特表 2024-535394 レーザ・超音波の同期補助切削システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-30

(54)【発明の名称】レーザ・超音波の同期補助切削システム

(51)【国際特許分類】

   B23B 1/00 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

B23B1/00 B

B23B1/00 G

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024518694

(86)(22)【出願日】2021-12-20

(85)【翻訳文提出日】2024-03-25

(86)【国際出願番号】 CN2021139673

(87)【国際公開番号】W WO2023097804

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】202111460177.6

(32)【優先日】2021-12-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】513324321

【氏名又は名称】大連理工大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100148633

【弁理士】

【氏名又は名称】桜田 圭

(74)【代理人】

【識別番号】100147924

【弁理士】

【氏名又は名称】美恵 英樹

(72)【発明者】

【氏名】康 仁科

(72)【発明者】

【氏名】鮑 岩

(72)【発明者】

【氏名】董 志剛

(72)【発明者】

【氏名】殷 森

(72)【発明者】

【氏名】潘 延安

【テーマコード（参考）】

3C045

【Ｆターム（参考）】

3C045AA03

3C045AA05

(57)【要約】

本発明は、超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システム、導光ダイヤモンド工具からなるレーザ・超音波同期補助切削システムを提供する。トランスデューサは超音波の縦振動を出力し、異形ホーンはトランスデューサから出力される縦振動を縦・たわみ複合振動に変換し、工具に超音波楕円振動軌道をなし、断続的な切削を実現し、レーザヘッドはレーザ発生器を通じてレーザビームを集束し、導光ポットに開設された溝を介して導光ダイヤモンド工具の後端面に入射し、屈折後に導光ダイヤモンド工具のすくい面から射出し、ワーク材料の切除される前の切削領域に集光し、ワック材料を軟化する。本発明は超音波楕円振動切削技術とレーザ補助切削技術を複合し、複合補助切削に両者の優位性を十分に発揮させ、超音波楕円振動切削の加工効率が低く、レーザ補助切削の熱応力が加工面にマイクロクラックを生じやすいなどの問題を効果的に解決する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システム、導光ダイヤモンド工具及びシールドケースからなり、
前記超音波楕円振動切削システムは、導光ポットと、超音波楕円振動切削入力機構と、超音波楕円振動切削出力機構と、工具高さ調整機構とを備え、
前記導光ダイヤモンド工具が前記導光ポットに取り付けられ、前記導光ポットが前記超音波楕円振動切削出力機構の出力端に設けられ、前記超音波楕円振動切削入力機構が超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記超音波楕円振動切削出力機構が、導光ダイヤモンド工具を動かして超音波楕円振動切削を完了させ、前記工具高さ調整機構が前記超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記工具高さ調整機構が切削加工における導光ダイヤモンド工具のツール・セッティング操作を実現し、
前記レーザ補助切削システムは、レーザ入力機構と、前記レーザ入力機構に接続され、レーザビームを出力するレーザ出力機構と、前記レーザ出力機構に接続され、前記レーザビームが作動状態で前記導光ポットを貫通し導光ダイヤモンド工具に入射するようにレーザビームの出力位置を調整するレーザ校正機構とを備え、
前記シールドケースは超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システムの外部に嵌着され、該シールドケースにはレーザビームと超音波楕円振動切削出力機構が移動する穴が設けられる、ことを特徴とするレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項2】

前記超音波楕円振動切削入力機構は超音波電源を備え、前記超音波楕円振動切削出力機構はトランスデューサと、異形ホーンとを備え、前記超音波電源は超音波信号用ケーブルを介して前記トランスデューサに接続され、前記トランスデューサの出力端は前記異形ホーンの入力端に接続され、前記異形ホーンの出力端は前記導光ポットに接続され、前記導光ダイヤモンド工具は導光ポットの前部に半田付けされ、異形ホーンから出力される２位相の一定の位相差を有する超音波振動は刃先で合成され、楕円振動軌道をなす、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項3】

前記超音波電源はトランスデューサを励起するデジタル式単一チャンネル超音波電源であり、ファジーＰＩＤアルゴリズムを用いて超音波楕円振動切削システムの共振周波数の自動追跡機能を実現し、振動切削システムの超音波振動の安定的な出力を保証する、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項4】

