CN116075370B - 超声波共振体的紧固构造和超声波加工装置 - Google Patents

超声波共振体的紧固构造和超声波加工装置 Download PDF

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Abstract

在穿过超声波变幅器(13)的轴心的贯通孔(23)的全长范围内形成有内螺纹部(24)，分别形成于第1、第2增强器(14、15)的轴心的超声波变幅器(13)侧的第1、第2外螺纹部(25、26)与内螺纹部(24)螺合，将超声波变幅器(13)与第1、第2增强器(14、15)紧固在同轴上，在贯通孔(23)的内部，第1、第2外螺纹部(25、26)的前端(27、28)彼此不接触，在具有由贯通孔(23)的内壁和第1、第2外螺纹部(25、26)的前端(27、28)包围的空间部(29)的超声波变幅器(13)的基部(20)的外周安装有切断刀(12)。由此，能够提供结构简单、尺寸精度较高、耐久性和动作的稳定性优异的超声波共振体的紧固构造。

Description

超声波共振体的紧固构造和超声波加工装置
技术领域
本发明主要涉及用于半导体晶片等硬脆性材料(SiC、氧化铝等)的加工的超声波加工装置中的超声波共振体的紧固构造以及具有通过该紧固构造紧固的超声波共振体的超声波加工装置。
背景技术
以往，公知有如下的超声波加工装置：一边使在圆盘状的超声波变幅器(R/L转换体)的轴向的两侧分别同轴地螺纹紧固有第1、第2增强器的超声波共振体进行超声波振动，一边使其紧固轴进行旋转而进行切断等超声波加工。而且，提出了用于将该超声波变幅器和第1、第2增强器紧固在同轴上(同一轴心上)的各种方法(构造)。例如，在专利文献1中提出了如下的构造：在超声波变幅器与具有支承部的增强器(第1、第2增强器)通过中央的螺钉结合成同轴的一列状的共振器中，在超声波变幅器和增强器这两方的接合面具有由位于以螺钉为中心的1个圆周上的环状槽和嵌入于环状槽的突起构成的嵌合单元。
另外，在专利文献2中，提出了如下的构造：在设置于切削刀具的基台部的基台部贯通孔中贯穿插入螺栓部件，与形成于主轴的前端部的螺纹孔螺合，在对切削刀具和主轴的前端部进行紧固固定时，将螺栓部件和基台部贯通孔的内壁保持为非接触状态。另外，在专利文献2中还记载了为了将切削刀具与主轴的前端部和间隔件的轴心对准并紧固而使用的安装辅助治具。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-035695号公报
专利文献2：日本特开2007-015095号公报
专利文献3：日本实开昭54-35183号公报
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1中，通过由环状槽和嵌入于环状槽的突起构成的嵌合单元来提高超声波变幅器与两侧的增强器(第1、第2增强器)的同轴结合的精度，但是存在如下的问题：在对超声波变幅器的两侧(与各增强器的接合面)分别加工螺纹孔和环状槽时，需要更换超声波变幅器的一侧和另一侧来分别加工各面，由于该更换，在超声波变幅器的两侧的螺纹孔和环状槽分别产生位置偏移(偏心)，难以使超声波变幅器和两侧的增强器的轴心准确地一致。
在专利文献2中，由于在切削刀具的基台部设置有基台部贯通孔，因此不仅基台部的外周面，基台部贯通孔的内壁(内周面)也在半径方向上扩缩(振动)。因此，在利用螺栓部件紧固切削刀具和主轴时，需要精密地定位(定心)切削刀具和主轴，使螺栓部件不偏心地贯穿插入于基台部贯通孔，在螺栓部件的外周面与基台部贯通孔的内壁之间在整周范围内形成均等的间隙，即使在产生振动时，螺栓部件的外周面与基台部贯通孔的内壁也保持非接触状态(不干涉)。因此，存在如下的问题：虽然通过专用的安装辅助治具进行定位，但在每次更换作为消耗品的切削刀具时，必须进行复杂的轴心对准的作业，显著欠缺维护性。
