JP2017177250A - Ultrasonic tool and method for fabrication of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波ツール及びその製作方法に係り、特にセラミックやサファイア、ＣＦＲＰ等の難削材の研削加工に好適な超音波ツールおよびその製作方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic tool and a manufacturing method thereof, and more particularly to an ultrasonic tool suitable for grinding difficult-to-cut materials such as ceramic, sapphire, and CFRP, and a manufacturing method thereof.
セラミックやサファイア、ＣＦＲＰ等の難削材の切削や研削に、超音波ツールを使用することが知られている。例えば、特許文献１では、発生した超音波のエネルギーを有効に利用した、超音波を用いる切削加工が開示されている。その際使用する超音波切削または超音波研削装置は、交換可能な切削用もしくは研削用のロッドと、このロッドを把持するチャックと、回転軸を備えるモータと、チャックとモータの回転軸を接続する伝達軸を有している。さらに、ロッドの先端部とチャックの接触部の間の領域に、超音波トランスデューサを設けている。 It is known to use an ultrasonic tool for cutting and grinding difficult-to-cut materials such as ceramic, sapphire, and CFRP. For example, Patent Document 1 discloses cutting using ultrasonic waves that effectively uses the energy of the generated ultrasonic waves. The ultrasonic cutting or ultrasonic grinding apparatus used at that time connects a replaceable cutting or grinding rod, a chuck for gripping the rod, a motor having a rotating shaft, and the chuck and the rotating shaft of the motor. It has a transmission shaft. Further, an ultrasonic transducer is provided in a region between the tip of the rod and the contact portion of the chuck.
また、ウェーハのような難削材を加工することが、特許文献２に記載されている。この公報に記載の加工方法においては、ウェーハの加工位置に対し、初めにレーザ光線を照射してウェーハ表面を改質し、次いで、超音波振動を砥石に付加しながら、改質されたウェーハの裏面側を研削砥石で研削している。これにより、ウェーハを研削しながら超音波振動による外力を改質層に加えて、改質層を起点とするウェーハの厚さ方向の割れを十分に進行させている。 Patent Document 2 describes that a difficult-to-cut material such as a wafer is processed. In the processing method described in this publication, the wafer surface is first irradiated with a laser beam to modify the wafer surface, and then the ultrasonic wave is applied to the grindstone while applying ultrasonic vibration to the grindstone. The back side is ground with a grinding wheel. As a result, an external force generated by ultrasonic vibration is applied to the modified layer while grinding the wafer, and the crack in the thickness direction of the wafer starting from the modified layer is sufficiently advanced.
上記各特許文献に記載の超音波研削装置に使用可能な研削用砥石の例が、特許文献３に記載されている。この公報に記載の研削用砥石では、発生する廃棄物を少なくすることができるレジノイド砥石を得るために、金属のコアの周りにレジノイド砥石を固着し、金属コアの外周に固着されたレジノイド砥石内に、レジノイド砥石を径方向に補強する円管状の補強リングを設けている。これにより、砥石は消耗品であるが、金属コアを再使用でき、廃棄物が少なくなるとともに、研削中の砥石の飛散を補強リングが低減している。 An example of a grinding wheel that can be used in the ultrasonic grinding apparatus described in each of the above patent documents is described in Patent Document 3. In the grinding wheel described in this publication, in order to obtain a resinoid grindstone that can reduce generated waste, a resinoid grindstone is fixed around a metal core, and the inside of the resinoid grindstone fixed to the outer periphery of the metal core. In addition, a tubular reinforcing ring for reinforcing the resinoid grindstone in the radial direction is provided. Thereby, although the grindstone is a consumable item, the metal core can be reused, the waste is reduced, and the reinforcing ring reduces the scattering of the grindstone during grinding.
ウェーハに代表される難削材の研削では、一般に垂直に配置される研削スピンドルの回転軸を高速で回転させ、回転軸の先端部に取り付けた砥石で加工対象の難削材を加工する。この研削加工においては、回転軸を回転させるとともに、超音波加振手段を用いて、高周波数、例えば、数１０ｋＨｚで、回転軸の軸方向に砥石を加振している。これにより、難削材を損傷することなく、定められた形状に精度高く加工することを可能にしている。 In grinding difficult-to-cut materials represented by wafers, the rotating shaft of a grinding spindle that is generally arranged vertically is rotated at high speed, and the difficult-to-cut material to be processed is processed with a grindstone attached to the tip of the rotating shaft. In this grinding process, the rotating shaft is rotated, and the grindstone is vibrated in the axial direction of the rotating shaft at a high frequency, for example, several tens of kHz, using ultrasonic vibration means. As a result, it is possible to accurately process the determined shape without damaging the difficult-to-cut material.
このように、超音波加工を併用する研削スピンドルでは、使用中は、加工具である砥石に常時高周波の軸方向に繰り返す荷重が、加わっている。そのため、接着剤で砥粒が締結された砥石を用いると、繰り返し荷重による摩擦が砥石内部または砥石と砥石の取付け部材間で発生する。この繰り返し荷重による摩擦は、最終的には摩擦熱となり、発熱部での砥石の微小変形や、砥石の強度の低下を引き起こす。 As described above, in a grinding spindle that uses ultrasonic processing together, during use, a grindstone that is a processing tool is constantly subjected to a load that repeats in the high-frequency axial direction. Therefore, when a grindstone having abrasive grains fastened with an adhesive is used, friction due to repeated load is generated inside the grindstone or between the grindstone and the grindstone mounting member. Friction due to this repeated load eventually becomes frictional heat, causing minute deformation of the grindstone at the heat generating portion and lowering of the strength of the grindstone.
一方、難削材の加工に使用する砥石は、砥粒を樹脂系または軟金属の接着成分に分散させているので、砥石を研削スピンドルの回転軸に取り付ける際に用いる、砥石用金属取付け材に砥石を固定するときは、砥石が軟化または変形するので、ロー付等の金属材料一般で使用可能な高温の加工ができない。そのため、焼成等で形成された砥石を用いたときでも、研削スピンドルの回転軸に、使用中でも安定してしっかりと砥石を保持することが強く求められている。さらに、砥石が樹脂系の接着成分を含むときは、砥石が超音波による繰り返し荷重により発生する摩擦熱で軟化し、研削スピンドルの回転軸への取付け部で隙間を生じて砥石がアンバランスになったり、砥粒を砥石に保持する強度が低下したりして、早期に損耗するので、この改善も求められている。 On the other hand, since the grindstone used for processing difficult-to-cut materials has abrasive grains dispersed in resin-based or soft metal adhesive components, it is a metal mounting material for grindstones used when attaching the grindstone to the rotating shaft of the grinding spindle. When the grindstone is fixed, since the grindstone is softened or deformed, high-temperature processing that can be used in general metal materials such as brazing cannot be performed. Therefore, even when a grindstone formed by firing or the like is used, it is strongly required to hold the grindstone stably and firmly on the rotating shaft of the grinding spindle even during use. In addition, when the grindstone contains a resin-based adhesive component, the grindstone softens due to frictional heat generated by repeated loading with ultrasonic waves, creating a gap in the mounting portion of the grinding spindle to the rotating shaft, and the grindstone becomes unbalanced. In addition, since the strength of holding the abrasive grains on the grindstone decreases and wears out early, this improvement is also demanded.
上記特許文献１では、超音波切削装置に使用する超音波発生装置の出力を効果的に加工具に導くことが記載されている。しかしながら、この公報では、超音波発生装置から加工具に導かれた超音波エネルギーで、加工部そのものが損傷することについては、考慮されていない。なお、被削材が難削材の場合についても、考慮されていない。また、上記特許文献２では、レーザ照射と超音波研削の併用で、分割予定ラインに沿ったウェーハの分割加工が記載されている。この特許文献２でも超音波研削において、研削具である砥石が運転中に超音波による摩擦熱で劣化することについては、考慮されていない。 Patent Document 1 describes that the output of an ultrasonic generator used for an ultrasonic cutting apparatus is effectively guided to a processing tool. However, this publication does not consider that the processed part itself is damaged by the ultrasonic energy guided from the ultrasonic generator to the processing tool. Note that no consideration is given to the case where the work material is a difficult-to-cut material. Further, in Patent Document 2 described above, wafer splitting along a planned split line is described using both laser irradiation and ultrasonic grinding. Also in this patent document 2, in ultrasonic grinding, it does not consider that the grindstone which is a grinding tool deteriorates by the frictional heat by an ultrasonic wave during operation.
