CN112188938A - 超声波振动赋予用具、行进波产生装置及超声波加工装置 - Google Patents

Abstract

提供一种适合于组装到超声波加工装置而使圆环状行进波产生的具备朗之万型超声波振子的超声波振动赋予用具。一种超声波振动赋予用具，包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于其上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与壳体的接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与凸缘部的下表面接触且不会与前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向压电元件的附加，发生前质量块的上下方向的振动以及向与该振动同一方向突出的凸缘部的平面中央部的挠曲振动，同时，在环状平衡配重的外周面发生与凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

Description

超声波振动赋予用具、行进波产生装置及超声波加工装置

技术领域

本发明涉及超声波振动赋予用具、行进波产生装置及超声波加工装置。本发明特别涉及虽然是使用朗之万（Langevin）型超声波振子的超声波振动赋予用具但呈现新的振动模式的超声波振动的超声波振动赋予用具、以及使用该超声波振动赋予用具的行进波产生装置和超声波加工装置。

背景技术

关于使用压电元件作为超声波产生源的超声波振子，知道有各种结构的超声波振子，但作为其代表性的结构，知道有由一对金属块和被固定在这些金属块之间的极化处理完毕的压电元件构成的朗之万型超声波振子。其中，在一对金属块之间用螺栓将极化处理完毕的压电元件连接且在高压下拧紧固定的构造的螺栓紧固朗之万型超声波振子也能够产生高能量的超声波振动，所以研究了附设于用来进行各种材料的研磨加工、切削加工、塑性加工、磨粒加工等的工具而使用的超声波加工处理中的利用，并实际使用。进而，关于各种超声波振子，研究了借助将由该超声波振子产生的超声波振动经由振动板或各种振动机构发送实现的超声波清洗、金属接合、塑料熔接、超声波雾化、乳化、分散等超声波处理的用途、以及向鱼群探测器等水下声响器（声纳）、超声波探伤器、医疗用回声诊断装置、流量计等通信的应用设备的利用，并在较多的领域中实际使用。

此外，如在专利文献1中记载那样，还已经知道有利用超声波振动使行进波产生的方法及装置。作为利用该超声波振动的行进波而有代表性的，是在拥有圆环形状的振动体使圆环状的行进波产生的方法，作为该行进波的利用形态，提出了超声波马达、研磨装置以及切削装置等。但是，利用使行进波产生的超声波振动模式的装置且实际被利用的装置，在现时点被限于机械负荷较少且变动较少的内置于相机的马达。

呈现行进波超声波振动模式的超声波振动，是在该振动不产生波节（节点）的方面上拥有特征的振动模式，一般作为兼具振动源的振动体而使用拥有圆环状的平面的压电陶瓷板。但是，由于在行进波产生的圆环状振动体不出现振动的波节，所以不能将该振动体在维持着振动特性的原状下支承。即，对于通常的振动体，为了有效地利用在该振动体出现的超声波振动，在该超声波振动的波节出现的位置处进行支承，但在利用不出现超声波振动的波节的行进波超声波振动模式的情况下，不能利用这样的支承方法将振动体支承。因此，到目前为止被实用化的产生行进波超声波振动模式的超声波振动的圆环状振动体的支承，采用利用毡等柔软的材料的成形体作为支承基板的方法，根据这样的支承方法，通过使振动体悬浮在空气中来实现。

但是，有以下问题：如果较大的机械负荷作用于振动体，则毡等柔软的材料的成形体被压缩而变硬，所以在振动体产生的行进波超声波振动模式的超声波振动传播到支承基板，有不再实现该振动体的顺畅的行进波的产生的情况的问题。

另外，在专利文献1的图11中，公开了使用朗之万型超声波振子的行进波的产生方法的图，但完全看不到与该公开的朗之万型超声波振子的结构及用于行进波产生的振动体的支承方法有关的具体的说明。

