JP5335322B2 - Rotary cutting device with an annular cutting blade - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary cutting device for sufficiently suppressing the energy loss of ultrasonic vibration generated by an ultrasonic vibrator. <P>SOLUTION: The rotary cutting device comprises: a rotating shaft 31; a cutting tool 35 including an annular cutting blade 32 arranged coaxially around the rotating shaft 31, and an annular supporting plate 34 fixed coaxially to one surface of the cutting blade 32 and having the annular ultrasonic vibrator 33 on the surface; and a pair of flanges 36a, 36b holding the cutting tool 35 via a supporting plate in an annular region on the outer periphery side beyond the peripheral edge of the ultrasonic vibrator 33. The flanges hold the cutting tool via annular porous members 37a, 37b. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、加工対象物を切削して溝入れあるいは切断するために特に有利に用いることができる、環状の切削ブレードを備えた回転切削装置に関する。   The present invention relates to a rotary cutting device provided with an annular cutting blade, which can be used particularly advantageously for cutting and grooving or cutting a workpiece.

ガラス、シリコン、サファイア、シリコンカーバイト(SiC)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、環状の切削ブレードを備えた回転切削装置が広く用いられている。   In order to cut a workpiece formed of a hard and brittle material typified by glass, silicon, sapphire, and silicon carbide (SiC), a rotary cutting device having an annular cutting blade is widely used.

このような回転切削装置では、環状の切削ブレードを回転させながら、その外周縁部に設けられた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。   In such a rotary cutting apparatus, the workpiece is cut by bringing the cutting edge provided on the outer peripheral edge thereof into contact with the workpiece while rotating the annular cutting blade.

このような回転切削装置の切削ブレードに超音波振動を付与することにより、加工対象物を切削する精度が向上することは知られている。   It is known that the accuracy of cutting a workpiece is improved by applying ultrasonic vibration to the cutting blade of such a rotary cutting device.

図1は、特許文献1の回転切削装置の構成を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotary cutting device of Patent Document 1. As shown in FIG.

図1の回転切削装置10は、回転軸11、回転軸11の周囲に同軸に配設されている環状の切削ブレード12と、切削ブレード12の各々の表面に同軸に固定されている、各々環状の超音波振動子13a、13bを表面に備えた環状の支持板(剛性板)14a、14bとを含む切削具15、および切削具15を超音波振動子13a、13bの外周縁よりも外周側の環状領域にて支持板14a、14bを介して挟持している一対のフランジ16a、16bなどから構成されている。そして、この回転切削装置10の一対のフランジ16a、16bは、前記の切削具15を樹脂材料層17a、17bを介して挟持している。   A rotary cutting device 10 in FIG. 1 includes a rotary shaft 11, an annular cutting blade 12 that is coaxially disposed around the rotary shaft 11, and each annular blade that is coaxially fixed to each surface of the cutting blade 12. The cutting tool 15 including annular support plates (rigid plates) 14a and 14b having ultrasonic transducers 13a and 13b on the surface, and the cutting tool 15 on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the ultrasonic transducers 13a and 13b. It is comprised from a pair of flange 16a, 16b etc. which are pinched | interposed through support plate 14a, 14b in the annular area. The pair of flanges 16a and 16b of the rotary cutting apparatus 10 sandwich the cutting tool 15 via the resin material layers 17a and 17b.

同文献には、前記樹脂材料層の音響インピーダンスの値と、フランジの音響インピーダンスの値とが大きく異なるため、各々の超音波振動子にて発生する超音波振動がフランジに伝わり難くなり、その結果、前記の超音波振動が切削ブレードに十分に付与されると記載されている。   In the same document, since the acoustic impedance value of the resin material layer and the acoustic impedance value of the flange are greatly different, the ultrasonic vibration generated in each ultrasonic vibrator is difficult to be transmitted to the flange, and as a result, It is described that the ultrasonic vibration is sufficiently applied to the cutting blade.

図2は、特許文献2の回転切削装置の構成を示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the rotary cutting device of Patent Document 2. As shown in FIG.

図2の回転切削装置20は、回転軸21、回転軸21の周囲に同軸に配設されている環状の切削ブレード22と、切削ブレード22の各々の表面に同軸に固定されている環状の超音波振動子23a、23bとを含む切削具25、および切削具25を超音波振動子23a、23bの外周縁よりも外周側の環状領域にて支持している一対のフランジ26a、26bなどから構成されている。この回転切削装置20の一対のフランジ26a、26bは、前記の切削具25を直接挟持している。
国際公開第2006/126302号パンフレット(図6) 特開2007−130746号公報(図6)
A rotary cutting device 20 in FIG. 2 includes a rotary shaft 21, an annular cutting blade 22 that is coaxially disposed around the rotary shaft 21, and an annular super-blade that is coaxially fixed to each surface of the cutting blade 22. A cutting tool 25 including the ultrasonic transducers 23a and 23b, and a pair of flanges 26a and 26b that support the cutting tool 25 in an annular region on the outer peripheral side of the outer peripheral edges of the ultrasonic transducers 23a and 23b. Has been. The pair of flanges 26 a and 26 b of the rotary cutting device 20 directly sandwich the cutting tool 25.
International Publication No. 2006/126302 Pamphlet (Figure 6) Japanese Patent Laying-Open No. 2007-130746 (FIG. 6)

前記の特許文献1の回転切削装置では、一対のフランジを用いて、これらのフランジの音響インピーダンスの値とは大きく異なる音響インピーダンスの値を示す樹脂材料層を介して切削具を挟持することにより、超音波振動子にて発生する超音波振動のフランジへの伝播が抑制されている。このため、超音波振動子にて発生する超音波振動は、切削ブレードを超音波振動させるために有効に利用される。   In the rotary cutting device of the above-mentioned Patent Document 1, by using a pair of flanges, by sandwiching a cutting tool through a resin material layer showing an acoustic impedance value greatly different from the acoustic impedance values of these flanges, Propagation of ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator to the flange is suppressed. For this reason, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator is effectively used for ultrasonically vibrating the cutting blade.

このような回転切削装置においては、通常、フランジは金属材料から形成される。そして、金属材料の音響インピーダンス(単位:Ns/m3、以下同じ)は、例えば、鉄で46.4×106、アルミニウムで17.3×106、そしてステンレススチールで45.7×106である。その一方で、樹脂材料の音響インピーダンスは、例えば、ポリエチレンで1.75×106、そしてポリスチレンで2.49×106である。このように、樹脂材料の音響インピーダンスの値は、金属材料の音響インピーダンスの概ね十分の一程度の値を示すため、前記樹脂材料層を形成する樹脂材料の選定によって、超音波振動子にて発生する超音波振動のフランジへの伝播(超音波振動のエネルギーの損失の発生)を更に抑制することは難しい。 In such a rotary cutting device, the flange is usually formed from a metal material. The acoustic impedance (unit: Ns / m 3 , hereinafter the same) of the metal material is, for example, 46.4 × 10 6 for iron, 17.3 × 10 6 for aluminum, and 45.7 × 10 6 for stainless steel. It is. On the other hand, the acoustic impedance of the resin material is, for example, 1.75 × 10 6 for polyethylene and 2.49 × 10 6 for polystyrene. Thus, since the acoustic impedance value of the resin material is approximately one tenth of the acoustic impedance of the metal material, it is generated in the ultrasonic vibrator by selecting the resin material for forming the resin material layer. It is difficult to further suppress the propagation of ultrasonic vibration to the flange (occurrence of loss of energy of ultrasonic vibration).

