Warning: copy(htaccessbak): failed to open stream: No such file or directory in /home/jtokkyo/public_html/header.php on line 10
超音波研磨装置 - 特開2008−18520 | j-tokkyo
トップ :: B 処理操作 運輸 :: B24 研削;研磨

【発明の名称】 超音波研磨装置
【発明者】 【氏名】大西 一正

【要約】 【課題】被加工物の加工精度、加工品質を向上させ、かつ切削工具の長寿命化する研磨装置および加工方法を提供する。

【構成】回転軸6の一部はケース14に収められ、ケース14内には図示しない軸受け、モータなどが収納されている、ケース14には固定側ロータリートランス11aが取り付けられている。そして回転軸6にナット17で固定されたフランジ5に回転側ロータリートランス11bが取り付けられている。フランジ5には保持装置4がネジにより固定されている。また、保持装置4には弾性体2が同じくネジにより取り付けられている。弾性体2には砥石1が接着剤を用いて接合されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超音波研磨装置に使用される砥石を回転軸に取り付けるための保持装置に圧電素子を有することを特徴とする。
【請求項2】
前記保持装置が回転軸方向に互いに平行な2個の平板を持ち、かつ砥石側の平板に圧電素子を接合していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、ガラス、シリコン、セラミックおよび超硬金属および金属材料などを、超音波振動を用いて研磨する超音波研磨装置及びこれに用いる砥石に関する。
【背景技術】
【0002】
ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、希土類磁石材料、超硬金属および金属材料などの被研磨物を研磨するために、円環状の砥石を備えた研磨装置が一般的に用いられている。
【0003】
しかし、半導体材料、磁性材料、圧電材料および光学材料などにおいては、より高精度である研磨面が求められている。また金属材料などは製造コストを削減するために、より研磨速度を高めることが求められている。
【0004】
これらの要求を満たすために超音波振動を利用することが提案されている。機械加工に超音波振動を利用することは従来から行われており、例えば、工作機械のバイトなどの工具に超音波振動を付与しながら加工対象物を切削している。このような切削方法は、超音波切削加工と呼ばれており、非特許文献1に詳しく記載されている。超音波切削加工は、加工対象物と工具との摩擦抵抗が小さくなるために、加工面の熱歪みが低減され、加工精度が高くなり、そして切削工具の寿命が長くなるなどの利点を有している。
【非特許文献1】超音波便覧編集委員会、「超音波便覧」、丸善株式会社、平成11年8月、p679−684
【0005】
従来の超音波研磨装置について図7の上方からの平面図と、図8の側面図を用いて説明する。加工テーブル8は加工テーブル8上に記した矢印方向に図示しないモータで移動する。また、加工テーブル8上には磁性ステンレス製のワーク固定具9が電磁力により固定保持されている。そしてワーク固定具9にはワックスによりワーク10が固定されている。そして、ケース14内には回転軸6、図示しない軸受けそしてモータが収納されている。回転軸6には保持装置4であるステンレス製の円板が接合されている。ステンレス製の円板には超音波振動砥石が図示しないネジにより固定されている。
【0006】
保持装置4であるステンレス製の円板の上部には回転側ロータリートランス11bが図示しないボルトにより接続されている。そして対向する位置のケース14に固定側ロータリートランス11aがある。固定側ロータリートランス11aにはリード線12により超音波発振器17が接続されている。なお、回転側ロータリートランス11bと圧電セラミック3を接続しているリード線は図面を簡単化するために図示しない。
【0007】
超音波振動砥石の詳細について図9の分解斜視図と図10の組み立てた側面図を用いて説明する。まず、回転軸6に図示しないネジにより保持装置4を固定する。保持装置4は、超音波振動砥石側に複数の突起16を持ち、その突起16には図示しないメネジも設けられている。砥石1を接合した弾性体2に突起16と同数の貫通孔18が設けられている。そして、図9の下方から図示しないネジを貫通孔18を通して突起16に設けられたメネジとにより超音波振動砥石を保持装置4に固定する。
【0008】
超音波振動砥石は、弾性体2に圧電セラミック3を接合し、その弾性体2に砥石1を接合したものである。砥石1はビトリファイド砥石と呼ばれるものでダイヤモンド砥粒の平均粒度は1000番であり、μmで表現するとその平均粒度は18〜14.5μmである。平均粒度を小さくすると砥石1とワーク10との摩擦力が大きくなる。このため、50μm以下の平均粒度の砥石1には特に超音波研磨が有効である。
【0009】
次にこの超音波研磨装置の運転方法について図7、図8を用いて説明する。まず、加工テーブル8にワーク10であるリチウムナイオベイト基板を接着したワーク固定具9を電磁力により吸着する。そして砥石1の位置を適正な位置になるように図示しないモータにより合わせる。次に図示しない回転軸駆動用のモータを起動して回転軸6を回転させ、超音波振動砥石を回転する。次いで加工テーブル10をモータにより移動する。これと同時に図示しない切削水を噴出する。そして、超音波発振器13の電源を入れて固定側ロータリートランス11a、回転側ロータリートランス11bを介して弾性体2に接合した圧電セラミック3に超音波交流電圧を印加する。再度モータの電源を入れて加工テーブル8を超音波振動砥石方向に移動させ、ワーク10であるリチウムナイオベイト基板を研磨する。そして、この超音波研磨装置を用いて加工することにより、通常の研磨装置に比較して加工精度を2倍以上に、そして砥石の消耗量を半分以下にすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかし、上記の構成は、超音波振動砥石を用いるものであり、超音波振動砥石を構成する弾性体に圧電素子を接合している。したがって、超音波振動砥石が消耗したときには、高価な圧電素子も一緒に廃棄しなければならない。このため、加工コストが高くなってしまうという問題点がある。
