振動テーブル
剛性基台（１１）、基台（１１）の上に固定された剛性三次元枠体（１２）、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体（１２）に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子（１３）からなる振動テーブル（１０）を用いることにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスやシリコンなどの硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物を機械加工する際に有利に用いることのできる振動テーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、セラミックもしくはシリコンなどの硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物に切断、穴あけ、切削、研削あるいは研磨などの機械加工を高精度で施すことは容易ではない。このため、従来より、このような加工対象物を、超音波振動を付与した工具によって機械加工する方法が提案されている。例えば、バイトなどの工具に超音波振動を付与しながら加工対象物を切削する方法は、超音波切削加工と呼ばれている。
【０００３】
超音波切削加工は、超音波振動を工具に付与することで切削抵抗が小さくなるため、工具の寿命が長くなるという利点を有している。また、超音波切削加工においては、工具に加工対象物の固有振動数よりも高い周波数の超音波振動が付与されるため、加工対象物にビビリなどの有害な振動を生じ難い。このため超音波切削加工は、優れた加工精度を示すとされている。
【０００４】
特開２００２−３５５７２６号公報には、機械加工する際に加工対象物が仮固定されるテーブルの下側表面に超音波振動装置を固定した構成の超音波振動テーブル装置が開示されている。この振動テーブル装置は、超音波振動装置にて超音波振動を発生させ、この超音波振動をテーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に付与する。そして、この振動テーブル装置上で超音波振動が付与された加工対象物は、例えば、ドリルなどの工具を用いて機械加工される。
【０００５】
この振動テーブル装置は、裏面プレート上に固定された筒状のケーシング、このケーシングの上端に支持固定された超音波振動装置、及びこの超音波振動装置の上側表面に固定されたテーブルなどから構成されている。超音波振動装置は、テーブルの下側表面に固定された伝達ホーンと、この伝達ホーンの下側表面に固定された振動子から構成されている。伝達ホーンの高さ方向の中間位置にはフランジ部が形成されており、超音波振動装置はその伝達ホーンのフランジ部にてケーシングの上端に支持固定されている。そして、この振動テーブル装置には、テーブルの外側下部から下方に突出し、ケーシング上部に形成された案内用凹部に挿入されたガイド部材が備えられている。
【０００６】
この振動テーブル装置は、テーブルに備えられたガイド部材によってテーブルが上下方向にのみフリーに保持されているために振動エネルギーのロスが少ないため、この振動テーブル装置を用いることにより加工対象物を精度良く機械加工できるとされている。そして、同公報には、この超音波振動テーブル装置の複数台を並べて配置することができるとの記載がある。
【０００７】
特開２００３−２２０５３０号公報には、加工対象物を仮固定する円盤状のテーブルの下側表面に複数個の円柱状のボルト締め振動子を固定した構成の振動テーブル装置が開示されている。円盤状のテーブルは、円筒状のケースの上端に支持固定されており、各々のボルト締め振動子はテーブルの下側表面に宙づりの状態で固定されている。そして、ボルト締め振動子にて発生した超音波振動をテーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に付与することにより、硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易になり、そして機械加工に要する時間が短縮できるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３５５７２６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２２０５３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特開２００２−３５５７２６号公報に記載の振動テーブル装置は、その超音波振動装置が、下側表面に振動子を備える伝達ホーンのフランジ部にてケーシングの上端に支持固定されている。一般に、振動子はその長さの二倍の波長を有する超音波振動を発生させ、そして伝達ホーンの長さは振動子が発生する超音波振動の波長の半分の長さに設定される。すなわち、伝達ホーンの長さは振動子の長さと同程度の長さに設定される。このため、下側表面に振動子を備えるホーンをフランジ部にてケーシングの上端に支持固定するためには、ケーシングの高さを振動子の長さの１．５倍以上の高さに設定する必要がある。また、振動テーブル装置の高さは、振動子の長さの２．０倍以上の高さになる。
【０００９】
このように高さの高いケーシングを用いると、ケーシングに横方向の揺れを生じ易くなり、ケーシングの上端に伝達ホーンを介して固定されたテーブル表面も横方向に揺れ易くなる。このため、この振動テーブル装置を用いた場合には、ガイド部材によってケーシングに対するテーブルの横方向の揺れは低減されるものの、ケーシング自体の横方向の揺れによってテーブルに横方向の揺れを生じ易いため、機械加工の精度を十分に高くすることは難しい。また、高さの高い振動テーブル装置は、既製の機械加工装置、例えば、既製のボール盤のように工具の可動距離が限られている機械加工装置に組み込むことが困難であったり、組み込みが可能であっても機械加工する際の作業性を悪化させ易い。
【００１０】
また、この振動テーブル装置は、テーブルの下側表面の中央に超音波振動装置が一台固定された構成であるため、テーブルの上側表面の中央部分は大きく、そして端部に近づくに従い小さく振動し易い。このため、テーブルの上側表面に大きなサイズの加工対象物を仮固定して、テーブルの端部近傍の上方の位置にて機械加工をすると、テーブルの中央上方の位置にて機械加工した場合と較べて機械加工の精度が低下し易い。すなわち、この振動テーブル装置は、大きな加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することが難しいという別の問題も有している。
【００１１】
一方、同公報には、上記の振動テーブル装置の複数台を並べて配置してもよいと記載されている。しかしながら、同公報に記載の振動テーブル装置の複数台を並べて配置しただけでは、上記の場合と同様に各々のテーブルに横方向の揺れを生じ易いために十分に高い機械加工の精度が得られない場合があり、そして既製の機械加工装置への振動テーブル装置の組み込みも困難である。
【００１２】
また、特開２００３−２２０５３０号公報に記載の振動テーブル装置のように、円盤状のテーブルの下側表面にボルト締め振動子の複数個を宙づりの状態で固定することにより、テーブルの上側表面をある程度は均一に超音波振動させることができ、また振動テーブル装置の高さを振動子の長さと同程度の高さにすることができる。しかしながら、この振動テーブル装置は、テーブルの下側表面に宙づりの状態で固定されたボルト締め振動子の質量、テーブルの上側表面に置かれる加工対象物の質量、あるいは機械加工の際に工具がテーブルに与える力によってテーブルに撓みを生じ易い。また、ボルト締め振動子によってテーブルに付与した超音波振動が、円盤状のテーブルを支持固定する円筒状のケースを伝わって外部に逃げ易く、加工対象物に大きな超音波振動を付与することが難しい。このため、この振動テーブル装置を用いた場合の機械加工の精度を、ある程度以上に高くすることは難しい。
【００１３】
さらに、円盤状のテーブルはその周縁部にて円筒状のケースの上端に支持固定されているため、テーブルの周縁部ではその超音波振動の振幅は零で、テーブルの中央に近づくに従い振幅が大きくなる。すなわち、テーブルの超音波振動の振幅がテーブル上側表面内において均一でない。このため、同公報に記載の振動テーブル装置を用いると、加工対象物をテーブルの中央の上方の位置にて機械加工した場合には、ある程度は高い精度で機械加工することができるものの、テーブルの周縁近傍の上方の位置にて機械加工した場合には、十分な機械加工の精度が得られない場合がある。
【００１４】
本発明の目的は、加工対象物を高い精度で機械加工するために有利に用いることができ、そして既製の機械加工装置への組み込みも容易な振動テーブルを提供することにある。
本発明の目的はまた、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工するために有利に用いることのでき、そして既製の機械加工装置への組み込みも容易な振動テーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、剛性基台、この基台上に固定された剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて上記の剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子からなる振動テーブルにある。
【００１６】
本発明の振動テーブルの好ましい態様は、下記の通りである。
（１）剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと、このスペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子が、上記の支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である。
（２）上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である。
（３）上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上で、上側の金属部材の頂面の面積以下である。
（４）積層体が、支持板と、この支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（５）積層体が、支持板と、この支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（６）ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている。
【００１７】
本発明はまた、剛性基台、この基台上に並列固定された複数の剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて上記の剛性三次元枠体のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子からなり、これらの複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子が、それぞれの頂面が同一平面上に位置するように位置を調整された振動テーブルにもある。
【００１８】
この複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子を備える本発明の振動テーブルの好ましい態様は、下記の通りである。
（１）各々の剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと、このスペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そして各々の剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子が、上記の支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である。
（２）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である。
（３）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上、上側の金属部材の頂面の面積以下である。
（４）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と、この支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（５）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と、この支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（６）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている。
（７）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に固定された剛性板がその側面にて互いに連結されて、一体化され連結剛性板を形成している。
（８）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加する駆動装置が備えられている。
【００１９】
本発明はまた、上記の複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子を備える本発明の振動テーブルの上に、一個のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面の面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも加工対象物に接するボルト締めランジュバン型超音波振動子により超音波振動を発生させることにより、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を機械加工する機械加工方法にもある。
【００２０】
なお、本明細書において「振動の節となる位置」とは、超音波振動するボルト締めランジュバン型超音波振動子において、時間の経過とは無関係に超音波振動の振幅が零である位置から、この超音波振動の波長の八分の一に対応する距離の範囲内にある位置を意味する。また、超音波振動するボルト締めランジュバン型超音波振動子において超音波振動の振幅が零である位置は、例えば、有限要素法を用いた振動解析用のソフトウエア「ＡＮＳＹＳ」（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．製）によるコンピュータシミュレーションによって正確に特定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の振動テーブルは、そのボルト締めランジュバン型超音波振動子がその振動の節となる位置にて、剛性基台上に固定された高さの低い剛性三次元枠体によって安定に支持されているため、その高さを低くすることができ、また加工対象物が仮固定されるランジュバン型振動子の頂面に横方向の揺れを生じ難い。このため、本発明の振動テーブルのボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に加工対象物を仮固定し、そしてランジュバン型振動子により超音波振動を発生させることにより、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を高い精度で機械加工することができる。また、本発明の振動テーブルは、その高さを低くできるため、既製の機械加工装置への組み込みが容易であるという利点も有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の振動テーブルを添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の振動テーブルの構成例を示す正面図であり、図２は、図１の振動テーブルの平面図であり、そして図３は、図１の振動テーブルの分解斜視図である。
【００２３】
図１から図３に示す振動テーブル１０は、剛性基台１１、基台１１の上に固定された剛性三次元枠体１２、および頂面１３ａが平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子１３から構成されている。