本発明の課題は、超音波振動子にて発生する超音波振動のエネルギーの損失の発生が十分に抑制された回転切削装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a rotary cutting apparatus in which generation of loss of energy of ultrasonic vibration generated by an ultrasonic vibrator is sufficiently suppressed.

本発明は、回転軸;回転軸の周囲に同軸に配設された環状の切削ブレードと、切削ブレードの少なくとも一方の表面に同軸に固定された、環状の超音波振動子を表面に備えた環状の支持板とを含む切削具;および切削具を超音波振動子の外周縁よりも外周側の環状領域にて支持板を介して挟持している一対のフランジを含み、前記のフランジによる切削具の挟持が環状多孔質部材を介してなされていることを特徴とする回転切削装置にある。   The present invention relates to a rotating shaft; an annular cutting blade disposed coaxially around the rotating shaft, and an annular surface provided with an annular ultrasonic transducer fixed coaxially to at least one surface of the cutting blade And a pair of flanges sandwiching the cutting tool in the annular region on the outer peripheral side of the outer periphery of the ultrasonic transducer via the support plate, and the cutting tool using the flange. The rotary cutting apparatus is characterized in that the pinching is performed via an annular porous member.

本発明はまた、回転軸;回転軸の周囲に同軸に配設された環状の切削ブレードと、切削ブレードの少なくとも一方の表面に同軸に固定された環状の超音波振動子とを含む切削具;および切削具を超音波振動子の外周縁よりも外周側の環状領域にて挟持している一対のフランジを含み、前記のフランジによる切削具の挟持が環状多孔質部材を介してなされていることを特徴とする回転切削装置にもある。   The present invention also includes a rotating shaft; an annular cutting blade disposed coaxially around the rotating shaft; and a cutting tool including an annular ultrasonic transducer fixed coaxially to at least one surface of the cutting blade; And a pair of flanges holding the cutting tool in an annular region on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the ultrasonic transducer, and the cutting tool is held by the flange via an annular porous member There is also a rotary cutting device characterized by the following.

前記の本発明の回転切削装置の好まし態様は、次の通りである。
(1)環状多孔質部材が多孔質樹脂材料からなる。
(2)環状多孔質部材が10〜300kg/m3の範囲内にある嵩密度を持つ。
(3)上記の支持板を備えた回転切削装置において、支持板が、環状の超音波振動子の内周縁よりも内周側に、支持板の厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間との界面により形成される超音波反射面を備えている。更に好ましくは、前記の各非空間部の内周側に別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。
(4)切削ブレードが、環状の超音波振動子の内周縁よりも内周側に、切削ブレードの厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間との界面により形成される超音波反射面を備えている。更に好ましくは、前記の各非空間部の内周側に別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。
Preferred embodiments of the rotary cutting device of the present invention are as follows.
(1) The annular porous member is made of a porous resin material.
(2) The annular porous member has a bulk density in the range of 10 to 300 kg / m 3 .
(3) In the rotary cutting apparatus provided with the above-described support plate, the support plate has an annular shape through a non-space portion that extends in the thickness direction of the support plate on the inner peripheral side with respect to the inner peripheral edge of the annular ultrasonic transducer. And an ultrasonic reflection surface formed by interfaces with a plurality of arc-shaped air phase spaces disposed in the space. More preferably, another air phase space is formed on the inner peripheral side of each of the non-space portions to constitute an additional ultrasonic reflection surface.
(4) a plurality of arc-shaped air phase spaces arranged in an annular shape through a non-space portion, the cutting blade extending in the thickness direction of the cutting blade on the inner peripheral side with respect to the inner peripheral edge of the annular ultrasonic transducer; And an ultrasonic reflection surface formed by the interface. More preferably, another air phase space is formed on the inner peripheral side of each of the non-space portions to constitute an additional ultrasonic reflection surface.

本発明の回転切削装置では、一対のフランジが、環状の切削ブレードと超音波振動子とを備える切削具を環状多孔質部材を介して挟持している。そして、切削具の超音波振動子が発生する超音波振動の殆どは、この環状多孔質部材が含む気泡により構成される超音波反射面にて反射されるため、この環状多孔質部材を通ってフランジに伝播することがない。このため、本発明の回転切削装置では、超音波振動子が発生する超音波振動が、環状多孔質部材を介してフランジに殆ど伝播することなく、すなわち前記伝播による超音波振動のエネルギーの損失を殆ど発生させることなく、切削ブレードを超音波振動させるために極めて有効に利用される。   In the rotary cutting device of the present invention, the pair of flanges sandwich the cutting tool including the annular cutting blade and the ultrasonic vibrator via the annular porous member. And most of the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator of the cutting tool is reflected by the ultrasonic reflecting surface composed of the bubbles contained in the annular porous member, and therefore passes through the annular porous member. There is no propagation to the flange. Therefore, in the rotary cutting device of the present invention, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator hardly propagates to the flange via the annular porous member, that is, the energy loss of the ultrasonic vibration due to the propagation is reduced. It is very effectively used for ultrasonically vibrating the cutting blade with almost no generation.

次に、本発明の回転切削装置を添付の図面を用いて説明する。   Next, the rotary cutting device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図3は、本発明の回転切削装置の構成例を示す断面図である。図4は、図3に示す切削具35を回転軸31から取り外した状態で示す図である。そして図5は、図4の切削具35を図の右側から見た図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the rotary cutting device of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the cutting tool 35 shown in FIG. FIG. 5 is a view of the cutting tool 35 of FIG. 4 as viewed from the right side of the drawing.

図3〜図5に示す回転切削装置30は、回転軸31、回転軸31の周囲に同軸に配設されている環状の切削ブレード32と、切削ブレード32の一方の表面に同軸に固定されている、環状の超音波振動子33を表面に備えた環状の支持板34とを含む切削具35、および切削具35を超音波振動子33の外周縁よりも外周側の環状領域にて支持板34を介して挟持している一対のフランジ36a、36bなどから構成されている。そして、この回転切削装置30は、前記のフランジ36a、36bによる切削具35の挟持が、環状多孔質部材37a、37bを介してなされていることに大きな特徴がある。   A rotary cutting device 30 shown in FIGS. 3 to 5 includes a rotary shaft 31, an annular cutting blade 32 coaxially disposed around the rotary shaft 31, and a coaxial surface fixed to one surface of the cutting blade 32. A cutting tool 35 including an annular support plate 34 provided with an annular ultrasonic transducer 33 on the surface, and a support plate for the cutting tool 35 in an annular region on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the ultrasonic transducer 33. It is comprised from a pair of flange 36a, 36b etc. which are clamped via 34. The rotary cutting device 30 is characterized in that the cutting tool 35 is sandwiched by the flanges 36a and 36b via the annular porous members 37a and 37b.

