JPH07164288A

JPH07164288A - 超音波振動研削方法、超音波振動研削工具、及び超音波振動研削加工装置

Info

Publication number: JPH07164288A
Application number: JP5342190A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hachisuga; 勝蜂須賀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】様々な形状のワークに対応することができ、
然も加工能率が良い研削方法、研削工具及び研削加工装
置を得ること。【構成】ワークを回転させ、ワークと砥石とを接触さ
せて研削加工を行う研削方法で、砥石に超音波捩り振動
を加える超音波振動研削方法。超音波捩り振動を発生す
る超音波捩り振動器１１と、球面状の研削先端部を有す
る砥石１３と、超音波捩り振動を砥石１３に伝達する振
動伝達手段１２とを備えた超音波振動研削工具。更に、
該研削工具と、超音波捩り振動器１１に対して高周波駆
動信号を供給する駆動用発振装置１７と、ワークに対す
る砥石の接触位置を変える移動手段とを備えた超音波振
動研削加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料やガラス材料
などのうちの特に硬脆材料からなるワークの研削加工に
好適な超音波振動研削方法、超音波振動研削工具、及び
超音波振動研削加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料の加工においては、一般に、切
削で粗取り加工したワークに対して、研削加工を行うこ
とにより表面粗さや寸法精度の向上を図ることが行われ
る。また、焼入鋼などの硬脆材料の加工においては、焼
結後に表面粗さや寸法精度を向上させるために研削加工
が行われている。さらに硬脆材料の一種であるガラスの
加工においては所望の形状を創成するために研削加工が
行われており、特にレンズの加工では、研磨の前工程と
して形状の創成に研削加工が行われている。

【０００３】そしてこのような研削加工は、一般に、砥
石を高速回転させてその周速を分速１８００ｍ程度と
し、該砥石をワークの表面に接触させ移動させることに
より連続的に研削加工を行っていくもので、その切り込
み量は数μｍから数十μｍ程度である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研削加工においては、前述のように砥石を回転させるこ
とにより加工を行っているため、ワークの形状によって
は加工が困難であり、また加工が不可能な場合があっ
た。特に砥石にある程度の周速を持たせることが必要に
なるため砥石をワークに合わせて自由に小さくすること
ができず、このため例えば凹レンズの研削加工において
は、その曲率によっては加工が不可能であったり、或い
は極めて困難な場合があった。

【０００５】さらに、従来の研削加工は切削加工などに
比べ、単位時間当たりに削り除去できる量が極めて少な
く、このため加工能率が非常に悪いという問題があっ
た。

【０００６】本発明は、このような研削加工における問
題を解決するためになされたもので、様々な形状のワー
クに対応することができ、然も加工能率が良い研削方
法、研削工具及び研削加工装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本願の請求項１の発明は、ワークを回転させ、該ワーク
と砥石とを接触させて研削加工を行う研削方法におい
て、前記砥石に超音波捩り振動を加えることを特徴とす
る超音波振動研削方法に係るものである。

【０００８】また、請求項２の発明は、超音波捩り振動
を発生する超音波捩り振動器と、球面状の研削先端部を
有する砥石と、前記超音波捩り振動器により発生された
超音波捩り振動を、前記砥石に伝達する振動伝達手段
と、を備えた超音波振動研削工具に係るものである。

【０００９】さらに、請求項３の発明は、請求項２に記
載の前記超音波振動研削工具と、前記超音波振動研削工
具内の超音波捩り振動器に対して高周波駆動信号を供給
する駆動用発振装置と、ワークに対する砥石の接触位置
を変える移動手段と、を備えた超音波振動研削加工装置
に係るものである。

【００１０】

【作用】請求項１の発明においては、ワークを回転さ
せ、該ワークと砥石とを接触させて研削加工を行うが、
この加工において前記砥石に超音波捩り振動を加え、こ
れにより加工能率の向上を図る。

