JPS6234727A

JPS6234727A - フアインセラミツクスの複合加工法

Info

Publication number: JPS6234727A
Application number: JP4231585A
Authority: JP
Inventors: Nagao Saito; 斉藤　長男; Naotake Mori; 尚武毛利
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1987-02-14

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕ファインセラミックスの二次元もしくは三次元形状の加
工に関するものであり、加工能率を高めろと共に、加工
面のクラック等を除去して、良質の仕上面とする。

〔従来の技術〕

ファインセラミックスの加工は、従来から研削か放電加
工、あるいはレーザー加工に依存していた。研削では平
面、円筒、等の単純形状は加工容易であるが、それ以外
は加工形状に制約が多い。

放電加工は形状の制約は少ないが、導電性の物質以外は
不可能である上、たとえ加工できても強度の低下が著し
い。（第１図）レーザー加工では、２次元形状の切りぬきは可能である
が、クラックを生じやすく、強度の低下が著しい。また
３次元形状の加工は不可能であつたＯ第１図には、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）の放電加工
した試片を抗折力試験を行ない、研削加工した試片との
比較を示す。抗折力が研削加工面の可に低下している。

また放電加工面のあらさを研削で除去すれば、強度が元
に回復することを示す。

文献　新しい電気加工法　昭和５９．１２．２１　　電
気加工学会講習録Ｐ７〜１２゜同様にレーザ加工した場合のセラミックスは、加工され
た表面付近に微細なりランク（割れ）が発生し、これを
良く研削したものにくらべ強度がｖ２程度に低下する事
実があり、上記の放電加工と共に、熱加工の良さと共に
材質面に欠点を与えることを示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

放電加工、レーザー加工による強度低下を防止するため
、上記による予備加工の後を研削と同等の加工面を与え
られる、超音波砥粒加工によって仕上げる方法を提供し
ようとするものである。

従来からも、金属の放電加工面のみがき加工には、手動
の超音波みがき装置が用いられていたが、このような方
法では手間がかかるだけでなく、形状寸法を定める方法
がない。

この発明は、放電加工の可能なニューセラミックスは、
まづ放電加工を行ない、しかるのちに、ＮＣ超音波加工
により自動的に仕上加工を行なう。

放電加工の不可能なものはレーザー加工によ　って２次
元形状を切り抜く。レーザー加工による３次元形状に関
しては、加工深さに応じた等高級掃引加工（第４図）を
行なう。しかる後、Ｎ、Ｃ，超音波加工によって、レー
ザー加工による溶解変形物を微細に破砕しつつ、レーザ
ーの掃引跡を自動的に除去して、目的の３次元形状を得
るものである。

そして形状に関して機械搭載のまま計測を行ない、正規
寸法になる迄修正加工を行なうものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するため、超音波加工機を数値制御化し
て、テーブルＸＹによる同時２軸と２軸の上下動作を自
動化し、工具及び測定具の自動交換を可能としく第５図
）、また、加工に関しては、テーブルにＸＹ及びＸＹＺ
３軸の揺動運動のパターン与えて（第６図）総型工具に
よる超音波揺動加工を行ない（第７図）、また単純形状
工具によって任意軌跡の超音波加工を行ないうるように
した（第８図）。共振のとりにくい放電加工に使用した
電極を振動具として用いる時は、超音波打撃振動法によ
った。（第９図）〔作用〕この発明における超音波加工は、放電加工およびレーザ
ー加工による一度溶解して再凝固した変質層（母材より
は著しく衝撃に弱い）を超音波振動によって容易に破砕
し平滑化する。放電加工、レーザー加工による加工層は
、母材よりも著しく破砕され易い点に放て近似している
。このことを発明者は発見した。この発明事実にもとづ
いて、超音波仕上法を発明した。

すなわち、発明者の実験によれば、 α）セラミックス表面を放電加工したものの表面と、研
削のみ（Ｓ＋Ｃ反応焼結せるもの、通電性あり放電加工
可能）の表面とでは、その後の超音波加工の加工速度が
５倍の差があり、放電加工された加工面の方が早かった
。

（２）Ａｊ２０３　（フルミナ）焼結セラミックスでは
、　　　　□（通電性なく放電加工不能）レーザー加工
によっ　　　　：て掃引加工を行ない、その表面を超音
波加工した　　　ｉものと、研削面を超音波加工したも
のとでは、４　　　　′〜５倍レーザー加工後のものが
早かった。

（３）放電加工、レーザー加工をそれぞれ上部の材料に
行ない、その表面を素材の基準面から、あらさ測定器に
て拡大して計測すると、基準面よりももり上っているこ
とが確認され、−たん溶融して急速に固まったものであ
ることが確かめられ、また、クラックも多いものである
ことがわかった。

