JPS6362659A - 複合振動砥石による精密仕上加工方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は研削砥石を回転させないで低い加工速度に於て
超音波振動と低周波振動を与え一定荷重を作用させて特
にゴム材のような軟質工作物の表面を能率よく精密仕上
加工する方法に関する。

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

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記従来技術のうち、低周波振動のみによる方
法は、金属材料の鏡面加工を対象としたもので金属材料
とその組成を異にする有機材であるゴム材のような軟質
工作物に対してその技術をそのまま適用してもその効果
は全く得られない。すなわち、砥石を金属材料加工面に
加圧してこれを低周波振動させ、各は粒の運動軌跡を交
錯させることによって各砥粒の切削長さを寸断して切削
抵抗を軽減させて切削性を向上させることがゴムのよう
な軟質材に比べて剛性の高い金属材料に対しては可能で
はあるが、ゴムのような軟質材のように弾性に富む材料
に対しては、この技術における程度の切削長さの寸断で
は切削抵抗が減少せず、工作物が弾性変形して逃げてし
まい精密切削１゛ることかできないＯ この砥石を低周波振動の方向と同方向に超音波振動させ
る方法がある。この方法によって各砥粒の切削長さをよ
り細かく寸断することができ切削抵抗が激減してゴムの
ような軟質材の弾性変形を極微少化して精密切削を可能
とする。

しかし、この方法には加工できる工作物の形状に制限が
生ずる。すなわち、この方法は、一様な平面あるいは円
筒外周１人面の仕上加工には適用できるが、キー溝など
の溝加工や底のある穴の大面の仕上加工には使用できな
いという問題点がある。

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

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点に着目してなされたもので砥石に与
える振幅の大きい低周波振動の方向は切削仕上方向と同
方向として、切りくずを極微細化するための超音波振動
の方向を仕上方向と直角方向で、仕上加工面と平行方向
として砥石を重畳振動させ、この砥石に定荷重を与えて
加工形状精度に影響を与えることなく精密仕上加工する
ことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、図示した実施例に基づいて具体的に説明する。第
１図において、超音波振動砥石１を縦超音波振動子３の
振幅を拡大する振幅拡大用ホーン２の先端に取付けた曲
げ超音波振動砥石シャンク９０両端に接着し、工作物７
に対して、矢印８の仕上方向に対して直角方向で、仕上
表面とは平行をなす方向に超音波振動数ｆ、振幅ａ４で
超音波振動させる。超音波振動子３は電わい振動子、磁
わい振動子いずれでもその作用効果は同一である。この
超音波振動砥石を矢印８の仕上方向と同方向に低周波振
動数Ｆ、振幅Ａ５で低周波振動させる。このように仕上
方向と同方向に低周波振動し、仕上方向と直角方向に超
音波振動する砥石に荷重Ｐ６を与え仕上速度ｖ＜２πＡ
Ｆで平面仕上加工する。低周波振動駆動装置としては、
三相誘導電動機を利用した滑り子クランク機構、リンク
機構および空気圧、油圧を利用した装置あるいは電磁振
動、電気油圧振動駆動による装置などを用いることがで
きる。

第２図は穴の本発明による精密仕上方法である。超音波
振動砥石１を縦超音波振動子３の振幅を拡大する振幅拡
大用ホーン２の先端に接着し穴７の軸方向に超音波振動
数ｆ、振幅ａで超音波振動させる。この縦超音波振動系
砥石を振動中心軸を回転中心軸Ｏと一致させて振動数Ｆ
。

振幅Ａで矢印５の仕上方向と同方向に低周波振動させ、
荷重Ｐ６を与え仕上速度Ｖ＜２πＡＦで穴仕上加工する
。

第３図、第４図、第５図、第６図、第７図。

第８図によって本発明が能率的な精密仕上加工を可能と
する理由について説明する。

第３図において、仕上方向および低周波振動方向５をｙ
軸、荷重方向６をＺ軸、超音波振動方向をｙ軸とする。

砥石の変位と時間との関係はｙ　＝　Ａ　ｓｉｎ　ｗｔ
で表わされ、図示のような正弦波曲線１１で表わされる
。今この砥石１に対して工作物７を仕上方向８に一定速
度Ｖで送る。