さらに、上記特許文献３では、研削用の砥石を、スピンドルの回転軸に取り付けられる鋼製の金属コアと、このコアの外周部に形成した砥石と、砥石を径方向に補強する補強リングとで構成している。しかしながら、この特許文献３でも、砥石の使用中、断続的な超音波振動が樹脂系接着剤の内部で摩擦熱を発生し、接着剤の組成が変化し、接着剤の砥粒保持能力及び金属コアとの接着力が低下することについては、十分には考慮されていない。砥石の接着剤の接着能力が低下すると、最悪の場合には、加工中に砥石が研削スピンドルから脱落する。 Further, in Patent Document 3, a grinding wheel is composed of a steel metal core attached to the rotating shaft of a spindle, a grinding stone formed on the outer periphery of the core, and a reinforcing ring that reinforces the grinding wheel in the radial direction. It is composed. However, even in this Patent Document 3, during the use of the grindstone, intermittent ultrasonic vibration generates frictional heat inside the resin adhesive, the composition of the adhesive changes, and the abrasive holding ability of the adhesive and the metal The decrease in the adhesive strength with the core has not been sufficiently considered. In the worst case, the grindstone falls off the grinding spindle during machining if the adhesive capacity of the grindstone adhesive decreases.
本発明は上記従来の技術の不具合を鑑みなされたものであり、その目的は、高速に回転する研削スピンドルに取り付けられ、超音波振動がスピンドルの回転軸の軸方向に加えられる超音波ツールにおいて、超音波加振により、砥石がスピンドルの回転軸から脱落するのを防止することにある。本発明の他の目的は、上記目的に加え、長寿命で砥石を使用可能にすることにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic tool that is attached to a grinding spindle that rotates at high speed and in which ultrasonic vibration is applied in the axial direction of the rotation axis of the spindle. The object is to prevent the grindstone from falling off the rotating shaft of the spindle by ultrasonic vibration. In addition to the above object, another object of the present invention is to enable the use of a grindstone with a long life.
上記目的を達成するための本発明の特徴は、回転駆動されるスピンドルと、このスピンドルに取り付けられた超音波を発生する手段とを有する超音波加工機の前記スピンドルの先端部に取り付けられ、回転運動しながら、回転運動に直交する方向の超音波振動を受ける超音波ツールにおいて、前記超音波ツールは、金属製のクイルとこのクイルに一端部が嵌合する砥石とから構成され、前記クイルと前記砥石のそれぞれの嵌合部に溝部を形成し、前記溝部を、金属を含む接着剤で接着し、前記接着剤の固化後は前記砥石と前記クイルは分離不可能に形成されていることにある。 In order to achieve the above object, a feature of the present invention is that an ultrasonic processing machine having a spindle driven to rotate and a means for generating ultrasonic waves attached to the spindle is attached to the tip of the spindle and rotated. In the ultrasonic tool that receives ultrasonic vibration in a direction orthogonal to the rotational motion while moving, the ultrasonic tool is composed of a metal quill and a grindstone having one end fitted to the quill, and the quill A groove is formed in each fitting portion of the grindstone, the groove is bonded with an adhesive containing metal, and the grindstone and the quill are formed inseparable after the adhesive is solidified. is there.
そしてこの特徴において、前記クイルは円筒形に構成され、前記クイルの溝部は、前記クイルの内周面に形成されており、前記砥石に形成する溝部は前記砥石の外周面に形成されており、前記クイルの溝部と前記砥石の溝部は、前記砥石と前記クイルの双方を嵌合して軸方向に当接させた時に、対向する位置にあるのが望ましい。また、前記クイルに形成する溝部は、前記クイルの外周面に形成した半径方向貫通穴に連通していてもよく、前記砥石に形成する溝部は、複数条の螺旋溝または円周方向にほぼ等間隔に設けられた複数個所の切り欠きを有しており、前記クイルに形成する溝部は、環状溝または複数条の螺旋溝を有し、前記クイルの溝部と前記砥石の溝部にくさび形状または引っ掛かり形状を形成してもよい。 And in this feature, the quill is configured in a cylindrical shape, the groove portion of the quill is formed on the inner peripheral surface of the quill, and the groove portion formed on the grindstone is formed on the outer peripheral surface of the grindstone, It is desirable that the groove portion of the quill and the groove portion of the grindstone are in positions facing each other when both the grindstone and the quill are fitted and abutted in the axial direction. Moreover, the groove part formed in the said quill may be connected to the radial direction through-hole formed in the outer peripheral surface of the said quill, and the groove part formed in the said grindstone is substantially equal to the spiral groove | channel of multiple strips or the circumferential direction. A plurality of notches provided at intervals are provided, and the groove formed in the quill has an annular groove or a plurality of spiral grooves, and a wedge shape or a hook is formed in the groove portion of the quill and the groove portion of the grindstone. A shape may be formed.
また上記特徴において、前記砥石は、砥粒を結合剤に分散させたメタルボンドで構成されており、前記砥石の溝部はワイヤ放電加工で形成されてもよく、前記砥石は、砥粒をレジンまたはビトリファイド内に分散させて形成されており、前記砥石の溝部は研削加工で形成されてもよい。 In the above feature, the grindstone is made of a metal bond in which abrasive grains are dispersed in a binder, and the groove of the grindstone may be formed by wire electric discharge machining. It is formed by being dispersed in vitrified, and the groove portion of the grindstone may be formed by grinding.
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、超音波加工機に用いる超音波ツールの製作方法であって、砥粒が分散された結合剤液を心金上に施して砥石を成形するステップと、前記砥石がメタルボンドで製作されているときは前記砥石の一方の端部に、周方向にほぼ等ピッチで間隔が置かれた切り落とし、または複数条の螺旋溝をワイヤ放電により加工して溝部を形成するステップと、前記砥石に嵌合する円筒状のクイルの内面に溝加工して溝部を形成するステップと、前記砥石と前記クイルをすきま嵌めして前記砥石を前記クイルに端面で当接するステップと、前記クイルに径方向に貫通して設けた貫通穴を介して、前記砥石と前記クイルの双方に形成した溝部間に接着剤を注入するステップと、前記砥石と前記クイルの双方の溝部間の接着剤を常温で固化させるステップとを含むことにある。そしてこの特徴において、前記砥石と前記クイルの嵌合時には、前記砥石と前記クイルの双方の溝部間の隙間とそれに充填した接着剤を調心に用いて、前記砥石と前記クイルを同心に組み立てるものであってもよい。 Another feature of the present invention that achieves the above object is a method of manufacturing an ultrasonic tool for use in an ultrasonic processing machine, the step of forming a grindstone by applying a binder liquid in which abrasive grains are dispersed on a mandrel When the grindstone is made of a metal bond, one end of the grindstone is cut off at a substantially equal pitch in the circumferential direction, or a plurality of spiral grooves are processed by wire discharge. Forming a groove, forming a groove on the inner surface of a cylindrical quill fitted to the grindstone, and clearance-fitting the grindstone and the quill so that the grindstone touches the quill at the end face. A step of contacting, a step of injecting an adhesive between grooves formed in both of the grindstone and the quill, through a through hole provided in a radial direction through the quill, and both of the grindstone and the quill Adhesion between grooves The lies in comprising the step of solidifying at room temperature. And in this feature, when the grindstone and the quill are fitted, the grindstone and the quill are assembled concentrically using the gap between the grooves of the grindstone and the quill and the adhesive filled therein. It may be.
