JP2010105142A - Ultrasonic machining tool - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic machining tool capable of efficiently/inexpensively machining a minute groove or a minute depressed shape on a workpiece by ultrasonic machining and also capable of extending the lifetime of the tool while maintaining machining accuracy of a recessed machined part. <P>SOLUTION: In the ultrasonic machining tool 1, hard parts 1a and soft parts 1b formed to have mutually different strengths and rigidities are extended in constant cross sections. One end of the ultrasonic machining tool 1 in the extending direction is fixed to an ultrasonic horn 2 to be a fixed end. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、被加工物の表面に微細溝あるいは微細な窪み(有底の穴)である凹形加工部を超音波加工を用いて高能率に形成するための超音波加工用工具に関する。   The present invention relates to an ultrasonic processing tool for efficiently forming a concave processed portion, which is a fine groove or a fine depression (bottomed hole), on the surface of a workpiece using ultrasonic processing.

部材表面に微細な溝を加工すると、接触物との潤滑特性を改善あるいは制御することが可能となることが知られている。この微細な溝の形成による潤滑特性の改善効果を、例えば、超硬合金製やアルミナセラミクス製の金属切削用の切削工具表面に適応すると、例えば湿式切削において、微細溝が無い工具に比べて潤滑剤が工具−切りくず接触域により多く浸透するようになるから切削力を低減させることができる。また、工具−切りくず接触面積を拘束する効果により、工具表面上の摩擦力が切りくず材料の最大せん断降伏応力に飽和するようになるため、摩擦力の変動、すなわち、切削力の変動を抑制することができる(例えば、非特許文献1)。   It is known that when a fine groove is processed on the surface of a member, it is possible to improve or control the lubrication characteristics with the contact object. If the effect of improving the lubrication characteristics due to the formation of fine grooves is applied to, for example, a cutting tool surface for metal cutting made of cemented carbide or alumina ceramics, for example, in wet cutting, lubrication is performed compared to a tool without fine grooves. Since the agent penetrates more into the tool-chip contact area, the cutting force can be reduced. In addition, the effect of constraining the tool-chip contact area causes the friction force on the tool surface to saturate to the maximum shear yield stress of the chip material. (For example, Non-Patent Document 1).

ところで、超硬合金やセラミクスなどの高脆材料の表面に多数の微細な溝を付加する加工法に、超精密切削加工法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法、放電加工法、レーザ加工法、超音波加工法などがある。
超精密切削加工法では、多数の溝を一度に加工できない、高脆材料を延性モードで切削するためには切取り厚さや送り速度を小さくしなければならないため加工能率を高くできなくなる、といった欠点がある。
フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工法は、サブナノミリオーダーの極小の微細溝を形成することが可能ではあるが、フォトマスクを工具表面に成形する工程で高価な設備を必要とし、またドライエッチング処理の場合には加工速度が遅く特殊な加工装置が必要となるため加工コストが高くなる、といった欠点がある。
放電加工法はセラミクスなどの絶縁体では加工が困難である、レーザ加工法は高エネルギを必要とするため加工コストが高い、といった欠点がある。
By the way, in addition to the processing methods that add many fine grooves to the surface of highly brittle materials such as cemented carbide and ceramics, ultra-precise cutting processing method, etching processing method using photolithography technology, electric discharge processing method, laser processing method And ultrasonic processing methods.
The ultra-precise cutting method has the disadvantages that a large number of grooves cannot be processed at once, and that the cutting efficiency and the feed rate must be reduced to cut highly brittle materials in ductile mode, making it impossible to increase the machining efficiency. is there.
The etching method using photolithography technology can form microscopic grooves of sub-nanomillimeter order, but requires expensive equipment in the process of forming a photomask on the tool surface, and is a dry etching process. In this case, the processing speed is low and a special processing apparatus is required, so that the processing cost is high.
The electric discharge machining method has the disadvantages that it is difficult to process with an insulator such as ceramics, and the laser machining method has a high processing cost because it requires high energy.

一方、超音波加工法は、延性材料にも高脆材料にも、また絶縁体にも導電体にも超音波ホーンの先端に取り付けた工具の断面形状を比較的速い加工速度で転写できるため、上記の加工法に比べて高能率にまた安価に溝形状を形成できる利点がある。
この超音波加工法では、例えば、工具の先端形状を微細な凸部が配列された形状にすれば、微細な凹形状の配列を被加工物に形成できる(例えば特許文献1)。
また、被加工物に超音波振動に対して減衰率の高い材料で溝加工したくない部分を覆い、平面形状の工具により微細な形状を形成する方法も提案されている(例えば特許文献2)。
榎本俊之、高崎亮、微細表面形状を有する切削工具の開発 超硬工具によるアルミニウム合金の切削、2007年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集,(2007) pp.288−289. 特開2007−211323号公報 特開平6−339841号公報
On the other hand, since the ultrasonic machining method can transfer the cross-sectional shape of the tool attached to the tip of the ultrasonic horn to a ductile material, a highly brittle material, an insulator or a conductor at a relatively high processing speed, Compared to the above processing method, there is an advantage that the groove shape can be formed efficiently and at a low cost.
In this ultrasonic processing method, for example, if the tip shape of the tool is changed to a shape in which fine convex portions are arranged, an array of fine concave shapes can be formed on the workpiece (for example, Patent Document 1).
In addition, a method has been proposed in which a workpiece is covered with a material that has a high attenuation factor with respect to ultrasonic vibration and a portion that is not desired to be grooved is formed, and a fine shape is formed using a planar tool (for example, Patent Document 2). .
Toshiyuki Enomoto, Ryo Takasaki, Development of cutting tool with fine surface shape Cutting of aluminum alloy with cemented carbide tool, 2007 JSPE Spring Conference Annual Lecture, (2007) pp. 288-289. JP 2007-213323 A JP-A-6-339841

工具先端を微細な凸部が配列された形状にして超音波加工を行う場合は、現状では、工具先端形状を例えば、超精密切削加工、フォトリソグラフィ技術を活用したエッチング加工、放電加工やレーザ加工などで形成している。しかしながら、この場合、工具を製作する費用が高く付くといった問題がある。また、例えば溝幅が数μmから数十μmの平行溝を多数形成する場合には、工具先端は厚さが数μmから数十μmの薄い壁が多数個並んだ櫛状に配列された形状となることから、工具上に形成した壁の高さを壁の厚さに比べて高くすると、それぞれの壁の剛性が著しく低下するため、超音波振動による周期的な荷重の変動により壁が変形して加工精度の確保が難しくなり、特に深溝加工を行うのが困難になるといった問題もある。一方、壁の高さを厚さに比べて低くすると、工具の剛性は向上するが、工具の寿命時間が短くなり、場合によっては深溝加工には適用できなくなる問題が生じる。   When ultrasonic machining is performed with the tool tip in a shape with fine projections arranged, at present, the tool tip shape is, for example, ultra-precise cutting, etching using photolithography, electrical discharge machining, or laser machining. And so on. However, in this case, there is a problem that the cost for manufacturing the tool is high. Further, for example, when a large number of parallel grooves having a groove width of several μm to several tens of μm are formed, the tool tip is arranged in a comb shape in which many thin walls having a thickness of several μm to several tens of μm are arranged. Therefore, if the height of the wall formed on the tool is made higher than the thickness of the wall, the rigidity of each wall will be significantly reduced, so that the wall will be deformed by periodic load fluctuations due to ultrasonic vibration. As a result, it is difficult to ensure processing accuracy, and it is particularly difficult to perform deep groove processing. On the other hand, when the wall height is lower than the thickness, the rigidity of the tool is improved, but the tool life time is shortened, and in some cases, the problem becomes impossible to apply to deep grooving.

被加工物を減衰率の高い材料でマスクする方法もあるが、マスキング工程にはフォトリソグラフィ技術を利用するため、加工コストが高いという問題点があることは同様である。   Although there is a method of masking a workpiece with a material having a high attenuation factor, the masking process uses a photolithography technique, so that the processing cost is high.

本発明は、上述の問題に鑑みて、超音波加工で、被加工物に微細溝あるいは微細な窪み形状を、高能率で安価に加工することができ、しかも凹形加工部の加工精度を維持しつつ工具寿命の延長を可能にする超音波加工用工具を提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned problems, the present invention can process a minute groove or a minute depression shape on a workpiece with high efficiency and low cost by ultrasonic machining, and maintain the machining accuracy of the concave machining portion. An object of the present invention is to provide an ultrasonic machining tool that can extend the tool life.

