【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、セラミック、シリコーン、超硬金属などの切断、研削及び研磨加工に用いられる超音波振動テーブルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガラス、セラミック、シリコーン、超硬金属などの硬度が高い脆性材料を切断、研削等の加工を施すことは、非常に困難であり従来から工具に超音波振動を加え加工することが行われている。このような超音波切削加工は、切削抵抗が低減するため、切削ツールの摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、切削ツールの寿命が長くなると共に、加工精度の向上につながってくる。なお超音波切削加工について「超音波便覧」（丸善株式会社、平成１１年発行）６７９〜６８４ページに詳しく記載されている。
【０００３】
また、ワークを固定する加工台に超音波振動を与え、これをワークに伝播させ、超音波切削加工を行うことが従来よりよく知られていることである。例えば、特開２００２−３５５７２６号公報には、図８に示すように超音波振動テーブル１は、工作機械のベッドに取り付けられ加工されるワークを固定可能なテーブル装置であり、アルミニウム製のケーシングにシールド用のゴム板を介して固定され、上下に振動する超音波振動装置と超音波振動装置の上端部に、その下側中間部を固定されてワークを固定する振動テーブルと、振動テーブルの外側下部から下方に突出し、ケーシングの超音波振動装置の外側に形成された案内用凹部に挿入されて振動テーブルの横移動を制限しながら上下方向に案内するガイド部材とを有している。ケーシングは、上方に開口した箱状に形成され、内周上部には、内側に突出するリング状の内フランジ部が形成されている。内フランジ部の複数箇所には、上下に貫通する雌ねじ部が形成されている。ケーシングに設けられた鉄製の裏面プレートは、ボルト部材によって着脱可能に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波切削加工においては、工具が大型化した場合は、ワークと接触する工具の加工部分に均一な超音波振動を与えることが非常に難しい。
また、工具が小型化した場合、超音波振動を与える装置も小型化しなければならない。超音波振動装置が小型化すればするほど工具に与えられる振動エネルギーは小さくなってしまう。このため、工具が小型であるときは、超音波切削加工能力は小さくなってしまう欠点がある。
【０００５】
一方、上記の超音波振動テーブルは、工具の形状と関係なく振動させることができる。しかし、前記超音波振動テーブルは、テーブルに対して垂直に振動装置が装着されているので、装置の高さが大きくなるという問題点がある。
さらに超音波振動子の超音波放射面の面積はテーブルの面積に比較して小さいためテーブル全体には均一に振動変位が得られないという欠点がある。
さらに超音波振動方向が垂直方向だけであり、効果のある振動モードを選択できないという問題点がある。
本発明の目的は上述の問題点を解消する超音波振動テーブル提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、工作機械に取り付けられ加工されるワークを固定可能なテーブル装置において、テーブルがその表面に平行方向に超音波振動することと及び前記表面に平行方向の超音波振動の方向が２方向以上存在することを特徴とする超音波振動テーブル。
また、前記テーブル表面の平行方向の２方向以上の超音波振動を持つ超音波振動テーブルにおいて、その超音波振動が圧電厚みすべり振動によることを特徴とする超音波振動テーブルものである。
さらに、前記圧電厚みすべり振動を発生する圧電素子が同じ面内にあることを特徴とする超音波振動テーブルとするものである。
また、前記圧電厚みすべり振動を発生する圧電素子がその平面に対して垂直方向に２層以上に積層されていることを特徴とする超音波振動テーブルとするものである。
さらに、工作機械の加工方向が前記テーブルの表面の振動方向と同じであることを特徴とする超音波振動テーブルものである。
また、前記テーブルの表面の振動が楕円軌跡であることを特徴とする超音波振動テーブルするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
第１の実施の形態を図１、図２を用いて説明する。
図１は第１の実施の形態を示す超音波振動テーブル１の斜視図である。ここで超音波振動テーブル１はステンレス製の加工テーブル２、アルミナ板３ａ、３ｂ、りん青銅製の電極板４ａ、４ｂ、厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、ステンレス製の支持板６そしてステンレス製の直方体７とから構成されている。なお、加工テーブル２にはワークを固定する部品が備わっているが、図面を簡略化するため図示しない。
