JPH01281848A - 精密切削装置 - Google Patents
精密切削装置Info
- Publication number
- JPH01281848A JPH01281848A JP11330088A JP11330088A JPH01281848A JP H01281848 A JPH01281848 A JP H01281848A JP 11330088 A JP11330088 A JP 11330088A JP 11330088 A JP11330088 A JP 11330088A JP H01281848 A JPH01281848 A JP H01281848A
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- JP
- Japan
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- workpiece
- tool
- cutting
- applied voltage
- microgrooving
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、光ディスクまたは磁気ディスク用のスタンパ
、あるいはそれらの母型金型等の加工において、精度の
高い微細溝加工を行うための精密切削装置に関するもの
である。
、あるいはそれらの母型金型等の加工において、精度の
高い微細溝加工を行うための精密切削装置に関するもの
である。
この種の精密切削装置における従来技術としては、特開
昭６１−１１７００６号公報に記載されている溝趣工装
置が知られている。この溝加工装置では、片持ちはり構
造のシャフト部材の先端に、微小切り込みを与えながら
切削を行う工具が取り付けられている。
昭６１−１１７００６号公報に記載されている溝趣工装
置が知られている。この溝加工装置では、片持ちはり構
造のシャフト部材の先端に、微小切り込みを与えながら
切削を行う工具が取り付けられている。
上述のごとく構成された精密切削装置にあっては、シャ
フト部材が片持ちはり構造であることから、切削反力に
よって工具が浮き上がる可能性が大きい。また、シャフ
ト部材の固定端から工具先端部までの距離が大きくなる
ことから、切削精度の低下も免れ得ない。さらには、溝
深さのインプロセス検出器を持っておらず、したがって
被加工物が撓んでいるような場合、あるいは被加工物の
支持台が回転によって「うねり」を生じるような波打ち
運動を行う場合には、その加工表面に「うねり」を生じ
るが、その「うねり」を補償して溝深さのコントロール
が行えない等の点が挙げられ、より高精度な切削を行う
ためには技術的に限界があった。 本発明は上述のごとき従来技術の課題に鑑み、テれらを
有効に解決すべく創案されたものである。 したがってその目的は、被削面の「面振れ」を補償して
高精度な微細溝を切削加工できる精密切削装置を提供す
ることにある。
フト部材が片持ちはり構造であることから、切削反力に
よって工具が浮き上がる可能性が大きい。また、シャフ
ト部材の固定端から工具先端部までの距離が大きくなる
ことから、切削精度の低下も免れ得ない。さらには、溝
深さのインプロセス検出器を持っておらず、したがって
被加工物が撓んでいるような場合、あるいは被加工物の
支持台が回転によって「うねり」を生じるような波打ち
運動を行う場合には、その加工表面に「うねり」を生じ
るが、その「うねり」を補償して溝深さのコントロール
が行えない等の点が挙げられ、より高精度な切削を行う
ためには技術的に限界があった。 本発明は上述のごとき従来技術の課題に鑑み、テれらを
有効に解決すべく創案されたものである。 したがってその目的は、被削面の「面振れ」を補償して
高精度な微細溝を切削加工できる精密切削装置を提供す
ることにある。
本発明に係る精密切削装置は、上述のごとき従来の技術
的課題を解決し、その目的を達成するために以下のよう
に構成されている。 即ち、シャンクと刃部の間に形成される溝部内にこれら
間に挾まれて装着され、印加電圧に応じて伸縮自在な圧
電素子を有し、且つ上記刃部が切り込み方向へ撓み得る
板ばね構造に形成された微細溝加工用工具と、両端支持
はり構造で、その大略中央に上記微細溝加工用工具を支
持するフレームと、上記微細溝加工用工具の切り込み方
向に垂直な平面内で回転可能な被加工物支持台と、該被
加工物支持台をその回転軸に対称な２箇所の位置で支持
し、該支持台の回転径方向へ平行移動自在な送り手段と
、上記被加工物支持台上に支持されて回転する被加工物
の該回転に伴う面振れを検知すべく、上記微細溝加工用
工具に取り付けられて該被加工物の表面との間のギャッ
プ寸法を計測する変位計とを備え、上記変位計の検出値
に伴って上記圧電素子への印加電圧を制御するように構
成されている。
的課題を解決し、その目的を達成するために以下のよう
に構成されている。 即ち、シャンクと刃部の間に形成される溝部内にこれら
間に挾まれて装着され、印加電圧に応じて伸縮自在な圧
電素子を有し、且つ上記刃部が切り込み方向へ撓み得る
板ばね構造に形成された微細溝加工用工具と、両端支持
はり構造で、その大略中央に上記微細溝加工用工具を支
持するフレームと、上記微細溝加工用工具の切り込み方
向に垂直な平面内で回転可能な被加工物支持台と、該被
