JP2007125867A - Disk-shaped blade and cutting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラスやシリコンなどの脆い材料から形成された加工対象物の切断あるいは溝入れに有利に用いることができる円盤状のブレードおよび切断装置に関する。 The present invention relates to a disk-shaped blade and a cutting device that can be advantageously used for cutting or grooving a workpiece formed of a brittle material such as glass or silicon.
ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、希土類磁石材料もしくは超硬金属などの硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物を切断あるいは溝入れするために、円盤状のブレードを備えた切断装置が一般的に用いられている。 A cutting device with a disk-shaped blade is generally used for cutting or grooving a workpiece formed from a hard and brittle material such as glass, silicon, silicon nitride, rare earth magnet material or super hard metal. It is used.
図1は、特許文献1に記載の従来の切断装置5の構成例を示す正面図であり、そして図2は、図1の切断装置5の側面図である。図1及び図2に示す切断装置5は、回転駆動装置6の回転軸3に取付けられた第一のフランジ2a、円盤状の切断ブレード1、及び第二のフランジ2b、そしてこれらのフランジ2a、2bにより切断ブレード1を締め付け固定するためのナット4から構成されている。そして切断装置5の回転駆動装置6を作動させて円盤状の切断ブレード1を回転させながら、加工対象物を切断あるいは溝入れを行う。 FIG. 1 is a front view showing a configuration example of a
一方、工作機械のバイトなどの工具に超音波振動を付与しながら加工対象物を切削する方法は知られている。このような切削方法は、超音波切削加工と呼ばれており、非特許文献1に詳しく記載されている。超音波切削加工は、加工対象物と工具との摩擦抵抗が小さくなるために、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。さらにそして、加工速度が倍以上になることも非特許文献2に詳しく記載されている。 On the other hand, a method of cutting an object to be processed while applying ultrasonic vibration to a tool such as a tool of a machine tool is known. Such a cutting method is called ultrasonic cutting, and is described in detail in
特許文献2には、円盤状のブレードを回転させる回転軸に超音波振動子が付設された構成の切断装置が開示されている。この切断装置は、円盤状のブレードを回転させ、かつ超音波振動子にて発生させた超音波振動を、回転軸を介して円盤状のブレードに付与しながら、ブレードの外縁端部にて加工対象物を切断する。この切断装置の円盤状のブレードは、振動伝達方向変換器とナットとにより締め付けられた状態で回転軸の先端に固定される。回転軸に付設された超音波振動子は、回転軸の軸方向に振動する超音波振動を発生させ、この超音波振動は、振動伝達方向変換器によりブレードの径を拡縮させる方向に振動する超音波振動へと変換され、ブレードに付与される。超音波振動の伝達方向を変換するため、回転軸や振動伝達方向変換器は、有限要素法などによる数値計算により所定の形状に設計される。
上記の特許文献2に記載の切断装置においては、ブレードに付与する超音波振動の振動数は、回転軸に付設された超音波振動子がランジュバン型超音波振動子であるため、高くても50KHz程度である。また、回転軸や振動伝達方向変換器の形状により、100KHz以上の振動数を与えた場合、振動モードが複雑になり、所望のブレードの径方向の振動は得られない。 In the cutting apparatus described in
本発明の目的は、優れた切断性能を安定して円盤状のブレードを提供することにある。
本発明の目的はまた、優れた切断性能を安定して示し、かつ設計が容易な切断装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a disk-shaped blade with stable excellent cutting performance.
Another object of the present invention is to provide a cutting device that stably exhibits excellent cutting performance and is easy to design.