此外，通过在超声波加工装置中向各种工具施加超声波振动可期待的效果，是由超声波振子产生的超声波振动以较高的效率被传递给由组合在超声波振子的工具保持件保持的工具，结果得到的由该工具进行的加工作业所需要的电能的节约及加工精度的改善等。但是，在到目前为止被制造并用于实际的加工作业的超声波加工装置中，不能充分得到该期待的效果的情况较多。因此，在目前的时点，还不能说超声波加工装置的普及充分进展。因而，为了推进超声波加工装置的进一步的普及，需要开发由超声波振子产生的超声波振动以较高的效率被传递给工具那样的超声波加工装置。

本发明的发明者到目前为止提出了做出使得由组装在超声波加工装置的超声波振子产生的超声波振动以较高的效率传递给工具的改良的发明，并进行了许多专利申请。在这些改良发明中，作为最近的发明之一，可以举出在专利文献2中公开的发明。另外，该专利文献2其公开日是2018年8月15日，是比在本PCT申请中主张了优先权的2018年5月30日申请的日本特愿2018-114989号申请靠后的公开。

在专利文献2中，公开了一种超声波振动赋予用具，包括：圆筒状壳体，在内周面下部或底部具备接触面，并且在外周面下部具备螺纹部；朗之万型超声波振子，是以在包括圆筒状工具安装用具的前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述圆筒状工具安装用具在上部具有圆盘状隆起部，所述圆盘状隆起部具备与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面上部具有圆筒状壳体的螺纹部被拧入的螺纹部。而且，作为上述环状平衡配重的优选的结构，公开了以下的结构：在其螺纹部的下侧形成有内径比该螺纹部的内径小的下侧小径部，在该下侧小径部的内周面与圆筒状工具安装用具（兼作为前质量块）的侧面之间形成有空隙。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭59-122385（1984-7-14公开）

专利文献2：PCT/JP2018/004728（2018年2月9日申请，作为WO 2018/147445A1在2018年8月15日公开）。

发明内容

发明要解决的课题

本发明的发明者有着是否能够将上述的专利文献2中记载的超声波振动赋予用具作为使圆环状振动体效率良好地产生圆环状行进波的超声波振动赋予用具利用之期待，研究了使用在专利文献2中具体地公开的结构的超声波振动赋予用具的向圆环状振动体的效率良好的圆环状行进波的产生状况。但是，该圆环状行进波的产生状况并没有达到必定能够满足的水平。

用来解决课题的手段

因而，本发明的课题在于提供一种特别适合用于稳定地赋予向圆环状振动体的行进波模式的超声波振动的、具备朗之万型超声波振子的超声波振动赋予用具。

本发明的发明者在进一步研究专利文献2中记载的超声波振动赋予用具的结构的过程中，制作了本说明书附带的图1至图3中记载的结构的超声波振动赋予用具，并调查了该超声波振动赋予用具的超声波振动特性。

即，在图1～图3中，超声波振动赋予用具1的特征在于，包括：圆筒状壳体2，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块（front mass）4与配置于该前质量块4的上方的后质量块（rear mass）5之间夹着被施以了利用电极层6a、6b的极化处理的压电元件6的状态用螺栓5a进行固定（螺栓紧固）的结构，所述前质量块4在上部具备凸缘部3，所述凸缘部3拥有与圆筒状壳体2的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重7，在内周面的上部7a具备圆筒状壳体2的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部7b具有与上述凸缘部3的下表面接触并且不会与上述前质量块4的侧面接触的内周侧延长部7c；上述圆筒状壳体2的接触面与上述凸缘部3的接触面相互接触的区域的上端部构成的圆周圆的直径（Hin）比环状平衡配重7的内侧延长部7c的内周表面构成的圆周圆的直径（Nin）大。

在图3中表示环状平衡配重7的俯视图（图3（a））和沿着图3的A-A线的剖视图（图3（b））。图3所示的环状平衡配重7是具备振动精度调整用的阴螺纹孔的类型的部件。而且，在环状平衡配重7的厚度方向（高度方向）的上侧，拥有：上部的区域7a（厚度：7at），在内周面具备圆筒状壳体2的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面；以及下部区域7b（厚度：7bt），具备与凸缘部3的下表面接触并且不会与前质量块4的侧面接触的内周侧延长部7c。

而且，对于拥有图1至图3所示的基本结构的超声波振动赋予用具，将前质量块4的质量各种各样地改变，调查这些超声波振动赋予用具的超声波振动特性，结果判明了以下记载这样的很有意思的超声波振动特性。

