JP2008110464A - Ultrasonic grinding device and grinding wheel used for the same - Google Patents

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一正 大西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic grinding device capable of accurately grinding a material to be ground at high speed. <P>SOLUTION: Eight grooves are provided in the peripheral part of a ring-like elastic body 2 made of aluminum, and four fitting holes 24 are provided inside thereof for fitting to a sleeve. The sleeve is a LANGEVIN-type ultrasonic twisted vibrator having tapered holes in a central part thereof so as to be installed in a grinding wheel rotary shaft 18. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガラス、シリコン、セラミックおよび超硬金属および金属材料などを、超音波振動を用いて研磨する超音波研磨装置及びこれに用いる砥石に関する。  The present invention relates to an ultrasonic polishing apparatus that polishes glass, silicon, ceramics, cemented carbide and metal materials using ultrasonic vibration, and a grindstone used for the apparatus.

ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、希土類磁石材料、超硬金属および金属材料などの被研磨物を研磨するために、円環状の砥石を備えた研磨装置が一般的に用いられている。  In order to polish an object to be polished such as glass, silicon, silicon nitride, rare earth magnet material, super hard metal, and metal material, a polishing apparatus having an annular grindstone is generally used.

しかし、半導体材料、磁性材料、圧電材料および光学材料などにおいては、より高精度である研磨面が求められている。また金属材料などは製造コストを削減するために、より研磨速度を高めることが求められている。  However, for semiconductor materials, magnetic materials, piezoelectric materials, optical materials, and the like, a polished surface with higher accuracy is required. Further, in order to reduce the manufacturing cost of metal materials and the like, it is required to increase the polishing rate.

これらの要求を満たすために超音波振動を利用することが提案されている。機械加工に超音波振動を利用することは従来から行われており、例えば、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している。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。  In order to satisfy these requirements, it has been proposed to use ultrasonic vibration. The use of ultrasonic vibration for machining has been conventionally performed. For example, a workpiece is cut while applying ultrasonic vibration to a tool such as a tool of a machine tool. Such a cutting method is called ultrasonic cutting, and is described in detail in Non-Patent Document 1. Ultrasonic cutting has the advantages that the frictional resistance between the workpiece and the tool is reduced, so that the thermal distortion of the machined surface is reduced, the machining accuracy is increased, and the life of the cutting tool is extended. ing.

図1は、特許文献1に記載の従来の超音波研磨装置の構成例を示す側面図であり、そして図2は、図1に示すA−A線よりの上面図である。図に示す符号1は、円環形状で厚さ5〜10mm、幅3〜8mmに形成された砥石1である。この砥石1は、ダイヤモンド砥粒と金属ボンドあるいは、レジボンドが含有構成されている。また、砥石1の上面には、同径で形成され、青銅、アルミ合金、ジュラルミン、ステンレスなどの振動伝達の優れた材質で圧電素子の変位を効率よく伝達する材質により形成された弾性体2が一体的に装着されている。この弾性体2の上面中央位置には、基端を駆動手段と接続構成された円柱状の研磨軸3が配設し、弾性体2及び砥石1を上下動自在に構成すると共に、左右方向に往復運動するように構成されている。  FIG. 1 is a side view showing a configuration example of a conventional ultrasonic polishing apparatus described in Patent Document 1, and FIG. 2 is a top view taken along line AA shown in FIG. Reference numeral 1 shown in the drawing is a grindstone 1 having an annular shape and having a thickness of 5 to 10 mm and a width of 3 to 8 mm. The grindstone 1 includes diamond abrasive grains and metal bonds or registration bonds. Further, an elastic body 2 is formed on the upper surface of the grindstone 1 with the same diameter and formed of a material that efficiently transmits the displacement of the piezoelectric element, such as bronze, aluminum alloy, duralumin, and stainless steel. It is attached integrally. A cylindrical polishing shaft 3 having a base end connected to driving means is disposed at the center of the upper surface of the elastic body 2, and the elastic body 2 and the grindstone 1 are configured to be movable up and down and in the left-right direction. It is configured to reciprocate.