本発明は、円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置において、円盤状のブレードに圧電素子を接合し、かつ圧電素子に100KHz以上の高周波電圧を印加するものである。 The present invention is a cutting apparatus or grinding apparatus having a disk-shaped blade, in which a piezoelectric element is joined to the disk-shaped blade and a high frequency voltage of 100 KHz or more is applied to the piezoelectric element.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置において、円盤状のブレードに圧電素子を接合し、かつ圧電素子に1MHz以上の高周波電圧を印加するものである。 The present invention also provides a cutting device or a grinding device having a disk-shaped blade, in which a piezoelectric element is joined to the disk-shaped blade, and a high frequency voltage of 1 MHz or more is applied to the piezoelectric element.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置において、円盤状のブレードに接するサポート板に圧電素子を接合し、かつ圧電素子に100KHz以上の高周波電圧を印加するものである。 The present invention also provides a cutting device or a grinding device having a disk-shaped blade, in which a piezoelectric element is bonded to a support plate in contact with the disk-shaped blade, and a high-frequency voltage of 100 KHz or more is applied to the piezoelectric element.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置において、円盤状のブレードに接するサポート板に圧電素子を接合し、かつ圧電素子に1MHz以上の高周波電圧を印加するものである。 The present invention is also a cutting apparatus or grinding apparatus having a disk-shaped blade, in which a piezoelectric element is bonded to a support plate in contact with the disk-shaped blade, and a high frequency voltage of 1 MHz or more is applied to the piezoelectric element.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置において、円盤状のブレードを固定保持するフランジに圧電素子を接合し、かつ圧電素子に100KHz以上の高周波電圧を印加するものである。 The present invention also provides a cutting device or grinding device having a disk-shaped blade, in which a piezoelectric element is joined to a flange that holds and holds the disk-shaped blade, and a high frequency voltage of 100 KHz or more is applied to the piezoelectric element.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置において、円盤状のブレードを固定保持するフランジに圧電素子を接合し、かつ圧電素子に1MHz以上の高周波電圧を印加するものである。 The present invention also provides a cutting device or a grinding device having a disk-shaped blade, in which a piezoelectric element is joined to a flange that holds and holds the disk-shaped blade, and a high-frequency voltage of 1 MHz or more is applied to the piezoelectric element.
本発明の円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置は、円盤状のブレードに100KHz以上の超音波振動が励起されるので、円盤状のブレードに励起する振動加速度は大きいが、振動変位は小さい。このため、本発明の切断装置は、円盤状のブレードに不要なブレード面に垂直である振動変位も当然小さくなるので切断幅を高精度にできる。そして、ブレードの消耗も小さくなる。 In the cutting apparatus or grinding apparatus having a disk-shaped blade according to the present invention, ultrasonic vibrations of 100 KHz or more are excited on the disk-shaped blade, so that the vibration acceleration excited by the disk-shaped blade is large, but the vibration displacement is small. . For this reason, the cutting device of the present invention naturally reduces the vibration displacement perpendicular to the blade surface which is not necessary for the disk-shaped blade, so that the cutting width can be made highly accurate. In addition, blade consumption is reduced.
本発明の円盤状のブレードを持つ切断装置または研削装置は、円盤状のブレードに1MHz以上の超音波振動が励起されるので、円盤状のブレードに励起する振動加速度はさらに大きいが、振動変位はさらに小さい。このため、本発明の切断装置は、円盤状のブレードに不要なブレード面に垂直である振動変位も当然さらに小さくなるので、切断幅の精度がさらに高い精度を要求された場合、特に有効な装置になる。そして、加工面の粗さも大きく改善される。そして、ブレードの消耗も小さくなる。 In the cutting apparatus or grinding apparatus having a disk-shaped blade according to the present invention, since ultrasonic vibration of 1 MHz or more is excited on the disk-shaped blade, the vibration acceleration excited on the disk-shaped blade is still larger, but the vibration displacement is Even smaller. For this reason, the cutting device according to the present invention naturally reduces vibration displacement perpendicular to the blade surface which is not necessary for the disk-shaped blade, so that it is particularly effective when higher accuracy of the cutting width is required. become. And the roughness of the processed surface is also greatly improved. In addition, blade consumption is reduced.