この発明では等高線描引加工なる新しいレーザー加工に
よる３次元形状の予備加工法を考え出した◇すなわち、
３次元形状を地図の等高線宅想定し、深い位置は照射密
度を高くとる。照射密度とは、レーザービームを試料表
面を掃引する時のエネルギー密度を照射ピッチで割った
値と定義する。

〔注〕　照射密度＝工卑ルギー密度／照射ピッチ照射密
度が高い程、深い個所まで溶解再凝固の影響は及ぶ。（
単純な比例関係ではないが）第４図に等高級掃引加工の
概念図を示す。ここでは深さを等高級に従って断続的に
とって照射密度を変えているが、等高線間をなだらかに
つなぐように照射密度を変えてもよい。

第２図、第３図、第４図に示すようにした熱射予備加工
を超音波加工装置によって仕上げ加工を行なうのである
。

この時の超音波加工法は、従来から知られているような
単に振動工具を砥粒を水に懸濁したものを注ぎながら加
工するものではない。表面の熱加工部分を除去するだけ
でなく、正確な寸法を得るために、振動工具としては、
正規寸法よりもやや小さい寸法のものを用意し、第６図
に示すような揺動運゛動を与えて加工する。

第５図のＮＣ超音波加工機には、工具と同様に寸法の測
定工具がとりつけられており、時折ＣＮＣの指令によっ
て自動計測を行なう０この値をＣＮＣ内に記憶しである
数値と比較しながら、その許容値に入るまで加工を行な
う。揺動運動を加えた超音波加工は、加工粉の排除がよ
く加工液、砥粒も工具間によく供給されるので、加工速
度も早くなり、形状精度もよくなる。（だれが少ない）
揺動超音波加工法と従来の超音波加工法とを比較すれば
、加工速度において約２倍、加工精度においては、従来
方式では士Ｑ、ｌ　ｎｕｎ程度が限度であったものが±
０．０１ｍｍは得られる。加工途中の計測回数を増加す
ればする程、加工精度は上昇する。

したがって、超音波加工に必要とする総時間を幾つかに
分け、仕上寸法に近づく程、計測頻度を高めるとよい。

たとえば、総加工時間が２０分間ならば、１００分後分
後、２．５分後、１分後、３０秒後と云うように計測の
プログラムを作るのがよい。

この発明で、超音波打撃振動法を開発した。

（第９図）これはたとえば、放電加工に用いた電極積そ
のものを超音波加工に使用したい場合に、超音波振動子
として共振をとるには、電極が大きすぎたり重すぎて不
可能な場合に対する方策である。

これは、発明者が超音波振動の研究中に発見したことに
基づくものであるが、振動させたい物体を振動子とは切
り離した状態で支えておき、その上部を超音波振動子で
叩ぐと、その物体のもっている固有振動数に応じた振動
を行ない、加工上有効な作用を行なう。

〔発明の実施例〕

第１図はセラミックスの放電加工による強度低下と回復
を示す図、第２図は放電加工された導電性性セラミック
スの正面図、第３図はレーザー加工によるくりぬき加工
セラミツケスの斜視図、第４図はレーザー加工による等
高級掃引加工の概念図、第５図は数値制御方式超音波加
工機の構成図、第６図は揺動運動の種類と動作内容を示
す図、第７図は総型工具による超音波加工の状態を示す
動作図、第８図は単純形状工具による任意形状軌跡の超
音波加工の状態を示す動作図、第９図は超音波打撃振動
法の構成図０実施例は、第５図、超音波加工機の動作について述べる
〇ａ）は振動工具、Ｃ）は工具ホーンで振動子（４）の振
巾を固定ホーン（３）を介して拡大する。（３）は固定
ホーンで振巾拡大具でもあり、一般的には直径比に反比
例する。（４）は振動子で磁歪、電歪などがある。

（５）は発振器で振動子（４）の駆動電源、通常１５Ｋ
ＲＺ〜３０ＫＩＩｚを使用。（６）は油圧シリンダで超
音波装置の下上動をする◇（７）は２軸スケールで上下
位置、送りを定める。（８）はＣＮＣ装置でＮＣの揺動
パターンはキーホ゛−ド（９）できめる。２Ｖ２等の輪
郭制御は、紙テープ（１０）等による工具番号、測定工
具番号の動作、測定工具による測定結果は、ＣＮＣ内部
にある規準値と比較され、規準値に入るまで加工はくり
かえされる。（９）はキーホ゛−ドで第６図の揺動パタ
ーンは、これによって指示、例第７図はこのパターン。