前記トランスデューサはサンドイッチ型圧電トランスデューサであり、４枚の型番ＰＺＴ－４の円環形の圧電セラミックシート及び４枚の銅製の電極シートからなり、圧電セラミックの高作業効率のｄ３３作業モードを利用し、超音波電源の励起により、超音波縦振動を出力する、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項5】

前記異形ホーンは、トランスデューサにより出力される縦振動を増幅、分解、変換する非対称構造を備え、一部の縦振動を非対称構造の中心に沿うたわみ振動に変換し、他の一部の縦振動を引き続き前方に伝達し、２位相の超音波振動は予め設定された位相差を有し、差別化の非対称構造の位置及び／又は差別化の幾何学的寸法である異なる構造を有する異形ホーンを選択することにより、縦振動からたわみ振動への変換割合の調整を実現する、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項6】

異形ホーンはフランジを介して工具高さ調整機構に拘束され、工具高さ調整機構は工具高さ粗調整つまみと工具高さ微調整つまみとを備え、前記工具高さ調整機構はダイヤモンド工具のＹ方向の変位微調整を実現でき、前記微調整の調整精度は０．１マイクロメートルである、ことを特徴とする請求項２又は４に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項7】

前記レーザ入力機構は、レーザ発生器を備え、前記レーザ出力機構は、レーザヘッドとレーザパワーキャリブレータとを備え、前記レーザ発生器から射出されたレーザがフレキシブル光ファイバを介して前記レーザヘッドに伝送され、前記レーザパワーキャリブレータが３方向変位微調整機構を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項8】

前記レーザヘッドの出力端には、スポット径を５０～１５０μｍに集束するフォーカスレンズが設けられ、前記レーザ発生器は、異なる加工材料及び要求に適応するように、射出されたレーザビームのパワーを調整する、ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項9】

前記レーザヘッドは固定ジョーを介して３方向変位微調整機構に接続され、前記固定ジョーの末端が３方向変位微調整機構に取り付けられ、前記固定ジョーの先端が前記レーザヘッドの外壁に係着されている、ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【請求項10】

レーザパワーキャリブレータは、工具から射出されたレーザビームのパワー及びエネルギー密度を校正する、ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、精密特殊加工技術分野に関し、特に３次元超音波楕円振動切削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

精密超精密切削加工技術の急速な発展に伴い、特に精密切削方法と特殊加工技術の結合により、加工し難しい加工材料の超精密加工に技術上の革新を与えている。

【0003】

レーザ補助切削技術は、切削前の切削領域の温度がワーク材料の最適な軟化温度に達するように、高エネルギーレーザビームを工具の前方向のワーク材料に集中させることであり、ワーク材料の塑性変形を実現しやすくなり、切削力、切削比エネルギー、表面粗さ及び工具摩耗を減少させ、加工品質及び加工効率を向上させる。その加工機構は高温でのワーク材料の強度及び硬度の低下だけでなく、部分的で瞬時の高温によるワーク材料の内部における塑性変形領域応力場の変化及び高温でのワーク材料とレーザ又は媒体との複雑な物理化学反応により、ワーク材料の切削性能が変化することである。しかし、レーザ補助切削による熱応力により、ワークの加工面にマイクロクラックが発生しやすく、加工品質に影響を与える。

【0004】

超音波楕円振動切削技術は、工具に２次元超音波振動を印加し、楕円振動軌道をなす切削方式であり、通常の切削及び１次元超音波振動切削に比べると、その切削過程は「摩擦力の反転」、「角度変更の切削」及びより徹底的な「工具・ワークの分離」などの特徴を有し、それで工具の寿命が有効に延長され、切削された表面の光沢度と切削安定性が向上され、バリと再生びびり振動が抑制される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、超音波楕円振動切削及びレーザ補助切削の２種類の特殊加工技術の優位性を十分に発揮するために、超音波楕円振動切削とレーザ補助切削を結合することで工具摩耗を減少させ、加工品質を向上させるレーザ・超音波同期補助切削システムを提案する。本発明は従来の分割型の超音波・レーザ複合補助切削システム（超音波振動切削システムとレーザ補助切削システムを別体配置）と比較し、超音波楕円振動切削システムとレーザ補助切削システムを高度に集積設計し、高エネルギーレーザビームがダイヤモンド工具を通じて刃先点から射出し、正確にコア切削領域に集中することで、相対位置が安定で信頼性があり、かつ複合補助切削システムの構造がコンパクトであり、集積化の程度が高く、体積が小さく、安全性が高く、切削加工における光・音エネルギーの個別の正確な入力制御を実現でき、より強い適応性を持ち、超音波・レーザ複合補助切削技術の優位性を十分に発揮でき、工事応用の見通しがよい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、超音波楕円振動切削及びレーザ補助切削の優位性を十分に発揮するために、強い適応性を持つレーザ・超音波同期補助切削システムを提供する。本発明に係る技術手段は、以下の通りである。