另外，如专利文献2那样，在利用空气轴承将主轴(增强器)支承为能够旋转的悬臂支承构造中，如果切削刀具(超声波变幅器)与主轴的轴心发生偏移，则在非支承侧产生振摆回转，无法使切削刀具高速旋转，不仅加工性能降低，而且强行使切削刀具高速旋转有可能导致超声波共振体或轴承破损。此外，由于以利用主轴的前端部和间隔件从两侧夹入切削刀具的方式利用贯通螺栓进行固定，因此也有可能在切削刀具的轴向上施加有压缩应力，在共振状态下在切削刀具的轴向上施加有因共振产生的内部应力而导致切削刀具破损。
此外，在分别利用空气轴承将超声波变幅器的两侧的增强器支承为能够旋转的两端支承构造中，存在如下的问题：每当更换超声波变幅器时，需要根据超声波变幅器与两侧的增强器的轴心的偏移，一边调整各个空气轴承与各增强器之间的气隙一边进行空气轴承的定心，不仅欠缺维护性，而且特别是在轴心的偏移较大的情况下，无法调整各个空气轴承与各增强器之间的气隙，无法使用超声波变幅器本身。
根据以上内容，期望实现如下的紧固构造：能够准确且简单地将超声波变幅器和第1、第2增强器紧固在同轴上(同一轴心上)。
这里，在专利文献3所公开的高振幅用朗之万(Langevin)型振子中，相对于贯穿设置于前面板的中央孔，从内端侧(一端侧)设置用于与作为紧固部件的螺栓的外螺纹螺合的螺纹孔(内螺纹部)，从外端侧(另一端侧)设置用于连结变幅器等的螺纹孔(内螺纹部)，在一方的螺纹孔(内螺纹部)与另一方的螺纹孔(内螺纹部)之间存在至少5mm以上的未设置内螺纹的部分。由此，能够在前面板的一侧利用螺栓固定电致伸缩元件和内衬板，在前面板的另一侧螺纹固定并安装变幅器等。
但是，该高振幅用朗之万型振子是用于将由电致伸缩元件产生的振动(位移)沿高振幅用朗之万型振子的轴向传递并利用另一侧的变幅器等进行放大而输出的驱动源，与在上述的超声波加工装置中使用的超声波变幅器那样的R/L转换体不同，该高振幅用朗之万型振子不将轴向的振动转换为半径方向的振动而进行利用。因此，不会在高振幅用朗之万型振子(前面板)的外周安装切断刀(旋转刀)来使用，也不会将高振幅用朗之万型振子本身通过轴承支承为能够旋转。因此，也不需要将一侧的电致伸缩元件和内衬板以及另一侧的变幅器等相对于前面板精密地定位在同轴上。
另外，在朗之万型振子中，当对由圆环状的压电元件构成的电致伸缩元件施加高频电压时，电致伸缩元件(压电元件)振动，其厚度周期性地变化。由此，在利用螺栓紧固的朗之万型振子中发生应力变化，在其振动频率与朗之万型振子的固有振动频率一致的状态下、即在共振的状态下产生超声波振动。其结果为，在朗之万型振子的紧固轴向上，存在将前面板的外端侧的面和内衬板的外端侧的面的位置作为腹部(antinode)、将电致伸缩元件的位置作为节部(node)的半波长的驻波。此时，由于成为节部的电致伸缩元件的振动，为了防止圆环状的电致伸缩元件的中央孔的内周面与贯穿电致伸缩元件的中央孔的螺栓发生干涉，电致伸缩元件的中央孔的孔径形成得比螺栓的外径大，在电致伸缩元件的中央孔的内周面与螺栓的外周面之间设置有间隙。由此可知，前面板、电致伸缩元件以及内衬板未被定位在同轴上。与此相对，在超声波加工装置中，利用作为R/L转换体的超声波变幅器将以超声波振子作为驱动源而产生的轴向的振动转换为半径方向的振动，一边使安装于超声波变幅器的外周的切断刀在半径方向上振动，一边使超声波共振体以轴心为中心旋转而进行超声波加工。因此，在超声波加工装置中，不仅需要精密地定位超声波变幅器和第1、第2增强器的轴心而紧固在同轴上，还需要适当地设定超声波变幅器的形状和切断刀相对于超声波变幅器的安装位置等，以使切断刀高效地振动，但在未安装切断刀的高振幅用朗之万型振子中，没有考虑这些。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供结构简单、尺寸精度较高、组装和分解容易、维护性、耐久性以及动作的稳定性优异的超声波共振体的紧固构造、以及能够使超声波共振体稳定地高速旋转而高效地进行超声波加工、静音性和节能性优异的超声波加工装置。
用于解决课题的手段
