特徴とする。

0015

また、工作物は、基部と駆動電極を備えた駆動脚検出電極を備えた検出脚とを有する振動体であることを特徴とする。

0016

また、振動体は、水晶で形成されていることを特徴とする。

0017

(作用)
本発明によれば、従来の振動発生機構のように、回転を直線運動に変換するのにカムフォロアと回転する偏心軸およびその回転駆動部が必要なく、全くフリクションフリーの構造であるので耐久性が良いとともに、小型化することが容易である。

0018

また、砥石部は、ヨークベースに対して電磁吸引力発生部が配設される側と反対側に配設されるので、砥石部側の近傍に加工時に障害となる突起物がなく、加工作業範囲が広く取れると共に、砥石の位置確認が容易で、更に、加工作業が見やすい。

0019

また、本発明によれば、トーションスプリングを回転中心にして回転振動運動するビーム部の任意の位置に砥石部を固着することができるので、保持部取り付け面に対して固着位置により砥石の振動方向を任意の角度に設定できる。このため、用途により最適な振動方向を用いることができる。特に、砥石部をビーム部の回転振動運動における中心部近傍にビーム部に対して略直角に固着すると保持部取り付け面に略平行に砥石を振動させることができる。

0020

また、本発明によれば、砥石の振動振幅およびトーションスプリングの戻し力を、ヨークベースとトーションスプリングとの間の調節シムとビームに接するストッパ部のストッ
ネジで容易に調節することができる。このため、様々な加工目的に対して適当な砥石の振動振幅を簡便に設定することができる。

0021

また、コアは、アーマチュアと対向する上面に超硬の薄板がロー付けされ、アーマチュアを浸炭処理し、それぞれの表面を硬化することにより、衝突接触するコア上面およびアーマチュア端面の摩耗を非常に少なくすることができる。この場合、超硬の部分が薄く、また浸炭処理も表面層のみであるので磁路磁気抵抗はほとんど劣化しない。

0022

更に、ストッパ部のストッパネジ先端に弾性を有するダンパー部材を設けることにより、ビームとストッパネジとが衝突接触する部位の摩耗を低減すると同時にビーム部の振動運動を安定化することができる。

0023

また、砥石を保持する砥石保持部材が弾性を有するので、非常に低圧力で振動する砥石を工作物に対して押し付けることができ、小さな構造物の加工部位に対して精密な仕上げ加工をすることができる。

0024

特に、工作物が基部と駆動電極を備えた駆動脚と検出電極を備えた検出脚とを有し、一部に振動方向などの特性を調整する調整部を有する振動体である場合には、調整加工が非常に精密であることが必要であるため有効である。この振動体が水晶である場合には、更に、脆性材料でもあるため、非常に有効である。工作物の一例としては、振動ジャイロ等の振動体がある。

発明の効果

0025

本発明の振動工具は、電磁吸引力発生部で発生させた振動的な電磁吸引力によりビーム部のアーマチュアが振動的に吸引される微小な動きを、トーションスプリングを回転中心にして反転し、砥石がアーマチュアの運動する向きと反対の向きに振動的に運動して加工を行う。このため、従来の振動発生機構のように、回転を直線運動に変換するのにカムフォロアと回転する偏心軸およびその回転駆動部が必要なく、全くフリクションフリーの構造であるので耐久性が良いとともに、小型化することが容易であり、小さな構造物を作業スペースの小さな所で精密仕上げ加工するのに向いた小型軽量で耐久性の良い振動工具を提供することができる。

0026

また、砥石部が、ヨークベースに対して電磁吸引力発生部が配設される側と反対側に配設されるので、砥石部側の近傍に加工時に障害となる突起物がなく、加工作業範囲が広く取れると共に、砥石の位置確認が容易で、更に、加工作業が見やすい振動工具を提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0027