【0007】

本発明の一態様であるレーザ超音波同期補助切削システムは、超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システム、導光ダイヤモンド工具及びシールドケースからなるレーザ超音波同期補助切削システムであって、前記超音波楕円振動切削システムは、導光ポットと、超音波楕円振動切削入力機構と、超音波楕円振動切削出力機構と、工具高さ調整機構とを備え、前記導光ダイヤモンド工具が前記導光ポットに取り付けられ、前記導光ポットが前記超音波楕円振動切削出力機構の出力端に設けられ、前記超音波楕円振動切削入力機構が超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記超音波楕円振動切削出力機構が、導光ダイヤモンド工具を動かして超音波楕円振動切削を完了させ、前記工具高さ調整機構が前記超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記工具高さ調整機構が切削加工における導光ダイヤモンド工具のツール・セッティング操作を実現し、前記レーザ補助切削システムは、レーザ入力機構と、前記レーザ入力機構に接続され、レーザビームを出力するレーザ出力機構と、前記レーザ出力機構に接続され、前記レーザビームが作動状態で前記導光ポットを貫通し導光ダイヤモンド工具に入射するようにレーザビームの出力位置を調整するレーザ校正機構とを備え、前記シールドケースは超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システムの外部に嵌着され、該シールドケースにはレーザビームと超音波楕円振動切削出力機構が移動する穴が設けられている。

【0008】

さらに、前記超音波楕円振動切削入力機構は超音波電源を備え、前記超音波楕円振動切削出力機構はトランスデューサと、異形ホーンとを備え、前記超音波電源は超音波信号用ケーブルを介して前記トランスデューサに接続され、前記トランスデューサの出力端は前記異形ホーンの入力端に接続され、前記異形ホーンの出力端は前記導光ポットに接続され、前記導光ダイヤモンド工具は導光ポットの前部に半田付けされ、異形ホーンから出力される２位相の一定の位相差を有する超音波振動は刃先で合成され、楕円振動軌道をなす。

【0009】

さらに、前記超音波電源はトランスデューサを励起するデジタル式単一チャンネル超音波電源であり、ファジーＰＩＤアルゴリズムを用いて超音波楕円振動切削システムの共振周波数の自動追跡機能を実現し、振動切削システムの超音波振動の安定的な出力を保証する。

【0010】

さらに、前記トランスデューサはサンドイッチ型圧電トランスデューサであり、４枚の型番ＰＺＴ－４の円環形の圧電セラミックシート及び４枚の銅製の電極シートからなり、圧電セラミックの高作業効率のｄ３３作業モードを利用し、超音波電源の励起により、超音波縦振動を出力する。

【0011】

さらに、前記異形ホーンは、トランスデューサにより出力される縦振動を増幅、分解、変換する非対称構造を備え、一部の縦振動を非対称構造の中心に沿うたわみ振動に変換し、他の一部の縦振動を引き続き前方に伝達し、２位相の超音波振動は予め設定された位相差を有し、差別化の非対称構造の位置及び／又は差別化の幾何学的寸法である異なる構造を有する異形ホーンを選択することにより、縦振動からたわみ振動への変換割合の調整を実現する。

【0012】

さらに、異形ホーンはフランジを介して工具高さ調整機構に拘束され、工具高さ調整機構は工具高さ粗調整つまみと工具高さ微調整つまみとを備え、前記工具高さ調整機構はダイヤモンド工具のＹ方向の変位微調整を実現でき、前記微調整の調整精度は０．１マイクロメートルである。

【0013】

さらに、前記レーザ入力機構は、レーザ発生器を備え、前記レーザ出力機構は、レーザヘッドとレーザパワーキャリブレータとを備え、前記レーザ発生器から射出されたレーザ光がフレキシブル光ファイバを介して前記レーザヘッドに伝送され、前記レーザパワーキャリブレータが３方向変位微調整機構を備える。

