JP2000246524A - Processing device for very fine shape - Google Patents

Processing device for very fine shape

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JP2000246524A
JP2000246524A JP11046351A JP4635199A JP2000246524A JP 2000246524 A JP2000246524 A JP 2000246524A JP 11046351 A JP11046351 A JP 11046351A JP 4635199 A JP4635199 A JP 4635199A JP 2000246524 A JP2000246524 A JP 2000246524A
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JP
Japan
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processing
head
arm
vibrator
vibration
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JP11046351A
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Japanese (ja)
Inventor
Akimichi Koide
昭道 小出
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To apply high frequency vibration to a tool such as a drill and the like, facilitate the maintenance of a device, appropriately adjust both the amplitude of vibration and processing force to be applied to the tool, and prevent the tool from being damaged during processing. SOLUTION: In this device, a processing head 1 is connected with one end of an arm 43 movably supported around a pivot 46 so as to be freely rotated, and a ball screw nut 42 is connected with the other end, and the processing head 1 is advanced/retreated by rotating a screw shaft 41 with which the ball screw nut 42 is threadedly engaged. Meanwhile, a vibrator is interposed between the arm 43 and the ball screw nut 42, and high frequency vibration generated by the vibrator is so devised as to be transmitted to the processing head 1 through the arm 43.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ワークを加工するため
のツールに高周波振動を与えながら、ファインセラミク
ス等の脆性材料や超硬材料、あるいは粘着性材料に微細
形状を加工する微細形状加工装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine shape processing apparatus for processing a fine shape on a brittle material such as fine ceramics, a super hard material, or an adhesive material while applying a high frequency vibration to a tool for processing a work. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】脆性材料や超硬材料、あるいは粘着性材
料等からなるワークに微小凹部や微細孔等を加工する
際、例えば加工ドリルやパンチングピンといったツール
の高速回転や高速上下動のみに依存して該加工を行う
と、微細に仕上げられたこれらツールが破損又は消耗し
易い。また、加工形状が微細であるがため、ツールのワ
ークに対する食い付きや切削粉の排出等も悪化し易く、
ワークの加工速度や加工精度も低下し易い。このため、
これらの問題点を解決してワークに微細形状を加工する
際の加工速度及び加工精度の改善を図るべく、ツールあ
るいはワークに高周波振動を印加した加工方法が従来よ
り提案されている。
2. Description of the Related Art When processing minute recesses or fine holes in a work made of a brittle material, a super hard material, an adhesive material, or the like, it depends only on high-speed rotation or high-speed vertical movement of a tool such as a processing drill or a punching pin. When such processing is performed, these finely finished tools are easily broken or worn. In addition, since the processing shape is fine, the bite of the tool against the work and the discharge of cutting powder are also likely to be deteriorated,
The processing speed and processing accuracy of the work are also likely to be reduced. For this reason,
In order to solve these problems and improve the processing speed and processing accuracy when processing a fine shape on a workpiece, a processing method in which high frequency vibration is applied to a tool or a workpiece has been conventionally proposed.

【0003】特開平8−155799号公報、特開平1
0−71513号公報、特開平10−249684号公
報等には、ツールに高周波振動を印加してワークに微細
孔を穿設し、あるいは既に穿設されている微細孔の内径
研削を行う加工装置が開示されている。これら公報に所
載の加工装置は、ワークに対して潜り込んで微細孔を形
成する加工ドリルと、この加工ドリルに対して高周波振
動を印加する振動子と、上記加工用ドリルを所定の回転
数で回転させるサーボモータとを備えており、上記ワー
クと加工ドリルを適当な加工圧で当接させることによっ
て該ワークに対して微細孔を形成し得るようになってい
る。具体的には、ワークと加工ドリルとの当接位置に対
して砥粒が分散されたスラリーを供給し、この状態で上
記振動子を励起して加工ドリルに高周波振動を与えると
共に、上記サーボモータを駆動して加工ドリルに適当な
回転を与えると、加工ドリルの回転及び振動に伴う砥粒
の運動によってワークが破砕され、かかるワークに微細
孔が形成されるものである。また、加工ドリルに振動を
与えた結果、ワークに潜り込んだドリルの先端に対する
スラリーの供給や、加工中の微細孔からの研削粉の排出
が促進され、これによってワークに対する微細孔の加工
効率を高めることができるようになっている。
[0003] JP-A-8-155799, JP-A-8-155799
Japanese Patent Application Laid-Open No. 0-71513 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-249684 disclose a processing apparatus for applying high-frequency vibration to a tool to drill a fine hole in a work or for grinding an inner diameter of a previously drilled fine hole. Is disclosed. The processing apparatus described in these publications includes a processing drill that penetrates a workpiece to form a fine hole, a vibrator that applies high-frequency vibration to the processing drill, and a drill for processing at a predetermined rotation speed. A servomotor for rotating the workpiece is provided, and a fine hole can be formed in the workpiece by bringing the workpiece into contact with the processing drill at an appropriate processing pressure. Specifically, a slurry in which abrasive grains are dispersed is supplied to a contact position between a workpiece and a processing drill, and in this state, the vibrator is excited to apply high-frequency vibration to the processing drill, and the servomotor Is driven to give an appropriate rotation to the working drill, the work is crushed by the movement of the abrasive grains accompanying the rotation and vibration of the working drill, and fine holes are formed in the work. In addition, as a result of applying vibration to the processing drill, the supply of slurry to the tip of the drill that has sunk into the work and the discharge of grinding powder from the fine holes during processing are promoted, thereby increasing the processing efficiency of the fine holes in the work. You can do it.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の加
工装置では加工ヘッドに振動子を内蔵していることか
ら、加工ドリルの回転を支承している軸受が該振動によ
って破損し易く、この軸受の修理、交換のためには加工
ヘッドを分解しなくてはならないことから、装置のメイ
ンテナンスに多大な労力及び時間が必要になるといった
問題点があった。また、加工ヘッドの構造が複雑とな
り、加工ヘッドそれ自体の重量が嵩むことから、加工ヘ
ッドの送り駆動系の負担が大きくなるといった問題点も
あった。
However, in this conventional processing apparatus, since the vibrator is built in the processing head, the bearing that supports the rotation of the processing drill is easily damaged by the vibration. Since the processing head must be disassembled for repair and replacement of the device, there has been a problem that a great deal of labor and time are required for the maintenance of the apparatus. In addition, the structure of the processing head becomes complicated, and the weight of the processing head itself increases, so that there is also a problem that a load on a feed drive system of the processing head increases.

