JPS6362660A - 複合振動砥石による精密仕上加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は定荷重砥石に超音波振動と低周波振動を与えて
精密仕」二加工を行う如くなした複合振動砥石による精
密仕上加工方法に関する。

（従来技術） 従来砥石を仕−Ｌ方向と直角方向に低周波振動させて仕
上加工する仕上方法は公知である。又砥石にこの低周波
振動方向と同じ方向に超音波振動させて精密加工する方
法も公知である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記従来技術のうち、低周波振動のみによる方
法は、金属材料の鏡面加工を対象としたもので金属材料
とその組成を異にする有機材であるゴム材のような軟質
−］二作物に対してその技術をそのまま適用してもその
効果は全く得られない。すなわち、砥石を金属材料加工
面に加圧してこれを低周波振動させ、各砥粒の運動軌跡
を交錯させることによって各砥粒の切削長さを寸断して
切削抵抗を軽減させて切削性を向上させることがゴムの
ような軟質材に比べて剛性の高い金属材料に対しては可
能ではあるが、ゴムのような軟質材のように弾性に富む
材料に対してはこの技術における程度の切削長さの寸断
では切削抵抗が減少せず、工作物が弾性変形して逃げて
しまい精密切削することができない。

この砥石を低周波振動の方向と同方向に超音波振動させ
る方法がある。この方法によって各砥粒の切削長さをよ
り細かく寸断することができ切削抵抗が激減してゴムの
ような軟質材の弾性変形を極微少化して精密切削を可能
とする。

しかし、この方法には加工できる工作物の形状に制限が
生ずる。すなわち、この方法は、一様な平面あるいは円
筒外周、穴部の仕上加工には適用できるが、キー溝など
の溝加工や底のある穴の穴部の仕上加工には使用できな
いという問題点がある。

すなわち、超音波振動よりも振幅の大きい低周波振動数
の振幅が砥石の作用面と直交する工作物の側面をたたい
たり、所定寸法以上に加工して寸法精度を狂わせる現象
が生ずる。例えば、キー溝加工ではキー溝側面をたたき
、穴部加工では底面をたたく現象を生ずる。そして、加
工精度を低下させたり、砥石を破損させたりして発明の
効果を皆無とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は」−記問題点に着目してなされたもので、研削
工具を仕上面に加圧し、仕上面の法線方向に超音波振動
させ、同時に仕上方向と同方向に低周波振動させる如く
したことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、図示した実施例に基づいて具体的に説明する。第
１図において、砥石］を加工面と広い接触面積で接触す
る角形砥石としてこれを縦超音波振動子３の振幅を拡大
する振幅拡大用ホーン２の先端に取り付け、工作物７に
対してその法線方向である仕上面と垂直をなす方向に超
音波振動数ｆ、振幅ａで矢印４の方向に超音波振動させ
る。この縦超音波振動系砥石を矢印８の仕−上方面と同
方向である矢印５の方向に振動数Ｆ、振幅Ａで低周波振
動させる。そして定荷重Ｐ６をあだで、仕上速度Ｖ＜２
πＡ　ｌ”として仕上速度を振動最大速度よりも遅くし
て仕上加工する。低周波振動駆動装置としては三相誘導
電動機を利用した滑り子クランク機構、リンク機構およ
び空気圧、油圧を利用した装置あるいは電磁振動、電気
油圧振動駆動による装置などを用いることができる。

本発明は、使用するダイヤモンド砥石でセラミックスを
超音波域の高い振動数で規則的に衝撃力を与えてたたき
微細クラックを発生させて小刻みに仕」一方向に加工し
て突起部を削除して平坦にする過程と、平坦にした加工
面をさらに平滑にする過程とを繰返してただダイヤモン
ド砥石を押しつけるだけでは仕」二加工できないセラミ
ックスを能率よく精密仕にすることを特徴とするもので
ある。