本発明の第一の実施の形態を図3の正面図、そして図3のA−A線で切断した図4の断面図を用いて示す。ここで切断ブレード1は円形基板と電着砥粒層とから構成されている。円形基板は例えば厚さが0.06mm程度で外径が70mm程度の鋼板、アルミなどの金属板からなり、中心部には回転軸に装着するための取り付け穴が形成されている。 The first embodiment of the present invention will be described with reference to the front view of FIG. 3 and the cross-sectional view of FIG. 4 taken along line AA of FIG. Here, the
また、円形基板に電着砥粒層を形成するには、通常の電気メッキ法を用いることができる。すなわち、メッキ槽に収容された硫酸ニッケル液にダイヤモンド砥粒を混入せしめ、この硫酸ニッケル液にダイヤモンド砥粒が混入したメッキ液中で円形基板にニッケルメッキすることにより、ダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固定した複合メッキ層からなる電着砥粒層を形成することができる。この切断ブレード1の円形基板の中心軸と一致させ外径が約60mm、内径が約45mmそして厚さが約0.5mmのリング形状のPZT系圧電セラミックからなる圧電素子8a、8bをエポキシ樹脂により接合する。圧電素子8は、板厚方向に分極されている。ここでは、圧電素子8としてPZT系圧電セラミックを用いたが、水晶、リチウムナイオベイトの単結晶などでもよいことはもちろんである。 Moreover, in order to form an electrodeposited abrasive grain layer on a circular substrate, a normal electroplating method can be used. That is, diamond abrasive grains are mixed with nickel sulfate liquid contained in a plating tank, and nickel plating is performed on a circular substrate in a plating liquid in which diamond abrasive grains are mixed with the nickel sulfate liquid. An electrodeposited abrasive layer composed of a fixed composite plating layer can be formed.
図5の平面図とそのA−A線での断面図である図6において、前記圧電素子8をエポキシ樹脂により接合した切断ブレード1を切断装置の回転軸3に装着した状態を示す。ここで回転駆動機構、軸受け機構などは図示しない。切断ブレード1は回転軸3の先端に取り付けられた第1のフランジ2bと第2のフランジ2aとで挟持されると共に、回転軸3のねじ部に螺着した締め付け用ナット4により固定されている。ケース15には固定側ロータリートランス9aが取り付けられ、図示しない超音波発振器が固定側ロータリートランス9aにリード線により接続されている。フランジ2a側に回転側ロータリートランス9bを図示しないネジにより固定する。 FIG. 6 which is a plan view of FIG. 5 and a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 5 shows a state where the
次に上記の円盤状ブレード1を使用した切断装置の運転方法について同じく図6の断面図を用いて説明する。まず図示しないモータの電源をいれ回転軸3を回転させる。次にロータリートランス9a、9bを介して切断ブレード1に接合したリング状の圧電セラミック製の圧電素子8a、8bに図示しない超音波発振回路からの約230KHzの超音波交流電圧を印加する。超音波交流電圧を印加することにより、円盤状の切断ブレード1は、約230KHzの振動が励起される。この振動モードの概略は、リング状の圧電セラミック製の圧電素子8a、8bの外径と内径の差の1/2の幅の長さで、そして外径と内径の中間径を振動の節として振動する。次に回転する円盤状の切断ブレード1と図示しない加工対象物に冷却水をノズルから与え、加工対象物を切断または溝入れする。 Next, the operation method of the cutting apparatus using the disk-
加工対象物をガラスにして、回転軸の回転数を12000回転/毎分にした。その結果、切断ブレードの先端振動変位は径方向、径と垂直な方向とも0.1μm以下にも関わらず、切断ブレードの消耗量は、超音波振動を印加しないときに比較して約1/6になり、そしてチッピングの大きさは、約1/12になった。 The object to be processed was made of glass, and the rotation speed of the rotating shaft was set to 12000 rpm. As a result, although the tip vibration displacement of the cutting blade is 0.1 μm or less in both the radial direction and the direction perpendicular to the diameter, the amount of wear of the cutting blade is about 1/6 compared to when ultrasonic vibration is not applied. And the size of the chipping was reduced to about 1/12.
この結果は、従来の超音波加工の条件と大きく異なる。非特許文献1の679ページに一般的な超音波振動切削の条件が述べられている。これによると用いる周波数20〜50KHz、そして振動振幅として5〜40μmと記載されている。 This result is significantly different from the conventional ultrasonic machining conditions.
