JP2008110593A - Disk-shaped blade and cutting device - Google Patents
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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-like blade is generally used for cutting or grooving a workpiece formed of 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2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。 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、切断ブレードに付与する超音波振動を付与するために回転軸にランジュバン型超音波振動子を接合している。そして切断ブレードに超音波振動を与えるために、それよりはるかに質量の大きい回転軸などを超音波振動させなければならない。 In the cutting apparatus described in
また、切断ブレードに径の拡がり振動だけを励起するようにしているが、円周方向の振動も切削方向の加速度が大きくなるため、切削速度、切削精度が向上することが期待されるが、円周方向の振動は励起できない。 In addition, the cutting blade excites only the vibration of expanding the diameter, but the circumferential vibration also increases the acceleration in the cutting direction, which is expected to improve the cutting speed and cutting accuracy. Circumferential vibration cannot be excited.
本発明の目的は、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 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において、ねじり超音波振動子を持ち、円盤状のブレードにスリットを持つものとすることである。 The present invention is to provide a cutting device having a disk-shaped blade having a torsional ultrasonic transducer and having a slit in the disk-shaped blade.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置において、ねじり超音波振動子を持ち、フランジにスリットを持つものとすることである。 Another object of the present invention is to provide a cutting apparatus having a disk-shaped blade having a torsional ultrasonic transducer and a slit in a flange.
本発明はまた、円盤状のブレードを持つ切断装置において、ねじり超音波振動子を持ち、サポート板にスリットを持つものとすることである。 Another object of the present invention is to provide a cutting apparatus having a disk-shaped blade having a torsional ultrasonic transducer and a slit in a support plate.
本発明の円盤状のブレードを持つ切断装置は、切断精度を高めることができる。そして、ブレードの消耗も小さくできる。 The cutting device having a disk-shaped blade according to the present invention can improve cutting accuracy. Also, blade consumption can be reduced.
本発明の第1の実施の形態を図3の正面図とそのA−A線での断面図である図4を用いて説明する。フランジに表から裏に貫通した8個のスリットが設けられている。スリットはフランジの中心軸を通る直線とスリットの中心線との角度は45度である。ここでは、45度としたが、ねじり振動を拡縮振動に変換するためには、10度以上80度以下の角度でよい前記範囲外ではねじり振動を拡縮振動にほとんど変換できなくなる。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 which is a front view of FIG. 3 and a cross-sectional view taken along line AA of FIG. Eight slits penetrating from the front to the back are provided in the flange. In the slit, the angle between the straight line passing through the center axis of the flange and the center line of the slit is 45 degrees. Here, the angle is 45 degrees, but in order to convert the torsional vibration into the expansion / contraction vibration, the torsional vibration can hardly be converted into the expansion / contraction vibration outside the above range, which may be an angle of 10 degrees to 80 degrees.
ここで、図6に用いられているねじり振動を励起する圧電素子8について図8の斜視図を用いて説明する。図中の矢印方向に分極されている。そして、分極方向に垂直方向に交流電界を印加することにより矢印方向に振動する。 Here, the
前記フランジを用いた切断装置5を図5の正面図、そして図5のA−A線で切断した図6の断面図を用いて示す。なお、図面を簡略にするために図5のスリットを省略した。まず、回転軸3、図示しない軸受けなどを収納するケース11に固定側ロータリートランス9aを取り付ける。ここで回転駆動機構、軸受け機構などは図示しない。次にスリーブ10とフランジ2aを一体化した構成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取り付ける。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。 The
スリーブ10に圧電素子8a、8bを入れ、フランジ2aにより締め付け一体化する。次に、切断ブレード1とフランジ2bをスリーブ10に入れ、フランジナット12によりスリーブ10に固定する。そして、一体化したスリーブ10を回転軸3にいれ、ナット4により回転軸3に取り付ける。
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100mm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。 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。 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 the diamond abrasive grains are nickel-plated by nickel plating 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.
次に上記の切断装置5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25KHz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、切断ブレード1は、約25KHzの振動が励起される。次に回転する切断ブレード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
加工対象物をガラスにした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1/2になり、そしてチッピングの大きさは、約1/2になった。 The consumption of the cutting blade when the workpiece was made of glass was about ½ compared to when the ultrasonic vibration was not applied, and the chipping size was about ½.