超音波振動テーブル１は次のように組み立てられる。まず、ステンレス製の直方体７とアルミナ板３ｂをエポキシ樹脂で接合する。ついで、アルミナ板３ｂの上にりん青銅製の電極板４ｂを接合する。さらに、厚みすべり圧電素子５ｂをエポキシ樹脂で接合する。その上にステンレス製の支持板６、厚みすべり圧電素子５ａ、りん青銅製の電極板４ａ、アルミナ板３ａそしてステンレス製の加工テーブル２を載せ、それらのすべてをエポキシ樹脂で接合する。
【０００８】
ここで、超音波振動テーブル１が大型化し、エポキシ樹脂による接合では、接合強度が不足すると考えられる時は、エポキシ樹脂による接合に合わせて、複数のボルトを用いて接合することが好ましい。
【０００９】
図２は厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂの詳細な斜視図である。
大きな形状の厚みすべり圧電素子を作成することは困難であるので、小さな厚みすべり圧電素子を図２に示すようにエポキシ樹脂９を用いて２０個接合した。また、図に示す矢印は分極方向を示している。厚みすべり圧電素子５ａは右方向に、厚みすべり圧電素子５ｂは厚みすべり圧電素子５ａの分極方向と直交する方向に分極されている。
圧電素子の厚みすべり振動の詳しい解説は、（「超音波技術便覧」昭和６０年発行、発行所 日刊工業新聞社）３４５〜３４６ページに記載されている。
【００１０】
次に、図１に示す構成の運転方法について説明する。超音波駆動回路８ａより超音波交流電圧をりん青銅製の電極板４ａに印加する。そしてステンレス製の支持板６をグラウンドに接地する。別の超音波駆動回路８ｂより超音波交流電圧をりん青銅製の電極板４ｂに印加する。そしてステンレス製の支持板６をグラウンドに接地する。またアルミナ板３ａはステンレス製の加工テーブル２とりん青銅製の電極板４ａとを絶縁するためにある。さらにアルミナ板３ｂはステンレス製の直方体７とりん青銅製の電極板４ｂとを絶縁するためにある。その結果、厚みすべり圧電素子５ａに矢印で示す方向Ａの厚みすべり振動が励起される。また厚みすべり圧電素子５ｂには矢印で示す方向Ｂの厚みすべり振動が励起される。厚みすべり圧電素子５ａと厚みすべり圧電素子５ｂの振動方向は互いに直交している。ステンレス製の支持板６の位置がほぼ振動の節になる。この厚みすべり圧電素子５ａと厚みすべり圧電素子５ｂの振動は増幅されながら一方はステンレス製の加工テーブル２に、他方はステンレス製の直方体７に伝播する。ステンレス製の加工テーブル２の矢印Ａ、Ｂは振動方向を示しており、ステンレス製の加工テーブル２の表面に平行で、厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂの分極方向と同じ方向に振動することを表している。また、加工テーブル表面での厚みすべり振動の変位量は従来の縦振動を用いたものに比較してはるかに均一であるので、加工テーブルに置いたワークの位置によらず均一な超音波振動効果が得られる。
【００１１】
ここで、例えば工作機械がダイサーである時は、ステンレス製の加工テーブル２の矢印の方向Ａ、Ｂと加工方向を一致させると、ダイサーの切断ブレードの回転にステンレス製加工テーブル２の矢印の方向の振動が加わり、切断ブレードの回転の回転数を大幅に上げたことと同一の効果である切削力の向上が得られる。
【００１２】
また、ステンレス製加工テーブル２の矢印Ａの方向にダイサーのブレードが位置しているときは、超音波駆動回路８ａにより厚みすべり圧電素子５ａに交流電圧を印加する。そして、厚みすべり圧電素子５ａは矢印Ａにすべり振動する。この時、超音波駆動回路８ｂは、作動させないので矢印Ｂ方向のすべり振動は励起されない。
【００１３】
次にステンレス製加工テーブル２の矢印Ａと直交する方向の矢印Ｂ加工を望むときは、支持板６を載せる図示しない回転テーブルを９０度回転させ、かつ超音波駆動回路８ｂより厚みすべり圧電素子５ｂをりん青銅製の電極板４ｂに印加する。厚みすべり圧電素子５ｂは矢印Ｂにすべり振動する。この時、超音波駆動回路８ａは、作動させないので矢印Ａ方向のすべり振動は励起されない。
【００１４】
図３は厚みすべり圧電素子５ａと５ｂに印加する交流電圧の大きさと位相を調整することにより様々な楕円振動を励起できることを示す。
図３（Ａ）に示す矢印のｘ方向の振動の望むときは、超音波駆動回路８ａにより厚みすべり圧電素子５ａに交流電圧を印加する。この時、超音波駆動回路８ｂは、作動させない。このようなｘ方向の振動も楕円振動の特例であることは、もちろんである。
図３（Ｂ）に示す矢印のｙ方向の振動の望むときは、超音波駆動回路８ｂにより厚みすべり圧電素子５ｂに交流電圧を印加する。この時、超音波駆動回路８ａは、作動させない。このようなｙ方向の振動も楕円振動の特例であることは、もちろんである。