上記の例で用いた円板の振動および円輪の振動については非特許文献3に詳しく記述されている。最近では、有限要素法を用いて振動計算する方法がより正確に計算できるので、有限要素法を用いることが多い。
上記のように切断ブレード1に円環または円板の高次の振動モードである100KHz以上の固有振動数を持つ振動モードを励起することにより、振動変位を小さくし、振動加速度を高めることにより、切断効果は同等以上でブレードの横ぶれ振動が小さくなるため、加工精度が向上する。 By exciting a vibration mode having a natural frequency of 100 KHz or higher, which is a higher-order vibration mode of an annulus or a disk, as described above, by reducing vibration displacement and increasing vibration acceleration, Since the cutting effect is equal to or higher and the lateral vibration of the blade is reduced, the machining accuracy is improved.
例えば20KHzで1μmの振動変位の振動加速度は1.58×104m/s2であり、200KHzで0.1μmの振動変位の振動加速度は1.58×105m/s2である。このように振動数を高めることにより振動変位を小さくし、同時に振動加速度を高めることができる。さらに、2MHzで0.01μmの振動変位の振動加速度は1.58×106m/s2である。このように、MHz以上の振動数での加工は、振動変位はほぼゼロレベルのほぼ完全な加速度エネルギー加工となる。いわば、従来にない加工技術である加速度エネルギー加工技術である。For example, the vibration acceleration of a vibration displacement of 1 μm at 20 KHz is 1.58 × 10 4 m / s 2 , and the vibration acceleration of a vibration displacement of 0.1 μm at 200 KHz is 1.58 × 10 5 m / s 2 . By increasing the vibration frequency in this way, it is possible to reduce the vibration displacement and simultaneously increase the vibration acceleration. Furthermore, the vibration acceleration of a vibration displacement of 0.01 μm at 2 MHz is 1.58 × 10 6 m / s 2 . In this way, machining at a frequency of MHz or higher results in almost complete acceleration energy machining with a vibration displacement of almost zero level. In other words, it is an acceleration energy processing technology that is a processing technology that has never existed before.
MHz以上の振動数での加工は、工具自体に圧電素子を接合する方法のみ、有効に工具にMHz以上の振動数の加速度を励起できる。しかし、従来は工具そのものに圧電素子を接合することを検討しなかったため、MHz以上の振動数の加速度エネルギー加工技術を開発できなかったと考えられる。 For machining at a frequency of MHz or higher, only the method of bonding a piezoelectric element to the tool itself can effectively excite the acceleration of the frequency of MHz or higher on the tool. However, it has not been considered to join a piezoelectric element to the tool itself, so it is considered that an acceleration energy processing technique having a frequency of MHz or more could not be developed.
そこで、本発明の技術を用いる他の例として工具をバイトとするとバイトチップそのものに圧電素子を接合し、MHz以上の振動数で振動変位が0.1μm以下の加速度エネルギー加工技術を用いれば、当然従来超音波振動加工よりも加工精度、加工面の粗さも改善できることはいうまでもない。また、工具の消耗も大きく改善できる。先のバイトの例でバイトチップを保持するシャンクまたは、ホルダーは工具保持具であり、ここに圧電素子を接合しても良いが、工具保持具内でMHz以上の振動数の加速度エネルギーが減衰してしまうため、効果は小さくなる。 Therefore, as another example of using the technique of the present invention, if a tool is a tool, a piezoelectric element is bonded to the tool chip itself, and if an acceleration energy machining technique with a vibration frequency of MHz or more and a vibration displacement of 0.1 μm or less is used, naturally Needless to say, the machining accuracy and the roughness of the machined surface can be improved as compared with conventional ultrasonic vibration machining. In addition, tool wear can be greatly improved. The shank or holder that holds the bite tip in the previous example of the bite is a tool holder, and a piezoelectric element may be joined to it, but the acceleration energy at a frequency of MHz or higher is attenuated in the tool holder. Therefore, the effect becomes small.
本発明の工具そのものに圧電素子を接合し、MHz以上の振動数の加速度エネルギー加工技術を用いる工具の例として、回転する工具として、ドリル、エンドミル、研削砥石、ダイヤモンドホイール、タップ、軸付砥石などがある。回転しない工具として、バイトのほか旋盤に取付けるドリル、ダイヤモンドヤスリなどがある。 As an example of a tool that joins a piezoelectric element to the tool itself of the present invention and uses an acceleration energy machining technique with a frequency of MHz or higher, as a rotating tool, a drill, an end mill, a grinding wheel, a diamond wheel, a tap, a grindstone with a shaft, etc. There is. In addition to tools, tools that do not rotate include drills attached to a lathe and diamond files.