（1）在圆筒状壳体的质量拥有比朗之万型超声波振子和环状平衡配重的哪个都大的质量、并且将朗之万型超声波振子的质量设为1而环状平衡配重拥有处于0.5～1.5的范围的质量的情况下，通过拥有用来激励朗之万型超声波振子的纵向零阶振动的频率的电能向压电元件的附加，发生朗之万型超声波振子整体的上下方向的振动以及向与朗之万型超声波振子整体的上下方向的振动同一方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在环状平衡配重的外周面发生与凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

（2）示意地表示在上述（1）中说明的超声波振动特性的是附图的图4至图6。另外，图5将图4所示的朗之万型超声波振子和环状平衡配重的振动模式以夸张的形式图示。

另外，在图4至图6所示的振动模式中，仅在圆筒状壳体的下端部附近出现波节（节点：用黑点表示）9，朗之万型超声波振子作为整体而上下振动，此外，凸缘部和环状平衡配重虽然以上述的模式振动，但它们的振动几乎没有传播到圆筒状壳体2，因而，圆筒状壳体2几乎不振动。

（3）图7和图8表示以下状况：通过拥有用来激励朗之万型超声波振子的纵向一阶振动的频率的电能向压电元件的附加，除了在圆筒状壳体的下端部附近出现波节（节点）9的振动以外，还激励出在朗之万型超声波振子的压电元件的附近拥有波节（节点）10的纵向一阶振动（纵方向的伸缩振动）、在朗之万型超声波振子出现纵向的伸缩振动。因而，朗之万型超声波振子的振动成为前质量块和后质量块向相互相反的方向上下振动的伸缩振动，而且同时，出现向与前质量块4的振动方向相同方向突出的凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且，在环状平衡配重的外周面发生与该凸缘部的平面中央部挠曲振动突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

在上述的图7和图8所示的振动模式中，朗之万型超声波振子的振动和环状平衡配重的振动也几乎不传播到圆筒状壳体2，因而，圆筒状壳体2几乎不振动。

（4）相对于此，在圆筒状壳体的质量拥有比朗之万型超声波振子和环状平衡配重的哪个都大的质量、并且将朗之万型超声波振子的质量设为1而环状平衡配重拥有处于0.25～0.75的范围的质量的情况下，通过电能向朗之万型超声波振子的压电元件的附加，发生朗之万型超声波振子的伸缩振动以及向与前质量块的上下方向的振动相反方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

（5）图9和图10是示意地表示由上述（4）的结构的超声波振动赋予用具产生的超声波振动的状况的图。在该图9和图10所示的振动模式中，前质量块以及凸缘部和环状平衡配重的振动也几乎不传播到圆筒状壳体2，因而，圆筒状壳体2几乎不振动。

基于以上记载的新的认识，本发明的发明者完成了以下记载的发明。

（发明1）一种超声波振动赋予用具，包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动同一方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

（发明2）一种超声波振动赋予用具，包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动相反方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

（发明3）一种装置，是包括圆环状振动体以及在该圆环状振动体沿着其圆周相互离开而配置并连接的超声波振动赋予用具的、用来使沿着上述圆环状振动体的圆环的行进波产生的装置；作为超声波赋予用具而使用上述发明1的超声波赋予用具。

（发明4）一种装置，是包括圆环状振动体以及在该圆环状振动体沿着其圆周相互离开而配置并连接的超声波振动赋予用具、用来使沿着上述圆环状振动体的圆环的行进波产生的装置；作为超声波赋予用具而使用上述发明2的超声波赋予用具。

（发明5）一种装置，是包括超声波振动赋予用具及被安装于该超声波振动赋予用具的工具的超声波加工装置；作为超声波赋予用具而使用上述发明1的超声波赋予用具。

（发明6）一种装置，是包括超声波振动赋予用具及被安装于该超声波振动赋予用具的工具的超声波加工装置；作为超声波赋予用具而使用上述发明2的超声波赋予用具。

以下记载本发明的超声波振动赋予用具的优选的形态。

（1）上述圆筒状壳体的接触面与上述凸缘的接触面相互接触的区域的上端部构成的圆周圆的直径（Hin）比环状平衡配重的内侧延长部的内周表面构成的圆周圆的直径（Nin）大。

