JP2001205546A - 超音波加工用工具製造方法および超音波加工装置 - Google Patents

超音波加工用工具製造方法および超音波加工装置

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JP2001205546A
JP2001205546A JP2000019342A JP2000019342A JP2001205546A JP 2001205546 A JP2001205546 A JP 2001205546A JP 2000019342 A JP2000019342 A JP 2000019342A JP 2000019342 A JP2000019342 A JP 2000019342A JP 2001205546 A JP2001205546 A JP 2001205546A
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JP
Japan
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ultrasonic
tool
ultrasonic machining
drill
processing
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JP2000019342A
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English (en)
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Yoshihiro Take
義弘 岳
Kouyu Kikura
宏猷 鬼鞍
Osamu Onishi
修 大西
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TAKEMASA KK
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TAKEMASA KK
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波加工における工具の芯合わせ作業を省
略化するとともに正確な芯合わせをすることができる超
音波加工具製造技術を提供する。 【解決手段】 超音波加工具製造装置10は、未完成の
微小径ドリル20を装着可能な超音波スピンドル14
と、超音波スピンドル14と異なる方向に配置され微小
径ドリル20を芯合わせしながら研削加工するためのダ
イアモンドホイール22が装着された超音波スピンドル
17と、超音波スピンドル14に装着された状態にある
完成した微小径ドリル21で研削加工可能な位置に配置
された被削材保持具19とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微小径の穴あけや
穴加工に適した超音波加工用工具の製造方法およびこれ
を実施するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】工業製品の高集積化、小型化、高性能化
に伴い、これらの工業製品を構成する各種部品に対する
直径200μm程度以下の微小径の穴あけや穴加工が増
大しているが、このような加工には超音波加工が適して
いることは広く知られ、従来より、様々な超音波加工技
術が開発されている。
【0003】これらの超音波加工に使用する工具は微小
径であるため、製作の際に高い寸法精度および形状精度
を要求されるだけでなく、加工装置の回転軸に装着され
る際の芯合わせが極めて重要であるとともに、この芯合
わせ作業は非常に困難を極める作業である。
【0004】直径200μm程度以下の微小径、特に、
直径50μm以下の微小径の超音波加工用工具の場合、
中心が数μmでもずれたり、加工用工具自体が回転軸に
対して斜めに装着されていると、回転させたときにブレ
が生じて、切削抵抗が軸直角方向に作用するので、工具
が折損しやすくなり、正確な穴加工を行うことが不可能
となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような状況に対処
するため、製作された超音波加工用工具の中から加工精
度および形状精度の良好なものを選択し、超音波加工用
工具を加工装置の回転軸に装着する際には顕微鏡を用い
て監視しながら芯合わせを行っている。
【0006】しかしながら、このような作業には熟練し
た技術と、多大な手間と時間を要するので、作業工程合
理化の阻害および加工コスト上昇の要因となっている。
また、顕微鏡を用いて監視しながら芯合わせを行って
も、完全な芯合わせをすることは現実的には不可能に近
い。
【0007】本発明が解決しようとする課題は、超音波
加工における微小径工具の芯合わせ作業を省略化すると
もに、正確な芯合わせをすることができる超音波加工用
工具製造技術を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は試験研究を繰
り返した結果、超音波加工用工具が装着されている加工
装置においてはミクロン単位の高精度加工が可能であ
り、これを利用することによって前記課題を解決できる
ことに着目し、本発明を完成させるに至ったものであ
る。
【0009】本発明は、超音波加工装置の回転軸に装着
し超音波振動を付与しながら被加工材を加工する超音波
加工用工具の製造方法であって、未完成の超音波加工用
工具を前記回転軸に装着した後、前記回転軸と異なる方
向に配置された研削加工手段を用いて前記超音波加工用
工具を芯合わせしながら研削加工して、完成品とするこ
とを特徴とする。
【0010】いかに高精度に加工された超音波加工用工
具であっても、それを超音波加工装置の回転軸に装着す