点Ｏかも振動させたとする。曲線上の点Ｃで砥石の端面
が加工すべき工作物７の側面正１と接触し始め点ｄから
は砥石の振動の方向が仕上方向と同じ方向となり、点ｅ
は仕上速度と振動速度とが等しくなる点でこのｃｄｅＯ
間で砥石振動１サイクルで加工する長さ１Ｔ−Ｖｌｏを
仕上加工する。そしてここから砥石と工作物の側面ＣＥ
とは離れ始め点ｅ以後は振動速度が仕上速度よりも速く
なって最大速度２πＡＦに達する。

点ｉを通過し、点ｆの直前まで離れており、点ｆＶｃお
いて砥石側面と工作物側面Ｃｌ（とが接触し始め曲線上
のｆｇｂで１．ｒ＝７を仕上加工してＣＥに相当するＦ
　Ｈまでを削除する。この砥石に荷重Ｐを与えれば抵抗
ｐ＃／ｃ等しい量だけの切込みＣＥで仕上方向に砥石の
振動−周期ごとにｌＴづつ小刻みに仕上加工していくこ
とができる。このとき、ゴムのような軟質材はわずかな
荷重でも弾性変形して加工すべき加工面が逃げてしまう
ので、この第３図の方法では金属は加工できてもゴムの
ような軟質材は砥石を切込ませて仕上加工することがで
きない。与える荷ｉＰをより軽荷重としても砥石をゴム
のような軟質材に切込ませることができる方法を必要と
する。

そこで、第３図で説明した砥石をさらに超音波振動数ｆ
、振幅ａをもって仕上方向８に対して直角方向で仕上面
と平行方向に超音波振動させる。このときの砥石内の１
つの砥粒点ｐの運動軌跡を実線の曲線１２と点線の曲線
１３で示す。

点ｐは第３図の点０から第３図で説明したようにして振
動を開始する。一方、この点ｐは仕上方向と直角方向に
超音波域の早い周期で振動する。点ｐが超音波振動して
いなければこの点ｐの運動軌跡は直線となる。点Ｃ１点
ｄ１点ｅは第３図の曲線１１上の点Ｃ１点ｄ９点ｅに相
当する。実線１２の点ｅから１Ｔ−ｐ　　の砥石の低周
波振動１ザイクルで仕上方向に切削すべき長さの部分を
切削し始める。点ｅから点ｄに向うに従って低周波振動
の振動速度はゼロに近づく。そして、仕上速度Ｖと超音
波振動速度との関係になるので、点ｐの振動開始点付近
の運動軌跡の山と山との間隔に比べてその間隔が狭く密
となってくる。点ｄを通過して点ｅＶＣ向う過程ではそ
の位相が逆転する運動軌跡となる。これを点線１３で示
す。点ｅで低周波振動による振動１サイクルでの切削長
さを切削し終る。点線１３は実線１２を反転した形とな
る。この両曲線は激しく交叉してその軌跡は長さの短い
微小曲線に寸断される。低周波振動させないと、この超
音波振動軌跡の反転現象はなく寸断されることのない連
続した正弦波振動曲線を示す。この仕上方向の低周波振
動の伺加によって超音波振動軌跡を極微細に寸断するこ
とができる。すなわち、切削長さを極微細に寸断し、切
りくずを極微細にし、切削抵抗を軽減させることができ
る。説明を１つの砥粒によって行ったが実際の砥石作用
面には多数の砥粒が分布しているので、１Ｔｘｌ（砥石
の巾）の切削面積全面を微細な直線群によって細分割化
でき切削抵抗の軽減を実現させることができるようにな
る。これが本発明による仕上機構の特徴である。

砥石車は高速回転させて砥粒１刃あたりの切込みを小さ
くして抵抗を軽減させて精密研削を可能にしているが、
高速回転をさせることができない定荷重方式における砥
石によるゴムのような軟質材に対する能率的な精密研削
法は本発明の振動方向に超音波振動と低周波振動を重畳
複合させて切りくず長さを極微細に寸断して研削抵抗を
軽減させる方法以外にはない。