本発明によれば、超音波ツールにおいて、砥石を研削スピンドルに取り付けるためのクイルの内周面と、砥石の外周面に軸方向に変化する全周または部分周の溝を設けるとともに、砥石とクイル間に金属含有冷間接着剤を用いているので、超音波加振により、砥石がスピンドルの回転軸から脱落するのを防止できる。また金属含有冷間接着剤は、一旦固化すると摩擦熱は接着剤の金属成分を通して伝熱し外部に放熱され、砥石内部の温度上昇が低減され、長寿命で砥石を使用可能になる。 According to the present invention, in an ultrasonic tool, an inner peripheral surface of a quill for attaching a grindstone to a grinding spindle, and an outer peripheral surface of the grindstone are provided with grooves of an entire circumference or a partial circumference that change in the axial direction. Since the metal-containing cold adhesive is used between them, it is possible to prevent the grindstone from falling off the rotating shaft of the spindle by ultrasonic vibration. Further, once the metal-containing cold adhesive is solidified, the frictional heat is transferred through the metal component of the adhesive to be dissipated to the outside, the temperature rise inside the grindstone is reduced, and the grindstone can be used with a long life.
以下、本発明に係る超音波加工機及びそれに用いる超音波ツールについて、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る超音波加工機１００の模式正面図であり、ケース１９の一部を取り去って示した図である。超音波加工機１００は、ツールがスピンドルに取り付けられる、砥石を用いる縦軸の研削装置である。 Hereinafter, an ultrasonic machine according to the present invention and an ultrasonic tool used therefor will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic front view of an ultrasonic processing machine 100 according to the present invention, with a part of a case 19 removed. The ultrasonic processing machine 100 is a vertical axis grinding apparatus using a grindstone in which a tool is attached to a spindle.
超音波加工機１００は、縦軸に延びた形状をしており、上部にはサーボ・ユニット１３で回転を制御されるサーボ・モータ１０が配置されている。サーボ・モータ１０の回転軸１２は、いわゆるスピンドルを構成するスリップリング２４とブースタ３４とコーン本体３８に接続されている。スリップリング２４にはカーボン製のブラシ２２が当接し、ブラシ２２は超音波発生装置３０に接続されている。超音波発生装置３０で発生した超音波加振用信号を、ブラシ２２を介して受け取るために、スリップリング２４は設けられている。スリップリング２４の下方には、超音波振動子３２が設けられている。超音波発生装置３０で発生した超音波加振用信号を、超音波振動子３２で数１０ｋＨｚの超音波振動に変換する。 The ultrasonic processing machine 100 has a shape extending in the vertical axis, and a servo motor 10 whose rotation is controlled by a servo unit 13 is disposed at the upper part. The rotating shaft 12 of the servo motor 10 is connected to a slip ring 24, a booster 34, and a cone body 38 that constitute a so-called spindle. A carbon brush 22 is in contact with the slip ring 24, and the brush 22 is connected to the ultrasonic generator 30. A slip ring 24 is provided in order to receive an ultrasonic vibration signal generated by the ultrasonic generator 30 via the brush 22. An ultrasonic transducer 32 is provided below the slip ring 24. The ultrasonic vibration signal generated by the ultrasonic generator 30 is converted into ultrasonic vibration of several tens of kHz by the ultrasonic vibrator 32.
超音波振動子３２の下部には、超音波振動子３２で生成した超音波振動を受け取るブースタ３４が設けられており、このブースタ３４の下部に設けた先窄まりの円錐型のコーン本体３８を介して、超音波ツール５０に超音波振動が伝達される。回転軸１２の下部に設けたスリップリング２４、ブースタ３４、コーン本体３８の各部品は、連結されて一体化されており、全体として縦に延びた円筒形をしている。そして、その縦方向中間部の２か所で、軸受１６、１７により、ケース１９に回転可能に支承されている。ケース１９は、スリップリング２４、ブースタ３４、及びコーン本体３８の一部を収容する。なお、上部軸受１６からコーン本体３８までは、超音波ホーン４０を構成する。 A booster 34 for receiving the ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 32 is provided below the ultrasonic vibrator 32, and a tapered cone-shaped cone body 38 provided at the lower portion of the booster 34 is provided. Through this, ultrasonic vibration is transmitted to the ultrasonic tool 50. The components of the slip ring 24, the booster 34, and the cone body 38 provided at the lower part of the rotating shaft 12 are connected and integrated, and have a cylindrical shape extending vertically as a whole. And it is rotatably supported by the case 19 by bearings 16 and 17 at two places in the longitudinal intermediate portion. The case 19 accommodates a part of the slip ring 24, the booster 34, and the cone body 38. An ultrasonic horn 40 is configured from the upper bearing 16 to the cone body 38.
このように構成した超音波加工機１００では、初めに、砥石５４とクイル５６が一体化した超音波ツール５０をコーン本体３８の下端部へ、下方から矢印Ｐ方向に取り付ける。次いで、超音波加工機１００を駆動すると、サーボ・ユニット１３がサーボ・モータ１０を回転駆動し、これにより、回転軸１２が図で矢印Ｒに示した方向に回転する。したがって、砥石５４も矢印Ｒ方向に回転する。その際、超音波発生装置３０で発生した超音波信号が、ブラシ２２とスリップリング２４の回転接続を介して、超音波振動子３２に伝達され、超音波加工機１００の軸方向、すなわち回転軸１２の回転方向に直交する方向（Ｚ方向）の超音波振動が生成される。超音波振動子３２で生成した軸方向の超音波振動は、ブースタ３４で増幅されたのち、コーン本体３８で集中されて、最終的にクイル５６を介して砥石５４に伝達される。したがって、砥石５４は、方向Ｒに回転しながら、Ｚ方向に微小振幅の超音波周波数（約数１０ｋＨｚ）で振動する。 In the ultrasonic processing machine 100 configured as described above, first, the ultrasonic tool 50 in which the grindstone 54 and the quill 56 are integrated is attached to the lower end portion of the cone body 38 in the arrow P direction from below. Next, when the ultrasonic machine 100 is driven, the servo unit 13 rotationally drives the servo motor 10, whereby the rotary shaft 12 rotates in the direction indicated by the arrow R in the drawing. Therefore, the grindstone 54 also rotates in the arrow R direction. At that time, an ultrasonic signal generated by the ultrasonic generator 30 is transmitted to the ultrasonic transducer 32 via a rotational connection between the brush 22 and the slip ring 24, and the axial direction of the ultrasonic processing machine 100, that is, the rotational axis. Ultrasonic vibrations in a direction (Z direction) orthogonal to the 12 rotation directions are generated. The axial ultrasonic vibration generated by the ultrasonic vibrator 32 is amplified by the booster 34, concentrated by the cone body 38, and finally transmitted to the grindstone 54 via the quill 56. Accordingly, the grindstone 54 vibrates at an ultrasonic frequency (about several tens of kHz) with a minute amplitude in the Z direction while rotating in the direction R.
超音波加工機１００において、通常の回転運動による研削効果に加え、超音波振動の微小上下動を加えることにより、セラミックやサファイア、ＣＦＲＰ等の難削材を研削しながら切断する等の加工が可能になる。例えば、カバーガラスの面取り加工や、穴加工、トリミング等を、難削材であっても実現できる。 In the ultrasonic processing machine 100, in addition to the grinding effect by normal rotational motion, processing such as cutting while grinding difficult-to-cut materials such as ceramic, sapphire, CFRP, etc. is possible by adding a minute vertical movement of ultrasonic vibration become. For example, chamfering, drilling, trimming, etc. of cover glass can be realized even with difficult-to-cut materials.