切断装置30では、回転軸31に接続された駆動装置を作動させ、この回転軸31を切削具35と共に回転させ、そして切削具35の切削ブレード32に超音波振動子33にて発生する超音波振動を支持板34を介して付与しながら、切削ブレード32の外周縁端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(溝入れあるいは切断)が行なわれる。通常、加工対象物を切削する際には、切削ブレードと加工対象物との接触部に冷却液(代表例、水)が供給される。   In the cutting device 30, a driving device connected to the rotating shaft 31 is operated, the rotating shaft 31 is rotated together with the cutting tool 35, and ultrasonic waves generated by the ultrasonic vibrator 33 on the cutting blade 32 of the cutting tool 35. The cutting (grooving or cutting) of the workpiece is performed by bringing the cutting edge 32 at the outer peripheral edge of the cutting blade 32 into contact with the workpiece while applying vibration through the support plate 34. Usually, when cutting a workpiece, a coolant (typical example, water) is supplied to a contact portion between the cutting blade and the workpiece.

前記のように、この切削装置30のフランジ36a、36bは、切削具35を環状多孔質部材37a、37bを介して挟持している。   As described above, the flanges 36a and 36b of the cutting device 30 sandwich the cutting tool 35 via the annular porous members 37a and 37b.

環状多孔質部材37a、37bの各々は、公知の多孔質材料、例えば、多孔質樹脂材料や多孔質金属材料から形成される。   Each of the annular porous members 37a and 37b is formed of a known porous material, for example, a porous resin material or a porous metal material.

多孔質樹脂材料の例としては、発泡ポリウレタン樹脂、発泡ポリスチレン樹脂、発泡シリコーン樹脂、および発泡ゴムが挙げられる。環状多孔質部材の材料として多孔質樹脂材料を用いると、環状多孔質部材を、ポリウレタンフォーム、ポリスチレンフォーム、シリコーンスポンジ、あるいはゴムスポンジを環状に切断して容易に作製することができる。   Examples of the porous resin material include foamed polyurethane resin, foamed polystyrene resin, foamed silicone resin, and foamed rubber. When a porous resin material is used as the material of the annular porous member, the annular porous member can be easily produced by cutting a polyurethane foam, a polystyrene foam, a silicone sponge, or a rubber sponge into an annular shape.

多孔質金属材料を用いる場合には、環状多孔質部材を、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)を圧縮成形したのちに焼結して作製することができる。環状多孔質部材を多孔質金属材料から形成する場合には、環状多孔質部材の切削具の側の表面に樹脂材料層を付設することもできる。   In the case of using a porous metal material, the annular porous member may be prepared by, for example, compressing and molding metal powder (or metal fiber) such as bronze, stainless steel, nickel, or titanium. it can. When the annular porous member is formed from a porous metal material, a resin material layer can be provided on the surface of the annular porous member on the cutting tool side.

多孔質材料は、その内部に多数の気泡を含んでいる。この気泡(気体)は、樹脂材料や金属材料(固体)と比較して、極めて小さな音響インピーダンスの値を示す。例えば、空気は、その音響インピーダンスが約429Ns/m3であり、すなわち樹脂材料の音響インピーダンスの値の一万分の一程度、また金属材料の音響インピーダンスの値の十万分の一程度の極めて小さな音響インピーダンスの値を示す。 The porous material contains a large number of bubbles therein. This bubble (gas) shows an extremely small acoustic impedance value as compared with a resin material or a metal material (solid). For example, air has an acoustic impedance of about 429 Ns / m 3, that is, about one tenth of the value of acoustic impedance of a resin material and about one hundred thousand of the value of acoustic impedance of a metal material. Indicates a small acoustic impedance value.

このため、超音波振動子33から支持板34に付与された超音波振動の殆どは、環状多孔質部材37a、37bを形成する樹脂材料あるいは金属材料(固体)と気泡(気体)との界面に形成される超音波反射面にて反射されるため、これらの環状多孔質部材37a、37bを通ってフランジ36a、36bに伝播する(超音波振動のエネルギーの損失を発生させる)ことがない。その結果、超音波振動子33にて発生する超音波振動は、切削ブレード32を支持板34と共に超音波振動させるために有効に利用される。また、超音波振動子33に、超音波振動の損失を補う大きな電気エネルギーを付与する必要がないため、超音波振動子33での発熱量が低減され、この発熱による切削ブレード32の熱膨張が抑制される。このため、本発明の回転切削装置30を用いることにより、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。   For this reason, most of the ultrasonic vibration applied to the support plate 34 from the ultrasonic transducer 33 is at the interface between the resin material or metal material (solid) forming the annular porous members 37a and 37b and the bubbles (gas). Since it is reflected by the formed ultrasonic reflecting surface, it does not propagate through the annular porous members 37a, 37b to the flanges 36a, 36b (no loss of ultrasonic vibration energy occurs). As a result, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 33 is effectively used to cause the cutting blade 32 to ultrasonically vibrate together with the support plate 34. Further, since it is not necessary to give the ultrasonic vibrator 33 large electrical energy that compensates for the loss of ultrasonic vibration, the amount of heat generated by the ultrasonic vibrator 33 is reduced, and the thermal expansion of the cutting blade 32 due to this heat generation is reduced. It is suppressed. For this reason, by using the rotary cutting device 30 of the present invention, the workpiece can be cut with extremely high accuracy.

また、支持板34に付与された超音波振動が、環状多孔質部材37a、37b、フランジ36a、36b、そして回転軸31を介して、この回転軸31を支持する軸受46に殆ど伝播しないため、超音波振動の付与による軸受46の故障を防止することができる。   Further, since the ultrasonic vibration applied to the support plate 34 hardly propagates to the bearing 46 supporting the rotary shaft 31 via the annular porous members 37a and 37b, the flanges 36a and 36b, and the rotary shaft 31, Failure of the bearing 46 due to application of ultrasonic vibration can be prevented.

更にまた、超音波振動子33が、フランジ36a、環状多孔質部材37a、そして切削ブレード32により形成される空間の内部に収容されるため、切削加工の際に切削ブレードと加工対象物との接触部に導電性を示す冷却液(代表例、水)が供給(噴射)された場合であっても、この冷却液との接触により超音波振動子が備える一対の電極層が電気的に短絡することを防止することができる。   Furthermore, since the ultrasonic vibrator 33 is accommodated in the space formed by the flange 36a, the annular porous member 37a, and the cutting blade 32, the cutting blade and the workpiece are contacted during the cutting process. Even when a coolant (representative example, water) showing electrical conductivity is supplied (injected) to the part, the pair of electrode layers of the ultrasonic vibrator are electrically short-circuited by contact with the coolant. This can be prevented.

なお、環状多孔質部材は、超音波振動が環状多孔質部材を介してフランジに伝播することを効果的に抑制するため、10〜300kg/m3の範囲内にある嵩密度を持つことが好ましい。例えば、前記のように環状多孔質部材の材料として用いるポリウレタンフォームとしては嵩密度が35kg/m3程度のもの、ポリスチレンフォームとしては嵩密度が35kg/m3程度のもの、シリコーンスポンジとしては嵩密度が220kg/m3程度のもの、あるいはゴムスポンジとしては嵩密度が160kg/m3程度のものが市販されている。 The annular porous member preferably has a bulk density in the range of 10 to 300 kg / m 3 in order to effectively suppress the ultrasonic vibration from propagating to the flange via the annular porous member. . For example, as described above, the polyurethane foam used as the material for the annular porous member has a bulk density of about 35 kg / m 3 , the polystyrene foam has a bulk density of about 35 kg / m 3 , and the silicone sponge has a bulk density. There of about 220 kg / m 3, or bulk density as the rubber sponge is commercially available in about 160 kg / m 3.