达成上述目的的第1发明的超声波共振体的紧固构造具有：超声波变幅器，其在外周具有切断刀；以及第1增强器和第2增强器，该第1增强器和该第2增强器分别与该超声波变幅器的轴向的一侧和另一侧连结，使作为R/L转换体的所述超声波变幅器一边通过以与该第1增强器和该第2增强器中的任意一方的自由端面连结的超声波振子作为驱动源而产生的超声波的驻波在与该超声波变幅器的轴向垂直的半径方向上振动，一边以该超声波变幅器的轴心为中心进行旋转而进行超声波加工，其中，所述超声波变幅器具有：基部；第1突部和第2突部，该第1突部和该第2突部分别形成于该基部的轴向的一侧和另一侧；贯通孔，其穿过所述基部和所述第1突部、所述第2突部的轴心沿轴向贯穿该超声波变幅器；以及内螺纹部，其从该贯通孔的两侧的开口端分别形成规定的长度或者形成在该贯通孔的全长范围内，所述第1增强器具有第1外螺纹部，该第1外螺纹部形成或者安装于该第1增强器的轴心的所述超声波变幅器侧并与所述内螺纹部螺合，所述第2增强器具有第2外螺纹部，该第2外螺纹部形成或者安装于该第2增强器的轴心的所述超声波变幅器侧并与所述内螺纹部螺合，所述超声波变幅器和所述第1增强器、所述第2增强器使各自的轴心一致而紧固在同轴上，在所述贯通孔的内部，所述第1外螺纹部和所述第2外螺纹部的前端彼此不接触，在所述超声波变幅器的轴心形成有由所述贯通孔的内壁和所述第1外螺纹部、所述第2外螺纹部的前端包围的空间部，所述驻波的节部的位置在所述基部的轴向中央部与所述空间部重叠，在所述基部的外周安装有所述切断刀。
这里，由于切断刀(旋转刀)以固定于超声波变幅器的基部的状态被提供，因此在切断刀产生了磨损或损伤的情况下，将超声波变幅器与第1、第2增强器的紧固解除，将使用完毕的(切断刀产生了磨损或损伤的)超声波变幅器与新的(切断刀未产生磨损或损伤的)超声波变幅器进行更换。
在第1发明的超声波共振体的紧固构造中，优选的是，所述第1外螺纹部的长度形成为所述第1突部的轴向长度以下，所述第2外螺纹部的长度形成为所述第2突部的轴向长度以下，所述空间部沿轴向贯穿所述基部，所述空间部具有与该基部的轴向长度同等以上的轴向长度。
在第1发明的超声波共振体的紧固构造中，优选的是，所述超声波变幅器的轴向的长度与所述驻波的波长的1/2的长度相等，所述第1增强器和所述第2增强器各自的轴向的长度与所述驻波的波长的1/2的长度的自然数倍相等。
在第1发明的超声波共振体的紧固构造中，优选的是，所述第1突部和所述第2突部分别形成为圆柱状，所述第1突部的直径和轴向的长度分别与所述第2突部的直径和轴向的长度相等，所述贯通孔的直径处于所述第1突部和所述第2突部的直径的1/10～1/2的范围。
达成上述目的的第2发明的超声波加工装置具有第1发明的超声波共振体的紧固构造。
在第2发明的超声波加工装置中，能够利用仅将与所述超声波振子连结的所述第1增强器和所述第2增强器中的任意一方保持为能够旋转的轴承部对所述超声波共振体进行悬臂支承。这里，轴承部适合使用气体轴承。
在第2发明的超声波加工装置中，也能够利用将所述第1增强器和所述第2增强器分别保持为能够旋转的第1轴承部和第2轴承部对所述超声波共振体进行两端支承。这里，第1、第2轴承部中的任意一方或双方适合使用气体轴承。
发明效果
在第1发明的超声波共振体的紧固构造中，通过将供设置于第1、第2增强器的轴心的第1、第2外螺纹部螺合的内螺纹部形成在设置于超声波变幅器的轴心的贯通孔中，能够使超声波变幅器与第1、第2增强器的轴心精密地一致，能够将它们简单且可靠地紧固在同轴上而防止超声波共振体旋转时的振摆回转。而且，在贯通孔的内部，第1、第2外螺纹部的前端彼此不接触，在超声波变幅器的轴心形成有沿轴向贯穿基部的空间部，由此能够增大超声波变幅器的基部的半径方向的振幅，能够利用安装于基部的外周的切断刀高效地进行加工，从而能够提高超声波振子所产生的能量的利用效率。与此同时，第1、第2外螺纹部不会因在加工时超声波共振体所产生的振动而接触、干涉，能够防止异响的产生，能够有效地防止因磨损等引起的贯通孔和第1、第2外螺纹部的破损。
在第1发明的超声波共振体的紧固构造中，驻波的节部存在于基部的轴向中央部，因此超声波变幅器的轴向的长度与驻波的波长的1/2的长度相等，第1、第2增强器各自的轴向的长度与驻波的波长的1/2的长度的自然数倍相等，在上述情况下，能够使节部的位置与切断刀的安装位置一致，能够有效地利用超声波共振体所产生的超声波振动而高效地产生切断刀的半径方向的振动。