【００２４】
振動テーブル１０は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子（以下、ランジュバン型振動子ともいう）１３にて超音波振動を発生させ、この超音波振動をランジュバン型振動子１３の頂面１３ａに仮固定された加工対象物に付与する。そして超音波振動が付与された加工対象物は、例えば、ドリル、バイトあるいは砥石などの工具を用いて機械加工される。
【００２５】
振動テーブル１０のランジュバン型振動子１３の頂面１３ａに加工対象物を仮固定する方法の例としては、ボルトを用いて仮固定する方法、磁気的もしくは静電的に仮固定する方法、ランジュバン型振動子の頂面に水を介して加工対象物を配置してこの水を凍らせて加工対象物を仮固定する方法、およびランジュバン型振動子の頂面に真空ポンプに接続する吸気口を形成し、この吸気口上に配置された加工対象物を真空吸着して仮固定する方法が挙げられる。加工対象物は、加工対象物の支持板（例、金属板、樹脂板、あるいはカーボン板など）を介してテーブル面に仮固定してもよい。加工対象物支持板は、機械加工に用いる工具によるランジュバン型振動子の頂面の損傷を防止する。
【００２６】
剛性三次元枠体１２は、基台１１に固定されたスペーサ１２ａと、スペーサ１２ａの上部に接続する平面状の支持板１２ｂとから構成されている。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、上記の剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと圧電振動子板１４ａ、１４ｂとの積層体を、その上側と下側のそれぞれに配置された金属部材１５ａ、１５ｂと共にボルトにより締め付けて構成されたランジュバン型超音波振動子である。
【００２７】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、その発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２に固定されている。ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、発生する超音波振動の振幅が零である位置を上記のようにコンピュータシミュレーションにより特定し、この超音波振動の振幅が零である位置から、超音波振動の波長の八分の一に対応する距離の範囲内にある位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定される。ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３を支持固定する位置が超音波振動の振幅が零である位置から離れるに従い、発生した超音波振動が剛性三次元枠体１２、そして剛性基台１１を介して外部に逃げ易くなり、ランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの超音波振動の振幅が小さくなる傾向にある。このためボルト締めランジュバン型超音波振動子は、超音波振動の振幅が零である位置にて剛性三次元枠体に支持固定されていることが最も好ましい。
【００２８】
通常、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の長さは、発生する超音波振動の波長の二分の一の長さとなるように設計される。このように設計されたボルト締めランジュバン型超音波振動子において超音波振動の振幅が零となる位置は、圧電振動子板１４ａ、１４ｂや金属部材１５ａ、１５ｂの形状、材料あるいは質量によって変動するが、概ねランジュバン型振動子１３の長さ方向の中央の位置となる。従って、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、上記のようにコンピュータシミュレーションによりランジュバン型振動子１３の超音波振動の振幅が零である位置を特定して、この位置にて剛性三次元枠体に支持固定されていることが最も好ましいが、実用上はその長さ方向のおよそ中央の位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定されていれば良い。
【００２９】
このようにしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３をその振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定すると、剛性三次元枠体１２の高さをランジュバン型振動子１３の長さの半分程度の高さ、すなわち上記の特開２００２−３５５７２６号公報の振動テーブル装置のケーシングの高さの三分の一程度の高さにすることができる。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、このように非常に高さの低い剛性三次元枠体に安定に支持固定されているために横方向の揺れを生じ難い。このため、振動テーブル１０を用いることにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。また振動テーブル１０は、その高さが同公報に記載の振動テーブル装置の高さの半分程度であり、既製の機械加工装置への組み込みも容易である。
【００３０】
一方、上記の特開２００３−２２０５３０号公報に記載の振動テーブル装置は、その高さをボルト締め振動子の長さと同程度の高さにすることは可能であるものの、上記のようにボルト締め振動子をテーブルの下側表面に宙づりの状態で固定しているために加工対象物を仮固定するテーブルに撓みを生じ易い。このため、同公報に記載の振動テーブル装置を用いた場合には、機械加工の精度をある程度以上に高くすることが難しい。これに対して本発明の振動テーブルを用いた場合には、加工対象物が剛性三次元枠体に安定に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に仮固定されるため、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。
【００３１】
また、上記の特開２００３−２２０５３０号公報に記載の振動テーブル装置は、ボルト締め振動子によってテーブルに付与した超音波振動がテーブルを支持固定するケースを伝わって外部に逃げ易く、加工対象物に大きな超音波振動を付与することが難しい。これに対して本発明の振動テーブルは、ボルト締めランジュバン型超音波振動子がその振動の節となる位置にて剛性三次元枠体に固定されているために超音波振動が外部に逃げ難く、加工対象物に大きな超音波振動を付与することができる。このため、本発明の振動テーブルを用いることにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。
【００３２】
次に、図１及び図３を参照しながら、図１の振動テーブル１０の作製方法などについて説明する。振動テーブル１０は、例えば、次のようにして作製される。
【００３３】
先ず、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと圧電振動子板１４ａ、１４ｂとを重ね合わせて積層体を構成する。次に、この積層体の上側と下側のそれぞれに金属部材１５ａ、１５ｂを配置して、上記の積層体を金属部材１５ａ、１５ｂと共にボルト１６により締め付けることにより、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３を構成し且つこれを剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂに支持固定する。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３が支持固定された剛性三次元枠体１２のスペーサ１２ａの底部を、ボルトなどで剛性基台１１の上に固定することにより図１の振動テーブル１０が作製される。
【００３４】
剛性基台１１は、例えば、鉄やチタンなどの金属材料、あるいはステンレススチールなどの合金材料から形成される。また、剛性基台１１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ合金（例、商品名ノビナイト、（株）榎本鋳工所製）などの制振材料から形成することも好ましい。また、本発明の振動テーブルは、例えば、既製のボール盤が備える加工対象物を仮固定する金属製のテーブルの上に配置して使用することもできる。このような場合には、剛性基台１１を磁性ステンレスから形成することにより、振動テーブルをボール盤が備える金属製のテーブルの上に安定に配置することができる。
【００３５】
剛性三次元枠体１２は、基台に固定されるスペーサ１２ａと、スペーサ１２ａの上部に接続する平面状の支持板１２ｂとから構成され、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。支持板１２ｂには、ボルト１６の直径よりも大きな径の透孔が形成されている。
【００３６】
圧電振動子板１４ａ、１４ｂのそれぞれには、ボルト１６の直径よりも大きな径の透孔が形成されている。圧電振動子板１４ａ、１４ｂはそれぞれ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料から形成された円環状の圧電体と、その各々の表面に付設された円環状の電極板から構成される。電極板としては、例えば、銀やリン青銅などから形成された薄板状（もしくは薄膜状）の電極が用いられる。なお、金属部材１５ａ、金属部材１５ｂ及び支持板は導電性を有しており圧電振動子板の電極として用いることもできるため、これらのいずれかに接触している圧電振動子板の表面には電極板が付設されていなくても良い。
【００３７】
圧電振動子板１４ａ、１４ｂのそれぞれが備える圧電体は、例えば、それぞれ図３に記入した矢印１８ａ、１８ｂが示す方向に分極処理される。そして圧電振動子板１４ａ、１４ｂのそれぞれに交流電圧を印加することにより、圧電振動子板１４ａはランジュバン型振動子１３の頂面１３ａに垂直な方向に振動する超音波振動を発生し、そして圧電振動子板１４ｂは図１に記入した矢印１７が示す方向に振動する超音波振動を発生する。これらの圧電振動子板１４ａ、１４ｂに印加する交流電圧の位相差を９０度に設定することにより、ランジュバン型振動子１３の頂面１３ａは、頂面１３ａに垂直な方向に振動する振動成分と、図２に記入した矢印１７が示す方向に振動する振動成分とからなる楕円振動をする。このような楕円振動を加工対象物に付与することにより、例えば、加工対象物を矢印１７の示す方向に沿って高い精度で効率良く平面研削加工することができる。
【００３８】
圧電振動子板１４ａ、１４ｂが備える圧電体は、それぞれ厚み方向に分極されていても良い。この場合には、圧電振動子板１４ａ、１４ｂを、各々の圧電体の分極方向が互いに逆向きとなるように重ね合わせて配置することが好ましい。圧電振動子板１４ａ、１４ｂが備える圧電体がそれぞれ厚み方向に分極処理されていると、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面を上下方向に大きく超音波振動させることができる。このような大きな超音波振動を加工対象部に付与することにより、例えば、ドリルを用いて加工対象物を高い精度で効率良く穴あけ加工することができる。
【００３９】
金属部材１５ａ、１５ｂは、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。上側の金属部材１５ａは、例えば、ステンレススチール製の角材の一部分を旋盤を用いて円柱状に機械加工して作製される一個の金属部品である。
金属部材１５ａは、ボルト１６と嵌め合わされる雌ねじが形成された穴を備えている。そして金属部材１５ｂは、ボルト１６と嵌め合わされる雌ねじが形成された透孔を備えている。金属部材１５ａと金属部材１５ｂは、ボルト１６を介して互いに電気的に接続される。
【００４０】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３には、例えば、図１に示すように交流電源１９が電気的に接続される。ボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材１５ａは、感電を防止するために接地されていることが好ましい。上側の金属部材１５ａは、ボルト１６、そして下側の金属部材１５ｂを介して接地される。そして図１に示すように、圧電振動子板１４ａの下側の電極板及び圧電振動子板１４ｂの上側の電極板に交流電源１９を用いて交流電圧を印加することにより、圧電振動子板１４ａ、１４ｂがそれぞれ超音波振動し、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３が超音波振動を発生する。
【００４１】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子を構成するための積層体は、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板から構成されていることが好ましい。これは、圧電振動子板の枚数が奇数枚であると、感電を防止するために金属部材１５ａ、１５ｂ及び支持板１２ｂをそれぞれ接地して、例えば、最も下側に配置された圧電振動子板以外の全ての圧電振動子板のそれぞれに交流電圧を印加するためには、最も下側に配置された圧電振動子板の上側表面及び下側表面を共に接地する必要があり、この圧電振動子板に交流電圧を印加できないからである。圧電振動子板の枚数は、二枚、四枚あるいは六枚であることが実用的である。圧電振動子板の枚数を多くするほどランジュバン型振動子を大きく超音波振動させることができるが、消費電力が大きくなり、また圧電振動子板と交流電源との電気的な接続が複雑となるからである。
【００４２】
また、本発明の振動テーブルにおいて、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の頂面の面積は、圧電振動子板（圧電振動子板を複数枚備える場合には最も上側に配置された圧電振動子板）の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下であることが好ましい。図１の振動テーブル１０が備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの頂面の面積は、圧電振動子板１４ａの上側表面の面積の約４．５倍に設定されている。
【００４３】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの頂面の面積を圧電振動子板の上側表面の面積よりも大きくすることにより、上側の金属部材１５ａの頂面の超音波振動の振幅が小さくなる傾向にあるが、振動テーブルの負荷が変動した場合、例えば、ランジュバン型振動子の頂面に質量の大きな加工対象物が置かれた場合、あるいは機械加工に用いる工具によってランジュバン型振動子の頂面に大きな力が加わった場合にも加工対象物を安定した精度で機械加工できることが実験によって判明している。この原因は、次のように理解される。
【００４４】
一般に、振幅の大きな超音波振動を得るために、超音波振動子に金属製のホーンを接続することが知られている。ホーンとしては、例えば、頂面の面積が底面よりも小さく設定された円錐台の形状の金属部材が用いられる。このようなホーンを、その底面にて超音波振動子に固定すると、超音波振動子の発生した超音波振動はホーンの頂面に到達した際にその振幅が増大することが知られている。そして超音波振動子が発生する超音波振動の持つエネルギーは一定の大きさであるため、ホーンの頂面に到達した超音波振動はその振幅は大きくなるものの、この超音波振動によりホーンの頂面に接続された負荷に与える力は小さくなることも知られている。
【００４５】
本発明の振動テーブルにおいて、上記のようにボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの頂面の面積を底面の面積よりも大きく設定すると、ホーンの場合とは逆に上側金属部材の頂面の超音波振動の振幅は減少するものの、この超音波振動により加工対象物に与える力が大きくなり、加工対象物を安定に超音波振動させることができると理解される。このため、上側の金属部材の頂面の面積を底面の面積よりも大きく設定されたランジュバン型振動子を備える振動テーブルを用いることにより、振動テーブルの負荷が変動した場合にも加工対象物を安定した精度で機械加工することができると理解される。