【0005】一方、ツールではなくワークに高周波振動
を与えるべく、かかるワークが取り付けられる加工テー
ブルに振動子を組み込んだ加工装置も提案されている
(特開平5−116014号公報)。しかし、ワークの
形状、重量等によっては種々のサイズの加工テーブルが
必要となる場合もあり、加工テーブルに振動子を組み込
んだのでは装置の導入コストが嵩むといった欠点があ
る。また、加工テーブルの振幅や該加工テーブルを振動
させる力を調整するためには、加工テーブルに組み込ま
れた振動子そのものを交換する必要があるが、その度に
堅牢な加工テーブルを分解する必要が生じ、調整作業に
手間がかかるといった問題点もあった。
On the other hand, there has been proposed a processing apparatus in which a vibrator is incorporated in a processing table to which such a work is attached in order to apply high-frequency vibration to the work instead of a tool (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 5-116014). However, depending on the shape, weight, etc. of the work, machining tables of various sizes may be required, and incorporating a vibrator into the machining table has the disadvantage of increasing the cost of introducing the apparatus. Further, in order to adjust the amplitude of the processing table and the force for vibrating the processing table, it is necessary to replace the vibrator itself incorporated in the processing table, but it is necessary to disassemble the robust processing table each time. There is also a problem that the adjustment work takes time.

【0006】また、ドリルの先端に対するスラリーの供
給や加工中の微細孔からの研削粉の排出を考慮すると、
ドリルやテーブルに印加される振動の振幅はある程度ま
で大きいことが望ましいと言えるが、加工ヘッド又はテ
ーブルに内蔵された振動子のみで大きな振幅を得ようと
すると、いきおい振動子が大型化してしまい、これに伴
って加工ヘッドやテーブルが大型化してしまうといった
問題点もある。更に、ドリルやテーブルに振動を印加し
ながらワークの加工を行う場合、かかるドリルの先端は
振動子が発生する伸縮力(以下、これを「加工力」とい
う)によってワーク表面を叩くこことになるが、大きな
振幅を得るために振動子を大型化すると、振動子の発生
する加工力も大きくなり、微小径のドリルが過大な力で
ワークに叩き付けられることから、加工中にドリルが変
形したり折れてしまったりすることもあった。
Further, in consideration of supply of slurry to the tip of the drill and discharge of grinding powder from fine holes during processing,
It can be said that it is desirable that the amplitude of the vibration applied to the drill or the table is large to some extent, but when trying to obtain a large amplitude only with the vibrator built in the processing head or the table, the vibrator becomes large, Along with this, there is a problem that the processing head and the table become large. Further, when processing a work while applying vibration to a drill or a table, the tip of the drill hits the work surface by the expansion and contraction force generated by the vibrator (hereinafter referred to as "processing force"). However, when the size of the vibrator is increased to obtain a large amplitude, the processing force generated by the vibrator also increases, and the drill with a small diameter is hit against the workpiece with excessive force. In some cases, it was lost.

【0007】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、その目的とするところは、ワークを加工す
る加工ヘッドとして振動子を内蔵しない汎用の加工ヘッ
ドをそのまま使用しても、ドリル等のツールに高周波数
の振動を印加することができ、装置のメインテナンスを
容易に行うことが可能な微細形状加工装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a drilling machine which can use a general-purpose processing head which does not include a vibrator as a processing head for processing a workpiece. It is an object of the present invention to provide a fine shape processing apparatus which can apply a high frequency vibration to a tool such as the above and can easily perform maintenance of the apparatus.

【0008】また、本発明の他の目的は、ツールに印加
される振動の振幅や加工力の双方を適切に調整すること
ができ、加工中におけるツールの破損を可及的に防止す
ることが可能な微細形状加工装置を提供することにあ
る。
Another object of the present invention is to make it possible to appropriately adjust both the amplitude of the vibration applied to the tool and the machining force, and to prevent the tool from being damaged during machining as much as possible. It is to provide a possible fine shape processing device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の微細形状加工装置は、ワークを加工するた
めのツールが装着される加工ヘッドと、この加工ヘッド
を装置コラムに対して昇降自在に支持するヘッド移動手
段と、上記装置コラムに対して加工ヘッドの昇降方向と
平行に配設されるねじ軸と、このねじ軸に螺合するナッ
ト部材と、支軸を中心にして揺動自在に支承されると共
に、一端が上記ヘッド移動手段に、他端が上記ナット部
材に夫々連結されたアームと、上記ねじ軸を回転させて
上記ナット部材を適宜昇降させ、上記加工ヘッドをワー
クに対して進退させるヘッド送り込みモータと、上記ア
ームとナット部材との間に介在してこれらを互いに連結
する振動子とから構成されることを特徴とするものであ
る。
In order to achieve the above object, a fine shape processing apparatus according to the present invention comprises a processing head on which a tool for processing a work is mounted, and a vertical movement of the processing head with respect to an apparatus column. A head moving means for freely supporting, a screw shaft arranged in parallel with the elevating direction of the processing head with respect to the device column, a nut member screwed to the screw shaft, and a swinging motion about the support shaft While freely supported, one end is connected to the head moving means, the other end is connected to the nut member, and the arm is rotated. A head feed motor that moves forward and backward, and a vibrator that is interposed between the arm and the nut member and connects these to each other.

