WO2008047790A1 - Outil de coupe en forme de disque et dispositif de coupe - Google Patents

Outil de coupe en forme de disque et dispositif de coupe Download PDF

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WO2008047790A1
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Kazumasa Ohnishi
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Kazumasa Ohnishi
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Definitions

  • the present invention relates to a disk-shaped cutting tool and a cutting apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a cutting apparatus provided with a disk-shaped cutting tool (disk-shaped blade) including a disk-shaped cutting blade (cutting blade) and an annular ultrasonic vibrator fixed to the surface thereof. Is disclosed.
  • the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator is applied to the blade, and the outer peripheral edge of the blade to which the ultrasonic vibration is applied is applied.
  • the workpiece is cut by bringing the cutting edge into contact with the workpiece.
  • the cutting tool disclosed in this document describes that a workpiece can be cut with high accuracy by applying ultrasonic vibration to the cutting blade.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-291636
  • the blade edge of the outer peripheral edge of the cutting blade should be ultrasonically vibrated with a large amplitude in the radial direction of the blade. Is desirable.
  • the cutting resistance is lowered, and the heat generation and thermal expansion of the workpiece due to friction with the cutting blade during cutting are suppressed. Therefore, the workpiece is cut with high accuracy! This is the power that can be overcome with S.
  • An object of the present invention is to provide a disc-shaped cutting tool and a cutting apparatus that can ultrasonically vibrate the cutting edge of a cutting blade with a large amplitude in the radial direction of the blade.
  • the present invention is a disk-shaped cutting blade having a circular hole in the center, and is disposed coaxially with the blade on the surface of at least one side of the blade, and the blade is located at a position on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge.
  • the support plate is composed of an interface with a continuous or discontinuous annular air phase space extending in the thickness direction of the support plate at a position on the inner peripheral side of the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer.
  • a disc-shaped cutting tool with an ultrasonic reflecting surface is composed of an interface with a continuous or discontinuous annular air phase space extending in the thickness direction of the support plate at a position on the inner peripheral side of the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer.
  • the configuration of this cutting tool is referred to as a first configuration.
  • Preferred embodiments of the cutting tool having the first configuration of the present invention are as follows.
  • the annular air phase space is composed of a plurality of arc-shaped air phase spaces formed symmetrically with respect to the axis of the support plate and crossing the support plate through the non-space portions. . More preferably, another arc-shaped air phase space that crosses the support plate is formed on the inner peripheral side of each of the non-space portions, and constitutes an additional ultrasonic reflection surface.
  • the annular air phase space is composed of a plurality of circular or polygonal air phase spaces formed across the support plate via non-space portions. More preferably, another circular or polygonal air phase space that crosses the support plate is formed on the inner peripheral side of each of the non-space portions to constitute an additional ultrasonic reflection surface.
  • a plurality of annular air-phase spaces which are formed symmetrically with respect to the axis of the support plate and across the support plate via the non-space portions, are inclined with respect to the radial direction of the support plate. It consists of a slit-like air phase space.
  • the annular air phase space is composed of an annular porous material.
  • An annular ultrasonic transducer is composed of a plurality of ultrasonic transducer pieces arranged at intervals, and an air phase space is formed on a support plate between adjacent ultrasonic transducer pieces. .
  • the present invention also provides a disc-shaped cutting blade having a circular hole in the center, and is disposed coaxially with the blade on the surface of at least one side of the blade, and the blade is positioned on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge.
  • An annular support plate that is supported and fixed at the outer peripheral edge of the support plate, and is fixed to the surface of the support plate or blade in a coaxial arrangement with the blade at a position on the outer peripheral side of the support plate. It consists of an ultrasonic vibrator, and the support plate extends in the thickness direction of the support plate at a position on the inner peripheral side with respect to the inner peripheral edge of the ultrasonic vibrator, and a continuous or discontinuous annular air phase space.
  • a cutting apparatus including a disc-shaped cutting tool having an ultrasonic reflection surface formed of an interface, and a rotating shaft that holds the cutting tool at a position on the inner peripheral side of the ultrasonic reflection surface of the support plate. There is also.
  • a preferable aspect of the cutting tool used in the cutting apparatus of the present invention is the same as that of the cutting tool having the first configuration described above.
  • the present invention further provides a disc-shaped cutting blade having a circular hole in the center, and is disposed coaxially with the blade on each of both surfaces of the blade, and the blade is disposed on the side of the blade inside the outer peripheral edge.
  • a pair of annular support plates provided with annular protrusions that are supported and fixed at positions on the circumferential side, spaced parallel to the blades via the protrusions, and the outer peripheral side of the inner peripheral edge of each support plate Or a continuous or discontinuous annular ultrasonic vibrator fixed to the blade surface on the outer peripheral side of the support plate in a coaxial arrangement with the blade, each of the support plates being
  • a disc-shaped cutting provided with an ultrasonic reflection surface that extends in the thickness direction of the support plate at a position closer to the inner peripheral side than the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer and is formed by an interface with a continuous or discontinuous annular air phase space.
  • this cutting tool is referred to as a second configuration.
  • a preferred embodiment of the cutting tool of the second configuration of the present invention is the same as that of the cutting tool of the first configuration described above.
  • the present invention further provides a disc-shaped cutting blade having a circular hole in the center, and both of the blades.
  • Each of the surfaces is arranged coaxially with the blade, and each blade is provided with an annular protrusion for supporting and fixing the blade at a position on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge, and spaced from the blade through this protrusion.
  • a pair of annular support plates arranged in parallel with each other, and fixed to the surface on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of each support plate or the surface of the blade on the outer peripheral side of the support plate in a coaxial arrangement with the blade.
  • Each of the support plates extends in the thickness direction of the support plate at a position closer to the inner peripheral side than the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer.
  • a disc-shaped cutting tool having an ultrasonic reflecting surface consisting of an interface with a discontinuous annular air phase space, and this cutting tool at a position on the inner peripheral side of the ultrasonic reflecting surface of the support plate Cutting device including rotating shaft for holding There is also a
  • a preferable aspect of the cutting tool used in the cutting apparatus of the present invention is the same as that of the cutting tool having the first configuration described above.
  • the thickness direction of the support plate refers to a direction that forms an angle within 20 degrees (preferably within 10 degrees) with respect to a direction perpendicular to the surface of the support plate. included.
  • the disc-shaped cutting tool and cutting apparatus of the present invention can ultrasonically vibrate the cutting edge of the cutting blade with a large amplitude in the radial direction of the blade, so that the workpiece can be cut with high accuracy. Can do.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view of the cutting tool 10 cut along the cutting line II shown in FIG. .
  • a cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 is a disc-shaped cutting blade having a circular hole 11 in the center.
  • each support plate 19 disposed coaxially with the blade 12 on the surface of each side of the blade 12, and supporting and fixing the blade 12 at a position on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge, and each support plate It is composed of a continuous annular ultrasonic transducer 14 fixed to the surface of the support plate 19 at a position coaxial with the blade 12 at a position on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of 19.
  • Each of the support plates 19 is a discontinuous annular air phase space (formed in the support plate 19) extending in the thickness direction of the support plate 14 at a position on the inner peripheral side of the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer 14. It has an ultrasonic reflecting surface 16 composed of an interface with four arc-shaped slots 15, 15, 15, 15 (air phase space inside).