在第1发明的超声波共振体的紧固构造中，第1、第2突部分别形成为圆柱状，所述第1突部的直径和轴向的长度分别与所述第2突部的直径和轴向的长度相等，贯通孔的直径处于第1、第2突部的直径的1/10～1/2的范围，在上述情况下，贯通孔的内壁具有充分的耐久性，能够形成空间部，并且即使沿着贯通孔形成内螺纹部，也能够在第1、第2突部的直径(外径)与内螺纹部的外径(螺纹谷的直径)之间确保充分的壁厚，从而能够防止第1、第2突部的破损(破裂)。
第2发明的超声波加工装置具有第1发明的超声波共振体的紧固构造，由此能够有效地利用超声波振动而利用安装于超声波变幅器(基部)的外周的切断刀高效地进行加工，静音性和节能性优异。
在第2发明的超声波加工装置中，即使在利用轴承部仅将与超声波振子连结的第1、第2增强器中的任意一方保持为能够旋转而将超声波共振体悬臂支承的情况下，由于超声波变幅器与第1、第2增强器被精密地定位并紧固在同轴上，在非支承侧也不会产生振摆回转，能够使超声波共振体高速旋转，能够防止加工性能的降低。
在第2发明的超声波加工装置中，即使在分别利用第1、第2轴承部将第1或第2增强器保持为能够旋转而将超声波共振体两端支承的情况下，由于超声波变幅器与第1、第2增强器通过贯通孔被精密地定位并紧固在同轴上，因此不需要重新进行超声波共振体(第1、第2增强器)与第1、第2轴承部的定心，组装作业性和维护性优异。
附图说明
图1是示出具有本发明的一个实施例的超声波共振体的紧固构造的超声波加工装置的主要部分的局部剖面主视图。
图2是示出在该超声波加工装置的超声波共振体内产生的驻波的状态的说明图。
图3的(A)是示出该超声波共振体的紧固构造的第1变形例的主要部分剖面主视图，图3的(B)是示出该超声波共振体的紧固构造的第2变形例的主要部分剖面主视图，图3的(C)是示出该超声波共振体的紧固构造的第3变形例的主要部分剖面主视图。
具体实施方式
接下来，参照附图对将本发明具体化的实施例进行说明，以供理解本发明。
具有图1、图2所示的本发明的一个实施例的超声波共振体的紧固构造10的图1的超声波加工装置11一边在半径方向上进行超声波振动，一边利用旋转的切断刀(加工工具的一种)12进行例如SiC、氧化铝等硬脆性材料的加工(切断、切削、磨削等)。
如图1、图2所示，在超声波共振体的紧固构造10中，在外周安装有切断刀12的超声波变幅器13的轴向的一侧和另一侧分别连结有圆柱状的第1、第2增强器14、15而构成超声波共振体16。该超声波共振体16使作为R/L转换体的超声波变幅器13一边通过以与第1增强器14的自由端面17(这里为上端面)连结的超声波振子(例如，电致伸缩振子)18作为驱动源而产生的超声波的驻波SW(轴向的振动)在与超声波变幅器13的轴向垂直的半径方向(图2的箭头a的方向)上振动，一边以超声波变幅器13的轴心为中心进行旋转而进行超声波加工。
而且，超声波变幅器13具有：圆盘状的基部20；第1、第2突部21、22，它们分别向基部20的轴向的一侧和另一侧突出，形成为直径比基部20的直径小的圆柱状；贯通孔23，其穿过基部20和第1、第2突部21、22的轴心沿轴向贯穿超声波变幅器13；以及内螺纹部24，其形成在贯通孔23的全长范围内。
此时，第1突部21的直径和轴向的长度分别与第2突部22的直径和轴向的长度相等(第1突部21和第2突部22为相同形状)，基部20和第1、第2突部21、22的轴心一致，基部20和第1、第2突部21、22配置在同轴上。另外，第1、第2突部21、22的直径优选为所使用的超声波在超声波变幅器13中传播时的波长λ的1/4以下，但并不限定于此，可以适当地选择。另外，第1增强器14具有形成于第1增强器14的轴心的超声波变幅器13侧、在第1突部21的轴向长度以下且与内螺纹部24螺合的第1外螺纹部25，第2增强器15具有形成于第2增强器15的轴心的超声波变幅器13侧、在第2突部22的轴向长度以下且与内螺纹部24螺合的第2外螺纹部26。