【0010】このような技術的手段によれば、振動子が
互いに連結したアームとナット部材のうち、後者のナッ
ト部材はねじ軸に螺合して位置決めされることから、上
記振動子を動作させて高周波数の振動を発生させると、
かかる振動は揺動自在に支承されたアームに伝達される
こととなり、このアームが支軸を中心として連続的に揺
動する。これにより、ナット部材と反対側のアーム端部
に連結されたヘッド移動手段はこのようなアームの揺動
に伴って繰り返し上下に振動し、ヘッド移動手段に支持
された加工ヘッドに対して上下方向の振動を印加するこ
とができる。
According to such technical means, of the arm and the nut member to which the vibrator is connected, the latter nut member is screwed and positioned on the screw shaft, so that the vibrator is operated. To generate high frequency vibration,
The vibration is transmitted to the swingably supported arm, and the arm continuously swings about the support shaft. As a result, the head moving means connected to the end of the arm opposite to the nut member vibrates up and down repeatedly with the swinging of the arm, and is vertically moved with respect to the processing head supported by the head moving means. Can be applied.

【0011】このとき、加工ヘッドに印加される振動は
上記振動子が発生した振動の周波数及び振幅に応じたも
のとなるが、かかる振動子の振動はアームの揺動となっ
て加工ヘッドに伝達されることから、支軸によって二分
されたアームの腕の長さに応じ、振動子の振幅は増幅さ
れてヘッド移動手段に伝達されることになる。すなわ
ち、支軸によって二分されたアームの長さのうち、かか
る支軸よりナット部材側の長さがヘッド移動手段側の長
さよりも短い場合には、振動子の振幅が増幅されて加工
ヘッドに伝達されるので、振動子それ自体の振幅が小さ
い場合でも加工ヘッドにはそれよりも大きな振幅を与え
ることができる。従って、振動子の小型化、ひいては加
工装置全体のサイズダウンを図りつつも、加工速度の向
上を図ることができるものである。
At this time, the vibration applied to the processing head depends on the frequency and amplitude of the vibration generated by the vibrator, and the vibration of the vibrator is transmitted to the processing head as the arm swings. Therefore, the amplitude of the vibrator is amplified and transmitted to the head moving means according to the length of the arm divided into two by the support shaft. In other words, when the length of the arm divided by the support shaft is shorter than the length of the support member on the nut member side than the length of the head moving means side, the amplitude of the vibrator is amplified and the vibration is applied to the machining head. As a result, even if the amplitude of the vibrator itself is small, a larger amplitude can be given to the processing head. Accordingly, it is possible to improve the processing speed while reducing the size of the vibrator and, consequently, the size of the entire processing apparatus.

【0012】また、このように支軸によって二分された
アームの長さのうち、かかる支軸よりナット部材側の長
さがヘッド移動手段側の長さよりも短い場合、振幅は増
幅されるものの、振動子が発生する加工力は減衰されて
加工ヘッドに伝達されるので、ツールが振動によってワ
ークを叩く力は振動子が発生する加工力よりも減じられ
た状態となり、加工中にワークが破損するのを可及的に
防止することも可能となる。
When the length of the arm divided by the support shaft is shorter than that of the support shaft on the side of the nut member than on the side of the head moving means, the amplitude is amplified. Since the processing force generated by the vibrator is attenuated and transmitted to the processing head, the force with which the tool strikes the work due to vibration is reduced to a state less than the processing force generated by the vibrator, and the work is damaged during processing. Can be prevented as much as possible.

【0013】従って、このような観点からすれば、上記
アームに対する支軸の係合位置は、該支軸からヘッド移
動手段側のアームの長さよりもナット部材側のアームの
長さが短くなるように設定されていることが好ましい。
Therefore, from such a viewpoint, the engagement position of the support shaft with respect to the arm is such that the length of the arm on the nut member side is shorter than the length of the arm on the head moving means side from the support shaft. Is preferably set to.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の微細形状加工装置を詳細に説明する。図1は本発明を
適用した微細形状加工装置の構成の概略を示すものであ
る。同図において、符号1は加工ドリル10が装着され
た加工ヘッド、符号2はワーク取付台3に対して上記加
工ヘッド1を昇降自在に支持する装置コラムであり、か
かる装置コラム2の内部には加工ヘッド1を所定の送り
量で昇降させるヘッド送り機構4と、該加工ヘッド1に
対して高周波数(300Hz以上)の上下振動を与える
振動子(図4参照)とが内蔵されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a fine shape processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 schematically shows the configuration of a fine shape processing apparatus to which the present invention is applied. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a processing head on which a processing drill 10 is mounted, and reference numeral 2 denotes an apparatus column for supporting the processing head 1 so as to be able to move up and down with respect to a work mount 3. A head feed mechanism 4 that raises and lowers the processing head 1 by a predetermined feed amount, and a vibrator (see FIG. 4) that applies high-frequency (300 Hz or more) vertical vibration to the processing head 1 are built in.