  • the cutting blade 12 is manufactured by, 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 heat treatment of abrasive grains and a resin (binder).
  • a known disc-shaped cutting blade represented by a disc-shaped cutting blade (resinoid blade) is used.
  • the disc-shaped substrate of the cutting blade is formed of a metal material such as aluminum, titanium, iron, an aluminum alloy, or stainless steel.
  • abrasive grains examples include diamond particles, alumina particles, silica particles, iron oxide particles, chromium oxide particles, silicon carbide particles, and cubic boron nitride (CBN) particles.
  • CBN cubic boron nitride
  • the average grain size of the abrasive grains is set to a value within the range of 0.1 to 50 m.
  • the abrasive grains are fixed (electrodeposited) to the outer peripheral edge of the disk-shaped substrate by, for example, subjecting the disk-shaped substrate to a plating process using a plating bath containing the abrasive grains.
  • the abrasive grains are fixed to a disc-shaped substrate using a binder resin (eg, phenol formalin resin)!
  • annular support plate 19 is fixed on the surface of each side of the cutting blade 12 in a coaxial arrangement with the blade 12.
  • Each support plate 19 supports the cutting blade 12 at a position closer to the inner periphery than the outer periphery.
  • the support plate 19 is formed of a metal material such as aluminum, titanium, iron, an aluminum alloy, a titanium alloy, or stainless steel.
  • the support plate 19 is formed, for example, on an annular plate formed of the above-described metal material, an ultrasonic reflection surface 16 (that is, four arc-shaped long holes 15 for forming the ultrasonic reflection surface 16, 15, 15 and 15) can be easily produced.
  • an ultrasonic reflection surface 16 that is, four arc-shaped long holes 15 for forming the ultrasonic reflection surface 16, 15, 15 and 15
  • a cutting method and a laser processing method can be given.
  • each continuous annular ultrasonic vibrator 14 included in the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 is disposed on the surface of the support plate 19 at a position on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of the support plate 19. Blur It is fixed in a coaxial arrangement with the card 12. That is, the inner diameter of the annular ultrasonic transducer 14 is set to a value larger than the inner diameter of the support plate 19.
  • annular ultrasonic vibrator 14 for example, a piezoelectric vibrator having a configuration in which an electrode is attached to each surface of an annular plate-like piezoelectric body is used. Piezoelectric vibrators generate ultrasonic vibrations when electrical energy (eg, AC voltage) is applied between the electrodes on both surfaces.
  • electrical energy eg, AC voltage
  • the piezoelectric body of each of the ultrasonic vibrators (piezoelectric vibrators) 14 shown in FIG. 2 is usually in the thickness direction (left and right in FIG. 2) and the direction of the force applied to the cutting blade 12. To be polarized.
  • Examples of the piezoelectric material include lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic materials and piezoelectric polymer materials typified by polyvinylidene fluoride resin.
  • Examples of the electrode material include metal materials such as silver and phosphor bronze.
  • the ultrasonic transducer 14 is fixed to the surface of the support plate 19 using a known adhesive such as an epoxy resin, for example.
  • a known adhesive such as an epoxy resin, for example.
  • an electrically insulating adhesive may be used, or a conductive adhesive may be used.
  • a conductive adhesive When a conductive adhesive is used, electric energy can be easily supplied to the electrodes on the cutting blade 12 side of each ultrasonic vibrator 14 via the support plate 19.
  • the cutting tool 10 is used, for example, in a state of being held around the rotating shaft of the motor, as in the case of the cutting tool of Patent Document 1.
  • each ultrasonic vibrator 14 generates ultrasonic vibrations that vibrate in the radial direction of the vibrator 14.
  • This ultrasonic vibration is applied to each support plate 19, and each support plate 19 ultrasonically vibrates in the radial direction. Since the cutting blade 12 is fixed to each support plate 19, the blade 12 ultrasonically vibrates in the radial direction together with each support plate 19. In other words, the cutting blade 12 ultrasonically vibrates in the radial direction of the blade 12 while repeating a displacement in which the diameter increases and then decreases.
  • each support plate 19 that supports the cutting blade 12 is supported on the inner peripheral side of the inner peripheral edge of each ultrasonic transducer 14. Consists of an interface with a discontinuous annular air phase space (the four arc-shaped slots 15, 15, 15, 15 formed in the support plate 19) extending in the thickness direction of the plate 19 An ultrasonic reflecting surface 16 is provided.
  • the ultrasonic reflection surface 16 included in each support plate 19 of the cutting tool 10 includes an air phase space inside the support plate (solid) 19 and the four arc-shaped long holes 15, 15, 15, 15. It is a surface that consists of an interface with (gas) and reflects most of the ultrasonic waves (sound waves) as described above.
  • the ultrasonic vibrations that vibrate the support plate 19 in the radial direction in which the forces of the annular ultrasonic vibrators 14 and 14 are also applied to the support plate 19 during the cutting process, That is, when the ultrasonic vibration transmitted in the radial direction of the support plate 19 reaches the ultrasonic reflection surface 16, most of the ultrasonic vibration is reflected by the ultrasonic reflection surface 16 and transmitted to the outer peripheral side of the support plate 19.
  • the support plate 19 hardly transmits to the inner peripheral side of the ultrasonic reflection surface 16.
  • each ultrasonic transducer 14 energy possessed by the ultrasonic vibration
  • the portion on the outer peripheral side of each support plate 19 is ultrasonically vibrated with a large amplitude in the radial direction.
  • the cutting blade 12 fixed to each support plate 19 is ultrasonically vibrated with a large amplitude in the radial direction of the blade 12 together with each support plate 19.
  • the cutting edge of the cutting blade is used for cutting. Since the cutting resistance decreases due to ultrasonic vibration with a large amplitude in the radial direction of the blade, and heat generation and thermal expansion of the workpiece due to friction with the cutting blade are suppressed, the workpiece is highly accurate. Can be cut with.
  • the cutting tool 10 described above depends on the size (for example, thickness) of the cutting blade 12 to be used, an AC voltage having a low voltage of 100 V or less is applied to each ultrasonic vibrator 14. Even in this case, the blade edge of the outer peripheral edge of the blade 12 can be ultrasonically vibrated with a large amplitude of about 5 in or more in the radial direction of the blade 12.
  • a cutting plate having the same configuration as the cutting tool 10 is used except that the support plate having the ultrasonic reflection surface is not used and each ultrasonic transducer is directly fixed to the surface of the cutting blade.
  • the amplitude value of the ultrasonic vibration of the cutting edge of the cutting blade is a small value that is approximately one tenth or less of the amplitude value indicated by the cutting tool 10 of the present invention.
  • the ultrasonic reflection surface 16 is an interface with the annular air phase space extending in the thickness direction of the support plate 19, that is, a surface substantially perpendicular to the surface of the support plate 19. Therefore, the ultrasonic vibration generated by each ultrasonic transducer 14 and transmitted in the radial direction of the support plate 19 is reflected by the ultrasonic reflection surface 16 substantially perpendicular to the surface of the support plate 19. Then, it is transmitted to the outer peripheral side of the support plate 19 along a surface parallel to the surface of the support plate 19. That is, the ultrasonic vibration transmitted in the direction inclined with respect to the surface of the support plate 19 is unlikely to occur.
