JP5020963B2 - 円盤状の切削工具及び切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、円盤状の切削工具及び切削装置に関する。

従来より、ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、アルミナ−ＴｉＣ（炭化チタン含有アルミナ）、希土類磁石材料、あるいは超硬金属に代表される硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物を切削するため、円盤状の切削ブレードを備えた切削装置が広く用いられている。この切削装置においては、円盤状の切削ブレードを回転させながら、その外周縁部の刃先を加工対象物に接触させることにより加工対象物の切削（例、切断あるいは溝入れ）が行なわれる。

特許文献１には、円盤状の切削ブレード（切断ブレード）とその表面に固定された円環状の超音波振動子からなる円盤状の切削工具（円盤状ブレード）を備えた切削装置が開示されている。この切削装置においては、円盤状の切削工具を切削ブレードと共に回転させながら、超音波振動子にて発生した超音波振動をブレードに付与し、この超音波振動が付与されたブレードの外周縁部の刃先を加工対象物に接触させることにより加工対象物の切削が行なわれる。そして、同文献の切削工具は、その切削ブレードに超音波振動を付与することにより、加工対象物を高い精度で切削することができると記載されている。
特開２００４−２９１６３６号公報

特許文献１の切削工具のように、切削ブレードに超音波振動を付与する場合には、切削ブレードの外周縁部の刃先をブレードの径方向に大きな振幅にて超音波振動させることが望ましい。切削ブレードの刃先をブレードの径方向に大きな振幅にて超音波振動させると切削抵抗が低下し、切削を行なう際の切削ブレードとの摩擦による加工対象物の発熱及び熱膨張が抑制されるため、加工対象物を高い精度で切削することができるからである。

本発明の課題は、切削ブレードの刃先をブレードの径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができる円盤状の切削工具及び切削装置を提供することにある。

本発明は、中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、このブレードの少なくとも一方の側の表面にブレードと同軸に配置され、ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の支持板、および支持板の内周縁よりも外周側の位置で、支持板もしくはブレードの表面にブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具にある。

以下、この切削工具の構成を第一の構成と云う。

本発明の第一の構成の切削工具の好ましい態様は、次の通りである。
（１）環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された、複数の弧状の空気相空間から構成されている。更に好ましくは、前記の各非空間部の内周側に支持板を横断する別の弧状の空気相空間が形成され、追加の超音波反射面を構成している。
（２）環状の空気相空間が、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された複数の円形もしくは多角形の空気相空間から構成されている。更に好ましくは、前記の各非空間部の内周側に支持板を横断する別の円形もしくは多角形の空気相空間が形成され、追加の超音波反射面を構成している。
（３）環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された、各々支持板の半径方向に対して傾斜する複数のスリット状の空気相空間から構成されている。
（４）環状の空気相空間が、環状の多孔質材料により構成されている。
（５）支持板に、その一方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、超音波反射面を構成する環状の溝と、この環状の溝の内周側で、他方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、追加の超音波反射面を構成する環状の溝とが形成されている。
（６）環状の超音波振動子が互いに間隔を介して配置された複数の超音波振動子片から構成され、隣接する超音波振動子片の間の支持板に空気相空間が形成されている。

本発明はまた、中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、このブレードの少なくとも一方の側の表面にブレードと同軸に配置され、ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の支持板、および支持板の内周縁よりも外周側の位置で、支持板もしくはブレードの表面にブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具と、この切削工具を、その支持板の超音波反射面よりも内周側の位置にて保持する回転軸とを含む切削装置にもある。

この本発明の切削装置で用いる切削工具の好ましい態様は、前述の第一の構成の切削工具の場合と同様である。

本発明は更にまた、中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、このブレードの両表面の各々にブレードと同軸に配置され、各々ブレードの側に前記ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の突起を備え、この突起を介してブレードと間隔をあけて平行に配置された一対の環状の支持板、および各々の支持板の内周縁よりも外周側の表面、あるいは支持板よりも外周側のブレードの表面にブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板の各々が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具にもある。

以下、この切削工具の構成を第二の構成と云う。

本発明の第二の構成の切削工具の好ましい態様は、前述の第一の構成の切削工具の場合と同様である。

本発明は更にまた、中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、このブレードの両表面の各々にブレードと同軸に配置され、各々ブレードの側に前記ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の突起を備え、この突起を介してブレードと間隔をあけて平行に配置された一対の環状の支持板、および各々の支持板の内周縁よりも外周側の表面、あるいは支持板よりも外周側のブレードの表面にブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板の各々が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具と、この切削工具を、その支持板の超音波反射面よりも内周側の位置にて保持する回転軸とを含む切削装置にもある。

この本発明の切削装置で用いる切削工具の好ましい態様は、前述の第一の構成の切削工具の場合と同様である。

なお、本明細書で云う、「支持板の厚み方向」には、支持板の表面に対して垂直な方向に対して２０度以内（好ましくは１０度以内）の角度をなす方向が含まれる。

本発明の円盤状の切削工具及び切削装置は、その切削ブレードの刃先をブレードの径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を高い精度で切削することができる。

先ず、本発明の第一の構成の切削工具と、この切削工具を用いた切削装置を、添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の切削工具の構成例を示す平面図であり、そして図２は、図１に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した切削工具１０の断面図である。

図１及び図２に示す切削工具１０は、中央に円孔１１を備える円盤状の切削ブレード１２、ブレード１２の各々の側の表面にブレード１２と同軸に配置され、ブレード１２をその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の支持板１９、および各々の支持板１９の内周縁よりも外周側の位置で、支持板１９の表面にブレード１２と同軸の配置にて固定されている、連続の環状の超音波振動子１４から構成されている。そして前記の各々の支持板１９は、超音波振動子１４の内周縁よりも内周側の位置で支持板１４の厚み方向に伸びる、不連続の環状の空気相空間（支持板１９に形成された四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５の内部の空気相空間）との界面からなる超音波反射面１６を備えている。

切削ブレード１２としては、例えば、丸鋸、円盤状の基板の外周縁部に砥粒が固定された円盤状の切削ブレード、あるいは砥粒及び樹脂（結合剤）を熱処理して製造された円盤状の切削ブレード（レジノイドブレード）に代表される公知の円盤状の切削ブレードが用いられる。

前記の切削ブレードの円盤状の基板は、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、アルミニウム合金あるいはステンレススチールなどの金属材料から形成される。

砥粒としては、例えば、ダイヤモンド粒子、アルミナ粒子、シリカ粒子、酸化鉄粒子、酸化クロム粒子、炭化硅素粒子、あるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）粒子などが用いられる。通常、砥粒の平均粒径は、０．１乃至５０μｍの範囲内の値に設定される。

砥粒は、例えば、砥粒を含むメッキ浴にて円盤状の基板にメッキ処理することにより円盤状の基板の外周縁部に固定（電着）される。砥粒は、バインダー樹脂（例、フェノールホルマリン樹脂）を用いて円盤状の基板に固定されていてもよい。

図１及び図２に示す切削工具１０の場合には、切削ブレード１２の各々の側の表面に、ブレード１２と同軸の配置にて環状の支持板１９が固定される。各々の支持板１９は、切削ブレード１２をその外周縁よりも内周側の位置にて支持している。