上記課題を解決するために、本発明では以下の構成を提供する。
第1の発明は、超音波ホーンの先端に取り付けて、被加工物の表面に微細溝あるいは微細な窪みである凹形加工部を超音波加工により形成するための超音波加工用工具であって、強度及び剛性が互いに異なるように形成された硬質部及び軟質部が一定断面形状で延在されてなり、延在方向片端が前記超音波ホーンに固定される固定端とされていることを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第2の発明は、前記硬質部が複数設けられ、前記軟質部が前記硬質部の間に介在されていることを特徴とする第1の発明の超音波加工用工具を提供する。
第3の発明は、前記微細溝を複数並列に形成するための第2の発明の超音波加工用工具であって、前記硬質部が前記微細溝に対応する断面形状を有する板材によって形成され、前記板材よりも軟質の層状に形成された前記軟質部が前記板材同士の間に介在されるようにして硬質部と軟質部とが積層された多層構造とされていることを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第4の発明は、前記板材が屈曲部あるいは湾曲部である曲げ部を有する断面形状をなしていることを特徴とする第3の発明の超音波加工用工具を提供する。
第5の発明は、前記硬質部が屈曲部あるいは湾曲部である曲げ部を有し間隔をあけて互いに並行配置された部分が形成された断面形状をなす板材によって形成され、前記板材の互いに並行配置された部分の間に、前記板材よりも軟質の層状に形成された前記軟質部が介在されていることを特徴とする第1の発明の超音波加工用工具を提供する。
第6の発明は、前記軟質部が、合成樹脂を用いて、前記硬質部を構成する部材である硬質材よりも軟質に形成された軟質材からなることを特徴とする第1〜5のいずれかの発明の超音波加工用工具を提供する。
第7の発明は、第2〜5の発明のいずれかに係る第6の発明の超音波加工用工具であって、前記軟質材の前記合成樹脂が接着材であり、軟質部を介して互いに離隔させて設けられた硬質材が前記接着材によって接着されて全体が一体化されていることを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第8の発明は、第3〜5の発明のいずれかに係る第6の発明の超音波加工用工具であって、前記軟質材が前記硬質材である板材の片面あるいは両面に被着されてなる積層材を1以上用いて構成されたことを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第9の発明は、第2〜5の発明のいずれかに係る第6の発明の超音波加工用工具であって、前記硬質材と該硬質材とは別体の部材になっている軟質材とが互いに当接させて設けられていることを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第10の発明は、第7〜9の発明いずれかの超音波加工用工具であって、前記軟質材は、前記合成樹脂中に薄紙が埋め込まれた構造になっていることを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第11の発明は、第1、2、5の発明いずれかに係る第6の発明の超音波加工用工具であって、その延在方向に垂直の断面が、ひとつの軟質材中に1又は複数の前記硬質材が埋め込むようにして設けられた構造になっていることを特徴とする超音波加工用工具を提供する。
第12の発明は、前記硬質部は被加工物と同等以上の強度及び剛性を有し、前記軟質部は前記被加工物に比べて強度及び剛性が低いことを特徴とする第1〜11のいずれかの発の超音波加工用工具を提供する。
第13の発明は、前記硬質部を構成する部材である硬質材が金属あるいはセラミクスによって形成されていることを特徴とする第1〜12のいずれかの発明の超音波加工用工具を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following configuration.
1st invention is the tool for ultrasonic processing attached to the front-end | tip of an ultrasonic horn, and forming the concave-shaped process part which is a fine groove or a fine hollow on the surface of a workpiece by ultrasonic processing, The hard part and the soft part formed so as to have different strength and rigidity are extended with a constant cross-sectional shape, and one end in the extending direction is a fixed end fixed to the ultrasonic horn. An ultrasonic machining tool is provided.
A second invention provides the ultrasonic processing tool according to the first invention, wherein a plurality of the hard parts are provided, and the soft part is interposed between the hard parts.
A third invention is the ultrasonic processing tool of the second invention for forming a plurality of the fine grooves in parallel, wherein the hard portion is formed by a plate material having a cross-sectional shape corresponding to the fine grooves, Ultrasonic wave characterized by having a multilayer structure in which a hard part and a soft part are laminated so that the soft part formed in a layer shape softer than the plate material is interposed between the plate materials Provide machining tools.
According to a fourth aspect of the invention, there is provided the ultrasonic processing tool according to the third aspect, wherein the plate material has a cross-sectional shape having a bent portion which is a bent portion or a curved portion.
According to a fifth aspect of the present invention, the hard portion is formed by a plate material having a cross-sectional shape in which bent portions that are bent portions or curved portions are formed and portions that are arranged in parallel to each other at an interval are formed, and the plate materials are parallel to each other. The ultrasonic machining tool according to the first aspect of the present invention is characterized in that the soft portion formed in a layer shape softer than the plate material is interposed between the disposed portions.
In a sixth aspect of the invention, any one of the first to fifth aspects is characterized in that the soft portion is made of a soft material that is formed softer than a hard material that is a member constituting the hard portion using a synthetic resin. An ultrasonic processing tool according to the invention is provided.
7th invention is the ultrasonic processing tool of 6th invention which concerns on either of 2nd-5th invention, Comprising: The said synthetic resin of the said soft material is an adhesive material, and it mutually passes through a soft part. Provided is an ultrasonic processing tool characterized in that a hard material provided separately is bonded by the adhesive and integrated as a whole.
An eighth invention is the ultrasonic machining tool according to the sixth invention according to any one of the third to fifth inventions, wherein the soft material is attached to one side or both sides of a plate material which is the hard material. There is provided an ultrasonic processing tool characterized by comprising one or more laminated materials.
A ninth invention is the ultrasonic machining tool according to the sixth invention according to any one of the second to fifth inventions, wherein the hard material and the hard material are separate members. Are provided in contact with each other, and an ultrasonic processing tool is provided.
A tenth invention is the ultrasonic processing tool according to any of the seventh to ninth inventions, wherein the soft material has a structure in which thin paper is embedded in the synthetic resin. Provide sonic processing tools.
An eleventh aspect of the invention is the ultrasonic machining tool according to the sixth aspect of the invention according to any one of the first, second, and fifth aspects, wherein the cross section perpendicular to the extending direction is one or more in one soft material. Provided is an ultrasonic processing tool characterized by having a structure in which a plurality of the hard materials are embedded.
In a twelfth aspect of the invention, the hard portion has strength and rigidity equal to or higher than those of the workpiece, and the soft portion has lower strength and rigidity than the workpiece. An ultrasonic machining tool of any origin is provided.
A thirteenth aspect of the invention provides the ultrasonic machining tool according to any one of the first to twelfth aspects of the invention, wherein a hard material that is a member constituting the hard portion is formed of metal or ceramics.

本発明に係る超音波加工用工具は、被加工物表面方向に対して、超音波工具の断面の機械的特性を、被加工物に形成する微細溝形状に応じて高強度領域(硬質部)と低強度領域(軟質部)とに分割した構成になっている。硬質部と軟質部とは一定断面形状で延在されている。また、硬質部は、被加工物に形成する凹形加工部の形状に対応する断面形状になっている。
本発明に係る超音波加工用工具は、換言すれば、加工物に形成する凹形加工部の形状に対応する断面形状で延在する部分(以下、工具材部とも言う)以外に、前記工具材部よりも軟質の軟質部を具備し、前記軟質部と該軟質部よりも硬質(軟質部に比べて相対的に硬質)の部分である工具材部(これを硬質部と称する)とが一定断面形状で延在された構造になっている。
The ultrasonic processing tool according to the present invention has a mechanical property of the cross section of the ultrasonic tool with respect to the surface direction of the workpiece, and a high strength region (hard portion) according to the shape of the fine groove formed in the workpiece. And a low strength region (soft portion). The hard part and the soft part are extended with a constant cross-sectional shape. Moreover, the hard part has a cross-sectional shape corresponding to the shape of the concave processed part formed on the workpiece.
In other words, the tool for ultrasonic processing according to the present invention includes the tool other than a portion (hereinafter also referred to as a tool material portion) extending in a cross-sectional shape corresponding to the shape of the concave processed portion formed on the workpiece. A soft material portion softer than the material portion, and the soft material portion and a tool material portion that is harder (relatively hard than the soft portion) than the soft portion (referred to as a hard portion). The structure extends with a constant cross-sectional shape.

本発明に係る超音波加工用工具は湿式の超音波加工に用いて好適であるが、乾式の超音波加工にも用いることができる。
本発明に係る超音波加工用工具を用いた湿式の超音波加工は、超音波ホーン先端に取り付けた工具(超音波加工用工具)先端と被加工物とを微細な砥粒を含んだスラリーの中に浸した状態にて、超音波ホーンから工具に振動エネルギを与えて工具を周波数数十kHzで被加工物の加工面に対して主に上下に振動させ、振動エネルギを加工面に対して垂直に作用させる。工具の先端面(以下、工具面とも言う)と被加工物表面の間には微細な砥粒が存在する。工具が超音波振動すると、工具面と被加工物表面の間の微細な砥粒も超音波で振動することになる。
The ultrasonic machining tool according to the present invention is suitable for wet ultrasonic machining, but can also be used for dry ultrasonic machining.
The wet ultrasonic machining using the ultrasonic machining tool according to the present invention is performed by combining a tool (ultrasonic machining tool) tip attached to the tip of an ultrasonic horn and a workpiece with a slurry containing fine abrasive grains. The vibration energy is given to the tool from the ultrasonic horn while being immersed in the tool, and the tool is vibrated mainly up and down with respect to the work surface of the workpiece at a frequency of several tens of kHz. Acts vertically. Fine abrasive grains exist between the tip surface of the tool (hereinafter also referred to as the tool surface) and the workpiece surface. When the tool vibrates ultrasonically, fine abrasive grains between the tool surface and the workpiece surface also vibrate with the ultrasonic waves.

ところで、全体が同一の材質で形成された工具を使用した超音波加工を想定するとき、工具の強度や剛性が被加工物の強度や剛性に比べて著しく低くない場合には、超音波振動のエネルギが充分に砥粒に伝達され、砥粒が被加工物の表面を有効に打撃し、徐々に被加工物の表面を削り取る。同時に、工具側も徐々に削り取られるが、工具の高さ、すなわち被加工物の表面に対して垂直方向の工具の長さを長くすれば、工具を長時間連続的に使用でき、深溝加工を実現できる。
一方、工具の強度や剛性が被加工物の強度や剛性に比べて著しく低い場合には、砥粒に充分に振動のエネルギが伝達されなくなり、また砥粒が被加工物を打撃するよりも強度や剛性が低い工具の方を打撃し、砥粒が工具を侵食あるいは工具の内部へ侵入する割合が高くなることにより、被加工物への侵食は大きくならない。
By the way, when assuming ultrasonic processing using a tool made entirely of the same material, if the strength and rigidity of the tool are not significantly lower than the strength and rigidity of the workpiece, the ultrasonic vibration The energy is sufficiently transmitted to the abrasive grains, and the abrasive grains effectively strike the surface of the workpiece and gradually scrape off the surface of the workpiece. At the same time, the tool side is gradually scraped away, but if the tool height, that is, the length of the tool perpendicular to the surface of the workpiece is increased, the tool can be used continuously for a long time, and deep grooving can be performed. realizable.
On the other hand, when the strength and rigidity of the tool is significantly lower than the strength and rigidity of the workpiece, vibration energy is not sufficiently transmitted to the abrasive grains, and the strength is higher than the abrasive grains hit the workpiece. In addition, a tool having a lower rigidity is hit and the rate of abrasive grains eroding the tool or entering the tool does not increase the erosion of the work piece.