第２図において、砥石１を矢印８の仕上方向と同方向の
矢印５のｙ軸方向に低周波振動数Ｆ、振幅Ａで振動させ
る。砥石１は図示のように原点Ｏからｙ　＝Ａｓｉｎ　
ωｔ　（ω：２　ｘ　Ｆ）で表わされる変位曲線］０で
振動するとき、曲線上の点ｅは仕上速度Ｖと砥石振動速
度とが等しいときで、この０点を通過すると、砥石側面
は加工したセラミックスの側面面から離れ始めて点ｉを
通過し、点ｆの直前まで離れており点ｆにおいて砥石側
面とセラミックスの側面ＣＥとが接触し始め曲線上のｆ
ｇｈで仕上加工をしてＣＥに相当する「■までを削除す
る。このＣＩ”はいで表わされ、これをＩＴ＝、として
表現する。この砥石に荷重Ｐを与えれば抵抗Ｐに等しい
量だけの切込みσπで仕上方向に砥石の振動−周期ごと
に釘づつ小刻みに仕上加工していくことができる。この
とき、セラミックスのようにダイヤモンドにも心数する
かたさをもつ工作物に対してはこのＱ７を極小としても
炭素鋼かとを仕」二げるように砥石を切込ませることが
できない。

すなわち、セラミックス表面を摩擦するのみとなる。加
圧力を極大にすることによって砥石を切込ませることも
可能とはなるが通常は実現できない。そこで第３図のよ
うに砥石を矢印４の方向に超音波振動数ｆ、振幅ａで超
音波振動させる。この超音波振動の付加によって衝撃力
がセラミックスの突起自群１１の山頂に作用する。

その結果、クラックが発生して突起自群が微細に破砕さ
れ易くなり、静加圧力のみでは砥石を切込ませて加工で
きなかった突起自群を細かく破砕して微細突起自群１２
に精密加工できるようになる。

低周波振動と超音波振動とを複合させてＱ７づつ小刻み
に仕」二加工していく本発明の仕−１−機構は第３図に
示したように砥石をＱＴの長さセラミックスの未加工部
分に押し進めて砥石を乗り上げて加工する面積を微小と
して、見掛は上の加圧力を激増させて超音波振動の付加
によって発生している法線方向の衝撃力によって砥石表
面と接触する突起両群を微細に破砕し易くして精密仕上
げする機構を特徴とする。

このような定荷重方式における加工能率は与える荷重に
比例して向上する。突起両群１１を加工しているときは
第３図のように砥石作用面の大部分は既に加工した仕上
面の微細表面粗さ凹凸面１２とは離れている。

本発明では釘は約０．２ｎｎを標準にしている。

金欠りに３０ｎｎ角の砥石を使用したとして０．２ｍｍ
の打部に作用する見掛け」−のｔＢ位部面積たりの加圧
力を一辺が３０ｍの砥石作用面全面に作用させている通
常の単位面積あたりの加圧力の実に１００倍から１５０
倍に増圧させて作用させることができる。低周波振動を
付加させＶ＜２πＡＦの条件を与えることによってこの
見掛け」二の加圧力の増大させて加工能率を向」―させ
る効果が得られる。

第４図は第２図におけるｃｄｅ、　ｆｇｈ・・・におけ
る突起両群１−１−にクラックを発生させて突起両群を
微細に破砕していく過程をモデル化して示す図である。

第５図は点０２点りを通過してなお残留して点在する突
起両群にクラックを発生させて破砕しながら一様な微細
表面粗さ凹凸面１２に仕上げる機構を説明する図である
。

第６図は第２図の点」付近において砥石作用面全面がセ
ラミックス仕」二面に接触して通常の加圧力となり、ま
た、微細な凹凸面のためにクラックの発生も極微細化さ
れ、打部で大きく発生した残留クランク部を削除して損
傷の少ない精密加工面に仕上げ加工することを示す図で
ある。