上記弾性体2の上面には、法線方向から一定角度傾斜した方向に小判形状の溝を形成し、その溝の中央にはそれぞれ一定角度傾斜した方向に変位するように矩形状に構成された積層型圧電アクチュエータ8がそれぞれエポキシ系接着剤で固定装着されている。また、上記積層型圧電アクチュエータと弾性体2の上記小判形状に生じた間隔には防湿用の樹脂9がそれぞれ埋設されている。また、上記積層型圧電アクチュエータ8は、それぞれパラレルに結線し、図示しない駆動回路により交番電圧を印加し、弾性体2と砥石1とを研磨面に対して平行に往復運動されるように構成されている。  An oblong groove is formed on the upper surface of the elastic body 2 in a direction inclined at a certain angle from the normal direction, and a rectangular shape is formed so as to be displaced in a direction inclined at a certain angle at the center of the groove. Each of the laminated piezoelectric actuators 8 is fixedly mounted with an epoxy adhesive. Further, a moisture-proof resin 9 is embedded in the gap between the laminated piezoelectric actuator and the elastic body 2 formed in the oval shape. The laminated piezoelectric actuators 8 are connected in parallel and applied with an alternating voltage by a drive circuit (not shown) so that the elastic body 2 and the grindstone 1 are reciprocated in parallel with the polishing surface. ing.

砥石1の研磨面(下面)側には、砥石1より大径に形成されたワーク固定台5が配設されている。このワーク固定台5の上面には、被研磨物7であるガラスがホットメルト接着剤により貼着固定されている。また、ワーク固定台5の下面中央位置には、その基端に駆動手段と接続した円柱状のワーク固定台軸6が装着されて、被研磨物7を均等に研磨するため、上記研磨軸3とは一定間隔ずれた状態にて駆動するように配設されている。上記ワーク固定台5の上方位置には、スラリー供給手段と接続構成されたパイプよりスラリー4が被研磨物7上に噴出するように構成されている。  On the grinding surface (lower surface) side of the grindstone 1, a work fixing base 5 formed with a larger diameter than the grindstone 1 is disposed. On the upper surface of the work fixing base 5, glass as an object to be polished 7 is stuck and fixed with a hot melt adhesive. In addition, a cylindrical workpiece fixing base shaft 6 connected to the driving means is mounted at the center of the lower surface of the workpiece fixing base 5 so as to polish the workpiece 7 evenly. Are arranged so as to be driven in a state of being deviated by a certain distance. In the upper position of the work fixing base 5, the slurry 4 is jetted onto the workpiece 7 from a pipe connected to the slurry supply means.

上記構成によれば、積層型圧電アクチュエータを用いているため、装置を小型に製造でき、非共振時においても大振幅が得られやすく、発熱がほとんど発生しないとされている。さらに研磨装置が安価に製造できるとされている。また、通常の研磨時間に比較して、約3分の1にすることができ、かつ研磨面も通常研磨に比較して非常に緻密に形成することができるとされている。さらに印加する電圧を調整することにより荒研磨と精密研磨ができるとされている。
特開平5−200659公報 超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成11年8月、p679−684
According to the above configuration, since the multilayer piezoelectric actuator is used, the apparatus can be manufactured in a small size, a large amplitude is easily obtained even during non-resonance, and almost no heat is generated. Furthermore, it is said that the polishing apparatus can be manufactured at low cost. Further, it can be reduced to about one-third compared with the normal polishing time, and the polished surface can be formed very densely compared with the normal polishing. Furthermore, it is said that rough polishing and precision polishing can be performed by adjusting the applied voltage.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-200659 Ultrasonic Handbook Editorial Committee, “Ultrasonic Handbook”, Maruzen Co., Ltd., August 1999, p679-684

しかし、上記特許文献1の構成は、1KHz以下の非共振時においても数十ミクロン以下の大振幅が得られやすい積層型圧電アクチュエータを用いているが、これに用いている圧電材料は機械的品質係数が小さい、いわゆるLQ材を用いているため、超音波領域の共振時の発熱は非常に大きく、圧電材料の分極が消滅する恐れがある。もし、分極が消滅すると振動源として作用しなくなる。さらに、加工面精度も低下する。  However, the configuration of Patent Document 1 uses a laminated piezoelectric actuator that easily obtains a large amplitude of several tens of microns or less even when non-resonant at 1 KHz or less, but the piezoelectric material used for this has a mechanical quality. Since a so-called LQ material having a small coefficient is used, the heat generation at the time of resonance in the ultrasonic region is very large, and the polarization of the piezoelectric material may disappear. If the polarization disappears, it will no longer act as a vibration source. Furthermore, the machined surface accuracy also decreases.