加工物支持台をその回転軸に対称な２箇所の位置で支持
し、該支持台の回転径方向へ平行移動自在な送り手段と
、上記被加工物支持台上に支持されて回転する被加工物
の該回転に伴う面振れを検知すべく、上記微細溝加工用
工具に取り付けられて該被加工物の表面との間のギャッ
プ寸法を計測する変位計とを備え、上記変位計の検出値
に伴って上記圧電素子への印加電圧を制御するように構
成されている。
本発明に係る精密切削装置によれば、微細溝加工用工具
が、その圧電素子への印加電圧を制御することによって
、切り込み方向へその刃先の位置を高精度に制御して進
退させる。この微細溝加工用工具を支持するフレームは
、両端支持はり構造で剛性が高く、且つ両端支持はり構
造の大略中央で該工具を支持しているので切削反力によ
る撓みも少なく、微細溝加工用工具による高精度な切り
込み量制御の精度を維持する。 また、切削力を受ける被加工物を支持する側の構造とし
ては、送り手段が被加工物支持台をその回転軸に対称な
２箇所の位置で支持しているので、この送り手段に均等
に作用し、被加工物を安定した状態に支持し微細溝加工
用工具による高精度な切り込み量制御の精度を維持する
。 また、被加工物支持台の回転に伴ってこれに支持された
被加工物にいくらかの面振れが生じたとしても、微細溝
加工用工具に取り付けられている変位計が、その先端部
と被加工物の表面との間のギャップ寸法を計測すること
によって面振れを検知できる。この計測値に基づいて求
められる圧電素子への適正な電圧が印加される。その結
果、被加工物の面振れが生じてもこれを補償して所望の
微小切り込み量が一定して得られる。
が、その圧電素子への印加電圧を制御することによって
、切り込み方向へその刃先の位置を高精度に制御して進
退させる。この微細溝加工用工具を支持するフレームは
、両端支持はり構造で剛性が高く、且つ両端支持はり構
造の大略中央で該工具を支持しているので切削反力によ
る撓みも少なく、微細溝加工用工具による高精度な切り
込み量制御の精度を維持する。 また、切削力を受ける被加工物を支持する側の構造とし
ては、送り手段が被加工物支持台をその回転軸に対称な
２箇所の位置で支持しているので、この送り手段に均等
に作用し、被加工物を安定した状態に支持し微細溝加工
用工具による高精度な切り込み量制御の精度を維持する
。 また、被加工物支持台の回転に伴ってこれに支持された
被加工物にいくらかの面振れが生じたとしても、微細溝
加工用工具に取り付けられている変位計が、その先端部
と被加工物の表面との間のギャップ寸法を計測すること
によって面振れを検知できる。この計測値に基づいて求
められる圧電素子への適正な電圧が印加される。その結
果、被加工物の面振れが生じてもこれを補償して所望の
微小切り込み量が一定して得られる。
以上の説°明より明らかなように、本発明によれば次の
ごとき優れた効果が発揮される。 即ち、工具支持部および被加工物支持部の剛性を高め、
且つ被加工物の回転に伴う面振れを補償できるので、微
細溝加工用工具の切り込み方向への高精度な変位量を忠
実に反映でき、高精度な微細溝加工を実現できる。
ごとき優れた効果が発揮される。 即ち、工具支持部および被加工物支持部の剛性を高め、
且つ被加工物の回転に伴う面振れを補償できるので、微
細溝加工用工具の切り込み方向への高精度な変位量を忠
実に反映でき、高精度な微細溝加工を実現できる。
【実施例】
以下に本発明の好適一実施例について第１図および第２
図を参照して説明する。 第１図は本発明の精密切削装置に係る一実施例において
用いられる微細溝加工用の工具の概略構成を示す側面図
である。微細溝加工用の工具Ｔは、刃部１とシャンク２
との間に溝部３が形成され、シャンク２に対して刃部１
の剛性が独立するように構成されている。則ち、ソリッ
ド構造のシャンり２に対して、刃部１はスリット５が入
れられて板ばね構造にされている。このスリット５は、
図示するように、刃部１の大略中央に形成されて内周下
端面が該刃部１の底面に大略平行であり、且つ溝部３の
底面に大略等しい高さの角穴状に形成された部分５゛と
、この角穴状の部分５′の内周上端面および内周下端面
をそれぞれ刃部１の前方および後方へ延長する位置に隙
１７ｊｆ状に形成された部分５”とからなっており、ち
ょうど角穴状の部分５°と各隙間状の部分５”とのそれ
ぞれの間に２枚の平行板ばねを形成するように構成され
ている。 したがって、刃部１がその板ばね構造によって撓むとき
、刃部！の先端の切刃４が切り込み方向へ変位すること
になる。また、このように板ばね構造は２枚もしくはそ
れ以上の複数枚の板ばねで構成することによって、撓み
時の切刃４の姿勢が傾くのを防止できる。なお、角穴状
の部分５°の４隅および隙間状の部分５“の各先端には
、撓み時の応力集中を防止すべく丸穴状の面取り（角落
とし）部が形成されている。 一方、溝部３内には、シャンク２の前端面と刃部１の後
端面との間に挟持されるように圧電素子である電子セラ
ミックス６が嵌装されている。電子セラミックス６は、
これに印加される電圧に応じて溝部３の幅方向へ伸縮し
、伸長時にはソリッド構造のシャンク２を固定側とし、
板ばね構造の刃部■を押圧して弾性変形させる。このよ
うに構成された工具ζこよる切り込み量制御の分解能と
しては、ヒステリシス特性はあるものの、電圧上昇時に