以下、本発明の振動工具の好適な実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

0028

図1は、本発明の実施例1にかかる振動工具を示す図である。
図2は、図1のA−A断面の断面図である。
図3は、本発明の実施例1にかかる振動工具のヨークベースを示す図である。
図4(a)は、本発明の実施例1にかかる振動工具のトーションスプリングを示す図である。
図4(b)は図4(a)のB−B断面を示す断面図であり、本発明の実施例1にかかる振動工具のトーションスプリングのL字曲げ部を示す図である。主に図2を参照しながら、本発明の実施例1にかかる振動工具を説明する。

0029

本発明の実施例1にかかる振動工具は、大きく分けると、図2に示すように、砥石11と砥石11を固定保持する砥石保持部材12とからなる砥石部10と、ビーム21の先端に砥石部10、後端にアーマチュア22が固着され、それらの間にビーム21を回転自在に保持するトーションスプリング23が固着されているビーム部20と、ヨーク34に固定されているコア31にコイル33を有するボビン32が勘合して固定されている電磁吸引力発生部30と、ストッパネジ41とストッパ取り付けナット42とからなるストッパ部40と、それらを固定保持するヨークベース50と、振動工具全体を固定保持する保持部60とを有する構造である。

0030

砥石部10は、砥石11と、金属材料等で製作された砥石保持部材12とで構成されている。砥石保持部材12の一端は砥石11を固定保持し、他端はビーム21の先端に固定保持される。砥石11の形状、砥粒粒度などは工作物形状や工作目的に応じて設定する。また、砥石11は、ヨークベース50に対して電磁吸引力発生部30が配設される側と反対側に配設される。

0031

ビーム部20は、金属材料などで製作されたビーム21と、電磁軟鉄などの磁性材料で製作されたアーマチュア22と、砥石部10と、金属バネ材料で製作されているトーションスプリング23とから構成されている。
そして、ビーム21の先端には砥石部10が固定保持されており、また、ビーム21の後端にはアーマチュア22がカシメ加工などで固着されている。

0032

更に、ビーム21には、固着された砥石部10とアーマチュア22との間に、ビーム21を回転自在に保持するトーションスプリング23が固着されている。トーションスプリング23のビーム21への固着個所図4(a)に示すトーションスプリング23のトーションスプリング可動端23bである。トーションスプリング23は、図4(b)に示すようにL字曲げ加工されたトーションスプリングL字曲げ部23cを有している。

0033

図2に示すように、電磁吸引力発生部30は、電磁軟鉄等の材料で製作されたコア31と、磁性材料で製作されたヨーク34と、プラスチックなどの絶縁材料で製作されたボビン32と、コイル33と、コイル端子36とからなる。 コア31は、ヨーク34に溶接カシメ等で固定されており、一端はボビン32の内径に勘合し、他端はネジ加工されて振動工具全体を固定保持するための保持部60に保持部取り付けナット35で固定することが出来るようになっている。

0034

コイル33を有するボビン32は、コア31に挿入され固定されている。また、コイル33に電流を導く2つのコイル端子36がボビン32に固定され、ヨーク34の底面にある2つの穴から外側に出ている。このような状態でヨーク34とコイル33との間に図示せぬ充填剤充填し、硬化させると、コイル33に発生した熱をヨーク34を通して外部に放散することができ、またコイル33を外側から固定することができるので耐久信頼性を向上することができる。

0035

図3に示すヨークベース50は、電磁軟鉄などの材料で製作されており、図4(a)に示すトーションスプリング23の両端のトーションスプリング固定端23aを固定する2つのヨークベース側トーションスプリング固定部52と、アーマチュア22の外径より若干大きな穴であるアーマチュア穴51と、図2に示すストッパ部40の金属材料で製作されたストッパネジ41を取り付けるストッパ取り付けネジ穴54とを有する。