（2）上述圆筒状壳体拥有比上述朗之万型超声波振子和上述环状平衡配重的哪个都大的质量。

（3）关于发明1的超声波振动赋予用具，将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.5～1.5的范围的质量。

（4）关于发明2的超声波振动赋予用具，将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.25～0.75的范围的质量。

发明效果

如果将本发明的超声波振动赋予用具组装于超声波加工装置而使用，则从超声波振动赋予用具向超声波加工装置的超声波振动赋予用具的支承部件（用来向超声波加工装置组装的支承部件）的超声波振动能量的漏出显著地减少。因此，能够将由朗之万型超声波振子产生的超声波振动以较高的效率并且以较高的稳定性向安装于超声波振动赋予用具的工具或振动体传递。

此外，通过将三个以上本发明的超声波赋予用具以相互离开的状态装接于圆环状的振动体，能够使该振动体稳定地发生圆环状的行进波。

附图说明

图1是本发明的超声波振动赋予用具的例子的俯视图。

图2是图1所示的超声波振动赋予用具的正面剖视图。

图3是表示构成本发明的超声波振动赋予用具的环状平衡配重的结构的例子的图，（a）是俯视图，并且图3（b）是沿着图3（a）所示的A-A线切断的正面剖视图。

图4是图示在向图2所示的本发明的超声波振动赋予用具附加了电能时产生的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。另外，该图表示朗之万型超声波振子处于通过振动而下降的位置的状态。

图5是用与图4不同的方法表示构成图4所示的本发明的超声波振动赋予用具的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。

图6是图示在向图2所示的本发明的超声波振动赋予用具附加了电能时产生的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。另外，该图表示朗之万型超声波振子处于通过振动而上升的位置的状态。

图7是图示在向与图2所示的超声波振动赋予用具类似的结构的超声波振动赋予用具附加了电能时产生的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。另外，在该图的结构中，在朗之万型超声波振子的压电元件的位置的附近出现振动的波节（节点）。而且，该图表示前质量块处于通过振动而下降的位置的状态。

图8是图示在向图7所示的本发明的超声波振动赋予用具附加了电能时产生的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。另外，在该图的结构中，在朗之万型超声波振子的压电元件的位置的附近出现振动的波节（节点）。而且，该图表示前质量块处于通过振动而上升的位置的状态。

图9是图示在向与图2所示的超声波振动赋予用具类似的结构（但是，在前质量块拥有较大的质量这一点上不同）的超声波振动赋予用具附加了电能时产生的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。另外，在该图的结构中，在前质量块出现振动的波节（节点）。而且，该图表示前质量块处于通过振动而下降的位置的状态。

图10是图示在向图9所示的本发明的超声波振动赋予用具附加了电能时产生的朗之万型超声波振子的振动、前质量块的凸缘部的振动以及环状平衡配重的振动的各自的说明图。另外，在该图的结构中，在前质量块出现振动的波节（节点）。而且，该图表示前质量块处于通过振动而上升的位置的状态。

图11是将本发明的超声波振动赋予用具表示为前质量块经由凸缘部与环状平衡配重一体化的结构的图。

图12表示将本发明的超声波振动赋予用具装接在圆环状研磨工具而构成的研磨装置的俯视图。

图13表示图12所示的研磨装置的正面剖视图。

图14表示在向装接于图12和图13所示的研磨装置的超声波振动赋予用具附加了电能时在圆环状研磨工具产生的圆环状行进波的模式的示意图。

图15表示将本发明的超声波振动赋予用具装接在切削工具（圆环状刀片）而构成的切削装置的俯视图。

图16表示图15所示的切削装置的正面剖视图。

图17表示在向装接于图15和图16所示的切削装置的超声波振动赋予用具附加了电能时在切削工具（圆环状刀片）产生的圆环状行进波的模式的示意图。

具体实施方式

以下，参照图1至图10，记载本发明的超声波振动赋予用具的详细的说明。

图1和图2是表示能够产生本发明的特征性的模式的超声波振动的超声波振动赋予用具的代表性的结构例的图。关于在该图1和图2所示的超声波振动赋予用具的结构，已经记载在本说明书中。即，图1和图2所示的超声波振动赋予用具基本结构与专利文献2中记载的超声波振动赋予用具相同。

