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JP3574293B2 - Micromachining method using a small self-propelled precision work robot and a resonant microhopping tool - Google Patents
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JP3574293B2 - Micromachining method using a small self-propelled precision work robot and a resonant microhopping tool - Google Patents

Micromachining method using a small self-propelled precision work robot and a resonant microhopping tool Download PDF

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JP3574293B2 JP15976597A JP15976597A JP3574293B2 JP 3574293 B2 JP3574293 B2 JP 3574293B2 JP 15976597 A JP15976597 A JP 15976597A JP 15976597 A JP15976597 A JP 15976597A JP 3574293 B2 JP3574293 B2 JP 3574293B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工面上に移動ステップ毎に微細間隔にて打痕を付与して精密加工ができ、特にマイクロレンズやマイクロ部品の微小型抜き生産技術に利用可能で、極めて微細な部品を低コストで連続的に生産できる小型自走式精密作業ロボットと共振式マイクロホッピング工具による微細加工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、マイクロマシン等において微細部品を大量生産する方法としては大別して機械的加工方法と電子的な加工方法に分けられ、IC等のような数ミクロン以下の集積部品には電子的な加工方法であるいわゆる電子描画や電気化学反応装置等による加工法が適用される。このようなICプロセスに頼ると極めて多額の設備投資を必要とするのが現状である。
また一方、レンズの型のような立体的な形状の微細部品の創成には超精密な機械的加工によるものが多く、そのために工作機械の機械精度を高めることで微細部品の製造に対応せねばならなかったが、詰まるところ工作機械自体の大きさに起因する位置決め精度に限界があり、所定以上の精度向上はコスト上の制約もあって困難であった。
これは、これら工作機械による精密加工では温度変化による構成部品の伸縮や機械自身の動作により発生する振動等が障害となって加工精度に限界があるためである。加工精度の限界は機械の大きさに依存し、例えば、機械の大きさを1とすると加工精度はその千万分の1(1mの大きさの機械で加工精度は10〜1μm)程度となるのが一般的である。これ以上の工作機械の性能向上のためには莫大な費用が必要とされる。
【0003】
このようなことから、本件発明者らは先に、加工精度の問題を解決する方法として、既に工作機械そのものをミリメートルサイズの超小型ロボットとすることを提案し、数種類のタイプの超小型ロボットを製作、発表した。
このようなミニ機構は機構そのものが小さいことによって、従来の機械加工原理を無理なく応用してそのまま利用することができ、低コストで高精度の精密加工が実現できるし、その小型化された機構でさらに微細な部品を生成することになり、従来の機械的加工技術と電子的微細加工技術の隙間を埋めるマクロ・ミクロ加工技術の連続性を確保する意義もあって高い注目を浴び始めている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、従来の工作機械による精密加工の限界を打破する超小型ロボットによる微細加工法をさらに改良して、工作機械の振動に左右されることなく連続的な加工を低コストでより高精度で自動的に行うことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
ロボットを構成する二つの枠体の間に取り付けた圧電素子と、各枠体の脚部に取り付けた電磁石とを有する超小型自走式精密作業ロボットに、梁の先端に圧電素子および上部錘と微細工具とを備えた片持ち梁式のマイクロホッピング工具を装着し、前記超小型自走式精密作業ロボットの圧電素子に駆動周波数の信号を印加するとともに前記電磁石に交互に駆動周波数の信号を印加して前記超小型自走式精密作業ロボットを尺取り虫状態に移動させるとともに、前記駆動周波数の信号と前記マイクロホッピング工具の圧電素子に印加する駆動周波数の信号を同期させることにより、超小型自走式精密作業ロボットの移動ステップ毎にマイクロホッピング工具により加工面上に微細間隔にて打痕を付与することを特徴とする小型自走式精密作業ロボットと共振式マイクロホッピング工具による微細加工法である。また、前記片持ち梁の長さあるいは上部錘の質量もしくは微細工具の種類の異なるマイクロホッピング工具を選択して前記超小型自走式精密作業ロボットに装着することによって加工面上に付与される打痕の間隔、大きさあるいは形状を調整できるように構成したことを特徴とする小型自走式精密作業ロボットと共振式マイクロホッピング工具による微細加工法である。