支持板１９は、例えば、アルミニウム、チタン、鉄、アルミニウム合金、チタン合金、あるいはステンレススチールなどの金属材料から形成される。

支持板１９は、例えば、前記の金属材料から形成された円環状の板材に、超音波反射面１６（すなわち、超音波反射面１６を構成するための四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５）を形成することによって簡単に作製することができる。支持板１９に超音波反射面１６（すなわち、各々の弧状の長孔１５）を形成する方法の代表例としては、切削加工法及びレーザ加工法が挙げられる。

そして、図１及び図２に示す切削工具１０が備える各々の連続の環状の超音波振動子１４は、支持板１９の内周縁よりも外周側の位置において、支持板１９の表面にブレード１２と同軸の配置にて固定されている。すなわち、環状の超音波振動子１４の内径は、支持板１９の内径よりも大きな値に設定される。

環状の超音波振動子１４としては、例えば、円環板状の圧電体の各々の表面に電極が付設された構成の圧電振動子が用いられる。圧電振動子は、その両表面の電極間に電気エネルギー（例、交流電圧）が付与されることにより超音波振動を発生する。

図２に示す各々の超音波振動子（圧電振動子）１４の圧電体は、通常、その厚み方向（図２にて左右の方向）で且つ切削ブレード１２に向かう方向に分極処理される。

圧電体の材料の例としては、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料、およびポリフッ化ビニリデン樹脂に代表される圧電高分子材料が挙げられる。また、電極の材料の例としては、銀やリン青銅などの金属材料が挙げられる。

超音波振動子１４は、例えば、エポキシ樹脂などの公知の接着剤を用いて支持板１９の表面に固定される。接着剤としては、電気的に絶縁性の接着剤を用いてもよいし、導電性の接着剤を用いてもよい。導電性接着剤を用いると、各々の超音波振動子１４の切削ブレード１２の側の電極に、支持板１９を介して電気エネルギーを容易に供給することができる。

切削工具１０は、前記の特許文献１の切削工具の場合と同様に、例えば、モータの回転軸の周囲に保持された状態にて使用される。

具体的には、先ず、前記のモータを駆動して、切削工具１０を保持している回転軸を回転させる。次いで、切削工具１０の超音波振動子１４、１４に電気エネルギーを供給することにより、各々の超音波振動子１４にて、振動子１４の径方向に振動する超音波振動を発生させる。この超音波振動が各々の支持板１９に付与されて、各々の支持板１９はその径方向に超音波振動する。切削ブレード１２は、各々の支持板１９に固定されているため、各々の支持板１９と共にその径方向に超音波振動する。すなわち、切削ブレード１２は、その直径が拡大、次いで縮小する変位を繰り返しながらブレード１２の径方向に超音波振動する。そして、このように超音波振動しながら回転する切削ブレード１２の外周縁部の刃先を加工対象物に接触させることにより、加工対象物の切削（例、切断あるいは溝入れ）が行なわれる。

そして図１及び図２に示す切削工具１０の場合には、切削ブレード１２を支持する各々の支持板１９に、各々の超音波振動子１４の内周縁よりも内周側で支持板１９の厚み方向に伸びる、不連続の環状の空気相空間（支持板１９に形成された四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５の内部の空気相空間）との界面からなる超音波反射面１６が備えられている。

一般に、異なる二つの物質が互いに接触して界面を形成している場合に、各々の物質に固有の音響インピーダンスの値が互いに大きく異なると、一方の物質中を他方の物質に向かって伝わる音波の大部分は前記界面にて反射され、他方の物質には殆ど伝わらないことが知られている。前記の音響インピーダンスは、物質の密度と、この物質中での音速との積により定まる。そして、固体と気体とでは、両者の密度の値、すなわち音響インピーダンスの値が互いに大きく異なるため、例えば、固体中を伝わる音波の大部分は、固体と気体との界面にて反射されて気体中には殆ど伝わらない。

すなわち、切削工具１０の各々の支持板１９が備える超音波反射面１６は、支持板（固体）１９と、四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５の内部の空気相空間（気体）との界面からなり、前記のように超音波（音波）の大部分を反射する面である。

このため、前記のように切削加工の際に環状の超音波振動子１４、１４の各々から支持板１９に付与された、支持板１９をその径方向に振動させる超音波振動、すなわち支持板１９をその径方向に伝わる超音波振動は、前記の超音波反射面１６に到達すると、その大部分が超音波反射面１６にて反射されて支持板１９の外周側に伝わり、支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の部分には殆ど伝わらない。

従って、各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動（超音波振動の持つエネルギー）は、各々の支持板１９の超音波反射面１６よりも外周側の部分を振動させるために有効に利用されるため、各々の支持板１９の外周側の部分がその径方向に大きな振幅にて超音波振動する。そして、各々の支持板１９に固定されている切削ブレード１２は、各々の支持板１９と共にブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動する。

従って、本発明の切削工具を用いると、切削加工を行なう際に切削ブレードの刃先がブレードの径方向に大きな振幅にて超音波振動して切削抵抗が低下し、切削ブレードとの摩擦による加工対象物の発熱及び熱膨張が抑制されるため、加工対象物を高い精度で切削することができる。

例えば、前記の切削工具１０は、使用する切削ブレード１２のサイズ（例えば、厚み）にもよるが、各々の超音波振動子１４に、１００Ｖ以下の低い電圧の交流電圧を印加した場合であっても、ブレード１２の外周縁部の刃先を、ブレード１２の径方向に５μｍ程度以上の大きな振幅にて超音波振動させることができる。一方、前記の超音波反射面を持つ支持板が用いられておらず、各々の超音波振動子が切削ブレードの表面に直接固定されていこと以外は切削工具１０と同様の構成を有する切削工具の場合、その切削ブレードの刃先の超音波振動の振幅値は、前記の本発明の切削工具１０が示す振幅値の概ね十分の一以下の小さな値を示す。

また、前記の超音波反射面１６は、支持板１９の厚み方向に伸びる環状の空気相空間との界面、すなわち支持板１９の表面に対して略垂直な面である。従って、各々の超音波振動子１４が発生した、支持板１９の径方向に伝わる超音波振動は、支持板１９の表面に対して略垂直な超音波反射面１６にて反射された場合に、支持板１９の表面と平行な面に沿って支持板１９の外周側へと伝わる。すなわち、支持板１９の表面に対して傾斜する方向に伝わる超音波振動が発生し難い。

仮に、超音波反射面が支持板の表面に垂直な方向に対して大きな角度を持つ面であると、超音波振動はこの超音波反射面にて反射されて支持板の表面に対して傾斜する方向に伝わる。このような支持板の表面に対して傾斜する方向に伝わる超音波振動は、支持板、そして支持板に固定された切削ブレードに、例えば、撓み振動（ブレードの厚み方向に振動する振動成分を持つ振動）を生じさせるため、切削ブレードの刃先がブレードの厚み方向に大きく振動するようになる。このため、加工対象物がブレードの刃先の厚みよりも大きな幅にて切削されて切削加工の精度が低下したり、あるいは加工対象物を切削して複数個の製品に切断する場合に、切削により除去される加工対象物の量が増加して加工の歩留まり（同一のサイズの加工対象物から得られる製品の個数）が低下したりする。

