JP3016481B1 - 往復運動型工作機械 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 高速駆動できる往復運動型工作機械、特に加
工能率が高く加工精度の高い高硬度脆性材料切断用工作
機械を提供する。 【解決手段】 工具を固定する遊動体１０が軸方向に離
隔した少なくとも２箇所において遊動体を挟んで線対称
に配設され支持体３０に固定された梁バネなどのバネ部
材２０のそれぞれと連結されて両側から懸張され、励振
機が遊動体を軸方向に励振して、遊動体をほぼ共振振動
数で往復運動させて工具を被工作物に作用させるように
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新しい原理により
加工工具を駆動する新しい往復運動型工作機械に関し、
特にマルチブレードソーとして大口径の高硬度脆性材料
から能率良く薄片を切り出すために使用できる新しい原
理の往復運動型工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】切削、研削、ラップ等、機械的に材料の
除去を行う工作機械は、被加工物に対して砥粒や刃物と
いった工具を接触させた状態で両者を相対移動させるこ
とで接触部分の材料を排除することを基本的な加工原理
としている。

【０００３】被加工物と工具の間で相対移動を行わせる
方法として最も一般的なものは回転運動によるもので、
旋盤、フライス盤、中ぐり盤、平面ラップ盤など殆どの
工作機械に使用されている。このような相対移動法には
回転運動以外に直線往復運動によるものがあり、セーパ
ー、プレーナー、あるいは脆性材料の切断などに用いら
れるマルチブレードソーなどに用いられている。ここで
は、直線往復運動によって加工する工作機械を往復運動
型工作機械、回転運動によるものを回転運動型工作機械
という。

【０００４】往復運動型工作機械は多くの利点を持って
いるにもかかわらず、回転運動型工作機械に比べて普及
しておらず、むしろ淘汰されつつある状況にあるが、そ
の大きな理由は加工能率が低い点にある。類似の用途を
持った往復運動型工作機械と回転運動型工作機械を比較
すると、例えばセーパーとフライス盤におけるように、
加工能率の差は歴然としており、その主な原因は被加工
物と工具の間の平均相対移動速度の差にある。

【０００５】機械的な材料除去加工における加工量は、
被加工物と工具間の切り込みと相対移動速度の積に比例
する。相対移動速度は、回転運動型工作機械では普通毎
分数１００ｍから数１０００ｍであり、最近開発が進ん
でいる高速研削システムでは毎分１００００ｍにもなる
のに対して、往復運動型工作機械では比較的高速なもの
で平均速度毎分数１０ｍ、遅いものでは毎分数ｍにしか
ならない。

【０００６】従来の往復運動型工作機械では、工具と取
り付け部品などからなる移動体を所要の運動方向に直線
案内しながらクランク機構などで強制的に往復運動させ
るようになっている。このような機構では、移動体の相
対速度は移動体のストロークと質量に制約される。従来
の実用レベルの往復運動型工作機械では、高速化の要請
に合わせて移動体を大型化すると慣性が増大するので、
慣性の影響を緩和するため機体は慣性に負けない頑丈な
構造のものとし、動力源も慣性に打ち勝つ大きなものと
し、さらには滑らかな運動を確保するため大きなフライ
ホイールを取り付けるなど、対症療法的対策が積み重ね
られてきた。

【０００７】これら多くの対策を重ねた結果として得ら
れた上限相対移動速度がほぼ毎分５０ｍで、経済的に有
用な価格と大きさを持った実用的な往復運動型工作機械
ではこの値を超えることは困難で、より生産性が高い回
転運動型工作機械に取って代わられる傾向にあった。

【０００８】上記のような機械的に材料の除去を行う工
作機械を適用する対象として高硬度脆性材料の切断加工
がある。電子工業界を中心に高硬度脆性材料の使用量は
増加する傾向にあり、精密切断技術も生産性の向上のた
め大口径原料を処理できるようにする要請がますます高
くなりつつある。これらの精密切断に適用できるものと
して、外周刃切断機、内周刃切断機、マルチワイヤーソ
ーなどの砥粒加工技術が開発されている。