【0006】
【実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1から図4は本発明の超小型自走式精密作業ロボットと共振式マイクロホッピング工具による微細加工法の1実施の形態を示す図であり、図1は本発明のマイクロホッピング工具を装着した超小型自走式精密作業ロボットによる微細加工法の概略を説明する側面図、図2(A)は図1の平面図、図2(B)はマイクロホッピング工具を取り外した超小型自走式精密作業ロボットの正面図、図3(A)はマイクロホッピング工具の正面図、図3(B)はその側面図、図4はマイクロホッピング工具に装着される微細工具を示す。
図1に示すように、本発明の微細加工法に用いられる超小型自走式精密作業ロボット1は所定の枠体1A、1Bに取り付けられた圧電素子5と馬蹄形の脚部6Aおよびコイル部6Bからなる電磁石6により構成される駆動装置を有し、先端に圧電素子9および上部錘8と微細工具10とを備えたマイクロホッピング工具2の片持ち梁11の基端部を把持する。
【0007】
図2(A)はこのようにして構成されたマイクロホッピング工具2を装着した超小型自走式精密作業ロボット1の平面図である。
図2(B)はマイクロホッピング工具2を取り外した状態の超小型自走式精密作業ロボット1の正面図であり、枠体1A、1Bの中央下部には高さ調整用マイクロメータ7の螺合具合によってその高さ位置が調整自在な把持部13が設けられており、該把持部13に前記マイクロホッピング工具2の片持ち梁11の基端部が把持される。
超小型自走式精密作業ロボット1の前後(図2において図面左右方向が超小型自走式精密作業ロボット1の進行方向である前後方向)の枠体1A(前部)、1B(後部)の下端部にはそれぞれ馬蹄形の鉄芯等の脚部6Aおよびコイル部6Bからなる前電磁石6F、後電磁石6Rが配設され、前後の枠体1A、1Bの間には後電磁石を挟んで両側に右圧電素子5Rおよび左圧電素子5Lが配設され、前記前後の枠体1A、1Bの連結部15には押えばね(復元ばね)14が設けられている。
前後の枠体1A、1Bの連結部15における左右の圧電素子5L、5Rへの所定周波数の信号の印加によって枠体1A、1Bが連結部15を中心に振動すると同時に所定周波数の信号の印加によって前電磁石6F、後電磁石6Rが交互に励消磁され、超小型自走式精密作業ロボット1は脚部6A、6Aによって尺取り虫状態にて加工面3(図1)上を移動するように構成されている。
【0008】
一方、図3に示すように、マイクロホッピング工具2はりん青銅等のばね材からなる片持ち梁11の先端に圧電素子9および上部錘8と下部に微細工具10とを備え、前記圧電素子9への所定周波数の信号の印加によって前記片持ち梁11と所定質量の前記上部錘8からなる振動系の固有振動数にて励起されて振動するように構成されている。なお、図中12は押えばね(復元ばね)を示す。
前記片持ち梁11先端の下部に取り付けられる微細工具10は、図4に示すような形状をしており、ダイヤモンド等の高硬度の材質のものが採用される。その下端部の先端角αは加工面上で必要とされる加工角度によって選択され、図示の例では90°にされている。
【0009】
このように構成されたマイクロホッピング工具2が装着された超小型自走式精密作業ロボット1による微細加工方法を以下に説明する。
片持ち梁11の先端に圧電素子9および所定の質量の上部錘8と下部に微細工具10とを備えた所定の固有振動数を有するマイクロホッピング工具2が、図1に示されるように超小型自走式精密作業ロボット1に装着されて加工物の加工面3上に載置される。
次いで、図5に示されるように、図示外の制御装置におけるファンクションジェネレータやパソコンDAボードから所定の周波数の信号が前記超小型自走式精密作業ロボット1の左右の圧電素子5L、5Rおよび前後の電磁石6F、6Rならびにマイクロホッピング工具2の圧電素子9に送出される。
圧電素子5および9への信号はsin波が選定され、電磁石6への信号は矩形波が選定される。これらのsin波および矩形波は周波数が同じに同期される。超小型自走式精密作業ロボット1の左右の圧電素子5L、5Rに印可された信号は圧電素子コントロール回路を経て左右それぞれの圧電素子駆動回路を作動させることによって、図2(B)に示した連結部15を中心に枠体1A、1Bが振動(揺動)する。この連結部15を中心とした枠体1A、1Bの振動に同期して図5に示すように、電磁石コントロール回路を経て電磁石駆動回路からの断続的な矩形波を受けて前電磁石6F、後電磁石6Rが交互に励消磁され、超小型自走式精密作業ロボット1は尺取り虫状態にて加工面3(図1)上を前方(図1では紙面手前、図2では図面矢印右方、図5では図面矢印下方)へ移動することができる。
【0010】
