JP6549019B2 - 超音波研磨装置及び超音波研磨方法 - Google Patents
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Description
(1)研磨工具がワークに触れる瞬間に傷が付く恐れがあること
例えば図5、図6に示すように、平板状の研磨工具50をワーク200に当てて研磨を行う場合は、予め研磨工具50を研磨時の振幅で超音波振動させておき、この振動する研磨工具50の先端辺50aをワーク200の表面に当接する。熟練者であれば、研磨工具50の先端辺50aをワーク200の表面に当接する際、図6に示すように、先端辺50a全体を均一にワーク200の表面に当接したり、またワーク200への押圧力を適宜加減したりすることで、適切な研磨を行うことができる。しかし、熟練者で無い場合は、例えば研磨工具50の先端辺50aをワーク100の表面に当接する際、図5に示すように、先端辺50aの内の一部(エッジ)のみをワーク200の表面に当接し、しかもワーク200への押圧力を加減できずに最初から研磨時の強い力で先端辺50aのエッジをワーク200表面に押し当ててしまう。このため、ワーク200のエッジが当接した表面に大きな運動エネルギーが印加され、ワーク200表面に傷が付いてしまうという問題があった。一度ワーク200表面に傷が付くと、工程を戻したり、再度制作し直したりしなければならなくなってしまう。また熟練者であっても神経を使う作業なので、長時間にわたる作業における負担軽減が求められていた。
超音波研磨装置は、磨く対象により使用する研磨工具の形状を変更する必要がある。そのため、工具の変更によって振動周波数が変化する。そして振動周波数によっては、振動振幅を始動当初から継続して加工時振幅にしていると、発熱が大きくなる恐れがあった。また一度発熱が大きくなってしまうと、冷めるまで作業ができなくなり、作業効率の低下を招く恐れがあった。
起動直後の非加工時振幅と、加工時振幅から変更した非加工時振幅は、必ずしも同一である必要はなく、両者の振幅は異なっていても良く、要は加工時振幅よりも小さい振幅であればよい。
上述のように、研磨工具がワークに触れた瞬間は、研磨工具のワークに接触すべき部分の内の一部分のみがワークに接触してこれを傷つけたり、また強い力でワークに接触してこれを磨き過ぎたりする恐れがあるが、本発明の場合、ワークに研磨工具が触れた瞬間は、研磨工具が振幅の小さい非加工時振幅で振動しているので、ワークに大きな研磨力は印加されない。このため、たとえ研磨工具のワークに接触すべき部分の内の一部分のみがワークに接触してもワークを傷つけることはなく、また強い力でワークに接触してもこれを磨き過ぎたりする恐れもない。そして研磨工具がワークに接触してその接触状態が安定するまでの所定時間の間に、研磨工具は加工時振幅に自動的に変更されるので、スムーズにワークの加工を開始することができる。言い換えれば、作業者の熟練度の要求レベルを引き下げることができる。
またワークから研磨工具を引き離した非加工時は、自動的にこれを検知して加工時振幅よりも振幅の小さい非加工時振幅に変更されるので、研磨工具とこれを保持する超音波研磨装置間の摩擦による発熱を抑制でき、また消費電力の低減化も図ることができる。即ち、全行程トータルでの発熱量を抑制することができ、連続稼働時間を延長することができる。またワークから研磨工具を引き離した際に非加工時振幅に変更するので、再度加工のためにワークに触れた時にも、上記と同様、ワークを傷付けたり磨き過ぎたりする恐れがなくなる。
ここで、研磨工具がワークに接触したことの検知に、非加工時振幅の周波数変化を用いたのは以下の理由による。即ち、本願発明者は、振幅の小さい非加工時振幅であれば、研磨工具がワークに触れた瞬間の周波数の変化を捉えることができることを実験により確認し、この周波数の変化を検出することとしたのである。即ち本願発明者は、振幅の小さい非加工時振幅(例えば極小振幅)の場合、その振幅の変化や電力の変化では、研磨工具がワークに触れた瞬間に顕著な変化が認められないことを実験により確認した。また本願発明者は、加工時振幅では、研磨工具がワークに触れた瞬間の周波数の顕著な変化が認められないことも実験により確認した。一方上述のように、振幅の小さい非加工時振幅のときは、研磨工具がワークに触れたことを周波数によって検知できるので、この周波数の変化を上記測定に用いることとしたのである。なお、超音波研磨装置に装着する研磨工具の重量や形状等によってその周波数は異なるため、周波数の絶対値ではなく、その変化率を上記検出に用いた。