【０００９】外周刃切断機は、一般的に用いられる精密
研削切断手段であり、外周刃（ＯＤブレード）と呼ばれ
る円盤状のブレードを高速回転して使用するので、複数
のブレードを組み合わせたマルチカットが可能で切断能
率は高い。しかし、切断代を小さくするため薄いブレー
ドを用いる上、加工部が自由端であるので実質剛性が低
く、加工面にうねりなどが生じたり切断軌道に曲がりが
発生することがある。

【００１０】内周刃切断機は、内周刃（ＩＤブレード）
と呼ばれる薄いドーナツ状のステンレス製板のブレード
の外周に張力を加え張り上げて使用するので、外周刃を
使用する外周刃切断機に比べブレードの剛性が大きい。
従ってブレードの厚さを薄くすることができ切断精度が
高い。しかし、マルチカットができないため切断性能は
高くない。さらに大口径の工作物を切断する場合にはブ
レードの幅を大きくしなければならないのでブレードの
大径化が避けられず、また内周速度を維持するためにブ
レードの外周速度が非常に大きくなり、装置の大型化は
避けられない。

【００１１】従来、高硬度脆性材料の精密切断には内周
刃切断機が使用されるのが一般的で、材料の直径が大き
くなるにつれて装置の大型化で対応してきた。しかし被
削物が大径化すると内周刃切断機では切断抵抗が大きく
なり過ぎ、また結晶径が２００ｍｍを超えるあたりから
内周刃ブレードの原料である広幅の薄板が入手困難とな
ったため、ランニングコストが高いにもかかわらずマル
チワイヤーソーが使用されるようになってきた。

【００１２】マルチワイヤソーは、材料に押付けられた
ワイヤを往復運動させながら連続して送り込まれる遊離
砥粒を介して結晶を切断するラッピング切断方法で、多
溝ローラ間に多数回巻き付けてある直径１５０μｍ程度
のピアノ線を駆動ドラムで走行させながら砥粒を含んだ
スラリーをかけて切断する方式が採用される。ワイヤの
走行方向は駆動ドラムを周期的に反転して切り替える。
実質的な加工中はワイヤが一方向に運動するので、多溝
ローラにおける溝間隔は小さくでき、切断精度に優れ、
カーフロスも小さい。一方、多溝ローラの溝の摩耗、回
転部への研磨材の侵入、砥粒の消費、ワイヤの断線など
によるランニングコストが高くなりがちである。また、
ワイヤの蛇行によるうねりが発生し平坦性が問題とな
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決
しようとする課題は、高速駆動できる往復運動型工作機
械を提供することであり、特に加工能率が高く加工精度
の高い高硬度脆性材料切断用工作機械を提供することで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の往復運動型工作機械は、工具を固定する遊
動体が軸方向に離隔した少なくとも２箇所において遊動
体を挟んで線対称に配設され支持体に固定されたバネ部
材のそれぞれと連結されて両側から懸張され、励振機が
遊動体を軸方向に励振して、遊動体をほぼ共振振動数で
往復運動させて工具を被工作物に作用させるようにした
ことを特徴とする。

【００１５】本発明の往復運動型工作機械では、遊動体
が共振点を有する振動運動体となる上、遊動体の共振振
動数付近で励振されるので、僅かな力で大きな振幅を持
った往復運動を行う。また、遊動体が両側からバネ部材
で対称的に懸張されているため、遊動体の動軸位置が変
化せず常に軸方向に直線運動を行う。遊動体部分の共振
振動数を適当に設計することにより適切な運動速度に設
定することができ、遊動体に固定された工具は被工作物
に対して十分大きな相対移動速度をもって作用するの
で、高い加工能率を達成することができる。

【００１６】本発明の往復運動型工作機械は、従来の往
復運動型工作機械では到達し得ないような高速相対速度
を達成しながら、振動減衰分と加工仕事相当量の動力を
補給するだけで動作が可能である。本発明により、動力
効率の良い比較的小型の往復運動型工作機械を提供する
ことができる。