本発明の回転切削装置30においては、支持板34が、環状の超音波振動子33の内周縁よりも内周側に、支持板34の厚み方向に延びる、非空間部51aを介して環状に配置された複数(例えば、四つ)の弧状の空気相空間52aとの界面により形成される超音波反射面を備えていることが好ましい。   In the rotary cutting device 30 of the present invention, the support plate 34 is formed in an annular shape via a non-space part 51 a that extends in the thickness direction of the support plate 34 on the inner peripheral side of the annular ultrasonic transducer 33. It is preferable to include an ultrasonic reflection surface formed by an interface with a plurality of (for example, four) arcuate air phase spaces 52a arranged.

このような複数の弧状の空気相空間52aを設けることにより、切削加工の際に超音波振動子33から支持板34に付与された超音波振動は、各々の弧状の空気相空間52aにより形成される超音波反射面53aにて反射されて支持板34の外周側に伝わり、支持板34の超音波反射面53aよりも内周側の部分には殆ど伝わらない。このため、超音波振動子33が発生する超音波振動は、支持板34の内周縁端部を通って回転軸31に伝播する(超音波振動のエネルギーの損失を発生させる)ことが殆どなく、切削ブレード32を支持板34と共に超音波振動させるために極めて有効に利用される。   By providing such a plurality of arc-shaped air phase spaces 52a, the ultrasonic vibration applied from the ultrasonic transducer 33 to the support plate 34 during the cutting process is formed by each arc-shaped air phase space 52a. Is reflected by the ultrasonic reflection surface 53a and transmitted to the outer peripheral side of the support plate 34, and hardly transmitted to the inner peripheral side of the support plate 34 from the ultrasonic reflection surface 53a. For this reason, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 33 hardly propagates to the rotating shaft 31 through the inner peripheral edge of the support plate 34 (generates energy loss of ultrasonic vibration), It is very effectively used for ultrasonically vibrating the cutting blade 32 together with the support plate 34.

支持板34には、前記の各非空間部51aの内周側に別の空気相空間52bが形成され、追加の超音波反射面53bが構成されていることが更に好ましい。これにより、支持板34の各非空間部51aを内周側に向かって伝播する超音波振動が、前記の追加の超音波反射面53bにより反射される。このため、超音波振動子33が発生する超音波振動が、切削ブレード32を支持板34と共に超音波振動させるために更に有効に利用される。   In the support plate 34, it is more preferable that another air phase space 52b is formed on the inner peripheral side of each of the non-space portions 51a, and an additional ultrasonic reflection surface 53b is configured. Thereby, the ultrasonic vibration propagating through the non-space portions 51a of the support plate 34 toward the inner peripheral side is reflected by the additional ultrasonic reflection surface 53b. For this reason, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 33 is more effectively used for ultrasonically vibrating the cutting blade 32 together with the support plate 34.

なお、前記の空気相空間としては、支持板に形成された貫通孔の内部の空気相空間、あるいは支持板に形成された凹部(例、非貫通孔あるいは非貫通溝)の内部の空気相空間を用いることもできる。   The air phase space is an air phase space inside a through hole formed in the support plate, or an air phase space inside a recess (eg, a non-through hole or a non-through groove) formed in the support plate. Can also be used.

超音波振動が支持板の内周縁端部を通って回転軸に伝播することを効果的に抑制するため、支持板には、その周方向の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(上記の追加の超音波反射面を含む)が形成されていることが望ましい。   In order to effectively suppress the ultrasonic vibration from propagating to the rotation axis through the inner peripheral edge of the support plate, the support plate has 50 to 100% (preferably 70 to 90%, particularly 70 to 90%, particularly in the circumferential direction). It is desirable that an ultrasonic reflection surface (including the above-described additional ultrasonic reflection surface) be formed in a portion within a range of 90 to 100%.

また、本発明の回転切削装置においては、図3に示すように、上記のフランジ36a、36bの各々に、切削具35を超音波振動子33の内周縁よりも内周側の位置(但し、前記のように支持板34に超音波反射面53a、53bが形成されている場合には、これらの超音波反射面53a、53bよりも内周側の位置)にて支持板34を介して支持する環状の支持部45a、45bが備えられていることが好ましい。   Further, in the rotary cutting device of the present invention, as shown in FIG. 3, the cutting tool 35 is disposed on each of the flanges 36a and 36b at a position on the inner peripheral side with respect to the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer 33 (however, When the ultrasonic reflecting surfaces 53a and 53b are formed on the support plate 34 as described above, the support plate 34 supports the ultrasonic reflection surfaces 53a and 53b on the inner peripheral side of the ultrasonic reflection surfaces 53a and 53b. It is preferable that annular support portions 45a and 45b are provided.

前記のように、回転切削装置30においては、環状多孔質部材37a、37bにより、支持板34に付与された超音波振動のフランジ36a、36bへの伝播が抑制されている。このような超音波振動の伝播を効果的に抑制するためには、環状多孔質部材37a、37bの密度を出来るだけ小さくする(気孔率を大きくする)ことが好ましい。しかしながら、環状多孔質部材37a、37bの密度を極端に小さくすると、その機械的強度が低下して、切削ブレード32の外周縁部の刃先が、切削具35の環状多孔質部材37a、37bによる支持部を支点として移動(揺動)し易くなる。   As described above, in the rotary cutting device 30, propagation of ultrasonic vibration applied to the support plate 34 to the flanges 36 a and 36 b is suppressed by the annular porous members 37 a and 37 b. In order to effectively suppress the propagation of such ultrasonic vibrations, it is preferable to reduce the density of the annular porous members 37a and 37b as much as possible (increase the porosity). However, when the density of the annular porous members 37a and 37b is extremely reduced, the mechanical strength is lowered, and the cutting edge of the outer peripheral edge of the cutting blade 32 is supported by the annular porous members 37a and 37b of the cutting tool 35. It becomes easy to move (swing) with the part as a fulcrum.

切削具35が、フランジ36a、36bに備えられた環状多孔質部材37a、37bと、更には環状の支持部45a、45bとにより支持されていると、切削ブレード32がフランジ36a、36bにより極めて安定に支持されるため、前記の切削ブレード32の刃先の移動(揺動)が抑制される。このため、超音波振動のフランジ36a、36bへの伝播を十分に抑制するために環状多孔質部材37a、37bの密度を極端に小さくした場合であっても、加工対象物を安定した高い精度で切削することができる。   When the cutting tool 35 is supported by the annular porous members 37a and 37b provided on the flanges 36a and 36b and the annular support portions 45a and 45b, the cutting blade 32 is extremely stable by the flanges 36a and 36b. Therefore, the movement (swing) of the cutting edge of the cutting blade 32 is suppressed. For this reason, even if the density of the annular porous members 37a and 37b is extremely small in order to sufficiently suppress the propagation of ultrasonic vibrations to the flanges 36a and 36b, the object to be processed is stably and highly accurate. Can be cut.