因此，在该超声波共振体的紧固构造10中，超声波变幅器13和第1、第2增强器14、15仅通过将第1、第2外螺纹部25、26与形成于贯通孔23的内螺纹部24螺合，使各自的轴心精密地一致而紧固于同轴上，在贯通孔23的内部，第1、第2外螺纹部25、26的前端27、28彼此不接触，在超声波变幅器13的轴心形成有由贯通孔23的内壁和第1、第2外螺纹部25、26的前端27、28包围的空间部29。该空间部29沿轴向贯穿基部20，具有与基部20的轴向长度同等以上的轴向长度。而且，在基部20的外周安装有切断刀12。另外，第1、第2外螺纹部的长度也根据第1、第2突部的轴向的长度而不同，但在能够可靠地紧固并保持(固定)超声波变幅器和第1、第2增强器的范围内适当地选择。
这里，贯通孔23的直径优选处于第1、第2突部21、22的直径的1/10～1/2的范围。通过使贯通孔23的直径为第1、第2突部21、22的直径的1/10以上，能够将第1、第2外螺纹部25、26螺纹连接在形成于贯通孔23的内螺纹部24上，将超声波变幅器13和第1、第2增强器14、15牢固地固定，并且在基部20形成充分的空间部29，从而提高超声波变幅器13的振动效率。另外，通过使贯通孔23的直径为第1、第2突部21、22的直径的1/2以下，贯通孔23的内壁(周壁)具有充分的耐久性，能够形成空间部29。而且，即使沿着贯通孔23形成内螺纹部24，也能够在第1、第2突部21、22的直径(外径)与内螺纹部24的外径(螺纹谷的直径)之间确保充分的壁厚，从而防止第1、第2突部21、22的破损(破裂)。
另外，如图2所示，超声波变幅器13的轴向的长度与超声波共振体16所产生的驻波SW的波长T的1/2的长度(T/2)相等，各第1、第2增强器14、15的轴向的长度与驻波的波长T的1/2的长度(T/2)相等。这里，为了使超声波的传播性相同，超声波变幅器13和第1、第2增强器14、15可以由相同的材质制作，也可以由不同的材质制作，其组合能够适当地选择。另外，超声波变幅器的基部的轴向的长度与第1、第2突部各自的轴向的长度之比可以适当地选择。
如图1所示，超声波加工装置11具有将第1、第2增强器14、15保持为能够分别相对于保持架30进行旋转的第1、第2轴承部31、32，对超声波共振体16进行两端支承。这里，第1、第2轴承部31、32为空气(气体)轴承，在第1增强器14的外周形成有凸缘状的支承部33作为推力空气轴承，但第1、第2轴承部(空气轴承)31、32的构造可以适当地选择。另外，支承部33优选与第1增强器14一体地形成，但也可以安装由其他部件形成的部件。
由于供第1、第2外螺纹部25、26螺合的内螺纹部24沿着1个贯通孔23形成，因此在将第1、第2外螺纹部25、26螺合于内螺纹部24时，第1、第2外螺纹部25、26的轴心不会在超声波变幅器13(贯通孔23)的轴向的一侧和另一侧偏移，能够将超声波变幅器13和第1、第2增强器14、15高精度地紧固在同轴上。其结果为，不需要利用第1、第2轴承部31、32对超声波共振体16(第1、第2增强器14、15)进行支承(保持)时的定心作业。即，在每次更换作为消耗品的超声波变幅器13时，不需要进行费力的定心作业(位置调整)，因此维护性提高。
在超声波加工装置11中，如图1所示，在超声波振子18的一侧(这里为上端侧)以其轴心与超声波共振体16的轴心一致的方式连结有旋转轴36。而且，在旋转轴36的轴向(长度方向)的中间位置设置有集电环37，成为来自高频振荡器38的驱动用信号经由该集电环37而被输入到超声波共振体16的结构。从高频振荡器38经由集电环37输入的驱动用信号通过贯穿旋转轴36的内部的信号线(未图示)而被传递至超声波共振体16。
在旋转轴36的一侧经由作为非接触接头的一例的非接触式磁接头41而连结有使超声波共振体16(第1增强器14、超声波变幅器13以及第2增强器15的连结构造体)与超声波振子18一起旋转的旋转驱动源39(例如，电动机)的输出轴40。该非接触式磁接头41具有：驱动侧磁力部42，其安装于旋转驱动源39的输出轴40的另一端部；以及从动侧磁力部43，其安装于旋转轴36的一端部并与驱动侧磁力部42对置。非接触式磁接头41(驱动侧磁力部42和从动侧磁力部43)的构造适合使用以往公知的构造，通过在以相互为相反极性的磁极面彼此对置的方式配置的驱动侧磁力部42的永久磁铁(未图示)与从动侧磁力部43的永久磁铁(未图示)之间产生的引力，将驱动侧磁力部42和从动侧磁力部43以非接触的方式连结。由此，来自旋转驱动源39的旋转动力从输出轴40经由非接触式磁接头41而传递到旋转轴36，能够使超声波共振体16与超声波振子18一起旋转。这样，旋转轴36与旋转驱动源39的输出轴40之间经由非接触式磁接头41而连结，因此即使超声波共振体16(旋转轴36)的轴心的位置相对于输出轴40的轴心偏移或者轴心倾斜，也能够维持顺畅的旋转状态而不相互干涉。