なお、本発明の切削工具、例えば図１及び図２に示す切削工具１０は、切削ブレード１２がどのような厚みを有している場合であっても、前記のように超音波反射面を持つ支持板を用いずに、各々の超音波振動子を切削ブレードの表面に直接固定した切削工具と比較して、切削ブレード１２をその径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができる。

但し、本発明の切削工具１０では、切削ブレード１２の厚みが大きくなるに従い、超音波振動子１４、１４にて発生した超音波振動が、支持板１９、１９、そしてブレード１２を介してブレード１２を保持する回転軸に伝わり損失し易くなる。

従って、本発明の切削工具１０は、その切削ブレード１２の厚みが小さいほど前記の超音波振動の損失が低減されるため、切削ブレード１２の厚みが１ｍｍ以下、好ましくは５〜５００μｍ、更に好ましくは５〜１００μｍの範囲内にある場合、すなわち厚みの小さい切削ブレードによって微細な切削加工を行なう場合に特に有利に用いることができる。

また、切削ブレード１２は、その厚みが小さくなるほど厚み方向に撓み易くなるため、超音波振動が付与された場合、あるいは切削ブレードが回転する際に発生する外部振動の影響を受けた場合に、その径方向だけでなく厚み方向にも振動（例、撓み振動）し易くなる。支持板１９は、厚みの小さい切削ブレードを補強して、ブレードの厚み方向の振動の発生を抑制する機能も有している。

切削ブレードを十分に補強するため、支持板１９の厚みは、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．２ｍｍ以上であることが更に好ましい。支持板１９の厚みは、実用的には２０ｍｍ以下の厚みに設定される。

本発明の切削工具においては、環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された複数の弧状の空気相空間から構成されていることが好ましい。

例えば、図１及び図２に示す切削工具１０においては、環状の空気相空間が、支持板１９の軸に対して軸対称に、互いに非空間部１８を介して支持板１９を横断して形成された、四つの弧状の空気相空間（弧状の長孔１５、１５、１５、１５の内部の空気相空間）から構成されている。すなわち、切削工具１０の各々の支持板１９が備える超音波反射面１６は、各々弧状の長孔１５の内部の弧状の空気相空間との界面からなる四つの反射面１７、１７、１７、１７から構成されている。

このように、環状の空気相空間を、互いに非空間部１８を介して支持板１９を横断して形成された複数の弧状の空気相空間から構成すると、前記の非空間部１８、１８、１８、１８により、支持板１９の超音波反射面１６よりも外周側の部分が、超音波反射面１６よりも内周側の部分に安定に支持されるため支持板１９の剛性が高くなる。

また、支持板１９に、複数の弧状の空気相空間（すなわち、例えば、四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５）を支持板１９の軸に対して軸対称に形成すると、切削工具１０の重心が工具１０の中心軸上に配置される。このため、切削工具１０は、その切削ブレード１２を超音波振動させながら、例えば、数千〜数万回転の高速で回転した場合にも高い回転精度を示し、このため高い加工精度が実現する。

そして、複数の弧状の空気相空間が支持板１９を横断していると、支持板１９の超音波反射面１６よりも外周側の部分と内周側の部分とが互いに分離される。このため、各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の部分、そして切削工具１０を保持する回転軸に伝わり難くなる。

なお、本発明の切削工具の支持板が、その径方向に環状の空気相空間との界面を二以上備える場合、例えば、図１の切削工具１０のように、支持板１９が、その径方向に環状の空気相空間（四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５の内部の空気相空間）との界面１６と界面１６ａとを備える場合、超音波反射面とは、支持板１９の最も外周側にある界面（すなわち界面１６）を意味する。

前記の界面１６ａは、支持板１９の外周側の部分から環状の空気相空間に伝わる極僅かの量の超音波振動を支持板１９の外周側に反射するため、超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、支持板１９の内周側の部分、そして回転軸に更に伝わり難くなる。超音波振動子１４にて発生した超音波振動が回転軸に伝わると、これにより超音波振動する回転軸を支持する軸受の耐久性が低下する傾向にある。

界面１６ａはまた、回転軸から支持板１９の内周側の部分に伝わる外部振動（ノイズ）を支持板１９の内周側に反射するため、このような外部振動が支持板１９の外周側の部分に伝わり難くなる。前記の外部振動が支持板１９の外周側の部分に伝わると、支持板１９に固定されている切削ブレード１２の刃先が、例えば、ブレード１２の厚み方向に振動して切削加工の精度が低下する場合がある。

図３は、図１及び図２に示す切削工具１０を備える本発明の切削装置の構成例を示す断面図である。

図３の切削装置３０は、中央に円孔１１を備える円盤状の切削ブレード１２、ブレード１２の各々の側の表面にブレード１２と同軸に配置され、ブレード１２をその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の支持板１９、および各々の支持板１９の内周縁よりも外周側の位置で、支持板１９の表面にブレード１２と同軸の配置にて固定されている、連続の環状の超音波振動子１４からなり、前記の各々の支持板１９が、超音波振動子１４の内周縁よりも内周側の位置で支持板１９の厚み方向に伸びる、不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面１６を備えている円盤状の切削工具１０と、この切削工具１０を、その各々の支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の位置にて保持する回転軸３２などから構成されている。

切削装置３０の回転軸３２は、その周囲に前記の切削工具１０を保持するための保持具３３を備えている。この保持具３３は、回転軸３２の周囲にボルト３７を用いて固定されている、切削工具１０の側に環状の突起３４ａを持つフランジ３４を備えたスリーブ３６、およびスリーブ３６の周囲にナット３８を用いて固定されている、切削工具１０の側に環状の突起３５ａを持つフランジ３５などから構成されている。保持具３３は、例えば、チタン、あるいはステンレススチールに代表される金属材料から形成される。

図３に示すように、切削装置３０の回転軸３２は、その保持具３３が備える一対の環状の突起３４ａ、３５ａにより、切削工具１０を、その各々の支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の位置にて保持している。

また、切削装置３０には、電源２１及びロータリートランス２２が備えられている。ロータリートランス２２は、回転軸３２の周方向に沿って環状に巻かれたコイル２３ａを備える環状の電力供給ユニット２３と、同様のコイル２４ａを備える環状の電力受容ユニット２４から構成されている。

図３に示すように、前記の環状の電力供給ユニット２３は、例えば、回転軸３２の周囲に回転軸３２と非接触に配置された状態にて、モータ３１の本体の端面に固定される。そして環状の電力受容ユニット２４は、例えば、モータ３１の回転軸３２に装着されたスリーブ３６の周囲に固定される。

このようなロータリートランス２２を用いることにより、電力供給ユニット２３のコイル２３ａに供給された電気エネルギー（例、交流電圧）を、回転中の電力受容ユニット２４のコイル２４ａに供給することができる。ロータリートランス２２は、多くの文献（例えば、前記の特許文献１）に記載されて公知であるため、その動作原理や機能に関する詳しい説明は省略する。また、ロータリートランス２２に代えて、スリップリングを用いることもできる。