【００１７】なお、バネ部材として梁バネを用いてその
中央部を支持体に固定するようにしてもよい。このよう
な梁バネの端部と遊動体を連結すると、梁バネ先端がご
く僅かな変位を生じても遊動体が大きく変位することが
でき、遊動体に固定された工具は容易に大振幅往復運動
を行うことができる。例えば、梁バネと遊動体の間の距
離を５００ｍｍとしたときに、梁バネ先端が４ｍｍ変位
するだけで遊動体を軸方向に６３ｍｍ変位させることが
できる。

【００１８】さらに、梁バネと遊動体を連結するため複
数合わせた薄い金属帯板を使用し、梁バネと遊動体の金
属帯板が当たる部分に適度の曲率を与えるようにするこ
とが好ましい。多層金属帯板は抗張力が大きく板厚方向
の柔軟性が高く板幅方向の剛性が高いので、遊動体を梁
バネの方向に引っ張りながら軸方向に運動させるのに有
効である。また、金属帯板が当たる部分に曲率を持たせ
ることにより金属帯板の寿命を延ばすことができる。

【００１９】なお、バネ部材として、先端が曲がったＪ
字形に形成されていて、この曲がり部が先端に行くにつ
れて徐々に薄くなるようにしたものを使用し、曲がり部
先端を遊動体に連結するようにしてもよい。このような
構造を採用することにより、小型でコンパクトな工作機
械を構成することができる。この構成では、工具のスト
ローク長を大きく取ることは難しいが、実質的なバネ係
数が大きいため振動数を高めることは容易で、工具の実
効的な相対移動速度は十分高くすることができる。

【００２０】往復運動の振動数は共振領域内でかつ共振
振動数より僅かに低い位置に設定することが好ましい。
共振領域内で適当な振幅を持った運動を実現する一方、
振動制御を行う場合に共振振動を超える領域に落ち込ん
で生ずる脱調を防いで安定な運転を確保することができ
る。たとえば、遊動体の振幅をセンサーにより監視し、
振幅が過大になったときには励振機の振動数を減少し、
振幅が小さくなったときには振動数を増加するような自
動制御系を構成することにより、容易に安定した運転を
行うことができる。

【００２１】また、往復動をするアクチュエータを備え
た励振機を使用して、アクチュエータの加振力が加振バ
ネを介して遊動体に伝達されるように構成することがで
きる。機械的に発生する往復動をバネを介して遊動体の
往復動として伝導することにより、より簡単な機構をも
って工具の駆動を行うことができる。なお、アクチュエ
ータのストロークと遊動体の移動長は異なるため、両者
を仲介する媒体としては、長さが変化するバネを用いる
ことが好ましい。

【００２２】特に、回転モータで回転するクランク機構
で構成され、クランク半径を変化させてストローク長が
調整できるようになっている励振機を使用すると、例え
ば起動時にはクランク半径を縮めてストローク長を短く
することにより大きな起動トルクに抗して起動させ、共
振的な運転を行っているときにはクランク半径を長くし
て加振力を抑える代わりにストローク長を大きくして遊
動体の往復運動を維持促進するようにすることができ
る。

【００２３】なお、加振機として、電磁石により構成さ
れ加振力が電磁力により遊動体に伝達されるようにする
ことも可能である。電磁加振機を用いれば、電磁石の励
磁周波数は容易に調整することができる上、電磁力は非
接触で伝達できるので、機械装置の設計や運転が容易に
なる。

【００２４】本発明の往復運動型工作機械は、金属帯板
にダイアモンド粒を電着した電着ダイアモンド砥石を等
間隔に多数並べて工具とすることにより、マルチブレー
ドソーとして使用することができる。マルチブレードソ
ーとして構成された本願発明の往復運動型工作機械は、
金属帯板を十分な張力を加えて張り上げて内周刃切断機
の内周刃に近い高剛性を持たせることができるので、マ
ルチワイヤソーのように切断軌道が変化することも無く
切断精度を高くすることができる。しかも十分な相対移
動速度を持った往復動により被加工物に作用するので、
切断能率の高い加工を達成することができる。