0036

電磁吸引力発生部30はヨークベース50に、アーマチュア穴51と電磁吸引力発生部30のコア31との中心を合わせて溶接等で固定されている。
ビーム部20は、アーマチュア穴51とビーム部20のアーマチュア22との中心を合
わせた状態でトーションスプリング23の両端のトーションスプリング固定端23aが図3に示すヨークベース側トーションスプリング固定ネジ穴53を有する2つのヨークベース側トーションスプリング固定部52にトーションスプリング押え板65を介してトーションスプリング固定ネジ67で固定される。

0037

トーションスプリング23は、図4(b)に示すトーションスプリング23のL字曲げ根元部を回転中心とする回転方向剛性は低く、これ以外の方向への剛性は高いので、ほぼトーションスプリング23のL字曲げ根元部が回転中心になるトーションスプリングとして機能する。そして、トーションスプリング23の両端のトーションスプリング固定端23aとヨークベース50上のヨークベース側トーションスプリング固定部52との間に任意に設定した厚さの調節シム66を挟んで固定することにより任意にコア上面31aとアーマチュア端面22aとのクリアランスを調整することができる。

0038

また、ストッパネジ41はヨークベース50上のストッパ取り付けネジ穴54にストッパ取り付けナット42で固定されている。このとき、コア上面31aとアーマチュア端面22aとのクリアランスから決まる砥石11の振動振幅およびトーションスプリング23の戻し力を案してビーム21と接するストッパネジ41の先端位置を設定する。従って、調節シム66の厚さとストッパネジ41の先端位置とにより、砥石11の振動振幅およびトーションスプリング23の戻し力が決定される。

0039

特に砥石11の振動数が高い場合にはトーションスプリング23の戻し力を大きめにする必要がある。また、本実施例では、ヨークベース50上のストッパネジ41をビーム部20の先端位置近傍に配置している。このように配置すると、ビーム部20の振動振幅が大きくなる位置であるため、ビーム21と接するストッパネジ41の先端位置の調節代が大きくなり、設定が容易になる。

0040

電磁吸引力発生部30のコイル端子36に電圧印加することにより発生させた磁束は、コア31とヨーク34とヨークベース50とアーマチュア22とで構成される閉磁気回路を流れ、コア31とアーマチュア22との間に発生する磁気力によりアーマチュア22がコア31に吸引される。そして、トーションスプリング23で回転可能に保持されているビーム部20の先端にある砥石部10は、アーマチュア22がコア31に吸引される向きと反対の向きに運動する。このとき、コイル端子36に印加する電圧を設定された時間間隔と大きさで振動的に印加することにより、砥石11を振動的に駆動して工作物を精密仕上げする。

0041

本実施例によれば、全くフリクションフリーの構造であるので耐久性が良いとともに、小型化することが容易であり、砥石11の振動数および振動振幅を加工内容に適した条件に容易に設定することができ、作業スペースが少ない小さな構造物の精密仕上げ加工に適した小型軽量で耐久性の良い振動工具を提供することができる。

0042

また、砥石部10は、ヨークベース50に対して電磁吸引力発生部30が配設される側と反対側に配設されるので、砥石部10の近傍に加工時に障害となる突起物がなく、加工作業範囲が広く取れると共に、砥石11の位置確認が容易で、更に、加工作業が見やすい。

0043

次に、本発明の実施例2を図2および図7を参照しながら説明する。
なお、図7は、本発明の実施例2にかかる振動工具を示す断面図である。また、実施例1と同一の部位、同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施例では、図7に示すように、砥石部10がビーム部21の回転振動運動における回転中心近
傍にビーム部21に対して略直角に固着されている構造になっている。

0044

本実施例に拠れば、図7に示すように、保持部60の取り付け面に略平行に砥石11を振動させることができる振動工具を提供することができる。また、図には示していないが、本振動工具は、回転振動運動するビーム部の任意の位置に砥石部を固着することができるので、保持部取り付け面に対して固着位置により砥石の振動方向を任意の角度に設定できる。このため、用途により最適な振動方向を用いることができる振動工具を提供することができる。