そして電源２１にて発生した電気エネルギー（例、交流電圧）を、電気配線２５ａ、２５ｂを介して電力供給ユニット２３のコイル２３ａに付与すると、この電気エネルギーは、電力受容ユニット２４のコイル２４ａに伝わり、このコイル２４ａに接続された電気配線２６ａ、２６ｂを介して各々の超音波振動子１４に付与される。この電気エネルギーの付与により、各々の超音波振動子１４は超音波振動を発生する。なお、各々の超音波振動子１４の支持板１９の側の電極と、電力受容ユニット２４のコイル２４ａとは、前記の電気配線２６ａ、スリーブ３６、そして支持板１９を介して互いに電気的に接続されている。

この切削装置３０においては、例えば、以下の手順によって加工対象物の切削（切断あるいは溝入れ）が行なわれる。

先ず、モータ３１を駆動して、切削工具１０を保持している回転軸３２を回転させる。次いで、電源２１にて発生した電気エネルギーを、電気配線２５ａ、２５ｂ、ロータリートランス２２、電気配線２６ａ、２６ｂを介して各々の超音波振動子１４に付与することにより、各々の超音波振動子１４にて、振動子１４の径方向に振動する超音波振動を発生させる。この超音波振動は各々の支持板１９に付与されて、各々の支持板１９はその径方向に超音波振動し、そして各々の支持板１９に固定されている切削ブレード１２もまた、その径方向に超音波振動する。そして、このように超音波振動しながら回転する切削ブレード１２の外周縁部の刃先を加工対象物に接触させることにより、加工対象物の切削（例、切断あるいは溝入れ）が行なわれる。

図３の切削装置３０においては、切削工具１０が、その各々の支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の位置にて、モータ３１の回転軸３２が備える保持具３３によって保持されている。

このため、切削加工を行なう際に各々の超音波振動子１４が発生した、支持板１９を伝わる超音波振動は、その大部分が超音波反射面１６にて反射されて支持板１９の外周側に伝わり、支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の部分、そして切削工具１０を保持する回転軸３２には殆ど伝わらない。

従って、各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、各々の支持板１９の超音波反射面１６よりも外周側の部分を振動させるために有効に利用されるため、各々の支持板１９の外周側の部分が、その径方向に大きな振幅にて超音波振動する。そして、各々の支持板１９に固定されている切削ブレード１２は、各々の支持板１９と共にブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動する。

なお、切削装置３０が備える切削工具１０の切削ブレード１２と支持板１９、１９とは、これらの両外側に配置された保持具３３の一対の環状の突起３４ａ、３４ａをナット３８で締め付けることにより互いに固定されている。

本発明の切削工具において、切削ブレードと支持板とは接着剤を用いて互いに固定されていることが好ましい。接着剤を用いことにより、切削ブレードと支持板とが互いに十分に密着して一体化するため、切削ブレードを支持板と同一の大きな振幅にて超音波振動させることができる。

前記の接着剤として、例えば、ホットメルト型の接着剤を用いることが好ましい。ホットメルト型の接着剤を用いて切削ブレード１２と各々の支持板１９とを固定すると、切削工具１０を加熱して接着剤を溶解させることにより、各々超音波振動子１４が固定された支持板１９、１９を切削ブレード１２から容易に取り外すことができる。従って、例えば、使用により刃先が摩耗した切削ブレード１２から、各々超音波振動子１４が固定された支持板１９、１９を取り外し、これを別の新しい切削ブレードの表面に固定して再使用することができる。すなわち、製造コストの高い超音波振動子を廃棄することなく再使用することが可能になる。

図４は、本発明の切削工具の別の構成例を示す断面図である。

図４の切削工具４０の構成は、各々の支持板４９が、環状の超音波振動子１４の内周縁よりも内周側で支持板４９の厚み方向に伸びる、不連続の環状の空気相空間（すなわち、各々の支持板４９に互いに非空間部を介して形成された四つの弧状の長孔４５、４５、〜の内部の空気相空間）との界面からなる超音波反射面４６を、超音波振動子１４の内周縁よりも外周側の位置に備えていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

このように、本発明の切削工具の支持板が備える超音波反射面は、図１及び図２に示す切削工具１０の超音波反射面１６のように、支持板１９の超音波振動子１４の内周縁よりも内周側の位置に備えられていてもよいし、図４に示す切削工具４０の超音波反射面４６のように、支持板４９の超音波振動子１４の内周縁よりも外周側の位置に備えられていてもよい。但し、後者の超音波反射面、例えば、図４に示す切削工具４０の超音波反射面４６は、支持板４９の超音波反射面４６よりも外周側の部分に超音波振動が付与されるように、支持板４９の超音波振動子１４の外周縁よりも内周側の位置に備えられていることが必要である。

図４の切削工具４０のように、超音波反射面４６が支持板４９の超音波振動子１４の内周縁よりも外周側の位置に備えられている場合であっても、各々の支持板４９を伝わる超音波振動の大部分は、超音波反射面４６によりブレード１２の外周側に反射される。また、支持板４９の超音波振動子１４の内周縁よりも内周側には空気相空間（各々の弧状の長孔４５の内部の空気相空間）が存在するため、超音波振動子１４が支持板４９の超音波反射面４６よりも内周側の部分に接触して超音波振動を付与することはなく、このような超音波振動が支持板４９を保持する回転軸に伝わることもない。

このため、切削工具４０においても、各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、各々の支持板４９の超音波反射面４６よりも外周側の部分を振動させるために有効に利用されるため、各々の支持板４９の外周側の部分がその径方向に大きな振幅にて超音波振動する。そして、各々の支持板４９に固定されている切削ブレード１２は、各々の支持板４９と共にブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動する。

従って、本発明の切削工具４０もまた、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を高い精度で切削することができる。

図５は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図６は、図５に記入した切断線II−II線に沿って切断した切削工具５０の断面図である。

切削工具５０の構成は、各々の支持板５９の各非空間部１８の内周側に支持板５９を横断する別の弧状の空気相空間（各々の弧状の長孔５５の内部の空気相空間）が形成され、追加の超音波反射面５６を構成していること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

すなわち、切削工具５０の各々の支持板５９は、各々支持板５９を横断する弧状の空気相空間（弧状の長孔１５の内部の空気相空間）との界面からなる複数の反射面１７、１７、１７、１７から構成される超音波反射面１６と、各々非空間部１８の内周側にて支持板５９を横断する弧状の空気相空間（弧状の長孔５５の内部の空気相空間）との界面からなる複数の反射面５７、５７、５７、５７から構成される追加の超音波反射面５６とを備えている。

支持板５９に前記の追加の超音波反射面５６が備えられていると、支持板５９の超音波反射面１６を構成する反射面１７と反射面１７との間の部分（非空間部１８）を支持板５９の内周側へと伝わる超音波振動の大部分が、追加の超音波反射面５６を構成する各々の反射面５７により反射されて支持板５９の外周側へと伝わるため、支持板５９を伝わる超音波振動が、支持板５９の内周側の部分、そして切削工具５０を保持する回転軸に更に伝わり難くなる。

このように、切削工具５０においては、各々の支持板５９の周方向の全体、そして厚み方向の全体に超音波反射面１６あるいは超音波反射面５６が備えられているため、各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、各々の支持板５９の外周側の部分を振動させるために極めて有効に利用される。

従って、切削工具５０は、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に更に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。