【００４６】
また、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの底面の面積は、圧電振動子板１４ａの上側表面の面積以上で、上側の金属部材１５ａの頂面の面積以下であることがさらに好ましい。上側の金属部材１５ａの底面の面積が圧電振動子板１４ａの上側表面の面積よりも小さいと、圧電振動子板１４ａの金属部材１５ａに接触しない表面部分にて発生した超音波振動が上側金属部材１４ａに伝わらないため、ランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの超音波振動の振幅が小さくなるからである。一方、上側金属部材１５ａの底面の面積が頂面の面積よりも大きいと、ホーンの場合と同様にランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの超音波振動の振幅は大きくなるものの、この超音波振動が加工対象物に与える力が小さくなって、負荷変動に対して機械加工の精度が不安定になるからである。
【００４７】
また、本発明の振動テーブルのボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面には、金属材料などから形成された剛性板が固定されていても良い。剛性板は、例えば、ボルトなどを用いてランジュバン型振動子の上側金属部材の頂面に固定することができる。剛性板が固定されている場合にも、この剛性板は、その下側表面にてボルト締めランジュバン型超音波振動子によって安定に支持されるため、その表面に横方向の揺れを生じ難い。この剛性板の上側表面に加工対象物を仮固定し、そして加工対象物に超音波振動を付与することにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。剛性板を固定することにより、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面を、機械加工に用いる工具による損傷から保護することができる。
【００４８】
図４は、本発明の振動テーブルの別の構成例を示す正面図である。図４の振動テーブル４０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子４３を構成するための積層体が、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの上側表面と下側表面のそれぞれに一枚ずつ配置された圧電振動子板１４ａ、１４ｂから構成されていること以外は図１の振動テーブルと同様である。振動テーブル４０においては、ボルト締めランジュバン型超音波振動子４３にて超音波振動を発生されるために支持板１２ｂに交流電圧を印加する。このため、支持板１２ｂを備える剛性三次元枠体１２と基台１１とは、互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。
【００４９】
図５は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。図５の振動テーブル５０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子５３を構成するための積層体が、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの上側表面に重ねて配置された二枚の圧電振動子板１４ａ、１４ｂから構成されていること以外は図１の振動テーブルと同様である。圧電振動子板の枚数は、図１の振動テーブル１０の場合と同様の理由で偶数枚であることが好ましい。
【００５０】
図６は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。図６の振動テーブル６０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子６３を構成するための積層体が、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された二枚の圧電振動子板（合計で四枚の圧電振動子板１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）から構成されていること以外は図１の振動テーブル１０と同様である。このようにボルト締めランジュバン型超音波振動子を構成するために積層体を、支持板と、支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された圧電振動子板から構成する場合には、支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに偶数枚の圧電振動子板を重ねて配置することが好ましい。これにより振動テーブル６３の金属部材６５ａ、６５ｂ及び剛性三次元枠体１２を接地することができる。
【００５１】
上記のように、上側の金属部材の頂面の面積が圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下の範囲に設定されたランジュバン型振動子を備える振動テーブルを用いることにより、負荷が変動した場合にも加工対象物を安定した精度で機械加工することができる。このように上側の金属部材の頂面の面積を大きくする場合、上側の金属部材の形状はボルト締めランジュバン型超音波振動子の軸に対して対称な形状であることが好ましい。
【００５２】
図７は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図７の振動テーブル７０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子７３の上側の金属部材７５ａとして、頂面の面積が底面の面積よりも大きい角錐台状の金属部材が用いられていること、そして円筒状のスペーサ７２ａとスペーサ７２ａの上部に接続する平面状の支持板７２ｂから構成される剛性三次元枠体７２が用いられていること以外は図１の振動テーブル１０と同様である。
【００５３】
図８は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図８の振動テーブル８０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子８３の上側の金属部材８５ａとして、頂面の面積が圧電振動子板１４ａの上側表面の面積よりも大きい円柱状の金属部材が用いられていること、そして剛性三次元枠体８２の円筒状のスペーサ８２ａの直径が上側金属部材８５ａの直径と等しくされていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。
【００５４】
図９は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図９の振動テーブル９０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子９３の上側の金属部材９５ａとして、頂面の面積が底面の面積よりも大きい円錐台状の金属部材の上側部分を頂面が正方形となるように垂直に切断して作製された金属部材が用いられていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。
【００５５】
図１０は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図１０の振動テーブル１００の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１０３の上側の金属部材１０５ａとして、正方形の頂面を有する直方体状の金属部材が用いられていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。
【００５６】
図１１は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。図１１の振動テーブル１１０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１１３の上側の金属部材１１５ａとして、頂面の面積が底面の面積よりも大きい円錐台状の金属部材が用いられていること、そしてランジュバン型振動子１１３が、その上側の金属部材１１５ａと一体に形成された剛性三次元枠体１１２の円環状の支持板１１２ｂに支持固定されていること、そして支持板１１２ｂが四本の柱状のスペーサ１１２ａにより剛性基台１１に固定されていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。このように、ボルト締めランジュバン型超音波振動子は、その上側の金属部材（あるいは下側の金属部材）にて剛性三次元枠体に支持固定されていても良い。
【００５７】
図１２は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成を示す正面図であり、そして図１３は、図１２の振動テーブルの平面図である。図１２及び図１３に示す振動テーブル１２０は、剛性基台１２１、基台１２１の上に固定された合計で四個の剛性三次元枠体１２２、および頂面１２３ａが平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２２にそれぞれ支持固定された合計で四個の円柱状のボルト締めランジュバン型超音波振動子１２３から構成されている。四個のボルト締めランジュバン型超音波振動子１２３は、それぞれの頂面１２３ａが同一平面上に位置するように位置が調節されている。
【００５８】
剛性三次元枠体１２２は、基台に固定されたスペーサ１２２ａと、スペーサ１２２ａの上部に接続する平面状の支持板１２２ｂとから構成されている。剛性三次元枠体１２２の横方向の揺れを低減するため、支持板１２２ｂの下側表面の中央の位置には補強用の支柱１２７が備えられている。また、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子１２３の構成は、上側の金属部材１２５ａとして圧電振動子板１４ａの直径と等しい円柱状の金属部材が用いられていること以外は図１の振動テーブル１０のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３と同様である。
【００５９】
このように剛性三次元枠体に複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子が支持固定された振動テーブルの上に、一個のランジュバン型振動子の頂面の面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも加工対象物に接するランジュバン型振動子により超音波振動を発生させ、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を機械加工すると、加工対象物が各々加工対象物に超音波振動を付与する複数のランジュバン型振動子によって安定に支持されるため、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することができる。
【００６０】
図１４は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図であり、そして図１５は、図１４の振動テーブルの平面図である。図１４及ぶ図１５に示す振動テーブル１４０は、剛性基台１４１、基台１４１の上に並列固定された複数（例えば、九個）の剛性三次元枠体１２、および頂面１３ａが平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の複数（例えば、九個）のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３から構成され、これらの複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、それぞれの頂面１３ａが同一平面上に位置するように位置を調整されている。各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の構成は、図１の振動テーブル１０に用いるものと同一である。
【００６１】
複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、例えば、剛性基台１４１の上に各々ボルト締めランジュバン型超音波振動子を備える複数の剛性三次元枠体を並べて固定したのち、複数のランジュバン型振動子の頂面を剛性基台の底面に対して平行に研磨あるいは研削するという簡単な操作により、各々の頂面が同一平面上に位置するように位置を調節することができる。
【００６２】
振動テーブル１４０は、各々のランジュバン型振動子１３が剛性基台に安定に支持固定されているために横方向の揺れを生じ難い。このため振動テーブル１４０の上に、一個のランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも加工対象物に接するランジュバン型振動子により超音波振動を発生させ、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を機械加工することにより、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することができる。また、図１の振動テーブルの場合と同様に、振動テーブル１４０は、その高さが低いために既製の機械加工装置への組み込みが容易である。
【００６３】
図１６は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図であり、そして図１７は、図１６の振動テーブルの平面図である。図１６及び図１７に示す振動テーブル１６０の構成は、複数のランジュバン型振動子１３が、各々の上側の金属部材１５ａの上方側面にて樹脂材料１６７により互いに接合されていること、そして複数のランジュバン型振動子１３を樹脂材料１６７を介して囲む枠体１６８が備えられていること以外は図１４の振動テーブル１４０と同様である。
【００６４】
複数のランジュバン型振動子１３を互いに接合する樹脂材料１６７は、機械加工の際に、例えば、水や油などの研削液を用いた場合に、この研削液がランジュバン型振動子間の隙間から基台１５１へと流れ落ちることを防止する。
【００６５】
樹脂材料１６７としては、例えば、エポキシ樹脂が用いられる。この樹脂材料１６７と、例えば、ステンレススチールからなる上側の金属部材１５ａとの音響インピーダンスは互いに大きく異なる値を示すため、各々のランジュバン型振動子１３にて発生した超音波振動は他の振動子には伝わり難く、複数のランジュバン型振動子１３のそれぞれは、ほぼ独立に超音波振動する。すなわち複数のランジュバン型振動子振動子の上に配置された大きなサイズの加工対象物に、各々のランジュバン型振動子から同じ大きさの超音波振動が付与される。このため、振動テーブル１６０を用いることにより、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することができる。
【００６６】
図１８は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図であり、そして図１９は、図１８の振動テーブルの平面図である。
【００６７】
図１８及び図１９に示す振動テーブル１８０の構成は、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子１８３の上側の金属部材１８５ａの頂面の形状が六角形とされていること、剛性基台１８１の形状が円盤状とされていること、そして枠体１８８として各々のランジュバン型振動子の上側の金属部材１８５ａをその上方にて囲む透孔を備えた円盤状の金属板が用いられていること以外は図１６の振動テーブル１６０と同様である。
【００６８】
このように、各々のランジュバン型振動子の上側の金属部材の頂面の形状を六角形にすることにより、上面の形状が四角形である場合と比べてランジュバン型振動子の頂面をより均一に超音波振動させることができる。
【００６９】