本発明に係る超音波加工用工具は、硬質部の強度及び剛性が被加工物と同等あるいは被加工物よりも高いことが好ましい。このような硬質部は、その強度や剛性が被加工物の強度や剛性に比べて著しく低くないものであることは言うまでも無い。一方、軟質部については、強度や剛性が被加工物に比べて低く被加工物に比べて軟質のものを採用するが、特に、強度や剛性が被加工物に比べて著しく低く、被加工物に比べてかなり軟質に形成されていることが好ましい。   In the ultrasonic processing tool according to the present invention, it is preferable that the strength and rigidity of the hard portion are equal to or higher than the workpiece. It goes without saying that such a hard portion has strength and rigidity that are not significantly lower than the strength and rigidity of the workpiece. On the other hand, the soft part has a lower strength and rigidity than the work piece and is softer than the work piece. In particular, the strength and rigidity are significantly lower than the work piece. It is preferable that it is formed so as to be considerably softer than.

強度や剛性が被加工物と同等あるいは被加工物よりも高く被加工物と同等以上の硬さを有する硬質部と、強度や剛性が被加工物に比べて著しく低く被加工物に比べてかなり軟質に形成された軟質部とを具備する超音波加工用工具を、上述のスラリー中での被加工物の超音波加工に使用したとき、硬質部の方が軟質部に比べて、砥粒への超音波振動のエネルギの伝達効率が高くなり、その結果、被加工物において硬質部に対面する部位では、軟質部に対面する部位に比べて、砥粒が被加工物の表面を有効に打撃し、それによる被加工物表面の削り取りが効率良く行われる。軟質部から砥粒への振動のエネルギの伝達は充分になされず、また砥粒が被加工物を打撃するよりも強度や剛性が低い軟質部の方を打撃し、砥粒が軟質部を侵食あるいは軟質材の内部へ侵入する割合が高くなることにより、砥粒の被加工物への侵食は大きくならない。被加工物表面の削り取りに伴い硬質部側も徐々に削り取られるが、工具の高さ、すなわち被加工物の表面に対して垂直方向の工具の長さを長くすれば、工具を長時間連続的に使用でき、深溝加工を確実に実現できる。
結果的に、硬質部のみが被加工物を加工し、軟質部は被加工物に大きな損傷を与えない。しかも、軟質部が硬質部を支えて曲がりを抑える支持材の如く機能し、工具剛性を高めることが可能である。このため、工具全体では高い工具剛性を維持したまま凹形加工部の加工を行え、高い加工精度を維持したまま、被加工物表面から深い位置まで凹形加工部を加工できるようになる。
Hard parts that have the same strength or rigidity as the work piece or higher than the work piece and have the same or higher hardness as the work piece, and the strength and rigidity are significantly lower than the work piece and considerably lower than the work piece When an ultrasonic processing tool having a soft part formed softly is used for ultrasonic processing of a workpiece in the slurry described above, the hard part is more abrasive than the soft part. As a result, the energy transmission efficiency of the ultrasonic vibration of the workpiece is higher, and the abrasive grain hits the surface of the workpiece more effectively in the part facing the hard part than in the part facing the soft part. As a result, the surface of the workpiece can be efficiently cut off. The vibration energy is not sufficiently transmitted from the soft part to the abrasive grains, and the abrasive part strikes the soft part having lower strength and rigidity than the abrasive part strikes the workpiece, and the abrasive grains erode the soft part. Alternatively, since the rate of penetration into the soft material increases, the erosion of the abrasive grains into the workpiece does not increase. As the workpiece surface is scraped off, the hard part side is gradually scraped off, but if the height of the tool, that is, the length of the tool perpendicular to the workpiece surface is increased, the tool can be continuously used for a long time. It can be used for deep groove processing reliably.
As a result, only the hard part processes the workpiece, and the soft part does not damage the workpiece significantly. In addition, the soft part functions as a support material that supports the hard part and suppresses bending, and the rigidity of the tool can be increased. For this reason, the entire tool can process the concave machining portion while maintaining high tool rigidity, and the concave machining portion can be machined from the workpiece surface to a deep position while maintaining high machining accuracy.

被加工物の材質としては、例えば超硬合金、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム合金等の金属、セラミクス、ガラス等の脆性材料を挙げることができる。
このような材質からなる被加工物に凹形加工部を形成するための本発明に係る超音波加工用工具としては、例えば、金属あるいはセラミクスからなり強度や剛性が被加工物と同等あるいは被加工物よりも高く被加工物と同等以上の硬さを有する硬質部と、合成樹脂製の軟質部(強度や剛性が被加工物に比べて著しく低く被加工物に比べてかなり軟質に形成された軟質部)とを具備する構成のものを採用できる。
Examples of the material of the workpiece include metals such as cemented carbide, carbon steel, stainless steel, copper, and aluminum alloys, and brittle materials such as ceramics and glass.
Examples of the ultrasonic machining tool according to the present invention for forming a concave machining portion on a workpiece made of such a material include, for example, metal or ceramics, and have the same strength and rigidity as the workpiece. A hard part that is higher than the workpiece and has a hardness equal to or higher than that of the work piece, and a soft part made of synthetic resin (strength and rigidity are significantly lower than the work piece, and it is considerably softer than the work piece. A structure having a soft portion) can be employed.

また、本発明に係る超音波加工用工具は、被加工物に形成する凹形加工部の形状に対応する断面形状で延在する硬質部と、この硬質部よりも軟質に形成された軟質部とが、一定断面形状で延在する構成であればよく、簡単かつ高効率で安価な製造方法により得ることが可能である。例えば、被加工物に形成する凹形加工部の形状に対応する断面形状で延在し硬質部を構成する部材である硬質材と、軟質部を構成する合成樹脂製の部材である軟質材とを接着、圧接等によって一体化する製造方法や、前記硬質材を金型内に配置した状態で前記金型内に注入した液状樹脂材料を硬化させ合成樹脂を成形するインサートモールド成形によって得ることが可能である。   The ultrasonic machining tool according to the present invention includes a hard portion extending in a cross-sectional shape corresponding to the shape of the concave machining portion formed on the workpiece, and a soft portion formed softer than the hard portion. Can be obtained by a simple, highly efficient and inexpensive manufacturing method. For example, a hard material that is a member that forms a hard portion and extends in a cross-sectional shape corresponding to the shape of a concave processed portion that is formed on the workpiece, and a soft material that is a synthetic resin member that forms a soft portion Can be obtained by a manufacturing method in which the resin is integrated by bonding, pressure welding or the like, or by insert mold molding in which the liquid resin material injected into the mold is cured and the synthetic resin is molded with the hard material disposed in the mold. Is possible.

本発明に係る超音波加工用工具によれば、被加工物に形成する凹形加工部の形状に対応する断面形状で延在する硬質部と、この硬質部よりも軟質に形成された軟質部とが、一定断面形状で延在する構成であるため、超精密切削加工、フォトリソグラフィ技術を活用したエッチング加工、放電加工やレーザ加工などを使用することなく製造することができる。このため、高能率で安価に製造することができる。
しかも、この超音波加工用工具によれば、軟質部によって工具剛性を高めることができるため、凹形加工部の加工精度を維持しつつ工具の長さを長くすることが容易となり、凹形加工部の加工精度を維持しつつ工具寿命を延長することが可能となる。形成する凹形加工部の深さを深くすることも可能となる。
According to the ultrasonic processing tool according to the present invention, a hard part extending in a cross-sectional shape corresponding to the shape of the concave processed part formed on the workpiece, and a soft part formed softer than the hard part Can be manufactured without using ultra-precise cutting processing, etching processing utilizing photolithography technology, electric discharge processing, laser processing, or the like. For this reason, it can be manufactured at high efficiency and at low cost.
In addition, according to this ultrasonic machining tool, since the rigidity of the tool can be increased by the soft part, it becomes easy to increase the length of the tool while maintaining the machining accuracy of the concave machined part. The tool life can be extended while maintaining the machining accuracy of the part. It is also possible to increase the depth of the concave processed portion to be formed.

以下、本発明を実施した超音波加工用工具について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明に係る1実施形態の超音波加工用工具1(以下、単に工具とも言う)を超音波ホーン2に取り付けた状態を示す図(正断面図)、図2は図1のA−A線断面矢視図、図3は前記工具1を使用した湿式の超音波加工を説明する図、図4は図3の超音波加工による凹形加工部の加工原理を説明する図である。
Hereinafter, an ultrasonic processing tool embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram (a front sectional view) showing a state in which an ultrasonic processing tool 1 (hereinafter also simply referred to as a tool) according to an embodiment of the present invention is attached to an ultrasonic horn 2, and FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining wet ultrasonic machining using the tool 1, and FIG. 4 is a diagram for explaining the machining principle of the concave machining portion by ultrasonic machining in FIG. is there.

図4に示すように、前記工具1は、被加工物4に溝幅が数μmから数十μmの溝5(凹形加工部)を互いに平行に一度に複数本(図示例では5本)形成するための超音波加工用工具である。
図1、図2に示す工具1は、図示例の工具1は、エポキシ樹脂系などの液状の接着材を薄紙に含浸させてなる接着材含浸シートを用いて、板状の硬質板1a(板材。以下、硬質板とも言う)同士を貼り合わせて、複数の硬質板1aを積層したものであり、接着材含浸シートの接着材が硬化してなる軟質材1bと硬質板1aとが、硬質板1a同士の間に前記軟質材1bが介在されるようにしてそれぞれ複数積層された多層構造になっている。
図示例では、5つの硬質板1aと4つの軟質材1bとを積層した構成の積層工具1を例示しているが、工具1を構成する硬質板1a及び軟質材1bの数はこれに限定されるものでは無い。
As shown in FIG. 4, the tool 1 includes a plurality of grooves 5 (concave portions) having a groove width of several μm to several tens of μm on the workpiece 4 at a time (five in the illustrated example). It is the tool for ultrasonic processing for forming.
The tool 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a plate-like hard plate 1a (plate material) using an adhesive-impregnated sheet obtained by impregnating thin paper with a liquid adhesive such as an epoxy resin. (Hereinafter also referred to as “hard plates”), a plurality of hard plates 1a are laminated, and a soft material 1b and a hard plate 1a obtained by curing the adhesive material of the adhesive-impregnated sheet are hard plates. A multi-layer structure is formed in which a plurality of the soft materials 1b are interposed between 1a.
In the illustrated example, the laminated tool 1 having a configuration in which five hard plates 1a and four soft materials 1b are laminated is illustrated, but the number of hard plates 1a and soft materials 1b constituting the tool 1 is limited to this. It is not something.