図７は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。

図７の切削工具７０の構成は、環状の空気相空間が、互いに非空間部７８を介して支持板７９を横断して形成された複数の円形の空気相空間（円形の孔７５の内部の空気相空間）から構成されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

すなわち、この切削工具７０が備える支持板７９の超音波反射面７６は、各々支持板７９を横断する複数の円形の空気相空間（円形の孔７５の内部の空気相空間）との界面からなる複数の反射面７７、７７、〜から構成されている。

このように、本発明の切削工具においては、環状の空気相空間を、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された複数の円形（長円を含む）もしくは多角形（好ましくは、三〜八角形）の空気相空間から構成することもできる。

図８は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。

図８の切削工具８０の構成は、環状の空気相空間が、互いに非空間部８８を介して支持板８９を横断して形成された複数の六角形の空気相空間（六角形の孔８５の内部の空気相空間）から構成され、更に前記の各非空間部８８の内周側に支持板８９を横断する別の六角形の空気相空間（六角形の孔８５ａの内部の空気相空間）が形成されて追加の超音波反射面８６ａを構成していること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

すなわち、この切削工具８０の支持板８９は、各々支持板８９を横断する六角形の空気相空間（六角形の孔８５の内部の空気相空間）との界面からなる複数の反射面８７、８７〜から構成される超音波反射面８６と、各々非空間部８８の内周側にて支持板８９を横断する複数の六角形の空気相空間（六角形の孔８５ａの内部の空気相空間）との界面からなる複数の反射面８７ａ、８７ａ、〜から構成される追加の超音波反射面８６ａとを備えている。

支持板８９は、その内周側の部分と外周側の部分とが、支持板８９に形成された複数の六角形の孔８５、８５、〜及び複数の六角形の孔８５ａ、８５ａ、〜の周囲に形成されるハニカム構造を介して互いに接続されているために高い剛性を示す。このため、切削工具８０を高速で回転させた際に生じる遠心力により支持板８９、そして支持板８９に固定されている切削ブレード１２に生じる変形量を小さくすることができる。従って、切削工具８０は、例えば、数千〜数万回転の高速で回転した場合にも高い回転精度を示し、このため高い加工精度が実現する。

図９は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。

図９の切削工具９０の構成は、環状の空気相空間が、支持板９９の軸に対して軸対称に互いに非空間部９８を介して支持板９９を横断して形成された、各々支持板９９の半径方向に対して傾斜する複数のスリット状の空気相空間（スリット状の孔９５の内部の空気相空間）から構成されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

すなわち、この切削工具９０が備える支持板９９の超音波反射面９６は、各々支持板９９を横断する複数のスリット状の空気相空間（スリット状の孔９５の内部の空気相空間）との界面からなる複数の反射面９７、９７、〜から構成されている。

このように、本発明の切削工具においては、環状の空気相空間を、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された複数のスリット状の空気相空間から構成することもできる。

図１０は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図１１は、図１０に記入した切断線III−III線に沿って切断した切削工具１００の断面図である。

図１０及び図１１に示す切削工具１００の構成は、支持板１０９の環状の空気相空間が、環状の多孔質材料により構成されていること、支持板１０９が切削ブレード１２の円孔１１の周縁よりも内周側に延長されていること、そして支持板１０９がナット１０８を締め付けることにより切削ブレード１２に固定されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

この切削工具１００の支持板１０９は、例えば、支持板１０９の内周側部分１０９ａと外周側部分１０９ｂとの間に多孔質材料製のリング１０９ｃを配置して、これらを各々互いに溶接（あるいは接着など）することにより作製することができる。

すなわち、この切削工具１００が備える支持板１０９の超音波反射面１０６は、多孔質材料製のリング１０９ｃの多数の気泡（空気相空間）１０５、１０５、〜との界面からなる多数の反射面１０７、１０７、〜から構成されている。

このように、本発明の切削工具においては、環状の空気相空間を、環状の多孔質材料から構成することもできる。

多孔質材料の代表例としては、吸音材や断熱材として用いられる多孔質金属材料が挙げられる。前記の多孔質材料製のリング１０９ｃは、例えば、青銅、ステンレススチール、ニッケル、あるいはチタンなどの金属粉末（もしくは金属繊維）を圧縮成形して焼結することにより作製することができる。多孔質金属の各々の気泡の直径は、その製造方法にもよるが、一般に１０ｎｍ〜数ｍｍの範囲内にある。

多孔質材料製のリング１０９ｃの密度（かさ密度）は、支持板１０９の外周側部分１０９ｂの密度の５〜７５％の範囲内の値に設定することが好ましい。多孔質材料製リング１０９ｃの密度を、支持板１０９の外周側部分１０９ｂの密度の５％未満の値に設定すると支持板１０９の剛性が小さくなり、そして７５％を超える値に設定すると超音波反射面１０６にて反射される超音波振動の量が少なくなる。

また、図１１に示すように、支持板１０９が切削ブレード１２の円孔１１の周縁よりも内周側に延長されていると、超音波反射面１０６により、切削ブレード１２から支持板１０９に伝わる超音波振動もブレード１２の外周側に反射することができる。

このため、切削工具１００は、各々の支持板１０９をその径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができ、更に切削ブレード１２から切削工具１００を保持する回転軸への超音波振動の伝達（超音波振動の損失の発生）も抑制することができる。

従って、切削工具１００は、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に更に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。

また、図１２に示すように切削工具１００の支持板１０９には、支持板１０９を横断する孔（例、前記の弧状の長孔）が形成されていない。このため、切削工具１００は、例えば、数千〜数万回転の高速で回転させた場合であっても風切り音などの騒音を発生し難い。

なお、例えば、前記の図１の切削工具１０の支持板１９の各々の長孔１５の内部に発泡樹脂（例、発泡ウレタン樹脂）に代表される多孔質材料を充填することにより、切削工具１０を高速で回転させた場合に発生する風切り音などの騒音を小さくすることができる。

図１２は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図１３は、図１２に記入した切断線IV−IV線に沿って切断した切削工具１２０の断面図である。

図１２及び図１３に示す切削工具１２０の構成は、各々の支持板１２９に、その表面から厚み方向に伸びる、超音波反射面１２６を構成する環状の溝１２５が形成されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

このように、切削工具１２０が備える支持板１２９は、支持板１２９の表面から厚み方向に伸びる環状の溝１２５の内部の空気相空間（環状の空気相空間）との界面からなる超音波反射面１２６を備えている。なお、このような環状の溝は、支持板の切削ブレードの側の表面に形成することもできる。

前記の各々の支持板の環状の溝の深さは、支持板の厚さの１／４〜３／４（好ましくは１／２〜３／４）の範囲内の深さに設定することが好ましい。この溝の深さを支持板の厚みの１／４未満の深さに設定すると、支持板の外周側の部分から内周側の部分に伝わる超音波振動の量が増加するため、切削ブレードの刃先に生じる超音波振動の振幅が小さくなる。その一方で、この溝の深さを支持板の厚みの３／４を超える深さに設定すると支持板の剛性が低下するため、切削工具の回転精度及び加工精度が低下する。

なお、前記の環状の溝は、支持板の軸に対して軸対称に互いに非空間部を介して支持板に形成された、複数の溝（例、弧状の溝、スリット状の溝）あるいは複数の凹部（例、円形もしくは多角形の凹部）から構成することもできる。