0045

次に、本発明の実施例3を図2および図5を参照しながら説明する。
なお、図5は、本発明の実施例2にかかる振動工具のコアを示す図である。また、実施例1と同一の部位、同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施例では、コア31のアーマチュア端面22aに対向するコア上面31aに超硬の薄板31bをロー付けした構造としてある。

0046

本実施例によれば、コア上面31aにロー付けされる超硬の薄板31bの硬度は非常に高いため摩耗しにくく、またコア上面31aに強固にロー付けされているので超硬の薄板31bが割れることもない。また、薄板であることにより、磁路の磁気抵抗をほとんど劣化させないため、電磁吸引力が低減することはほとんどない。このため、性能を低下させずに振動するアーマチュア22のアーマチュア端面22aと衝突接触するコア上面31aの摩耗を低減することができる。

0047

次に、本発明の実施例4を図2を参照しながら説明する。
また、実施例1と同一の部位、同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施例では、アーマチュア22の表面層を浸炭処理してある。

0048

本実施例によれば、電磁軟鉄等の磁性材料で製作されているアーマチュア22を浸炭処理するため、アーマチュア22の表面硬度上がり、アーマチュア端面22aが摩耗しにくくなる。また、浸炭層は一般に表面層だけであるので、表面硬度は上がるが磁路の磁気抵抗はほとんど劣化せず、電磁吸引力が低減することはほとんどない。このため、性能を低下させずにコア上面31aと衝突接触するアーマチュア端面22aの摩耗を低減することができる。

0049

次に、本発明の実施例5を図6を参照しながら説明する。
なお、図6は、本発明の実施例4にかかる振動工具のストッパネジを示す図である。また、実施例1と同一の部位、同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施例では、ビーム21と衝突接触するストッパ部40の金属材料からなるストッパネジ41の先端に弾性を有するゴム材料からなるダンパー部材41aが接着剤などで固定されている構成としてある。

0050

本実施例によれば、ストッパ部40のストッパネジ41の先端に弾性を有するダンパ部材41aを固定してあることにより、ビーム21とストッパネジ41とが衝突接触する部位の摩耗を低減すると同時にビーム部20の振動運動を安定化することができる。このため、耐久性に優れ、安定した振動工具を提供することができる。

0051

次に、本発明の実施例6を図2を参照しながら説明する。
また、実施例1と同一の部位、同一の部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施例では、砥石11を固定保持する砥石保持部材12が薄板の金属バネ材料などの弾性を有する材料からなる構造としてある。

0052

本実施例によれば、砥石11を保持する砥石保持部材12が弾性を有するので、非常に低圧力で振動する砥石11を工作物に対して押し付けることができ、小さな構造物の加工部位に対して精密な仕上げ加工をすることができる振動工具を提供することができる。

0053

次に、本発明の実施例7として工作物が音叉型振動ジャイロで用いる振動体の場合を説明する。以下、本願では振動体として振動ジャイロで用いられる音叉型振動体を例に取り説明するが、一般の振動体にも適用できることは当然である。

0054

圧電性単結晶を使用した例として、水晶を用いた音叉型振動ジャイロについて図面を用いて説明する。図11図12は振動ジャイロの動作を説明するための図で、図11は2脚音叉型振動体の外観を示す斜視図、図12は2脚音叉型水晶ジャイロの駆動検出方法を説明するための断面及び配線駆動検出回路の模式図である。

0055

図11において、2脚の音叉型振動体J10は水晶を一体加工したものに、駆動及び検出電極を蒸着した構造を有している。すなわち音叉型振動体J10は、平行に配置された第1の脚J11及び第2の脚J12が、基部J15に結合した構造を持つものである。第1の脚J11には、駆動電極J1、J2、J3及びJ4が蒸着されており、第2の脚J12には、検出電極J5、J6、J7及びJ8が蒸着されている。尚、図11には電極J1、J2とJ5は図示されていない。基部J15の底面は、容器への支持に用いられる。