但是，图1和图2所示的超声波振动赋予用具在是拥有以下特征的超声波振动赋予用具这一点上，与专利文献2所记载的超声波振动赋予用具不同：圆筒状壳体2的接触面与凸缘部3的接触面相互接触的区域的上端部构成的圆周圆的直径（Hin），比环状平衡配重8的内侧延长部7的内周表面构成的圆周圆的直径（Nin）大。另外，在被装接于本申请的附带的各图中表示的超声波振动赋予用具的朗之万型超声波振子的压电元件，当然实际上附带有用来供给电能的配线系统。但是，这样的配线系统的图示由于较麻烦，所以在各图中省略了。

关于图3也已经记载了说明。

图4至图10是示意地表示本发明的超声波振动赋予用具的各种各样的结构、以及在向这些结构的超声波振动赋予用具的压电元件附加了电能时出现的朗之万型超声波振子的纵向的振动、在前质量块的凸缘部出现的挠曲振动、以及在环状平衡配重出现的弧状的振动的方向的图，关于各图的说明，在本说明书中已经记载。

另外，在附图的图1至图10中，表示了将具备凸缘部的前质量块和环状平衡配重分别作为分体而制作的超声波振动赋予用具，但即使具备凸缘部的前质量块和环状平衡配重作为一体制作，也应该能够得到同样的效果。在图11中表示了那样的结构。即，前质量块4和环状平衡配重7通过将它们连接的环状平衡配重的延长部7d和与其延长部7d一体化的前质量块的凸缘部7e，作为整体被一体化。但是，图11所示的超声波振动赋予用具由于其制作并不容易，所以也被认为缺乏实用性。

接着，记载使用本发明的超声波振动赋予用具产生圆环状行进波模式的超声波振动的方法。圆环状行进波模式由于在行进波传播的方向上不出现振动的波节，此外即使是大型的振动体也能够激励，所以对于大型的振动体的超声波加工的实施变得有利。

圆环状行进波模式如在后述的图14和图17的各自中示意性地记载的图所示那样，有在与圆环状振动体的半径方向正交的方向上挠曲的模式的行进波、以及在圆环状振动体的半径方向上挠曲的模式的行进波这两种。而且，不论是哪种模式的行进波，为了产生该行进波，都需要在圆环状振动体的表面将三个以上的超声波振动赋予用具在相互离开的状态、优选的是在以相同距离离开的状态下装接。此外，一般振动体的大小越大，越需要增加装接的超声波振动赋予用具的个数。

在图12和图13中表示赋予圆环状行进波模式的超声波振动而进行研磨加工的超声波加工装置（研磨装置）的结构的例子。图12表示研磨装置的俯视图。图13表示图12所示的研磨装置的沿着A-A线切断的正面剖视图。

为了由利用本发明的超声波赋予装置的研磨装置产生圆环状行进波模式的超声波振动，在图12和图13所示的研磨装置中，使用合计4个超声波赋予装置1（1a、1b、1c、1d），而且，在旋转板11，以相互离开90°的状态，用螺栓安装各超声波赋予装置1的壳体。通过使用本发明的超声波赋予装置，如前述那样，由朗之万型超声波振子产生的超声波振动几乎不会泄漏到壳体。而且，由于装接着环状平衡配重的超声波赋予装置呈现较高的刚性，所以伴随着较高的刚性而被安装于旋转板11。

接着，在各超声波赋予装置（1a、1b、1c、1d）的朗之万型超声波振子的前质量块的顶面，使用螺栓装接在表面形成有圆环状磨石面13的圆环状研磨板14。在使用这样的结构的研磨装置的研磨作业中，即使在形成于圆环状研磨板14的表面的圆环状磨石面13作用有较大的机械负荷，也能够供给稳定的状态的圆环状行进波模式的超声波振动。