  • the ultrasonic reflection surface is a surface having a large angle with respect to the direction perpendicular to the surface of the support plate
  • the ultrasonic vibration is reflected by the ultrasonic reflection surface and is reflected on the surface of the support plate. It is transmitted in the direction of tilting.
  • Such ultrasonic vibration transmitted in a direction inclined with respect to the surface of the support plate is caused by, for example, stagnation vibration (a vibration component that vibrates in the thickness direction of the blade) on the support plate and the cutting blade fixed to the support plate.
  • the blade of the cutting blade vibrates greatly in the thickness direction of the blade.
  • the cutting is performed.
  • the amount of the processed object to be removed increases and the processing yield (the processed object force of the same size, the number of products obtained) decreases.
  • each ultrasonic transducer is directly fixed to the surface of the cutting blade without using a support plate having an ultrasonic reflection surface as described above.
  • the force S is used to vibrate the cutting blade 12 with a large amplitude in the radial direction.
  • the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrators 14 and 14 passes through the support plates 19 and 19 and the blade 12. Therefore, the loss is easily transmitted to the rotating shaft holding the blade 12.
  • the thickness of the cutting blade 12 is 1 mm or less, preferably 5 to 500 ⁇ m because the loss of the ultrasonic vibration is reduced as the thickness of the cutting blade 12 is smaller. m, more preferably in the range of 5 to 100 ⁇ m, that is, when fine cutting is performed with a thin cutting blade, it can be used particularly advantageously.
  • the cutting blade 12 is more easily squeezed in the thickness direction as its thickness is reduced, it is affected by external vibration generated when ultrasonic vibration is applied or when the cutting blade rotates. In such a case, vibration (eg, stagnation vibration) is likely to occur not only in the radial direction but also in the thickness direction.
  • the support plate 19 has a function of reinforcing the cutting blade having a small thickness and suppressing the occurrence of vibration in the thickness direction of the blade.
  • the thickness of the support plate 19 is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.2 mm or more.
  • the thickness of the support plate 19 is practically set to a thickness of 20 mm or less.
  • the annular air-phase space is formed in a plurality of arcuate shapes formed to cross the support plate through the non-space portions with respect to the axis of the support plate. It is preferred to be composed of air phase space!
  • the annular air phase space crosses the support plate 19 via the non-space portion 18 with respect to the axis of the support plate 19 in an axial symmetry. It is composed of four arc-shaped air phase spaces (the air phase spaces inside the arc-shaped long holes 15, 15, 15, 15). That is, the ultrasonic reflecting surface 16 provided in each support plate 19 of the cutting tool 10 is formed by four interfaces each formed by an interface with the arcuate air phase space inside the arcuate long hole 15. It consists of two reflective surfaces 17, 17, 17, 17.
  • the annular air phase space is composed of a plurality of arc-shaped air phase spaces formed across the support plate 19 via the non-space portions 18, the non-space portions 18, 18, 18, 18, because the outer peripheral part of the support plate 19 from the ultrasonic reflection surface 16 is stably supported by the inner peripheral part of the ultrasonic reflection surface 16, the rigidity of the support plate 19 Becomes higher.
  • the cutting tool 10 shows high rotation accuracy even when it is rotated at a high speed of several thousand to several tens of thousands of rotations while ultrasonically vibrating the cutting blade 12, for example. , Machining accuracy is realized.
  • the support plate of the cutting tool of the present invention includes two or more interfaces with the annular air phase space in the radial direction, for example, as in the cutting tool 10 of FIG.
  • the interface 16 and the interface 16a with the annular air phase space are provided in the radial direction
  • the ultrasonic reflection surface is This means the interface on the outermost peripheral side of the support plate 19 (that is, the interface 16).
  • the interface 16a reflects an extremely small amount of ultrasonic vibration transmitted from the outer peripheral portion of the support plate 19 to the annular air phase space to the outer peripheral side of the support plate 19, so that the ultrasonic transducer 14 The ultrasonic vibration generated in this way is more difficult to be transmitted to the inner peripheral portion of the support plate 19 and the rotating shaft.
  • the durability of the bearing that supports the rotating shaft that ultrasonically vibrates tends to decrease.
  • the interface 16a also reflects external vibration (noise) transmitted from the rotating shaft to the inner peripheral side portion of the support plate 19 to the inner peripheral side of the support plate 19, so that such external vibration is It becomes difficult to be transmitted to the outer peripheral part.
  • external vibration noise
  • the cutting edge of the cutting blade 12 fixed to the support plate 19 is, for example, the thickness of the blade 12. May vibrate in the direction and the accuracy of the cutting process may be reduced.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of the cutting apparatus of the present invention including the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2.
  • the cutting device 30 in FIG. 3 is a disk-shaped cutting blade 12 having a circular hole 11 in the center, and is disposed coaxially with the blade 12 on the surface of each side of the blade 12, and the blade 12 is positioned closer to the outer peripheral edge.
  • Annular support plate 19 supported and fixed at the position on the inner peripheral side, and fixed to the surface of support plate 19 coaxially with blade 12 at a position on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of each support plate 19
  • Each of the support plates 19 extends in the thickness direction of the support plate 19 at a position closer to the inner peripheral side than the inner peripheral edge of the ultrasonic transducer 14.
  • the rotary shaft 32 is also held at the position on the inner circumference side.
  • the rotating shaft 32 of the cutting device 30 includes a holder 33 for holding the cutting tool 10 around the rotating shaft 32.
  • the holder 33 is fixed around the rotary shaft 32 with a bolt 37, and has a sleeve 36 with a flange 34 having an annular protrusion 34a on the side of the cutting tool 10, and a nut 38 around the sleeve 36. It is composed of a flange 35 having an annular protrusion 35a on the side of the cutting tool 10, which is fixed by using a screw.
  • the holder 33 is made of, for example, a metal material typified by titanium or stainless steel.
  • the rotating shaft 32 of the cutting device 30 has a pair of annular projections 34a, 35a provided in the holder 33 to allow the cutting tool 10 to be subjected to ultrasonic waves on the respective support plates 19 thereof. It is held at a position on the inner peripheral side of the reflecting surface 16.
  • the cutting device 30 is provided with a power source 21 and a rotary transformer 22.
  • the rotary transformer 22 is composed of an annular power supply unit 23 having a coil 23a wound in an annular shape along the circumferential direction of the rotating shaft 32, and an annular power receiving unit 24 having a similar coil 24a. Yes.
  • the annular power supply unit 23 is fixed to the end face of the main body of the motor 31, for example, in a state where the annular power supply unit 23 is arranged around the rotary shaft 32 in a non-contact manner. Is done.
  • the annular power receiving unit 24 is attached to the rotating shaft 32 of the motor 31, for example. It is fixed around the sleeve 36.
  • each ultrasonic transducer 14 When the electrical energy (eg, AC voltage) generated by the power source 21 is applied to the coil 23a of the power supply unit 23 via the electrical wirings 25a and 25b, the electrical energy is supplied to the power receiving unit 24. It is transmitted to the coil 24a and applied to each ultrasonic transducer 14 via the electrical wirings 26a and 26b connected to the coil 24a. By applying this electric energy, each ultrasonic transducer 14 generates ultrasonic vibration.