【００１１】すなわち、砥石（固定砥粒）を用いた研削
加工においては、ワークと砥石の相対的な移動速度が加
工量を決める主な要因の１つとなるが、本発明において
は前述のようにワークを回転させるだけでなく、砥石に
対して高周波領域における超音波捩り振動を加えてお
り、これによりワークと砥石との相対移動速度を極めて
大きなものとすることができ、ワークや砥石の回転のみ
を行っていた従来の加工方法に比べ、格段に加工能率の
向上が図られる。

【００１２】従来、砥石を回転させてワークに接触させ
る研削方法にあっては、砥石を高速で回転させる必要が
あったが、本発明によれば前述のようにワークの回転に
超音波振動による砥粒の運動が重畳されるので砥石を高
速で回転させる必要がなく、したがって砥石の径を従来
に比べて小さくすることが可能であり、加工能率を落と
すことなく任意のワーク形状や加工内容に対応すること
が可能となる。

【００１３】また、砥石に超音波捩り振動を加えると共
に、さらにワークを一定速度で移動させると、超仕上加
工と同様に、砥石中の砥粒のワーク表面に対する研削軌
跡は正弦波形となるが、本発明ではこの研削軌跡の最大
傾斜角は、砥石が超音波領域の高い周波数で振動してい
るため極めて大きな値となり、このことからも本発明が
加工能率の高い加工方法であることが判る。

【００１４】さらに、砥石に超音波振動を加えることに
より、砥石の目詰まりが防止されるため、砥石の切れ味
を長持ちさせることができ、この点からも加工能率の向
上が図られる。

【００１５】また、請求項２及び請求項３の発明では、
研削を行う砥石が球面状の研削先端部を有するため、ワ
ークに対して砥石を一点で接触させることができる。し
たがって本研削工具及び研削加工装置によれば、極めて
広範囲の加工物形状に対応することができるようになる
ことは明らかであり、例えば、従来加工が困難なことが
多かった曲率の小さな凹面形状の非球面レンズなどの加
工も容易に行うことが可能となる。

【００１６】さらに、請求項２の発明によれば超音波捩
り振動器を用いることで研削工具の小型化が図ることが
でき、旋盤等に対しても容易に装着可能な研削工具を実
現することができる。

【００１７】また、請求項３の発明では、前記移動手段
によりワークに対する砥石の接触位置を変化させること
で、砥石の寿命を向上させることができる。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基いて説明する。
図１は本発明の一実施例に係る研削加工装置の構成を示
す模式図であり、図２は該実施例に係る研削加工装置に
よる加工状態を示す模式図である。

【００１９】これらの図に示すように、本実施例の研削
加工装置は、超音波捩り振動を発生する超音波捩り振動
器１１と、球面状の研削先端部を有する砥石１３とを備
え、該砥石１３に超音波捩り振動器１１から発せられる
捩り振動を加えることによりワークに対する研削加工を
行うものである。

【００２０】ここで、超音波捩り振動器１１はボルト締
めランジュバン型電歪捩り振動子からなり、スリップリ
ング１６を介して発振器１７からの供給される高周波駆
動信号により駆動される。超音波捩り振動器１１の先端
には該振動器１１から発生した捩り振動の振幅を拡大し
伝達する振幅拡大用ホーン１２がねじ固定されており、
超音波捩り振動が該ホーン１２を通過することによりそ
の振幅が数倍に拡大される。

【００２１】さらに振幅拡大用ホーン１２の先端には球
面状の研削先端部を有する砥石１３がねじ止めされてい
る。なお、ホーン１２への砥石１３の固定は該ねじ止め
のほか、例えばテーパ嵌合による結合や接着剤による結
合などによってもよい。

【００２２】そして、前記捩り振動器１１、振幅拡大用
ホーン１２、及び砥石１３は、超音波捩り振動子１１の
固有振動数とほぼ同一の振動数で定在波が発生し共振す
る振動系となっており、この振動系は、振幅拡大用ホー
ン１２に発生する定在波の節（振幅が０の部分）に設け
られケース１５にねじ止めされるフランジ１４によりケ
ース１５に対して固定されている。