【００２５】また、本発明の往復運動型工作機械は、マ
ルチブレードソーに限らず適用する工具を選択すること
により各種工作に使用することができ、たとえば、砥石
を工具として平面研削を行うために用いることもでき
る。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の往復運動型工作機械は、
図１の動作原理説明図に示すように、工具を固定した遊
動体１を弾性体２で支持して直線案内３に沿った直線上
で振動するようにし、遊動体１に共振点付近の振動数を
有する加振力４を加えて共振的運動をさせることによ
り、工具と被加工物の間の相対移動速度を高速化して工
作能率を向上させたものである。なお、本発明の往復運
動型工作機械は、工具部分が持続的な振動運動をするの
で、僅かな動力を加えて加工仕事相当のエネルギーと振
動系の減衰で消費されるエネルギーを補給するだけで運
転することができる。

【００２７】以下、図面を参照して本発明の詳細を実施
例に基づいて説明する。図２は本発明の往復運動型工作
機械の第１の実施例における基本構造を示す一部切り欠
き斜視図、図３は遊動体の振動状態を示す模式図、図４
は遊動体の周波数応答特性を表すグラフ、図５は本実施
例に使用する金属帯板の固定方法を示す部分断面図、図
６は第２の実施例を表した一部切り欠き斜視図、図７は
第２実施例に使用する励振機の一部を示す部分断面図、
図８は第２実施例に使用する励振機の歯車構成図、図９
は第３の実施例における基本構造を示す一部切り欠き斜
視図である。

【００２８】

【実施例１】本実施例の往復運動型工作機械は、工具を
固定した遊動体１０を中央部に配設し、遊動体１０の運
動軸を挟んで対称の位置に平行に１対の梁バネ２０を配
設してある。梁バネ２０は遊動体１０の長さとほぼ同じ
長さを持ち、それぞれほぼ中央で固定部３１に固定され
ており、固定部３１は中間フレーム３０に固定されてい
る。梁バネ２０の端部と遊動体１０の端部は薄い金属帯
板２１で連結されていて、全体がほぼ長方形になってい
る。金属帯板２１に張力を与えるため固定部３１を外側
に引張って梁バネ２０に適当な変位を与えてから固定す
る。

【００２９】遊動体１０は、端に加振バネ４１を介して
加振機４０が接続されていて、２個の梁バネ２０の中間
位置で往復運動をする。遊動体１０が対称の位置にある
１対の梁バネ２０に等長の金属帯板２１で支持されるた
め、遊動体１０は梁バネ２０の中間位置から外れること
なく常に中心軸に沿って直線運動を行う。

【００３０】遊動体１０が軸方向に変位すると、図３に
示したように、平衡位置からずれる距離に応じて金属帯
板２１に引張られる形で梁バネ２０が内側に撓んでバネ
作用を呈し、遊動体１０を平衡状態に戻そうとする力を
生ずる。したがって、遊動体１０の質量と梁バネ２０の
バネ係数を用い運動方程式を解くことにより、共振振動
数や運動速度など、運動の諸元を容易に求めることがで
きる。図４は、共振振動数が１４．２Ｈｚになるように
選んだ遊動体１０について周波数毎の変位量を表したグ
ラフである。

【００３１】実際の運転は、たとえば所定の振幅を維持
するように励振振動数を調整するような自動制御により
運転される。このような自動制御系において、工作状態
が十分制御できて脱調しないようにするため、例えば図
４の場合における１５Ｈｚ近傍など、共振振動数より僅
かに低い振動数領域で行われる。なお、遊動体の振動数
を測定して信号帰還するなど、運転指標を適当に選択す
することにより、共振振動数より高い振動数における運
転も可能になることはいうまでもない。本実施例の往復
運動型工作機械では、工具が遊動体１０の往復運動に従
って高速走行するので、被加工物を工具に当てると能率
の良い加工が行える。

【００３２】また、この梁バネ機構は、梁バネ２０の先
端が僅かに変位するだけで遊動体１０を大きく変位させ
るので、遊動体１０の振動運動の振幅を十分大きくとる
ことができる。たとえば、金属帯板２１の長さＬを５０
０ｍｍとすると、遊動体１０の軸方向変位ｄ２が６３ｍ
ｍあっても梁バネ２０の先端の変位ｄ１は４．０ｍｍに
しかならない。