一方、圧電素子コントロール回路を経てマイクロホッピング工具2の圧電素子9に送出されたsin波は圧電素子駆動回路を作動させて圧電素子9を励起させることになる。このことは圧電素子9を片持ち梁11と該片持ち梁11の先端部の所定の質量の上部錘8や下部の微細工具10等からなるマイクロホッピング工具2の振動系の固有振動数で励起したことになり、共振点で大きな振幅として取り出される。実験により、入力する圧電素子9の振幅が数ミクロンである場合でも共振により約900ミクロンまでの増幅が確認されている。このことは少ない消費エネルギーで必要な加工ストロークが得られることを実証している。
かくして、図1に示すようにマイクロホッピング工具2によって加工面3上に打痕4が刻設される。マイクロホッピング工具2による打設の際には電磁石6の励磁によって脚部6Aが強固に加工面に吸着され、超小型自走式精密作業ロボット1は妄りに浮上することはない。
前述したように、このようなマイクロホッピング工具2の圧電素子9による共振の加工振動を行わしめる信号と同じ周波数の信号が前記超小型自走式精密作業ロボット1の左右の圧電素子5L、5Rおよび前後の電磁石6F、6Rにも印可されているので、これら超小型自走式精密作業ロボット1の前進速度とマイクロホッピング工具2の加工が同期して作動することになり、超小型自走式精密作業ロボット1のミクロン単位の歩幅とマイクロホッピング工具2の加工振動が同期して進行することを可能にし、微細な加工を高精度で連続して自動的に行うことができる。しかも、超小型自走式精密作業ロボット1の駆動のための振動とマイクロホッピング工具2の加工振動とが同期しているために、超小型自走式精密作業ロボット1の駆動の振動による影響を受けることがないので、より高精度な加工が実現できる。
【0011】
図6は、上述した原理によって加工した加工例を示すもので、微細工具10として先端径5ミクロンの円錐型ダイヤモンドを使用し、駆動周波数を約20Hzとして加工したもので、約7ミクロンの穴(打痕)が精密に所定間隔にて連続して加工されている様子が理解される。
なお、微細工具10として円錐型のダイヤモンド工具に代えて種々の型を有する先端工具を用いれば、様々な形のマイクロ形状を生成することが可能になり、低コストな微細部品の自動生産システムの基礎技術が確立される。
さらに、片持ち梁の長さあるいは上部錘の質量の異なるマイクロホッピング工具を選択することによって振動系の固有振動数を変えることで、加工面上に付与される打痕の間隔を調整することも可能である。
【0012】
以上本発明の1実施の形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内で、超小型自走式精密作業ロボットの形式、枠体の形状、圧電素子および電磁石の形式および形状ならびに配置形態、マイクロホッピング工具の把持形態、把持部の高さ調整マイクロメータの形式および形状、マイクロホッピング工具の形式、片持ち梁の形状および材質、上部錘および圧電素子の形式および形状ならびに配置形態、微細工具の形状、形式および装着形態等については適宜選択することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、移動機構である超小型自走式精密作業ロボットの駆動周波数とマイクロホッピング工具の片持ち梁の共振周波数を同期させることにより、移動ステップ毎に加工面上を打痕を与えつつ移動して、微細な加工を高精度で連続して自動的に行うことができる。しかも、超小型自走式精密作業ロボットの駆動のための振動とマイクロホッピング工具の加工振動とが同期しているために、超小型自走式精密作業ロボットの駆動の振動による影響を受けることがなく、温度変化等の影響が最小で済む超小型自走式精密作業ロボットの加工精度の良さを充分に生かして、より高精度な加工が実現できることとなった。
また、移動機構である超小型自走式精密作業ロボットは圧電素子と電磁石とを間欠的に駆動して尺取り虫状態にて加工面上を移動するので、鉄等の磁性体加工面上を垂直面や天井面であってもガイドレール等なしに精密に進行することができる。
さらに、片持ち梁の先端部に所定の質量を配設したマイクロホッピング工具における圧電素子を所定の振動系の固有振動数で励起することによって、共振点で大きな振幅として取り出すことができるので、共振により入力する圧電素子の振幅に比較して大きな振幅が得られ、少ない消費エネルギーで必要な加工ストロークを得ることが可能となる。
このように、本発明によれば、従来の工作機械による精密加工の限界を打ち破るとともに、エネルギー効率を大幅に向上してより精密な加工を連続して自動的に行うことができてきわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施の形態のマイクロホッピング工具を装着した超小型自走式精密作業ロボットによる微細加工法の概略を説明する側面図である。
【図2】本発明の微細加工法にて使用される超小型自走式精密作業ロボットを示すもので、図2(A)は図1の平面図、図2(B)はマイクロホッピング工具を取り外した超小型自走式精密作業ロボットの正面図である。
【図3】本発明の微細加工法にて使用されるマイクイロホッピング工具を示すもので、図3(A)は正面図、図3(B)はその側面図である。
【図4】本発明の微細加工法にて使用される微細工具を示す。
【図5】本発明の微細加工法における制御装置からの所定の周波数の信号の送出フローを示す図である。
【図6】本発明の微細加工法の原理によって加工した加工例を示す加工面の打痕の拡大図である。