0056

ここで、脚の伸びた方向をY軸より角度θだけ傾けたY'軸方向とし、2本の脚の並ぶ方向をX軸方向、X軸及びY'軸方向に直交する方向をZ'軸方向とする。本願においては以後の説明にはこの方向軸を使用する。

0057

次に図12を用いて作用について説明する。図12において、左側に記す第1の脚J11の断面には、脚の平面に駆動電極J1、J2、J3及びJ4の断面が記載され、右側に記す第2の脚J12の断面には脚の角部に検出電極J5、J6、J7及びJ8の断面が記載されている。

0058

まず第1の脚J11が例えば第2の脚J12方向に向かってX軸方向に屈曲すると、電極J2近傍がY'軸方向に伸び、電極J4近傍がY'軸方向に縮むが、この時水晶内部では圧電効果により電極J2近傍ではX軸方向に、また電極J4近傍では−X軸方向に電界が発生する。この時電界の向きを考慮すると、電極J2及びJ4はその絶対値が(ほぼ)同電位で、脚の中央より例えば高い電位となる。X軸方向に見ると、脚の中央付近に配置された電極J1及びJ3は、相対的に電極J2及びJ4より低い電位となるので、電極J2及びJ4と、電極J1及びJ3の間には、電位差が発生する。

0059

圧電効果は可逆的なので、電極J2及びJ4と、電極J1及びJ3の間に電位差を与えれば、水晶内部には、これに応じた電界が発生し、第1の脚J11はX軸方向に屈曲することになる。これらのことから、例えば電極J1及びJ3の電位を参照として発振条件を超える増幅率アンプJGを用いて増幅し、発振条件を満足する位相移相回路JPで整えて電極J2及びJ4に戻すことにより、第1の脚J11の屈曲に伴う機械的な戻り力と電気的な力の間でエネルギー交換が起こり、第1の脚J11をX軸方向に自励発振させることができる。

0060

音叉型振動体J10全体で見ると、第1の脚J11及び第2の脚J12の運動量をバランスさせる為、第1の脚J11がX軸方向に動く時、第2の脚J12は−X軸方向に動き、第1の脚J11が−X軸方向に動く時、第2の脚J12がX軸方向に動く動作となるが、これを、通常の音叉が1つの面内で振動を行うのを理想とする慣例から、面内屈曲振動と呼ぶが、第1の脚J11とアンプJG及び移相回路JPで発生させる振動は面内屈曲振動と同じ動作であり、その周波数は、音叉型振動体J10の面内屈曲振動の共振周波数とほぼ一致する。

0061

この状態で音叉型振動体J10全体をY'軸の回りに角速度ωで回転させると、音叉型振動体J10の2つの脚には、面内屈曲振動と直交するZ'軸方向にコリオリ力Fcが働く。コリオリ力Fcは以下の式で表すことができる。
Fc=2・M・ω・V
ここで、Mは第1の脚J11又は第2の脚J12の質量であり、Vは第1の脚J11又は第2の脚J12の速度である。このコリオリ力Fcは、第1の脚J11及び第2の脚J12に、面内屈曲振動の動作方向であるX軸方向と直交する、Z'軸方向に変位する屈曲振動励起する。以下これを面外屈曲振動と呼ぶ。また、コリオリ力は変位でなく、速度に比例する力なので、コリオリ力により発生する面外屈曲振動は、面内屈曲振動より90度位相遅れて発生する。

0062

この面外屈曲振動により、例えば第2の脚J12の電極J5及びJ8の近傍はY'軸方向に伸び縮みし、電極J6及びJ7の近傍は電極J5及びJ8の近傍と逆相で伸び縮みする。例えば、電極J5及びJ8の近傍がY'軸方向に伸びている時、電極J5及びJ8の近傍の第2の脚J12の内部ではX軸方向に電界が発生し、この時電極J6及びJ7の近傍はY'軸方向に縮むので、電極J6及びJ7の近傍の第2の脚12の内部では−X軸方向に電界が発生する。