在研磨作业的开始时，首先将磨削液向圆环状磨削板14的圆环状磨石面13喷雾，接着，从超声波发送电路向超声波赋予装置1（1a、1b、1c、1d）的各个朗之万型超声波振子用下述的方法附加拥有规定电压和频率的电能。

即，例如分别向超声波赋予装置1a的朗之万型超声波振子附加Cos波电压，向超声波赋予装置1b的朗之万型超声波振子附加Sin波电压，向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子附加-Cos波电压，而且向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子附加-Sin波电压。通过向各超声波赋予装置的朗之万型超声波振子的各自用这样的方法附加不同种类的电压，如在图14的示意图中表示那样，在圆环状研磨板14的表面产生在与其半径方向正交的方向挠曲的模式的行进波。

接着，使旋转轴12旋转，按照预先决定的加工程序，进行研磨对象的材料的研磨。

另外，在朗之万型的驱动中，实际上由于将驱动的相位设为二相能够使驱动电路简略化，所以也能够代替向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子附加Cos波电压，而利用将向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子装接的压电元件以反向配置并向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子附加Cos波电压的方法。此外同样，也能够代替向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子附加-Sin波电压，而利用将向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子装接的压电元件以反向配置并向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子附加Sin波电压的方法。

接着，在图15和图16中表示赋予圆环状行进波模式的超声波振动而进行磨削加工的超声波加工装置（磨削装置）的结构的例子。图15表示磨削装置的俯视图。图16是图13所示的磨削装置的正面剖视图。

为了由利用本发明的超声波赋予装置的磨削装置产生圆环状行进波模式的超声波振动，在图15和图16所示的磨削装置中，使用合计4个超声波赋予装置1（1a、1b、1c、1d）。而且，在旋转板15，以相互离开90°的状态，用螺栓安装各超声波赋予装置1的壳体。通过使用本发明的超声波赋予装置，如前述那样，由朗之万型超声波振子产生的超声波振动几乎不会泄漏到壳体。而且，由于装接着环状平衡配重的超声波赋予装置呈现较高的刚性，所以伴随着较高的刚性而被安装于旋转板15。

接着，向在各超声波赋予装置（1a、1b、1c、1d）的朗之万型超声波振子的前质量块的顶面设置的阶差装接圆环状切削磨石（刀片，blade）16。在使用这样的结构的磨削装置的磨削作业中，即使在圆环状切削磨石（刀片）16作用有较大的机械负荷，也能够供给稳定的状态的圆环状行进波模式的超声波振动。

在磨削作业的开始时，首先将磨削液向圆环状切削磨石（刀片）16喷雾，接着，从超声波发送电路向超声波赋予装置1（1a、1b、1c、1d）的朗之万型超声波振子附加拥有规定电压和频率的电能。

向超声波赋予装置1（1a、1b、1c、1d）的各朗之万型超声波振子附加拥有规定电压和频率的电能。即，例如分别向超声波赋予装置1a的朗之万型超声波振子附加Cos波电压，向超声波赋予装置1b的朗之万型超声波振子附加Sin波电压，向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子附加-Cos波电压，而且向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子附加-Sin波电压。通过向各超声波赋予装置的朗之万型超声波振子的各自用这样的方法附加不同种类的电压，如在图17中示意性地记载的图所示那样，在圆环状切削磨石（刀片）16的表面，产生在其半径方向上挠曲的模式的行进波。其中，图17所示的行进波的模式是在装接着6个（或12个）的超声波赋予装置的情况下得到的行进波。

另外，在由该磨削装置进行的磨削作业的实施时，也能够代替向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子附加-Cos波电压，而利用将向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子装接的压电元件以反向配置并向超声波赋予装置1c的朗之万型超声波振子附加Cos波电压的方法，以及代替向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子附加-Sin波电压，而利用将向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子装接的压电元件以反向配置并向超声波赋予装置1d的朗之万型超声波振子附加Sin波电压的方法。

接着，使旋转轴15旋转，按照预先决定的加工程序，实施磨削对象的材料的磨削。

此外，除了到此为止记载的本发明的超声波赋予装置的圆环状行进波模式的超声波振动的激励以外，本发明的超声波赋予装置当然对于以往以来一般被利用的模式的超声波振动的赋予也能够有效地利用。例如，本发明的超声波赋予装置在被用于物品的输送的供送装置、超声波悬浮装置、超声波磨粒加工装置等中也能够有效地利用。