図３（ｃ）に示す矢印の方向の振動の望むときは、超音波駆動回路８ａにより厚みすべり圧電素子５ａに交流電圧を印加する。この時、超音波駆動回路８ｂにも、超音波駆動回路８ｂにより厚みすべり圧電素子５ｂに交流電圧を印加する。そして、超音波駆動回路８ａ、８ｂにより厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂに印加する交流電圧の周波数と位相は同じである。このような斜め方向の振動も楕円振動の特例であることは、もちろんである。
図３（ｄ）に示す矢印の方向の振動の望むときは、超音波駆動回路８ａにより厚みすべり圧電素子５ａに交流電圧を印加する。この時、超音波駆動回路８ｂにも、超音波駆動回路８ｂにより厚みすべり圧電素子５ｂに交流電圧を印加する。そして、超音波駆動回路８ａ、８ｂにより厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂに印加する交流電圧の周波数は同じであり、位相は互いに９０度異なっている。このよう円軌跡の振動も楕円振動の特例であることは、もちろんである。
以上のように厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂに印加する交流電圧の大きさと位相によりより様々な楕円振動を励起できる。
【００１５】
以上に述べたように、回転テーブルに載せた超音波振動テーブルを切断方向に合わせて回転することと、切断方向に合わせて２組以上の厚みすべり振動子に印加する交流電圧の大きさと位相を調整することで、切断方向に加工テーブルをすべり振動させることができる。
このことにより任意の方向の加工において、加工能率が高まり、かつ超音波振動により工具の摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、工具の寿命が長くなると共に、加工精度が向上する。
【００１６】
第２の実施の形態を図４、図５を用いて説明する。
第２の実施の形態は第１の実施の形態の図１の構成に用いられた厚みすべり圧電素子５ａと５ｂの別の実施の形態である。
図４は、同一平面内で少なくとも２方向以上に振動する厚みすべり圧電素子を複数接合することでその表面が楕円振動することができる面内楕円振動子が構成できることを示す図である。
厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄをエポキシ樹脂９により接合する。そして通常、平面を平滑にするために両面を研磨、ラップなどを行う。厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの厚さ方向に交流電圧を印加するとすべり振動が励起できる。そして厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄにそれぞれ印加する交流電圧を独立させることにより、それぞれの厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに印加する交流電圧の大きさと位相を調整することにより図３に示す振動をさせることができる。もちろん楕円軌跡の振動も励起できる。
【００１７】
図５も図４と同じであるが、その形状が円盤状であり、回転運動する加工機械に適しているものである。
厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃをエポキシ樹脂９により接合する。そして通常、平面を平滑にするために両面を研磨、ラップなどを行う。厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃの厚さ方向に交流電圧を印加するとすべり振動が励起できる。そして厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃにそれぞれ印加する交流電圧を独立させることにより、それぞれの厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂ、５ｃに印加する交流電圧の大きさと位相を調整することにより図３に示す振動をさせることができる。もちろん楕円軌跡の振動も励起できる。
このように１平面内で面内の任意の方向の振動及び楕円振動を励起できるので、超音波振動テーブルの薄型化が可能となる。
【００１８】
図６は本発明の面内楕円振動子をラップ装置に用いた第３の実施の形態である。また、ここでは、ラップ盤が工作機械の一部である。
回転モータ１７の回転軸１８にスリップリング１４を取り付ける。スリップリング１４には交流電圧を供給する超音波駆動回路８ａ、８ｂが接続してある。また、厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂに回転しながら交流電圧を供給するリード線がスリップリングの他方に取り付けてある。
厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂの両側には、アルミナ製の回転板２０ａ、２０ｂとステンレス製の回転板１９ａ、１９ｂがあり、図示しないボルトで厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂを締め付け、一体のボルト締め面内楕円振動子としている。アルミナ製の回転板２０ａ、２０ｂは電気的絶縁を持たせるために用いている。このステンレス製の回転板１９ａの上に錫−アンチモン製のラップ盤２１が載せられている。ステンレス製の回転板１９ａとラップ盤２１の間には、グリースを塗り、さらに図示しないボルトによりステンレス製の回転板１９ａとラップ盤２１を接合している。グリースは超音波振動がステンレス製の回転板１９ａとラップ盤２１の間を損失することなく伝播するように用いている。
ステンレス製の円盤２２にワーク２３をワックス等を用いて接着し、ラップ盤２２の上に載せる。また、ステンレス製の円盤２２を回転自在に保持するためにローラ保持器２４がある。
さらに、ラップ盤の上にはスラリを供給するためのスラリ供給装置２５がある。
【００１９】
図７は図６に用いた厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂの分極方向を示す図である。厚みすべり圧電素子５ａの分極方向と厚みすべり圧電素子５ｂの分極方向は直交している。厚みすべり圧電素子５ａの分極方向は実線の矢印で、厚みすべり圧電素子５ｂの分極方向は点線の矢印で示す。
【００２０】
次に図６の装置の運転方法について説明する。
まず、回転モータ１７を作動させラップ盤２１を回転させる。超音波駆動回路８ａ、８ｂよりスリップリングを介して厚みすべり圧電素子５ａ、５ｂに交流電圧を印加する。そして厚みすべり圧電素子５ａと厚みすべり圧電素子５ｂに印加する交流電圧は大きさが同じで位相が９０度異なる。
このように厚みすべり圧電素子５ａと厚みすべり圧電素子５ｂに交流電圧を印加するとラップ盤の表面に、ラップ盤２１の表面に平行な楕円振動が発生する。
円盤２２に接着したワーク２３にはラップ盤２１の回転運動と、ラップ盤２１の表面の楕円振動が作用し、ワーク２３とラップ盤２１の相対運動が大きくなる。この効果により、加工能率が高まり、かつ超音波振動により工具の摩擦熱が少なく加工面の熱歪が少なくなり、工具の寿命が長くなると共に、加工精度が向上する。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波振動テーブルによれば、加工テーブル表面にほぼ均一な超音波振動が得られるので有効な加工テーブル面積を大きくすることができる。また、任意の方向の超音波振動が得られるので、任意の方向の加工が可能になる。さらに、超音波テーブルを薄型化できるので既設の工作機械の改造を必要としない。さらに、工作機械の加工方向と超音波振動の振動方向を一致させることにより加工効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の超音波振動テーブルを示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に用いる厚みすべり圧電素子を示す斜視図である
。
【図３】第１の実施の形態の超音波振動テーブルの振動方向を示す図である
。
【図４】第２の実施の形態の面内楕円振動子の第１の構成を示す斜視図である。
【図５】第２の実施の形態の面内楕円振動子の第２の構成を示す斜視図であ
る。
【図６】第３の実施の形態のラップ装置を示す斜視図である。
【図７】第３の実施の形態のラップ装置に用いる面内楕円振動子を示す斜視
図である。
【図８】従来の超音波振動テーブルを示す図である。
【符号の説明】
１ 超音波振動テーブル
２ 加工テーブル
３ アルミナ板
４ 電極板
５ 圧電素子
６ 支持板
７ 直方体
８ 超音波駆動回路
９ エポキシ樹脂
１０ フェルト状のナイロン繊維
１１ シリコンゴムの突起
１２ ディスク
１３ 丸棒
１４ スリップリング
１５ 取り付け台
１６ 回転テーブル
１７ 回転モータ
１８ 回転軸
１９ ステンレス製の回転板
２０ アルミナ製の回転板
２１ ラップ盤
２２ 円盤
２３ ワーク
２４ ローラ保持器
２５ スラリ供給装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic vibration table used for cutting, grinding, and polishing of glass, ceramic, silicone, cemented carbide, and the like.