超音波加工機１００は、上述の利点を有するが、砥石５４には通常の回転力、回転方向の摩擦力となる研削抵抗の外に、超音波振動子３２で生成したＺ方向、すなわち上下方向動による力が運転中に常時加わる。一方、このような超音波加工機１００に用いる砥石５４は、ファイン加工も可能なものが要求されるので、一般的には、ダイヤモンド等の砥粒を結合剤中に分散させた砥石が用いられる。したがって通常の研削時に砥石５４に働く回転方向の力に付加される、上記超音波による上下方向の力は、砥石５４の負荷の増大となり、砥石寿命の低下や超音波ツールでの強度低下に起因する不具合を発生する恐れがある。特に、クイルと砥石間の保持力が低下すると、砥石は健全であるにもかかわらず、砥石がクイルから脱落する事態が生じる。 Although the ultrasonic processing machine 100 has the above-described advantages, the grinding wheel 54 has a Z direction generated by the ultrasonic vibrator 32, that is, a vertical direction, in addition to a grinding resistance that is a normal rotational force and a frictional force in the rotational direction. Dynamic force is constantly applied during driving. On the other hand, since the grindstone 54 used in such an ultrasonic processing machine 100 is required to be capable of fine machining, a grindstone in which abrasive grains such as diamond are dispersed in a binder is generally used. . Therefore, the vertical force generated by the ultrasonic waves added to the rotational force acting on the grindstone 54 during normal grinding results in an increase in the load on the grindstone 54, resulting in a decrease in the life of the grindstone and a decrease in strength with the ultrasonic tool. May cause malfunctions. In particular, when the holding power between the quill and the grindstone decreases, the grindstone falls off the quill even though the grindstone is healthy.
そこで、砥石５４とクイル５６間の保持力の経年変化による保持力低下を防止する、本発明による超音波ツール５０の一実施例および変形例を、図２以下により説明する。図２は、本発明による超音波ツール５０の一実施例の縦断面図である。図３は、図２に示した超音波ツール５０に用いる砥石５４の一実施例の斜視図である。図４は、図２に示した超音波ツール５０の断面斜視図（ａ）と、それに用いるクイル５６の外観斜視図（ｂ）、縦断面図（ｃ）である。図５は、詳細を後述する固化して形成される接着剤の斜視図である。 Therefore, an embodiment and a modification of the ultrasonic tool 50 according to the present invention, which prevents a decrease in holding force due to secular change in holding force between the grindstone 54 and the quill 56, will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of an embodiment of the ultrasonic tool 50 according to the present invention. FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of the grindstone 54 used in the ultrasonic tool 50 shown in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional perspective view (a) of the ultrasonic tool 50 shown in FIG. 2, an external perspective view (b), and a vertical cross-sectional view (c) of the quill 56 used therefor. FIG. 5 is a perspective view of an adhesive formed by solidification described in detail later.
砥石５４はほぼ円筒形状をしており、内面５４５は砥石成形時には、心金に当接していたので、高精度に円形が保たれている。砥石５４は、単層であってもよいし、同心円筒状の多層に形成されていてもよい。砥石５４の一端部側、すなわち加工側端面５４１とは反対側の端面５４４近くには、図３に示すように周方向４か所に、９０°ピッチで、切り取り面（切り欠き、または切り欠き形状とも称する）である溝部５４３が形成されている。溝部５４３は円周方向に、９０°よりは狭い範囲、好ましくは、４５°〜６０°の範囲で形成されている。 Since the grindstone 54 has a substantially cylindrical shape, and the inner surface 545 is in contact with the mandrel when the grindstone is formed, the circular shape is maintained with high accuracy. The grindstone 54 may be a single layer or may be formed in a concentric cylindrical multilayer. As shown in FIG. 3, at one end portion side of the grindstone 54, that is, near the end surface 544 opposite to the processing side end surface 541, cut surfaces (notches or notches) at 90 ° pitches in four circumferential directions. A groove portion 543 is also formed. The groove portion 543 is formed in the circumferential direction in a range narrower than 90 °, preferably in a range of 45 ° to 60 °.
砥石５４は、砥粒を結合剤に分散させたメタルボンドで構成されたものを好適に用いることができ、この場合は、溝部５４３は、ワイヤ放電加工で形成することが望ましい。また、砥石５４は、砥粒をレジンまたはビトリファイド内に分散させて形成したものも好適に用いることができ、この場合は、溝部５４３は、研削加工で形成することが望ましい。 The grindstone 54 can be suitably made of a metal bond in which abrasive grains are dispersed in a binder, and in this case, the groove 543 is desirably formed by wire electric discharge machining. In addition, the grindstone 54 may be suitably formed by dispersing abrasive grains in a resin or vitrified, and in this case, the groove 543 is desirably formed by grinding.
一方、クイル５６は図４に詳細を示すように、軸方向に延びる円筒状部材である本体部５６２と、この本体部５６２の一方端側に形成された中空の第１、第２の取付け部５６４、５６６を有しており、第１の取付け部５６４の外径は、第２の取付け部５６６の外径より小さい。第２の取付け部５６６の外周面には、周方向に複数個所の面取り５７５が形成されており、レンチ等の工具を用いる際に使用される。 On the other hand, as shown in detail in FIG. 4, the quill 56 has a main body portion 562 that is a cylindrical member extending in the axial direction, and hollow first and second attachment portions formed on one end side of the main body portion 562. , And the outer diameter of the first mounting portion 564 is smaller than the outer diameter of the second mounting portion 566. A plurality of chamfers 575 are formed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the second mounting portion 566 and used when a tool such as a wrench is used.
第２の取付け部５６６から第１の取付け部５６４の軸方向中間部まで、クイル５６の内面側には砥石５４と嵌合するために、嵌合面である第１の内面５６７が形成されている。そして、ほぼ第２の取付け部５６６の内面領域に、第１の内面５６７よりも大径の円周方向に延びる溝部５６９（図２参照）が形成されている。クイル５６の砥石側端面５６１と溝部５６９の間には、段差部５６３を形成する。すなわち、溝部５６９は、砥石側端面５６１までは延びていない。 A first inner surface 567 that is a fitting surface is formed on the inner surface side of the quill 56 from the second mounting portion 566 to the intermediate portion in the axial direction of the first mounting portion 564 in order to fit the grindstone 54. Yes. A groove portion 569 (see FIG. 2) extending in the circumferential direction having a larger diameter than the first inner surface 567 is formed in the inner surface region of the second attachment portion 566. A step 563 is formed between the grindstone side end surface 561 of the quill 56 and the groove 569. That is, the groove 569 does not extend to the grindstone side end surface 561.
次に、このように各々形成した砥石５４がクイル５６に嵌合する部分の外周面と、クイル５６が砥石５４に嵌合する部分の内周面とを、それぞれすきま嵌めになる程度まで同心加工し、互いに嵌合する。嵌合時には、砥石５４の外周面に形成した溝部５４３と、クイル５６の内周面に形成した溝部５６９が対向するように、砥石５４の溝部５４３とクイルの溝部５６９の軸方向位置を予め定めて加工する。 Next, the outer peripheral surface of the portion where the grindstone 54 formed in this way is fitted to the quill 56 and the inner peripheral surface of the portion where the quill 56 is fitted to the grindstone 54 are concentrically processed to such an extent that a clearance fit is achieved. And fit together. At the time of fitting, the axial positions of the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill are predetermined so that the groove portion 543 formed on the outer peripheral surface of the grindstone 54 and the groove portion 569 formed on the inner peripheral surface of the quill 56 face each other. To process.
クイル５６には、周方向複数個所、本実施例では４か所に９０°ピッチで貫通穴５７３が形成されているので、この貫通穴５７３から接着剤６０を注入する。貫通穴５７３は、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９で形成される溝部に連通しているので、接着剤６０は、貫通穴５７３を介して両溝部５４３、５６９間に充填される。接着剤６０の注入後は、室温で接着剤６０を固化させる。 Since the through holes 573 are formed in the quill 56 at a plurality of positions in the circumferential direction, that is, at four positions in the present embodiment at a pitch of 90 °, the adhesive 60 is injected from the through holes 573. Since the through hole 573 communicates with the groove formed by the groove 543 of the grindstone 54 and the groove 569 of the quill 56, the adhesive 60 is filled between the grooves 543 and 569 through the through hole 573. After the injection of the adhesive 60, the adhesive 60 is solidified at room temperature.