図２０は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。図２０の振動テーブル２００は、剛性基台２０１、基台２０１の上に並列固定された剛性三次元枠体９２、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体９２のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の四個のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３から構成され、これらの複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３は、それぞれの頂面が同一平面上に位置するように位置を調整されている。各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３及び枠体９２の構成は、図９の振動テーブル９０に用いるものとそれぞれ同一である。
【００７０】
図２０の振動テーブル２００の各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３の頂面には、剛性板（図示は略する）を固定することもできる。この剛性板は、その側面にて互いに連結されて、一体化され連結剛性板を形成していても良い。図２０に示すように、連結剛性板２０７は、例えば、ボルトなどを用いて複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３の上に固定することができる。
【００７１】
図２１は、本発明の振動テーブルが備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子の駆動装置の構成例を示す電気回路ブロック図である。
【００７２】
図２１の駆動装置２１１は、振動テーブルが備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子１３に、その共振周波数に対応する周波数、通常は１５乃至１００ｋＨｚの範囲にある周波数の交流電圧（例、正弦波電圧）を印加する。
【００７３】
図２１の駆動装置２１１のＰＬＬ（Phase-locked loop)回路２１２は、ランジュバン型振動子１３の共振周波数に対応する周波数の矩形波電圧を発生させる。この矩形波電圧は、ドライバー回路２１３にて電力増幅されたのち、整合回路２１４にて電気力率の改善が行なわれ、ランジュバン型振動子１３に正弦波電圧として印加される。ランジュバン型振動子が二個の圧電振動子板を備えている場合には、この正弦波電圧を各々の圧電振動子板に印加する。
【００７４】
整合回路２１４とランジュバン型振動子１３との間に備えられた電圧／電流検出回路２１５は、ランジュバン型振動子１３に付与される交流電圧、交流電流、及びこれらの位相を検出する。
【００７５】
電力制御部２１７は、電圧／電流検出回路２１５にて検出された交流電圧、交流電流、及びこれらの位相をもとにランジュバン型振動子１３に付与されている電力値を算出する。そして電力制御部２１７は、ランジュバン型振動子に所定の大きさの電力が付与されるように、算出した電力値をもとにドライバ回路２１３の電力増幅率を制御する。
【００７６】
一方、位相回路２１６は、電圧／電流検出回路２１５から出力される、ランジュバン型振動子１３に流れる電流を電流電圧変換した信号を入力し、周波数制御ブロック２１８の制御周波数がランジュバン型振動子１３の共振周波数になるように、その信号を位相シフトさせた後、パルス状の電圧に変換した電圧信号をＰＬＬ回路２１２に出力する。
【００７７】
ＰＬＬ回路２１２は、位相回路２１６が出力するパルス状の電圧と、ＰＬＬ回路が出力する矩形波電圧との位相が一致するように、ＰＬＬ回路が出力する矩形波電圧の周波数を制御する。このような制御により、ランジュバン型振動子１３の共振周波数が、例えば、環境温度の変動によって僅かに変動した場合にも、ランジュバン型振動子１３に常にその共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加することができため、ランジュバン型振動子１３にて振幅の大きな超音波振動を発生させることができる。
【００７８】
また、振動テーブルに複数のランジュバン型振動子が備えられている場合には、各々のランジュバン型振動子に図１４の駆動装置を一台ずつ接続することが好ましい。これにより、各々のランジュバン型振動子の共振周波数が変動した場合であっても、各々のランジュバン型振動子に常にその共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加することができる。このため、各々のランジュバン型振動子にて振幅の大きな超音波振動を発生させることができる。
【００７９】
また、振動テーブルが複数のランジュバン型振動子を備える場合には、複数のランジュバン型振動子のそれぞれに同一の位相の交流電圧を印加することも好ましい。この場合には、各々のランジュバン型振動子に印加する交流電圧の大きさを調節して、各々のランジュバン型振動子の頂面を同一の振幅で超音波振動させることがさらに好ましい。また、複数のランジュバン型振動子を電気的に並列に接続して、並列接続されたランジュバン型振動子に一台の駆動装置を用いて交流電圧を印加しても良い。
【００８０】
図２１に示すように駆動装置２１１には、中央処理装置（ＣＰＵ：central processing
unit)２２２、記憶手段２２３、および表示手段２２４が備えられていることが好ましい。
【００８１】
中央処理装置２２２は、電圧／電流検出回路２１５にて検出された交流電圧、交流電流、及びこれらの位相をもとにしてランジュバン型振動子１３に付与されている電力値を算出する。そして中央処理装置２２２は、ランジュバン型振動子１３に所定の大きさの電力が付与されるように、算出した電力値をもとにドライバ回路２１３の電力増幅率を制御するとともに、算出された電力値のデータを記憶手段２２３に出力する。記憶手段２２３に記憶された電力値のデータは、例えば、ディスプレイ上に表示されたり、あるいはプリンタなどに出力される。
【００８２】
また、中央処理装置２２２は、ＰＬＬ回路２１２が出力する矩形波電圧の振幅や周波数などを表示手段（例えば、ディスプレイ装置）２２４により表示させるとともに、ＰＬＬ回路２１２が出力する矩形波電圧、あるいは電圧／電流検出回路２１５が出力するランジュバン型振動子１３に付与される交流電圧や交流電圧などの情報をもとに、ランジュバン型振動子１３に異常状態が生じた場合（例、振動子への配線が断線した場合、あるいは振動子の共振周波数の変動に応じた印加電圧の制御がされていない場合）には、表示手段２２４に警告表示を行なう。このような駆動装置２１１を用いると、ランジュバン型振動子１３の制御の状態を確認できるため、振動テーブルを用いて機械加工を行なう際に加工不良の発生を早期に発見することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の振動テーブルの構成例を示す正面図である。
【図２】図１の振動テーブルの平面図である。
【図３】図１の振動テーブルの分解斜視図である。
【図４】本発明の振動テーブルの別の構成例を示す正面図である。
【図５】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図６】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図７】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図８】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図９】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１０】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１１】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１３】図１２の振動テーブルの平面図である。
【図１４】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１５】図１４の振動テーブルの平面図である。
【図１６】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１７】図１６の振動テーブルの平面図である。
【図１８】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１９】図１８の振動テーブルの平面図である。
【図２０】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。
【図２１】本発明の振動テーブルが備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子の駆動装置の構成例を示す電気回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０、４０、５０、６０ 振動テーブル
１１ 剛性基台
１２ 剛性三次元枠体
１２ａ スペーサ
１２ｂ 支持板
１３、４３、５３、６３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
１３ａ ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 圧電振動子板
１５ａ、１５ｂ 金属部材
１６ ボルト
１８ａ、１８ｂ 圧電振動子板が備える圧電体の分極方向を示す矢印
１９ 交流電源
４５ａ、４５ｂ 金属部材
５５ａ、５５ｂ 金属部材
６５ａ、６５ｂ 金属部材
７０、８０、９０、１００、１１０ 振動テーブル
７２、８２、９２、１０２、１１２ 剛性三次元枠体
７２ａ、８２ａ、９２ａ、１１２ａ スペーサ
７２ｂ、９２ｂ、１０２ｂ、１１２ｂ 支持板
７３、８３、９３、１０３、１１３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
７５ａ、７５ｂ 金属部材
８５ａ、８５ｂ 金属部材
９５ａ、９５ｂ 金属部材
１０５ａ、１０５ｂ 金属部材
１１５ａ、１１５ｂ 金属部材
１２０ 振動テーブル
１２１ 剛性基台
１２２ 剛性三次元枠体
１２２ａ スペーサ
１２２ｂ 支持板
１２３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
１２３ａ ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面
１２５ａ、１２５ｂ 金属部材
１２７ 支柱
１４０、１６０、１８０ 振動テーブル
１４１、１８１、２０１ 剛性基台
１６７ 樹脂材料
１６８、１８８ 枠体
１８３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
１８３ａ ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面
１８５ａ、１８５ｂ 金属部材
２００ 振動テーブル
２０６ 連結剛性板取り付け用のボルト
２０７ 連結剛性板
２１１ 駆動装置
２１２ ＰＬＬ（Phase-locked loop)回路
２１３ ドライバー回路
２１４ 整合回路
２１５ 電圧／電流検出回路
２１６ 位相回路
２１７ 電力制御部
２１８ 周波数制御ブロック
２１９ 電力制御ブロック
２２２ 中央処理装置（ＣＰＵ：central processing unit)
２２３ 記憶手段
２２４ 表示手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスやシリコンなどの硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物を機械加工する際に有利に用いることのできる振動テーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、セラミックもしくはシリコンなどの硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物に切断、穴あけ、切削、研削あるいは研磨などの機械加工を高精度で施すことは容易ではない。このため、従来より、このような加工対象物を、超音波振動を付与した工具によって機械加工する方法が提案されている。例えば、バイトなどの工具に超音波振動を付与しながら加工対象物を切削する方法は、超音波切削加工と呼ばれている。
【０００３】
超音波切削加工は、超音波振動を工具に付与することで切削抵抗が小さくなるため、工具の寿命が長くなるという利点を有している。また、超音波切削加工においては、工具に加工対象物の固有振動数よりも高い周波数の超音波振動が付与されるため、加工対象物にビビリなどの有害な振動を生じ難い。このため超音波切削加工は、優れた加工精度を示すとされている。
【０００４】
特開２００２−３５５７２６号公報には、機械加工する際に加工対象物が仮固定されるテーブルの下側表面に超音波振動装置を固定した構成の超音波振動テーブル装置が開示されている。この振動テーブル装置は、超音波振動装置にて超音波振動を発生させ、この超音波振動をテーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に付与する。そして、この振動テーブル装置上で超音波振動が付与された加工対象物は、例えば、ドリルなどの工具を用いて機械加工される。
【０００５】
この振動テーブル装置は、裏面プレート上に固定された筒状のケーシング、このケーシングの上端に支持固定された超音波振動装置、及びこの超音波振動装置の上側表面に固定されたテーブルなどから構成されている。超音波振動装置は、テーブルの下側表面に固定された伝達ホーンと、この伝達ホーンの下側表面に固定された振動子から構成されている。伝達ホーンの高さ方向の中間位置にはフランジ部が形成されており、超音波振動装置はその伝達ホーンのフランジ部にてケーシングの上端に支持固定されている。そして、この振動テーブル装置には、テーブルの外側下部から下方に突出し、ケーシング上部に形成された案内用凹部に挿入されたガイド部材が備えられている。
【０００６】
この振動テーブル装置は、テーブルに備えられたガイド部材によってテーブルが上下方向にのみフリーに保持されているために振動エネルギーのロスが少ないため、この振動テーブル装置を用いることにより加工対象物を精度良く機械加工できるとされている。そして、同公報には、この超音波振動テーブル装置の複数台を並べて配置することができるとの記載がある。
【０００７】
特開２００３−２２０５３０号公報には、加工対象物を仮固定する円盤状のテーブルの下側表面に複数個の円柱状のボルト締め振動子を固定した構成の振動テーブル装置が開示されている。円盤状のテーブルは、円筒状のケースの上端に支持固定されており、各々のボルト締め振動子はテーブルの下側表面に宙づりの状態で固定されている。そして、ボルト締め振動子にて発生した超音波振動をテーブルの上側表面に仮固定された加工対象物に付与することにより、硬く且つ脆い材料から形成された加工対象物の極微小径穴あけ加工や溝入れ加工が容易になり、そして機械加工に要する時間が短縮できるとされている。
【特許文献１】特開２００２−３５５７２６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２２０５３０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特開２００２−３５５７２６号公報に記載の振動テーブル装置は、その超音波振動装置が、下側表面に振動子を備える伝達ホーンのフランジ部にてケーシングの上端に支持固定されている。一般に、振動子はその長さの二倍の波長を有する超音波振動を発生させ、そして伝達ホーンの長さは振動子が発生する超音波振動の波長の半分の長さに設定される。すなわち、伝達ホーンの長さは振動子の長さと同程度の長さに設定される。このため、下側表面に振動子を備えるホーンをフランジ部にてケーシングの上端に支持固定するためには、ケーシングの高さを振動子の長さの１．５倍以上の高さに設定する必要がある。また、振動テーブル装置の高さは、振動子の長さの２．０倍以上の高さになる。
【０００９】
このように高さの高いケーシングを用いると、ケーシングに横方向の揺れを生じ易くなり、ケーシングの上端に伝達ホーンを介して固定されたテーブル表面も横方向に揺れ易くなる。このため、この振動テーブル装置を用いた場合には、ガイド部材によってケーシングに対するテーブルの横方向の揺れは低減されるものの、ケーシング自体の横方向の揺れによってテーブルに横方向の揺れを生じ易いため、機械加工の精度を十分に高くすることは難しい。また、高さの高い振動テーブル装置は、既製の機械加工装置、例えば、既製のボール盤のように工具の可動距離が限られている機械加工装置に組み込むことが困難であったり、組み込みが可能であっても機械加工する際の作業性を悪化させ易い。