以下に、本発明の回転切削装置30の詳細な構成について説明する。   Below, the detailed structure of the rotary cutting device 30 of this invention is demonstrated.

環状の切削ブレード32は、中央に円孔32aを備えた円盤状の形状に設定されている。切削ブレード32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)から製造し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。   The annular cutting blade 32 is set in a disk shape having a circular hole 32a at the center. As the cutting blade 32, for example, a circular saw, a disk-shaped cutting blade in which abrasive grains are fixed to the outer peripheral edge of a disk-shaped substrate, or a disk-shaped cutting blade manufactured from abrasive grains and a resin (binder) ( A known disc-shaped cutting blade represented by a resinoid blade) is used.

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、もしくはステンレススチールなどの金属材料、あるいは樹脂材料から形成することができる。   The disk-shaped substrate of the cutting blade can be formed of, for example, a metal material such as aluminum, titanium, iron, aluminum alloy, or stainless steel, or a resin material.

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。   Examples of the abrasive grains include diamond particles, alumina particles, silica particles, iron oxide particles, chromium oxide particles, silicon carbide particles, and cubic boron nitride (CBN) particles. Usually, the average grain size of the abrasive grains is set to a value in the range of 0.1 to 50 μm.

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することもできる。   The abrasive grains are fixed (electrodeposited) to the outer peripheral edge of the disk-shaped substrate by, for example, plating the disk-shaped substrate with a plating bath containing the abrasive grains. The abrasive grains can also be fixed to a disk-shaped substrate using a binder resin (eg, phenol formalin resin).

切削ブレード32の一方の表面には、環状の超音波振動子33を備えた環状の支持板34が、切削ブレード32と同軸に固定されている。支持板34は、切削ブレード32をその外周縁よりも内周側の環状の領域にて支持している。   On one surface of the cutting blade 32, an annular support plate 34 having an annular ultrasonic transducer 33 is fixed coaxially with the cutting blade 32. The support plate 34 supports the cutting blade 32 in an annular region on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge.

切削ブレード32と支持板34(あるいは後に説明する補強板38)とは、例えば、接着剤を用いて互いに固定される。この接着剤としては、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ると、切削ブレード32と支持板34とを加熱して接着剤を溶解させることにより、支持板34を超音波振動子33と共に切削ブレード32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32から、超音波振動子33を備えた支持板34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。   The cutting blade 32 and the support plate 34 (or a reinforcing plate 38 described later) are fixed to each other using, for example, an adhesive. As this adhesive, it is preferable to use a hot-melt adhesive. When a hot-melt adhesive is used, the support plate 34 can be easily removed from the cutting blade 32 together with the ultrasonic vibrator 33 by heating the cutting blade 32 and the support plate 34 to dissolve the adhesive. . Therefore, for example, the support plate 34 provided with the ultrasonic transducer 33 can be removed from the cutting blade 32 whose blade edge is worn by use, and this can be fixed to the surface of another new cutting blade and reused. That is, it becomes possible to reuse an ultrasonic transducer having a high manufacturing cost without being discarded.

切削ブレード32の他方の表面には、支持板34と共に切削ブレード32を支持する環状の補強板38を固定することが好ましい。この補強板38もまた、切削ブレード32をその外周縁よりも内周側の環状の領域にて支持している。なお、切削ブレード32と支持板34との固定が確実に行なわれていて、切削加工の際に切削ブレード32が支持板34から離脱することがなければ、補強板38を使用しなくてもよい。   An annular reinforcing plate 38 that supports the cutting blade 32 together with the support plate 34 is preferably fixed to the other surface of the cutting blade 32. The reinforcing plate 38 also supports the cutting blade 32 in an annular region on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge. If the cutting blade 32 and the support plate 34 are securely fixed and the cutting blade 32 is not detached from the support plate 34 during the cutting process, the reinforcing plate 38 may not be used. .

支持板34や補強板38は、チタン、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン合金、もしくはステンレススチールなどの金属材料、あるいは酸化アルミニウム、もしくはガラスなどのセラミック材料から形成される。   The support plate 34 and the reinforcing plate 38 are made of a metal material such as titanium, iron, aluminum, aluminum alloy, titanium alloy, or stainless steel, or a ceramic material such as aluminum oxide or glass.

支持板34は、切削ブレード32の厚みが薄い場合に、切削ブレード32を補強する(その厚み方向に撓み難くする)機能を有している。このため、支持板34で補強された切削ブレード32は、その厚みが薄い場合であっても厚み方向には超音波振動し難い。このような支持板34を用いることにより、加工対象物を使用する切削ブレードの厚みに依らずに高い精度で切削することができるようになる。   The support plate 34 has a function of reinforcing the cutting blade 32 (making it difficult to bend in the thickness direction) when the cutting blade 32 is thin. For this reason, the cutting blade 32 reinforced by the support plate 34 is unlikely to vibrate ultrasonically in the thickness direction even when the thickness is thin. By using such a support plate 34, it becomes possible to perform cutting with high accuracy regardless of the thickness of the cutting blade that uses the workpiece.

環状の超音波振動子33としては、例えば、環状の圧電体の各々の表面に電極層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、その両表面の電極層の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、その直径方向に振動する超音波振動を発生する。   As the annular ultrasonic vibrator 33, for example, a piezoelectric vibrator having a configuration in which an electrode layer is attached to the surface of each annular piezoelectric body is used. The piezoelectric vibrator generates ultrasonic vibration that vibrates in the diameter direction when electric energy (eg, AC voltage) is applied between electrode layers on both surfaces thereof.

超音波振動子(圧電振動子)33の圧電体は、通常、その厚み方向(図3にて左右の方向)に分極処理される。   The piezoelectric body of the ultrasonic vibrator (piezoelectric vibrator) 33 is usually polarized in the thickness direction (left and right directions in FIG. 3).

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。   Examples of the piezoelectric material include lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic materials and piezoelectric polymer materials typified by polyvinylidene fluoride resin. Moreover, metal materials, such as silver and phosphor bronze, are mentioned as an example of the material of an electrode.

図3に示す切削具35の超音波振動子33は、導電性接着剤を用いて支持板34の表面に固定されている。導電接着剤を用いると、超音波振動子33の支持板34の側の電極層と、支持板34、そしてフランジ36aとが互いに電気的に接続される。このため、超音波振動子33の支持板34の側の電極層を、支持板34、そしてフランジ36aを介して、次に説明するロータリートランス41と電気的に接続することが容易になる。なお、超音波振動子を、導電性を有しない接着剤を用いて支持板の表面に固定することもできる。この場合には、超音波振動子の支持板の側の電極層とロータリートランスとを、例えば、電気配線を用いて直接に(支持板とフランジとを介さずに)接続すればよい。   The ultrasonic vibrator 33 of the cutting tool 35 shown in FIG. 3 is fixed to the surface of the support plate 34 using a conductive adhesive. When a conductive adhesive is used, the electrode layer on the support plate 34 side of the ultrasonic transducer 33, the support plate 34, and the flange 36a are electrically connected to each other. For this reason, it becomes easy to electrically connect the electrode layer on the support plate 34 side of the ultrasonic transducer 33 to the rotary transformer 41 described below via the support plate 34 and the flange 36a. Note that the ultrasonic vibrator can be fixed to the surface of the support plate using an adhesive having no conductivity. In this case, the electrode layer on the support plate side of the ultrasonic transducer and the rotary transformer may be directly connected (without the support plate and the flange), for example, using electrical wiring.