  • the electrode on the support plate 19 side of each ultrasonic vibrator 14 and the coil 24a of the power receiving unit 24 are electrically connected to each other via the electrical wiring 26a, the sleeve 36, and the support plate 19. It is connected to the
  • cutting ij cutting or grooving
  • the motor 31 is driven to rotate the rotating shaft 32 holding the cutting tool 10.
  • each ultrasonic transducer 14 via the electrical wirings 25a and 25b, the rotary transformer 22, and the electrical wirings 26a and 26b.
  • the ultrasonic vibration that vibrates in the radial direction of the vibrator 14 is generated.
  • This ultrasonic vibration is applied to each support plate 19, each support plate 19 ultrasonically vibrates in its radial direction, and the cutting blade 12 fixed to each support plate 19 also has its diameter. Vibrates ultrasonically in the direction. Then, the cutting edge of the cutting blade 12 rotating while being ultrasonically vibrated in this way is brought into contact with the workpiece (for example, cutting is performed! / Is grooving). It is.
  • the cutting tool 10 has a holder provided on the rotating shaft 32 of the motor 31 at a position on the inner peripheral side of the ultrasonic reflection surface 16 of each support plate 19. By 33 Is retained.
  • each ultrasonic transducer 14 is effectively used to vibrate a portion on the outer peripheral side of the ultrasonic reflection surface 16 of each support plate 19,
  • the partial force on the outer peripheral side of each support plate 19 is ultrasonically vibrated with a large amplitude in the radial direction.
  • the cutting blades 12 fixed to the respective support plates 19 are ultrasonically vibrated with a large amplitude in the radial direction of the blades 12 together with the respective support plates 19.
  • the cutting blade 12 of the cutting tool 10 and the support plates 19 and 19 provided in the cutting device 30 include a pair of annular protrusions 34a and 34a of a holder 33 disposed on both outer sides thereof with nuts 38. They are fixed to each other by tightening.
  • the cutting blade and the support plate are fixed to each other using an adhesive.
  • the adhesive since the cutting blade and the support plate are sufficiently closely integrated with each other, the cutting blade can be ultrasonically vibrated with the same large amplitude as the support plate.
  • a hot-melt adhesive is preferably used.
  • the cutting tool 10 is heated to dissolve the adhesive, whereby each of the ultrasonic transducers 14 is fixed. 19 and 19 can be easily removed from the cutting blade 12. Therefore, for example, the support plates 19 and 19 to which the ultrasonic transducers 14 are fixed are removed from the cutting blade 12 whose blade edge is worn by use, and this is fixed to the surface of another new cutting blade and reused. That power S. In other words, it becomes possible to reuse an ultrasonic transducer having a high manufacturing cost without being discarded.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • each support plate 49 extends in the thickness direction of the support plate 49 on the inner peripheral side of the annular ultrasonic transducer 14, and extends in the thickness direction of the support plate 49.
  • Air phase space That is, the ultrasonic reflection surface 46 formed by an interface with each of the support plates 49 and the four arc-shaped long holes 45, 45, which are formed through non-space portions with respect to each other
  • the cutting tool 10 is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 except that it is provided at a position on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of the vibrator 14.
  • the ultrasonic reflection surface provided in the support plate of the cutting tool of the present invention is the ultrasonic vibration of the support plate 19 like the ultrasonic reflection surface 16 of the cutting tool 10 shown in FIG. 1 and FIG. It may be provided at a position on the inner peripheral side with respect to the inner peripheral edge of the child 14, or the inner surface of the ultrasonic transducer 14 on the support plate 49 like the ultrasonic reflection surface 46 of the cutting tool 40 shown in FIG. It may be provided at a position on the outer peripheral side of the periphery.
  • the ultrasonic reflection surface for example, the ultrasonic reflection surface 46 of the cutting tool 40 shown in FIG. 4
  • ultrasonic vibration is applied to the outer peripheral side of the ultrasonic reflection surface 46 of the support plate 49.
  • the support plate 49 is provided at a position closer to the inner peripheral side than the outer peripheral edge of the ultrasonic transducer 14.
  • each ultrasonic vibrator 14 vibrates a portion on the outer peripheral side of the ultrasonic reflection surface 46 of each support plate 49.
  • the outer peripheral portion of each support plate 49 vibrates ultrasonically with a large amplitude in the radial direction.
  • the cutting blades 12 fixed to the respective support plates 49 vibrate ultrasonically with a large amplitude in the radial direction of the blades 12 together with the respective support plates 49.
  • FIG. 5 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 6 shows a cutting tool 50 cut along the cutting line II—II line written in FIG. It is sectional drawing.
  • the configuration of the cutting tool 50 is such that another arc-shaped air phase space (inside each arc-shaped long hole 55 inside) crosses the support plate 59 on the inner peripheral side of each non-space portion 18 of each support plate 59.
  • An air phase space is formed and is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 except that an additional ultrasonic reflecting surface 56 is formed.
  • each support plate 59 of the cutting tool 50 has a plurality of reflections composed of an interface with an arcuate air-phase space (air phase space inside the arc-shaped long hole 15) that traverses the support plate 59.
  • the ultrasonic reflecting surface 16 composed of the surfaces 17, 17, 17, 17 and the arc-shaped air phase space (inside the arc-shaped long hole 55) crossing the support plate 59 on the inner peripheral side of the non-space portion 18 respectively.
  • a plurality of reflecting surfaces 57, 57, 57, 57 composed of an interface with an air phase space) and an additional ultrasonic reflecting surface 56.
  • the additional ultrasonic reflection surface 56 is provided on the support plate 59, the portion between the reflection surface 17 and the reflection surface 17 constituting the ultrasonic reflection surface 16 of the support plate 59 (non- Most of the ultrasonic vibrations transmitted through the space 18) to the inner peripheral side of the support plate 59 are reflected by the respective reflection surfaces 57 that constitute the additional ultrasonic reflection surface 56, and to the outer peripheral side of the support plate 59. Therefore, the ultrasonic vibration transmitted through the support plate 59 is further difficult to be transmitted to the inner peripheral portion of the support plate 59 and the rotating shaft that holds the cutting tool 50.
  • each support plate 59 and the entire thickness direction are provided with the ultrasonic reflecting surface 16 or the ultrasonic reflecting surface 56, respectively.
  • the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer 14 is used very effectively to vibrate the outer peripheral portion of each support plate 59.
  • the cutting tool 50 can ultrasonically vibrate the cutting edge of the cutting blade 12 in the radial direction of the blade 12, and can cut the workpiece with extremely high accuracy. .
  • FIG. 7 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • the configuration of the cutting tool 70 in FIG. 7 is that a plurality of circular air phase spaces (circular holes 75) in which an annular air phase space is formed across the support plate 79 via non-space portions 78. Inside the sky It is the same as the cutting tool 10 shown in FIG. 1 and FIG.
  • the ultrasonic reflecting surface 76 of the support plate 79 included in the cutting tool 70 is formed with a plurality of circular air phase spaces (air phase spaces inside the circular holes 75) that cross the support plate 79. It is composed of a plurality of reflecting surfaces 77, 77,.