【0014】

さらに、前記レーザヘッドの出力端には、スポット径を５０～１５０μｍに集束するフォーカスレンズが設けられ、前記レーザ発生器は、異なる加工材料及び要求に適応するように、射出されたレーザビームのパワーを調整する。

【0015】

さらに、前記レーザヘッドは固定ジョーを介して３方向変位微調整機構に接続され、前記固定ジョーの末端が３方向変位微調整機構に取り付けられ、前記固定ジョーの先端が前記レーザヘッドの外壁に係着されている。

【0016】

さらに、レーザパワーキャリブレータは、工具から射出されたレーザビームのパワー及びエネルギー密度を校正する。

【発明の効果】

【0017】

本発明は以下のような利点を有する。

【0018】

この複合補助切削システムは超音波楕円振動切削技術とレーザ補助切削技術を結合し、２種類の切削技術の優位性を十分に発揮する。超音波楕円振動切削の加工効率が低く、レーザ補助切削の熱応力が加工面にマイクロクラックを発生させやすいなどの問題を効果的に解決でき、工具の摩耗をさらに減少させ、ワークの加工品質を高めることができる。複合補助切削の加工過程では、超音波楕円振動切削とレーザ補助切削は同時に行われ、高エネルギーレーザビームはダイヤモンド工具を通じて刃先点から射出して軟化材料を加熱し、材料が除去されるまでの短時間でその一部を高い温度に加熱し、材料の降伏応力と硬度を低下させ、切削変形を脆性から塑性又は準塑性に移行させる。超音波楕円振動は切削を断続過程に移行させ、工具の前後の刃面とワークとの摩擦接触時間を減少させ、工具の摩耗を効果的に低減させ、しかも切削分離時、レーザ光が加工された面を照射して、加工された面をレーザ光により加熱し焼戻しし、材料を元の構造に回復させ、準表面の損傷を減少させ、加工面の品質を向上させる。

【0019】

分割型超音波・レーザ複合切削システムに比べて、本発明は超音波楕円振動切削システムとレーザ補助切削システムを高度に集積設計し、レーザビームのワーク材料における集中位置と切削領域の相対位置が安定し、かつ複合補助切削システムの構造がコンパクトであり、工学上の応用の将来性が良い。

【0020】

また、超音波振動の振幅は超音波電源により調整することができ、超音波楕円振動軌道はホーンの構造の最適化により制御することができ、レーザビームのパワー及びスポットの大きさもレーザ発生器により連続的に調整することができ、超音波・レーザ複合補助切削のプロセスの最適化に基礎を提供し、複合補助切削システムにもより強い適応性を持たせる。

【0021】

上記の理由に基づいて本発明は精密特殊加工技術分野で広く普及することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本発明の実施例又は先行技術における技術案をより明確に説明するために、以下に、実施例又は先行技術の記載に使用する必要がある図面を簡単に説明する。明らかに、以下の記載における図面は本発明のいくつかの実施例であり、当業者にとっては、創造的労働を行わずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができることはいうまでもない。

【0023】

【図1】本発明の実施例に係る本体の外部の概略構成図である。

【図2】本発明の実施例に係るケースの内部の概略構成図である。

【図3】本発明の実施例に係る超音波楕円振動切削出力機構の概略構成図である。

【図4】本発明の実施例における導光ポットの概略構成図であり、（ａ）は導光ダイヤモンド工具を取り付ける場合の概略構成図であり、（ｂ）導光ダイヤモンド工具を取り外す場合の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明に係る実施例の目的、技術手段及び利点をより明確にするために、以下に本発明の実施例の図面に参照しながら、本発明の実施例の技術手段を明確で完全に説明する。明らかに、説明された実施例は本発明の一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者が創造的労働を行わず取得した他の実施例は、全て本発明が保護する範囲に含まれるものとする。