【0015】先ず、上記加工ヘッド1はワークに対して
孔開け加工を行うための汎用加工ヘッドであり、その先
端のツール固定チャック11には直径0.1〜3mm程
度の微細孔加工用のドリル10が保持されている。そし
て、かかる加工ドリル10は加工ヘッド1に内蔵された
モータによって100〜10万rpmの回転を与えられ
るようになっている。
First, the machining head 1 is a general-purpose machining head for making a hole in a work, and a tool fixing chuck 11 at the tip thereof has a drill for machining a fine hole having a diameter of about 0.1 to 3 mm. 10 are held. The machining drill 10 can be rotated at 100 to 100,000 rpm by a motor built in the machining head 1.

【0016】また、この加工ヘッド1はスライドヘッド
20に固定され、スライド軸受21を介して上記装置コ
ラム2に支承されている。すなわち、これらスライドヘ
ッド20及びスライド軸受21が本発明のヘッド移動手
段を構成している。このスライド軸受21は、加工ヘッ
ド1の昇降方向に沿って装置コラム2に固定された固定
レール21aと、この固定レール21aに沿って自在に
移動可能なスライダ21bとから構成されており、かか
るスライダ21bに対して上記スライドヘッド20が固
定されている。尚、このスライド軸受けとしては、リニ
アボールベアリングやエアスライド軸受を用いることが
できる。
The machining head 1 is fixed to a slide head 20 and is supported by the apparatus column 2 via a slide bearing 21. That is, the slide head 20 and the slide bearing 21 constitute the head moving means of the present invention. The slide bearing 21 includes a fixed rail 21a fixed to the apparatus column 2 along the vertical direction of the machining head 1 and a slider 21b freely movable along the fixed rail 21a. The slide head 20 is fixed to 21b. In addition, a linear ball bearing or an air slide bearing can be used as the slide bearing.

【0017】一方、上記装置コラム2に内蔵されたヘッ
ド送り機構4は、上記加工ヘッドの昇降方向と平行な方
向に配設されたボールねじ装置のねじ軸41と、このね
じ軸に螺合するボールねじナット42と、支軸46を中
心として揺動自在に配設されたアーム43と、カップリ
ング44を介して上記ねじ軸に連結されたヘッド送り込
みモータ45とから構成されており、上記アーム43の
一端は前述したスライド軸受21のスライダ21bに連
結される一方、他端は上記ボールねじナット42に連結
されている。
On the other hand, a head feed mechanism 4 built in the apparatus column 2 is screwed to a screw shaft 41 of a ball screw device provided in a direction parallel to the vertical direction of the processing head. The ball screw nut 42, an arm 43 oscillated about a support shaft 46, and a head feed motor 45 connected to the screw shaft via a coupling 44, and the arm One end of 43 is connected to the slider 21 b of the slide bearing 21, while the other end is connected to the ball screw nut 42.

【0018】従って、このヘッド送り機構4では上記ヘ
ッド送り込みモータ45を回転させて所定の回転方向及
び回転量を上記ねじ軸41に与えると、このねじ軸41
に螺合するボールねじナット42が該ねじ軸41上を所
定の距離だけ上昇あるいは下降し、一端を該ボールねじ
ナット42に連結したアーム43が上記支軸46を支点
として揺動する。そして、かかるアーム43の他端には
スライダ21bが連結されていることから、この実施例
の加工装置ではヘッド送り込みモータ45を回転させる
と加工ヘッド1と共にスライダ21bが装置コラム2上
を上昇あるいは下降し、加工ヘッド1がワーク取付台3
に対して進退することとなる。
Therefore, in the head feed mechanism 4, when the head feed motor 45 is rotated to give a predetermined rotation direction and rotation amount to the screw shaft 41, the screw shaft 41
The ball screw nut 42 screwed up and down on the screw shaft 41 by a predetermined distance moves up and down, and an arm 43 having one end connected to the ball screw nut 42 swings about the support shaft 46 as a fulcrum. Since the slider 21b is connected to the other end of the arm 43, in the processing apparatus of this embodiment, when the head feeding motor 45 is rotated, the slider 21b moves up or down on the apparatus column 2 together with the processing head 1. Then, the processing head 1 is
Will move forward and backward.

【0019】このとき、上記加工ヘッド1のワーク取付
台3に対する送り量は上記ボールねじナット42の移動
量に比例することから、この実施例では上記ヘッド送り
込みモータ44の回転方向および回転量を調整すること
により、任意の送り量で加工ヘッド1を進退させること
ができる。
At this time, since the feed amount of the processing head 1 to the work mount 3 is proportional to the movement amount of the ball screw nut 42, in this embodiment, the rotation direction and the rotation amount of the head feed motor 44 are adjusted. By doing so, the processing head 1 can be moved forward and backward by an arbitrary feed amount.