る際の芯合わせ作業は非常に困難であることから、本発
明は、実際に超音波加工を行う装置の回転軸に装着した
状態で超音波加工用工具の成形加工を行うことにより、
装着の際の芯合わせ作業を省略化したものである。
【0011】このような超音波加工用工具製造方法によ
り、概略の寸法、形状に製作された未完成の超音波加工
用工具を普通の精度で超音波加工装置の回転軸に装着
し、研削加工手段を用いて超音波加工用工具の成形加工
を行うだけで、回転軸との芯合わせがなされた状態で超
音波加工用工具が完成する。これにより、この状態で直
ちに前記超音波加工用工具を使用した超音波加工作業を
行うことが可能となり、超音波加工用工具の芯合わせ作
業を省略するとともに、正確な芯合わせをすることがで
きる。
【0012】この超音波加工用工具製造方法は一般の超
音波加工用工具に適用可能であるが、回転軸への装着お
よび芯合わせが特に困難である、直径50μm以下の微
小径のドリルの製造に好適である。なお、微小径ドリル
の製造工程において、外周研削加工だけでなく、ドリル
溝および先端角と逃げ面の成形研削加工などにも適用す
ることができる。
【0013】微小径の未完成超音波加工用工具を水平状
態に保持して加工を施した場合、供給される研削液の重
さで加工中の超音波加工用工具が僅かに撓むことがあ
り、これによって寸法精度や形状精度が低下し、正確な
芯合わせができないことがあるが、前記超音波加工用工
具を鉛直状態に保持して加工することにより、研削液の
重さで超音波加工用工具が撓むことがなくなるので、寸
法精度および形状精度がさらに向上し、より正確な芯合
わせを行うことができるようになる。
【0014】前記研削加工手段として、超音波加工機を
用いることにより、未完成の超音波加工用工具に対して
高精度、高効率の加工を施すことが可能となる。この場
合、ダイヤモンド砥石などに超音波微振動と回転運動と
を与えながら超音波加工用工具の研削加工を行う固定砥
粒加工方式が好適である。
【0015】上記の超音波加工用工具製造方法は、超音
波加工用工具を装着可能な回転軸と、前記回転軸と異な
る方向に配置され前記回転軸に装着された未完成の超音
波加工用工具を芯合わせしながら加工する研削加工手段
と、前記回転軸に装着された状態にある完成した超音波
加工用工具に超音波振動を付与する超音波伝達手段およ
び被加工材保持手段とを備えた超音波加工装置を用いて
実施することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施の形態である
超音波加工装置を示す正面図、図2は図1の超音波加工
装置の側面図である。
【0017】超音波加工装置10においては、台座11
の後方に立設された支柱12上に主軸上下送りモータ1
3が配置され、支柱12の前方には支柱12に沿って昇
降可能な主軸15に超音波スピンドル14が取り付けら
れ、台座11上に前後左右に水平移動可能なXY軸テー
ブル16が設けられ、XY軸テーブル16上には、超音
波スピンドル17と、被加工材18を保持するための被
加工材保持具19とが配置されている。
【0018】主軸15の超音波スピンドル14には、未
完成の超音波加工用工具である微小径のドリル20が装
着され、XY軸テーブル16上の超音波スピンドル17
には研削加工用工具であるダイヤモンドホイール22が
装着されている。
【0019】図3および図4に示すように、主軸15の
超音波スピンドル14に装着された未完成のドリル20
を回転させながら、XY軸テーブル16上の超音波スピ
ンドル17に装着されたダイヤモンドホイール22に超
音波振動および回転運動を付与しながら固定砥粒加工方
式による研削加工を施す。この場合、ドリル20の回転
方向は図4に矢印Aで示す方向に、ダイヤモンドホイー
ル22の回転方向は図4に矢印Bで示す方向にすること
が望ましい。工具鋼製ドリルの場合、両者の回転方向を
このようにすることにより、ドリル20の加工精度(加
工形状および加工寸法)が良好となる。
【0020】なお、ドリル20が超硬合金製である場合
は、ダイヤモンドホイール22の回転方向は矢印Bと逆
方向とする。その理由は、超硬合金製ドリルは材質が脆
く、引張方向に研削力が作用すると折れ易いので、これ
を防止するためである。
【0021】このように、超音波スピンドル14に装着
した状態でドリル20の外周研削加工を行うことによ
り、ドリル20は芯が合った状態で、正確な寸法、形状
に仕上げることができる。このような工程をとることに
より、未完成のドリル20は、完成品であるドリル21
となる。
【0022】なお、超音波加工装置10は、ドリル20
の外周研削加工だけでなく、ドリル溝20aの成形加
工、ドリル20の先端角と逃げ面の成形加工など、ドリ
ル20を完成させるまでに必要な種々の成形加工を行う
ことができる。例えば、ドリル20の先端角および逃げ
面を所定角度をもつ平面に成形加工する場合、図5およ
び図6に示すように、XY軸テーブル16上の超音波ス
ピンドル17を所定角度に傾斜させ、工具軸と未完成の
ドリル20の軸とをオフセットさせた状態で保持し、こ
の状態でダイヤモンドホイール22に超音波振動および
回転運動を付与しながらドリル20の先端部分を成形加
工することにより、所定の先端角および逃げ面に仕上げ
ることができる。
【0023】以上のような工程により、ドリル21が完
成したら、図7および図8に示すように、XY軸テーブ
ル16を移動させて、超音波スピンドル17およびダイ
ヤモンドホイール22をドリル21から離した後、ドリ
ル21の直下位置まで被加工材18を移動させ、超音波
スピンドル14でドリル21に超音波振動および回転運
動を付与しながら被加工材18の加工を行う。
【0024】このように、実際に被加工材18の超音波
加工を行う場合、超音波加工装置10の超音波スピンド