【0025】

本発明の実施例はレーザ・超音波同期補助切削システムを開示し、超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システム、導光ダイヤモンド工具及びシールドケースからなり、前記超音波楕円振動切削システムは導光ポットと、超音波楕円振動切削入力機構と、超音波楕円振動切削出力機構と、工具高さ調整機構とを備え、前記導光ダイヤモンド工具は前記導光ポットに取り付けられ、前記導光ポットが前記超音波楕円振動切削出力機構の出力端に設けられ、前記超音波楕円振動切削入力機構が超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記超音波楕円振動切削出力機構が導光ダイヤモンド工具を動かして超音波楕円振動切削を完了させ、前記工具高さ調整機構が前記超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記工具高さ調整機構が切削加工における導光ダイヤモンド工具のツール・セッティング操作を実現し、前記レーザ補助切削システムは、レーザ入力機構と、前記レーザ入力機構に接続され、レーザビームを出力するレーザ出力機構と、前記レーザ出力機構に接続され、前記レーザビームが作動状態で前記導光ポットを貫通し導光ダイヤモンド工具に入射するようにレーザビームの出力位置を調整するレーザ校正機構とを備え、前記シールドケースは超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システムの外部に嵌着され、該シールドケースにはレーザビームと超音波楕円振動切削出力機構が移動する穴が設けられている。

【0026】

具体的には、図１に示すように、本発明に係るレーザ・超音波同期補助切削システムは、超音波楕円振動切削システムと、レーザ補助切削システムと、導光ダイヤモンド工具６と、シールドケース５とを備える。ここで、１はレーザ発生器、２は超音波電源、３はフレキシブル光ファイバ、４は超音波信号用ケーブルである。

【0027】

超音波楕円振動切削システムは、超音波電源２と、トランスデューサと、異形ホーン９と、導光ポット８と、フランジベース１１と、工具高さ調整機構１２とを備える。

【0028】

図２に示すように、異形ホーン９におけるフランジ１０は高強度ボルトによりフランジベース１１に拘束され、フランジベース１１は工具高さ調整機構１２に溶接され、工具高さ調整機構１２は工具高さ粗調整つまみ１３と工具高さ微調整つまみ１４により導光ダイヤモンド工具６のＹ方向の変位微調整を実現することができ、調整精度が０．１マイクロメートルであり、切削加工における正確なツール・セッチングを実現することができ、切削加工の精度が向上される。

【0029】

図１及び図２に示すように、レーザ補助切削システムは、レーザ発生器１と、レーザヘッド２０と、レーザパワーキャリブレータ７と、３方向変位微調整機構１８とを備える。

【0030】

図１及び図２に示すように、レーザ発生器１から射出されたレーザ光は、フレキシブル光ファイバ３を介してレーザヘッド２０に伝送され、レーザヘッド２０の先端に取り付けられるフォーカスレンズ２１を介してスポット径が５０～１５０μｍに集束され、レーザスポットのエネルギー密度が大幅に向上され、レーザ発生器１は、異なる加工材料と要求に適応するように、射出されたレーザビームのパワーを調整することができる。

【0031】

図１及び図２に示すように、レーザヘッド２０は固定ジョー１９を介して３方向変位微調整機構１８に接続され、３方向変位微調整機構１８はレーザヘッド２０から出力された高エネルギーレーザビームを、導光ポット８に開設される溝２７を介して導光ダイヤモンド工具６の後端面に入射し、導光ダイヤモンド工具６のすくい面及び逃げ面の幾何学的特徴を設計・最適化することにより、導光ダイヤモンド工具６からのレーザビームの屈折方向及び角度を調整することができ、そのレーザビームを屈折させてから導光ダイヤモンド工具６のすくい面から射出させ、ワーク材料の切除される前の切削領域に集光して軟化させる。レーザパワーキャリブレータ７は、工具から射出されたレーザビームのパワー及びエネルギー密度を校正することができる。

【0032】

図３に示すように、トランスデューサは円環形圧電セラミックシート２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄと、銅電極シート２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄと、リアカバープレート２５と、予圧ボルト２６とを備え、円環形圧電セラミックシート２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄはいずれも型番ＰＺＴ－４の圧電セラミックを利用し、圧電セラミックの高使用効率のｄ３３動作モードを利用している。

【0033】

図３に示すように、超音波楕円振動切削システムは、組み立てる前に、導光ダイヤモンド工具６、導光ポット８、異形ホーン９、導光ポット上蓋２１、円環形圧電セラミックシート２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄ、銅電極シート２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄ、リアカバープレート２５、予圧ボルト２６などは何れも無水エタノールを用いて洗浄し、送風乾燥箱を用いて乾燥する必要がある。予圧ボルト２６とリアカバープレート２５、円環形圧電セラミックシート２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄ、銅電極シート２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄとの接触部分は絶縁テープで巻き付ける必要があり、リアカバープレート２５と円環形圧電セラミックシート２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｄ、銅電極シート２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び２４Ｄとの接触面の間にエポキシ樹脂ペーストを塗布する必要がある。