【００３３】なお、金属帯板２１は遊動体１０の運動に
つれて板厚方向に屈曲運動をするので、固定端付近で鋭
利な角度を持った部材に接触するようになっていると繰
り返しかかる曲げ応力が限度を超えて破損する場合があ
る。そこで、図５に示すように、梁バネ２０の先端の金
属帯板２１が当たる部分２２と遊動体１０において金属
帯板２１が当接する面１１，１２を滑らかな曲面に仕上
げ、遊動体１０が振動しても鋭角稜線に接触しないよう
にして応力集中を避け、破損しにくくしている。

【００３４】また、金属帯板２１の引張り応力が大きく
て断面積を大きくする必要がある場合には、金属帯板２
１の曲げ応力を緩和するため複数の帯板を重ねて使用す
ることが好ましい。なお、金属帯板２１は固定具２３に
より梁バネ２０に固定され、図示しない固定機構により
遊動体１０に固定されている。これら金属帯板２１の固
定位置では、遊動体１０の振動に伴う影響は緩和されて
応力変化が起こりにくい。

【００３５】遊動体１０が適当な共振振動数を持った往
復運動を行うように構成して、加振機４０で共振振動数
に近い振動数を以て励振すると、遊動体１０に共振状態
に近い大振幅距離と高い振動数をもった直線往復運動を
行わせることができる。したがって、遊動体１０に固定
された工具は被工作物に対して十分大きな相対移動速度
をもって作用するので、高い加工能率を達成することが
できる。

【００３６】なお、工具を保持して振動する遊動体１０
がやや複雑な構造を持っている場合には、往復動の振動
数をあまり大きくすると内部に共振が発生したりして正
常な動作が困難になることがある。そこで、運転時の振
動数を１４Ｈｚ前後に抑えようとすると、平均相対速度
を毎分２００ｍ程度にするには、遊動体１０の振幅を１
３０ｍｍ程度にする必要がある。このとき遊動体１０の
質量をたとえば６０ｋｇとすると、共振条件から必要な
バネ常数は４８ｋｇ／ｍｍとかなり大きなものとなる。

【００３７】そこで、通常のコイルバネを使ってこのよ
うな大きなバネ常数と大きな振幅を確保しようとする
と、バネの大型化大重量化が避けられず、さらにこの重
量が見かけ上遊動体質量の増加に繋がるため、現実的な
装置を得ることは容易でない。また、固定部に板バネで
垂下するようにすると、バネの大型化による困難に加え
て、遊動体がシーソー運動するため工具の作用深さが変
化して精密加工ができない欠点がある。本実施例では、
上述の通りバネ構造として梁バネを利用したため、簡単
な軽量構造でありながら強力なバネ常数と大振幅運動を
実現することができた。

【００３８】

【実施例２】本実施例の往復運動型工作機械は、第１実
施例の構造で、工具としてマルチブレードを使用し、大
径の高硬度脆性材料の薄片を精密に切り出すために使用
することができる高能率切断機である。以下、図６に基
づき、本実施例の往復運動型工作機械を説明する。図で
は、既に説明した構成要素と同じ機能を有する要素には
同じ参照番号を付して、説明の重複を避けた。

【００３９】遊動体１０は、刃物部分１３と、刃物に必
要な張力を与えるためのレバー装置１４，１５とテンシ
ョンロッド１６と、主に圧縮応力により全体を支持する
金属管体１７を備えて、レバー装置１４に接続した加振
バネ４１を介して加振機４０により励振されて、直線案
内１８に沿って運動するようになっている。刃物１３
は、例えば、厚さ１００μｍ幅２５ｍｍの鋼板にダイヤ
モンド砥粒を電着したものを６０枚使用したマルチブレ
ードで、十分な張力を与えるようにテンションロッド１
６により引張って、レバー装置１４，１５の間に支持し
た。レバー装置１４，１５は金属管体１７により支持さ
れている。

【００４０】遊動体１０の重量は加振バネ２０等の影響
分を加えて実質６０ｋｇ程度とした。刃物１３の有効長
は９３０ｍｍとし、直径３００ｍｍの被加工物を切断で
きるようにした。被削材の径と比較して刃物の有効長が
長いので、刃物の振動ストロークに加えて、被削材を刃
物に対してワーク幅分ゆっくりと往復動させて研削屑を
排出することができ、さらに若干の余裕がある。