ここで、フランジ2の振動モードについて説明する。圧電素子8のねじり振動がフランジ2に伝播し、スリット13により図7に示す2点鎖線のようにねじり振動の一部が径方向の振動に変換される。このような、ねじり振動と拡縮振動が結合した振動が切断ブレードの先端に伝播することにより、径方向の加速度に、円周方向の加速度が加わることにより切断能力が高まると推察できる。 Here, the vibration mode of the
本発明の第2の実施の形態を図9の正面図とそのA−A線での断面図である図10を用いて説明する。サポート板7に表から裏に貫通した8個のスリットが設けられている。スリット13はサポート板7の中心軸を通る直線とスリット13の中心線との角度は45度である。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9 which is a front view of FIG. 9 and a sectional view taken along the line AA. The
サポート板7に8個の圧電素子8を、エポキシ樹脂を用いて接合する。ここで用いられているねじり振動を励起する圧電素子8は図8の斜視図に示したものと同じ構成である。 Eight
前記サポート板7を用いた切断装置5を図11の正面図、そして図11のA−A線で切断した図12の断面図を用いて示す。なお、図面を簡略にするために図11のスリットを省略した。まず、回転軸3、軸受けなどを収納するケース11に固定側ロータリートランス9aを取り付ける。ここで回転駆動機構、軸受け機構などは図示しない。次にスリーブ10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取り付ける。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。 The
スリーブ10にサポート板7b、切断ブレード1、サポート板7aを入れ、そしてナット4bにより締め付け一体化する。そして、一体化したスリーブ10を回転軸3にいれ、ナット4aにより回転軸3に取り付ける。 The
次に上記の切断装置5の運転方法について図12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25KHz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、切断ブレード13は、約25KHzの振動が励起される。次に回転する切断ブレード13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
加工対象物をガラスにした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1/2になり、そしてチッピングの大きさは、約1/2になった。 The consumption of the cutting blade when the workpiece was made of glass was about ½ compared to when the ultrasonic vibration was not applied, and the chipping size was about ½.
ここで、圧電素子を接合したサポート板7の振動モードは、図7に示すものと同様である。ねじり振動と拡縮振動が結合した振動が切断ブレードの先端に伝播することにより、径方向の加速度に、円周方向の加速度が加わることにより切断能力が高まると推察できる。 Here, the vibration mode of the
本発明の第3の実施の形態を図13の正面図とそのA−A線での断面図である図14を用いて説明する。切断ブレードに表から裏に貫通した8個のスリットが設けられている。スリットは切断ブレードの中心軸を通る直線とスリットの中心線との角度は45度である。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13 which is a front view of FIG. 13 and a sectional view taken along the line AA. The slit is provided with eight slits penetrating from the front to the back. In the slit, the angle between the straight line passing through the central axis of the cutting blade and the center line of the slit is 45 degrees.
前記スリットを設けた切断ブレードに8個の圧電素子8をエポキシ樹脂を用いて接合する。ここで用いられているねじり振動を励起する圧電素子8は図8の斜視図に示したものと同じ構成である。 Eight
前記切断ブレード1を用いた切断装置5を図15の正面図、そして図15のA−A線で切断した図16の断面図を用いて示す。なお、図面を簡略にするために図15のスリットを省略した。まず、回転軸3、軸受けなどを収納するケース11に固定側ロータリートランス9aを取り付ける。ここで回転駆動機構、軸受け機構などは図示しない。次にスリーブ10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取り付ける。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。 The
スリーブに切断ブレード1、そしてナット4bにより締め付け一体化する。そして、一体化したスリーブ10を回転軸3にいれ、ナット4aにより回転軸3に取り付ける。 The sleeve is integrated with the
次に上記の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25KHz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、切断ブレード1は、約25KHzの振動が励起される。次に回転する切断ブレード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 will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. First, the power of a motor (not shown) is turned on to rotate the
加工対象物をガラスにした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1/2になり、そしてチッピングの大きさは、約1/2になった。 The consumption of the cutting blade when the workpiece was made of glass was about ½ compared to when the ultrasonic vibration was not applied, and the chipping size was about ½.
ここで、圧電素子8を接合した切断ブレード1の振動モードは、図7に示すものと同様である。ねじり振動と拡縮振動が結合した振動が切断ブレード1の先端に伝播することにより、径方向の加速度に、円周方向の加速度が加わることにより切断能力が高まると推察できる。 Here, the vibration mode of the
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.
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 スリーブ
11 ケース
12 フランジナット
13 スリットDESCRIPTION OF
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006319270A JP2008110593A (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Disk-shaped blade and cutting device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006319270A JP2008110593A (en) | 2006-10-27 | 2006-10-27 | Disk-shaped blade and cutting device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110359372A (en) * | 2019-07-04 | 2019-10-22 | 中铁大桥科学研究院有限公司 | A kind of cord clip of suspension bridge screw rod axle power construction method |
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2006
- 2006-10-27 JP JP2006319270A patent/JP2008110593A/en not_active Withdrawn
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CN110359372A (en) * | 2019-07-04 | 2019-10-22 | 中铁大桥科学研究院有限公司 | A kind of cord clip of suspension bridge screw rod axle power construction method |
CN110359372B (en) * | 2019-07-04 | 2021-03-02 | 中铁大桥科学研究院有限公司 | Suspension bridge cable clamp screw axial force construction method |
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