また、積層型圧電アクチュエータによっても砥石1の直径が0.1mを超えるようなサイズの砥石1と弾性体2を15KHz以上の超音波領域の非共振で1ミクロン以上の振動を与えることは非常に困難である。  In addition, even with a laminated piezoelectric actuator, it is very possible to give a vibration of 1 micron or more to the grindstone 1 and the elastic body 2 having a size such that the diameter of the grindstone 1 exceeds 0.1 m by non-resonance in an ultrasonic region of 15 KHz or more. Have difficulty.

本発明の目的は、優れた研磨面精度と研磨速度を実現する研磨装置を提供することにある。  An object of the present invention is to provide a polishing apparatus that realizes excellent polishing surface accuracy and polishing speed.

本発明は、超音波振動を用いて研磨を行う超音波研磨装置において、超音波ねじり振動子を用い、かつ砥石を接合した弾性体にスリットを有しているものとすることである。  According to the present invention, in an ultrasonic polishing apparatus that performs polishing using ultrasonic vibration, an ultrasonic torsional vibrator is used, and an elastic body to which a grindstone is bonded has a slit.

本発明はまた、超音波振動を用いて研磨を行う超音波研磨装置において、砥石を接合した弾性体に超音波ねじり振動子を接合し、前記砥石を接合した弾性体にスリットを有するものである。  The present invention also provides an ultrasonic polishing apparatus that performs polishing using ultrasonic vibration, in which an ultrasonic torsional vibrator is bonded to an elastic body to which a grindstone is bonded, and the elastic body to which the grindstone is bonded has a slit. .

本発明はまた、超音波振動を用いて研磨を行う超音波研磨装置において、超音波ねじり振動子を用い、回転円板にスリットを有するものとすることである。  Another object of the present invention is to use an ultrasonic torsional vibrator in an ultrasonic polishing apparatus that performs polishing using ultrasonic vibration, and to have a slit in a rotating disk.

本発明の超音波研磨装置は、ねじり振動モードを採用しているので、円周方向の加速度を高めることができる。さらにスリットにより、ねじり振動の一部を径方向の振動に変換できるので径方向の加速度も高めることができる。このため、本発明の超音波研磨装置は、研磨面精度および研磨速度を高めることができる。  Since the ultrasonic polishing apparatus of the present invention employs the torsional vibration mode, it can increase the acceleration in the circumferential direction. Furthermore, since a part of torsional vibration can be converted into radial vibration by the slit, radial acceleration can also be increased. For this reason, the ultrasonic polishing apparatus of the present invention can increase the polishing surface accuracy and the polishing rate.

本発明の超音波研磨装置はまた、小さな電力で所望の振動の大きさを得ることができる。したがって、省電力はもちろんであるが、砥石の温度の上昇も小さくできるので研磨面精度を高めることができる。  The ultrasonic polishing apparatus of the present invention can also obtain a desired magnitude of vibration with a small electric power. Therefore, not only power saving, but also the increase in the temperature of the grindstone can be reduced, so that the accuracy of the polished surface can be increased.

本発明の超音波研磨装置はさらに、砥石の消耗が大きく減少するため、省資源、及び製造コストの低減に役立つ。  Further, the ultrasonic polishing apparatus of the present invention greatly reduces the consumption of the grindstone, which helps to save resources and reduce manufacturing costs.

本発明の第一の実施の形態の超音波研磨装置を図3の側面図を用いて説明する。加工テーブル10を回転させる加工テーブル回転軸11がある。そして、加工テーブル回転軸11は、図示しないモータに接続されている。加工テーブル上には鋼製の円板上に、たとえば被研磨物7であるリチウムナイオベイト基板を、ホットメルトワックスを用い接着する。  The ultrasonic polishing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the side view of FIG. There is a processing table rotating shaft 11 for rotating the processing table 10. The processing table rotating shaft 11 is connected to a motor (not shown). On the processing table, for example, a lithium niobate substrate, which is the object 7 to be polished, is bonded onto a steel disk using hot melt wax.