第５図、第６図、第７図は、本発明の精密仕上機構をさ
らに詳しく説明し、仕上面あらさを平滑にする機構を説
明する図である。第５図は、本発明によって平均加工量
ｔをもってｌＴづつ小刻みに仕上加工している加工状態
を示し、第３図における点ｅ、あるいは点りの加工状態
を示す図である。第３図の点Ｃから加工し始めるに従い
、次第に増大していく加工抵抗の影響を受けて砥石はご
くわずかではあるが仕上面８から離れて加工抵抗と荷重
Ｐとのバランスが保たれる。そしてｌＴを砥石の低周波
振動１サイクルで切削した点ｅあるいは点りで平均加工
量ｔを加工し、第６図のようにして砥石側面は工作物か
ら離れ始める。この間に仕」二面８から突出した部分を
切削して第７図のように砥石作用面全面が仕上面８と接
触するようになる。そして単位面積あたりの法線方向加
圧力が減少し各砥粒は工作物への食込みによる切削作用
はなくなり、工作物表面の微細突起部を８のように平滑
に仕上げる。この仕上げ機構の場合も本発明の低周波振
動の重畳によって超音波振動による運動軌跡の反転機構
によって切削長さを寸断し、切削抵抗を軽減させてゴム
のような軟質材の微小突起部を弾性変形させて逃がすこ
となく均一に精密仕上するのが本発明の特徴である。

次に本発明の実施例について説明する。ゴムの平板にみ
ぞを精密仕上加工する場合を第８図。

第９図によって説明する。

１０ｍ角、厚さ５關のＷＡ≠６０の砥石１を２０１ＥＧ
（ｚ６００Ｗたて振動室わい振動子３の振幅拡大用ホー
ン２の先端にボルトで固定して取付けた曲げ振動砥石シ
ャンク１４０両端に接着する。ホーン２の振動節を取付
板１８で固定する。この取付板１５を加圧装置１６に固
定する。加圧装置は低周波振動駆動装置１７によって矢
印５の方向に低周波振動する振動軸１８に取付けろ。低
周波振動駆動装置は三相誘導電動機１９とベルト加によ
って一定方向に高速回転する振動駆動軸の回転運動を偏
心カムとすべり子クランク機構によって変換し、振動軸
１８を矢印５の方向に最大振動数１００Ｈｚ　、片振幅
０．２ｍｍ程度で振動させる。この装置１７を平削り盤
あるいは形削り盤刃物台２１に矢印８の仕上方向と矢印
５の低周波振動方向とが一致するようにして取付ける。

超音波発振機ｎによって超音波振動子３を励振すれば、
砥石は仕上方向と直角方向に超音波振動数ｆ　−２０Ｋ
Ｈｚ　。

片振幅ａ　＝　４〜１５μｍ程度で超音波振動する。

第９図のようにこの砥石１に加圧力Ｐを矢印６の方向に
工作物７に与え、振動数Ｆ　＝　１００Ｈｚ。

片振幅＆＝０．２ｍｍ程度で低周波振動させ、仕上速度
ｖく２πＡＦの仕上速度Ｖ　＝　０．５〜２Ｖ漬をもっ
て仕上加工することによって本発明による精密平面仕上
加工が実施されゴム材へのみその精密仕上加工が可能と
なる。

本発明の実施において、仕上方向に対する超音波振動方
向および低周波振動方向との関係がそれぞれの振動方向
が多少づれた場合でも、それぞれの主成分が特許請求の
範囲で述べるように仕上方向に対して超音波振動方向に
ついては直角方向であり、低周波振動方向については同
方向となっている場合はすべて本発明に包含される。