【００４１】梁バネ２０は幅２８０ｍｍ厚さ７６ｍｍ、
固定部３１からの梁長６００ｍｍでバネ応力があまり大
きくならないようなバネを選択した。また、金属帯板２
１は幅２８０ｍｍ厚さ０．３ｍｍの板を５枚重ねて用
い、梁バネ２０と遊動体１０の間の長さを５００ｍｍと
し、遊動体１０のストロークが１３０．６ｍｍとなるよ
うにした。運転時の振動数を１４．２Ｈｚとすると、マ
ルチブレード１３の平均移動速度は２２３ｍ／ｍｉｎ、
最大移動速度は３５０ｍ／ｍｉｎとなる。

【００４２】さらに図７と図８を参照すると、加振機４
０の回転盤４３には、アーム４４が偏心位置にクランク
ピン４５を介して取り付けられていて、回転盤４３の回
転に伴いブロック４２を遊動体１０の軸方向にピストン
運動させ、その動きをコイル状の加振バネ４１を介して
遊動体１０に伝達する。

【００４３】ブロック４２の往復運動振幅と遊動体１０
の振幅は一致しないので、加振バネ４１によりその差異
を吸収して遊動体１０が共振振動することを許すように
なっている。具体的には、クランク機構中のピストン４
２の位置と遊動体１０の端部の位置によって決まる加振
バネ４１の撓みの変化が加振力として遊動体１０に加わ
るため、遊動体１０が振動運動をする。

【００４４】回転盤４３は、加振動力モータ５０の回転
軸に仕込まれた平歯車５１により回転する。加振動力モ
ータ５０は加振動力を付加するモータで、主に共振点付
近で回転数を調整する必要からサーボモータが使われ
る。工作機械の始動時には大きな起動トルクが必要なた
めクランク半径を小さくすることで所要トルクを小さく
し、定常運転時には切り込み速度との関係で所定の相対
速度が必要なのでクランク半径を増加して工具の作用速
度を増加させる。

【００４５】クランク半径の変更調整は工作機械の作動
中に行う必要がある。本実施例におけるクランク半径調
整は、差動減速機を用いたもので、加振動力モータ５０
の軸に取り付けた平歯車５１，５２により回転盤４３と
共に差動減速機のフランジ５３を回転させる。フランジ
５３はケーシング５６に軸支された遊星歯車５７を介し
てかさ歯車４７を回転盤４３と同じ速度で回転させる。
アーム４４はクランクピン４５の回転半径に基づいたス
トロークでブロック４２を往復運動させる。

【００４６】差動減速機のケーシング５６の外周には歯
車が切ってあってクランク半径調整モータ５４の回転軸
に固定された平歯車５５が係合するようになっている。
クランク半径調整モータ５４を駆動するとケーシング５
６が回転し遊星歯車５７が周回するため、かさ歯車４７
と回転盤４３の回転速度に差異が生じるので、送りネジ
４８が回転する。送りネジ４８が軸周りに回転するとク
ランクピン４５が径方向に移動しクランク半径が変化す
る。

【００４７】このようにして、遊動体１０に加振動力を
印加している最中であっても、クランク半径を調整して
加振ストロークひいては加振力を連続的に変化させるこ
とができる。なお、送りネジ４８は中点を挟んで互いに
逆方向のネジが切られていて、クランクピン４５に対し
てほぼ対称の位置にマスバランス４６を係合させてある
ので、クランク半径を調整するために送りネジ４８を回
転させると自動的に負荷がバランスして偏心力を減少さ
せることができる。

【００４８】なお、本実施例の往復運動型工作機械は定
置フレーム３２を備え、梁バネ２０と加振装置４０を固
定した中間フレーム３０をこの定置フレーム３２から板
バネ３３を介して吊り下げて、装置全体の振動を抑える
ようにした。また、刃物１３の下に被加工物を載置する
台を配設して、刃物１３に対してほぼ一定の速度で上昇
させていくことで、加工に必要な切り込みを与えるよう
にする。このような定寸切り込みでなく、一定の圧力を
印加するようにした定圧切り込みを行うようにしても良
い。なお、図示しないが、クーラントなど、研削加工液
の供給システムを付属している。