第７図、第８図は平面加工時の一実施例装置である。例
えば、３０ｎ＋ｍ角厚さｉｏｍｍの＃６００のダイヤモ
ンド砥石を２０　Ｋ　Ｈｚ　、　３００Ｗの縦型−’／
　　− わい振動子３の振幅拡大用ホーン２の先端に接着し、ホ
ーン２の振動節で取付板２０に固定する。取付板は加圧
装置１５にポル１−で締付けて固定する。加圧装置は矢
印５の方向に低周波振動する振動軸１４に固定する。こ
の振動軸を二相誘導電動機７５０Ｗ　１６の回転数３０
０Ｏｒｐｍをベルト１７で増速して６０００ｒｐｍとし
てすべり子クランク機構を駆動し、その回転運動を揺動
、往復運動にかえ振動数Ｆ　＝１００Ｈｚ、振幅Ａ＝０
．２ＩＩｒｒｌ程度で矢印５の方向に低周波振動させる
。このような構造の低周波振動駆動装置１３を平削盤刃
物台１８にボルト締めする。加圧装置には空気圧、油圧
、ばねなどを利用した装置を用い、加圧力Ｐ＝０．２〜
３　ｋｇ　／　ｃｉが与えられるようにする。

振動子３は超音波発振機］−９によって超音波振動させ
る。この装置のよってダイヤモンド砥石を超音波振動数
ｆ　＝　２０〜４０　Ｋ　Ｈ２、片振幅ａ＝２〜２０μ
ｍ程度で超音波振動させ、かつ振動数Ｆ−２０〜１００
■Ｉｚ、片振幅Ａ＝０．１〜０．２ｎｙｎ程度で低周波
振動させることができる。そして、仕」二げ速度Ｖ＜２
πＡＦとして例えば５　ｍ／ｍｉｎ程度の仕上げ速度と
して第７図、第８図に示す仕上げ速度、超音波振動、低
周波振動、荷重の方向として工作物７を仕」二げ加工す
ることによって本発明は実施される。

第９図は本発明によるセラミックス軸２３などへのキー
溝精密仕」二げ加工を示すものである。

縦振動ホーン２で振動駆動される曲げ振動シャンクを利
用して超音波振動数ｆ、振幅ａ４および低周波振動数Ｆ
、振幅Ａ５で振動するキー溝加工用ダイヤモンド砥石２
５を図示のようにｆ。

ａの振動方向がキー溝の底面と法線方向となるようにし
て加圧力Ｐ６を与えてジルコニア加工面に加圧し、仕上
げ速度Ｖ＜２πＡＦで仕」二げる。

（効　果） 内径２０ｎｍ、外径４．Ｏｎｗｎのパイプ状合成樹脂材
に埋め込れた外径２０ｍ、厚さ１．０ｍｍのジルコニア
端面がパイプ状合成樹脂材端面から０．０１ｍ以内で突
出している。この突出部を仕−にげ加エして同一仕上面
として平面度を５μｍ以内に多量生産するときに、この
工作物を第７図のように平削盤テーブル」二に真空チャ
ックして取付け、本発明を直径２５ｍｍ、厚さ５顆の＃
６００角形ダイヤモン１（砥石、超音波振動数２０　Ｋ
　Ｈ２、振幅１５１ｔ　ｍ、低周波振動数１００　Ｈｚ
、振幅０．２■、仕上速度２ｍ／ｍｉｎ、加圧力１　ｋ
ｇ　ｆ　／ｄ、　乾式の加工条件で実施して、ダイヤモ
ンド砥石を直径２０圃のジルコニア工作物端面上を一往
復させるだけで約０．０］、ｎｎの突起部を仕上加工し
て表面粗さ２μｍＲｍａｘをもって５μｍ以内の平面度
とし、パイプ状合成樹脂端面とジルコニア端面とを同一
平面に能率よく精密仕」ニすることに成功した。