【0011】
本発明の目的は、低コストで優れた研磨面精度と研磨速度を実現する超音波研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、超音波研磨装置に使用される砥石を回転軸に取り付けるための保持装置に圧電素子を有するものである。
【0013】
本発明はまた、前記保持装置が回転軸方向に互いに平行な2個の平板を持ち、かつ砥石側の平板に圧電素子を接合するものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明の超音波研磨装置および加工法は、低コストで加工品質を高め、砥石の消耗量を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
本発明の実施の形態について説明する。著音波研磨装置は、従来の装置と同様であるので省略した。ここでは、回転軸6に超音波振動する砥石1を取り付けた構成について詳しく述べる。図1の側面図、図1のA−A線での断面を示す図2により保持装置4に圧電素子を有する構成を主に説明する。
【0016】
回転軸6の一部はケース14に収められ、ケース14内には図示しない軸受け、モータなどが収納されている、ケース14には固定側ロータリートランス11aが取り付けられている。そして回転軸6にナット17で固定されたフランジ5に回転側ロータリートランス11bが取り付けられている。フランジ5には保持装置4がネジにより固定されている。また、保持装置4には弾性体2が同じくネジにより取り付けられている。弾性体2には砥石1が接着剤を用いて接合されている。
【0017】
保持装置4の詳細を図3の側面図、図3のA−A線での断面を示す図4を用いて説明する。保持装置4は、平行なアルミ製円環の2個とこれを連結する薄いリング形状のアルミ製の管からなっている。この製造方法は、たとえば、リング状のアルミを機械加工により中央部を溝加工して、円環とリング形状の管を一体にした断面がコ字状のリングを作成する。次にコ字状の底部に圧電セラミック3をエポキシで接合する。さらに、他方の円板をエポキシ樹脂により接合する。
【0018】
一方の円板にはフランジに取り付けるための取り付けネジ穴15e、15f、15g、15hが設けられている。また他方の円板には弾性体2と接合するための取り付けネジ穴15a、15b、15c、15dが設けられている。
【0019】
図3に示した矢印は、超音波発振器から圧電セラミック3に交流電圧が印加されたときの振動方向を示している。保持装置4の中心軸を中心として拡縮振動する。フランジ面と接触する円板は振動の支持端となり、他方の円板と接続する外周、内周のリングは振動のアームとなるので弾性体2と接触する円板の振動を効率よく励起できる。なお圧電セラミック3を板厚方向に分極されている。
【0020】
保持装置4を回転軸6に接続するためのチタン製のフランジ5の詳細を図5の平面図、図5のA−A線での断面を示す図6を用いて説明する。フランジ5には回転軸6と嵌め合うテーパー孔19が設けられている。そして保持装置4を取り付けるための段差のある貫通孔18a、18b、18c、18dも設けられている。
【0021】
次にこの超音波研磨装置の運転方法について説明する。保持装置4以外は図7、図8で示した超音波研磨装置とほぼ同じ構成であるのでこれを用いた説明する。まず、加工テーブル8にワーク10であるリチウムナイオベイト基板を接着したワーク固定具9を電磁力により吸着する。そして砥石1の位置を適正な位置になるように図示しないモータにより合わせる。次に図示しない回転軸駆動用のモータを起動して回転軸6を回転させ、砥石1を回転する。次いで加工テーブル10をモータにより移動する。これと同時に図示しない切削水を噴出する。そして、超音波発振器13の電源を入れて固定側ロータリートランス11a、回転側ロータリートランス11bを介して図3の保持装置4の圧電セラミック3に超音波交流電圧を印加する。再度モータの電源を入れて加工テーブル8を砥石1方向に移動させ、ワーク10であるリチウムナイオベイト基板を研磨する。そして、この圧電素子を有する保持装置4を用いた超音波研磨装置を用いて加工することにより、通常の研磨装置に比較して加工精度を2倍以上に、そして砥石の消耗量を半分以下にすることができる。
【0022】
上記では、保持装置4に円板の拡がり振動モードを励起したが、もちろん他の振動モードでもよく例えば、面方向に垂直に変位する曲げ振動モードも用いることができる。また例えば、拡がり振動モードと曲げ振動モードの複合振動も用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【0023】
本発明の超音波研磨装置は、ガラス、シリコン、シリコンナイトライド、希土類磁石材料、超硬金属および金属材料などの被研磨物を研磨するために用いられる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の保持装置を用いた砥石などを示す側面図である。
【図2】図1に示すA−A線での断面を示す図である。
【図3】保持装置の詳細を示す側面図である。
【図4】図3に示すA−A線での断面を示す図である。
【図5】フランジの詳細を示す側面図である。
【図6】図5のA−A線で切断した断面図である。
【図7】従来の超音波振動砥石を用いた研磨装置を説明する平面図である。
【図8】図7の側面図である。
【図9】従来の保持装置と超音波振動砥石の分解斜視図である。
【図10】図9の構成を組み立てた側面図ある。
【符号の説明】
【0025】
1 砥石
2 弾性体
3 圧電セラミック
4 保持装置
5 フランジ
6 回転軸
7 被研磨物
8 加工テーブル
9 ワーク保持具
10 ワーク
11 ロータリートランス
12 リード線
13 超音波発振器
14 ケース
15 取り付けネジ穴
16 突起
17 ナット
18 貫通孔
19 テーパー孔
【出願人】 【識別番号】500222021
【氏名又は名称】大西 一正
【出願日】 平成18年7月12日(2006.7.12)
【代理人】 【識別番号】100074675
【弁理士】
【氏名又は名称】柳川 泰男


【公開番号】 特開2008−18520(P2008−18520A)
【公開日】 平成20年1月31日(2008.1.31)
【出願番号】 特願2006−217525(P2006−217525)