【0020】図2及び図3は上記ヘッド送り機構4の詳
細を示すものである。上記アーム43は支軸46を中心
として揺動運動を行うことからその両端は円弧を描いて
運動する一方、スライドヘッド20が固定されているス
ライダ21b及びねじ軸41に螺合しているボールねじ
ナット42は直線状に昇降することから、上記アーム4
3の両端にスライダ21b及びボールねじナットを直接
連結したのでは、アーム43が円滑に運動することが不
能となってしまう。このため、本実施例ではアーム43
の一端とスライダ21bの間、アーム3の他端とボール
ねじナット42の間の夫々にスライド軸受70,71を
介装し、これらスライド軸受70,71によってアーム
43の両端の水平方向への変位を吸収して該アーム43
の円滑な運動を確保している。
FIGS. 2 and 3 show the details of the head feed mechanism 4. FIG. Since the arm 43 swings about the support shaft 46, both ends of the arm 43 move in an arc, while the ball screw screwed to the slider 21 b to which the slide head 20 is fixed and the screw shaft 41. Since the nut 42 moves up and down linearly, the arm 4
If the slider 21b and the ball screw nut are directly connected to both ends of the arm 3, the arm 43 cannot move smoothly. For this reason, in the present embodiment, the arm 43
Slide bearings 70, 71 are interposed between one end of the arm 3 and the slider 21b, and between the other end of the arm 3 and the ball screw nut 42, respectively, and the slide bearings 70, 71 displace both ends of the arm 43 in the horizontal direction. To absorb the arm 43
The smooth movement is ensured.

【0021】具体的には、上記スライドヘッド20が固
定されているスライド軸受21のスライダ21bに対
し、ブラケット72を介して上記スライド軸受70の軌
道レール70aを固定すると共に、かかる軌道レール7
0aに沿って自在に移動可能なスライダ70bにはブラ
ケット73を介してアーム43の一端を回転自在に軸支
している。ここで、上記軌道レール70aはその長手方
向をスライドヘッド20の昇降方向と直交する方向に合
致させて配設されている。
More specifically, a track rail 70a of the slide bearing 70 is fixed via a bracket 72 to a slider 21b of the slide bearing 21 to which the slide head 20 is fixed, and the track rail 7
One end of an arm 43 is rotatably supported via a bracket 73 on a slider 70b which can move freely along the line 0a. Here, the track rail 70a is disposed so that its longitudinal direction coincides with the direction perpendicular to the vertical direction of the slide head 20.

【0022】一方、装置コラム2にはねじ軸41と平行
にスライド軸受74の固定レール74aが配設されてお
り、かかる固定レール上を移動するスライダ74bには
ブラケット75を介して上記スライド軸受71の軌道レ
ール71a,71aが固定されている。ここで、上記軌
道レール71a,71aはその長手方向をボールねじナ
ット42の昇降方向と直交する方向に合致させると共
に、かかるボールねじナット42を挟むようにして配設
されている。また、上記スライダ74bには後述する振
動子を介してボールねじナット42が固定されており、
ねじ軸41の回転に伴ってボールねじナット42が昇降
すると、上記スライダ74b及びこれに固定された軌道
レール71a,71aがボールねじナット42と共に昇
降するように構成されている。
On the other hand, a fixed rail 74a of a slide bearing 74 is provided in the apparatus column 2 in parallel with the screw shaft 41, and a slider 74b moving on the fixed rail is connected to the slide bearing 71 via a bracket 75. Track rails 71a, 71a are fixed. Here, the track rails 71a, 71a are arranged so that the longitudinal direction thereof coincides with the direction orthogonal to the elevating direction of the ball screw nut 42, and sandwich the ball screw nut 42. The ball screw nut 42 is fixed to the slider 74b via a vibrator described later.
When the ball screw nut 42 moves up and down with the rotation of the screw shaft 41, the slider 74b and the track rails 71a, 71a fixed to the slider 74b move up and down together with the ball screw nut 42.

【0023】更に、図3に示すように、ボールねじナッ
ト42側に位置するアーム43の端部には二股に別れた
連結部材76が固定されており、かかる連結部材76の
各先端部77,77は一対のブラケット78,78に対
して回転自在に軸支される一方、各ブラケット78は上
記軌道レール71aに沿って自在に移動可能なスライダ
71bに固定されている。
Further, as shown in FIG. 3, a forked connecting member 76 is fixed to the end of the arm 43 located on the ball screw nut 42 side. 77 is rotatably supported by a pair of brackets 78, 78, and each bracket 78 is fixed to a slider 71b which can move freely along the track rail 71a.

【0024】従って、ボールねじナット42の昇降に応
じてアーム43が支軸46を中心として揺動すると、ア
ーム43の揺動に併せてスライド軸受70,71のスラ
イダ70b,71bが各々軌道レール70a,71aに
沿って水平方向に移動し、アーム43の両端部の水平方
向への変位を吸収しつつ、アーム43の両端部の鉛直方
向への動きのみをボールねじナット42からアーム43
へ、またアーム43からスライドヘッド20へ伝達す
る。これにより、アーム43の円滑な揺動運動及びスラ
イドヘッド20、ボールねじナット42の円滑な昇降運
動が確保されている。
Accordingly, when the arm 43 swings about the support shaft 46 in response to the elevation of the ball screw nut 42, the sliders 70b, 71b of the slide bearings 70, 71 respectively move along the track rail 70a in accordance with the swing of the arm 43. , 71 a, and moves only the vertical movement of both ends of the arm 43 from the ball screw nut 42 to the arm 43 while absorbing the horizontal displacement of both ends of the arm 43.
And from the arm 43 to the slide head 20. As a result, a smooth swinging motion of the arm 43 and a smooth lifting and lowering motion of the slide head 20 and the ball screw nut 42 are ensured.