【符号の説明】
1 超小型自走式精密作業ロボット
1A 枠体(前部)
1B 枠体(後部)
2 マイクロホッピング工具
3 加工面
4 打痕跡
5 圧電素子(超小型自走式精密作業ロボット用)
5R 右圧電素子
5L 左圧電素子
6 電磁石
6A 脚部
6B コイル部
6F 前電磁石
6R 後電磁石
7 高さ調整用マイクロメータ
8 上部錘
9 圧電素子(マイクロホッピング工具用)
10 微細工具
11 片持ち梁
12 押えばね
13 把持部
14 押えばね
15 連結部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is capable of performing precision processing by applying dents at minute intervals on a processing surface at every moving step, and is particularly applicable to a micro-die production technique for microlenses and microparts. The present invention relates to a small-sized self-propelled precision work robot that can be continuously produced at a low cost and a micromachining method using a resonance type micro-hopping tool.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a method of mass-producing fine parts in a micromachine or the like is roughly classified into a mechanical processing method and an electronic processing method, and an electronic processing method is used for an integrated part of several microns or less such as an IC. A so-called electronic drawing, a processing method using an electrochemical reaction device or the like is applied. At present, depending on such an IC process, an extremely large capital investment is required.
On the other hand, the creation of microscopic parts with a three-dimensional shape such as lens molds is often performed by ultra-precision mechanical processing. For this reason, it is necessary to respond to the production of microparts by increasing the machine precision of machine tools. However, there is a limit to the positioning accuracy due to the size of the machine tool itself, and it is difficult to improve the accuracy beyond a predetermined level due to cost restrictions.
This is because in precision machining by these machine tools, expansion and contraction of components due to temperature changes, vibrations generated by the operation of the machine itself, and the like become obstacles, and machining accuracy is limited. The limit of the processing accuracy depends on the size of the machine. For example, if the size of the machine is 1, the processing accuracy is about 1 / 10,000 (the processing accuracy is about 10 to 1 μm in a machine of 1 m). It is common. Huge costs are required to further improve the performance of machine tools.