【００４９】また必要に応じて、工作機械の振動を抑え
て精密研削を可能とするため、１対の遊動体を備え２台
の遊動体を互いに反対方向に駆動する構造として、遊動
体の反力を相殺するようにしても良い。この場合、２台
のユニットを同期させる方法として、機械的に互いを連
結する方法や動力源をサーボモータとして電気的に同期
を採る方法などがあるが、電気的同期方法を採用すると
安価で運転が容易な装置となる。

【００５０】本実施例の往復運動型工作機械は、電着ダ
イヤモンド砥石を多数平行して強い張力で展張して高い
相対速度で切断するので、高硬度脆性材料の切り出しに
適用すると、一度に多数の薄片を高速で切り出す上、加
工表面のうねりが少なくカーフロスが少ない、精密で高
能率な加工ができる。

【００５１】

【実施例３】本実施例の往復運動型工作機械は、図９に
示すように、第１実施例の作動原理を用い、遊動体を支
持する弾性体の構造を変更して簡単化すると共に、やや
高振動数で使用するようにしたより小型の工作機械で、
具体例として遊動体の下面に砥石を取り付けた往復運動
型研削盤として示したものである。本実施例の説明で
は、既に説明した構成要素と同じ機能を有する要素には
同じ参照番号を付して、説明の重複を避けた。

【００５２】砥石を下面に固定した遊動体１０は、遊動
体１０を挟んで対称的に配置された板バネ２５の先端部
２６に両端が連結されて直線往復運動を行うように支持
されている。板バネ２５は先端が曲がったＪ字形に形成
されていて、この曲がり部が先端に行くにつれて徐々に
薄くなっていて容易に撓むため、４方から先端部２６に
結合して支持された遊動体１０は中心軸に沿って直線運
動する。板バネ２５は中間フレーム３０に固定された固
定部３１に把持されて、それぞれ遊動体１０を外側に引
張って運動系にバネ作用を及ぼす。

【００５３】このような板バネ構造では、遊動体１０の
振動ストロークは大きくしにくいが、第１実施例で用い
られた梁バネ構造よりバネ常数を大きくすることができ
る。したがって、遊動体１０を高い振動数で振動させる
ようにして単位時間当たりの材料除去量を維持すること
により、小型でコンパクトな工作機械を構成することが
できる。例えば、振動数が１００Ｈｚ以上になるように
遊動体１０を構成すれば、ストローク長が１０ｍｍ程度
であっても十分実用に耐える。このような構成は、工作
機械がよりコンパクトになり好ましい。

【００５４】図９の遊動体１０の下面に砥石を取り付け
ることにより、平面研削に利用する往復研削盤を構成す
ることができる。この研削盤は、工具の振動方向に対し
て垂直な方向にワークを送ることができるため、回転運
動型工作機とは違った独特な使い回しが可能となる。た
とえば、数１００ｍｍの長い工具を使用して幅数１００
ｍｍの加工物の表面を１度で仕上げるようにすることが
できる。なお、小型の工具を複数台並べて使用しても良
い。

【００５５】なお、上記各実施例において、被削物に作
用する領域の両端に内側に窪みを有する案内壁を形成
し、往復動する帯状の砥石を１枚ずつこの案内壁で挟
み、ここに加圧した研削液を供給して壁面と帯状砥石の
間に静圧を維持する静圧直動軸受けを構成することによ
り、加工中に帯状砥石が円滑に往復動しかつ厚さ方向に
ぶれないようにして、精度の高い研削加工を行うことが
できる。帯状砥石が多数連接されたマルチブレードを用
いるときは、ブレードの数だけ案内溝が形成された案内
壁を用いる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、高
速駆動できる各種往復運動型工作機械を形成することが
でき、特に加工能率が高く加工精度の高い高硬度脆性材
料切断用工作機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の往復運動型工作機械の動作原理を示す
説明図である。