【００１０】
また、この振動テーブル装置は、テーブルの下側表面の中央に超音波振動装置が一台固定された構成であるため、テーブルの上側表面の中央部分は大きく、そして端部に近づくに従い小さく振動し易い。このため、テーブルの上側表面に大きなサイズの加工対象物を仮固定して、テーブルの端部近傍の上方の位置にて機械加工をすると、テーブルの中央上方の位置にて機械加工した場合と較べて機械加工の精度が低下し易い。すなわち、この振動テーブル装置は、大きな加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することが難しいという別の問題も有している。
【００１１】
一方、同公報には、上記の振動テーブル装置の複数台を並べて配置してもよいと記載されている。しかしながら、同公報に記載の振動テーブル装置の複数台を並べて配置しただけでは、上記の場合と同様に各々のテーブルに横方向の揺れを生じ易いために十分に高い機械加工の精度が得られない場合があり、そして既製の機械加工装置への振動テーブル装置の組み込みも困難である。
【００１２】
また、特開２００３−２２０５３０号公報に記載の振動テーブル装置のように、円盤状のテーブルの下側表面にボルト締め振動子の複数個を宙づりの状態で固定することにより、テーブルの上側表面をある程度は均一に超音波振動させることができ、また振動テーブル装置の高さを振動子の長さと同程度の高さにすることができる。しかしながら、この振動テーブル装置は、テーブルの下側表面に宙づりの状態で固定されたボルト締め振動子の質量、テーブルの上側表面に置かれる加工対象物の質量、あるいは機械加工の際に工具がテーブルに与える力によってテーブルに撓みを生じ易い。また、ボルト締め振動子によってテーブルに付与した超音波振動が、円盤状のテーブルを支持固定する円筒状のケースを伝わって外部に逃げ易く、加工対象物に大きな超音波振動を付与することが難しい。このため、この振動テーブル装置を用いた場合の機械加工の精度を、ある程度以上に高くすることは難しい。
【００１３】
さらに、円盤状のテーブルはその周縁部にて円筒状のケースの上端に支持固定されているため、テーブルの周縁部ではその超音波振動の振幅は零で、テーブルの中央に近づくに従い振幅が大きくなる。すなわち、テーブルの超音波振動の振幅がテーブル上側表面内において均一でない。このため、同公報に記載の振動テーブル装置を用いると、加工対象物をテーブルの中央の上方の位置にて機械加工した場合には、ある程度は高い精度で機械加工することができるものの、テーブルの周縁近傍の上方の位置にて機械加工した場合には、十分な機械加工の精度が得られない場合がある。
【００１４】
本発明の目的は、加工対象物を高い精度で機械加工するために有利に用いることができ、そして既製の機械加工装置への組み込みも容易な振動テーブルを提供することにある。
本発明の目的はまた、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工するために有利に用いることのでき、そして既製の機械加工装置への組み込みも容易な振動テーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、剛性基台、この基台上に固定された剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて上記の剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子からなる振動テーブルにある。
【００１６】
本発明の振動テーブルの好ましい態様は、下記の通りである。
（１）剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと、このスペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子が、上記の支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である。
（２）上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である。
（３）上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上で、上側の金属部材の頂面の面積以下である。
（４）積層体が、支持板と、この支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（５）積層体が、支持板と、この支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（６）ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている。
【００１７】
本発明はまた、剛性基台、この基台上に並列固定された複数の剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて上記の剛性三次元枠体のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子からなり、これらの複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子が、それぞれの頂面が同一平面上に位置するように位置を調整された振動テーブルにもある。
【００１８】
この複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子を備える本発明の振動テーブルの好ましい態様は、下記の通りである。
（１）各々の剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと、このスペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そして各々の剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子が、上記の支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である。
（２）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である。
（３）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上、上側の金属部材の頂面の面積以下である。
（４）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と、この支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（５）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と、この支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる。
（６）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている。
（７）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に固定された剛性板がその側面にて互いに連結されて、一体化され連結剛性板を形成している。
（８）各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加する駆動装置が備えられている。
【００１９】
本発明はまた、上記の複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子を備える本発明の振動テーブルの上に、一個のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面の面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも加工対象物に接するボルト締めランジュバン型超音波振動子により超音波振動を発生させることにより、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を機械加工する機械加工方法にもある。
【００２０】
なお、本明細書において「振動の節となる位置」とは、超音波振動するボルト締めランジュバン型超音波振動子において、時間の経過とは無関係に超音波振動の振幅が零である位置から、この超音波振動の波長の八分の一に対応する距離の範囲内にある位置を意味する。また、超音波振動するボルト締めランジュバン型超音波振動子において超音波振動の振幅が零である位置は、例えば、有限要素法を用いた振動解析用のソフトウエア「ＡＮＳＹＳ」（ＡＮＳＹＳ，Ｉｎｃ．製）によるコンピュータシミュレーションによって正確に特定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の振動テーブルは、そのボルト締めランジュバン型超音波振動子がその振動の節となる位置にて、剛性基台上に固定された高さの低い剛性三次元枠体によって安定に支持されているため、その高さを低くすることができ、また加工対象物が仮固定されるランジュバン型振動子の頂面に横方向の揺れを生じ難い。このため、本発明の振動テーブルのボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に加工対象物を仮固定し、そしてランジュバン型振動子により超音波振動を発生させることにより、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を高い精度で機械加工することができる。また、本発明の振動テーブルは、その高さを低くできるため、既製の機械加工装置への組み込みが容易であるという利点も有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の振動テーブルを添付の図面を用いて説明する。図１は、本発明の振動テーブルの構成例を示す正面図であり、図２は、図１の振動テーブルの平面図であり、そして図３は、図１の振動テーブルの分解斜視図である。
【００２３】
図１から図３に示す振動テーブル１０は、剛性基台１１、基台１１の上に固定された剛性三次元枠体１２、および頂面１３ａが平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子１３から構成されている。
【００２４】
振動テーブル１０は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子（以下、ランジュバン型振動子ともいう）１３にて超音波振動を発生させ、この超音波振動をランジュバン型振動子１３の頂面１３ａに仮固定された加工対象物に付与する。そして超音波振動が付与された加工対象物は、例えば、ドリル、バイトあるいは砥石などの工具を用いて機械加工される。
【００２５】
振動テーブル１０のランジュバン型振動子１３の頂面１３ａに加工対象物を仮固定する方法の例としては、ボルトを用いて仮固定する方法、磁気的もしくは静電的に仮固定する方法、ランジュバン型振動子の頂面に水を介して加工対象物を配置してこの水を凍らせて加工対象物を仮固定する方法、およびランジュバン型振動子の頂面に真空ポンプに接続する吸気口を形成し、この吸気口上に配置された加工対象物を真空吸着して仮固定する方法が挙げられる。加工対象物は、加工対象物の支持板（例、金属板、樹脂板、あるいはカーボン板など）を介してテーブル面に仮固定してもよい。加工対象物支持板は、機械加工に用いる工具によるランジュバン型振動子の頂面の損傷を防止する。
【００２６】
剛性三次元枠体１２は、基台１１に固定されたスペーサ１２ａと、スペーサ１２ａの上部に接続する平面状の支持板１２ｂとから構成されている。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、上記の剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと圧電振動子板１４ａ、１４ｂとの積層体を、その上側と下側のそれぞれに配置された金属部材１５ａ、１５ｂと共にボルトにより締め付けて構成されたランジュバン型超音波振動子である。
【００２７】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、その発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２に固定されている。ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、発生する超音波振動の振幅が零である位置を上記のようにコンピュータシミュレーションにより特定し、この超音波振動の振幅が零である位置から、超音波振動の波長の八分の一に対応する距離の範囲内にある位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定される。ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３を支持固定する位置が超音波振動の振幅が零である位置から離れるに従い、発生した超音波振動が剛性三次元枠体１２、そして剛性基台１１を介して外部に逃げ易くなり、ランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの超音波振動の振幅が小さくなる傾向にある。このためボルト締めランジュバン型超音波振動子は、超音波振動の振幅が零である位置にて剛性三次元枠体に支持固定されていることが最も好ましい。
【００２８】
通常、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の長さは、発生する超音波振動の波長の二分の一の長さとなるように設計される。このように設計されたボルト締めランジュバン型超音波振動子において超音波振動の振幅が零となる位置は、圧電振動子板１４ａ、１４ｂや金属部材１５ａ、１５ｂの形状、材料あるいは質量によって変動するが、概ねランジュバン型振動子１３の長さ方向の中央の位置となる。従って、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、上記のようにコンピュータシミュレーションによりランジュバン型振動子１３の超音波振動の振幅が零である位置を特定して、この位置にて剛性三次元枠体に支持固定されていることが最も好ましいが、実用上はその長さ方向のおよそ中央の位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定されていれば良い。
【００２９】
このようにしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３をその振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２に支持固定すると、剛性三次元枠体１２の高さをランジュバン型振動子１３の長さの半分程度の高さ、すなわち上記の特開２００２−３５５７２６号公報の振動テーブル装置のケーシングの高さの三分の一程度の高さにすることができる。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、このように非常に高さの低い剛性三次元枠体に安定に支持固定されているために横方向の揺れを生じ難い。このため、振動テーブル１０を用いることにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。また振動テーブル１０は、その高さが同公報に記載の振動テーブル装置の高さの半分程度であり、既製の機械加工装置への組み込みも容易である。
【００３０】
一方、上記の特開２００３−２２０５３０号公報に記載の振動テーブル装置は、その高さをボルト締め振動子の長さと同程度の高さにすることは可能であるものの、上記のようにボルト締め振動子をテーブルの下側表面に宙づりの状態で固定しているために加工対象物を仮固定するテーブルに撓みを生じ易い。このため、同公報に記載の振動テーブル装置を用いた場合には、機械加工の精度をある程度以上に高くすることが難しい。これに対して本発明の振動テーブルを用いた場合には、加工対象物が剛性三次元枠体に安定に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に仮固定されるため、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。