軟質材1bは、該工具1の硬質材(硬質板1a)同士を接着する接着材層(合成樹脂層)として機能する。この工具1は、軟質材1bを介して両側の硬質板1aが軟質材1bによって接着され、全体が一体化された構成になっている。
また、この工具1の製造にあたっては、硬質板1aの間に接着材含浸シートを挟み込むことで、薄紙の厚みによって、硬質板1a間の間隔を簡単に制御できる。
接着材の硬化によって形成される軟質材1bは、接着材が硬化してなる樹脂(合成樹脂)中に薄紙が埋め込まれた構成になっている。薄紙は、例えばティッシュペーパー等の柔軟性が高いものであることが好ましい。
The soft material 1b functions as an adhesive layer (synthetic resin layer) that bonds the hard materials (hard plate 1a) of the tool 1 together. The tool 1 has a configuration in which the hard plates 1a on both sides are bonded together by the soft material 1b via the soft material 1b, and the whole is integrated.
In manufacturing the tool 1, the interval between the hard plates 1a can be easily controlled by sandwiching the adhesive-impregnated sheet between the hard plates 1a depending on the thickness of the thin paper.
The soft material 1b formed by curing the adhesive has a configuration in which thin paper is embedded in a resin (synthetic resin) obtained by curing the adhesive. The thin paper is preferably a highly flexible material such as tissue paper.

被加工物4は、例えば金属、セラミクス、ガラスといった硬質の材料で形成されている部材である。
前記硬質板1aは、被加工物4に形成する溝5の形状に対応する断面形状で延在(図1において上下が延在方向)する部材である。図1、図2に例示した工具1にあっては、平板状の硬質板1aを採用している。
図2に示すように、この硬質板1a(板材)の断面は長方形状であり、その短辺方向の寸法p(すなわち硬質板1aの厚さ)が被加工物4に形成しようとする溝5の溝幅、長辺方向寸法q(延在方向に垂直の断面における長手方向寸法)が前記溝5の長さに揃えられている。
この硬質板1aは、その延在方向の全長にわたって一定断面形状に形成されている。
The workpiece 4 is a member made of a hard material such as metal, ceramics, or glass.
The hard plate 1a is a member that extends in a cross-sectional shape corresponding to the shape of the groove 5 formed in the workpiece 4 (up and down in FIG. 1). In the tool 1 illustrated in FIGS. 1 and 2, a flat hard plate 1 a is employed.
As shown in FIG. 2, the cross section of the hard plate 1a (plate material) is rectangular, and the dimension 5 in the short side direction (that is, the thickness of the hard plate 1a) is the groove 5 to be formed in the workpiece 4. The groove width and the long side dimension q (longitudinal dimension in the cross section perpendicular to the extending direction) are aligned with the length of the groove 5.
The hard plate 1a is formed in a constant cross-sectional shape over the entire length in the extending direction.

また、この硬質板1aとしては、金属あるいはセラミクスによって形成されたものを採用する。金属あるいはセラミクスからなる硬質板1aは、その強度及び剛性が被加工物4に比べて著しく低くない硬質部を構成するものと言える。
金属、セラミクス、ガラスのいずれかで形成された被加工物4に凹形加工部(溝5)を形成する場合、硬質板1a(板材)としては、例えば、汎用的に市販されている厚さ5〜100μmのシムシート等の薄鋼板を好適に使用できる。この薄鋼板としては、例えばSK材(炭素工具鋼)からなるもの、SUS材(SUS:ステンレス)からなるもの等が好適である。
Moreover, as this hard board 1a, what was formed by the metal or ceramics is employ | adopted. It can be said that the hard plate 1a made of metal or ceramic constitutes a hard portion whose strength and rigidity are not significantly lower than the workpiece 4.
In the case of forming the concave processed portion (groove 5) in the workpiece 4 formed of any one of metal, ceramics, and glass, as the hard plate 1a (plate material), for example, a commercially available thickness A thin steel plate such as a 5-100 μm shim sheet can be suitably used. As this thin steel plate, for example, those made of SK material (carbon tool steel), those made of SUS material (SUS: stainless steel), etc. are suitable.

工具1の長寿命化の点では、硬質板1aとして、その強度及び剛性が被加工物4よりも高いものを採用することがより好ましい。但し、硬質板1aは、その強度及び剛性が被加工物4に比べて著しく低くないものであれば良く、被加工物4に比べて強度及び剛性が低いものを採用することも可能である。強度及び剛性が被加工物4と同等の硬質板1aを採用することも勿論可能である。   In terms of extending the life of the tool 1, it is more preferable to employ a hard plate 1 a that has higher strength and rigidity than the workpiece 4. However, the hard plate 1a may be any as long as its strength and rigidity are not significantly lower than those of the workpiece 4, and those having lower strength and rigidity than those of the workpiece 4 may be employed. Of course, it is possible to employ a hard plate 1a having the same strength and rigidity as the workpiece 4.

軟質材1bは、上述のように接着材層(合成樹脂層)であり、その強度及び剛性が被加工物4に比べて著しく低く被加工物4に比べてかなり軟質の軟質部を構成するものと言える。
軟質材1bの厚さrは、被加工物4に複数平行に形成しようとする溝5間の距離(間隔)を決める。
The soft material 1b is an adhesive layer (synthetic resin layer) as described above, and its strength and rigidity are significantly lower than those of the workpiece 4, and constitutes a soft part that is considerably softer than the workpiece 4. It can be said.
The thickness r of the soft material 1b determines the distance (interval) between the grooves 5 to be formed in parallel to the workpiece 4.

複数の硬質板1a(板材)は、軟質材1b(合成樹脂層、接着材層)を介して互いに平行に設けられている。
軟質材1bは、その延在方向(図1において上下が延在方向)の全長にわたって一定断面形状に形成されている。
このため、工具1は、その全長にわたって一定断面形状を有する構成になっている。
The plurality of hard plates 1a (plate materials) are provided in parallel to each other via a soft material 1b (synthetic resin layer, adhesive layer).
The soft material 1b is formed in a constant cross-sectional shape over the entire length in the extending direction (the vertical direction in FIG. 1 is the extending direction).
For this reason, the tool 1 has a configuration having a constant cross-sectional shape over its entire length.

図1、図3に示すように、この工具1を用いて被加工物4に凹形加工部(溝5)を形成する超音波加工は、工具1の延在方向片端を超音波ホーン2の先端に取り付けて行う。
図1、図3では、具体的には、超音波ホーン2にその先端面から窪むように形成された工具取付用凹所21に工具1の延在方向片端と取付治具2aとを押し込んで工具1を超音波ホーン2に取り付けている。工具1は、工具取付用凹所21に挿入された端部以外の部分が超音波ホーン2の先端から突出された状態にする。
工具1の延在方向片端は、該工具1を超音波ホーン2に取り付けるための固定端として機能する。
As shown in FIG. 1 and FIG. 3, ultrasonic processing for forming a concave processing portion (groove 5) in a workpiece 4 using this tool 1 is performed by using one end of the tool 1 in the extending direction of the ultrasonic horn 2. Attach to the tip.
In FIG. 1 and FIG. 3, specifically, the tool 1 is pushed into the tool mounting recess 21 formed in the ultrasonic horn 2 so as to be recessed from the tip end surface, and the tool 1 is pushed into the tool mounting recess 2a. 1 is attached to the ultrasonic horn 2. The tool 1 is in a state in which a portion other than the end inserted into the tool mounting recess 21 is projected from the tip of the ultrasonic horn 2.
One end in the extending direction of the tool 1 functions as a fixed end for attaching the tool 1 to the ultrasonic horn 2.

取付治具2aは、超音波ホーン2の工具取付用凹所21内面と、工具取付用凹所21に挿入した工具1との間に介挿されることで工具1に圧縮応力を作用させ、工具1を両側から締め付けるようにして工具1の超音波ホーン2からの脱落を規制するものである。取付治具2aとしては、金属板等の硬質の部材であっても良いが、例えば樹脂板等の金属に比べて軟質の部材であっても良い。また、取付治具2aとしては、例えば板ばねなどを用いることができる。樹脂板や板ばねは、工具1に締め付け力を作用させて工具1を超音波ホーン2に取り付けるための弾性部材として機能する。
取付部材は、超音波ホーン2から工具1への振動エネルギの伝達が効率良くなされ工具1が全体として超音波ホーン2と一体的に振動できるようにするために、工具1を締め付けて超音波ホーン2にしっかりと取り付けるための部材である。本明細書にあっては、この取り付け状態を「固定」として扱う。前記弾性部材としては、超音波ホーン2の工具取付用凹所21内面と工具1との間に介挿された状態で弾性変形が生じない(あるいは弾性変形が極めて小さく、実質的に弾性変形しない)ものを採用する。
なお、工具1を超音波ホーン2の先端に取り付けるための構造としては、工具1が超音波ホーン2先端と一体的に振動されるように、工具1の延在方向片端を超音波ホーン2の先端にしっかりと取り付けることができるものであれば良く、上述の取付構造に限定されない。
The mounting jig 2 a is inserted between the inner surface of the tool mounting recess 21 of the ultrasonic horn 2 and the tool 1 inserted into the tool mounting recess 21 to apply a compressive stress to the tool 1. The tool 1 is tightened from both sides to restrict the tool 1 from falling off the ultrasonic horn 2. The mounting jig 2a may be a hard member such as a metal plate, but may be a soft member compared to a metal such as a resin plate. Further, as the mounting jig 2a, for example, a leaf spring can be used. The resin plate and the leaf spring function as an elastic member for attaching the tool 1 to the ultrasonic horn 2 by applying a tightening force to the tool 1.
The mounting member tightens the tool 1 so that the vibration energy is efficiently transmitted from the ultrasonic horn 2 to the tool 1 and the tool 1 can vibrate integrally with the ultrasonic horn 2 as a whole. It is a member for attaching to 2 firmly. In this specification, this attachment state is treated as “fixed”. As the elastic member, elastic deformation does not occur when inserted between the inner surface of the tool mounting recess 21 of the ultrasonic horn 2 and the tool 1 (or the elastic deformation is very small and substantially not elastically deformed). ) Adopt things.
As a structure for attaching the tool 1 to the tip of the ultrasonic horn 2, one end of the tool 1 in the extending direction of the ultrasonic horn 2 is arranged so that the tool 1 is vibrated integrally with the tip of the ultrasonic horn 2. Any structure can be used as long as it can be firmly attached to the tip, and is not limited to the above-described attachment structure.