超音波ねじり振動子25で構成されたスリーブ27は、砥石回転軸18にボルト28aにより取り付けられる。そして、砥石1を接合し、かつスリット26を有する円環状の弾性体2を、スリーブ27である超音波ねじり振動子25にボルト28bにより接合する。超音波ねじり振動子25の上部には回転側のロータリートランス15aが図示しないボルトにより接続されている。そして対向する位置のケース21に固定側のロータリートランス15bがある。固定側のロータリートランス15bにはリード線16により超音波発振器17が接続されている。  The sleeve 27 constituted by the ultrasonic torsional vibrator 25 is attached to the grindstone rotating shaft 18 by a bolt 28a. Then, the annular elastic body 2 that joins the grindstone 1 and has the slit 26 is joined to the ultrasonic torsional vibrator 25 that is the sleeve 27 by the bolt 28b. A rotary rotary transformer 15a is connected to the upper part of the ultrasonic torsional vibrator 25 by a bolt (not shown). The case 21 at the opposite position has a fixed-side rotary transformer 15b. An ultrasonic oscillator 17 is connected to the fixed-side rotary transformer 15 b by a lead wire 16.

回転側のロータリートランス15aと固定側のロータリートランス15bの詳細を図4(A)の正面図とその正面図のA−A線で切断した切断図である図4(B)とにより説明する。軟磁性体であるフェライト22にコイル23を配置した回転側のロータリートランス15aと固定側のロータリートランス15bを対向させ、固定側のロータリートランス15bより回転側のロータリートランス15aに超音波交流電力を伝達する。また、砥石回転軸18は図示しないモータに接続されている。  The details of the rotary transformer 15a on the rotation side and the rotary transformer 15b on the fixed side will be described with reference to FIG. 4 (A) and a front view of FIG. 4 (B). The rotary rotary transformer 15a in which the coil 23 is arranged on the ferrite 22 which is a soft magnetic material is opposed to the fixed rotary transformer 15b, and ultrasonic AC power is transmitted from the fixed rotary transformer 15b to the rotary rotary transformer 15a. To do. The grindstone rotating shaft 18 is connected to a motor (not shown).

また、加工テーブル10の上方位置にスラリータンク19よりパイプ20を通してスラリー4が噴出するように配置されている。  Further, the slurry 4 is disposed above the processing table 10 so that the slurry 4 is ejected from the slurry tank 19 through the pipe 20.

図3、図4に用いた砥石1を接合し、スリット26を持つ弾性体2とスリーブ27である超音波ねじり振動子25の詳細を図5で平面図に、そして図5のA−A線での断面図である図6を用いて説明する。また砥石1と弾性体2を接合した構成は、カップ砥石またはグラインディングホイールなどの名称で呼ばれている。  3 and FIG. 4, the details of the elastic torsional vibrator 25, which is the elastic body 2 having the slit 26 and the sleeve 27, are joined to the grindstone 1 used in FIG. 3 and FIG. 5, and a line AA in FIG. This will be described with reference to FIG. Moreover, the structure which joined the grindstone 1 and the elastic body 2 is called by names, such as a cup grindstone or a grinding wheel.

アルミ製のリング状の弾性体2の外周部に8個の溝を設け、さらに内部に4個の取付け孔24を設ける。この4個の取付け孔24はスリーブ27に取り付けるためのものである。スリーブ27は、中心部に砥石回転軸18に取り付けるためのテーパー穴を持つランジュバン型の超音波ねじり振動子25である。ランジュバン型の超音波ねじり振動子25は、アルミ合金製の弾性体2a、2bの間に圧電セラミック12a、12bを挟み、ボルト28aにより締め付けて構成する。  Eight grooves are provided in the outer peripheral portion of the ring-shaped elastic body 2 made of aluminum, and four attachment holes 24 are provided inside. The four attachment holes 24 are for attachment to the sleeve 27. The sleeve 27 is a Langevin type ultrasonic torsional vibrator 25 having a tapered hole for attaching to the grindstone rotating shaft 18 at the center. The Langevin type ultrasonic torsional vibrator 25 is configured by sandwiching piezoelectric ceramics 12a and 12b between elastic bodies 2a and 2b made of aluminum alloy and fastening them with bolts 28a.