【0025】次に、図4は、加工ヘッド1に対して高周
波振動を与える振動子を示すものである。この実施例に
おける振動子5は印加電圧の大きさ及び極性に応じて伸
縮を繰り返す圧電アクチュエータであり、ケース50
と、このケース50内で極性を合わせて積層された複数
枚の圧電素子51と、これら圧電素子51を抑えるよう
にして配設されると共にケース50外へ突出したロッド
52と、上記ロッド52が圧電素子51を押さえ込む方
向に所定の大きさの圧力を付与する予圧パネ53とから
構成されている。圧電素子51は電圧の印加極性及び印
加方向に応じて伸縮することから、積層された圧電素子
51に交流電圧を印加すると、かかる交流電圧の周波数
に応じた周波数の振動が上記ロッド52から得られ、そ
の振動の振幅は圧電素子51に印加した電圧の大きさに
よって異なったものとなる。
FIG. 4 shows a vibrator for applying high-frequency vibration to the processing head 1. The vibrator 5 in this embodiment is a piezoelectric actuator that repeatedly expands and contracts according to the magnitude and polarity of the applied voltage.
And a plurality of piezoelectric elements 51 stacked with the same polarity in the case 50, a rod 52 arranged to suppress the piezoelectric elements 51 and protruding outside the case 50, and the rod 52 And a preload panel 53 for applying a predetermined amount of pressure in the direction in which the piezoelectric element 51 is pressed. Since the piezoelectric element 51 expands and contracts in accordance with the polarity and direction of application of the voltage, when an AC voltage is applied to the stacked piezoelectric elements 51, a vibration having a frequency corresponding to the frequency of the AC voltage is obtained from the rod 52. The amplitude of the vibration differs depending on the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element 51.

【0026】この振動子5のケース50は取付プレート
54を介してボールねじナットに固定される一方、上記
ケース50から突出したロッド52の先端はスライダ7
4bに固定されたブラケット75にねじ止めされてお
り、結果的に上記ボールねじナット42が振動子5を介
してスライダ74b、ひいてはアーム43の一端に連結
された状態となっている。
The case 50 of the vibrator 5 is fixed to a ball screw nut via a mounting plate 54, while the tip of a rod 52 protruding from the case 50 is
The ball screw nut 42 is screwed to a bracket 75 fixed to the slider 4b, and as a result, the ball screw nut 42 is connected to the slider 74b and thus one end of the arm 43 via the vibrator 5.

【0027】従って、上記振動子5に電圧を印加する
と、上記ロッド52がこれに対応した振幅及び周波数で
上下に振動し、かかる振動がスライド軸受71、ブラケ
ット78及び連結部材76を介してアーム43の一端に
伝達される。これにより、アーム43の他端に連結され
たスライドヘッド20もスライド軸受21に案内された
状態で上下に振動し、上記振動子5で発生した振動に対
応する周波数及び振幅の振動を加工ヘッド1に印加する
ことが可能となる。ここで、上記振動子5が発生する振
動の周波数は該振動子5に印加する電圧を変更すること
により適宜調整可能であり、圧電アクチュエータを振動
子5とする場合には100〜1000Hz程度の周波数
を得ることができる。また、振幅も圧電素子51の厚さ
や積層枚数等を変更することで適宜調整することが可能
であり、10〜100μm程度の振幅を得ることができ
る。
Therefore, when a voltage is applied to the vibrator 5, the rod 52 vibrates up and down with the corresponding amplitude and frequency, and the vibration is transmitted through the slide bearing 71, the bracket 78 and the connecting member 76 to the arm 43. Transmitted to one end. As a result, the slide head 20 connected to the other end of the arm 43 also vibrates up and down while being guided by the slide bearing 21, and generates a vibration having a frequency and an amplitude corresponding to the vibration generated by the vibrator 5. Can be applied. Here, the frequency of the vibration generated by the vibrator 5 can be appropriately adjusted by changing the voltage applied to the vibrator 5, and when the piezoelectric actuator is the vibrator 5, a frequency of about 100 to 1000 Hz is used. Can be obtained. Also, the amplitude can be appropriately adjusted by changing the thickness of the piezoelectric element 51, the number of laminated layers, and the like, and an amplitude of about 10 to 100 μm can be obtained.

【0028】加えて、この加工装置では支軸46を中心
として揺動するアーム43により振動子5の発生した振
動を加工ヘッド1に伝達しているので、支軸46によっ
て二分されたアーム43の長さの比により、振動子5の
振幅等を減衰あるいは増大して加工ヘッド1に伝達する
ことも可能となる。すなわち、図5に示すように、支軸
46からボールねじナット42側のアーム43の長さを
1とした場合に、支軸46から加工ヘッド1側のアーム
43の長さが2であれば、振動子5で発生した振幅は2
倍となって加工ヘッド1に伝達される。加工によって生
じた切り粉を効率良く排出して加工効率を高めるために
は、ドリル10に印加される高周波振動の振幅は大きい
方が好ましいと考えられることから、このよう長さ配分
となるようにアーム43に対する支軸46の係合位置を
決定しておけば、振幅の小さな振動子5を使用しつつ
も、加工ヘッド1に対して大きな振幅を与えることがで
き、ヘッド送り機構4の小型化の点においては有利であ
る。
In addition, in this machining apparatus, the vibration generated by the vibrator 5 is transmitted to the machining head 1 by the arm 43 swinging about the support shaft 46, so that the arm 43 divided by the support shaft 46 Depending on the length ratio, the amplitude and the like of the vibrator 5 can be transmitted to the processing head 1 while being attenuated or increased. That is, as shown in FIG. 5, when the length of the arm 43 from the support shaft 46 to the ball screw nut 42 is 1 and the length of the arm 43 from the support shaft 46 to the machining head 1 is 2, And the amplitude generated by the vibrator 5 is 2
It is transmitted to the processing head 1 after being doubled. In order to efficiently discharge cutting chips generated by the processing and enhance the processing efficiency, it is considered preferable that the amplitude of the high-frequency vibration applied to the drill 10 is large. If the engagement position of the support shaft 46 with the arm 43 is determined, a large amplitude can be given to the processing head 1 while using the vibrator 5 having a small amplitude, and the head feed mechanism 4 can be downsized. It is advantageous in the point.