切削具35の超音波振動子33は、ロータリートランス41を介して電源39に電気的に接続されている。ロータリートランス41は、環状の電力供給手段41aと、電力供給手段41aに対向して配置された環状の電力受容手段41bとから構成されている。この電力供給手段41aは、電力受容手段41bとの対向面にステータコイル42aを備えている。そして電力受容手段41bは、電力供給手段41aとの対向面にロータコイル42bを備えている。   The ultrasonic transducer 33 of the cutting tool 35 is electrically connected to a power source 39 via a rotary transformer 41. The rotary transformer 41 includes an annular power supply means 41a and an annular power reception means 41b arranged to face the power supply means 41a. The power supply means 41a includes a stator coil 42a on the surface facing the power receiving means 41b. The power receiving means 41b includes a rotor coil 42b on the surface facing the power supply means 41a.

電力供給手段41aのステータコイル42aには、電気配線43a、43bを介して電源39が電気的に接続されている。   A power source 39 is electrically connected to the stator coil 42a of the power supply means 41a via electric wires 43a and 43b.

電力受容手段41bのロータコイル42bには、電気配線44a、44bが接続されている。電気配線44aは、フランジ36aに形成された透孔の内部に、フランジ36aと電気的に絶縁された状態にて収容配置された棒状電極端子48に電気的に接続されている。この棒状電極端子48は、例えば、コイルバネ(図示は略する)等を用いて超音波振動子33に押し付けられ、超音波振動子33の支持板34の側とは逆側の電極層と電気的に接続されている。その一方で、電気配線44bは、フランジ36a、支持板34を介して、超音波振動子33の支持板34の側の電極層と電気的に接続されている。   Electrical wirings 44a and 44b are connected to the rotor coil 42b of the power receiving means 41b. The electrical wiring 44a is electrically connected to a rod-shaped electrode terminal 48 accommodated and disposed in a state of being electrically insulated from the flange 36a inside a through hole formed in the flange 36a. The rod-shaped electrode terminal 48 is pressed against the ultrasonic transducer 33 using, for example, a coil spring (not shown), and is electrically connected to the electrode layer on the opposite side of the support plate 34 of the ultrasonic transducer 33. It is connected to the. On the other hand, the electrical wiring 44 b is electrically connected to the electrode layer on the support plate 34 side of the ultrasonic transducer 33 via the flange 36 a and the support plate 34.

そして、電力供給手段41aのステータコイル42aに、電源39が発生する電気エネルギーを供給することにより、前記のステータコイル42aとロータコイル42bとが互いに磁気的に結合される。このため、電力供給手段41aに供給された電気エネルギーは、電力受容手段41bが固定されたフランジ36aが回転軸31と共に回転している場合であっても、前記のステータコイル42a及びロータコイル42bを介して電力受容手段41bに伝達する。   The stator coil 42a and the rotor coil 42b are magnetically coupled to each other by supplying electric energy generated by the power supply 39 to the stator coil 42a of the power supply means 41a. For this reason, the electric energy supplied to the power supply means 41a causes the stator coil 42a and the rotor coil 42b to pass through even when the flange 36a to which the power receiving means 41b is fixed rotates with the rotary shaft 31. To the power receiving means 41b.

ロータリートランス41を用いることにより、加工対象物を切削する際に回転軸31と共に回転する切削具35の超音波振動子33に、電源39が発生する電気エネルギーを付与することができる。ロータリートランスは公知のものであるため、これ以上の説明は省略する。なお、電源と超音波振動子とを、前記のロータリートランスに代えて、スリップリングを介して電気的に接続することもできる。   By using the rotary transformer 41, the electric energy generated by the power source 39 can be applied to the ultrasonic vibrator 33 of the cutting tool 35 that rotates together with the rotary shaft 31 when the workpiece is cut. Since the rotary transformer is a known one, further explanation is omitted. The power source and the ultrasonic transducer can be electrically connected via a slip ring instead of the rotary transformer.

図6は、本発明の回転切削装置の別の構成例を示す断面図である。図6の回転切削装置60の構成は、切削具65の切削ブレード62の一方の表面に、環状の超音波振動子63aを表面に備えた支持板64aが固定され、そして他方の表面に、環状の超音波振動子63bを表面に備えた支持板64bが固定されていること以外は図3の切削装置30と同様である。   FIG. 6 is a sectional view showing another configuration example of the rotary cutting device of the present invention. In the configuration of the rotary cutting device 60 of FIG. 6, a support plate 64a having an annular ultrasonic transducer 63a on the surface is fixed to one surface of a cutting blade 62 of a cutting tool 65, and an annular surface is attached to the other surface. 3 is the same as the cutting device 30 of FIG. 3 except that the support plate 64b having the ultrasonic transducer 63b is fixed on the surface.

図6に示すように、切削具65の切削ブレード62の各々の表面に、各々環状の超音波振動子63a、63bを表面に備えた支持板64a、64bを固定することもできる。   As shown in FIG. 6, support plates 64 a and 64 b each having an annular ultrasonic transducer 63 a and 63 b on the surface can be fixed to each surface of the cutting blade 62 of the cutting tool 65.

この切削具65の支持板64a、64bの各々にもまた、超音波反射面を構成する弧状の空気相空間52aと、追加の超音波振動反射面を構成する上記とは別の弧状の空気相空間52bとが形成されている。   Each of the support plates 64a and 64b of the cutting tool 65 also has an arcuate air phase space 52a that constitutes an ultrasonic reflection surface and an arcuate air phase that is different from the above that constitutes an additional ultrasonic vibration reflection surface. A space 52b is formed.

また、切削ブレードに付与された超音波振動が切削ブレードの内周縁端部を通って回転軸に伝播することを抑制するため、切削ブレードには、支持板64a、64bの場合と同様に、環状の超音波振動子の内周縁よりも内周側に、切削ブレードの厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間との界面により形成される超音波反射面を備えていることが好ましい。そして切削ブレードの各非空間部の内周側に別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ことが更に好ましい。   In addition, in order to suppress the ultrasonic vibration applied to the cutting blade from propagating through the inner peripheral edge of the cutting blade to the rotating shaft, the cutting blade has an annular shape as in the case of the support plates 64a and 64b. Ultrasonic waves formed by interfaces with a plurality of arc-shaped air phase spaces arranged in an annular shape through a non-space portion extending in the thickness direction of the cutting blade on the inner peripheral side of the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer It is preferable to have a reflective surface. Further, it is more preferable that another air phase space is formed on the inner peripheral side of each non-space portion of the cutting blade to constitute an additional ultrasonic reflection surface.