前記超音波ねじり振動子25の圧電セラミック12の詳細を図7の斜視図を用いて説明する。図7の矢印方向は分極方向を示している。交流電界を分極方向に垂直に印加することにより、分極方向と同じ矢印方向に振動することになる。ねじり振動子については非特許文献1に詳しく記述されている。
富川義朗、「超音波エレクトロニクス振動論」、株式会社朝倉書店、1998年2月、p113−122
Details of the piezoelectric ceramic 12 of the ultrasonic torsional vibrator 25 will be described with reference to the perspective view of FIG. The arrow direction in FIG. 7 indicates the polarization direction. When an AC electric field is applied perpendicularly to the polarization direction, it vibrates in the same arrow direction as the polarization direction. The torsional vibrator is described in detail in Non-Patent Document 1.
Yoshiro Tomikawa, “Ultrasonic Electronics Vibration Theory”, Asakura Shoten Co., Ltd., February 1998, p113-122

次にこの超音波研磨装置の運転方法について図3を用いて説明する。まず、加工テーブル10にリチウムナイオベイト基板を接着した鋼製の円板を電磁力により吸着する。そして砥石1の位置を適正な位置になるように図示しない調整装置により合わせる。次にモータを起動して加工テーブル10を回転させる。これと同時にスラリータンク19よりパイプ20を通してスラリー4を噴出させる。そして、超音波発振器17の電源を入れて固定側ロータリートランス15b、回転側ロータリートランス15aを介して超音波ねじり振動子25の圧電セラミック12に超音波交流電圧を印加する。次にモータの電源を入れて砥石1を回転させ、リチウムナイオベイト基板を研磨する。  Next, an operation method of the ultrasonic polishing apparatus will be described with reference to FIG. First, a steel disk having a lithium niobate substrate bonded to the processing table 10 is adsorbed by electromagnetic force. Then, the position of the grindstone 1 is adjusted by an adjusting device (not shown) so as to be an appropriate position. Next, the motor is activated to rotate the machining table 10. At the same time, the slurry 4 is ejected from the slurry tank 19 through the pipe 20. Then, the ultrasonic oscillator 17 is turned on, and an ultrasonic alternating voltage is applied to the piezoelectric ceramic 12 of the ultrasonic torsional vibrator 25 through the fixed rotary transformer 15b and the rotary rotary transformer 15a. Next, the motor is turned on and the grindstone 1 is rotated to polish the lithium niobate substrate.

ここで超音波ねじり振動子25の圧電セラミック12に超音波交流電圧を印加したときの弾性体2の振動について説明する。超音波ねじり振動子25の圧電セラミック12に超音波交流電圧を印加すると弾性体は図8の2点鎖線で示すように振動する。ここで、2点鎖線で示した振動変位は、図で示すことを容易にするために実際より大きく図示している。超音波ねじり振動子25は、ねじり振動する。そのねじり振動はボルト28bにより超音波ねじり振動子25に取り付けられた弾性体2に伝播し、さらに弾性体2に設けられたスリット26によりねじり振動の一部が拡縮振動に変換される。研磨面に平行であるねじり振動と拡縮振動を同時に励起することにより研磨面の面精度は向上する。そして超音波振動の効果により加工対象物である被研磨物7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、そして砥石の寿命が長くなるなどの利点を有している。  Here, the vibration of the elastic body 2 when an ultrasonic alternating voltage is applied to the piezoelectric ceramic 12 of the ultrasonic torsional vibrator 25 will be described. When an ultrasonic alternating voltage is applied to the piezoelectric ceramic 12 of the ultrasonic torsional vibrator 25, the elastic body vibrates as indicated by a two-dot chain line in FIG. Here, the vibration displacement indicated by a two-dot chain line is illustrated larger than the actual displacement for easy illustration. The ultrasonic torsional vibrator 25 vibrates torsionally. The torsional vibration propagates to the elastic body 2 attached to the ultrasonic torsional vibrator 25 by the bolt 28b, and a part of the torsional vibration is converted into expansion / contraction vibration by the slit 26 provided in the elastic body 2. The surface accuracy of the polished surface is improved by simultaneously exciting torsional vibration and expansion / contraction vibration parallel to the polished surface. And since the frictional resistance with the object 7 to be processed is reduced due to the effect of ultrasonic vibration, the thermal distortion of the processed surface is reduced, the processing accuracy is increased, and the life of the grindstone is extended. Has advantages.

また、砥石1を接合した弾性体2と砥石回転軸18先端に取り付けた超音波ねじり振動子25にだけがほぼ超音波振動するので、砥石回転軸18などに超音波振動を伝達することが少ないので、超音波振動を効率よく且つ安定に砥石1に付与することができる。  In addition, since only the elastic body 2 to which the grindstone 1 is bonded and the ultrasonic torsional vibrator 25 attached to the tip of the grindstone rotating shaft 18 are substantially ultrasonically vibrated, ultrasonic vibration is hardly transmitted to the grindstone rotating shaft 18 or the like. Therefore, ultrasonic vibration can be applied to the grindstone 1 efficiently and stably.