以上のように切断ブレードに圧電素子を接合し、さらに100KHz以上の超音波振動を印加することで過去試された方法の超音波振動による切断ブレードを振動させた構成の欠点を解消できる。 As described above, by joining the piezoelectric element to the cutting blade and further applying ultrasonic vibration of 100 KHz or more, it is possible to eliminate the disadvantages of the configuration in which the cutting blade is vibrated by the ultrasonic vibration of the method tried in the past.
また、切断ブレード1の両側に圧電素子を接合したが、切断ブレード1の片側の圧電素子だけでも切断ブレード1に振動を励起することができることはもちろんである。Further, although the piezoelectric elements are bonded to both sides of the
次に、第一の実施の形態と同様な構成で振動数が約2MHzのものについて説明する。第一の実施例とほとんど同様なので振動数を約2MHzにしたことで異なる部分だけを述べる。円形基板は例えば厚さが0.06mm程度で外径が70mm程度の鋼板、アルミなどの金属板からなり、中心部には回転軸に装着するための取り付け穴が形成されている。 Next, a description will be given of a configuration having the same configuration as that of the first embodiment and a frequency of about 2 MHz. Since it is almost the same as the first embodiment, only the difference will be described by setting the frequency to about 2 MHz. The circular substrate is made of, for example, a steel plate having a thickness of about 0.06 mm and an outer diameter of about 70 mm, or a metal plate such as aluminum, and a mounting hole for mounting on the rotating shaft is formed at the center.
この切断ブレード1の円形基板の中心軸と一致させ外径が60mm程度、内径が58mm程度そして厚さが0.5mm程度のリング形状のPZT系圧電セラミックからなる圧電素子4をエポキシ樹脂により接合する。圧電素子8は、板厚方向に分極されている。 A
次に上記の円盤状ブレード1を使用した切断装置の運転方法について同じく図6の断面図を用いて説明する。まず図示しないモータの電源をいれ回転軸3を回転させる。次にロータリートランス9a、9bを介して切断ブレードに接合した圧電セラミック製のリング状の圧電素子8a、8bに図示しない超音波発振回路からの約2MHzの超音波交流電圧を印加する。超音波交流電圧を印加することにより、円盤状の切断ブレード1は、約2MHzの微小変位振動が励起される。次に回転する円盤状ブレード1と図示しない加工対象物に冷却水をノズルから与え、加工対象物を切断または溝入れする。 Next, the operation method of the cutting apparatus using the disk-shaped
加工対象物をガラスにして、回転軸の回転数を12000回転/毎分にした。その結果、切断ブレードの先端振動変位は径方向、径と垂直な方向とも0.05μm以下であった。そのときの切断ブレードの消耗量は、超音波振動を印加しないときに比較して約1/8になり、そして加工対象物のチッピングの大きさは、約1/20になった。 The object to be processed was made of glass, and the rotation speed of the rotating shaft was set to 12000 rpm. As a result, the tip vibration displacement of the cutting blade was 0.05 μm or less in both the radial direction and the direction perpendicular to the diameter. The amount of wear of the cutting blade at that time was about 1/8 compared to when no ultrasonic vibration was applied, and the chipping size of the workpiece was about 1/20.
上記のように切断ブレード1に1MHz以上の振動を励起することにより、振動変位をさらに小さくし、振動加速度をさらに高めることにより、切断効果は同等以上でさらにブレードの横ぶれ振動が小さくなるため、さらに加工精度が向上する。 By exciting vibration of 1 MHz or more to the
本発明の第二の実施の形態を図7の正面図、そして図7のA−A線で切断した図8の断面図を用いて示す。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to the front view of FIG. 7 and the cross-sectional view of FIG. 8 taken along the line AA of FIG.