0063

すなわち電極J5の電位が電極J8の電位より高い時、電極J7の電位は電極J6の電位より高い状態となる。また、電極J5及びJ8の近傍がY'軸方向に縮んでいる時、電極J5及びJ8の近傍の第2の脚J12の内部では−X軸方向に電界が発生し、この時電極J6及びJ7の近傍はY'軸方向に伸びるので、電極J6及びJ7の近傍の第2の脚J12の内部ではX軸方向に電界が発生する。すなわち電極J5の電位が電極J8の電位より低い時、電極J7の電位は電極J6の電位より低い状態となる。

0064

面外屈曲振動により発生するこれら電極J5及びJ8と、電極J6及びJ7の間の電位差は、Z'軸方向に振れる第2の脚J12の方向に従って変化する。見方を変えると、例えば電極J5が高電位の時電極J7も高電位であり、この時電極J6及び電極J8は低電位であり、電極J5が低電位の時電極J7も低電位であり、この時電極J6及び電極J8は高電位である。コリオリ力は、電極J5又は電極J7と、電極J6又は電極J8の間の電位差として現れる。

0065

コリオリ力の検出信号は、電極J5及び電極J7を一方の入力信号とし、電極J6及び電極J8を他方の入力信号とした、差動バッファJDを経て乗算回路JMに導かれ、面内屈曲振動の発振系の出力を、コリオリ力が90度遅れて発生するのを補正する目的で、アンプJGの出力を、移相回路JP2により90度移相し、コンパレータJCにより2値化した参照信号により乗算され、乗算により検波された結果は、更に積分回路JSにより平滑化され、正確な直流出力として検出できる。この直流出力はコリオリ力Fcに比例し、コリオリ力Fcは角速度ωに比例するので、この直流出力により角速度ωを知ることができる。

0066

このように、振動体は、脚の伸びた方向に直交する面内に直交する2つの方向軸を採り
、この何れかを駆動振動発生方向とし、これに直交する方向を検出振動発生方向としている。即ち脚の2つの直交する振れ方向の振動を利用するものである。この際2つの方向の共振周波数が近接していると、圧電単結晶結晶異方性や製造時の誤差により、多くの場合は、駆動振動と検出振動に機械的結合が生じる。

0067

駆動振動と検出振動の共振周波数が300Hz程度の接近した構成を必要とする振動体に於いては、加工精度限界や、水晶などの結晶異方性に起因して、駆動振動と検出振動の機械的結合が発生する。この駆動振動と検出振動との機械的結合がある場合は、角速度ωが印加されていない状態でも、脚J11及びJ12の先端はX軸方向への直線的な振動とならず、Z'軸方向にも振動を発生させてしまう。このとき、電極J5、J7及びJ6、J8からはコリオリ出力と無関係な振動出力が発生しており、これがノイズドリフトの原因となる。

0068

このような角速度ωが印加されていない状態でのZ'軸方向の振動を矯正するために、図13に示すような振動方向の調整構造が採用されている。図13は2脚音叉型の振動体の外観を示す斜視図で、調整箇所を示している。即ち、矩形の脚の角部を面取りすることにより、角速度ωが印加されていない状態でのZ'軸方向の振動を矯正することができる。図12に示すように、調整に用いることができる面取り部分は、2脚型の音叉型振動体J10の場合は脚J11か脚J12の2本の脚の叉部付近の角部である面取り部M1からM8の8カ所から適宜選択することができる。

0069

尚、図14は3脚音叉型水晶ジャイロの駆動検出方法を説明するための断面及び配線や駆動検出回路の模式図である。今までは全て2脚音叉型水晶ジャイロの振動体や検出回路について説明してきたが、3脚音叉型水晶ジャイロについても全く同様の構成で説明することが出来る。