また、本発明の超音波研磨装置は、超音波ねじり振動子25に接合したロータリートランス15を使用して超音波交流電圧を印加するため、高回転数でも超音波交流電圧を印加できる。したがって、研磨速度を向上させることができる。  Further, since the ultrasonic polishing apparatus of the present invention applies the ultrasonic alternating voltage using the rotary transformer 15 joined to the ultrasonic torsional vibrator 25, the ultrasonic alternating voltage can be applied even at a high rotational speed. Therefore, the polishing rate can be improved.

本発明の超音波研磨装置はまた、市販の砥石を接合した弾性体2にスリット26を設けるだけでよいので、従来品を使用することができる。したがって、安価なコストで超音波振動を付与する砥石を提供することができる。  In the ultrasonic polishing apparatus of the present invention, since only the slit 26 is provided on the elastic body 2 to which a commercially available grindstone is bonded, a conventional product can be used. Therefore, it is possible to provide a grindstone that imparts ultrasonic vibration at a low cost.

本発明の第二の実施の形態について説明する。超音波研磨装置については第一の実施の形態と同じものを使用するので砥石1を弾性体2に接合した構成と超音波ねじり振動子25だけを述べる。  A second embodiment of the present invention will be described. Since the same ultrasonic polishing apparatus as in the first embodiment is used, only the configuration in which the grindstone 1 is joined to the elastic body 2 and the ultrasonic torsional vibrator 25 will be described.

第二の実施の形態の砥石1などの詳細を図9で平面図に、そして図9のA−A線での断面図である図10を用いて説明する。  Details of the grindstone 1 and the like of the second embodiment will be described with reference to a plan view in FIG. 9 and FIG. 10 which is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

アルミ製のリング状の弾性体2に8個のスリット26を設け、8個の圧電セラミック12を、エポキシ接着剤を用いて接合する。そして、圧電セラミック12は表面に防水用の塗料を塗布している。8個の圧電セラミック12は超音波振動子として動作する。また弾性体2の内部に4個の取付け孔24を設ける。この4個の取付け孔24はスリーブに取り付けるためのものである。  Eight slits 26 are provided in the ring-shaped elastic body 2 made of aluminum, and the eight piezoelectric ceramics 12 are joined using an epoxy adhesive. The piezoelectric ceramic 12 has a waterproof coating applied on its surface. The eight piezoelectric ceramics 12 operate as ultrasonic transducers. Further, four attachment holes 24 are provided in the elastic body 2. These four attachment holes 24 are for attachment to the sleeve.

ここに用いた圧電セラミック12は、図7で示したものと同じであり、矢印で示すように円周方向に分極されている。  The piezoelectric ceramic 12 used here is the same as that shown in FIG. 7, and is polarized in the circumferential direction as shown by the arrows.

第一の実施の形態と同じように、超音波ねじり振動子25の圧電セラミック12に超音波交流電圧を印加すると弾性体は図8の2点鎖線で示すように振動する。超音波ねじり振動子25は、ねじり振動する。そのねじり振動は弾性体に伝播し、さらに弾性体に設けられたスリット26によりねじり振動の一部が拡縮振動に変換される。研磨面に平行であるねじり振動と拡縮振動を同時に励起することにより研磨面の面精度そして研磨速度が向上する。そして超音波振動の効果により加工対象物である被研磨物7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、そして砥石の寿命が長くなるなどの利点を有している。  As in the first embodiment, when an ultrasonic alternating voltage is applied to the piezoelectric ceramic 12 of the ultrasonic torsional vibrator 25, the elastic body vibrates as indicated by a two-dot chain line in FIG. The ultrasonic torsional vibrator 25 vibrates torsionally. The torsional vibration propagates to the elastic body, and a part of the torsional vibration is converted into expansion / contraction vibration by the slit 26 provided in the elastic body. By simultaneously exciting torsional vibration and expansion / contraction vibration parallel to the polishing surface, the surface accuracy and polishing speed of the polishing surface are improved. And since the frictional resistance with the object 7 to be processed is reduced due to the effect of ultrasonic vibration, the thermal distortion of the processed surface is reduced, the processing accuracy is increased, and the life of the grindstone is extended. Has advantages.