【００３１】
また、上記の特開２００３−２２０５３０号公報に記載の振動テーブル装置は、ボルト締め振動子によってテーブルに付与した超音波振動がテーブルを支持固定するケースを伝わって外部に逃げ易く、加工対象物に大きな超音波振動を付与することが難しい。これに対して本発明の振動テーブルは、ボルト締めランジュバン型超音波振動子がその振動の節となる位置にて剛性三次元枠体に固定されているために超音波振動が外部に逃げ難く、加工対象物に大きな超音波振動を付与することができる。このため、本発明の振動テーブルを用いることにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。
【００３２】
次に、図１及び図３を参照しながら、図１の振動テーブル１０の作製方法などについて説明する。振動テーブル１０は、例えば、次のようにして作製される。
【００３３】
先ず、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと圧電振動子板１４ａ、１４ｂとを重ね合わせて積層体を構成する。次に、この積層体の上側と下側のそれぞれに金属部材１５ａ、１５ｂを配置して、上記の積層体を金属部材１５ａ、１５ｂと共にボルト１６により締め付けることにより、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３を構成し且つこれを剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂに支持固定する。そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子１３が支持固定された剛性三次元枠体１２のスペーサ１２ａの底部を、ボルトなどで剛性基台１１の上に固定することにより図１の振動テーブル１０が作製される。
【００３４】
剛性基台１１は、例えば、鉄やチタンなどの金属材料、あるいはステンレススチールなどの合金材料から形成される。また、剛性基台１１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｓｉ合金（例、商品名ノビナイト、（株）榎本鋳工所製）などの制振材料から形成することも好ましい。また、本発明の振動テーブルは、例えば、既製のボール盤が備える加工対象物を仮固定する金属製のテーブルの上に配置して使用することもできる。このような場合には、剛性基台１１を磁性ステンレスから形成することにより、振動テーブルをボール盤が備える金属製のテーブルの上に安定に配置することができる。
【００３５】
剛性三次元枠体１２は、基台に固定されるスペーサ１２ａと、スペーサ１２ａの上部に接続する平面状の支持板１２ｂとから構成され、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。支持板１２ｂには、ボルト１６の直径よりも大きな径の透孔が形成されている。
【００３６】
圧電振動子板１４ａ、１４ｂのそれぞれには、ボルト１６の直径よりも大きな径の透孔が形成されている。圧電振動子板１４ａ、１４ｂはそれぞれ、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック材料から形成された円環状の圧電体と、その各々の表面に付設された円環状の電極板から構成される。電極板としては、例えば、銀やリン青銅などから形成された薄板状（もしくは薄膜状）の電極が用いられる。なお、金属部材１５ａ、金属部材１５ｂ及び支持板は導電性を有しており圧電振動子板の電極として用いることもできるため、これらのいずれかに接触している圧電振動子板の表面には電極板が付設されていなくても良い。
【００３７】
圧電振動子板１４ａ、１４ｂのそれぞれが備える圧電体は、例えば、それぞれ図３に記入した矢印１８ａ、１８ｂが示す方向に分極処理される。そして圧電振動子板１４ａ、１４ｂのそれぞれに交流電圧を印加することにより、圧電振動子板１４ａはランジュバン型振動子１３の頂面１３ａに垂直な方向に振動する超音波振動を発生し、そして圧電振動子板１４ｂは図１に記入した矢印１７が示す方向に振動する超音波振動を発生する。これらの圧電振動子板１４ａ、１４ｂに印加する交流電圧の位相差を９０度に設定することにより、ランジュバン型振動子１３の頂面１３ａは、頂面１３ａに垂直な方向に振動する振動成分と、図２に記入した矢印１７が示す方向に振動する振動成分とからなる楕円振動をする。このような楕円振動を加工対象物に付与することにより、例えば、加工対象物を矢印１７の示す方向に沿って高い精度で効率良く平面研削加工することができる。
【００３８】
圧電振動子板１４ａ、１４ｂが備える圧電体は、それぞれ厚み方向に分極されていても良い。この場合には、圧電振動子板１４ａ、１４ｂを、各々の圧電体の分極方向が互いに逆向きとなるように重ね合わせて配置することが好ましい。圧電振動子板１４ａ、１４ｂが備える圧電体がそれぞれ厚み方向に分極処理されていると、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面を上下方向に大きく超音波振動させることができる。このような大きな超音波振動を加工対象部に付与することにより、例えば、ドリルを用いて加工対象物を高い精度で効率良く穴あけ加工することができる。
【００３９】
金属部材１５ａ、１５ｂは、例えば、ステンレススチールなどの金属材料から形成される。上側の金属部材１５ａは、例えば、ステンレススチール製の角材の一部分を旋盤を用いて円柱状に機械加工して作製される一個の金属部品である。
金属部材１５ａは、ボルト１６と嵌め合わされる雌ねじが形成された穴を備えている。そして金属部材１５ｂは、ボルト１６と嵌め合わされる雌ねじが形成された透孔を備えている。金属部材１５ａと金属部材１５ｂは、ボルト１６を介して互いに電気的に接続される。
【００４０】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３には、例えば、図１に示すように交流電源１９が電気的に接続される。ボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材１５ａは、感電を防止するために接地されていることが好ましい。上側の金属部材１５ａは、ボルト１６、そして下側の金属部材１５ｂを介して接地される。そして図１に示すように、圧電振動子板１４ａの下側の電極板及び圧電振動子板１４ｂの上側の電極板に交流電源１９を用いて交流電圧を印加することにより、圧電振動子板１４ａ、１４ｂがそれぞれ超音波振動し、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３が超音波振動を発生する。
【００４１】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子を構成するための積層体は、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板から構成されていることが好ましい。これは、圧電振動子板の枚数が奇数枚であると、感電を防止するために金属部材１５ａ、１５ｂ及び支持板１２ｂをそれぞれ接地して、例えば、最も下側に配置された圧電振動子板以外の全ての圧電振動子板のそれぞれに交流電圧を印加するためには、最も下側に配置された圧電振動子板の上側表面及び下側表面を共に接地する必要があり、この圧電振動子板に交流電圧を印加できないからである。圧電振動子板の枚数は、二枚、四枚あるいは六枚であることが実用的である。圧電振動子板の枚数を多くするほどランジュバン型振動子を大きく超音波振動させることができるが、消費電力が大きくなり、また圧電振動子板と交流電源との電気的な接続が複雑となるからである。
【００４２】
また、本発明の振動テーブルにおいて、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の頂面の面積は、圧電振動子板（圧電振動子板を複数枚備える場合には最も上側に配置された圧電振動子板）の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下であることが好ましい。図１の振動テーブル１０が備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの頂面の面積は、圧電振動子板１４ａの上側表面の面積の約４．５倍に設定されている。
【００４３】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの頂面の面積を圧電振動子板の上側表面の面積よりも大きくすることにより、上側の金属部材１５ａの頂面の超音波振動の振幅が小さくなる傾向にあるが、振動テーブルの負荷が変動した場合、例えば、ランジュバン型振動子の頂面に質量の大きな加工対象物が置かれた場合、あるいは機械加工に用いる工具によってランジュバン型振動子の頂面に大きな力が加わった場合にも加工対象物を安定した精度で機械加工できることが実験によって判明している。この原因は、次のように理解される。
【００４４】
一般に、振幅の大きな超音波振動を得るために、超音波振動子に金属製のホーンを接続することが知られている。ホーンとしては、例えば、頂面の面積が底面よりも小さく設定された円錐台の形状の金属部材が用いられる。このようなホーンを、その底面にて超音波振動子に固定すると、超音波振動子の発生した超音波振動はホーンの頂面に到達した際にその振幅が増大することが知られている。そして超音波振動子が発生する超音波振動の持つエネルギーは一定の大きさであるため、ホーンの頂面に到達した超音波振動はその振幅は大きくなるものの、この超音波振動によりホーンの頂面に接続された負荷に与える力は小さくなることも知られている。
【００４５】
本発明の振動テーブルにおいて、上記のようにボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの頂面の面積を底面の面積よりも大きく設定すると、ホーンの場合とは逆に上側金属部材の頂面の超音波振動の振幅は減少するものの、この超音波振動により加工対象物に与える力が大きくなり、加工対象物を安定に超音波振動させることができると理解される。このため、上側の金属部材の頂面の面積を底面の面積よりも大きく設定されたランジュバン型振動子を備える振動テーブルを用いることにより、振動テーブルの負荷が変動した場合にも加工対象物を安定した精度で機械加工することができると理解される。
【００４６】
また、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の上側の金属部材１５ａの底面の面積は、圧電振動子板１４ａの上側表面の面積以上で、上側の金属部材１５ａの頂面の面積以下であることがさらに好ましい。上側の金属部材１５ａの底面の面積が圧電振動子板１４ａの上側表面の面積よりも小さいと、圧電振動子板１４ａの金属部材１５ａに接触しない表面部分にて発生した超音波振動が上側金属部材１４ａに伝わらないため、ランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの超音波振動の振幅が小さくなるからである。一方、上側金属部材１５ａの底面の面積が頂面の面積よりも大きいと、ホーンの場合と同様にランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの超音波振動の振幅は大きくなるものの、この超音波振動が加工対象物に与える力が小さくなって、負荷変動に対して機械加工の精度が不安定になるからである。
【００４７】
また、本発明の振動テーブルのボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面には、金属材料などから形成された剛性板が固定されていても良い。剛性板は、例えば、ボルトなどを用いてランジュバン型振動子の上側金属部材の頂面に固定することができる。剛性板が固定されている場合にも、この剛性板は、その下側表面にてボルト締めランジュバン型超音波振動子によって安定に支持されるため、その表面に横方向の揺れを生じ難い。この剛性板の上側表面に加工対象物を仮固定し、そして加工対象物に超音波振動を付与することにより、加工対象物を高い精度で機械加工することができる。剛性板を固定することにより、ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面を、機械加工に用いる工具による損傷から保護することができる。
【００４８】
図４は、本発明の振動テーブルの別の構成例を示す正面図である。図４の振動テーブル４０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子４３を構成するための積層体が、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの上側表面と下側表面のそれぞれに一枚ずつ配置された圧電振動子板１４ａ、１４ｂから構成されていること以外は図１の振動テーブルと同様である。振動テーブル４０においては、ボルト締めランジュバン型超音波振動子４３にて超音波振動を発生されるために支持板１２ｂに交流電圧を印加する。このため、支持板１２ｂを備える剛性三次元枠体１２と基台１１とは、互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。
【００４９】
図５は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。図５の振動テーブル５０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子５３を構成するための積層体が、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの上側表面に重ねて配置された二枚の圧電振動子板１４ａ、１４ｂから構成されていること以外は図１の振動テーブルと同様である。圧電振動子板の枚数は、図１の振動テーブル１０の場合と同様の理由で偶数枚であることが好ましい。
【００５０】
図６は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。図６の振動テーブル６０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子６３を構成するための積層体が、剛性三次元枠体１２の支持板１２ｂと、支持板１２ｂの上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された二枚の圧電振動子板（合計で四枚の圧電振動子板１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ）から構成されていること以外は図１の振動テーブル１０と同様である。このようにボルト締めランジュバン型超音波振動子を構成するために積層体を、支持板と、支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された圧電振動子板から構成する場合には、支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに偶数枚の圧電振動子板を重ねて配置することが好ましい。これにより振動テーブル６３の金属部材６５ａ、６５ｂ及び剛性三次元枠体１２を接地することができる。
【００５１】
上記のように、上側の金属部材の頂面の面積が圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下の範囲に設定されたランジュバン型振動子を備える振動テーブルを用いることにより、負荷が変動した場合にも加工対象物を安定した精度で機械加工することができる。このように上側の金属部材の頂面の面積を大きくする場合、上側の金属部材の形状はボルト締めランジュバン型超音波振動子の軸に対して対称な形状であることが好ましい。
【００５２】
図７は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図７の振動テーブル７０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子７３の上側の金属部材７５ａとして、頂面の面積が底面の面積よりも大きい角錐台状の金属部材が用いられていること、そして円筒状のスペーサ７２ａとスペーサ７２ａの上部に接続する平面状の支持板７２ｂから構成される剛性三次元枠体７２が用いられていること以外は図１の振動テーブル１０と同様である。