  • annular air phase space is formed into a plurality of circles (including ellipses) or polygons formed across the support plate via non-space portions. (Preferably, a tri-octagon) air phase space can also be used.
  • FIG. 8 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • the configuration of the cutting tool 80 of FIG. 8 includes a plurality of hexagonal air phase spaces (hexagonal air spaces) in which an annular air phase space is formed across the support plate 89 via non-space portions 88.
  • hexagonal air phase spaces hexagonal air spaces
  • another hexagonal air phase space inside the hexagonal hole 85a
  • an air phase space is formed to form an additional ultrasonic reflecting surface 86a.
  • the support plate 89 of the cutting tool 80 has a plurality of reflections composed of an interface with a hexagonal air-phase space (air phase space inside the hexagonal hole 85) that crosses the support plate 89.
  • Ultrasonic reflecting surface 86 composed of surfaces 87 and 87, and a plurality of hexagonal air phase spaces (inside hexagonal holes 85a) crossing the support plate 89 on the inner peripheral side of the non-space portion 88, respectively.
  • an additional ultrasonic reflection surface 86a composed of a plurality of reflection surfaces 87a, 87a,.
  • the support plate 89 has a plurality of hexagonal holes 85, 85, and a plurality of hexagonal holes 85a formed on the support plate 89, the inner peripheral portion and the outer peripheral portion thereof. 85a, connected to each other through a two-cam structure formed around the periphery of the! /, Because of high! /, Exhibiting rigidity. Therefore, it is possible to reduce the amount of deformation generated in the support plate 89 and the cutting blade 12 fixed to the support plate 89 due to the centrifugal force generated when the cutting tool 80 is rotated at a high speed.
  • FIG. 9 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • the configuration of the cutting tool 90 of FIG. 9 is such that an annular air phase space is formed across the support plate 99 via the non-space portion 98 in an axially symmetrical manner with respect to the axis of the support plate 99. 1 and FIG. 2 except that it is composed of a plurality of slit-like air phase spaces (air phase spaces inside the slit-like holes 95) each inclined with respect to the radial direction of the support plate 99. Same as tool 10.
  • the ultrasonic reflection surface 96 of the support plate 99 included in the cutting tool 90 is provided on each support plate.
  • It is composed of a plurality of reflecting surfaces 97, 97, which are interfaces with a plurality of slit-like air phase spaces (the air phase space inside the slit-like hole 95) crossing 99.
  • the annular air phase space is composed of a plurality of slit-like air phase spaces formed across the support plate via non-space portions.
  • FIG. 10 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the cutting tool 100 cut along the cutting line III-III entered in FIG. In the figure
  • the configuration of the cutting tool 100 shown in FIGS. 10 and 11 is the annular air phase space of the support plate 109.
  • the cutting tool 10 is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2, except that it is fixed to the cutting blade 12.
  • the support plate 109 of the cutting tool 100 includes, for example, a ring 109c made of a porous material disposed between an inner peripheral portion 109a and an outer peripheral portion 109b of the support plate 109, and these are respectively connected to each other. It is possible to create a force S by welding (with! /, Is adhesive).
  • the ultrasonic reflection surface 106 of the support plate 109 provided in the cutting tool 100 is a multiplicity of interfaces with a large number of air bubbles (air phase spaces) 105, 105, ... in the ring 109c made of a porous material. Reflective surfaces 107, 107, ⁇ force is also configured.
  • the annular air phase space can be formed of an annular porous material.
  • a typical example of the porous material is a porous metal material force S used as a sound absorbing material or a heat insulating material.
  • the ring 109c made of the porous material can be produced by compressing and sintering metal powder (or metal fiber) such as bronze, stainless steel, nickel, or titanium.
  • the diameter of each bubble of the porous metal is generally in the range of 10 nm to several mm, depending on the manufacturing method.
  • the density (bulk density) of the ring 109c made of a porous material is preferably set to a value in the range of 5 to 75% of the density of the outer peripheral side portion 109b of the support plate 109. If the density of the porous material ring 109c is set to a value less than 5% of the density of the outer peripheral portion 109b of the support plate 109, the rigidity of the support plate 109 will be reduced, and if it is set to a value exceeding 75% The amount of ultrasonic vibration reflected by the sound wave reflecting surface 106 is reduced.
  • the support plate 109 when the support plate 109 is extended to the inner peripheral side with respect to the peripheral edge of the circular hole 11 of the cutting blade 12, the support plate is separated from the cutting blade 12 by the ultrasonic reflecting surface 106.
  • the ultrasonic vibration transmitted to 109 can also be reflected to the outer peripheral side of the blade 12.
  • the cutting tool 100 can ultrasonically vibrate each support plate 109 with a large amplitude in the radial direction, and further, ultrasonic waves from the cutting blade 12 to the rotating shaft holding the cutting tool 100 can be obtained. Transmission of vibration (occurrence of loss of ultrasonic vibration) can also be suppressed.
  • the cutting tool 100 can ultrasonically vibrate the cutting edge of the cutting blade 12 in the radial direction of the blade 12 with a larger amplitude, so that the workpiece can be cut with extremely high accuracy. Can do.
  • the support plate 109 of the cutting tool 100 is not formed with a hole (eg, the arc-shaped long hole) that crosses the support plate 109. For this reason, the cutting tool 100 hardly generates noise such as wind noise even when it is rotated at a high speed of several thousand to several tens of thousands of rotations.
  • FIG. 12 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention, and FIG. Is a cross-sectional view of the cutting tool 120 cut along the cutting line IV—IV in FIG.
  • each support plate 129 is formed with an annular groove 125 constituting an ultrasonic reflection surface 126 extending from the surface thereof in the thickness direction. Except this, it is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS.
  • the support plate 129 provided in the cutting tool 120 is an ultra-comprising interface with the air phase space (annular air phase space) inside the annular groove 125 extending in the thickness direction from the surface of the support plate 129.
  • a sound wave reflecting surface 126 is provided.
  • Such an annular groove can also be formed on the surface of the support plate on the side of the cutting blade.
  • the depth of the annular groove of each of the support plates is set to a depth within a range of 1/4 to 3/4 (preferably 1/2 to 3/4) of the thickness of the support plate. It is preferable to do. If the depth of this groove is set to a depth of less than 1/4 of the thickness of the support plate, the amount of ultrasonic vibration transmitted from the outer peripheral portion of the support plate to the inner peripheral portion increases, so that the cutting blade The amplitude of ultrasonic vibration generated at the cutting edge is reduced. On the other hand, if the depth of the groove is set to a depth exceeding 3/4 of the thickness of the support plate, the rigidity of the support plate will be reduced, and the rotational accuracy and machining accuracy of the cutting tool will be reduced.
  • the annular groove is a plurality of grooves (for example, an arc-shaped groove, a slit-shaped groove) formed in the support plate via a non-space portion with respect to the axis of the support plate. ) Or a plurality of recesses (eg, circular or polygonal recesses).
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • the cutting tool 140 in FIG. 14 has a structure in which an annular groove 145a constituting an ultrasonic reflecting surface 146a extending from one surface of the support plate 149 by more than 1/2 of its thickness is formed on the support plate 149. 10 except that an annular groove 145b constituting an additional ultrasonic reflecting surface 146b is formed on the inner peripheral side of the groove 14 5a and extending from the other surface by more than 1/2 of the thickness.