[0003]
For this reason, the present inventors have already proposed that the machine tool itself be a millimeter-size microminiature robot as a method for solving the problem of machining accuracy, and have developed several types of microminiature robots. Made and announced.
Because such a mini mechanism is small, the mechanism itself can be applied without difficulty by applying the conventional machining principle, and high-precision precision machining can be realized at low cost. With the significance of ensuring the continuity of macro-micro processing technology that fills the gap between conventional mechanical processing technology and electronic fine processing technology, it has begun to receive high attention.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the present invention further improves the micromachining method using a micro robot that overcomes the limitations of precision machining by a conventional machine tool, and enables continuous machining at a low cost without being affected by the vibration of the machine tool. It is intended to be performed automatically with accuracy.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, the technical solution adopted by the present invention is:
To a microminiature self-propelled precision work robot that has a piezoelectric element attached between two frames constituting the robot and an electromagnet attached to the legs of each frame, a piezoelectric element and an upper weight are attached to the tip of the beam. A cantilever type micro-hopping tool equipped with a fine tool is mounted, and a drive frequency signal is applied to the piezoelectric element of the microminiature self-propelled precision work robot and a drive frequency signal is alternately applied to the electromagnet. By moving the ultra-small self-propelled precision work robot to the scale insect state, and synchronizing the drive frequency signal and the drive frequency signal applied to the piezoelectric element of the micro-hopping tool, the ultra-small self-propelled A small self-propelled precision work machine characterized in that dents are made at minute intervals on the processing surface by a micro hopping tool at each movement step of the precision work robot It is a fine processing method by Tsu door and the resonance micro-hopping tool. Further, a micro-hopping tool having a different length of the cantilever, a mass of an upper weight, or a type of a fine tool is selected and mounted on the microminiature self-propelled precision work robot, and a punch given on a processing surface is selected. A micromachining method using a small self-propelled precision work robot and a resonant microhopping tool, characterized in that the interval, size or shape of the marks can be adjusted.
[0006]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 4 are views showing one embodiment of a micromachining method using a microminiature self-propelled precision work robot and a resonance type micro-hopping tool of the present invention, and FIG. 1 is equipped with the micro-hopping tool of the present invention. FIG. 2 (A) is a plan view of FIG. 1 and FIG. 2 (B) is a microminiature self-propelled precision machine with a micro-hopping tool removed. 3A is a front view of the micro-hopping tool, FIG. 3B is a side view thereof, and FIG. 4 shows a fine tool mounted on the micro-hopping tool.
As shown in FIG. 1, a microminiature self-propelled precision work robot 1 used in the micromachining method of the present invention includes a piezoelectric element 5 mounted on predetermined frames 1A and 1B, a horseshoe-shaped leg 6A and a coil 6B. It has a driving device constituted by an electromagnet 6 composed of a micro-hopping tool 2 having a piezoelectric element 9, an upper weight 8, and a fine tool 10 at its distal end, and grips the base end of the cantilever 11.
[0007]
FIG. 2A is a plan view of the microminiature self-propelled precision work robot 1 equipped with the micro-hopping tool 2 configured as described above.
FIG. 2 (B) is a front view of the microminiature self-propelled precision work robot 1 with the micro-hopping tool 2 removed, and a height adjusting micrometer 7 is screwed onto the lower center of the frames 1A and 1B. A grip 13 whose height is adjustable depending on the condition is provided, and the grip 13 holds the base end of the cantilever 11 of the micro-hopping tool 2.
Frames 1A (front) and 1B (rear) of the front and rear of the microminiature self-propelled precision work robot 1 (the front-rear direction in which the horizontal direction of the drawing is the traveling direction of the microminiature self-propelled precision work robot 1 in FIG. 2). At the lower end, a front electromagnet 6F and a rear electromagnet 6R each comprising a leg portion 6A such as a horseshoe-shaped iron core and a coil portion 6B are arranged, and the rear electromagnet is sandwiched between the front and rear frames 1A and 1B. A right piezoelectric element 5R and a left piezoelectric element 5L are provided, and a pressing spring (restoring spring) 14 is provided at a connecting portion 15 of the front and rear frames 1A and 1B.