在利用以上那样构成的超声波加工装置11进行加工(切断、切削、磨削等)时，利用旋转驱动源39使超声波共振体16进行旋转，从而使安装于超声波变幅器13(基部20的外周)的切断刀12进行旋转。同时，通过超声波振子18产生的振动，如图2所示，在超声波共振体16内产生超声波振动的驻波(定波)SW(轴向的振动)，通过超声波变幅器(R/L转换体)13使切断刀12在半径方向(箭头a的方向)上进行超声波振动。这里，如之前说明的那样，超声波变幅器13的轴向的长度与超声波共振体16所产生的驻波SW的波长T的1/2的长度(T/2)相等，各第1、第2增强器14、15的轴向的长度与超声波共振体16所产生的驻波SW的波长T的1/2的长度(T/2)相等，从而能够使超声波共振体16紧凑化(最短化)，并且能够减少超声波共振体16内的驻波SW的衰减而高效地形成驻波SW。
此时，第1增强器14的一侧(与超声波变幅器13相反的一侧)的自由端面17、超声波变幅器13的两端面(超声波变幅器13与第1、第2增强器14、15的连接端面)以及第2增强器15的另一侧(与超声波变幅器13相反的一侧)的自由端面46的位置成为驻波SW的腹部(反节点、Antinode、AN)，第1增强器14、超声波变幅器13以及第2增强器15的轴向(长度方向)各自的中央部的位置成为驻波SW的节部(节点、Node)。因此，通过使超声波变幅器13的基部20的轴向中央部和支承部33的位置分别与驻波SW的节部的位置对应，能够有效地利用超声波振动，使作为R/L转换体的超声波变幅器13的基部20在与超声波变幅器13的轴向垂直的半径方向(箭头a的方向)上振动。而且，通过与基部20的轴向中央部(驻波SW的节部的位置)对应地在基部20的外周安装切断刀12，能够使切断刀12与基部20一起在半径方向上振动。此时，也可以在圆盘状的基部20的外周面的宽度方向中央部，在沿着外周面设置的环状突起部(未图示)安装切断刀12。
特别是，通过在超声波变幅器13的轴心形成有沿轴向贯穿基部20的空间部29，不仅基部20的外周向半径方向外侧振动，而且空间部29的内壁47向半径方向内侧(空间部29的内侧)振动，振动的自由度增加，在超声波变幅器13(基部20)的半径方向上得到较大的振幅，能够使安装于基部20的外周的切断刀12在半径方向(箭头a的方向)上振动而高效地进行加工，能够提高超声波振子18所产生的能量的利用效率。另外，即使空间部29的内壁47因在加工时超声波共振体16(基部20)所产生的振动而向半径方向内侧(空间部29的内侧)振动，在空间部29中，内壁47与第1、第2外螺纹部25、26也不会接触、干涉，因此不仅能够防止异响的产生，而且能够有效地防止因磨损等引起的贯通孔23和第1、第2外螺纹部25、26的破损，从而能够实现超声波共振体16的长寿命化。而且，由于空间部29具有与基部20的轴向长度同等以上的轴向长度并沿轴向贯穿基部20，因此即使驻波SW的节部的位置因超声波变幅器13的各部的尺寸误差等的影响而在基部20的轴向(图2的左右方向)上偏移，驻波SW的节部的位置也与空间部29重叠，内壁47与第1、第2外螺纹部25、26不会由于基部20的振动而接触、干涉，能够有效地利用超声波变幅器13所产生的振动能量。
另外，如果第1、第2增强器的轴向长度与超声波共振体所产生的驻波的波长T的1/2的长度(T/2)的自然数倍相等，则第1增强器的一侧的自由端面和第2增强器的另一侧的自由端面的位置成为驻波的腹部，能够得到与上述相同的作用、效果。因此，通过根据所使用的超声波的振动频率在满足上述关系的范围内调节(选择)超声波变幅器和第1、第2增强器各自的轴向长度，能够容易地产生驻波。
接下来，对超声波共振体的紧固构造的变形例进行说明。