  • the cutting tool 100 is the same as that shown in FIG.
  • the ultrasonic vibrator 14 Since the ultrasonic reflecting surface 146a or the ultrasonic reflecting surface 146b is provided in the entire circumferential direction of the support plate 149 and in the entire thickness direction, the ultrasonic vibrator 14 The generated ultrasonic vibrations vibrate the outer peripheral part of the support plate 149. It is used very effectively.
  • the cutting tool 140 can ultrasonically vibrate the cutting edge of the cutting blade 12 in the radial direction of the blade 12 with a larger amplitude, so that the workpiece can be cut with extremely high accuracy. Can do.
  • the depth of each of the grooves is the thickness of the cutting blade. It is preferable to set the depth within a range of 1/4 to 3/4 (more preferably, a depth exceeding 1/2 of the thickness of the cutting blade).
  • the total value of the depths of the two grooves is preferably in the range of 75 to 150% (preferably 90 to 110%) of the thickness of the cutting blade.
  • the total value of the depths of both grooves is 1/4 to 3 / of the thickness of the cutting blade. It is preferably within the range of 4 (preferably 1/2 to 3/4).
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • each support plate 159 is an ultrasonic reflection surface comprising an interface with an air phase space inside an annular notch 155 formed in the thickness direction of the support plate 159.
  • the cutting tool 10 is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS.
  • the ultrasonic reflection surface can also be configured by an interface with the air phase space (annular air phase space) inside the annular notch formed in the support plate.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • the configuration of the cutting tool 160 of FIG. 16 is that the ultrasonic transducer 14 is fixed to each surface of the support plate 169, and the ultrasonic wave extending from the one surface of the support plate 169 in the thickness direction.
  • An annular notch 165a constituting the reflecting surface 166a and an annular notch 165b constituting an additional ultrasonic reflecting surface 166b extending in the thickness direction from the other surface are formed, and the support plate 169 14 is the same as the cutting tool 140 of FIG. 14 except that a sleeve 169a is fixed and integrated to attach the cutting tool 160 to the rotation shaft.
  • a sleeve may be fixed and integrated on the inner peripheral side of the annular support plate.
  • FIG. 17 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 18 shows a cutting tool 170 cut along the cutting line V—V written in FIG. It is a sectional view
  • the configuration of the cutting tool 170 in FIG. 17 is composed of a plurality of ultrasonic transducer pieces 174a 174a,... In which annular ultrasonic transducers 174 are arranged at intervals, and adjacent ultrasonic transducers. It is the same as the cutting tool 50 shown in FIGS. 5 and 6 except that an air phase space (the air phase space inside the slit-shaped hole 175) is formed in the support plate 179 between the pieces.
  • the annular ultrasonic transducer can be composed of a plurality of ultrasonic transducer pieces (a discontinuous annular ultrasonic transducer is used).
  • a large-sized cutting blade that is, an annular ultrasonic vibrator having a large diameter
  • the annular ultrasonic vibrator can be easily used by using a plurality of ultrasonic vibrator pieces.
  • the plurality of ultrasonic transducer pieces are preferably arranged symmetrically with respect to the axis of the support plate.
  • the ultrasonic transducer piece is preferably a rectangular shape because it is easy to manufacture, but may be a circular shape (including an oval shape) or a polygonal shape other than a rectangular shape. Good.
  • annular ultrasonic transducer is composed of a plurality of ultrasonic transducer pieces, for example, as shown in Figs. 17 and 18, adjacent ultrasonic transducer pieces. It is preferable to form an air phase space (the air phase space inside the slit-like hole 175 extending in the radial direction of the support plate 179) in the support plate 179 between 174a 174a.
  • the portions between the vibrator pieces 174a and 174a adjacent to each other of each support plate 179 are Generation of vibration (for example, in-plane bending vibration) transmitted along a plane parallel to the surface of the support plate 179 and in a direction inclined with respect to the radial direction of the support plate 179 is suppressed. Therefore, the support plate 179 has a larger amplitude than the case where the slit-like holes 175 175,. It is possible to force ultrasonic vibration in the radial direction of S. That is, the cutting blades 12 fixed to the respective support plates 179 are The ultrasonic vibration can be performed with a larger amplitude in the radial direction.
  • the cutting tool of the present invention includes a support plate having a plurality of arc-shaped long holes and a plurality of circular or polygonal holes as a specific example of the support plate having the ultrasonic reflection surface.
  • the support plate provided with a ring made of a porous material, the support plate provided with an annular groove, and the support plate provided with an annular notch were described.
  • a support plate provided with two or more such as the plurality of arc-shaped long holes can be used as described below by way of example.
  • FIG. 19 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 20 shows a cutting tool 190 cut along the cutting line VI—VI line written in FIG. It is a sectional view
  • the support plate 199 of the cutting tool 190 shown in Figs. 19 and 20 includes an annular notch 165a constituting the ultrasonic reflecting surface 166a and an annular notch 165b constituting the additional ultrasonic reflecting surface 166b.
  • Arc-shaped slots 15, 15, 15, 15 constituting another additional ultrasonic reflecting surface 16 and arc-shaped slots 55, 55, 55, constituting another additional ultrasonic reflecting surface 56, 55 is provided.
  • FIG. 21 is a plan view showing still another example of the configuration of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 22 shows the cutting tool 210 cut along the cutting line VII-VII line written in FIG. FIG.
  • the support plate 219 of the cutting tool 210 shown in FIGS. 21 and 22 includes an annular notch 165a constituting the ultrasonic reflecting surface 166a and an annular notch 165b constituting the additional ultrasonic reflecting surface 166b.
  • FIG. 23 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 24 shows a cutting tool 230 cut along the cutting line VIII-VIII entered in FIG. FIG.
  • each ultrasonic transducer 14 is positioned on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of each support plate 19 and from the outer peripheral edge of the support plate 19. Also outer side The cutting tool 10 is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 except that it is fixed to the surface of the blade 12.
  • each ultrasonic vibrator 14 fixed to the cutting blade 12 of this cutting tool 230 is transmitted to each support plate 19 via the blade 12. Most of the ultrasonic vibration transmitted through the support plate 19 is reflected by the ultrasonic reflection surface 16 and is transmitted to the outer peripheral side of the support plate 19, and is more on the inner peripheral side than the ultrasonic reflection surface 16 of the support plate 19. Little is transmitted to the part.
  • the ultrasonic vibration generated in each of the ultrasonic transducers 14 is effective for vibrating the portion on the outer peripheral side of the ultrasonic reflection surface 16 of each support plate 19. Since this is used, the outer peripheral portion of each support plate 19 vibrates ultrasonically with a large amplitude in the radial direction.
  • the cutting blades 12 fixed to the respective support plates 19 vibrate ultrasonically with a large amplitude in the radial direction of the blades 12 together with the respective support plates 19.
  • the cutting tool 230 shown in FIGS. 23 and 24 can also vibrate the cutting edge of the cutting blade 12 with a large amplitude in the radial direction of the blade 12, so High! / Can be cut with high accuracy.