【0034】

図３に示すように、トランスデューサにおいては、図３に示すように、リアカバープレート２５、円環形圧電セラミックシート２３Ａ、銅電極シート２４Ａ、円環形圧電セラミックシート２３Ｂ、銅電極シート２４Ｂ、円環形圧電セラミックシート２３Ｃ、銅電極シート２４Ｃ、円環形圧電セラミックシート２３Ｄ、銅電極シート２４Ｄ及びリアカバープレート２５を予圧ボルト２６により軸方向に順次締結し、本実施例において、１２０Ｎの予圧力を加えて保温エージング処理を行う。

【0035】

図３に示すように、異形ホーン９はトランスデューサにより出力される縦振動を増幅、分解、変換する非対称構造を備え、一部の縦振動を非対称構造の中心に沿うたわみ振動に変換し、他の一部の縦振動は引き続き前方に伝達し、２位相の超音波振動は一定の位相差を有する。

【0036】

図３及び図４に示すように、導光ポット８は異形ホーン９の出力端に締付ボルトにより取り付けられ、導光ダイヤモンド工具６は導光ポット８の前部に半田付けされ、２位相の一定の位相差を有する超音波振動は刃先で合成され、楕円振動軌道をなす。

【0037】

図３に示すように、異形ホーン９における非対称構造の位置及び幾何学的寸法の計算及び最適化により、縦振動からたわみ振動への変換割合の調整、さらに合成された楕円振動の軌道の調整を実現することができる。

【0038】

図４に示すように、導光ポット上蓋２２は、導光ダイヤモンド工具６の後部に入射するレーザビームの経路が安定するように、締付ボルトにより導光ポット８の上部に取り付けられている。

【0039】

本発明に係るレーザ・超音波同期補助切削システムは超音波楕円振動切削技術とレーザ補助切削技術の優位性を兼備し、超音波楕円振動切削システム及びレーザ補助切削システムを高度に集積し、複合補助切削システムに２種類の切削技術の優位性を兼備させ、しかも全体構造がコンパクトであり、一体化の程度が高く、工事応用の実現に有利である。レーザ・超音波同期補助切削システムから出力される２位相の超音波振動の振幅及びレーザビームパワーは調整可能であり、複合補助切削のプロセスの最適化に基礎を提供している。

【0040】

最後に以下のことを説明すべきである。以上の各実施例は本発明の技術的手段を説明するためのものにすぎなく、それを限定するものではない。上述した各実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、上述した各実施例に記載の技術手段を修正するか、又はその技術的特徴の一部又は全部に同等な取り替えを実施することも可能であり、それらの修正や取り替えによって、対応する技術手段の本質が本発明の各実施例の技術的手段の範囲から逸脱しないことは当業者に理解されよう。

【0041】

（付記）
（付記１）
超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システム、導光ダイヤモンド工具及びシールドケースからなり、
前記超音波楕円振動切削システムは、導光ポットと、超音波楕円振動切削入力機構と、超音波楕円振動切削出力機構と、工具高さ調整機構とを備え、
前記導光ダイヤモンド工具が前記導光ポットに取り付けられ、前記導光ポットが前記超音波楕円振動切削出力機構の出力端に設けられ、前記超音波楕円振動切削入力機構が超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記超音波楕円振動切削出力機構が、導光ダイヤモンド工具を動かして超音波楕円振動切削を完了させ、前記工具高さ調整機構が前記超音波楕円振動切削出力機構に接続され、前記工具高さ調整機構が切削加工における導光ダイヤモンド工具のツール・セッティング操作を実現し、
前記レーザ補助切削システムは、レーザ入力機構と、前記レーザ入力機構に接続され、レーザビームを出力するレーザ出力機構と、前記レーザ出力機構に接続され、前記レーザビームが作動状態で前記導光ポットを貫通し導光ダイヤモンド工具に入射するようにレーザビームの出力位置を調整するレーザ校正機構とを備え、
前記シールドケースは超音波楕円振動切削システム、レーザ補助切削システムの外部に嵌着され、該シールドケースにはレーザビームと超音波楕円振動切削出力機構が移動する穴が設けられる、ことを特徴とするレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0042】