图3的(A)所示的第1变形例的超声波共振体的紧固构造48与超声波共振体的紧固构造10的不同点在于，第1增强器49具有第1外螺纹部(无头螺钉)51，该第1外螺纹部51经由连结用内螺纹部50安装于第1增强器49的轴心的超声波变幅器13侧，在第1突部21的轴向长度以下与内螺纹部24螺合。
图3的(B)所示的第2变形例的超声波共振体的紧固构造52与超声波共振体的紧固构造10的不同点在于，第2增强器53具有第2外螺纹部(无头螺钉)55，该第2外螺纹部55经由连结用内螺纹部54安装于第2增强器53的轴心的超声波变幅器13侧，在第2突部22的轴向长度以下与内螺纹部24螺合。
图3的(C)所示的第3变形例的超声波共振体的紧固构造56与超声波共振体的紧固构造10的不同点在于，第1增强器49具有经由连结用内螺纹部50安装于第1增强器49的轴心的超声波变幅器13侧并在第1突部21的轴向长度以下与内螺纹部24螺合的第1外螺纹部(无头螺钉)51，第2增强器53具有经由连结用内螺纹部54安装于第2增强器53的轴心的超声波变幅器13侧并在第2突部22的轴向长度以下与内螺纹部24螺合的第2外螺纹部(无头螺钉)55。任意的变形例都能够获得与超声波共振体的紧固构造10相同的作用、效果。
另外，在本实施例及其变形例中，在贯通孔23的全长范围内形成内螺纹部24，但只要与第1、第2外螺纹部的长度对应地从贯通孔的两侧(长度方向的一侧和另一侧)的各开口端分别形成规定的长度的内螺纹部，就能够将第1、第2增强器紧固在超声波变幅器的轴向的一侧和另一侧，形成沿轴向贯穿基部的空间部，从而能够得到与超声波共振体的紧固构造10相同的作用、效果。
以上，参照实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于任何上述的实施例所记载的结构，也包含在权利要求书所记载的事项的范围内考虑的其他实施例、变形例。
例如，在上述实施例中，在第1、第2轴承部使用了空气(气体)轴承，但在对超声波共振体进行两端支承的情况下，第1、第2轴承部只要能够将第1、第2增强器分别保持为能够旋转即可，也可以在第1轴承部使用机械轴承(例如球轴承等滚动轴承)，在第2轴承部使用空气(气体)轴承，还可以在第1、第2轴承部使用机械轴承(例如球轴承等滚动轴承)。另外，在第1和/或第2轴承部使用机械轴承的情况下，优选的是，将设置于第1和/或第2增强器内的驻波的节部(节点)的位置的支承部固定于圆筒状的内壳，该内壳在内部呈同心状固定第1和/或第2增强器且与超声波共振体一起旋转，利用机械轴承将该内壳支承为能够旋转。
在上述实施例中，将超声波振子安装于第1增强器，但也可以将超声波振子安装于第2增强器。另外，如上述实施例那样，也可以是利用仅将与超声波振子连结的第1、第2增强器中的任意一方保持为能够旋转的轴承部对超声波共振体进行悬臂支承的结构，来代替利用将第1、第2增强器分别保持为能够旋转的第1、第2轴承部对超声波共振体进行两端支承的结构。而且，在超声波振子上连接有旋转驱动源。此时的轴承部可以使用空气(气体)轴承，也可以使用机械轴承(例如球轴承等滚动轴承)。
此外，在上述实施例中，经由作为非接触接头的一例的非接触式磁接头而将旋转驱动源与旋转轴间接地连结，但旋转驱动源只要能够使超声波共振体进行旋转即可，可以将旋转驱动源与旋转轴直接连结，也可以经由柔性接头而将旋转驱动源与旋转轴连结。
另外，在上述实施例中，将超声波共振体的轴心朝向铅直方向配置，以使未与超声波振子连结的第2增强器这一侧铅直向下，但也可以使超声波共振体的轴心倾斜地配置，以使第2增强器这一侧斜向下，还可以将超声波共振体的轴心朝向水平方向配置。
产业上的可利用性
在本发明的超声波共振体的紧固构造中，通过将供设置于第1、第2增强器的轴心的第1、第2外螺纹部螺合的内螺纹部形成在设置于超声波变幅器的轴心的贯通孔中，能够容易地使超声波变幅器与第1、第2增强器的轴心精密地一致。
而且，在贯通孔的内部，第1、第2外螺纹部的前端彼此不接触，在超声波变幅器的轴心形成有沿轴向贯穿基部的空间部，由此能够增大超声波变幅器的基部的半径方向的振幅，能够利用安装于基部的外周的切断刀高效地进行加工，从而能够提高超声波振子所产生的能量的利用效率，并且第1、第2外螺纹部不会因在加工时超声波共振体所产生的振动而接触、干涉，能够防止异响的产生，能够有效地防止因磨损等引起的贯通孔和第1、第2外螺纹部的破损，从而能够进一步提高使用效率。