  • FIG. 25 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 26 shows a cutting tool 250 cut along the cutting line IX—IX line written in FIG. It is a sectional view
  • the configuration of the cutting tool 250 shown in FIGS. 25 and 26 is such that the ultrasonic vibrator 14 is positioned on the outer peripheral side of the inner peripheral edge of the support plate 19 and the side on which the support plate 19 of the blade 12 is fixed.
  • the cutting tool 10 is the same as the cutting tool 10 shown in FIGS. 1 and 2 except that it is fixed to the opposite surface.
  • the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 14 fixed to the cutting blade 12 of the cutting tool 250 is transmitted to the support plate 19 through the blade 12. Most of the ultrasonic vibration transmitted through the support plate 19 is reflected by the ultrasonic reflection surface 16 and transmitted to the outer peripheral side of the support plate 19, and the portion of the support plate 19 on the inner peripheral side of the ultrasonic reflection surface 16. Is hardly transmitted.
  • the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic transducer 14 is effectively used to vibrate the portion on the outer peripheral side of the ultrasonic reflecting surface 16 of the support plate 19, so that The outer peripheral portion of the plate 19 vibrates ultrasonically with a large amplitude in the radial direction.
  • the support plate 19 The cutting blade 12 fixed to the blade vibrates ultrasonically with a large amplitude in the radial direction of the blade 12 together with the support plate 19.
  • the cutting tool 250 shown in FIGS. 25 and 26 can also vibrate the cutting edge of the cutting blade 12 with a large amplitude in the radial direction of the blade 12, so High! / Can be cut with high accuracy.
  • FIG. 27 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention
  • FIG. 28 shows a cutting tool 270 cut along the cutting line X—X line written in FIG. It is a sectional view
  • the cutting tool 270 shown in Figs. 27 and 28 is arranged in a disc-shaped cutting blade 12 having a circular hole 11 at the center and coaxially with the blade 12 on both surfaces of the blade 12, and each blade
  • the blade 12 is provided with an annular protrusion 279a that supports and fixes the blade 12 at a position on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge, and a pair of blades 12 arranged parallel to the blade 12 through the protrusion 279a.
  • Annular support plates 279, 279 and a continuous annular ultrasonic vibrator 14 fixed to the outer peripheral surface of the support plate 279 on the outer peripheral side in a coaxial arrangement with the blade 12. ing.
  • Each of the support plates 279 is a discontinuous annular air phase space (formed in the support plate 279) that extends in the thickness direction of the support plate 279 at a position closer to the inner periphery than the inner periphery of the ultrasonic transducer 14. And four ultrasonic arc-shaped long holes 15, 15, 15, 15 (air phase space inside).
  • each support plate 279 is provided with an annular protrusion 279a on the blade 12 side, and is parallel to the blade 12 via the protrusion 279a.
  • a sleeve 169a for fixing the cutting tool 270 to the rotating shaft is fixed and integrated on the inner peripheral side of one support plate 279 (on the right side in FIG. 28), and Cutting IJ Tool 270 Cutting IJ F, Same as cutting tool 10 shown in Fig. 1 and Fig. 2, except that raid 12, support plate 279, 279 and force nut 38 are fastened together. is there.
  • each ultrasonic transducer 14 since the ultrasonic vibration generated in each ultrasonic transducer 14 is effectively used to vibrate a portion on the outer peripheral side of the ultrasonic reflection surface 16 of the support plate 279, The outer peripheral portion of the support plate 279 is ultrasonically vibrated with a large amplitude in the radial direction. Then, the cutting blade 12 fixed to the annular protrusion 279a of each of the support plates 279 described above vibrates ultrasonically with a large amplitude in the radial direction of the blade 12 together with the support plate 19.
  • the cutting tool 270 shown in FIG. 27 and FIG. 28 can also vibrate the cutting edge of the cutting blade 12 with a large amplitude in the radial direction of the blade 12, so High! / Can be cut with high accuracy.
  • a preferable aspect of the cutting tool of the second configuration of the present invention is the same as that of the cutting tool of the first configuration, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a configuration example of the cutting apparatus of the present invention provided with the cutting tool 270 shown in FIGS. 27 and 28.
  • the cutting device 290 of Fig. 29 is arranged on the both surfaces of the disc-shaped cutting blade 12 having a circular hole 11 at the center and the blade 12, coaxially with the blade 12, and each has a blade on the blade 12 side.
  • a pair of annular support plates provided with an annular protrusion 279a for supporting and fixing the raid 12 at a position on the inner peripheral side with respect to the outer peripheral edge, and arranged parallel to the blade 12 via the protrusion 279a. 279, 279, and a continuous annular ultrasonic transducer 14 fixed to the outer peripheral surface of the support plate 279 from the inner peripheral edge of the support plate 279 in a coaxial arrangement with the blade 12.
  • the configuration of the cutting device 290 of FIG. 29 is that the cutting tool 270 of the second configuration of the present invention shown in FIGS. 27 and 28 is held on the rotary shaft 32 by tightening the bolt 37.
  • the outside is the same as the cutting device 30 in FIG.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • each ultrasonic transducer 14 is fixed to the outer peripheral side of the inner peripheral edge of each support plate 279 and to the surface on the blade 12 side.
  • each annular support plate is arranged at a distance from the cutting blade, the blade-side surface of each support plate. It is also possible to fix an ultrasonic transducer to the.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • the configuration of the cutting tool 310 of FIG. 31 is the same as that of FIGS. 27 and 28 except that each ultrasonic transducer 14 is fixed to the surface of the blade 12 on the outer peripheral side of each support plate 279.
  • the ultrasonic transducer can be fixed to the blade surface on the outer peripheral side of each support plate.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a cutting tool according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the cutting tool 10 cut along the cutting line I—I entered in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration example of a cutting apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 5 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the cutting tool 50 cut along the cutting line II-II line entered in FIG.
  • FIG. 7 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 9] is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the cutting tool 100 cut along the cutting line III—III line entered in FIG.
  • FIG. 12 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the cutting tool 120 cut along line IV—IV in FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 17 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the cutting tool 170 cut along the cutting line V-V entered in FIG.
  • FIG. 19 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of the cutting tool 190 cut along the line VI—VI in FIG.
  • FIG. 21 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of the cutting tool 210 cut along the cutting line VII-VII entered in FIG.
  • FIG. 23 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 24 is a sectional view of the cutting tool 230 cut along the cutting line VIII-VIII entered in FIG.
  • FIG. 25 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view of the cutting tool 250 cut along line IX—IX in FIG.
  • FIG. 27 is a plan view showing still another configuration example of the cutting tool of the present invention.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of cutting tool 270 cut along the cutting line X—X line entered in FIG. 27.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing another configuration example of the cutting apparatus of the present invention.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool according to the present invention.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the cutting tool according to the present invention.