図3、図4は、前記工具1を用いた湿式の超音波加工を示す。
図3、図4に示すように、この超音波加工では、超音波ホーン2先端に取り付けた工具1の先端(超音波ホーン2に取り付けられる固定端とは反対側の端部。図3、図4において工具1の下端)と被加工物4とを微細な砥粒3a(図4参照)を含んだスラリー3の中に浸した状態にて超音波ホーン2を振動させることで超音波ホーン2から工具1に振動エネルギを与え、工具1を周波数数十kHzで被加工物4の加工面41に対して垂直の方向に振動させる。工具1が超音波振動すると、図4に示すように、工具1の先端面(以下、工具面とも言う)と被加工物4表面(加工面41)の間に存在する砥粒3aも超音波で振動することになる。
3 and 4 show wet ultrasonic machining using the tool 1.
As shown in FIGS. 3 and 4, in this ultrasonic machining, the tip of the tool 1 attached to the tip of the ultrasonic horn 2 (the end opposite to the fixed end attached to the ultrasonic horn 2; FIG. 3 and FIG. The ultrasonic horn 2 is vibrated by vibrating the ultrasonic horn 2 in a state in which the lower end of the tool 1 and the workpiece 4 are immersed in the slurry 3 containing fine abrasive grains 3a (see FIG. 4). Then, vibration energy is applied to the tool 1 to vibrate the tool 1 in a direction perpendicular to the machining surface 41 of the workpiece 4 at a frequency of several tens of kHz. When the tool 1 is ultrasonically vibrated, as shown in FIG. 4, the abrasive grains 3 a existing between the tip surface of the tool 1 (hereinafter also referred to as a tool surface) and the surface of the workpiece 4 (processed surface 41) are also ultrasonically generated. Will vibrate.

このとき、工具1の硬質板1aと被加工物4との間では、軟質材1bと被加工物4との間に比べて、スラリー3中の砥粒3aへの超音波振動のエネルギの伝達が効率良くなされ、その結果、被加工物4において硬質板1aに対面する部位では、軟質材1bに対面する部位に比べて、砥粒3aが被加工物4表面を有効に打撃し、それによる被加工物4表面の削り取りが効率良く行われる。軟質材1bと被加工物4との間の砥粒3aでは、砥粒3aが被加工物4を打撃するよりも、被加工物4に比べて強度や剛性が低い軟質材1bの方を打撃し、砥粒3aによる軟質材1bの侵食あるいは砥粒3aが軟質材1bの内部へ侵入する割合が高くなることにより、砥粒3aによる被加工物4の侵食は大きくならない。この結果、被加工物4に硬質板1aの断面に近似する溝5が形成される。凹形加工部(ここでは溝5)の加工は硬質板1aによって行われる。なお,軟質材1bの強度及び剛性と被加工物4の強度及び剛性との差が大きければ、被加工物4の軟質材1bに対面する部位の侵食はほとんどあるいは実質的に全く生じないようにすることができる。   At this time, between the hard plate 1a of the tool 1 and the workpiece 4, the energy of ultrasonic vibration is transmitted to the abrasive grains 3a in the slurry 3 as compared with between the soft material 1b and the workpiece 4. As a result, in the part of the workpiece 4 that faces the hard plate 1a, the abrasive grains 3a strike the surface of the workpiece 4 more effectively than in the part of the workpiece 4 that faces the soft material 1b. The surface of the workpiece 4 is efficiently cut off. In the abrasive grains 3a between the soft material 1b and the workpiece 4, the soft material 1b having lower strength and rigidity than the workpiece 4 is hit rather than the abrasive grains 3a hitting the workpiece 4. However, the erosion of the soft material 1b by the abrasive grains 3a or the rate at which the abrasive grains 3a penetrate into the soft material 1b is increased, so that the erosion of the workpiece 4 by the abrasive grains 3a does not increase. As a result, a groove 5 approximating the cross section of the hard plate 1a is formed in the workpiece 4. The processing of the concave processed portion (here, the groove 5) is performed by the hard plate 1a. If the difference between the strength and rigidity of the soft material 1b and the strength and rigidity of the workpiece 4 is large, erosion of the portion of the workpiece 4 facing the soft material 1b hardly or substantially does not occur. can do.

被加工物4表面の削り取り(侵食)に伴い硬質板1a及び軟質材1bも徐々に削り取られる。但し、硬質板1aは軟質材1bに比べて侵食されにくい。このため、図4に示すように、硬質板1aに比べて軟質材1bの侵食の方が大きくなる。   The hard plate 1a and the soft material 1b are also gradually scraped off as the surface of the workpiece 4 is scraped (eroded). However, the hard plate 1a is less eroded than the soft material 1b. For this reason, as shown in FIG. 4, the erosion of the soft material 1b becomes larger than that of the hard plate 1a.

また、この工具1は、軟質材1bが硬質板1aを支えて曲がりを抑える支持材の如く機能することで工具剛性が高められる。硬質板1a同士が軟質材1bを介して接着され一体化されている構成の工具1であれば、軟質材1bによる工具剛性の向上に特に有利である。このため、この工具1は高い工具剛性を維持したまま凹形加工部(ここでは溝5)の加工を行えるのであり、工具の延在方向の寸法を長くした場合の工具剛性の確保に有利であり、従来に比べて高い加工精度を確保できる加工深さを大きく(深く)することができる。
また、工具1の延在方向の寸法を長くすれば、工具1を長時間連続的に使用できる。被加工物4に形成できる溝5の深さは、被加工物4の侵食速度と工具1の摩耗速度の関係に依存するが、本発明に係る工具1は軟質材1bによって工具剛性を高めることができるため、所望の加工精度を確保できる延在方向の寸法を長くすることが可能である。このため、深溝加工の実現に有利である。
また、本発明に係る工具の構成であれば、上述のように軟質材1bによって工具剛性を高めることができるため、板厚が薄い硬質板1aの使用に有利であり、被加工物4に形成する溝5の微細化、深溝化にも対応しやすい。
In addition, the tool 1 is improved in tool rigidity by the soft material 1b functioning as a support material that supports the hard plate 1a and suppresses bending. The tool 1 having a configuration in which the hard plates 1a are bonded and integrated with each other via the soft material 1b is particularly advantageous in improving the tool rigidity by the soft material 1b. For this reason, the tool 1 can process the concave machining portion (here, the groove 5) while maintaining high tool rigidity, which is advantageous for securing the tool rigidity when the dimension in the extending direction of the tool is increased. In addition, it is possible to increase (deep) the processing depth that can ensure high processing accuracy as compared with the prior art.
Moreover, if the dimension of the extending direction of the tool 1 is lengthened, the tool 1 can be used continuously for a long time. The depth of the groove 5 that can be formed in the workpiece 4 depends on the relationship between the erosion rate of the workpiece 4 and the wear rate of the tool 1, but the tool 1 according to the present invention increases the tool rigidity by the soft material 1b. Therefore, it is possible to lengthen the dimension in the extending direction that can ensure a desired processing accuracy. For this reason, it is advantageous for realization of deep groove processing.
Moreover, if the structure of the tool according to the present invention is used, the tool rigidity can be increased by the soft material 1b as described above, which is advantageous for the use of the hard plate 1a having a small plate thickness, and is formed on the workpiece 4. It is easy to cope with the miniaturization and deepening of the groove 5 to be performed.

さらに、上記の方法で積層した工具を、押し出し加工あるいは引き抜き加工などの塑性加工により等方的にその断面形状を縮小すれば、より微細な溝形状を形成することが可能となる。   Further, if the cross-sectional shape of the tool laminated by the above method is isotropically reduced by plastic processing such as extrusion processing or drawing processing, a finer groove shape can be formed.

また、この工具1によれば、加工中、軟質材1bの微小な弾性変形によって複数の硬質板1aを個別に振動させることが可能である。
このように複数の硬質板1aが個別に上下振動可能な構成であれば、例えば硬質板1aに微小な切り欠き部を形成(但し、超音波ホーン2に固定される固定端を構成する部分に形成)することなどによって、複数の硬質板1aについて超音波振動のエネルギによる共振周波数にばらつきを生じさせることができる。
このように、複数の硬質板1aについて共振周波数のばらつきを生じさせた構成であれば、工具1先端と被加工物4との間に存在するスラリー3を攪拌して砥粒3a密度の偏在を防止し、スラリー3中の砥粒密度の均一化を図れるといった利点もある。また、硬質板1aが被加工物4から離隔する方向に移動することで、この移動を生じた硬質板1aと被加工物4との間にスラリー3を引き込む吸引力が生じ、これにより硬質板1aと被加工物4との間に砥粒3aを効率良く導入させることができる。その結果、工具1先端と被加工物4との間の領域の中央部へのスラリー3、砥粒3aの供給が円滑になる。複数の硬質板1aについて共振周波数のばらつきを生じさせた構成は、加工精度の向上、加工時間の短縮に有効に寄与する。
また、このように複数の硬質板1aについて共振周波数のばらつきを生じさせた構成とした場合は、振動する硬質板1a相互の位相差により、全ての硬質板1aが同時に被加工物4に当接されることが少なくなる(あるいは無くなる)。工具1を構成する複数の硬質板1aのうちの一部のみが被加工物4に当接される場合、超音波ホーン2から工具1に与えられた振動エネルギが、被加工物4に当接された硬質板1aに集中的に作用することになり、硬質板1aによる被加工物4の削り取りが促進される。その結果、硬質板1a、被加工物4の材質等の加工条件によっては、被加工物4の超音波加工の効率アップを図れる可能性がある。
本発明において、工具を構成する複数の硬質板について共振周波数のばらつきを生じさせるための構成としては、上述の切り欠き部の形成に限定されない。例えば硬質板相互の断面形状の違い(例えば図6)や材質の違いなども、共振周波数のばらつきを生じさせるための構成として機能させることができる。
Moreover, according to this tool 1, it is possible to vibrate the some hard board 1a separately by the minute elastic deformation of the soft material 1b during a process.
In this way, if the plurality of hard plates 1a are individually configured to vibrate up and down, for example, a minute notch is formed in the hard plate 1a (however, in a portion constituting a fixed end fixed to the ultrasonic horn 2). For example, the resonance frequency of the plurality of hard plates 1a due to the energy of ultrasonic vibration can be varied.
Thus, if it is the structure which produced the dispersion | variation in the resonant frequency about the some hard board 1a, the slurry 3 which exists between the tool 1 front-end | tip and the workpiece 4 will be stirred, and uneven distribution of the abrasive grain 3a may be carried out. There is also an advantage that the abrasive grain density in the slurry 3 can be made uniform. Further, when the hard plate 1a moves away from the workpiece 4, a suction force that draws the slurry 3 between the hard plate 1a and the workpiece 4 that has caused the movement is generated. The abrasive grains 3a can be efficiently introduced between 1a and the workpiece 4. As a result, the supply of the slurry 3 and the abrasive grains 3a to the central portion of the region between the tip of the tool 1 and the workpiece 4 becomes smooth. The configuration in which the resonance frequencies vary among the plurality of hard plates 1a effectively contributes to improvement of processing accuracy and reduction of processing time.
Further, when the plurality of hard plates 1a have a configuration in which the resonance frequency varies, all the hard plates 1a simultaneously abut on the workpiece 4 due to the phase difference between the vibrating hard plates 1a. Less (or no more). When only a part of the plurality of hard plates 1 a constituting the tool 1 is brought into contact with the workpiece 4, the vibration energy applied to the tool 1 from the ultrasonic horn 2 comes into contact with the workpiece 4. This acts intensively on the hard plate 1a, and the removal of the workpiece 4 by the hard plate 1a is promoted. As a result, depending on the processing conditions such as the material of the hard plate 1a and the workpiece 4, there is a possibility that the efficiency of ultrasonic processing of the workpiece 4 can be improved.
In the present invention, the configuration for causing variation in the resonance frequency of the plurality of hard plates constituting the tool is not limited to the formation of the above-described notch. For example, a difference in cross-sectional shape between hard plates (for example, FIG. 6) or a difference in material can also function as a configuration for causing variation in resonance frequency.