By applying a signal of a predetermined frequency to the left and right piezoelectric elements 5L and 5R in the connecting portion 15 of the front and rear frames 1A and 1B, the frames 1A and 1B vibrate around the connecting portion 15 and simultaneously apply a signal of a predetermined frequency. The front electromagnet 6F and the rear electromagnet 6R are alternately excited and demagnetized, and the ultra-small self-propelled precision work robot 1 is configured to move on the processing surface 3 (FIG. 1) in the state of a scale insect by the legs 6A, 6A. I have.
[0008]
On the other hand, as shown in FIG. 3, the micro-hopping tool 2 has a piezoelectric element 9 at the tip of a cantilever 11 made of a spring material such as phosphor bronze, an upper weight 8 and a fine tool 10 at a lower part. When a signal having a predetermined frequency is applied to the upper weight 8, the vibration is excited at the natural frequency of a vibration system including the cantilever 11 and the upper weight 8 having a predetermined mass. In the drawing, reference numeral 12 denotes a holding spring (restoring spring).
The fine tool 10 attached to the lower part of the tip of the cantilever 11 has a shape as shown in FIG. 4, and is made of a material of high hardness such as diamond. The tip angle α of the lower end is selected according to the processing angle required on the processing surface, and is set to 90 ° in the illustrated example.
[0009]
A micromachining method using the microminiature self-propelled precision work robot 1 equipped with the micro-hopping tool 2 configured as described above will be described below.
A micro-hopping tool 2 having a predetermined natural frequency and having a piezoelectric element 9 at the tip of a cantilever 11 and an upper weight 8 having a predetermined mass and a fine tool 10 at a lower portion is, as shown in FIG. It is mounted on the self-propelled precision work robot 1 and mounted on the work surface 3 of the work.
Next, as shown in FIG. 5, a signal of a predetermined frequency is transmitted from a function generator or a personal computer DA board in a control device (not shown) to the left and right piezoelectric elements 5L, 5R of the microminiature self-propelled precision work robot 1 and front and rear. It is sent to the electromagnets 6F, 6R and the piezoelectric element 9 of the micro-hopping tool 2.
A signal to the piezoelectric elements 5 and 9 is selected as a sine wave, and a signal to the electromagnet 6 is selected as a rectangular wave. These sine and square waves are synchronized in frequency. The signals applied to the left and right piezoelectric elements 5L and 5R of the microminiature self-propelled precision work robot 1 are shown in FIG. 2B by operating the left and right piezoelectric element drive circuits via the piezoelectric element control circuit. The frame bodies 1A and 1B vibrate (oscillate) around the connecting portion 15. As shown in FIG. 5, in synchronization with the vibrations of the frames 1A and 1B centered on the connecting portion 15, the front electromagnet 6F and the rear electromagnet receive intermittent rectangular waves from the electromagnet drive circuit via the electromagnet control circuit. 6R are alternately excited and demagnetized, and the microminiature self-propelled precision work robot 1 moves forward on the processing surface 3 (FIG. 1) in the state of a scale insect (in FIG. 1, in front of the paper surface, in FIG. 2, rightward in the drawing arrow, and in FIG. 5). (Down arrow in the drawing).
[0010]
On the other hand, the sine wave sent to the piezoelectric element 9 of the micro-hopping tool 2 via the piezoelectric element control circuit activates the piezoelectric element drive circuit to excite the piezoelectric element 9. This means that the piezoelectric element 9 is excited by the natural frequency of the vibration system of the micro-hopping tool 2 including the cantilever 11 and the upper weight 8 having a predetermined mass at the tip of the cantilever 11 and the fine tool 10 at the lower part. This means that a large amplitude is obtained at the resonance point. Experiments have confirmed that even when the amplitude of the input piezoelectric element 9 is several microns, amplification up to about 900 microns is caused by resonance. This demonstrates that the required machining stroke can be obtained with low energy consumption.