一方、ワークから研磨工具を引き離したことの検知に、加工時振幅の振幅変化と電力変化を用いたのは以下の理由による。即ち、加工時振幅の場合、研磨工具がワークから離れる前後の周波数の変化は少ないので、周波数変化をその検出に用いることは困難であることを、実験により確認した。一方、加工時振幅の場合、研磨工具がワークから離れる前後の振幅の変化と電力の変化はこれを捉えることができる程度に大きいことを実験で確認したので、これらをその検出に用いることにしたのである。言い換えれば、振幅の変化率と電力の変化率の両者が所定値以上であれば、研磨工具がワークから離れていないと判断して加工時振幅を継続することとした。なおこの発明の場合、振幅の変化率と電力値の変化率の何れか一方の変化率が所定の変化率以下になった場合に研磨工具がワークから離れていると判定することとしたが、離れたことをより正確に判断するため、両変化率が何れも所定の変化率以下となったときに離れたと判断するように構成しても良い。
図1は本発明の一実施形態にかかる超音波研磨装置1を示す全体概略構成図である。また図2は、超音波研磨装置本体10に取り付けた研磨工具50によって、ワーク(被加工物)200を研磨する状態を示す要部斜視図である。図1に示すように、超音波研磨装置1は、超音波研磨装置本体10と、これを駆動制御する制御手段100とを具備して構成されている。超音波研磨装置本体10は、制御手段100によってその駆動が制御される振動発生部20と、前記振動発生部20で発生した超音波振動を伝達するホーン部30と、前記ホーン部30の先端に取り付けられ超音波振動させることでワーク200を研磨加工する研磨工具50とを具備して構成されている。
10 超音波研磨装置本体
20 振動発生部
30 ホーン部
31 工具取付部
33 スリット
35 取付ネジ
40 フィードバック用振動検出部
50 研磨工具
100 制御手段
101 駆動回路
103 電力検知部
105 振幅検知部
107 周波数検知部
109 制御部
200 ワーク(被加工物)
Claims (3)
- 制御手段によって制御される振動発生部と、
前記振動発生部で発生した超音波振動を伝達するホーン部と、
前記ホーン部の先端に取り付けられ、超音波振動させることで被加工物を研磨加工する研磨工具と、を具備する超音波研磨装置において、
前記制御手段は、前記振動発生部に駆動電力を供給する駆動回路と、
前記駆動回路から供給される駆動電力の電力値を検知する電力検知部と、
前記振動発生部による超音波振動の振幅及び周波数をそれぞれ検知する振幅検知部及び周波数検知部と、を有し、
前記制御手段は、
起動当初は、前記振動発生部を、加工時振幅に比べて小さい振幅の非加工時振幅で駆動し、
前記周波数検知部によって検知した周波数が所定の変化率以上の変化率で変化した場合は前記振動発生部の振幅を前記非加工時振幅から加工時振幅に変更し、
一方、前記振幅検知部によって検知した加工時振幅の振幅変化率と、前記電力検知部によって検知した電力値の変化率の内の少なくとも何れか一方の変化率が、所定の変化率以下となった場合は前記振動発生部の振幅を前記加工時振幅から前記非加工時振幅に変更する制御を行うことを特徴とする超音波研磨装置。 - 請求項1に記載の超音波研磨装置であって、
前記振幅の変化率と、前記電力値の変化率の両者が、それぞれ所定の変化率以下となった場合に前記振動発生部の振幅を前記加工時振幅から前記非加工時振幅に変更する制御を行うことを特徴とする超音波研磨装置。 - 振動発生部と、
前記振動発生部で発生した超音波振動を伝達するホーン部と、
前記ホーン部の先端に取り付けられ、超音波振動させることで被加工物を研磨加工する研磨工具と、を具備する超音波研磨装置を用いた超音波研磨方法において、
起動当初に、前記振動発生部を、加工時振幅に比べて小さい振幅の非加工時振幅で駆動するステップと、
前記振動発生部の周波数が、前記非加工時振幅時において所定の変化率以上の変化率で変化した場合に前記非加工時振幅から加工時振幅に変更するステップと、
前記加工時振幅の振幅変化率と、前記振動発生部を駆動する電力値の変化率の内の少なくとも何れか一方の変化率が、所定の変化率以下となった場合に前記加工時振幅に比べて小さい振幅の非加工時振幅に変更するステップと、を有することを特徴とする超音波研磨方法。
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