【００２３】図２に示すように本装置による研削加工に
おいては、旋盤のチャック２２にワーク２１を取り付け
ると共に、ワーク２１の回転中心軸Ｘ₁ と、振動系（捩
り振動器１１、ホーン１２、及び砥石１３）の中心軸Ｘ
₂ （この中心軸Ｘ₂ 回りに砥石１３は超音波捩り振動を
行う）とが角度θを有するように本装置を旋盤の刃物台
に取り付ける。

【００２４】そしてワーク２１を回転させると共に砥石
１３に超音波捩り振動を加え、ワーク２１と砥石１３と
を接触させることで加工を行う。また、前記角θを変化
させることにより、ワークの形状に柔軟に対応すること
が可能となる。さらに本装置をＮＣ（数値制御）旋盤の
刃物台に取り付けることにより、複雑な形状の加工に対
応することができる。

【００２５】また本装置では、ワーク２１に対する砥石
１３の接触位置を変えることができる。すなわち、ケー
ス内に収納された超音波捩り振動系のユニット全体１を
軸受１８で支持し、このユニット全体１を図１に示すプ
ーリ１９を用いて振動系の中心軸Ｘ₂ 回りに回転させる
ことが可能である。これによりワーク２１に対する砥石
１３の接触点を変えることができ、砥石１３の寿命を向
上させることができる。

【００２６】本発明者はこのような実施例に係る研削加
工装置による加工試験を行った。加工条件は、無負荷時
の振動系の共振周波数は約２０．５ｋＨｚ、砥石の側面
の振幅は、発振器の出力５０Ｗで約２０μｍで、ユニッ
トの重量は３．８ｋｇで、全長は１４０ｍｍ程度であ
る。また、砥石はダイヤモンド砥石（＃１０００）で、
集中度１００、結合材としてはメタルボンドを用いた。

【００２７】このような加工条件でガラス（ＢＫ７）の
研削加工を行った結果、表面粗さ０．５２μｍ（Ｒａ）
が得られた。

【００２８】なお、実施例の装置では、超音波捩り振動
器１１としてボルト締めランジュバン型電歪捩り振動子
を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
他の捩り振動子を用いてもよいことは勿論である。

【００２９】また、砥石については種々の材質（例え
ば、ＧＣ、ＷＡなど）、粒径、集中度、結合材（例え
ば、レジンなど）のものが使用できる。さらに該砥石
は、前記振動系の先端部に取り付けて共振状態が得られ
るものであればどのような形状のものであってもよく、
ワークの形状や加工内容に合わせて種々の形状のものを
用いることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
研削加工におけるワークへの対応性の向上が図られ、ま
た加工能率の格段の向上が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係る研削加工装置の
構成を示す模式図である。

【図２】前記実施例に係る研削加工装置による加工状態
を示す模式図である。

【符号の説明】

１１超音波捩り振動器１２振幅拡大用ホーン１３砥石１４フランジ１５ケース１６スリップリング１７発振器１８軸受１９プーリ２１ワーク２２旋盤のチャック尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを回転させ、該ワークと砥石とを
接触させて研削加工を行う研削方法において、前記砥石に超音波捩り振動を加えることを特徴とする超
音波振動研削方法。
【請求項２】超音波捩り振動を発生する超音波捩り振
動器と、球面状の研削先端部を有する砥石と、前記超音波捩り振動器により発生された超音波捩り振動
を、前記砥石に伝達する振動伝達手段と、を備えた超音波振動研削工具。
【請求項３】請求項２に記載の前記超音波振動研削工
具と、前記超音波振動研削工具内の超音波捩り振動器に対して
高周波駆動信号を供給する駆動用発振装置と、ワークに対する砥石の接触位置を変える移動手段と、を備えた超音波振動研削加工装置。