【0029】一方、振動子5の圧電素子51が伸縮する
際に発生する力(加工力)は数十kgと大きく、この加
工力がそのまま微小径の加工ドリルに伝播したのでは、
かかるかこうドリルが数十kgの力でワークを叩くこと
になり、加工中にドリルそれ自体が折れ曲がってしまう
等のトラブルが予想される。しかし、前述のように、支
軸46からボールねじナット42側のアーム43の長さ
を1とした場合に、支軸46から加工ヘッド1側のアー
ム43の長さが2であれば、振動子で発生した加工力は
半分に減衰した状態で加工ヘッドに伝播されるので、振
動印加時の加工ドリルの負担が少なくなり、加工ドリル
が折れ曲がるといったトラブルを未然に防止することが
できる。
On the other hand, the force (working force) generated when the piezoelectric element 51 of the vibrator 5 expands and contracts is as large as several tens of kilograms.
Such a drill hits the work with a force of several tens of kilograms, and troubles such as bending of the drill itself during processing are expected. However, as described above, if the length of the arm 43 from the support shaft 46 to the ball screw nut 42 is 1 and the length of the arm 43 from the support shaft 46 to the processing head 1 is 2, vibration occurs. Since the machining force generated by the drill is transmitted to the machining head in a state of being attenuated by half, the burden on the machining drill when applying vibration is reduced, and troubles such as bending of the machining drill can be prevented beforehand.

【0030】従って、振動子5の振幅を増幅しつつも、
加工力を減衰して加工ヘッド1に伝達するという観点か
らすれば、図5に示すように、支軸46からボールねじ
ナット42側のアーム43の長さに比べて、支軸46か
ら加工ヘッド1側のアーム43の長さが長い方が好まし
いと言える。
Therefore, while amplifying the amplitude of the vibrator 5,
From the viewpoint of attenuating the processing force and transmitting it to the processing head 1, as shown in FIG. 5, the length of the processing head from the support shaft 46 is smaller than the length of the arm 43 on the ball screw nut 42 side from the support shaft 46. It can be said that the longer arm 43 on one side is preferable.

【0031】そして、以上のように構成された本実施例
の微細形状加工装置では、上記ヘッド送り込みモータ4
5を回転させて加工ヘッド1をワーク取付台3に向けて
下降させると共に、加工ヘッドに内蔵されたモータで加
工ドリル10を高速で回転させ、スラリーを供給しなが
らワーク取付台3に固定されたワーク(図示せず)に対
して加工ドリル10を適当な加工圧で当接させると、加
工ドリル10の回転に伴ってワークが破砕され、加工ヘ
ッド1の送りに伴って加工ドリル10がワークに潜り込
んで当該ワークに微細孔が形成される。
Then, in the fine shape processing apparatus of the present embodiment configured as described above, the head feeding motor 4
5, the processing head 1 is lowered toward the work mounting table 3, and the processing drill 10 is rotated at a high speed by a motor built in the processing head, and is fixed to the work mounting table 3 while supplying slurry. When the processing drill 10 is brought into contact with a work (not shown) at an appropriate processing pressure, the work is crushed with the rotation of the processing drill 10, and the processing drill 10 is brought into contact with the work with the feed of the processing head 1. When the workpiece is sunk, a fine hole is formed in the workpiece.

【0032】このとき、本実施例の加工装置ではヘッド
送り込みモータ45による加工ヘッド1の送りと併せて
上記振動子5を励起させることにより、加工ヘッド1そ
れ自体が振動子の発生する高周波数で上下に振動し、か
かる振動が加工ドリル10に伝播されるので、加工によ
って生じた研削粉が円滑に微細孔から排出される他、か
かる微細孔に対するスラリーの供給が円滑に行われ、微
細孔の加工速度の向上を図ることができるものである。
At this time, in the processing apparatus of this embodiment, the vibrator 5 is excited together with the feed of the processing head 1 by the head feed motor 45, so that the processing head 1 itself can operate at a high frequency at which the vibrator is generated. Since the vibration vibrates up and down and the vibration is propagated to the processing drill 10, the grinding powder generated by the processing is smoothly discharged from the fine holes, and the supply of the slurry to the fine holes is smoothly performed. The processing speed can be improved.

【0033】また、上記振動子5は加工ヘッド1に内蔵
されているのではなく、加工ヘッド1の送り機構4の中
に装着されていることから、加工ヘッド1それ自体は通
常のドリル加工等に使用される汎用の加工ヘッドを利用
することができ、その分だけ装置のメインテナンスにか
かる手間や時間を省力化することができるものである。
Further, since the vibrator 5 is not built in the machining head 1 but is mounted in the feed mechanism 4 of the machining head 1, the machining head 1 itself can be used for ordinary drilling or the like. A general-purpose processing head used for the apparatus can be used, and the labor and time required for maintenance of the apparatus can be saved correspondingly.