固化した接着剤部分のみを取り出して示したのが、図５である。固化した接着剤６０の形状は、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９に対応するリング状の係止・接着部６１０と、それに接続する放射状に延びる９０°ピッチで４個の注入部６１２とからなる。リング状の係止・接着部６１０は、外周面でクイル５６に、内周面で砥石５４に接着するが、リングの内周形状が角部の取れた四角形状であるので、係止・接着部６１０の側面でも砥石５４に接着する。したがって、接着剤６０の砥石接着隙間６１４の形状が、同心円形状の場合に比べて、接着剤６０の側面が抵抗になり、砥石５４の軸方向への脱落をより確実に防止できる。 FIG. 5 shows only the solidified adhesive part taken out. The shape of the solidified adhesive 60 is a ring-shaped locking / bonding portion 610 corresponding to the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill 56, and four injection portions 612 at 90 ° pitches extending radially connected thereto. It consists of. The ring-shaped locking / bonding portion 610 is bonded to the quill 56 on the outer peripheral surface and to the grindstone 54 on the inner peripheral surface, but since the inner peripheral shape of the ring is a quadrangular shape with corners removed, the locking / bonding portion 610 is locked. The side surface of the part 610 is also bonded to the grindstone 54. Therefore, compared with the case where the shape of the grindstone bonding gap 614 of the adhesive 60 is concentric, the side surface of the adhesive 60 becomes resistance, and the falling of the grindstone 54 in the axial direction can be prevented more reliably.
用いる接着剤６０は、例えば、ベロメタルジャパン社から販売されている２液混合系のベロメタル（商品名）のような金属粉を含む接着剤であり、冷間溶接的効果を有する。このような接着剤６０を砥石５４とクイル５６の双方に処理すると、固化後に、内部に含まれる鉄、アルミニウム、チタン、ニッケル等の金属成分が、耐熱性及び接着強度を担保する。 The adhesive 60 to be used is an adhesive containing metal powder such as a two-component mixed Velometal (trade name) sold by Velometal Japan, and has a cold welding effect. When such an adhesive 60 is processed on both the grindstone 54 and the quill 56, after solidification, metal components such as iron, aluminum, titanium, and nickel contained therein ensure heat resistance and adhesive strength.
なお、嵌合時には、砥石５４の端面５４４とクイル５６の端面５６８とが当接するように、砥石５４をクイル５６内に押し込む。また、砥石５４の溝部５４３とクイルの溝部５６９が対向する部分は、接着剤６０が固化後にも空所が形成されない充填部６０４となるよう、必要に応じて嵌合時等に加圧手段を用いて強制的に接着剤６０を注入する。さらに、接着剤６０の充填の不足は、貫通穴５７３内に残る溢れ部６０２でも判断できる。 At the time of fitting, the grindstone 54 is pushed into the quill 56 so that the end surface 544 of the grindstone 54 and the end surface 568 of the quill 56 abut. Further, the portion where the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill face each other is provided with a pressurizing means at the time of fitting or the like as necessary so as to become a filling portion 604 in which no void is formed even after the adhesive 60 is solidified. Used to forcibly inject adhesive 60. Further, the insufficient filling of the adhesive 60 can be determined by the overflow portion 602 remaining in the through hole 573.
上記のように構成した本実施例の超音波ツール５０では、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９間の充填部６０４に充填した接着剤６０が、固化後には砥石５４とクイル５６とを一体化して、分離不可能にする。さらに、接着剤６０が金属粉を含有しているので、超音波振動による微小変位の繰り返し荷重に起因して発生する摩擦熱が、接着剤中の金属粉を介して容易に放熱されるので、接着剤が軟化する例えば３００℃という高温までの温度上昇が防止され、接着剤の強度低下を防止できる。したがって、超音波ツール５０を使用中に、クイル５６から砥石５４が脱落するのを防止できる。また、摩擦熱に起因する接着剤の軟化にともなう砥石の変位もなく、砥石の変位に起因する砥石のアンバランスの発生を防止でき、高速回転する砥石の損傷を防止できる。 In the ultrasonic tool 50 of the present embodiment configured as described above, the adhesive 60 filled in the filling portion 604 between the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill 56 causes the grindstone 54 and quill 56 to be bonded after solidification. Unify it and make it inseparable. Furthermore, since the adhesive 60 contains metal powder, frictional heat generated due to repeated load of minute displacement due to ultrasonic vibration is easily dissipated through the metal powder in the adhesive, An increase in temperature up to a high temperature of, for example, 300 ° C. at which the adhesive softens can be prevented, and a decrease in strength of the adhesive can be prevented. Accordingly, it is possible to prevent the grindstone 54 from dropping from the quill 56 while the ultrasonic tool 50 is in use. Further, there is no displacement of the grindstone due to softening of the adhesive caused by frictional heat, it is possible to prevent occurrence of unbalance of the grindstone due to the displacement of the grindstone, and damage of the grindstone rotating at high speed can be prevented.
また、砥石５４の溝部５４３を周方向全体にわたってではなく、周方向の一部にのみ、ほぼ等ピッチで形成したので、接着剤６０が固化した後は、図５に示すように、接着剤６０が楔として作用して、砥石５４の軸方向の変位を防止し、砥石５４がクイル５６から脱落するのを回避できる。この楔効果を発揮させるためにも、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９は、嵌合時に対向する位置にあることが望ましい。そのため、クイル５６に砥石５４を嵌合させるときは、クイル５６内部の端面５６１に、砥石５４の端面５４４を当接させて、溝部５４３、５６９の軸方向位置を合わせる。なお、砥石５４とクイル５６の嵌合端部には、必ず軸方向に段差部５４８、５６３を設けることで、砥石５４のクイル５６からの抜けを防止できることを、本発明者は確認している。 Further, since the groove portion 543 of the grindstone 54 is formed not in the entire circumferential direction but only in a part in the circumferential direction at an almost equal pitch, after the adhesive 60 is solidified, as shown in FIG. Acts as a wedge to prevent axial displacement of the grindstone 54 and prevent the grindstone 54 from falling off the quill 56. In order to exhibit this wedge effect, it is desirable that the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill 56 be in positions facing each other when fitted. Therefore, when fitting the grindstone 54 to the quill 56, the end surface 544 of the grindstone 54 is brought into contact with the end surface 561 inside the quill 56, and the axial positions of the grooves 543, 569 are aligned. The inventor has confirmed that the stepped portions 548 and 563 are always provided in the axial direction at the fitting end portion of the grindstone 54 and the quill 56 so that the grindstone 54 can be prevented from coming off from the quill 56. .
また、本実施例によれば、処理中の接着剤６０の粘度が高くて、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９間に形成される隙間に、接着剤６０が回り込まない、または一旦塗布した接着剤６０が嵌合動作中に取れて、当該隙間に空隙ができる恐れがあるときに、貫通穴５７３から加圧して接着剤６０を注入し、溢れ部６０２を形成させることが可能になる。これにより、溝部５４３、５６９間の隙間を確実に接着剤で充填した充填部６０４を形成できる。また、固化時に体積を減ずる接着剤を使用する場合には、固化前のペースト状の接着剤溜りとして利用できる。 Further, according to this embodiment, the viscosity of the adhesive 60 being processed is high, and the adhesive 60 does not go into the gap formed between the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill 56, or is once applied. When the adhesive 60 is removed during the fitting operation and there is a possibility that a gap may be formed in the gap, it is possible to form the overflow portion 602 by injecting the adhesive 60 by applying pressure from the through hole 573. . Thereby, the filling part 604 which filled the clearance gap between the groove parts 543 and 569 with the adhesive agent reliably can be formed. Moreover, when using the adhesive which reduces a volume at the time of solidification, it can utilize as a paste-form adhesive reservoir before solidification.