Thus, as shown in FIG. 1, a dent 4 is formed on the processing surface 3 by the micro-hopping tool 2. At the time of driving with the micro-hopping tool 2, the leg 6A is firmly attracted to the processing surface by the excitation of the electromagnet 6, and the microminiature self-propelled precision work robot 1 does not float unnecessarily.
As described above, the signals having the same frequency as the signal for causing the processing vibration of resonance by the piezoelectric element 9 of the micro-hopping tool 2 are generated on the left and right piezoelectric elements 5L, 5R and 5R of the microminiature self-propelled precision work robot 1. Since the front and rear electromagnets 6F and 6R are also applied, the forward speed of the microminiature self-propelled precision work robot 1 and the machining of the micro-hopping tool 2 operate in synchronization, and the microminiature self-propelled precision robot The step length in micron units of the work robot 1 and the processing vibration of the micro-hopping tool 2 can be advanced synchronously, and fine processing can be continuously and automatically performed with high precision. In addition, since the vibration for driving the microminiature self-propelled precision work robot 1 and the processing vibration of the micro-hopping tool 2 are synchronized, the influence of the vibration of the microminiature self-propelled precision work robot 1 is affected. Since it is not received, more accurate processing can be realized.
[0011]
FIG. 6 shows an example of processing performed according to the above-described principle. A micro tool 10 is formed by using a conical diamond having a tip diameter of 5 μm and processing at a drive frequency of about 20 Hz. It can be seen that the dents are continuously processed precisely at predetermined intervals.
In addition, if a tip tool having various types is used as the fine tool 10 instead of the conical diamond tool, it is possible to generate various shapes of micro shapes, and a low-cost automatic production system for micro parts can be provided. Basic technology is established.
In addition, by changing the natural frequency of the vibration system by selecting micro-hopping tools with different cantilever lengths or masses of the upper weight, it is also possible to adjust the interval between dents applied on the processing surface by changing the natural frequency of the vibration system It is possible.
[0012]
Although one embodiment of the present invention has been described above, within the scope of the present invention, the form of the microminiature self-propelled precision work robot, the shape of the frame, the form and shape of the piezoelectric element and the electromagnet, and the arrangement form, Form of gripping form of micro-hopping tool, form and shape of micrometer for adjusting height of holding section, form of micro-hopping tool, form and material of cantilever, form and shape and arrangement form of upper weight and piezoelectric element, form of fine tool The shape, type, mounting form, and the like can be appropriately selected.
[0013]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, by synchronizing the drive frequency of the microminiature self-propelled precision working robot, which is a moving mechanism, with the resonance frequency of the cantilever of the micro-hopping tool, The workpiece is moved while giving a dent on the processing surface, so that fine processing can be continuously and automatically performed with high precision. In addition, since the vibration for driving the microminiature self-propelled precision work robot is synchronized with the machining vibration of the micro-hopping tool, it is affected by the vibration of the microminiature self-propelled precision work robot. Instead, the high precision of the ultra-small self-propelled precision work robot, which minimizes the effects of temperature changes, etc., can be fully utilized to achieve higher precision processing.
In addition, the ultra-small self-propelled precision work robot, which is a moving mechanism, intermittently drives the piezoelectric element and the electromagnet to move on the processing surface in the state of a worm, so that the magnetic material processing surface such as iron is perpendicular to the processing surface. It can travel precisely without guide rails or the like even on a ceiling or ceiling surface.
Further, by exciting the piezoelectric element of the micro-hopping tool having a predetermined mass disposed at the tip of the cantilever at a natural frequency of a predetermined vibration system, a large amplitude can be obtained at a resonance point. As a result, a large amplitude can be obtained as compared with the amplitude of the input piezoelectric element, and a required machining stroke can be obtained with small energy consumption.