（１のは紙テープで輪郭制御、たとえば、第８図の（ｃ
）、Ｏ）、＜６）で示すＯ（１１）は工具自動交換装置
で工具と測定工具よりなる。（１２）、（１３）は工具
で、振動工具ωと交換されるＯ　（１４）は測定工具で
振動工具←）の位置にとりつけられ、（１５）はＸ軸モ
ータ、（１６）はＸ軸位置検出器、（１７）はＹ軸モー
タ、（１８）はＹ軸位置検出器である。

加工例 α）Ａ／ｚ０３（アルミナ）セラミックス３ｍｍ厚みの
ものを、引張試験片用にレーザー加工により外周をくり
ぬいた。加工時間は約１分間、仕上面あらさは１０μｍ
Ｒｍａｘ、これを超音波加工にて第８図（、）のような
工具で切断面を数値制御超音波加工にて加工、その時の
工具は丸い棒の外周にダイヤモンド砥粒を接着したもの
である。加工圧力１００ｇ　。

外周加工時間は５分間。仕上面あらさは１μｍＲｍａｘ
、　　寸法精度±００１ｍｒｎ。

（２）第１図のセラミックス（ＳｉＣ反応焼結）を放電
加工したもの、加工面あらさ５μｍＲｍａｘｏ超音波加
工で３０μｍの深さを除去、加工圧力２００ｇ　　ダイ
ヤモンドを工具に貼りつけたものを使用、仕上面あらさ
１μｍＲｍａｘ、強度は回復した。

（３）レーザー加工により、等高級掃引加工を試みた。

照射密度を変えるため浅い個所は一方向のみに掃引し、
深く加工したい個所はこれに直角に掃引した。（第１０
図）　材料アルミナ焼結体第１Ｏ図の（ａ）のようにレ
ーザー掃引加工をした。（ｃ）のような工具により超音
波加工を行なった。

１）レーザー加工時間　１分２）超音波加工時間　　５分はじのの加工進度は早かったが３分を過ぎると遅くなっ
た。レーザーが到達してぃなかったと考えられ再びレー
ザーを最初と同様に照射。その后を超音波加工を行ない
、目的の形状を得た。

二度目の超音波加工時間は１０分、加工深さ５ｍｍ超音
波周波数１８ＫＨｚ、振巾３ｏμｍ１砥粒グリーンカー
ポランダム＃４００、水に懸濁金属の放電加工、レーザー加工の加工面の改良にもこの
ＮＣ超音波加工方式は有用である。これによって、みが
き作業が３次元形状の複雑な形状で行なうことができる
。

特に金属の放電加工では、放電加工に用いた電極によっ
てみがき作業ができれば極めて有効であり、この方式は
そのことを可能としたものである。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、放電加工やし一ザー加
工によるセラミックスの加工を迅速に行なうと共に、加
工面の改良によって強度低下を防ぐことができる。また
、形状精度の良い加工ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はセラミックスの放電加工による強度低下と回復
を示す図、第２図は放電加工された導電性セラミックス
の正面図、第３図はレーザー加工によるくりぬき加工セ
ラミックスの斜視図、第４図はレーザー加工による等高
級掃引加工の概念図、第５図は数値制御方式超音波加工
機の構成図、第６図は揺動運動の種類と動作内容を示す
図、第７図は総型工具による超音波加工の状態を示す動
作図、第８図は単純形状工具による任意形状を示の超音
波加工の状態を示す動作図、第９図は超音波打撃振動法
の構成図である。図においてα）は振動工具、（２）は工具ホーン、（３
）は固定ホーン、（４）は振動子、（５）は発振器、（
６）は油圧シリンダ、（７）は２軸スケール、（８）は
ＣＮＣ装置、（９）はキーボード、（１０）は紙テープ
、（１１）工具自動交換装置、（１２）　、（１３）は
工具、（１４）は測定工具、（１５）はＸ軸モータ、（
１６）はＸ軸位置検出器、（１７）はＹ軸モータ、（１
８）はＹ軸位置検出器である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ファインセラミックス等の焼結素材に対し、レー
ザ加工または放電加工等の熱加工によって予備加工を行
ない、その後を数値制御された超音波加工によって位置
、圧力等の制御を行ないながら後加工（仕上加工）を行
なうファインセラミックスの複合加工法。
（２）超音波加工による仕上加工において、振動工具と
被加工物間に数値制御によるオフセットを与えうるよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフ
ァインセラミックスの複合加工法。
（３）超音波加工による仕上加工において、放電加工に
用いた電極を振動工具として用いるようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のファインセラミッ
クスの複合加工法。
（４）第１項または第２項の記載において、等高線掃引
加工を行ない３次元形状の予備加工を行なうことを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のファイ
ンセラミックスの複合加工法。