さらに、接着剤６０の量は、注入過程で砥石５４とクイル５６の両溝部５４３、５６９間に形成される隙間に空隙なく充填させる量以上を、注入する。そして、注入時に貫通穴５７３内または貫通穴５７３をあふれ出る溢れ部６０２が生じるようにして、固化しても両溝部５４３、５６９間に空隙が生じる接着欠陥を生じさせないようにする。 Further, the amount of the adhesive 60 is injected more than the amount that fills the gaps formed between the grooves 543 and 569 of the grindstone 54 and the quill 56 without gaps during the injection process. Then, an overflow portion 602 overflowing the inside of the through hole 573 or overflowing the through hole 573 at the time of injection is generated so that an adhesive defect in which a gap is generated between both the groove portions 543 and 569 does not occur even when solidified.
図６に、本発明の超音波ツール５０の他の実施例を示す。図６（ａ）は、超音波ツール５０の縦断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の超音波ツール５０が有するクイル５６の外観斜視図、図６（ｃ）は砥石５４の斜視図である。レンチ等を使用する大径の第２の取付け部５６６先端側に、この第２の取付け部５６６よりは小径の第３の取付け部５８２を設けている。そして、第３の取付け部５８２には、周方向複数個所に、ほぼ等ピッチで、切り欠き状の溝部５６９を形成している。 FIG. 6 shows another embodiment of the ultrasonic tool 50 of the present invention. 6A is a longitudinal sectional view of the ultrasonic tool 50, FIG. 6B is an external perspective view of the quill 56 included in the ultrasonic tool 50 of FIG. 6A, and FIG. 6C is a grindstone. 54 is a perspective view of FIG. A third attachment portion 582 having a smaller diameter than that of the second attachment portion 566 is provided at the distal end side of the large attachment portion 566 using a wrench or the like. In the third attachment portion 582, notched groove portions 569 are formed at approximately equal pitches at a plurality of locations in the circumferential direction.
一方、砥石５４の一端側の外周部には、周方向複数個所に溝部５４３ａを形成する。溝部５４３ａは、周方向には連続させずに間欠的に設ける。砥石５４は、厚さが均一なほぼ円筒状であり、本体部５４６の外面が、クイル５６の第３の取付け部５８２にすきま嵌めされる。その際、砥石５４の端面５４１がクイル５６の第２の取付け部の端面５６１に当接する。当接した時に、クイル５６の溝部５６９が砥石５４の溝部５４３ａに対向するよう、予め位置を定めておく。クイル５６に砥石５４を嵌合後、砥石５４の外周部から接着剤６０を注入する。本実施例の場合には、砥石５４とクイル５６の双方の溝部５６９、５４３ａが形成する溝部間に確実に接着剤６０が充填されるのを、容易に目視で確認できる。また、砥石５４の加工が簡単な形状の加工であり、クイル５６の加工が金属加工であるから、全体の加工に要する時間および組立に要する時間を低減できる。なお、第１の取付け部には、スピンドル等への取付けのため、ネジ部５６２ａが形成されている。 On the other hand, grooves 543a are formed at a plurality of locations in the circumferential direction on the outer peripheral portion on one end side of the grindstone 54. The groove portion 543a is provided intermittently without being continuous in the circumferential direction. The grindstone 54 has a substantially cylindrical shape with a uniform thickness, and the outer surface of the main body 546 is loosely fitted to the third attachment portion 582 of the quill 56. At that time, the end surface 541 of the grindstone 54 contacts the end surface 561 of the second attachment portion of the quill 56. The position is determined in advance so that the groove portion 569 of the quill 56 faces the groove portion 543a of the grindstone 54 when they abut. After fitting the grindstone 54 to the quill 56, the adhesive 60 is injected from the outer periphery of the grindstone 54. In the case of the present embodiment, it can be easily visually confirmed that the adhesive 60 is reliably filled between the groove portions formed by the groove portions 569 and 543a of both the grindstone 54 and the quill 56. Further, since the processing of the grindstone 54 is a simple shape processing and the processing of the quill 56 is a metal processing, the time required for the entire processing and the time required for assembly can be reduced. Note that a screw portion 562a is formed on the first attachment portion for attachment to a spindle or the like.
図７に本発明の超音波ツール５０のさらに他の実施例を示す。本発明が上記各実施例と異なるのは、砥石５４とクイル５６の嵌合部の隙間が、上記各実施例では、ミクロンオーダの微小な隙間であったのに対し、本実施例では相当の隙間を設け、この嵌合部分に予め接着剤を塗布できるようにしたことにある。そのため、嵌合時には、砥石５４とクイル５６の双方の同心を正確にとる必要があるが、各溝部５４３、５６９間に確実に接着剤を充填することで同心を確保するようにする。 FIG. 7 shows still another embodiment of the ultrasonic tool 50 of the present invention. The present invention is different from each of the above embodiments in that the gap between the fitting portion of the grindstone 54 and the quill 56 is a minute gap on the order of microns in each of the above embodiments, but is considerably different in this embodiment. A gap is provided so that an adhesive can be applied to the fitting portion in advance. Therefore, at the time of fitting, it is necessary to accurately set the concentricity of both the grindstone 54 and the quill 56, but the concentricity is ensured by filling the gaps 543 and 569 with certainty.
砥石５４の一端部側、すなわち加工側端面５４１とは反対側の端面５４４近くには、周方向４か所に、９０°ピッチで、切り取り面である溝部５４３が形成されている。溝部５４３は円周方向に、９０°よりは狭い範囲、好ましくは、４５°〜６０°の範囲で形成されている。 On one end portion side of the grindstone 54, that is, near the end surface 544 opposite to the processing side end surface 541, grooves 543 that are cut surfaces are formed at 90 ° pitches at four locations in the circumferential direction. The groove portion 543 is formed in the circumferential direction in a range narrower than 90 °, preferably in a range of 45 ° to 60 °.
クイル５６は、軸方向に延びる円筒状部材である本体部５６２と、この本体部５６２の一方端側に形成された中空の第１、第２の取付け部５６４、５６６を有しており、第１の取付け部５６４の外径は、第２の取付け部５６６の外径より小さい。第２の取付け部５６６の外周面には、周方向に複数個所の面取り５７５が形成されており、レンチ等の工具を用いる際に使用される。 The quill 56 includes a main body portion 562 that is a cylindrical member extending in the axial direction, and hollow first and second attachment portions 564 and 566 formed on one end side of the main body portion 562. The outer diameter of the first mounting portion 564 is smaller than the outer diameter of the second mounting portion 566. A plurality of chamfers 575 are formed in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the second mounting portion 566 and used when a tool such as a wrench is used.
第２の取付け部５６６から第１の取付け部５６４の軸方向中間部まで、クイル５６の内面側には砥石５４と嵌合するために、嵌合面である第１の内面５６７が形成されている。そして、ほぼ第２の取付け部５６６の内面領域に、第１の内面５６７よりも大径の円周方向に延びる溝部５６９が形成されている。クイル５６の砥石側端面５６１と溝部５６９の間には、段差部５６３を形成する。すなわち、溝部５６９は、砥石側端面５６１までは延びていない。 A first inner surface 567 that is a fitting surface is formed on the inner surface side of the quill 56 from the second mounting portion 566 to the intermediate portion in the axial direction of the first mounting portion 564 in order to fit the grindstone 54. Yes. Then, a groove portion 569 having a larger diameter than the first inner surface 567 and extending in the circumferential direction is formed substantially in the inner surface region of the second attachment portion 566. A step 563 is formed between the grindstone side end surface 561 of the quill 56 and the groove 569. That is, the groove 569 does not extend to the grindstone side end surface 561.