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Description

明 細 書
円盤状の切削工具及び切削装置
技術分野
[0001] 本発明は、円盤状の切削工具及び切削装置に関する。
背景技術
[0002] 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 (炭化チタン含有ァ ノレミナ）、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。
[0003] 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。
特許文献 1 :特開 2004— 291636号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 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 ェ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!/、精度で切削する こと力 Sでさる力、らである。
[0005] 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。 課題を解決するための手段
[0006] 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 にめ ·ο。
[0007] 以下、この切削工具の構成を第一の構成と云う。
[0008] 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!/、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レ、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!、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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 以下、この切削工具の構成を第二の構成と云う。
[0013] 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ェ 具の場合と同様である。
[0014] 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
[0015] 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。
[0016] 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。
発明の効果
[0017] 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。
発明を実施するための最良の形態
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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 ニゥ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。
[0023] 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 50 mの範囲内の値に設定される。
[0024] 砥粒は、例えば、砥粒を含むメツキ浴にて円盤状の基板にメツ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、フエノ 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!/、てもよ!/、。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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
[0030] 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に向力、う方向に分極処理される。
[0031] 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。
[0032] 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 1 9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 給すること力でさる。
[0033] 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。
[0034] 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!/、は溝入れ）が行なわれる。 [0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 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。
[0038] 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の各々力も支 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。
[0039] 従って、各々の超音波振動子 14にて発生した超音波振動 (超音波振動の持つェ 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。
[0040] 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 高レヽ精度で切削することができる。
[0041] 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 5 in 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。
[0042] 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 1 9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。
[0043] 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、橈み振動（ 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 力、ら得られる製品の個数）が低下したりする。
[0044] 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 せること力 Sでさる。
[0045] 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。
[0046] 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 lmm以下、好ましく は 5〜500 μ m、更に好ましくは 5〜100 μ m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。
[0047] 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橈み易くなるため、 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、橈み振 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。
[0048] 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. lmm以上であること が好ましぐ 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。
[0049] 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レ、ることが好まし!/、。
[0050] 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。
[0051] 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、 1 8、 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 1 6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。
[0052] 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!/、回転精度を示し、このため高!/、加工精度が実現する。
[0053] 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。
[0054] 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。
[0055] 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。
[0056] 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。
[0057] 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。
[0058] 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。
[0059] 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。
[0060] 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 1 6よりも内周側の位置にて保持している。
[0061] 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 力、ら構成されている。
[0062] 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。
[0063] 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 ィル 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。
[0064] 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、 25 b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 26 a、 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
〇
[0065] 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肖 ij (切 断あるいは溝入れ）が行なわれる。
[0066] 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!/、は溝入れ）が行なわれる。
[0067] 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。
[0068] 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、そして切削ェ 具 10を保持する回転軸 32には殆ど伝わらない。
[0069] 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の外周側の部分力 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。
[0070] 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。
[0071] 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。
[0072] 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 用すること力 S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。
[0073] 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。
[0074] 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。
[0075] 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 備えられてレ、ることが必要である。
[0076] 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 とはなぐ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。
[0077] 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
[0078] 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。 [0079] 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。
[0080] 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。
[0081] 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。
[0082] 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。
[0083] 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。
[0084] 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。
[0085] 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。
[0086] 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。
[0087] 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。
[0088] 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。
[0089] 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。
[0090] 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に示す切削ェ 具 10と同様である。
[0091] 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 8 9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 86 aとを備えている。
[0092] 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 れるハ二カム構造を介して互いに接続されて!/、るために高!/、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 8 9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。 [0093] 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。
[0094] 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。
[0095] 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。
[0096] 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 ことあでさる。
[0097] 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
[0098] 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
1S 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。
[0099] 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!/、は接着など)することにより作製すること力 Sできる。
[0100] 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、〜力も構成されている。
[0101] 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。 [0102] 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 力 S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力できる。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。
[0103] 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 10 9c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 10 6にて反射される超音波振動の量が少なくなる。
[0104] 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。
[0105] 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。
[0106] 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。
[0107] 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。
[0108] 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。
[0109] 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
[0110] 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。
[0111] 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。
[0112] 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。
[0113] 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。
[0114] 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。
[0115] 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 14 5a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。
[0116] 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。
[0117] 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。
[0118] 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。
[0119] 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力 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。
[0120] 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。
[0121] 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。
[0122] 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。
[0123] 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。
[0124] 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。
[0125] 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
[0126] 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
[0127] 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。
[0128] 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。
[0129] 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。
[0130] 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 17 4a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 17 5の内部の空気相空間）を形成することが好ましい。
[0131] 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 17 9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 せること力 S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。
[0132] 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。
[0133] 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
[0134] 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。
[0135] 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。
[0136] 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、 2 15b、〜が備えられている。
[0137] 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。
[0138] 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。
[0139] 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。
[0140] 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。
[0141] 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!/、精度で切削することができる。
[0142] 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
[0143] 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。
[0144] 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。
[0145] 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。
[0146] 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!/、精度で切削することができる。
[0147] 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。
[0148] 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
〇
[0149] 図 27及び図 28に示す切削工具 270は、中央に円孔 1 1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。
[0150] 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、そして切肖 IJ工具 270の切肖 IJフ、、レード 12と支持板 279、 279と力 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。
[0151] 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レ、。
[0152] 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。
[0153] 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!/、精度で切削することができる。
[0154] 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ェ 具と同様であるため説明は省略する。
[0155] 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。
[0156] 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の各々力 S、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。
[0157] 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。
[0158] 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。
[0159] 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 2
7及び図 28に示す切削工具 270と同様である。
[0160] 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。
[0161] 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。
[0162] 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。
[0163] 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。
[0164] 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 1
4、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!/、ることが好ましレ、。
図面の簡単な説明
[0165] [図 1]本発明の切削工具の構成例を示す平面図である。
[図 2]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 3]本発明の切削装置の構成例を示す断面図である。
[図 4]本発明の切削工具の別の構成例を示す断面図である。
[図 5]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 6]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。
[図 7]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]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。 園 9]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。
園 10]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 11]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。
園 12]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 13]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。
園 14]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。
園 15]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。
園 16]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。
園 17]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 18]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。
園 19]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 20]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。
園 21]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 22]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。
園 23]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 24]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。
園 25]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 26]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。
園 27]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 28]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。 園 29]本発明の切削装置の別の構成例を示す断面図である。
[図 30]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 園 31]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 コィノレ
25a, 25b 電気配線
26a, 26b 電気配線
30 切削装置
31 モータ
2 回転軸
3 保持具
4、 35 フランジ
4a, 35a 突起
6 スリーブ ボル卜
ナット
、 50 切削工具
、 55 弧状の長孔
、 56 超音波反射面
、 59 支持板
超音波反射面 56を構成する反射面
、 80、 90 切肖 IJ工具
円形の孔
、 86 , 86a, 96 超音波反射面
、 87、 87a 97 超音波反射面を構成する反射面 、 88、 98 非空間部
、 89、 99 支持板
、 85a 六角形の孔
スリット状の孔
0 切削工具
5 気泡
6 超音波反射面
7 超音波反射面 106を構成する反射面
8 ナツ卜
9 支持板
9a 支持板 109の内周側部分
9b 支持板 109の外周側部分
9c 多孔質材料製のリング
、 140 切削工具
5、 145a, 145b 環状の溝
6、 146a, 146b 超音波反射面
9、 149 支持板 150、 160 切肖 'J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 切肖 IJ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

請求の範囲
[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!/、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 一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 1 1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に記載の切削ェ
[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!/、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!/、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 一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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