[0002]
[Prior art]
In general, it is very difficult to cut and grind brittle materials with high hardness such as glass, ceramic, silicone, and super hard metal, and it has been conventionally performed by applying ultrasonic vibration to tools. ing. In such ultrasonic cutting, since cutting resistance is reduced, the frictional heat of the cutting tool is reduced, the thermal distortion of the processed surface is reduced, the life of the cutting tool is extended, and the machining accuracy is improved. Ultrasonic cutting is described in detail in “Ultrasonic Handbook” (Maruzen Co., Ltd., published in 1999), pages 679-684.
[0003]
In addition, it is well known in the art to apply ultrasonic vibration to a work table on which a work is fixed, propagate it to the work, and perform ultrasonic cutting. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-355726, as shown in FIG. 8, an ultrasonic vibration table 1 is a table device that can fix a workpiece to be processed by being attached to a bed of a machine tool. An ultrasonic vibration device that is fixed via a rubber plate for shielding and vibrates up and down, a vibration table that fixes the lower middle portion to the upper end of the ultrasonic vibration device, and fixes the work, and the outside of the vibration table The guide member protrudes downward from the lower portion and is inserted into a guide recess formed outside the ultrasonic vibration device of the casing to guide in the vertical direction while restricting the lateral movement of the vibration table. The casing is formed in a box shape that opens upward, and a ring-shaped inner flange portion that protrudes inward is formed on the inner periphery. Female thread portions that penetrate vertically are formed at a plurality of locations on the inner flange portion. The iron back plate provided in the casing is detachably formed by a bolt member.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in ultrasonic cutting, when the tool becomes large, it is very difficult to give uniform ultrasonic vibration to the processed portion of the tool that comes into contact with the workpiece.
In addition, when the tool is downsized, the device for applying ultrasonic vibration must be downsized. The smaller the ultrasonic vibration device is, the smaller the vibration energy given to the tool. For this reason, when a tool is small, there exists a fault that an ultrasonic cutting capability will become small.
[0005]
On the other hand, the ultrasonic vibration table can be vibrated regardless of the shape of the tool. However, the ultrasonic vibration table has a problem that the height of the apparatus increases because the vibration apparatus is mounted perpendicular to the table.
Furthermore, since the area of the ultrasonic radiation surface of the ultrasonic transducer is smaller than the area of the table, there is a drawback that uniform vibration displacement cannot be obtained in the entire table.
Furthermore, the ultrasonic vibration direction is only the vertical direction, and there is a problem that an effective vibration mode cannot be selected.
An object of the present invention is to provide an ultrasonic vibration table that solves the above-mentioned problems.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a table device capable of fixing a workpiece to be processed by being attached to a machine tool, the table ultrasonically vibrates in a direction parallel to the surface thereof, and ultrasonic vibration in a direction parallel to the surface. An ultrasonic vibration table characterized in that there are two or more directions.
In the ultrasonic vibration table having ultrasonic vibration in two or more directions parallel to the table surface, the ultrasonic vibration is due to piezoelectric thickness shear vibration.
Furthermore, the ultrasonic vibration table is characterized in that the piezoelectric elements generating the piezoelectric thickness shear vibration are in the same plane.
In addition, the ultrasonic vibration table is characterized in that the piezoelectric element generating the piezoelectric thickness shear vibration is laminated in two or more layers in a direction perpendicular to the plane.
Furthermore, the ultrasonic vibration table is characterized in that the machining direction of the machine tool is the same as the vibration direction of the surface of the table.
Further, the ultrasonic vibration table is characterized in that the vibration of the surface of the table is an elliptical locus.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
This will be described in detail based on the embodiment of the present invention.
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic vibration table 1 showing the first embodiment. Here, the ultrasonic vibration table 1 includes a processing table 2 made of stainless steel, alumina plates 3a and 3b, electrode plates 4a and 4b made of phosphor bronze, thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b, a support plate 6 made of stainless steel, and a rectangular parallelepiped made of stainless steel. 7. The processing table 2 is provided with parts for fixing the workpiece, but is not shown in order to simplify the drawing.
The ultrasonic vibration table 1 is assembled as follows. First, the rectangular parallelepiped 7 made of stainless steel and the alumina plate 3b are joined with an epoxy resin. Next, a phosphor bronze electrode plate 4b is joined onto the alumina plate 3b. Further, the thickness-slip piezoelectric element 5b is joined with an epoxy resin. A stainless support plate 6, a thickness-slip piezoelectric element 5a, a phosphor bronze electrode plate 4a, an alumina plate 3a, and a stainless steel processing table 2 are mounted thereon, and all of them are bonded with an epoxy resin.