まず、サポート板7aは、以下のように作成した。外径70mm、内径40mm、厚さ1.5mmの剛性板であるアルミ製の円環状の板に、外径60mm、内径45mm、厚さ0.5mmの圧電セラミック製の圧電素子8aをそれぞれの中心軸に一致させエポキシ樹脂で接合する。なお、剛性板は、振動損失の少ない超音波振動材料が望ましく、アルミ合金、チタンなどの金属、そしてアルミナ、ガラスなどの無機材料が適している。サポート板7bもサポート板7aと同様にして作成する。なお、圧電セラミックの分極方向は板厚方向である。 First, the
中心軸に直径30mmの回転軸が通る貫通孔を持った外径40mm、内径30mmの貫通孔ボルト11に、サポート板7a、7bと直径78mm、内径40mmそして厚さ0.06mmの円盤状の切断ブレード1を通す。そして貫通孔ボルト11に設けたネジと接合ナット12によりこれらを機械的に一体化する。貫通穴ボルト11には設けた4個の配線が通るピン14が4本設けられている。 A through-
サポート板7a、7bと円盤状の切断ブレード1を貫通孔ボルト11に通し接合ナット12により機械的に一体化した構成をフランジで保持し、さらに回転軸3に取付けた構成について図9の平面図と図9のA−A線での断面図である図10を用いて説明する。 FIG. 9 is a plan view of the structure in which the
スリーブ15と内側のフランジ2bを一体化した構成のフランジ2bに回転側のロータリートランス9aを図示しないネジにより固定する。そして、スリーブ15の外径面に沿って、一体化したブレードを挿入する。次にフランジ2aを同じくスリーブ15の外径面に沿って挿入する。さらにフランジナット10によりこれらを一体化する。サポート板7a、7bに接触するフランジ2a、2bの面の形状は外径70mm、内径65mmである。一体化ブレードを取付けたスリーブ15を回転軸3にナット4により取付ける。 The
次に上記の円盤状の切断ブレード1を使用した切断装置の運転方法について同じく図10の断面図を用いて説明する。まず図示しないモータの電源をいれ回転軸3を回転させる。次にロータリートランス9a、9bを介してサポート板7a、7bを構成するリング状の圧電セラミック製の圧電素子8a、8bに図示しない超音波発振回路からの約200KHzの超音波交流電圧を印加する。超音波交流電圧を印加することにより、サポート板7a、7b及び円盤状のブレード1は、約200KHzの振動が励起される。次に回転する円盤状の切断ブレード1と図示しない加工対象物に冷却水をノズルから与え、加工対象物を切断または溝入れする。 Next, the operation method of the cutting apparatus using the above disk-shaped
加工対象物をガラスにし、回転軸の回転数を12000回転/毎分にした。その結果、切断ブレードの先端振動変位が径方向、径と垂直な方向とも0.1μm以下のときの切断ブレード先端の消耗量は、超音波振動を印加しないときに比較して約1/3になり、そしてチッピングの大きさは、約1/9になった。 The object to be processed was made of glass, and the rotation speed of the rotating shaft was set to 12000 rotations / minute. As a result, when the vibration displacement at the tip of the cutting blade is 0.1 μm or less in both the radial direction and the direction perpendicular to the diameter, the amount of wear at the tip of the cutting blade is about 3 compared to when no ultrasonic vibration is applied. And the size of chipping became about 1/9.
また、上記の実施の形態では金属製のブレードを用いたが、レジン製のブレードでも同じ効果が得られる。 In the above embodiment, a metal blade is used. However, the same effect can be obtained with a resin blade.
次に、第二の実施の形態と同様な構成で振動数が約2MHzのものについて説明する。第二の実施例とほとんど同様なので振動数を約2MHzにしたことで異なろ部分だけを述べる。 Next, a description will be given of a configuration having the same configuration as that of the second embodiment and a frequency of about 2 MHz. Since it is almost the same as the second embodiment, only the parts that are different will be described by setting the frequency to about 2 MHz.