仕上加工抵抗が少なく低速のため砥石面も発熱しないた
めダイヤモンド砥石寿命も著しく長くなる他の方法には
見られない画期的効果が得られる。

第９図のようにしてジルコニアに幅５■、深さ３■、長
さ２０ｍｍのキー溝を設ける際に従来の加工技術の教え
るところトこ従ってダイヤモンド砥石で強く押しつけた
だけでは長時間かけてもキー溝が加工できない。本発明
を幅５＋ｍ＋、長さ１０ｍｍ、厚さ５冊の３６００ダイ
ヤモンド砥石を縦振動ホーン２で駆動される曲げ振動シ
ャンクに接着してその振動方向がキー底面の法線方向と
なるようにして他の条件は上記と同一にして本発明を実
施して、約３００回砥石を往復運動させることによって
幅５ｍ、深さ３１ｍ＋、長さ２０胴のキー溝を精密加工
することに成功した。

本装置を軽量小型化すれば手仕上作業にも作用できる。

また、固定砥粒による砥石にかわって、ラップを」二連
のようにして振動さぜ、遊離砥粒を用いても本発明が実
施される。

本発明は焼入鋼などの硬質金属材料に対しても効果的で
あるが特にセラミックスの精密仕上が著しい効果を有す
る。

なお、低周波振動の振動方向は仕上方向と同方向とする
としているが、多少その方向が傾斜する場合もある。こ
のような場合でも仕上方向と同方向をなす成分が他の方
向成分に比べて犬きい場合はすべて本発明に包含される
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による仕上方法を示す斜視図、第２図は
本発明に於ける砥石を仕上方向に低周波振動させたとき
の砥石の運動軌跡と砥石の振動１サイクルで仕」二加工
長さ酊を説明する図、第３図は本発明に於ける砥石が低
周波振動１サイクルで仕上方向に向ってＱ７の長さ進み
、突起部を破砕して粗加工したあと後退して加工面を平
滑にならす作動説明図、第４図は本発明に於ける法線方
向の砥石の超音波振動によって仕上加工長さ訂中に分布
する突起部にクラックを発生させ、このクラックの発生
が０丁による見掛は上の加圧力の激増によってさらに活
発化し、仕」二加工能率が向上することを示す説明図、
第５図は時間の経過にともない砥石と工作部との接触面
積が増加見掛け」−の加圧力が軽減してクラックの発生
も微細化し、Ｑ７区間中に粗仕上した粗い仕り面を平滑
にしていく過程を示す説明図、第６図はさらに時間の経
過にともない砥石と工作部との接触面積が増加し、加圧
力も減少して、クラックの発生も極微細化して加工面を
さらに平滑化する過程を示す説明図、第７図は本発明方
法を実施する装置の一実施例側面図、第８図は上記装置
を仕上方向と直角方向からみた正面図、第９図は本発明
によるキー溝の精密仕上加工方法を示す説明図である。 １．２３．２５・・・超音波振動ダイヤモンド砥石２・
・・振幅拡大用ホーン ３・・・超音波振動子 ４・・・超音波振動 ５・・・低周波振動 ６・・・定荷重 ７・・・セラミックス １９・・・超音波発振機 ２１・・・セラミックス歯車 ２３・・セラミックスキー溝 第７図 図面の浄書（内容に変更なし） 第２図 第３図　　　　　　　１ ．１−一□ ヘ　　　　−〜−に　　第６０ 図面の浄書（内容に変更なし） 第８図 図面の浄書（内容に変更なし） 第９図 手続補正帯 昭和６１年１２月８　日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第２０８５１１−号 ２、発明の名称 複合振動砥石による精密仕上加工方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　栃木県宇都宮市南大通り１−４−２０チサンマ
ンション７０１号室 氏名　　　　隈　　部　　淳一部 ４、代理人 住所　　東京都港区新橋２丁目２番５号藤島ビル３階 枡　− 氏名　　（７６７２）　　弁理士　伊　東　貞　雄−電
話　東京　（０３）　５０４−２７２８〜９ニー゛、−
５、補正指令の日付 昭和６１年１１月２５日 ６、補正の対象 委任状及び図面 ７、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 研削工具を仕上面に加圧し、仕上面の法線方向に超音波
   振動させ、同時に仕上方向と同方向に低周波振動させる
   如くなした複合振動砥石による精密仕上加工方法。