【００５３】
図８は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図８の振動テーブル８０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子８３の上側の金属部材８５ａとして、頂面の面積が圧電振動子板１４ａの上側表面の面積よりも大きい円柱状の金属部材が用いられていること、そして剛性三次元枠体８２の円筒状のスペーサ８２ａの直径が上側金属部材８５ａの直径と等しくされていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。
【００５４】
図９は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図９の振動テーブル９０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子９３の上側の金属部材９５ａとして、頂面の面積が底面の面積よりも大きい円錐台状の金属部材の上側部分を頂面が正方形となるように垂直に切断して作製された金属部材が用いられていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。
【００５５】
図１０は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。図１０の振動テーブル１００の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１０３の上側の金属部材１０５ａとして、正方形の頂面を有する直方体状の金属部材が用いられていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。
【００５６】
図１１は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。図１１の振動テーブル１１０の構成は、ボルト締めランジュバン型超音波振動子１１３の上側の金属部材１１５ａとして、頂面の面積が底面の面積よりも大きい円錐台状の金属部材が用いられていること、そしてランジュバン型振動子１１３が、その上側の金属部材１１５ａと一体に形成された剛性三次元枠体１１２の円環状の支持板１１２ｂに支持固定されていること、そして支持板１１２ｂが四本の柱状のスペーサ１１２ａにより剛性基台１１に固定されていること以外は図７の振動テーブル７０と同様である。このように、ボルト締めランジュバン型超音波振動子は、その上側の金属部材（あるいは下側の金属部材）にて剛性三次元枠体に支持固定されていても良い。
【００５７】
図１２は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成を示す正面図であり、そして図１３は、図１２の振動テーブルの平面図である。図１２及び図１３に示す振動テーブル１２０は、剛性基台１２１、基台１２１の上に固定された合計で四個の剛性三次元枠体１２２、および頂面１２３ａが平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２２にそれぞれ支持固定された合計で四個の円柱状のボルト締めランジュバン型超音波振動子１２３から構成されている。四個のボルト締めランジュバン型超音波振動子１２３は、それぞれの頂面１２３ａが同一平面上に位置するように位置が調節されている。
【００５８】
剛性三次元枠体１２２は、基台に固定されたスペーサ１２２ａと、スペーサ１２２ａの上部に接続する平面状の支持板１２２ｂとから構成されている。剛性三次元枠体１２２の横方向の揺れを低減するため、支持板１２２ｂの下側表面の中央の位置には補強用の支柱１２７が備えられている。また、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子１２３の構成は、上側の金属部材１２５ａとして圧電振動子板１４ａの直径と等しい円柱状の金属部材が用いられていること以外は図１の振動テーブル１０のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３と同様である。
【００５９】
このように剛性三次元枠体に複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子が支持固定された振動テーブルの上に、一個のランジュバン型振動子の頂面の面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも加工対象物に接するランジュバン型振動子により超音波振動を発生させ、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を機械加工すると、加工対象物が各々加工対象物に超音波振動を付与する複数のランジュバン型振動子によって安定に支持されるため、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することができる。
【００６０】
図１４は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図であり、そして図１５は、図１４の振動テーブルの平面図である。図１４及ぶ図１５に示す振動テーブル１４０は、剛性基台１４１、基台１４１の上に並列固定された複数（例えば、九個）の剛性三次元枠体１２、および頂面１３ａが平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体１２のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の複数（例えば、九個）のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３から構成され、これらの複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、それぞれの頂面１３ａが同一平面上に位置するように位置を調整されている。各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３の構成は、図１の振動テーブル１０に用いるものと同一である。
【００６１】
複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子１３は、例えば、剛性基台１４１の上に各々ボルト締めランジュバン型超音波振動子を備える複数の剛性三次元枠体を並べて固定したのち、複数のランジュバン型振動子の頂面を剛性基台の底面に対して平行に研磨あるいは研削するという簡単な操作により、各々の頂面が同一平面上に位置するように位置を調節することができる。
【００６２】
振動テーブル１４０は、各々のランジュバン型振動子１３が剛性基台に安定に支持固定されているために横方向の揺れを生じ難い。このため振動テーブル１４０の上に、一個のランジュバン型振動子１３の頂面１３ａの面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも加工対象物に接するランジュバン型振動子により超音波振動を発生させ、この超音波振動を加工対象物に付与しながら加工対象物を機械加工することにより、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することができる。また、図１の振動テーブルの場合と同様に、振動テーブル１４０は、その高さが低いために既製の機械加工装置への組み込みが容易である。
【００６３】
図１６は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図であり、そして図１７は、図１６の振動テーブルの平面図である。図１６及び図１７に示す振動テーブル１６０の構成は、複数のランジュバン型振動子１３が、各々の上側の金属部材１５ａの上方側面にて樹脂材料１６７により互いに接合されていること、そして複数のランジュバン型振動子１３を樹脂材料１６７を介して囲む枠体１６８が備えられていること以外は図１４の振動テーブル１４０と同様である。
【００６４】
複数のランジュバン型振動子１３を互いに接合する樹脂材料１６７は、機械加工の際に、例えば、水や油などの研削液を用いた場合に、この研削液がランジュバン型振動子間の隙間から基台１５１へと流れ落ちることを防止する。
【００６５】
樹脂材料１６７としては、例えば、エポキシ樹脂が用いられる。この樹脂材料１６７と、例えば、ステンレススチールからなる上側の金属部材１５ａとの音響インピーダンスは互いに大きく異なる値を示すため、各々のランジュバン型振動子１３にて発生した超音波振動は他の振動子には伝わり難く、複数のランジュバン型振動子１３のそれぞれは、ほぼ独立に超音波振動する。すなわち複数のランジュバン型振動子振動子の上に配置された大きなサイズの加工対象物に、各々のランジュバン型振動子から同じ大きさの超音波振動が付与される。このため、振動テーブル１６０を用いることにより、大きなサイズの加工対象物を均一に且つ高い精度で機械加工することができる。
【００６６】
図１８は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図であり、そして図１９は、図１８の振動テーブルの平面図である。
【００６７】
図１８及び図１９に示す振動テーブル１８０の構成は、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子１８３の上側の金属部材１８５ａの頂面の形状が六角形とされていること、剛性基台１８１の形状が円盤状とされていること、そして枠体１８８として各々のランジュバン型振動子の上側の金属部材１８５ａをその上方にて囲む透孔を備えた円盤状の金属板が用いられていること以外は図１６の振動テーブル１６０と同様である。
【００６８】
このように、各々のランジュバン型振動子の上側の金属部材の頂面の形状を六角形にすることにより、上面の形状が四角形である場合と比べてランジュバン型振動子の頂面をより均一に超音波振動させることができる。
【００６９】
図２０は、本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。図２０の振動テーブル２００は、剛性基台２０１、基台２０１の上に並列固定された剛性三次元枠体９２、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて剛性三次元枠体９２のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の四個のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３から構成され、これらの複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３は、それぞれの頂面が同一平面上に位置するように位置を調整されている。各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３及び枠体９２の構成は、図９の振動テーブル９０に用いるものとそれぞれ同一である。
【００７０】
図２０の振動テーブル２００の各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３の頂面には、剛性板（図示は略する）を固定することもできる。この剛性板は、その側面にて互いに連結されて、一体化され連結剛性板を形成していても良い。図２０に示すように、連結剛性板２０７は、例えば、ボルトなどを用いて複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子９３の上に固定することができる。
【００７１】
図２１は、本発明の振動テーブルが備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子の駆動装置の構成例を示す電気回路ブロック図である。
【００７２】
図２１の駆動装置２１１は、振動テーブルが備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子１３に、その共振周波数に対応する周波数、通常は１５乃至１００ｋＨｚの範囲にある周波数の交流電圧（例、正弦波電圧）を印加する。
【００７３】
図２１の駆動装置２１１のＰＬＬ（Phase-locked loop)回路２１２は、ランジュバン型振動子１３の共振周波数に対応する周波数の矩形波電圧を発生させる。この矩形波電圧は、ドライバー回路２１３にて電力増幅されたのち、整合回路２１４にて電気力率の改善が行なわれ、ランジュバン型振動子１３に正弦波電圧として印加される。ランジュバン型振動子が二個の圧電振動子板を備えている場合には、この正弦波電圧を各々の圧電振動子板に印加する。
【００７４】
整合回路２１４とランジュバン型振動子１３との間に備えられた電圧／電流検出回路２１５は、ランジュバン型振動子１３に付与される交流電圧、交流電流、及びこれらの位相を検出する。
【００７５】
電力制御部２１７は、電圧／電流検出回路２１５にて検出された交流電圧、交流電流、及びこれらの位相をもとにランジュバン型振動子１３に付与されている電力値を算出する。そして電力制御部２１７は、ランジュバン型振動子に所定の大きさの電力が付与されるように、算出した電力値をもとにドライバ回路２１３の電力増幅率を制御する。
【００７６】
一方、位相回路２１６は、電圧／電流検出回路２１５から出力される、ランジュバン型振動子１３に流れる電流を電流電圧変換した信号を入力し、周波数制御ブロック２１８の制御周波数がランジュバン型振動子１３の共振周波数になるように、その信号を位相シフトさせた後、パルス状の電圧に変換した電圧信号をＰＬＬ回路２１２に出力する。
【００７７】
ＰＬＬ回路２１２は、位相回路２１６が出力するパルス状の電圧と、ＰＬＬ回路が出力する矩形波電圧との位相が一致するように、ＰＬＬ回路が出力する矩形波電圧の周波数を制御する。このような制御により、ランジュバン型振動子１３の共振周波数が、例えば、環境温度の変動によって僅かに変動した場合にも、ランジュバン型振動子１３に常にその共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加することができため、ランジュバン型振動子１３にて振幅の大きな超音波振動を発生させることができる。
【００７８】
また、振動テーブルに複数のランジュバン型振動子が備えられている場合には、各々のランジュバン型振動子に図１４の駆動装置を一台ずつ接続することが好ましい。これにより、各々のランジュバン型振動子の共振周波数が変動した場合であっても、各々のランジュバン型振動子に常にその共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加することができる。このため、各々のランジュバン型振動子にて振幅の大きな超音波振動を発生させることができる。
【００７９】
また、振動テーブルが複数のランジュバン型振動子を備える場合には、複数のランジュバン型振動子のそれぞれに同一の位相の交流電圧を印加することも好ましい。この場合には、各々のランジュバン型振動子に印加する交流電圧の大きさを調節して、各々のランジュバン型振動子の頂面を同一の振幅で超音波振動させることがさらに好ましい。また、複数のランジュバン型振動子を電気的に並列に接続して、並列接続されたランジュバン型振動子に一台の駆動装置を用いて交流電圧を印加しても良い。
【００８０】
図２１に示すように駆動装置２１１には、中央処理装置（ＣＰＵ：central processing
unit)２２２、記憶手段２２３、および表示手段２２４が備えられていることが好ましい。
【００８１】
中央処理装置２２２は、電圧／電流検出回路２１５にて検出された交流電圧、交流電流、及びこれらの位相をもとにしてランジュバン型振動子１３に付与されている電力値を算出する。そして中央処理装置２２２は、ランジュバン型振動子１３に所定の大きさの電力が付与されるように、算出した電力値をもとにドライバ回路２１３の電力増幅率を制御するとともに、算出された電力値のデータを記憶手段２２３に出力する。記憶手段２２３に記憶された電力値のデータは、例えば、ディスプレイ上に表示されたり、あるいはプリンタなどに出力される。
【００８２】