本発明の第三の実施の形態について説明する。超音波研磨装置については第一の実施の形態と同じものを使用するので砥石1を接合した弾性体2、スリット26を持つ回転円板そしてランジュバン型の超音波ねじり振動子25だけを述べる。  A third embodiment of the present invention will be described. Since the same ultrasonic polishing apparatus as that of the first embodiment is used, only the elastic body 2 to which the grindstone 1 is bonded, the rotating disk having the slit 26 and the Langevin type ultrasonic torsional vibrator 25 will be described.

第三の実施の形態の砥石1などの詳細を図11の平面図に、そして図11のA−A線での断面図である図12を用いて説明する。  Details of the grindstone 1 and the like of the third embodiment will be described with reference to the plan view of FIG. 11 and FIG. 12 which is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

砥石を接合したアルミ製のリング状の弾性体2を、砥石回転軸18にボルトにより取り付けられた8個のスリット26を設けたアルミ合金製の回転円板14に図示しないボルトにより取り付ける。砥石回転軸18の上部にはランジュバン型の超音波ねじり振動子25を図示しないボルトにより接合している。ランジュバン型の超音波ねじり振動子25は、アルミ合金製の弾性体2a、2bの間に圧電セラミック12a、12bを挟み、図示しないボルトにより締め付けて構成する。さらに超音波ねじり振動子25の上部には回転側のロータリートランス15aが図示しないボルトにより接続されている。そして対向する位置に固定側のロータリートランス15bがある。固定側のロータリートランス15bにはリード線16により超音波発振器17が接続されている。  The aluminum ring-shaped elastic body 2 to which the grindstone is bonded is attached to an aluminum alloy rotating disc 14 provided with eight slits 26 attached to the grindstone rotating shaft 18 by bolts using bolts (not shown). A Langevin type ultrasonic torsional vibrator 25 is joined to the upper part of the grindstone rotating shaft 18 with a bolt (not shown). The Langevin type ultrasonic torsional vibrator 25 is configured by sandwiching piezoelectric ceramics 12a and 12b between elastic bodies 2a and 2b made of aluminum alloy and fastening them with bolts (not shown). Further, a rotary transformer 15a on the rotating side is connected to the upper portion of the ultrasonic torsional vibrator 25 by a bolt (not shown). And there is a fixed-side rotary transformer 15b at the opposite position. An ultrasonic oscillator 17 is connected to the fixed-side rotary transformer 15 b by a lead wire 16.

ここに用いた圧電セラミック12は、図7で示したものと同じであり、矢印で示すように円周方向に分極されている。  The piezoelectric ceramic 12 used here is the same as that shown in FIG. 7, and is polarized in the circumferential direction as shown by the arrows.

第一の実施の形態と同じように、超音波ねじり振動子25の圧電セラミック12に超音波交流電圧を印加すると弾性体は図8の2点鎖線で示すように振動する。超音波ねじり振動子25は、ねじり振動する。そのねじり振動は、砥石回転軸18を伝播し、さらに回転円板14に伝播し、回転円板14に設けられたスリット26によりねじり振動の一部が拡縮振動に変換される。研磨面に平行であるねじり振動と拡縮振動を同時に励起することにより研磨面の面精度そして研磨速度が向上する。そして超音波振動の効果により加工対象物である被研磨物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、そして砥石の寿命が長くなるなどの利点を有している。  As in the first embodiment, when an ultrasonic alternating voltage is applied to the piezoelectric ceramic 12 of the ultrasonic torsional vibrator 25, the elastic body vibrates as indicated by a two-dot chain line in FIG. The ultrasonic torsional vibrator 25 vibrates torsionally. The torsional vibration propagates through the grindstone rotating shaft 18 and further propagates to the rotating disk 14, and a part of the torsional vibration is converted into expansion / contraction vibration by the slit 26 provided in the rotating disk 14. By simultaneously exciting torsional vibration and expansion / contraction vibration parallel to the polishing surface, the surface accuracy and polishing speed of the polishing surface are improved. And because of the effect of ultrasonic vibration, the frictional resistance with the workpiece to be processed is reduced, so that the thermal distortion of the processed surface is reduced, the processing accuracy is increased, and the life of the grindstone is extended. have.