おいても電圧下降時においても０．０！μ１オーダまで
制御可能である。 第２図は本発明に係る精密切削装置の一実施例を示す斜
視図である。図示するように、エアダンパ１０に支持さ
れて防振構造にされたベース１１の大略中央に、被加工
物である金型素材にッケルーリン鍍金材）Ｗを取付固定
するためのエアスピンドル１２が設けられている。この
エアスピンドル！２にはモータ１３が取り付けられてお
り、このモータ１３によりスピンドルが回転駆動される
。さらにこのエアスピンドル１２は、ベース１１上で互
いに平行且つ同時にスライド移動する１対のエアスライ
ド１４上に取付固定されている。１対のエアスライド１
４は、エアスピンドル１２の回転軸に対して対称な位置
でこのエアスピンドル１２を支持しており、その移動方
向はエアスピンドル１２の径方向に一致している。エア
スライド１４は、リニアスケール（精度０．１μｌ）を
用いているので、一定時間間隔毎のエアスライド１４の
送りムラは±３％以内であり、要求を満足している。 エアスピンドル！２およびエアスライド１４の上方並び
に両側方を囲繞するように、凹型のフレーム１５が設け
られている。この凹型フレーム１５は、その両端でベー
ス１１上に固定して取り付けられる柱部１６と、これら
両柱部１６の項部間に両端支持はり構造で掛は渡されろ
梁部１７とから構成されている。梁部１７の大略中央に
は、上述の微細溝加工用の工具Ｔがその刃先を下方に向
けて設置されており、エアスライド１４がスライド移動
するとき、エアスピンドル１２の回転軸がちょうど工具
Ｔの刃先を通るように工具Ｔの取付位置が設定される。 したがって、切削力および切削反力は、その６力が発生
する点（切削点）に対して対称な構造の各部材によって
支持されるので、各部材の撓みは極力小さく抑えられ、
切削精度を可及的高精度に維持される。 工具Ｔには、そのシャンク２に固定して静電容量型の変
位計（分解能０．Ｏ１μＩＮ）＋８が取り付けられてお
り、切削時には変位計１８の先端と被加工物Ｗの表面と
の間のギャップ寸法が測定されて被加工物Ｗの面振れが
検知される。この検知信号は、図示しない制御手段によ
って演算処理され、面振れの大きさに応じて工具Ｔの刃
部ｌの撓み量を制御すべく電子セラミックス６への印加
電圧が制御される。即ち、ギャップ寸法が小さくなると
その値に応じて印加電圧を下げて電子セラミックス６を
縮長させ、逆にギャップ寸法が大きくなると印加電圧を
上げて電子セラミックス６を伸長させる。このようにし
て、被加工物Ｗの回転に伴う而振れがあっても、これを
吸収しながら一定の切り込み量を維持して切削が行える
。
図を参照して説明する。 第１図は本発明の精密切削装置に係る一実施例において
用いられる微細溝加工用の工具の概略構成を示す側面図
である。微細溝加工用の工具Ｔは、刃部１とシャンク２
との間に溝部３が形成され、シャンク２に対して刃部１
の剛性が独立するように構成されている。則ち、ソリッ
ド構造のシャンり２に対して、刃部１はスリット５が入
れられて板ばね構造にされている。このスリット５は、
図示するように、刃部１の大略中央に形成されて内周下
端面が該刃部１の底面に大略平行であり、且つ溝部３の
底面に大略等しい高さの角穴状に形成された部分５゛と
、この角穴状の部分５′の内周上端面および内周下端面
をそれぞれ刃部１の前方および後方へ延長する位置に隙
１７ｊｆ状に形成された部分５”とからなっており、ち
ょうど角穴状の部分５°と各隙間状の部分５”とのそれ
ぞれの間に２枚の平行板ばねを形成するように構成され
ている。 したがって、刃部１がその板ばね構造によって撓むとき
、刃部！の先端の切刃４が切り込み方向へ変位すること
になる。また、このように板ばね構造は２枚もしくはそ
れ以上の複数枚の板ばねで構成することによって、撓み
時の切刃４の姿勢が傾くのを防止できる。なお、角穴状
の部分５°の４隅および隙間状の部分５“の各先端には
、撓み時の応力集中を防止すべく丸穴状の面取り（角落
とし）部が形成されている。 一方、溝部３内には、シャンク２の前端面と刃部１の後
端面との間に挟持されるように圧電素子である電子セラ
ミックス６が嵌装されている。電子セラミックス６は、
これに印加される電圧に応じて溝部３の幅方向へ伸縮し
、伸長時にはソリッド構造のシャンク２を固定側とし、
板ばね構造の刃部■を押圧して弾性変形させる。このよ
うに構成された工具ζこよる切り込み量制御の分解能と
しては、ヒステリシス特性はあるものの、電圧上昇時に
おいても電圧下降時においても０．０！μ１オーダまで
制御可能である。 第２図は本発明に係る精密切削装置の一実施例を示す斜
視図である。図示するように、エアダンパ１０に支持さ
れて防振構造にされたベース１１の大略中央に、被加工
物である金型素材にッケルーリン鍍金材）Ｗを取付固定
するためのエアスピンドル１２が設けられている。この
エアスピンドル！２にはモータ１３が取り付けられてお
り、このモータ１３によりスピンドルが回転駆動される
。さらにこのエアスピンドル１２は、ベース１１上で互
いに平行且つ同時にスライド移動する１対のエアスライ
ド１４上に取付固定されている。１対のエアスライド１
４は、エアスピンドル１２の回転軸に対して対称な位置
でこのエアスピンドル１２を支持しており、その移動方
向はエアスピンドル１２の径方向に一致している。エア