Claims (18)

1.一种超声波振动赋予用具，其特征在于，

包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动同一方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

2.一种超声波振动赋予用具，其特征在于，

包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动相反方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

3.如权利要求1或2所述的超声波振动赋予用具，其特征在于，

上述圆筒状壳体的接触面与上述凸缘部的接触面相互接触的区域的上端部构成的圆周圆的直径比环状平衡配重的内侧延长部的内周表面构成的圆周圆的直径大。

4.如权利要求1或2所述的超声波振动赋予用具，其特征在于，

上述圆筒状壳体拥有比上述朗之万型超声波振子和上述环状平衡配重的哪个都大的质量。

5.如权利要求1所述的超声波振动赋予用具，其特征在于，

将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.5～1.5的范围的质量。

6.如权利要求2所述的超声波振动赋予用具，其特征在于，

将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.25～0.75的范围的质量。

7.一种装置，是包括圆环状振动体以及在该圆环状振动体沿着其圆周相互离开而配置并连接的超声波振动赋予用具的、用来使沿着上述圆环状振动体的圆环的行进波产生的装置，其特征在于，

上述超声波振动赋予用具包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动同一方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

8.一种装置，是包括圆环状振动体以及在该圆环状振动体沿着其圆周相互离开而配置并连接的超声波振动赋予用具的、用来使沿着上述圆环状振动体的圆环的行进波产生的使行进波产生的装置，其特征在于，

上述超声波振动赋予用具包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动相反方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，

上述圆筒状壳体的接触面与上述凸缘部的接触面相互接触的区域的上端部构成的圆周圆的直径比环状平衡配重的内侧延长部的内周表面构成的圆周圆的直径大。

10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，

上述圆筒状壳体拥有比上述朗之万型超声波振子和上述环状平衡配重的哪个都大的质量。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，

将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.5～1.5的范围的质量。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，

将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.25～0.75的范围的质量。

13.一种装置，是包括超声波振动赋予用具以及被安装于该超声波振动赋予用具的工具的超声波加工装置，其特征在于，

上述超声波振动赋予用具包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动同一方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

14.一种装置，使包括超声波振动赋予用具以及被安装于该超声波振动赋予用具的工具的超声波加工装置，其特征在于，

上述超声波振动赋予用具包括：圆筒状壳体，在内周面下部拥有朝向下方扩展的接触面，在外周面下部具备螺纹面；朗之万型超声波振子，是以在前质量块与配置于该前质量块的上方的后质量块之间夹着极化处理完毕的压电元件的状态进行螺栓紧固的结构，所述前质量块在上部具备凸缘部，所述凸缘部拥有与该圆筒状壳体的上述接触面嵌合的接触面；以及环状平衡配重，在内周面的上部具备上述圆筒状壳体的外周面下部的螺纹面被拧入的螺纹面，在下部具有与上述凸缘部的下表面接触且不会与上述前质量块的侧面接触的内周侧延长部；通过电能向上述压电元件的附加，发生上述前质量块的上下方向的振动以及向与该前质量块的上下方向的振动相反方向突出的上述凸缘部的平面中央部的挠曲振动，而且同时，在上述环状平衡配重的外周面发生与上述凸缘部的平面中央部在挠曲振动中突出的方向相反方向的圆弧状的振动。

15.如权利要求13或14所述的超声波加工装置，其特征在于，

上述圆筒状壳体的接触面与上述凸缘部的接触面相互接触的区域的上端部构成的圆周圆的直径比环状平衡配重的内侧延长部的内周表面构成的圆周圆的直径大。

16.如权利要求13或14所述的超声波加工装置，其特征在于，

上述圆筒状壳体拥有比上述朗之万型超声波振子和上述环状平衡配重的哪个都大的质量。

17.如权利要求13所述的超声波加工装置，其特征在于，

将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.5～1.5的范围的质量。

18.如权利要求14所述的超声波加工装置，其特征在于，

将上述朗之万型超声波振子的质量设为1，上述环状平衡配重拥有处于0.25～0.75的范围的质量。

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