次に、このように各々形成した砥石５４がクイル５６に嵌合する部分の外周面と、クイル５６が砥石５４に嵌合する部分の内周面とに、それぞれ接着剤６０を塗布して、互いに嵌合する。嵌合後は、室温で接着剤６０を固化させる。嵌合時には、砥石５４に形成した溝部５４３と、クイル５６に形成した溝部５６９が対向するように、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９の軸方向位置を予め定めて加工する。 Next, the adhesive 60 is applied to the outer peripheral surface of the portion where the grindstone 54 thus formed fits the quill 56 and the inner peripheral surface of the portion where the quill 56 fits the grindstone 54, respectively. Mates with each other. After the fitting, the adhesive 60 is solidified at room temperature. At the time of fitting, the axial positions of the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill 56 are determined in advance so that the groove portion 543 formed in the grindstone 54 and the groove portion 569 formed in the quill 56 face each other.
なお、嵌合時には、砥石５４の端面５４４とクイル５６の端面５６８とが当接するように、砥石５４をクイル５６内に押し込む。また、クイル５６と砥石５４との嵌合部に、接着剤６０が充填されて、クイル５６の端面５６１から接着剤が溢れて溢れ部６０２を形成する程度まで、十分な量の接着剤６０を予め砥石５４とクイル５６の双方に塗布しておく。さらに、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９が対向する部分は、接着剤６０が固化後にも空所が形成されない充填部６０４となるよう、必要に応じて嵌合時等に加圧手段を用いて強制的に接着剤６０を注入する。 At the time of fitting, the grindstone 54 is pushed into the quill 56 so that the end surface 544 of the grindstone 54 and the end surface 568 of the quill 56 abut. In addition, a sufficient amount of the adhesive 60 is added to the extent that the fitting portion between the quill 56 and the grindstone 54 is filled with the adhesive 60 and the adhesive overflows from the end surface 561 of the quill 56 to form an overflow portion 602. Apply to both the grindstone 54 and the quill 56 in advance. Further, the portion where the groove portion 543 of the grindstone 54 and the groove portion 569 of the quill 56 face each other becomes a filling portion 604 in which a void is not formed even after the adhesive 60 is solidified, so that a pressurizing means is used when fitting, if necessary. Is used to forcibly inject the adhesive 60.
図７に示した本発明の超音波ツール５０の変形例を、図８を用いて説明する。図８（ａ）は、超音波ツール５０の部分断面斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の超音波ツール５０が有するクイル５６の外観斜視図、図８（ｃ）はクイル５６の縦断面図である。本変形例が上記実施例と異なるのは、砥石５４が備える溝部５４３とクイル５６が備える溝部５６９を、それぞれ複数条の螺旋溝５３２、５７２から構成したことにある。その他の部分は、上記実施例と同様である。クイル５６の内面５６７に螺旋溝５７２を形成するため、嵌合時の砥石５４の当接面５６８近傍には、逃げ部５７８を形成する。螺旋溝５３２、５７２とすることにより、くさび部の長さが上記実施例よりも長くなり、接着剤６０が硬化した後にさらなる楔効果が期待できる。なお、螺旋溝は複数条、可能ならば３〜４条以上が好ましいが、砥石５４の螺旋溝５３２は長くなりすぎると、砥石５４の強度低下を招く恐れもあるので、それほど長くはしない。なお、クイル５６側だけを螺旋溝とし、砥石５４側は図２に示した切り欠き形状としてもよいことは言うまでもない。 A modification of the ultrasonic tool 50 of the present invention shown in FIG. 7 will be described with reference to FIG. 8A is a partial cross-sectional perspective view of the ultrasonic tool 50, FIG. 8B is an external perspective view of the quill 56 included in the ultrasonic tool 50 of FIG. 8A, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a quill 56. FIG. This modified example is different from the above-described embodiment in that the groove portion 543 provided in the grindstone 54 and the groove portion 569 provided in the quill 56 are configured by a plurality of spiral grooves 532 and 572, respectively. Other parts are the same as in the above embodiment. In order to form the spiral groove 572 on the inner surface 567 of the quill 56, an escape portion 578 is formed in the vicinity of the contact surface 568 of the grindstone 54 when fitted. By using the spiral grooves 532 and 572, the length of the wedge portion becomes longer than that in the above embodiment, and a further wedge effect can be expected after the adhesive 60 is cured. The number of spiral grooves is preferably plural, and preferably 3 to 4 or more. However, if the spiral groove 532 of the grindstone 54 is too long, the strength of the grindstone 54 may be reduced. Needless to say, only the quill 56 side may be a spiral groove, and the grindstone 54 side may have the notch shape shown in FIG.
次に、上記実施例および変形例による超音波ツール５０の製作方法を、図９に示したフローチャートを用いて説明する。初めに円筒状の砥石５４を作成するため、円柱または円筒で形成された心金の表面に、ダイヤモンド等の砥粒が分散された結合剤で所定厚さまで単層または複数層の砥石層を形成し、所定の外径に仕上げる（ステップＳ１１０）。砥粒の結合がメタルボンドか否かを判定（ステップＳ１２０）し、メタルボンドの場合には、ワイヤ放電加工が可能なので、砥石５４の溝部５４３を所定形状（上記において説明した螺旋溝、切り欠き形状等）に加工する（ステップＳ１３０）。ワイヤ放電加工を使用するので、図３に示したような矩形の切り欠き形状や図５に示した螺旋溝等が溝部５４３の加工に適している。結合剤がメタル系ではない場合、例えばレジンやビトリファイドの場合には、ステップＳ１４０に進み、砥石５４の外面に研削加工して、溝部５４３を形成する。 Next, a method for manufacturing the ultrasonic tool 50 according to the above-described embodiments and modifications will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, in order to create a cylindrical grindstone 54, a single or multiple grindstone layer is formed on the surface of a mandrel formed of a cylinder or cylinder up to a predetermined thickness with a binder in which abrasive grains such as diamond are dispersed. Then, it is finished to a predetermined outer diameter (step S110). It is determined whether or not the bonding of the abrasive grains is a metal bond (step S120). In the case of a metal bond, since wire electric discharge machining is possible, the groove portion 543 of the grindstone 54 has a predetermined shape (the spiral groove and the notch described above). To shape or the like) (step S130). Since wire electric discharge machining is used, a rectangular notch shape as shown in FIG. 3 and a spiral groove as shown in FIG. 5 are suitable for machining the groove portion 543. If the binder is not metal, for example, if it is resin or vitrified, the process proceeds to step S140, and the outer surface of the grindstone 54 is ground to form the groove 543.
一方、クイル５６も、ミクロンオーダのすきま嵌めである嵌合部を含めて所定形状に機械加工する（ステップＳ２１０）。クイル５６は鋼製であるから、一般の機械加工が可能である。この加工においては、図６の変形例で示した径方向の貫通穴５７３も加工する。次に、嵌合時に砥石５４に形成する溝部５４３に対向する位置に、内面溝部５６９を加工する（ステップＳ２２０）。なお、このステップＳ２２０は、ステップＳ２１０の加工の前でも、同一工程でもよい。次いで、不要となった口金を再利用のため、取り外す（ステップＳ１５０）。 On the other hand, the quill 56 is also machined into a predetermined shape including a fitting portion which is a micron-order clearance fit (step S210). Since the quill 56 is made of steel, general machining is possible. In this processing, the radial through hole 573 shown in the modification of FIG. 6 is also processed. Next, the inner surface groove portion 569 is processed at a position facing the groove portion 543 formed in the grindstone 54 during fitting (step S220). In addition, this step S220 may be the same process before the process of step S210. Next, the unnecessary base is removed for reuse (step S150).