なお、切削具65の超音波振動子63bの支持板64bの側とは逆側の電極層は、支持板64aの空気相空間52a、切削ブレード62に形成された貫通孔の内部の空気相空間52c、そして支持板64bの空気相空間52aを通る電気配線47を介して、超音波振動子63aの支持板63aの側とは逆側の電極層に電気的に接続されている。これにより、超音波振動子63a、63bは、互いに電気的に並列に接続される。そして、これらの超音波振動子63a、63bは、ロータリートランス41を介して電源39に電気的に接続されている。   The electrode layer on the side opposite to the support plate 64b side of the ultrasonic vibrator 63b of the cutting tool 65 is an air phase space 52a of the support plate 64a and an air phase space inside the through hole formed in the cutting blade 62. 52c and the electrical wiring 47 passing through the air phase space 52a of the support plate 64b are electrically connected to the electrode layer opposite to the support plate 63a side of the ultrasonic transducer 63a. Accordingly, the ultrasonic transducers 63a and 63b are electrically connected to each other in parallel. These ultrasonic transducers 63 a and 63 b are electrically connected to the power source 39 via the rotary transformer 41.

図7は、本発明の回転切削装置の更に別の構成例を示す断面図である。図7の回転切削装置70の構成は、切削具75の切削ブレード62の一方の表面にのみ、環状の超音波振動子63aを表面に備えた支持板64aが固定されていること以外は図6の切削装置60と同様である。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the rotary cutting device of the present invention. The configuration of the rotary cutting device 70 of FIG. 7 is the same as that of FIG. 6 except that a support plate 64a having an annular ultrasonic transducer 63a on the surface is fixed only to one surface of the cutting blade 62 of the cutting tool 75. This is the same as the cutting device 60 of FIG.

図7の切削装置70は、切削具75の構成が簡単であるため、その製造が容易である利点を有している。   The cutting device 70 of FIG. 7 has an advantage that the construction of the cutting tool 75 is simple and the manufacture thereof is easy.

図8は、本発明の回転切削装置の更に別の構成例を示す断面図である。図8の回転切削装置80の構成は、切削具85が支持板を備えていないこと以外は図3の切削装置30と同様である。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the rotary cutting device of the present invention. The configuration of the rotary cutting device 80 of FIG. 8 is the same as that of the cutting device 30 of FIG. 3 except that the cutting tool 85 does not include a support plate.

すなわち、図8の回転切削装置80は、回転軸31、回転軸31の周囲に同軸に配設されている環状の切削ブレード82と、切削ブレード82の一方の表面に同軸に固定されている環状の超音波振動子33とを含む切削具85、および切削具85を超音波振動子33の外周縁よりも外周側の環状領域にて挟持している一対のフランジ36a、36bなどから構成されている。この回転切削装置80もまた、前記のフランジ36a、36bによる切削具85の挟持が、環状多孔質部材37a、37bを介してなされていることに大きな特徴がある。   That is, the rotary cutting device 80 in FIG. 8 includes a rotary shaft 31, an annular cutting blade 82 disposed coaxially around the rotary shaft 31, and an annular fixed coaxially to one surface of the cutting blade 82. And a pair of flanges 36a, 36b that hold the cutting tool 85 in an annular region on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the ultrasonic transducer 33, and the like. Yes. This rotary cutting device 80 is also characterized in that the cutting tool 85 is sandwiched by the flanges 36a and 36b via the annular porous members 37a and 37b.

この回転切削装置80もまた、超音波振動子33から切削ブレード82に付与された超音波振動の殆どが、環状多孔質部材37a、37bを形成する樹脂材料あるいは金属材料(固体)と気泡(気体)との界面に形成される超音波反射面にて反射されるため、これらの環状多孔質部材37a、37bを通ってフランジ36a、36bに伝播する(超音波振動のエネルギーの損失を発生させる)ことがない。その結果、超音波振動子33にて発生する超音波振動が、切削ブレード82を超音波振動させるために有効に利用される。また、超音波振動子33に、超音波振動の損失を補う大きな電気エネルギーを付与する必要がないため、超音波振動子33での発熱量が低減され、この発熱による切削ブレード82の熱膨張が抑制される。このため、本発明の回転切削装置80を用いることにより、加工対象物を極めて高い精度で切削することができる。   Also in this rotary cutting device 80, most of the ultrasonic vibration applied from the ultrasonic transducer 33 to the cutting blade 82 is made of resin material or metal material (solid) and bubbles (gas) forming the annular porous members 37a and 37b. ) And propagates to the flanges 36a and 36b through these annular porous members 37a and 37b (causing loss of energy of ultrasonic vibration). There is nothing. As a result, the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 33 is effectively used to cause the cutting blade 82 to vibrate ultrasonically. Further, since it is not necessary to give the ultrasonic vibrator 33 large electrical energy to compensate for the loss of ultrasonic vibration, the amount of heat generated by the ultrasonic vibrator 33 is reduced, and the thermal expansion of the cutting blade 82 due to this heat generation is reduced. It is suppressed. For this reason, by using the rotary cutting device 80 of the present invention, the workpiece can be cut with extremely high accuracy.

図3の回転切削装置30の支持板34の場合と同様に、図8の回転切削装置80の切削ブレード82は、環状の超音波振動子33の内周縁よりも内周側に、切削ブレード82の厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間92aとの界面により形成される超音波反射面93aを備えていることが好ましい。そして切削ブレード82には、前記の各非空間部の内周側に別の空気相空間92bが形成され、追加の超音波反射面93bを構成していることが更に好ましい。   As in the case of the support plate 34 of the rotary cutting device 30 of FIG. 3, the cutting blade 82 of the rotary cutting device 80 of FIG. 8 is closer to the inner peripheral side than the inner peripheral edge of the annular ultrasonic transducer 33. It is preferable to include an ultrasonic wave reflecting surface 93a formed by interfaces with a plurality of arc-shaped air phase spaces 92a that are annularly arranged with a non-space portion extending in the thickness direction. In the cutting blade 82, it is more preferable that another air phase space 92b is formed on the inner peripheral side of each of the non-space portions to constitute an additional ultrasonic reflection surface 93b.

また、回転切削装置80のフランジ36a、36bの各々に、切削具85を超音波振動子33の内周縁よりも内周側の位置(但し、前記のように切削ブレード82に超音波反射面93a、93bが形成されている場合には、これらの超音波反射面93a、93bよりも内周側の位置)にて支持する環状の支持部45a、45bが備えられていることが好ましい。   Further, the cutting tool 85 is disposed on each of the flanges 36a and 36b of the rotary cutting device 80 at a position closer to the inner peripheral side than the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer 33 (however, as described above, the ultrasonic reflecting surface 93a , 93b are preferably provided with annular support portions 45a, 45b that are supported at positions on the inner peripheral side of these ultrasonic reflecting surfaces 93a, 93b.

なお、図8の切削装置80の詳細な構成やその他の好ましい態様については、図3の切削装置30と同様であるため、繰り返し説明することは省略する。   The detailed configuration of the cutting device 80 shown in FIG. 8 and other preferable modes are the same as those of the cutting device 30 shown in FIG.