[0008]
Here, when the ultrasonic vibration table 1 is increased in size and it is considered that the bonding strength is insufficient in the bonding with the epoxy resin, it is preferable to bond using a plurality of bolts in accordance with the bonding with the epoxy resin.
[0009]
FIG. 2 is a detailed perspective view of the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b.
Since it is difficult to produce a large thickness slip piezoelectric element, 20 small thickness slip piezoelectric elements were joined using epoxy resin 9 as shown in FIG. Moreover, the arrow shown in the figure indicates the polarization direction. The thickness-slip piezoelectric element 5a is polarized in the right direction, and the thickness-slip piezoelectric element 5b is polarized in a direction orthogonal to the polarization direction of the thickness-slip piezoelectric element 5a.
A detailed explanation of the thickness shear vibration of the piezoelectric element is described on pages 345 to 346 (“Ultrasonic Technology Handbook” published in 1985, published by Nikkan Kogyo Shimbun).
[0010]
Next, an operation method having the configuration shown in FIG. 1 will be described. An ultrasonic alternating voltage is applied to the phosphor bronze electrode plate 4a from the ultrasonic drive circuit 8a. The stainless steel support plate 6 is grounded. An ultrasonic AC voltage is applied to the phosphor bronze electrode plate 4b from another ultrasonic drive circuit 8b. The stainless steel support plate 6 is grounded. The alumina plate 3a is provided to insulate the stainless steel processing table 2 from the phosphor bronze electrode plate 4a. Further, the alumina plate 3b is provided to insulate the rectangular parallelepiped 7 made of stainless steel from the electrode plate 4b made of phosphor bronze. As a result, the thickness shear vibration in the direction A indicated by the arrow is excited in the thickness shear piezoelectric element 5a. Further, the thickness shear vibration in the direction B indicated by the arrow is excited in the thickness shear piezoelectric element 5b. The vibration directions of the thickness-slip piezoelectric element 5a and the thickness-slip piezoelectric element 5b are orthogonal to each other. The position of the stainless steel support plate 6 is almost a vibration node. While the vibrations of the thickness-slip piezoelectric element 5a and the thickness-slip piezoelectric element 5b are amplified, one propagates to the stainless steel processing table 2 and the other propagates to the stainless steel rectangular parallelepiped 7. Arrows A and B of the stainless steel processing table 2 indicate the vibration direction, and indicate that the vibration is parallel to the surface of the stainless steel processing table 2 and in the same direction as the polarization direction of the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b. ing. In addition, the displacement amount of the thickness shear vibration on the processing table surface is much more uniform than that using the conventional longitudinal vibration, so the ultrasonic vibration effect is uniform regardless of the position of the workpiece placed on the processing table. Is obtained.
[0011]
Here, for example, when the machine tool is a dicer, the direction of arrows A and B of the stainless steel processing table 2 matches the processing direction, and the direction of the arrow of the stainless steel processing table 2 is rotated by the rotation of the cutting blade of the dicer. As a result, the cutting force can be improved, which is the same effect as that of greatly increasing the rotation speed of the cutting blade.
[0012]
When a dicer blade is positioned in the direction of arrow A on the stainless steel processing table 2, an alternating voltage is applied to the thickness-slip piezoelectric element 5a by the ultrasonic drive circuit 8a. The thickness-slip piezoelectric element 5a slides and vibrates in the arrow A. At this time, since the ultrasonic drive circuit 8b is not operated, the sliding vibration in the direction of arrow B is not excited.
[0013]
Next, when it is desired to process the arrow B in the direction orthogonal to the arrow A of the stainless steel processing table 2, a rotary table (not shown) on which the support plate 6 is mounted is rotated 90 degrees and the thickness-slip piezoelectric element 5b is rotated by the ultrasonic drive circuit 8b. Is applied to the phosphor bronze electrode plate 4b. The thickness-slip piezoelectric element 5b vibrates in the direction of arrow B. At this time, since the ultrasonic drive circuit 8a is not operated, the sliding vibration in the direction of arrow A is not excited.