スライド１４は、リニアスケール（精度０．１μｌ）を
用いているので、一定時間間隔毎のエアスライド１４の
送りムラは±３％以内であり、要求を満足している。 エアスピンドル！２およびエアスライド１４の上方並び
に両側方を囲繞するように、凹型のフレーム１５が設け
られている。この凹型フレーム１５は、その両端でベー
ス１１上に固定して取り付けられる柱部１６と、これら
両柱部１６の項部間に両端支持はり構造で掛は渡されろ
梁部１７とから構成されている。梁部１７の大略中央に
は、上述の微細溝加工用の工具Ｔがその刃先を下方に向
けて設置されており、エアスライド１４がスライド移動
するとき、エアスピンドル１２の回転軸がちょうど工具
Ｔの刃先を通るように工具Ｔの取付位置が設定される。 したがって、切削力および切削反力は、その６力が発生
する点（切削点）に対して対称な構造の各部材によって
支持されるので、各部材の撓みは極力小さく抑えられ、
切削精度を可及的高精度に維持される。 工具Ｔには、そのシャンク２に固定して静電容量型の変
位計（分解能０．Ｏ１μＩＮ）＋８が取り付けられてお
り、切削時には変位計１８の先端と被加工物Ｗの表面と
の間のギャップ寸法が測定されて被加工物Ｗの面振れが
検知される。この検知信号は、図示しない制御手段によ
って演算処理され、面振れの大きさに応じて工具Ｔの刃
部ｌの撓み量を制御すべく電子セラミックス６への印加
電圧が制御される。即ち、ギャップ寸法が小さくなると
その値に応じて印加電圧を下げて電子セラミックス６を
縮長させ、逆にギャップ寸法が大きくなると印加電圧を
上げて電子セラミックス６を伸長させる。このようにし
て、被加工物Ｗの回転に伴う而振れがあっても、これを
吸収しながら一定の切り込み量を維持して切削が行える
。
第１図は本発明の精密切削装置に係る一実施例において
用いられる微細溝加工用の工具の概略構成を示す側面図
、第２図は本発明に係る精密切削装置の一実施例を示す
斜視図である。 ！・・・刃部、２・・・シャンク、３・・・溝部、６・
・・圧電素子としての電子セラミックス、１２・・・被
加工物支持台としてのエアスピンドル、１４・・・送り
手段としてのエアスライド、１５・・・フレーム、Ｉ８
・・・変位計、Ｔ・・・工具
用いられる微細溝加工用の工具の概略構成を示す側面図
、第２図は本発明に係る精密切削装置の一実施例を示す
斜視図である。 ！・・・刃部、２・・・シャンク、３・・・溝部、６・
・・圧電素子としての電子セラミックス、１２・・・被
加工物支持台としてのエアスピンドル、１４・・・送り
手段としてのエアスライド、１５・・・フレーム、Ｉ８
・・・変位計、Ｔ・・・工具
Claims (1)
- （１）、シャンク（２）と刃部（１）の間に形成される
溝部（３）内にこれら間に挾まれて装着され、印加電圧
に応じて伸縮自在な圧電素子（６）を有し、且つ上記刃
部（１）が切り込み方向へ撓み得る板ばね構造に形成さ
れた微細溝加工用工具（Ｔ）と、両端支持はり構造で、
その大略中央に上記微細溝加工用工具（Ｔ）を支持する
フレーム（１５）と、上記微細溝加工用工具（Ｔ）の切
り込み方向に垂直な平面内で回転可能な被加工物支持台
（１２）と、該被加工物支持台（１２）をその回転軸に
対称な２箇所の位置で支持し、該支持台（１２）の回転
径方向へ平行移動自在な送り手段（１４）と、 上記被加工物支持台（１２）上に支持されて回転する被
加工物の該回転に伴う面振れを検知すべく、上記微細溝
加工用工具（Ｔ）に取り付けられて該被加工物の表面と
の間のギャップ寸法を計測する変位計（１８）とを備え
、 上記変位計（１８）の検出値に伴って上記圧電素子（６
）への印加電圧を制御するように構成したことを特徴と
する精密切削装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11330088A JPH01281848A (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 精密切削装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11330088A JPH01281848A (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 精密切削装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01281848A true JPH01281848A (ja) | 1989-11-13 |
Family
ID=14608719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11330088A Pending JPH01281848A (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 精密切削装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01281848A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007058758A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-24 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and a z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
| WO2007058844A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-24 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
| US7395742B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-08 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable movement in a z-direction laterally along a work piece for making microstructures |
| US7487701B2 (en) | 2005-11-15 | 2009-02-10 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable movement at two simultaneously independent speeds in an x-direction into a work piece for making microstructures |
-
1988
- 1988-05-09 JP JP11330088A patent/JPH01281848A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007058758A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-24 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and a z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
| WO2007058844A1 (en) * | 2005-11-15 | 2007-05-24 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
| US7290471B2 (en) | 2005-11-15 | 2007-11-06 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
| US7293487B2 (en) | 2005-11-15 | 2007-11-13 | 3M Innovative Properties Company | Cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and a z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
| US7395741B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-08 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable and independent movement in an x-direction and z-direction into and laterally along a work piece for making microstructures |
| US7395742B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-08 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable movement in a z-direction laterally along a work piece for making microstructures |
| US7398715B2 (en) | 2005-11-15 | 2008-07-15 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable rotation about a y-direction transversely across a work piece for making microstructures |
| US7487701B2 (en) | 2005-11-15 | 2009-02-10 | 3M Innovative Properties Company | Method for using a cutting tool having variable movement at two simultaneously independent speeds in an x-direction into a work piece for making microstructures |
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