特許文献1の回転切削装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotary cutting apparatus of patent document 1. FIG. 特許文献2の回転切削装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotary cutting apparatus of patent document 2. FIG. 本発明の回転切削装置の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the rotary cutting device of this invention. 図3に示す切削具35を回転軸31から取り外した状態で示す図である。FIG. 4 is a view showing a state in which the cutting tool 35 shown in FIG. 図4の切削具35を図の右側から見た図である。It is the figure which looked at the cutting tool 35 of FIG. 4 from the right side of the figure. 本発明の回転切削装置の別の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structural example of the rotary cutting device of this invention. 本発明の回転切削装置の更に別の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structural example of the rotary cutting device of this invention. 本発明の回転切削装置の更に別の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structural example of the rotary cutting device of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 回転切削装置
11 回転軸
12 切削ブレード
13a、13b 超音波振動子
14a、14b 支持板
15 切削具
16a、16b フランジ
17a、17b 樹脂材料層
20 回転切削装置
21 回転軸
22 切削ブレード
23a、23b 超音波振動子
25 切削具
26a、26b フランジ
30 回転切削装置
31 回転軸
32 切削ブレード
32a 円孔
33 超音波振動子
34 支持板
35 切削具
36a、36b フランジ
37a、37b 環状多孔質部材
38 補強板
39 電源
41 ロータリートランス
41a 電力供給手段
41b 電力受容手段
42a ステータコイル
42b ロータコイル
43a、43b 電気配線
44a、44b 電気配線
45a、45b 環状の支持部
46 軸受
47 電気配線
48 棒状電極端子
51a、51b 非空間部
52a、52b 空気相空間
52c 空気相空間
53a、53b 超音波反射面
60 回転切削装置
62 切削ブレード
63a、63b 超音波振動子
64a、64b 支持板
65 切削具
70 回転切削装置
75 切削具
80 回転切削装置
82 切削ブレード
85 切削具
92a、92b 空気相空間
93a、93b 超音波反射面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotating cutting device 11 Rotating shaft 12 Cutting blade 13a, 13b Ultrasonic vibrator 14a, 14b Support plate 15 Cutting tool 16a, 16b Flange 17a, 17b Resin material layer 20 Rotating cutting device 21 Rotating shaft 22 Cutting blade 23a, 23b Ultrasonic Vibrator 25 Cutting tool 26a, 26b Flange 30 Rotary cutting device 31 Rotating shaft 32 Cutting blade 32a Circular hole 33 Ultrasonic vibrator 34 Support plate 35 Cutting tool 36a, 36b Flange 37a, 37b Annular porous member 38 Reinforcement plate 39 Power supply 41 Rotary transformer 41a Electric power supply means 41b Electric power receiving means 42a Stator coil 42b Rotor coil 43a, 43b Electric wiring 44a, 44b Electric wiring 45a, 45b Annular support 46 Bearing 47 Electric wiring 48 Rod electrode terminal 51a, 51b Non Space 52a, 52b Air phase space 52c Air phase space 53a, 53b Ultrasonic reflection surface 60 Rotating cutting device 62 Cutting blade 63a, 63b Ultrasonic vibrator 64a, 64b Support plate 65 Cutting tool 70 Rotary cutting device 75 Cutting tool 80 Rotation Cutting device 82 Cutting blade 85 Cutting tool 92a, 92b Air phase space 93a, 93b Ultrasonic reflecting surface

Claims (7)

回転軸;該回転軸の周囲に同軸に配設された環状の切削ブレードと、該切削ブレードの少なくとも一方の表面に同軸に固定された、環状の超音波振動子を表面に備えた環状の支持板とを含む切削具;および該切削具を超音波振動子の外周縁よりも外周側の環状領域にて支持板を介して挟持している一対のフランジを含み、該フランジによる切削具の挟持が環状多孔質部材を介してなされていることを特徴とする回転切削装置、但し、支持板は、環状の超音波振動子の内周縁よりも内周側に、該支持板の厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間との界面により形成される超音波反射面を備えているA rotating shaft; an annular cutting blade coaxially disposed around the rotating shaft; and an annular support having a surface provided with an annular ultrasonic transducer fixed coaxially to at least one surface of the cutting blade A cutting tool including a plate; and a pair of flanges that sandwich the cutting tool in an annular region on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the ultrasonic transducer via a support plate, , Wherein the support plate extends in the thickness direction of the support plate closer to the inner periphery than the inner periphery of the annular ultrasonic transducer. And an ultrasonic reflecting surface formed by interfaces with a plurality of arc-shaped air phase spaces arranged in an annular shape through the non-space portion . 回転軸;該回転軸の周囲に同軸に配設された環状の切削ブレードと、該切削ブレードの少なくとも一方の表面に同軸に固定された環状の超音波振動子とを含む切削具;および該切削具を超音波振動子の外周縁よりも外周側の環状領域にて挟持している一対のフランジを含み、該フランジによる切削具の挟持が環状多孔質部材を介してなされていることを特徴とする回転切削装置、但し、切削ブレードは、環状の超音波振動子の内周縁よりも内周側に、該ブレードの厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間との界面により形成される超音波反射面を備えているA cutting tool including an annular cutting blade disposed coaxially around the rotational shaft, and an annular ultrasonic vibrator fixed coaxially to at least one surface of the cutting blade; and the cutting A pair of flanges holding the tool in an annular region on the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the ultrasonic transducer, and the cutting tool is held by the flange via an annular porous member. However, the cutting blade has a plurality of arcuate shapes arranged in an annular shape through a non-space portion extending in the thickness direction of the blade on the inner peripheral side with respect to the inner peripheral edge of the annular ultrasonic transducer. An ultrasonic reflecting surface formed by an interface with the air phase space is provided . 環状多孔質部材が多孔質樹脂材料からなる請求項1もしくは2に記載の回転切削装置。   The rotary cutting device according to claim 1 or 2, wherein the annular porous member is made of a porous resin material. 環状多孔質部材が10〜300kg/m3の範囲内にある嵩密度を持つ請求項1もしくは2に記載の回転切削装置。 The rotary cutting device according to claim 1 or 2, wherein the annular porous member has a bulk density in a range of 10 to 300 kg / m 3 . 各非空間部の内周側に別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1に記載の回転切削装置。The rotary cutting device according to claim 1, wherein another air phase space is formed on the inner peripheral side of each non-space portion to constitute an additional ultrasonic reflection surface. 切削ブレードが、環状の超音波振動子の内周縁よりも内周側に、該ブレードの厚み方向に延びる、非空間部を介して環状に配置された複数の弧状の空気相空間との界面により形成される超音波反射面を備えている請求項1に記載の回転切削装置。The cutting blade extends from the inner peripheral side of the annular ultrasonic transducer to the inner peripheral side in the thickness direction of the blade by an interface with a plurality of arc-shaped air phase spaces arranged annularly via a non-space portion. The rotary cutting device according to claim 1, further comprising an ultrasonic reflection surface to be formed. 各非空間部の内周側に別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もしくは6に記載の回転切削装置。The rotary cutting device according to claim 2 or 6, wherein another air phase space is formed on the inner peripheral side of each non-space portion to constitute an additional ultrasonic reflection surface.
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