図１４は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。

図１４の切削工具１４０の構成は、支持板１４９に、その一方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、超音波反射面１４６ａを構成する環状の溝１４５ａと、この環状の溝１４５ａの内周側で、他方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、追加の超音波反射面１４６ｂを構成する環状の溝１４５ｂとが形成されていること以外は図１０及び図１１に示す切削工具１００と同様である。

切削工具１４０においては、支持板１４９の周方向の全体、そして厚み方向の全体に超音波反射面１４６ａあるいは超音波反射面１４６ｂが備えられているため、超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、支持板１４９の外周側の部分を振動させるために極めて有効に利用される。

従って、切削工具１４０は、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に更に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。

図１４の切削工具１４０のように、切削ブレードの各々の表面に環状の溝を互いに対向しない状態にて形成する場合、前記の各々の溝の深さは、切削ブレードの厚みの１／４〜３／４の範囲内の深さ（更に好ましくは切削ブレードの厚みの１／２を超える深さ）に設定することが好ましい。また、前記の両者の溝の深さを合計した値は、切削ブレードの厚みの７５〜１５０％（好ましくは、９０〜１１０％）の範囲内にあることが好ましい。両者の溝の深さを合計した値を切削ブレードの厚みの１００％以上の値に設定すると、切削ブレードの厚み方向の全体に超音波反射面を形成することができる。

なお、切削ブレードの各々の表面に環状の溝を互いに対向した状態にて形成する場合には、両者の溝の深さを合計した値が、切削ブレードの厚みの１／４〜３／４（好ましくは１／２〜３／４）の範囲内にあることが好ましい。

図１５は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。

図１５の切削工具１５０の構成は、各々の支持板１５９が、支持板１５９の厚み方向に形成された環状の切り欠き１５５の内側の空気相空間との界面からなる超音波反射面１５６を備えていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

このように、超音波反射面は、支持板に形成された環状の切り欠きの内側の空気相空間（環状の空気相空間）との界面から構成することもできる。

図１６は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。

図１６の切削工具１６０の構成は、支持板１６９の各々の表面に超音波振動子１４が固定されていること、支持板１６９に、その一方の表面から厚み方向に伸びる、超音波反射面１６６ａを構成する環状の切り欠き１６５ａと、他方の表面から厚み方向に伸びる、追加の超音波反射面１６６ｂを構成する環状の切り欠き１６５ｂとが形成されていること、そして支持板１６９の内周側に、切削工具１６０を回転軸に取り付けるためスリーブ１６９ａが固定され一体化されていること以外は図１４の切削工具１４０と同様である。

このように、本発明の切削工具においては、切削工具の回転軸への取り付けを容易とするため、環状の支持板の内周側にスリーブが固定され一体化されていてもよい。

図１７は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図１８は、図１７に記入した切断線Ｖ−Ｖ線に沿って切断した切削工具１７０の断面図である。

図１７の切削工具１７０の構成は、環状の超音波振動子１７４が互いに間隔を介して配置された複数の超音波振動子片１７４ａ、１７４ａ、〜から構成され、隣接する超音波振動子片の間の支持板１７９に空気相空間（スリット状の孔１７５の内部の空気相空間）が形成されていること以外は図５及び図６に示す切削工具５０と同様である。

このように、本発明の切削工具においては、環状の超音波振動子を複数の超音波振動子片から構成する（不連続の環状の超音波振動子を用いる）こともできる。これにより、本発明の切削工具に大きなサイズの切削ブレード、すなわち大きな直径を持つ環状の超音波振動子を用いる場合に、環状の超音波振動子を複数の超音波振動子片を用いて容易に構成することができるようになる。これらの複数の超音波振動子片は、支持板の軸に対して軸対称に配置されていることが好ましい。

前記の超音波振動子片は、その製造が容易であるため矩形の形状であることが好ましいが、円形（長円形を含む）あるいは矩形以外の多角形の形状であってもよい。

このように、環状の超音波振動子が複数の超音波振動子片から構成されている場合には、例えば、図１７及び図１８に示すように、隣接する超音波振動子片１７４ａ、１７４ａの間の支持板１７９に空気相空間（支持板１７９の径方向に伸びるスリット状の孔１７５の内部の空気相空間）を形成することが好ましい。

このような空気相空間（スリット状の孔１７５の内部の空気相空間）により、各々の支持板１７９の互いに隣接する振動子片１７４ａと振動子片１７４ａとの間の部位を、支持板１７９の表面と平行な面に沿って且つ支持板１７９の径方向に対して傾斜する方向に伝わる振動（例、面内曲げ振動）の発生が抑制される。このため、各々の支持板１７９の超音波反射面１６よりも外周側の部分を、スリット状の孔１７５、１７５、〜が備えられていない場合と比較して、更に大きな振幅にて支持板１７９の径方向に超音波振動させることができる。すなわち、各々の支持板１７９に固定されている切削ブレード１２を、その径方向に更に大きな振幅にて超音波振動させることができる。

以上の説明では、本発明の切削工具を、その超音波反射面を持つ支持板の具体例として、複数の弧状の長孔を備える支持板、複数の円形もしくは多角形の孔を備える支持板、多孔質材料製のリングを備える支持板、環状の溝を備える支持板、そして環状の切り欠きを備える支持板を示して説明を行った。本発明の切削工具の支持板としては、以下に例を挙げて説明するように、前記の複数の弧状の長孔等の二以上を備える支持板を用いることもできる。

図１９は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図２０は、図１９に記入した切断線VI−VI線に沿って切断した切削工具１９０の断面図である。

図１９及び図２０に示す切削工具１９０の支持板１９９には、超音波反射面１６６ａを構成する環状の切り欠き１６５ａ、追加の超音波反射面１６６ｂを構成する環状の切り欠き１６５ｂ、別の追加の超音波反射面１６を構成する弧状の長孔１５、１５、１５、１５、そして更に別の追加の超音波反射面５６を構成する弧状の長孔５５、５５、５５、５５が備えられている。

図２１は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図２２は、図２１に記入した切断線VII−VII線に沿って切断した切削工具２１０の断面図である。

図２１及び図２２に示す切削工具２１０の支持板２１９には、超音波反射面１６６ａを構成する環状の切り欠き１６５ａ、追加の超音波反射面１６６ｂを構成する環状の切り欠き１６５ｂ、別の追加の超音波反射面２１６ａを構成する複数の円形の孔２１５ａ、２１５ａ、〜、そして更に別の追加の超音波反射面２１６ｂを構成する複数の円形の孔２１５ｂ、２１５ｂ、〜が備えられている。

図２３は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図２４は、図２３に記入した切断線VIII−VIII線に沿って切断した切削工具２３０の断面図である。

図２３及び図２４に示す切削工具２３０の構成は、各々の超音波振動子１４が、各々の支持板１９の内周縁よりも外周側の位置で、そして支持板１９の外周縁よりも外周側のブレード１２の表面に固定されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

この切削工具２３０の切削ブレード１２に固定された各々の超音波振動子１４が発生する超音波振動は、ブレード１２を介して各々の支持板１９に伝わる。支持板１９を伝わる超音波振動は、その大部分が超音波反射面１６にて反射されて支持板１９の外周側に伝わり、支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の部分には殆ど伝わらない。