As described above, according to the present invention, it is possible to break down the limits of precision machining by conventional machine tools, greatly improve energy efficiency and continuously perform more precise machining automatically and extremely usefully. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically illustrating a micromachining method using a microminiature self-propelled precision work robot equipped with a micro-hopping tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a microminiature self-propelled precision work robot used in the micromachining method of the present invention. FIG. 2 (A) is a plan view of FIG. 1, and FIG. 2 (B) is a micro-hopping tool. It is a front view of the microminiature self-propelled precision work robot removed.
3A and 3B show a micro-hopping tool used in the micromachining method of the present invention. FIG. 3A is a front view, and FIG. 3B is a side view thereof.
FIG. 4 shows a fine tool used in the fine processing method of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a flow of transmitting a signal of a predetermined frequency from a control device in the micromachining method of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a dent of a processed surface showing a processing example processed according to the principle of the fine processing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Ultra-small self-propelled precision work robot 1A Frame (front)
1B frame (rear part)
2 Micro-hopping tool 3 Work surface 4 Dust mark 5 Piezoelectric element (for ultra-small self-propelled precision work robot)
5R Right piezoelectric element 5L Left piezoelectric element 6 Electromagnet 6A Leg 6B Coil section 6F Front electromagnet 6R Rear electromagnet 7 Height adjusting micrometer 8 Upper weight 9 Piezoelectric element (for micro hopping tool)
Reference Signs List 10 Micro tool 11 Cantilever 12 Holding spring 13 Holding part 14 Holding spring 15 Connecting part

Claims (2)

ロボットを構成する二つの枠体の間に取り付けた圧電素子と、各枠体の脚部に取り付けた電磁石とを有する超小型自走式精密作業ロボットに、梁の先端に圧電素子および上部錘と微細工具とを備えた片持ち梁式のマイクロホッピング工具を装着し、前記超小型自走式精密作業ロボットの圧電素子に駆動周波数の信号を印加するとともに前記電磁石に交互に駆動周波数の信号を印加して前記超小型自走式精密作業ロボットを尺取り虫状態に移動させるとともに、前記駆動周波数の信号と前記マイクロホッピング工具の圧電素子に印加する駆動周波数の信号を同期させることにより、超小型自走式精密作業ロボットの移動ステップ毎にマイクロホッピング工具により加工面上に微細間隔にて打痕を付与することを特徴とする小型自走式精密作業ロボットと共振式マイクロホッピング工具による微細加工法。 To a microminiature self-propelled precision work robot having a piezoelectric element attached between two frames constituting a robot and electromagnets attached to the legs of each frame, a piezoelectric element and an upper weight A cantilever type micro-hopping tool equipped with a micro tool is mounted, and a drive frequency signal is applied to the piezoelectric element of the microminiature self-propelled precision work robot and a drive frequency signal is alternately applied to the electromagnet. By moving the ultra-small self-propelled precision working robot to the scale insect state, and synchronizing the drive frequency signal and the drive frequency signal applied to the piezoelectric element of the micro-hopping tool, A small self-propelled precision work machine characterized in that micro-hopping tools are used to make dents at minute intervals on the processing surface at each step of movement of the precision work robot. Tsu door a fine processing method due to the resonance micro-hopping tool. 前記片持ち梁の長さあるいは上部錘の質量もしくは微細工具の種類の異なるマイクロホッピング工具を選択して前記超小型自走式精密作業ロボットに装着することによって加工面上に付与される打痕の間隔、大きさあるいは形状を調整できるように構成したことを特徴とする請求項1に記載の小型自走式精密作業ロボットと共振式マイクロホッピング工具による微細加工法。Select the micro-hopping tool having a different length of the cantilever or the mass of the upper weight or the type of the fine tool, and mount the micro-hopping tool on the microminiature precision work robot. 2. The micromachining method according to claim 1, wherein the spacing, size, or shape can be adjusted.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106629587A (en) * 2016-10-25 2017-05-10 西安交通大学 One-step molding method based on FIB (Focused Ion Beam) for large-angle normal-triple-prism-shaped pressure head

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