ル14に未完成のドリル20を予め装着し、超音波スピ
ンドル17およびダイヤモンドホイール22を用いてこ
のドリル20の研削加工を行って完成品であるドリル2
1に仕上げた後、ドリル21を超音波スピンドル14に
装着したままの状態で被加工材18の加工を行うことに
より、ドリル21の芯合わせ作業を省略化するととも
に、正確な芯合わせをすることができるので、加工精度
および作業効率が大幅に向上する。
【0025】本実施形態において、完成品のドリル21
は直径20μmであるが、上記の方法で未完成のドリル
20の研削加工を行うことによって、正確な寸法、形状
に仕上げるとともに正確な芯合わせを行うことができる
ため、被加工材18を正確かつ効率的に超音波加工する
ことができる。
【0026】この超音波加工装置10では、未完成のド
リル20を鉛直状態に保持して研削加工するので、研削
液の重さで加工中のドリル20が撓むことがなく、寸法
精度および形状精度が大幅に向上し、より正確な芯合わ
せを行うことができる。また、ドリル20に対する研削
加工手段として、超音波スピンドル17を用いた固定砥
粒加工方式を採用し、ダイヤモンドホイール22に超音
波微振動と回転運動を与えながら超音波加工を行うの
で、ドリル20に対して高精度、高効率の研削加工を施
すことができる。
【0027】なお、本発明はこの実施形態に限定するも
のではないので、固定砥粒加工方式における超音波加工
用工具やその他の加工用工具の製造技術として広く採用
することができる。
【0028】
【発明の効果】本発明により、以下に示す効果を奏す
る。
【0029】(1)超音波加工装置の回転軸に装着し超
音波振動を付与しながら被加工材を加工する超音波加工
用工具の製造において、未完成の超音波加工用工具を回
転軸に装着した後、回転軸と異なる方向に配置された研
削加工手段を用いて超音波加工用工具を芯合わせしなが
ら加工して完成品とすることにより、未完成の超音波加
工用工具を普通の精度で回転軸に装着し、研削加工手段
を用いて超音波加工用工具の研削加工を行うだけで、回
転軸と芯合わせされた状態で超音波加工用工具が完成す
る。これにより、この状態で直ちに超音波加工用工具を
使用した超音波加工作業を行うことが可能となるので、
超音波加工用工具の芯合わせ作業を省略するとともに、
正確な芯合わせを実現することができる。
【0030】(2)未完成の超音波加工用工具を鉛直状
態に保持して加工することにより、加工中の超音波加工
用工具が研削液の重さで撓むことがなくなるので、寸法
精度および形状精度がさらに向上し、より正確な芯合わ
せを行うことができるようになる。
【0031】(3)前記研削加工手段として、超音波加
工機を用いることにより、未完成の超音波加工用工具に
対して高精度、高効率の加工を施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態である超音波加工装置を示す正面
図である。
【図2】 図1の超音波加工装置の側面図である。
【図3】 図1の超音波加工装置を用いて超音波加工用
工具を製造する工程を示す正面図である。
【図4】 図1の超音波加工装置を用いて超音波加工用
工具を製造する工程を示す側面図である。
【図5】 図1の超音波加工装置を用いて超音波加工用
工具を製造する工程を示す正面図である。
【図6】 図1の超音波加工装置を用いて超音波加工用
工具を製造する工程を示す側面図である。
【図7】 図1の超音波加工装置を用いて被加工材を加
工する工程を示す正面図である。
【図8】 図1の超音波加工装置を用いて被加工材を加
工する工程を示す側面図である。
【符号の説明】
10 超音波加工装置 11 台座 12 支柱 13 主軸上下送りモータ 14 超音波スピンドル 15 主軸 16 XY軸テーブル 17 超音波スピンドル 18 被加工材 19 被加工材保持具 20 未完成のドリル 20a ドリル溝 21 完成品のドリル 22 ダイヤモンドホイール
フロントページの続き (72)発明者 大西 修 福岡県福岡市東区箱崎6丁目10番1号 九 州大学内 Fターム(参考) 3C036 AA15 3C049 AA04 AA19 AB01 AC01 CA01 CB03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波加工装置の回転軸に装着し超音波
    振動を付与しながら被加工材を加工する超音波加工用工
    具の製造方法であって、未完成の超音波加工用工具を前
    記回転軸に装着した後、前記回転軸と異なる方向に配置
    された研削加工手段を用いて前記超音波加工用工具を芯
    合わせしながら研削加工して完成品とすることを特徴と
    する超音波加工用工具製造方法。
  2. 【請求項2】 前記超音波加工用工具を鉛直状態に保持
    して加工する請求項1記載の超音波加工用工具製造方
    法。
  3. 【請求項3】 前記研削加工手段として、超音波加工機
    を用いた請求項1または2記載の超音波加工用工具製造
    方法。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3に記載の超音波加工用
    工具製造方法を実施するための装置であって、超音波加
    工用工具を装着可能な回転軸と、前記回転軸と異なる方
    向に配置され前記回転軸に装着された未完成の超音波加
    工用工具を芯合わせしながら加工する研削加工手段と、
    前記回転軸に装着された状態にある完成した超音波加工
    用工具に超音波振動を付与する超音波伝達手段および被
    加工材保持手段とを備えたことを特徴とする超音波加工
    装置。
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