また、中央処理装置２２２は、ＰＬＬ回路２１２が出力する矩形波電圧の振幅や周波数などを表示手段（例えば、ディスプレイ装置）２２４により表示させるとともに、ＰＬＬ回路２１２が出力する矩形波電圧、あるいは電圧／電流検出回路２１５が出力するランジュバン型振動子１３に付与される交流電圧や交流電圧などの情報をもとに、ランジュバン型振動子１３に異常状態が生じた場合（例、振動子への配線が断線した場合、あるいは振動子の共振周波数の変動に応じた印加電圧の制御がされていない場合）には、表示手段２２４に警告表示を行なう。このような駆動装置２１１を用いると、ランジュバン型振動子１３の制御の状態を確認できるため、振動テーブルを用いて機械加工を行なう際に加工不良の発生を早期に発見することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の振動テーブルの構成例を示す正面図である。
【図２】図１の振動テーブルの平面図である。
【図３】図１の振動テーブルの分解斜視図である。
【図４】本発明の振動テーブルの別の構成例を示す正面図である。
【図５】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図６】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図７】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図８】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図９】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１０】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図１１】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。
【図１２】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１３】図１２の振動テーブルの平面図である。
【図１４】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１５】図１４の振動テーブルの平面図である。
【図１６】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１７】図１６の振動テーブルの平面図である。
【図１８】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す正面図である。
【図１９】図１８の振動テーブルの平面図である。
【図２０】本発明の振動テーブルのさらに別の構成例を示す斜視図である。
【図２１】本発明の振動テーブルが備えるボルト締めランジュバン型超音波振動子の駆動装置の構成例を示す電気回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０、４０、５０、６０ 振動テーブル
１１ 剛性基台
１２ 剛性三次元枠体
１２ａ スペーサ
１２ｂ 支持板
１３、４３、５３、６３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
１３ａ ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 圧電振動子板
１５ａ、１５ｂ 金属部材
１６ ボルト
１８ａ、１８ｂ 圧電振動子板が備える圧電体の分極方向を示す矢印
１９ 交流電源
４５ａ、４５ｂ 金属部材
５５ａ、５５ｂ 金属部材
６５ａ、６５ｂ 金属部材
７０、８０、９０、１００、１１０ 振動テーブル
７２、８２、９２、１０２、１１２ 剛性三次元枠体
７２ａ、８２ａ、９２ａ、１１２ａ スペーサ
７２ｂ、９２ｂ、１０２ｂ、１１２ｂ 支持板
７３、８３、９３、１０３、１１３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
７５ａ、７５ｂ 金属部材
８５ａ、８５ｂ 金属部材
９５ａ、９５ｂ 金属部材
１０５ａ、１０５ｂ 金属部材
１１５ａ、１１５ｂ 金属部材
１２０ 振動テーブル
１２１ 剛性基台
１２２ 剛性三次元枠体
１２２ａ スペーサ
１２２ｂ 支持板
１２３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
１２３ａ ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面
１２５ａ、１２５ｂ 金属部材
１２７ 支柱
１４０、１６０、１８０ 振動テーブル
１４１、１８１、２０１ 剛性基台
１６７ 樹脂材料
１６８、１８８ 枠体
１８３ ボルト締めランジュバン型超音波振動子
１８３ａ ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面
１８５ａ、１８５ｂ 金属部材
２００ 振動テーブル
２０６ 連結剛性板取り付け用のボルト
２０７ 連結剛性板
２１１ 駆動装置
２１２ ＰＬＬ（Phase-locked loop)回路
２１３ ドライバー回路
２１４ 整合回路
２１５ 電圧／電流検出回路
２１６ 位相回路
２１７ 電力制御部
２１８ 周波数制御ブロック
２１９ 電力制御ブロック
２２２ 中央処理装置（ＣＰＵ：central processing unit)
２２３ 記憶手段
２２４ 表示手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
剛性基台、該基台上に固定された剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて該剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子からなる振動テーブル。
【請求項２】
剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと該スペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子が、該支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項３】
上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項４】
上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上で、上側の金属部材の頂面の面積以下である請求項３に記載の振動テーブル。
【請求項５】
積層体が、支持板と該支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項６】
積層体が、支持板と該支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項７】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項８】
剛性基台、該基台上に並列固定された複数の剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて該剛性三次元枠体のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子からなり、該複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子が、それぞれの頂面が同一平面上に位置するように位置を調整された振動テーブル。
【請求項９】
各々の剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと該スペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そして各々の剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子が、該支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１０】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である請求項９に記載の振動テーブル。
【請求項１１】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上、上側の金属部材の頂面の面積以下である請求項１０に記載の振動テーブル。
【請求項１２】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と該支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項９に記載の振動テーブル。
【請求項１３】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と該支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項９に記載の振動テーブル。
【請求項１４】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１５】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に固定された剛性板がその側面にて互いに連結されて、一体化され連結剛性板を形成している請求項１４に記載の振動テーブル。
【請求項１６】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加する駆動装置が備えられている請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１７】
請求項８に記載の振動テーブルの上に、一個のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面の面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも該加工対象物に接するボルト締めランジュバン型超音波振動子により超音波振動を発生させることにより、この超音波振動を加工対象物に付与しながら該加工対象物を機械加工する機械加工方法。
【請求項１】
剛性基台、該基台上に固定された剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて該剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子からなる振動テーブル。
【請求項２】
剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと該スペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そしてボルト締めランジュバン型超音波振動子が、該支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項３】
上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項４】
上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上で、上側の金属部材の頂面の面積以下である請求項３に記載の振動テーブル。
【請求項５】
積層体が、支持板と該支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項６】
積層体が、支持板と該支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項２に記載の振動テーブル。
【請求項７】
ボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている請求項１に記載の振動テーブル。
【請求項８】
剛性基台、該基台上に並列固定された複数の剛性三次元枠体、および頂面が平面であって、発生する振動の節となる位置にて該剛性三次元枠体のそれぞれに一個ずつ支持固定された互いに同一の複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子からなり、該複数のボルト締めランジュバン型超音波振動子が、それぞれの頂面が同一平面上に位置するように位置を調整された振動テーブル。
【請求項９】
各々の剛性三次元枠体が、基台に固定されたスペーサと該スペーサ上部に接続する平面状の支持板とからなり、そして各々の剛性三次元枠体に支持固定されたボルト締めランジュバン型超音波振動子が、該支持板と圧電振動子板との積層体を、上側と下側のそれぞれに配置された金属部材と共にボルトにより締め付けてなるランジュバン型超音波振動子である請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１０】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の頂面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積の１．１倍以上、８．０倍以下である請求項９に記載の振動テーブル。
【請求項１１】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の上側の金属部材の底面の面積が、圧電振動子板の上側表面の面積以上、上側の金属部材の頂面の面積以下である請求項１０に記載の振動テーブル。
【請求項１２】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と該支持板の上側表面もしくは下側表面に重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項９に記載の振動テーブル。
【請求項１３】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の積層体が、支持板と該支持板の上側表面と下側表面のそれぞれに重ねて配置された偶数枚の圧電振動子板からなる請求項９に記載の振動テーブル。
【請求項１４】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面に剛性板が固定されている請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１５】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に固定された剛性板がその側面にて互いに連結されて、一体化され連結剛性板を形成している請求項１４に記載の振動テーブル。
【請求項１６】
各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子に、各々のボルト締めランジュバン型超音波振動子の共振周波数に対応する周波数の交流電圧を印加する駆動装置が備えられている請求項８に記載の振動テーブル。
【請求項１７】
請求項８に記載の振動テーブルの上に、一個のボルト締めランジュバン型超音波振動子の頂面の面積より大きい加工対象物を配置し、少なくとも該加工対象物に接するボルト締めランジュバン型超音波振動子により超音波振動を発生させることにより、この超音波振動を加工対象物に付与しながら該加工対象物を機械加工する機械加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０４４５０９
【国際公開日】平成１７年５月１９日（２００５．５．１９）
【発行日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１５３４０（Ｐ２００５−５１５３４０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１６５５４
【国際出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（５００２２２０２１）
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年５月１９日（２００５．５．１９）
【発行日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１６５５４
【国際出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（５００２２２０２１）
【Ｆターム（参考）】
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