サポート板7aは、以下のように作成した。外径70mm、内径40mm、厚さ1.5mmの剛性板であるアルミ製の円環状の板に、外径60mm、内径58mm、厚さ0.5mmの圧電セラミック製の圧電素子8aをそれぞれの中心軸に一致させエポキシ樹脂で接合する。なお、圧電セラミックの分極方向は板厚方向である。 The
次に上記の円盤状ブレード1を使用した切断装置の運転方法について同じく図10の断面図を用いて説明する。まず図示しないモータの電源をいれ回転軸3を回転させる。次にロータリートランス9a、9bを介してサポート板7a、7bを構成するリング状の圧電セラミック製の圧電素子8a、8bに図示しない超音波発振回路からの約2MHzの超音波交流電圧を印加する。超音波交流電圧を印加することにより、サポート板7a、7b及び円盤状のブレード1は、約2MHzの振動が励起される。次に回転する円盤状ブレード1と図示しない加工対象物に冷却水をノズルから与え、加工対象物を切断または溝入れする。 Next, the operation method of the cutting device using the disk-shaped
加工対象物をガラスにし、回転軸の回転数を12000回転/毎分にした。その結果、切断ブレード1の先端振動変位は径方向、径と垂直な方向とも0.05μm以下であった。そして、その時の切断ブレードの消耗量は、超音波振動を印加しないときに比較して約1/5になり、そしてチッピングの大きさは、約1/10になった。 The object to be processed was made of glass, and the rotation speed of the rotating shaft was set to 12000 rotations / minute. As a result, the tip vibration displacement of the
回転する加工工具に100KHz以上または1MHz以上の超音波振動を与えれば同様な効果が得られることはもちろんである。 Of course, the same effect can be obtained by applying ultrasonic vibration of 100 KHz or more or 1 MHz or more to the rotating processing tool.
さらに図11に示すようなフランジ2に圧電セラミック製の圧電素子8を接合し、100KHz以上または1MHz以上の超音波振動を印加することにより、同様な効果を期待できるが、フランジ内で超音波振動が減衰するため、上記の例ほどの効果ではない。しかし、電気配線が簡単となり、しかも、圧電素子を接合した切断ブレードまたは、サポート板が不要であり、装置が簡単になり安価に装置を提供できる。 Furthermore, by joining a
ここで簡単にガラスの加工結果を述べる。まず、フランジ2に圧電セラミック製の圧電素子8を接合し約200KHzの超音波振動を励起したところ、回転軸の回転数を12000回転/毎分において、切断ブレードの先端振動変位が径方向、径と垂直な方向とも0.1μm以下となり、その時の切断ブレード先端の消耗量は、超音波振動を印加しないときに比較して約1/2になり、そしてチッピングの大きさは、約1/6になった。 Here, the processing result of glass will be briefly described. First, a
別の例として、フランジ2に圧電セラミック製の圧電素子8を接合し約2MHzの超音波振動を励起したところ、回転軸の回転数を12000回転/毎分において、切断ブレードの先端振動変位が径方向、径と垂直な方向とも0.05μm以下となり、その時の切断ブレード先端の消耗量は、超音波振動を印加しないときに比較して約1/2になり、そしてチッピングの大きさは、約1/5になった。 As another example, when a
本発明の技術によれば、切断ブレードの振動変位をほぼ無視できるほど小さくし、かつ切断ブレードの消耗を小さくでき、そしてチッピングなどの加工品質を向上させることができる。したがって、特に50μm以下の極薄の厚さの切断ブレードには、100KHz以上の超音波振動を印加する方法は適している。 According to the technique of the present invention, the vibration displacement of the cutting blade can be made small enough to be ignored, the consumption of the cutting blade can be reduced, and the processing quality such as chipping can be improved. Therefore, a method of applying ultrasonic vibrations of 100 KHz or more is particularly suitable for a cutting blade having an extremely thin thickness of 50 μm or less.
本発明の円盤状のブレードおよび切断装置は、ガラスやシリコンなどの脆い材料から形成された加工対象物の切断あるいは溝入れに有利に用いることができる。 The disk-shaped blade and cutting device of the present invention can be advantageously used for cutting or grooving a workpiece formed from a brittle material such as glass or silicon.
1 切断ブレード
2 フランジ
3 回転軸
4 ナット
5 切断装置
6 回転駆動装置
7 サポート板
8 圧電素子
9 ロータリートランス
10 フランジナット
11 貫通穴ボルト
12 接合ナット
13 ケース
14 ピン
15 スリーブDESCRIPTION OF
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