[0014]
FIG. 3 shows that various elliptical vibrations can be excited by adjusting the magnitude and phase of the AC voltage applied to the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b.
When vibration in the x direction indicated by the arrow shown in FIG. 3A is desired, an AC voltage is applied to the thickness-slip piezoelectric element 5a by the ultrasonic drive circuit 8a. At this time, the ultrasonic drive circuit 8b is not operated. Of course, such vibration in the x direction is also a special case of elliptical vibration.
When vibration in the y direction of the arrow shown in FIG. 3B is desired, an AC voltage is applied to the thickness-slip piezoelectric element 5b by the ultrasonic drive circuit 8b. At this time, the ultrasonic drive circuit 8a is not operated. It goes without saying that such vibration in the y direction is also a special case of elliptical vibration.
When vibration in the direction of the arrow shown in FIG. 3C is desired, an AC voltage is applied to the thickness-slip piezoelectric element 5a by the ultrasonic drive circuit 8a. At this time, the ultrasonic drive circuit 8b is also applied with an AC voltage to the thickness-slip piezoelectric element 5b by the ultrasonic drive circuit 8b. The frequency and phase of the AC voltage applied to the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b by the ultrasonic drive circuits 8a and 8b are the same. Of course, such oblique vibration is also a special case of elliptical vibration.
When vibration in the direction of the arrow shown in FIG. 3D is desired, an AC voltage is applied to the thickness-slip piezoelectric element 5a by the ultrasonic drive circuit 8a. At this time, the ultrasonic drive circuit 8b is also applied with an AC voltage to the thickness-slip piezoelectric element 5b by the ultrasonic drive circuit 8b. And the frequency of the alternating voltage applied to the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b by the ultrasonic drive circuits 8a and 8b is the same, and the phases are 90 degrees different from each other. Of course, the vibration of the circular locus is a special case of the elliptical vibration.
As described above, various elliptical vibrations can be excited by the magnitude and phase of the AC voltage applied to the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b.
[0015]
As described above, the ultrasonic vibration table placed on the rotary table is rotated in accordance with the cutting direction, and the magnitude and phase of the AC voltage applied to two or more sets of thickness-slip vibrators in accordance with the cutting direction are determined. By adjusting, the processing table can be slid and vibrated in the cutting direction.
As a result, in machining in any direction, the machining efficiency is increased, the frictional heat of the tool is reduced by ultrasonic vibration, the thermal distortion of the machined surface is reduced, the tool life is increased, and the machining accuracy is improved.
[0016]
A second embodiment will be described with reference to FIGS.
The second embodiment is another embodiment of the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b used in the configuration of FIG. 1 of the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing that an in-plane elliptical vibrator whose surface can be subjected to elliptical vibration can be configured by joining a plurality of thickness-slip piezoelectric elements that vibrate in at least two directions within the same plane.
Thickness-slip piezoelectric elements 5 a, 5 b, 5 c, 5 d are joined by epoxy resin 9. Usually, both surfaces are polished and lapped to smooth the plane. When an alternating voltage is applied in the thickness direction of the thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, 5c, and 5d, slip vibration can be excited. The AC voltage applied to each of the thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, 5c, and 5d is made independent, thereby adjusting the magnitude and phase of the AC voltage applied to each of the thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, 5c, and 5d. Thus, the vibration shown in FIG. 3 can be caused. Of course, the vibration of the elliptical trajectory can also be excited.
[0017]
FIG. 5 is also the same as FIG. 4, but the shape is a disk shape and is suitable for a processing machine that rotates.
Thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, and 5c are joined by epoxy resin 9. Usually, both surfaces are polished and lapped to smooth the plane. When an alternating voltage is applied in the thickness direction of the thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, and 5c, the slip vibration can be excited. Then, the AC voltage applied to each of the thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, and 5c is made independent to adjust the magnitude and phase of the AC voltage applied to each of the thickness-slip piezoelectric elements 5a, 5b, and 5c, as shown in FIG. The vibration shown can be made. Of course, the vibration of the elliptical trajectory can also be excited.
In this way, since vibrations in any direction and elliptical vibrations can be excited in one plane, the thickness of the ultrasonic vibration table can be reduced.
[0018]
FIG. 6 shows a third embodiment in which the in-plane elliptical vibrator of the present invention is used in a lapping apparatus. Here, the lapping machine is a part of the machine tool.