0070

図14を簡単に説明すると、脚J11と脚J12は脚の平面に駆動電極1L、1R、1D、1U及び2L、2R、2D、2Uを有し、これらの駆動電極によって面内屈曲振動をする。脚J13においては1つは脚の平面上に電極2Rを有しアースされており、2個の電極3D、3Uは角部に形成されこの電極3D、3Uが検出電極を形成する。回路系については図12の構成と同じである。

0071

次に、上記のような振動体の角速度ωが印加されていない状態でのZ'軸方向の振動を低減する実施例を図8を用いて説明する。
図8は3脚音叉型の振動ジャイロの振動方向を調整する調整方法を示す斜視図である。図9及び図10は面取りされた形状を説明するための模式図である。前述のように説明に用いる座標軸図11に示すものを用いている。

0072

本実施例で取り扱う振動体は、図14に示した3脚音叉型振動体の形状を用いて説明するが、前述のように図12で説明した2脚音叉型振動体とその構成は同等である。すなわち、図12の2脚音叉型振動体のように、駆動電極J1からJ4を用いて振動体を自励発振させ、電極J5からJ8にてコリオリ出力を得る構成において、差動アンプJDにより打ち消すことが出来ない、脚の検出方向への振動に起因する出力を低減する為の調整を行う方法を述べる。

0073

前述のように、駆動振動と検出振動の共振周波数が300Hz程度の接近した構成を必要とする振動ジャイロに於いては、加工精度の限界や、水晶などの結晶異方性に起因して、駆動振動と検出振動の機械的結合が発生する。駆動振動と検出振動の機械的結合がある場合は、角速度ωが印加されていない状態でも脚J11及びJ12の先端はX軸方向への直線的な振動のみとはならず、Z'軸方向にも振動する。このとき、電極J5、J7及び
J6、J8からはコリオリ出力と無関係な振動出力が発生しており、これはノイズやドリフトの原因となる。

0074

しかしながら、この角速度ωが印加されていない状態でのZ'軸方向の振動を矩形の脚の角部を面取りすることにより変化させることができる。図13に示すように、脚J11及びJ12の2本の脚を調整に用いることができる。面取り部分は角部M1〜M8の8カ所のいずれかを研削することで行う。

0075

次に面取りによる調整方法を説明する。図8は調整方法を説明するための模式図である。図8は3脚構成で図示してあるが、2脚構成でも方法は全く同じである。

0076

図8において、図示していない振動工具のビーム部21に固着されている板状の砥石11をほぼ脚J11に平行な方向に振動させ、砥石11を脚J11の面取り部M1に適度の圧力で押し付けながら図示していない振動工具を脚J11に平行に設定された面取り部長さMLになるように往復移動させることで面取り調整を行う。他の面取りについても同様に調整を行うことができる。

0077

ここで、図8において、砥石部10を固着している振動工具は、図示していないX−Y−Zステージに固定保持され、面取り箇所の移動や砥石11の押し付け圧の調整ができる構成になっている。

0078

次に調整作業について、図9図10を参照しながら説明する。調整作業は、図14に示した回路構成を持つ検査装置で検出電極3D、3Uから観測される、駆動振動との結合により生じた検出振動方向への振動に起因する出力の大きさをモニターしながら、これが小さくなる様に、面取り部M1〜M8の少なくとも1箇所以上を面取りして調整する作業である。

0079

検出方向への振動は、M1、M3、M5及びM7の面取り部の面取り(図9参照)では同じ方向に変化し、また面取り部の方向がこれらと直交するM2、M4、M6及びM8の面取り(図10参照)では逆方向に変化する。

0080

調整作業は、振動体単体ではなく、振動ジャイロの製造工程に於いて、支持部に取り付けた後に行う。これは、振動体の振動状態が支持部に取り付けられた状態で初めて決定されるからである。更に近年は振動ジャイロの容器としてはセラミックなどの容器を使用するが、後に真空封止を行うことを考慮すると、このような容器は振動体がその中に入るような箱形の容器が最適である。本実施例でも、支持部としては信頼性の高い箱型セラミック容器を用い、箱型の容器内の支持部に振動体が取り付けられた状態で面取りを行う。