【図２】本発明の往復運動型工作機械の１実施例におけ
る基本構造を示す一部切り欠き斜視図である。

【図３】本実施例における遊動体の振動状態を示す模式
図である。

【図４】本実施例における遊動体の周波数応答特性を表
すグラフである。

【図５】本実施例に用いられる金属帯板の固定方法を示
す部分断面図である。

【図６】本発明の往復運動型工作機械の第２実施例を示
す一部切り欠き斜視図である。

【図７】第２実施例に使用する励振機の一部を示す部分
断面図である。

【図８】第２実施例に使用する励振機の歯車構成図であ
る。

【図９】本発明の往復運動型工作機械の第３実施例にお
ける基本構造を示す一部切り欠き斜視図である。

【符号の説明】

１ 遊動体 ２ 弾性体 ３ 直線案内 ４ 加振力 １０ 遊動体 １１，１２ 当接面 １３ 刃物 １４，１５ レバー装置 １６ テンションロッド １７ 金属管体 １８ 直線案内 ２０ 梁バネ ２１ 金属帯板 ２２ 当接面 ２３ 固定具 ２５ 板バネ ２６ バネ先端部 ３０ 中間フレーム ３１ 固定部 ３２ 定置フレーム ３３ 板バネ ４０ 加振機 ４１ 加振バネ ４２ ブロック ４３ 回転盤 ４４ アーム ４５ クランクピン ４６ マスバランス ４７ かさ歯車 ４８ 送りネジ ５０ 加振動力モータ ５１，５２、５５ 平歯車 ５３ フランジ ５４ クランク半径調整モータ ５６ ケーシング ５７ 遊星歯車

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を固定する遊動体と所定数のバネ部
   材と支持体と励振機を備え、該遊動体の軸方向に離隔し
   た少なくとも２箇所で該遊動体を挟んで線対称に配設さ
   れた前記バネ部材のそれぞれと連結されており、該バネ
   部材が前記支持体に固定され前記遊動体を両側から懸張
   し、前記励振機が該遊動体を軸方向に励振して、該遊動
   体をほぼ共振振動数で往復運動させて前記工具を被工作
   物に作用させるようにしたことを特徴とする往復運動型
   工作機械。
2. 【請求項２】 前記バネ部材が中央部を前記支持体に固
   定した梁バネであることを特徴とする請求項１記載の往
   復運動型工作機械。
3. 【請求項３】 前記梁バネと前記遊動体を連結するため
   薄い金属帯板を複数合わせたものを使用し、該梁バネと
   遊動体における金属帯板が当接する部分が適度の曲率を
   有していることを特徴とする請求項２記載の往復運動型
   工作機械。
4. 【請求項４】 前記バネ部材が曲がり部が徐々に薄くな
   ったＪ字形に形成されていて、曲がり部先端が前記遊動
   体に連結されていることを特徴とする請求項１記載の往
   復運動型工作機械。
5. 【請求項５】 前記往復運動の振動数が共振領域内で共
   振振動数より僅かに低い位置に設定されることを特徴と
   する請求項１ないし４のいずれかに記載の往復運動型工
   作機械。
6. 【請求項６】 前記励振機が往復動をするアクチュエー
   タを備え、該アクチュエータの加振力が加振バネを介し
   て前記遊動体に伝達されることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれかに記載の往復運動型工作機械。
7. 【請求項７】 前記加振機が回転モータと該回転モータ
   で回転するクランク機構とから構成され、クランク半径
   を変化させてストローク長が調整できるようになってい
   ることを特徴とする請求項６記載の往復運動型工作機
   械。
8. 【請求項８】 前記加振機が電磁石により構成され加振
   力が電磁力により前記遊動体に伝達されることを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれかに記載の往復運動型工
   作機械。
9. 【請求項９】 前記工具が金属帯板にダイアモンド粒を
   電着した電着ダイアモンド砥石を用いた刃物であってマ
   ルチブレードソーとして使用することを特徴とする請求
   項１ないし８のいずれかに記載の往復運動型工作機械。
10. 【請求項１０】 前記工具が砥石であって平面研削を行
    うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載
    の往復運動型工作機械。