砥石５４およびクイル５６の双方の嵌合の準備ができたので、砥石５４をクイル５６に嵌合する（ステップＳ３００）。接着剤６０の粘度が高いので、溝部５４３、５６９間の隙間に接着剤６０を十分に回り込ませるため、貫通穴５７３を介して接着剤を加圧注入して、貫通穴５７３内または貫通穴５７３からあふれて溢れ部６０２が形成されるのを確認する（ステップＳ３１０）。 Since both the grindstone 54 and the quill 56 are ready for fitting, the grindstone 54 is fitted to the quill 56 (step S300). Since the viscosity of the adhesive 60 is high, the adhesive 60 is sufficiently injected into the gap between the groove portions 543 and 569 so that the adhesive 60 is injected through the through hole 573, and the inside of the through hole 573 or the through hole 573 is injected. It is confirmed that an overflow portion 602 is formed overflowing from (step S310).
また、砥石５４の溝部５４３とクイル５６の溝部５６９間の隙間及びこの隙間に充填した接着剤６０の粘性等を利用して調心させ、砥石５４とクイル５６を同心させる。同心が取れた状態で、接着剤６０を常温で固化させる（ステップＳ３２０）。数時間経過すると接着剤は固化する。このように嵌合中に接着剤と隙間を利用して、砥石５４とクイル５６を同心させるので、接着剤６０の固化後に、砥石５４の偏心部分を研磨して同心を調整する作業が不要になる。 Further, the grindstone 54 and the quill 56 are concentric with each other by utilizing the gap between the groove 543 of the grindstone 54 and the groove 569 of the quill 56 and the viscosity of the adhesive 60 filled in the gap. With the concentricity, the adhesive 60 is solidified at room temperature (step S320). The adhesive solidifies after several hours. Thus, since the grindstone 54 and the quill 56 are concentric using the adhesive and the gap during the fitting, it is not necessary to polish the eccentric portion of the grindstone 54 and adjust the concentricity after the adhesive 60 is solidified. Become.
上記したように本発明の実施例および変形例によれば、超音波加工機に用いる超音波ツールにおいて、研削用砥石とこの砥石を保持するクイル間の接着剤による結合において、砥石とクイルの双方の嵌合部に溝部を設け、しかも砥石側の溝部が必ずしも周方向には一様でないので、砥石とクイル間に形成される隙間に充填された接着剤が固化した後は、この接着剤が楔効果を発揮して、砥石のクイルからの脱落を防止する。また、接着剤に金属粉を含む接着剤を用いているので、超音波加振により発生する砥石部の微小振動に起因する摩擦熱を効果的に外部に放熱でき、固化した接着剤の温度上昇による強度低下を防止できる。 As described above, according to the embodiment and the modification of the present invention, in the ultrasonic tool used in the ultrasonic processing machine, in the bonding by the adhesive between the grinding wheel and the quill holding the grinding wheel, both the grinding wheel and the quill are used. Since the groove on the side of the grindstone is not necessarily uniform in the circumferential direction, the adhesive filled in the gap formed between the grindstone and the quill is solidified. Demonstrate the wedge effect and prevent the wheel from falling off the quill. In addition, since the adhesive containing metal powder is used, the frictional heat caused by the minute vibrations of the grinding wheel generated by ultrasonic vibration can be effectively radiated to the outside, and the temperature of the solidified adhesive rises. It is possible to prevent the strength from being lowered.
１０…サーボ・モータ、１２…回転軸、１３…サーボ・ユニット、１６、１７…軸受、１９…ケース、２２…ブラシ、２４…スリップリング、３０…超音波発生装置、３２…超音波振動子、３４…ブースタ、３８…コーン本体、４０…超音波ホーン、５０…超音波ツール、５４…砥石、５６…クイル、６０…接着剤、１００…超音波加工機、５３２…螺旋溝、５４１…（加工側）端面、５４３、５４３ａ…溝部、５４４…（嵌合側）端面、５４５…内面、５４６…本体部、５４８…段差部、５６１…（砥石側）端面、５６２…本体部、５６２ａ…ネジ部、５６３…段差部、５６４…（第１の）取付け部、５６６…（第２の）取付け部、５６７…（第１の）内面、５６８…端面（当接面）、５６９…溝部、５７２…螺旋溝、５７３…（径方向）貫通穴、５７５…面取り、５７８…逃げ部、５８２…（第３の）取付け部、６０２…溢れ部、６０４…充填部、６１０…係止・接着部、６１２…注入部、６１４…砥石接着隙間、Ｐ…押し込み方向、Ｒ…回転方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Servo motor, 12 ... Rotary shaft, 13 ... Servo unit, 16, 17 ... Bearing, 19 ... Case, 22 ... Brush, 24 ... Slip ring, 30 ... Ultrasonic generator, 32 ... Ultrasonic transducer, 34 ... Booster, 38 ... Cone body, 40 ... Ultrasonic horn, 50 ... Ultrasonic tool, 54 ... Whetstone, 56 ... Quill, 60 ... Adhesive, 100 ... Ultrasonic machine, 532 ... Helix groove, 541 ... (Processing) Side) end face, 543, 543a ... groove part, 544 ... (fitting side) end face, 545 ... inner face, 546 ... main body part, 548 ... step part, 561 ... (grinding stone side) end face, 562 ... main body part, 562a ... screw part , 563... Step portion, 564... (First) mounting portion, 566... (Second) mounting portion, 567... (First) inner surface, 568. Spiral groove, 573 (radial direction) Through hole, 575 ... Chamfer, 578 ... Escape part, 582 ... (Third) mounting part, 602 ... Overflow part, 604 ... Filling part, 610 ... Locking / adhesion part, 612 ... Injection part, 614 ... Grinding stone adhesion gap , P: pushing direction, R: rotating direction
Claims (8)
前記超音波ツールは、金属製のクイルとこのクイルに一端部が嵌合する砥石とから構成され、前記クイルと前記砥石のそれぞれの嵌合部に溝部を形成し、前記溝部を、金属を含む接着剤で接着し、前記接着剤の固化後は前記砥石と前記クイルは分離不可能に形成されていることを特徴とする超音波ツール。 A rotation driven spindle and a means for generating ultrasonic waves attached to the spindle, attached to the tip of the spindle of the ultrasonic processing machine, and rotating in a direction orthogonal to the rotational movement while rotating. In ultrasonic tools that receive sonic vibrations,
The ultrasonic tool is composed of a metal quill and a grindstone whose one end is fitted to the quill. A groove is formed in each fitting portion of the quill and the grindstone, and the groove includes metal. An ultrasonic tool, wherein the grindstone and the quill are formed so as not to be separated after being bonded with an adhesive and solidifying the adhesive.
砥粒が分散された結合剤液を心金上に施して砥石を成形するステップと、
前記砥石がメタルボンドで製作されているときは前記砥石の一方の端部に、周方向にほぼ等ピッチで間隔が置かれた切り欠き、または複数条の螺旋溝をワイヤ放電により加工して溝部を形成するステップと、
前記砥石に嵌合する円筒状のクイルの内面に溝加工して溝部を形成するステップと、
前記砥石と前記クイルをすきま嵌めして前記砥石を前記クイルに端面で当接するステップと、
前記クイルに径方向に貫通して設けた貫通穴を介して、前記砥石と前記クイルの双方に形成した溝部間に接着剤を注入するステップと、
前記砥石と前記クイルの双方の溝部間の接着剤を常温で固化させるステップとを含む、超音波ツールの製作方法。 A method of manufacturing an ultrasonic tool used in an ultrasonic processing machine,
Applying a binder liquid in which abrasive grains are dispersed on a mandrel to form a grindstone;
When the grindstone is made of a metal bond, a groove portion is formed by processing a notch or a plurality of spiral grooves spaced at substantially equal pitches in the circumferential direction at one end of the grindstone by wire discharge. Forming a step;
Forming grooves on the inner surface of a cylindrical quill fitted to the grindstone; and
A step of loosely fitting the grindstone and the quill and abutting the grindstone on the quill at an end surface;
Injecting an adhesive between the grooves formed in both the grindstone and the quill through a through hole provided through the quill in the radial direction;
And a step of solidifying an adhesive between the grooves of the grindstone and the quill at room temperature.
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