上記の説明ではカップ砥石、グラインディングホイールを用いたが、もちろん他の回転する砥石を持つものに適用できる。  In the above description, a cup grindstone and a grinding wheel are used, but it is of course applicable to those having other rotating grindstones.

本発明の超音波研磨装置は、ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、希土類磁石材料および金属材料などの被研磨物を研磨することに用いられる。  The ultrasonic polishing apparatus of the present invention is used for polishing an object to be polished such as glass, silicon, silicon nitride, rare earth magnet material, and metal material.

従来の超音波研磨装置の構成例を示す側面図である。It is a side view which shows the structural example of the conventional ultrasonic polishing apparatus. 図1に示すA−A線よりの上面図である。It is a top view from the AA line shown in FIG. 本発明の第1の実施の形態の超音波研磨装置の構成例を示す側面図である。It is a side view which shows the structural example of the ultrasonic polishing apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 図3に用いたロータリートランスを示す平面図と側面断面図である。It is the top view and side sectional drawing which show the rotary transformer used for FIG. 図3の砥石、弾性体そして超音波ねじり振動子などの詳細を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing details of the grindstone, elastic body, ultrasonic torsional vibrator, and the like of FIG. 3. 図5のA−A線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG. 超音波ねじり振動子に用いた圧電セラミックを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric ceramic used for the ultrasonic torsional vibrator. 弾性体に励起されるねじり振動と拡縮振動を説明する図である。It is a figure explaining the torsional vibration and expansion / contraction vibration excited by the elastic body. 本発明の第2の実施の形態の砥石、弾性体そして超音波ねじり振動子などの詳細を示す平面図である。It is a top view which shows details, such as a grindstone of the 2nd Embodiment of this invention, an elastic body, and an ultrasonic torsion vibrator. 図9のA−A線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG. 本発明の第2の実施の形態の砥石、弾性体そして超音波ねじり振動子などの詳細を示す平面図である。It is a top view which shows details, such as a grindstone of the 2nd Embodiment of this invention, an elastic body, and an ultrasonic torsion vibrator. 図11のA−A線で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the AA line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 砥石
2 弾性体
3 研磨軸
4 スラリー
5 ワーク固定台
6 ワーク固定台軸
7 被研磨物
8 積層型圧電アクチュエータ
9 防湿用の樹脂
10 加工テーブル
11 加工テーブル回転軸
12 圧電セラミック
13 溝
14 回転円板
15 ロータリートランス
16 ワード線
17 超音波発振器
18 砥石回転軸
19 スラリータンク
20 パイプ
21 ケース
22 フェライト
23 コイル
24 取付け孔
25 超音波ねじり振動子
26 スリット
27 スリーブ
28 ボルト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Grinding wheel 2 Elastic body 3 Polishing shaft 4 Slurry 5 Work fixing base 6 Work fixing base shaft 7 Workpiece 8 Laminated piezoelectric actuator 9 Moisture-proof resin 10 Processing table 11 Processing table rotating shaft 12 Piezoelectric ceramic 13 Groove 14 Rotating disk 15 Rotary transformer 16 Word line 17 Ultrasonic oscillator 18 Grinding wheel rotating shaft 19 Slurry tank 20 Pipe 21 Case 22 Ferrite 23 Coil 24 Mounting hole 25 Ultrasonic torsional vibrator 26 Slit 27 Sleeve 28 Bolt

Claims (3)

超音波振動を用いて研磨を行う超音波研磨装置において、超音波ねじり振動子を用い、かつ砥石を接合した弾性体にスリットを有していることを特徴とする。  In an ultrasonic polishing apparatus that performs polishing using ultrasonic vibration, an ultrasonic torsional vibrator is used, and an elastic body to which a grindstone is bonded has a slit. 超音波振動を用いて研磨を行う超音波研磨装置において、砥石を接合した弾性体に超音波ねじり振動子を接合し、前記砥石を接合した弾性体にスリットを有していることを特徴とする。  In an ultrasonic polishing apparatus that performs polishing using ultrasonic vibration, an ultrasonic torsional vibrator is bonded to an elastic body to which a grindstone is bonded, and the elastic body to which the grindstone is bonded has a slit. . 超音波振動を用いて研磨を行う超音波研磨装置において、超音波ねじり振動子を用い、回転円板にスリットを有していることを特徴とする。  In an ultrasonic polishing apparatus that performs polishing using ultrasonic vibration, an ultrasonic torsional vibrator is used, and a rotating disk has a slit.
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