（効果） 本発明の実施によって得られる効果について説明する。

第１０図に示すように、−辺が１００ｍｍ　の厚材状の
硬質ゴム材に幅１０　ｍｍの長１００ｍｒｒ＋の金属角
棒がはめこまれ、接着、固定されている。そして基板で
あるゴム材５表面が金属角棒別の表面から０．０３ｍｍ
以内で突出している。これを仕上げて金属角棒の表面よ
り０．０３ｍｍ以内に低く精密仕上加工するときに、本
発明を低周波振動数Ｆ　＝　１００　Ｈｚ　、振幅Ａ　
＝　０．２　ｍｍ　、超音波振動数ｆ　−２０ＫＨｚ　
、　　振幅ａ　＝　１６．７１ｍ　、　１０　ｍｍ角厚
さ５ｍｍの＝＃＝　６００電着ダイヤモンド砥石、仕上
速度２”Ａ。

２　ｇ／ｍｉの極部荷重で実施することによって、４往
復させるだけで各みそを一様に表面粗さ３　ｆｉｍ　Ｒ
ｍａｘ　、平面度３ｆｉｍ７１００ｍｍの加工面精度と
し、端面のだれや変形盛り上りをなくして一様な仕上面
に能率よく精密仕上することに成功した。

本発明を実施することによって仕上速度を遅くして精密
仕上できるので加工面表面および砥石作用面の発熱を皆
無にすることができる。また、加圧力を極小にしてゴム
の精密仕上ができる。加圧するとゴムに吸収させている
油かにじみ出て潤滑作用をして砥粒の切削作用を阻害し
て滑らせて仕上作業が困雛であったような場合などに本
発明は画期的効果を発揮する。

第１図は本発明による平面の仕上加工方法とその特徴を
簡明に示す説明図。

第２図は、本発明による穴の仕上加工方法とその特徴を
簡明に示す説明図。

第３図は、砥石を仕上方向に低周波振動させたときの砥
石の運動軌跡と砥石の振動１サイクルでの仕上加工長さ
ｌＴを示す説明図。

第４図は、砥石を仕上方向と直角方向に超音波振動させ
、仕上方向に低周波振動させたときの砥石のなかの１つ
の砥粒ｐの超音波振動の運動軌跡が反転交錯して切削長
さが寸断され切削抵抗が軽減することを示す説明図。

第５図は、砥石の低周波振動１ザイクルでｌＴの長さを
切削したときの砥石と工作物との位置関係を示す説明図
。

第６図は、砥石の低周波振動１サイクルでＶ＝２πＡＦ
”となってそれ以後、砥石の側面が工作物から離れ始め
、加工面を平滑にしていく過程を示す説明図。

第７図は、第６図につづき、砥石の低周波振動１サイク
ルの時間の経過とともに、砥石作用面全面が工作物の加
工面全面と接触して加工面を平滑に精密仕上することを
示す説明図。

第８図は、本発明を実施する平削り盤を仕上方向と直角
方向から見た側面図。

第９図は本発明に用いるみぞ加工用超音波振動砥石の側
面図。

第１０図は、本発明の実施効果を説明するための本発明
実施前の工作物の上面図と正面図。

第１１図は、本発明の実施後の工作物の正面図である。

１・・・・・・超音波振動ダイヤモンド砥石２・・・・
・・振幅拡大用ホーン ３・・・・・・超音波振動子 ４・・・・・・超音波振動 ５・・・・・・低周波振動 ６・・・・・・加圧力 ｎ・・・・・・超音波発振機 器・・・・・・ゴム素材 第１図 図面の７１・占（内容に変更なし） 第３図 第４図 図面の浄書（内容に変更なし） 第９図 第１０図 一目一 第１１図 手続補正書 昭和６１年１２月８　日 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６１年特許願第２０８５１０号 ２、発明の名称 複合振動砥石による精密仕上加工方法 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　　栃木県宇都宮市南大通り１−４−２０チサンマ
ンション７０１号室 氏名　　　　隈　　部　　淳一部 ４、代理人 住所　　東京都港区新橋２丁目２番５号５、補正指令の
日付 昭和６１年１１月２５日 ６、補正の対象 委任状及び図面 ７、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 仕上用砥石を仕上面と直角方向で仕上表面と平行方向に
   超音波動させ、該仕上用砥石を仕上方向と同方向に低周
   波振動数Ｆ、振巾Ａで低周波振動させ、仕上速度Ｖ＜２
   πＡＦとして該仕上用砥石を加工面に加圧して仕上加工
   する複合振動砥石による精密仕上加工方法。