なお、本発明において使用するスラリーに含有する微細砥粒の粒径は、硬質板の板厚よりも小さいことが必須である。   In addition, it is essential that the particle size of the fine abrasive grains contained in the slurry used in the present invention is smaller than the thickness of the hard plate.

前記工具1の製造方法としては、例えば、図5に示すように、長尺のテープ状に形成された薄紙(薄紙テープ61)に接着材を含浸させてなる接着材含浸テープ62と、硬質板1aの延在方向寸法を延長して長尺帯状に形成した構成の硬質材母材1a’とを、密着用型部材71に貫設されている成形穴71aに通して積層し、この積層によって得られた積層体を接着材の硬化後に所望長さに切断することで工具1を得ることも可能である。
図5において、符号72は薄紙テープ61に液状接着材を供給して含浸させる接着材含浸装置である。薄紙テープ61は、接着材含浸装置72を経由させて液状の接着材を含浸させた状態(接着材が未硬化の状態)で密着用型部材71に送り込む。
この製造方法の場合、工具1を連続的に効率良く製造できる利点がある。
As the method for manufacturing the tool 1, for example, as shown in FIG. 5, an adhesive-impregnated tape 62 in which a thin paper (thin paper tape 61) formed in a long tape shape is impregnated with an adhesive, and a hard plate The hard material base material 1a ′ having a configuration in which the dimension in the extending direction of 1a is extended to be formed in a long belt shape is laminated through a molding hole 71a penetrating through the close-contact mold member 71. It is also possible to obtain the tool 1 by cutting the obtained laminate to a desired length after the adhesive is cured.
In FIG. 5, reference numeral 72 denotes an adhesive impregnation apparatus for supplying and impregnating the thin paper tape 61 with a liquid adhesive. The thin paper tape 61 is sent to the close-contacting mold member 71 in a state where the liquid adhesive material is impregnated via the adhesive material impregnation device 72 (the adhesive material is uncured).
In the case of this manufacturing method, there exists an advantage which can manufacture the tool 1 continuously and efficiently.

本発明に係る工具は、硬質板と軟質材の積層形態を様々に変えることができる。これにより、様々な微細形状の溝を被加工物に形成できる。
例えば、図6は、断面L字形の硬質板11aを複数積層して断面L字形に形成した工具11を示す。硬質板11a同士の間には軟質材1bが層状に設けられている。
図7は、断面形状を渦巻き状にした硬質材12aを採用した工具12を示す。硬質材12aはその全体が湾曲部とされている構成になっている。工具12は断面外形が円形になっている。この工具12においては、軟質材1bも、硬質材12aに沿わせるように渦巻き状に設けられる。軟質材1bは、硬質板12aの該軟質材1bを介して両側に位置する部分同士を接着する。
なお、図7の工具12を超音波ホーン2に取り付けて使用する場合は、取付治具2aとして、例えばリング体を複数に分割した構成のものなど、工具12の外周全周に押圧力を作用させることができるように構成されたものを採用する。
The tool which concerns on this invention can change the lamination | stacking form of a hard board and a soft material variously. Thereby, various fine grooves can be formed in the workpiece.
For example, FIG. 6 shows the tool 11 formed by laminating a plurality of hard plates 11a having an L-shaped cross section to form an L-shaped cross section. A soft material 1b is provided between the hard plates 11a in layers.
FIG. 7 shows a tool 12 employing a hard material 12a having a spiral cross-sectional shape. The hard material 12a is configured to be a curved portion as a whole. The tool 12 has a circular cross-sectional outer shape. In the tool 12, the soft material 1b is also provided in a spiral shape along the hard material 12a. The soft material 1b bonds portions located on both sides of the hard plate 12a via the soft material 1b.
When the tool 12 of FIG. 7 is attached to the ultrasonic horn 2 and used, a pressing force is applied to the entire outer periphery of the tool 12 such as a mounting jig 2a having a structure in which a ring body is divided into a plurality of parts. The one configured to be able to be used is adopted.

例えば図6に例示したように、屈曲された断面形状の硬質板を用いた構成は、硬質板の断面二次モーメントの向上により、工具全体の剛性アップに有効である。
硬質板としては、図6のL字形のものに限定されず、例えば、図8に示すように、屈曲部13a1を複数有する断面形状の硬質板13aを採用することも可能である。
For example, as illustrated in FIG. 6, the configuration using the bent hard plate having a cross-sectional shape is effective in increasing the rigidity of the entire tool by improving the cross-sectional secondary moment of the hard plate.
The hard plate is not limited to the L-shaped one in FIG. 6, and for example, as shown in FIG. 8, a hard plate 13a having a cross-sectional shape having a plurality of bent portions 13a1 can be employed.

なお、図8に例示した工具13は、既述の接着材含浸シートを用いて形成される軟質部1bを具備する構成とは異なり、硬質板13aの片面に形成された樹脂コーティング層11bを軟質部として機能させる構成になっている。ここで樹脂コーティング層11bは薄紙が埋め込まれておらず、全体が合成樹脂で形成されているものであるが、薄紙が埋め込まれた構成のものを採用することも可能である。
この工具13は、例えば、硬質板13aの片面に樹脂コーティング層11bが被着された構成の積層材13a2を複数重ね合わせ、取付治具2a(図1参照)とともに超音波ホーン2の工具取付用凹所21に挿入し、取付治具2aによって両側から加圧して一括状態を維持することで工具として使用する。
Note that the tool 13 illustrated in FIG. 8 is different from the configuration including the soft portion 1b formed using the adhesive-impregnated sheet described above, and the resin coating layer 11b formed on one side of the hard plate 13a is soft. It is configured to function as a part. Here, the resin coating layer 11b is not embedded with thin paper and is entirely formed of a synthetic resin, but it is also possible to adopt a configuration in which thin paper is embedded.
For example, the tool 13 is for attaching a plurality of laminated members 13a2 having a structure in which a resin coating layer 11b is attached to one surface of a hard plate 13a, and for attaching a tool of the ultrasonic horn 2 together with an attachment jig 2a (see FIG. 1). It is used as a tool by inserting into the recess 21 and pressurizing from both sides by the mounting jig 2a to maintain the collective state.

硬質板の片面に樹脂コーティング層が被着された構成の積層材の使用は、図8に例示した工具13に限定されず、本発明に係る他の実施形態にも広く応用できる。
積層材としては、硬質板の両面に樹脂コーティング層が被着された構成のものも採用可能である。
積層材を使用する場合は、樹脂コーティング層の厚みによって、硬質板の間隔を制御することができる。
The use of a laminated material having a structure in which a resin coating layer is attached to one surface of a hard plate is not limited to the tool 13 illustrated in FIG. 8, and can be widely applied to other embodiments according to the present invention.
As the laminated material, a structure in which a resin coating layer is attached to both surfaces of a hard plate can be employed.
When using a laminated material, the space | interval of a hard board is controllable with the thickness of a resin coating layer.

また、本発明に係る工具としては、図9(a)、(b)に示すように、合成樹脂を用いて硬質板1aとは別体のシート状に形成された軟質シート材12b(軟質材)と硬質板1aとを重ね合わせて、取付治具2a(図1参照)とともに超音波ホーン2の工具取付用凹所21に挿入し、取付治具2aによって両側から加圧して一括状態を維持することで構成されるものも含む。軟質シート材12bは、硬質板1aの間に挟み込まれるように配置する。
硬質板としては、平板状のものに限定されない。硬質板とは別体の軟質シート材12bを用いて複数の硬質板を積層する構成の工具に使用する硬質板の断面形状には限定は無く、例えば、図8に例示した硬質板13a等も採用可能である。
また、硬質板とは別体の軟質シート材12bの使用は、本発明に係る他の実施形態にも広く応用可能であり、例えば、図7に例示した渦巻き状の硬質板12aを用いて工具を構成する場合にも適用可能である。
Moreover, as a tool which concerns on this invention, as shown to Fig.9 (a), (b), the soft sheet material 12b (soft material) formed in the sheet | seat shape separate from the hard board 1a using a synthetic resin. ) And the hard plate 1a are overlapped and inserted into the tool mounting recess 21 of the ultrasonic horn 2 together with the mounting jig 2a (see FIG. 1), and pressed from both sides by the mounting jig 2a to maintain the collective state. It includes what is comprised by doing. The soft sheet material 12b is disposed so as to be sandwiched between the hard plates 1a.
The hard plate is not limited to a flat plate. There is no limitation on the cross-sectional shape of the hard plate used for the tool configured to stack a plurality of hard plates using the soft sheet material 12b separate from the hard plate, for example, the hard plate 13a illustrated in FIG. It can be adopted.
The use of the soft sheet material 12b separate from the hard plate can be widely applied to other embodiments according to the present invention. For example, a tool using the spiral hard plate 12a illustrated in FIG. The present invention can also be applied to the case of configuring.