0081

また、この時面取りに使用する振動工具の振動数は、工作物の共振振動数から十分に離れた振動数領域を使用する。工作物の共振振動数付近の振動を工作物に与えると、共振を起こしている部分で工作物が破壊されるからである。

0082

本発明によれば、小さな構造物を作業スペースの小さな所で精密仕上げ加工することができる振動工具を用いるので、箱形容器収納した状態の小さな振動体の脚部の面取り調整を精密かつ容易に行うことができる。

0083

尚、本発明の好適な実施例について説明してきたが、本発明は上記の説明により何ら限定されるものではない。例えば、上記実施例においては、L字曲げのトーションスプリングを用いた例として説明したが、十字型のトーションスプリングやその他の形式のトーションスプリングであっても良い。また、水晶3脚音叉の振動体を例に説明したが、本発明
は、脚の数は例えば1,2,3,4,5本等、脚の数に限定されるものでは無く、また材質も水晶に限らず全ての材質の振動体に適用できるものである。また、本実施例においては振動ジャイロ用の振動体として説明したが、振動ジャイロ用に限るものでもない。

図面の簡単な説明

0084

本発明の実施例1にかかる振動工具の図である。
図1のA−A断面を示す断面図である。
本発明の実施例1にかかる振動工具のヨークベースを示す図である。
本発明の実施例1にかかる振動工具のトーションスプリングを示し、図4(a)は平面図、図4(b)は、図4(a)のB−B断面を示す断面図である。
本発明の実施例2にかかる振動工具のコアを説明する図である。
本発明の実施例4にかかる振動工具のストッパネジを説明する図である。
本発明の実施例2にかかる振動工具を説明する断面図である。
本発明の実施例7にかかる3脚音叉型の振動ジャイロの特性を調整する調整方法を示す斜視図である。
本発明の実施例7にかかる面取りされた形状を説明するための模式図である。
本発明の実施例7にかかる図9と反対方向に面取りされた形状を説明するための模式図である。
本発明の実施例7にかかる振動体の動作を説明するための図で、従来の2脚音叉型振動体の外観を示す斜視図である。
本発明の実施例7にかかる振動ジャイロの動作を説明するための図で、2脚音叉型水晶ジャイロの駆動検出方法を説明するための断面及び配線や駆動検出回路の模式図である。
本発明の実施例7にかかる2脚音叉型の振動体の調整箇所を示す斜視図である。
本発明の実施例7にかかる3脚音叉型水晶ジャイロの駆動検出方法を説明するための断面及び配線や駆動検出回路の模式図である。
従来の比較的小型の振動工具を説明する図である。

符号の説明

0085

10砥石部
11 砥石
12砥石保持部材
20ビーム部
21 ビーム
22アーマチュア
22a アーマチュア端面
23トーションスプリング
23a トーションスプリング固定端
23b トーションスプリング可動端
23c トーションスプリングL字曲げ部
30電磁吸引力発生部
31コア
31aコア上面
31b 超硬の薄板
32ボビン
33コイル
34ヨーク
35 保持部取り付けナット
36コイル端子
40ストッパ部
41ストッパネジ
41aダンパー部材
42 ストッパ取り付けナット
50ヨークベース
51 アーマチュア穴
52 ヨークベース側トーションスプリング固定部
53 ヨークベース側トーションスプリング固定ネジ穴
54 ストッパ部取り付けネジ穴
60 保持部
65 トーションスプリング押え板
66調節シム
67 トーションスプリング固定ネジ
71回転軸
72偏心軸
73板バネ
74カムフォロア
74a カムフォロア長溝
J1〜J8電極
J10音叉型振動体
J11 第1の脚
J12 第2の脚
J13 第3の脚
J15 基部
JCコンパレータ
JD差動バッファ
JGアンプ
JM乗算回路
JP,JP2移相回路
JS積分回路
M1〜M8面取り部
ML 面取り部長さ

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