（付記２）
前記超音波楕円振動切削入力機構は超音波電源を備え、前記超音波楕円振動切削出力機構はトランスデューサと、異形ホーンとを備え、前記超音波電源は超音波信号用ケーブルを介して前記トランスデューサに接続され、前記トランスデューサの出力端は前記異形ホーンの入力端に接続され、前記異形ホーンの出力端は前記導光ポットに接続され、前記導光ダイヤモンド工具は導光ポットの前部に半田付けされ、異形ホーンから出力される２位相の一定の位相差を有する超音波振動は刃先で合成され、楕円振動軌道をなす、ことを特徴とする付記１に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0043】

（付記３）
前記超音波電源はトランスデューサを励起するデジタル式単一チャンネル超音波電源であり、ファジーＰＩＤアルゴリズムを用いて超音波楕円振動切削システムの共振周波数の自動追跡機能を実現し、振動切削システムの超音波振動の安定的な出力を保証する、ことを特徴とする付記２に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0044】

（付記４）
前記トランスデューサはサンドイッチ型圧電トランスデューサであり、４枚の型番ＰＺＴ－４の円環形の圧電セラミックシート及び４枚の銅製の電極シートからなり、圧電セラミックの高作業効率のｄ３３作業モードを利用し、超音波電源の励起により、超音波縦振動を出力する、ことを特徴とする付記２に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0045】

（付記５）
前記異形ホーンは、トランスデューサにより出力される縦振動を増幅、分解、変換する非対称構造を備え、一部の縦振動を非対称構造の中心に沿うたわみ振動に変換し、他の一部の縦振動を引き続き前方に伝達し、２位相の超音波振動は予め設定された位相差を有し、差別化の非対称構造の位置及び／又は差別化の幾何学的寸法である異なる構造を有する異形ホーンを選択することにより、縦振動からたわみ振動への変換割合の調整を実現する、ことを特徴とする付記２に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0046】

（付記６）
異形ホーンはフランジを介して工具高さ調整機構に拘束され、工具高さ調整機構は工具高さ粗調整つまみと工具高さ微調整つまみとを備え、前記工具高さ調整機構はダイヤモンド工具のＹ方向の変位微調整を実現でき、前記微調整の調整精度は０．１マイクロメートルである、ことを特徴とする付記２又は４に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0047】

（付記７）
前記レーザ入力機構は、レーザ発生器を備え、前記レーザ出力機構は、レーザヘッドとレーザパワーキャリブレータとを備え、前記レーザ発生器から射出されたレーザがフレキシブル光ファイバを介して前記レーザヘッドに伝送され、前記レーザパワーキャリブレータが３方向変位微調整機構を備える、ことを特徴とする付記１に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0048】

（付記８）
前記レーザヘッドの出力端には、スポット径を５０～１５０μｍに集束するフォーカスレンズが設けられ、前記レーザ発生器は、異なる加工材料及び要求に適応するように、射出されたレーザビームのパワーを調整する、ことを特徴とする付記７に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0049】

（付記９）
前記レーザヘッドは固定ジョーを介して３方向変位微調整機構に接続され、前記固定ジョーの末端が３方向変位微調整機構に取り付けられ、前記固定ジョーの先端が前記レーザヘッドの外壁に係着されている、ことを特徴とする付記７に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【0050】

（付記１０）
レーザパワーキャリブレータは、工具から射出されたレーザビームのパワー及びエネルギー密度を校正する、ことを特徴とする付記７に記載のレーザ・超音波同期補助切削システム。

【符号の説明】

【0051】

１ レーザ発生器
２ 超音波電源
３ フレキシブル光ファイバ
４ 超音波信号用ケーブル
５ シールドケース
６ 導光ダイヤモンド工具
７ レーザパワーキャリブレータ
８ 導光ポット
９ 異形ホーン
１０ フランジ
１１ フランジベース
１２ 工具高さ調整機構
１３ 工具高さ粗調整つまみ
１４ 工具高さ微調整つまみ
１５ Ｘ方向変位微調整つまみ
１６ Ｙ方向変位微調整つまみ
１７ Ｚ方向変位微調整つまみ
１８ ３方向変位微調整機構
１９ 固定ジョー
２０ レーザヘッド
２１ フォーカスレンズ
２２ 導光ポット上蓋
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ 円環形圧電セラミックシート
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄ 銅電極シート
２５ リアカバープレート
２６ 予圧ボルト
２７ 溝。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【国際調査報告】