上述のように積層材あるいは軟質シート材を使用して、取付治具2aによって加圧して一括状態を保持して使用される構成の工具の場合も、軟質材の存在によって工具剛性を高めることができる。
但し、工具剛性の向上の点では、軟質材を介して互いに離隔させて配置された硬質板同士や、渦巻き形の硬質材において軟質材を介して互いに離隔された部分同士を、接着材によって接着した構成の工具の方がより好適である。
In the case of a tool having a configuration in which a laminated material or a soft sheet material is used and pressed by the mounting jig 2a to keep the collective state as described above, the presence of the soft material can increase the tool rigidity. it can.
However, in terms of improving the tool rigidity, the hard plates arranged apart from each other via a soft material or the parts separated from each other via a soft material in a spiral hard material are bonded by an adhesive. The tool having the above-described configuration is more preferable.

また、本発明に係る工具としては、図10(a)、(b)に示すように、合成樹脂からなるひとつの軟質材151中に1又は複数の硬質材152が埋め込むようにして設けられた断面構造のもの(工具15)も採用可能である。
硬質材152としては、その断面形状に限定は無く、図10(a)に例示したピン状のもの(硬質材152a)、図10(b)に例示した湾曲板状のもの(硬質材152b)の他、様々な断面形状のものを採用できる。図10(a)の工具15aの場合は、ピン状の硬質材152aによって被加工物4に凹形加工物として穴(有底穴)を形成できる。
このような工具15(図10(a)の工具15との区別のため、図10(b)の工具15に符号15bを付記した)は、例えば、樹脂成形用の金型内に硬質材152を設置して、合成樹脂製の軟質材151をインサートモールド成形するなどによって簡単に製造することができる。
また、このような工具15は、硬質材152の位置や断面形状の自由度を非常に大きく確保できるため、様々な形状の凹形加工部の形成に柔軟に対応できるといった利点がある。
In addition, as shown in FIGS. 10A and 10B, the tool according to the present invention is provided such that one or more hard materials 152 are embedded in one soft material 151 made of synthetic resin. A cross-sectional structure (tool 15) can also be used.
The hard material 152 is not limited in its cross-sectional shape, and has a pin shape (hard material 152a) illustrated in FIG. 10A and a curved plate shape (hard material 152b) illustrated in FIG. 10B. In addition, various cross-sectional shapes can be used. In the case of the tool 15a in FIG. 10A, a hole (bottomed hole) can be formed as a concave workpiece in the workpiece 4 by the pin-shaped hard material 152a.
Such a tool 15 (in order to distinguish it from the tool 15 in FIG. 10A, the reference numeral 15b is added to the tool 15 in FIG. 10B) is, for example, a hard material 152 in a mold for resin molding. And a soft material 151 made of synthetic resin can be easily manufactured by insert molding.
In addition, such a tool 15 has an advantage that it can flexibly cope with the formation of concavely shaped portions having various shapes since the degree of freedom of the position and the cross-sectional shape of the hard material 152 can be ensured very large.

本発明に係る工具において、軟質材としては、剛性が低く粘塑性的変形特性を有し、破壊強度が低いものが採用される。
被加工物を超硬合金あるいはセラミクス、硬質材を金属あるいはセラミクスとすると、硬質材と被加工物とでは、弾性率も機械的強度も伴に高いため、硬質材と被加工物の間にある砥粒には、超音波振動のエネルギが充分に伝達される。その結果、砥粒は硬質材と被加工物の両方を徐々に侵食させる。硬質材側に砥粒が食い込めば、硬質材はメタルボンドの固定砥粒のように作用し、被加工物を徐々に侵食させる。
In the tool according to the present invention, a soft material having low rigidity and viscoplastic deformation characteristics and low fracture strength is employed.
If the workpiece is cemented carbide or ceramics, and the hard material is metal or ceramics, the hard material and the workpiece have high elastic modulus and mechanical strength, so there is a gap between the hard material and the workpiece. The energy of ultrasonic vibration is sufficiently transmitted to the abrasive grains. As a result, the abrasive gradually erodes both the hard material and the workpiece. If the abrasive grains bite into the hard material side, the hard material acts like a fixed abrasive grain of metal bond, and gradually erodes the workpiece.

一方、超音波振動エネルギが、剛性が低く粘塑性的特性を持つ軟質材を伝播する時点で吸収され振動が減衰すれば、被加工物の間に挟まれた砥粒に超音波振動エネルギが充分に伝達されなくなるので、砥粒の加工能率は、硬質材と被加工物の間の砥粒に比べて著しく小さくなる。軟質材と被加工物の間にある砥粒は、振動の過程で、軟質材と被加工物の間から放出するか、あるいは軟質材の内部に食い込む。軟質材の内部に食い込んだ砥粒は、軟質材の内部で強固に保持されず、振動による被加工物との衝撃で砥粒周辺の軟質材を破壊するようになれば、さらに加工能率は低下し、被加工物を大きく侵食することは無くなる。   On the other hand, if ultrasonic vibration energy is absorbed when propagating through a soft material with low rigidity and viscoplastic properties and vibration is attenuated, the ultrasonic vibration energy is sufficient for the abrasive grains sandwiched between the workpieces. Therefore, the processing efficiency of the abrasive grains becomes significantly smaller than the abrasive grains between the hard material and the workpiece. Abrasive grains between the soft material and the workpiece are released from between the soft material and the workpiece during the vibration process, or bite into the soft material. Abrasive grains that have penetrated into the soft material are not held firmly inside the soft material, and if the soft material around the abrasive grains is destroyed by impact with the workpiece due to vibration, the processing efficiency will be further reduced. However, the workpiece is not greatly eroded.

以上より軟質材の物性値には、超音波振動のエネルギを効率よく伝えないよう、剛性が低く粘塑性的変形特性を有すること、食い込んだ砥粒を強く保持しないために破壊強度が低いことが要求される。さらに、軟質材は硬質材の把持の機能もあるので、硬質材との接着強度が高いことが要求される。   From the above, the physical properties of soft materials have low rigidity and viscoplastic deformation characteristics so as not to efficiently transmit ultrasonic vibration energy, and the fracture strength is low because they do not hold the engraved abrasive grains strongly. Required. Furthermore, since the soft material also has a function of gripping the hard material, it is required that the adhesive strength with the hard material is high.

そこで例えば、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂系の接着材は、曲げ弾性率が概ね1.5〜2.0GPaと、金属やセラミクスのそれらの概ね1/100と充分に小さく、曲げ強度も40〜60MPaと小さい。しかし金属との引っ張りせん断接着強さは17〜27MPaと小さくはない。またエポキシ樹脂系の接着材は高温(40〜60℃)になると曲げ強度が低下する傾向がある。積層工具と被加工物との接触界面では超音波振動エネルギにより発熱していると考えられるから、被加工物と接触するエポキシ樹脂の機械的強度や弾性率は室温時のものよりも低下し、相対的に粘性は高くなると考えられる。これによりエポキシ樹脂は超音波振動エネルギを吸収し、また砥粒が樹脂の中に食い込んだとしても強く保持することはないので、被加工物を大きく侵食することは無くなる。
以上より、エポキシ樹脂系の接着材は軟質材に適用しうる。
Therefore, for example, an epoxy resin adhesive which is a thermosetting resin has a flexural modulus of about 1.5 to 2.0 GPa, which is about 1/100 of those of metals and ceramics, and a flexural strength of 40. As small as ˜60 MPa. However, the tensile shear bond strength with metal is not as small as 17 to 27 MPa. In addition, the epoxy resin-based adhesive tends to decrease the bending strength at high temperatures (40 to 60 ° C.). Since it is considered that heat is generated by ultrasonic vibration energy at the contact interface between the laminated tool and the workpiece, the mechanical strength and elastic modulus of the epoxy resin that comes into contact with the workpiece are lower than those at room temperature, The viscosity is considered to be relatively high. As a result, the epoxy resin absorbs ultrasonic vibration energy, and even if abrasive grains bite into the resin, the epoxy resin does not hold strongly, so that the workpiece is not greatly eroded.
As described above, the epoxy resin adhesive can be applied to a soft material.

(具体例)
図11は、板厚20μmのSUS製の薄鋼板をエポキシ樹脂系の接着材を滲みこませた薄紙(接着材含浸シート)を用いて10層積層した構成の工具を用いて、10本の平行溝を超硬合金(切削工具K10)に形成した場合の工具に負荷する平均加工応力に対する溝加工速度を示した図であり、図12は、同様にしてアルミナセラミクス(切削工具KA30)に平行溝を形成した場合の結果を示した図である。
超音波振動の周波数は、27kHzであり、使用したスラリーは、水と微量の界面活性剤の混入した液体に#1200(#:メッシュ(粒度))の市販の炭化珪素砥粒を含有させたものである。
(Concrete example)
FIG. 11 shows 10 parallel tools using a SUS thin steel plate having a thickness of 20 μm and laminated with 10 layers of thin paper (adhesive-impregnated sheet) impregnated with an epoxy resin adhesive. It is the figure which showed the groove processing speed with respect to the average processing stress applied to a tool at the time of forming a groove | channel in a cemented carbide alloy (cutting tool K10), and FIG. 12 is a groove | channel parallel to alumina ceramics (cutting tool KA30) similarly. It is the figure which showed the result at the time of forming.
The frequency of ultrasonic vibration is 27 kHz, and the slurry used is a mixture of water and a small amount of surfactant mixed with commercially available silicon carbide abrasive grains of # 1200 (#: mesh (particle size)). It is.