标号说明
10：超声波共振体的紧固构造；11：超声波加工装置；12：切断刀；13：超声波变幅器；14：第1增强器；15：第2增强器；16：超声波共振体；17：自由端面；18：超声波振子；20：基部；21：第1突部；22：第2突部；23：贯通孔；24：内螺纹部；25：第1外螺纹部；26：第2外螺纹部；27、28：前端；29：空间部；30：保持架；31：第1轴承部；32：第2轴承部；33：支承部；36：旋转轴；37：集电环；38：高频振荡器；39：旋转驱动源；40：输出轴；41：非接触式磁接头；42：驱动侧磁力部；43：从动侧磁力部；46：自由端面；47：内壁；48：超声波共振体的紧固构造；49：第1增强器；50：连结用内螺纹部；51：第1外螺纹部(无头螺钉)；52：超声波共振体的紧固构造；53：第2增强器；54：连结用内螺纹部；55：第2外螺纹部(无头螺钉)；56：超声波共振体的紧固构造。

Claims (7)

1.一种超声波共振体的紧固构造，其具有：
超声波变幅器，其在外周具有切断刀；以及
第1增强器和第2增强器，该第1增强器和该第2增强器分别与该超声波变幅器的轴向的一侧和另一侧连结，
使作为R/L转换体的所述超声波变幅器一边通过以与该第1增强器和该第2增强器中的任意一方的自由端面连结的超声波振子作为驱动源而产生的超声波的驻波在与该超声波变幅器的轴向垂直的半径方向上振动，一边以该超声波变幅器的轴心为中心进行旋转而进行超声波加工，
其特征在于，
所述超声波变幅器具有：
基部；
第1突部和第2突部，该第1突部和该第2突部分别形成于该基部的轴向的一侧和另一侧；
贯通孔，其穿过所述基部和所述第1突部、所述第2突部的轴心沿轴向贯穿该超声波变幅器；以及
内螺纹部，其从该贯通孔的两侧的开口端分别形成规定的长度或者形成在该贯通孔的全长范围内，
所述第1增强器具有第1外螺纹部，该第1外螺纹部形成或者安装于该第1增强器的轴心的所述超声波变幅器侧并与所述内螺纹部螺合，
所述第2增强器具有第2外螺纹部，该第2外螺纹部形成或者安装于该第2增强器的轴心的所述超声波变幅器侧并与所述内螺纹部螺合，
所述超声波变幅器和所述第1增强器、所述第2增强器使各自的轴心一致而紧固在同轴上，在所述贯通孔的内部，所述第1外螺纹部和所述第2外螺纹部的前端彼此不接触，在所述超声波变幅器的轴心形成有由所述贯通孔的内壁和所述第1外螺纹部、所述第2外螺纹部的前端包围的空间部，所述驻波的节部的位置在所述基部的轴向中央部与所述空间部重叠，在所述基部的外周安装有所述切断刀。
2.根据权利要求1所述的超声波共振体的紧固构造，其特征在于，
所述第1外螺纹部的长度形成为所述第1突部的轴向长度以下，所述第2外螺纹部的长度形成为所述第2突部的轴向长度以下，所述空间部沿轴向贯穿所述基部，所述空间部具有与该基部的轴向长度同等以上的轴向长度。
3.根据权利要求1或2所述的超声波共振体的紧固构造，其特征在于，
所述超声波变幅器的轴向的长度与所述驻波的波长的1/2的长度相等，所述第1增强器和所述第2增强器各自的轴向的长度与所述驻波的波长的1/2的长度的自然数倍相等。
4.根据权利要求1或2所述的超声波共振体的紧固构造，其特征在于，
所述第1突部和所述第2突部分别形成为圆柱状，所述第1突部的直径和轴向的长度分别与所述第2突部的直径和轴向的长度相等，所述贯通孔的直径处于所述第1突部和所述第2突部的直径的1/10～1/2的范围。
5.一种超声波加工装置，其特征在于，
该超声波加工装置具有权利要求1或2所述的超声波共振体的紧固构造。
6.根据权利要求5所述的超声波加工装置，其特征在于，
利用仅将与所述超声波振子连结的所述第1增强器和所述第2增强器中的任意一方保持为能够旋转的轴承部对所述超声波共振体进行悬臂支承。
7.根据权利要求5所述的超声波加工装置，其特征在于，
利用将所述第1增强器和所述第2增强器分别保持为能够旋转的第1轴承部和第2轴承部对所述超声波共振体进行两端支承。
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