このように、前記の各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、各々の支持板１９の超音波反射面１６よりも外周側の部分を振動させるために有効に利用されるため、各々の支持板１９の外周側の部分はその径方向に大きな振幅にて超音波振動する。そして、各々の支持板１９に固定されている切削ブレード１２は、各々の支持板１９と共にブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動する。

従って、図２３及び図２４に示す切削工具２３０もまた、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。

図２５は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図２６は、図２５に記入した切断線IX−IX線に沿って切断した切削工具２５０の断面図である。

図２５及び図２６に示す切削工具２５０の構成は、超音波振動子１４が、支持板１９の内周縁よりも外周側の位置で、ブレード１２の支持板１９が固定されている側とは逆側の表面に固定されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

この切削工具２５０の切削ブレード１２に固定された超音波振動子１４が発生する超音波振動は、ブレード１２を介して支持板１９に伝わる。支持板１９を伝わる超音波振動は、その大部分が超音波反射面１６にて反射されて支持板１９の外周側に伝わり、支持板１９の超音波反射面１６よりも内周側の部分には殆ど伝わらない。

このように、超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、支持板１９の超音波反射面１６よりも外周側の部分を振動させるために有効に利用されるため、支持板１９の外周側の部分はその径方向に大きな振幅にて超音波振動する。そして、支持板１９に固定されている切削ブレード１２は、支持板１９と共にブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動する。

従って、図２５及び図２６に示す切削工具２５０もまた、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。

次に、本発明の第二の構成の切削工具と、この切削工具を用いた切削装置を、添付の図面を参照しながら説明する。

図２７は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図であり、そして図２８は、図２７に記入した切断線Ｘ−Ｘ線に沿って切断した切削工具２７０の断面図である。

図２７及び図２８に示す切削工具２７０は、中央に円孔１１を備える円盤状の切削ブレード１２、ブレード１２の両表面の各々にブレード１２と同軸に配置され、各々ブレード１２の側にブレード１２をその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の突起２７９ａを備え、この突起２７９ａを介してブレード１２と間隔をあけて平行に配置された一対の環状の支持板２７９、２７９、および各々の支持板２７９の内周縁よりも外周側の表面にブレード１２と同軸の配置にて固定されている、連続の環状の超音波振動子１４から構成されている。そして、前記の支持板２７９の各々は、超音波振動子１４の内周縁よりも内周側の位置で支持板２７９の厚み方向に伸びる、不連続の環状の空気相空間（支持板２７９に形成された四つの弧状の長孔１５、１５、１５、１５の内部の空気相空間）との界面からなる超音波反射面１６を備えている。

図２７及び図２８に示す切削工具２７０の構成は、各々の支持板２７９が、ブレード１２の側に環状の突起２７９ａを備え、この突起２７９ａを介してブレード１２と間隔をあけて平行に配置されていること、一方の（図２８にて右側の）支持板２７９の内周側に、切削工具２７０を回転軸に取り付けるためのスリーブ１６９ａが固定され一体化されていること、そして切削工具２７０の切削ブレード１２と支持板２７９、２７９とが、ナット３８を締め付けることにより互いに固定されていること以外は図１及び図２に示す切削工具１０と同様である。

この切削工具２７０の各々の超音波振動子１４が発生した、支持板２７９を伝わる超音波振動は、その大部分が超音波反射面１６にて反射されて支持板２７９の外周側に伝わり、支持板２７９の超音波反射面１６よりも内周側の部分、そして切削工具２７０を保持する回転軸には殆ど伝わらない。

このように、各々の超音波振動子１４にて発生した超音波振動は、支持板２７９の超音波反射面１６よりも外周側の部分を振動させるために有効に利用されるため、支持板２７９の外周側の部分はその径方向に大きな振幅にて超音波振動する。そして、前記の各々の支持板２７９の環状の突起２７９ａに固定されている切削ブレード１２は、支持板１９と共にブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動する。

従って、図２７及び図２８に示す切削工具２７０もまた、その切削ブレード１２の刃先をブレード１２の径方向に大きな振幅にて超音波振動させることができるため、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。

本発明の第二の構成の切削工具の好ましい態様は、前記の第一の構成の切削工具と同様であるため説明は省略する。

図２９は、図２７及び図２８に示す切削工具２７０を備える本発明の切削装置の構成例を示す断面図である。

図２９の切削装置２９０は、中央に円孔１１を備える円盤状の切削ブレード１２、ブレード１２の両表面の各々にブレード１２と同軸に配置され、各々ブレード１２の側にブレード１２をその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の突起２７９ａを備え、この突起２７９ａを介してブレード１２と間隔をあけて平行に配置された一対の環状の支持板２７９、２７９、および各々の支持板２７９の内周縁よりも外周側の表面にブレード１２と同軸の配置にて固定されている、連続の環状の超音波振動子１４からなり、前記の支持板２７９の各々が、超音波振動子１４の内周縁よりも内周側の位置で支持板２７９の厚み方向に伸びる、不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面１６を備えている円盤状の切削工具２７０と、この切削工具２７０を、その各々の支持板２７９の超音波反射面１６よりも内周側の位置にて保持する回転軸３２などから構成されている。

図２９の切削装置２９０の構成は、図２７及び図２８に示す本発明の第二の構成の切削工具２７０が、ボルト３７を締め付けることによって回転軸３２に保持されていること以外は図３の切削装置３０と同様である。

図３０は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。

図３０の切削工具３００の構成は、各々の超音波振動子１４が、各々の支持板２７９の内周縁よりも外周側で、かつブレード１２の側の表面に固定されていること以外は図２７及び図２８に示す切削工具２７０と同様である。

このように、本発明の第二の構成の切削工具では、各々の環状の支持板が切削ブレードと間隔をあけて配置されているため、各々の支持板のブレードの側の表面に超音波振動子を固定することもできる。

図３１は、本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。

図３１の切削工具３１０の構成は、各々の超音波振動子１４が、各々の支持板２７９よりも外周側のブレード１２の表面に固定されていること以外は図２７及び図２８に示す切削工具２７０と同様である。

このように、本発明の第二の構成の切削工具では、各々の支持板よりも外周側のブレードの表面に超音波振動子を固定することもできる。

本発明の第一の構成あるいは第二の構成の切削工具においては、環状の支持板の周方向の５０〜１００％（好ましくは７０〜９０％、特に９０〜１００％）の範囲内の部分に超音波反射面が形成されていることが望ましい。特に、前記の図５、図８、図９、図１４、図１７、あるいは図１９の切削工具のように、支持板の周方向の全体、そして厚み方向の全体に超音波反射面が備えられていることが好ましい。