両図より、概ね0.6MPaの加工応力で、被加工物が超硬合金の場合には加工速度4μm/min、被加工物がアルミナセラミクスの場合には加工速度6μm/minで平行溝郡の加工ができた。
なお形成した溝の幅は、超硬合金の場合もアルミナセラミクスの場合もともに約50μmであった。
From both figures, the processing stress is approximately 0.6 MPa, the processing speed is 4 μm / min when the workpiece is cemented carbide, and the processing speed is 6 μm / min when the workpiece is alumina ceramics. Processing was completed.
The width of the formed groove was about 50 μm in both the case of cemented carbide and the case of alumina ceramics.

本発明に係る1実施形態の超音波加工用工具を超音波ホーンに取り付けた状態を示す図(正断面図)である。It is a figure (front sectional view) which shows the state where the tool for ultrasonic processing of one embodiment concerning the present invention was attached to the ultrasonic horn. 図1のA−A線断面矢視図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. 図1の超音波加工用工具を使用した湿式の超音波加工を説明する図である。It is a figure explaining the wet ultrasonic processing using the tool for ultrasonic processing of FIG. 図3の超音波加工による凹形加工部の加工原理を説明する図である。It is a figure explaining the processing principle of the concave processing part by the ultrasonic processing of FIG. 超音波加工用工具を押し出し方式で製造する製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method which manufactures the tool for ultrasonic processing by an extrusion system. 断面L字形の超音波加工用工具の断面(延在方向に垂直の断面)構造を示す図である。It is a figure which shows the cross section (cross section perpendicular | vertical to the extending direction) structure of the tool for ultrasonic processing of L-shaped cross section. 断面渦巻き形の超音波加工用工具の断面(延在方向に垂直の断面)構造を示す図である。It is a figure which shows the cross section (cross section perpendicular | vertical to an extending direction) structure of the tool for ultrasonic processing of a cross-sectional spiral shape. 硬質板の片面に樹脂コーティング層が被着された構成の積層材を複数重ね合わせて構成される超音波加工用工具の製造工程の1例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the manufacturing process of the tool for ultrasonic processing comprised by laminating | stacking several laminated materials of the structure by which the resin coating layer was adhered to the single side | surface of the hard board. (a)、(b)は硬質板とは別体の軟質シート材を用いて複数の硬質板を積層する構成の超音波加工用工具の1例を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining an example of the tool for ultrasonic processing of a structure which laminates | stacks a some hard board using the soft sheet material separate from a hard board. (a)、(b)は、合成樹脂からなるひとつの軟質材中に1又は複数の硬質材が埋め込むようにして設けられた断面構造の超音波加工用工具の1例を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining an example of the ultrasonic processing tool of the cross-sectional structure provided so that one or some hard material might be embedded in one soft material which consists of synthetic resins. . 板厚20μmのSUS製の薄鋼板をエポキシ樹脂系の接着材を滲みこませた薄紙(接着材含浸シート)を用いて10層積層した構成の工具を用いて、10本の平行溝を超硬合金(切削工具K10)に形成した場合の工具に負荷する平均加工応力に対する溝加工速度を示した図である。Using a tool with a structure in which 10 layers of SUS thin steel sheet with a thickness of 20 μm are laminated using thin paper (adhesive-impregnated sheet) impregnated with an epoxy resin adhesive, 10 parallel grooves are made of carbide. It is the figure which showed the groove processing speed with respect to the average processing stress applied to a tool at the time of forming in an alloy (cutting tool K10). 板厚20μmのSUS製の薄鋼板をエポキシ樹脂系の接着材を滲みこませた薄紙(接着材含浸シート)を用いて10層積層した構成の工具を用いて、10本の平行溝をアルミナセラミクス(切削工具KA30)に形成した場合の工具に負荷する平均加工応力に対する溝加工速度を示した図である。Using a SUS thin steel plate with a thickness of 20 μm and laminated with 10 layers of thin paper (adhesive material impregnated sheet) impregnated with an epoxy resin adhesive, 10 parallel grooves are made of alumina ceramics. It is the figure which showed the groove processing speed with respect to the average processing stress applied to the tool at the time of forming in (cutting tool KA30).

符号の説明Explanation of symbols

1、11、12、13,14、15、15a、15b…超音波加工用工具、1a、11a、12a、13a、152、152a、152b…硬質材、1b、11b、12b、151…軟質材、2…超音波ホーン、2a…取付治具、21…工具取付用凹所、3…スラリー、3a…砥粒、4…被加工物、41…加工面、5…凹形加工部(溝)。   1, 11, 12, 13, 14, 15, 15a, 15b ... Ultrasonic machining tools, 1a, 11a, 12a, 13a, 152, 152a, 152b ... Hard materials, 1b, 11b, 12b, 151 ... Soft materials, DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Ultrasonic horn, 2a ... Mounting jig, 21 ... Tool mounting recess, 3 ... Slurry, 3a ... Abrasive grain, 4 ... Workpiece, 41 ... Work surface, 5 ... Concave processing part (groove).

Claims (13)

超音波ホーンの先端に取り付けて、被加工物の表面に微細溝あるいは微細な窪みである凹形加工部を超音波加工により形成するための超音波加工用工具であって、
強度及び剛性が互いに異なるように形成された硬質部及び軟質部が一定断面形状で延在されてなり、延在方向片端が前記超音波ホーンに固定される固定端とされていることを特徴とする超音波加工用工具。
An ultrasonic processing tool for attaching to the tip of an ultrasonic horn and forming a concave processed portion that is a fine groove or a fine depression on the surface of the workpiece by ultrasonic processing,
A hard part and a soft part formed so as to have different strength and rigidity are extended in a constant cross-sectional shape, and one end in the extending direction is a fixed end fixed to the ultrasonic horn. Tool for ultrasonic machining.
前記硬質部が複数設けられ、前記軟質部が前記硬質部の間に介在されていることを特徴とする請求項1記載の超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to claim 1, wherein a plurality of the hard portions are provided, and the soft portion is interposed between the hard portions. 前記微細溝を複数並列に形成するための請求項2記載の超音波加工用工具であって、
前記硬質部が前記微細溝に対応する断面形状を有する板材によって形成され、前記板材よりも軟質の層状に形成された前記軟質部が前記板材同士の間に介在されるようにして硬質部と軟質部とが積層された多層構造とされていることを特徴とする超音波加工用工具。
The ultrasonic processing tool according to claim 2 for forming a plurality of the fine grooves in parallel,
The hard portion is formed of a plate material having a cross-sectional shape corresponding to the fine groove, and the soft portion formed in a softer layer shape than the plate material is interposed between the plate materials and the hard portion and the soft portion. An ultrasonic processing tool characterized by having a multilayer structure in which a portion is laminated.
前記板材が屈曲部あるいは湾曲部である曲げ部を有する断面形状をなしていることを特徴とする請求項3記載の超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to claim 3, wherein the plate material has a cross-sectional shape having a bent portion which is a bent portion or a bent portion. 前記硬質部が屈曲部あるいは湾曲部である曲げ部を有し間隔をあけて互いに並行配置された部分が形成された断面形状をなす板材によって形成され、前記板材の互いに並行配置された部分の間に、前記板材よりも軟質の層状に形成された前記軟質部が介在されていることを特徴とする請求項1記載の超音波加工用工具。   The hard portion is formed by a plate material having a cross-sectional shape in which bent portions that are bent portions or curved portions and portions that are arranged in parallel with an interval are formed, and between the portions of the plate material that are arranged in parallel with each other The ultrasonic processing tool according to claim 1, wherein the soft portion formed in a layer shape softer than the plate material is interposed. 前記軟質部が、合成樹脂を用いて、前記硬質部を構成する部材である硬質材よりも軟質に形成された軟質材からなることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の超音波加工用工具。   The super soft body according to any one of claims 1 to 5, wherein the soft portion is made of a soft material that is formed softer than a hard material that is a member constituting the hard portion using a synthetic resin. Sonic machining tool. 請求項2〜5のいずれかに係る請求項6記載の超音波加工用工具であって、前記軟質材の前記合成樹脂が接着材であり、軟質部を介して互いに離隔させて設けられた硬質材が前記接着材によって接着されて全体が一体化されていることを特徴とする超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to any one of claims 2 to 5, wherein the synthetic resin of the soft material is an adhesive and is provided separated from each other via a soft portion. A tool for ultrasonic machining, wherein a material is bonded by the adhesive and integrated as a whole. 請求項3〜5のいずれかに係る請求項6記載の超音波加工用工具であって、前記軟質材が前記硬質材である板材の片面あるいは両面に被着されてなる積層材を1以上用いて構成されたことを特徴とする超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to any one of claims 3 to 5, wherein at least one laminated material in which the soft material is attached to one surface or both surfaces of a plate material which is the hard material is used. Ultrasonic machining tool characterized by being configured. 請求項2〜5のいずれかに係る請求項6記載の超音波加工用工具であって、前記硬質材と該硬質材とは別体の部材になっている軟質材とが互いに当接させて設けられていることを特徴とする超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to any one of claims 2 to 5, wherein the hard material and a soft material that is a separate member from the hard material are brought into contact with each other. A tool for ultrasonic processing characterized by being provided. 請求項7〜9のいずれかに記載の超音波加工用工具であって、前記軟質材は、前記合成樹脂中に薄紙が埋め込まれた構造になっていることを特徴とする超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to any one of claims 7 to 9, wherein the soft material has a structure in which a thin paper is embedded in the synthetic resin. . 請求項1、2、5のいずれかに係る請求項6記載の超音波加工用工具であって、その延在方向に垂直の断面が、ひとつの軟質材中に1又は複数の前記硬質材が埋め込むようにして設けられた構造になっていることを特徴とする超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to any one of claims 1, 2, and 5, wherein a cross section perpendicular to the extending direction is one or more hard materials in one soft material. An ultrasonic processing tool characterized by having a structure provided so as to be embedded. 前記硬質部は被加工物と同等以上の強度及び剛性を有し、前記軟質部は前記被加工物に比べて強度及び剛性が低いことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の超音波加工用工具。   The hard portion has a strength and rigidity equal to or higher than those of the workpiece, and the soft portion has lower strength and rigidity than the workpiece. Ultrasonic machining tool. 前記硬質部を構成する部材である硬質材が金属あるいはセラミクスによって形成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の超音波加工用工具。   The ultrasonic processing tool according to claim 1, wherein a hard material that is a member constituting the hard portion is formed of metal or ceramics.
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