The slip ring 14 is attached to the rotary shaft 18 of the rotary motor 17. Ultrasonic drive circuits 8a and 8b for supplying an alternating voltage are connected to the slip ring 14. Further, a lead wire for supplying an AC voltage while rotating to the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b is attached to the other side of the slip ring.
There are alumina rotary plates 20a and 20b and stainless steel rotary plates 19a and 19b on both sides of the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b. The thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b are fastened with bolts (not shown) and tightened with an integral bolt. An in-plane elliptical oscillator is used. The alumina rotary plates 20a and 20b are used to provide electrical insulation. A lapping machine 21 made of tin-antimony is placed on the stainless steel rotating plate 19a. Grease is applied between the stainless steel rotating plate 19a and the lapping machine 21, and the stainless steel rotating plate 19a and the lapping machine 21 are joined by bolts (not shown). The grease is used so that ultrasonic vibration propagates between the stainless steel rotating plate 19a and the lapping machine 21 without loss.
The work 23 is bonded to the stainless steel disk 22 using wax or the like and placed on the lapping machine 22. There is also a roller holder 24 for holding the stainless steel disk 22 rotatably.
Furthermore, there is a slurry supply device 25 for supplying slurry on the lapping machine.
[0019]
FIG. 7 is a diagram showing the polarization direction of the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b used in FIG. The polarization direction of the thickness-slip piezoelectric element 5a is orthogonal to the polarization direction of the thickness-slip piezoelectric element 5b. The polarization direction of the thickness-slip piezoelectric element 5a is indicated by a solid arrow, and the polarization direction of the thickness-slip piezoelectric element 5b is indicated by a dotted arrow.
[0020]
Next, a method for operating the apparatus of FIG. 6 will be described.
First, the rotation motor 17 is operated to rotate the lapping machine 21. An AC voltage is applied from the ultrasonic drive circuits 8a and 8b to the thickness-slip piezoelectric elements 5a and 5b through slip rings. The alternating voltage applied to the thickness-slip piezoelectric element 5a and the thickness-slip piezoelectric element 5b has the same magnitude and a phase difference of 90 degrees.
When an alternating voltage is applied to the thickness-slip piezoelectric element 5a and the thickness-slip piezoelectric element 5b in this way, elliptical vibration parallel to the surface of the lapping machine 21 is generated on the surface of the lapping machine 21.
The work 23 bonded to the disk 22 is subjected to the rotational motion of the lap machine 21 and the elliptical vibration of the surface of the lap machine 21, and the relative motion between the work 23 and the lap machine 21 increases. Due to this effect, the machining efficiency is increased, and the frictional heat of the tool is reduced by ultrasonic vibration, the thermal distortion of the machined surface is reduced, the tool life is increased, and the machining accuracy is improved.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the ultrasonic vibration table of the present invention, substantially uniform ultrasonic vibration can be obtained on the surface of the processing table, so that the effective processing table area can be increased. In addition, since ultrasonic vibrations in any direction can be obtained, processing in any direction becomes possible. Furthermore, since the ultrasonic table can be made thin, it is not necessary to modify the existing machine tool. Furthermore, machining efficiency can be improved by matching the machining direction of the machine tool with the vibration direction of the ultrasonic vibration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an ultrasonic vibration table according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a thickness-slip piezoelectric element used in the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a vibration direction of the ultrasonic vibration table according to the first embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a first configuration of an in-plane elliptical vibrator according to a second embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a second configuration of the in-plane elliptical vibrator of the second embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing a lap device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing an in-plane elliptical vibrator used in the lapping apparatus of the third embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a conventional ultrasonic vibration table.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic vibration table 2 Processing table 3 Alumina plate 4 Electrode plate 5 Piezoelectric element 6 Support plate 7 Rectangular body 8 Ultrasonic drive circuit 9 Epoxy resin 10 Felt-like nylon fiber 11 Silicon rubber protrusion 12 Disc 13 Round bar 14 Slip ring 15 Mounting base 16 Rotating table 17 Rotating motor 18 Rotating shaft 19 Rotating plate 20 made of stainless steel Rotating plate 21 made of alumina Lapping machine 22 Disk 23 Work 24 Roller holder 25 Slurry supply device