本発明の切削工具の構成例を示す平面図である。 図１に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した切削工具１０の断面図である。 本発明の切削装置の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の別の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図５に記入した切断線II−II線に沿って切断した切削工具５０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図１０に記入した切断線III−III線に沿って切断した切削工具１００の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図１２に記入した切断線IV−IV線に沿って切断した切削工具１２０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図１７に記入した切断線Ｖ−Ｖ線に沿って切断した切削工具１７０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図１９に記入した切断線VI−VI線に沿って切断した切削工具１９０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図２１に記入した切断線VII−VII線に沿って切断した切削工具２１０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図２３に記入した切断線VIII−VIII線に沿って切断した切削工具２３０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図２５に記入した切断線IX−IX線に沿って切断した切削工具２５０の断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す平面図である。 図２７に記入した切断線Ｘ−Ｘ線に沿って切断した切削工具２７０の断面図である。 本発明の切削装置の別の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。 本発明の切削工具の更に別の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 切削工具
１１ 円孔
１２ 切削ブレード
１４ 超音波振動子
１５ 弧状の長孔
１６ 超音波反射面
１６ａ 空気相空間との界面
１７ 超音波反射面１６を構成する反射面
１８ 非空間部
１９ 支持板
２１ 電源
２２ ロータリートランス
２３ 電力供給ユニット
２４ 電力受容ユニット
２３ａ、２４ａ コイル
２５ａ、２５ｂ 電気配線
２６ａ、２６ｂ 電気配線
３０ 切削装置
３１ モータ
３２ 回転軸
３３ 保持具
３４、３５ フランジ
３４ａ、３５ａ 突起
３６ スリーブ
３７ ボルト
３８ ナット
４０、５０ 切削工具
４５、５５ 弧状の長孔
４６、５６ 超音波反射面
４９、５９ 支持板
５７ 超音波反射面５６を構成する反射面
７０、８０、９０ 切削工具
７５ 円形の孔
７６、８６、８６ａ、９６ 超音波反射面
７７、８７、８７ａ ９７ 超音波反射面を構成する反射面
７８、８８、９８ 非空間部
７９、８９、９９ 支持板
８５、８５ａ 六角形の孔
９５ スリット状の孔
１００ 切削工具
１０５ 気泡
１０６ 超音波反射面
１０７ 超音波反射面１０６を構成する反射面
１０８ ナット
１０９ 支持板
１０９ａ 支持板１０９の内周側部分
１０９ｂ 支持板１０９の外周側部分
１０９ｃ 多孔質材料製のリング
１２０、１４０ 切削工具
１２５、１４５ａ、１４５ｂ 環状の溝
１２６、１４６ａ、１４６ｂ 超音波反射面
１２９、１４９ 支持板
１５０、１６０ 切削工具
１５５、１６５ａ、１６５ｂ 環状の切り欠き
１５６、１６６ａ、１６６ｂ 超音波反射面
１５９、１６９ 支持板
１６９ａ スリーブ
１７０ 切削工具
１７４ 超音波振動子
１７４ａ 超音波振動子片
１７５ スリット状の孔
１７９ 支持板
１９０、２１０ 切削工具
１９９、２１９ 支持板
２１５ａ、２１５ｂ 円形の孔
２１６ａ、２１６ｂ 超音波反射面
２３０、２５０ 切削工具
２７０、３００、３１０ 切削工具
２７９ 支持板
２７９ａ 支持板の突起
２９０ 切削装置

Claims (20)

1. 中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、該ブレードの少なくとも一方の側の表面に該ブレードと同軸に配置され、該ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の支持板、および該支持板の内周縁よりも外周側の位置で、支持板もしくはブレードの表面に該ブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具。
2. 環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された、複数の弧状の空気相空間から構成されている請求項１に記載の切削工具。
3. 各非空間部の内周側に支持板を横断する別の弧状の空気相空間が形成され、追加の超音波反射面を構成している請求項２に記載の切削工具。
4. 環状の空気相空間が、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された複数の円形もしくは多角形の空気相空間から構成されている請求項１に記載の切削工具。
5. 各非空間部の内周側に支持板を横断する別の円形もしくは多角形の空気相空間が形成され、追加の超音波反射面を構成している請求項４に記載の切削工具。
6. 環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された、各々支持板の半径方向に対して傾斜する複数のスリット状の空気相空間から構成されている請求項１に記載の切削工具。
7. 環状の空気相空間が、環状の多孔質材料により構成されている請求項１に記載の切削工具。
8. 支持板に、その一方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、超音波反射面を構成する環状の溝と、該環状の溝の内周側で、他方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、追加の超音波反射面を構成する環状の溝とが形成されている請求項１に記載の切削工具。
9. 環状の超音波振動子が互いに間隔を介して配置された複数の超音波振動子片から構成され、隣接する超音波振動子片の間の支持板に空気相空間が形成されている請求項１に記載の切削工具。
10. 中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、該ブレードの少なくとも一方の側の表面に該ブレードと同軸に配置され、該ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の支持板、および該支持板の内周縁よりも外周側の位置で、支持板もしくはブレードの表面に該ブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具と、該切削工具を、その支持板の超音波反射面よりも内周側の位置にて保持する回転軸とを含む切削装置。
11. 中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、該ブレードの両表面の各々に該ブレードと同軸に配置され、各々ブレードの側に該ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の突起を備え、該突起を介してブレードと間隔をあけて平行に配置された一対の環状の支持板、および各々の支持板の内周縁よりも外周側の表面、あるいは支持板よりも外周側のブレードの表面に該ブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板の各々が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具。
12. 環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された、複数の弧状の空気相空間から構成されている請求項１１に記載の切削工具。
13. 各非空間部の内周側に支持板を横断する別の弧状の空気相空間が形成され、追加の超音波反射面を構成している請求項１２に記載の切削工具。
14. 環状の空気相空間が、互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された複数の円形もしくは多角形の空気相空間から構成されている請求項１１に記載の切削工具。
15. 各非空間部の内周側に支持板を横断する別の円形もしくは多角形の空気相空間が形成され、追加の超音波反射面を構成している請求項１４に記載の切削工具。
16. 環状の空気相空間が、支持板の軸に対して軸対称に互いに非空間部を介して支持板を横断して形成された、各々支持板の半径方向に対して傾斜する複数のスリット状の空気相空間から構成されている請求項１１に記載の切削工具。
17. 環状の空気相空間が、環状の多孔質材料により構成されている請求項１１に記載の切削工具。
18. 支持板に、その一方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、超音波反射面を構成する環状の溝と、該環状の溝の内周側で、他方の表面から厚さの１／２を超えて伸びる、追加の超音波反射面を構成する環状の溝とが形成されている請求項１１に記載の切削工具。
19. 環状の超音波振動子が互いに間隔を介して配置された複数の超音波振動子片から構成され、隣接する超音波振動子片の間の支持板に空気相空間が形成されている請求項１１に記載の切削工具。
20. 中央に円孔を備える円盤状の切削ブレード、該ブレードの両表面の各々に該ブレードと同軸に配置され、各々ブレードの側に該ブレードをその外周縁よりも内周側の位置にて支持固定する環状の突起を備え、該突起を介してブレードと間隔をあけて平行に配置された一対の環状の支持板、および各々の支持板の内周縁よりも外周側の表面、あるいは支持板よりも外周側のブレードの表面に該ブレードと同軸の配置にて固定されている、連続もしくは不連続の環状の超音波振動子からなり、前記の支持板の各々が、超音波振動子の内周縁よりも内周側の位置で支持板の厚み方向に伸びる、連続もしくは不連続の環状の空気相空間との界面からなる超音波反射面を備えている円盤状の切削工具と、該切削工具を、その支持板の超音波反射面よりも内周側の位置にて保持する回転軸とを含む切削装置。

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