【0034】尚、上記実施例では振動子5として圧電ア
クチュエータを用いたが、ボールねじナット42とアー
ム43との間に介在して該アーム43に振動を印加し得
るものであれば、圧電アクチュエータに限らず、例え
ば、振動周波数の極めて高いボルト締めランジュバン型
振動子等を用いることができる。
Although a piezoelectric actuator is used as the vibrator 5 in the above embodiment, any piezoelectric actuator that can be interposed between the ball screw nut 42 and the arm 43 to apply vibration to the arm 43 can be used. For example, a bolted Langevin type vibrator having an extremely high vibration frequency can be used.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の微細
形状加工装置によれば、振動子の発生した高周波振動は
加工ヘッドを昇降させているアームを介して該加工ヘッ
ドに伝播することから、加工ヘッドには振動子を搭載す
る必要はなく、加工ヘッドそのものは振動子を具備しな
い汎用のものをそのまま利用し得ることから、装置の製
作コストの低減化を図ることができると共に、装置のメ
インテナンスに必要な手間やコストを抑えることも可能
となる。
As described above, according to the fine shape processing apparatus of the present invention, the high frequency vibration generated by the vibrator propagates to the processing head via the arm that moves the processing head up and down. It is not necessary to mount a vibrator on the processing head, and a general-purpose processing head without a vibrator can be used as it is, so that the manufacturing cost of the apparatus can be reduced and The labor and cost required for maintenance can also be reduced.

【0036】また、振動子で発生した高周波振動が揺動
するアームを介して加工ヘッドに伝達されるので、支軸
によって二分されるアームの長さの比を調節することに
より、加工ヘッドに印加される振動の振幅や加工力の双
方を適切に調整することができ、加工中におけるツール
の破損を可及的に防止することが可能となる。
Further, since the high frequency vibration generated by the vibrator is transmitted to the processing head via the oscillating arm, the ratio of the length of the arm divided by the support shaft is adjusted to apply the high frequency vibration to the processing head. It is possible to appropriately adjust both the amplitude of the vibration to be performed and the processing force, and it is possible to prevent the breakage of the tool during the processing as much as possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明を適用した微細形状加工装置の実施例
の構成を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a fine shape processing apparatus to which the present invention is applied.

【図2】 実施例に係るヘッド送り機構の詳細を示す正
面図である。
FIG. 2 is a front view illustrating details of a head feed mechanism according to the embodiment.

【図3】 実施例に係るヘッド送り機構の詳細を示す平
面図である。
FIG. 3 is a plan view illustrating details of a head feed mechanism according to the embodiment.

【図4】 実施例に係る振動子とその周辺を示す正面図
である。
FIG. 4 is a front view showing the vibrator according to the embodiment and its periphery.

【図5】 実施例に係るアームの長さの比と振幅及び加
工力との関係を示す概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a relationship between an arm length ratio, an amplitude, and a processing force according to the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…加工ヘッド、2…装置コラム、4…ヘッド送り機
構、5…振動子、10…加工ドリル、21…ヘッド移動
手段、41…ねじ軸、42…ボールねじナット、43…
アーム、45…ヘッド送り込みモータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing head, 2 ... Device column, 4 ... Head feed mechanism, 5 ... Vibrator, 10 ... Processing drill, 21 ... Head moving means, 41 ... Screw shaft, 42 ... Ball screw nut, 43 ...
Arm, 45 ... Head feeding motor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ワークを加工するためのツールが装着さ
れる加工ヘッドと、この加工ヘッドを装置コラムに対し
て昇降自在に支持するヘッド移動手段と、上記装置コラ
ムに対して加工ヘッドの昇降方向と平行に配設されるね
じ軸と、このねじ軸に螺合するナット部材と、支軸を中
心にして揺動自在に支承されると共に、一端が上記ヘッ
ド移動手段に、他端が上記ナット部材に夫々連結された
アームと、上記ねじ軸を回転させて上記ナット部材を適
宜昇降させ、上記加工ヘッドをワークに対して進退させ
るヘッド送り込みモータと、上記アームとナット部材と
の間に介在してこれらを互いに連結する振動子とから構
成されることを特徴とする微細形状加工装置。
1. A processing head on which a tool for processing a work is mounted, a head moving means for supporting the processing head so as to be able to move up and down with respect to an apparatus column, and a direction in which the processing head is moved up and down with respect to the apparatus column. And a nut member screwed to the screw shaft, supported pivotally about a support shaft, one end of the head moving means, and the other end of the nut Arms respectively connected to the members, a head feed motor for rotating the screw shaft to appropriately raise and lower the nut member, advance and retreat the processing head with respect to the work, and an intervening member between the arm and the nut member. And a vibrator connecting these components to each other.
【請求項2】 請求項1記載の微細形状加工装置におい
て、上記アームに対する支軸の係合位置は、該支軸から
ヘッド移動手段側のアームの長さよりもナット部材側の
アームの長さが短くなるように設定されていることを特
徴とする微細形状加工装置。
2. The micro-shape processing apparatus according to claim 1, wherein an engagement position of the support shaft with respect to the arm is such that the length of the arm on the nut member side is shorter than the length of the arm on the head moving means side from the support shaft. A fine shape processing apparatus characterized in that it is set to be short.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015532220A (en) * 2012-10-22 2015-11-09 ザウアー ウルトラソニック ゲーエムベーハーSauer Ultrasonic Gmbh Workpiece machining method, supply circuit, supply system, tool actuator, tool set
US9908209B2 (en) 2012-10-22 2018-03-06 Sauer Ultrasonic Gmbh Method for machining a workpiece, supply circuit, supply system, tool actuator, tool setup

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